[发明专利]功率管控制系统和用于驱动外置功率管的驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及功率管驱动技术，特别涉及功率管控制系统和用于驱动外置功率管的驱动电路。

背景技术

随着开关电源技术发展的逐渐成熟，EMI（Electro magnetic Interference，电磁干扰）性能成为电源系统不可避免的，也是最难解决的问题。

电源EMI性能的好坏，除了与PCB Layout（PCB布局）、变压器结构有直接关系外，更重要的是与功率管的开通相关，功率管工作在ON-OFF快速循环转换的状态，漏源电流在急剧变化，而影响开关电源EMI性能的关键是在功率管开启阶段的漏源电流变化的斜率（di/dt），而这些都与功率管的驱动技术息息相关。

现有的功率管驱动技术普遍采用图腾柱结构，即接到电源与地的驱动管均采用开关形式，如图1所示，第一开关管为上驱动管，第二开关管为下驱动管，利用此驱动电路结构来驱动功率管，其应用电路如图2所示。在上驱动管开启的瞬间，上驱动管以其最大电流能力为功率管M1的栅极电容（包括栅源电容和栅漏电容）充电，导致功率管M1迅速开启，在功率管M1开启过程中其漏源电流上升斜率很大，即di/dt很大，而大的di/dt会导致开关电源的EMI性能变差。

为了改善上述驱动技术引起的EMI性能变差问题，常规的解决办法之一是在外置功率管的栅极与驱动级之间串入一个驱动电阻R1，如图3所示，此驱动电阻R1可以用来限制为功率管M1栅极充电的电流，以起到降低漏源开启电流的斜率（di/dt）的作用。但这种改善方法具有其不可忽视的弊端：其一、此驱动电阻R1在功率管M1导通和关断的过程中都有驱动电流流过，产生额外的功耗，降低效率；其二、在功率管M1关断过程中，此驱动电阻R1会增大功率管M1关断所需的时间，最终增大了功率管M1的开关损耗，降低了效率。

为了进一步改善上述驱动技术引起的EMI性能变差问题，常规的解决办法之二如图4和图5所示，此方式通过检测功率管M1的开启阈值电压VL和功率管M1开启过程中漏源电压降低到Rdson*Id时所对应的功率管M1的栅极电压VH，其中Rdson表示功率管的导通阻抗，而Id表示功率管M1完全导通时对应的漏端电流。当功率管M1的栅极电压VGATE低于VL或高于VH时，第一开关管闭合，利用大电流给功率管M1栅极电容充电；当功率管M1的栅极电压VGATE高于VL且低于VH时，利用小电流的电流源为功率管的栅极电容充电，从而实现了功率管EMI性能的改善。而这种驱动方法的缺点是：内部参考电压VH和VL需要根据功率管M1的阈值电压Vth来设计。由于不同厂家、不同类型的功率管阈值电压Vth特性不同，也就是说这种驱动方法对于不同类型，不同厂家的功率管不具有通用性。

可见，现有外置功率管的驱动技术仍有很大的改进空间。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种功率管控制系统和用于驱动外置功率管的驱动电路，在改善EMI性能的同时，控制驱动电路的通用性。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种用于驱动外置功率管的驱动电路，其包括功率管开启驱动模块和功率管关断驱动模块，所述功率管开启驱动模块包括斜率拐点检测单元、控制单元、第一开关管、第二开关管和电流源，所述功率管关断驱动模块包括反相器和第三开关管；当外部PWM控制信号为高电平时第二开关管闭合，所述斜率拐点检测单元检测外置功率管的栅极电压的斜率变化，当栅极电压的变化斜率在第一斜率拐点之前时，控制单元使第一开关管闭合，由第一开关管和电流源给外置功率管的栅极充电，当栅极电压的变化斜率在第一斜率拐点和第二斜率拐点之间时，控制单元使第一开关管断开，使第一开关管停止给外置功率管的栅极充电，当栅极电压的变化斜率在第二斜率拐点之后时，控制单元使第一开关管闭合，使第一开关管再次给外置功率管的栅极充电；当外部PWM控制信号为低电平时，第一开关管和第二开关管均断开、第三开关管闭合，使外置功率管的栅极放电。