CN104579274A - 一种开关电路及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种开关电路及其驱动方法，所述开关电路包括上拉功率开关和具有寄生体二极管的下拉功率开关。所述下拉功率开关由可输出具有三级电平的下拉驱动信号的下拉驱动电路驱动。所述下拉功率开关在所述下拉驱动信号的控制下，在下拉功率开关关断后并且上拉功率开关导通前的死区时间内，保持微导通，以分流流过与下拉功率开关并联的体二极管的电流，从而减少储存于体二极管内的电荷，降低功率损耗，提高电路效率。

Description

一种开关电路及其驱动方法

技术领域

本发明涉及电子电路，更具体地说，本发明涉及电子电路中的开关电路。

背景技术

在包含串联相接的上拉功率开关和下拉功率开关的开关电路中，上拉功率开关和下拉功率开关通常轮流导通来将输入电压转换成所需的输出电压，给负载提供能量。通常情况下，在下拉功率开关关断后且上拉功率开关导通前，会有一个死区时间，以防止上拉功率开关和下拉功率开关在瞬间同时导通引起的开关电路的电源到地的短路。在死区时间内，上拉功率开关和下拉功率开关会同时关断。遗憾的是，在死区时间内，下拉功率开关的寄生体二极管会储存电荷，从而引起功率损耗、开关尖峰和开关振荡等问题。

发明内容

考虑到现有技术的一个或多个技术问题，提出了一种开关电路，包括可提供具有三级电平的下拉驱动信号的下拉驱动电路。在死区时间段，该下拉驱动信号保持下拉功率开关微导通，从而分流一部分流经下拉功率开关的体二极管的电流，减少死区时间段储存于体二极管的电荷，以减轻功率损耗、开关尖峰和振荡等问题。

根据本技术的实施例，提出了一种开关电路，包括：上拉功率开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收开关电路的输入电压，所述第二端耦接至开关节点，所述控制端接收上拉驱动信号；下拉功率开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至开关节点，所述第二端耦接参考地，所述控制端接收下拉驱动信号；以及下拉驱动电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至开关节点接收开关信号，所述第二输入端接收开关控制信号，基于开关信号和开关控制信号，所述下拉驱动电路在输出端输出下拉驱动信号；其中，所述上拉功率开关和下拉功率开关轮流导通，所述下拉驱动信号在下拉功率开关关断后且上拉功率开关导通前的死区时间内具有介于电源电压与参考地之间的中间值，用以保持下拉功率开关微导通。

在一个实施例中，所述开关电路还包括上拉驱动电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收开关控制信号，基于开关控制信号，所述上拉驱动电路在输出端输出上拉驱动信号。

在一个实施例中，所述下拉驱动电路包括：反相器，具有电源端、接地端、输入端和输出端，所述电源端接收电源电压，所述接地端耦接至电压源接收电压值等于下拉驱动信号的中间值的电压信号，所述输入端接收开关控制信号，基于所述电源电压、电压信号和开关控制信号，所述反相器在输出端输出下拉驱动信号；第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至反相器的输出端，所述第二端耦接至参考地，所述控制端接收第一控制信号；以及第一开关控制电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收开关信号，基于所述开关信号，所述第一开关控制电路在输出端输出第一控制信号。

在一个实施例中，所述反相器包括：第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收电源电压，所述第二端耦接至反相器的输出端，所述控制端接收开关控制信号；以及第三开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至反相器的输出端，所述第二端接收电压值等于下拉驱动信号的中间值的电压信号，所述控制端接收开关控制信号。

在一个实施例中，所述第一开关控制电路包括：电容，具有第一端和第二端，所述第一端接收开关信号，所述第二端耦接至第一开关的控制端；以及第二电阻，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一开关的控制端，所述第二端接参考地。

在一个实施例中，所述电压源包括二极管、二极管连接方式的场效应管或二极管连接方式的三极管。

在一个实施例中，所述下拉驱动电路包括：第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收电源电压，所述第二端耦接至下拉驱动电路的输出端，所述控制端接收开关控制信号；IGBT器件，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至第二开关的第二端，所述第二端接参考地，所述控制端接收开关控制信号；第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至下拉驱动电路的输出端，所述第二端接参考地，所述控制端接收第一控制信号；以及第一开关控制电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收开关信号，基于所述开关信号，所述第一开关控制电路在输出端输出第一控制信号。

