[发明专利]用于高侧开关的栅极驱动器电路

说明书

本发明公开了一种用于驱动高侧开关的栅极驱动器电路。栅极驱动器电路包括样本和电平移位电路。样本和电平移位电路连接到高侧开关。栅极驱动器电路还包括取样电容器。取样电容器被配置为对至少一个放大器的输出电压进行取样。栅极驱动器电路另外包括至少一个电压供应。至少一个电压供应连接到至少一个放大器。取样电容器被配置为对高侧开关的栅极电容充电，并且至少一个放大器被配置为限制高侧开关输出电流。

技术领域

本公开涉及基于晶体管的开关，并且更具体地讲，涉及用于高侧开关的栅极驱动器电路。

优先权申请

本申请要求2017年4月10日提交的印度申请No.201711012739的优先权，该申请的内容据此全文以引用方式并入本文。

背景技术

高侧开关可用于驱动各种负载，因此可用于许多不同的应用中。用于驱动高侧开关的典型系统和方法利用电荷泵。电荷泵是DC至DC转换器，其使用电容器作为储能元件来产生较高或较低电压的电源。关于高侧开关，除了供应用于驱动高侧开关的DC电流之外，还依赖电荷泵供应其他电路部件(诸如放大器)。该方法需要在电荷泵内使用大电容器以供应DC负载电流。如果需要片上集成解决方案，大电容可占用宝贵的表面积。为了解决该问题，一些系统实行外部电容器以供应DC电流。虽然这降低了芯片所需的表面积，但随后包括额外的引脚以连接外部电容器。使用电荷泵设计来驱动高侧开关不利于需要减小芯片尺寸的情况或成本敏感并因此需要减少的引脚数量的情况。另外，使用电荷泵设计不利于需要尽可能少的外部部件(诸如，外部电容器)的情况，因为外部部件也増加了整体材料单(BOM)和成本。

一般来讲，高侧开关包括三个主要元件：导通元件、栅极控制块和输入逻辑块。导通元件通常为晶体管，其通常为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或横向扩散的金属氧化物半导体晶体管(LDMOS)。LDMOS晶体管被认为是MOSFET的一种类型。导通元件在线性区域中操作以将电流从电源导通到负载。栅极控制块向导通元件的栅极提供电压以将其切换为“开”或“关”。输入逻辑块解释开/关信号并触发栅极控制块以将导通元件切换为“开”或“关”。

图1为用于驱动高侧开关的已知系统和方法的电路级示意图。如图所示，电荷泵2连接到电流控制器4。电流控制器4包括放大器6和晶体管10。此处，所用的晶体管10为p沟道金属氧化物半导体(pMOS)。电流控制器4由电荷泵2供应，并且基于由电流控制器输入引脚产生的电压差来控制输出。放大器6的正供电轨由电荷泵2供电，并且放大器6的负供电轨由供电电压8供电。电流感测电阻器12连接在电荷泵2和放大器6之间。电流感测FET14连接在放大器6和输出引脚18之间。高侧开关FET 16具有连接到电荷泵2的漏极侧，栅极侧经由晶体管10连接到放大器6的输出端，并且源极侧连接至输出引脚18。输出引脚18用于将系统连接到电路负载20。另外，电阻器32连接在高侧开关FET 16的栅极侧和源极侧之间。电路还包括时钟发生器22。电阻器24连接在电荷泵2和放大器6之间。电路还包括负载基准26。另外如图所示，当高侧开关FET 16被关闭时，FET 28与电阻器30串联连接。

仍参见图1，电荷泵2由于其与放大器6和高侧开关FET 16的连接而需要传送显著的输出电流。当电路负载20很大时，用放大器6获取完整的V_GS可能是困难的。因此，电荷泵2包括相对大的电容器，使得难以将图1的电路集成到单个芯片上。如果大电容器位于外部，则需要额外的引脚，并且任何外部电容器可増加BOM成本，从而増加整个系统的成本。

因此，需要一种用于驱动高侧开关的改进的系统和方法。

发明内容

前述需求通过当前公开的用于驱动包括取样和电平移位电路的高侧开关的系统和方法来满足。