应用于开关管控制的驱动电路的制作方法

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及驱动电路领域，具体是指一种应用于开关管控制的驱动电路。

背景技术：

在驱动电路中，如电机驱动、电源驱动等应用中，通常采用开关控制的方式，以提升能量利用率。

最常见的驱动电路的结构如图1所示，该驱动电路包括了高侧驱动模块和低侧驱动模块，其中，位于靠上的且标有序号1的虚线框中的部分为高侧驱动模块，位于靠下的且标有序号2的虚线框中的部分为低侧驱动模块。其中高侧驱动模块和低侧驱动模块均采用厚栅氧mos管，电路包括位于高压侧的功率输出管p1(p型mos管)以及位于低压侧的功率输出管n1(n型mos管)，且位于高压侧的功率输出管p1以及位于低压侧的功率输出管n1前侧的驱动结构中的器件也需要采用高压器件实现驱动功能，是一种全高压的电路结构，这种电路结构中的器件全部都采用厚栅氧结构，这样就使得在电路工作时，可以直接采用高电压hvdd供电，整个电路没有低压需求。

上述的驱动电路结构简单实用，但由于电路中采用了厚栅氧mos管，因此存在开启电压高，沟道长，导通能力弱的问题。为了降低电路的导通阻抗提高效率，功率输出管p1及n1均需要很大面积，导致电路成本升高,性价比较低。

为了改善上述驱动电路中存在的问题，现有技术中提出了如下的解决方案：

在该技术方案中，可直接将上述技术方案中的驱动电路中的低侧驱动模块中的低压侧的功率输出管n1及其前侧的驱动结构替换成薄栅氧器件来减小芯片面积，但对于高侧驱动模块却不能直接将其中的器件替换为薄栅氧器件，需要增加相应的辅助电路实现驱动，具体电路结构可参阅图2所示。图2中的驱动电路结构也包括了高侧驱动模块和低侧驱动模块，图中，位于靠上的且标有序号1的虚线框中的部分为高侧驱动模块，位于靠下的且标有序号2的虚线框中的部分为低侧驱动模块。与图1中的电路结构不同的是图2中的电路中的高侧驱动模块和低侧驱动模块中的器件均采用薄栅氧器件，包括位于高压侧的功率输出管n3(n型的mos管)以及位于低压侧的功率输出管n2(n型的mos管)，功率输出管n2及n3前侧的驱动结构也采用低压mos管构建，该电路结构开启电压低，沟道短，导通能力提升，可以有效降低单位面积的导通阻抗，整个芯片面积可以大大降低，因此降低了电路成本。

但图2中的这种驱动电路的缺点在于，由于高侧驱动模块中的功率输出管n3是n型的，因此，需要一个更高的电压来驱动功率输出管n3，为了实现该要求，就区域在电路中增加一个外置的自举结构来起到这个作用，如图2所示，由图中的二极管d1与电容c1来构成自举结构，产生驱动功率输出管n3的电压。

图2中的这种驱动电路的工作原理为：

在逻辑电路的控制下，使得功率输出管n2和功率输出管n3不能同时导通。

当位于低压侧的功率输出管n2导通时，功率输出管n3是关闭的。此时，功率输出管n2的最高栅源电压在低电压lvdd值附近，位于低压侧的控制电路3工作电压区间是0～lvdd，满足功率输出管n2管低栅压驱动的要求。同时电压源lvdd通过二极管d1对电容c1充电，位于高压侧的控制电路4工作电压区间是：(lvdd-vpn)～0之间，其中，vpn为二极管d1上的电压。

当输入信号翻转后，功率输出管n2关闭，功率输出管n3导通，输出端vout2的电压开始上升并上升至hvdd，因为电容c1的存在，vb端电压也同步上升，二极管d1截止，位于高压侧的控制电路4工作电压区间相对输出端vout2而言仍然是在0～(lvdd-vpn)之间，其中，vpn为二极管d1上的电压，功率输出管n3的栅源电压vgs也在这一区间，可以满足功率输出管n3管低栅压驱动的要求。

这种驱动电路的结构虽然充分利用了薄栅氧高压管的优点，提高的效率，能实现降低内部电路成本的要求，但是却需要增加外部的辅助电路结构，提高了整个系统的复杂度，增加了系统成本，这种电路结构在大功率电路中应用时，具有明显的优势，但却不适合在中小电路中应用。

