CN117134761A - Nmos开关管的开关电路、控制方法及芯片 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了NMOS开关管的开关电路、控制方法及芯片，NMOS开关管的源极用于输入输入电压、漏极用于输出输出电压。当需要控制NMOS开关管关断时，控制模块控制钳位开关导通，且电荷泵以维持电流向NMOS开关管的栅极进行充电，以使钳位电路导通，钳位电路以输入电压为基准，将NMOS开关管的栅极钳位在使NMOS开关管处于关断状态的电压。当需要控制NMOS开关管导通时，控制模块控制钳位开关关断，以使钳位电路关断，钳位电路停止对NMOS开关管的栅极的钳位，电荷泵以开启电流向NMOS开关管的栅极进行充电，以控制NMOS开关管导通，从而输出输出电压。本实施例能提高NMOS开关管的开启速度。

Description

NMOS开关管的开关电路、控制方法及芯片

本申请是申请日为2023年01月16日、申请号为202310091780.4、名称为“NMOS开关管的开关电路、控制方法及芯片”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及NMOS开关管领域，具体涉及NMOS开关管的开关电路、控制方法及芯片。

背景技术

NMOS开关管广泛应用在集成电路当中。与PMOS开关管相比，相同面积下NMOS开关的导通阻抗低于PMOS开关管。

已知技术中，当需要开启NMOS开关管时，通过驱动电路将NMOS开关管的栅极电压加载至某一高电平，从而打开NMOS开关管；当需要关断NMOS开关管时，通过驱动电路将NMOS开关管的栅极电压拉低至0，从而关断NMOS开关管。

然而，该驱动电路将该NMOS开关管从断开状态，切换控制到导通的过程所耗费的时长较长。

发明内容

基于上述现状，本发明实施例的主要目的在于提供NMOS开关管的开关电路、控制方法及芯片，以提高NMOS开关管的开启速度。

为实现上述目的，本发明的实施例采用了如下的技术方案：

一种NMOS开关管的开关电路，包括电荷泵和NMOS开关管，还包括钳位电路和控制模块，所述钳位电路包括钳位开关；所述NMOS开关管的源极连接输入端用于输入输入电压、漏极连接输出端用于输出输出电压；所述钳位电路一端连接所述NMOS开关管的栅极、另一端连接所述输入端；当需要控制所述NMOS开关管关断时，所述控制模块控制所述钳位开关导通，且所述电荷泵以维持电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以使所述钳位电路导通，所述钳位电路以所述输入电压为基准，将所述NMOS开关管的栅极钳位在使所述NMOS开关管处于关断状态的电压；当需要控制所述NMOS开关管导通时，所述控制模块控制所述钳位开关关断，以使所述钳位电路关断，所述钳位电路停止对所述NMOS开关管的栅极的钳位，所述电荷泵以开启电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以控制所述NMOS开关管导通，从而输出所述输出电压；其中，所述维持电流小于所述开启电流。

一种NMOS开关管的开关电路的控制方法，所述开关电路包括电荷泵和NMOS开关管，所述开关电路还包括钳位电路和控制模块，所述钳位电路包括钳位开关；所述NMOS开关管的源极连接输入端用于输入输入电压、漏极连接输出端用于输出输出电压；所述控制方法包括如下步骤：当需要控制所述NMOS开关管关断时，所述控制模块控制所述钳位开关导通，且所述电荷泵以维持电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以使所述钳位电路导通，所述钳位电路以所述输入电压为基准，将所述NMOS开关管的栅极钳位在使所述NMOS开关管处于关断状态的电压；当需要控制所述NMOS开关管导通时，所述控制模块控制所述钳位开关关断，以使所述钳位电路关断，所述钳位电路停止对所述NMOS开关管的栅极的钳位，所述电荷泵以开启电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以控制所述NMOS开关管导通，从而输出所述输出电压；其中，所述维持电流小于所述开启电流。

一种芯片，包括如任一所述的NMOS开关管的开关电路。

本实施例中，当需要控制NMOS开关管关断时，钳位电路以输入电压为基准，将NMOS开关管的栅极钳位在使NMOS开关管处于关断状态的电压；当需要控制NMOS开关管导通时，钳位电路停止对NMOS开关管的栅极的钳位，电荷泵以开启电流向NMOS开关管的栅极进行充电，与已知技术相比，本实施例中，电荷泵向NMOS开关管的栅极转移的电荷量大大减小，因此可以快速打开NMOS开关管，非常适合于应用在NMOS开关管需被快速开启的场景。

