CN117155079B - 应用于功率开关的驱动电路及电源管理芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路技术领域，提供一种应用于功率开关的驱动电路及电源管理芯片，该驱动电路的第一电流镜电路将第一电流源进行镜像处理，并产生第一镜像电流；第二电流镜电路将第一镜像电流进行镜像处理，并产生第二镜像电流，其中，第二电流镜电路中提供第二镜像电流的调整管的控制端引出作为第二电流镜电路的控制端；第三电流镜单元的第一端通过稳压管耦接第二电流镜电路的第二端，第二端耦接第二电流镜电路的控制端，其中，稳压管的阴极和第二电流镜电路的第二端的公共节点耦接至功率开关的控制端。该驱动电路能够提供足够的驱动电流和电压驱动功率开关的控制端，提高功率开关的开关性能，确保快速而可靠地开关操作。

Description

应用于功率开关的驱动电路及电源管理芯片

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体地，涉及一种应用于功率开关的驱动电路及电源管理芯片。

背景技术

在家庭电器、工业设备、电力系统和通信网络等领域，开关电源得到了广泛应用。在开关电源设计中，功率开关的驱动能力直接影响开关电源的效率。特别是在很多高功率和高速的应用场景中，通常需要使用专门的驱动电路来驱动功率开关。

在相关技术中，若是驱动电路的驱动能力不足，不能提供的足够的驱动电流和电压驱动功率开关的控制端，则会影响功率开关的开关性能，不能确保快速而可靠地开关操作。常用的驱动电路一般是由多级反向器串联构成的，其供电电压固定，常通过增加反相器数量以增大驱动电流进而增强驱动能力。又或者通过提高供电电压进而增强驱动能力，而提高供电电压通常需要额外搭建线性调节器电路。在一些异步应用场景中，选择不同型号的功率开关，对驱动电路的需求也不同，这对驱动电路的设计都提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于功率开关的驱动电路及电源管理芯片，以解决相关技术中的问题。

为了实现上述目的，根据本发明实施例的第一方面，提供一种应用于功率开关的驱动电路，所述驱动电路包括：第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一开关的第一端耦接第一电流源，所述第一开关的控制端接收开关控制信号，其中，所述开关控制信号用于控制所述功率开关的导通时间和关断时间；第一电流镜电路，具有第一端和第二端，所述第一电流镜电路的第一端耦接所述第一开关的第二端，所述第一电流镜电路将所述第一电流源进行镜像处理，并在所述第一电流镜电路的第二端产生第一镜像电流；第二电流镜电路，具有第一端、第二端、供电端和控制端，所述第二电流镜电路的第一端耦接所述第一电流镜电路的第二端，所述第二电流镜电路的供电端接收电源电压信号，所述第二电流镜电路将所述第一镜像电流进行镜像处理，并在所述第二电流镜电路的第二端产生第二镜像电流，其中，所述第二电流镜电路中提供所述第二镜像电流的调整管的控制端引出作为所述第二电流镜电路的控制端；以及第三电流镜单元，具有第一端和第二端，所述第三电流镜单元的第一端通过稳压管耦接所述第二电流镜电路的第二端，所述第三电流镜单元的第二端耦接所述第二电流镜电路的控制端，其中，所述稳压管的阴极和所述第二电流镜电路的第二端的公共节点耦接至所述功率开关的控制端。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种电源管理芯片，所述电源管理芯片包括：功率开关；控制电路，用于产生开关控制信号，所述开关控制信号用于控制所述功率开关的导通时间和关断时间；以及如上述第一方面所述的应用于功率开关的驱动电路，用于驱动所述功率开关导通和关断。

通过上述技术方案，通过第一开关接收的开关控制信号控制功率开关的导通时间和关断时间，将第一电流源依次通过第一电流镜电路和第二电流镜电路进行镜像处理，得到第二镜像电流，且第三电流镜单元的第二端通过耦接第二电流镜电路的控制端对第二镜像电流的控制，以保证供给功率开关的控制端的电流，通过稳压管的钳位电压和第三电流镜单元的压降保证供给功率开关的控制端的电压，以此，提供足够的驱动电流和电压驱动功率开关的控制端，提高功率开关的开关性能，确保快速而可靠地开关操作。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种应用于功率开关的驱动电路示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的另一种应用于功率开关的驱动电路示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种脉冲信号生成电路的示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种电源管理芯片的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在下文的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。

在家庭电器、工业设备、电力系统和通信网络等领域，开关电源得到了广泛应用。在开关电源设计中，功率开关的驱动能力直接影响开关电源的效率。特别是在很多高功率和高速的应用场景中，通常需要使用专门的驱动电路来驱动功率开关。

在相关技术中，若是驱动电路的驱动能力不足，不能提供足够的驱动电流和电压驱动功率开关的控制端，则会影响功率开关的开关性能，不能确保快速而可靠地开关操作。因此，有必要提供一种能够给到驱动电路足够驱动能力，即提供足够的驱动电流和电压来驱动功率开关的控制端，提高功率开关的开关性能的解决方案。

