CN111641332B - 一种buck芯片电路及buck芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种BUCK芯片电路，包括低通驱动电路及脉冲信号电路；所述低通驱动电路包括驱动低通MOS管、执行低通MOS管及栅源寄生电容；所述脉冲信号电路包括遮断电路及正向脉冲电路；所述脉冲信号电路与所述驱动低通MOS管的输入端相连；所述遮断电路用于在所述PWM输入信号为高电平信号或低电平信号时，短路所述正向脉冲电路；所述正向脉冲电路用于在所述PWM输入信号为Tri‑state信号时，向所述栅源寄生电容的阴极输出正向电压脉冲。本发明避免了Tri‑state信号因电路干扰导致的有效时间过短，信号结束后所述栅源寄生电容并未完全放电带来的安全隐患。本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的BUCK芯片。

Description

一种BUCK芯片电路及BUCK芯片
技术领域
本发明涉及电源芯片领域，特别是涉及一种BUCK芯片电路及BUCK芯片。
背景技术
在Buck降压电路(降压式变换电路)的构成中，需要mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管，也可简称为MOS管)作为开关。在现有常用的电压调节电路中，开关频率达到了比较高的水平，更高的开关频率是为了适应更高的输出电流。在负载需求的电流突变时，例如从高输出电流到低输出电流，此时电路需要释放出多余的电能。留给电路释放多余电能的时间是非常小的，通常在芯片中定义了这段释放电能的最小持续时间以保证电路的安全性。
图1中展示出了现有MOS芯片中电路的一部分，其中T2是直接控制电路开关的“下管”，T1是接收PWM输入信号并驱动T2开关的“驱动管”，在之间是驱动管到下管的电路，栅源寄生电容已经标注出。需要提到的是，根据图中的电路逻辑和器件要求，可知当驱动管T1导通时，下管T2断开。从T1到T2之间，包含bond wires，pad，和寄生电容等，将在下文中统称为“驱动管回路”
在工作时，上下管分别进行开关从而控制是否输出。当负载电流由高到低快速变化时，为了释放出多余的能量，此时PWM控制器会发出一个Tri-state信号。该信号不同于只含高低两种状态的普通PWM输入信号，此信号处于高低之间的第三态，这样的信号会控制上管和下管同时断开，通过mosfet的体二极管释放多余电量。在这种状态下，下管是断开的，驱动管是导通的，驱动管回路是导通的，而栅源寄生电容就是通过“驱动管回路”进行放电。
但在实际使用中，由于电路中存在寄生电感及寄生电容等结构，Tri-state信号的电平并不是理想的直上直下，而是存在一个相对缓慢的上升沿，直到上升到Tri-state标准时进入有效时间，我们称上升沿的时间内为攀升时间，上升到Tri-state标准后的信号时间为有效时间。由于信号的总时间是固定的，三种信号的波形图如图2所示，而在信号传递中所需要的攀升时间如果较大，就会导致有效时间被压缩，如果不满足之前提到的最短时间要求，就会导致栅源寄生电容的电没有放干净，驱动MOS管被击穿。
因此，如何避免Tri-state信号结束后所述栅源寄生电容仍未完成放电，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种BUCK芯片电路及BUCK芯片，以解决现有技术中BUCK芯片的栅源寄生电容在Tri-state信号结束后仍未完成放电导致驱动MOS管被击穿的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种BUCK芯片电路，包括低通驱动电路及脉冲信号电路；
所述低通驱动电路包括驱动低通MOS管、执行低通MOS管及栅源寄生电容；
所述驱动低通MOS管通过所述驱动低通MOS管的输入端接收外部电路发送的PWM输入信号并控制所述执行低通MOS管，所述栅源寄生电容设置于所述驱动低通MOS管及执行低通MOS管之间；
所述脉冲信号电路包括遮断电路及正向脉冲电路；所述脉冲信号电路的接收端与所述驱动低通MOS管的输入端相连；
所述遮断电路用于在所述PWM输入信号为高电平信号或低电平信号时，短路所述正向脉冲电路；
所述正向脉冲电路用于在所述PWM输入信号为Tri-state信号时，向所述栅源寄生电容的阴极输出正向电压脉冲，加速所述栅源寄生电容放电。
