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CN203278623U - 一种用于开关电源或led驱动芯片的栅驱动电路 - Google Patents

一种用于开关电源或led驱动芯片的栅驱动电路 Download PDF

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CN203278623U CN201320323484.4U CN201320323484U CN203278623U CN 203278623 U CN203278623 U CN 203278623U CN 201320323484 U CN201320323484 U CN 201320323484U CN 203278623 U CN203278623 U CN 203278623U
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周文质
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Abstract

本实用新型公开了一种用于开关电源或LED驱动芯片的栅驱动电路，包括高压电源、电平移位模块、非门和两个NMOS管，栅驱动电路还包括比较器、电子开关和PMOS管，比较器的正极信号输入端和PMOS管的漏极均与高压电源的正极连接，比较器的负极信号输入端输入参考电压，比较器的输出端与电子开关的控制端连接，电子开关的两端分别与PMOS管的栅极和电平移位模块的输出端连接，PMOS管的源极与第一NMOS管的源极连接。本实用新型所述栅驱动电路中，当高压电源的电压较低时，栅驱动电路的输出电压更接近高压电源为高电压时对应的输出电压，从而使栅驱动电路的输出电压受高压电源的影响更小，有效避免了外置MOS管的半开启问题。

Description

一种用于开关电源或LED驱动芯片的栅驱动电路
技术领域
本实用新型涉及一种驱动电路，尤其涉及一种用于开关电源或LED驱动芯片的栅驱动电路。
背景技术
用于开关电源或LED驱动芯片的栅驱动电路，其本质上是将低压数字信号（通常称为“GATE_CTRL”）控制转换为高压驱动信号（通常称为“GATE”），该高压驱动信号用于作为栅极输入信号控制本电路以外的MOS管即外置MOSFET的开关状态。高压驱动信号（GATE）的充电电流由高压电源（VCC）提供。
传统栅驱动电路（通常称为“DRIVER”）由高压电源、电平移位模块（通常称为“level shift”）、非门和两个NMOS管构成，其工作原理为：GATE_CTRL信号通过电平移位模块之后变为两个反相的中压驱动信号，分别驱动上下两个NMOS管。GATE_CTRL为0时，GATE会被下方的NMOS管下拉到地；GATE_CTRL为1时，GATE会被上方的NMOS管拉高。使用两个NMOS管而不是一个PMOS管和一个NMOS管，是出于驱动能力和芯片面积的最优化考虑。GATE信号最高为一个小于VCC的钳位电压VGH。
上述传统栅驱动电路的缺陷在于：在VCC较低，但栅驱动电路仍在工作时，GATE的高电压VGH会下降。这是因为NMOS管的特性决定了GATE信号不能超过VCC-ΔVMAX，其中ΔVMAX为VCC与最大GATE信号之间的差值。
在VCC处于最低电压即VCC即将关断时，GATE电压为VGL，VGL远小于VGH，所以可能会由于驱动电压不够，使外置MOSFET有半开启（即开启程度处于关断与完全开启之间）的风险，从而导致功率管的损坏。
实用新型内容
本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能有效避免外置MOS管半开启问题的用于开关电源或LED驱动芯片的栅驱动电路。
本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：
本实用新型所述用于开关电源或LED驱动芯片的栅驱动电路包括高压电源、电平移位模块、非门和两个NMOS管，所述电平移位模块的输入端输入低压数字信号，所述电平移位模块的输出端分别与所述非门的输入端和第二NMOS管的栅极连接，所述非门的输出端与第一NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的漏极和所述电平移位模块的高压电源输入端均与所述高压电源的正极连接，所述第二NMOS管的源极与所述高压电源的负极连接，所述第一NMOS管的源极和所述第二NMOS管的漏极相互连接并作为所述栅驱动电路的高压驱动信号输出端；所述栅驱动电路还包括比较器、电子开关和PMOS管，所述比较器的正极信号输入端和所述PMOS管的漏极均与所述高压电源的正极连接，所述比较器的负极信号输入端输入参考电压，所述比较器的输出端与所述电子开关的控制端连接，所述电子开关的两端分别与所述PMOS管的栅极和所述电平移位模块的输出端连接，所述PMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极连接。
比较器、电子开关和PMOS管是本实用新型的创新结构，通过比较器比较高压电源的电压与参考电压，并根据比较情况控制PMOS管的开关，从而控制最终输出的GATE电压不会太低，避免由于驱动电压不够而使外置MOSFET存在半开启的风险。