本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述。图中：

图1为根据本发明的一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；

图2为本发明的一种优选实施方式中NMOS开关管的栅极的寄生电容大小与不同的栅源电压之间的关系曲线图；

图3为根据本发明的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；

图4为根据本发明的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；

图5为根据本发明的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；

图6为根据本发明的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；

图7为根据本发明的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；

图8为根据本发明的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；

图9为根据本发明的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；

图10为根据本发明的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；

图11为根据本发明的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；

图12为根据本发明的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；

图13为根据本发明的另一种优选实施方式的NMOS开关管的开关电路；

图14是图13实施例的开关电路在某个情况下的波形图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是本发明一种实施例的NMOS开关管的开关电路，该开关电路可以应用于各种电子设备的电路中，例如集成电路或者分立元件的电路中。NMOS开关管Ms可以是功率型或非功率型开关管。该开关电路包括电荷泵100、NMOS开关管Ms和钳位电路200；其中，NMOS开关管Ms的源极连接输入端Vin，用于输入输入电压，NMOS开关管Ms的漏极连接输出端Vout，用于输出输出电压；电荷泵100的输出端连接NMOS开关管Ms的栅极；钳位电路200一端连接NMOS开关管Ms的栅极Vgate、另一端连接输入端；输入端可以连接电源，输出端可以连接后级电路。

当需要控制NMOS开关管Ms关断时，钳位电路200以输入电压为基准，将NMOS开关管Ms的栅极钳位在使NMOS开关管Ms处于关断状态的电压，此时栅极的电压大于或等于输入电压，即栅源电压大于或等于0，由于NMOS开关管Ms关断，因而漏极不输出电压；当需要控制NMOS开关管Ms导通时，钳位电路200停止对NMOS开关管Ms的栅极的钳位，电荷泵100以开启电流向NMOS开关管Ms的栅极进行充电(即为栅极的寄生电容Cpar充电)，使栅源电压大于NMOS开关管Ms的开启阈值，以控制NMOS开关管Ms导通，从而输出输出电压，即输入端的电压经由该NMOS开关管Ms提供给输出端，进而将输出电压提供给后级电路，例如为连接该输入端的电池通过NMOS开关管Ms，在输出端为后级电路供电。

图2是NMOS开关管Ms的栅极的寄生电容Cpar大小与不同的栅源电压Vgs之间的关系曲线图，从图中可以看出，当栅源电压在0附近时栅极的寄生电容Cpar达到最小，栅极从某个栅源电压充电至另一个栅源电压所需要的电荷量，即为这两个电压所在的竖直线、曲线与横坐标围成的面积大小。本实施例中，将NMOS开关管Ms打开时的栅源电压记为Vg(例如大小为2*Vth，其中Vth为NMOS开关管Ms的开启阈值，即临界导通时所需的栅源电压)，电荷泵100向栅极充电的电荷量大约为L1范围内的阴影区域；而通常的已知技术由于在关断NMOS时将栅极的电位置位0，其栅源电压大约为-Vin(例如-5V)，当需要将NMOS开关管Ms打开时，荷泵应向栅极充电的电荷量大约为L2范围内的阴影区域；可见，与已知技术相比，本实施例中，电荷泵100向NMOS开关管Ms的栅极转移的电荷量大大减小，因此可以快速打开NMOS开关管Ms，非常适合于应用在NMOS开关管Ms需被快速开启的场景；例如，NVDC架构中连接vsys和vbat的NMOS开关管Ms，本实施例可以快速控制该NMOS开关管Ms打开，从而避免vsys电压跌落，甚至更严重的系统宕机。

图3是本发明另一种实施例的NMOS开关管的开关电路，该开关电路还包括控制模块300；钳位电路200包括钳位单元210和钳位开关S2；当需要控制NMOS开关管Ms关断时，控制模块300控制钳位开关S2导通，且电荷泵100以维持电流向NMOS开关管Ms的栅极进行充电，以使NMOS开关管Ms的栅极的电压足以使钳位单元210导通，即钳位电路200导通，从而使钳位电路200对NMOS开关管Ms的栅极进行钳位。当需要控制NMOS开关管Ms导通时，控制模块300控制钳位开关S2断开，以使钳位单元210断开，即钳位电路200断开，从而使钳位电路200停止对NMOS开关管Ms的栅极的钳位。本实施例中，该控制模块300可以由逻辑电路构成，例如包括反相器，由于NMOS开关管Ms和钳位开关S2的导通状态刚好相反，例如NMOS开关管Ms导通时钳位开关S2断开(或者NMOS开关管Ms断开时钳位开关S2导通)，因此可以对NMOS开关管Ms的控制信号进行反相后得到的信号，作为控制钳位开关S2的控制信号。

