CN105049030A - 一种带消隐功能的驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种带消隐功能的驱动电路，属于功率MOSFET驱动技术领域。包括驱动级模块、推挽输出级模块、功率管、消隐控制模块、消隐采样模块；所述驱动级模块的输入端连接输入驱动信号，输出端连接推挽输出级模块；所述推挽输出级模块输出端连接功率管的栅端、消隐控制模块和消隐采样模块；所述消隐控制模块连接输入驱动信号和消隐采样模块；所述消隐采样模块连接功率管的漏端；所述功率管的源端接地。本发明电路驱动级具有交错延时功能，避免了驱动级推挽输出PMOS管、NMOS管同时导通；同时，采样开关的使用结合消隐控制逻辑，解决了对片内功率MOSFET输出电流进行采样的毛刺问题，达到了消隐目的。

Description

一种带消隐功能的驱动电路
技术领域
本发明涉及功率MOSFET驱动技术，具体涉及一种带消隐功能的驱动电路。
背景技术
近年来，功率MOSFET由于耐压高、电流能力强、导通电阻低等优点而得到广泛应用。然而，功率MOSFET具有较大的寄生电容、电感等寄生参数。较大的寄生参数，使得功率MOSFET导通瞬间，由于时钟馈通、电荷注入等因素，导致功率MOSFET输出电流产生大的尖峰电流。在控制系统中如果对该输出电流直接进行采样，此尖峰电流会造成采样值出错，进而使控制系统产生错误的逻辑控制信号。另一方面，传统功率MOSFET驱动电路推挽输出级PMOS管与NMOS管存在同时导通的情况，从而产生大的功率损耗。
发明内容
本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种带消隐功能的驱动电路。该电路驱动级具有交错延时功能，避免了驱动级推挽输出PMOS管、NMOS管同时导通；同时，采样开关的使用结合消隐控制逻辑，解决了对片内功率MOSFET输出电流进行采样的毛刺问题，达到了消隐目的。
本发明的技术方案如下：
一种带消隐功能的驱动电路，其特征在于，包括驱动级模块、推挽输出级模块、功率管MN2、消隐控制模块、消隐采样模块；所述驱动级模块的输入端连接输入驱动信号DR_IN，输出端连接推挽输出级模块；所述推挽输出级模块输出端连接功率管MN2的栅端、消隐控制模块和消隐采样模块；所述消隐控制模块连接输入驱动信号DR_IN和消隐采样模块；所述消隐采样模块连接功率管MN2的漏端；所述功率管MN2的源端接地。
进一步地，如图2所示，所述驱动级模块包括九个反相器inv1～inv9和二个或非门nor1、nor2；
其中，第一反相器inv1输入端连接输入驱动信号DR_IN，第一反相器inv1输出端连接第一或非门nor1的一输入端；
第一或非门nor1的另一输入端连接第九反相器inv9输出端，第一或非门nor1输出端连接第二反相器inv2输入端；
第二反相器inv2输出端连接第三反相器inv3输入端；
第三反相器inv3输出端连接第四反相器inv4输入端；
第四反相器inv4的输出端连接推挽输出级模块和第五反相器inv5的输入端；
第二或非门nor2一输入端接输入驱动信号DR_IN，另一输入端接第五反相器inv5的输出端，第二或非门nor2输出端接第六反相器inv6输入端；
第六反相器inv6输出端连接第七反相器inv7输入端；
第七反相器inv7输出端连接第八反相器inv8输入端；
第八反相器inv8输出端连接第九反相器inv9输入端；
第九反相器inv9的输出端连接推挽输出级模块和第一或非门nor1的另一输入端。
进一步地，所述推挽输出级模块包括第一NMOS管MN1和第一PMOS管MP1；第一PMOS管MP1的栅端连接驱动级模块中第四反相器inv4的输出端，第一PMOS管MP1的源端连接输入电源，第一PMOS管MP1的漏端连接第一NMOS管MN1的漏端、功率管MN2的栅端、消隐控制模块和消隐采样模块；第一NMOS管MN1的栅端接驱动级模块中第九反相器inv9的输出端，第一NMOS管MN1源端接地。
进一步地，所述消隐控制模块包括7个反相器inv10～inv16、与非门nand1、电阻R1、第一电容C1和第二电容C2；
电阻R1一端连接推挽输出级模块中第一NMOS管MN1的漏端和第一PMOS管MP1的漏端，另一端连接第十反相器inv10的输入端；
第十反相器inv10的输出端连接第十一反相器inv11的输入端和第一电容C1，第一电容C1的另一端接地；
第十一反相器inv11的输出端连接第十二反相器inv12的输入端和第二电容C2，第二电容C2的另一端接地；
第十二反相器inv12的输出端连接第十三反相器inv13的输入端；
与非门nand1一输入端连接输入驱动信号DR_IN，另一输入端连接第十三反相器inv13的输出端，输出端连接第十四反相器inv14的输入端；
第十四反相器inv14输出端接第十五反相器inv15输入端；
