CN207459977U - 一种开关管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关管驱动电路，所述驱动电路有两种电路结构，第一种驱动电路接收表征开关管漏极电压的采样信号，根据所述采样信号可得到漏极电压信号变化率，所述漏极电压信号变化率控制所述开关管驱动电流；第二种驱动电路接收表征开关管漏极电压或栅极电压的采样信号，将所述采样信号达到所述参考信号的时间与阈值时间进行比较，从而调节开关管驱动电流。本实用新型所述的开关管驱动电路可以调节漏极电压或栅极电压信号变化率，调节精度高。

Description

一种开关管驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种电力电子技术领域，特别涉及一种开关管驱动电路。

背景技术

在开关电源中，开关管的栅极驱动速度影响开关电源的工作性能。如果开关管驱动速度太快(即驱动电流过大)，开关管容易产生EMI干扰问题；如果开关管驱动速度太慢(即驱动电流过小)，会使得开关管开关速度变慢，开关延迟变大，从而增加开关损耗。

图1示意了现有技术一种开关管驱动电路，包括开关管M和电阻R，电阻R与开关管M栅极相连，输入驱动信号DRV经电阻R控制开关管M通断。通过调整电阻R的大小来调整开关管M开通关断速度。若电阻R较小，电路EMI特性较差；若电阻R较大，开关速度较慢，开关损耗较大。现有技术很难通过调整电阻R使开关管在电磁干扰和开关损耗之间达到最优平衡，且通过调整电阻R来调节开关管开关速度的方式灵活性和精确性较差。为减小开关管开关损耗和降低开关管EMI干扰，需要对开关管的栅极驱动电路进行优化设计，使开关管可以达到合适的开关速度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种开关管驱动电路，用于解决现有技术存在EMI干扰大、开关损耗大的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种开关管驱动电路：

接收表征开关管漏极电压的采样信号，根据所述采样信号得到漏极电压信号变化率，所述漏极电压信号变化率控制所述开关管驱动电流。

可选的，所述的驱动电路包括微分电路和电流产生电路，所述微分电路输出第一电压信号，所述第一电压信号表征漏极电压信号变化率；所述电流产生电路输入第一电压信号，输出第一电流信号，所述第一电流信号控制所述开关管驱动电流。

可选的，所述驱动电路还包括电流产生单元，所述电流产生单元与所述第一电流信号的差值作为开关管驱动电流。

可选的，所述微分电路包括第一电容和第一电阻，所述第一电容和第一电阻串联，其节点处电压为第一电压；所述电流产生电路包括运算放大器、第二电阻和电流镜，所述运算放大器第一输入端接收所述第一电压信号，其第二输入端连接所述辅助开关管第二端和所述第二电阻，所述运算放大器输出端连接所述辅助开关管的控制端，所述辅助开关管第一端连接所述电流镜输入端，所述电流镜输出端连接所述电流产生单元，所述电流镜输出第一电流信号，所述电流镜输出端与所述电流产生单元的公共端与所述开关管的控制端连接。

本实用新型还提供另一种开关管驱动电路，包括：

接收表征开关管漏极电压或栅极电压的采样信号，将所述采样信号达到所述参考信号的时间与阈值时间进行比较，从而调节开关管驱动电流信号；所述参考信号在调节开关管关断驱动电流时为第一参考信号，在调节开关管开通驱动电流时为第二参考信号。

可选的，所述驱动电路接收所述采样信号和开关管的PWM信号，调节开关管关断驱动电流时，所述驱动电路在所述PWM信号的下降沿延时一段时间时，判断所述采样信号是否达到第一参考信号；调节开关管开通驱动电流时，所述驱动电路在所述PWM信号的上升沿延时一段时间时，判断所述采样信号是否达到第二参考信号；若所述采样信号未达到相应的参考信号，则控制开关管驱动电流变大，若所述采样信号达到相应的参考信号，则控制开关管驱动电流变小。