为了解决上述技术问题，发明人设计出一种应用于功率开关的驱动电路，通过第一开关M21接收的开关控制信号控制功率开关50的导通时间和关断时间，将第一电流源I0依次通过第一电流镜电路10和第二电流镜电路20进行镜像处理，得到第二镜像电流I2，且第三电流镜单元30的第二端通过耦接第二电流镜电路20的控制端对第二镜像电流I2的控制，以保证供给功率开关50的控制端的电流，通过稳压管Z1的钳位电压和第三电流镜单元30的压降保证供给功率开关50的控制端的电压，以此，提供足够的驱动电流和电压驱动功率开关50的控制端，提高功率开关50的开关性能，确保快速而可靠地开关操作。

请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种应用于功率开关的驱动电路示意图，驱动电路可以包括第一开关M21、第一电流镜电路10、第二电流镜电路20、第三电流镜单元30和稳压管Z1，而驱动电路中的其他电路可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。

功率开关50可以是，但不限于金属半导体场效应管（Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor，MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT）、双极性结型晶体管（bipolar junction transistor，BJT）等。

第一开关M21，具有第一端、第二端和控制端，第一开关M21的第一端耦接第一电流源I0，第一开关M21的控制端接收开关控制信号，其中，开关控制信号用于控制功率开关50的导通时间和关断时间。

在图1所示实施例中，第一开关M21被示意为N型MOSFET管。具体地，第一开关M21具有漏极、源极和栅极，第一开关M21的漏极耦接第一电流源I0，第一开关M21的源极耦接第一电流镜电路10，第一开关M21的栅极接收开关控制信号。在其他实施例中，第一开关M21还可以包括其他合适的半导体开关器件类型，如结型场效应晶体管（Junction Field EffectTransistor，JFET）、IGBT以及扩散金属氧化物半导体（Diffused Metal-Oxide Semi-conductor，DMOS）等等。

第一电流源I0可以是集成电路内部产生的基准电流源，由驱动电路内部的供电电压VCC供电产生。

具体实现时，该开关控制信号在图1中表示为CTL，且该开关控制信号可以是由电源管理芯片的控制电路产生的控制信号，以根据逻辑需求来控制第一开关M21的导通时间和关断时间。示例地，在开关控制信号保持在高电平时，第一开关M21的导通时间为该高电平的持续时间，开关控制信号保持在低电平时，第一开关M21的关断时间为该低电平的持续时间。应当理解的是，在第一开关M21导通的情况下，功率开关50才可能导通，在第一开关M21关断的情况下，功率开关50关断。

在第一开关M21导通的情况下，第一电流源I0经第一开关M21流向第一电流镜电路10。

第一电流镜电路10，具有第一端和第二端，第一电流镜电路10的第一端耦接第一开关M21的第二端，接收第一电流源I0，第一电流镜电路10将第一电流源I0进行镜像处理，并在第一电流镜电路10的第二端产生第一镜像电流I1。

具体地，可以通过设置第一电流镜电路10内部电流镜元件的宽长比比例，调节第一电流源I0和第一镜像电流I1的比例关系。

具体实现时，第一电流镜电路10可以包括第一调整管M11和第二调整管M12，第一调整管M11和第二调整管M12分别都具有第一端、第二端和控制端，第一调整管M11的控制端与第二调整管M12的控制端耦接，且第一调整管M11的控制端与第二调整管M12的控制端和第一调整管M11的第一端耦接，第一调整管M11的第二端和第二调整管M12的第二端均连接参考地，第一调整管M11的第一端作为第一电流镜电路10的第一端耦接第一开关M21的第二端，第二调整管M12的第一端作为第一电流镜电路10的第二端耦接第二电流镜电路20。

第二电流镜电路20，具有第一端、第二端、供电端和控制端，第二电流镜电路20的第一端耦接第一电流镜电路10的第二端，第二电流镜电路的供电端接收电源电压信号Vsupply，第二电流镜电路20将第一镜像电流I1进行镜像处理，并在第二电流镜电路20的第二端产生第二镜像电流I2，其中，第二电流镜电路20中提供第二镜像电流I2的调整管的控制端引出作为第二电流镜电路20的控制端。

在一个实施例中，电源电压信号Vsupply为包括功率开关50的开关变换器（例如图4所示的开关变换器）的输入电压信号VIN或者偏置电压信号VBIAS。选择输入电压信号VIN或者偏置电压信号VBIAS需要根据偏置电压信号VBIAS的值判断。在一个实施例中，偏置电压信号VBIAS即为开关变换器的输出电压信号VOUT。当输出电压信号VOUT小于驱动电路内部的供电电压VCC时，电源电压信号Vsupply为输入电压信号VIN；当输出电压信号VOUT大于供电电压VCC且小于输入电压信号VIN，可以将第二电流镜电路的供电端接收的信号从输入电压信号VIN切换为偏置电压信号VBIAS（即输出电压信号VOUT），以降低驱动电路的功耗。也即是说，只有输出电压信号VOUT位于一个预设电压范围时，偏置电压信号VBIAS才等于输出电压信号VOUT，该预设电压范围的下限值大于驱动电路的供电电压VCC，该预设电压范围的上限值小于输入电压信号VIN。

