CN103701308A - 一种同步功率管驱动和自举电容充电电路 - Google Patents

一种同步功率管驱动和自举电容充电电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种同步功率管驱动和自举充电电路，其利用高压PMOS管给一同步NMOS功率管的栅极充电使之导通，同时PMOS管会分出一路电流流经一个电阻，该电阻的两端分别接一个NMOS管的栅极和源极，该NMOS管的漏极接自举电容的上端,同时包含一个比较器的监控电路会监控同步功率管NMOS管的最大栅源电压，以确保其电压不会超出电压限制5V。本发明可实现对下管驱动的同时，实现对自举电容的充电，并且消除了二极管的正向导通电压。

Description

一种同步功率管驱动和自举电容充电电路
技术领域
本发明涉及一种同步功率管驱动和自举电容充电电路，其用于高压DC-DC转换器类集成电路中，用以实现在没有外部5V电源的条件下对同步功率管驱动和实现对自举电容充电的功能。
背景技术
现有的高压DC-DC转换器类集成电路中，其中的高压MOSFET的最大栅源之间电压Vgs通常只能耐受5V电压而最大漏源之间电压Vds可以耐受5V至40V（或者更高）的高压。而其中的低压MOSFET的Vgs和Vds通常都可以承受5V电压。
为了节省芯片面积，降低产品成本，高压输入型DC-DC转换器的上管和下管（同步功率管）通常都采用NMOS管。上管和下管都是功率管，导通或关断所需的瞬间电流较大，为了驱动上管和下管的导通和关断，通常的做法是外部输入5V电源，或者外挂电容并产生一个5V的电压（LDO输出）。同时对上管采用自举驱动的方法，需要外挂一个自举驱动电容并在内部（或外部）在前述的5V电压上串联一个二极管到自举电容，给自举电容充电。这里电压限制在5V的目的是为了保护功率管的Vgs不超过限值，该做法可见于LM20242的数据手册。
这种做法的不利之处是外部需要增加一个电容，芯片增加一个引脚，并且自举电容的充电电压会比5V电压低一个二极管的正向导通电压（约0.7V），这会导致上管的驱动电压不足。
发明内容
由于现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提出一种同步功率管驱动和自举电容充电电路，其可实现对下管驱动的同时，实现对自举电容的充电，并且消除了二极管的正向导通电压。
为实现上述目的，本发明可通过以下技术方案予以实现：
一种同步功率管驱动和自举电容充电电路，包括源极相连接后与第一NMOS管的漏极相连的第一、第二PMOS管，该第二PMOS管的漏极分别与一电阻和第二NMOS管的栅极相连，且该电阻的另一端与该第二NMOS管的源极相连，该第二NMOS管的源极通过其寄生的体二极管分别与其漏极和一电容的一端相连，该电容的另一端和所述第一NMOS管的源极都连接到第三NMOS管的漏极，该第三NMOS管的栅极连接到第一比较器的正向输入端，该第一比较器的输出端通过逻辑控制和驱动单元连接到所述第一、第二PMOS管的栅极，且该第一PMOS管的漏极、所述电阻和第二NMOS管的源极都连接到第三NMOS管的栅极、第一比较器的正向输入端和第四NMOS管的漏极，且该第四NMOS管的栅极连接到所述逻辑控制和驱动单元，其源极和所述第三NMOS管的源极接地。
由于采用以上技术方案，本发明的同步功率管驱动和自举电容充电电路，其可以实现对下管驱动的同时，实现对自举电容的充电，并且消除了二极管的正向导通电压，是减少的芯片引脚数量，减少外部元件（电容，二极管等），实现了电路比较简单巧妙。
附图说明
下面根据附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明的电路结构图
图2是本发明的工作波形图
I_P1指的是流经P1的电流
V_gate指的是N3的栅极电压
Vbst-Vsw指的是电容C1两端的电压差
U1output指的是比较器U1的输出波形
具体实施方式
如图1、2所示，一种同步功率管驱动和自举电容充电电路，包括源极相连接后与第一NMOS管N1的漏极相连的第一、第二PMOS管P1、P2，该第二PMOS管P2的漏极分别与一电阻R1和第二NMOS管N2的栅极相连，且该电阻R1的另一端与该第二NMOS管N2的源极相连，该第二NMOS管N2的源极通过其寄生的体二极管分别与其漏极和一电容C1的一端相连，该电容C1的另一端和所述第一NMOS管N1的源极都连接到第三NMOS管N3的漏极，该第三NMOS管N3的栅极连接到第一比较器U1的正向输入端，该第一比较器U1的输出端通过逻辑控制和驱动单元U2连接到第一、第二PMOS管P1、P2的栅极，且该第一PMOS管P1的漏极、电阻R1和第二NMOS管N2的源极都连接到第三NMOS管N3的栅极、第一比较器U1的正向输入端和第四NMOS管N4的漏极，且该第四NMOS管N4的栅极连接到逻辑控制和驱动单元U2，其源极和第三NMOS管N3的源极接地。
实施时，P1和P2(两者成一定比例，如4:1)导通时给N3的栅极充电（此时N4和N1关断）。流经P2的电流和电阻R1经过适当取值，使得R1两端的电压约为5V，这样N2导通。在C1上电压高于N3栅极的电压时，电流从N2的漏端流向源端，C1上的电荷帮助N3导通，当N3栅极的电压逐渐上升到超过C1上的电压时，电流从N2的源端流向漏端，P1和P2的电流给C1充电。此时由于N2是导通的，只需要N2的尺寸适当，C1上的电压可以保持和N3栅极的电压基本相等，因而消除了二极管的正向压降。
比较器U1监测N3栅极的电压，当该电压超过5V时，比较器翻转，输出信号给U2，U2则控制P1和P2使之关断。这样P1和P2的电流降为0，R1上的电压降也为零，N2自然关断。此时C1和N3栅极电压维持在5V。
当下一个周期开始，N1需要导通时，U2首先将N4导通，N3的栅极电压放电到零，此时由于N2是关断的，不会对C1上的电荷放电。之后N1被导通，SW电压上升到接近VIN，BST电压也会上升到VIN+5V，N2是高压NMOS管，其漏端可以承受高压，因而可以将C1和同步功率管N3驱动级反向阻断，确保电路安全工作。
其中，P1,P2为高压PMOS管；N2，N1和N3都是高压NMOS管；N4和U1通常为低压器件构成。
但是，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制；只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。

Claims (2)

1.一种同步功率管驱动和自举电容充电电路，其特征在于：包括源极相连接后与第一NMOS管的漏极相连的第一、第二PMOS管，该第二PMOS管的漏极分别与一电阻和第二NMOS管的栅极相连，且该电阻的另一端与该第二NMOS管的源极相连，该第二NMOS管的源极通过其寄生的体二极管分别与其漏极和一电容的一端相连，该电容的另一端和所述第一NMOS管的源极连接到第三NMOS管的漏极，该第三NMOS管的栅极连接到第一比较器的正向输入端，该第一比较器的输出端通逻辑控制和驱动单元连接到所述第一、第二PMOS管的栅极，且该第一PMOS管的漏极、所述电阻和第二NMOS管的源极都连接到第三NMOS管的栅极、第一比较器的正向输入端和第四NMOS管的漏极，且该第四NMOS管的栅极连接到所述逻辑控制和驱动单元，其源极和所述第三NMOS管的源极接地。
2.根据权利要求1所述的同步功率管驱动和自举电容充电电路，其特征在于：所述第一、第二PMOS管为高压PMOS管，第一、第二、第三NMOS管为高压NMOS管，第四NMOS管为低压NMOS管。
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