第十五反相器inv15输出端接第十六反相器inv16输入端；
第十六反相器inv16输出端接消隐采样模块。
进一步地，所述消隐采样模块包括第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4；第四NMOS管MN4的漏端连接功率管MN2的漏端和输入电流端口ISEN，第四NMOS管MN4的栅端连接消隐控制模块中第十六反相器inv16输出端，第四NMOS管MN4的源端连接第三NMOS管MN3的漏端和输出端口CUR_SEN；
第三NMOS管MN3的栅端连接功率管MN2的栅端，第三NMOS管MN3的栅端连接推挽输出级模块中第一NMOS管MN1的漏端和第一PMOS管MP1的漏端，第三NMOS管MN3的源端接地。
本发明的有益效果为：本发明带消隐功能的驱动电路，通过交错延时电路设计，避免驱动电路推挽输出级PMOS、NMOS同时导通，产生大的功率损耗。通过采样开关MN4滞后功率管MN2开启的方法，每次功率管MN2开启后延时一段时间，再开启采样开关MN4进行功率管上的电流采样；通过该种方法屏蔽掉功率管MN2开启瞬间所产生的尖峰电流的影响，达到准确采样目的，从而实现消隐功能。
附图说明
图1为本发明带消隐功能的驱动电路的系统示意图；
图2为本发明带消隐功能的驱动电路中驱动级模块的电路图；
图3为本发明消隐控制模块的电路图；
图4为本发明消隐采样模块的电路图。
具体实施方式
如图2所示，驱动级模块包含九个反相器inv1～inv9、两个或非门nor1和nor2，其工作过程如下：当输入驱动信号DR_IN由0翻转为1，第二或非门nor2输出翻转为0，经过第六、七、八、九反相器inv6、inv7、inv8、inv9增强驱动能力后，使得第九反相器inv9输出0，关闭推挽输出级模块中的第一NMOS管MN1管；当第九反相器inv9翻转为0后，由于此时第一反相器inv1输出端已经为0，所以第一或非门nor1输出由0翻转为1，经第二、三、四反相器inv2、inv3、inv4反相延时和增强驱动能力后，第四反相器inv4输出0，开启第一PMOS管MP1管。同理可分析，输入驱动信号DR_IN由1翻转为0时该电路的工作过程。通过合理设置第二、三、四反相器inv2、inv3、inv4以及第七、八、九反相器inv7、inv8、inv9的尺寸，可设置所需延时和驱动能力。
通过上述分析可知：当输入驱动信号DR_IN由0翻转为1时，驱动级模块先关闭推挽输出级模块中的第一NMOS管MN1管，再开启推挽输出级模块中的第一PMOS管MP1管，保证第一NMOS管MN1管关断和第一PMOS管MP1管开启之间的交错延时时间，避免推挽输出级模块中的第一NMOS管MN1管和第一PMOS管MP1管同时导通；当输入驱动信号DR_IN由1翻转为0时，驱动级模块先关闭推挽输出级模块中的第一PMOS管MP1管，再开启推挽输出级模块中的第一NMOS管MN1管，保证第一NMOS管MN1管关断和第一PMOS管MP1管开启之间的交错延时时间，避免推挽输出级模块中的第一NMOS管MN1管和第一PMOS管MP1管同时导通。
如图3所示，消隐控制模块包含7个反相器inv10～inv16、与非门nand1、电阻R1、第一电容C1和第二电容C2。当输入驱动信号DR_IN由0翻转为1后，经过驱动级模块和推挽输出级模块使得DR翻转为1，开启功率管MN2。DR翻转为1之后，经第十反相器inv10和第一电容C1、第十一反相器inv11和第二电容C2构成的延时电路延时后，在经过第十二反相器inv12、第十三反相器inv13滤波整形后在第十三反相器inv13输出端输出1，nand1输出1，经过第十四、十五、十六反相器inv14、inv15、inv16反相和增强驱动能力后，在第十六反相器inv16输出端输出高电平1。当输入驱动信号DR_IN由1翻转为0后，nand1输出1，经过第十四、十五、十六反相器inv14、inv15、inv16反相和增强驱动能力后，在第十六反相器inv16输出端输出低电平0。
上述过程中从DR由0翻转为1到第十六反相器inv16输出端由0翻转为1之间的延时为消隐时间。
如图4所示，消隐采样模块包括第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4，其中第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4与功率管MN2所用器件为同一种功率管。当输入驱动信号DR_IN由0翻转为1时，经驱动级模块、推挽输出级模块使得DR由0翻转为1，开启功率管MN2。DR由0翻转为1后经过消隐时间开启第四NMOS管MN4管，电流流过第四NMOS管MN4和第三NMOS管MN3。由于第四NMOS管MN4的漏端电压和功率管MN2的漏端电压相等，所以可得以下关系式：
IMN3*(RON3+RON4)＝IMN2*RON2