电源电压信号Vsupply在输入电压信号VIN和偏置电压信号VBIAS之间切换可进一步降低驱动电路的功耗。此外，由于输入电压信号VIN和偏置电压信号VBIAS的值相差较大，例如，一般地，供电电压VCC为5V，输入电压信号为65V，偏置电压信号VBIAS为10V时，为了进一步降低功耗，可选择再设计一套与第二电流镜电路20结构相同的第四电流镜电路。第二电流镜电路20的供电端接收输入电压信号VIN，第四电流镜电路的供电端接收偏置电压信号VBIAS，驱动电路根据偏置电压信号VBIAS的值选择第二电流镜电路和第四电流镜电路之一工作。第四电流镜电路中调整管的连接方式和第二电流镜电路20中的示意完全相同，只是第四电流镜电路中的调整管可以工作在更低的电压域中，有利于进一步降低整体功耗。在图1所示实施例中，可以通过设置第二电流镜电路20内部电流镜元件的宽长比比例，调节第一镜像电流I1和第二镜像电流I2的比例关系。

第二电流镜电路20中可以包括至少两个电流镜单元，至少两个电流镜单元串联实现对第一镜像电流I1的镜像处理，以得到第二镜像电流I2，其中，还可以通过电流镜单元中的调整管的控制端作为第二电流镜电路20的控制端来调整第二镜像电流I2。

第三电流镜单元30，具有第一端和第二端，第三电流镜单元30的第一端通过稳压管Z1耦接第二电流镜电路20的第二端，第三电流镜单元30的第二端耦接第二电流镜电路20的控制端，其中，稳压管Z1的阴极和第二电流镜电路20的第二端的公共节点耦接至功率开关50的控制端。

第三电流镜单元30的第一端连接稳压管Z1的阳极，稳压管Z1的阴极和第二电流镜电路20的第二端的公共节点耦接至功率开关50的控制端，第三电流镜单元30将流经稳压管Z1的电流Iz进行镜像处理，并在第三电流镜单元30的第二端产生第三镜像电流I3，且第三电流镜单元30的第二端耦接第二电流镜电路20的控制端，以调整第二镜像电流I2。

具体地，可以通过设置第三电流镜单元30内部电流镜元件的宽长比比例，调节稳压管Z1的电流Iz和第三镜像电流I3的比例关系。

通过第一开关M21接收的开关控制信号控制功率开关50的导通时间和关断时间，将第一电流源I0依次通过第一电流镜电路10和第二电流镜电路20进行镜像处理，得到第二镜像电流I2，且第三电流镜单元30的第二端通过耦接第二电流镜电路20的控制端对第二镜像电流I2的控制，以保证供给功率开关50的控制端的电流，通过稳压管Z1的钳位电压和第三电流镜单元30的压降保证供给功率开关50的控制端的电压，以此，提供足够的驱动电流和电压驱动功率开关50的控制端，提高功率开关50的开关性能，确保快速而可靠地开关操作。

在一种可能的实施方式中，构成第二电流镜电路20的两个电流镜单元分别为第一电流镜单元21和第二电流镜单元22，第一电流镜单元21具有第一端和第二端，第二电流镜单元22具有第一端、第二端、第三端、第四端和控制端。

第一电流镜单元21的第一端作为第二电流镜电路20的第一端耦接第一电流镜电路10的第二端，第一电流镜单元21的第二端耦接第二电流镜单元22的第一端，第一电流镜单元21将第一镜像电流I1进行镜像处理，并在第一电流镜单元21的第二端产生第四镜像电流I4传输给第二电流镜单元22。

具体地，可以通过设置第一电流镜单元21内部电流镜元件的宽长比比例，调节第一镜像电流I1和第四镜像电流I4的比例关系。

第二电流镜单元22的第二端耦接供电电压VCC，第二电流镜单元22的第三端与第二电流镜单元22的第四端耦接作为第二电流镜电路20的第二端，且第二电流镜单元22的第三端与第二电流镜单元22的第四端和稳压管Z1的阴极耦接，第二电流镜单元22的第三端与第二电流镜单元22的第四端和功率开关50的控制端耦接，第二电流镜单元22的控制端作为第二电流镜电路20的控制端耦接至第三电流镜单元30。第二电流镜单元22将第四镜像电流I4进行镜像处理，并在第二电流镜单元22的第二端产生第五镜像电流I5。第二电流镜单元22的第三端和第二电流镜单元22的第四端的电流汇流成第二镜像电流I2。第二镜像电流I2即为第四镜像电流I4与第五镜像电流I5之和。

具体地，可以通过设置第二电流镜单元22内部电流镜元件的宽长比比例，调节第四镜像电流I4和第五镜像电流I5的比例关系。

其中第一电流镜单元21包括第四调整管M14和第五调整管M15，第二电流镜单元22包括第六调整管M16和第七调整管M17。第四调整管M14、第五调整管M15、第六调整管M16和第七调整管M17分别都具有第一端、第二端和控制端。

第四调整管M14的第一端和第五调整管M15的第一端均耦接供电电压VCC，第四调整管M14的控制端与第五调整管M15的控制端耦接，且第四调整管M14的控制端与第五调整管M15的控制端和第四调整管M14的第二端耦接，第四调整管M14的第二端作为第一电流镜单元21的第一端和第一电流镜电路10耦接，第五调整管M15的第二端作为第一电流镜单元21的第二端耦接至第六调整管M16的第一端。