可选的，所述驱动电路包括比较器和延时电路，所述比较器一端输入所述采样信号，另一端输入第一参考信号或第二参考信号，所述比较器输出比较信号；所述延时电路接收开关管的PWM信号，输出所述PWM信号的下降沿或上升沿延时信号。

可选的，所述驱动电路还包括逻辑电路，所述逻辑电路接收所述比较信号和所述延时信号，输出控制信号，根据所述的控制信号来调节所述开关管的驱动电流。

可选的，所述驱动电路还包括电流调节电路，所述驱动电路还包括电流调节电路，所述电流调节电路包括多个并联的驱动单元，所述驱动单元为一个开关管或一个电流源与一个开关串联的电路或一个电阻与一个开关管串联的电路。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：本实用新型驱动电路有两种电路结构，第一种驱动电路接收表征开关管漏极电压的采样信号，根据所述采样信号可得到漏极电压信号变化率，所述漏极电压信号变化率控制所述开关管驱动电流；第二种驱动电路接收表征开关管漏极电压或栅极电压的采样信号，将所述采样信号达到所述参考信号的时间与阈值时间进行比较，从而调节开关管驱动电流。本实用新型可以动态调整开关管开关速度，既能够降低开关管EMI干扰，又能够减少开关管的开关损耗。

附图说明

图1为现有技术开关管驱动电路示意图；

图2为本实用新型驱动电路示意图；

图3为开关管工作波形图；

图4为本实用新型第一种驱动电路控制框图；

图5为本实用新型第一种驱动电路示意图；

图6为本实用新型第二种驱动电路示意图；

图7为本实用新型第一种电流调节电路示意图；

图8为本实用新型第二种电流调节电路示意图；

图9为本实用新型第三种电流调节电路示意图；

图10为本实用新型开关管驱动调节波形示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细描述，但本实用新型并不仅仅限于这些实施例。本实用新型涵盖任何在本实用新型的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。

为了使公众对本实用新型有彻底的了解，在以下本实用新型优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本实用新型。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

如图2所示，示意了本实用新型驱动电路图，所述驱动电路接收表征开关管M漏极电压或栅极电压的采样信号VD或V_G，输出控制开关管M开关速度的驱动电流i_G信号。所述驱动电路有两种电路结构，第一种驱动电路接收表征开关管漏极电压的采样信号，根据所述采样信号可得到漏极电压信号变化率，所述漏极电压信号变化率控制所述开关管驱动电流；第二种驱动电路接收表征开关管漏极电压或栅极电压的采样信号.将所述采样信号达到所述参考信号的时间与阈值时间进行比较，从而调节开关管驱动电流。

如图3所示，示意了开关管工作波形图，开关管从开通到关断过程中，V_G为开关管栅极采样电压信号，VD为开关管漏极采样电压信号，Vth为开关管密勒平台电压，PWM为开关管M的脉宽调制信号。开关管开通阶段，栅极电压V_G从零开始上升，当栅极电压V_G上升到阈值平台电压Vth时，开关管导通，漏极电压V_D开始下降，当V_D下降到零时，栅极电压V_G继续上升到驱动电压，开关管完成导通过程。开关管关断阶段，栅极电压V_G从驱动电压开始下降，当栅极电压V_G下降到阈值平台电压Vth时，开关管关断，漏极电压V_D开始上升，当V_D上升到断态电压时，栅极电压V_G继续下降到零，开关管完成关断过程。

如图4所示，示意了本实用新型第一种驱动电路控制框图，表征漏极电压的采样信号V_D通过微分电路后得到第一电压V1，所述第一电压V1通过电流产生电路得到第一电流i1，通过电流i0和第一电流i1的差值得到驱动电流i_G。