图4是在图3实施例的基础上更加具体的实施例，在该实施例的开关电路中，该钳位单元210包括钳位二极管D，钳位二极管D和钳位开关S2串联组成该钳位电路200；例如，钳位二极管D的阳极连接NMOS开关管Ms的栅极、阴极通过钳位开关S2连接NMOS开关管Ms的源极。当需要控制NMOS开关管Ms关断时，控制模块300控制钳位开关S2导通，且电荷泵100以维持电流向NMOS开关管Ms的栅极进行充电，以使NMOS开关管Ms的栅极的电压足以使钳位二极管D导通，即钳位电路200导通，从而使钳位电路200对NMOS开关管Ms的栅极进行钳位；由于在电荷泵100的输出端的电压足以使钳位二极管D导通，因此钳位二极管D被导通，NMOS开关管Ms的栅极被钳位在以输入电压为基准上的某个电压，例如Vin+Vd，其中，Vd为钳位二极管D的导通压降。当需要控制NMOS开关管Ms导通时，控制模块300控制钳位开关S2关断，以使钳位二极管D断开，即钳位电路200断开，从而使钳位电路200停止对NMOS开关管Ms的栅极的钳位。

在一个实施例中，钳位电路200对NMOS开关管Ms的栅极进行钳位时，钳位电路200将NMOS开关管Ms的栅极钳位在大小等于输入电压的电压，即栅源电压等于0，由于NMOS开关管Ms的栅源电压大于Vth时NMOS开关管Ms才导通，因此，本实施例能保证钳位时NMOS开关管Ms不会导通，且电路容易实现。

图5是在图3实施例的基础上更加具体的实施例，在该实施例的开关电路中，钳位单元210包括钳位PMOS管Mclp和电压源V1，钳位PMOS管Mclp的源极连接NMOS开关管Ms的栅极，钳位PMOS管Mclp的栅极通过电压源连接NMOS开关管Ms的源极，钳位PMOS管Mclp的漏极通过钳位开关S2 220接地；其中，电压源用于以输入电压为基准，向钳位PMOS管Mclp的栅极提供大小等于输入电压与钳位PMOS管Mclp的开启阈值之差的电压，即Vin-Vth；电荷泵100的输出端提供的电压足够使钳位PMOS管Mclp导通，即大于电压源的电压与钳位PMOS管Mclp开启阈值之和。当需要控制NMOS开关管Ms关断时，控制模块300控制钳位开关S2导通，且电荷泵100以维持电流向NMOS开关管Ms的栅极进行充电，以使NMOS开关管Ms的栅极的电压足以使钳位PMOS管Mclp导通，即钳位电路200导通，从而使钳位电路200对NMOS开关管Ms的栅极进行钳位；由于在电荷泵100的输出端的电压足以使钳位PMOS管Mclp导通，因此钳位PMOS管Mclp被导通，钳位PMOS管Mclp的栅极被钳位在电压源的电压与钳位PMOS管Mclp开启阈值之和，即：V1+Vth；由于V1＝Vin-Vth，因此，钳位PMOS管Mclp被钳位在(Vin-Vth)+Vth，即Vin。当需要控制NMOS开关管Ms导通时，控制模块300控制钳位开关S2关断，以使钳位PMOS管Mclp断开，即钳位电路200断开，从而使钳位电路200停止对NMOS开关管Ms的栅极的钳位。

图6是本发明另一种实施例的NMOS开关管的开关电路，电荷泵100包括输出电容Ccp 120和电荷产生电路110，输出电容120跨接在电荷产生电路110的输出端和NMOS开关管Ms的源极，即输出电容120一端连接电荷产生电路110的输出端、另一端连接输入端Vin，电荷产生电路110用于调整输出电容120的电荷量，以使输出电容120在输入电压的基准上维持预定压差；将预定压差记为△V，输出电容120的目标电压Vt可以表示为：Vt＝Vin+△V；可以通过反馈的方式获取电荷产生电路110的输出端的电压，然后电荷产生电路110通过比较该目标电压与反馈得到的电压的大小，调整电荷产生电路110的输出端的电压维持在该目标电压上。本实施例中，电荷产生电路110的输出端在输入电压的基准上维持预定压差，由于NMOS开关管Ms的源极的电压为输入电压，因此该预定压差△V可以用来打开NMOS开关管Ms，从而能在保证打开NMOS开关管Ms的基础上，使电荷产生电路110输出的压差可以最小化；另外，即使输入电压Vin发生变化，只需要在输入电压的基准上维持预定压差即可，不会影响钳位或打开NMOS开关管Ms的效果。

