[發(fā)明專利]功率管控制系統(tǒng)和用于驅(qū)動外置功率管的驅(qū)動電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510433217.6
• 申請日: 2015-07-22
• 公開（公告）號: CN105048790B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋利軍;白文利
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市穩(wěn)先微電子有限公司
• 主分類號: H02M1/36
• 分類號: H02M1/36;H02M1/44
• 代理公司: 深圳市君勝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)44268
• 代理人: 王永文,劉文求

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率管驅(qū)動技術(shù)，特別涉及功率管控制系統(tǒng)和用于驅(qū)動外置功率管的驅(qū)動電路。

背景技術(shù)

隨著開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的逐漸成熟，EMI（Electro magnetic Interference，電磁干擾）性能成為電源系統(tǒng)不可避免的，也是最難解決的問題。

電源EMI性能的好壞，除了與PCB Layout（PCB布局）、變壓器結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系外，更重要的是與功率管的開通相關(guān)，功率管工作在ON-OFF快速循環(huán)轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，漏源電流在急劇變化，而影響開關(guān)電源EMI性能的關(guān)鍵是在功率管開啟階段的漏源電流變化的斜率（di/dt），而這些都與功率管的驅(qū)動技術(shù)息息相關(guān)。

現(xiàn)有的功率管驅(qū)動技術(shù)普遍采用圖騰柱結(jié)構(gòu)，即接到電源與地的驅(qū)動管均采用開關(guān)形式，如圖1所示，第一開關(guān)管為上驅(qū)動管，第二開關(guān)管為下驅(qū)動管，利用此驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)來驅(qū)動功率管，其應(yīng)用電路如圖2所示。在上驅(qū)動管開啟的瞬間，上驅(qū)動管以其最大電流能力為功率管M1的柵極電容（包括柵源電容和柵漏電容）充電，導(dǎo)致功率管M1迅速開啟，在功率管M1開啟過程中其漏源電流上升斜率很大，即di/dt很大，而大的di/dt會導(dǎo)致開關(guān)電源的EMI性能變差。

為了改善上述驅(qū)動技術(shù)引起的EMI性能變差問題，常規(guī)的解決辦法之一是在外置功率管的柵極與驅(qū)動級之間串入一個驅(qū)動電阻R1，如圖3所示，此驅(qū)動電阻R1可以用來限制為功率管M1柵極充電的電流，以起到降低漏源開啟電流的斜率（di/dt）的作用。但這種改善方法具有其不可忽視的弊端：其一、此驅(qū)動電阻R1在功率管M1導(dǎo)通和關(guān)斷的過程中都有驅(qū)動電流流過，產(chǎn)生額外的功耗，降低效率；其二、在功率管M1關(guān)斷過程中，此驅(qū)動電阻R1會增大功率管M1關(guān)斷所需的時間，最終增大了功率管M1的開關(guān)損耗，降低了效率。

為了進(jìn)一步改善上述驅(qū)動技術(shù)引起的EMI性能變差問題，常規(guī)的解決辦法之二如圖4和圖5所示，此方式通過檢測功率管M1的開啟閾值電壓VL和功率管M1開啟過程中漏源電壓降低到Rdson*Id時所對應(yīng)的功率管M1的柵極電壓VH，其中Rdson表示功率管的導(dǎo)通阻抗，而Id表示功率管M1完全導(dǎo)通時對應(yīng)的漏端電流。當(dāng)功率管M1的柵極電壓VGATE低于VL或高于VH時，第一開關(guān)管閉合，利用大電流給功率管M1柵極電容充電；當(dāng)功率管M1的柵極電壓VGATE高于VL且低于VH時，利用小電流的電流源為功率管的柵極電容充電，從而實現(xiàn)了功率管EMI性能的改善。而這種驅(qū)動方法的缺點是：內(nèi)部參考電壓VH和VL需要根據(jù)功率管M1的閾值電壓Vth來設(shè)計。由于不同廠家、不同類型的功率管閾值電壓Vth特性不同，也就是說這種驅(qū)動方法對于不同類型，不同廠家的功率管不具有通用性。

可見，現(xiàn)有外置功率管的驅(qū)動技術(shù)仍有很大的改進(jìn)空間。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種功率管控制系統(tǒng)和用于驅(qū)動外置功率管的驅(qū)動電路，在改善EMI性能的同時，控制驅(qū)動電路的通用性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

一種用于驅(qū)動外置功率管的驅(qū)動電路，其包括功率管開啟驅(qū)動模塊和功率管關(guān)斷驅(qū)動模塊，所述功率管開啟驅(qū)動模塊包括斜率拐點檢測單元、控制單元、第一開關(guān)管、第二開關(guān)管和電流源，所述功率管關(guān)斷驅(qū)動模塊包括反相器和第三開關(guān)管；當(dāng)外部PWM控制信號為高電平時第二開關(guān)管閉合，所述斜率拐點檢測單元檢測外置功率管的柵極電壓的斜率變化，當(dāng)柵極電壓的變化斜率在第一斜率拐點之前時，控制單元使第一開關(guān)管閉合，由第一開關(guān)管和電流源給外置功率管的柵極充電，當(dāng)柵極電壓的變化斜率在第一斜率拐點和第二斜率拐點之間時，控制單元使第一開關(guān)管斷開，使第一開關(guān)管停止給外置功率管的柵極充電，當(dāng)柵極電壓的變化斜率在第二斜率拐點之后時，控制單元使第一開關(guān)管閉合，使第一開關(guān)管再次給外置功率管的柵極充電；當(dāng)外部PWM控制信號為低電平時，第一開關(guān)管和第二開關(guān)管均斷開、第三開關(guān)管閉合，使外置功率管的柵極放電。