CN117424442A - 驱动信号的死区时间控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了驱动信号的死区时间控制电路，包括：VDD、VSS以及接在VDD、VSS之间的延时斜坡发生电路、曲率校对电路A和曲率校对电路B，曲率校对电路A和曲率校对电路B将死区时刻由电压操控调整为电阻操控。本申请提出线性可调死区电路，该电路经过改动电压斜坡的斜率来来调整死区时刻，经过批改电压对死区时刻的非线性，终究获得了高精度线性可调的死区时刻，比较典型的死区发生电路具有更广泛使用。

Description

驱动信号的死区时间控制电路
技术领域
本发明属于电子电路设计技术领域，尤其涉及驱动信号的死区时间控制电路。
背景技术
功率器件一般都会因为结电容而产生开启/关闭时候的延迟效应，这种延迟效应可能导致前后功率器件同时开启，进而造成大电流损坏设备的情况，死区时间正是PWM为了避免前后功率器件同时开启而设计的保护时间。如果死区时间过小，依然存在由于片间差异造成大电流的风险；如果死区时间过大，则会降低功率器件的效率。
死区时刻发生功用广泛使用于各种驱动电路中，如在半桥电路或同步整流变换器中，为了避免电路中两个功率MOS管一起导通焚毁，在高压侧(续流管)的驱动信号和低压侧(主)驱动信号有死区时刻要求。此外在有源钳位正激变换器中，为了完成ZVS(零电压开关)驱动信号需求满意必定的死区时刻要求以使得功率功率MOS管的输出电容和变压器绕组的电感谐振。
死区时刻在不同的使用场合或许并不相同，这与电路中要驱动的功率管特性相关，需求依据状况调整。因而可调的死区时刻能够扩展驱动电路的适用规模。
发明内容
本申请针对上述技术问题提出驱动信号的死区时间控制电路，具体技术方案如下：
驱动信号的死区时间控制电路，包括：VDD、VSS以及接在VDD、VSS之间的延时斜坡发生电路、曲率校对电路A和曲率校对电路B，曲率校对电路A和曲率校对电路B将死区时刻由电压操控调整为电阻操控。
进一步的，所述曲率校对电路A包括电阻R1和MOS管M1，电阻R1的一端接VDD，另一端接MOS管M1的漏极，MOS管M1的源极接VSS，且MOS管M1的栅极和漏极相接。
进一步的，所述延时斜坡发生电路包括MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、MOS管M5、MOS管M6、MOS管M7，其中，MOS管M2的源极接VDD，MOS管M2的栅极接Vin1，MOS管M2的漏极接MOS管M4的漏极，MOS管M4的栅极接Vsel，MOS管M4的源极接MOS管M6的漏极，MOS管M6的栅极接MOS管M1的栅极，MOS管M6的源极接VSS；MOS管M3的源极接VDD，MOS管M3的漏极接MOS管M5的源极，MOS管M5的栅极接MOS管M4的栅极，MOS管M5的漏极接MOS管M7的漏极，MOS管M7的源极接VSS，MOS管M7的栅极接Vin2。
进一步的，曲率校对电路B包括电阻R2和MOS管M8，MOS管M8的源极接VDD，MOS管M8的栅极接MOS管M3的栅极，MOS管M8的漏极接电阻R2，且MOS管M8的栅极和漏极相接，电阻R2的另一端接VSS。
进一步的，还包括比较器，所述比较器输出端为Vo2，比较器的负极接Vref，比较器的正极为Vo1，且比较器的正极共接MOS管M5的漏极、MOS管M7的漏极、MOS管M2的漏极和MOS管M4的漏极。
本发明的有益效果为：本申请提出线性可调死区电路，该电路经过改动电压斜坡的斜率来来调整死区时刻，经过批改电压对死区时刻的非线性，终究获得了高精度线性可调的死区时刻，比较典型的死区发生电路具有更广泛使用。
附图说明
图1示出的是驱动信号的死区时间控制电路；
图2示出的是斜坡发生电路左边部分电路使下降沿延时的波形图；
图3示出的是斜坡发生电路右边部分电路使下降沿延时的波形图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。
图1示出的是驱动信号的死区时间控制电路，该死区发生电路是经过改动电压斜坡的斜率来调整死区时刻，并且对死区时刻与操控电压的非线性进行补偿，提高了死区时刻线性度和精度。该电路结构简练、可调规模广、精度高，适用于各种半桥驱动电路中。选用华虹0.5μm的BCD工艺仿真验证了该电路，成果表明，当外接电阻阻值为20K～140K规模内，能够完成死区时刻的线性高精度可调，可调死区时刻规模为50ns～250ns。