图7是本发明另一种实施例的NMOS开关管的开关电路，该开关电路还包括开启度检测电路400，用于检测NMOS开关管Ms的栅极的电压；当需要控制NMOS开关管Ms导通时，开启度检测电路400开始检测NMOS开关管Ms的栅极的电压，若开启度检测电路400检测到NMOS开关管Ms的栅极的电压大于栅极电压阈值，则电荷泵100从以开启电流，转变为以维持电流向NMOS开关管Ms的栅极进行充电，以维持NMOS开关管Ms保持导通；其中，维持电流小于开启电流；该栅极电压阈值是可以使NMOS开关管Ms导通的电压，由于NMOS开关管Ms的源极的电压为输入电压，因此该栅极电压阈值是在该输入电压基础上加上一个偏移电压，例如该偏移电压可以是2倍的NMOS开关管Ms的开启阈值Vth。本实施例中，由于开启电流较大，因此，能够在较短的时间内完成对NMOS开关管Ms的栅极的充电，从而更快打开NMOS开关管Ms；而在打开NMOS开关管Ms后，以更小的维持电流维持NMOS开关管Ms的导通，则可以降低电路的功耗，也就是说，本实施例兼顾了NMOS开关管Ms的打开速度和功耗。本实施例中，开启度检测电路400检测到NMOS开关管Ms的栅极电压是否大于栅极电压阈值后，可以向控制模块300发送对应的信号，从而由控制模块300控制电荷泵100相应地输出开启电流还是维持电流。

图8是本发明另一种实施例的NMOS开关管的开关电路，其中，开启度检测电路400包括开启度检测单元和检测开关S3。当需要控制NMOS开关管Ms关断时，检测开关S3关断，以使开启度检测电路400关断并停止检测NMOS开关管Ms的栅极的电压。当需要控制NMOS开关管Ms导通时，检测开关S3导通，以使开启度检测电路400导通并开始检测NMOS开关管Ms的栅极的电压；若NMOS开关管Ms的栅极被充电至小于栅极电压阈值的电压，检测开关S3保持导通，以控制开启度检测电路400保持检测NMOS开关管Ms的栅极的电压；若NMOS开关管Ms的栅极被充电至大于栅极电压阈值的电压，开启度检测电路400还可以停止检测NMOS开关管Ms的栅极的电压；例如，控制模块300控制检测开关S3关断，从而使开启度检测电路400关断，进而使开启度检测电路400停止检测NMOS开关管Ms的栅极的电压。这样，在实现开启度检测的基础上，还可以降低开关电路的功耗。

图9是本发明另一种实施例的NMOS开关管的开关电路，该开关电路中，开启度检测电路400包括第一检测PMOS管Mp3、第二检测PMOS管Mp4和检测电阻Rs；第一检测PMOS管Mp3的源极连接NMOS开关管Ms的栅极，第一检测PMOS管Mp3的漏极分别与自身的栅极、以及第二检测PMOS管Mp4的源极连接，第二检测PMOS管Mp4的栅极连接NMOS开关管Ms的源极，漏极通过检测电阻Rs接地。本实施例中，第一检测PMOS管Mp3和第二检测PMOS管Mp4的开启阈值相同，均为Vth，且与NMOS开关管Ms的开启阈值相同，因而，栅极电压阈值可以表示为2*Vth。当NMOS开关管Ms的栅极的电压超过栅极电压阈值2*Vth时，第一检测PMOS管Mp3和第二检测PMOS管Mp4导通，电流经由NMOS开关管Ms的栅极、第一检测PMOS管Mp3和第二检测PMOS管Mp4流过检测电阻Rs，因此检测电阻Rs上的电压为高电平；因而，若检测到检测电阻Rs的电压为高电平，则可以判定NMOS开关管Ms的栅极的电压大于栅极电压阈值。当NMOS开关管Ms的栅极的电压小于栅极电压阈值2*Vth时，第一检测PMOS管Mp3和第二检测PMOS管Mp4断开，检测电阻Rs上没有电流流过，因此检测电阻Rs上的电压为低电平；因而，若检测到检测电阻Rs的电压为低电平，则可以判定NMOS开关管Ms的栅极的电压小于栅极电压阈值。

