CN114389449A - 自举式开关变换器及其驱动电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种自举式开关变换器的驱动电路。驱动电路包括逻辑控制电路、上管驱动电路、下管驱动电路、自举供电电路和辅助开关管，辅助开关管用于在第二开关管导通期间自举节点与开关节点的电压差小于设定阈值的情况下，提供第一开关管的控制端至地的电荷泄放路径，从而在第二开关管导通时将第一开关管的第一驱动信号的维持在低电平，有效解决了带有Pre‑bias(预偏置)启动的开关变换器第一开关管的误导通引起的贯通电流的问题，有利于提高电路的安全性和稳定性。

Description

自举式开关变换器及其驱动电路

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，更具体地，涉及一种自举式开关变换器及其驱动电路。

背景技术

在便携式电脑、移动电话、个人数字助理以及其他便携或非便携电子设备中已经广泛地使用开关变换器，用于产生内部电路模块或负载所需工作电压和电流。开关变换器采用一定频率和占空比的方波信号控制开关管的导通和关断，从而控制输入端向输出端的电能传输，最后通过电感和电容的功率滤波得到恒定的输出电压和/或输出电流，具有良好的轻载效率、快速的瞬态响应和易于实现的优点。

但是开关变换器的缺点是其电路拓扑中的开关管的源极不接地，伴随着开关管的开关状态的变化，其源极电位也随之不断跳变，增加了开关变换器的驱动电路的设计难度。为了解决上述问题，现阶段的开关变换器常采用自举电路(Bootstrap circuit)来驱动电路中的开关管，图1示出根据现有技术的一种自举式开关变换器的示意性电路图。

如图1所示，开关变换器100的主电路包括串联连接在输入端和接地端之间的开关管MD1和MD2，电感Lx连接在开关管MD1和MD2之间的开关节点SW和输出端之间，输出电容Cout连接在输出端和接地端之间。主电路的输入端接收直流输入电压Vin，输出端提供直流输出电压Vout。上管驱动电路110用于根据上管控制信号Ctrl-hs向开关管MD1提供第一驱动信号Hsg，控制开关管MD1的导通和关断，下管驱动电路120用于根据下管控制信号Ctrl-ls向开关管MD2提供第二驱动信号Lsg，控制开关管MD2的导通和关断，以稳定所述直流输出电压Vout。

开关变换器100中的自举电路包括电压源101、二极管D1和自举电容Cb，电压源101的一端与二极管D1的阳极连接，电压源101的另一端接地，自举电容Cb的一端与二极管D1的阴极连接，自举电容Cb的另一端与开关管MD1和MD2之间的开关节点SW连接，二极管D1和自举电容Cb之间的节点BST与上管驱动电路110连接。其中，自举电容Cb用来存储电荷，二极管D1用来放置电流倒灌，当开关变换器100续流时，开关节点SW的电压下降，电压源101得以给自举电容Cb充电，使得自举节点BST的电压上升。

现有技术的开关变换器100存在以下缺点：在电路上电之前需要先导通开关管MD2，由电压源101向自举电容Cb充电。但是在一些电路中，例如在带有Pre-bias SoftStart(预偏置软启动)电路中，开关节点SW的初始电位较高，当电路上电时由于开关管MD2的快速下拉，开关节点SW的电位从高电位到地，从而在电容Cgd和Cgs的两端形成较大的压差，由于电容Cgd和Cgs在现有技术的工艺下尺寸相当，所以在二者之间将产生较高的电压，该电压会拉高开关管MD1的栅极，导致开关管MD1的误导通，继而在电路中产生较大的贯通电流，容易造成开关管MD1和开关管MD2的损坏。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种自举式开关变换器及其驱动电路，有效解决了开关变换器启动时开关管的误导通引起的贯通电流的问题，提高了电路的安全性和稳定性。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种自举式开关变换器的驱动电路，所述开关变换器包括串联连接的第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管用于控制输入端向输出端的电能传输，以将直流输入电压转换成直流输出电压，其中，所述驱动电路包括：逻辑控制电路，用于生成上管控制信号和下管控制信号；上管驱动电路，根据所述上管控制信号生成第一驱动信号，所述第一驱动信号用于控制所述第一开关管的导通和关断；下管驱动电路，根据所述下管控制信号生成第二驱动信号，所述第二驱动信号用于控制所述第二开关管的导通和关断；自举供电电路，与所述上管驱动电路连接于自举节点，所述自举供电电路用于在所述第二开关管导通时向所述自举节点充电，所述自举节点用于为所述上管驱动电路供电；以及辅助开关管，连接于所述第一开关管的控制端和地之间，用于在所述第二开关管导通期间所述自举节点与所述第一开关管和所述第二开关管之间的开关节点的电压差小于设定阈值的情况下，提供所述第一开关管的控制端至地的电荷泄放路径。

