專利名稱：用于電源管理的反饋箝位功率mos管驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及開關電源技術(shù)領域，特別涉及ー種用于電源管理的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
近年來，緑色節(jié)能以及低功耗成為能源應用的趨勢。開關電源具有效率高、功耗低、體積小和輸出電壓范圍寬等特點被廣泛應用于電子設備充電器、發(fā)光二極管(LED)驅(qū)動等領域。下面結(jié)合附圖介紹現(xiàn)有技術(shù)中的用于電源管理的功率MOS管驅(qū)動電路。參見圖1，該圖為現(xiàn)有技術(shù)中典型的用于電源管理的功率MOS管驅(qū)動電路。主要包·括一電平轉(zhuǎn)移模塊101、ー懸空線性穩(wěn)壓模塊102、一高壓驅(qū)動模塊103和一降壓型開關調(diào)整器模塊(BUCK調(diào)整器模塊)104。電路的基本工作原理如下懸空線性穩(wěn)壓模塊102根據(jù)輸入電壓VIN為電平轉(zhuǎn)移模塊101和高壓驅(qū)動模塊103提供懸浮地電壓VIN-5V ;脈寬調(diào)制(Pulse Width Mode, PWM)信號通過電平轉(zhuǎn)移模塊101被調(diào)整為高壓脈寬調(diào)制信號HV_PWM，高壓脈寬調(diào)制信號HV_PWM的高電平為VIN，低電平為VIN-5V。高壓脈寬調(diào)制信號HV_PWM經(jīng)過高壓驅(qū)動模塊103增強驅(qū)動能力以驅(qū)動BUCK調(diào)整器模塊104中的功率MOS管的柵極，通過控制功率MOS管的導通和關斷來控制BUCK調(diào)整器模塊104的工作狀態(tài)。該驅(qū)動信號的高電平為VIN，低電平為VIN-5V，從而保證功率MOS管的源柵電壓|Vgs|不大于5V，以避免功率MOS管104擊穿。目前，為了提高高壓脈寬調(diào)制信號HV_PWM的驅(qū)動能力，減小開啟時間和關斷時間，高壓驅(qū)動模塊103通常采用較大寬長比的MOS管組成緩沖器以及采用緩沖器級聯(lián)的方式，因此版圖面積較大，提高了成本。另外由于高壓驅(qū)動模塊103內(nèi)存在大量緩沖器，這可能使電路存在交越導通現(xiàn)象，造成電路性能不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的用于電源管理的功率MOS管驅(qū)動電路版圖面積大、成本高、可能存在的性能不穩(wěn)定等問題，從而提出ー種用于電源管理的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路的新結(jié)構(gòu)，該電路利用反饋原理產(chǎn)生功率MOS管的柵極控制信號，能夠有效地減小版圖面積、降低成本，另外該電路不存在緩沖器，避免了交越導通現(xiàn)象，提高了電路的穩(wěn)定性。本發(fā)明提供了ー種用于電源管理的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路，主要包括一控制模塊201、一反饋箝位模塊202、一電流檢測模塊203、一電壓反饋模塊204、ー電流源模塊205和一降壓型開關調(diào)整器模塊(BUCK調(diào)整器模塊)206。各模塊的連接方式及功能如下控制模塊201接收脈寬調(diào)制信號PWM (或脈沖頻率調(diào)制信號PFM)，與反饋箝位模塊202連接并為其提供合適的偏置；與電流源模塊205連接并控制其工作狀態(tài)，當脈寬調(diào)制信號PWM的電位為VDD時，其中VDD是電路的電源電壓，控制模塊201為反饋箝位模塊202提供偏置并使電流源模塊205關斷；當脈寬調(diào)制信號PWM的電位為OV時，控制模塊201為反饋箝位模塊202提供偏置并使電流源模塊205開啟。反饋箝位模塊202的輸入信號為VIN，與控制模塊201連接，由控制模塊201提供偏置；與電流檢測模塊203連接，與電流檢測模塊203形成負反饋；與電流源模塊205連接，由電流源模塊205提供偏置；與BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵極連接，根據(jù)脈寬調(diào)制信號PWM的不同狀態(tài)在功率MOS管的柵極產(chǎn)生不同的電位，以控制功率MOS管的導通與關斷。反饋箝位模塊202根據(jù)控制模塊201和電流源模塊205在不同的脈寬調(diào)制信號PWM信號狀態(tài)下提供的偏置，將功率MOS管的柵極電位鉗位在不同的電位，以控制功率MOS管的導通和關斷。