CN114070015B - 一种功率器件的驱动控制方法及其驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种功率器件的驱动控制方法及其驱动系统，本发明实时采样功率管源极即第一节点处的电压和功率管的栅极电压，并将开关电源的输入电压信息引入到采样获得的第一节点处的电压中产生补偿比较电压，将补偿比较电压与调整电压进行比较并根据比较结果控制功率管的开启和关断，使得开关电源输出电流的峰值保持一致，从而确保功率管源极电压的准确采样；再根据第一节点处的电压和功率管的栅极电压调整功率管的栅极电压，使得功率管的栅极电压随着第一节点处电压的增大而增大，将功率管栅极到源极的驱动电压稳定在能够开启功率管且不超过功率管漏源电压安全工作区的范围内，保证功率管完全导通的同时不过压损坏，提高了开关电源的安全性。

Description

一种功率器件的驱动控制方法及其驱动系统

技术领域

本发明属于开关电源技术领域，涉及一种功率器件的驱动控制方法及其驱动系统，用于控制开关电源中功率管栅极到源极的驱动电压稳定在能够开启功率管且不超过功率管漏源电压安全工作区的范围内。

背景技术

开关电源领域中包括AC-DC、DC-DC等结构，以反激式开关电源为例，如图1所示，包括功率管Q1和变压器T1，功率管Q1的漏极连接变压器原边绕组，其源极记为第一节点CS。反激式开关电源的基本工作原理为：原边开关管即功率管Q1导通时，原边绕组电流从某一值逐渐增大，电能转化成磁能储存于变压器中；功率管Q1关断时，副边二极管D1导通，变压器中储存的能量通过副边绕组转移至输出。

如图1所示，为了外部设置可编程电流，第一节点CS通常连接一个第一电阻R_CS1，当原边绕组电流逐步增加时，第一电阻R_CS1上的压降增大。现有技术中输出栅极驱动电压DRV连接功率管Q1栅极时，栅极驱动电压DRV是相对于控制芯片地的恒定输出，这样就会有如下问题，当原边绕组电流增大的时候，第一电阻R_CS1上的压降增大，加在功率管Q1上的栅极到源极的驱动电压VGS减小，导致功率管Q1的导通阻抗增加，从而发热也会更加严重。

为了解决这个问题，传统方式是把DRV的电压设置得比较高，用驱动电压多余的裕量来抵消第一电阻R_CS1的压降，但是当小电流时第一电阻R_CS1的压降较小时，DRV电压几乎全部加到功率管Q1栅极到源极的电压VGS上，导致功率管Q1在不同电流下VGS变化较大，从而要求功率管VGS的耐压相对较大，会增加对功率管的要求，故传统方式不适用于VGS耐压较小的功率管，比如氮化镓GaN功率管。

现有驱动解决方案提出增加额外的稳压齐纳管和电阻电容来驱动功率管Q1，如图2所示，通过齐纳二极管以及电阻电容耦合驱动功率管Q1，限制了输出到功率管Q1的VGS上最高电压。但是此方法的缺点是需要较大的电容以及齐纳二极管，且需要单独的芯片引脚接触功率管源端，由于电容器件需要设置得比较大才能可以传递DRV的输出驱动能量，因此对现阶段集成电路工艺而言，无法实现集成电路的片内集成。

发明内容

针对上述现有方法中存在的芯片需要较多的片外器件，导致系统成本增加、PCB布局困难以及难以实现片内集成的问题，本发明提出一种功率器件的驱动控制方法和具体的实现电路，首先以内部线电压补偿的方法保证功率管Q1源端电压的准确采样监控，再结合对功率管Q1栅极电压和源极电压的实时监控精确控制功率管Q1的栅极电压，使得功率管Q1栅极到源极的驱动电压VGS稳定在能够开启功率管且不超过功率管漏源电压安全工作区的范围内，保证功率管完全导通的同时又保证功率管VGS不过压而损坏功率管。本发明能够直接兼容市面上的功率管(如氮化镓功率管)而不需要额外的辅助外部元器件，容易实现在单片集成电路中，不需要增加额外的芯片外部元器件和芯片引脚，简化了驱动电路，具有更高的通用性和安全性。

