CN101841247A - 一种开关电源的基极驱动电路 - Google Patents

一种开关电源的基极驱动电路 Download PDF

Info

Publication number
CN101841247A
CN101841247A CN200910226104A CN200910226104A CN101841247A CN 101841247 A CN101841247 A CN 101841247A CN 200910226104 A CN200910226104 A CN 200910226104A CN 200910226104 A CN200910226104 A CN 200910226104A CN 101841247 A CN101841247 A CN 101841247A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch
voltage
signal
pipe
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200910226104A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101841247B (zh
Inventor
段建华
朱亚江
宗强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BCD Shanghai Micro Electronics Ltd
Original Assignee
BCD Semiconductor Manufacturing Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BCD Semiconductor Manufacturing Ltd filed Critical BCD Semiconductor Manufacturing Ltd
Priority to CN2009102261043A priority Critical patent/CN101841247B/zh
Priority to US12/638,809 priority patent/US8482943B2/en
Publication of CN101841247A publication Critical patent/CN101841247A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101841247B publication Critical patent/CN101841247B/zh
Priority to US13/862,289 priority patent/US9520868B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04Modifications for accelerating switching
    • H03K17/041Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0412Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit
    • H03K17/04123Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the control circuit in field-effect transistor switches
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/26Current mirrors
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/26Current mirrors
    • G05F3/267Current mirrors using both bipolar and field-effect technology
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/30Regulators using the difference between the base-emitter voltages of two bipolar transistors operating at different current densities
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/0036Means reducing energy consumption

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

本发明实施例提供一种开关电源的基极驱动电路,包括:复合偏置电压模块,用于当功率开关管开启时的为功率开关管的基极提供过驱动电流;开关控制信号、内部偏置电压和所述功率开关管的基极电压作为复合偏置电压模块的输入信号;当功率开关管开启时,复合偏置电压模块输出的电压为基极电压和内部偏置电压之和;当经过第一预设时间之后,复合偏置电压模块输出的电压为零;再经过第二预设时间之后,复合偏置电压模块输出的电压为基极电压。当功率开关管开启时,复合偏置电压模块为功率开关管的基极提供较大的驱动电压,进而为功率开关管的基极提供过驱动电流。这样使功率开关管较快地导通,从而降低功率开关管由于导通和关断状态转换较慢引起的功耗。