電流檢測模塊203與反饋箝位模塊202連接，檢測反饋箝位模塊202的內(nèi)部電流，防止BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵源電壓|VGS|過大造成擊穿?！る娏鳈z測模塊203檢測反饋箝位模塊202的內(nèi)部電流，當輸入電壓VIN存在浪涌電流時，即反饋箝位模塊202的內(nèi)部電流過大時，電流檢測模塊203快速抽取電流源模塊205為反饋箝位模塊202提供的偏置電流，提高功率MOS管的柵極電位，避免功率MOS管的柵源電壓IvgsI過大造成擊穿。電壓反饋模塊204與BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵極連接，監(jiān)測功率MOS管的柵極電位，防止功率MOS管導通期間受外界干擾而產(chǎn)生錯誤關斷；與電流源模塊205連接，調(diào)節(jié)電流源模塊205為反饋箝位模塊202提供的偏置電流，快速穩(wěn)定反饋箝位模塊202的反饋環(huán)路，從而快速穩(wěn)定功率MOS管的柵極電位，井能防止功率MOS管的柵源電壓IVGS I過大而發(fā)生擊穿。當電壓反饋模塊204檢測到功率MOS管的柵極電位低于VIN-VDD吋，減小電流源模塊205為反饋箝位模塊202提供的偏置電流，從而調(diào)節(jié)反饋箝位模塊202，使功率MOS管得柵極電位升高，快速穩(wěn)定反饋箝位模塊202的反饋環(huán)路，井能防止功率MOS管擊穿；當電壓反饋模塊204檢測到功率MOS管的柵極電位高于VIN-VDD吋，增大電流源模塊205為反饋箝位模塊202提供的偏置電流，從而調(diào)節(jié)反饋箝位模塊202，使功率MOS管得柵極電位降低；在功率MOS管關斷期間，電壓反饋模塊204關斷以降低功耗。電流源模塊205與控制模塊201連接，控制模塊201控制其工作狀態(tài)；與反饋箝位模塊202連接，為反饋箝位模塊202的反饋環(huán)路提供合適的偏置；與電壓反饋模塊204連接，當電流源模塊205工作時電壓反饋模塊204可以調(diào)節(jié)其為反饋箝位模塊202提供的偏置電流的大小。電流源模塊205由控制模塊201控制其開啟和關斷，當電流源模塊205工作時由電壓反饋模塊204調(diào)節(jié)其為反饋箝位模塊202提供的偏置電流的大小，為反饋箝位模塊202的反饋環(huán)路提供合適的偏置。BUCK調(diào)整器模塊206至少包含ー個P型功率MOS管，該管可以為集成P型高壓功率MOS管，或片外P型高壓功率MOS管。BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵極與反饋箝位模塊202連接，由反饋箝位模塊202的輸出信號控制功率MOS管的導通和關斷；BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵極與電壓反饋模塊204連接，當功率MOS管開啟吋，電壓反饋模塊204檢測其柵極電位，防止功率MOS管擊穿。整體驅(qū)動電路工作過程如下當脈寬調(diào)制信號PWM的電位為VDD時，其中VDD是電路的電源電壓，控制模塊201關斷電流源模塊205，反饋箝位模塊202根據(jù)控制模塊201提供的偏置使BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵極電位被鉗位在VIN，從而關斷功率MOS管使BUCK調(diào)整器模塊206停止對負載充電。 當脈寬調(diào)制信號PWM的電位為OV時，控制模塊201開啟電流源模塊205，反饋箝位模塊202根據(jù)控制模塊201提供的偏置使BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵極電位被鉗位在VIN-VDD，從而開啟功率MOS管。使BUCK調(diào)整器模塊206開始對負載充電。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點基于反饋思想提出了ー種用于電源管理·的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路的新結(jié)構(gòu)，該電路驅(qū)動能力強，避免了電平轉(zhuǎn)換電路、懸空線性調(diào)整器和高壓驅(qū)動模塊的設計，縮小了版圖面積，降低了成本，提高了電路的穩(wěn)定性。