本发明的技术方案为：

一种功率器件的驱动控制方法，用于稳定开关电源中功率管栅极到源极的驱动电压，所述功率管的漏极连接所述开关电源中变压器的原边绕组，其源极记为第一节点并通过第一电阻后接地；所述功率管导通时，原边绕组电流增大，第一电阻上的压降增大，导致所述第一节点处的电压增大；

所述驱动控制方法包括如下步骤：

步骤一、实时采样所述第一节点处的电压和所述功率管的栅极电压；

步骤二、将所述开关电源的输入电压信息引入到采样获得的所述第一节点处的电压中产生补偿比较电压，将所述补偿比较电压与调整电压进行比较并根据比较结果控制所述功率管的开启和关断，使得所述开关电源输出电流的峰值保持一致；

步骤三、根据实时采样的所述第一节点处的电压和所述功率管的栅极电压调整所述功率管的栅极电压，使得所述功率管的栅极电压随着所述第一节点处电压的增大而增大，将所述功率管栅极到源极的驱动电压稳定在能够开启所述功率管且不超过所述功率管漏源电压安全工作区的范围内。

具体的，所述步骤二中，通过将与所述开关电源的输入电压成比例的电压信号叠加到所述第一节点处的电压上产生所述补偿比较电压，当所述补偿比较电压大于所述调整电压时控制所述功率管关断，实现所述开关电源输出电流的峰值保持一致；所述调整电压根据所述开关电源的负载进行动态调整。

具体的，设置稳压单元和环路控制单元，其中所述稳压单元用于产生固定压降，将实时采样的所述功率管的栅极电压减去所述稳压单元的固定压降后连接环路控制单元的第一输入端，所述环路控制单元的第二输入端连接实时采样的所述第一节点处的电压，所述环路控制单元用于比较其第一输入端的电压信号和第二输入端的电压信号并根据比较结果调整所述功率管栅极电压，使得所述功率管栅极到源极的驱动电压稳定在能够开启所述功率管且不超过所述功率管漏源电压安全工作区的范围内。

具体的，在检测到所述第一节点处产生尖峰电压时将所述环路控制单元的第二输入端接地，在没有检测到所述第一节点处产生尖峰电压时将所述环路控制单元的第二输入端连接所述第一节点处的电压。

基于上述驱动控制方法，本发明还提出了具体的实现电路，方案如下：

一种功率器件的驱动系统，用于稳定开关电源中功率管栅极到源极的驱动电压，所述开关电源包括功率管和变压器，所述功率管的漏极连接所述变压器原边绕组，其源极记为第一节点并通过第一电阻后接地；

所述驱动系统包括补偿模块、采样模块和钳位控制模块，

所述采样模块用于实时采样所述第一节点处的电压和所述功率管的栅极电压；

所述补偿模块用于将与所述开关电源输入电压成比例的电压信号叠加到采样获得的所述第一节点处的电压信号上后再与调整电压进行比较，并根据比较结果控制所述功率管的开启和关断，使得所述开关电源输出电流的峰值保持一致；

所述钳位控制模块包括稳压单元和环路控制单元，所述稳压单元用于将实时采样的所述功率管的栅极电压减去固定压降后连接到所述环路控制单元的第一输入端；

所述环路控制单元的第二输入端连接实时采样的所述第一节点处的电压，所述环路控制单元用于比较其两个输入端的信号并根据比较结果调整所述功率管栅极电压，使得所述功率管栅极到源极的驱动电压稳定在能够开启所述功率管且不超过所述功率管漏源电压安全工作区的范围内。

具体的，所述补偿模块包括第二电阻、第一比较器和电压-电流转换单元，第二电阻一端连接所述第一节点，另一端连接第一比较器的第一输入端；

所述电压-电流转换单元用于将所述开关电源的输入电压转换为对应的电流并输出到第二电阻上，在第二电阻上产生与所述开关电源的输入电压有关的压降；

第一比较器的第二输入端连接所述调整电压，其输出端产生控制信号，当第一比较器的第一输入端电压值大于其第二输入端电压值时，所述控制信号将所述功率管关断；所述调整电压根据所述开关电源的负载进行动态调整。

