CN104158386A - 一种钳位驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钳位驱动电路，其包括一偏置电流源、一带有第四MOS管的加速电流镜、一带有第五MOS管的反相器、一带有上驱动管的图腾柱输出驱动器、一转换电流镜、一用于开关所述转换电流镜的电流镜开关管、一连接在所述第四MOS管的源极与漏极之间的稳压维持电阻或恒流源；以及一连接在所述上驱动管的栅极与地之间的钳位采样电路。本发明利用钳位采样电路并通过电流镜开关管关掉转换电流镜并驱动加速电流镜，从而完全关掉大的驱动加速电流，并通过增加稳压维持电阻或恒流源，实现了高速驱动的同时减少电路功耗；同时由于稳压维持电阻或恒流源的存在，钳位电压在建立过程中不存在不稳定的现象，整个电路对工艺依赖程度低。

Description

一种钳位驱动电路

技术领域

本发明涉及一种应用于开关电源的低功耗的钳位驱动电路。

背景技术

众所周知，开关电源技术已经得到了广泛的应用。在开关电源中，用于驱动功率开关器件的信号高电平一般不需要过高的电压，这是因为驱动损耗与高电平电压的平方成正比，而且，过高的驱动电压会使功率开过器件的选型受到限制。为此，从安全和性能的方面考虑，需要对驱动电压进行钳位处理。

目前，常用的钳位驱动电路如图1所示，该电路由偏置电流源101、反相器102、驱动电流镜103、钳位二极管111和图腾柱输出驱动电路104组成，其中，反相器102包括第一MOS管109和第二MOS管110；驱动电流镜103包括第三MOS管107和第四MOS管108；图腾柱输出驱动电路104包括上驱动管112和下驱动管113。该电路的工作过程如下：当输入信号IN为高电平时，反相器102的输出电压VX为低电平，图腾柱输出驱动电路104的上驱动管112关断，下驱动管113开启，输出的驱动信号OUT为低电平；当输入信号IN为低电平时，图腾柱输出驱动电路104的上驱动管112开启，下驱动管113关断，驱动电流镜103的输出管108通过反相器102的第一MOS管109对图腾柱输出驱动电路104的上驱动管112的栅源极电容充电，反相器102的输出电压VX逐渐上升，驱动信号OUT随着输出电压VX而增加，驱动电流镜103的第四MOS管108的电流主要用于上驱动管112的栅源极电容充电；如果电源VCC的电压小于钳位二极管111的反向击穿电压，则反相器102的输出电压VX被充到VCC；如果电源VCC的电压大于钳位二极管111的反向击穿电压，则反相器102的输出电压VX被钳位在钳位二极管111反向击穿电压，前级驱动电流全部流过钳位二极管111。该电路存在的问题在于：当输入信号IN为低电平时，为了保证驱动信号OUT的上升速度，前级驱动电流必需足够大，这样会导致在钳位状态下，流过钳位二极管111的电流也非常大，从而造成非常大的功率损耗。

针对以上缺点，公开号为CN102185499的专利提出了这样一种解决方法，该方法是在图1所示钳位驱动电路的基础上，在驱动电流镜与钳位二极管之间加入了电流反馈环路。如果电源VCC的电压小于钳位二极管的反向击穿电压，则反馈环路不工作；如果电源VCC的电压大于钳位二极管反向击穿电压，则当钳位二极管反向击穿后，反馈环路工作，反馈环路减小了驱动电流镜提供的驱动电流，从而减小了钳位状态下的电流，降低电路功耗。

上述专利中的电路希望通过合适的电流镜比例设置，尽可能地减少钳位电流。然而，如果这个负电流负反馈环路内部参数设置不合理(包括电流镜比例)或者制造工艺的偏差很容易引起环路的震荡，从而导致钳位电压的不稳定。因此，为了保持电路稳定必需设置较大的裕量，也就是必需设置较大的钳位维持电流，否则，钳位电压会不稳定。由此可见，上述现有技术可靠性、稳定性较差，且对制造工艺的依赖程度过高。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种钳位驱动电路，以提高钳位电压的稳定性，减少对工艺的依赖程度，并降低电路功耗。

本发明所述的一种钳位驱动电路，其包括一偏置电流源、一带有第四MOS管的加速电流镜、一带有第五MOS管的反相器以及一带有上驱动管的图腾柱输出驱动器，其中，所述第四MOS管的漏极与所述第五MOS管的源极连接，该第五MOS管的漏极与所述上驱动管的栅极连接，该电路还包括：