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的典型的用于電源管理的功率MOS管驅(qū)動電路拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明用于電源管理的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路拓撲結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中用于電源管理的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路電路圖；圖4為實施例中電路的功率MOS管的柵源電壓IvgsI、輸入電壓VIN、脈寬調(diào)制信號PWM和BUCK調(diào)整器模塊對電容充電電流的波形；圖5為現(xiàn)有技術(shù)電路的功率MOS管的柵源電壓IvgsI、輸入電壓vin、脈寬調(diào)制信號PWM和BUCK調(diào)整器模塊對電容充電電流的波形。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖3通過實施例進ー步說明本發(fā)明。需要說明的是實施例中的參數(shù)并不影響本發(fā)明的一般性。本實施例提供的用于電源管理的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路包括ー控制模塊201、一反饋箝位模塊202、一電流檢測模塊203、一電壓反饋模塊204、ー電流源模塊205和一 BUCK調(diào)整器模塊206。本實施例中電路的電源電壓VDD為5V。所述控制模塊201包括三個NMOS開關管SWl管、SW2管、SW3管和兩個NMOS限壓
管MNl管、MN2管。Sffl管、SW2管、SW3管的柵極均與脈寬調(diào)制信號PWM連接，源極均與地連接，由脈寬調(diào)制信號PWM控制三個管子的導通與截止。第一開關管SWl管的漏極與第一限壓管MNl管的源極連接，第二開關管SW2管的漏極與第二限壓管MN2管的源極連接，第三開關管SW3管的漏極與電流源模塊205中的Ibias管的柵極連接。限壓管匪I管、匪2管的柵極均與VBN信號連接，VBN信號由電壓基準提供，為匪I管、MN2管提供合適的柵極偏置。MNl管的漏極與反饋箝位模塊202中MPl管的漏極、穩(wěn)壓ニ極管Dl的負極以及MP2管和MP3管的柵極連接，匪2管的漏極與反饋箝位模塊202中MP2管的漏極和穩(wěn)壓ニ極管Dl的正極連接。所述反饋箝位模塊202包括4個PMOS管MPl管、MP2管、MP3管、MP4管和兩個電阻R1、R2以及ー個穩(wěn)壓ニ極管Dl。MPl管、MP2管、MP3管、MP4管的源極均與輸入電壓VIN連接，MPl管的柵極與VBP信號連接，VBP信號由電壓基準提供，為MPl管的柵極提供合適的偏置，MPl管的漏極與MP2管、MP3管的柵極連接；MP2管的漏極與控制模塊201中的匪2管的漏極連接；MP3管的漏極與電阻R2的下端連接；MP4管的柵極與電阻R2的上端連接，漏極與電阻R2的下端連接。穩(wěn)壓ニ極管Dl的正極與MP2管的漏極 連接，負極與MPl管的漏極連接。電阻Rl的上端與輸入電壓VIN連接，下端與電阻R2的上端連接；電阻R2的下端與BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵極和電流源模塊205中Ibias管的漏極連接。所述電流檢測模塊203包括一 NPN型雙極型晶體管BJT1。BJTl的基極和反饋箝位模塊202中的電阻R2的上端連接，發(fā)射極與電阻R2的下端和BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵極連接，集電極與輸入電壓VIN連接。所述電壓反饋模塊204包括3個PMOS管MP5管、MP6管、MP7管，兩個NMOS管MN4管、麗5管和兩個電阻R3、R4。MP5管和MP6管組成電流鏡結(jié)構(gòu)。MP5管和MP6管的源極均與輸入電壓VIN連接，MP5管和MP6管的柵極均與MP5管的漏極連接，MP5管的漏極與MN4管的漏極連接，MP6管的漏極與MP7管的源極連接。MP7管的柵極與BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵極連接，漏極與電阻R4的上端和匪5管的柵極連接。MN4管的柵極與VBN信號連接，源極與電阻R3的上端連接，漏極與MP5管的漏極連接；MN5管的柵極與電阻R3的上端連接，漏極與電阻R3的上端連接，源極接地。