适用于桥式电路中上开关管驱动的供电电路以及桥式电路的制作方法
【专利摘要】一种适用于桥式电路中上开关管驱动的供电电路以及桥式电路。桥式电路，包括：相互串联桥接的上开关管以及下开关管，下开关管一极性端接地，另一极性端与上开关的第一极性端连接，还包括：电压转换电路，输入端的正极与第一电压输入端连接，负极与上开关管的第一极性端连接，输出端与上开关管的驱动电路连接，用于根据第一电压，生成并且输出一输出电压，以向上开关管的驱动电路提供工作电压，输出电压与上开关管的第一极性端的电压之间的压降恒定；滤波电容，一端与电压转换电路的输出端连接，另一端与上开关管与下开关管之间的连接节点连接。应用该技术方案，有利于提高电路的集成化芯片设计，降低成本。
【专利说明】适用于桥式电路中上开关管驱动的供电电路以及桥式电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子领域，特别涉及一种适用于桥式电路中上开关管驱动的供电电路以及桥式电路。
【背景技术】
[0002]由两开关管相互串联桥接组成一互补驱动的桥式开关电路被广泛应用与变换器(譬如BOOST变换器、或者BUCK变换器等)中。
[0003]在桥式开关电路中，将其中一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，另一极性端与外部输入电压LVin的输入端连接的开关管记为上开关管。
[0004]在桥接开关电路中，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，优先选用NMOS类型的开关管。
[0005]图1为现有技术中给桥式电路中开关管驱动电路供电的供电电路应用原理示意图。
[0006]参见图1所示。下开关管LMOS的驱动电路的供电电源的参考点为芯片的地，故一个恒定的供电电压Vpp即可满足下开关管驱动电路的供电需求。
[0007]而上开关管HMOS的驱动电路的供电电源的参考点为上开关管HMOS的第一极性端与下开关管LMOS的连接节点(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。故需要一个悬浮电源电路，该悬浮电源电路附加在LX电压上，用于给上开关管的驱动电路提供电源。
[0008]自举电路是目前最普遍的一种可以产生悬浮电源的电路。图1所示为自举方式，其工作原理如下:低压电压Vpp驱动下开关管LMOS的驱动电路101，驱动下开关管LMOS导通以及关断。下开关管LMOS导通期间，将连接点LX的电位拉低到地，低压电压Vpp通过自举二极管D给自举电容Cboost充电，通过自举电容Cboost在自举电容Cboost两端(即节点BST与连接点LX之间)形成一个悬浮电源。在下开关管LMOS关断后，存储在自举电容Cboost给上开关管HMOS的驱动电路102供电，驱动上开关管HMOS导通，并维持上开关管开通。
[0009]参见图1所示，如若输入电压Hvin为高压，则通过一个线性调整电路103来产生低压电压Vpp ；如若输入电压Hvin为低压，则可直接用于驱动电源Hvin来给自举电容Cboost充电，以及给下开关管LMOS的驱动电路101的供电。
[0010]本发明人在进行本实用新型的研究过程中发现，现有技术存在以下的缺陷:
[0011]图1所示的自举电路的存在虽然使同一桥臂上、下两个开关管的驱动电路只需一个外接电源。但是，在芯片设计时，由于自举电容Cboost —般较大不能集成在芯片内部，需要多一个引脚“BST”来外接自举电容Cboost，且外接的自举电容Cboost不利于PCB布板。
实用新型内容
[0012]本实用新型实施例目的在于:提供一种适用于桥式电路中上开关管驱动的供电电路以及桥式电路。应用该技术方案，有利于提高电路的集成化芯片设计，降低成本。
[0013]第一方面，本实用新型实施例提供的一种用于桥式电路中上开关管供电的供电电路，所述桥式电路由所述上开关管与下开关管相互串联桥接构成，所述下开关管一极性端接地，另一极性端与所述上开关的第一极性端连接，还包括:
