[發明專利]高端柵極場效應管的驅動電路及其方法

有效

• 申請號: 201810948106.2
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN109194316B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 王春華
• 申請（專利權）人: 南京沁恒微電子股份有限公司
• 主分類號: H03K17/081
• 分類號: H03K17/081;H03K17/687
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種高端柵極場效應管的驅動電路及其方法，其中，其電路包括由四個N型場效應管MOS1、MOS2、MOS3和MOS4組成的H型全橋、兩第一電壓驅動器和兩第二電壓驅動器，兩第一電壓驅動器分別與MOS1和MOS3連接，兩第二電壓驅動器分別與MOS2和MOS4連接，其特征在于，所述MOS1的柵極與MOS4的柵極之間連接有電容C2；所述MOS2的柵極與MOS3的柵極之間連接有電容C1。本發明結構簡單可靠、電容值較小、便于芯片內部集成、芯片引腳少。

技術領域

本發明涉及一種高端柵極場效應管的驅動電路及其方法，屬于集成電路技術領域。

背景技術

隨著電子技術的進步，各類開關電路以其效率高、體積小、成本低的優點，正被越來越廣泛地使用。在開關電源電路中，更高的開關頻率可以帶來更高的轉換效率和更低的熱功耗，能以高達數百KHz甚至數MHz工作的MOS型場效應管（MOSFET）便成為了首選，以下所述MOS管均指MOSFET。

在線圈、電機等大功率的驅動器中主要使用的是由4只MOS管構成的“H型全橋驅動器”，其特點為可以自由控制負載在四象限內任意位置工作。H型全橋驅動器中可以使用4個N溝道場效應管（NMOS），如圖1所示，或者2個NMOS和2個P溝道場效應管（PMOS），如圖2所示。但是由于PMOS和NMOS的器件特性不同，H型全橋驅動器更多采用4個NMOS。為了使高端NMOS場效應管得以正常導通，必須配以專門的帶有“自舉”電路的驅動芯片(如圖1所示)，以保證在低端場效應管關斷時，高端場效應管仍保持一定的柵端-源端電壓（VGS），以實現正常的導通。

由于上述限制，此類驅動芯片有以下缺點：

需要較大的外部舉升電容，一般為nF級或以上。芯片內部電容一般為pF級，所以該電容很難集成到芯片內部。導致外部器件成本增加，芯片連接成本增加。

需要外部二極管。導致外部器件成本增加，芯片連接成本增加。

需要更多引腳。高端場效應管的源端舉升到高壓后，為保證高端場效應管保持一定的VGS電壓，高端場效應管的源端需要連接到芯片內部驅動器的參考地上，所以這個引腳不能省略。導致芯片成本增加。

芯片內部電路復雜。芯片成本增加。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種高端柵極場效應管的驅動電路及其方法，能夠實現低端場效應管關斷時，高端場效應管仍保持一定的柵極-源端電壓；簡化電路結構、使電路更加可靠并且便于芯片內部集成；減少芯片引腳，降低成本。

解決上述問題的技術方案為：一種高端柵極場效應管的驅動電路，包括由四個N型場效應管MOS1、MOS2、MOS3和MOS4組成的H型全橋、兩第一電壓驅動器和兩第二電壓驅動器，兩第一電壓驅動器分別與MOS1和MOS3連接，兩第二電壓驅動器分別與MOS2和MOS4連接，所述MOS1的柵極與MOS4的柵極之間連接有電容C2；所述MOS2的柵極與MOS3的柵極之間連接有電容C1。

進一步地，所述第一電壓高壓驅動器能夠輸出至少三個狀態，高電平、低電平和可承受高壓的高阻狀態。

進一步地，所述可承受高壓的高阻狀態由浮阱電路實現，所述第一電壓驅動器包括驅動器邏輯控制電路、HV NMOS管、HV PMOS管以及浮阱電路；所述HV NMOS管和HV PMOS通過漏極相連，所述HV NMOS管和HV PMOS分別通過柵極與所述驅動器邏輯控制電路相連，所述浮阱電路連接所述HV PMOS管的N阱，以及輸出端口和驅動器邏輯控制電路；當輸出端口的電壓超過HV時， N阱升壓，由于N阱反相PN結的作用阻止了高電壓向HV倒灌電流，保證了HV驅動器的輸出端能夠承受高于HV的電壓。

進一步地，所述MOS1和MOS3的柵極還分別與兩第一電壓驅動器的輸出端IO1和IO3相連接；

所述MOS2和MOS4的柵極還分別與兩第二電壓驅動器的輸出端IO2和IO4相連接；