可选的，所述驱动电路还包括：电压检测电路，所述电压检测电路通过检测所述自举节点的自举电压而向所述逻辑控制电路提供一电压检测信号，其中，当所述自举电压小于第一预设电压时，所述电压检测信号为第一电平；当所述自举电压大于第二预设电压时，所述电压检测信号为第二电平。

可选的，所述逻辑控制电路被配置为在所述开关变换器的工作过程中，在检测到所述电压检测信号为所述第一电平的情况下导通所述第二开关管。

可选的，所述自举供电电路包括：自举电容，第一端与所述自举节点连接，第二端与所述第一开关管和所述第二开关管之间的开关节点连接；二极管，所述二极管的阴极与所述自举节点连接；以及电压源，所述电压源的第一端与所述二极管的阳极连接，第二端接地。

可选的，所述电压检测电路包括：压流转换模块，用于将所述第一开关管和所述第二开关管之间的开关节点电压与所述自举电压的电压差转换为第一电流，并将所述第一电流提供至第一节点；第一下拉模块，与所述压流转换模块连接于所述第一节点，所述下拉模块用于向所述第一节点提供第一下拉电流，电流镜模块，用于根据所述第一节点的电压得到第二电流，并将所述第二电流与第三电流进行比较，以得到比较信号；以及输出模块，用于接收所述比较信号，并根据所述比较信号得到所述电压检测信号。

可选的，所述电压检测电路还包括：第二下拉模块，与所述第一节点连接，所述第二下拉模块用于在所述自举电压的增大过程中向所述第一节点提供第二下拉电流。

可选的，当所述自举电压减小至所述第一预设电压时，所述第一电流小于所述第一下拉电流，所述电压检测信号为所述第一电平；当所述自举电压增大至所述第二预设电压时，所述第一电流大于所述第一下拉电流和所述第二下拉电流之和，所述电压检测信号翻转为第二电平。

可选的，所述电压检测电路还包括：电流偏置模块，用于提供一偏置电流，所述第一下拉模块、所述第二下拉模块以及所述电流镜模块分别根据所述偏置电流镜像得到所述第一下拉电流、所述第二下拉电流和所述第三电流。

可选的，所述压流转换模块包括：一电阻，所述电阻的第一端用于接收所述自举电压；第一晶体管，第一端与所述电阻的第二端连接，控制端用于接收所述开关节点电压，第二端与所述第一节点连接，其中，所述第一晶体管用于在所述开关节点电压与所述自举电压的电压差小于其导通阈值时向所述第一节点提供所述第一电流。

可选的，所述压流转换模块还包括：第二晶体管，所述第二晶体管连接于所述第一晶体管的第二端和所述第一节点之间，控制端用于接收一开启使能信号，所述开启使能信号用于控制所述第一晶体管与所述第一节点之间电流路径的开启和关闭。

可选的，所述电流偏置模块包括：串联连接在电源电压和地之间的电流源和第三晶体管，所述电流源与所述第三晶体管的中间节点用于提供所述偏置电流。

可选的，所述第一下拉模块包括：第四晶体管，所述第四晶体管的第一端与所述第一节点连接，第二端接地，所述第四晶体管与所述第三晶体管构成电流镜，从而根据所述偏置电流镜像得到所述第一下拉电流。

可选的，所述第二下拉模块包括：串联连接在所述第一节点和地之间的第五晶体管和第六晶体管，其中，所述第五晶体管的控制端与所述电流镜模块连接以接收所述比较信号，所述第六晶体管与所述第三晶体管构成电流镜，从而根据所述偏置电流镜像得到所述第二下拉电流。

