[发明专利]具有可调整驱动电流的高频电源开关电路

说明书

技术领域

本发明总体上涉及高频电源开关电路，更特别地涉及用于高频电源开关电路的高度可调整驱动技术。

背景技术

诸如功率MOSFET和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等电源开关电路通常用于多种开关应用。然而，当用于高频应用时，电源开关电路引入大量的衬底噪声和电源/接地反弹。这导致电磁兼容性(EMC)不良。这还降低灵敏模拟块的性能并增加芯片内的电磁干扰(EMI)。

功率MOSFET的动态开关损耗也随着开关电路的工作频率的增加而增加。对于相对较高的频率，即对于大于1MHZ的频率，在同一芯片中集成在一起的电源开关电路，功率装置的开关速度均相对极快，即约为10ns。另外，高di/dt还引入并进一步有助于大的电源/接地反弹。结果，高频电源开关设备的开关损耗进一步增加，并将感应噪声注入衬底中，这可能对芯片上驻有的其它装置的性能产生负面影响。由于电路工作频率非常高，并且以上高频电路的时滞(dead-time)非常短(～10ns)，所以传统的方法不能满足此类短时滞要求。因此，传统方法不适合在此类应用中用来优化功率损耗、电路效率、EMC与衬底噪声之间的权衡。

因此，需要一种解决上述问题的用于高频电源开关电路的高度可调整驱动技术。特别地，需要在改善高频电源开关电路的效率的同时降低衬底噪声并改善EMC。

附图说明

为了可以通过非限制性示例来全面并更透彻地理解本发明的实施例，连同附图采用以下说明，在附图中相同的附图标记指示类似或相应的元件、区域和部分，并且在附图中：

图1是示出了依照本发明实施例的用于高频电源开关电路的可调整驱动技术的示意性电路图；

图2是图1的电路的模拟衬底噪声和效率的图表；

图3是绘出了图1的电路的模拟驱动电流、电源电压和PM1处的栅极电压的图表；

图4是比较电路的示意性电路图，其示出了用依照本发明实施例的图1的电路实现的优点；

图5是图1的电路的模拟衬底噪声和效率对比图4的比较电路的图表；

图6是绘出了图4的比较电路的模拟驱动电流、电源电压和PM1处的栅极电压的图表；以及

图7是图1的电路的测量的衬底噪声和效率的图表。

具体实施方式

本发明的一方面是一种用于驱动电源开关电路的预驱动电路，所述电源开关电路具有电源开关电路的功率级的功率装置。该预驱动电路包括具有源极和漏极以便用驱动电流来驱动电源开关装置的功率级的功率装置的MOSFET；以及与MOSFET的源极串联以调整驱动电流的电阻器。

在本发明的实施例中，将电阻器的电阻选择为在存在驱动电流的情况下电阻器上具有电压以降低MOSFET的有效栅极-源极电压(Vgs)和漏极-源极电压(Vds)从而调整驱动电流。预驱动电路可以包括四个MOSFET和与MOSFET的源极串联的电阻器以调整驱动电流，并且所述四个MOSFET可以包括两个NMOS和两个PMOS。预驱动电路可以是buck变换器的一部分。

本发明的一方面是一种电源开关电路，其包括用于驱动电源开关电路的预驱动电路和具有功率装置的功率级。预驱动电路包括具有源极和漏极以便用驱动电流来驱动电源开关装置的功率级的功率装置的MOSFET；以及与MOSFET的源极串联以调整驱动电流的电阻器。

本发明的一方面是一种用于以预驱动电路来驱动电源开关电路的方法。所述电源开关电路具有电源开关电路的功率级的功率装置，并且所述预驱动电路用驱动电流来驱动电源开关装置的功率级的功率装置。该方法包括在预驱动电路中提供具有源极和漏极以便用驱动电流来驱动电源开关装置的功率级的功率装置的MOSFET；以及通过选择电阻器来调整MOSFET的驱动电流，所述电阻器与MOSFET的源极串联地布置以调整驱动电流。

通过选择电阻器而提供了一种具有用于高频开关功率MOSFET电路的高度可调整驱动电流的预驱动电路和技术，所述电阻器与预驱动电路的MOSFET的源极串联地布置以调整驱动电流。所述预驱动电路被设计为在保持功率级的功率损耗的同时使驱动电流的峰值最小化，并使预驱动器的功率损耗最小化。本发明的实施例降低总的功率消耗并提高电路效率。鉴于传统的电路设计，本发明的实施例具有在改善电路效率的同时降低衬底噪声，并改善EMC的电路结构。

图1示出了依照本发明实施例的提供用于高频电源开关电路的高度可调整驱动技术的高频开关电路10的示意图。参照图1，电路10包括预驱动器12、控制块14、外部元件16、以及功率级18。