在一个实施例中，所述第一开关控制电路包括第四开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收开关信号，所述第二端耦接至第一开关的控制端，所述控制端接收电源电压。

在一个实施例中，所述第一开关控制电路还包括耦接在电源电压和第四开关的控制端的第一电阻。

根据本技术的实施例，还提出了一种开关电路的驱动方法，所述开关电路包括上拉功率开关和具有寄生体二极管的下拉功率开关，所述体二极管与下拉功率开关并联，包括：轮流导通上拉功率开关和下拉功率开关，以将输入电压转换成输出电压；在下拉功率开关关断后及上拉功率开关导通前加入死区时间；在死区时间内保持下拉功率开关微导通；以及在死区时间后关断下拉功率开关并且开启上拉功率开关。

根据本技术的实施例，还提出了一种开关电路，包括上拉功率开关和下拉功率开关，所述下拉功率开关具有与其并联的寄生体二极管，所述开关电路包括：下拉驱动电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至上拉功率开关和下拉功率开关的连接点接收开关信号，所述第二输入端接收开关控制信号，基于开关信号和开关控制信号，所述下拉驱动电路在输出端输出下拉驱动信号以控制下拉功率开关；其中，所述上拉功率开关和下拉功率开关轮流导通，所述下拉驱动信号在下拉功率开关关断后且上拉功率开关导通前的死区时间内具有介于开关电路的电源电压与参考地之间的中间值，用以保持下拉功率开关微导通。

在一个实施例中，所述开关电路还包括上拉驱动电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收开关控制信号，基于开关控制信号，所述上拉驱动电路在输出端输出上拉驱动信号。

在一个实施例中，所述下拉驱动电路包括：反相器，具有电源端、接地端、输入端和输出端，所述电源端接收电源电压，所述接地端耦接至电压源接收电压值等于下拉驱动信号的中间值的电压信号，所述输入端接收开关控制信号，基于所述电源电压、电压信号和开关控制信号，所述反相器在输出端输出下拉驱动信号；第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至反相器的输出端，所述第二端耦接至参考地，所述控制端接收第一控制信号；以及第一开关控制电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收开关信号，基于所述开关信号，所述第一开关控制电路在输出端输出第一控制信号。

在一个实施例中，所述反相器包括：第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收电源电压，所述第二端耦接至反相器的输出端，所述控制端接收开关控制信号；以及第三开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至反相器的输出端，所述第二端接收电压值等于下拉驱动信号的中间值的电压信号，所述控制端接收开关控制信号。

在一个实施例中，所述第一开关控制电路包括：电容，具有第一端和第二端，所述第一端接收开关信号，所述第二端耦接至第一开关的控制端；以及第二电阻，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一开关的控制端，所述第二端接参考地。

在一个实施例中，所述电压源包括二极管、二极管连接方式的金属氧化物半导体场效应管或二极管连接方式的三极管。

在一个实施例中，所述下拉驱动电路包括：第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收电源电压，所述第二端耦接至下拉驱动电路的输出端，所述控制端接收开关控制信号；IGBT器件，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至第二开关的第二端，所述第二端接参考地，所述控制端接收开关控制信号；第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至下拉驱动电路的输出端，所述第二端接参考地，所述控制端接收第一控制信号；以及第一开关控制电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收开关信号，基于所述开关信号，所述第一开关控制电路在输出端输出第一控制信号。

在一个实施例中，所述第一开关控制电路包括第四开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收开关信号，所述第二端耦接至第一开关的控制端，所述控制端接收电源电压。

