CN112350552A - 一种输出峰值电流不受电源电压变化影响的mosfet驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输出峰值电流不受电源电压变化影响的MOSFET驱动器。本发明通过将直接驱动输出级NMOS管的驱动电路—即NMOS驱动电路的供电范围限制在VF+到地电压之间，因此输出级NMOS管的栅‑源电压范围就被限制在VF+到地电压之间；通过将直接驱动输出级PMOS管的驱动电路—即PMOS驱动电路的供电范围限制在VIN到VF‑之间，因此输出级PMOS管的栅‑源电压范围就被限制在VIN到VF‑之间。本发明可避免高电压、大电流MOSFET驱动器的输出峰值电流大小随电源电压的变化而迅速变化，提高了MOSFET驱动器电路的应用适用性。同时，可广泛应用于高电压、大电流MOSFET驱动器集成电路的设计中，具有良好的应用前景和经济效益。

Description

一种输出峰值电流不受电源电压变化影响的MOSFET驱动器
技术领域
本发明属于电源管理类集成电路领域，具体涉及一种输出峰值电流不受电源电压变化影响的MOSFET驱动器。
背景技术
随着电子系统的发展，对电源管理类集成电路的性能要求越来越高。MOSFET驱动器作为电源管理类集成电路中的重要一员，随着应用需求的发展，其工作电压范围越来越宽，驱动电流越来越大。MOSFET驱动器用于直接驱动VDMOS等功率器件，其输出级通常都采用PMOS和NMOS组成的对管结构，传统的MOSFET驱动器通常随着电源电压的变化，其输出级峰值电流的大小会产生较大的波动，造成对后级功率器件的栅电容的充放电速度产生变化，降低了驱动器电路的应用环境适用性，不利于系统级用户对驱动器电路的设计选型。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种输出峰值电流不受电源电压变化影响的MOSFET驱动器，其线路设计简单可靠，避免了高电压、大电流MOSFET驱动器的输出峰值电流大小随电源电压的变化而迅速变化，而不利于驱动器电路的设计选型，提高了驱动器电路的应用适用性。
为了达到上述目的，本发明包括二次电源模块、驱动级电压变换模块、防共通的驱动器反相器链模块和输出级对管，输出级对管为PMOS管和NMOS管；
二次电源模块用于将电源电压VIN转换为电路内部的二次电源电压VREF，并将二次电源电压VREF送至驱动级电压变换模块中；
驱动级电压变换模块用于将接收到的二次电源电压VREF再次转换为二次电源VF+和二次电源VF-，其中二次电源VF+用于防共通的驱动器反相器链模块中NMOS驱动级的供电，二次电源VF-用于防共通的驱动器反相器链模块中PMOS驱动级的供电，并将二次电源VF+和二次电源VF-发送至防共通的驱动器反相器链模块中；
防共通的驱动器反相器链模块用于对输入信号IN进行了防共通的延时处理后，通过PMOS驱动级和NMOS驱动级分别输出两路信号，控制输出级对管PMOS管和NMOS管的两个栅极；
输出级对管的PMOS管的漏极和NMOS管的漏极相连，并同时与输出端相连OUT相连。
二次电源VF+为相对于地电压的恒定电压。
二次电源VF-为相对于电源电压VIN具有恒定电压差的电压。
NMOS管的峰值电流与其栅-源电压VGSN的关系为：
Figure BDA0002750725220000021
其中，μnCOX为工艺常数，WN/LN为输出级NMOS管的器件宽长比，VTHN为NMOS管的开启阈值，达到峰值电流的条件为：
VDSN＝VGSN-VTHN
其中，VDSN为NMOS管的漏-源电压差。
二次电源模块、驱动级电压变换模块和输出级对管均通过电源电压VIN供电，且均接地。
防共通的驱动器反相器链模块中的PMOS驱动器通过电源电压VIN供电，但不接地，其最低电位为二次电源VF-；防共通的驱动器反相器链模块中的NMOS驱动器接地但不是通过电源电压VIN供电，而是通过二次电源VF+供电。
与现有技术相比，本发明通过将直接驱动输出级NMOS管的驱动电路—即NMOS驱动电路的供电范围限制在VF+到地电压之间，因此输出级NMOS管的栅-源电压范围就被限制在VF+到地电压之间；通过将直接驱动输出级PMOS管的驱动电路—即PMOS驱动电路的供电范围限制在VIN到VF-之间，因此输出级PMOS管的栅-源电压范围就被限制在VIN到VF-之间。本发明可避免高电压、大电流MOSFET驱动器的输出峰值电流大小随电源电压的变化而迅速变化，提高了MOSFET驱动器电路的应用适用性。同时，可广泛应用于高电压、大电流MOSFET驱动器集成电路的设计中，具有良好的应用前景和经济效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，本发明包括二次电源模块、驱动级电压变换模块、防共通的驱动器反相器链模块和输出级对管；
