CN105337480A - 一种开关管串联的栅极驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明适用于集成电路领域，提供了一种开关管串联的栅极驱动电路，包括：第一开关管、第二开关管、开启信号发生器、关断信号比较器、触发器、延时电路、启动电路、驱动级单元。第一开关管和第二开关管串联组成功率开关管，承担流入功率电流的作用；开启信号发生器和关断信号比较器分别提供打开和关断信号，触发器接收打开和关断信号之后合成一个开关信号传送给驱动级单元，延时电路作用于驱动级单元和第一开关管之间，起到延时的作用，启动电路连接在DRAIN端引脚和电源引脚VCC之间，在开机启动时给VCC电容提供充电电流，驱动级单元实现功率管的驱动功能。

Description

一种开关管串联的栅极驱动电路

技术领域

本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种栅极驱动电路。

背景技术

图1示出了现有栅极驱动电路，其中包括接地引脚gnd、电源引脚VCC、DRAIN端引脚、反馈电压引脚FB、开关管M1、采样电阻R1、开启信号发生器、关断信号比较器、触发器、驱动级单元。

图2示出了图1现有栅极驱动电路的一种应用电路，四个二极管D0、D3、D4、D8加一个电容C1组成整流桥，将交流电源VSN整流出一个直流电压；电阻R2、电容C2、二极管D9组成吸收电路，用于防止开关管M1的漏极出现过高的尖峰电压；启动电阻R10、电容C3和二极管D10组成供电电路，用于给电源引脚VCC供电；电阻R4和R5组成反馈电路，用于给反馈电压引脚FB输入一个反馈信号；变压器T1由原边、副边和辅助边三级组成；输出级由二极管D11、电容C4和负载led组成。

此应用电路的工作原理是启动电阻R10给电容C3充电，当VCC引脚的电压达到一定值之后图1的栅极电路开始工作，开关管M1打开，采样电阻R1上的电压开始上升，上升到内部VREF值之后关断信号比较器发送出关断信号给触发器，经过驱动级单元，把开关管M1关断。开关管M1关断之后，M1的电流变为0，变压器T1的能量由原边转移到副边，变压器进入退磁周期，能量供给led负载。反馈电路检测到退磁完成之后，通过开启信号发生器发出开启信号给触发器，经过驱动级单元，再打开开关管M1，这样周而复始地进行着开关的动作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种开关管串联的栅极驱动电路，旨在解决现有应用电路较复杂，成本较高的问题。

本发明所涉及的一种开关管串联的栅极驱动电路，包括接地引脚gnd、采样电阻R1、开启信号发生器、驱动级单元，其特征在于，所述开关管串联的栅极驱动电路还包括：

电源引脚VCC，用于输入启动电压或供电电压；

DRAIN端引脚，用于引入功率开关电流或给所述电源引脚VCC提供充电电流；

第一开关管M1，其漏极连接所述DRAIN端引脚，源极连接所述开启信号发生器的第一输入端；

第二开关管M2，其漏极连接所述第一开关管M1的源极，栅极连接所述驱动级单元的第一输出端，源极连接所述采样电阻R1的第一端；

关断信号比较器，所述关断信号比较器的第一输入端连接所述采样电阻R1的第一端，所述关断信号比较器的第二输入端连接基准VREF；

触发器，所述触发器的第一输入端连接所述开启信号发生器的输出端，所述触发器的第二输入端连接所述关断信号比较器的输出端，所述触发器的输出端连接所述驱动级单元的输入端；

延时电路，所述延时电路的输入端与所述驱动级单元的第二输出端相连接，所述延时电路的输出端与所述第一开关管M1的栅极相连接；以及

启动电路，所述启动电路的输入端与所述第一开关管M1的漏极相连接，所述启动电路的输出端与所述开关管串联的电源引脚VCC相连接；

所述开启信号发生器的第二输入端连接所述电源引脚VCC，

所述采样电阻R1的第二端连接所述接地引脚gnd。

在本发明中，可选地，还包括稳压管ZD1，所述稳压管ZD1的阳极连接所述接地引脚gnd，阴极连接所述第一开关管M1的源极。开关管ZD1的存在，起到了保护内部低压电路的作用。

在本发明中，可选地，还包括二极管D1，所述二极管D1的阴极连接所述电源引脚VCC，所述二极管D1的阳极连接所述第一开关管M1的源极。

在本发明中，可选地，还包括第三开关管M3，所述第三开关管M3的漏极连接所述第二开关管M2的漏极，所述第三开关管M3的栅极连接所述第二开关管M2的栅极，所述第三开关管M3的源极连接所述接地引脚gnd。