在一个实施例中，所述第一开关控制电路还包括耦接在电源电压和第四开关的控制端的第一电阻。

附图说明

为了更好的理解本发明，将根据以下附图对本发明进行详细描述：

图1示出了现有的开关电路10的电路结构示意图；

图2示出了图1中开关电路10的上拉功率开关M1和下拉功率开关M2均为N型金属氧化物半导体场效应管时的部分信号波形；

图3示出了根据本发明一实施例的开关电路30的结构示意图；

图4示出了图3中开关电路30的上拉功率开关M1和下拉功率开关M2均为N型金属氧化物半导体场效应管时的部分信号波形；

图5示出了根据本发明一实施例的下拉驱动电路302的电路结构示意图；

图6示出了根据本发明一实施例的下拉驱动电路302的电路结构示意图；

图7示出了根据本发明一实施例的下拉驱动电路302的电路结构示意图；

图8示出了根据本发明一实施例的下拉驱动电路302的电路结构示意图；

图9示出了根据本发明一实施例的下拉驱动电路302的电路结构示意图；

图10示出了根据本发明一实施例的开关电路的驱动方法100的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

图1示出了现有的开关电路10的电路结构示意图。所述开关电路10包括串联连接的上拉功率开关M1和下拉功率开关M2。上拉驱动信号HS和下拉驱动信号LS分别控制上拉功率开关M1和所述下拉功率开关M2轮流导通，将输入电压Vin转换成输出电压Vout。所述开关电路10还包括上拉驱动电路101和下拉驱动电路102，根据开关控制信号PWM分别产生上拉驱动信号HS和下拉驱动信号LS。所述开关控制信号PWM可由任何现有的开关电路的控制电路产生。当上拉功率开关M1和下拉功率开关M2中有一个是P型开关管，另一个是N型开关管时，上拉驱动信号HS和下拉驱动信号LS的相位一致。当上拉功率开关M1和下拉功率开关M2都是P型开关管或者两者都是N型开关管时，上拉驱动信号HS和下拉驱动信号LS的相位相反。

开关电路10还包括输出电感L1和输出电容Co。开关电路10的负载用与输出电容Co并联的负载电阻RL来表示。当上拉功率开关M1导通，且下拉功率开关M2关断时，流过输出电感L1的电流增大，给输出电容Co充电以建立输出电压Vout；当上拉功率开关M1关断，且下拉功率开关M2导通时，流过输出电感L1的电流减小，输出电容Co给负载电阻RL提供能量以维持输出电压Vout。

图2示出了图1中开关电路10的上拉功率开关M1和下拉功率开关M2均为N型MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)时的部分信号波形。从图2中可以看出，在死区时间T1前，下拉驱动信号LS为逻辑高电平，而上拉驱动信号HS为逻辑低电平，即此时下拉功率开关M2导通，而上拉功率开关M1关断。在死区时间T1内，下拉驱动信号LS和上拉驱动信号HS均为逻辑低电平，即此时下拉功率开关M2和上拉功率开关M1均关断。在死区时间T1后，下拉驱动信号LS为逻辑低电平，而上拉驱动信号HS为逻辑高电平，也就是说此时下拉功率开关M2关断，而上拉功率开关M1导通。由上可知，死区时间T1在下拉功率开关M2关断后且上拉功率开关M1导通前。如图1所示，下拉功率开关M2通常会有与其并联的体二极管D2。本领域普通技术人员应该知道，体二极管D2是寄生器件，并且会在死区时间T1内导通。当体二极管D2导通时，电流从地流经体二极管D2至输出电感L1。该电流会导致有电荷Qrr储存于体二极管D2中，从而在上拉功率开关M1导通时引起功率损耗f*Qrr*Vin，其中f是开关电路的开关频率。进一步地，储存于体二极管D2中的电荷Qrr还将在SW节点由低电平转至高电平时，引起开关尖峰和开关振荡的幅度的增大。具体的开关尖峰和开关振荡的幅度还和开关电路的开关速度及寄生电感有关。