具体的，在实时采样的所述第一节点处的电压连接到所述环路控制单元的第二输入端之前还要经过控制逻辑单元，所述控制逻辑单元包括第一开关器件、第二开关器件和反相器，第一开关器件一端连接所述第一节点，另一端连接所述环路控制单元的第二输入端；第二开关器件一端接地，另一端连接所述环路控制单元的第二输入端；逻辑控制信号一方面连接第一开关器件的控制端，另一方面通过反相器后连接第二开关器件的控制端，所述逻辑控制信号用于在检测到所述第一节点处产生尖峰电压时导通第二开关器件并断开第一开关器件，在没有检测到所述第一节点处产生尖峰电压时所述逻辑控制信号导通第一开关器件并断开第二开关器件。

具体的，所述稳压单元由齐纳二极管或第三电阻产生固定压降；

当所述稳压单元由齐纳二极管产生固定压降时，齐纳二极管的阴极连接所述功率管栅极，其阳极连接所述环路控制单元的第一输入端和电流偏置单元；所述电流偏置单元为接在齐纳二极管阳极和地之间的第四电阻或连接齐纳二极管阳极的偏置电流源；

当所述稳压单元由第三电阻产生固定压降时，第三电阻一端连接所述功率管栅极，另一端连接所述环路控制单元的第一输入端和电流偏置单元；所述电流偏置单元为偏置电流源，所述偏置电流源产生的电流流经第三电阻产生所述稳压单元的固定压降。

具体的，所述开关电源包括功率管驱动模块，所述功率管驱动模块包括上开关管和下开关管，上开关管和下开关管串联并连接在电源和地之间，其串联点连接所述功率管的栅极；

当所述环路控制单元的输出信号不足以控制所述功率管的栅极驱动电流时，将所述环路控制单元的输出端连接上开关管的栅极，上开关管由所述开关电源的上管驱动模块和所述环路控制单元共同控制，所述环路控制单元还用于在所述功率管栅极到源极的驱动电压达到能够开启所述功率管且不超过所述功率管漏源电压安全工作区的范围内后调整所述开关电源的上管驱动模块的驱动能力；

当所述环路控制单元的输出信号足以控制所述功率管的栅极驱动电流时，将所述环路控制单元的输出端连接所述功率管的栅极。

具体的，所述环路控制单元由误差放大器或迟滞模式控制的第二比较器实现；

当所述环路控制单元由误差放大器实现时，误差放大器的负向输入端作为所述环路控制单元的第一输入端，其正向输入端作为所述环路控制单元的第二输入端，其输出信号调整所述功率管栅极电压，使得所述功率管栅极到源极的驱动电压等于所述稳压单元产生的固定压降；

当所述环路控制单元由迟滞模式控制的第二比较器实现时，第二比较器的两个输入端分别作为所述环路控制单元的两个输入端，其输出信号调整所述功率管栅极电压，使得所述功率管栅极到源极的驱动电压稳定在两个阈值电压之间，两个阈值电压的电压值都能够开启所述功率管且不超过所述功率管漏源电压的安全工作区。

本发明的有益效果为：本发明利用内部线电压补偿结合功率管源端电压采样的方式，保证了功率管源端电压的准确采样监控，再利用功率管源端电压和栅端电压的准确采样进行环路控制调整功率管栅端电压，实现了对功率管栅极到源极的驱动电压VGS的精确控制，能够保证功率管完全导通的同时不过压损坏，提高了开关电源的安全性；本发明兼容各种类型的功率管，且能够集成在片内，实现了更高的通用性和更简化的电路结构。

附图说明

图1是反激式开关电源的系统架构图。

图2是通过增加额外的稳压齐纳管和电阻电容来驱动功率管的一种驱动解决方案示意图。

图3是控制功率管Q1输出最大电流一致的一种实现方式。

图4是本发明提出的一种功率器件的驱动控制方法及其驱动电路的系统架构图。

图5是本发明提出的一种功率器件的驱动控制方法及其驱动电路中实现内部补偿线电压的一种具体实现架构图。

图6是本发明提出的一种功率器件的驱动控制方法及其驱动电路中关键信号的波形图。

图7是本发明提出的一种功率器件的驱动电路中钳位控制模块的一种实现框图。

图8是本发明提出的一种功率器件的驱动电路中钳位控制模块的一种具体实现电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细描述本发明的技术方案。