電阻R3、R4的下端均接地，電阻R3的上端與MN4管的漏極和電流源模塊205中Ibias管的柵極連接；電阻R4的上端與MP7管的漏極和麗5管的柵極連接。所述電流源模塊205包括一高壓薄柵NMOS管Ibias。Ibias管的柵極與控制模塊201的第三開關管SW3管的漏極和電壓反饋模塊204中的電阻R3的上端連接，源極接地，漏極與電壓反饋模塊202中的電阻R2的下端連接。由上可見，當脈寬調(diào)制信號PWM為5V時，控制模塊201中的第一開關管、第二開關管和第三開關管SWl管、SW2管和SW3管均導通，VBN信號使麗I管和麗2管導通。麗I管、匪2管的漏極電位被拉低，SW3管的漏極電位即點VFB的電位被拉低到接近地電位。VBP信號為反饋鉗位模塊202中的MPl管的柵極提供偏置使MPl管導通，從而MP2管和MP3管導通，MP2管和MP3管的漏極電位被拉升至接近VIN，穩(wěn)壓ニ極管Dl正端，電阻R2下端電位接近VIN，電阻R2下端電位略高于上端電位，MP4管截止。由于點VFB的電位被拉低至接近地電位，電流源模塊205中的Ibias管的柵極電位接近地電位，Ibias管截止，Ibias管的漏極電位被拉升至VIN。同吋，反饋箝位模塊202中的電阻R2下端的電位被MP3管上拉至VIN，MP3管和Ibias管共同作用，將BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵極電位箝位在VIN，功率MOS管關斷。由于反饋鉗位模塊202中的電阻R2的下端電位高于上端電位，電流檢測模塊203中的雙極型晶體管BJTl截止。在輸入電壓不存在浪涌電流吋，電流檢測模塊203總是關斷的。由于BUCK調(diào)整器模塊206中功率MOS管的柵極電位被上拉至VIN，電壓反饋模塊204中的MP7管截止，流經(jīng)電阻R4的電流為0，從而電阻R4上端的電位為0，匪5管截止。MP5管和MN4管導通，由于電阻R3的電阻值遠大于控制模塊201中的SW3管的導通電阻，流經(jīng)MP5管和MN4管的電流經(jīng)過控制模塊201中的SW3管流至地。當脈寬調(diào)制信號PWM為OV時，控制模塊201中的第一開關管、第二開關管和第三開關管SWl管、SW2管和SW3管均截止，從而匪I管和匪2管截止。此時，反饋箝位模塊202中的MPl管工作在深線性區(qū)，MNl管的漏極電位被拉升至接近VIN。由于反饋鉗位模塊202中的MPl管工作在 深線性區(qū)，控制模塊201中的麗I管的漏極電位被拉升至接近VIN，因此MP2管和MP3管截止，穩(wěn)壓ニ極管Dl的負極電位被拉升至VIN。由于控制模塊201中的SW3管截止，電流源模塊205中的Ibias管的柵極電位為電壓反饋模塊204中的電阻R3的上端的電位，從而Ibias管導通，此時反饋鉗位模塊202中的電阻R2的下端電位低于VIN，從而電阻Rl的下端電位也低于VIN，穩(wěn)壓ニ極管Dl反偏。穩(wěn)壓ニ極管Dl的反向電流遠小于流經(jīng)電阻Rl的電流IK1，因此流經(jīng)電阻R2的電流也為近似為IK1。電阻R1、R2支路和MP4管支路的電流經(jīng)過電流源模塊205中的Ibias管流至地，且流經(jīng)電阻R1、R2支路的電流與流經(jīng)MP4管支路的電流之和等于流經(jīng)Ibias管的電流。電阻Rl、R2和MP4管構(gòu)成反饋環(huán)路，由電流源模塊205提供偏置，MP4管抽取Ibias管提供的偏置電流，使電阻R2下端的電位被鉗位在VIN-5V。此時BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵極電位被鉗位在通VIN-5V，即功率MOS管導通。BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵極電位VMTE,lOT的計算公式如公式(I)所示。V氧 ^=VIN-(VR2) X Iki (I)式中VeAmlOT為功率MOS管的柵極電位，VIN為輸入電壓，R1^ R2分別為電阻Rl、R2的電阻值，Ie1為流經(jīng)電阻Rl的電流；其中使BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管導通的信號VIN-5V是本發(fā)明實施例的設定，可以通過設置電阻R1、R2的電阻值、MP4管的寬長比和Ibias管的柵極電位進行調(diào)節(jié)，不影響本發(fā)明的一般性。由于BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵極電位被鉗位在VIN-5V，電壓反饋模塊204中的MP7管導通，VBN信號使MN4管導通，MP5管和MP6管構(gòu)成電流鏡結(jié)構(gòu)。