CN109905016B - 一种高压功率pmosfet驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压功率PMOSFET驱动电路，包括参考电压产生单元，电压跟随器，低压差线性稳压器，电平转换器Ⅰ，高侧栅极驱动器，TTL电平转换器，死区发生器，电平转换器Ⅱ，有源泄放电路，功率PMOSFET，负载；本发明采用灵活可调整的高压功率PMOSFET驱动电路，提高了系统的应用适应性。通过片上熔丝调整或者片外电阻调节的方式获取不同的电压跟随器输出参考电压，方法简单灵活。能够有效的降低设计的难度，扩展系统的应用范围，从而降低了系统的开发成本。

Description

一种高压功率PMOSFET驱动电路
技术领域
本发明涉及一种高压功率PMOSFET驱动电路,属于集成电路设计与制造技术领域。
背景技术
随着半导体技术的不断发展，高压功率驱动芯片的应用范围不断扩展，例如汽车电子、雷达接收机、工业电机等。这些高压功率驱动芯片的工作电压较大，单一芯片的适用范围有限，针对不同的功率PMOSFET驱动需求往往可调整的手段有限，限制了驱动芯片的应用范围。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种高压功率PMOSFET驱动电路，能有效的为雷达发射机系统中的功率PMOSFET栅极提供驱动。本发明相对于传统的驱动方案更灵活，能够满足不同的功率PMOSFET驱动需求。
为了解决以上问题，本发明采用了如下技术方案：一种高压功率PMOSFET驱动电路，其特征在于，包括参考电压产生单元，电压跟随器，低压差线性稳压器，电平转换器Ⅰ，高侧栅极驱动器，TTL电平转换器，死区发生器，电平转换器Ⅱ，有源泄放电路，功率PMOSFET，负载；参考电压产生单元的输入端与电源VCC相连；参考电压产生单元的输入端同时与低压差线性稳压器的输出端相连；参考电压产生单元的输出端与电压跟随器的输入端相连；电压跟随器的输出端与高侧栅极驱动器的其中一个输入端相连；低压差线性稳压器的输入端与电源VCC相连；低压差线性稳压器的输出端与TTL电平转换器的输入端相连；低压差线性稳压器的输出端同时与死区发生器的输入端相连；电平转换器Ⅰ的输入端与死区发生器的其中一个输出端相连；电平转换器Ⅰ的输出端与高侧栅极驱动器的输入端相连；高侧栅极驱动器的输出端与功率PMOSFET的栅极相连；TTL电平转换器的输入端与输入信号端口IN相连；TTL电平转换器的输出端与死区发生器的输入端相连；死区发生器的输出端与电平转换器Ⅱ的输入端相连；电平转换器Ⅱ的输出端与有源泄放电路的输入端相连；有源泄放电路的输出端与功率PMOSFET的一端相连；有源泄放电路的输出端同时与负载的输入端相连；功率PMOSFET的输入端与高压VCC相连；功率PMOSFET的输出端与负载的输入端相连；负载的输入端与地GND相连；参考电压产生单元提供可控的高侧栅极驱动器电压源；电压跟随器为参考电压产生单元提供驱动能力；低压差线性稳压器为参考电压产生模提供参考电压Vr，为TTL电平转换器、死区发生器提供电源VDD；电平转换器Ⅰ将死区发生器输出转换后驱动高侧栅极驱动器输入；高侧栅极驱动器输出的VG方波信号高电平VCC，低电平为VR；TTL电平转换器将IN端的TTL/CMOS信号转换为CMOS信号；死区发生器将TTL电平转换器转换后的CMOS信号进行处理，分别给电平转换器Ⅰ和电平转换器Ⅱ，防止高侧栅极驱动器和有源泄放电路出现大电流导通通路；有源泄放电路是一个大尺寸N沟道MOSFET，用来当功率PMOSFET关断时泄放负载端的漏级电荷。
所述参考电压产生单元包括高压放大器OP和电阻R1、R2、R3、R4；电阻R1一端与高压电源VCC相连，另一端与放大器OP的正向输入端相连，电阻R1的另一端同时与电阻R2的一端相连；电阻R2的一端同时与放大器OP的正向输入端相连，电阻R2另一端接地；放大器OP的负向输入端与电阻R3的一端和电阻R4的一端相连；放大器OP的输出端与电阻R4的另一端相连；放大器OP的输出端同时与电压跟随器的输入端相连；电阻R3的另一端与低压差线性稳压器的输出端Vr相连；电阻R4的另一端与电压跟随器的输入端相连；低压差线性稳压器的输出端电压Vr精度较高，由于放大器OP的开环增益较高，因此参考电压产生单元的输出电压和Vr呈现线性关系。电压跟随器闭环增益为1，具有较高的输出驱动能力，其输出电压可表示为根据该线性关系式，可以得到任意的驱动输出电压VR值。
