[实用新型]一种功率开关管分段驱动电路

说明书

本实用新型公开了一种功率开关管分段驱动电路，包括延时信号设定模块、反相器模块和功率开关管Q1，所述延时信号设定模块上连接有电阻Rt1、电阻Rt2和电阻Rt3，延时信号设定模块分别连接开关S1、开关S2和反相器的输入端，反相器的输入端还连接PWM信号，反相器的输出端连接开关S32，开关S1还连接开关S2和电源VCC，本实用新型采用“驱动坑”的思路，使得di_D/dt和dV_d/dt的产生的可能振荡区域EMI得到了改善，同时其他段加大驱动电流，使时间轴缩短，整个积分面积减小，开关损耗从而减小。该电路带来一个附加的价值，是由于内部驱动电流源可选，使得栅极驱动电阻Rg的潜在损耗减小。

技术领域

本实用新型涉及控制技术领域，具体是一种功率开关管分段驱动电路。

背景技术

在开关电源中，功率开关管的开关事实上是通过向开关管的栅极注入（开通）或抽取（关断）一定量的电荷来实现。这个注入或抽取电荷量除以时间即栅极驱动电流。栅极驱动方式对电源性能有很大的影响。如果驱动能力过强，即驱动电流过大，会导致流过功率开关管的电流变化（di/dt）过快和漏端电压变化（dv/dt）过大，从而带来很严重的 EMI 干扰。如果驱动能力过弱，即驱动电流过小，会导致功率开关管的开关延迟变大，开关速度变慢，从而增加开关损耗。

如何降低EMI干扰或减小开关损耗呢。现有的一种做法是通过调整功率开关管的栅极的驱动电阻Rg 的大小来调整栅极驱动开通和关断的能力。当电阻R较大时，驱动电流较小，功率开关管的EMI干扰比较小，但功率开关管的开关损耗会比较大；当电阻Rg较小时，驱动电流较大，功率开关管的开关损耗会比较小，但功率开关管的EMI干扰比较大。通常实际应用中对Rg取一个中间值，但这种办法无法做到既降低EMI干扰，又减小开关损耗。

为此，有人提出了一种开关管栅极简单分段驱动的控制方式，但对于栅极驱动的分段控制是基于对开关管的密勒平台电压的检测与比较，由于密勒平台电压不易检测，且不同开关管的密勒平台电压差别很大，因此这种控制方式只能提前设定好密勒平台的近似值，并基于此设定的近似值进行栅极驱动的分段控制。这种的控制方式存在很大的制约性：若设定值比实际密勒平台电压低，会产生 di/dt 较大的现象，导致 EMI 变差；若设定值比实际密勒平台电压高，则在部分工作阶段中，栅极的驱动电流会变小，从而导致开关速度变慢、开关损耗变大。

为此，有人提出一种栅极电压与漏极电压检测同时进行来判断开关管开关状态的方法，但这种方法要求开关电源在系统上存在高压漏极电压检测的电路，存在应用局限性；并且，在驱动栅极电容不同、开启阈值不同的开关管时，不能获得一致性的EMI表现。

为此，有人提出一种提出一种开关电源的功率开关管的驱动方法，包括：在功率开关管的启动阶段，在功率开关管的栅极的电压达到米勒平台转折点之前以及处于米勒平台于一设定延时范围以内这个时间段，采用低电流驱动该功率开关管的栅极；在功率开关管的栅极的电压的米勒平台保持时间超过该设定延时以后，采用大电流驱动该功率开关管的栅极。

图1中底部P_T vs. t示意图，左边阴影面积W_C(on)为开通开关管的开关损耗功，右边W_C(off)为关断开关管的开关损耗功。中间W_on为导通损耗功。这三个部分相加，包含了MOSFET整个工作过程的损耗。

上述几种方法，并未精准、显著降低上图的两个三角形阴影面积W_C(on)和W_C(off)。只是起到了一定的效果。以最后一种方法为例，在主要形成阴影区域，并未加速，而是在开关管已经进入饱和区才放大了电流，没有显著降低开关损耗。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种功率开关管分段驱动电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：