在图9的开关管的替代实施例中，第一检测PMOS管Mp3可以用检测二极管替代，在该替代实施例中，检测二极管的阳极连接NMOS开关管Ms的栅极、阴极连接第二检测PMOS管Mp4的源极。此外，该替代实施例中的栅极电压阈值为Vth+Vd，其中，Vd为检测二极管的导通阈值。

图10是图9的开关电路的基础上的更具体的实施例，该实施例的开关电路中，开启度检测电路400还包括检测开关S3，检测开关S3与检测电阻Rs串联后，连接在第二检测PMOS管Mp4的漏极与地之间，例如，第二检测PMOS管Mp4的漏极依次通过检测开关S3和检测电阻Rs接地；控制模块300通过控制检测开关S3的导通和断开，控制该开启度检测电路400的导通和断开。例如，当NMOS开关管Ms需要导通时，控制模块300控制检测开关S3导通，从而使开启度检测电路400开始检测NMOS开关管Ms的栅极电压。若开启度检测电路400检测到NMOS开关管Ms的栅极被充电至大于栅极电压阈值的电压，控制模块300控制检测开关S3断开，从而使开启度检测电路400停止检测NMOS开关管Ms的栅极的电压，以节省功耗。

图11是本发明另一种实施例的NMOS开关管的开关电路，该开关电路还包括电流源500，该电流源500属于镜像电流源，电荷泵100用于向电流源500提供所需电流；电流源500包括用于提供第一参考电流的第一参考支路510、用于提供第二参考电流的第二参考支路520、以及输出支路530；其中，第一参考电流小于第二参考电流。当需要控制NMOS开关管Ms关断时，输出支路530复制第一参考电流作为维持电流，以向钳位电路200提供进行钳位所需的电流，或者说钳位所需的NMOS开关管Ms的栅极电压。当需要控制NMOS开关管Ms导通时，若NMOS开关管Ms的栅极的电压小于栅极电压阈值(例如开启度检测电路400检测到该栅极的电压小于栅极电压阈值)，输出支路530复制第一参考电流和第二参考电流之和作为开启电流，从而可以更快的速度将NMOS开关管Ms的栅极充电到大于栅极电压阈值的电压，进而使NMOS开关管Ms快速导通。若NMOS开关管Ms的栅极被充电至大于栅极电压阈值的电压(例如开启度检测电路400检测到该栅极的电压大于栅极电压阈值)，输出支路530只复制第一参考电流作为维持电流，以维持NMOS开关管Ms导通，这样能够节省功耗。本实施例中，通过第一参考支路510和第二参考支路520输出第一参考电流和第二参考电流，以供输出支路530复制输出维持电流和开启电流，从而可以精确控制电荷泵100向NMOS开关管Ms的栅极充电电流，进而精确控制NMOS开关的导通或维持导通、以及断开。

图12是本发明另一种实施例的NMOS开关管的开关电路，该开关电路还包括电流源500，该电流源500属于镜像电流源；控制模块300包括RS触发器310，电荷泵100用于向电流源500提供所需电流。电流源500包括用于提供第一参考电流的第一参考支路510、用于提供第二参考电流的第二参考支路520、用于控制第二参考支路520导通和关断的参考电流开关S1、以及输出支路530；其中，第一参考电流小于第二参考电流；RS触发器310的复位端和置位端用于分别输入检测电阻Rs的电压和RS触发器310的控制信号on_slot，输出端用于控制参考电流开关S1和检测开关S3，其中，RS触发器310的控制信号是NMOS开关管Ms的开关信号的上升沿提取信号，即当NMOS开关管Ms的开关信号为上升沿时，上升沿提取信号为设定宽度的高电平，在NMOS开关管Ms的开关信号的其他状态，例如平稳的电平或下降沿时，上升沿提取信号均为低电平。当需要控制NMOS开关管Ms关断时，NMOS开关管Ms的开关信号为关断信号，RS触发器310的输出端输出触发关断信号，控制参考电流开关S1和检测开关S3关断，以使输出支路530复制第一参考电流作为维持电流，以使NMOS开关管Ms的栅极的电压足以使钳位单元210导通，以及使开启度检测电路400停止检测NMOS开关管Ms的栅极的电压。当需要控制NMOS开关管Ms导通时，NMOS开关管Ms的开关信号为导通信号，该导通信号的上升沿作为RS触发器310的控制信号，该控制信号促使RS触发器310的输出端输出触发导通信号，从而控制参考电流开关S1和检测开关S3导通，以使输出支路530复制第一参考电流和第二参考电流之和作为开启电流，以快速向NMOS开关管Ms的栅极充电，以及使开启度检测电路400开始检测NMOS开关管Ms的栅极的电压；这样，电荷泵100开始以开启电流向NMOS开关管Ms的栅极充电，该栅极的电压将逐渐升高。当NMOS开关管Ms的栅极小于栅极电压阈值时，第一检测PMOS管Mp3和第二检测PMOS管Mp4未导通，检测电阻Rs上没有电流通过，因此检测电阻Rs的电压为低电平，促使RS触发器310的输出端依然维持输出触发导通信号，因此参考电流开关S1和检测开关S3继续保持导通。当NMOS开关管Ms的栅极大于栅极电压阈值时，第一检测PMOS管Mp3和第二检测PMOS管Mp4导通，检测电阻Rs上有电流通过，因此检测电阻Rs的电压为高电平，促使RS触发器310的输出端输出触发关断信号，控制参考电流开关S1和检测开关S3关断，以使输出支路530复制第一参考电流作为维持电流，以维持NMOS开关管Ms导通，以及使开启度检测电路400停止检测NMOS开关管Ms的栅极的电压。

