一种功率mosfet的软驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种软驱动电路，特别涉及一种应用于功率MOSFET的栅极软驱动电路。
【背景技术】
[0002]驱动电路设计是功率MOSFET的应用重点之一，而MOSFET的栅极驱动过程可以简单理解为驱动电源对MOSFET输入电容的充放电过程，器件规格书所提供的MOSFET极间电容值是在一定条件下得到的静态参数。而在实际应用中，这些电容的参数是温度及电压的非线性函数关系，而且受米勒效应的影响，总的动态输入电容将比总静态电容大得多。这些都给栅极驱动的准确分析带来很大困难。但从应用角度，了解其驱动过程的特性是必须的。
[0003]如图1所示，是MOSFET的极间电容，输入电容Ciss = Cgd+Cgs(CDS短路)；输出电容Coss = Cds+Cgd ;反向传输电容 Cr s s = Cgd ο
[0004]如图2所示，是MOSFET的驱动过程曲线，VGS的各个阶段的时间跨度同栅极消耗电荷成比例。t0-t2跨度QGS代表了Ciss所消耗的电荷，t2-t3跨度Q⑶代表了CGD(或称为米勒电容)消耗的电荷。在t3时刻前消耗的所有电荷就是MOSFET所需要完全开通的最少电荷需求量。t3以后消耗的额外电荷并不表示驱动所必须的电荷，只表示驱动电路提供的多余电荷而已。通常所加的驱动电压都会高于MOSFET开通所需的最低电压以获得更低的导通电阻RDS (on)以减小导通损耗。
[0005]如图3所示，是现有的一种应用于开关电源反激变换器的MOSFET驱动电路，该MOSFET驱动电路由电流偏置单元Al和驱动链单元A2组成。
[0006]开关电源反激变换器的主功率变换器电路由功率MOSFET管、电流采样电阻Rcs、主功率变压器原边绕组Np和副边绕组Ns、输出整流二极管Dout、输出电容Cout、负载RL组成；主功率变压器原边绕组Np —端接母线电压Vbulk，另一端接功率MOSFET管的漏极；功率MOSFET管的栅极接驱动链单元A2的输出端，源极接电流采样电阻Rcs的一端，电流采样电阻Rcs的另一端接原边参考地;副边绕组Ns的一端接输出整流二极管Dout的阳极，另一端接副边地;输出电容Cout并联在输出整流二极管Dout的阴极与输出电压Vout的负输出端之间，负载RL与输出电容Cout并联。
[0007]电流偏置单元Al由N型沟道MOS管匪I，电阻Rl，P型沟道MOS管PMl和P型沟道MOS管PM2组成。N型沟道MOS管匪I的栅极与芯片内部低压电源VCC相连，电阻Rl的第一端口与N型沟道MOS管匪I的源极相连，电阻Rl的第二端口与参考地VSS相连，P型沟道MOS管PMl的栅极和漏极、P型沟道MOS管PM2的栅极、N型沟道MOS管NMl的漏极一起相连，形成偏置电压Vbiasp，P型沟道MOS管PMl和PM2的源极与芯片外部高压电源VDD相连，N型沟道MOS管匪I的衬底与地VSS相连，P型沟道MOS管PMl和PM2的衬底都与高压电源VDD相连，P型沟道MOS管PM2的漏极作为电流镜的输出端，也即电流偏置单元Al的输出。
[0008]驱动链单元A2由反相器链，N型沟道MOS管匪2、N型沟道MOS管匪3、N型沟道MOS管NM4和P型沟道MOS管PM3组成。反相器链的输入端与变换器中功率MOSFET管(即图3中与GATE弓丨脚连接的MOSFET管)的低压驱动逻辑信号Dri ve_H相连，反相器的输出端、P型沟道MOS管PM3的栅极、N型沟道MOS管匪2、N型沟道MOS管匪3的栅极一起相连，P型沟道MOS管PM3的漏极、N型沟道MOS管匪2的漏极与N型沟道MOS管NM4的栅极一起相连，P型沟道MOS管PM3的源极与电流偏置单元Al的输出相连，N型沟道MOS管NM4的漏极与芯片外部高压电源VDD相连，N型沟道MOS管匪2的源极与衬底、N型沟道MOS管匪3的源极与衬底、N型沟道MOS管匪4的衬底都接地VSS，P型沟道MOS管PM3的衬底接高压电源VDD，N型沟道MOS管匪3的漏极与N型沟道MOS管NM4的源极相连作为驱动链单元的输出端。