本发明能够适用于AC-DC、DC-DC等开关电源，用于控制开关电源中功率管栅极到源极的驱动电压VGS稳定，下面结合AC-DC反激拓扑为例详细说明本发明的工作过程。

如图1所示，由于开关电源中功率管Q1导通时，原边绕组电流增大，第一电阻Rcs1上的压降也增大，这就导致第一节点CS处的电压增大，加在功率管Q1上的栅极到源极的驱动电压VGS减小。为了实现功率管稳定在所需范围内驱动，本发明提出一种功率器件的驱动控制方法，通过控制功率管Q1的栅极电压随着第一节点CS处电压的增大而增大，从而保证功率管栅极到源极的驱动电压VGS稳定。当需要高电平输出去驱动功率开关器件时，即使功率管Q1处于不同状态，本发明提出的方法也能够保证功率管Q1栅极到源极的驱动电压VGS稳定在所需的区间内，能够在确保功率管Q1完全开启的同时，又保证功率管VGS电压不超过其安全工作区(SOA)。

首先，为了在开关电源宽范围输入电压时保持输出最大电流的一致性，本发明引入了输入线电压补偿功能。如图3所示，常规做法是向第一节点CS处(记为芯片的CS引脚)输出一个和开关电源输入线电压相关的电流I_{CS_HV}，在芯片之外的CS引脚和功率管Q1源端之间串接一个第二电阻Rcs，电流I_{CS_HV}流过第二电阻Rcs产生的电压用于补偿由于开关电源的输入电压不同导致的开关电源输出电流峰值的差异，图3中比较器通过比较CS引脚的电压来比较功率管Q1的电流大小，从而控制功率管Q1的电流。

为了能够精确控制功率管Q1栅极到源极的驱动电压VGS，需要能够实时采样监控功率管Q1栅极和源级的电压信息，第二电阻Rcs的压降会造成监控信息的不准确。本发明提出了内部线电压补偿，线电压补偿结构集成在芯片内，补偿电路的系统架构如图4所示，将开关电源输入电压信息HV引入采样获得的第一节点处的电压中产生补偿比较电压，将补偿比较电压与调整电压进行比较并根据比较结果控制功率管Q1的开启和关断，使得开关电源输出电流的峰值保持一致。如图5所示是一种实现内部补偿线电压的具体电路实现形式，包括设置在片内的第二电阻R_CS、第一比较器和电压-电流转换单元，第二电阻R_CS一端连接第一节点CS，另一端连接第一比较器的第一输入端；电压-电流转换单元用于将开关电源输入电压的信息转换为对应的电流信息I_{CS_HV}，电流I_{CS_HV}流经内部的第二电阻Rcs，用于补偿开关电源交流输入端电压的不同对开关电源输出电流的影响；第一比较器的第二输入端连接调整电压，其输出端产生控制信号，当第一节点CS电压叠加电流I_{CS_HV}流经第二电阻Rcs产生的电压后的电压值大于调整电压的电压值时，第一比较器输出的控制信号将功率管Q1关断。其中调整电压是和开关电源负载有关系的一个动态调整电压，可以根据开关电源的负载进行动态调整。

通过上述内部线电压补偿的方法保证了功率管Q1源端电压的准确采样监控后，就可以根据采样的功率管Q1的栅极电压DRV和源极电压(即第一节点CS处电压)来实现对功率管Q1栅极到源极的驱动电压VGS的精确控制。当功率管Q1栅极电压DRV开启高电平的时候，功率管Q1的电流会逐步增加，第一电阻R_CS1上的电压即第一节点CS处的电压会逐步增加，为了维持VGS的电压不变，需要控制功率管Q1栅极电压DRV的电压值跟随第一节点CS处的电压的增加而增加。如图4和图5所示，本发明实时采样第一节点CS处的电压和功率管Q1的栅极电压DRV，并根据采样值利用DRV和CS电压的钳位控制模块来控制功率管Q1的栅极电压DRV，其中DRV和CS电压的钳位控制模块包括稳压单元和环路控制单元。