如图5所述，示意了本实用新型第一种驱动电路示意图，本实用新型驱动电路以调节开关管M关断速度为例进行说明，所述驱动电路包括微分电路、电流产生电路和电流产生单元，所述电流产生单元图中采用电流源I0，所述电流产生单元还可以为开关管或电阻。所述微分电路包括电容C和第一电阻R1，所述电流产生电路包括运算放大器U501、辅助开关管M01、第二电阻R2和电流镜U502。电容C一端接收表征开关管M漏极(Drain)电压的采样信号V_D，另一端接电阻R1一端，电阻R1另一端接地，电容C和电阻R1节点处电压为第一电压V1。运算放大器U501的同相输入端输入第一电压V1，反相输入端连接辅助开关管M01第二端和第二电阻R2，输出端连接辅助开关管M01控制端。辅助开关管M01第一端连接电流镜U502输入端，电流镜U502输出端连接电流源101，电流源I0所产生电流为i0。电流镜U502和电流源I0的节点接开关管M的栅极(Gate)。电流镜U502包括两个MOS管，两个MOS管的大小比例为1∶k，即电流镜U502将输入端信号放大k倍输出。

流过电阻R1上的电流为为漏极电压信号变化率，电阻R1上的第一电压V1为运算放大器U501同相端和反相端虚断，输出端输出电压和同相端输入电压V1相同，那么流过电阻R2上电流为V1/R2，经电流镜U502放大后，电流镜输出端输出第一电流i1为k*V1/R2。以开关管M关断时为例，那么开关管M关断时栅极下拉驱动电流i_G为：

由式(1)可以看出，驱动电流iG与成反比，表征的是开关管的开关速度。本实用新型驱动电路为负反馈调节电路，通过负反馈调节栅极驱动电流iG，当所述漏极采样信号变化率过大时，开关管驱动电流iG相应变小，开关管M关断速度变小，所述采样信号变化率变小；这种负反馈驱动控制方案可以实时调节开关管M关断速度，调节精度高。

如图6所述，示意了本实用新型第二种驱动电路示意图，本实用新型驱动电路以调节开关管M关断速度为例进行说明，图6包括比较器U601、延时电路U602、逻辑电路U603和电流调节电路U604。本实用新型以采样栅极电压V_G以控制驱动电流i_G为例进行说明。所述比较器U601一端输入采样信号V_G，另一端输入第一参考信号Vref1，输出比较信号。所述延时电路U602接受PWM信号输出延时信号。所述逻辑电路U602接受比较信号和延时信号，输出控制信号Q1、Q2、Q3、......、Qn，所述电流调节电路u604接受所述控制信号，输出调节后的驱动电流信号i_G。当调节开关管M开通速度时，所述采样信号对应的参考信号为第二参考信号Vref2。

所述延时电路U602将所述PWM信号的下降沿延时一段时间T0后，判断所述所述栅极采样信号V_G是否达到参考信号Vref1(即比较电路U601输出的比较信号是否翻转)，如果V_G达到Vref1说明驱动电流过大，通过逻辑电路U603控制电流调节电路U604调节驱动电流减小。如果将V_G达到参考信号Vref1的时间记为T1，延时时间T0作为阈值时间，通过逻辑电路U603将时间T1和阈值时间T0进行比较，如果T1比T0短，说明驱动电流过大，通过逻辑电路U603控制电流调节电路U604调节驱动电流减小。以采样漏极电压V_D以控制驱动电流i_G的方式参照上述说明。

如图7所示，示意了本实用新型第一种电流调节电路原理图，所述电流调节电路U604包括多个并联的电流调节单元，所述电流调节单元为一个开关管，所述开关管控制端接收所述逻辑电路U603输出的控制信号。通过控制所述开关管的通断得到驱动电流信号i_G。