Description

一种开关电源的基极驱动电路
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基极驱动电路。
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。
下面介绍现有技术中开关电源的电路图。
参见图1,该图为现有技术中的开关电源的电路图。
控制调制器103通过功率开关管101连接到变压器的原边绕组102。控制调制器103控制功率开关管101在每个开关周期内导通,将原边绕组102的能量传递至副边绕组输出。控制调制器103通过控制功率开关管101的开关周期或开关频率从而在副边绕组得到稳定的输出电压。控制调制器103是通过控制功率开关管101的基极电流来控制其导通或关断的,因此称为基极驱动。
下面结合图2所示的开关波形示意图来具体描述现有技术中开关电源的基极驱动电路的原理。
当开关控制信号SW为高电平时,基极驱动电路产生一个正向的基极电流来维持功率开关管101的导通。当开关控制信号SW为低电平后,由于受功率开关管101存储电荷的限制,功率开关管101的集电极电流Ipk继续增加。此时,基极驱动电路将维持一个低阻通路以释放功率开关管101中的存储电荷,实现一个反向的基极电流来抽取功率开关管101中的多余存储电荷。
因此,在每个开关周期中,功率开关管101的导通和关断状态转换时,均会产生电流和电压的交叠区,从图2中可以看出,电压Vce和电流Ipk有交叠,理想情况下,应该Vce是高电平时,Ipk为零。由于功率损耗P=Vce*Ipk,即均要产生一定的开关功耗。功率开关管101的开关损耗随着开关频率的提高,在系统所有损耗中的比例也会增加。
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基极驱动电路,能够降低功率开关管的损耗。
本发明实施例提供一种开关电源的基极驱动电路,包括:复合偏置电压模块,用于当功率开关管开启时的为所述功率开关管的基极提供过驱动电流;
开关控制信号、内部偏置电压和所述功率开关管的基极电压作为所述复合偏置电压模块的输入信号;
当功率开关管开启时,所述复合偏置电压模块输出的电压为所述基极电压和所述内部偏置电压之和;
当经过第一预设时间之后,所述复合偏置电压模块输出的电压为零;再经过第二预设时间之后,所述复合偏置电压模块输出的电压为所述基极电压。
优选地,所述复合偏置电压模块包括:第一晶体管、第一电阻、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第一开关、第二开关和第三开关;
所述功率开关管的基极电压连接第一晶体管的基极;
第一晶体管的发射极经过第一电阻接地,集电极连接第一PMOS管的漏极;
第一PMOS管的漏极通过第一开关连接第一NMOS管的漏极;
第一NMOS管的衬底和源极接地,栅极连接所述内部偏置电压;
第一PMOS管和第二PMOS管组成电流镜;
第二PMOS管的漏极连接第二NMOS管的漏极;
第二NMOS管的漏极和栅极短接,源极接地;
第二NMOS管的栅极通过第二开关连接输出端,输出端为所述复合偏置电压模块输出的复合电压;
复合电压通过第三开关接地;
当开关控制信号由低变高时,第三开关断开,第一开关闭合,第二开关闭合,复合电压由基极电荷和内部偏置电压提供;
从开关控制信号的上升沿开始经过第一预设时间之后,第一开关和第二开关断开,第三开关闭合,此时复合电压为零;再经过第二预设时间之后,第三开关断开,第二开关闭合,第一开关断开,复合电压由基极电压提供。
优选地,还包括预关断电压模块,所述预关断电压模块的输入信号为功率开关管的发射极电压,输出信号为第一控制信号和第二控制信号;
所述第一控制信号用于控制串联在第一驱动电流通路中的第七开关;
所述第二控制信号用于控制串联在第二驱动电流通路中的第八开关;
当所述功率开关管的发射极电压大于或等于预关断电压时,用于切断第一驱动电流通路;当所述开关控制信号由高电平变为低电平时,用于切断第二驱动电流通路。
优选地,所述预关断电压模块包括:第九开关、第十开关、第十一开关、二选一选择器、比较器、第一RS触发器、第二RS触发器、第一或非门、第二或非门、第三或非门、第二电容、第一非门、第二非门、第三非门、第一电流源和第二电流源;
所述预关断电压经过第九开关连接二选一选择器的正输入端,功率开关管的基极电压连接二选一选择器的负输入端;
预关断电压连接比较器的负输入端;
二选一选择器的输出端连接比较器的正输入端;
比较器的输出端连接第一RS触发器的复位端;开关控制信号的反相信号连接第一RS触发器的置位端;
第一RS触发器的输出信号作为二选一选择器的使能信号;
第一RS触发器的输出信号经过第一非门取反后作为第一或非门的输入;比较器的输出端信号作为第一或非门的另一个输入信号;
第一或非门的输出连接第二RS触发器的复位端,开关控制信号连接第二RS触发器的置位端;
第二RS触发器的输出信号作为第二控制信号;
开关控制信号的反相信号和第一RS触发器的输出信号作为第二或非门的两个输入端,第二或非门的输出端的信号作为控制第十开关的控制信号;
第二或非门的的输出信号经过两个串联的非门后作为第一控制信号;
第一RS触发器的输出信号经过第三非门以后,作为第三或非门的一个输入信号;开关控制信号的反相信号作为第三或非门的另一个输入信号;
第三或非门的输出信号作为第十一开关的控制信号;
二选一选择器的正输入端经过第二电容接地,依次经过串联的第十开关和第一电流源接内部电压,同时依次经过串联第十一开关和第二电流源接地。
优选地,还包括过驱动栅极电压模块,当开关控制信号由高电平变为低电平时,用于为第三NMOS管的基极提供过驱动电压;当经过第三预设时间之后,用于为所述第三NMOS管提供内部电压;
所述第三NMOS管的漏极连接所述功率开关管的基极,源极接地。
优选地,内部偏置电压通过第二电阻连接第四NMOS管的栅极;
第四NMOS管的漏极通过第六开关连接第三PMOS管的漏极;
第三PMOS管和第四PMOS管组成电流镜;
第四PMOS管漏极依次通过串联的至少两个二极管和一个第三电阻接地;第四PMOS管漏极作为过驱动电压的输出。