稳压单元I3用于产生固定压降，将实时采样的功率管Q1的栅极电压DRV减去稳压单元I3产生的固定压降后连接环路控制单元的第一输入端。如图7和图8所示，一些实施例中稳压单元I3可以由齐纳二极管设置，另一些实施例中稳压单元I3也可以利用电流流经第三电阻等方式产生固定压降，其目的是在稳压单元I3上下端之间产生最大稳压的电压控制，再通过环路控制单元的控制，利用稳压单元I3的最大电压差决定想要设置的功率管Q1栅极到源极的驱动电压VGS。图7所示的稳压管下接电阻即第四电阻代表其电流偏置电路，电流偏置电路也可以由有源器件产生的偏置电流源取代，尤其是稳压单元I3由第三电阻产生时，偏置电流源的电流值乘以第三电阻的电阻值就可以等于稳压单元I3产生的稳压电压。

环路控制单元将实时采样的功率管Q1的栅极电压DRV减去稳压单元I3产生的固定压降后的电压与实时采样的第一节点CS处的电压进行比较，并根据比较结果调整功率管Q1栅极电压DRV。如图7所示给出了由误差放大器EA(I5)实现比较和环路控制的实施例，误差放大器EA用于VGS电压的环路控制，可以将VGS稳定于一个相对稳定的值，即稳压单元产生的固定压降。进行环路控制的方式不限于由误差放大器EA实现，还可采用比较器等控制方式。不同的架构控制方式也有差异，当采用第二比较器实现环路控制时，为了稳定考虑，第二比较器可采用迟滞模式控制，将VGS控制于一个相对安全的区间电压范围，即迟滞模式控制的第二比较器能够将功率管Q1栅极到源极的驱动电压VGS稳定在两个阈值电压之间，两个阈值电压的电压值都能够开启功率管Q1且不超过功率管D1漏源电压VGS的安全工作区。两个阈值电压由稳压单元产生的固定压降V_I3和第二比较器的迟滞共同决定，例如第二比较器的迟滞是V1和V2，可以设置功率管栅极到源极的驱动电压VGS稳定在V_I3-V1至V_I3+V2之间。可见利用误差放大器EA实现环路控制时，稳压单元I3产生的固定压降就是功率管栅极到源极的驱动电压VGS的最终稳定值；利用迟滞模式控制的第二比较器实现环路控制时，稳压单元I3产生的固定压降和比较器的迟滞共同决定了功率管栅极到源极的驱动电压VGS的最终稳定区间。

开关电源中的功率管驱动模块包括上开关管M1和下开关管M2，以及用于驱动上开关管M1的上管驱动模块I1和用于驱动下开关管M2的下管驱动模块I2，上开关管M1和下开关管M2串联并连接在电源和地之间，其串联点连接功率管Q1的栅极。如图7所示，误差放大器EA的输出直接控制上管驱动模块I1的输出，这适用于上管驱动模块I1的驱动能力较弱的情况，误差放大器EA不直接连接功率管Q1栅极是由于功率管Q1栅极驱动太强，导致误差放大器EA无法控制，因为功率管Q1栅极驱动电流通常是几十mA到几安培范围，如此大的驱动电流导致误差放大器EA无法直接控制，否则将会极大的增加控制环路的功耗。但对于功率管Q1栅极驱动电流小于几mA的较弱驱动情况，误差放大器EA就可以直接连接功率管Q1栅极来控制功率管Q1栅极到源极的驱动电压VGS。

同样的，环路控制单元采用迟滞模式控制的第二比较器实现时，环路控制单元的输出信号不足以控制功率管Q1的栅极驱动电流时，也可以将环路控制单元的输出信号与上管驱动模块I1的输出共同连接到上开关管M1的栅极，上开关管M1由开关电源的上管驱动模块I1和环路控制单元的输出共同控制。如果上管驱动模块I1驱动能力较强，为了节约功耗，在功率管栅极到源极的驱动电压VGS达到能够开启功率管Q1且不超过功率管漏源电压VGS安全工作区的范围后，还可以利用环路控制单元调整上管驱动模块I1的驱动能力，比当环路控制单元输出加强，功率管Q1已经到达调整目标值时，可以减小上管驱动模块I1的上拉驱动电流，使得上管驱动模块I1的驱动能力缩小到mA以下或者更小。此处上管驱动模块I1和环路控制单元I5的连接方式只是本发明的实施例之一，对于为了改进性能，环路控制单元I5同时改变上管驱动的驱动能力等细节改进，以及本实施例中环路控制单元I5的具体实施方法，都属于本发明的可行实施例。