针对不同的功率PMOSFET阈值电压，通过改变电阻R3、R4比值来获取不同的驱动信号，但同时需要保证(R3+R4)R2＝R3(R1+R2)；可通过片上熔丝调整或者片外电阻调节的方式来实现电阻的调整。
有益效果：本发明采用灵活可调整的高压功率PMOSFET驱动电路，提高了系统的应用适应性。通过片上熔丝调整或者片外电阻调节的方式获取不同的电压跟随器输出参考电压，方法简单灵活。能够有效的降低设计的难度，扩展系统的应用范围，从而降低了系统的开发成本。
附图说明
图1一种高压功率PMOSFET驱动电路原理框图。
具体实施方式
下面结合对本发明做进一步阐述。
传统的PMOSFET驱动方案中由于驱动输出级的参考电压无法经过外部调整，针对不同的高压功率PMOSFET来说应用的适应性不高。分析图1的高压功率PMOSFET驱动方案原理方案，为了解决上述问题，将电压跟随器输出参考电压VR表示为
通过式(1)可以发现，电压跟随器输出参考电压VR可以通过改变电阻R3、R4比值来获取不同的值，同时保证(R3+R4)R2＝R3(R1+R2)。可取R1＝R4，R2＝R3。为了提高电阻的对称性，可通过片内的熔丝进行调整来提高系统的集成度。同时也可以选择片外调整的方式来降低设计的复杂度，方便灵活，但集成度有所降低。
电源电压VCC经过低压差线性稳压器产生参考电压Vr外，也产生其它模块的供电电压VDD。
如图1所示，本发明提供了一种高压功率PMOSFET驱动电路，包括参考电压产生单元，电压跟随器，低压差线性稳压器，电平转换器Ⅰ，高侧栅极驱动器，TTL电平转换器，死区发生器，电平转换器Ⅱ，有源泄放电路，功率PMOSFET，负载；参考电压产生单元的输入端与电源VCC相连；参考电压产生单元的输入端同时与低压差线性稳压器的输出端相连；参考电压产生单元的输出端与电压跟随器的输入端相连；电压跟随器的输出端与高侧栅极驱动器的其中一个输入端相连；低压差线性稳压器的输入端与电源VCC相连；低压差线性稳压器的输出端与TTL电平转换器的输入端相连；低压差线性稳压器的输出端同时与死区发生器的输入端相连；电平转换器Ⅰ的输入端与死区发生器的其中一个输出端相连；电平转换器Ⅰ的输出端与高侧栅极驱动器的输入端相连；高侧栅极驱动器的输出端与功率PMOSFET的栅极相连；TTL电平转换器的输入端与输入信号端口IN相连；TTL电平转换器的输出端与死区发生器的输入端相连；死区发生器的输出端与电平转换器Ⅱ的输入端相连；电平转换器Ⅱ的输出端与有源泄放电路的输入端相连；有源泄放电路的输出端与功率PMOSFET的一端相连；有源泄放电路的输出端同时与负载的输入端相连；功率PMOSFET的输入端与高压VCC相连；功率PMOSFET的输出端与负载的输入端相连；负载的输入端与地GND相连。
所述的参考电压产生单元包括高压放大器OP电阻R1、R2、R3、R4；电阻R1一端与高压电源VCC相连，另一端与放大器OP的正向输入端相连，电阻R1的另一端同时与电阻R2的一端相连；电阻R2的一端同时与放大器OP的正向输入端相连，电阻R2另一端接地；放大器OP的负向输入端与电阻R3的一端和电阻R4的一端相连；放大器OP的输出端与电阻R4的另一端相连；放大器OP的输出端同时与电压跟随器的输入端相连；电阻R3的另一端与低压差线性稳压器的输出端Vr相连；电阻R4的另一端与电压跟随器的输入端相连。低压差线性稳压器的输出端电压Vr精度较高，由于放大器OP的开环增益较高，因此参考电压产生单元的输出电压和Vr呈现线性关系。电压跟随器闭环增益为1，具有较高的输出驱动能力，其输出电压可表示为根据该线性关系式，可以得到任意的驱动输出电压VR值。
参考电压产生单元实现可控的高侧栅极驱动电压源。
针对不同的功率PMOSFET阈值电压，可以通过改变电阻R3、R4比值来获取不同的驱动信号，但同时需要保证(R3+R4)R2＝R3(R1+R2)。可以通过片上熔丝调整或者片外电阻调节的方式来实现电阻的调整。
电压跟随器具有吸收大电流的能力，一般为参考电压产生单元提供驱动能力。