MP7管的漏極電流使電阻R4上端的電位升高，使MP5管導通。由于控制模塊201中的SW3管截止，因此MN4管的源極電流分為兩個支路，分別為電阻R3支路和匪5管支路。匪5管支路抽取MN4管的源極電流以改變流經(jīng)電阻R3支路的電流，從而改變電阻R3上端的電位，即點VFB的電位，進而控制電流源模塊205中的Ibias管的柵極電位以控制電流源模塊205為反饋鉗位模塊202提供的偏置電流。當功率MOS管的柵極電位高于VIN-5V時，即MP7管的柵極電位大于VIN-5V時，流經(jīng)MP7管的電流減小，降低了電阻R4上端和匪5管柵極的電位，從而匪5管從MN4管的源極抽取的電流減小，流經(jīng)電阻R3的電流増大，使電阻R3上端和電流源模塊205中的Ibias管柵極的電位升高，増大了電流源模塊205為反饋鉗位模塊202提供的偏置電流，使反饋鉗位模塊202中的電阻R2的下端電位降低到VIN-5V。當功率MOS管的柵極電位低于VIN-5V時，即MP7管的柵極電位低于VIN-5V時，流經(jīng)MP7管的電流増大，増大了電阻R4上端和匪5管柵極的電位，從而匪5管從MN4管源極抽取的電流増大，流經(jīng)電阻R3的電流減小，使電阻R3上端和電流源模塊205中的Ibias管的柵極電位降低，減小了電流源模塊205為反饋鉗位模塊202提供的偏置電流，使反饋鉗位模塊202中的電阻R2的下端電位升高到VIN-5V。當電路存在浪涌電流時，會造成BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵源電壓過大，同時流經(jīng)電壓反饋模塊202中的電阻Rl和R2的電流很大，這時電流檢測模塊203中的BJTl迅速導通，BJTl和MP4管抽取流經(jīng)電阻R1、R2支路的電流，提高功率MOS管的柵極電位，防止功率MOS管擊穿。BJTl具有較大的發(fā)射極面積，因此能夠 快速抽取浪涌電流，降低功率MOS管的柵源電壓，有效防止功率MOS管擊穿，提高電路的穩(wěn)定性。本發(fā)明實施例中采用的BUCK調(diào)整器模塊206包括一整流ニ極管D2、一 P型功率MOS管、一電感L、一電容CL和一穩(wěn)壓ニ極管D3。整流ニ極管D2的正極和輸入電壓VIN連接，負極和功率MOS管的源極連接。功率MOS管的源極和整流ニ極管D2的負極連接，該管的柵極和反饋箝位模塊202中的電阻R2的下端連接，該管的漏極和電感L的上端連接。電感L的上端與功率MOS管的漏極和穩(wěn)壓ニ極管D3的負極連接，下端和電容CL的上端連接。電容CL的上端和電感L的下端連接，電容CL的下端接地。穩(wěn)壓ニ極管D3的正極接地，負極和功率MOS管的漏極連接。電容CL用來模擬被充電的電池。當脈寬調(diào)制信號PWM為5V時，功率MOS管關斷，輸入電壓VIN停止對電容CL充電，穩(wěn)壓ニ極管D3為電感L續(xù)流，防止電感L中的電流突然變化時產(chǎn)生高壓。當脈寬調(diào)制信號PWM為OV時，功率MOS管導通，VIN對電容CL充電，整流ニ極管D2用來防止電容CL上端電位高于VIN時電容CL放電。采用典型0. 35 U m/5V硅B⑶エ藝模型和Hspice仿真軟件對實施例的電路進行仿真。BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵源電壓IVGS |、輸入電壓VIN、脈寬調(diào)制信號PWM和BUCK調(diào)整器模塊206對電容CL充電電流的波形如圖4所示。其中脈寬調(diào)制信號PWM的頻率為500KHz。圖4中橫坐標為時間，曲線Vgs為BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵源電壓IVGSl，上升時間為18. 3ns，下降時間為10. 2ns ;曲線Vp■為脈寬調(diào)制信號PWM的電壓波形；曲線VIN是輸入電壓VIN的波形；曲線L是BUCK調(diào)整器模塊206中流經(jīng)電感L的電流，也是BUCK調(diào)整器模塊206對電容CL充電的電流；曲線Iuavg是BUCK調(diào)整器模塊206對電容CL充電的平均電流，充電電流的平均值為3. 89A。從圖4可以看出，電路穩(wěn)定后，當脈寬調(diào)制信號PWM為OV吋，BUCK調(diào)整器模塊206中的功率MOS管的柵源電壓IvgsI約為4.35V;當脈寬調(diào)制信號pwm為5V時，功率mos管的柵源電壓IVGSl約為-170mV。功率MOS管可以正常開啟和關斷，開啟時間為18. 