一种功率管偏置电路的制作方法

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种功率管偏置电路。

背景技术：

功率管一般可以在电源电路中担任末级输出，用于实现功率输出。在高频情况下，直流-直流变换(英文：Direct Current Direct Current Conversion，简称：DCDC)转换器可以采用叠层功率管以实现高效率输出。

请参考图1，其示出了一种基于叠层功率管的功率管偏置电路的示意图。如图1所示，该叠层功率管电路可以包括P型MOS(英文：Metal Oxide Semiconductor，简称：MOS)管MP1、P型MOS管MP2、N型MOS管MN1、N型MOS管MN2、1/2电源轨双向电压调节器、P型场效应管驱动模块、N型场效应管驱动模块、电容1和电容2。其中，MP1的源极连接功率电源(英文：Power Votage Device简称：PVDD)，MP1的漏极连接MP2的源极(如VPCAS节点)，MP2的漏极连接MN2的漏极(如LX节点)，MN2的源极连接MN1的漏极(如VNCAS节点)，MN1的源极接地电电源(英文：Power Ground，简称：PGND)。P型场效应管驱动模块连接MP1的栅极，N型场效应管驱动模块连接MN1的栅极。脉冲调制(英文：Pulse Width Modulation，简称：PWM)控制器用于控制P型场效应管驱动模块为MP1的栅极输入驱动信号PG，控制N型场效应管驱动模块为MN1的栅极输入驱动信号NG。1/2电源轨双向电压调节器用于根据PVDD功率电压和PGND功率地电压，为MP2的栅极和MN2的栅极输入偏置电压VMID＝1/2(PVDD+PGND)，并将该偏置电压作为P型场效应管驱动模块和N型场效应管驱动模块的电源域电压。其中，在高频DC-DC转换器中，该偏置电压可以用于提高控制环路的稳定性、改善功率管的可靠性等参数。

但是，存在的问题是：由于如图1所示的电路中，1/2电源轨双向电压调节器同时为MP2的栅极和MN2的栅极提供相同的偏置电压，因此，上边管开关管(MP1)的开关动作不仅会影响MP2的栅极输入的偏置电压的大小，还会对MN2的栅极输入的偏置电压造成影响。同样的，下边管开关管(MN1)的开关动作不仅会影响MN2的栅极输入的偏置电压的大小，还会对MP2的栅极输入的偏置电压造成影响。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种功率管偏置电路，可以减少功率管的开关动作对其偏置电压的影响，并提高控制环路的稳定性和功率管的可靠性。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例的第一方面，提供一种功率管偏置电路，包括：第一P型场效应管、第二P型场效应管、P型场效应管驱动模块、第一稳压电容、第一偏置模块、第一N型场效应管、第二N型场效应管、N型场效应管驱动模块、第二稳压电容、第二偏置模块和PWM控制器。

上述PWM控制器的第一输出端连接P型场效应管驱动模块的第一输入端，P型场效应管驱动模块的第二输入端连接PVDD，P型场效应管驱动模块的输出端连接第一P型场效应管的栅极，第一P型场效应管的源极连接PVDD，第一P型场效应管的漏极连接第二P型场效应管的源极，第二P型场效应管的漏极连接第二N型场效应管的漏极。PWM控制器的第二输出端连接N型场效应管驱动模块的第一输入端，N型场效应管驱动模块的第二输入端连接PGND，N型场效应管驱动模块的输出端连接第一N型场效应管的栅极，第一N型场效应管的源极连接PGND，第一N型场效应管的漏极连接第二N型场效应管的源极。

第一偏置模块的第一输入端连接第一基准电源，第一偏置模块的第二输入端连接PVDD，第一偏置模块的输出端连接P型场效应管驱动模块的第三输入端和第二P型场效应管的栅极，第一偏置模块的第二输入端(即功率电源PVDD)与第一偏置模块的输出端通过第一稳压电容连接。

其中，第一偏置模块用于根据第一基准电源输入的基准电压、预设系数、PVDD功率电压得到第一偏置电压，并输出第一偏置电压。

第二偏置模块的第一输入端连接第二基准电源，第二偏置模块的第二输入端连接PGND，第二偏置模块的输出端连接N型场效应管驱动模块的第三输入端和第二N型场效应管的栅极，第二偏置模块的第二输入端与第二偏置模块的输出端通过第二稳压电容连接。