优选地,当所述开关控制信号为高电平时,所述第六开关断开;从所述开关控制信号的下降沿开始经过所述第三预设时间之后,所述第六开关闭合。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明提供的开关电源的基极驱动电路,包括复合偏置电压模块。当功率开关管开启时,复合偏置电压模块为功率开关管的基极提供较大的驱动电压,进而为功率开关管的基极提供过驱动电流。这样可以使功率开关管较快地导通,从而降低功率开关管由于导通和关断状态转换较慢引起的功耗。
附图说明
图1是现有技术中的开关电源的电路图;
图2是图1开关波形示意图;
图3是本发明开关电源的基极驱动电路实施例一结构图;
图4是本发明实施例提供的复合偏置电压模块的结构图;
图5是本发明实施例各个信号的波形图;
图6是本发明提供的开关电源基极驱动电路实施例二结构图;
图7是本发明提供的预关断电压模块的具体结构图;
图8是本发明预关断电压模块中各个信号的波形图;
图9是本发明提供的开关电源基极驱动电路实施例三结构图;
图10本发明实施例三提供过驱动栅极电压模块的结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图3,该图为本发明开关电源的基极驱动电路实施例一结构图。
首先说明一下开关控制信号SW,这个信号是由控制调制器30内部产生的一个信号。
在开关控制信号SW的第一个开关周期内,由内部偏置电压314提供初始过驱动电流。当功率开关管301导通时,其基极电压,即OUT端电压建立。该电压被采样后反馈至复合偏置电压模块311。此时复合偏置电压模块311的输出的复合电压Vbias为功率开关管301的基极电压与内部偏置电压314之和,因此可以提供更大的过驱动电流。该过驱动电流经过电流镜比例放大后,提供给功率开关管101的基极。
这样,在功率开关管301开启时,复合偏置电压模块311提供给功率开关管301一个较大的过驱动电流,这样可以缩短功率开关管301的开启时间,进而降低功率开关管301的开启损耗。
当功率开关管301开启以后,即经过第一预设时间t1之后,复合电压Vbias被拉低至零。经过第二预设时间t2(很短的一段时间)之后,复合电压Vbias仅由功率开关管301的基极电压提供。在SW导通时间(高电平期间)内,功率开关管301的基极电流将随基极电压的增加呈线性增加。
这样,避免了功率开关管301的基极在导通时间内始终接受较大的驱动电流(如图2所示的一个固定的基极电流值),将增加功率开关管301的导通损耗。
本发明实施例提供的开关电源的基极驱动电路,在功率开关管301开启时,通过复合偏置电压模块311为其基极提供一个较大的过驱动电流,使其在较短的时间内快速导通,从而降低开通时的损耗。而且为了使其开通后保持正常导通,将复合偏置电压模块311仅由基极电压OUT提供,从而使功率开关管301的基极电压和基极电流保持一致。
下面结合图4详细说明复合偏置电压模块的实现方式。
参见图4,该图为本发明实施例提供的复合偏置电压模块的结构图。
复合偏置电压模块的两个输入信号分别为功率开关管301的基极电压OUT和内部偏置电压314,输出信号为复合电压Vbias。
功率开关管301的基极电压OUT连接第一晶体管401的基极。
第一晶体管401的发射极经过第一电阻402接地,集电极连接第一PMOS管的漏极。
第一PMOS管的漏极通过第一开关11连接第一NMOS管的漏极。
第一NMOS管的衬底和源极接地,栅极连接输入信号内部偏置电压314。
第一PMOS管和第二PMOS管组成电流镜。
第二PMOS管的漏极连接第二NMOS管的漏极。
第二NMOS管的漏极和栅极短接,源极接地。
第二NMOS管的栅极通过第二开关22连接输出端,输出端输出复合电压Vbias。
复合电压通过第三开关33接地。
需要说明的是,第一开关11、第二开关22和第三开关33是分别由脉冲信号PS1、PS4和PPS控制的,当脉冲信号是高电平时,对应的开关闭合,当脉冲信号是低电平时,对应的开关断开。
参见图5,该图为本发明实施例各个信号的波形图。
当开关控制信号SW变为高电平后,PPS为低电平,PS1为高电平,PS4为高电平,对应的第三开关33断开,第一开关11闭合,第二开关22闭合,复合电压Vbias由基极电压OUT和内部偏置电压314一起提供,因功率开关管301还未开启,基极电压OUT电压为0电压,复合电压Vbias等于内部偏置电压314,该电压首先提供一个初始的过驱动电流,将功率开关管301开启,其基极电压OUT随即建立,此时复合电压Vbias由基极电压OUT和内部偏置电压314一起提供,为功率开关管的基极提供更大的过驱动电流。
当功率开关管301开启以后,即从开关控制信号SW的上升沿开始经过第一预设时间t1之后,PPS窄脉冲出现,同时,脉冲信号PS1由高变低、PS4也由高变低,对应的第一开关11和第二开关22断开,第三开关33闭合,此时复合电压Vbias接地,即被拉低至零。
经过第二预设时间t2之后,PPS窄脉冲消失,PS4由低变高,此时,第三开关33断开,第二开关22闭合,第一开关11仍然断开,即内部偏置电压314被断开。复合电压Vbias仅有基极电压OUT提供。
综上所述,可以看出,在开关控制信号SW的每个周期内,功率开关管开启时的电压由复合电压Vbias提供,此时的复合电压Vbias是基极电压OUT和内部偏置电压314两者之和,待功率开关管开启,经过第二预设t2之后,复合电压Vbias仅由基极电压OUT提供。
参见图6,该图为本发明提供的开关电源基极驱动电路实施例二结构图。
本实施例与实施例一的区别是:增加了预关断电压模块313。
预关断电压模块313的输入端连接功率开关管301的发射极,即采样电阻302上的电压VCS作为预关断电压模块313的输入信号。
预关断电压模块313输出两个控制信号,分别为第一控制信号PRE_SHDN和第二控制信号SW_SHDN。
同时,开关控制信号SW作为预关断电压模块313的时钟脉冲信号。
第一控制信号PRE_SHDN和第二控制信号SW_SHDN分别用于控制第七开关和第八开关。当控制信号为高电平时,对应的开关闭合,当控制信号为低电平时,对应的开关断开。
其中,第七开关连接于第五PMOS管的漏极和第五NMOS管的漏极之间。第七开关连接于第六NMOS管的漏极和第五PMOS管的漏极之间。
当开关脉冲信号SW由低变高时,第一控制信号PRE_SHDN和第二控制信号SW_SHDN也由低变高。在SW的高电平期间内,当采样电压VCS大于预关断电压模块313内部的预关断电压VCS_PRE时,第一控制信号PRE_SHDN由高变低。