[0014]电压转换电路，输入端的正极与第一电压输入端连接，负极与所述上开关管的第一极性端连接，输出端与所述上开关管的驱动电路连接，用于根据所述第一电压，生成并且输出一输出电压，以向所述上开关管的驱动电路提供工作电压，所述输出电压与所述上开关管的第一极性端的电压之间的压降恒定；
[0015]滤波电容，一端与所述电压转换电路的输出端连接，另一端与所述上开关管与下开关管之间的连接节点连接。
[0016]结合第一方面，在第一种实现方式下，所述滤波电容的容值为:C = (2Vol/Vripple)氺Cp,
[0017]所述C为:所述滤波电容的容值，
[0018]Vol为:所述输出电压与所述上开关管与下开关管之间的连接节点之间的压降的幅值，Cp为:所述电压转换电路输出端与所述桥式电路的接地端之间的寄生电容的容值，
[0019]Vripple为:所述输出电压与所述上开关管的第一极性端的电压之间的压降的纹波上限值。
[0020]第二方面，本实用新型实施例提供的一种桥式电路，包括:相互串联桥接的上开关管以及下开关管，所述下开关管一极性端接地，另一极性端与所述上开关的第一极性端连接，还包括:
[0021]电压转换电路，输入端的正极与第一电压输入端连接，负极与所述上开关管的第一极性端连接，输出端与所述上开关管的驱动电路连接，用于根据所述第一电压，生成并且输出一输出电压，以向所述上开关管的驱动电路提供工作电压，所述输出电压与所述上开关管的第一极性端的电压之间的压降恒定；
[0022]滤波电容，一端与所述电压转换电路的输出端连接，另一端与所述上开关管与下开关管之间的连接节点连接。
[0023]结合第二方面，在第一种实现方式下，所述滤波电容的容值为:C = (2Vol/Vripple)氺Cp,
[0024]所述C为:所述滤波电容的容值，
[0025]Vol为:所述输出电压与所述上开关管与下开关管之间的连接节点之间的压降的幅值，Cp为:所述电压转换电路输出端与所述桥式电路的接地端之间的寄生电容的容值，
[0026]Vripple为:所述输出电压与所述上开关管的第一极性端的电压之间的压降的纹波上限值。
[0027]结合第二方面，在第一种实现方式下，还包括:
[0028]线性调整电路，输入端与所述第一电压输入端连接，输出端与所述下开关管的驱动电路连接，用于对所述第一电压进行线性调整，输出预定的供电电压，以为所述下开关管的驱动电路提供工作电压。
[0029]结合第二方面，在第一种实现方式下，所述第一电压输入端还与所述下开关管的驱动电路连接，所述第二电压为所述下开关管的驱动电路提供工作电压。
[0030]由上可见，应用本实施例技术方案，由电压转换电路以及滤波电容构成的电路可以始终为上开关管驱动电路提供所需的供电电压，滤波电容在本实施例电路中的功能仅为滤波即可，而无需用其进行电荷存储以及释放，故不需要充放电管理和保护电路；
[0031]另外，本实施例滤波电容在本实施例电路中的功能仅为滤波即可，其容值也可远远小于现有技术中的自举电容所需的容值量级，从而选用较小容值的滤波电容即可满足本实施例电路的应用要求，从而在电路实现时，可以方便地将滤波电容集成在芯片中，有利于电路的集成化芯片设计。
[0032]另外，相对于图1所示自举方式技术方案，本实施例电路无需设计外接大容值的电容外接引脚，能使集成电路芯片少一个PIN脚，有利于简化PCB布线，提高电路应用的便利性，降低电路成本。
[0033]另外，应用本实施例技术方案能使电路的全部器件均集成化设计在芯片中，也有利于提闻电路应用的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为现有技术中向桥式电路中开关管驱动电路供电的供电电路应用原理示意图；
[0035]图2为本实施例1提供的一种适用于BUCK转换器中的桥式电路的上开关管HM0S2驱动的供电电路；
[0036]图3为滤波电容与桥式电路中的上开关管的驱动电路的等效结构示意图；
[0037]图4为本实施例提供的一种适用于BOOST转换器中的桥式电路的上开关管HM0S2驱动的供电电路。
【具体实施方式】
[0038]下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
[0039]实施例1:
[0040]图2为本实施例1提供的一种适用于BUCK转换器中的桥式电路的上开关管HM0S2驱动的供电电路。