为了减少功率损耗，提高开关电路的效率，同时也为了减小开关尖峰和开关振荡的幅度以改善开关电路的鲁棒特性和EMI特性，本发明提供了一种改进的开关电路。图3示出了根据本发明一实施例的开关电路30的结构示意图。所述开关电路30包括：上拉功率开关M1，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收开关电路30的输入电压Vin，所述第二端耦接至开关节点SW，所述控制端接收上拉驱动信号HS；下拉功率开关M2，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至开关节点SW，所述第二端耦接参考地，所述控制端接收下拉驱动信号LS；以及下拉驱动电路302，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至开关节点SW接收开关信号Vsw，所述第二输入端接收开关控制信号PWM，基于开关信号Vsw和开关控制信号PWM，所述下拉驱动电路302在输出端输出下拉驱动信号LS；其中，所述上拉功率开关M1和下拉功率开关M2轮流导通，所述下拉驱动信号LS在下拉功率开关M2关断后且上拉功率开关M1导通前的死区时间T1内具有介于电源电压VDD与参考地之间的中间值，用以保持下拉功率开关M2微导通。

在一个实施例中，所述上拉功率开关M1和所述下拉功率开关M2均包括场效应管。在图3的电路示意图中，所述下拉功率开关M2包括N型MOSFET，及寄生的与N型MOSFET相并联的体二极管D2。本领域普通技术人员应该知道，下拉功率开关M2也可能包括P型MOSFET。

本领域普通技术人员应该知道，为更有效地控制下拉功率开关M2，下拉驱动信号LS在控制下拉功率开关M2之前可能会经功率电路增强其驱动能力。

下拉驱动信号LS在死区时间T1内所具有的中间值是根据实际应用来确定的。在一个实施例中，该中间值可能为几百毫伏，低于下拉功率开关M2的阈值。下拉功率开关M2在死区时间内微导通是为了分流流过体二极管D2的电流。在一个实施例中，该中间值越大，下拉功率开关M2的导通程度也就越大，从而其分流的电流也越多。但如果该中间值太大，下拉功率开关M2的导通程度太大，会使得其在死区时间T1结束时很难迅速关断，有可能导致开关电路输入电压到地的短路。所以下拉驱动信号LS在死区时间T1内的中间值的选取需要在能否快速关断和从体二极管D2中分流电流的能力之间做权衡。同时，不同系统中采用的下拉功率开关M2的参数差异也会影响下拉驱动信号LS的中间值的选取。总之，该中间值的选取不仅需要权衡快速关断能力和电流分流能力，还取决于所采用的下拉功率开关M1的参数以及下拉驱动信号LS的驱动能力，其具体取值在不同的电路系统中是不同的。

在一个实施例中，开关电路30还包括一个上拉驱动电路101。所述上拉驱动电路101具有输入端和输出端，所述输入端接收开关控制信号PWM，所述输出端基于开关控制信号PWM输出上拉驱动信号HS。本领域的普通技术人员应该知道，死区时间T1可以通过增加上拉驱动电路101的延时来实现，或者可以采用其他本领域常用方法来实现。

在一个实施例中，在上拉功率开关M1导通时，所述开关信号Vsw的值等于输入电压Vin的值，在下拉功率开关M2导通时，所述开关信号Vsw的值与参考地的值相同。

电源电压VDD给下拉驱动电路302和上拉驱动电路101供电。在一个实施例中，开关电路30的各信号(例如开关控制信号PWM)的逻辑高电平信号的值等于电源电压VDD的值。而下拉驱动信号LS具有三个电平，也就是高电平(电源电压VDD的值)、中间电平(前述中间值)以及低电平(参考地的值)。

开关电路30还包括输出电感L1和输出电容Co。开关电路30的负载用与输出电容Co并联的负载电阻RL来表示。当上拉功率开关M1导通，且下拉功率开关M2关断时，流过输出电感L1的电流增大，给输出电容Co充电以建立输出电压Vout；当上拉功率开关M1关断，且下拉功率开关M2导通时，流过输出电感L1的电流减小，输出电容Co给负载电阻RL提供能量以维持输出电压Vout。

图4示出了图3中开关电路30的上拉功率开关M1和下拉功率开关M2均为N型MOSFET时的部分信号波形。从图4中可以看出，上拉驱动信号HS和下拉驱动信号LS的相位相反。本领域普通技术人员应该知道，当上拉功率开关M1为P型MOSFET时，上拉驱动信号HS和下拉驱动信号LS的相位一致。