3ns，關斷時間為10. 2ns，滿足エ業(yè)要求。采用典型0. 35 u m/5V硅B⑶エ藝模型和Hspice仿真軟件對現(xiàn)有技術(shù)電路進行仿真。其中現(xiàn)有技術(shù)電路中的BUCK調(diào)整器模塊104的電路拓撲結(jié)構(gòu)和參數(shù)與本發(fā)明的實施例中BUCK調(diào)整器模塊206的電路拓撲結(jié)構(gòu)和參數(shù)相同。BUCK調(diào)整器模塊104中的功率MOS管的柵源電壓IVGS |、輸入電壓VIN、脈寬調(diào)制信號PWM和BUCK調(diào)整器模塊104對電容CL充電電流的波形如圖5所示。其中脈寬調(diào)制信號PWM的頻率為500KHz。圖5中橫坐標為時間，曲線Vgs為BUCK調(diào)整器模塊104中的功率MOS管的柵源電壓I VGS I，上升時間為23. 6ns，下降時間為2. 6ns ;曲線Vp■為脈寬調(diào)制信號PWM的電壓波形；曲線VIN是輸入電壓VIN的波形；曲線L是BUCK調(diào)整器模塊104中的電感L的電流，也是BUCK調(diào)整器模塊104對電容CL充電的電流，曲線Iuavg是BUCK調(diào)整器模塊104對電容CL充電的平均電流，充電電流的平均值為3. 2A。由上可見，本發(fā)明電路的開啟時間小于現(xiàn)有技術(shù)電路，關斷時間大于現(xiàn)有技術(shù)電路，但開啟時間和關斷時間均滿足エ業(yè)要求。本發(fā)明電路的BUCK調(diào)整器 模塊206對電容CL充電的平均電流為3. 89A，已有技術(shù)電路的BUCK調(diào)整器模塊104對電容CL充電的平均電流為3. 2A，本發(fā)明電路的驅(qū)動能力明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)電路的驅(qū)動能力。從電路版圖面積來考慮，在相同的エ藝條件下，本發(fā)明電路的版圖面積約為580 u m*160 u m,而已有技術(shù)電路的版圖面積約為810 u m*300 u m,本發(fā)明電路的版圖面積比現(xiàn)有技術(shù)電路的版圖面積節(jié)省了 62%。此外，本發(fā)明用于電源管理的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路的另一種結(jié)構(gòu)，可將附圖2中的電流檢測模塊203和電壓反饋模塊204去棹，電路包含ー控制模塊201、一反饋箝位模塊202、ー電流源模塊205和一降壓型開關調(diào)整器模塊(BUCK調(diào)整器模塊)206。雖然本發(fā)明的用于電源管理的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)已經(jīng)以實例的形式公開如上，然而并非用以限定本發(fā)明，如果本領域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神所做的非實質(zhì)性改變或改進，都應該屬于本發(fā)明權(quán)利要求保護的范圍。
權(quán)利要求
1.用于電源管理的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路，其特征在于包含有一控制模塊(201)、一反饋箝位模塊(202)、一電流檢測模塊(203)、一電壓反饋模塊(204)、一電流源模塊(205)和一降壓型開關調(diào)整器模塊BUCK (206)，各模塊的連接方式及功能如下 控制模塊(201)接收脈寬調(diào)制信號PWM、或脈沖頻率調(diào)制信號PFM，與反饋箝位模塊(202)連接并為其提供偏置，與電流源模塊(205)連接并控制其工作狀態(tài)； 反饋箝位模塊(202)的輸入信號為VIN，與控制模塊(201)連接，由控制模塊(201)提供偏置，與電流檢測模塊(203)連接，與電流檢測模塊(203)形成負反饋電路，與電流源模塊(205 )連接，由電流源模塊(205 )提供偏置，與BUCK調(diào)整器模塊(206 )中的功率MOS管的柵極連接，在功率MOS管的柵極產(chǎn)生不同的電位，以控制功率MOS管的導通和關斷； 電流檢測模塊(203 )與反饋箝位模塊(202 )連接，能夠檢測反饋箝位模塊(202 )的內(nèi)部電流，防止BUCK調(diào)整器模塊(206)中的功率MOS管擊穿； 