CN111555737B - 一种可控压摆率n型mos高边驱动电路 - Google Patents

一种可控压摆率n型mos高边驱动电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路，属于驱动电路技术领域，用可控电流对开关的栅极充放电，在充放电完成时，强开或者强关栅极以防止栅极的电压扰动，所有MNx为与衬底隔离的NMOS器件，M0为需驱动的高边N型MOS开关，VHIGH为驱动的电源。最左侧MN0‑MN3提供了偏置电路，M1为源级跟随器结构，限制M0栅极的充电电压，实现高边驱动以及可控压摆率的功能。

Description

一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路
技术领域
本发明涉及一种驱动电路，特别是涉及一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路，属于驱动电路技术领域。
背景技术
N型MOS高边的负载为感性负载时，当高边开关关闭，由于电感的续流，MOS开关的源级会被负载拉到低于地的电压，在某些应用中，以至于低至-20V，为防止MOS开关的驱动电路到衬底生PN结导通，驱动电路必须采用隔离结构的器件，在某些高压工艺中，只提供N型MOS的隔离器件用于负压的应用，为此设计一种可控压摆率全N型MOS高边驱动电路来解决上述问题。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路，用一段可控电流对开关的栅极充放电，在充放电完成时，强开或者强关栅极以防止栅极的电压扰动，所有MNx为与衬底隔离的NMOS器件，M0为需驱动的高边N型MOS开关，M1为普通高压N型MOS，无需衬底隔离，VHIGH为驱动的电源。最左侧MN0-MN3提供了偏置电路，M1为源级跟随器结构，限制M0栅极的充电电压，实现高边驱动以及可控压摆率的功能。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路，包括四组漏极与源极相互串联并以自身漏极与栅极连接的第一场效应晶体管组件，所述第一场效应晶体管组件包括场效应晶体管MN3、MN2、MN1和MN0，所述场效应晶体管MN3的漏极接偏置电流，所述场效应晶体管MN0的源极电性连接场效应晶体管MN4的源极并电性连接OFFControl电路组件以及输出端SOURCE，所述场效应晶体管MN0的栅极连接场效应晶体管MN4的栅极，所述场效应晶体管MN4的漏极连接所述OFF Control电路组件，所述OFF Control电路组件连接ON Control电路组件并连接场效应晶体管MO的栅极，所述场效应晶体管MO的源极外接输出端DRAIN，所述场效应晶体管MO的漏极电性连接输出端SOURCE，所述ON Control电路组件连接电源，所述ON Control电路组件还连接场效应晶体管M1的源极，且场效应晶体管M1的漏极连接电源。
优选的，所述第一场效应晶体管组件中场效应晶体管MN3的漏极连接场效应晶体管MN2的源极，场效应晶体管MN2的漏极连接场效应晶体管MN1的源极，场效应晶体管MN1的漏极连接场效应晶体管MN0的源极。
优选的，所述OFF Control电路组件包括七组场效应晶体管分别为场效应晶体管MN10、MN11、MN12、MN13、MN14、MN15和MN16，所述场效应晶体管MN10、MN11、MN12和MN16的源极互相连接，所述场效应晶体管MN10、MN13和MN14与偏置电流连接，所述场效应晶体管MN10与所述场效应晶体管MN11栅极连接。
优选的，所述场效应晶体管MN11的漏极与所述场效应晶体管MN12的栅极连接，所述场效应晶体管MN13的源极与所述场效应晶体管MN12的漏极连接，所述场效应晶体管MN13的栅极与所述场效应晶体管MN14的栅极连接且与场效应晶体管MN4的漏极以及场效应晶体管MN16和MN15的栅极连接。
优选的，所述ON Control电路组件包括场效应晶体管MN4、MN5、MN6、MN9、MN8和MN7，所述场效应晶体管MN4、MN5、MN6和MN9的源极互相连接，所述场效应晶体管MN4、MN7和MN9的漏极连接偏置电流。
优选的，所述场效应晶体管MN4的栅极与所述场效应晶体管MN5的栅极连接，且场效应晶体管MN4的漏极与场效应晶体管MN4的栅极连接，所述场效应晶体管MN6的栅极与所述场效应晶体管MN5的源极连接，所述场效应晶体管MN7的源极电性连接场效应晶体管MN6的漏极，所述场效应晶体管MN7的栅极与所述场效应晶体管MN8的栅极连接。
优选的，所述场效应晶体管MN8的漏极连接场效应晶体管M1的源极，所述MN3的栅极连接场效应晶体管M1的栅极。