图13是本发明另一种实施例的NMOS开关管的开关电路，该开关电路中，该电流源500包括第一PMOS管Mp1、第一参考支路510、第二参考支路520和输出支路530；其中，第一参考支路510包括参考恒流源Ib，第二参考支路520包括参考电阻Rq和参考电流开关S1，参考电阻Rq与参考电流开关S1串联后，再与参考恒流源Ib并联；输出支路530包括第二PMOS管Mp2；第一PMOS管Mp1的源极连接电荷产生电路110的输出端VCP、栅极连接自身的漏极以及第二PMOS管Mp2的栅极、漏极通过参考恒流源Ib接地；第二PMOS管Mp2的源极连接电荷产生电路110的输出端VCP、漏极连接NMOS开关管Ms的栅极。当控制电流源500输出启动电流时，RS触发器310控制参考电流开关S1导通，第二参考支路520输出第二参考电流，从而第一PMOS管Mp1流过第一参考电流与第二参考电流之和，因此，第二PMOS管Mp2复制(或者称为镜像)该第一参考电流与第二参考电流之和，并对NMOS开关管Ms进行充电。当控制电流源500输出维持电流时，RS触发器310控制参考电流开关S1断开，第二参考支路520停止输出第二参考电流，从而第一PMOS管Mp1仅仅流过第一参考电流，因此，第二PMOS管Mp2复制(或者称为镜像)该第一参考电流，并对NMOS开关管Ms进行充电。

在图13的开关电路中，RS触发器310包括第一或非门311和第二或非门312；第一或非门311的第一输入端311a输入检测电阻Rs的电压，第二输入端311b连接第二或非门312的输出端312c，输出端311c作为RS触发器310的输出端、且连接第二或非门312的第一输入端312a；第二或非门312的第二输入端312b输入RS触发器310的控制信号on_slot。图14是图13实施例的开关电路在某个情况下的波形图。如图14所示，on、on_b、fullon、on_slot和on_fast分别表示NMOS开关管Ms的开关信号、钳位开关S2的控制信号、检测电阻Rs的电压、RS触发器310的控制信号、RS触发器310的输出信号；其中，RS触发器310的控制信号on_slot是NMOS开关管Ms的开关信号的上升沿提取信号；钳位开关S2的控制信号on_b是NMOS开关管Ms的开关信号的反相。当需要控制NMOS开关管Ms断开时，on信号为低电平，on_b、fullon、on_slot和on_fast分别为高、低、低和低电平，因此，钳位开关S2导通，钳位电路200对NMOS开关管Ms进行钳位；参考电流开关S1和检测开关S3断开，输出支路530仅仅复制第一参考电流向NMOS开关管Ms的栅极充电，以维持钳位电路200导通所需要的NMOS开关管Ms的栅极的电压。当需要控制NMOS开关管Ms导通时，on信号由低电平变为高电平，上升沿提取信号on_b为设定宽度的高电平脉冲，该上升沿提取信号on_b促使RS触发器310的输出端输出触发导通信号，即on_fast变为高电平，参考电流开关S1和检测开关S3被导通，输出支路530复制第一参考电流和第二参考电流之和作为开启电流，向NMOS开关管Ms的栅极进行充电；在NMOS开关管Ms的栅极电压到达栅极阈值电压前，检测电阻Rs的电压fullon均为低电平，因此，on_fast维持高电平，即参考电流开关S1和检测开关S3被维持导通。当NMOS开关管Ms的栅极电压大于栅极阈值电压后，由于有电流流过检测电阻Rs，其电压fullon变为高电平，促使RS触发器310的输出端输出触发关断信号，即on_fast变为低电平，参考电流开关S1和检测开关S3被断开，输出支路530仅仅复制第一参考电流作为维持电流，向NMOS开关管Ms的栅极进行充电。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (14)