技术实现要素：

本发明的目的是克服至少一个上述现有技术的缺点，提供了一种结构简单、无需设置外置自举结构、成本较低的应用于开关管控制的驱动电路。

为了实现上述目的或其他目的，本发明的应用于开关管控制的驱动电路如下：

该应用于开关管控制的驱动电路，包括相互连接的高侧驱动模块和低侧驱动模块，其主要特点是，所述的高侧驱动模块包括：

基准电路单元，用于根据所连接的电压源产生参考电压；

跟随电路单元，用于输出一个跟随所述的参考电压变化的第一电压，由该第一电压为后续电路提供驱动能力；

驱动电路单元，与所述的跟随电路单元相连接，所述的驱动电路单元用于将输入至该驱动电路单元的输入信号进行放大，以驱动后级连接的第一晶体管，所述的驱动电路单元的输出端与所述的第一晶体管的控制端相连接；

其中，所述的电压源还分别与所述的跟随电路单元、驱动电路单元以及第一晶体管的第一端相连接；

所述的第一晶体管的第二端构成所述的高侧驱动模块的输出端。

较佳地，所述的基准电路单元包括第一二极管和电流源，所述的第一二极管的阴极连接所述的电压源，所述的第一二极管的阳极与所述的电流源的正极相连接，所述的电流源的负极接地，由所述的第一二极管的阳极与所述的电流源的正极连接处引出一端用于输出所述的参考电压。

较佳地，所述的跟随电路单元包括第一电容、跟随器及第二晶体管；

所述的第一电容的一端与所述的电压源相连接，所述的第一电容的另一端与所述的跟随器的反相输入端相连接；

所述的跟随器的同相输入端用于接收所述的参考电压，所述的跟随器的输出端与所述的第二晶体管的控制端相连接；

所述的第二晶体管的第一端与所述的跟随器的反相输入端相连接，所述的第二晶体管的第二端接地，由所述的第二晶体管的第一端构成所述的跟随电路单元的输出端，用于输出所述的第一电压。

更佳地，所述的跟随电路单元包括第二电容及第三晶体管；

所述的第二电容的一端与所述的电压源相连接，所述的第二电容的另一端与所述的第三晶体管的第一端相连接；

所述的第三晶体管的控制端用于接收所述的参考电压，所述的第三晶体管的第二端接地；

由所述的第三晶体管的第一端构成所述的跟随电路单元的输出端，用于输出所述的第一电压。

较佳地，所述的驱动电路单元包括电阻和反相器链，所述的电阻的第一端及所述的反相器链的电源端同时与所述的电压源相连接，所述的电阻的第二端与所述的反相器链的第一输入端相连接，且所述的电阻的第二端还用于接入所述的输入信号，所述的反相器链的第二输入端与所述的跟随电路单元的输出端相连接，所述的反相器链的输出端与所述的第一晶体管的控制端相连接。

更佳地，所述的高侧驱动模块还包括箝位电路单元，所述的箝位电路单元用于保护所述的驱动电路单元的输入端，所述的电阻的第二端与所述的跟随电路单元的输出端通过所述的箝位电路单元相连接，所述的箝位电路单元还与所述的电压源相连接。

进一步地，所述的箝位电路单元由第四晶体管构成；

所述的第四晶体管的第一端与所述的电压源相连接；

所述的第四晶体管的控制端与所述的跟随电路单元的输出端相连接，所述的第四晶体管的第二端与所述的电阻的第二端相连接。

更佳地，所述的反相器链由级联的反相器构成。

较佳地，所述的第一晶体管为薄栅氧p型晶体管，所述的薄栅氧p型晶体管的栅极为所述的第一晶体管的控制端，所述的薄栅氧p型晶体管的源极为所述的第一晶体管的第一端，所述的薄栅氧p型晶体管的漏极为所述的第一晶体管的第二端。