[0041]参见图2所示，该BUCK转换器电路包括:串联桥接的上开关管HM0S2、下开关管LM0S2。其中，下开关管LM0S2的一极性端(图中以NMOS管为例，譬如源极“S”)接地，另一极性端(譬如漏极“D”)与上开关管HM0S2的第一极性端(图中以NMOS管为例，譬如源极“S”)连接，将其连接节点记为连接点LX。在BUCK转换器电路中，输入电压Vin从上开关管HM0S2的第二极性端(图中譬如漏极“D”)输入，通过桥式电路构成的开关管电路向负载端提供能量。
[0042]在下开关管LM0S2的控制端(譬如图2中的栅极“G”)连接有驱动电路(记为第二驱动电路)，第二驱动电路的供电电压的参考点为:下开关管LM0S2的接地端，故若第一电压Hvin为高压时，可以在第一电压输入端与第二驱动电路之间连接一线性调整电路(图中未画出)，来产生供电电压Vpp ;若第一电压Hvin为低压时,可直接以第一电压Hvin作为下开关管LM0S2驱动电路的供电电压。
[0043]需要说明的是，用于驱动下开关管LM0S2的第二驱动电路的供电可以按照上述实现，也可以但不限于按照现有技术的其他实现。
[0044]在上开关管HM0S2的控制端(譬如图中的栅极“G”)连接有驱动电路(记为第一驱动电路)，第一驱动电路的供电电压的参考点为连接点LX。
[0045]本实施例采用一电压转换电路201以及滤波电容C构成一悬浮电源电路200，采用该悬浮电源电路200给第二驱动电路提供供电电压。其中，电压转换电路201的输入端的正极与第一电压输入端连接，负极与上开关管HM0S2的第一极性端与下开关管LM0S2之间的连接节点LX连接,输出端与第一驱动电路连接,用于根据第一电压Hvin生成一电压Vbst,使电压Vbst与连接节点LX的电压Vui之间的压降恒定，且以电压Vbst与连接节点LX的电压1之间的压降作为向第一驱动电路供电的供电电压，即作为该悬浮电源电路200的输出电压Vol。
[0046]滤波电容C的一端与电压转换电路201的输出端连接，另一端与连接节点LX连接，滤波电容C对输出电压Vol进行滤波，以为第一驱动电路提供纹波较少的供电电压，从而驱动HM0S2导通以及关断。
[0047]由上可见，在图2所示的电路中，无论上开关管HM0S2处于关断状态还是导通状态，由电压转换电路201以及滤波电容C构成的悬浮电源电路200可以始终为上开关管HM0S2驱动电路提供所需的供电电压，滤波电容C在本实施例电路中的功能仅为滤波即可，而无需用其进行电荷存储以及释放，故不需要充放电管理和保护电路；
[0048]另外，本实施例滤波电容C在本实施例电路中的功能仅为滤波即可，其容值也可远远小于现有技术中的自举电容所需的容值量级，从而选用较小容值的滤波电容C即可满足本实施例电路的应用要求，从而在电路实现时，可以方便地将滤波电容C集成在芯片中，有利于电路的集成化芯片设计。
[0049]另外，相对于图1所示自举方式技术方案，本实施例电路无需设计外接大容值的电容外接引脚，能使集成电路芯片少一个PIN脚，有利于简化PCB布线，提高电路应用的便利性，降低电路成本。
[0050]另外，应用本实施例技术方案能使电路的全部器件均集成化设计在芯片中，也有利于提闻电路应用的稳定性。
[0051]进一步参见图3，图3为滤波电容C与第一驱动电路的等效结构示意图。由图3可见，在本实施例中，滤波电容C的容值(记为C)取值与输出电压Vbst与连接节点LX的电压Vlx之间的压降Vo1、以及电压转换电路201的电压输出端BST与接地端之间的寄生电容Cp的容值有关。具体如下:
[0052]设当前要求用于给第一驱动电路供电的输出电压Vol的纹波上限值为Vripple，则当前电路要求的滤波电容C的容值取值可根据下式(I)确定:
[0053]C= (2Vol/Vripple) *Cp, (I)
[0054]由上式(I)可见，滤波电容C的容值与寄生电容Cp的容值成正比例，且基本为同一数量级。实际上，寄生电容Cp的容值一般较小,一般为1p的小数量级。故在本实施例电路中，滤波电容C的容值一般为1p左右的小数量级即可满足当前上开关管HM0S2的驱动电路的供电要求，滤波电容C的容值要求非常小，在电路实现时，完全可以将滤波电容C集成至芯片中，有利于电路的集成化设计，而无需外留大容值电容的连接引脚。