其中RON2、RON3、RON4分别为功率管MN2、第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4的导通电阻。假设MN2：MN3：MN4＝N:1:1，那么上式可简化为：
IMN3*2N＝IMN2
又由于IMN2+IMN3＝ISEN，所以：IMN3＝ISEN/(2N+1)。因此，通过采样流过第三NMOS管MN3管上的电流即可得到流过功率管上的电流。
在功率管MN2开启后经过消隐时间的延时，再开启由第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN4构成的电流采样支路，可屏蔽掉功率管MN2开启时由于时钟馈通效应、电荷注入等因素造成的电流尖峰，从而确保采样电流的准确性。

Claims (5)

1.一种带消隐功能的驱动电路，其特征在于，包括驱动级模块、推挽输出级模块、功率管、消隐控制模块、消隐采样模块；所述驱动级模块的输入端连接输入驱动信号，输出端连接推挽输出级模块；所述推挽输出级模块输出端连接功率管的栅端、消隐控制模块和消隐采样模块；所述消隐控制模块连接输入驱动信号和消隐采样模块；所述消隐采样模块连接功率管的漏端；所述功率管的源端接地。
2.根据权利要求1所述的带消隐功能的驱动电路，其特征在于，所述驱动级模块包括九个反相器(inv1～inv9)和二个或非门(nor1、nor2)；其中，第一反相器(inv1)输入端连接输入驱动信号，输出端连接第一或非门(nor1)的一输入端；第一或非门(nor1)的另一输入端连接第九反相器(inv9)输出端，输出端连接第二反相器(inv2)输入端；第二反相器(inv2)输出端连接第三反相器(inv3)输入端；第三反相器(inv3)输出端连接第四反相器(inv4)输入端；第四反相器(inv4)的输出端连接推挽输出级模块和第五反相器(inv5)的输入端；第二或非门(nor2)一输入端接输入驱动信号，另一输入端接第五反相器(inv5)的输出端，第二或非门(nor2)输出端接第六反相器(inv6)输入端；第六反相器(inv6)输出端连接第七反相器(inv7)输入端；第七反相器(inv7)输出端连接第八反相器(inv8)输入端；第八反相器(inv8)输出端连接第九反相器(inv9)输入端；第九反相器(inv9)的输出端连接推挽输出级模块和第一或非门(nor1)的另一输入端。
3.根据权利要求1所述的带消隐功能的驱动电路，其特征在于，所述推挽输出级模块包括第一NMOS管(MN1)和第一PMOS管(MP1)；第一PMOS管(MP1)的栅端连接驱动级模块中第四反相器(inv4)的输出端，第一PMOS管(MP1)的源端连接输入电源，第一PMOS管(MP1)的漏端连接第一NMOS管(MN1)的漏端、功率管(MN2)的栅端、消隐控制模块和消隐采样模块；第一NMOS管(MN1)的栅端接驱动级模块中第九反相器(inv9)的输出端，第一NMOS管(MN1)源端接地。
4.根据权利要求1所述的带消隐功能的驱动电路，其特征在于，所述消隐控制模块包括7个反相器(inv10～inv16)、与非门(nand1)、电阻(R1)、第一电容(C1)和第二电容(C2)；电阻(R1)一端连接推挽输出级模块中第一NMOS管(MN1)的漏端和第一PMOS管(MP1)的漏端，另一端连接第十反相器(inv10)的输入端；第十反相器(inv1)0的输出端连接第十一反相器(inv11)的输入端和第一电容(C1)，第一电容(C1)的另一端接地；第十一反相器(inv11)的输出端连接第十二反相器(inv12)的输入端和第二电容(C2)，第二电容(C2)的另一端接地；第十二反相器(inv12)的输出端连接第十三反相器(inv13)的输入端；与非门(nand1)一输入端连接输入驱动信号，另一输入端连接第十三反相器(inv13)的输出端，输出端连接第十四反相器(inv14)的输入端；第十四反相器(inv14)输出端接第十五反相器(inv15)输入端；第十五反相器(inv15)输出端接第十六反相器(inv16)输入端；第十六反相器(inv16)输出端接消隐采样模块。
5.根据权利要求1所述的带消隐功能的驱动电路，其特征在于，所述消隐采样模块包括第三NMOS管(MN3)和第四NMOS管(MN4)；第四NMOS管(MN4)的漏端连接功率管(MN2)的漏端和输入电流端口，第四NMOS管(MN4)的栅端连接消隐控制模块中第十六反相器(inv16)输出端，第四NMOS管(MN4)的源端连接第三NMOS管(MN3)的漏端和输出端口；第三NMOS管(MN3)的栅端连接功率管(MN2)的栅端，第三NMOS管(MN3)的栅端连接推挽输出级模块中第一NMOS管(MN1)的漏端和第一PMOS管(MP1)的漏端，第三NMOS管(MN3)的源端接地。
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