一转换电流镜，其输入端与所述偏置电流源的输出端连接，其输出端与所述加速电流镜的输入端连接；

一用于开关所述转换电流镜的电流镜开关管，其漏极与源极与所述转换电流镜连接；

一连接在所述第四MOS管的源极与漏极之间的稳压维持电阻或恒流源；以及

一连接在所述上驱动管的栅极与地之间的钳位采样电路，其输出端与所述电流镜开关管的栅极连接。

在上述的钳位驱动电路中，所述转换电流镜包括第一MOS管和第二MOS管，其中，所述第一MOS管的漏极分别与其栅极以及所述偏置电流源的输出端连接，其源极与所述第二MOS管的源极相连后接地；所述第二MOS管的栅极与所述第一MOS管的栅极连接，其漏极与所述加速电流镜的输入端连接。

在上述的钳位驱动电路中，所述电流镜开关管的漏极与所述第一MOS管的漏极连接，其源级与所述第一MOS管的源级连接

在上述的钳位驱动电路中，所述钳位采样电路包括依次串联在所述上驱动管的栅极与地之间的第一电阻和第二电阻，所述电流镜开关管的栅极连接至所述第一电阻与第二电阻之间。

在上述的钳位驱动电路中，所述电流镜还包括第三MOS管，其中，所述第三MOS管的漏极分别与其栅极以及所述第二MOS管的漏极连接，其源极与所述第四MOS管的源极相连后与一电源连接；所述第四MOS管的栅极与所述第三MOS管的栅极连接。

在上述的钳位驱动电路中，所述反相器还包括第六MOS管，其中，所述第六MOS管的漏极与所述第五MOS管的漏极连接，其栅极与所述第五MOS管的栅极相连后接收一输入信号，其源级接地。

在上述的钳位驱动电路中，所述图腾柱输出驱动器还包括下驱动管，其中，所述上驱动管的漏极与一电源连接，其源级与所述下驱动管的漏极连接，并输出一驱动信号；所述下驱动管的源级接地，其栅极接收所述输入信号。

在上述的钳位驱动电路中，所述偏置电流源的输入端与一电源连接。

在上述的钳位驱动电路中，所述电路还包括一连接在所述上驱动管的栅极与地之间的内部钳位器件。

在上述的钳位驱动电路中，所述内部钳位器件为钳位二极管，且所述钳位二极管的负极与所述上驱动管的栅极连接，其正极接地。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过在现有的驱动钳位电路中增加钳位采样电路、转换电流镜和电流镜开关管，从而在输出上升沿结束后，利用该钳位采样电路并通过电流镜开关管关掉转换电流镜并驱动加速电流镜，从而完全关掉大的驱动加速电流，并通过增加稳压维持电阻或恒流源，从而利用该稳压维持电阻或恒流源设置一个小的稳压维持电流，进而在实现了高速驱动的同时减少电路功耗；同时由于稳压维持电阻或恒流源的存在，钳位电压在建立过程中不存在不稳定的现象，整个电路对工艺依赖程度低。

附图说明

图1是现有技术中钳位驱动电路的结构示意图；

图2是本发明一种钳位驱动电路的一种实施例的结构示意图；

图3是本发明一种钳位驱动电路的另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图1所示，本发明，即一种钳位驱动电路的一个实施例包括：电源VCC、偏置电流源201、转换电流镜202、加速电流镜203、反相器204、图腾柱输出驱动器205、稳压维持电阻210、内部钳位器件213、钳位采样电路214、以及电流镜开关管219，具体来说：

偏置电流源201的输入端与电源VCC连接，其输出端与转换电流镜202的输入端连接；

转换电流镜202包括第一MOS管206和第二MOS管207，其中，第一MOS管206的漏极分别与其栅极以及偏置电流源201的输出端连接，其源极与第二MOS管207的源极相连后接地，该第二MOS管207的栅极与第一MOS管的栅极连接，其漏极与加速电流镜203的输入端连接；

加速电流镜203包括第三MOS管208和第四MOS管209，其中，第三MOS管208的漏极分别与其栅极以及第二MOS管207的漏极连接，其源极与第四MOS管209的源极相连后与电源VCC连接，该第四MOS管209的栅极与第三MOS管208的栅极连接，其漏极与反相器204连接；

反相器204包括第五MOS管211(PMOS管)和第六MOS管212，其中，第五MOS管211的源级与第四MOS管209的漏极连接，其漏极与第六MOS管212的漏极相连后与图腾柱输出驱动器205连接，该第六MOS管212的栅极与第五MOS管211的栅极相连后接收输入信号IN，其源级接地；

图腾柱输出驱动器205包括上驱动管217和下驱动管218，其中，上驱动管217的漏极与电源VCC连接，其栅极与第五MOS管211的漏极连接，其源级与下驱动管218的漏极连接，并输出驱动信号OUT，该下驱动管218的源级接地，其栅极接收输入信号IN；