二次电源模块用于将电源电压VIN转换为电路内部的二次电源电压VREF，并将二次电源电压VREF送至驱动级电压变换模块中；
驱动级电压变换模块用于将接收到的二次电源电压VREF再次转换为二次电源VF+和VF-，其中VF+用于防共通的驱动器反相器链模块中NMOS驱动级的供电，VF-用于防共通的驱动器反相器链模块中PMOS驱动级的供电，并VF+和VF-发送至防共通的驱动器反相器链模块中；二次电源VF+为相对于地电压的恒定电压；二次电源VF-为相对于电源电压VIN具有恒定电压差的电压。
防共通的驱动器反相器链模块用于对输入信号IN进行了防共通的延时处理后，通过PMOS驱动级和NMOS驱动级分别输出两路信号，控制输出级对管PMOS管和NMOS管的两个栅极；
输出级对管的PMOS管的漏极和NMOS管的漏极相连，并同时与输出端相连OUT相连。首先二次电源模块将电源电压VIN转换为电路内部的一个相对于地的二次电源电压VREF，再通过驱动级电压变换电路将该二次电源VREF分别再次转换为两个二次电源信号：一个是相对于地电压的恒定的二次电源VF+，用于NMOS驱动级的供电；一个是相对于电源电压VIN具有恒定电压差的二次电源VF-，即VCC-VF-电压差恒定，用于PMOS驱动级的供电。防共通的反相器链模块对输入信号IN进行了防共通的延时处理后，分别输出两路信号，用于直接控制输出级对管的两个栅极。由于直接驱动输出级NMOS栅极的驱动信号的供电范围被限制在VF+到地之间，因此输出级NMOS栅极的驱动信号就被限制在VF+到地之间；由于直接驱动输出级PMOS栅极的驱动信号的供电范围被限制在VIN到VF-之间，因此输出级PMOS栅极的驱动信号就被限制在VIN到VF-之间。
以输出级NMOS管为例，由于NMOS管的峰值电流与其栅-源电压VGSN的关系为：
Figure BDA0002750725220000041
其中，μnCOX为工艺常数，WN/LN为输出级NMOS管的器件宽长比，且达到该峰值电流的条件为：
VDSN＝VGSN-VTHN (2)
因此，在输出级NMOS管导通过程中，随着VGSN的逐步增大，VDSN逐步减小，受后级负载影响，VDSN随VGSN的增大而下降的速度不同。
通常驱动器后级的功率器件的电容较大，VDSN随VGSN的增大而下降的速度较慢，因此当VDSN下降至VDSN＝VGSN-VTH时，通常此时的VGSN已经上升至本发明设计方法所设定的VF+电压，按照公式(1)，
Figure BDA0002750725220000042
而当后级负载电容较小时，式(1)中的VGSN小于设计设定的VF+电压，因此其峰值电流必然小于式(3)所示的IDNMAX电压。
同理，输出级PMOS管的最大输出电流为：
Figure BDA0002750725220000051
由于VIN-VF-电压恒定，因此输出级PMOS管的输出峰值电流IDPMAX也保持恒定。
可见，输出级NMOS和PMOS的输出峰值电流，均与电源电压VIN的大小无关。
实施例：
采用上述发明，对某一款高电压、大电流MOSFET驱动器进行了线路设计。
表1和表2分别对比测试了在后级负载电容CL＝10nF、CL＝1nF条件下，VIN电压在10V、15V、20V、25V条件下，输出峰值拉电流IDPMAX和峰值灌电流IDNMAX的变化情况。
表1输出峰值拉电流IDPMAX(单位：A)
负载电容 V<sub>IN</sub>＝10V V<sub>IN</sub>＝15V V<sub>IN</sub>＝20V V<sub>IN</sub>＝25V
C<sub>L</sub>＝10nF 1.17 1.26 1.36 1.46
C<sub>L</sub>＝1nF 0.55 0.66 0.74 0.81
表2输出峰值灌电流IDNMAX(单位：A)
负载电容 V<sub>IN</sub>＝10V V<sub>IN</sub>＝15V V<sub>IN</sub>＝20V V<sub>IN</sub>＝25V