1.一种NMOS开关管的开关电路，包括电荷泵和NMOS开关管，其特征在于，

还包括钳位电路和控制模块，所述钳位电路包括钳位开关；

所述NMOS开关管的源极连接输入端用于输入输入电压、漏极连接输出端用于输出输出电压；所述钳位电路一端连接所述NMOS开关管的栅极、另一端连接所述输入端；

当需要控制所述NMOS开关管关断时，所述控制模块控制所述钳位开关导通，且所述电荷泵以维持电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以使所述钳位电路导通，所述钳位电路以所述输入电压为基准，将所述NMOS开关管的栅极钳位在使所述NMOS开关管处于关断状态的电压；

当需要控制所述NMOS开关管导通时，所述控制模块控制所述钳位开关关断，以使所述钳位电路关断，所述钳位电路停止对所述NMOS开关管的栅极的钳位，所述电荷泵以开启电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以控制所述NMOS开关管导通，从而输出所述输出电压；

其中，所述维持电流小于所述开启电流。

2.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，

钳位时，所述钳位电路将所述NMOS开关管的栅极钳位在大小等于所述输入电压的电压。

3.根据权利要求2所述的开关电路，其特征在于，

所述钳位电路包括钳位PMOS管，所述钳位PMOS管的源极连接所述NMOS开关管的栅极，所述钳位PMOS管的栅极通过电压源连接所述NMOS开关管的源极；

其中，所述电压源用于以所述输入电压为基准，向所述钳位PMOS管的栅极提供大小等于所述输入电压与所述钳位PMOS管的开启阈值之差的电压。

4.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，

所述电荷泵包括输出电容和电荷产生电路，所述输出电容跨接在所述电荷产生电路的输出端和所述NMOS开关管的源极，所述电荷产生电路用于调整所述输出电容的电荷量，以使所述输出电容在所述输入电压的基准上维持预定压差。

5.根据权利要求1所述的开关电路，其特征在于，

还包括开启度检测电路，用于检测所述NMOS开关管的栅极的电压；

当需要控制所述NMOS开关管导通时，若所述开启度检测电路检测到所述NMOS开关管的栅极的电压大于栅极电压阈值，所述电荷泵从以所述开启电流，转变为以维持电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以维持所述NMOS开关管保持导通。

6.根据权利要求5所述的开关电路，其特征在于，

所述开启度检测电路包括检测开关；

当需要控制所述NMOS开关管关断时，所述检测开关关断，以使所述开启度检测电路关断并停止检测所述NMOS开关管的栅极的电压；

当需要控制所述NMOS开关管导通时，所述检测开关导通，以使所述开启度检测电路导通并开始检测所述NMOS开关管的栅极的电压，若所述NMOS开关管的栅极被充电至小于所述栅极电压阈值的电压，所述检测开关保持导通，以控制所述开启度检测电路保持检测所述NMOS开关管的栅极的电压，若所述NMOS开关管的栅极被充电至大于所述栅极电压阈值的电压，所述检测开关关断，以控制所述开启度检测电路停止检测所述NMOS开关管的栅极的电压。

7.根据权利要求6所述的开关电路，其特征在于，

若所述NMOS开关管的栅极被充电至大于所述栅极电压阈值的电压，所述开启度检测电路停止检测所述NMOS开关管的栅极的电压。

8.根据权利要求7所述的开关电路，其特征在于，

所述开启度检测电路还包括第一检测PMOS管、第二检测PMOS管和检测电阻；

所述第一检测PMOS管的源极连接所述NMOS开关管的栅极，所述第一检测PMOS管的漏极分别与自身的栅极、以及所述第二检测PMOS管的源极连接，所述第二检测PMOS管的栅极连接所述NMOS开关管的源极，漏极通过所述检测电阻接地；

若所述检测电阻的电压为高电平，则判定所述NMOS开关管的栅极的电压大于所述栅极电压阈值，若所述检测电阻的电压为低电平，则判定所述NMOS开关管的栅极的电压小于所述栅极电压阈值。