在本发明中，可选地，所述触发器是RS触发器。

在本发明中，可选地，所述触发器是D触发器。

在本发明中，可选地，所述开启信号发生器通过对串联的所述第一开关管M1和所述第二开关管M2的中间点进行检测，确定流过的电流过零点。

在本发明中，可选地，所述驱动级单元有二个输出端。

在本发明中，可选地，还包括延时电路，所述第一开关管M1的栅极将不再与所述驱动级单元的输出端相连接，所述延时电路的输入端与所述驱动级单元的第二输出端相连接，所述延时电路的输出端与所述第一开关管M1的栅极相连接。

附图说明

图1为现有的栅极驱动电路的结构图。

图2为现有的栅极驱动电路的应用电路的结构图。

图3为本发明的实施方式所涉及的开关管串联的栅极驱动电路的结构图。

图4为本发明的实施方式所涉及的开关管串联的栅极驱动电路的应用电路的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图3示出本发明的实施方式所涉及的的开关管串联的栅极驱动电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

作为本发明实施例一提供的开关管串联的栅极驱动电路，包括接地引脚gnd、采样电阻R1、开启信号发生器201、驱动级单元204，其特征在于，所述开关管串联的栅极驱动电路还包括：

电源引脚VCC，用于输入启动电压或供电电压；

DRAIN端引脚，用于引入功率开关电流或给电源引脚VCC提供充电电流；

第一开关管M1，其漏极连接DRAIN端引脚，源极连接开启信号发生器的第一输入端；

第二开关管M2，其漏极连接第一开关管M1的源极，栅极连接驱动级单元的第一输出端，源极连接采样电阻R1的第一端；

关断信号比较器，关断信号比较器的第一输入端连接采样电阻R1的第一端，关断信号比较器的第二输入端连接基准VREF；

触发器，触发器的第一输入端连接开启信号发生器的输出端，触发器的第二输入端连接关断信号比较器的输出端，触发器的输出端连接驱动级单元的输入端；

延时电路，延时电路的输入端与驱动级单元的第二输出端相连接，延时电路的输出端与第一开关管M1的栅极相连接；以及

启动电路，启动电路的输入端与第一开关管M1的漏极相连接，启动电路的输出端与开关管串联的电源引脚VCC相连接；

开启信号发生器的第二输入端连接电源引脚VCC，

采样电阻R1的第二端连接接地引脚gnd。

图4示出本发明的实施方式所涉及的开关管串联的栅极驱动电路的应用电路的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

该开关电源控制芯片的应用电路可用于灯具及LED驱动电路中。

作为本发明的实施方式所涉及的开关管串联的栅极驱动电路的应用电路包含有整流电路，整流电路由四个二极管D0、D3、D4、D8和一个电容C1组成，或者整流电路由一个二极管D3和一个电容C1组成，其特征在于，应用电路还包括：

变压器T1，变压器T1由原边和副边两级组成，原边的同名端连接整流电路的输出，原边的异名端连接开关管串联的栅极驱动电路2的DRAIN端引脚；

VCC滤波电容C3，滤波电容C3的正极连接到开关管串联的栅极驱动电路2的电源引脚VCC，滤波电容C3的负极连接到开关管串联的栅极驱动电路2的接地引脚gnd；

输出级电路，输出级电路由二极管D11和电容C4串联组成，二极管D11的阳极做为输出级电路的第一输入端与变压器T1的副边的异名端相连接，电容C4的负极做为输出级电路的第二输入端与变压器T1的副边的同名端相连接，二极管D11和电容C4的中间连接点做为输出级电路的输出端。

第三开关管M3的漏极与第二开关管M2的漏极相连接，第三开关管M3的栅极与第二开关管M2的栅极相连接，第三开关管M3的源极与开关管串联的栅极驱动电路的接地引脚gnd相连接。

第三开关管M3引入之后，第二开关管M2的电流将会减小很多，流过采样电阻R1的电流也会小很多，因此采样电阻R1消耗的功能也小很多，所以引入第三开关管M3之后可以提高工作效率。

二极管D1的阳极与第一开关管M1的源极相连接，二极管D1的阴极与开关管串联的栅极驱动电路的电源引脚VCC相连接。

启动电路301的输入端与第一开关管M1的漏极相连接，启动电路301的输出端与开关管串联的栅极驱动电路的电源引脚VCC相连接。

加入了延时电路302之后，第一开关管M1的栅极将不再与驱动级单元204的输出端相连接，延时电路302的输入端与驱动级单元204的第二输出端相连接，延时电路302的输出端与第一开关管M1的栅极相连接。

为便于说明本发明实施例提供的开关管串联的栅极驱动电路的工作原理，图4示出了本发明实施例提供的开关管串联的栅极驱动电路的应用电路的结构，具体的工作原理是：

交流电源VSN经过整流电路之后得到一个高压直流电压，高压直流电压通过变压器T1的原边给开关管串联的栅极驱动电路的DRAIN端引脚供电，启动电路301产生启动电流给滤波电容C3充电，当滤波电容C3的正负电压升高达到一定值，开关管串联的栅极驱动电路开始工作；

