BUCK型变换器及其上管驱动单元的制作方法

本发明涉及集成电路，特别涉及buck型变换器及其上管驱动单元。

背景技术：

1、功率变换器中的控制电路包括开关管驱动单元，用于提供开关驱动信号。在单环控制电路中，将电压环产生的误差信号与锯齿波进行比较以控制功率变换器的开关驱动信号的占空比。在双环控制电路中，经由电流环获取电感电流的检测信号，经由电压环获得电压反馈信号的误差信号，将误差信号用于控制电感电流的峰值电流从而控制功率变换器的开关驱动信号的占空比。

2、在buck型变换器中，主功率管和辅助功率管串联连接在输入端和地之间，因而分别称为上管和下管。控制电路提供上管和下管的开关驱动信号，控制电路的驱动能力预先调整成适配功率变换器的开关速度和系统效率。在功率管接收到开关驱动信号至状态翻转之间存在着延迟时间，包括功率管的上升时间和下降时间。即使buck型变换器的上管和下管的开关驱动信号是非交叠方波信号，由于功率管的状态翻转存在着延迟时间，因此，buck型变换器的上管和下管在特定的工作模式下仍然可能发生共通，这导致开关损耗的增加和系统效率的降低。控制电路采用快速下拉上管栅极电压的电路设计可以解决共通问题，然而，上管将会承受过高电压，这导致系统的效率降低甚至功率管的击穿损坏。

3、因此，期望buck型变换器的控制电路根据工作模式动态调整上管的下拉能力，以提高系统效率和可靠性。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的是提供buck型变换器及其上管驱动单元，其中，上管驱动单元采用不对称结构的上拉晶体管和下拉晶体管，根据电感电流的负电流检测信号启用第一下拉晶体管和第二下拉晶体管至少之一，从而动态调节功率管的关断速度，以提高系统效率和可靠性。

2、根据本发明的一方面，提供一种用于buck型变换器的上管驱动单元，用于向连接在直流电压输入端和开关节点之间的功率管提供开关驱动信号，包括：上拉晶体管，连接在供电端和驱动端之间，用于将所述开关驱动信号上拉至高电平；以及第一下拉晶体管和第二下拉晶体管，彼此并联连接在所述驱动端和开关节点之间，用于将所述开关驱动信号下拉至开关节点电压，其中，所述上管驱动单元根据所述buck型变换器的负电流检测信号启用所述第一下拉晶体管和所述第二下拉晶体管至少之一。

3、可选地，在所述负电流检测信号无效时，所述上管驱动单元启用所述第一下拉晶体管，在所述负电流检测信号有效时，所述上管驱动单元启用所述第一下拉晶体管和所述第二下拉晶体管。

4、可选地，所述第二下拉晶体管的尺寸大于所述第一下拉晶体管的尺寸。

5、可选地，还包括：死区控制模块，根据开关控制信号和所述负电流检测信号，产生第一栅极控制信号、第二栅极控制信号和第三栅极控制信号；以及驱动模块，用于将第一栅极控制信号、第二栅极控制信号和第三栅极控制信号分别提供至所述上拉晶体管、所述第一下拉晶体管和所述第二下拉晶体管，其中，所述死区控制模块对开关控制信号和所述负电流检测信号进行组合逻辑运算，以避免所述上拉晶体管与所述第一下拉晶体管和所述第二下拉晶体管同时导通。

6、可选地，在所述负电流检测信号无效的情形下，所述死区控制模块将所述第二下拉晶体管维持于关断状态，在所述负电流检测信号有效的情形下，所述死区控制模块将所述第二下拉晶体管控制为与所述第一下拉晶体管同步地导通和关断。

7、可选地，所述死区控制模块包括：第一或非门，所述第一或非门接收所述第二栅极控制信号和所述第三栅极控制信号，以及提供第一逻辑信号；与非门，所述与非门接收所述开关控制信号和所述第一逻辑信号，以及产生所述第一栅极控制信号；反相器，所述反相器接收所述第一栅极控制信号，以及提供第二逻辑信号；以及第二或非门，所述第二或非门接收所述开关控制信号和所述第二逻辑信号，以提供所述第二栅极控制信号。