可选的，所述电流镜模块包括：串联连接在所述电源电压和地之间的第七晶体管和第八晶体管；以及串联连接在所述电源电压和地之间的第九晶体管和第十晶体管，其中，所述第八晶体管与所述第三晶体管构成电流镜，从而根据所述偏置电流镜像得到所述第三电流，所述第七晶体管和所述第九晶体管构成电流镜，所述第十晶体管的控制端与所述第一节点连接，所述第九晶体管和所述第十晶体管之间的第二节点用于输出所述比较信号。

根据本发明实施例的另一方面，提供了一种自举式开关变换器，包括：串联连接的第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管用于控制输入端向输出端的电能传输，以将直流输入电压转换成直流输出电压；以及上述的驱动电路。

本发明实施例的自举式开关变换器的驱动电路包括逻辑控制电路、上管驱动电路、下管驱动电路、自举供电电路和辅助开关管，辅助开关管用于在第二开关管导通期间自举节点与开关节点的电压差小于设定阈值的情况下，提供第一开关管的控制端至地的电荷泄放路径，从而将第一开关管的第一驱动信号的维持在低电平，有效解决了带有Pre-bias(预偏置)电路的开关变换器在启动时第一开关管的误导通引起的贯通电流的问题，有利于提高电路的安全性和稳定性。

进一步的，驱动电路还包括电压检测电路，电压检测电路通过检测自举节点的自举电压得到一电压检测信号，逻辑控制电路在电压检测信号表征自举电压小于预设值时对自举节点进行补电操作，解决了因小负载或空载导致自举电容掉电而引起系统输出异常或系统停止工作的问题，保证了开关变换器在小负载或空载下的正常运行，提高了系统稳定性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据现有技术的一种自举式开关变换器的示意性电路图；

图2示出根据本发明实施例的一种自举式开关变换器的结构示意图；

图3示出根据本发明实施例的自举式开关变换器的示意性电路图；

图4示出图2中的电压检测电路的示意性电路图；

图5a和图5b分别示出根据现有技术的自举式开关变换器与本发明实施例的自举式开关变换器的工作时序图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

应当理解，在以下的描述中，“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和/或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

在本申请中，开关管是工作开关模式以提供电流路径的晶体管，包括选自双极晶体管或场效应晶体管的一种。开关管的第一端和第二端分别是电流路径上的高电位端和低电位端，控制端用于接收驱动信号以控制开关管的导通和关断。MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)包括第一端、第二端和控制端，在MOSFET的导通状态，电流从第一端流至第二端。P型MOSFET的第一端、第二端和控制端分别为源极、漏极和栅极，N型MOSFET的第一端、第二端和控制端分别为漏极、源极和栅极。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图2示出根据本发明实施例的一种自举式开关变换器的结构示意图。如图2所示，开关变换器200包括主电路和驱动电路，所述驱动电路包括逻辑控制电路210、上管驱动电路220、下管驱动电路230、自举供电电路240和辅助开关管MD3。

开关变换器200的主电路包括串联连接在输入端和接地端之间的开关管MD1和MD2，电感Lx连接在开关管MD1和MD2之间的开关节点SW和输出端之间，输出电容Cout连接在输出端和接地端之间。主电路的输入端接收直流输入电压Vin，输出端提供直流输出电压Vout。

上述实施例中的开关管MD1和MD2可以是各种晶体管，例如NPN达林顿管、NPN型双极性晶体管、PNP型双极性晶体管、以及N型MOSFET和P型MOSFET等。驱动电路例如封装成芯片IC。在一些实施例中，主电路中的开关管MD1和MD2也封装在芯片IC中。

逻辑控制电路210用于整个电路的逻辑控制，分别向上管驱动电路220和下管驱动电路230提供上管控制信号Ctrl-hs和下管控制信号Ctrl-ls，上管控制信号Ctrl-hs和下管控制信号Ctrl-ls例如为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号。本领域技术人员应该理解，逻辑控制电路210可以通过不同的架构来实现。同时，同步整流的降压型开关变换器200的控制原理应该是本领域技术人员所熟知的。