其中，第二偏置模块用于根据第二基准电源输入的基准电压、所述预设系数、所述PGND功率地电压得到第二偏置电压，并输出所述第二偏置电压。

本发明实施例提供的功率管偏置电路，第一偏置模块可以根据PVDD功率电压和第一基准电源为第二P型场效应管的栅极、P型场效应管驱动模块的电源域(即P型场效应管驱动模块的第三输入端)提供第一偏置电压，第二偏置模块可以根据PGND功率地电压和第二基准电源为第二N型场效应管的栅极、N型场效应管驱动模块的电源域(即N型场效应管驱动模块的第三输入端)提供第二偏置电压。即第一偏置模块和第二偏置模块分别为上边管和下边管提供偏置电压，这样上边管开关管(即第一P型场效应管)的开关动作则不会影响下边管(第二N型场效应管)的栅极输入的偏置电压的大小，同时，下边管开关管(即第一N型场效应管)的开关动作则不会影响上边管(第二P型场效应管)的栅极输入的偏置电压。即通过本方案，可以减少功率管的开关动作对其偏置电压的影响。

并且，由于第一稳压电容接PVDD和第一偏置模块的输出端，因此，可以降低PVDD的噪声对第一偏置电压与PVDD功率电压的电压差的影响，保证第一偏置电压与PVDD功率电压的电压差的稳定性。由于第二稳压电容连接PGND和第二偏置模块的输出端，因此，可以降低PGND的噪声对第二偏置电压与PGND功率地电压的电压差的影响，保证第二偏置电压与PGND功率地电压的电压差的稳定性。

在一种可能的实现方式中，上述第一偏置模块可以包括：第一偏置控制电路和电流沉模块。其中，第一偏置控制电路的第一输入端连接第一基准电源，第一偏置控制电路的第二输入端连接PVDD，第一偏置控制电路的输出端连接电流沉模块的第一输入端，电流沉模块的第二输入端连接PVDD，电流沉模块的输出端连接第一P型场效应管的栅极。其中，第一偏置控制电路，用于根据第一基准电源输入的基准电压、PVDD功率电压以及预设系数得到电流沉模块的参考电压，并向电流沉模块输出所述电流沉模块的参考电压。电流沉模块，用于接收电流沉模块的参考电压和P型场效应管驱动模块泄放的电荷，以输出第一偏置电压。

由于电流沉模块可以接收P型场效应管驱动模块泄放的电荷，因此可以根据该P型场效应管驱动模块泄放的电荷消除上边管(第一P型场效应管和第二P型场效应管)开关动作对偏置电压的影响，对接收到的电流沉模块的参考电压进行处理，得到第一偏置电压。

在一种可能的实现方式中，第二偏置模块包括：第二偏置控制电路和电流源模块。其中，第二偏置控制电路的第一输入端连接第二基准电源，第二偏置控制电路的第二输入端连接PGND，偏置控制电路的输出端连接电流源模块的第一输入端，电流源模块的第二输入端连接PGND，电流源模块的输出端连接第二N型场效应管的栅极。其中，第二偏置控制电路，用于根据第二基准电源输入的基准电压、PGND功率地电压以及预设系数得到电流源模块的参考电压，并向电流源模块输出电流源模块的参考电压。电流源模块，用于接收电流源模块的参考电压，向N型场效应管驱动模块输出电荷，以输出第二偏置电压。

由于电流源模块可以向N型场效应管驱动模块输出电荷，因此可以根据该N型场效应管驱动模块泄放的电荷消除下边管(第一N型场效应管和第二N型场效应管)开关动作对偏置电压的影响，对接收到的电流源模块的参考电压进行处理，得到第二偏置电压。

在一种可能的实现方式中，所述第一偏置电压等于PVDD功率电压减去基准电压和预设系数的乘积；第二偏置电压等于PGND功率地电压加基准电压和预设系数的乘积。例如，假设上述基准电压为VREF，预设系数为CONST，第一偏置模块输出的第一偏置电压则可以为VPMID＝PVDD-VREF×CONST，第二偏置模块输出的第二偏置电压可以为VNMID＝PGND+VREF×CONST。

在一种可能的实现方式中，第一P型场效应管、第二P型场效应管、第一N型场效应管和第二N型场效应管为MOS管。

在一种可能的实现方式中，P型场效应管驱动模块包括至少两个级联的反相器，N型场效应管驱动模块包括至少两个级联的反相器。

附图说明

图1为本发明背景技术提供的一种基于叠层功率管的功率管偏置电路的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种功率管偏置电路的示意图一；

图3为本发明实施例提供的一种功率管偏置电路的示意图二。

具体实施方式

本发明实施例提供一种功率管偏置电路，可以应用于DCDC转换器的高频工作场景中，具体应用于DCDC转换器的高频工作场景中的叠层功率管的偏置电压的控制过程中。

请参考图2，其示出了本发明实施例提供的一种功率管偏置电路的示意图。如图2所示，该功率管偏置电路可以包括：第一P型场效应管21、第二P型场效应管22、P型场效应管驱动模块23、第一稳压电容24、第一偏置模块25、第一N型场效应管31、第二N型场效应管32、N型场效应管驱动模块33、第二稳压电容34、第二偏置模块35和PWM控制器41。