第六调整管M16的第一端作为第二电流镜单元22的第一端耦接第一电流镜单元21的第二端，第六调整管M16的控制端与第七调整管M17的控制端耦接作为第二电流镜单元22的控制端，且第六调整管M16的控制端与第七调整管M17的控制端和第六调整管M16的第一端耦接，第六调整管M16的控制端与第七调整管M17的控制端和第三电流镜单元30耦接，第七调整管M17的第一端作为第二电流镜单元22的第二端耦接供电电压VCC，作为第二电流镜单元22的第三端的第六调整管M16的第二端与作为第二电流镜单元22的第四端的第七调整管M17的第二端耦接，第六调整管M16的第二端与第七调整管M17的第二端和稳压管Z1的阴极耦接，第六调整管M16的第二端、第七调整管M17的第二端和稳压管Z1的阴极的公共节点耦接至功率开关50的控制端。

在一种可能的实施方式中，第三电流镜单元30包括：第八调整管M18和第九调整管M19，第八调整管M18和第九调整管M19分别都具有第一端、第二端和控制端。

第八调整管M18的第一端作为第三电流镜单元30的第一端连接稳压管Z1的阳极，第八调整管M18的控制端与第九调整管M19的控制端耦接，且第八调整管M18的控制端与第九调整管M19的控制端和第八调整管M18的第一端耦接，第九调整管M19的第一端作为第三电流镜单元30的第二端耦接至第二电流镜电路20的控制端，第八调整管M18的第二端和第九调整管M19的第二端连接参考地。

第二镜像电流I2送至功率开关50 的控制端，用于给功率开关50的栅源电容充电，进而产生驱动电压Vdrv。当驱动电压Vdrv上升到稳压管Z1的反向击穿阈值时，稳压管Z1被反向击穿并流过电流Iz。第三电流镜单元30将流过稳压管Z1的电流Iz镜像，并输出第三镜像电流I3用于调节第六调整管M16和第七调整管M17控制端上的电压。由于改变调整管的控制端的电压，可改变流过调整管第一端和第二端之间的电流，因此，通过改变第二电流镜单元22中调整管的控制端的电压进而改变第七调整管M17流过的电流，最终经过反馈调节将驱动电压Vdrv稳定在第八调整管M18的栅极和源极的压差（例如，1v）与稳压管Z1的钳位电压（例如，5.8v）之和。功率开关50的驱动电流为第二镜像电流I2经稳压管Z1的电流Iz分流得到，因此也可实现对提供至功率开关50的控制端的驱动电流的控制。图1所示实施例中的驱动电路可通过电流源、电流镜以及稳压管实现对功率开关的驱动，可灵活调节功率开关50的控制端上的驱动电流，不再依赖于线性调节器的设计或改变反相器数量实现对驱动电路的驱动能力调节。

考虑到在驱动功率开关50开通时，不同型号的开关其所需的栅极电荷Qg值也不尽相同。在功率开关50所需要的栅极电荷较小的情况下，由于驱动电流大小恒定，短时间内驱动电压快速升高，电压容易过冲，损坏管子；在功率开关50的所需要的栅极电荷较大的情况下，虽然不会出现电压过冲，但是由于驱动电流大小恒定，需要较长的时间才能完成充电，充电速度慢，此外在驱动电压上升到稳压值后，恒定的驱动电流也不利于降低整个驱动电路的功耗。

为了更好的适应不同型号功率开关的驱动需求，本发明进一步公开了第二实施例。请参阅图2，图2是根据一示例性实施例示出的另一种应用于功率开关的驱动电路示意图。如图2所示，图2所示实施例中的驱动电路相比图1所示实施例中的驱动电路还进一步包括：第一镜像电流控制电路40。

第一镜像电流控制电路40接收开关控制信号和反馈电压信号，并根据开关控制信号和反馈电压信号产生第一镜像电流控制信号，其中，反馈电压信号代表功率开关50控制端上的电压，当反馈电压信号超过预设电压阈值时，第一镜像电流控制信号用于调节第一镜像电流I1从第一值降低到第二值。

第一镜像电流控制电路40耦接在功率开关50的控制端，用于采样代表功率开关50控制端上的电压（即驱动电压Vdrv），并根据功率开关50的控制端的电压得到反馈电压信号FB，第一镜像电流控制电路40还耦接控制电路，控制电路将其产生的开关控制信号CTL传输至第一镜像电流控制电路40，第一镜像电流控制电路40根据开关控制信号CTL和反馈电压信号FB产生用于控制第一镜像电流I1大小的第一镜像电流控制信号PLS。当反馈电压信号FB超过预设电压阈值时，第一镜像电流控制信号PLS用于将第一镜像电流I1调小，将其由原来的第一值降低到第二值。

在一种可能的实施方式中，第一镜像电流控制电路40进一步包括反馈电路41、比较电路42和脉冲信号生成电路43。

反馈电路41，接收功率开关50控制端上的电压，并产生代表功率开关50控制端上的电压的反馈电压信号FB。

反馈电路41采样功率开关50控制端上的电压，并根据功率开关50控制端上的电压产生反馈电压信号FB，反馈电压信号FB可以代表驱动电压Vdrv。在一个实施例中，反馈电路41包括由电阻器构成的分压器，示例地，反馈电路41包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的第一端耦接功率开关50的控制端，第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端连接参考地，在第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第一端连接处生成反馈电压信号FB。

