CN114268219B - 一种驱动高边nmos管的自举电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种驱动高边NMOS管的自举电路，属于电源管理领域，在电源电压VIN的基础上产生高于VIN的自举电压VBOOT，用于驱动NMOS管，所述驱动高边NMOS管的自举电路包括电平位移电路、驱动逻辑电路、驱动管模块和自举模块；所述电平位移电路将低压电源域控制输入信号转换为高压电源域输出控制信号；所述驱动逻辑电路包括高边驱动逻辑电路和低边驱动逻辑电路，分别控制高边驱动管与低边驱动管的导通与关断状态；所述驱动管模块包括高边驱动管和低边驱动管，为后端电路提供负载电流；所述自举模块产生高压电源域，为所述电平位移电路与所述高边驱动逻辑电路提供电源，实现对所述高边驱动管的控制。
Description
技术领域
本发明涉及电源管理技术领域，特别涉及一种驱动高边NMOS管的自举电路。
背景技术
在电源管理系统中，尤其是传统的同步降压型DCDC芯片中，高边驱动管大多采用PMOS管而非NMOS管，因NMOS管的开启阈值电压VTH为正值，故若将传统的同步降压型DCDC芯片中的高边PMOS驱动管替换为NMOS驱动管，则需要在电路中需要产生高于电源电压VIN的电压以驱动NMOS管，但此势必会引入大量且结构复杂的电路，增加芯片面积，使得芯片的成本增加，因此传统的同步降压型DCDC芯片中高边驱动管大多采用PMOS管，使得高边驱动管采用NMOS管的应用受到了很大的局限。
因此，需要设计一种新的自举电路，能够在电源电压VIN电压的基础上产生高于VIN的自举电压VBOOT，用于驱动NMOS管，将传统的同步降压型DCDC芯片高边PMOS驱动管替换为NMOS驱动管，以缩小芯片面积降低成本显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种驱动高边NMOS管的自举电路，以解决传统同步降压型DCDC中难以产生高于电源电压VIN的电压、导致N型驱动管在同步降压型DCDC芯片中使用受限的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种驱动高边NMOS管的自举电路，在电源电压VIN的基础上产生高于VIN的自举电压VBOOT，用于驱动NMOS管，
所述驱动高边NMOS管的自举电路包括电平位移电路、驱动逻辑电路、驱动管模块和自举模块；
所述电平位移电路将低压电源域控制输入信号转换为高压电源域输出控制信号；
所述驱动逻辑电路包括高边驱动逻辑电路和低边驱动逻辑电路，分别控制高边驱动管与低边驱动管的导通与关断状态；
所述驱动管模块包括高边驱动管和低边驱动管，为后端电路提供负载电流；
所述自举模块产生高压电源域，为所述电平位移电路与所述高边驱动逻辑电路提供电源，实现对所述高边驱动管的控制。
可选的，所述电平位移电路的输入端IN与所述低边驱动逻辑电路的第二输出端OUT2连接；所述电平位移电路的第一输出端OUT1接入所述自举模块，第二输出端OUT2接入所述高边驱动逻辑电路。
可选的，所述高边驱动逻辑电路的使能控制输入端EN连接所述电平位移电路的第二输出端OUT2，主脉冲控制输入端IN连接PWM信号二，第一输出端OUT1接入所述高边驱动管，第二输出端OUT2连接所述低边驱动逻辑电路的使能控制输入端EN；
所述低边驱动逻辑电路的主脉冲控制输入端IN连接PWM信一，使能控制输入端EN连接所述高边驱动逻辑电路的第二输出端OUT2，第一输出端OUT1接入所述低边驱动管，第二输出端OUT2连接所述电平位移电路的输入端IN。
可选的，所述高边驱动管的栅极与所述高边驱动逻辑电路的第一输出端OUT1连接，漏极与低压电源域的VIN连接，源极与高压电源域浮动地VSW连接；
所述低边驱动管的栅极与所述低边驱动逻辑电路的第一输出端OUT1连接，源极与低压电源域的VSS连接，漏极与高压电源域的浮动地信号VSW连接，输出浮动地信号VSW接入所述自举模块。
可选的，所述自举模块包括外置泵电容CBOOT和自举充电P型高压LDMOS管；
所述外置泵电容CBOOT的正端与自举高压电源信号VBOOT连接，负端与浮动地信号VSW连接；
所述自举充电P型高压LDMOS管的栅极与所述电平位移电路的第一输出端OUT1相连，源极与自举高压电源信号VBOOT连接，漏极与低压电源域的VIN连接。
在本发明提供的驱动高边NMOS管的自举电路中，在电源电压VIN的基础上产生高于VIN的自举电压VBOOT，用于驱动NMOS管，具有以下有益效果：
(1)本发明电路结构简单，自举模块电压降损耗小，宜于集成，实现了对高边N型MOS管的快速有效的控制；