较佳地，所述的低侧驱动模块包括第二二极管，所述的第二二极管的阴极与所述的第一晶体管的漏极相连接，所述的第二二极管的阳极接地。

采用本发明的应用于开关管控制的驱动电路，由基准电路单元、跟随电路单元、驱动电路单元及第一晶体管共同构成高侧驱动模块，可避免必须采用面积过大的功率管的问题，且无需外置自举结构，电路结构简单，成本较低，可应用于封装集成方案及小功率应用中，具有很好的适应性。

附图说明

图1为现有技术一实施例中的驱动电路的电路图。

图2为现有技术另一实施例中的驱动电路的电路图。

图3为本发明的一实施例中的应用于开关管控制的驱动电路的原理图。

图4为本发明的一实施例中的应用于开关管控制的驱动电路的结构示意图。

图5为本发明的另一实施例中的应用于开关管控制的驱动电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

该应用于开关管控制的驱动电路，包括相互连接的高侧驱动模块和低侧驱动模块，其中，所述的高侧驱动模块包括：

基准电路单元，用于根据所连接的电压源产生参考电压，其中电压源为高压电源hvdd，即基准电路单元以高压电源hvdd为参考点，产生出一个低压源的参考电压vf；

跟随电路单元，用于输出一个跟随所述的参考电压vf变化的第一电压vx，由该第一电压vx为后续电路提供驱动能力；

驱动电路单元，与所述的跟随电路单元相连接，所述的驱动电路单元用于将输入至该驱动电路单元的输入信号进行放大，以驱动后级连接的第一晶体管p1，所述的驱动电路单元的输出端与所述的第一晶体管的控制端相连接；

在该实施例中，所述的第一晶体管p1为薄栅氧p型晶体管，所述的薄栅氧p型晶体管的栅极为所述的第一晶体管的控制端，所述的薄栅氧p型晶体管的源极为所述的第一晶体管的第一端，所述的薄栅氧p型晶体管的漏极为所述的第一晶体管的第二端。在其他实施例中的第一晶体管p1也可以为厚栅氧mos管，但如果采用厚栅氧mos管，则会出现占用面积大的问题，因此，最好采用薄栅氧p型晶体管作为第一晶体管p1。

其中，所述的电压源还分别与所述的跟随电路单元、驱动电路单元以及第一晶体管p1的源极相连接；

所述的第一晶体管p1的第二端构成所述的高侧驱动模块的输出端，对外输出驱动电流。

在上述实施例中，所述的基准电路单元包括第一二极管d1和电流源，所述的第一二极管d1的阴极连接所述的电压源，所述的第一二极管d1的阳极与所述的电流源的正极相连接，所述的电流源的负极接地，由所述的第一二极管d1的阳极与所述的电流源的正极连接处引出一端用于输出所述的参考电压vf。

在该基准电路单元中，由第一二极管d1反向击穿电压后产生一个参考电压vf，假设第一二极管d1的击穿电压为vz，则该第一二极管d1阳极处的电压值为(hvdd-vz)，即参考电压vf为电压源处的高压电源hvdd减去击穿电压为vz后的电压。

在上述实施例中，所述的跟随电路单元包括第一电容c1、跟随器及第二晶体管，在该实施例中，所述的第二晶体管为pmos管p2(在其他实施例中，所述的第二晶体管也可由其他晶体管器件构成)，其中，该pmos管p2的栅极构成所述的第二晶体管的控制端，所述的pmos管p2的源极构成所述的第二晶体管的第一端，所述的pmos管p2的漏极构成所述的第二晶体管的第二端；

所述的第一电容c1的一端与所述的电压源相连接，所述的第一电容c1的另一端与所述的跟随器的反相输入端相连接；

所述的跟随器的同相输入端用于接收所述的参考电压，所述的跟随器的输出端与所述的第二晶体管的控制端相连接；

所述的第二晶体管的第一端与所述的跟随器的反相输入端相连接，所述的第二晶体管的第二端接地，由所述的第二晶体管的第一端极构成所述的跟随电路单元的输出端，用于输出所述的第一电压vx。

在该跟随电路单元结构中输出的第一电压vx等于vf。

在上述实施例中，所述的驱动电路单元包括电阻r和反相器链，所述的电阻r的第一端及所述的反相器链的电源端同时与所述的电压源hvdd相连接，所述的电阻r的第二端与所述的反相器链的第一输入端相连接，且所述的电阻r的第二端还用于接入所述的输入信号，所述的反相器链的第二输入端与所述的跟随电路单元的输出端相连接，所述的反相器链的输出端与所述的第一晶体管p1的控制端相连接。在其他实施例中，该驱动电路单元也可以由与非门等结构构成。

