[實用新型]一種高壓PMOS驅動電路

有效

• 申請號: 202020403488.3
• 申請日: 2020-03-26
• 公開（公告）號: CN211239824U
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 唐盛斌
• 申請（專利權）人: 蘇州源特半導體科技有限公司
• 主分類號: H03K19/0175
• 分類號: H03K19/0175;H03K19/003;H03K19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開一種高壓PMOS驅動電路，包括雙層式電位平移電路、鉗位器和緩沖器，雙層式電位平移電路接收低端邏輯信號和鉗位器提供的偏置電壓，輸出高端邏輯電平給緩沖器，緩沖器產生高端驅動電壓作為高壓PMOS驅動電路的輸出，控制高壓PMOS管的開通和關斷；鉗位器的輸出端為緩沖器提供負端電壓，使緩沖器工作在安全區，并且鉗位器為雙層式電位平移電路提供偏置電壓。在不需要外接電容的情況下，把負載元件、鎖存器、緩沖器的電壓都控制在安全工作范圍，集成度高，成本低。在雙層式電位平移電路中的負載元件上產生的電壓差是穩定的、可靠的，不易被干擾，可以省去傳統技術上所需的鎖存器，從而節約成本。

技術領域

本實用新型涉及集成電路領域的MOS管驅動電路，特別涉及一種高壓PMOS驅動電路。

背景技術

這些年隨著高壓BCD工藝的進一步的發展，除了普及已久的低內阻高壓NMOS器件外，越來越多的高壓半導體工藝還設計了低內阻的高壓PMOS器件，利用此關鍵器件可以設計一些更有競爭力的小功率開關電源芯片，外圍更簡單。例如，利用常規工藝，只能設計出如圖1所示的高壓輸入降壓Buck開關電源，由于NMOS驅動電壓必須比輸入電壓還高，這種Buck需要在端口SW與BS之間外掛自舉電容C_BS來為高壓自舉電路供電，若半導體工藝具有低內阻PMOS管，可代替原來的NMOS管，可能不再需要自舉電容。再如圖2，美信公司的芯片MAX256是一款輸入5V的全橋控制器，變壓器原邊僅需要一個繞組，拓撲結構簡單，變壓器容易設計。但是若想獲得30V甚至更高耐壓的全橋芯片，必須要高壓低內阻PMOS管，不然，需選擇如TI公司SN6505這樣的適用于推挽拓撲結構的控制器，因為推挽僅需要高壓NMOS便可實現，如圖3所示。推挽變壓器原邊需要兩個繞組，輸入電壓越高，變壓器繞組的圈數越多，全橋拓撲對推挽拓撲的優勢就越明顯。所以，在小功率電源中，高壓低內阻的PMOS管可設計性能更優的產品。

然而，如何設計簡單、可靠的高壓PMOS管驅動電壓是一大難題，因為低內阻的高壓PMOS只是源極和漏極之間耐壓可以達到數十伏，甚至更高，柵極和源極之間卻不能耐高壓，一般在十幾伏，為保證PMOS管的壽命，驅動電壓需要控制在6V以內。作為功率開關使用的PMOS，面積較大而具有較大的門極電容，那么驅動電路需要較大的驅動電流才能滿足開關速度，同時開通時需要控制柵源電壓大約等于5V。如果允許外加電容來實現，自然是容易的，如圖4所示，粗實線框內是芯片內的電路，連接在引腳VIN和VCAP之間的電容Cext是所說的外掛電容，需要額外的芯片引腳VCAP來連接該電容的負極端。設計線性穩壓器LDO，在外掛電容上容易產生5V的電壓，由于外掛電容的容量較大，也可提供較大的瞬態驅動電流。

圖4所示的傳統驅動電路的結構包括：脈沖發生電路、脈沖式電位平移電路、鎖存器、緩沖器四個部分。脈沖發生電路的作用是分別在低端邏輯信號Lin的上升沿和下降沿處各產生一個高電平脈沖；脈沖式電位平移電路包括控制元件NM1、NM2，負載元件PM1和PM2，鉗位二極管D1和D2，控制元件和負載元件分別采用N溝道和P溝道MOS管，在BCD半導體工藝中也可相應地采用NPN三極管和PNP三極管；鎖存器由非門Not1、Not2、正反饋電阻Rf組成；緩沖器由一組驅動能力逐級放大的非門組成，作用是將鎖存器輸出的高端邏輯電平放大后作為驅動電路的輸出，用以驅動高壓PMOS管。這里的低端邏輯電平中的低端是指邏輯電平相對于電源負端而言，如果NM1和NM2的驅動電壓是5V，那么邏輯低電平的電壓等于電源負端的電壓0V，邏輯高電平的電壓是5V；反之，高端邏輯電平中的高端是指邏輯電平相對于電源正端VIN而言，如果高壓PMOS管驅動電壓差是5V，那么邏輯低電平的電壓是VIN-5V，邏輯高電平的電壓等于電源正端的電壓VIN。