一种上开关管驱动电路及应用其的同步boost电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电力电子技术，更具体地说，涉及一种应用于同步boost电路中的上开关管驱动电路。
【背景技术】
[0002]同步boost电路(升压电路)相较于传统的二极管续流的boost电路由于在降低损耗方面具有明显的优势而被广泛使用。
[0003]在同步boost电路的功率级电路中，将其中一个极性端接地的开关管记为下开关管，将一极性端与下开关管连接，另一极性端与输出端连接的开关管记为上开关管。且通常为了减小了装置体积，节省成本，现有技术中往往使用一个驱动电源为两个开关管的驱动电路提供工作电压。并且，为了节省芯片的面积，在同样的导通电阻情况下，上开关管优先选用NMOS类型的开关管。
[0004]图1所示为现有技术中应用于同步boost电路的功率级电路中的上开关管驱动电路的电路示意图。众所周知，在驱动晶体时，当栅源极间的电压大于开启电压时，晶体管导通；当栅源极间的电压下降到开启电压以下时，晶体管关断。参见图1所示。同步boost电路中的下开关管Ml的源极接至地，在驱动下开关管MI时，只要在PWM信号为高时提供给栅极一个恒定的电压(例如Vdd)，即可满足下开关管驱动电路的供电需求。
[0005]而上开关管M2的栅极接至电感L以及两个开关管的公共点(记为连接点LX)，根据开关电路的工作原理可知，连接点LX为一个高频方波跳变点。故需要一个悬浮电压，该悬浮电压附加在LX电压上，用于给上开关管提供驱动电压。
[0006]采用自举电容是目前最普遍的一种上开关管驱动方法。图1所示为自举方式，其工作原理如下:下开关管Ml导通期间，将连接点LX的电位拉低至地，控制芯片中的稳定电压Vdd通过开关M3 (或自举二极管)给自举电容Cbs充电，通过自举电容Cbs在自举电容Cbs两端(即点BS与连接点LX之间)形成一个悬浮电压。在下开关管Ml关断后，连接点LX的电压钳位在输入电压Vin，此时电容的第一端BS点的电压为所述悬浮电压加上其第二端LX点的电压Vin0在上开关管M2的控制信号PWM2为高时，驱动器DRl将BS点的电压输入至M2的栅极以驱动M2导通；在上开关管M2的控制信号PWM2为低时，驱动器DRl将连接点LX的电压输入至M2的栅极以关断M2。
[0007]本发明人在进行本发明技术的研宄过程中发现，现有技术存在以下的缺陷:
[0008]在装置的初始状态时，自举电容Cbs两端的电压为0，若下开关管Ml每个导通周期的时间不够长，则需要好几个周期才能把自举电容Cbs两端的电压充到约为稳定电压VDD，在这个过程中，由于驱动电压不足，上开关管M2不能完全导通，而使大的电流流经上开关管M2的体二极管，造成较大的损耗。
【发明内容】
[0009]有鉴于此，本发明提供了一种上开关管驱动电路，以解决现有技术中，同步boost电路在初始工作时由于上开关管的驱动电压不足导致上开关管不能完全导通的问题，降低电路的损耗。
[0010]第一方面，本发明提供一种上开关管驱动电路，应用于同步boost电路中，所述同步boost电路的功率级电路由电感、下开关管以及上开关管构成，所述下开关管的一极性端接地，另一极性端与所述上开关管的一极性端连接，其特征在于，所述上开关管驱动电路包括:
[0011]自举电容，一端连接至一稳定电压，另一端连接至预充电控制电路的一端；
[0012]所述预充电控制电路，用以在系统上电且功率级电路开始工作前或者系统处于休眠状态时，控制通过所述稳定电压对所述自举电容进行预充电，直至自举电容两端的电压达到预定的值；
[0013]驱动器，用以根据上开关管的控制信号，输出相应的驱动信号以控制上开关管的导通状态。
[0014]优选地，所述驱动器，在所述上开关管的控制信号为高时，输出自举电容与所述稳定电压连接点的电压至所述上开关管的栅极；
[0015]在所述上开关管的控制信号为低时，输出所述同步boost电路的功率级电路中的下开关管和上开关管的连接点的电压至所述上开关管的栅极。
[0016]优选地，其特征在于，所述预充电控制电路包括第一开关电路和第二开关电路，
[0017]所述第一开关电路在系统上电且功率级电路开始工作前或者系统处于休眠状态时导通，在所述自举电容两端的电压达到预定的值时关断；
[0018]所述第二开关电路在所述自举电容进行预充电时一直保持关断，直到所述自举电容两端的电压达到预定的值时开始导通。
[0019]优选地，其特征在于，所述第一开关电路为一晶体管，所述晶体管的寄生二极管的阳极连接至地，阴极与所述自举电容和预充电控制电路的连接点连接。
