[發明專利]一種功率開關驅動器、IC芯片及直流-直流轉換器

有效

• 申請號: 201110422515.7
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102545560A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 楊喆;王釗
• 申請（專利權）人: 無錫中星微電子有限公司
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088;H02M3/155
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華

技術領域

本發明涉及開關電源技術領域，尤其涉及一種功率開關驅動器、IC芯片及直流-直流轉換器。

背景技術

當前便攜設備和移動通信系統的需求日益增加，這些系統都離不開供電系統，直流-直流轉換器(DC/DC?Converter)以其高效率得到廣泛的應用。圖1所示就是常見的同步降壓型直流-直流轉換器(Buck，Step-Down?DC/DCConverter)應用電路，包括直流-直流轉換器集成電路(IC)芯片、電感L0，輸出電容C0和負載RLoad。其中，IC芯片包括控制器(CONTROLLER)、功率開關驅動器(DRIVER)、功率開關M1和M2。

控制器采用某種控制方式(PWM或者PFM)產生一定占空比(duty?cycle)的脈沖控制信號，通過驅動器去驅動功率開關M1和M2，使得M1和M2的公共節點SW產生峰值為電源到地的脈沖信號，經過電感L0和電容C0的濾波在負載RLoad端產生穩定的輸出電壓。

但是，在實際應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Rpara1和Lpara1，Rpara2和Lpara2。在一般封裝中寄生電阻是幾十毫歐量級，寄生電感是幾納亨量級。由于功率開關M1和M2交替開關，在打線的寄生電感上會有突變電流產生較大電壓變化，也即是說，IC芯片內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關導通和關斷時處于高頻“彈跳”狀態，這就是地彈現象(ground?bounce)。當出于成本考慮采用更細的封裝打線，或者負載較重時，IC芯片的地電位跳動的幅度就會增大，這時就會影響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，現有技術中常用的方法是在驅動器到功率開關M1和M2的柵極之間串連電阻(R1和R2)，采用較大的R1和R2(一般幾千歐姆數量級)，通過減緩功率開關M1和M2的開啟速度來減小地彈，其中，功率開關M1為P溝道金屬氧化物半導體場效應(MOS)晶體管(P-channel?Metal?Oxide?Semiconductor，PMOS)；功率開關M2為N溝道金屬氧化物半導體場效應(MOS)晶體管(N-channel?Metal-Oxide-Semiconductor，NMOS)。

但是，當封裝打線的直徑更小，即打線的寄生電感更大，或者負載電流更大時，現有技術的地彈還是很大。原因是在功率開關M1的柵極已通過控制該功率開關M1的PMOS?M11和電阻R1被拉高；但M2導通后，SW節點被快速拉低，因為R1的阻值較大，即M1的柵極到電源Vdd的阻抗較大，通過M1的寄生電容Cgd(由于功率開關M1的面積較大，等效的Cgd也較大)的耦合后，輸出端(SW)把M1的柵極也拉低，M1也在瞬間導通；M1和M2在同時導通的瞬間就會在封裝打線電感Lpara2上產生較大的電流，這個大電流會突變使得GND端的“彈跳”幅度很高，如圖4所示的波形GND跳動幅度達到1V多。

綜上所述，現有技術中的功率開關的地彈現象較為嚴重。

發明內容

本發明實施例提供了一種功率開關驅動器、IC芯片及直流-直流轉換器，用以降低開關電源地彈，在保持功率開關較慢的開啟速度的同時，降低關斷功率開關時功率開關的柵極到電源或地的阻抗，使關斷后的功率開關不能通過寄生電容的耦合而瞬間導通。

本發明實施例提供的一種功率開關驅動器，包括用于控制P型功率開關的N溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管NMOS，以及用于控制N型功率開關的P溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管PMOS，所述NMOS的柵極和PMOS的柵極分別通過反相器連接到兩相不交疊時鐘，該功率開關驅動器還包括：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關驅動器的正極之間。

本發明實施例提供的一種集成電路IC芯片包括所述的功率開關驅動器。

本發明實施例提供的一種直流-直流轉換器包括所述的功率開關驅動器。

本發明實施例通過所述功率開關驅動器、IC芯片及直流-直流轉換器，可以降低開關電源地彈，在保持功率開關較慢的開啟速度的同時，降低關斷功率開關時功率開關的柵極到電源或地的阻抗，使關斷后的功率開關不能通過寄生電容的耦合而瞬間導通。

附圖說明

圖1為現有技術中的同步降壓型直流-直流轉換器(Buck，Step-Down?DC/DC?Converter)應用電路示意圖；