8、可选地，所述死区控制模块还包括：与门，所述与门接收所述负电流检测信号和所述第二栅极控制信号，以及提供所述第三栅极控制信号。

9、可选地，所述上拉晶体管为p型mosfet，所述第一下拉晶体管和所述第二下拉晶体管为n型mosfet。

10、根据本发明的另一方面，提供一种buck型功率变换器，包括：第一功率管和第二功率管，连接在直流电压输入端与地之间，在二者之间形成开关节点；电感，连接在所述开关节点和直流电压输出端之间；以及控制电路，所述控制电路包括上述的上管驱动单元，用于根据第一开关控制信号产生所述第一功率管的第一开关驱动信号，以及下管驱动单元，用于根据第二开关控制信号产生所述第二功率管的第二开关驱动信号。

11、可选地，所述上管驱动单元具有不对称结构的上拉晶体管和下拉晶体管，所述下管驱动单元具有对称结构的上拉晶体管和下拉晶体管。

12、根据本发明实施例的上管驱动单元，上管驱动单元采用不对称结构上拉晶体管和下拉晶体管。在负电流检测信号无效时，启用一个下拉晶体管以限制下拉能力，从而避免功率管的源漏电压过冲而损坏。在负电流检测信号有效时，启用一个或多个下拉晶体管以最大化下拉能力。因此，上管驱动单元根据负电流检测信号动态调节下拉能力，以兼顾不同工作状态下的下拉能力需求。通过在功率变换器的负电流状态最大化下拉能力，可以快速下拉开关节点的电压，从而加快功率管的关断速度，避免功率管的共通问题。

技术特征：

1.一种用于buck型变换器的上管驱动单元，用于向连接在直流电压输入端和开关节点之间的功率管提供开关驱动信号，包括：

2.根据权利要求1所述的上管驱动单元，其中，在所述负电流检测信号无效时，所述上管驱动单元启用所述第一下拉晶体管，

3.根据权利要求1所述的上管驱动单元，其中，所述第二下拉晶体管的尺寸大于所述第一下拉晶体管的尺寸。

4.根据权利要求1所述的上管驱动单元，还包括：

5.根据权利要求4所述的上管驱动单元，其中，在所述负电流检测信号无效的情形下，所述死区控制模块将所述第二下拉晶体管维持于关断状态，

6.根据权利要求5所述的上管驱动单元，其中，所述死区控制模块包括：

7.根据权利要求6所述的上管驱动单元，其中，所述死区控制模块还包括：

8.根据权利要求1所述的上管驱动单元，其中，所述上拉晶体管为p型mosfet，所述第一下拉晶体管和所述第二下拉晶体管为n型mosfet。

9.一种buck型功率变换器，包括：

10.根据权利要求9所述的buck型功率变换器，其中，所述上管驱动单元具有不对称结构的上拉晶体管和下拉晶体管，所述下管驱动单元具有对称结构的上拉晶体管和下拉晶体管。

技术总结
本申请公开了BUCK型变换器及其上管驱动单元。上管驱动单元用于向连接在直流电压输入端和开关节点之间的功率管提供开关驱动信号，包括：上拉晶体管，连接在供电端和驱动端之间，用于将所述开关驱动信号上拉至高电平；以及第一下拉晶体管和第二下拉晶体管，彼此并联连接在所述驱动端和开关节点之间，用于将所述开关驱动信号下拉至开关节点电压，其中，所述上管驱动单元根据所述BUCK型变换器的负电流检测信号启用所述第一下拉晶体管和所述第二下拉晶体管至少之一。该上管驱动单元可以根据负电流检测信号动态调节功率管的关断速度，以提高系统效率和可靠性。

技术研发人员：苏泽伟
受保护的技术使用者：骏盈半导体（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17