[0020]优选地，其特征在于，所述第一开关电路为一开关，所述开关连接在所述自举电容和预充电控制电路的连接点和地之间。
[0021]优选地，其特征在于，所述第二开关电路为一晶体管，所述晶体管的寄生二极管的阳极与所述自举电容和预充电控制电路的连接点连接，阴极与所述同步boost电路的功率级电路中的下开关管和上开关管的连接点连接。
[0022]优选地，其特征在于，所述第二开关电路为一开关，所述开关连接在所述自举电容和预充电控制电路的连接点和所述同步boost电路的功率级电路中的下开关管和上开关管的连接点之间。
[0023]第二方面，本发明技术提供一种同步boost电路，优选地，包括功率级电路和上述上开关管驱动电路。
[0024]本发明技术通过在上开关管驱动电路中加入预充电控制电路，在系统上电且功率级电路开始工作前或者系统处于休眠状态时，控制通过所述稳定电压对所述自举电容进行预充电，直至自举电容两端的电压达到预定的值，在主功率电路开始工作时，上开关管的驱动电压能够满足上开关管完全导通的要求。从而可以提高系统的控制精度，且能够避免由于大电流流过上开关管的寄生二极管而引起的损耗增加的问题。
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0026]图1为现有技术中上开关管驱动电路的电路示意图；
[0027]图2为本发明第一实施例的上开关管驱动电路的电路示意图；
[0028]图3为本发明第一实施例的第一开关电路的驱动信号产生电路；
[0029]图4为本发明第一实施例的第二开关电路的驱动信号产生电路；
[0030]图5为本发明第二实施例的上开关管驱动电路的电路示意图。
【具体实施方式】
[0031]以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
[0032]此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0033]同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
[0034]除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
[0035]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0036]图2为本发明第一实施例的上开关管驱动电路的电路示意图。上开关管驱动电路应用于同步boost电路中。
[0037]参见图2，该同步boost电路的功率级电路包括:串联桥接的下开关管M1、上开关管M2以及电感L。在本实施例中，所述下开关管Ml以及上开关管M2均以N沟道型晶体管为例。其中，下开关管Ml的源极接地，漏极与上开关管M2的源极连接，将其连接点记为连接点LX，上开关管M2的漏极连接至同步boost电路的功率级电路的输出端Vout。在同步boost电路的功率级电路中，输入电压Vin从电感L输入，通过由下开关管Ml以及上开关管M2桥接构成的电路向负载端提供能量。
[0038]下开关管Ml的控制端即栅极接收第一驱动信号TG1，其源极接至地。由于在驱动晶体管时，当栅源极间的电压大于开启电压时，晶体管便可导通，故在下开关管Ml的控制信号PWMl为高时，下开关管的驱动电路提供给栅极一个恒定的电压(例如芯片中LDO输出的稳定电压Vdd)，即可满足下开关管驱动电路的供电需求。
[0039]上开关管M2的控制端即栅极接收第二驱动信号TG2，其源极为连接点LX。由于连接点LX为下开关管Ml以及上开关管M2的公共连接点，该点的电压会跟随下开关管Ml的导通状态的改变而改变，当下开关管Ml导通时，连接点LX的电压被拉低至地；当下开关管Ml关断时，连接点LX的电压被钳位在输入电压Vin。故下开关管M2的源极电压为一跳变的电压，不能采用类似于下开关管Ml那样的恒定的电压去驱动上开关管M2，其驱动电压必须叠加在源极的电压上才能有效驱动。图1所示的现有技术中的上开关管驱动电路虽然解决了开关管M2的驱动问题，但是仍存在如在系统工作的前几个周期中，由于自举电容Cbs两端电压不足导致上开关管M2不能完全导通，而使大的电流流经上开关管M2的寄生二极管，造成较大的损耗的问题。
[0040]本实施例采用由自举电容Cbs、预充电控制电路21以及驱动器DR2构成的一上开关管驱动电路，为上开关管M2提供第二驱动信号TG2。
[0041]其中，自举电容Cbs，一端连接至芯片中LDO输出的稳定电压VDD，另一端连接至自举电容Cbs和预充电控制电路的连接端B