为了保证功率管Q1开启时第一节点CS处电压的尖峰电压不对功率管栅极电压DRV的电平产生影响引入了CS采样的控制逻辑单元，如图7和图8所示，控制逻辑单元包括第一开关器件M3、第二开关器件M4和反相器I4，第一开关器件M3一端连接第一节点CS，另一端连接环路控制单元的第二输入端(本实施例是误差放大器的正向输入端)；第二开关器件M4一端接地，另一端连接环路控制单元的第二输入端；逻辑控制信号一方面连接第一开关器件M3的控制端，另一方面通过反相器I4后连接第二开关器件M4的控制端，逻辑控制信号用于在检测到第一节点CS处产生尖峰电压时导通第二开关器件M4并断开第一开关器件M3，使得环路控制单元的第二输入端接地；在没有检测到第一节点CS处产生尖峰电压时逻辑控制信号导通第一开关器件M3并断开第二开关器件M4，将第一节点CS处电压接到环路控制单元的第二输入端。本实施例利用逻辑控制信号和反相器I4控制第一开关器件M3和第二开关器件M4的开通和关断消除尖峰电压，尖峰产生时将CS电平到地来屏蔽毛刺影响。第一开关器件M3和第二开关器件M4实现开关的功能，其代表高电平开通的开关，也可采用PMOS等开关器件实现。

如图6所示是本发明中一些关键节点的波形图，第一节点CS处电压的毛刺由于被控制逻辑单元屏蔽，不对功率管Q1栅极电压DRV产生影响，故未在图6中显示。具体实施电路中，由于EMI等考虑，DRV上升和下降沿并不是陡峭的，有一定的上升和下降时间。从图6可以看出，本发明根据实时采样的第一节点CS处电压和功率管Q1栅极电压DRV控制功率管Q1栅极电压DRV随第一节点CS处电压的增大而增大，保证了功率管Q1栅极到源极的驱动电压VGS稳定。

如图8所示是实施例中给出的环路控制单元的具体电路实现图，是本发明的一种具体实施但不唯一的电路实现方案，图8中开关器件M6、M7、M8以及电阻I6、齐纳二极管分别实现图7中误差放大器I5和稳压单元I3的功能，通过调整功率管栅极电压DRV实现对VGS电压的恒定输出控制。其中开关器件M7相当于一个开启阈值的跨导放大器或者比较器，单管实现其比较放大功能，也可以采用更复杂的电路实现更精确的控制需要。

本实施例中上开关管M1和下开关管M2的串联点产生驱动功率管Q1的电压DRV接入功率管Q1的栅极，功率管Q1的栅极寄生电容在环路中引入主极点，控制环路的稳定。

稳态下：

V_DRV+V_{GS_M8}–V_I3-V_{GS_M6}＝V_CS

其中V_DRV是功率管Q1的栅极电压值，V_{GS_M8}和V_{GS_M6}分别是开关器件M8和M6的栅源电压，V_I3是稳压单元I3产生的固定压降，V_CS是开关节点处电压。

故稳态下功率管栅极到源极的驱动电压VGS的恒定输出为：

VGS＝V_DRV-V_CS＝V_{GS_M8}–V_I3-V_{GS_M6}

对于常规的集成电路工艺，V_{GS_M8}≈V_{GS_M6}。近似认为V_{GS_M8＝}V_{GS_M6}，由此造成的误差很小，对于VGS的恒压控制可以误差应用上可以忽略。

