專利名稱：一種功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、ic芯片及直流-直流轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、IC芯片及直流-直流轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
當(dāng)前便攜設(shè)備和移動(dòng)通信系統(tǒng)的需求日益增加，這些系統(tǒng)都離不開(kāi)供電系統(tǒng)，直流-直流轉(zhuǎn)換器(DC/DC Converter)以其高效率得到廣泛的應(yīng)用。圖1所示就是常見(jiàn)的同步降壓型直流-直流轉(zhuǎn)換器(Buck，Step-Down DC/DCConverter)應(yīng)用電路，包括直流-直流轉(zhuǎn)換器集成電路(IC)芯片、電感L0，輸出電容CO和負(fù)載RLoad。其中，IC芯片包括控制器(CONTROLLER)、功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器(DRIVER)、功率開(kāi)關(guān)Ml和M2?？刂破鞑捎媚撤N控制方式(PWM或者PFM)產(chǎn)生一定占空比(duty cycle)的脈沖控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器去驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)Ml和M2，使得Ml和M2的公共節(jié)點(diǎn)SW產(chǎn)生峰值為電源到地的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)電感LO和電容CO的濾波在負(fù)載RLoad端產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓。但是，在實(shí)際應(yīng)用中有一些非理想因素是必須要考慮的。例如，IC芯片封裝后的打線寄生電感和電阻，如圖2所示的Rparal和Lparal，Rpara2和Lpara2。在一般封裝中寄生電阻是幾十毫歐量級(jí)，寄生電感是幾納亨量級(jí)。由于功率開(kāi)關(guān)Ml和M2交替開(kāi)關(guān)，在打線的寄生電感上會(huì)有突變電流產(chǎn)生較大電壓變化，也即是說(shuō)，IC芯片內(nèi)部的地電位與芯片外界理想的地電位有電壓差，而且芯片的地電位在功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)處于高頻“彈跳” 狀態(tài)，這就是地彈現(xiàn)象(ground bounce) 0當(dāng)出于成本考慮采用更細(xì)的封裝打線，或者負(fù)載較重時(shí)，IC芯片的地電位跳動(dòng)的幅度就會(huì)增大，這時(shí)就會(huì)影響IC芯片的控制電路，從而影響IC芯片的正常工作。目前，如圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)中常用的方法是在驅(qū)動(dòng)器到功率開(kāi)關(guān)Ml和M2的柵極之間串連電阻(Rl和R2)，采用較大的Rl和R2( —般幾千歐姆數(shù)量級(jí))，通過(guò)減緩功率開(kāi)關(guān)Ml和M2的開(kāi)啟速度來(lái)減小地彈，其中，功率開(kāi)關(guān)Ml為P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng) (MOS)晶體管(P-channel Metal Oxide Semiconductor, PM0S)；功率開(kāi)關(guān) M2 為 N 溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)(MOS)晶體管(N-channel Metal-Oxide-Semiconductor, NM0S)。但是，當(dāng)封裝打線的直徑更小，即打線的寄生電感更大，或者負(fù)載電流更大時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的地彈還是很大。原因是在功率開(kāi)關(guān)Ml的柵極已通過(guò)控制該功率開(kāi)關(guān)Ml的PMOS Mll和電阻Rl被拉高；但M2導(dǎo)通后，SW節(jié)點(diǎn)被快速拉低，因?yàn)镽l的阻值較大，即Ml的柵極到電源Vdd的阻抗較大，通過(guò)Ml的寄生電容Cgd(由于功率開(kāi)關(guān)Ml的面積較大，等效的 Cgd也較大)的耦合后，輸出端(SW)把Ml的柵極也拉低，Ml也在瞬間導(dǎo)通；Ml和M2在同時(shí)導(dǎo)通的瞬間就會(huì)在封裝打線電感Lpara2上產(chǎn)生較大的電流，這個(gè)大電流會(huì)突變使得GND 端的“彈跳”幅度很高，如圖4所示的波形GND跳動(dòng)幅度達(dá)到IV多。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的功率開(kāi)關(guān)的地彈現(xiàn)象較為嚴(yán)重
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、IC芯片及直流-直流轉(zhuǎn)換器，用以降低開(kāi)關(guān)電源地彈，在保持功率開(kāi)關(guān)較慢的開(kāi)啟速度的同時(shí)，降低關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)時(shí)功率開(kāi)關(guān)的柵極到電源或地的阻抗，使關(guān)斷后的功率開(kāi)關(guān)不能通過(guò)寄生電容的耦合而瞬間導(dǎo)通。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，包括用于控制P型功率開(kāi)關(guān)的N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管NM0S，以及用于控制N型功率開(kāi)關(guān)的P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管PM0S，所述NMOS的柵極和PMOS的柵極分別通過(guò)反相器連接到兩相不交疊時(shí)鐘，該功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器還包括第一電阻，連接在所述NMOS的源極與地之間；以及，第二電阻，連接在所述PMOS的源極與所述功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器的正極之間。