[0055]实施例2:
[0056]图4为本实施例提供的一种适用于BOOST转换器中的桥式电路的上开关管HM0S2驱动的供电电路。
[0057]对比图2、4可见，本实施例用于给上开关管HM0S2供电的悬浮电源电路200与实施例I 一致，本实施例与图2所示电路所不同之处仅在于:当前供电电路应用的场合不同:实施例1中应用于BUCK转换器电路；本实施例应用于BOOST电路。
[0058]同理，在本实施例中，滤波电容C的容值可根据下式(I)确定:
[0059]C= (2Vol/Vripple) *Cp, (I)
[0060]可见，在本实施例中滤波电容C的容值要求非常小，在电路实现时，完全可以将滤波电容C集成至芯片中，有利于电路的集成化设计，而无需外留大容值电容的连接引脚。
[0061]本实施例的有益效果同实施例1，在此不作赘述。
[0062]需要说明的是，以上以在BOOST变换器、以及BUCK变换器中应用本实施例的供电电路为例。但是并不限于此，还可以扩展至包含由上开关管HM0S2、下开关管LM0S2相互串联桥接组成的桥式电路中的上开关管HM0S2的驱动电路的供电。
[0063]以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种适用于桥式电路中上开关管驱动的供电电路，所述桥式电路由所述上开关管与下开关管相互串联桥接构成，所述下开关管一极性端接地，另一极性端与所述上开关的第一极性端连接，其特征是，还包括: 电压转换电路，输入端的正极与第一电压输入端连接，负极与所述上开关管的第一极性端连接，输出端与所述上开关管的驱动电路连接，用于根据所述第一电压，生成并且输出一输出电压，以向所述上开关管的驱动电路提供工作电压， 所述输出电压与所述上开关管的第一极性端的电压之间的压降恒定； 滤波电容，一端与所述电压转换电路的输出端连接，另一端与所述上开关管与下开关管之间的连接节点连接。
2.根据权利要求1所述的适用于桥式电路中上开关管驱动的供电电路，其特征是， 所述滤波电容的容值为:C= (2Vol/Vripple)*Cp, 所述C为:所述滤波电容的容值， Vol为:所述输出电压与所述上开关管与下开关管之间的连接节点之间的压降的幅值， Cp为:所述电压转换电路输出端与所述桥式电路的接地端之间的寄生电容的容值， Vripple为:所述输出电压与所述上开关管的第一极性端的电压之间的压降的纹波上限值。
3.一种桥式电路，包括:相互串联桥接的上开关管以及下开关管，所述下开关管一极性端接地，另一极性端与所述上开关的第一极性端连接，其特征是，还包括: 电压转换电路，输入端的正极与第一电压输入端连接，负极与所述上开关管的第一极性端连接，输出端与所述上开关管的驱动电路连接，用于根据所述第一电压，生成并且输出一输出电压，以向所述上开关管的驱动电路提供工作电压，所述输出电压与所述上开关管的第一极性端的电压之间的压降恒定； 滤波电容，一端与所述电压转换电路的输出端连接，另一端与所述上开关管与下开关管之间的连接节点连接。
4.根据权利要求3所述的桥式电路，其特征是， 所述滤波电容的容值为:C= (2Vol/Vripple)*Cp, 所述C为:所述滤波电容的容值， Vol为:所述输出电压与所述上开关管与下开关管之间的连接节点之间的压降的幅值， Cp为:所述电压转换电路输出端与所述桥式电路的接地端之间的寄生电容的容值， Vripple为:所述输出电压与所述上开关管的第一极性端的电压之间的压降的纹波上限值。
5.根据权利要求3或4所述的桥式电路，其特征是，还包括: 线性调整电路，输入端与所述第一电压输入端连接，输出端与所述下开关管的驱动电路连接，用于对所述第一电压进行线性调整，输出预定的供电电压，以为所述下开关管的驱动电路提供工作电压。
6.根据权利要求3或4所述的桥式电路，其特征是， 所述第一电压输入端还与所述下开关管的驱动电路连接，所述第二电压为所述下开关管的驱动电路提供工作电压。
【文档编号】H02M3/00GK204103759SQ201420536013
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】吴惠明 申请人:矽力杰半导体技术(杭州)有限公司