比较电路42接收反馈电压信号FB，并将反馈电压信号FB和预设电压阈值比较产生脉宽调节信号PL。

在一个实施例中，脉宽调节信号PL包括一个高低逻辑电平信号。当反馈电压信号FB大于预设电压阈值时，脉宽调节信号PL为高电平信号，当反馈电压信号FB小于或等于预设电压阈值时，脉宽调节信号PL为低电平信号。

示例地，比较电路42包括第三开关M23和第四开关M24，第三开关M23和第四开关M24分别都具有第一端、第二端和控制端；第三开关M23的第一端耦接第二电流源Isen，第三开关M23的控制端耦接反馈电路41接收反馈电压信号FB，第三开关M23的第二端连接参考地，第三开关M23的第一端耦接第四开关M24的控制端，第四开关M24的第一端耦接供电电压VCC，第四开关M24的第二端耦接脉冲信号生成电路43用于提供脉宽调节信号PL。在图2所示实施例中，作为示例性的，第三开关M23被示意为一个NMOS管，第四开关M24被示意为一个PMOS管。

示例地，第二电流源Isen可以是集成电路内部产生的，第二电流源Isen可以是由供电电压VCC和另一个零温电阻构成。

预设电压阈值可以是第三开关M23的导通电压值，当反馈电压信号FB大于第三开关M23的导通电压值时，第三开关M23导通，使得第四开关M24的控制端的电压被拉到参考地，第四开关M24导通，第四开关M24的第二端输出高电平的脉宽调节信号。

脉冲信号生成电路43耦接控制电路接收开关控制信号CTL，脉冲信号生成电路43耦接比较电路42接收脉宽调节信号PL，脉冲信号生成电路43根据开关控制信号CTL和脉宽调节信号PL产生第一镜像电流控制信号PLS。

在一种可能的实施方式中，脉冲信号生成电路43可以如图3示意。在图3所示实施例中，脉冲信号生成电路43包括初始脉冲信号发生器431和逻辑电路432。

初始脉冲信号发生器431，接收开关控制信号CTL，并在开关控制信号CTL的有效沿时刻产生具有初始脉宽的脉冲信号。

逻辑电路432，接收脉冲信号和脉宽调节信号PL，并将脉冲信号和脉宽调节信号PL做逻辑运算进而产生第一镜像电流控制信号PLS。

初始脉冲信号发生器431耦接控制电路，接收开关控制信号CTL，并在开关控制信号CTL的有效沿时刻产生具有初始脉宽的脉冲信号，初始脉冲信号发生器431耦接逻辑电路432的输入端，初始脉冲信号发生器431将具有初始脉宽的脉冲信号传输给逻辑电路432的输入端。在一个实施例中，开关控制信号CTL的有效沿时刻是指开关控制信号CTL指示需要导通功率开关50的时刻，也即是从第一逻辑状态（例如逻辑低）转换为第二逻辑状态（例如逻辑高）的时刻。在一个实施例中，脉冲信号的初始脉宽用于决定第二开关M22的最长导通时间。也即是说，第二开关M22的最长导通时间为脉冲信号的初始脉宽时间。在第二开关M22导通期间，第一镜像电流I1具有第一值；当第二开关M22关断后，第一镜像电流I1具有第二值，其中，第二值小于第一值。因此，图2实施例可在驱动开关的起始阶段以大电流给功率开关50的栅源电容充电，充电速度快，在驱动电压上升到稳压值后，减小驱动电流，进而有利于降低整个驱动电路的功耗。

逻辑电路432的输入端还耦接比较电路42，接收脉宽调节信号PL，逻辑电路432的输出端耦接第一电流镜电路10，将第一镜像电流控制信号PLS传输给第一电流镜电路10，以控制输出的第一镜像电流I1的大小。

示例地，初始脉冲信号发生器431包括第一反相器U1、第二反相器U2、第三反相器U3、第四反相器U4、第三电阻R3、第一电容C1、以及开关管M20，逻辑电路432包括或非门U5。其中，或非门U5具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端。

第一反相器U1的输入端耦接控制电路，接收开关控制信号CTL，第一反相器U1的输出端输出第一电信号Va，第一反相器U1的输出端与开关管M20的控制端、第二反相器U2的输入端、或非门U5的第一输入端三者均耦接，第二反相器U2的输出端耦接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端耦接开关管M20的第一端，开关管M20的第二端连接参考地，且第三电阻R3的第二端输出第二电信号Vb，第三电阻R3的第二端还通过第一电容C1连接参考地，第三电阻R3的第二端耦接第三反相器U3的输入端，第三反相器U3的输出端耦接第四反相器U4的输入端，第四反相器U4的输出端耦接或非门U5的第二输入端，向或非门U5的第二输入端输入脉冲信号。

或非门U5的第一输入端接收第一电信号Va，或非门U5的第二输入端耦接第四反相器U4的输出端接收脉冲信号，或非门U5的第三输入端接收脉宽调节信号PL，或非门的输出端输出第一镜像电流控制信号PLS。

