[发明专利]一种功率开关管的驱动电路以及电源系统

说明书

本发明公开了一种功率开关管的驱动电路以及电源系统，驱动电路包括可变阻抗输出通道、恒定阻抗输出通道以及过冲抑制模块，可变阻抗输出通道和恒定阻抗输出通道用于根据开关控制信号向功率开关管提供对应的驱动信号，控制功率开关管的导通和关断，过冲抑制模块用于在功率开关管关断时，根据功率开关管控制端的振铃信号增大可变阻抗输出通道的输出阻抗，从而使得RLC电路处于强阻尼状态，可以抑制振铃信号中的过冲电压，避免功率开关管的误导通，提高电路稳定性和可靠性。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地涉及一种功率开关管的驱动电路以及电源系统。

背景技术

在电源系统中，通过控制开关型功率管(即功率开关管，例如通过IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)或者MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)来实现)的导通和关断来实现电能的变换和输出电压的稳定。如图1所示，以电源系统中常用的降压(BUCK)电路为例，控制电路110采样输出电压Vout，并与内部的参考电压进行比较，产生开关控制信号PWM，以控制功率开关管M0的导通和关断，使得电源系统的输出电压等于其内部的参考电压。由于功率开关管M0的栅极的寄生电容较大，因此现有的电源系统100还包括驱动电路120，驱动电路120由于根据开关控制信号PWM产生相应的驱动信号Vg，来驱动功率开关管M0的导通和关断。

图2示出根据现有技术的驱动电路的电路示意图。如图2所示，现有的驱动电路120包括晶体管Mp1、晶体管Mn1和晶体管Mn2。晶体管Mp1和晶体管Mn2依次串联连接在内部基准电压Vreg和地之间，晶体管Mp1和晶体管Mn2的中间节点与晶体管Mn1的栅极连接，晶体管Mp1和晶体管Mn2的栅极受控于开关控制信号PWM。晶体管Mn1连接在功率开关管M0的栅极和地之间。

图3示出图2中的驱动电路的等效示意图。如图3所示，电容C1表示功率开关管的栅极寄生电容，电感L2表示驱动电路120与功率开关管之间的传输线的寄生电感，传输线与电容C1的上极板连接于节点D。驱动电路120驱动功率开关管的开关动作可以等效为驱动电路120为功率开关管的栅极寄生电容C1的充放电过程。当功率开关管需要导通时，开关控制信号PWM为高电平，晶体管Mp1关断，晶体管Mn2导通，晶体管Mn2将晶体管Mn1的栅极电压拉低，晶体管Mn1关断，电容C1被充电，节点D的电压VD升高，从而可将功率开关管导通。当功率开关管需要关断时，开关控制信号PWM为低电平，晶体管Mp1导通，晶体管Mn2关断，晶体管Mp1根据内部基准电压Vreg将晶体管Mn1的栅极电压拉高，晶体管Mn1导通，晶体管Mn1将电容C1的上极板接地，所以节点D的电压VD被快速下拉至地，从而可将功率开关管关断。但是功率开关管的快速导通和关断，会引起电路中的电压和电流快速变化，这些瞬变的电压和电流可能通过电源线路、寄生参数等原因，在电路中产生浪涌和电压过冲，影响电路的正常工作。例如，当节点D的电压VD被快速下拉至地之后，由于传输线寄生电感L2的影响，在电路中会产生电压震荡，导致节点D的电压VD发生电压下冲和过冲(如图4所示)，如果过冲的电压Vp2大于功率开关管的导通阈值，则会导致功率开关管的误导通，对功率开关管以及后级负载造成损坏。

现有的技术方案一般通过在外围电路增加电阻和电容对电路中产生的电压下冲和过冲进行抑制，但是增加加入阻尼电阻会导致功率开关管的开启/关闭速度缓慢，会造成系统能量的损失，甚至严重情况下功率开关管会烧毁。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种功率开关管的驱动电路以及电源系统，不仅可以抑制振铃信号中的过冲电压，避免功率开关管的误导通，提高电路稳定性和可靠性，而且可以加快功率开关管的驱动速度。