[0009]图3所述电路基于的原理是当变换器中功率MOSFET管的低压驱动逻辑信号Drive_H为高电平时，经过反相器链生成低电平，使P型沟道MOS管PM3管导通，使电流源产生的电流通过电流镜镜像，然后给MOSFET输入电容充电，产生栅极电压GATE。如图4a、图4b和图5a、图5b所示，是现有的一种应用于开关电源反激变换器工作在CCM和DCM下的MOSFET驱动电路栅极驱动过程仿真曲线，tO-tl为达到门限电压的时间、tl-t2位进入米勒平台的时间、t2-t3为米勒平台时间、t3-t4为退出米勒平台的时间，可以看到MOSFET完全导通后的退出米勒平台的时间t3-t4时间段有150ns和180ns，这段时间过长，导致导通损耗很大(导通损耗是指在MOSFET完全开启后负载电流(即漏源电流)IDSon(t)在导通电阻RDSon上产生之压降造成的损耗)，尤其是工作在CCM下的MOSFET完全导通后，IDS不是从OA开始上升，而是一个很大的电流，如果退出米勒平台的时间t3?t4很长，会使导通损耗很大，从效率上可以看出现有技术不是一个很好的MOSFET驱动电路。
[0010]一般地，为减少导通损耗，现有技术通常是加大给MOSFET电容充电的充电电流，加快Vgs电压上升速度，进而减少退出米勒平台的时间t3?t4，这样做虽然可以达到减少导通损耗的目的，但同样减少了米勒平台及其之前的总时间t0?t3，EMI性能变差；或者为了达到良好的EMI性能，在导通损耗和EMI性能之间折衷考虑，但是导通损耗还是较大，无外乎现有技术都不是一个很好的MOSFET驱动电路。
【实用新型内容】
[0011]有鉴如此，本实用新型要解决的技术问题是:提供一种功率MOSFET的软驱动电路，减少退出米勒平台t3?t4消耗的额外电荷，降低导通损耗，提高效率，改善EMI效应。
[0012]本实用新型解决上述技术问题的技术方案是:一种功率MOSFET的软驱动电路，包括电流偏置单元、驱动链单元和正反馈电流产生单元；
[0013]所述的电流偏置单元，为所述的功率MOSFET开启提供一软驱动电流11，延缓导通过程；
[0014]所述的驱动链单元，将所述的MOSFET管的低压驱动逻辑信号DriveJl转换为高压驱动?目号GATE，提尚彳目号的逐级驱动能力；
[0015]所述的正反馈电流产生单元，检测所述的MOSFET管的GATE端口电压，待米勒平台电压结束之后，叠加正反馈大电流12，同时提供所述的正反馈大电流12的泄放通路，待所述的MOSFET管的栅源电压VGS上升到最高驱动电压之后，所述的正反馈大电流12迅速减小到零。
[0016]优选地，所述的电流偏置单元包括N型沟道MOS管匪101，电阻RlOl，P型沟道MOS管PMlOl和P型沟道MOS管PM102;所述的N型沟道MOS管匪101的栅极接低压电源VCC，其源极接所述的电阻RlOl的一端，所述的电阻RlOl的另一端接地VSS，其漏极接所述的P型沟道MOS管PMlOl的漏极;所述的P型沟道MOS管PMlOl的栅极与漏极接在一起，同时接所述的P型沟道MOS管PM102的栅极，并作为所述的P型沟道MOS管PM102的栅极偏置电压Vbiasp，其源极与所述的P型沟道MOS管PM102的源极接在一起，并接高压电源VDD，所述的P型沟道MOS管PM102的漏极作为所述的电流偏置单元的输出端。
[0017]优选地，所述的驱动链单元包括反相器链，N型沟道MOS管NM102、N型沟道MOS管匪103、N型沟道MOS管匪104和P型沟道MOS管PM103 ;所述的反相器链的输入端接入所述的MOSFET管的低压驱动逻辑信号Drive_H，其输出端接所述的N型沟道MOS管匪102、匪103的栅极，同时接所述的P型沟道MOS管PM103的栅极，所述的P型沟道MOS管PM103的源极接电流偏置单元的输出端，其漏极与所述的N型沟道MOS管NM102的漏极接在一起，并接所述的N型沟道MOS管匪104的栅极，所述的N型