第一镜像电流控制信号PLS的生成原理为：

当脉宽调节信号PL为逻辑低（0）时，第一镜像电流控制信号PLS的逻辑状态由电压Va和第四反相器U4的输出决定。当开关控制信号CTL为逻辑低（0）时，Va为逻辑高（1），第一镜像电流控制信号PLS为逻辑低（0）。此时，开关管M20导通，电容C1通过开关管M20放电，Vb为逻辑低（0）。当开关控制信号CTL变为逻辑高（1）时，Va为逻辑低（0），开关管M20关断，第一电容C1将被充电，Vb电压会以一定的斜率上升。在第一电容C1的电压Vb还没有上升到一个翻转阈值之前，第四反相器U4输出依然为逻辑低（0），第一镜像电流控制信号PLS变为逻辑高（1）；在第一电容C1的电压Vb上升到反相器U3的翻转阈值后，第四反相器U4输出逻辑高（1），第一镜像电流控制信号PLS变为逻辑低（0）。这一段第一电容C1充电的时间即初始脉冲信号发生器431产生的脉冲信号的初始脉冲宽度。

当脉宽调节信号PL变为逻辑高（1）时，第一镜像电流控制信号PLS立刻变为逻辑低（0），也即是将原来的初始脉冲宽度缩窄了。因此将提前关断开关M22，减小第一镜像电流I1的值，防止最终的驱动电压过冲。

结合图2和图3所示，在一种可能的实施方式中，第一电流镜电路10可以包括：第一调整管M11、第二调整管M12、第三调整管M13和第二开关M22，第一调整管M11、第二调整管M12、第三调整管M13和第二开关M22分别都具有第一端、第二端和控制端。

第一调整管M11的第一端耦接第一开关M21的第二端，第一调整管M11的控制端、第二调整管M12的控制端、以及第三调整管M13的控制端耦接，且第一调整管M11的控制端、第二调整管M12的控制端、以及第三调整管M13的控制端和第一调整管M11的第一端耦接，第二调整管M12的第一端和第三调整管M13的第一端耦接作为第一电流镜电路10的第二端，第一调整管M11的第二端和第三调整管M13的第二端均连接参考地，第二调整管M12的第二端与第二开关M22的第一端耦接，第二开关M22的第二端连接参考地，第二开关M22的控制端接收第一镜像电流控制信号PLS，用于控制第二开关M22的导通或关断。

在第一镜像电流控制信号PLS为高电平时，第二开关M22导通，在第一镜像电流控制信号PLS为低电平时，第二开关M22关断。

在第二开关M22导通的情况下，第二调整管M12可以通过第二开关M22管连接到参考地，使得第二调整管M12导通，第二调整管M12和第三调整管M13并联，第一电流镜电路10在进行镜像处理时，第一调整管M11、第二调整管M12和第三调整管M13均参与。

在第二开关M22关断的情况下，第二调整管M12的第二端断开，不能连接到参考地，使得第二调整管M12关断，第一电流镜电路10在进行镜像处理时，第一调整管M11和第三调整管M13参与。

应当理解的是，在有第二调整管M12参与镜像处理的情况下经镜像处理后得到的第一镜像电流I1（即为第一值）大于在没有第二调整管M12参与镜像处理的情况下经镜像处理后得到的第一镜像电流I1（即为第二值）。

当控制电路的开启信号（即开关控制信号CTL的高电平）到来时，脉冲信号生成电路会产生一个脉冲信号，此脉冲信号在其脉冲宽度时间段（高电平时间段）内提供较大的第一镜像电流I1，因此会有较大电流用于驱动。通过第一电阻R1和第二电阻R2构成的反馈电路41检测输出电压（即驱动电压Vdrv），当输出电压超过一定值后，会提前结束脉冲信号，当脉冲信号翻低后，驱动电流减小，通过稳压管Z1反馈电路41将会较快的建立稳态，这可以对应驱动栅极电荷较小的功率开关50的工作情形。在图3所示实施例中，仅示意了脉宽调节信号PL减小初始脉冲信号发生器431产生的脉冲信号的初始脉冲宽度，在其他一些实施例中，脉宽调节信号PL还可以用于延长初始脉冲信号发生器431产生的脉冲信号的初始脉冲宽度，以适应不同的应用场合。例如，当驱动栅极电荷较大的功率开关50时，脉冲信号生成电路43可以延长脉冲信号的脉冲宽度以延长提供较大驱动电流给功率开关50的时间，使得可以快速建立功率开关的栅极电压。图3所示实施例仅是脉冲信号生成电路43的一个实施例示意，脉冲信号生成电路43还可以包括其他电路结构以实现对第一镜像电流控制信号PLS的脉冲宽度的调节。

调节脉冲信号的宽度，开关控制信号CTL的上升沿产生一个最大的宽度，如果电压充到一定值了直接将脉冲信号关闭，以此将宽度缩小。第二开关M22关断后，第二调整管M12不流过电流，输出的第一镜像电流I1减小。也就是说，第二调整管M12只在脉冲信号的有效脉宽内导通，有效脉宽还可以根据驱动电压调节。驱动电压越高，脉冲宽度越窄，这样驱动电压就不会过冲。

