[发明专利]栅极驱动电路及方法

说明书

本发明提供一种栅极驱动电路及方法，包括：产生非交叠的第一~第二控制信号的死区时间控制模块；得到第二控制信号反信号的第一反相器；产生第三~第四控制信号的延迟模块；得到第三控制信号反信号的第二反相器；钳制预驱动管的栅极电压的钳位模块；以及驱动管。在功率开关管导通过程中，通过钳制预驱动管的栅极电压，使米勒平台时间与电源电压无关。本发明引入一个在预驱动管单独导通时间同步的脉冲，在这个时间内，控制预驱动管的栅极电压钳位在固定电位，使得米勒平台时间、功率开关管漏端的dV/dt及EMI幅度不随电源电压变化，进而容易选取合适的驱动能力。

技术领域

本发明涉及交流转直流控制领域，特别是涉及一种栅极驱动电路及方法。

背景技术

功率MOSFET在交流转直流(AC-DC)转换器中是常用的开关器件。而性能优秀的驱动电路可以为转换器可靠的开关控制、系统高效率及低电磁干扰等做出极大的贡献。转换器高效率一个关键点是功率MOSFET的低开关损耗。而低开关损耗和低电磁干扰(EMI)在原理上是相互制约的。一般来说，驱动能力越强，开关速度越快，则相应的开关损耗越低。较快的开关速度意味着功率MOSFET漏端较高的dV/dt，而较高的dV/dt导致较强的EMI辐射能量。如果减弱驱动能力，EMI固然可以下降，但功率MOSFET的导通和关断速度变慢，电压电流交越损耗变大，转换器的系统效率降低，严重时导致较大发热，带来安全及寿命缩短等问题。因此选取“合适的驱动能力”对栅极驱动电路的设计是极为关键的。

如图1所示为隔离反激式交流转直流转换器1，220V的交流输入通过整流滤波电路11得到直流高压，直流高压连接到变压器T的原边绕组W1的一端，原边绕组W1的另一端接功率开关管M的漏端，功率开关管M的源端通过采样电阻Rcs接地，功率开关管M的栅极接控制芯片12内栅极驱动电路122的输出端GD。副边绕组W2一端接肖特基二极管D2的阳极，另一端和输出的参考地短接，肖特基二极管D2的阴极接输出端，输出端和其参考地间并联电容Cout来滤除高频开关纹波。变压器T的第三绕组W3(通常也叫辅助绕组)的一端接地，另一端接到二极管D1的阳极，二极管的阴极接到芯片VDD端，VDD到地间接电容Cvdd作为旁路电容。在控制芯片12内部，信号处理控制模块121输入采样电压、电流信号，输出开关逻辑控制信号到栅极驱动模块122，栅极驱动模块122输出端连接到功率开关管M的栅极。功率开关管M导通的米勒平台内，功率开关管M的漏端电压迅速下降，贡献了大部分的dV/dt，因此控制EMI即控制米勒平台时间。在传统的栅极驱动电路122中，米勒平台的时间只和电源电压VDD相关，而且是近似平方的关系，由于控制芯片12使用第三绕组W3供电，电源电压VDD随输出电压Vout和功率变化较大，因此，米勒平台的时间随VDD变化相当剧烈，不易于设计选取“合适的驱动能力”，有时低开关损耗和低EMI不得不舍弃一个，栅极驱动电路设计存在极大的挑战。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种栅极驱动电路及方法，用于解决现有技术中“合适的驱动能力”选取困难的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种栅极驱动电路，所述栅极驱动电路至少包括：

死区时间控制模块、延迟模块、第一反相器、钳位模块、第二反相器、主驱动下管、预驱动管以及主驱动上管；

所述死区时间控制模块接收开关逻辑控制信号，根据所述开关逻辑控制信号产生非交叠的第一控制信号及第二控制信号；

所述主驱动下管的栅端接收所述第一控制信号，源端接地，漏端作为输出端；

所述第一反相器连接于所述死区时间控制模块的输出端，对所述第二控制信号进行反相处理；

所述预驱动管的栅端接收所述第二控制信号的反信号，漏端连接电源电压，源端与所述主驱动下管的漏端相连；

所述延迟模块接收所述开关逻辑控制信号，并产生第三控制信号和第四控制信号；