C<sub>L</sub>＝10nF 3.44 3.50 3.55 3.59
C<sub>L</sub>＝1nF 0.88 0.98 1.04 1.07
由表1、表2可见，当后级负载电容CL＝10nF时，电源电压VIN从10V变化到25V，输出峰值电流基本上变化幅度很小，电源电压25V相对电源电压10V时的输出峰值拉电流仅增大了24.7％，输出峰值灌电流仅增大了4％，而这个变化主要是因为电路内部的二次电源(VF-相对电源电压VIN的电压差以及VF+相对地电位的电压差)在信号转换时的波动引起的，如果电路设计可以保证内部二次电源很稳定的话，输出峰值电流就可以更加稳定了。而在相同的电源电压VIN下，当后级负载电容CL＝1nF时，输出峰值电流总是小于负载电容＝10nF时的输出峰值电流。
对比未采用本发明的驱动器电路，其输出级对管的栅-源电压信号摆幅直接在电源电压VIN和地之间变化。当其电源电压VIN从10V变换到25V时，输出峰值拉、灌电流的变化幅度分别达到了221％和88％。
由此可见，本发明提出了一种有效的设计方法，使高电压、大电流的MOSFET驱动器在不同的VIN电源电压条件下，其输出级峰值拉电流IDPMAX和峰值灌电流IDNMAX都基本保持不变。成功的避免了高压、大电流MOSFET驱动器的输出峰值电流大小随电源电压的变化而迅速变化，提高了MOSFET驱动器电路的应用适用性。本发明提出的这种设计方法简单有效，可广泛应用于高电压、大电流MOSFET驱动器集成电路的设计中，具有良好的应用前景和经济效益。

Claims (6)

1.一种输出峰值电流不受电源电压变化影响的MOSFET驱动器，其特征在于，包括二次电源模块、驱动级电压变换模块、防共通的驱动器反相器链模块和输出级对管，输出级对管为PMOS管和NMOS管；
二次电源模块用于将电源电压VIN转换为电路内部的二次电源电压VREF，并将二次电源电压VREF送至驱动级电压变换模块中；
驱动级电压变换模块用于将接收到的二次电源电压VREF再次转换为二次电源VF+和二次电源VF-，其中二次电源VF+用于防共通的驱动器反相器链模块中NMOS驱动级的供电，二次电源VF-用于防共通的驱动器反相器链模块中PMOS驱动级的供电，并将二次电源VF+和二次电源VF-发送至防共通的驱动器反相器链模块中；
防共通的驱动器反相器链模块用于对输入信号IN进行了防共通的延时处理后，通过PMOS驱动级和NMOS驱动级分别输出两路信号，控制输出级对管PMOS管和NMOS管的两个栅极；
输出级对管的PMOS管的漏极和NMOS管的漏极相连，并同时与输出端相连OUT相连。
2.根据权利要求1所述的一种输出峰值电流不受电源电压变化影响的MOSFET驱动器，其特征在于，二次电源VF+为相对于地电压的恒定电压。
3.根据权利要求1所述的一种输出峰值电流不受电源电压变化影响的MOSFET驱动器，其特征在于，二次电源VF-为相对于电源电压VIN具有恒定电压差的电压。
4.根据权利要求1所述的一种输出峰值电流不受电源电压变化影响的MOSFET驱动器，其特征在于，NMOS管的峰值电流与其栅-源电压VGSN的关系为：
Figure FDA0002750725210000011
其中，μnCOX为工艺常数，WN/LN为输出级NMOS管的器件宽长比，VTHN为NMOS管的开启阈值，达到峰值电流的条件为：
VDSN＝VGSN-VTHN
其中，VDSN为NMOS管的漏-源电压差。
5.根据权利要求1所述的一种输出峰值电流不受电源电压变化影响的MOSFET驱动器，其特征在于，二次电源模块、驱动级电压变换模块和输出级对管均通过电源电压VIN供电，且均接地。
6.根据权利要求1所述的一种输出峰值电流不受电源电压变化影响的MOSFET驱动器，其特征在于，防共通的驱动器反相器链模块中的PMOS驱动器通过电源电压VIN供电，最低电位为二次电源VF-；防共通的驱动器反相器链模块中的NMOS驱动器接地，通过二次电源VF+供电。
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Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2665012A1 (fr) * 1990-07-19 1992-01-24 Samsung Electronics Co Ltd Circuit de pilotage cmos a faible bruit.
