一种改进的栅极驱动电路的制作方法

本发明涉及集成电路领域，更具体地，涉及一种改进的栅极驱动电路。

背景技术：

1、现有技术中，通常采用级联的电荷泵作为栅极驱动电路，以在输入电压较小的情况下，为功率管反馈具有较大电压值的栅极电压，以实现对于功率管的栅极驱动。

2、然而，现有技术中的这种技术方案，在输入电压较小的情况下虽然能够保证功率管的有效驱动，但在输入电压逐步提升至较高状态时，电荷泵的激励作用将使得功率管的栅极电压过高。当功率管接收到的栅极电压高于其自身的击穿电压时，功率管就无法实现正常工作，并且容易对后级电路的安全性造成影响。

3、另一方面，现有技术中的电荷泵需要在时钟信号和反相器的共同作用下被驱动。在电荷泵正常工作过程中，电荷泵驱动单元需要不停的基于时钟信号的高低电平执行信号反相，并控制电容c0和c1交替处于充放电状态中，消耗了大量功耗。

4、针对这一问题，亟需一种改进的栅极驱动电路。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种改进的栅极驱动电路，该电路基于功率管输入电压vin的大小控制二级电荷泵的开启和关闭，并据此选择以一级电荷泵或二级电荷泵的输出作为功率管的栅极电压。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、一种改进的栅极驱动电路，其中，电路包括电荷泵单元、分压驱动单元、驱动选择单元和功率管；电荷泵单元，包括一级电荷泵与二级电荷泵，一级电荷泵与二级电荷泵级联；分压驱动单元，与二级电荷泵的驱动级连接，用于基于功率管的漏极电压和参考电压选择驱动二级电荷泵；驱动选择单元，分别与一级电荷泵、二级电荷泵的输出端连接，用于选择一级电荷泵或二级电荷泵的输出端作为功率管的栅极驱动电压。

4、优选地，分压驱动单元对功率管的漏极电压vin进行识别；当vin小于二级电荷泵的驱动阈值电压时，二级电荷泵被正常驱动；当vin大于二级电荷泵的驱动阈值电压时，二级电荷泵处于静态模式。

5、优选地，分压驱动单元包括分压电阻r0、r1，误差放大器ea、或非门和反相器；其中，分压电阻r0和r1串联，且接入电源电压vdd和地电平之间，r0和r1的分压v0接入误差放大器ea的正相输入端；误差放大器ea的负相输入端与参考电压vref连接，输出端与或非门的一个输入端连接；或非门的另一输入端接入时钟信号clk，输出端与反相器连接；反相器的输出端与二级电荷泵的驱动级连接。

6、优选地，当分压v0的取值时，误差放大器ea输出低电平，分压驱动单元输出时钟信号clk；当分压v0的取值时，误差放大器ea输出高电平，分压驱动单元屏蔽时钟信号clk。

7、优选地，当驱动选择单元同时接收到一级电荷泵与二级电荷泵的输出电压时，选择二级电荷泵的输出电压作为功率管的栅极电压；当驱动选择单元只接收到一级电荷泵的输出电压，未接收到二级电荷泵的输出电压时，选择一级电荷泵的输出电压作为功率管的栅极电压。

8、优选地，驱动选择单元包括第一驱动选择mos管mp4、第二驱动选择mos管mp5；其中，第一驱动选择mos管mp4的栅极、第二驱动选择mos管mp5的漏极与二级电荷泵的输出端信号连接；第一驱动选择mos管mp4的漏极、第二驱动选择mos管mp5的栅极与一级电荷泵的输出端信号连接；第一驱动选择mos管mp4的源极、第二驱动选择mos管mp5的源极相互连接，并接入功率管的栅极。

9、优选地，电荷泵单元包括电流源、一级电荷泵、第一控制单元、二级电荷泵、第二控制单元；其中，电流源的一端与功率管的漏极连接，另一端与一级电荷泵的输入端连接；一级电荷泵的输出端与二级电荷泵的驱动级连接；第一控制单元、第二控制单元分别与一级、二级电荷泵的控制端连接。

10、优选地，一级电荷泵、二级电荷泵完全相同，第一控制单元与第二控制单元完全相同。

11、优选地，一级电荷泵包括nmos管mn0、mn1，pmos管mp0、mp1，电容c0和c1；其中，mn0和mn1的源极相互连接作为第一电荷泵的输入端，mp0和mp1的源极连接作为第一电荷泵的输出端；mn0的栅极、mn1的漏极、mp0的栅极、mp1的漏极以及电容c1的一端连接；mn1的栅极、mn0的漏极、mp1的栅极、mp0的漏极以及电容c0的一端连接。

12、优选地，第一控制单元包括反相器inv0和inv1；其中，反相器inv0和inv1的电源端分别与功率管的漏极连接，采用功率管漏极的电压vin，地端接地；反相器inv0的输入端接收时钟信号clk，输出端与电容c0的另一端、反相器inv1的输入端连接；反相器inv1的输出端与电容c1的另一端连接。

13、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种改进的栅极驱动电路，能够基于功率管输入电压vin的大小控制二级电荷泵的开启和关闭，并据此选择以一级电荷泵或二级电荷泵的输出作为功率管的栅极电压。本发明电路简单、成本低，效果准确。

14、本发明的有益效果还包括：

15、1、本发明中改进的栅极驱动电路，能够基于功率管输入电压的大小，选择一级电荷泵工作还是两级电荷泵同时工作。通过这种方式，在功率管输入电压vin过大时，自动的减少电荷泵的级数，从而保证了栅极驱动电压的稳定性。

16、2、本发明中，当vin较大时，直接采用分压驱动单元，取消了二级电荷泵的输入，将二级电荷泵保持在静态状态中，从而大幅度地降低了在vin较大情况下，系统的功耗。

技术特征：

1.一种改进的栅极驱动电路，其特征在于：

2.根据权利要求1中所述的一种改进的栅极驱动电路，其特征在于：

3.根据权利要求2中所述的一种改进的栅极驱动电路，其特征在于：

4.根据权利要求3中所述的一种改进的栅极驱动电路，其特征在于：

5.根据权利要求1中所述的一种改进的栅极驱动电路，其特征在于：

6.根据权利要求5中所述的一种改进的栅极驱动电路，其特征在于：

7.根据权利要求1中所述的一种改进的栅极驱动电路，其特征在于：

8.根据权利要求7中所述的一种改进的栅极驱动电路，其特征在于：

9.根据权利要求8中所述的一种改进的栅极驱动电路，其特征在于：

10.根据权利要求9中所述的一种改进的栅极驱动电路，其特征在于：

技术总结
一种改进的栅极驱动电路，其特征在于：所述电路包括电荷泵单元、分压驱动单元、驱动选择单元和功率管；其中，所述电荷泵单元，包括一级电荷泵与二级电荷泵，所述一级电荷泵与所述二级电荷泵级联；所述分压驱动单元，与所述二级电荷泵的驱动级连接，用于基于所述功率管的漏极电压和参考电压选择驱动所述二级电荷泵；所述驱动选择单元，分别与所述一级电荷泵、二级电荷泵的输出端连接，用于选择一级电荷泵或二级电荷泵的输出端作为所述功率管的栅极驱动电压。本发明电路简单、成本低，效果准确。

技术研发人员：林克龙
受保护的技术使用者：圣邦微电子（北京）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13