一种用于防止功率管误开启的保护电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电源技术领域，涉及一种用于防止功率管误开启的保护电路。
【背景技术】
[0002] 目前在众多电子应用中的开关电源领域中，工作频率越来越高，这样虽然带来芯 片的尺寸轻量化，同时也提高的电路设计中的复杂程度和所需的精度。
[0003] 当电路工作频率很高时，即使设置了合适的死区时间，当主开关管开启的瞬间，在 开关节点产生较大dV/dt，以至于整流管也可能会开启。这是由于整流管的栅漏寄生电容产 生耦合电流导致穿通，这将带来更大的损耗。因此在高工作频率下，存在功率M0S管的开关 损耗取代导通损耗的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种用于防止功率管误开启的保护 电路。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] -种用于防止功率管误开启的保护电路，其特征在于，包括开关节点检测模块和 放电模块；所述开关节点检测模块由第一PM0S管MP1、第二PM0S管MP2、第一NM0S管丽1、 第二NM0S管丽2、第三NM0S管丽3、第四NM0S管MN4、第一电阻R1和第二电阻R2构成；第 四NM0S管MN4的漏极接开关信号，其栅极和源极接地；第一NM0S管MN1的栅极通过第一 电阻R1后接开关信号，其源极和漏极接地；第一PM0S管MP1的源极和漏极接开关信号，其 栅极接第一NM0S管MN1的栅极、第二NM0S管MN2的栅极、第二PM0S管MP2的栅极和第三 NM0S管MN3的栅极；第二NM0S管MN2的源极、漏极和栅极互连；第二PM0S管MP2的源极接 开关信号，其漏极接第三NM0S管MN3的漏极；第二PM0S管MP2漏极与第三NM0S管MN3漏 极的连接点通过第二电阻R2后接地；第二PM0S管MP2漏极、第三NM0S管丽3漏极和第二 电阻R2的连接点为开关节点检测模块的输出端；
[0007] 所述放电模块由第一耐压NM0S管丽S1、第二耐压NM0S管丽S2和第三耐压NM0S管 丽S3构成；第一耐压NM0S管丽S1的栅极、第二耐压NM0S管丽S2的栅极和第三耐压NM0S 管丽S3的漏极接开关节点检测模块的输出端；第一耐压NM0S管丽S1的漏极接自举电源， 其源极接地；第二耐压NM0S管MNS2的漏极接开关信号，其源极接地；第三耐压NM0S管MNS3 的栅极和源极接地。
[0008] 进一步的，所述第一PM0S管MP1、第二PM0S管MP2、第三NM0S管MN3和第四NM0S 管MN4为单端耐压型；所述第一NM0S管MN1和第二NM0S管MN2为双端耐压型。
[0009] 本发明的有益效果为，在功率管驱动电路中，当主开关管开启后能够快速的对开 关节点电压的上升斜率进行检测和做出相应的保护动作，进行瞬间的快速放电减缓开关节 点的电压上升斜率，并且当开关节点电压上升得到抑制后，及时退出保护机制。通过这种方 式可以有效的降低驱动功率管时产生的额外功耗，提高芯片整体的工作频率和效率，同时 通过简单的调整，可以用于多种工艺下的功率MOS管，具有较宽泛的适用性。
【附图说明】
[0010] 图1为驱动电路结构示意图；
[0011] 图2为本发明用于图1中驱动电路后原理不意图；
[0012] 图3为本发明工作流程不意图；
[0013]图4为本发明对于开关节点检测保护的电路结构示意图；
[0014]图5为本发明中开关节点检测模块的电路示意图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图，详细描述本发明的技术方案：
[0016] 本发明主要是一种适用于功率管驱动电路中的保护电路，驱动电路的结构如图1 所示，包括高端管PowerNM0S1(以下简称上管）和低端管PowerNM0S2(以下简称下管）以 及它们各自的驱动电路。而TG和BG分别是高端管和低端管的栅极驱动信号。SW为开关节 点，而BST是和SW在外部接自举电容通过充电后产生的自举电压（可参考自举电路相关的 资料和文献）。当下管关闭后上管开启，此时SW端电位会迅速增加，同时BST电位也会迅速 上升，如果SW节点电压增加过快，产生较大的dV/dt，如图2所示通过下管的栅漏电容Cgd 产生充电电流CgddV/dt，一部分电流流向栅极寄生电感LG至下拉电阻RG，另一部分给栅源 电容Cgs充电。如果这股电流足够大，在RG产生电压。当这个电压接近或者超过下管阈值 时，下管就会弱导通甚至完全开启，导致上下管的穿通，产生较大的功耗甚至损坏电路。
[0017] 基于本发明电路本身的泛用性，采用限制开关节点SW端的dVSW/dt并且在该电 压上升太快时进行对地放电流的方法。具体工作流程如图3所示，首先对SW到地电位 AGND(以下简称AGND)电压的上升速率进行实时检测，如果超过一定值则对SW和BST对 地同时进行放电，这样既可以保证自举电源之间的电压差，也可以减缓SW端的电压上升斜 率。