在死区时间T1内，下拉驱动电路302输出具有中间值的下拉驱动信号LS，以保持下拉功率开关M2微导通，从而分流在死区时间T1内流过体二极管D2的电流。相比于开关电路10，大部分流过体二极管D2的电流被分流至微导通的下拉功率开关M2。在一个实施例中，微导通的下拉功率开关M2分流了90％的电流，仅余10％的电流流过体二极管D2。从图4中可看出，相比于开关电路10的情况，由于在开关电路30中大部分电流流过微导通的下拉功率开关M2，使得死区时间T1内储存于体二极管D2的电荷大大减少。也就是说，由储存于体二极管D2内的电荷引起的功率损耗可以大大减少，从而提高了开关电路30的效率。

图5示出了根据本发明一实施例的下拉驱动电路302的电路结构示意图。所述下拉驱动电路302包括：反相器3021，具有电源端、接地端、输入端和输出端，所述电源端接收电源电压VDD，所述接地端耦接至电压源3023接收电压值等于下拉驱动信号LS的中间值的电压信号Vm，所述输入端接收开关控制信号PWM，基于所述电源电压VDD、电压信号Vm和开关控制信号PWM，所述反相器3021在输出端输出下拉驱动信号LS；第一开关S1，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至反相器3021的输出端，所述第二端耦接至参考地，所述控制端接收第一控制信号Ctr1；以及第一开关控制电路3022，具有输入端和输出端，所述输入端接收开关信号Vsw，基于所述开关信号Vsw，所述第一开关控制电路3022在输出端输出第一控制信号Ctr1。

如图4所示，在死区时间T1前，开关控制信号PWM和上拉驱动信号HS均为逻辑低电平，因此上拉功率开关M1关断。在该时段内，由反相器3021输出的下拉驱动信号LS的值为逻辑高电平，即等于反相器3021的电源端的电压VDD，开启了下拉功率开关M2。在死区时间T1内，上拉驱动信号HS保持为逻辑低电平，上拉功率开关M1保持为关断状态。而开关控制信号PWM为逻辑高电平，也就是说由反相器3021输出的下拉驱动信号LS的值为反相器3021接地端的电平值，即等于电压信号Vm的值，也就是下拉驱动信号LS的中间值。因此，下拉功率开关M2微导通。在死区时间T1后，上拉驱动信号HS为逻辑高电平，上拉功率开关M2导通。此时开关节点SW的开关信号Vsw被拉高至输入电压Vin。因此基于开关信号Vsw的第一控制信号Ctr1也被拉高，打开第一开关S1，从而将下拉驱动信号LS拉低至参考地，关断下拉功率开关M2。

图6示出了根据本发明一实施例的下拉驱动电路302的电路结构示意图。从图6中可看出，所述反相器3021包括：第二开关S2，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收电源电压VDD，所述第二端耦接至反相器3021的输出端，所述控制端接收开关控制信号PWM；以及第三开关S3，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至反相器3021的输出端，所述第二端接收电压信号Vm，所述控制端接收开关控制信号PWM。

在一个实施例中，所述第二开关S2包括P型MOSFET，所述第三开关S3包括N型MOSFET。

在一个实施例中，所述第一开关控制电路3022包括第四开关S4，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收开关信号Vsw，所述第二端耦接至第一开关S1的控制端，所述控制端接收电源电压VDD。当下拉功率开关M2导通或者微导通时，开关信号Vsw接近于参考地的值。因此，第四开关S4第二端的电压值，也就是第一控制信号Ctr1，也接近于参考地的值，从而使得第一开关S1关断。当下拉功率开关M2关断时，开关信号Vsw被拉高至输入电压Vin。从而第四开关S4第二端的电压值，也就是第一控制信号Ctr1的值被拉高，开启第一开关S1。第一开关S1导通后，下拉驱动信号LS被拉低至参考地，下拉功率开关M2关断。