需要说明的是,第二控制信号SW_SHDN与SW相同。
当PRE_SHDN信号变低后,第五NMOS管的漏极电流将被关闭,镜像到第六PMOS管303的基极电流仅由NMOS管307提供。当SW变低后,第六NMOS管307的漏极电流将被关闭,即第六PMOS管303提供出的电流全部被关闭,功率开关管301接受的基极电流被关闭。同时,第三NMOS管308将被打开,为功率开关管301提供一个低阻释放存储电荷的通路。这样可以加快功率开关管301的关断时间。
下面结合图7和图8详细说明预关断电压模块的具体实现。
参见图7,该图为本发明提供的预关断电压模块的具体结构图。
参见图8,该图为本发明预关断电压模块中各个信号的波形图。
预关断电压VCS_PRE经过第九开关连接二选一选择器602的‘1’输入端,VCS连接二选一选择器602的‘0’输入端。
预关断电压VCS_PRE连接比较器603的负输入端。
二选一选择器602的输出端连接比较器603的正输入端。
比较器603的输出端PEAK1连接第一RS触发器的R端;开关控制信号SW的反相信号SWN连接第一RS触发器的S端。
第一RS触发器的输出信号/Q作为二选一选择器602的选择控制信号M。
/Q经过第一非门606取反后作为第一或非门607的输入;PEAK1作为第一或非门607的另一个输入信号。
第一或非门607的输出连接第二RS触发器的R端,SW连接第二RS触发器的S端。
第二RS触发器的输出信号作为第二控制信号SW_SHDN。
SWN信号和/Q信号作为第二或非门611的两个输入端,第二或非门611的输出端的信号P1作为控制第十开关1010的控制信号。
P1经过两个串联的非门613和614后作为第一控制信号PRE_SHDN。
/Q信号经过第三非门610以后,作为第三或非门612的一个输入信号。SWN作为第三或非门612的另一个输入信号。
第三或非门612的输出信号P2作为第十一开关1111的控制信号。
二选一选择器602的正输入端经过第二电容601接地,依次经过串联的第十开关1010和第一电流源I1接内部电压VDD,同时依次经过串联第十一开关1111和第二电流源I2接地。
当开关控制信号SW变为低电平时,SWN将变为高电平,第二电容601上的电压将被置为预关断电压VCS_PRE。二选一选择器602的使能端M为低电平,VCS连接到比较器603的正输入端,比较器603输出PEAK1为低电平。
等SW变成高电平时,P1变高电平,第十开关1010闭合。第二电容601开始充电,同时,VCS电压开始线性上升,一旦VCS电压上升至预关断电压VCS_PRE后,比较器603输出翻转,PEAK1变为高电平。P1变为低电平,第十开关1010随即断开。P2变为高电平,其所控制的第十一开关1111开关闭合,第二电容601的电压开始按第二电流源I2的电流放电。二选一选择器602的使能端M变为高电平。第二电容601上的电压将连接到比较器603正输入端。
当第二电容601上的电压降至预关断电压VCS_PRE后,PEAK1翻转变为低电平。此时PEAK2将产生一个高电平窄脉冲,连接到第二RS触发器的R复位端,将第二控制信号SW_SHDN置为低电平。二选一选择器602的使能端M再次变为低电平,VCS电压将再次连接到比较器603的正输入端,等待下个开关周期。
基于上述电路实现方法,PEAK1的高电平记录了功率开关管接受基极驱动电流的时段,PEAK1的下降沿决定关闭部分基极电流的通路。
具体可以通过设定第二电容601的充电电流和放电电流的比例,来调整时间长度t2和t1的比值。
例如,本实施例中可以设定t2和t1的比值为1∶4,这样t2是t1的1/4倍。设定好t2的时间可以适用于不同型号的功率开关管,以适应不同存储时间的要求。
参见图9,该图为本发明提供的开关电源基极驱动电路实施例三结构图。
本实施例与实施例一的区别是:增加了过驱动栅极电压模块312。
过驱动栅极电压模块312用于产生过驱动电压,过驱动栅极电压模块312输出的过驱动电压经过第四开关44连接至第三NMOS管308的栅极,作为第三NMOS管308的驱动电压。
第三NMOS管308的栅极通过第九开关99接地。开关控制信号SW作为第九开关99的控制信号。当SW为高电平时,第九开关99闭合,当SW为低电平时,第九开关99断开。当第九开关99闭合时,第三NMOS管308的栅极接地。
同时第三NMOS管的栅极通过第五开关55连接内部电压VDD。
需要说明的是,第四开关44和第五开关55分别由脉冲信号SWNPS和SWNS提供,当脉冲信号为高电平时,对应的开关闭合,当脉冲信号为低电平时,对应的开关断开。脉冲信号SWNPS和SWNS的波形参见图5所示。
当开关控制信号SW由高变低时,脉冲信号SWNPS由低变高,此时脉冲信号SWNS为低电平。此时,第四开关44闭合,第五开关55断开。第三NMOS管308的栅极电压VGN由过驱动栅极电压模块312的输出电压提供。
经过第三预设时间t3之后,脉冲信号SWNPS由高变低,此时脉冲信号SWNS为由低变高。此时,第四开关44断开,第五开关55闭合。第三NMOS管308的栅极电压VGN由内部电压VDD提供。
本实施例增加的过驱动栅极电压模块312模块,为第三NMOS管308的栅极提供一个较大的栅极电压VGN,这样第三NMOS管308可以具备更大的电流能力来加速功率开关管的关断。
参见图10,该图为本发明实施例三提供过驱动栅极电压模块的结构图。
当开关控制信号SW变低后,脉冲信号SWNPS信号开启,对应的第六开关66闭合,第四NMOS管503将产生一定的偏置电流。偏置电流再经过第三PMOS管504和第四PMOS管505组成的电流镜比例放大。串连的四个二极管506至509以及第三电阻510上将产生一定的压降。第三电阻510上的压降将使第二晶体管511导通,这样将拉走第四PMOS管505的大部分电流。VGN电压钳位于串连的四个二极管506到509的电压以及第三电阻510上的电压之和。
需要说明的是,第四开关44和第六开关66均由脉冲信号SWNPS控制。
需要说明的是,可以通过设定串连的二极管的个数,使VGN的电压高于现有技术中的内部电压VDD。进而可以为第三NMOS管308的栅极提供一个较大的栅极电压VGN,这样第三NMOS管308可以具备更大的电流能力来加速功率开关管的关断。