電壓反饋模塊(204)與BUCK調(diào)整器模塊(206)中的功率MOS管的柵極連接，并監(jiān)測功率MOS管的柵極電位，防止功率MOS管導通期間受外界干擾而產(chǎn)生錯誤關斷，與電流源模塊(205)連接，能調(diào)節(jié)電流源模塊(205)提供的偏置電流，加速穩(wěn)定反饋箝位模塊(202)的反饋環(huán)路，并能防止功率MOS管擊穿； 電流源模塊(205)與控制模塊(201)連接，由控制模塊(201)控制其工作狀態(tài)，與反饋箝位模塊(202)連接，為反饋箝位模塊(202)的反饋環(huán)路提供偏置，與電壓反饋模塊(204)連接，當電流源模塊(205)工作時，電壓反饋模塊(204)可以調(diào)節(jié)為其反饋箝位模塊(202)提供的偏置電流的大小； BUCK調(diào)整器模塊(206)至少包含一個P型功率MOS管，BUCK調(diào)整器模塊(206)中的功率MOS管的柵極與反饋箝位模塊(202)連接，由反饋箝位模塊(202)的輸出信號控制功率MOS管的導通和關斷，BUCK調(diào)整器模塊(206)中的功率MOS管的柵極與電壓反饋模塊(204)連接，當功率MOS管開啟時，電壓反饋模塊(204)檢測其柵極電位，防止其擊穿； 整體驅(qū)動電路工作過程如下當脈寬調(diào)制信號PWM的電位為電路的電源電壓VDD時，控制模塊(201)關斷電流源模塊(205)，反饋箝位模塊(202)根據(jù)控制模塊(201)提供的偏置使BUCK調(diào)整器模塊(206)中的功率MOS管的柵極電位被鉗位在VIN，從而關斷功率MOS管，使BUCK調(diào)整器模塊(206)停止對負載充電，當脈寬調(diào)制信號PWM的電位為OV時，控制模塊(201)開啟電流源模塊(205)，反饋箝位模塊(202)根據(jù)控制模塊(201)和電流源模塊(205)提供的偏置，使BUCK調(diào)整器模塊(206)中的功率MOS管的柵極電位被鉗位在VIN-VDD,從而開啟功率MOS管，使BUCK調(diào)整器模塊(206)開始對負載充電；此時功率MOS管的柵極電位VMTE,lOT的計算公式為VcATEaow=VIN-(R^R2) XIei 式中VeATE,1()W為功率MOS管的柵極電位，VIN為輸入電壓，RpR2分別為電阻Rl、R2的電阻值，Iei為流經(jīng)電阻Rl的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于電源管理的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路，其特征在于所述控制模塊(201)包括三個NMOS開關管SWl、Sff2, SW3和兩個限壓管麗I、麗2，Sffl管、SW2管、SW3管的柵極均與脈寬調(diào)制信號PWM連接，其源極均與地連接，Sffl管的漏極與麗I管的源極連接，SW2管的漏極與MN2管的源極連接，SW3管的漏極與電流源模塊(205)中的Ibias管的柵極連接，麗I管、麗2管的柵極均與VBN信號連接，麗I管的漏極與反饋箝位模塊(202)中MPl管的漏極、穩(wěn)壓二極管Dl的負極以及MP2管和MP3管的柵極連接，麗2管的漏極與反饋箝位模塊(202)中MP2管的漏極和穩(wěn)壓二極管Dl的正極連接； 所述反饋箝位模塊(202)包括4個PMOS管MP1、MP2、MP3、MP4和兩個電阻R1、R2和一個穩(wěn)壓二極管Dl，MPl管、MP2管、MP3管、MP4管的源極均與輸入電壓VIN連接，MPl管的柵極與VBP信號連接，MPl管的漏極與MP2管、MP3管的柵極連接，MP2管的漏極與控制模塊(201)中的麗2管的漏極連接，MP3管的漏極與電阻R2的下端連接；MP4管的柵極與電阻R2的上端連接，MP4管的漏極與電阻R2的下端連接，穩(wěn)壓二極管Dl的正極與MP2管的漏極連接，負極與MPl管的漏極連接，電阻Rl的上端與輸入電壓VIN連接，下端與電阻R2的上端連接，電阻R2的下端與BUCK調(diào)整器模塊(206)中的功率MOS管的柵極和電流源模塊(205)中Ibias管的漏極連接； 所述電流檢測模塊(203)包括一 NPN型雙極型晶體管BJTl，BJTl的基極與反饋箝位模塊(202)中的電阻R2的上端連接，發(fā)射極與電阻R2的下端和BUCK調(diào)整器模塊(206)中的功率MOS管的柵極連接，集電極與輸入電壓VIN連接； 