其中，如图2所示，PWM控制器41的第一输出端411连接P型场效应管驱动模块23的第一输入端231，P型场效应管驱动模块23的第二输入端232连接PVDD，P型场效应管驱动模块23的输出端234连接第一P型场效应管21的栅极212。

第一P型场效应管21的源极211连接PVDD，第一P型场效应管21的漏极213连接第二P型场效应管22的源极221，第二P型场效应管22的漏极223连接第二N型场效应管32的漏极323。

如图2所示，PWM控制器41的第二输出端412连接N型场效应管驱动模块33的第一输入端331，N型场效应管驱动模块33的第二输入端332连接PGND，N型场效应管驱动模块33的输出端334连接第一N型场效应管31的栅极312，第一N型场效应管31的源极311连接PGND，第一N型场效应管31的漏极313连接第二N型场效应管32的源极321。

第一偏置模块25的第一输入端25a连接第一基准电源，第一偏置模块25的第二输入端25b连接PVDD，第一偏置模块25的输出端25c连接P型场效应管驱动模块23的第三输入端233和第二P型场效应管22的栅极222，第一偏置模块25的第二输入端25b与第一偏置模块25的输出端25c通过第一稳压电容24连接。

第二偏置模块35的第一输入端35a连接第二基准电源，第二偏置模块35的第二输入端35b连接PGND，第二偏置模块35的输出端345c连接N型场效应管驱动模块33的第三输入端333和第二N型场效应管32的栅极322，第二偏置模块35的第二输入端35b与第二偏置模块35的输出端35c通过第二稳压电容34连接。

其中，第一偏置模块25用于根据第一基准电源输入的基准电压(英文：Voltage Reference，简称：VREF)、预设系数、PVDD功率电压得到第一偏置电压，并输出第一偏置电压。

第二偏置模块35用于根据第二基准电源输入的基准电压VREF、预设系数、PGND功率地电压得到第二偏置电压，并输出第二偏置电压。其中，第一基准电源输入的基准电压等于第二基准电源输入的基准电压。

本发明实施例提供的功率管偏置电路，第一偏置模块25可以根据PVDD功率电压和第一基准电源为上边管(第二P型场效应管22)的栅极P型场效应管驱动模块23的电源域(即P型场效应管驱动模块23的第三输入端233)提供第一偏置电压，第二偏置模块35可以根据PGND功率地电压和第二基准电源为下边管(第二N型场效应管32)的栅极N型场效应管驱动模块33的电源域(即N型场效应管驱动模块33的第三输入端333)提供第二偏置电压。即第一偏置模块25和第二偏置模块35分别为上边管和下边管提供偏置电压，这样上边管的开关管(第一P型场效应管21)的开关动作则不会影响下边管(第二N型场效应管32)的栅极输入的偏置电压的大小，同时，下边管的开关管(第一N型场效应管31)的开关动作则不会影响上边管(第二P型场效应管22)的栅极输入的偏置电压的大小。即通过本方案，可以减少功率管的开关动作对其偏置电压的影响。

并且，由于第一稳压电容24连接PVDD和第一偏置模块的输出端(即如图2所示的第一偏置模块25的输出端25c)，因此，可以降低PVDD的噪声对第一偏置电压与PVDD功率电压的电压差的影响，保证第一偏置电压与PVDD功率电压的电压差的稳定性。由于第二稳压电容35连接PGND和第二偏置模块的输出端(即如图2所示的第二偏置模块35的输出端35c)，因此，可以降低PGND的噪声对第二偏置电压与PGND功率地电压的电压差的影响，保证第二偏置电压与PGND功率地电压的电压差的稳定性。

其中，PVDD功率电压与第一偏置电压的电压差等于第二偏置电压与PGND功率地电压的电压差。

示例性的，上述第一偏置电压等于PVDD功率电压减去基准电压和预设系数的乘积。第二偏置电压等于PGND功率地电压加基准电压和预设系数的乘积。

例如，假设上述基准电压为VREF，预设系数为CONST，第一偏置模块25输出的第一偏置电压则可以为VPMID＝PVDD-VREF×CONST，第二偏置模块35输出的第二偏置电压可以为VNMID＝PGND+VREF×CONST。

进一步的，如图3所示，如图2所示的第一偏置模块25可以包括：第一偏置控制电路251和电流沉模块252。

其中，如图3所示，第一偏置控制电路251的第一输入端可以为上述第一偏置模块的第一输入端25a，第一偏置控制电路251的第一输入端连接第一基准电源，第一偏置控制电路251的第二输入端2511连接PVDD，第一偏置控制电路251的输出端连接电流沉模块252的第一输入端，电流沉模块的第二输入端2521连接PVDD，电流沉模块252的输出端连接第一P型场效应管21的栅极212。其中，电流沉模块252的输出端即为第一偏置模块25的输出端25c。