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種集成電路IC芯片包括所述的功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種直流-直流轉(zhuǎn)換器包括所述的功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)所述功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、IC芯片及直流-直流轉(zhuǎn)換器，可以降低開(kāi)關(guān)電源地彈，在保持功率開(kāi)關(guān)較慢的開(kāi)啟速度的同時(shí)，降低關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)時(shí)功率開(kāi)關(guān)的柵極到電源或地的阻抗，使關(guān)斷后的功率開(kāi)關(guān)不能通過(guò)寄生電容的耦合而瞬間導(dǎo)通。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的同步降壓型直流-直流轉(zhuǎn)換器(Buck，Step-Down DC/DC Converter)應(yīng)用電路示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的直流-直流轉(zhuǎn)換器的IC芯片封裝后的打線寄生電感和電阻的示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的直流-直流轉(zhuǎn)換器在驅(qū)動(dòng)器到功率開(kāi)關(guān)Ml和M2的柵極之間串連電阻(Rl和R2)的示意圖；圖4為圖3所示直流-直流轉(zhuǎn)換器的GND端的地彈示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的直流-直流轉(zhuǎn)換器的GND端的地彈示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例提供了一種功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、IC芯片及直流-直流轉(zhuǎn)換器，用以降低開(kāi)關(guān)電源地彈(ground bounce)，在保持功率開(kāi)關(guān)較慢的開(kāi)啟速度的同時(shí)，降低關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)時(shí)功率開(kāi)關(guān)的柵極到電源或地的阻抗，使關(guān)斷后的功率開(kāi)關(guān)不能通過(guò)寄生電容的耦合而瞬間導(dǎo)通。參見(jiàn)圖5，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器(DRIVER)，包括用于控制P型功率開(kāi)關(guān)Ml的匪OS M12和PMOS Mil,以及用于控制N型功率開(kāi)關(guān)M2的PMOS M21和匪OS M22，該功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器還包括第一電阻R12，連接在所述NMOS M12的源極與地(GND)之間；以及，第二電阻R21，連接在所述PMOS M21的源極與所述功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器的正極(Vdd) 之間。較佳地，該功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器還包括連接于所述NMOS M12的漏級(jí)與所述P型功率開(kāi)關(guān)Ml的柵極之間的第三電阻Rll ； 以及，
連接于所述PMOS M21的漏級(jí)與所述N型功率開(kāi)關(guān)M2的柵極之間的第四電阻R22。較佳地，所述第一電阻R12的阻值，與所述第三電阻Rll的阻值相等；所述第二電阻R21的阻值，與所述第四電阻R22的阻值相等。較佳地，所述第一電阻的阻值取值范圍為100歐姆 400歐姆。較佳地，所述第二電阻的阻值取值范圍為100歐姆 400歐姆。較佳地，所述第三電阻的阻值取值范圍為100歐姆 400歐姆。較佳地，所述第四電阻的阻值取值范圍為100歐姆 400歐姆。如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，還包括兩相不交疊時(shí)鐘(BBM) 和兩個(gè)反相器(INV)。兩相不交疊時(shí)鐘接收控制器(CONTROLLER)的占空比信號(hào)，分別產(chǎn)生 P型功率開(kāi)關(guān)Ml和N型功率開(kāi)關(guān)M2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。兩相不交疊時(shí)鐘保證P型功率開(kāi)關(guān)Ml和 N型功率開(kāi)關(guān)M2不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。反相器接收兩相不交疊時(shí)鐘產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將其反相以達(dá)到P型功率開(kāi)關(guān)Ml和N型功率開(kāi)關(guān)M2所需的電平。如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種集成電路(IC)芯片，包括控制器 (CONTROLLER)、上述功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器(DRIVER)、功率開(kāi)關(guān)Ml和M2。控制器(CONTROLLER) 產(chǎn)生適合的占空比信號(hào)，功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器(DRIVER)接收這個(gè)占空比信號(hào)，最終產(chǎn)生控制功率開(kāi)關(guān)Ml和M2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種直流-直流轉(zhuǎn)換器，包括上述直流-直流轉(zhuǎn)換器集成電路(IC)芯片(其中包括上述功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器)、打線寄生電感和電阻(即圖5 所示的Rparal和Lparal，Rpara2和Lpara2)。打線寄生電感Lparal和電阻Rparal代表芯片內(nèi)的Vdd到封裝完成后的VCC管腳的寄生效應(yīng)。同理，打線寄生電感Lpara2和電阻 Rpara2代表芯片內(nèi)的GND到封裝完成后的0電平管腳的寄生效應(yīng)。如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例中將圖3所示現(xiàn)有技術(shù)中的Rl分成兩個(gè)電阻Rll和 R12，并且較佳地，Rll = R12 = 0. 5*R1，將R2也分成兩個(gè)電阻R21和R22，并且較佳地，R21 =R22 = 0. 