需要说明的是,本发明实施例提供的实施例一解决了功率开关管开启时间较慢的缺点,实施例二和实施例三解决了功率开关管关断时间慢的缺点。而功率开关管的开启和关断均会带来一定的功耗,本发明实施例提供的开关电源的基极驱动电路可以有效缩短功率开关管的开启和关断的时间,进而可以降低功率开关管带来的功耗。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种开关电源的基极驱动电路,其特征在于,包括:复合偏置电压模块,用于当功率开关管开启时的为所述功率开关管的基极提供过驱动电流;
开关控制信号、内部偏置电压和所述功率开关管的基极电压作为所述复合偏置电压模块的输入信号;
当功率开关管开启时,所述复合偏置电压模块输出的电压为所述基极电压和所述内部偏置电压之和;
当经过第一预设时间之后,所述复合偏置电压模块输出的电压为零;再经过第二预设时间之后,所述复合偏置电压模块输出的电压为所述基极电压。
2.根据权利要求1所述的开关电源的基极驱动电路,其特征在于,所述复合偏置电压模块包括:第一晶体管、第一电阻、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第一开关、第二开关和第三开关;
所述功率开关管的基极电压连接第一晶体管的基极;
第一晶体管的发射极经过第一电阻接地,集电极连接第一PMOS管的漏极;
第一PMOS管的漏极通过第一开关连接第一NMOS管的漏极;
第一NMOS管的衬底和源极接地,栅极连接所述内部偏置电压;
第一PMOS管和第二PMOS管组成电流镜;
第二PMOS管的漏极连接第二NMOS管的漏极;
第二NMOS管的漏极和栅极短接,源极接地;
第二NMOS管的栅极通过第二开关连接输出端,输出端为所述复合偏置电压模块输出的复合电压;
复合电压通过第三开关接地;
当开关控制信号由低变高时,第三开关断开,第一开关闭合,第二开关闭合,复合电压由基极电荷和内部偏置电压提供;
从开关控制信号的上升沿开始经过第一预设时间之后,第一开关和第二开关断开,第三开关闭合,此时复合电压为零;再经过第二预设时间之后,第三开关断开,第二开关闭合,第一开关断开,复合电压由基极电压提供。
3.根据权利要求1所述的开关电源的基极驱动电路,其特征在于,还包括预关断电压模块,所述预关断电压模块的输入信号为功率开关管的发射极电压,输出信号为第一控制信号和第二控制信号;
所述第一控制信号用于控制串联在第一驱动电流通路中的第七开关;
所述第二控制信号用于控制串联在第二驱动电流通路中的第八开关;
当所述功率开关管的发射极电压大于或等于预关断电压时,用于切断第一驱动电流通路;当所述开关控制信号由高电平变为低电平时,用于切断第二驱动电流通路。
4.根据权利要求3所述的开关电源的基极驱动电路,其特征在于,所述预关断电压模块包括:第九开关、第十开关、第十一开关、二选一选择器、比较器、第一RS触发器、第二RS触发器、第一或非门、第二或非门、第三或非门、第二电容、第一非门、第二非门、第三非门、第一电流源和第二电流源;
所述预关断电压经过第九开关连接二选一选择器的正输入端,功率开关管的基极电压连接二选一选择器的负输入端;
预关断电压连接比较器的负输入端;
二选一选择器的输出端连接比较器的正输入端;
比较器的输出端连接第一RS触发器的复位端;开关控制信号的反相信号连接第一RS触发器的置位端;
第一RS触发器的输出信号作为二选一选择器的使能信号;
第一RS触发器的输出信号经过第一非门取反后作为第一或非门的输入;比较器的输出端信号作为第一或非门的另一个输入信号;
第一或非门的输出连接第二RS触发器的复位端,开关控制信号连接第二RS触发器的置位端;
第二RS触发器的输出信号作为第二控制信号;
开关控制信号的反相信号和第一RS触发器的输出信号作为第二或非门的两个输入端,第二或非门的输出端的信号作为控制第十开关的控制信号;
第二或非门的的输出信号经过两个串联的非门后作为第一控制信号;
第一RS触发器的输出信号经过第三非门以后,作为第三或非门的一个输入信号;开关控制信号的反相信号作为第三或非门的另一个输入信号;
第三或非门的输出信号作为第十一开关的控制信号;
二选一选择器的正输入端经过第二电容接地,依次经过串联的第十开关和第一电流源接内部电压,同时依次经过串联第十一开关和第二电流源接地。
5.根据权利要求1所述的开关电源的基极驱动电路,其特征在于,还包括过驱动栅极电压模块,当开关控制信号由高电平变为低电平时,用于为第三NMOS管的基极提供过驱动电压;当经过第三预设时间之后,用于为所述第三NMOS管提供内部电压;
所述第三NMOS管的漏极连接所述功率开关管的基极,源极接地。
6.根据权利要求5所述的开关电源的基极驱动电路,其特征在于,内部偏置电压通过第二电阻连接第四NMOS管的栅极;
第四NMOS管的漏极通过第六开关连接第三PMOS管的漏极;
第三PMOS管和第四PMOS管组成电流镜;
第四PMOS管漏极依次通过串联的至少两个二极管和一个第三电阻接地;第四PMOS管漏极作为过驱动电压的输出。
7.根据权利要求6所述的开关电源的基极驱动电路,其特征在于,当所述开关控制信号为高电平时,所述第六开关断开;从所述开关控制信号的下降沿开始经过所述第三预设时间之后,所述第六开关闭合。
CN2009102261043A 2009-11-20 2009-11-20 一种开关电源的基极驱动电路 Active CN101841247B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009102261043A CN101841247B (zh) 2009-11-20 2009-11-20 一种开关电源的基极驱动电路
US12/638,809 US8482943B2 (en) 2009-11-20 2009-12-15 Power transistor driving circuits and methods for switching mode power supplies
US13/862,289 US9520868B2 (en) 2009-11-20 2013-04-12 Power transistor driving circuits and methods for switching mode power supplies