图1中的死区发生电路是由Vin1的上升沿延时电路和Vin2的下降沿延时电路组成的。这两种功用的切换由Vsel端操控。图1中的DSC(delay stage C)为延时斜坡发生电路，CSA(controller stage A)和CSB(controller stage B)是曲率校对电路并且把死区时刻由电压操控(Vc1,Vc2)调整为电阻操控。当Vsel为高电平时，M4处于导通状况，M5处于封闭状况，此刻CSA和DSC左半部分的正常作业。相反，当Vsel为低电平时，M4处于封闭状况，M5处于导通状况，此刻CSB和DSC右半部分的正常作业。
结合图1，曲率校对电路A包括电阻R1和MOS管M1，电阻R1的一端接VDD，另一端接MOS管M1的漏极，MOS管M1的源极接VSS，且MOS管M1的栅极和漏极相接。
结合图1，延时斜坡发生电路包括MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、MOS管M5、MOS管M6、MOS管M7，其中，MOS管M2的源极接VDD，MOS管M2的栅极接Vin1，MOS管M2的漏极接MOS管M4的漏极，MOS管M4的栅极接Vsel，MOS管M4的源极接MOS管M6的漏极，MOS管M6的栅极接MOS管M1的栅极，MOS管M6的源极接VSS；MOS管M3的源极接VDD，MOS管M3的漏极接MOS管M5的源极，MOS管M5的栅极接MOS管M4的栅极，MOS管M5的漏极接MOS管M7的漏极，MOS管M7的源极接VSS，MOS管M7的栅极接Vin2。
结合图1，曲率校对电路B包括电阻R2和MOS管M8，MOS管M8的源极接VDD，MOS管M8的栅极接MOS管M3的栅极，MOS管M8的漏极接电阻R2，且MOS管M8的栅极和漏极相接，电阻R2的另一端接VSS。
结合图1，该电路还包括比较器，比较器输出端为Vo2，比较器的负极接Vref，比较器的正极为Vo1，且比较器的正极共接MOS管M5的漏极、MOS管M7的漏极、MOS管M2的漏极和MOS管M4的漏极。
DSC发生的斜坡需求经过比较器从头还原成矩形波。图1中的死区发生电路只能发生矩形波单侧死区时刻，而完好的死区功用需求由两个相同的如图1所示的结构组成。两个死区发生电路的DSC中相同端口连在一起，输入矩形波经过反相器把原输入信号和经过反相的输入信号别离输入Vin1和Vin2端口，经过处理的输入矩形波就发生带有死区时刻的反相的驱动类型。
以图1中DSC斜坡发生电路左面部分为例，图1中DSC的Vin1和Vin2是输入需求延时的矩形波信号，Vc1和Vc2是死区时刻操控端，经过操控充放电电流来操控延时。因为晶体管M2的宽长较大，所以当Vin1下降沿时输出电压Vo1简直瞬间上升到电源电压VDD简直没有延时，但放电电流遭到Vc1操控，放电电流受限，因而会发生一个电压斜坡。因为输出点Vo的寄生电容是多个MOS管寄生电容的和，其值等于：
CT＝Cds2+Cgd2+Cds4+Cgd4+Cds5+Cgd5+Cds7+Cgd7；
其间还包含比较器的输入电容，但因为其电容值较低，因而疏忽。并且因为晶体管M2、M4、M5、M7的尺度较大，因而其寄生电容的值也比较大，可调的死区时刻规模二百多纳秒。当Vsel为高电平左边部分正常作业时，Vc1操控寄生电容CT的放电电流，发生电压斜坡的斜坡在放电初始阶段的斜率是固定的，其斜率为I为初始放电电流。将该斜坡电压与一个固定电压比较就发生使矩形波单侧延时时刻，如图2所示。输入矩形波Vin1的下降沿到输出矩形波Vo2的下降沿之间的时刻距离便是延时时刻Td，也便是死区时刻。同理，斜坡发生电路右边部分电路能够使下降沿延时，如图3所示。
为了核算死区时刻，即延时时刻Td。本实施例以下降沿延时电路为例。设比较器的参阅电压为Vref，当输入矩形波Vin1下降沿时，寄生电容CT被敏捷充电到电源电压VDD，即Vo1敏捷上升到VDD，输入矩形波Vin1下降沿与Vo2上升沿时刻距离太短能够疏忽。当输入矩形波Vin1上升沿时，给寄生电容CT充电的M1c晶体管处于封闭状况，可是因为放电晶体管M5c受操控电压Vc1操控翻开，寄生电容C上的电荷被缓慢开释。
Q＝C(VDD-Vref)＝ITd；