上管驱动电路220根据所述上管控制信号Ctrl-hs生成第一驱动信号Hsg，第一驱动信号Hsg用于控制所述开关管MD1的导通和关断。下管驱动电路230根据所述下管控制信号Ctrl-ls生成第二驱动信号Lsg，第二驱动信号Lsg用于控制所述开关管MD2的导通和关断。在每个开关周期中，开关管MD1和MD2交替导通和关断，对电感Lx进行充电和放电，从而在输出端提供直流输出电压Vout，逻辑控制电路210通过调节控制信号的占空比，将直流输出电压Vout维持在恒定值。

自举供电电路240与上管驱动电路220连接于自举节点BST，自举供电电路240用于在开关管MD2导通时向自举节点BST充电，以向所述上管驱动电路220供电，用来提升开关管MD1的控制端的电压水平。

辅助开关管MD3连接于开关管MD1的控制端和地之间，辅助开关管MD3的控制端与逻辑控制电路210连接，用于在开关管MD2导通期间自举节点BST与开关节点SW之间的电压差小于设定阈值的情况下，提供开关管MD1的控制端至地的电荷泄放路径，从而可以在开关管MD2快速下拉时，将电容Cgs和Cgd之间产生的电压拉低，可以避免电路上电过程时开关管MD1的误导通而产生的贯通电流，保护开关管MD1和开关管MD2。

如图3示出根据本发明实施例的自举式开关变换器的示意性电路图。为了方便说明，在图3中并未示出逻辑控制电路210。

参照图3，自举供电电路240包括自举电容Cb、二极管D1和电压源231。自举电容Cb的第一端与自举节点BST连接，第二端与开关节点SW连接。二极管D1的阳极与电压源231的第一端连接，二极管D1的阴极与自举节点BST连接，电压源231的第二端接地。当开关管MD2导通时，电压源231的电流从第一端经二极管D1、自举电容Cb、开关节点SW和开关管MD2到地，从而完成了对自举电容Cb的充电。

上管驱动电路220包括串联连接在上管控制信号Ctrl-hs和开关管MD1的控制端之间的多个第一反相器，每个第一反相器的第一供电端与自举节点BST连接，每个第一反相器的第二供电端与开关节点SW连接。如图3示出的上管驱动电路220为两个第一反相器串联的结构，串联连接的晶体管Mp1和Mn1构成了其中的一个反相器，串联连接的晶体管Mp2和Mn2构成了另一个反相器。其中，晶体管Mp1和Mn1的控制端彼此连接并接收所述上管控制信号Ctrl-hs，晶体管Mp1和Mp2的第一端分别作为反相器的第一供电端与自举节点BST连接，晶体管Mn1和Mn2的第二端分别作为反相器的第二供电端与开关节点SW连接，晶体管Mp2的第二端和晶体管Mn2的第一端的连接节点与开关管MD1的控制端连接。

下管驱动电路230包括串联连接在下管控制信号Ctrl-ls和开关管MD2的控制端之间的多个第二反相器，每个第二反相器的第一供电端与电压源231的第一端连接，每个第二反相器的第二供电端接地。如图3示出的下管驱动电路230为两个第二反相器串联的结构，串联连接的晶体管Mp3和Mn3构成了其中的一个反相器，串联连接的晶体管Mp4和Mn4构成了另一个反相器。其中，晶体管Mp1和Mn1的控制端彼此连接并接收所述上管控制信号Ctrl-hs，晶体管Mp1和Mp2的第一端分别作为反相器的第一供电端与自举节点BST连接，晶体管Mn1和Mn2的第二端分别作为反相器的第二供电端与开关节点SW连接，晶体管Mp2的第二端和晶体管Mn2的第一端的连接节点与开关管MD1的控制端连接。

本实施例的开关变换器的驱动电路的工作原理为：在开关变换器启动时，第二驱动信号Lsg为高电平，开关管MD2和辅助开关管MD3导通，虽然开关节点SW的电位被快速拉低，在电容Cgd和Cgs两端产生了一个较大的压差，但是辅助开关管MD3可将开关管MD1的控制端的电荷泄放至地，避免了开关管MD1的误导通。