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009102261043A CN101841247B (zh) 2009-11-20 2009-11-20 一种开关电源的基极驱动电路

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101841247A true CN101841247A (zh) 2010-09-22
CN101841247B CN101841247B (zh) 2013-01-23

Family

ID=42744433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009102261043A Active CN101841247B (zh) 2009-11-20 2009-11-20 一种开关电源的基极驱动电路

Country Status (2)

Country Link
US (2) US8482943B2 (zh)
CN (1) CN101841247B (zh)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102064678A (zh) * 2010-11-29 2011-05-18 Bcd半导体制造有限公司 一种开关电源的栅极驱动电路
CN102594100A (zh) * 2011-01-14 2012-07-18 英飞凌科技奥地利有限公司 用于驱动开关晶体管的系统和方法
CN104539142A (zh) * 2014-12-20 2015-04-22 深圳市科创达微电子有限公司 一种用于开关电源的高效率三极管驱动电路
CN105553236A (zh) * 2014-10-27 2016-05-04 三菱电机株式会社 驱动电路
CN108781043A (zh) * 2016-03-16 2018-11-09 松下知识产权经营株式会社 电力变换电路
CN110061621A (zh) * 2019-04-16 2019-07-26 杰华特微电子(杭州)有限公司 一种开关电源控制电路和方法及开关电源
CN110138220A (zh) * 2018-02-08 2019-08-16 比亚迪股份有限公司 一种电源及其开关电源电路
CN110661400A (zh) * 2018-06-28 2020-01-07 杰力科技股份有限公司 电压转换电路及其控制电路
CN112821727A (zh) * 2021-03-11 2021-05-18 昂宝电子(上海)有限公司 开关电源系统
US11581815B2 (en) 2012-04-12 2023-02-14 On-Bright Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Systems and methods for regulating power conversion systems with output detection and synchronized rectifying mechanisms
US11588405B2 (en) 2012-04-12 2023-02-21 On-Bright Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Systems and methods for regulating power conversion systems with output detection and synchronized rectifying mechanisms
US11757366B2 (en) 2020-05-29 2023-09-12 On-Bright Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Systems and methods for synchronous rectification of power supply systems
US11764697B2 (en) 2020-01-20 2023-09-19 On-Bright Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Systems and methods for controlling synchronous rectification
CN117354996A (zh) * 2023-02-02 2024-01-05 上海谭慕半导体科技有限公司 用于led驱动器的控制系统及方法、可读存储介质