低压差线性稳压器为参考电压产生单元提供参考电压Vr，为其它电路单元提供电源VDD。电平转换器Ⅰ将死区产生器输出转换后驱动高侧栅极驱动输入。高侧栅极驱动输出的VG方波信号高电平VCC，低电平可以满足不同的功率PMOSFET驱动需求。TTL电平转换器将IN端的TTL/CMOS信号转换为CMOS信号。死区产生器将输入转换转换后的CMOS信号进行处理，分别给电平转换器Ⅰ和电平转换器Ⅱ，防止高侧栅极驱动和有源泄放电路出现大电流导通通路。有源泄放电路是一个大尺寸N沟道MOSFET，用来当功率PMOSFET关断时泄放负载110VD端的电荷，防止损坏负载。
本发明采用参考电压可调的方式来实现不同的电压跟随器输出参考电压，满足不同的功率PMOSFET开关驱动，实现方式灵活，提高了高压功率PMOSFET开关管的驱动适用性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高压功率PMOSFET驱动电路，其特征在于，包括参考电压产生单元，电压跟随器，低压差线性稳压器，电平转换器Ⅰ，高侧栅极驱动器，TTL电平转换器，死区发生器，电平转换器Ⅱ，有源泄放电路，功率PMOSFET，负载，
参考电压产生单元的第一输入端与电源VCC相连；
参考电压产生单元的第二输入端同时与低压差线性稳压器的第一输出端相连；
参考电压产生单元的输出端与电压跟随器的输入端相连；
电压跟随器的输出端与高侧栅极驱动器的第一输入端相连；
低压差线性稳压器的输入端与电源VCC相连；
低压差线性稳压器的第二输出端与TTL电平转换器的的第一输入端相连；
低压差线性稳压器的第二输出端同时与死区发生器的第一输入端相连；
电平转换器Ⅰ的输入端与死区发生器的第一输出端相连；
电平转换器Ⅰ的输出端与高侧栅极驱动器的第二输入端相连；
高侧栅极驱动器的输出端与功率PMOSFET的栅极相连；
TTL电平转换器的第二输入端与输入信号端口IN相连；
TTL电平转换器的输出端与死区发生器的第二输入端相连；
死区发生器的第二输出端与电平转换器Ⅱ的输入端相连；
电平转换器Ⅱ的输出端与有源泄放电路的输入端相连；
有源泄放电路的输出端与功率PMOSFET的漏极相连；
有源泄放电路的输出端同时与负载的输入端相连；
功率PMOSFET的源极与高压VCC相连；
功率PMOSFET的漏极与负载的输入端相连；
负载的输入端与地GND相连;
参考电压产生单元提供可控的高侧栅极驱动器电压源；电压跟随器为参考电压产生单元提供驱动能力;低压差线性稳压器为参考电压产生模提供参考电压Vr，为TTL电平转换器、死区发生器提供电源VDD;电平转换器Ⅰ将死区发生器输出转换后驱动高侧栅极驱动器输入;高侧栅极驱动器输出的VG方波信号高电平VCC，低电平为VR;TTL电平转换器将IN端的TTL/CMOS信号转换为CMOS信号;死区发生器将TTL电平转换器转换后的CMOS信号进行处理，分别给电平转换器Ⅰ和电平转换器Ⅱ，防止高侧栅极驱动器和有源泄放电路出现大电流导通通路;有源泄放电路是一个大尺寸N沟道MOSFET，用来当功率PMOSFET关断时泄放负载端的漏级电荷。
2.根据权利要求1所述一种高压功率PMOSFET驱动电路，其特征在于，参考电压产生单元包括高压放大器OP和电阻R1、R2、R3、R4;电阻R1一端与高压电源VCC相连，另一端与放大器OP的正向输入端相连，电阻R1的另一端同时与电阻R2的一端相连；电阻R2的一端同时与放大器OP的正向输入端相连，电阻R2另一端接地；
放大器OP的负向输入端与电阻R3的一端和电阻R4的一端相连；
放大器OP的输出端与电阻R4的另一端相连；
放大器OP的输出端同时与电压跟随器的输入端相连；
电阻R3的另一端与低压差线性稳压器的第一输出端Vr相连；
电阻R4的另一端与电压跟随器的输入端相连；
电压跟随器闭环增益为1，具有较高的输出驱动能力，其输出电压可表示为。
3.根据权利要求2所述一种高压功率PMOSFET驱动电路，其特征在于，针对不同的功率PMOSFET阈值电压，通过改变电阻R3、R4比值来获取不同的驱动信号，但同时需要保证;可通过片上熔丝调整或者片外电阻调节的方式来实现电阻的调整。
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