[发明专利]DC/DC开关变换器功率输出晶体管集成驱动电路

说明书

用于DC/DC开关变换器功率输出晶体管驱动的集成驱动电路包括高位驱动前级缓冲器、自举电容、电容耦合驱动电路和第二反相器；高位驱动控制信号从高位驱动前级缓冲器输入，缓冲后输出高位缓冲驱动信号至自举电容负极板和第二反相器；第二反相器、自举电容和电容耦合驱动电路协同工作将高位缓冲驱动信号的信号电位抬高，在高位N型电力晶体管导通后，使电容耦合驱动电路输出具有高驱动能力的高位驱动信号至高位N型电力晶体管栅极。简化了现有技术复杂的配套电路，使得高位前级驱动缓冲无需采用隔离类器件，降低了器件要求，缩小了集成电路面积；简化了高位电平位移电路和高、低位N型电力晶体管防串通电路，提高了电路效率，减少了电路延时。

技术领域

本发明属于直流电能变换电路和系统；尤其涉及应用双NMOS电力晶体管作为功率输出功率电路架构的DC/DC开关电能变换器的集成驱动电路。

背景技术

现有技术中，用于将已知直流输入电压转化为所需直流电压的DC/DC开关变换器按其外围拓扑可以分为BUCK(降压)、BOOST(升压)、BUCK-BOOST(升压-降压)三种。现有技术中，DC/DC开关变换器的整流方式包括非同步整流及同步整流这两种工作方式。现有技术中，DC/DC开关变换器按其控制信号的调制方式又包括脉冲宽度调制PWM和脉冲频率调制PFM这两种。非同步整流模式中，采用二极管作为整流管，同步整流模式中，采用低导通电阻功率管MOSFET作为整流管，低阻MOSFET整流可以有效减小导通损耗，提高变换器的效率，因此便携式电子产品中普遍采用同步整流模式。为了提高开关变换器的效率及提高集成度，通常采用双N型功率管架构，因为相同导通电阻情况下，N型MOS管通常比P型MOS管具有更小的寄生电容、占用更小的芯片面积。

DC/DC开关变换器通过产生一定频率、占空比的方波信号控制开关管的开启与关断，最后通过输出到电感和电容进行功率滤波得到所需要的直流电压。

现有技术中典型的双NMOS电力晶体管驱动电路架构及相应的驱动方式如图6所示，此电路架构同时适用于BUCK、BOOST及BUCK-BOOST变换器。其开关型变换器包括高位N型电力晶体管VT_h、低位N型电力晶体管VT_l,高位驱动缓冲器60、低位驱动缓冲器66、高位电平位移电路61、低位电平位移电路65、反相器64、自举电容C_BOOT、振铃消除模块101及零电流检测ZCD模块105。

从图6所示的现有技术典型双NMOS电力晶体管驱动电路架构中，高位驱动缓冲器60和高位电平位移电路61工作时，其工作电压相当于自举电容C_BOOT的电压，由于高位N型电力晶体管VT_h的源极电位在开关过程中大多数时候处在非零电位，高位驱动缓冲器60和高位电平位移电路61中相关开关管管体衬底的电位需要和自举电容C_BOOT负极板的电位相当，因此高位驱动缓冲器60和高位电平位移电路61中通常需要采用隔离类器件，以确保高位驱动缓冲器60和高位电平位移电路61能正常工作；而隔离器件比非隔离器件要占用更大的芯片面积，且隔离器件的寄生电容在开关过程中造成更多的能量损耗，影响DC/DC开关变换器的整体效率，尤其是在轻负载的情况下，对效率的影响更为明显。

图9所示为现有技术典型双NMOS电力晶体管驱动电路架构中高位电平位移电路61的详细电路，该电路结构复杂，使用了8个晶体管；需要通过该8个晶体管的协同工作才能将输入的第一脉宽调制信号u_PWM抬高到适合高位N型电力晶体管VT_h栅极驱动的电位；高位电平位移电路61不仅自身会消耗能量，并且会引入信号延时。

图10所示为现有技术双NMOS电力晶体管驱动电路架构中常用的防止高位N型电力晶体管VT_h和低位N型电力晶体管VT_l串通的电路结构框图，为了保证高位驱动电路和低位驱动电路工作在互相对应的时序上，因此在防止功率管串通的电路中，高位驱动电路之前和低位驱动电路之前均设置了电平位移电路，电路结构复杂。

名词解释：