如图8所示，示意了本实用新型第二种电流调节电路原理图，与图7的区别仅在于所述的电流调节单元为一个由开关和电流源组成的串联电路。

如图9所示，示意了本实用新型第三种电流调节电路原理图，与图8的区别仅在于所述的电流调节单元为一个由开关和电阻成的串联电路。

如图10所示，示意了本实用新型开关管开关速度波形，图10是在图6的基础上做的开关速度判断的进一步说明。其中，PWM为开关管调制信号，PWM_delay信号为PWM信号延时T0时间后的信号，VG为开关管M栅极电压采样信号，Vref1为开关管M关断时V_G的参考信号，即第一参考信号；Vref2为开关管M开通时V_G的参考信号，即第二参考信号。判断开关管M关断速度：PWM下降沿延时一段时间T0后，即PWM_delay信号出现下降沿时，判断V_G是否下降到参考信号Vref1。在PWM_delay信号出现下降沿前，V_G已下降到参考信号Vref1，参照图10中A点，说明开关管M关断速度过快；在PWM_delay信号出现下降沿后，VG才下降到参考信号Vref1，参照图10中B点，说明开关管M关断速度过慢。判断开关管M开通速度：PWM上升沿延时一段时间T0后，即PWM_delay信号出现上升沿时，判断VG是否上升到参考信号Vref2。在PWM_delay信号出现上升沿前，VG已上升到参考信号Vref1，参照图10中C点，说明开关管M开通速度过快；在PWM_delay信号出现上升沿后，V_G才上升到参考信号Vref2，参照图10中D点，说明开关管M开通速度过慢。

开关管开通速度控制方式说明参照上述开关管关断速度控制方式说明。

虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种开关管驱动电路：

接收表征开关管漏极电压的采样信号，根据所述采样信号得到所述漏极电压信号变化率，所述漏极电压信号变化率控制所述开关管驱动电流；

所述的驱动电路包括微分电路和电流产生电路，所述微分电路输出第一电压信号，所述第一电压信号表征漏极电压信号变化率；所述电流产生电路输入第一电压信号，输出第一电流信号，所述第一电流信号控制所述开关管驱动电流。

2.根据权利要求1所述的开关管驱动电路，其特征在于：所述驱动电路还包括电流产生单元，所述电流产生单元所产生电流与所述第一电流信号的差值作为开关管驱动电流。

3.根据权利要求2所述的开关管驱动电路，其特征在于：所述微分电路包括第一电容和第一电阻，所述第一电容和第一电阻串联，其节点处电压为第一电压；所述电流产生电路包括运算放大器、辅助开关管、第二电阻和电流镜，所述运算放大器第一输入端接收所述第一电压信号，其第二输入端连接所述辅助开关管第二端和所述第二电阻，所述运算放大器输出端连接所述辅助开关管的控制端，所述辅助开关管第一端连接所述电流镜输入端，所述电流镜输出端连接所述电流产生单元，所述电流镜输出第一电流信号，所述电流镜输出端与所述电流产生单元的公共端与所述开关管的控制端连接。

4.一种开关管驱动电路：

接收表征开关管漏极电压或栅极电压的采样信号，将所述采样信号达到相应参考信号的时间与阈值时间进行比较，从而调节开关管驱动电流信号；所述参考信号在调节开关管关断驱动电流时为第一参考信号，在调节开关管开通驱动电流时为第二参考信号；

所述驱动电路包括比较器和延时电路，所述比较器一端输入所述采样信号，另一端输入第一参考信号或第二参考信号，所述比较器输出比较信号；所述延时电路接收开关管的PWM信号，输出所述PWM信号的下降沿或上升沿延时信号。

5.根据权利要求4所述的开关管驱动电路，其特征在于：所述驱动电路接收所述采样信号和开关管的PWM信号，调节开关管关断驱动电流时，所述驱动电路在所述PWM信号的下降沿延时一段时间时，判断所述采样信号是否达到第一参考信号；调节开关管开通驱动电流时，所述驱动电路在所述PWM信号的上升沿延时一段时间时，判断所述采样信号是否达到第二参考信号；若所述采样信号未达到相应的参考信号，则控制开关管驱动电流变大，若所述采样信号达到相应的参考信号，则控制开关管驱动电流变小。

6.根据权利要求5所述的开关管驱动电路，其特征在于：所述驱动电路还包括逻辑电路，所述逻辑电路接收所述比较信号和所述延时信号，输出控制信号，根据所述的控制信号来调节所述开关管的驱动电流。

7.根据权利要求6所述的开关管驱动电路，其特征在于：所述驱动电路还包括电流调节电路，所述电流调节电路包括多个并联的驱动单元，所述驱动单元为一个开关管或一个电流源与一个开关串联的电路或一个电阻与一个开关管串联的电路。