(2)易于实现对高边采用NMOS管作为驱动管电路的控制，将传统的同步降压型DCDC芯片高边PMOS驱动管替换为NMOS驱动管，在缩小芯片面积、提高驱动能力、减小芯片整体功耗以及降低生产成本等方面有显著的优点。
附图说明
图1是本发明提供的驱动高边NMOS管的自举电路结构示意图；
图2是本发明提供的驱动高边NMOS管的自举电路的工作波形示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种驱动高边NMOS管的自举电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供了一种驱动高边NMOS管的自举电路，在电源电压VIN电压的基础上产生高于VIN的自举电压VBOOT，用于驱动N型MOS管，所述驱动高边NMOS管的自举电路包括电平位移电路Level_Shift、驱动逻辑电路、驱动管模块和自举模块。所述电平位移电路将低压电源域(低压电源信号VIN-地信号VSS)控制输入信号转换为高压电源域(自举高压电源信号VBOOT-浮动地信号VSW)输出控制信号；所述驱动逻辑电路包括高边驱动逻辑电路和低边驱动逻辑电路，分别控制高边驱动管与低边驱动管的导通与关断状态；所述驱动管模块包括高边驱动管和低边驱动管，为后端电路提供负载电流；所述自举模块用于产生高压电源域(自举高压电源信号VBOOT-浮动地信号VSW)，为电平位移电路与高边驱动逻辑电路提供电源，实现了对高边N型MOS管的控制。
请继续参阅图1，所述驱动逻辑电路包括高边驱动逻辑电路HS_Driver_Logic和低边驱动逻辑电路LS_Driver_Logic；所述驱动管模块包括高边驱动NLDMOS管HS_NLD和低边驱动NLDMOS管LS_NLD。所述电平位移电路Level_Shift的输入端IN与低边驱动逻辑电路LS_Driver_Logic的第二输出端OUT2连接，所述电平位移电路Level_Shift的第一输出端OUT1接入所述自举模块，第二输出端OUT2接入高边驱动逻辑电路HS_Driver_Logic。
所述高边驱动逻辑电路HS_Driver_Logic的使能控制输入端EN连接电平位移电路Level_Shift的第二输出端OUT2，主脉冲控制输入端IN连接PWM信号二，第一输出端OUT1接入高边驱动NLDMOS管HS_NLD，第二输出端OUT2连接所述低边驱动逻辑电路LS_Driver_Logic的第二输入端IN2；所述低边驱动逻辑电路LS_Driver_Logic的主脉冲控制输入端IN连接PWM信一，使能控制输入端EN连接高边驱动逻辑电路HS_Driver_Logic的第二输出端OUT2，第一输出端OUT1接入低边驱动NLDMOS管LS_NLD，第二输出端OUT2连接电平位移电路Level_Shift的输入端IN。
所述高边驱动NLDMOS管HS_NLD的栅极与所述高边驱动逻辑电路HS_Driver_Logic的第一输出端OUT1连接，漏极与低压电源域的VIN连接，源极与高压电源域浮动地VSW连接；所述低边驱动NLDMOS管LS_NLD的栅极与所述低边驱动逻辑电路LS_Driver_Logic的第一输出端OUT1连接，源极与低压电源域的VSS连接，漏极与高压电源域浮动地信号VSW连接，输出浮动地信号VSW接入所述自举模块。
所述自举模块包括外置泵电容CBOOT与自举充电P型高压LDMOS管HV_PLD；所述外置泵电容CBOOT的正端与自举高压电源信号VBOOT连接，负端与浮动地信号VSW连接；所述自举充电P型高压LDMOS管HV_PLD的栅极与电平位移电路Level_Shift的第一输出端OUT1相连，源极与自举高压电源信号VBOOT连接，漏极与低压电源信号VIN连接。
本发明的详细工作过程如下所述：
如图1所示，当驱动逻辑电路的低边驱动逻辑电路LS_Driver_Logic的主脉冲控制输入端IN连接PWM信一有效时，其第一输出端口OUT1输出高电平1，此时低边驱动NLDMOS管LS_NLD的栅极因接高电平而导通，第二输出端口OUT2输出的低边驱动逻辑反馈信号LS_Driver_Logic_FB连接至电平位移电路Level_Shift的输入端口IN且有效，电平位移电路Level_Shift开始工作，其第一输出端口OUT1输出低电平0，自举模块的自举充电P型高压LDMOS管HV_PLD因栅极接低电平0而导通，VSW近似接地VSS，低压电源信号VIN通过自举充电P型高压LDMOS管HV_PLD对开始对外置泵电容CBOOT进行充电，同时电平位移电路Level_Shift的第二输出端口OUT2输出有效的使能控制信号传递至高边驱动逻辑电路HS_Driver_Logic的使能控制输入端口EN，进一步屏蔽PWM信号二，使得高边驱动NLDMOS管HS_NLD的栅极因接低电平而关闭，以防止高边与低边驱动管同时导通，低压电源VIN到地VSS之间形成短路而烧毁管子。