可选地，在所述的BUCK芯片电路中，所述遮断电路包括遮断高通MOS管；
所述遮断高通MOS管与所述正向脉冲电路并联设置，所述遮断高通MOS管的输出端接地。
可选地，在所述的BUCK芯片电路中，所述遮断电路还包括遮断低通MOS管；
所述遮断低通MOS管与所述正向脉冲电路并联设置，所述遮断低通MOS管的输出端接地。
可选地，在所述的BUCK芯片电路中，所述正向脉冲电路包括脉冲低通MOS管、延迟电路及第一调压电阻；
所述脉冲信号电路的接收端通过所述第一调压电阻连接至所述脉冲低通MOS管的源极上，所述脉冲信号电路的接收端通过所述延迟电路连接至所述脉冲低通MOS管的栅极上；
所述脉冲低通MOS的漏极连接于所述栅源寄生电容的阴极。
可选地，在所述的BUCK芯片电路中，所述正向脉冲电路还包括第二调压电阻；
所述第二调压电阻与所述延迟电路串联且与所述第一调压电阻并联。
可选地，在所述的BUCK芯片电路中，所述第一调压电阻及所述第二调压电阻的阻值的范围为100欧姆至2000欧姆，包括端点值。
可选地，在所述的BUCK芯片电路中，所述延迟电路的延迟时间小于所述Tri-state信号的有效时间。
可选地，在所述的BUCK芯片电路中，所述脉冲信号电路的接收端与所述外部电路之间还包括电压跟随器。
一种BUCK芯片，所述BUCK芯片为包括如上述任一种所述的BUCK芯片电路的芯片。
本发明所提供的BUCK芯片电路，包括低通驱动电路及脉冲信号电路；所述低通驱动电路包括驱动低通MOS管、执行低通MOS管及栅源寄生电容；所述驱动低通MOS管通过所述驱动低通MOS管的输入端接收外部电路发送的PWM输入信号并控制所述执行低通MOS管，所述栅源寄生电容设置于所述驱动低通MOS管及执行低通MOS管之间；所述脉冲信号电路包括遮断电路及正向脉冲电路；所述脉冲信号电路的接收端与所述驱动低通MOS管的输入端相连；所述遮断电路用于在所述PWM输入信号为高电平信号或低电平信号时，短路所述正向脉冲电路；所述正向脉冲电路用于在所述PWM输入信号为Tri-state信号时，向所述栅源寄生电容的阴极输出正向电压脉冲，加速所述栅源寄生电容放电。本发明通过为BUCK芯片增设脉冲信号电路，时向所述栅源寄生电容的阴极输出正向电压脉冲，加速所述栅源寄生电容放电，缩短所述栅源寄生电容完全放电所需的时间，避免了Tri-state信号因电路干扰导致的有效时间过短，信号结束后所述栅源寄生电容并未完全放电带来的安全隐患，提高了器件的工作可靠性。本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的BUCK芯片。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中BUCK芯片的降压电路的局部示意图；
图2为BUCK芯片中PWM输入信号的三种波形的示意图；
图3为本发明提供的BUCK芯片电路的一种具体实施方式的局部结构示意图；
图4为本发明提供的BUCK芯片电路的另一种具体实施方式的脉冲信号电路的局部示意图；
图5为本发明提供的BUCK芯片电路的又一种具体实施方式的脉冲信号电路的局部示意图。
具体实施方式
除背景技术中提到的情况，另一中情况下也会导致类似的失效。前文提到如果负载突然由高到低变化，控制器就会发出Tri-state的波形，而Tri-state波形的有效部分存在最短时间要求。如果负载电流是以某种较高的频率在高低之间不停切换，那么一个突然的负载电流由高到低的变化就会让控制器认为需要进入Tri-state，再紧接着一个由低到高的负载电流变化就会让控制器认为需要马上退出Tri-state。当负载电流变化的频率达到某一特定频率时，就会使接收端刚刚进入Tri-state就退出Tri-state，此时会不满足最短时间要求，对ic造成损坏。
需要提出的是，这种失效情况并不是一种很难遇到的极端情况。例如给cpu供电的电源模块中，负载电流就完全可能按照失效情况中提到的那样去变化。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种BUCK芯片电路，其一种具体实施方式的局部结构示意图如图3所示，称其为具体实施方式一，包括低通驱动电路及脉冲信号电路；
所述低通驱动电路包括驱动低通MOS管110、执行低通MOS管120及栅源寄生电容130；