继续参照图2，在小负载或空载时，由于开关节点的周期变大(例如在BUCK型电路中，开关管MD1工作在100％占空比下)，此时自举供电电路240对自举节点BST停止充电，自举电压Vbst不断降低，当自举电压Vbst降低到一定程度时可能导致上管驱动电路220无法正常导通开关管MD1，容易导致系统异常或停止工作。

为了解决该问题，本发明实施例的开关变换器200进一步包括电压检测电路260，电压检测电路260通过检测自举电压Vbst向逻辑控制电路210提供一电压检测信号Cbst-ok，逻辑控制电路210用于在电压检测信号Cbst-ok表征自举电压Vbst小于预设值时导通开关管MD2，以对自举节点BST进行补电操作。

进一步的，电压检测电路260用于在自举电压Vbst小于第一预设电压时，输出电压检测信号Cbst-ok为第一电平(例如为低电平)，在自举电压Vbst大于第二预设电压时，输出电压检测信号Cbst-ok为第二电平(例如为高电平)。

在一种实施例中，逻辑控制电路210在检测到电压检测信号Cbst-ok为低电平时，导通开关管MD2，拉低开关节点SW，从而强制自举供电电路240向自举节点BST充电。

图4示出图2中的电压检测电路的示意性电路图，下面参照图4对本发明实施例的电压检测电路的工作原理进行详细说明。

如图4所示，电压检测电路260包括压流转换模块261、电流偏置模块262、第一下拉模块263、电流镜模块264、第二下拉模块265以及输出模块266。

其中，压流转换模块261用于接收所述自举电压Vbst和开关节点电压Vsw，并将所述开关节点电压Vsw和所述自举电压Vbst之间的电压差转换成第一电流I1，并将所述第一电流I1提供至第一节点A。电流偏置模块262用于生成电路的偏置电流Ibias。第一下拉模块263与压流转换模块261连接于第一节点A，第一下拉模块263用于向第一节点A提供第一下拉电流Ia1。第二下拉模块265与压流转换模块261连接于所述第一节点A，第二下拉模块265用于在自举电压Vbst增大的过程中向所述第一节点A提供第二下拉电流Ia2。电流镜模块264用于根据所述第一节点的电压Va得到第二电流I2，并将所述第二电流I2与第三电流I3进行比较，以得到比较信号Vb。输出模块266例如通过反相器实现，用于接收所述比较信号Vb，并根据所述比较信号Vb的反相信号得到所述电压检测信号Cbst-ok。

进一步的，压流转换模块261包括晶体管Mp5、晶体管Mn5以及电阻R1至R3。电阻R1的第一端与所述自举电压Vbst连接，第二端与晶体管Mp5的第一端连接，晶体管Mp5的控制端与开关节点电压Vsw连接，第二端与电阻R2的第一端连接，电阻R2的第二端与晶体管Mn5的第一端连接，晶体管Mn5的第二端与电阻R3的第一端连接，电阻R3的第二端与第一节点A连接，晶体管Mn5的控制端用于接收一开启使能信号Ctrl-en，所述开启使能信号Ctrl-en通过控制晶体管Mn5的导通和关断以控制晶体管Mp5与第一节点A之间电流路径的开启和关闭。

晶体管Mp5例如通过P型金属氧化物半导体场效应晶体管实现，当开关节点电压Vsw与自举电压Vbst之间的电压差小于其导通阈值时，晶体管Mp5导通，从而向第一节点A提供所述第一电流I1。

电流偏置模块262包括电流源201和晶体管Mn6。电流源201和晶体管Mn6依次串联连接在电源电压VDD和地之间，晶体管Mn6的控制端和第一端彼此连接，电流源201和晶体管Mn6的中间节点用于提供所述偏置电流Ibias。

第一下拉模块263包括晶体管Mn7，晶体管Mn7的第一端与第一节点A连接，晶体管Mn7的第二端接地，晶体管Mn7的控制端与晶体管Mn6的控制端连接。晶体管Mn7与晶体管Mn6构成电流镜，从而获得所述偏置电流Ibias，并根据所述偏置电流Ibias镜像得到所述第一下拉电流Ia1。