优选的，所述场效应晶体管MN9的漏极连接场效应晶体管MO的栅极。
本发明的有益技术效果：
本发明提供的一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路，用一段可控电流对开关的栅极充放电，在充放电完成时，强开或者强关栅极以防止栅极的电压扰动，所有MNx为与衬底隔离的NMOS器件，M0为需驱动的高边N型MOS开关，VHIGH为驱动的电源。最左侧MN0-MN3提供了偏置电路，M1为源级跟随器结构，限制M0栅极的充电电压，实现高边驱动以及可控压摆率的功能。
附图说明
图1为按照本发明的一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路的一优选实施例的整体电路图；
图2为按照本发明的一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路的一优选实施例的ONControl电路组件电路图；
图3为按照本发明的一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路的一优选实施例的Iin1与Iin2之间电流值对比波形图；
图4为按照本发明的一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路的一优选实施例的M1为源级跟随器结构，限制M0栅极的充电电压控制波形图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1-图4所示，本实施例提供的一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路，包括四组漏极与源极相互串联并以自身漏极与栅极电性连接的第一场效应晶体管组件，所述第一场效应晶体管组件包括场效应晶体管MN3、MN2、MN1和MN0，所述场效应晶体管MN3的漏极连接偏置电流，所述场效应晶体管MN0的源极电性连接场效应晶体管MN4的源极并电性连接OFFControl电路组件以及输出端SOURCE，所述场效应晶体管MN0的栅极连接场效应晶体管MN4的栅极，所述场效应晶体管MN4的漏极连接所述OFF Control电路组件，所述OFFControl电路组件连接ONControl电路组件并连接场效应晶体管MO的栅极，所述场效应晶体管MO的源极外接输出端DRAIN，所述场效应晶体管MO的漏极电性连接输出端SOURCE，所述ONControl电路组件连接电源，所述ON Control电路组件还连接场效应晶体管M1的源极，且场效应晶体管M1的漏极连接电源。
状态一：
当Iin1与Iin2同时流入时，预设Iin1电路大于Iin2电流，为方便说明，假设所有电流镜的比例为1：1。MN5镜像MN4的Iin1电流，大于MN7流入的Iin2电流，MN5工作在线性区，MN9被强制工作在线性区以于MN5的导通电阻匹配。MN5，MN6，MN8，MN9构成电流镜，Iout即为Iin2的镜像电流；
状态二：
当Iin2维持而Iin1消失时，流过MN7的电流最终流过自偏的MN6管，对于MN8，MN9的栅极电压被抬高到VGS_MN7+VGS_MN6，输出电流只同MN8，MN9本身的宽长比相关，电流没有被任何输入电路限制；
利用Iout的特性，用一段可控电流对开关的栅极充放电，在充电完成时，强开栅极以防止栅极的电压扰动。
当需要关闭M0时，采用OFF Control电路组件实现同ON Control相似的工作模式，用一段可控电流对开关的栅极充放电，在放电完成时，强关栅极以防止栅极的电压扰动。MN14管的作用是在OFF模式下关闭ON Control的充电电流；MN4管的作用是在ON模式下关闭OFF Control的放电电流。
所有MNx为与衬底隔离的NMOS器件，M0为需驱动的高边N型MOS开关，M1为普通高压N型MOS，无需衬底隔离，VHIGH为驱动的电源。最左侧MN0-MN3提供了偏置电路，M1为源级跟随器结构，限制M0栅极的充电电压。
在本实施例中，所述第一场效应晶体管组件中场效应晶体管MN3的漏极电性连接场效应晶体管MN2的源极，场效应晶体管MN2的漏极电性连接场效应晶体管MN1的源极，场效应晶体管MN1的漏极电性连接场效应晶体管MN0的源极，所述OFF Control电路组件包括七组场效应晶体管分别为场效应晶体管MN10、MN11、MN12、MN13、MN14、MN15和MN16，所述场效应晶体管MN10、MN11、MN12和MN16的源极互相电性连接，所述场效应晶体管MN10、MN13和MN14与电源电性连接偏置电流，所述场效应晶体管MN10与所述场效应晶体管MN11栅极电性连接，所述场效应晶体管MN11的漏极与所述场效应晶体管MN12的栅极电性连接，所述场效应晶体管MN13的源极与所述场效应晶体管MN12的漏极电性连接，所述场效应晶体管MN13的栅极与所述场效应晶体管MN14的栅极电性连接且与场效应晶体管MN4的漏极以及场效应晶体管MN16和MN15的栅极电性连接。