在上述实施例中，所述的高侧驱动模块还包括箝位电路单元，所述的箝位电路单元用于保护所述的驱动电路单元的输入端，所述的电阻r的第二端与所述的跟随电路单元的输出端通过所述的箝位电路单元相连接，所述的箝位电路单元还与所述的电压源相连接。

在上述实施例中，所述的箝位电路单元由第四晶体管构成，该实施例中，所述的第四晶体管由第二三极管q2构成(在其他实施例中，第四晶体管也可以由其他晶体管器件构成)，所述的第二三极管q2的基极构成所述的第四晶体管的控制端，所述的第二三极管q2的集电极构成所述的第四晶体管的第一端，所述的第二三极管q2的发射极构成所述的第四晶体管的第二端；

所述的第四晶体的第一端与所述的电压源相连接；

所述的第四晶体的控制端与所述的跟随电路单元的输出端相连接，所述的四晶体的第二端与所述的电阻r的第二端相连接。

在上述实施例中，所述的反相器链由级联的反相器构成，由各级反相器逐级将输入信号增强至能驱动第一晶体管p1的信号。

该实施例中的电路结构如图3、4所示，该实施例中的应用于开关管控制的驱动电路，可以实现对高压p型管中低栅压类型的晶体管的驱动，即实现对晶体管p1的驱动，该电路中的晶体管p1为薄栅氧p型晶体管。电路结构即可以利用到薄栅氧高压管的优点，又无需增加外置自举结构，而在功率的驱动应用中，简化外围系统结构、提高工作效率、降低成本，在封装集成及小功率电路的应用中也能得到很好的应用，图3、4中位于靠上的且标有序号1的虚线框中的部分为高侧驱动模块，位于靠下的且标有序号2的虚线框中的部分为低侧驱动模块，其中，低侧驱动模块可采用现有技术中的低侧驱动模块的电路结构，因此不做细致的绘制及说明。

在其他实施例中，可将上述实施例中的跟随电路单元的电路结构替换为以下电路结构，电路的工作原理和上述实施例中的高侧驱动模块的工作原理基本相同，在该实施例中，所述的跟随电路单元包括第二电容c2及第三晶体管，在该实施例中所述的第三晶体管由第一三极管q1构成(其他实施例中，第三晶体管也可以由其他晶体管器件构成)，其中，所述的第一三极管q1的基极构成所述的第三晶体管的控制端，所述的第一三极管q1的发射极构成所述的第三晶体管的第一端，所述的第一三极管q1的集电极构成所述的第三晶体管的第二端，具体结构如图5所示，图中位于靠上的且标有序号1的虚线框中的部分为高侧驱动模块，位于靠下的且标有序号2的虚线框中的部分为低侧驱动模块。

所述的第二电容c2的一端与所述的电压源相连接，所述的第二电容c2的另一端与所述的第三晶体管的第一端相连接；

所述的第三晶体管的控制端用于接收所述的参考电压，所述的第三晶体管的第二端接地；

由所述的第三晶体管的第一端构成所述的跟随电路单元的输出端，用于输出所述的第一电压。

在该实施例中，跟随电路单元输出的第一电压vx＝vf+vbe，其中，vbe为第一三极管q1的开启电压

在该实施例中，所述的低侧驱动模块包括第二二极管d2，所述的第二二极管d2的阴极与所述的第一晶体管p1的漏极相连接，所述的第二二极管d2的阳极接地。当然，这里只是低侧驱动模块的一种实施方式，在其他实施例中，低侧驱动模块也可以为其它结构，低侧驱动模块起到续流的作用，即当高侧驱动模块中的晶体管关闭后，由低侧驱动模块供给后级的电感电流一个流通的路径。

采用本发明的应用于开关管控制的驱动电路，由基准电路单元、跟随电路单元、驱动电路单元及晶体管共同构成高侧驱动模块，可避免必须采用面积过大的功率管的问题，且无需外置自举结构，电路结构简单，成本较低，可应用于封装集成方案及小功率应用中，具有很好的适应性。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。