电流镜模块264包括晶体管Mp6和Mp7以及晶体管Mn10和Mn11。晶体管Mp6和晶体管Mn10串联连接在电源电压VDD和地之间，晶体管Mp7和晶体管Mn11串联连接在电源电压VDD和地之间，且二者之间的第二节点B用于提供所述比较信号Vb。晶体管Mn10和晶体管Mn6构成电流镜，从而根据所述偏置电流Ibias镜像得到所述第三电流I3。晶体管Mn11的控制端与第一节点A连接，晶体管Mn11根据第一节点的电压Va得到所述第二电流I2。晶体管Mp6与晶体管Mp7构成电流镜，从而将所述第三电流I3镜像到晶体管Mp7所在的支路。

进一步的，当第二电流I2大于第三电流I3时，第二节点B的电位被晶体管Mn11拉低，比较信号Vb为低电平；当第二电流I2小于第三电流I3时，第二节点B的电位被晶体管Mp7拉高，比较信号Vb为高电平。

第二下拉模块265包括晶体管Mn9和Mn8，晶体管Mn9的第一端与第一节点A连接，第二端与晶体管Mn8的第一端连接，晶体管Mn8的第二端接地，晶体管Mn8与晶体管Mn6构成电流镜，从而根据所述偏置电流Ibias镜像获得第二下拉电流Ia2。晶体管Mn9的控制端与第二节点B连接以接收比较信号Vb，当比较信号Vb为高电平时，晶体管Mn9导通，当比较信号Vb为低电平时，晶体管Mn9关断。

本发明实施例的驱动电路的工作原理为：当自举电压Vbst小于第一预设电压时，晶体管Mp5关断，第一节点A被晶体管Mn7的第一下拉电流Ia1拉低，晶体管Mn11关断，此时第三电流I3大于第二电流I2，则第二节点B被晶体管Mp7拉高，比较信号Vb为高电平，晶体管Mn9导通，同时输出模块266输出电压检测信号Cbst-ok为低电平，表明此时自举节点BST的电压小于预设值，然后由逻辑控制电路控制开关管MD2对自举节点BST进行补电。

随着自举节点BST的电压逐渐升高，当开关节点电压Vsw和自举电压Vbst之间的电压差小于晶体管Mp5的导通阈值时，晶体管Mp5导通，第一电流I1逐渐增大。当自举电压Vbst增大到第二预设电压时，第一电流I1大于第一下拉电流Ia1和第二下拉电流Ia2的之和，第一节点A的电位被晶体管Mp5拉高，晶体管Mn11导通，通过设置晶体管Mn11的电流能力大于晶体管Mp7，则此时第二电流I2大于第三电流I3，第二节点B被晶体管Mn11拉低，比较信号Vb为低电平，晶体管Mn9关断，同时输出模块266输出电压检测信号Cbst-ok为高电平，表明此时自举节点BST的电压已经达到预设值，逻辑控制电路停止补电操作。

在上述实施例中，晶体管Mp1-Mp7例如是P型MOSFET或者PNP型双极性晶体管，晶体管Mn1-Mn11例如是N型MOSFET或者NPN型双极性晶体管。

图5a和图5b分别示出根据现有技术的自举式开关变换器与本发明实施例的自举式开关变换器的工作时序图。在图5a和图5b中，由上至下分别是第二驱动信号Lsg、第一驱动信号Hsg、自举电压Vbst与开关节点电压Vsw的电压差、开关管MD1和开关管MD2之间的贯通电流Ipeak和开关节点电压Vsw的波形示意图。

如图5a所示，在现有技术的自举式开关变换器中，当第二驱动信号Lsg由低电平翻转为高电平时，开关管MD2将开关节点电压Vsw迅速拉低到地，由于开关管的电容耦合的原因，导致第一驱动信号Hsg被短暂拉高，并且由于此时自举电压Vbst尚未建立起来，所以上管驱动电路无法将第一驱动信号Hsg的尖峰拉低，导致开关管MD1被误导通，在开关管MD1和开关管MD2之间形成了较大的贯通电流Ipeak。而在本发明的自举式开关变换器中，当第二驱动信号Lsg由低电平翻转为高电平时，辅助开关管MD3导通，将第一驱动信号Hsg维持在低电平，使得开关管MD1无法被导通，因此在开关管MD1和开关管MD2之间并没有形成贯通电流Ipeak。