JPH0730382A (ja) * 1993-07-13 1995-01-31 Oki Micro Design Miyazaki:Kk 電圧制御発振器
JPH07193439A (ja) * 1993-12-27 1995-07-28 Fujitsu Ltd 増幅部
EP1384325A1 (en) * 2001-04-24 2004-01-28 Geoffrey Philip Harvey Resonant logic driver circuit
US20140055170A1 (en) * 2012-08-27 2014-02-27 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Method, system, and apparatus for efficiently driving a transistor with a booster in voltage supply
US20140184276A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Gate driver
CN203800914U (zh) * 2014-04-30 2014-08-27 杭州士兰微电子股份有限公司 栅极驱动电路以及功率开关电路
CN105450207A (zh) * 2015-11-19 2016-03-30 中国航天时代电子公司 一种自举驱动电路
CN108023464A (zh) * 2017-12-26 2018-05-11 上海数明半导体有限公司 一种用于电机驱动芯片的超低待机功耗电路
CN109302066A (zh) * 2017-07-25 2019-02-01 上海三思电子工程有限公司 一种开关电源中初级电感峰值电流的采样电路、开关电源
CN109743044A (zh) * 2019-01-10 2019-05-10 苏州睿晟芯微电子科技有限公司 用于消除峰值电流的pwm输出驱动io电路
CN110277915A (zh) * 2019-07-29 2019-09-24 电子科技大学 适用于峰值电流模dc-dc变换器的自适应瞬态响应优化电路
CN110350907A (zh) * 2018-04-04 2019-10-18 意法半导体国际有限公司 在宽范围电源电压下工作的输出缓冲电路的偏置级联晶体管

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2665012A1 (fr) * 1990-07-19 1992-01-24 Samsung Electronics Co Ltd Circuit de pilotage cmos a faible bruit.
JPH0730382A (ja) * 1993-07-13 1995-01-31 Oki Micro Design Miyazaki:Kk 電圧制御発振器
JPH07193439A (ja) * 1993-12-27 1995-07-28 Fujitsu Ltd 増幅部
EP1384325A1 (en) * 2001-04-24 2004-01-28 Geoffrey Philip Harvey Resonant logic driver circuit
US20140055170A1 (en) * 2012-08-27 2014-02-27 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Method, system, and apparatus for efficiently driving a transistor with a booster in voltage supply
US20140184276A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Gate driver
CN203800914U (zh) * 2014-04-30 2014-08-27 杭州士兰微电子股份有限公司 栅极驱动电路以及功率开关电路
CN105450207A (zh) * 2015-11-19 2016-03-30 中国航天时代电子公司 一种自举驱动电路
CN109302066A (zh) * 2017-07-25 2019-02-01 上海三思电子工程有限公司 一种开关电源中初级电感峰值电流的采样电路、开关电源
CN108023464A (zh) * 2017-12-26 2018-05-11 上海数明半导体有限公司 一种用于电机驱动芯片的超低待机功耗电路
CN110350907A (zh) * 2018-04-04 2019-10-18 意法半导体国际有限公司 在宽范围电源电压下工作的输出缓冲电路的偏置级联晶体管
CN109743044A (zh) * 2019-01-10 2019-05-10 苏州睿晟芯微电子科技有限公司 用于消除峰值电流的pwm输出驱动io电路
CN110277915A (zh) * 2019-07-29 2019-09-24 电子科技大学 适用于峰值电流模dc-dc变换器的自适应瞬态响应优化电路

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