第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3都打开，采样电阻R1的电流开始线性上升，则采样电阻R1的第一端电压也线性上升，当上升到与内部的电压基准VREF相等时，关断信号比较器202产生一个关断信号；

触发器203接收到关断信号之后，传给驱动级单元204，驱动级单元204输出驱动信号关断第二开关管M2和第三开关管M3，驱动级单元204另外输出一个信号给延时单元302，延时单元302经过一段延时的时间之后输出信号去关断第一开关管M1，在这段延时时间之内二极管D1将电流传给VCC滤波电容C3，使得所VCC滤波电容C3上的电压更加能够保证开关管串联的栅极驱动电路的耗电需求；

第二开关管M2和第三开关管M3关断之后，变压器T1的原边电流突变为0，能量由变压器T1的原边转移到变压器的副边，图4所示的应用电路进入退磁阶段；

退磁的时候，变压器T1的副边的电流通过二极管D11给电容C4和外部负载充电，达到输出稳定和输出负载的作用；

退磁完成之后，由于电感和电容产生的效应，第一开关管M1和第二开关管M2之间的连接点产生一个交流信号，开启信号发生器201检测到这个交流信号之后，产生一个开启信号；此开启信号经过触发器203、驱动级单元204、延时电路302去把第一开关管M1、第二开关管M2和第三开关管M3打开；

上述的关断和开启的过程重复产生，就得到了一个稳定的开关电源电路。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种开关管串联的栅极驱动电路，包括接地引脚gnd、采样电阻R1、开启信号发生器、驱动级单元，其特征在于，所述开关管串联的栅极驱动电路还包括：

电源引脚VCC，用于输入启动电压或供电电压；

DRAIN端引脚，用于引入功率开关电流或给所述电源引脚VCC提供充电电流；

第一开关管M1，其漏极连接所述DRAIN端引脚，源极连接所述开启信号发生器的第一输入端；

第二开关管M2，其漏极连接所述第一开关管M1的源极，栅极连接所述驱动级单元的第一输出端，源极连接所述采样电阻R1的第一端；

关断信号比较器，所述关断信号比较器的第一输入端连接所述采样电阻R1的第一端，所述关断信号比较器的第二输入端连接基准VREF；

触发器，所述触发器的第一输入端连接所述开启信号发生器的输出端，所述触发器的第二输入端连接所述关断信号比较器的输出端，所述触发器的输出端连接所述驱动级单元的输入端；

延时电路，所述延时电路的输入端与所述驱动级单元的第二输出端相连接，所述延时电路的输出端与所述第一开关管M1的栅极相连接；以及

启动电路，所述启动电路的输入端与所述第一开关管M1的漏极相连接，所述启动电路的输出端与所述电源引脚VCC相连接；

所述开启信号发生器的第二输入端连接所述电源引脚VCC，

所述采样电阻R1的第二端连接所述接地引脚gnd。

2.如权利要求1所述的开关管串联的栅极驱动电路，其特征在于，还包括稳压管ZD1，所述稳压管ZD1的阳极连接所述接地引脚gnd，阴极连接所述第一开关管M1的源极。

3.如权利要求1所述的开关管串联的栅极驱动电路，其特征在于，还包括二极管D1，所述二极管D1的阴极连接所述电源引脚VCC，所述二极管D1的阳极连接所述第一开关管M1的源极。

4.如权利要求1所述的开关管串联的栅极驱动电路，其特征在于，还包括第三开关管M3，所述第三开关管M3的漏极连接所述第二开关管M2的漏极，所述第三开关管M3的栅极连接所述第二开关管M2的栅极，所述第三开关管M3的源极连接所述接地引脚gnd。

5.如权利要求1所述的开关管串联的栅极驱动电路，其特征在于，所述触发器是RS触发器。

6.如权利要求1所述的开关管串联的栅极驱动电路，其特征在于，所述触发器是D触发器。

7.如权利要求1所述的开关管串联的栅极驱动电路，其特征在于，所述开启信号发生器通过对串联的所述第一开关管M1和所述第二开关管M2的中间点进行检测，确定流过的电流过零点。

8.如权利要求1所述的开关管串联的栅极驱动电路，其特征在于，所述驱动级单元有二个输出端。

9.如权利要求1所述的开关管串联的栅极驱动电路，其特征在于，还包括延时电路，所述第一开关管M1的栅极将不再与所述驱动级单元的输出端相连接，所述延时电路的输入端与所述驱动级单元的第二输出端相连接，所述延时电路的输出端与所述第一开关管M1的栅极相连接。