所述電壓反饋模塊(204)包括3個PMOS管MP5、MP6、MP7，兩個NMOS管MN4、MN5和兩個電阻R3、R4，MP5管和MP6管組成電流鏡結(jié)構(gòu)，MP5管和MP6管的源極均與輸入電壓VIN連接，MP5管和MP6管的柵極均與MP5管的漏極連接，MP5管的漏極與MN4管的漏極連接，MP6管的漏極與MP7管的源極連接，MP7管的柵極與BUCK調(diào)整器模塊(206)中的功率MOS管的柵極連接，MP7管的漏極與電阻R4的上端連接，MN4管的柵極與VBN信號連接，MN4管的源極與電阻R3的上端連接，MN4管的漏極與MP5管的漏極連接，麗5管的柵極與電阻R4的上端連接，麗5管的漏極與電阻R3的上端連接，麗5管的源極接地，電阻R3、R4的下端均接地，電阻R3的上端與MN4的源極和電流源模塊(205)中Ibias管的柵極連接；電阻R4的上端與MP7管的漏極和麗5管的柵極連接； 所述電流源模塊(205)包括一高壓薄柵NMOS管Ibias，Ibias管的柵極與控制模塊(201)的SW3管的漏極和電壓反饋模塊(204)的電阻R3的上端連接，Ibias管的源極接地，Ibias管的漏極與電壓反饋模塊(202)的電阻R2的下端連接； 當脈寬調(diào)制信號PWM的電位為5V，控制模塊(201)中的SWl管、SW2管和SW3管均導通，VBN信號使麗I管和麗2管導通，麗I管、麗2管的漏極電位被拉低，電壓反饋模塊(202)中的MPl管、MP2管和MP3管導通，電阻R2下端的電位被MP3管拉高至VIN，SW3管的漏極電位被拉低到接近地電位，電流源模塊(205)中的Ibias管截止，Ibias管上拉電阻R2下端的電位，MP3管和Ibias管共同作用，將BUCK調(diào)整器模塊(206)中的功率MOS管的柵極電位箝位在VIN，功率MOS管關斷；當脈寬調(diào)制信號PWM的電位為OV時，控制模塊(201)中的Sffl管、SW2管和SW3管均截止，麗I管和麗2管截止，反饋箝位模塊(202)中的MPl管工作在深線性區(qū)，MNl管的漏極電位被拉升至VIN，MP2管和MP3管截止，穩(wěn)壓二極管Dl的負極電位被拉升至VIN，SW3管截止，電流源模塊(205)中的Ibias管的柵極電位為電壓反饋模塊(204)中的電阻R3的上端的電位，Ibias管導通，穩(wěn)壓二極管Dl正極電位低于VIN，穩(wěn)壓二極管Dl反偏，電阻R1、R2和MP4管構(gòu)成反饋環(huán)路，由電流源模塊(205)提供偏置，MP4管抽取Ibias管提供的偏置電流，使電阻R2下端的電位被鉗位在VIN-5V，此時BUCK調(diào)整器模塊(206)中的功率MOS管的柵極電位被鉗位在VIN-5V，即功率MOS管導通。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于電源管理的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路，其特征在于所述BUCK調(diào)整器模塊(206)至少包含一個P型功率MOS管，該管可以為集成P型高壓功率MOS管，或片外P型高壓功率MOS管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于電源管理的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路，其特征在于所述控制模塊(201)的輸入信號為脈寬調(diào)制信號PWM、或脈沖頻率調(diào)制信號PFM。
5.用于電源管理的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路，其特征在于該電路包含有控制模塊(201)、反饋箝位模塊(202)、電流源模塊(205)和降壓型開關調(diào)整器模塊BUCK (206)。
全文摘要
于用電源管理的反饋箝位功率MOS管驅(qū)動電路，涉及開關電源技術(shù)，該電路包含有控制模塊，根據(jù)脈寬調(diào)制信號的狀態(tài)為反饋箝位模塊提供偏置并控制電流源模塊的工作狀態(tài)；反饋箝位模塊，利用反饋原理產(chǎn)生控制信號控制功率MOS管的導通和關斷；電流檢測模塊，通過檢測反饋箝位模塊內(nèi)部電流來防止功率MOS管擊穿；電壓反饋電路，通過檢測功率MOS管柵極電位調(diào)節(jié)電流源模塊的電流來防止功率MOS管擊穿；電流源模塊，為反饋箝位模塊提供偏置電流。本發(fā)明利用反饋箝位電路來驅(qū)動功率MOS管的柵極，能較為精確地控制其柵源電壓；電路上減小了版圖面積，降低了成本，工藝上所用MOS管均采用低壓管或高壓薄柵MOS管，不需要特殊工藝。
文檔編號H02M1/08GK102790516SQ201210271960
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者孫國志, 寧寧, 張新川, 朱歡, 楊曉春, 柳玉波, 董鑄祥, 鄭志威 申請人:電子科技大學