综上所述，本发明实施例的自举式开关变换器的驱动电路包括逻辑控制电路、上管驱动电路、下管驱动电路、自举供电电路和辅助开关管，辅助开关管用于在第二开关管导通期间自举节点与开关节点的电压差小于设定阈值的情况下，提供第一开关管的控制端至地的电荷泄放路径，从而将第一开关管的第一驱动信号的维持在低电平，有效解决了带有Pre-bias(预偏置)电路的开关变换器启动时第一开关管的误导通引起的贯通电流的问题，有利于提高电路的安全性和稳定性。

进一步的，驱动电路还包括电压检测电路，电压检测电路通过检测自举节点的自举电压得到一电压检测信号，逻辑控制电路在电压检测信号表征自举电压小于预设值时对自举节点进行补电操作，解决了因小负载或空载导致自举电容掉电而引起系统输出异常或系统停止工作的问题，保证了开关变换器在小负载或空载下的正常运行，提高了系统稳定性。

在上述的实施例中，尽管结合图2描述了降压型拓扑结构的开关变换器，然而，可以理解，本发明实施例的驱动电路也可以用于其他拓扑结构的开关变换器中，包括但不限于降压型、升压型、升降压型、正激型、反激型等拓扑结构。

应当说明，尽管在本文中，将器件说明为某种N沟道或P沟道器件、或者某种N型或者P型掺杂区域，然而本领域的普通技术人员可以理解，根据本发明，互补器件也是可以实现的。本领域的普通技术人员可以理解，导电类型是指导电发生的机制，例如通过空穴或者电子导电，因此导电类型不涉及掺杂浓度而涉及掺杂类型，例如P型或者N型。本领域普通技术人员可以理解，本文中使用的与电路运行相关的词语“期间”、“当”和“当……时”不是表示在启动动作开始时立即发生的动作的严格术语，而是在其与启动动作所发起的反应动作(reaction)之间可能存在一些小的但是合理的一个或多个延迟，例如各种传输延迟等。本文中使用词语“大约”或者“基本上”意指要素值(element)具有预期接近所声明的值或位置的参数。然而，如本领域所周知的，总是存在微小的偏差使得该值或位置难以严格为所声明的值。本领域已恰当的确定了，至少百分之十(10％)(对于半导体掺杂浓度，至少百分之二十(20％))的偏差是偏离所描述的准确的理想目标的合理偏差。当结合信号状态使用时，信号的实际电压值或逻辑状态(例如“1”或“0”)取决于使用正逻辑还是负逻辑。

此外，还需要说明的是，在本文中，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。

依照本发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种自举式开关变换器的驱动电路，所述开关变换器包括串联连接的第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管用于控制输入端向输出端的电能传输，以将直流输入电压转换成直流输出电压，其中，所述驱动电路包括：

逻辑控制电路，用于生成上管控制信号和下管控制信号；

上管驱动电路，根据所述上管控制信号生成第一驱动信号，所述第一驱动信号用于控制所述第一开关管的导通和关断；

下管驱动电路，根据所述下管控制信号生成第二驱动信号，所述第二驱动信号用于控制所述第二开关管的导通和关断；

自举供电电路，与所述上管驱动电路连接于自举节点，所述自举供电电路用于在所述第二开关管导通时向所述自举节点充电，所述自举节点用于为所述上管驱动电路供电；以及

辅助开关管，连接于所述第一开关管的控制端和地之间，用于在所述第二开关管导通期间所述自举节点与所述第一开关管和所述第二开关管之间的开关节点的电压差小于设定阈值的情况下，提供所述第一开关管的控制端至地的电荷泄放路径。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，还包括：电压检测电路，所述电压检测电路通过检测所述自举节点的自举电压而向所述逻辑控制电路提供一电压检测信号，

其中，当所述自举电压小于第一预设电压时，所述电压检测信号为第一电平；当所述自举电压大于第二预设电压时，所述电压检测信号为第二电平。

3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述逻辑控制电路被配置为在所述开关变换器的工作过程中，在检测到所述电压检测信号为所述第一电平的情况下导通所述第二开关管。