所以，我们可以得出：

VGS＝V_I3

即采用本实施例的驱动控制可以实现VGS电压等于稳压单元I3产生的固定压降。

综上所述，本发明采用内部线电压补偿结合第一节点CS采样功率管源端电压的方式，利用内部线电压补偿保证了功率管源端电压的准确采样监控；再通过准确采样的功率管源端电压和栅端电压进行环路控制，实现了对功率管VGS电压的精确控制，使得功率管栅极到源极的驱动电压VGS能够稳定在足以开启功率管Q1且不超过功率管漏源电压安全工作区的范围内，保证功率管Q1完全导通的同时不会过压损坏，其中对VGS电压的控制可根据不同的需求和应用设定不同值，例如想要驱动氮化镓功率管，通常设定VGS＝5～7V。本发明的所有驱动控制结构都可以集成在片内，解决了传统方案中需要片外器件导致的系统成本增加和PCB布局困难的问题，且本发明能够直接兼容市面上的功率管，具有高通用性和高安全性。

本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种功率器件的驱动控制方法，用于稳定开关电源中功率管栅极到源极的驱动电压，所述功率管的漏极连接所述开关电源中变压器的原边绕组，其源极记为第一节点并通过第一电阻后接地；所述功率管导通时，原边绕组电流增大，第一电阻上的压降增大，导致所述第一节点处的电压增大；

其特征在于，设置稳压单元和环路控制单元，其中所述稳压单元用于产生固定压降，将实时采样的所述功率管的栅极电压减去所述稳压单元的固定压降后连接环路控制单元的第一输入端，所述环路控制单元的第二输入端连接实时采样的所述第一节点处的电压，所述环路控制单元用于比较其第一输入端的电压信号和第二输入端的电压信号并根据比较结果调整所述功率管栅极电压，使得所述功率管栅极到源极的驱动电压稳定在能够开启所述功率管且不超过所述功率管漏源电压安全工作区的范围内；

所述驱动控制方法包括如下步骤：

步骤一、实时采样所述第一节点处的电压和所述功率管的栅极电压；

步骤二、将所述开关电源的输入电压信息引入到采样获得的所述第一节点处的电压中产生补偿比较电压，将所述补偿比较电压与调整电压进行比较并根据比较结果控制所述功率管的开启和关断，使得所述开关电源输出电流的峰值保持一致；

步骤三、根据实时采样的所述第一节点处的电压和所述功率管的栅极电压调整所述功率管的栅极电压，使得所述功率管的栅极电压随着所述第一节点处电压的增大而增大，将所述功率管栅极到源极的驱动电压稳定在能够开启所述功率管且不超过所述功率管漏源电压安全工作区的范围内。

2.根据权利要求1所述的功率器件的驱动控制方法，其特征在于，所述步骤二中，通过将与所述开关电源的输入电压成比例的电压信号叠加到所述第一节点处的电压上产生所述补偿比较电压，当所述补偿比较电压大于所述调整电压时控制所述功率管关断，实现所述开关电源输出电流的峰值保持一致；所述调整电压根据所述开关电源的负载进行动态调整。

3.根据权利要求1所述的功率器件的驱动控制方法，其特征在于，在检测到所述第一节点处产生尖峰电压时将所述环路控制单元的第二输入端接地，在没有检测到所述第一节点处产生尖峰电压时将所述环路控制单元的第二输入端连接所述第一节点处的电压。

4.一种功率器件的驱动系统，用于稳定开关电源中功率管栅极到源极的驱动电压，所述开关电源包括功率管和变压器，所述功率管的漏极连接所述变压器原边绕组，其源极记为第一节点并通过第一电阻后接地；

其特征在于，所述驱动系统包括补偿模块、采样模块和钳位控制模块，

所述采样模块用于实时采样所述第一节点处的电压和所述功率管的栅极电压；

所述补偿模块用于将与所述开关电源输入电压成比例的电压信号叠加到采样获得的所述第一节点处的电压信号上后再与调整电压进行比较，并根据比较结果控制所述功率管的开启和关断，使得所述开关电源输出电流的峰值保持一致；

所述钳位控制模块包括稳压单元和环路控制单元，所述稳压单元用于将实时采样的所述功率管的栅极电压减去固定压降后连接到所述环路控制单元的第一输入端；

所述环路控制单元的第二输入端连接实时采样的所述第一节点处的电压，所述环路控制单元用于比较其两个输入端的信号并根据比较结果调整所述功率管栅极电压，使得所述功率管栅极到源极的驱动电压稳定在能够开启所述功率管且不超过所述功率管漏源电压安全工作区的范围内。

