[發明專利]一種全集成Full-NMOS功率管高側驅動電路

有效

• 申請號: 202110313233.7
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113225054B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 張紀夫
• 申請（專利權）人: 蕪湖威爾芯半導體有限公司
• 主分類號: H03K17/081
• 分類號: H03K17/081;H03K17/042;H03K17/687
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 尹曉雪

本發明公開了一種全集成Full?NMOS功率管高側驅動電路，包括開關控制模塊、箝壓模塊和輸出驅動模塊，其中，開關控制模塊的第一輸入端輸入高側開關電壓信號，第二輸入端輸入低側開關電壓信號，開關控制模塊的第一輸出端連接箝壓模塊的第一輸入端，開關控制模塊的第二輸出端連接輸出驅動模塊的輸入端，開關控制模塊的第三輸出端連接箝壓模塊的第三輸入端，箝壓模塊的第二輸入端連接外接上功率管的源極，箝壓模塊的輸出端連接外接上功率管的柵級，輸出驅動模塊的輸出端連接外接上功率管的柵級。該電路實現了一種無需片外電容的Full?NMOS功率管高側驅動，有效地將上功率管的柵源電壓控制在5V以內，保證上功率管不被擊穿，最大程度上導通上功率管，降低導通損耗無需。

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，具體涉及一種全集成Full-NMOS功率管高側驅動電路。

背景技術

目前來說，有著高集成度，高可靠性，低成本等特征的智能功率集成電路(SPIC)應用廣泛，電機驅動作為其核心模塊，由最初的分離式驅動電路向著高集成度、高效率和小型化的方向發展。橋式驅動電路通常需要采用自舉柵極驅動(Bootstrap)結構來驅動高壓側功率管，因此需要用到自舉電容，功率二極管等元件為高側提供浮動供電電壓和正確的驅動信號，而通常用到的自舉電容，功率二極管面積都很大，只能接在片外，并且需要為高側浮動供電電壓預留管腳，增加了使用成本和封裝成本。

另外，采用自舉的方式也帶了額外的可靠性問題，如周期性充電補充電容器電荷限制了電路的最低頻率和占空比范圍；在要求輸出大電流時，死區時間內由浮動輸出點(VSW)負壓可能引發可靠性問題；所采用的電平移位結構，高端電平和低端電平沒有真正隔離，高端所產生的噪聲會影響到低端信號；由片外電容、互連電感等引起大電磁干擾(EMI)等。因此，對如何取代傳統高側柵極驅動方法進行研究，實現進一步降低智能功率驅動集成電路的成本，提高集成度、可靠性和開關速度等有著重要意義。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種全集成Full-NMOS功率管高側驅動電路。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明提供了一種全集成Full-NMOS功率管高側驅動電路，包括開關控制模塊、箝壓模塊和輸出驅動模塊，其中，

所述開關控制模塊的第一輸入端輸入高側開關電壓信號，第二輸入端輸入低側開關電壓信號，所述開關控制模塊的第一輸出端連接所述箝壓模塊的第一輸入端，所述開關控制模塊的第二輸出端連接所述輸出驅動模塊的輸入端，所述開關控制模塊的第三輸出端連接所述箝壓模塊的第三輸入端，所述箝壓模塊的第二輸入端連接外接上功率管的源極，所述箝壓模塊的輸出端連接所述外接上功率管的柵級，所述輸出驅動模塊的輸出端連接所述外接上功率管的柵級；

所述開關控制模塊用于將所述高側開關電壓信號轉換為所述輸出驅動模塊的第一控制信號和第二控制信號，將所述低側開關電壓信號轉換為所述箝壓模塊的控制信號；

所述箝壓模塊用于根據所述外接下功率管的漏極信號和所述箝壓模塊的控制信號，將外接上功率管的柵源電壓差控制在5V以內；

所述輸出驅動模塊用于根據所述開關控制模塊輸出的第一控制信號為所述外接上功率管的柵極充電，或根據所述開關控制模塊輸出的第二控制信號為所述外接上功率管的柵極放電，以控制所述外接上功率管的開啟或關斷。

在本發明的一個實施例中，所述開關控制模塊包括偏置電壓產生單元、開啟信號轉換單元、關斷信號轉換單元和箝壓信號轉換單元，其中，

所述偏置電壓產生單元、所述開啟信號轉換單元、所述關斷信號轉換單元和所述箝壓信號轉換單元并聯于第二電源端VCC與接地端GND之間；

所述偏置電壓產生單元的輸入端用于輸入外部偏置電流信號Ibias，所述偏置電壓產生單元的輸出端輸出偏置電壓BIAS，所述開啟信號轉換單元輸出偏置電壓BIAS1，所述關斷信號轉換單元輸出偏置電壓BIAS2，所述箝壓信號轉換單元輸出偏置電壓BIAS3；