在本实施例中，所述ON Control电路组件包括场效应晶体管MN4、MN5、MN6、MN9、MN8和MN7，所述场效应晶体管MN4、MN5、MN6和MN9的源极互相电性连接，所述场效应晶体管MN4、MN7和MN9的漏极连接电源偏置电流，所述场效应晶体管MN4的栅极与所述场效应晶体管MN5的栅极电性连接，且场效应晶体管MN4的漏极与场效应晶体管MN4的栅极电性连接，所述场效应晶体管MN6的栅极与所述场效应晶体管MN5的源极电性连接，所述场效应晶体管MN7的源极电性连接场效应晶体管MN6的漏极，所述场效应晶体管MN7的栅极与所述场效应晶体管MN8的栅极电性连接，所述场效应晶体管MN8的漏极电性连接场效应晶体管M1的源极，所述MN3的栅极电性连接场效应晶体管M1的栅极，所述场效应晶体管MN9的漏极电性连接场效应晶体管MO的栅极。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路，其特征在于：包括四组漏极与源极相互串联并以自身漏极与栅极电性连接的第一场效应晶体管组件，所述第一场效应晶体管组件包括场效应晶体管MN3、MN2、MN1和MN0，所述场效应晶体管MN3的漏极连接偏置电流，所述场效应晶体管MN0的源极电性连接场效应晶体管MN4的源极并电性连接OFF Control电路组件以及输出端SOURCE电路组件以及输出端SOURCE，所述场效应晶体管MN0的栅极电性连接场效应晶体管MN4的栅极，所述场效应晶体管MN4的漏极电性连接所述OFF Control电路组件，所述OFF Control电路组件电性连接ON Control电路组件并电性连接场效应晶体管MO的栅极，所述场效应晶体管MO的源极外接输出端DRAIN，所述场效应晶体管MO的漏极电性连接输出端SOURCE，所述ON Control电路组件电性连接电源，所述ON Control电路组件还电性连接场效应晶体管M1的源极，且场效应晶体管M1的漏极连接电源；
所述OFF Control电路组件包括七组场效应晶体管分别为场效应晶体管MN10、MN11、MN12、MN13、MN14、MN15和MN16；
所述场效应晶体管MN10、MN11、MN12和MN16的源极互相电性连接，所述场效应晶体管MN10、MN13和MN14与电源电性连接，所述场效应晶体管MN10与所述场效应晶体管MN11的栅极电性连接；
所述场效应晶体管MN11的漏极与所述场效应晶体管MN12的栅极电性连接，所述场效应晶体管MN13的源极与所述场效应晶体管MN12的漏极电性连接，所述场效应晶体管MN13的栅极与所述场效应晶体管MN14的栅极电性连接且与场效应晶体管MN4的漏极以及场效应晶体管MN16和MN15的栅极电性连接；
所述ON Control电路组件包括场效应晶体管MN4、MN5、MN6、MN9、MN8和MN7，所述场效应晶体管MN4、MN5、MN6和MN9的源极互相电性连接，所述场效应晶体管MN4、MN7和MN9的漏极连接电源；
所述场效应晶体管MN4的栅极与所述场效应晶体管MN5的栅极电性连接，且场效应晶体管MN4的漏极与场效应晶体管MN4的栅极电性连接，所述场效应晶体管MN6的栅极与所述场效应晶体管MN5的源极电性连接；
所述场效应晶体管MN7的源极电性连接场效应晶体管MN6的漏极，所述场效应晶体管MN7的栅极与所述场效应晶体管MN8的栅极电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路，其特征在于：所述第一场效应晶体管组件中场效应晶体管MN3的漏极电性连接场效应晶体管MN2的源极，场效应晶体管MN2的漏极电性连接场效应晶体管MN1的源极，场效应晶体管MN1的漏极电性连接场效应晶体管MN0的源极。
3.根据权利要求2所述的一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路，其特征在于：所述场效应晶体管MN8的漏极电性连接场效应晶体管M1的源极，所述场效应晶体管MN3的栅极电性连接场效应晶体管M1的栅极。
4.根据权利要求3所述的一种可控压摆率N型MOS高边驱动电路，其特征在于：所述场效应晶体管MN9的漏极电性连接场效应晶体管MO的栅极。
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