在一个实施例中，第一开关控制电路3022还包括耦接在电源电压VDD和第四开关S4的控制端的第一电阻R1。

在图6中，电压源3023包括二极管连接方式的N型MOSFET S5。任何可用于产生电压信号的电路，例如二极管、二极管连接方式的三极管、二极管连接方式的场效应管等，均可以用以产生电压信号Vm。

图7示出了根据本发明一实施例的下拉驱动电路302的电路结构示意图。如图7所示，第一开关控制电路3022包括：电容C1，具有第一端和第二端，所述第一端接收开关信号Vsw，所述第二端耦接至第一开关S1的控制端；以及第二电阻R2，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一开关S1的控制端，所述第二端接参考地。当下拉功率开关M2导通或者微导通时，开关信号Vsw的值接近于参考地，所述第一开关S1关断。当上拉功率开关M1导通而下拉功率开关M2关断时，开关信号Vsw被拉高至输入电压Vin，从而给电容C1和第二电阻R2充电，使得第一控制信号Ctr1变高，开启第一开关S1。之后下拉驱动信号LS被拉低至参考地，关断下拉功率开关M2。

图8示出了根据本发明一实施例的下拉驱动电路302的电路结构示意图。在图8中，下拉驱动电路302包括：第二开关S2，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收电源电压VDD，所述第二端耦接至下拉驱动电路302的输出端，所述控制端接收开关控制信号PWM；IGBT器件IG1，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至第二开关S2的第二端，所述第二端接参考地，所述控制端接收开关控制信号PWM；第一开关S1，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至下拉驱动电路302的输出端，所述第二端接参考地，所述控制端接收第一控制信号Ctr1；以及第一开关控制电路3022，具有输入端和输出端，所述输入端接收开关信号Vsw，基于所述开关信号Vsw，所述第一开关控制电路3022在输出端输出第一控制信号Ctr1。

在图8中，所述第一开关控制电路3022包括第四开关S4，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收开关信号Vsw，所述第二端耦接至第一开关S1的控制端，所述控制端接收电源电压VDD。当下拉功率开关M2导通或者微导通时，开关信号Vsw接近于参考地的值。因此，第四开关S4第二端的电压值，也就是第一控制信号Ctr1，也接近于参考地的值，从而使得第一开关S1关断。当上拉功率开关M1导通且下拉功率开关M2关断时，开关信号Vsw被拉高至输入电压Vin。从而第四开关S4第二端的电压值，也就是第一控制信号Ctr1的值被拉高，开启第一开关S1。此时，下拉驱动信号LS被拉低至参考地，下拉功率开关M2关断。

在一个实施例中，所述第一开关控制电路3022还包括耦接在电源电压VDD和第四开关S4的控制端之间的第一电阻R1。

如图4所示，在死区时间T1前，开关控制信号PWM和上拉驱动信号HS均为逻辑低电平，因此上拉功率开关M1关断。在该时段内，由反相器3021输出的下拉驱动信号LS的值为逻辑高电平，即等于反相器3021的电源端的电压VDD，开启了下拉功率开关M2。在死区时间T1内，上拉驱动信号HS保持为逻辑低电平，上拉功率开关M1保持为关断状态。而IGBT器件IG1被开关控制信号PWM开启，下拉驱动信号LS的值与IGBT器件IG1的导通电压相等。该IGBT器件IG1的导通电压即为下拉驱动信号LS的中间值。因此，下拉功率开关M2微导通。在死区时间T1后，上拉驱动信号HS为逻辑高电平，上拉功率开关M2导通。此时开关节点SW的开关信号Vsw被拉高至输入电压Vin。因此基于开关信号Vsw的第一控制信号Ctr1也被拉高，打开第一开关S1，从而将下拉驱动信号LS拉低至参考地，关断下拉功率开关M2。

图9示出了根据本发明一实施例的下拉驱动电路302的电路结构示意图。在图9中，所述第一开关控制电路3022包括：电容C1，具有第一端和第二端，所述第一端接收开关信号Vsw，所述第二端耦接至第一开关S1的控制端；以及第二电阻R2，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一开关S1的控制端，所述第二端接参考地。当下拉功率开关M2导通或者微导通时，开关信号Vsw的值接近于参考地，所述第一开关S1关断。当上拉功率开关M1导通而下拉功率开关M2关断时，开关信号Vsw被拉高至输入电压Vin，从而给电容C1和第二电阻R2充电，使得第一控制信号Ctr1变高，开启第一开关S1。之后下拉驱动信号LS被拉低至参考地，关断下拉功率开关M2。