[0018] 如图4所示，当SW电压上升过快时，通过检测模块进行对SW的实时检测，会输出 一个相对高的检测信号T1。此信号直接驱动耐压管丽S1和丽S2进行对BST和SW到地放 电。因为自举电路会把SW和BST自举到很高的电位，所以作为检测SW电压的电路和放电 流电路中的M0S管采用耐压的M0S管，丽S3以二极管连接形式用来保护两个放电流管丽S1 和MNS2,防止两个放电流管的栅源电压过大。通过上述的措施来有效的避免在上管开启时 在SW端产生较大的dV/dt。
[0019] 如图5所示，为SW检测模块实际电路图，T1为该模块的输出信号。这个模块主要 是用来检测SW到地电位AGND的电压变化，即dVSW/dt，当SW电压VSW相对于地电位AGND 产生一个瞬时上升时，通过电路中R1和CMN1构成的RC充电路径，给CMN1充电，其中CMN1 是由双端耐压管丽1构成的M0S电容。
[0020] 根据RC电路特性得到
[0021]
[0022] 其中R1为图5中电阻R1的电阻值，CMN1为丽1构成的M0S电容值；VMN1，VSW分 别为丽1栅极电压和SW的电压。当SW电压有瞬时相对上升的电压时，将VSW近似一个斜 率较大的线性上升电压，则有
[0023] Vsw=kt
[0024] 其中k为VSW上升斜率，代入上式得
[0025]
[0026] 上式整理后得到
[0027]
[0028] 解上面的微分方程得到
[0029]
其中K为常数）
[0030] 化简上式得到
[0034] 假设初始状态t= 0时，VMN1 (0) =V0,由于在主开关管未开启时，V0~0V则有[0035]
[0031]
[0032]
[0033]
[0036]
[0037]MP2和丽3的漏端作为该检测模块的输出T1，当SW上升时，由于M0S电容栅端电 压不能突变，VMN1低于VSW，通过适当调节R1CMN1，可得到在SW电压上升过快时，VMN1为一 个相对低的电平。经过MP2和丽3反向后输出一个相对高电平信号T1。其中丽2以二极管 形式连接，用来作为保护防止丽3栅源电压过大。MP1漏源接SW端，栅端接丽1栅极，用来 滤掉开关节点SW的噪声毛刺。R1具有检测模块初始化的作用。MN4漏端接SW，栅源衬底接 地电位用来做ESD。
【主权项】
1. 一种用于防止功率管误开启的保护电路，其特征在于，包括开关节点检测模块和放 电模块；所述开关节点检测模块由第一PMOS管MPl、第二PMOS管MP2、第一NMOS管丽1、第 二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第一电阻Rl和第二电阻R2构成；第四 NMOS管MM的漏极接开关信号，其栅极和源极接地；第一NMOS管MNl的栅极通过第一电阻 Rl后接开关信号，其源极和漏极接地；第一PMOS管MPl的源极和漏极接开关信号，其栅极 接第一NMOS管MNl的栅极、第二NMOS管MN2的栅极、第二PMOS管MP2的栅极和第三NMOS 管丽3的栅极；第二NMOS管丽2的源极、漏极和栅极互连；第二PMOS管MP2的源极接开关 信号，其漏极接第三NMOS管MN3的漏极；第二PMOS管MP2漏极与第三NMOS管MN3漏极的 连接点通过第二电阻R2后接地；第二PMOS管MP2漏极、第三NMOS管丽3漏极和第二电阻 R2的连接点为开关节点检测模块的输出端； 所述放电模块由第一耐压NMOS管MNSl、第二耐压NMOS管MNS2和第三耐压NMOS管 丽S3构成；第一耐压NMOS管丽Sl的栅极、第二耐压NMOS管丽S2的栅极和第三耐压NMOS 管丽S3的漏极接开关节点检测模块的输出端；第一耐压NMOS管丽Sl的漏极接自举电源， 其源极接地；第二耐压NMOS管MNS2的漏极接开关信号，其源极接地；第三耐压NMOS管MNS3 的栅极和源极接地。2. 根据权利要求1所述的一种用于防止功率管误开启的保护电路，其特征在于，所述 第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第三NMOS管MN3和第四NMOS管MM为单端耐压型；所 述第一NMOS管MNl和第二NMOS管MN2为双端耐压型。
【专利摘要】本发明属于电源技术领域，涉及一种用于防止功率管误开启的保护电路。本发明的电路主要包括开关节点检测模块和放电模块；所述开关节点检测模块由第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第一电阻R1和第二电阻R2构成；所述放电模块由第一耐压NMOS管MNS1、第二耐压NMOS管MNS2和第三耐压NMOS管MNS3构成。本发明的有益效果为，在功率管驱动电路中，当主开关管开启后能够快速的对开关节点电压的上升斜率进行检测和做出相应的保护动作，进行瞬间的快速放电减缓开关节点的电压上升斜率，并且当开关节点电压上升得到抑制后，及时退出保护机制。
【IPC分类】H02M1/32
【公开号】CN105186844
【申请号】CN201510564741
【发明人】明鑫, 芮松鹏, 艾鑫, 李天生, 付奎, 张波
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月7日