5.根据权利要求4所述的功率器件的驱动系统，其特征在于，所述补偿模块包括第二电阻、第一比较器和电压-电流转换单元，第二电阻一端连接所述第一节点，另一端连接第一比较器的第一输入端；

所述电压-电流转换单元用于将所述开关电源的输入电压转换为对应的电流并输出到第二电阻上，在第二电阻上产生与所述开关电源的输入电压有关的压降；

第一比较器的第二输入端连接所述调整电压，其输出端产生控制信号，当第一比较器的第一输入端电压值大于其第二输入端电压值时，所述控制信号将所述功率管关断；所述调整电压根据所述开关电源的负载进行动态调整。

6.根据权利要求4或5所述的功率器件的驱动系统，其特征在于，在实时采样的所述第一节点处的电压连接到所述环路控制单元的第二输入端之前还要经过控制逻辑单元，所述控制逻辑单元包括第一开关器件、第二开关器件和反相器，第一开关器件一端连接所述第一节点，另一端连接所述环路控制单元的第二输入端；第二开关器件一端接地，另一端连接所述环路控制单元的第二输入端；逻辑控制信号一方面连接第一开关器件的控制端，另一方面通过反相器后连接第二开关器件的控制端，所述逻辑控制信号用于在检测到所述第一节点处产生尖峰电压时导通第二开关器件并断开第一开关器件，在没有检测到所述第一节点处产生尖峰电压时所述逻辑控制信号导通第一开关器件并断开第二开关器件。

7.根据权利要求6所述的功率器件的驱动系统，其特征在于，所述稳压单元由齐纳二极管或第三电阻产生固定压降；

当所述稳压单元由齐纳二极管产生固定压降时，齐纳二极管的阴极连接所述功率管栅极，其阳极连接所述环路控制单元的第一输入端和电流偏置单元；所述电流偏置单元为接在齐纳二极管阳极和地之间的第四电阻或连接齐纳二极管阳极的偏置电流源；

当所述稳压单元由第三电阻产生固定压降时，第三电阻一端连接所述功率管栅极，另一端连接所述环路控制单元的第一输入端和电流偏置单元；所述电流偏置单元为偏置电流源，所述偏置电流源产生的电流流经第三电阻产生所述稳压单元的固定压降。

8.根据权利要求4、5或7所述的功率器件的驱动系统，其特征在于，所述开关电源包括功率管驱动模块，所述功率管驱动模块包括上开关管和下开关管，上开关管和下开关管串联并连接在电源和地之间，其串联点连接所述功率管的栅极；

当所述环路控制单元的输出信号不足以控制所述功率管的栅极驱动电流时，将所述环路控制单元的输出端连接上开关管的栅极，上开关管由所述开关电源的上管驱动模块和所述环路控制单元共同控制，所述环路控制单元还用于在所述功率管栅极到源极的驱动电压达到能够开启所述功率管且不超过所述功率管漏源电压安全工作区的范围内后调整所述开关电源的上管驱动模块的驱动能力；

当所述环路控制单元的输出信号足以控制所述功率管的栅极驱动电流时，将所述环路控制单元的输出端连接所述功率管的栅极。

9.根据权利要求8所述的功率器件的驱动系统，其特征在于，所述环路控制单元由误差放大器或迟滞模式控制的第二比较器实现；

当所述环路控制单元由误差放大器实现时，误差放大器的负向输入端作为所述环路控制单元的第一输入端，其正向输入端作为所述环路控制单元的第二输入端，其输出信号调整所述功率管栅极电压，使得所述功率管栅极到源极的驱动电压等于所述稳压单元产生的固定压降；

当所述环路控制单元由迟滞模式控制的第二比较器实现时，第二比较器的两个输入端分别作为所述环路控制单元的两个输入端，其输出信号调整所述功率管栅极电压，使得所述功率管栅极到源极的驱动电压稳定在两个阈值电压之间，两个阈值电压的电压值都能够开启所述功率管且不超过所述功率管漏源电压的安全工作区。