5*R2。其中Rll仍保持在原來(lái)Rl的位置，R22保持在原來(lái)R2的位置，將R12放在功率開(kāi)關(guān)M2的前級(jí)驅(qū)動(dòng)管M12的源極和GND之間，將R21放在功率開(kāi)關(guān)M2的前級(jí)驅(qū)動(dòng)管M21的源極和電源Vdd之間。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)NMOS M2開(kāi)啟時(shí)，M21導(dǎo)通后仍通過(guò)R21和R22 給M2的柵極充電，也就是說(shuō)，功率開(kāi)關(guān)NMOS M2的開(kāi)啟速度和現(xiàn)有技術(shù)一樣較慢。但此時(shí) Mll導(dǎo)通，關(guān)斷的功率開(kāi)關(guān)PMOS Ml的柵極到電源的阻抗由現(xiàn)有技術(shù)Rl減小到Rll (Rll = 0. 5*R1)，因而功率開(kāi)關(guān)PMOS Ml的柵極就不容易被輸出端SW的下降而耦合變低，故功率開(kāi)關(guān)PMOS Ml能在功率開(kāi)關(guān)NMOS M2開(kāi)啟時(shí)保持關(guān)斷，在封裝打線的電感Lpara2上就不會(huì)有較大的突變電流，GND端的地彈也會(huì)明顯減小，功率開(kāi)關(guān)PMOS Ml導(dǎo)通時(shí)地彈改善效果也可以同理推導(dǎo)出。如圖6所示，就是按照本發(fā)明實(shí)施例提供的功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器得到的仿真波形示意圖，從圖中可見(jiàn)，GND波形，也就是IC芯片的GND端的地彈只有500mV，較現(xiàn)有技術(shù)的IV多有明顯改善。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)所述功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、IC芯片及直流-直流轉(zhuǎn)換器， 可以降低開(kāi)關(guān)電源地彈，在保持功率開(kāi)關(guān)較慢的開(kāi)啟速度的同時(shí)，降低關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)時(shí)功率開(kāi)關(guān)的柵極到電源或地的阻抗，使關(guān)斷后的功率開(kāi)關(guān)不能通過(guò)寄生電容的耦合而瞬間導(dǎo)
ο顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，包括用于控制P型功率開(kāi)關(guān)的N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管NM0S，以及用于控制N型功率開(kāi)關(guān)的P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 PM0S,所述NMOS的柵極和PMOS的柵極分別通過(guò)反相器連接到兩相不交疊時(shí)鐘，其特征在于，該功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器還包括第一電阻，連接在所述NMOS的源極與地之間；以及，第二電阻，連接在所述PMOS的源極與所述功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器的正極之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，該功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器還包括連接于所述NMOS的漏級(jí)與所述P型功率開(kāi)關(guān)的柵極之間的第三電阻；以及，連接于所述PMOS的漏級(jí)與所述N型功率開(kāi)關(guān)的柵極之間的第四電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述第一電阻的阻值，與所述第三電阻的阻值相等；所述第二電阻的阻值，與所述第四電阻的阻值相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述第一電阻的阻值取值范圍為100歐姆 400歐姆。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述第二電阻的阻值取值范圍為100歐姆 400歐姆。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述第三電阻的阻值取值范圍為100歐姆 400歐姆。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述第四電阻的阻值取值范圍為100歐姆 400歐姆。
8.一種集成電路IC芯片，其特征在于，該集成電路IC芯片包括權(quán)利要求1-7任一權(quán)項(xiàng)所述的功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器。
9.一種直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該轉(zhuǎn)換器包括權(quán)利要求1-7任一權(quán)項(xiàng)所述的功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、IC芯片及直流-直流轉(zhuǎn)換器，用以降低開(kāi)關(guān)電源地彈，在保持功率開(kāi)關(guān)較慢的開(kāi)啟速度的同時(shí)，降低關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)時(shí)功率開(kāi)關(guān)的柵極到電源或地的阻抗，使關(guān)斷后的功率開(kāi)關(guān)不能通過(guò)寄生電容的耦合而瞬間導(dǎo)通。本發(fā)明提供的一種功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器包括用于控制P型功率開(kāi)關(guān)的N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管NMOS，以及用于控制N型功率開(kāi)關(guān)的P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管PMOS，該功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器還包括與所述NMOS的源極相連的第一電阻；以及，與所述PMOS的源極相連的第二電阻。
文檔編號(hào)H02M1/088GK102545560SQ20111042251
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者楊喆, 王釗 申請(qǐng)人:無(wú)錫中星微電子有限公司