一种用于dc-dc变换器的驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种用于DC-DC变换器的驱动电路。
【背景技术】
[0002] DC-DC变换器在手机、平板等智能设备中的应用相当广泛，随着这些设备功能越来 越强大，对电源性能的要求也越来越高，因此提高DC-DC变换器的转换效率显得至关重要。
[0003]在DC-DC变换器中，主要存在三种功率损耗:导通损耗、静态损耗和动态损耗(包括 功率开关管的驱动损耗和交越损耗）。在不同的负载电流下，各种功率损耗对转换效率的影 响不同，比如在负载电流较大的重载条件下，导通损耗是功率损耗的主要来源，而在负载电 流较小的轻载情况下，功率开关管的驱动损耗才是功率损耗的主因。因此，在不同的负载电 流状态下，应采取不同的栅驱动技术实现效率的最优化。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述问题，提出在不同的负载电流情况下，通过对功率开关管进行分 段驱动和浮动栅压驱动，并采用自适应死区时间控制，在最大程度上提高DC-DC变换器的转 换效率的驱动电路。
[0005]本发明的技术方案:一种用于DC-DC变换器的驱动电路，包括驱动控制单元、功率 开关管、反馈控制单元、自举电容、滤波电感、滤波电容和负载;所述驱动控制单元包括浮动 栅压控制电路、电流采样电路和分段驱动控制电路;所述浮动栅压控制电路接外部电源，其 输入端接电流采样电路的第一输出端，其输出端接分段驱动控制电路的第一输入端；电流 采样电路用于对流经滤波电感上的电流进行采样，其第二输出端接分段驱动控制电路的第 二输入端;所述功率开关管由上功率开关管和下功率开关管构成，上功率开关管和下功率 开关管均为m个，同时均分为k段，m2 2，k2 2;每个上功率开关管的栅极均连接一个与门的 输出端，该与门的一个输入端接分段驱动控制电路的输出端，另一个输入端接反馈控制单 元的输出端;每个下功率开关管的栅极均连接一个或非门的输出端，该或非门的一个输入 端接分段驱动控制电路的输出端，另一个输入端接反馈控制单元的输出端;上功率开关管 的漏极接电源，源极接滤波电感的一端；下功率开关管的源极接地，漏极接滤波电感的一 端；自举电容的一端接浮动栅压控制电路，另一端接滤波电感的一端;滤波电感的另一端通 过滤波电容后接地;负载与滤波电容并联;反馈控制单元的输入端接滤波电感的另一端；
[0006]所述分段驱动控制电路用于根据电流采样电路采样到的电流信号每隔4个时钟周 期对分段信号做出一次调整；
[0007]所述浮动栅压控制电路用于在功率开关管开启段数为1时，根据电流采样电路采 样到的电流信号调节自举电容上的充电电压。
[0008]具体的，所述浮动栅压控制电路由第一PM0S管MP1、第二PM0S管MP2、第三PM0S管 MP3、第四PM0S管MP4、第五PM0S管MP5、第六PM0S管MP6、第一电阻R0、第二电阻R1、电容C1和 比较器构成;其中，第一PM0S管MP1的源极接电源，其栅极接比较器的输出端；比较器的反相 输入端接电流采样电路的输出端，其同相输入端接第六PMOS管MP6的漏极;第二PMOS管MP2 的源极接第一PM0S管MP1的漏极，其栅极接第三PM0S管MP3的漏极;第四PM0S管MP4的源极接 第二PMOS管MP2的漏极，其栅极接第五PMOS管MP5的漏极;第六PMOS管MP6的源极接第四PMOS 管MP4的漏极，其栅极通过第一电阻R0后接第五PMOS管MP5的漏极;第六PMOS管MP6漏极与比 较器反相输入端的连接点通过电容C1后接地;第二电阻R1与电容C1并联;第三PMOS管MP3的 源极接第一PMOS管MP1的漏极，其栅极与漏极互连;第五PMOS管MP5的源极接第三PMOS管MP3 的漏极，其栅极与漏极互连；自举电容的一端接第一PMOS管MP1的漏极，另一端通过第一电 阻R0后接第五PMOS管MP5的漏极。
[0009]本发明的有益效果为，根据不同的负载电流，采用负载自适应功率开关管分段和 浮动栅压控制的方式来进行功率开关管的驱动，从而使功率开关管的导通损耗和驱动损耗 之和最小，进而提高DC-DC变换器的效率，尤其是轻载情况下的效率。
【附图说明】
[0010]图1为本发明DC-DC变换器结构示意图；
[0011] 图2为本发明分段驱动控制电路结构示意图；
[0012] 图3为本发明浮动栅压控制电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述
[0014] 如图1所示，本发明的驱动电路，包括反馈控制单元、驱动控制单元、开关管缓冲 器、功率开关管和自举电容Cboot、输出滤波电感L、滤波电容Cout以及负载Load。所述驱动 控制单元由浮动栅压控制电路、电流采样电路、分段控制电路以及一些与门和或非门构成。
[0015] 所述功率开关管分为上管和下管，上管和下管都是匪0S管;所述上管包括m个NM0S 管分为k段;所述下管包括m个NM0S管也分为k段;所述每个功率开关管的栅极都连接一个开 关管缓冲器;所述上管的漏极接功率输入电源，栅极接开关管缓冲器的输出；所述上管的源 极和下管的漏极共同接到滤波电感的左端;所述下管的栅极同样接功率开关管缓冲器，源 极接地。所述m和k为整数，m和k满足大于等于2。所述驱动控制单元的2m个输出端口，都通过 开关管缓冲器分别连接到2m个功率开关管。
[0016] 当负载电流变化时，上管和下管各有j段功率开关管保持正常工作，其余的功率开 关管一直保持关断。当负载电流达到Imax时，j=k，即所有的功率开关管都保持正常工作， 当负载电流低于Imin时，j=l，即上下管中都各只有1段功率开关保持正常工作，其余都保 持关断。
[0017] 进一步地，所述功率开关管开启段数为1时，浮动栅压控制电路开始工作;所述浮 动栅压控制电路根据流过电感电流的不同控制自举电容上产生不同的充电电压，使得最终 功率开关上的栅驱动电压不同；所述栅驱动电压由
确定，其中，Vsense表示电流采样电路的输出电压，kp表示PM0S管的电导常数，Vthp表示PM0S管的阈值电压，W/L表示晶体管的宽长比。
[0018] 进一步地，反馈控制单元根据输出电压的值产生脉冲宽度调制信号，脉冲宽度调 制信号送到驱动控制单元，驱动控制单元中的电流采样模块，在下管开启时，对电感电流按 M:1的比例进行采样，所述分段驱动控制电路根据采样到的电流每隔4个时钟周期对分段信 号做出一次调整。当功率开关管开启段数为1时，浮动栅压控制电路根据采样到的电流自动 调节自举电容Cboot上的充电电压。
[0019] 实施