稳压维持电阻210的一端与第四MOS管209的源级连接，另一端与第四MOS管209的漏极连接；

内部钳位器件213(钳位二极管)的负极与上驱动管217的栅极连接，其正极接地；

钳位采样电路214包括依次串联上驱动管217的栅极与地之间的第一电阻215和第二电阻216；

电流镜开关管219的漏极与第一MOS管206的漏极连接，其源级与第一MOS管206的源级连接，其栅极连接至第一电阻215和第二电阻216之间。

图3示出了本发明的一种钳位驱动电路的另一个实施例，该图中采用了与图2中相差100的相同附图标记标出了相似的特征。在图3中，除了采用恒流源310代替稳压维持电阻210之外，其他电路结构均与上述实施例相同。

根据上述两个实施例中的电路结构，本发明的工作过程如下：

当输入信号IN为高电平时，反相器204的输出电压VX(即内部钳位器件213的内部钳位电压)为低电平，图腾柱输出驱动器205的上驱动管217关断，下驱动管218开启，输出的驱动信号OUT为低电平；当输入信号IN为低电平时，反相器204中的第五MOS管211开启，加速电流镜203的电流以及稳压维持电阻210或恒流源310的电流通过第五MOS管211对内部钳位器件213以及上驱动管217的栅极充电，当钳位采样电路214的输出端电压打开电流镜开关管219后，转换电流镜202关断，同时关断加速电流镜203，从而使得内部钳位器件213的维持电流仅由稳压维持电阻210或恒流源310设定。由于加速电流镜203的电流关断后，反相器204的输出电压VX由稳压维持电阻210或恒流源310维持，因此该输出电压VX保持不变，也就是说，不存在不稳定的现象；另外，由于稳压维持电阻210或恒流源310的大小对电路的稳定性不构成威胁，因此，本发明对工艺的依赖程度低。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种钳位驱动电路，其包括一偏置电流源、一带有第四MOS管的加速电流镜、一带有第五MOS管的反相器以及一带有上驱动管的图腾柱输出驱动器，其中，所述第四MOS管的漏极与所述第五MOS管的源极连接，该第五MOS管的漏极与所述上驱动管的栅极连接，其特征在于，该电路还包括： 

一转换电流镜，其输入端与所述偏置电流源的输出端连接，其输出端与所述加速电流镜的输入端连接； 

一用于开关所述转换电流镜的电流镜开关管，其漏极与源极与所述转换电流镜连接； 

一连接在所述第四MOS管的源极与漏极之间的稳压维持电阻或恒流源；以及 

一连接在所述上驱动管的栅极与地之间的钳位采样电路，其输出端与所述电流镜开关管的栅极连接。 

2.根据权利要求1所述的钳位驱动电路，其特征在于，所述转换电流镜包括第一MOS管和第二MOS管，其中，所述第一MOS管的漏极分别与其栅极以及所述偏置电流源的输出端连接，其源极与所述第二MOS管的源极相连后接地；所述第二MOS管的栅极与所述第一MOS管的栅极连接，其漏极与所述加速电流镜的输入端连接。 

3.根据权利要求2所述的钳位驱动电路，其特征在于，所述电流镜开关管的漏极与所述第一MOS管的漏极连接，其源级与所述第一MOS管的源级连接 。

4.根据权利要求1所述的钳位驱动电路，其特征在于，所述钳位采样电路包括依次串联在所述上驱动管的栅极与地之间的第一电阻和第二电阻，所述电流镜开关管的栅极连接至所述第一电阻与第二电阻之间。 

5.根据权利要求2所述的钳位驱动电路，其特征在于，所述电流镜还包括第三MOS管，其中，所述第三MOS管的漏极分别与其栅极以及所述第二MOS管的漏极连接，其源极与所述第四MOS管的源极相连后与一电源连接；所述第四MOS管的栅极与所述第三MOS管的栅极连接。 

6.根据权利要求1所述的钳位驱动电路，其特征在于，所述反相器还包 括第六MOS管，其中，所述第六MOS管的漏极与所述第五MOS管的漏极连接，其栅极与所述第五MOS管的栅极相连后接收一输入信号，其源级接地。 

7.根据权利要求6所述的钳位驱动电路，其特征在于，所述图腾柱输出驱动器还包括下驱动管，其中，所述上驱动管的漏极与一电源连接，其源级与所述下驱动管的漏极连接，并输出一驱动信号；所述下驱动管的源级接地，其栅极接收所述输入信号。 

8.根据权利要求1所述的钳位驱动电路，其特征在于，所述偏置电流源的输入端与一电源连接。 

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的钳位驱动电路，其特征在于，所述电路还包括一连接在所述上驱动管的栅极与地之间的内部钳位器件。 

10.根据权利要求9所述的钳位驱动电路，其特征在于，所述内部钳位器件为钳位二极管，且所述钳位二极管的负极与所述上驱动管的栅极连接，其正极接地。