所述驱动低通MOS管110通过所述驱动低通MOS管110的输入端接收外部电路发送的PWM输入信号并控制所述执行低通MOS管120，所述栅源寄生电容130设置于所述驱动低通MOS管110及执行低通MOS管120之间；
所述脉冲信号电路包括遮断电路210及正向脉冲电路220；所述脉冲信号电路的接收端与所述驱动低通MOS管110的输入端相连；
所述遮断电路210用于在所述PWM输入信号为高电平信号或低电平信号时，短路所述正向脉冲电路220；
所述正向脉冲电路220用于在所述PWM输入信号为Tri-state信号时，向所述栅源寄生电容130的阴极输出正向电压脉冲，加速所述栅源寄生电容130放电。
作为一种优选实施方式，所述脉冲信号电路的接收端与所述外部电路之间还包括电压跟随器230。所述电压跟随器230用于增强驱动能力，并起到消除前后级影响，保证此模块运行更加稳定的作用。
本发明所提供的BUCK芯片电路，包括低通驱动电路及脉冲信号电路；所述低通驱动电路包括驱动低通MOS管110、执行低通MOS管120及栅源寄生电容130；所述驱动低通MOS管110通过所述驱动低通MOS管110的输入端接收外部电路发送的PWM输入信号并控制所述执行低通MOS管120，所述栅源寄生电容130设置于所述驱动低通MOS管110及执行低通MOS管120之间；所述脉冲信号电路包括遮断电路210及正向脉冲电路220；所述脉冲信号电路的接收端与所述驱动低通MOS管110的输入端相连；所述遮断电路210用于在所述PWM输入信号为高电平信号或低电平信号时，短路所述正向脉冲电路220；所述正向脉冲电路220用于在所述PWM输入信号为Tri-state信号时，向所述栅源寄生电容130的阴极输出正向电压脉冲，加速所述栅源寄生电容130放电。本发明通过为BUCK芯片增设脉冲信号电路，时向所述栅源寄生电容130的阴极输出正向电压脉冲，加速所述栅源寄生电容130放电，缩短所述栅源寄生电容130完全放电所需的时间，避免了Tri-state信号因电路干扰导致的有效时间过短，信号结束后所述栅源寄生电容130并未完全放电带来的安全隐患，提高了器件的工作可靠性。
在具体实施方式一的基础上，进一步对所述遮断电路210的结构做限定，得到具体实施方式二，其局部结构示意图如图4所示，包括低通驱动电路及脉冲信号电路；
所述低通驱动电路包括驱动低通MOS管110、执行低通MOS管120及栅源寄生电容130；
所述驱动低通MOS管110通过所述驱动低通MOS管110的输入端接收外部电路发送的PWM输入信号并控制所述执行低通MOS管120，所述栅源寄生电容130设置于所述驱动低通MOS管110及执行低通MOS管120之间；
所述脉冲信号电路包括遮断电路210及正向脉冲电路220；所述脉冲信号电路的接收端与所述驱动低通MOS管110的输入端相连；
所述遮断电路210用于在所述PWM输入信号为高电平信号或低电平信号时，短路所述正向脉冲电路220；
所述正向脉冲电路220用于在所述PWM输入信号为Tri-state信号时，向所述栅源寄生电容130的阴极输出正向电压脉冲，加速所述栅源寄生电容130放电；
所述遮断电路210包括遮断高通MOS管211；
所述遮断高通MOS管211与所述正向脉冲电路220并联设置，所述遮断高通MOS管211的输出端接地。
本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式中将所述遮断电路210限定为所述遮断高通MOS管211，其余结构均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。
PWM输入信号，一般分为高电平信号、低电平信号及所述Tri-state信号，而所述低电平信号一般为零电势，即所述低电平信号也可理解为无信号，因此不需要考虑低电平信号时的遮断问题，而本具体实施方式设置了接地的所述遮断高通MOS管211，即在所述高电平信号时，所述遮断高通MOS管211低阻导通，直接接地(即电路中的电中性点)，将所述正向脉冲电路220短路，PWM输入信号直接通过所述遮断高通MOS信号导走，不会经过所述正向脉冲电路220，也更不可能激活所述正向脉冲电路220干扰所述低通驱动电路的正常运行。
更进一步地，所述遮断电路210还包括遮断低通MOS管212；所述遮断低通MOS管212与所述正向脉冲电路220并联设置，所述遮断低通MOS管212的输出端接地。加入所述遮断低通MOS管212之后，本发明提供的BUCK芯片电路即可适用于所述PWM输入信号的低电平信号不为零的电路，同时，所述遮断低通MOS管212还能有效遮断在所述低电平信号持续期间的电路电平波动，保证器件的工作稳定性。
