[發(fā)明專利]無電荷泵結(jié)構(gòu)的低功耗功率管驅(qū)動電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310702884.0
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103647438A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張明星;王良坤;朱鐵柱;夏存寶;陳路鵬;黃武康
• 申請（專利權(quán)）人: 嘉興中潤微電子有限公司
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088
• 代理公司: 上海旭誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31220
• 代理人: 丁惠敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種功率管驅(qū)動電路，尤其涉及一種應(yīng)用在H橋電路上橋臂功率管中的無電荷泵結(jié)構(gòu)的低功耗功率管驅(qū)動電路。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的步進電機驅(qū)動芯片H橋電路中，功率管通常選用N型DMOS管，這是因為N型DMOS管中電子遷移率比P型DMOS管中空穴遷移率高，同樣面積的N型DMOS管的導(dǎo)通電阻更小，因此采用N型DMOS管可以減小芯片面積、降低芯片功耗。

這里針對的是H橋電路中上橋臂N型DMOS功率管的驅(qū)動電路。

在通常應(yīng)用中，如圖1所示，為了降低H橋上橋臂功率管MN_UP的導(dǎo)通電阻，其驅(qū)動電路中包括電荷泵，需要通過電荷泵結(jié)構(gòu)升壓得到高于電源電壓VBB的功率管柵極電壓G_UP，使得柵源電壓G_UP-S_UP高于功率管的開啟電壓，其中S_UP為功率管源極電壓，使上橋臂功率管工作在線性狀態(tài)。

該結(jié)構(gòu)具體工作電壓電流波形如圖4所示，在t0數(shù)字控制信號CTL變?yōu)楦唠娖剑硎敬蜷_功率管MN_UP,此時MN_UP的柵極電壓V_{G_UP}開始升高，源極電流I_{S_UP}開始增加，當I_{S_UP}增加到最大值后，MN_UP的源極電壓V_{S_UP}開始隨V_{G_UP}一起升高直到接近VBB電壓，V_{G_UP}電壓最后升高到VCP電壓，此時MN_UP打開，且處在線性區(qū)；在t1時刻數(shù)字控制信號CTL變?yōu)榈碗娖?，表示關(guān)閉功率管MN_UP，此時V_{G_UP}開始降低，當V_{G_UP}降低到VBB后，V_{S_UP}也隨之降低，直到最后V_{G_UP}跟V_{S_UP}相等為一負值，此時I_{S_UP}也降低至零，MN_UP關(guān)閉。

在該電路中，電荷泵增加芯片面積，需要添加單獨的芯片引腳，同時還需要外圍電路中添加電容，增加了芯片設(shè)計和使用的成本和復(fù)雜度，從而降低了芯片的可靠性。

但在特殊應(yīng)用場合，比如輸出電流較小，對功率管導(dǎo)通電阻要求不高，或者不希望在外圍電路中添加過多電容的情況下，可以去掉電荷泵結(jié)構(gòu)，同時修改功率管驅(qū)動電路的設(shè)計，以期降低芯片設(shè)計和使用中的成本和復(fù)雜度，增加可靠性。

因此本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于開發(fā)一種無電荷泵升壓電路的功率管驅(qū)動電路。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種無電荷泵結(jié)構(gòu)的低功耗功率管驅(qū)動電路，不需要電荷泵升壓電路，通過控制傳輸門的打開和關(guān)閉，來控制N型DMOS功率管的柵源電壓，降低芯片設(shè)計和使用中的成本和復(fù)雜度，增加可靠性。在降低功耗的情況下，實現(xiàn)H橋上橋臂N型DMOS功率管的快速開啟和關(guān)閉。

本發(fā)明提供的無電荷泵結(jié)構(gòu)的功率管驅(qū)動電路，功率管為N型DMOS管，包括多個N型MOS管、P型MOS管、電阻以及二極管，其中

P型MOS管MP0的源極通過電阻R1連接到電源VBB,P型MOS管MP1的源極通過電阻R2連接到電源VBB,P型MOS管MP2的源極通過電阻R3連接到電源VBB；

N型MOS管MN0與P型MOS管MP3組成傳輸門，N型MOS管MN0的漏極與P型MOS管MP3的源極連接，N型MOS管MN0的源極與P型MOS管MP3的漏極連接；

N型MOS管MN0的柵極與P型MOS管MP0的漏極連接，P型MOS管MP3的柵極與P型MOS管MP2的漏極連接；N型MOS管MN0的柵極與P型MOS管MP1的漏極連接；

二極管D0跨接于N型MOS管MN0的柵極和源極之間，二極管D0的負極與N型MOS管MN0的柵極連接；二極管D1跨接于P型MOS管MP3，二極管D1的正極與P型MOS管MP3的柵極連接；

N型MOS管MN1的漏極與P型MOS管MP0的漏極連接；N型MOS管MN1的源極與地電位GND連接；

功率管驅(qū)動電路還包括數(shù)字控制信號CTL、數(shù)字控制信號CTL_P以及數(shù)字控制信號CTL_N，其中數(shù)字控制信號CTL_P與數(shù)字控制信號CTL同相，數(shù)字控制信號CTL_N與數(shù)字控制信號CTL信號反相；

功率管驅(qū)動電路還包括將數(shù)字控制信號CTL通過電平轉(zhuǎn)換電路得到數(shù)字控制信號CTL_HP和數(shù)字控制信號CTL_HN信號，其中數(shù)字控制信號CTL_HP與數(shù)字控制信號CTL同相，數(shù)字控制信號CTL_HN與數(shù)字控制信號CTL信號反相，數(shù)字控制信號CTL_HN與數(shù)字控制信號CTL_HP在VBB-5V到VBB之間變化；