图10示出了根据本发明一实施例的开关电路的驱动方法100的流程图。所述开关电路可能包括上拉功率开关和下拉功率开关，所述下拉功率开关具有与其并联的寄生体二极管。所述驱动方法100包括：步骤1001，轮流导通上拉功率开关和下拉功率开关，以将输入电压转换成输出电压；步骤1002，在下拉功率开关关断后及上拉功率开关导通前加入死区时间；步骤1003，在死区时间内保持下拉功率开关微导通；以及步骤1004，在死区时间后关断下拉功率开关并且开启上拉功率开关。

本发明提供了一种开关电路的几个实施例，包括可输出具有三级电平的下拉驱动信号的下拉驱动电路。跟现有的开关电路相比，本发明提供的开关电路功耗小，效率高。在下拉功率开关关断后且上拉功率开关开启前的死区时间内，本发明提供的开关电路将下拉功率开关微导通，从而分流大部分流经与下拉功率开关并联的寄生体二极管的电流，减少储存于体二极管中的电荷，进而降低电路的功率损耗，提高电路效率。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (19)

1.一种开关电路，包括：

上拉功率开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收开关电路的输入电压，所述第二端耦接至开关节点，所述控制端接收上拉驱动信号；

下拉功率开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至开关节点，所述第二端耦接参考地，所述控制端接收下拉驱动信号；以及

下拉驱动电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至开关节点接收开关信号，所述第二输入端接收开关控制信号，基于开关信号和开关控制信号，所述下拉驱动电路在输出端输出下拉驱动信号；

其中，所述上拉功率开关和下拉功率开关轮流导通，所述下拉驱动信号在下拉功率开关关断后且上拉功率开关导通前的死区时间内具有介于电源电压与参考地之间的中间值，用以保持下拉功率开关微导通。

2.如权利要求1所述的开关电路，还包括上拉驱动电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收开关控制信号，基于开关控制信号，所述上拉驱动电路在输出端输出上拉驱动信号。

3.如权利要求1所述的开关电路，所述下拉驱动电路包括：

反相器，具有电源端、接地端、输入端和输出端，所述电源端接收电源电压，所述接地端耦接至电压源接收电压值等于下拉驱动信号的中间值的电压信号，所述输入端接收开关控制信号，基于所述电源电压、电压信号和开关控制信号，所述反相器在输出端输出下拉驱动信号；

第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至反相器的输出端，所述第二端耦接至参考地，所述控制端接收第一控制信号；以及

第一开关控制电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收开关信号，基于所述开关信号，所述第一开关控制电路在输出端输出第一控制信号。

4.如权利要求3所述的开关电路，所述反相器包括：

第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收电源电压，所述第二端耦接至反相器的输出端，所述控制端接收开关控制信号；以及

第三开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至反相器的输出端，所述第二端接收电压值等于下拉驱动信号的中间值的电压信号，所述控制端接收开关控制信号。

5.如权利要求3所述的开关电路，所述第一开关控制电路包括：

电容，具有第一端和第二端，所述第一端接收开关信号，所述第二端耦接至第一开关的控制端；以及

第二电阻，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一开关的控制端，所述第二端接参考地。

6.如权利要求3所述的开关电路，所述电压源包括二极管、二极管连接方式的场效应管或二极管连接方式的三极管。

7.如权利要求1所述的开关电路，所述下拉驱动电路包括：

第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收电源电压，所述第二端耦接至下拉驱动电路的输出端，所述控制端接收开关控制信号；

IGBT器件，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至第二开关的第二端，所述第二端接参考地，所述控制端接收开关控制信号；

第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至下拉驱动电路的输出端，所述第二端接参考地，所述控制端接收第一控制信号；以及