其中，第一偏置控制电路251，用于根据第一基准电源输入的基准电压、PVDD功率电压以及预设系数得到电流沉模块的参考电压，并向电流沉模块输出电流沉模块的参考电压。

需要说明的是，第一偏置控制电路251根据第一基准电源输入的基准电压、PVDD功率电压以及预设系数得到电流沉模块的参考电压，并向电流沉模块输出电流沉模块的参考电压的方法具体可以为：第一偏置控制电路251根据基准电压VREF、PVDD功率电压和预设系数(CONST)，采用VPMID＝PVDD-VREF×CONST计算得到第一偏置电压VPMID；电流沉模块252可以用于接收电流沉模块的参考电压和P型场效应管驱动模块23泄放的电荷，以输出第一偏置电压。

电流沉模块252，用于接收电流沉模块的参考电压和P型场效应管驱动模块23泄放的电荷，以输出第一偏置电压。由于电流沉模块252可以接收P型场效应管驱动模块23泄放的电荷，因此可以消除上边管开关管(第一P型场效应管21)开关动作通过P型场效应管驱动模块23泄放的电荷对偏置电压的影响，对接收到的电流沉模块的参考电压进行处理，得到第一偏置电压VPMID＝PVDD-VREF×CONST。

进一步的，如图3所示，如图2所示的第一偏置模块25可以包括：第二偏置控制电路351和电流源模块352。

其中，如图3所示，第二偏置控制电路351的第一输入端可以为上述第二偏置模块的第一输入端35a，第二偏置控制电路351的第一输入端连接第二基准电源，第二偏置控制电路351的第二输入端3511连接PGND，第二偏置控制电路351的输出端连接电流源模块352的第一输入端，电流源模块352的第二输入端3521连接PGND，电流源模块352的输出端连接第一N型场效应管31的栅极。

其中，第二偏置控制电路351，用于根据第二基准电源输入的基准电压、PGND功率地电压以及预设系数得到电流源模块的参考电压，并向电流源模块352输出电流源模块的参考电压。

需要说明的是，第二偏置控制电路351根据第二基准电源输入的基准电压、PGND功率地电压以及预设系数得到电流源模块的参考电压，并向电流源模块352输出电流源模块的参考电压的方法具体可以为：第二偏置控制电路351根据基准电压VREF、PGND功率地电压和预设系数(CONST)，采用VNMID＝PGND+VREF×CONST计算得到第一偏置电压VNMID；电流源模块352可以用于接收电流源模块的参考电压，并向N型场效应管驱动模块33输出电荷，以输出第二偏置电压。

电流源模块352，用于接收电流源模块的参考电压，并向N型场效应管驱动模块33输出电荷，以输出第二偏置电压。由于电流源模块352可以向N型场效应管驱动模块33输出电荷，因此可以消除下边管开关管(第一N型场效应管31)开关动作通过N型场效应管驱动模块23吸收电荷对偏置电压的影响，对接收到的电流源模块的参考电压进行处理，得到第二偏置电压VNMID＝PGND+VREF×CONST。

示例性的，上述第一P型场效应管21、第二P型场效应管22、第一N型场效应管31和第二N型场效应管32均可以为MOS管。

示例性的，如图2或者图3所示，上述P型场效应管驱动模块23可以包括至少两个级联的反相器，上述N型场效应管驱动模块33可以包括至少两个级联的反相器。

进一步的，本发明实施例中的基准电压(VREF)和预设系数(CONST)可以预先配置，即VREF和CONST的值可以是预先配置的。其中，本发明实施例中可以根据DCDC转换器电路中各个器件的耐压性能以及工作效率确定VREF和CONST，并且可以根据上述各个器件的耐压性能以及工作效率的变化，实时调节VREF和CONST。

本发明实施例提供的功率管偏置电路，第一偏置模块25和第二偏置模块35分别为上边管和下边管提供偏置电压，这样上边管开关管(第一P型场效应管21)的开关动作则不会影响下边管(第二N型场效应管32)的栅极输入的偏置电压，同时，下边管开关管(第一N型场效应管31)的开关动作则不会影响上边管(第二P型场效应管22)的栅极输入的偏置电压。即通过本方案，可以减少功率管的开关动作对其偏置电压的影响。

并且，由于第一稳压电容24连接PVDD和第一偏置模块的输出端(即如图2所示的第一偏置模块25的输出端25c)，因此，可以降低PVDD的噪声对第一偏置电压与PVDD功率电压的电压差的影响，保证第一偏置电压与PVDD功率电压的电压差的稳定性。由于第二稳压电容35连接PGND和第二偏置模块的输出端(即如图2所示的第二偏置模块35的输出端35c)，因此，可以降低PGND的噪声对第二偏置电压与PGND功率地电压的电压差的影响，保证第二偏置电压与PGND功率地电压的电压差的稳定性。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。