[发明专利]驱动能力可自适应调整的输出驱动电路及其控制方法

说明书

本发明提供一种驱动能力可自适应调整的输出驱动电路，受外部电路的控制时钟信号Clk‑ctrl以及上电信号Start‑up控制，用于提供集成电路的驱动电流，其特征在于，包括：P端反相器链、N端反相器链、n(n为任意正整数)个P端输出反相器、n个N端输出反相器、n个P端输出PMOS管、n个N端输出NMOS管、n个P端输出反相器控制开关、n个N端输出反相器控制开关、采样开关SW、输入数据开关Kin和测试数据开关Kcal、高速比较器阵列、误差过滤电路、负载判别电路、驱动电流选择电路、输入脉冲频率判别电路以及控制器电路。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，涉及一种驱动芯片的输出驱动电路，具体涉及一种驱动能力可自适应调整的输出驱动电路。

背景技术

进入21世纪，在智能电网、移动通信以及新能源汽车等新兴产业的牵引下，电力电子应用系统要求进一步提高系统的效率、小型化和增加功能，特别要求电路应用在尺寸、质量、功率和效率之间的权衡，比如服务器电源管理、电池充电器和太阳能电场的微逆变器。上述应用要求电力电子系统在设计效率95％的同时，还具有高的功率密度(30.5W/cm³)、高比功率(22kW/kg)和高总负载点(1000W)。随着超结金属-氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)的出现和普及，特别是以碳化硅和氮化镓为代表的宽禁带功率半导体器件的兴起，新一代电力电子应用系统对功率半导体器件驱动技术要求日益提高，这其中最核心的因素就是对功率半导体器件功能进行控制的高压栅驱动芯片。新一代电力电子整机系统为了进一步提高整机可靠性，并降低整机系统设计复杂度，对高压栅驱动芯片的智能化提出了更高的需求。

如图1所示为现有技术中的典型半桥栅驱动电路及应用系统结构图，图中半桥驱动电路分为高端和低端两路通道，高端通道采用自举升压的方式实现信号传输控制，两路低压输入HI和LI，分别进入高端和低端两路通道。在低端LI输入高电平期间，LO输出高电平，开关ML导通，开关节点SW被下拉至地，此时VDD通过自举二极管给自举电容充电使得自举电容两端电压差接近VDD。当高端HI输入高电平期间，HO输出高电平，高端管MH开启，开关节点电压上升至VH，即SW上升至VH。由于自举电容两端电压不变，故自举电压轨HB被自举到SW+VDD。高端电路始终保持VHB–SW≈VDD。由于半桥输出控制信号HO和LO直接驱动功率开关MH和ML的栅极，HO和LO必须具备比较大的驱动电流，该驱动电流分别由半桥芯片内部的输出驱动H和输出驱动L电路提供。

现有的半桥栅驱动芯片在被设计定型之后，其输出控制信号HO和LO的输出驱动能力将被固化。在实际应用中，为防止HO和LO输出电流对功率开关MH和ML的栅极造成损坏，通常在HO和LO输出端串接一个电阻，以抑制栅极电压过冲的影响。当MH和ML的栅极等效电容较大时，需要串接较小的保护电阻，反之需要串接较大的保护电阻。而串接较大的保护电阻，一方面会导致电阻上的开关损坏变大，降低驱动电路的效率，另一方面会增加驱动延时，最终降低系统开关频率。此外，串接保护电阻的方式还会增加设计工程师的设计工作量，并且降低整机系统的可靠性。

发明内容

为解决上述问题，提供一种驱动能力可自适应调整的输出驱动电路，无需外接串联电阻就可根据功率开关管的-栅电容大小自动调节驱动电流大小，本发明采用了如下技术方案：