继续参见图1和图2，在一种可能的实施方式中，驱动电路还包括第五开关M25，第五开关M25包括第一端、第二端和控制端；

第五开关M25的第一端耦接功率开关50的控制端，第五开关M25的第二端电连接参考地，第五开关M25的控制端接收开关控制信号的反相信号。第五开关M25用于关断功率开关50，例如，当开关控制信号CTL的反相信号有效时（例如逻辑高），功率开关50的控制端将被第五开关M25拉至参考地，功率开关50关断。第五开关M25被示意为N型MOSFET。具体地，第五开关M25具有漏极、源极和栅极，第五开关M25的漏极耦接功率开关50的控制端，第五开关M25的源极电连接参考地，第五开关M25的栅极接收开关控制信号的反相信号。在其他实施例中，第五开关M25还可以包括其他合适的半导体开关器件类型，如JFET、IGBT、DMOS等等。

具体实现时，该开关控制信号的反相信号在图1和图2中表示为，且该开关控制信号的反相信号/>也可以是由电源管理芯片的控制电路产生的，以根据逻辑需求来控制第五开关M25的导通和关断。

示例地，在开关控制信号CTL保持在高电平时，开关控制信号的反相信号保持在低电平，第五开关M25断开，在开关控制信号CTL保持在低电平时，开关控制信号的反相信号/>保持在高电平，第五开关M25导通，第五开关M25的第一端接参考地。应当理解的是，在第五开关M25断开的情况下，驱动电路才可能给功率开关50充电，在第五开关M25导通的情况下，功率开关50的控制端被强制置低，驱动电路不能给功率开关50充电。

其中，图1和图2中，以第一调整管M11和第二调整管M12均为MOS管为例进行说明，控制端则指MOS管的栅极，上述第一端和第二端则指MOS管的源极或者漏极，具体的第一调整管M11和第二调整管M12的型号和参数，以及每个电极的对应情况可以根据实际使用情况进行设置，本发明实施例对此不进行限制。同时，本领域一般技术人员也可以理解，在其他实施例中，第一调整管M11和第二调整管M12还可采用其他合适的开关管器件。

需要说明，在以上图1和图2所示实施例中，均只示意了第二电流镜电路20的电路结构，以及对其输出电流I2的控制。可以理解，如上所述，在其他实施例中，本发明还可以包括与第二电流镜电路20结构相同仅供电电源不同的第四电流镜电路，第一镜像电流控制电路40通过控制第一镜像电流I1也可以控制第四电流镜电路的输出电流。

进一步，在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种电源管理芯片，如图4所示，具体地，该电源管理芯片包括上述的功率开关50、控制电路80和应用于功率开关的驱动电路70，其中，控制电路80用于产生开关控制信号CTL，开关控制信号CTL用于控制功率开关50的导通时间和关断时间，驱动电路70用于根据开关控制信号CTL产生驱动信号驱动功率开关50导通和关断。在图4所示实施例中，功率开关50被示意为BUCK开关变换器中的下管，其中，VIN表征输入电压信号，VOUT表征输出电压信号，本领域一般技术人员可以理解，这里只是示意性的，本发明公开的驱动电路实施例还可用于驱动其他合适的拓扑中的功率开关。

本发明实施例提供的电源管理芯片，与上述实施例提供的应用于功率开关的驱动电路具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的驱动电路以及电源管理芯片的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种应用于功率开关的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括：

第一开关，具有第一端、第二端和控制端，所述第一开关的第一端耦接第一电流源，所述第一开关的控制端接收开关控制信号，其中，所述开关控制信号用于控制所述功率开关的导通时间和关断时间；

第一电流镜电路，具有第一端和第二端，所述第一电流镜电路的第一端耦接所述第一开关的第二端，所述第一电流镜电路将所述第一电流源进行镜像处理，并在所述第一电流镜电路的第二端产生第一镜像电流；

第二电流镜电路，具有第一端、第二端、供电端和控制端，所述第二电流镜电路的第一端耦接所述第一电流镜电路的第二端，所述第二电流镜电路的供电端接收电源电压信号，所述第二电流镜电路将所述第一镜像电流进行镜像处理，并在所述第二电流镜电路的第二端产生第二镜像电流，其中，所述第二电流镜电路中提供所述第二镜像电流的调整管的控制端引出作为所述第二电流镜电路的控制端；

第三电流镜单元，具有第一端和第二端，所述第三电流镜单元的第一端通过稳压管耦接所述第二电流镜电路的第二端，所述第三电流镜单元的第二端耦接所述第二电流镜电路的控制端，其中，所述稳压管的阴极和所述第二电流镜电路的第二端的公共节点耦接至所述功率开关的控制端。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括：第一镜像电流控制电路；

所述第一镜像电流控制电路接收所述开关控制信号和反馈电压信号，并根据所述开关控制信号和所述反馈电压信号产生第一镜像电流控制信号，其中，所述反馈电压信号代表所述功率开关控制端上的电压，当所述反馈电压信号超过预设电压阈值时，所述第一镜像电流控制信号用于调节所述第一镜像电流从第一值降低到第二值。