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101841250B (zh) * 2010-04-27 2012-08-15 上海新进半导体制造有限公司 一种开关电源控制电路及原边控制的反激式开关电源
CN102904448B (zh) * 2011-07-29 2015-07-22 比亚迪股份有限公司 一种开关电源的控制芯片和开关电源
CN102280995A (zh) * 2011-08-29 2011-12-14 上海新进半导体制造有限公司 开关电源集成电路
FR2982099B1 (fr) * 2011-10-27 2013-11-15 St Microelectronics Tours Sas Commande d'un interrupteur dans un convertisseur de puissance
CN102723886B (zh) * 2012-06-26 2015-02-18 上海新进半导体制造有限公司 一种高功率因数开关电源及其控制器和控制方法
CN103715899A (zh) * 2012-09-28 2014-04-09 凹凸电子(武汉)有限公司 反激转换器、控制反激转换器的控制器及方法
GB2534569A (en) * 2015-01-27 2016-08-03 Shimadzu Corp Method of controlling a DC power supply
TWI671988B (zh) * 2018-07-10 2019-09-11 群光電能科技股份有限公司 電源轉換裝置及其控制方法
US10707767B2 (en) * 2018-12-04 2020-07-07 Infineon Technologies Austria Ag Two-level switch driver for preventing avalanche breakdown for a synchronous rectification switch in a power converter operating in a low-power burst mode
CN113381590A (zh) * 2020-03-09 2021-09-10 辉芒微电子(深圳)有限公司 含多级npn晶体管的驱动电路
CN113258917B (zh) * 2021-07-13 2021-09-24 广州市保伦电子有限公司 一种监控保护用电设备的控制装置
CN113741606B (zh) * 2021-08-06 2023-02-24 深圳市立创普电源技术有限公司 一种自适应输入电压的功率控制电路
US11979082B2 (en) * 2022-03-30 2024-05-07 Texas Instruments Incorporated Power switch deactivation driver
CN115882712B (zh) * 2023-02-01 2023-05-12 上海芯龙半导体技术股份有限公司 一种电源芯片的使能电路、电源芯片及控制方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4857766A (en) * 1987-10-30 1989-08-15 International Business Machine Corporation BiMos input circuit
DE69428782T2 (de) * 1994-05-25 2002-05-08 St Microelectronics Srl Anstiegszeitsteuerung und Optimierung des Leistungsverbrauchs in einer Leistungsstufe
JP3334548B2 (ja) * 1997-03-21 2002-10-15 ヤマハ株式会社 定電流駆動回路
JP3159188B2 (ja) * 1998-10-20 2001-04-23 日本電気株式会社 インクジェット記録ヘッドの駆動方法
US6885958B2 (en) * 2001-08-27 2005-04-26 Texas Instruments Incorporated Self calibrating current reference
JP4353759B2 (ja) * 2003-09-22 2009-10-28 Necエレクトロニクス株式会社 駆動回路
KR100704119B1 (ko) * 2005-12-14 2007-04-06 페어차일드코리아반도체 주식회사 전류 제어 스위칭 모드 전력 공급기
TW200812191A (en) * 2006-05-09 2008-03-01 Rohm Co Ltd Charging circuit
CN101018022A (zh) * 2006-12-29 2007-08-15 广东志成冠军集团有限公司 高效节能型逆变电路
JP4573843B2 (ja) * 2007-01-18 2010-11-04 株式会社豊田中央研究所 電力用半導体素子の駆動回路
US8125799B2 (en) * 2009-10-23 2012-02-28 Bcd Semiconductor Manufacturing Limited Control circuits and methods for switching mode power supplies
US8018743B2 (en) * 2009-03-05 2011-09-13 Iwatt Inc. Adaptive control for transition between multiple modulation modes in a switching power converter
US8022686B2 (en) * 2009-05-06 2011-09-20 Texas Instruments Incorporated Reference circuit with reduced current startup
US8344659B2 (en) * 2009-11-06 2013-01-01 Neofocal Systems, Inc. System and method for lighting power and control system