在具体实施方式二的基础上，进一步对所述正向脉冲电路220的结构做限定，得到具体实施方式三，其局部结构示意图如图5所示，包括低通驱动电路及脉冲信号电路；
所述低通驱动电路包括驱动低通MOS管110、执行低通MOS管120及栅源寄生电容130；
所述驱动低通MOS管110通过所述驱动低通MOS管110的输入端接收外部电路发送的PWM输入信号并控制所述执行低通MOS管120，所述栅源寄生电容130设置于所述驱动低通MOS管110及执行低通MOS管120之间；
所述脉冲信号电路包括遮断电路210及正向脉冲电路220；所述脉冲信号电路的接收端与所述驱动低通MOS管110的输入端相连；
所述遮断电路210用于在所述PWM输入信号为高电平信号或低电平信号时，短路所述正向脉冲电路220；
所述正向脉冲电路220用于在所述PWM输入信号为Tri-state信号时，向所述栅源寄生电容130的阴极输出正向电压脉冲，加速所述栅源寄生电容130放电；
所述遮断电路210包括遮断高通MOS管211；
所述遮断高通MOS管211与所述正向脉冲电路220并联设置，所述遮断高通MOS管211的输出端接地；
所述遮断电路210还包括遮断低通MOS管212；所述遮断低通MOS管212与所述正向脉冲电路220并联设置，所述遮断低通MOS管212的输出端接地；
所述正向脉冲电路220包括脉冲低通MOS管221、延迟电路222及第一调压电阻223；
所述脉冲信号电路的接收端通过所述第一调压电阻223连接至所述脉冲低通MOS管221的源极上，通过所述延迟电路222连接至所述脉冲低通MOS管221的栅极上；
所述脉冲低通MOS的漏极连接于所述栅源寄生电容130的阴极。
本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式中限定了所述正向脉冲电路220，其余结构均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。
所述第一调压电阻223用于平衡所述脉冲信号电路中的电流，提高整个所述正向脉冲电路220的阻值，使其远高于将所述遮断低通MOS管212导通时的阻值，保证在PWM输入信号为低电平信号时，所述低电平信号不会进入所述正向脉冲电路220，而是直接被所述遮断低通MOS管212导出。
依照具体实施方式中的所述脉冲信号电路的结构，当PWM发出Tri-state信号后，非高非低的Tri-state信号会让所述遮断低通MOS管212和遮断高通MOS管211都断开(本结构为实现上述功能，当然需要所述脉冲低通MOS管221的导通电压低于所述遮断高通MOS管211，但高于所述遮断低通MOS管212)，此时所述Tri-state信号作用于所述脉冲低通MOS管221的源极和栅极上，不同的是所述Tri-state信号直接作用于所述源极，但确实通过所述延迟电路222作用于所述栅极，这就使得电路中会出现一段时间的源极电势高于栅极电势的情况，此时所述脉冲低通MOS管221导通，向所述栅源寄生电容130的阴极输出正向电压，直至所述Tri-state信号结束，或作用于所述栅极的Tri-state信号也完成攀升，所述栅极与所述源极电势相同，所述脉冲低通MOS管221不再导通，此时间非常短，客观上会形成一个正向电压脉冲。
更进一步地，所述正向脉冲电路220还包括第二调压电阻224；所述第二调压电阻224与所述延迟电路222串联且与所述第一调压电阻223并联，可进一步方便调控作用于所述延迟电路222两端的电压大小。再进一步地，所述第一调压电阻223及所述第二调压电阻224的阻值的范围为100欧姆至2000欧姆，包括端点值，如100.0欧姆、1205.0欧姆或2000.0欧姆中任一个。
所述延迟电路222的功能是对于一个突然的输入信号，能够在一定的延迟时间之后再产生输出。当然，这个延迟时间是可以设定的。