4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述自举供电电路包括：

自举电容，第一端与所述自举节点连接，第二端与所述第一开关管和所述第二开关管之间的开关节点连接；

二极管，所述二极管的阴极与所述自举节点连接；以及

电压源，所述电压源的第一端与所述二极管的阳极连接，第二端接地。

5.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述电压检测电路包括：

压流转换模块，用于将所述第一开关管和所述第二开关管之间的开关节点电压与所述自举电压的电压差转换为第一电流，并将所述第一电流提供至第一节点；

第一下拉模块，与所述压流转换模块连接于所述第一节点，所述下拉模块用于向所述第一节点提供第一下拉电流，

电流镜模块，用于根据所述第一节点的电压得到第二电流，并将所述第二电流与第三电流进行比较，以得到比较信号；以及

输出模块，用于接收所述比较信号，并根据所述比较信号得到所述电压检测信号。

6.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，所述电压检测电路还包括：

第二下拉模块，与所述第一节点连接，所述第二下拉模块用于在所述自举电压的增大过程中向所述第一节点提供第二下拉电流。

7.根据权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，当所述自举电压减小至所述第一预设电压时，所述第一电流小于所述第一下拉电流，所述电压检测信号为所述第一电平；

当所述自举电压增大至所述第二预设电压时，所述第一电流大于所述第一下拉电流和所述第二下拉电流之和，所述电压检测信号翻转为第二电平。

8.根据权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，所述电压检测电路还包括：

电流偏置模块，用于提供一偏置电流，所述第一下拉模块、所述第二下拉模块以及所述电流镜模块分别根据所述偏置电流镜像得到所述第一下拉电流、所述第二下拉电流和所述第三电流。

9.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，所述压流转换模块包括：

一电阻，所述电阻的第一端用于接收所述自举电压；

第一晶体管，第一端与所述电阻的第二端连接，控制端用于接收所述开关节点电压，第二端与所述第一节点连接，

其中，所述第一晶体管用于在所述开关节点电压与所述自举电压的电压差小于其导通阈值时向所述第一节点提供所述第一电流。

10.根据权利要求9所述的驱动电路，其特征在于，所述压流转换模块还包括：

第二晶体管，所述第二晶体管连接于所述第一晶体管的第二端和所述第一节点之间，控制端用于接收一开启使能信号，所述开启使能信号用于控制所述第一晶体管与所述第一节点之间电流路径的开启和关闭。

11.根据权利要求8所述的驱动电路，其特征在于，所述电流偏置模块包括：

串联连接在电源电压和地之间的电流源和第三晶体管，所述电流源与所述第三晶体管的中间节点用于提供所述偏置电流。

12.根据权利要求11所述的驱动电路，其特征在于，所述第一下拉模块包括：

第四晶体管，所述第四晶体管的第一端与所述第一节点连接，第二端接地，所述第四晶体管与所述第三晶体管构成电流镜，从而根据所述偏置电流镜像得到所述第一下拉电流。

13.根据权利要求11所述的驱动电路，其特征在于，所述第二下拉模块包括：

串联连接在所述第一节点和地之间的第五晶体管和第六晶体管，

其中，所述第五晶体管的控制端与所述电流镜模块连接以接收所述比较信号，所述第六晶体管与所述第三晶体管构成电流镜，从而根据所述偏置电流镜像得到所述第二下拉电流。

14.根据权利要求11所述的驱动电路，其特征在于，所述电流镜模块包括：

串联连接在所述电源电压和地之间的第七晶体管和第八晶体管；以及

串联连接在所述电源电压和地之间的第九晶体管和第十晶体管，

其中，所述第八晶体管与所述第三晶体管构成电流镜，从而根据所述偏置电流镜像得到所述第三电流，所述第七晶体管和所述第九晶体管构成电流镜，

所述第十晶体管的控制端与所述第一节点连接，所述第九晶体管和所述第十晶体管之间的第二节点用于输出所述比较信号。

15.一种自举式开关变换器，其特征在于，包括：

串联连接的第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管用于控制输入端向输出端的电能传输，以将直流输入电压转换成直流输出电压；以及

权利要求1-14任一项所述的驱动电路。

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