[发明专利]无电荷泵结构的低功耗功率管驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率管驱动电路，尤其涉及一种应用在H桥电路上桥臂功率管中的无电荷泵结构的低功耗功率管驱动电路。

背景技术

现有的步进电机驱动芯片H桥电路中，功率管通常选用N型DMOS管，这是因为N型DMOS管中电子迁移率比P型DMOS管中空穴迁移率高，同样面积的N型DMOS管的导通电阻更小，因此采用N型DMOS管可以减小芯片面积、降低芯片功耗。

这里针对的是H桥电路中上桥臂N型DMOS功率管的驱动电路。

在通常应用中，如图1所示，为了降低H桥上桥臂功率管MN_UP的导通电阻，其驱动电路中包括电荷泵，需要通过电荷泵结构升压得到高于电源电压VBB的功率管栅极电压G_UP，使得栅源电压G_UP-S_UP高于功率管的开启电压，其中S_UP为功率管源极电压，使上桥臂功率管工作在线性状态。

该结构具体工作电压电流波形如图4所示，在t0数字控制信号CTL变为高电平，表示打开功率管MN_UP,此时MN_UP的栅极电压V_{G_UP}开始升高，源极电流I_{S_UP}开始增加，当I_{S_UP}增加到最大值后，MN_UP的源极电压V_{S_UP}开始随V_{G_UP}一起升高直到接近VBB电压，V_{G_UP}电压最后升高到VCP电压，此时MN_UP打开，且处在线性区；在t1时刻数字控制信号CTL变为低电平，表示关闭功率管MN_UP，此时V_{G_UP}开始降低，当V_{G_UP}降低到VBB后，V_{S_UP}也随之降低，直到最后V_{G_UP}跟V_{S_UP}相等为一负值，此时I_{S_UP}也降低至零，MN_UP关闭。

在该电路中，电荷泵增加芯片面积，需要添加单独的芯片引脚，同时还需要外围电路中添加电容，增加了芯片设计和使用的成本和复杂度，从而降低了芯片的可靠性。

但在特殊应用场合，比如输出电流较小，对功率管导通电阻要求不高，或者不希望在外围电路中添加过多电容的情况下，可以去掉电荷泵结构，同时修改功率管驱动电路的设计，以期降低芯片设计和使用中的成本和复杂度，增加可靠性。

因此本领域技术人员致力于开发一种无电荷泵升压电路的功率管驱动电路。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种无电荷泵结构的低功耗功率管驱动电路，不需要电荷泵升压电路，通过控制传输门的打开和关闭，来控制N型DMOS功率管的栅源电压，降低芯片设计和使用中的成本和复杂度，增加可靠性。在降低功耗的情况下，实现H桥上桥臂N型DMOS功率管的快速开启和关闭。

本发明提供的无电荷泵结构的功率管驱动电路，功率管为N型DMOS管，包括多个N型MOS管、P型MOS管、电阻以及二极管，其中

P型MOS管MP0的源极通过电阻R1连接到电源VBB,P型MOS管MP1的源极通过电阻R2连接到电源VBB,P型MOS管MP2的源极通过电阻R3连接到电源VBB；

N型MOS管MN0与P型MOS管MP3组成传输门，N型MOS管MN0的漏极与P型MOS管MP3的源极连接，N型MOS管MN0的源极与P型MOS管MP3的漏极连接；

N型MOS管MN0的栅极与P型MOS管MP0的漏极连接，P型MOS管MP3的栅极与P型MOS管MP2的漏极连接；N型MOS管MN0的栅极与P型MOS管MP1的漏极连接；

二极管D0跨接于N型MOS管MN0的栅极和源极之间，二极管D0的负极与N型MOS管MN0的栅极连接；二极管D1跨接于P型MOS管MP3，二极管D1的正极与P型MOS管MP3的栅极连接；

N型MOS管MN1的漏极与P型MOS管MP0的漏极连接；N型MOS管MN1的源极与地电位GND连接；

功率管驱动电路还包括数字控制信号CTL、数字控制信号CTL_P以及数字控制信号CTL_N，其中数字控制信号CTL_P与数字控制信号CTL同相，数字控制信号CTL_N与数字控制信号CTL信号反相；

功率管驱动电路还包括将数字控制信号CTL通过电平转换电路得到数字控制信号CTL_HP和数字控制信号CTL_HN信号，其中数字控制信号CTL_HP与数字控制信号CTL同相，数字控制信号CTL_HN与数字控制信号CTL信号反相，数字控制信号CTL_HN与数字控制信号CTL_HP在VBB-5V到VBB之间变化；