反之，当高边驱动逻辑电路HS_Driver_Logic的主脉冲控制输入端IN连接PWM信二有效时，其第二输出端口OUT2输出的高边驱动逻辑反馈信号HS_Driver_Logic_FB连接低边驱动逻辑电路LS_Driver_Logic使能控制输入端口EN且有效，进一步屏蔽PWM信号一，低边驱动逻辑电路LS_Driver_Logic停止工作，其第一输出端口OUT1输出低电平0，此时低边驱动NLDMOS管LS_NLD的栅极因接低电平0而关闭，同时，其第二输出端口OUT2输出的低边驱动逻辑反馈信号LS_Driver_Logic_FB通过电平位移电路Level_Shift转换后从电平位移电路Level_Shift的第一输出端口OUT1输出高电平1，自举模块的自举充电P型高压LDMOS管HV_PLD因栅极接高电平1而关闭，结束对外置泵电容CBOOT进行充电，同时电平位移电路Level_Shift的第二输出端口OUT2输出无效的使能信号传递至高边驱动逻辑电路HS_Driver_Logic的使能控制输入端口EN，释放掉PWM信号二的屏蔽，使得高边驱动逻辑电路HS_Driver_Logic在PWM信号二控制下，其第一输出端输出高电平1，高边驱动NLDMOS管HS_NLD的栅极因接高电平1而导通为后端负载供电。
其中因自举模块的自举充电P型高压LDMOS管HV_PLD导通阻抗极小，使得自举电模块正常工作时自举充电P型高压LDMOS管HV_PLD两端压差很小，故正常工作时VBOOT与VSW的电压差值约等于VIN与VSS之间的电压差值。具体工作波形如图2所示，其中tdead为死区时间，防止高边与低边驱动管同时导通，低压电源VIN到地VSS之间形成短路而烧毁管子。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (3)
1.一种驱动高边NMOS管的自举电路，其特征在于，在电源电压VIN的基础上产生高于电源电压VIN的自举电压VBOOT，用于驱动高边NMOS管，
所述驱动高边NMOS管的自举电路包括电平位移电路、驱动逻辑电路、驱动管模块和自举模块；
所述电平位移电路将低压电源域的输入控制信号转换为高压电源域的输出控制信号；
所述驱动逻辑电路包括高边驱动逻辑电路和低边驱动逻辑电路，分别控制高边驱动管与低边驱动管的导通与关断状态；
所述驱动管模块包括高边驱动管和低边驱动管，为后端电路提供负载电流；
所述自举模块产生高压电源域，为所述电平位移电路与所述高边驱动逻辑电路提供电源，实现对所述高边NMOS管的控制；
所述电平位移电路的输入端IN与所述低边驱动逻辑电路的第二输出端OUT2连接；所述电平位移电路的第一输出端OUT1接入所述自举模块，所述电平位移电路的第二输出端OUT2接入所述高边驱动逻辑电路；
所述高边驱动逻辑电路的使能控制输入端EN连接所述电平位移电路的第二输出端OUT2，所述高边驱动逻辑电路的主脉冲控制输入端IN连接PWM信号二，所述高边驱动逻辑电路的第一输出端OUT1接入所述高边驱动管，所述高边驱动逻辑电路的第二输出端OUT2连接所述低边驱动逻辑电路的使能控制输入端EN；
所述低边驱动逻辑电路的主脉冲控制输入端IN连接PWM信号一，所述低边驱动逻辑电路的使能控制输入端EN连接所述高边驱动逻辑电路的第二输出端OUT2，所述低边驱动逻辑电路的第一输出端OUT1接入所述低边驱动管，所述低边驱动逻辑电路的第二输出端OUT2连接所述电平位移电路的输入端IN。
2.如权利要求1所述的驱动高边NMOS管的自举电路，其特征在于，所述高边驱动管的栅极与所述高边驱动逻辑电路的第一输出端OUT1连接，所述高边驱动管的漏极与电源电压VIN连接，所述高边驱动管的源极与高压电源域的浮动地VSW连接；
所述低边驱动管的栅极与所述低边驱动逻辑电路的第一输出端OUT1连接，所述低边驱动管的源极与低压电源域的地VSS连接，所述低边驱动管的漏极与高压电源域的浮动地VSW连接，浮动地VSW接入所述自举模块。
3.如权利要求2所述的驱动高边NMOS管的自举电路，其特征在于，所述自举模块包括外置泵电容CBOOT和自举充电P型高压LDMOS管；
所述外置泵电容CBOOT的正端与自举电压VBOOT连接，所述外置泵电容CBOOT的负端与浮动地VSW连接；
所述自举充电P型高压LDMOS管的栅极与所述电平位移电路的第一输出端OUT1相连，所述自举充电P型高压LDMOS管的源极与自举电压VBOOT连接，所述自举充电P型高压LDMOS管的漏极与电源电压VIN连接。
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