其间，I为M6的漏级放电电流，M6的作业状况跟着输出电压Vo1的改动而改动。假定输出电压Vo1的初始电压为VDD，M6的操控电压为Vc1，此刻M6作业在饱满区，M6开端给寄生电容CT放电。若疏忽沟道长度调制效应，放电电流I为固定电流。当输出电压Vo1-Vds4﹤Vc1-VT时，M6进入线性区，此刻的放电电流并不是一个固定值，而是跟着输出电压Vo1改动。可是在图1的死区发生电路中延时电压Td与比较器参阅电压相关，延时过程中M6的作业状况也与比较器的参阅电压相关。当比较器参阅电压时Vref-Vds4≥Vc1-VT，那么寄生电容CT的放电电流是一个仅受操控电压Vc1操控的值。当Vref-Vds4<Vc1-VT时，寄生电容ct的放电电流一起遭到操控电压Vc1操控和Vo1电压影响。设比较器参阅电压Vref-Vds4≥Vc1-VT，那么M6的放电电流只受Vc1操控，mos管电流和电压满意平方律联系：
其中，μn为NMOS管的迁移率，Cox为NMOS管的栅氧化层电容，W为NMOS管的栅极宽度，L为NMOS管栅长，VT为NMOS管阈值。
即：
其中，为常数，从上述公式能够看出，延时时刻Td与操控电压Vc1是负幂指数联系并不是线性联系。非线性联系会对死区时刻操控发生负面影响，如在某些电压规模内，死区时刻随操控电压剧烈动摇，无法得到要求的参数。为了校对死区时刻Td与操控电压Vc1的非线性，图1中的死区发生电路添加了CSA和CSB部分。以CSA为例，该部分电路由电阻R1和MOS管M1组成。此刻的死区时刻为：
其间，R'为二极管衔接的M1的输出电阻。该电阻值并非定值，可是因为其值较小，动摇起伏小，能够视为定值。从上式可知，MOS管M1和M6组成的电流镜结构把操控端由电压转化成了电流，一起把死区时刻Td与操控电压Vc1的负二次幂联系转化成了死区时刻Td与操控电流的负一次幂联系。此刻只要使M1的电流I与某个量成反比例联系，就能把死区时刻与该变量转化成线性联系。而欧姆定律刚好满足反比例联系，因而得到上式。从上式中能够知道死区时刻Td与外接电阻R1成线性联系，可是该曲线不经过坐标原点，因而它有最小的死区时刻为即当R1a为零的时分。当Vsel为低电平时，下降沿延时电路和DSC正常作业，其成果相似于上升沿延时电路。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。

Claims (5)

1.驱动信号的死区时间控制电路，其特征在于，包括：VDD、VSS以及接在VDD、VSS之间的延时斜坡发生电路、曲率校对电路A和曲率校对电路B，曲率校对电路A和曲率校对电路B将死区时刻由电压操控调整为电阻操控。
2.根据权利要求1所述的驱动信号的死区时间控制电路，其特征在于，所述曲率校对电路A包括电阻R1和MOS管M1，电阻R1的一端接VDD，另一端接MOS管M1的漏极，MOS管M1的源极接VSS，且MOS管M1的栅极和漏极相接。
3.根据权利要求1所述的驱动信号的死区时间控制电路，其特征在于，所述延时斜坡发生电路包括MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4、MOS管M5、MOS管M6、MOS管M7，其中，MOS管M2的源极接VDD，MOS管M2的栅极接Vin1，MOS管M2的漏极接MOS管M4的漏极，MOS管M4的栅极接Vsel，MOS管M4的源极接MOS管M6的漏极，MOS管M6的栅极接MOS管M1的栅极，MOS管M6的源极接VSS；MOS管M3的源极接VDD，MOS管M3的漏极接MOS管M5的源极，MOS管M5的栅极接MOS管M4的栅极，MOS管M5的漏极接MOS管M7的漏极，MOS管M7的源极接VSS，MOS管M7的栅极接Vin2。
4.根据权利要求1所述的驱动信号的死区时间控制电路，其特征在于，曲率校对电路B包括电阻R2和MOS管M8，MOS管M8的源极接VDD，MOS管M8的栅极接MOS管M3的栅极，MOS管M8的漏极接电阻R2，且MOS管M8的栅极和漏极相接，电阻R2的另一端接VSS。
5.根据权利要求1所述的驱动信号的死区时间控制电路，其特征在于，还包括比较器，所述比较器输出端为Vo2，比较器的负极接Vref，比较器的正极为Vo1，且比较器的正极共接MOS管M5的漏极、MOS管M7的漏极、MOS管M2的漏极和MOS管M4的漏极。
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