3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述第一镜像电流控制电路进一步包括：

反馈电路，接收所述功率开关控制端上的电压，并产生代表所述功率开关控制端上的电压的反馈电压信号；

比较电路，将所述反馈电压信号和所述预设电压阈值比较产生脉宽调节信号；

脉冲信号生成电路，接收所述开关控制信号和所述脉宽调节信号，并根据所述开关控制信号和所述脉宽调节信号产生所述第一镜像电流控制信号。

4.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述第一电流镜电路包括：第一调整管、第二调整管、第三调整管和第二开关，所述第一调整管、所述第二调整管、所述第三调整管和所述第二开关分别都具有第一端、第二端和控制端；

所述第一调整管的第一端耦接所述第一开关的第二端，所述第一调整管的控制端、所述第二调整管的控制端、以及所述第三调整管的控制端耦接，且所述第一调整管的控制端、所述第二调整管的控制端、以及所述第三调整管的控制端和所述第一调整管的第一端耦接，所述第二调整管的第一端和所述第三调整管的第一端耦接作为所述第一电流镜电路的第二端，所述第一调整管的第二端和所述第三调整管的第二端均连接参考地，所述第二调整管的第二端与所述第二开关的第一端耦接，所述第二开关的第二端连接参考地，所述第二开关的控制端接收所述第一镜像电流控制信号，用于控制第二开关的导通或关断。

5.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述比较电路包括第三开关和第四开关，所述第三开关和所述第四开关分别都具有第一端、第二端和控制端；

所述第三开关的第一端耦接第二电流源，所述第三开关的控制端耦接所述反馈电路接收反馈电压信号，所述第三开关的第二端连接参考地，所述第三开关的第一端耦接所述第四开关的控制端，所述第四开关的第一端用于耦接供电电压，所述第四开关的第二端耦接所述脉冲信号生成电路用于提供所述脉宽调节信号。

6.根据权利要求3所述的驱动电路，其特征在于，所述脉冲信号生成电路包括：

初始脉冲信号发生器，接收所述开关控制信号，并在所述开关控制信号的有效沿时刻产生具有初始脉宽的脉冲信号；

逻辑电路，接收所述脉冲信号和所述脉宽调节信号，并将所述脉冲信号和所述脉宽调节信号做逻辑运算进而产生所述第一镜像电流控制信号。

7.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述第二电流镜电路包括第四调整管、第五调整管、第六调整管和第七调整管，所述第四调整管、所述第五调整管、所述第六调整管和所述第七调整管分别都具有第一端、第二端和控制端；

所述第四调整管的第一端和所述第五调整管的第一端均耦接供电电压，所述第四调整管的控制端与所述第五调整管的控制端耦接，且所述第四调整管的控制端与所述第五调整管的控制端和所述第四调整管的第二端耦接，所述第四调整管的第二端和所述第一电流镜电路耦接，所述第五调整管的第二端耦接至所述第六调整管的第一端；

所述第六调整管的控制端与所述第七调整管的控制端耦接作为所述第二电流镜电路的控制端，且所述第六调整管的控制端与所述第七调整管的控制端和所述第六调整管的第一端耦接，所述第六调整管的控制端与所述第七调整管的控制端和所述第三电流镜单元耦接，所述第七调整管的第一端耦接所述供电电压，所述第六调整管的第二端与所述第七调整管的第二端耦接，所述第六调整管的第二端与所述第七调整管的第二端和所述稳压管的阴极耦接，所述第六调整管的第二端、所述第七调整管的第二端和所述稳压管的阴极的公共节点耦接至所述功率开关的控制端。

8.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述第三电流镜单元包括：第八调整管和第九调整管，所述第八调整管和所述第九调整管分别都具有第一端、第二端和控制端；

所述第八调整管的第一端连接所述稳压管的阳极，所述第八调整管的控制端与所述第九调整管的控制端耦接，且所述第八调整管的控制端与所述第九调整管的控制端和所述第八调整管的第一端耦接，所述第九调整管的第一端耦接至所述第二电流镜电路的控制端，所述第八调整管的第二端和所述第九调整管的第二端连接参考地。

9.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括第五开关，所述第五开关包括第一端、第二端和控制端；

所述第五开关的第一端耦接所述功率开关的控制端，所述第五开关的第二端电连接参考地，所述第五开关的控制端接收所述开关控制信号的反相信号。

10.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述电源电压信号为包括所述功率开关的开关变换器的输入电压信号或者偏置电压信号，其中，当所述开关变换器的输出电压信号位于一个预设电压范围时，所述偏置电压信号等于所述输出电压信号。

11.根据权利要求10所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括与第二电流镜电路结构相同但供电端接收的电源电压信号不同的第四电流镜电路，其中，所述第二电流镜电路的供电端接收所述输入电压信号，所述第四电流镜电路的供电端接收所述偏置电压信号，所述驱动电路根据偏置电压信号的值选择所述第二电流镜电路和所述第四电流镜电路之一工作。

12.一种电源管理芯片，其特征在于，所述电源管理芯片包括：

功率开关；

控制电路，用于产生开关控制信号，所述开关控制信号用于控制所述功率开关的导通时间和关断时间；

如权利要求1-11任一项所述的应用于功率开关的驱动电路，用于驱动所述功率开关导通和关断。