[发明专利]一种开关电源的栅极驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，特别涉及一种开关电源的栅极驱动电路。

背景技术

开关电源具有体积小，效率高以及电流大的优点，因此被广泛应用于手机充电器和笔记本电脑适配器等场合。近年来，由于绿色电源概念的兴起，更加强调高转换效率和低待机功耗。

下面首先结合附图介绍开关电源的工作原理。

参见图1，该图为现有技术中开关电源的电路图。

开关电源控制器103通过功率开关管101连接到变压器102的原边绕组C1。开关电源控制器103用于控制功率开关管101在每个开关周期内导通，将原边绕组C1的能量传递到副边绕组C2。开关电源控制器103通过控制功率开关管101的占空比或开关频率从而控制副边绕组C2上的输出电压。开关电源控制器103是通过控制功率开关管101的栅极电压来控制其导通或关断的，因此称为栅极驱动。

下面结合附图介绍现有技术中的栅极驱动电路。

参见图2，该图为现有技术中的开关电源的栅极驱动电路。

该栅极驱动电路的输出级上管202和下管203均采用高压厚栅的NMOS管。当开关电源控制器未完全启动前，功率开关管201的栅极通过初始信号置零。当输入信号为高脉冲时，下管控制模块控制下管203关闭，此时上管控制模块开启。非交迭模块待下管203完全关闭后，打开上管202，从而实现功率开关管201导通的功能。同时，箝位电路将上管202的栅极箝位在某一个固定电压，即功率开关管201的栅极也同样被箝位在该固定电压。当输入信号为低脉冲时，上管控制模块控制上管202关闭，同时，下管203控制模块开启，非交迭模块待上管202完全关闭后，打开下管203，从而实现功率开关管201关闭的功能。

之所以在设计驱动电路模块时，通常采用高压厚栅MOS管，最主要的优点是：高压厚栅MOS管可以直接用高压源(VCC)作为栅极的输出信号，这样有利于简化设计，减小设计时的复杂度。但是也有缺点：首先采用高压厚栅MOS管会因为其厚栅而导致单位MOS管驱动能力下降，原理上来说600A单位MOS管驱动能力只有200A单位MOS管驱动能力的三分之一，这样就必然导致了在要求相同驱动能力的条件下，高压厚栅驱动管的面积要大于高压薄栅驱动管的面积。其次、采用高压厚栅MOS管会使得整个芯片生产时多一块掩膜板和多一道流程。因此、从经济角度和市场角度上来看，高压厚栅MOS管在技术发展过程中处于待更替的处境。

当然，若想采用高压薄栅MOS，其存在设计上的难点，其中最主要的是在于高压薄栅上管的设计：在驱动电路中，驱动上管的电压源是高压Vcc(其最高电压通常在30V以上)，而高压薄栅的栅源两端的击穿电压通常在7伏左右，这就要求我们在设计驱动电路的时候要保证驱动上管的栅源两端电压必须要小于击穿电压。这就给设计电路带来了很大的挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种开关电源的栅极驱动电路，能够增加驱动能力，降低成本。

本发明提供一种开关电源的栅极驱动电路，所述驱动电路与开关电源功率管的栅极连接，包括：

控制信号模块，产生脉冲控制信号；

源极与功率管的栅极连接的高压薄栅上管；

漏极与功率管的栅极连接的高压薄栅下管；

根据所述脉冲控制信号来控制高压薄栅上、下管开启和断开的上下管控制模块，且保证高压薄栅上管和高压薄栅下管不会同时导通；

电流源，是连接在上管控制模块的输出和高压薄栅上管的源极之间，在所述脉冲控制信号为正脉冲时，通过一钳位电路将高压薄栅上管的栅极和源极电压钳位在设定值；

第一开关，是设置在高压薄栅上管的栅极和源极之间，在所述脉冲控制信号为负脉冲且功率管的栅极电压大于零时闭合，以连通高压薄栅上管的栅极和源极。

在具体实施例中，所述控制信号模块是PWM控制器和PFM控制器中的一种，所述脉冲控制信号是PWM信号和PFM信号中的一种。所述设定值小于高压薄栅上管的击穿电压。所述上下管控制模块包括：控制高压薄栅上、下管分时导通的第四、第五开关、以及在第一开关关断时保证高压薄栅上管栅极电压为零的第六开关，其中，第四开关连接于电流源与高压薄栅上管栅极之间，当脉冲控制信号为高及高压薄栅下管关断时闭合；第五开关连接于高压薄栅下管栅极与内部电压电源之间，当功率管的栅极电压与高压薄栅上管栅极电压相等及脉冲控制信号为低时闭合；第六开关连接于高压薄栅上管栅极与地之间，当第一开关闭合且高压薄栅下管关断时闭合。所述高压薄栅上管和高压薄栅下管都未NMOS管。