9.根据权利要求5所述的开关电路，其特征在于，

还包括电流源，所述电荷泵用于向所述电流源提供所需电流；

所述电流源包括用于提供第一参考电流的第一参考支路、用于提供第二参考电流的第二参考支路、以及输出支路，其中，所述第一参考电流小于第二参考电流；

当需要控制所述NMOS开关管关断时，所述输出支路复制所述第一参考电流作为所述维持电流，以向所述钳位电路提供进行钳位所需的电流；

当需要控制所述NMOS开关管导通时，若所述NMOS开关管的栅极的电压小于所述栅极电压阈值，所述输出支路复制所述第一参考电流和第二参考电流之和作为所述开启电流，若所述NMOS开关管的栅极被充电至大于所述栅极电压阈值的电压，所述输出支路复制所述第一参考电流作为所述维持电流，以维持所述NMOS开关管导通。

10.根据权利要求8所述的开关电路，其特征在于，

还包括电流源，所述控制模块包括RS触发器，所述电荷泵用于向所述电流源提供所需电流；

所述电流源包括用于提供第一参考电流的第一参考支路、用于提供第二参考电流的第二参考支路、用于控制所述第二参考支路导通和关断的参考电流开关、以及输出支路；其中，所述第一参考电流小于第二参考电流；

所述RS触发器的复位端和置位端用于分别输入所述检测电阻的电压和所述RS触发器的控制信号，输出端用于控制所述参考电流开关和检测开关；其中，所述RS触发器的控制信号为所述NMOS开关管的开关信号的上升沿提取信号；

当需要控制所述NMOS开关管关断时，所述NMOS开关管的开关信号为关断信号，所述RS触发器的输出端输出触发关断信号，控制所述参考电流开关和检测开关关断，以使所述输出支路复制所述第一参考电流作为所述维持电流，以及使所述开启度检测电路停止检测所述NMOS开关管的栅极的电压；

当需要控制所述NMOS开关管导通时，所述NMOS开关管的开关信号为导通信号，所述RS触发器的输出端输出触发导通信号，控制所述参考电流开关和检测开关导通，以使所述输出支路复制所述第一参考电流和第二参考电流之和作为所述开启电流，以及使所述开启度检测电路开始检测所述NMOS开关管的栅极的电压，若所述检测电阻的电压为高电平，所述RS触发器的输出端输出触发关断信号，控制所述参考电流开关和检测开关关断，以使所述输出支路复制所述第一参考电流作为所述维持电流，以及使所述开启度检测电路停止检测所述NMOS开关管的栅极的电压。

11.根据权利要求9或10所述的开关电路，其特征在于，

所述第一参考支路包括参考恒流源，所述第二参考支路包括参考电阻，所述参考电阻和参考恒流源并联。

12.根据权利要求10所述的开关电路，其特征在于，

所述RS触发器包括第一或非门和第二或非门；

所述第一或非门的第一输入端输入所述检测电阻的电压，第二输入端连接所述第二或非门的输出端，输出端作为所述RS触发器的输出端、且连接所述第二或非门的第一输入端；

所述第二或非门的第二输入端输入所述RS触发器的控制信号；

当需要控制所述NMOS开关管导通时，根据所述NMOS开关管的开关信号的上升沿产生所述RS触发器的控制信号，以使所述RS触发器的输出端输出触发导通信号。

13.一种NMOS开关管的开关电路的控制方法，所述开关电路包括电荷泵和NMOS开关管，其特征在于，所述开关电路还包括钳位电路和控制模块，所述钳位电路包括钳位开关；所述NMOS开关管的源极连接输入端用于输入输入电压、漏极连接输出端用于输出输出电压；

所述控制方法包括如下步骤：

当需要控制所述NMOS开关管关断时，所述控制模块控制所述钳位开关导通，且所述电荷泵以维持电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以使所述钳位电路导通，所述钳位电路以所述输入电压为基准，将所述NMOS开关管的栅极钳位在使所述NMOS开关管处于关断状态的电压；

当需要控制所述NMOS开关管导通时，所述控制模块控制所述钳位开关关断，以使所述钳位电路关断，所述钳位电路停止对所述NMOS开关管的栅极的钳位，所述电荷泵以开启电流向所述NMOS开关管的栅极进行充电，以控制所述NMOS开关管导通，从而输出所述输出电压；

其中，所述维持电流小于所述开启电流。

14.一种芯片，其特征在于，包括如权利要求1至12任一所述的NMOS开关管的开关电路。