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102064678B (zh) * 2010-11-29 2013-01-23 Bcd半导体制造有限公司 一种开关电源的栅极驱动电路
CN102064678A (zh) * 2010-11-29 2011-05-18 Bcd半导体制造有限公司 一种开关电源的栅极驱动电路
CN102594100A (zh) * 2011-01-14 2012-07-18 英飞凌科技奥地利有限公司 用于驱动开关晶体管的系统和方法
CN102594100B (zh) * 2011-01-14 2014-11-12 英飞凌科技奥地利有限公司 用于驱动开关晶体管的系统和方法
US11764684B2 (en) 2012-04-12 2023-09-19 On-Bright Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Systems and methods for regulating power conversion systems with output detection and synchronized rectifying mechanisms
US11581815B2 (en) 2012-04-12 2023-02-14 On-Bright Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Systems and methods for regulating power conversion systems with output detection and synchronized rectifying mechanisms
US11588405B2 (en) 2012-04-12 2023-02-21 On-Bright Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Systems and methods for regulating power conversion systems with output detection and synchronized rectifying mechanisms
CN105553236B (zh) * 2014-10-27 2018-07-03 三菱电机株式会社 驱动电路
CN105553236A (zh) * 2014-10-27 2016-05-04 三菱电机株式会社 驱动电路
CN104539142A (zh) * 2014-12-20 2015-04-22 深圳市科创达微电子有限公司 一种用于开关电源的高效率三极管驱动电路
CN108781043A (zh) * 2016-03-16 2018-11-09 松下知识产权经营株式会社 电力变换电路
CN108781043B (zh) * 2016-03-16 2020-05-01 松下知识产权经营株式会社 电力变换电路
CN110138220A (zh) * 2018-02-08 2019-08-16 比亚迪股份有限公司 一种电源及其开关电源电路
CN110138220B (zh) * 2018-02-08 2022-05-20 比亚迪半导体股份有限公司 一种电源及其开关电源电路
CN110661400A (zh) * 2018-06-28 2020-01-07 杰力科技股份有限公司 电压转换电路及其控制电路
CN110661400B (zh) * 2018-06-28 2021-03-09 杰力科技股份有限公司 电压转换电路及其控制电路
CN110061621A (zh) * 2019-04-16 2019-07-26 杰华特微电子(杭州)有限公司 一种开关电源控制电路和方法及开关电源
US11764697B2 (en) 2020-01-20 2023-09-19 On-Bright Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Systems and methods for controlling synchronous rectification
US11757366B2 (en) 2020-05-29 2023-09-12 On-Bright Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Systems and methods for synchronous rectification of power supply systems
CN112821727B (zh) * 2021-03-11 2022-06-28 昂宝电子(上海)有限公司 开关电源系统
CN112821727A (zh) * 2021-03-11 2021-05-18 昂宝电子(上海)有限公司 开关电源系统
CN117354996A (zh) * 2023-02-02 2024-01-05 上海谭慕半导体科技有限公司 用于led驱动器的控制系统及方法、可读存储介质
CN117354996B (zh) * 2023-02-02 2024-05-14 上海谭慕半导体科技有限公司 用于led驱动器的控制系统及方法、可读存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
US20130222044A1 (en) 2013-08-29
US8482943B2 (en) 2013-07-09
US20110122659A1 (en) 2011-05-26
CN101841247B (zh) 2013-01-23
US9520868B2 (en) 2016-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101841247B (zh) 一种开关电源的基极驱动电路
CN106602504B (zh) 一种光伏快速关断装置及光伏系统
CN105048791B (zh) 功率管控制系统和用于开关电源的外置功率管驱动电路
CN101677240B (zh) 一种绝缘栅双极型晶体管驱动电路
CN102570809B (zh) 短路保护电路及方法
WO2021259319A1 (zh) 一种具有能量回收功能的驱动电路及开关电源
CN102064678B (zh) 一种开关电源的栅极驱动电路
CN105048790A (zh) 功率管控制系统和用于驱动外置功率管的驱动电路
CN101847934A (zh) 一种开关电源
CN111555595B (zh) 一种开启速率可控的GaN功率管栅驱动电路
CN109638797A (zh) 一种带过流保护的多开关同步隔离驱动电路
CN106208631B (zh) 任意脉宽mosfet电子开关驱动电路
CN108365743A (zh) 一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路
CN107493016A (zh) 一种不对称半桥反激电路的控制方法及电路
CN109391021A (zh) 电池防反灌开关的控制装置及太阳能mppt控制系统
CN1909354B (zh) 功率转换器的启动电路
CN102761257A (zh) 升压转换器及其控制方法
CN205070779U (zh) 功率管控制系统和用于驱动外置功率管的驱动电路
CN208724068U (zh) 背光启动电路
CN109587423A (zh) 背光启动电路
CN202424493U (zh) 一种llc半桥谐振变换器的驱动电路
CN102227130B (zh) 液晶电视机的音频功放的驱动系统
CN101944904A (zh) 一种自举控制电路及包含该自举控制电路的开关电源
CN214750516U (zh) 一种采样电路及包含该采样电路的多绕组串联变换器
CN202276325U (zh) 大功率高压脉冲电源驱动电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210127

Address after: 1600 Zixing Road, Minhang District, Shanghai

Patentee after: BCD (SHANGHAI) MICRO-ELECTRONICS Ltd.

Address before: Ojinend house, South Church Street, George Town, British Caymans

Patentee before: BCD Semiconductor Manufacturing Ltd.

TR01 Transfer of patent right