第一开关控制电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收开关信号，基于所述开关信号，所述第一开关控制电路在输出端输出第一控制信号。

8.如权利要求3或7任一项所述的开关电路，所述第一开关控制电路包括第四开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收开关信号，所述第二端耦接至第一开关的控制端，所述控制端接收电源电压。

9.如权利要求8所述的开关电路，所述第一开关控制电路还包括耦接在电源电压和第四开关的控制端的第一电阻。

10.一种开关电路的驱动方法，所述开关电路包括上拉功率开关和具有寄生体二极管的下拉功率开关，所述体二极管与下拉功率开关并联，包括：

轮流导通上拉功率开关和下拉功率开关，以将输入电压转换成输出电压；

在下拉功率开关关断后及上拉功率开关导通前加入死区时间；

在死区时间内保持下拉功率开关微导通；以及

在死区时间后关断下拉功率开关并且开启上拉功率开关。

11.一种开关电路，具有上拉功率开关和下拉功率开关，所述下拉功率开关具有与其并联的寄生体二极管，所述开关电路包括：

下拉驱动电路，具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端耦接至上拉功率开关和下拉功率开关的连接点接收开关信号，所述第二输入端接收开关控制信号，基于开关信号和开关控制信号，所述下拉驱动电路在输出端输出下拉驱动信号以控制下拉功率开关；

其中，所述上拉功率开关和下拉功率开关轮流导通，所述下拉驱动信号在下拉功率开关关断后且上拉功率开关导通前的死区时间内具有介于开关电路的电源电压与参考地之间的中间值，用以保持下拉功率开关微导通。

12.如权利要求11所述的开关电路，还包括上拉驱动电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收开关控制信号，基于开关控制信号，所述上拉驱动电路在输出端输出上拉驱动信号。

13.如权利要求11所述的开关电路，所述下拉驱动电路包括：

反相器，具有电源端、接地端、输入端和输出端，所述电源端接收电源电压，所述接地端耦接至电压源接收电压值等于下拉驱动信号的中间值的电压信号，所述输入端接收开关控制信号，基于所述电源电压、电压信号和开关控制信号，所述反相器在输出端输出下拉驱动信号；

第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至反相器的输出端，所述第二端耦接至参考地，所述控制端接收第一控制信号；以及

第一开关控制电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收开关信号，基于所述开关信号，所述第一开关控制电路在输出端输出第一控制信号。

14.如权利要求13所述的开关电路，所述反相器包括：

第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收电源电压，所述第二端耦接至反相器的输出端，所述控制端接收开关控制信号；以及

第三开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至反相器的输出端，所述第二端接收电压值等于下拉驱动信号的中间值的电压信号，所述控制端接收开关控制信号。

15.如权利要求13所述的开关电路，所述第一开关控制电路包括：

电容，具有第一端和第二端，所述第一端接收开关信号，所述第二端耦接至第一开关的控制端；以及

第二电阻，具有第一端和第二端，所述第一端耦接至第一开关的控制端，所述第二端接参考地。

16.如权利要求13所述的开关电路，所述电压源包括二极管、二极管连接方式的金属氧化物半导体场效应管或二极管连接方式的三极管。

17.如权利要求11所述的开关电路，所述下拉驱动电路包括：

第二开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收电源电压，所述第二端耦接至下拉驱动电路的输出端，所述控制端接收开关控制信号；

IGBT器件，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至第二开关的第二端，所述第二端接参考地，所述控制端接收开关控制信号；

第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端耦接至下拉驱动电路的输出端，所述第二端接参考地，所述控制端接收第一控制信号；以及

第一开关控制电路，具有输入端和输出端，所述输入端接收开关信号，基于所述开关信号，所述第一开关控制电路在输出端输出第一控制信号。

18.如权利要求13或17任一项所述的开关电路，所述第一开关控制电路包括第四开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一端接收开关信号，所述第二端耦接至第一开关的控制端，所述控制端接收电源电压。

19.如权利要求18所述的开关电路，所述第一开关控制电路还包括耦接在电源电压和第四开关的控制端的第一电阻。