[发明专利]BUCK调整器中P沟道MOSFET的驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种BUCK调整器，特别涉及BUCK调整器中P沟道MOSFET的驱动电路。 

背景技术

取代线性调整器的开关型调整器早在20世纪60年代就开始使用，它将快速通断的晶体管置于输入与输出之间通过调节通断比例来控制输出方波脉冲的宽度，使用合适的LC滤波器将方波脉冲平滑成直流输出。这种调整器称为BUCK调整器。 

如图1中所示，为BUCK型调整器的原理。其中开关器件Q1作为单刀单掷开关与直流输入电压Vin串联。Q1导通时V1点电压为Vin。Q1关断时，V1点电压迅速下降，因为续流二极管D的导通V1点电压被钳位在0V(设二极管D的压降为0)。则V1点电压波形为矩形波。LC滤波器接于V1和VO电压之间，使输出VO为直流电压。由于MOSFET(MetalOxide Semicoductor Field EffectTransistor，金属氧化物半导体场效应管)管具有更高的开关速度，和更低的导通损耗，在大多数BUCK变换器中都使用MOSFET作为开关器件。开关的门极驱动虽然不会成为问题，但是很麻烦。难处在于驱动N沟道的MOSFET时，门极电压至少要比输入电压高5V，或更有可能是高出10V(分别对1V和5V逻辑电压的MOSFET来说)，这导致电路中需要一个辅助电源提供高于输入电压的驱动电路供电，并且产生驱动信号的控制电路与主开关电路难以共地，影响其 他辅助功能(如遥控)的实现。 

解决这个问题最容易的办法，毫无疑问是选用P沟道的MOSFET，这样只要把门极电平拉低就可以开通了。但是传统电路使用下拉关断电阻实现P沟道MOSFET的栅极驱动，如图2中所示，P沟道MOSFET的驱动电路一般使用下拉关断电阻传递驱动信号，用稳压二极管钳位栅源极之间电压不超出安全范围(除非是输入电压很低的变换器)，当驱动脉冲为高电平时Q2导通Q1栅源之间电压＝Vin*R1/(R1+R2)当这个电压大于稳压二极管D1的稳压值时D1击穿，将栅源极之间电压限制在安全范围，D1的反向工作电流全部流经R2到地，开关管Q1导通。当驱动脉冲为低电平时Q2截止，电流流经R1，R2给Q2的漏源极寄生电容Cj充电，直到Q1栅极电压接近输入电压时Q1关断。在这个电路中电阻R1和R2的取值非常困难，如果取值较小可以提高寄生电容的充电速度使Q1关断时间缩短，有利于提高效率，但这样做会增大Q2导通期间流过R1，R2，D1的电流，增加损耗，不利于提高效率。这样的电路无法得到与所期望效率相对应的开关速度。而且启动时开关管Q1栅极电压因寄生电容充电速度慢会在短时间内低于源级，造成开关管误导通。 

可见，这种电路带来的缺点是开关速度慢，驱动损耗大，输出效率低。开机时开关管源极电压快速上升，栅极电压因寄生电容充电速度慢会在短时间内低于源级，造成开关管误导通。 

还有两种常用于N沟道MOSFET的驱动电路也可以用于P沟道MOSFET的驱动。 

图3为使用高速光耦隔离驱动的BUCK型调整器的原理图，使用高速光耦隔离传送驱动信号，增加不共地的辅助电源提供驱动能量。这种电路驱动MOSFET的速度可以很快。但使用器件很多成本高，体积大。

图4为使用隔离变压器的驱动电路的BUCK型调整器的原理图，使用隔离变压器直接驱动。虽然这种电路相比而言成本低廉，而且工作性能良好。但受到最大占空比的限制，因为变压器需要时间复位。有时需要在变压器副边增加辅助电源和图腾柱来提高驱动能力。 

发明内容

为了克服了上述缺点，本发明选用P沟道MOS管，可以省去隔离器件简化驱动电路，提供一种驱动结构简单、既保证栅源之间电压不超出安全范围，又有很小的驱动损耗的BUCK调整器中P沟道MOSFET的驱动电路。 

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种BUCK调整器中P沟道MOSFET的驱动电路，包括钳位二极管、电阻和输出电容，所述钳位二极管和电阻并联在P沟道MOSFET源极和栅极之间，所述钳位二极管的阴极连接所述P沟道MOSFET的源极，驱动信号通过所述输出电容连接到P沟道MOSFET的栅极。 

还包括一个钳位电路和一个启动延时电路，所述钳位电路包括三极管、二极管和场效应管，所述三极管的集电极连接所述P沟道MOSFET的源极，发射极通过正向连接的所述二极管连接到所述P沟道MOSFET的栅极，所述场效应管的漏极经过一个电阻连接到所述三极管的基极，源极接地，栅极连接到所述启动延时电路的控制输出端。