作为一种优选的实施方式，所述延迟电路222的延迟时间小于所述Tri-state信号的有效时间，因为只要所述脉冲低通MOS管221的源极上的电势高于栅极上的电势，所述脉冲低通MOS管221便处于导通状态，因此，只需要保证经过所述延迟电路222延迟的所述Tri-state信号没有结束攀升时间之前，所述Tri-state信号一直作用于源极上(即上述延迟电路222的延迟时间小于所述Tri-state信号的有效时间)，即可保证所述脉冲低通MOS管221发送的脉冲电压的时间始终为固定值，即从作用于所述脉冲低通MOS管221的源极的Tri-state信号攀升到所述脉冲低通MOS管221的导通阈值开始，直至作用于所述脉冲低通MOS管221的栅极的Tri-state信号进入有效时间之间的时间，可对作用于所述栅源寄生电容130阴极上的正向电压脉冲进行量化调控。
本发明还提供了一种BUCK芯片，所述BUCK芯片为包括如上述任一种所述的BUCK芯片电路的芯片。本发明所提供的BUCK芯片电路，包括低通驱动电路及脉冲信号电路；所述低通驱动电路包括驱动低通MOS管110、执行低通MOS管120及栅源寄生电容130；所述驱动低通MOS管110通过所述驱动低通MOS管110的输入端接收外部电路发送的PWM输入信号并控制所述执行低通MOS管120，所述栅源寄生电容130设置于所述驱动低通MOS管110及执行低通MOS管120之间；所述脉冲信号电路包括遮断电路210及正向脉冲电路220；所述脉冲信号电路的接收端与所述驱动低通MOS管110的输入端相连；所述遮断电路210用于在所述PWM输入信号为高电平信号或低电平信号时，短路所述正向脉冲电路220；所述正向脉冲电路220用于在所述PWM输入信号为Tri-state信号时，向所述栅源寄生电容130的阴极输出正向电压脉冲，加速所述栅源寄生电容130放电。本发明通过为BUCK芯片增设脉冲信号电路，时向所述栅源寄生电容130的阴极输出正向电压脉冲，加速所述栅源寄生电容130放电，缩短所述栅源寄生电容130完全放电所需的时间，避免了Tri-state信号因电路干扰导致的有效时间过短，信号结束后所述栅源寄生电容130并未完全放电带来的安全隐患，提高了器件的工作可靠性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的BUCK芯片电路及BUCK芯片进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种BUCK芯片电路，其特征在于，包括低通驱动电路及脉冲信号电路；
所述低通驱动电路包括驱动低通MOS管、执行低通MOS管及栅源寄生电容；
所述驱动低通MOS管通过所述驱动低通MOS管的输入端接收外部电路发送的PWM输入信号并控制所述执行低通MOS管，所述栅源寄生电容设置于所述驱动低通MOS管及所述执行低通MOS管之间；
所述脉冲信号电路包括遮断电路及正向脉冲电路；所述脉冲信号电路的接收端与所述驱动低通MOS管的输入端相连；
所述遮断电路用于在所述PWM输入信号为高电平信号或低电平信号时，短路所述正向脉冲电路；
所述正向脉冲电路用于在所述PWM输入信号为Tri-state信号时，向所述栅源寄生电容的阴极输出正向电压脉冲，加速所述栅源寄生电容放电；
所述遮断电路包括遮断高通MOS管；
所述遮断高通MOS管与所述正向脉冲电路并联设置，所述遮断高通MOS管的输出端接地；
所述遮断电路还包括遮断低通MOS管；
所述遮断低通MOS管与所述正向脉冲电路并联设置，所述遮断低通MOS管的输出端接地；
所述正向脉冲电路包括脉冲低通MOS管、延迟电路及第一调压电阻；
所述脉冲信号电路的接收端通过所述第一调压电阻连接至所述脉冲低通MOS管的源极上，所述脉冲信号电路的接收端通过所述延迟电路连接至所述脉冲低通MOS管的栅极上；
所述脉冲低通MOS管的漏极连接于所述栅源寄生电容的阴极；
所述正向脉冲电路还包括第二调压电阻；
所述第二调压电阻与所述延迟电路串联且与所述第一调压电阻并联。
2.如权利要求1所述的BUCK芯片电路，其特征在于，所述第一调压电阻及所述第二调压电阻的阻值的范围为100欧姆至2000欧姆，包括端点值。
3.如权利要求1所述的BUCK芯片电路，其特征在于，所述延迟电路的延迟时间小于所述Tri-state信号的有效时间。
4.如权利要求1至3任一项所述的BUCK芯片电路，其特征在于，所述脉冲信号电路的接收端与所述外部电路之间还包括电压跟随器。
5.一种BUCK芯片，其特征在于，所述BUCK芯片为包括如权利要求1至4中任一项所述的BUCK芯片电路的芯片。
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