[發明專利]一種高側開關的輸出級電路有效
| 申請號： | 201911366299.1 | 申請日： | 2019-12-26 |
| 公開（公告）號： | CN110943718B | 公開（公告）日： | 2023-03-31 |
| 發明（設計）人： | 甄少偉;梁懷天;方舟;羅攀;易子皓;張波 | 申請（專利權）人： | 電子科技大學 |
| 主分類號： | H03K17/082 | 分類號： | H03K17/082 |
| 代理公司： | 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232 | 代理人： | 葛啟函 |
| 地址： | 611731 四川省成*** | 國省代碼： | 四川;51 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 開關 輸出 電路 | ||
一種高側開關的輸出級電路，屬于功率集成電路技術領域。本發明提出的輸出級電路將輸出負壓鉗位模塊與功率管柵極驅動模塊、功率管結合起來用于實現感性負載快速退磁，采用功率管代替傳統方案中利用類似齊納電路流過大電流，節約了版圖面積；通過負反饋系統將感性負載退磁時功率管源極的負電壓的絕對值限制在了有限的范圍內以保證整個系統的安全工作，功率管柵極驅動模塊中通過第一NMOS管、第七PMOS管限制功率管柵源電壓的大小，保證在任何情況下功率管的柵氧均不會被擊穿；同時在輸出負壓鉗位模塊運用了超級源極跟隨器的結構提高了輸出負壓鉗位時的負反饋環路的環路增益，提高了鉗位的精度。
技術領域
本發明屬于功率集成電路技術領域，涉及一種高側開關的輸出級電路，用于高側功率開關的感性負載快速退磁。
背景技術
高側功率開關因為其集成度高、易于控制等優點在汽車電子和工業控制領域有著重要的應用。在汽車電子中高側功率開關替代了原有的繼電器，可用于驅動噴油器、電機、車燈等各種不同的車載設備。而噴油器、電機等設備作為負載而言通常是表現出感性的特點。因此智能高側功率開關需要具有在關斷后能夠快速地泄放感性負載上的磁能，以保證整個系統安全工作。
高側功率開關通常采用在功率管處并聯一個類似齊納二級管的鉗位電路來實現感性負載快速退磁的功能，其基本原理如圖1所示，其中VBB是電源電壓，VOUT是輸出端的電壓，BV是類似齊納電路的擊穿電壓。當電壓VBB-VOUTBV時，鉗位電路提供一條VBB到VOUT的低阻通路，維持電感電流以消除電感上的磁能。
由于功率開關的負載電流通常會很大，所以當開關關斷時鉗位電路中會流過較大的電流，對于集成電路而言就需要該鉗位電路有較大的版圖面積，因此從經濟性來說，這種感性負載快速退磁電路不利于節省版圖面積也不利于提高集成度。
為了節省版圖面積，提高集成度，有文獻針對PMOS做功率管的高側開關提出了圖2所示的結構，其中VBB是電源電壓，VOUT是輸出端的電壓。當控制信號HSON為邏輯低電平時PMOS管M2導通，PMOS功率管M1關斷，因此VOUT的極性由正變負，當VOUT＝-[VF2+VGS3+R2(VGS1/RON2)+R2(VGS3/R1)]時，NMOS管M3導通，當|VGS1||VTH1|時，PMOS功率管M1導通，從而維持電感電流以消除電感上的磁能，其中VF2是二極管D2的正向導通電壓；VGS3是NMOS管M3導通時的柵源電壓；VGS1是PMOS功率管M1導通時的柵源電壓，RON2是PMOS管M2的導通阻抗，VTH1是PMOS功率管M1的閾值電壓。這種結構存在的問題是：環路增益較低，當NMOS管M3導通時不能很精確地限制PMOS功率管M1的柵源電壓VGS，存在柵源電壓VGS過大擊穿柵氧化層的風險。
發明內容
針對上述高側開關輸出級存在的鉗位電路版圖面積大、功率管柵氧化層容易擊穿的不足之處，本發明提出一種高側開關的輸出級電路，能夠在實現PMOS功率管的高側功率開關感性負載快速退磁的同時減小版圖面積，且保證在任何情況下功率管的柵氧均不會被擊穿。
本發明的技術方案是：
一種高側開關的輸出級電路，所述高側開關采用PMOS功率管，所述輸出級電路包括功率管柵極驅動模塊和輸出負壓鉗位模塊，
所述功率管柵極驅動模塊包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第一電流源和第二電阻，其中第二電阻為大電阻；
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