具体地，所述电子开关为三极管、MOS管或绝缘栅双极型晶体管，具体根据需求而定，只要满足通过控制端控制其通断的要求即可。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型所述栅驱动电路中，当高压电源的电压较低时，栅驱动电路的输出电压更接近高压电源为高电压时对应的输出电压，所以不会输出过低的驱动电压，从而使栅驱动电路的输出电压受高压电源的影响更小，有效避免了外置MOS管的半开启问题。
附图说明
图1是传统栅驱动电路的电路图；
图2是传统栅驱动电路输出高、低电压与高压电源之间的对应关系示意图；
图3是本实用新型所述栅驱动电路的电路图；
图4是本实用新型所述栅驱动电路输出高、低电压与高压电源之间的对应关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图3所示，本实用新型所述用于开关电源或LED驱动芯片的栅驱动电路包括高压电源VCC、电平移位模块LV_shift（即levelshift）、非门INV、两个NMOS管、比较器IC、电子开关K和PMOS管（即图3中的PMOS），两个NMOS管为NMOS1和NMOS2，电平移位模块LV_shift的输入端输入低压数字信号，电平移位模块LV_shift的输出端分别与非门INV的输入端和NMOS2的栅极G2连接，非门INV的输出端与NMOS1的栅极G1连接，NMOS1的漏极D1和电平移位模块LV_shift的高压电源输入端均与高压电源VCC的正极连接，NMOS2的源极S2与高压电源VCC的负极连接，NMOS1的源极S1和NMOS2的漏极D2相互连接并作为栅驱动电路的高压驱动信号输出端，其输出驱动信号即GATE信号；比较器IC的正极信号输入端和PMOS的漏极D均与高压电源VCC的正极连接，比较器IC的负极信号输入端输入参考电压REF，比较器IC的输出端与电子开关K的控制端连接，电子开关K的两端分别与PMOS的栅极G和电平移位模块LV_shift的输出端连接，PMOS的源极S与NMOS1的源极S1连接。上述结构中，比较器IC、电子开关K和PMOS共同组成优化电路DRIVER_opt。
如图3所示，电子开关K可以为三极管、MOS管或绝缘栅双极型晶体管，具体根据需求而定，只要满足通过控制端控制其通断的要求即可。
如图3所示，本实用新型所述栅驱动电路的工作原理如下：
在电路中加入优化电路DRIVER_opt，检测VCC的大小，通过GATE_CTRL经过LV_shift之后的信号进行同步控制，并且由最后一级的PMOS进行上拉。可以看出，优化电路DRIVER_opt受GATE_CTRL信号同步控制，因此GATE信号也同样受控被拉高或者拉低。由于GATE被拉低时都是一样的，因此下面只讨论GATE拉高的情况。
在VCC低于REF时，比较器IC输出低电平，使电子开关K导通。由于上拉管变成了PMOS，GATE的上拉电位就从VCC-ΔVMAX变为VCC。
如果VCC高于REF，则比较器IC输出高电平，电子开关K关断，整个栅驱动电路的功能恢复为和之前一样。也就是说，优化电路DRIVER_opt只在VCC低于REF时起作用。
下面对传统栅驱动电路和本实用新型所述栅驱动电路进行结构之间的对比分析：
如图1和图3所示，传统栅驱动电路包括高压电源VCC、电平移位模块LV_shift（即level shift）、非门INV和两个NMOS管；本实用新型在传统栅驱动电路的基础上增加了优化电路DRIVER_opt。
下面对传统栅驱动电路和本实用新型所述栅驱动电路进行效果之间的对比分析：
如图2所示，传统栅驱动电路中，在VCC较低，但栅驱动电路仍在工作时，GATE的高电压VGH会下降并始终小于VCC-ΔVMAX；在VCC处于最低电压即VCC即将关断时，GATE电压为VGL，VGL远小于VGH，所以可能会由于驱动电压不够，使外置MOSFET（图中未示出）有半开启（即开启程度处于关断与完全开启之间）的风险，从而导致功率管的损坏。
如图4所示，本实用新型所述栅驱动电路中，如果设置恰当的话，GATE上拉电位的最低点会从VGL变为
VGL1=(VGH+VGL)/2
由上式可知，VGL1一定大于VGL，从而使最终输出的GATE电压不会太低，避免由于驱动电压不够而使外置MOSFET存在半开启的风险。
若加入更多的优化电路，可使VGL1更接近VGH，但是需要的结构更加复杂，消耗芯片面积也更大。实际上，要避免外置MOSFET的半开启，一个优化电路DRIVER_opt已经足够。

Claims (2)

1.一种用于开关电源或LED驱动芯片的栅驱动电路，包括高压电源、电平移位模块、非门和两个NMOS管，所述电平移位模块的输入端输入低压数字信号，所述电平移位模块的输出端分别与所述非门的输入端和第二NMOS管的栅极连接，所述非门的输出端与第一NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的漏极和所述电平移位模块的高压电源输入端均与所述高压电源的正极连接，所述第二NMOS管的源极与所述高压电源的负极连接，所述第一NMOS管的源极和所述第二NMOS管的漏极相互连接并作为所述栅驱动电路的高压驱动信号输出端；其特征在于：还包括比较器、电子开关和PMOS管，所述比较器的正极信号输入端和所述PMOS管的漏极均与所述高压电源的正极连接，所述比较器的负极信号输入端输入参考电压，所述比较器的输出端与所述电子开关的控制端连接，所述电子开关的两端分别与所述PMOS管的栅极和所述电平移位模块的输出端连接，所述PMOS管的源极与所述第一NMOS管的源极连接。
2.根据权利要求1所述的用于开关电源或LED驱动芯片的栅驱动电路，其特征在于：所述电子开关为三极管、MOS管或绝缘栅双极型晶体管。
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