一种驱动电路、方法和电源系统与流程

1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种驱动电路、方法和电源系统。


背景技术：

2.如图1所示，为现有技术提供的一种驱动电路的结构示意图，目前的驱动电路减少开关延迟的策略是结合逻辑控制信号检测相应的功率管mn0的栅极电压vg和漏极电压vout,然后通过k3,k4打开辅助充放电电路加快开关管mn0进入或者离开平台效应工作的区域，以减少开关延迟。没有辅助充放电电路的情况下，开关管的导通/关断完全由充电电流ichg和放电电流idis决定，如果这两个电流因为输出压摆率的要求而取的值较小的时候，导通关断的延迟就比较严重。
3.如图2所示，为现有技术提供的一种导通关断过程的米勒平台效应示意图，当需要关断功率管mn0时，逻辑信号cmd_p由高变低，cmd_n由低变高，开关k2打开，放电电流idis对功率管mn0的栅极放电，栅极电压vg缓慢下降，经过延迟时间td1后，vg下降到vm，进入密勒平台区，此时输出电压vout才开始上升。在vout上升到某个值后退出密勒平台区后，栅极电压继续由放电电流idis经过t2放电到0；当需要打开功率开关时，逻辑信号cmd_p由低变高，cmd_n由高变低，开关k1打开，充电电流ichg对功率管mn0的栅极充电，栅极电压vg缓慢上升，经过延迟时间td2后，vg上升到vm，进入密勒平台区，此时输出电压vout才开始下降。在vout下降到某个值后退出密勒平台区后，栅极电压继续由充电电流ichg经过t3充电到电源电压。充放电电流ichg和idis因为输出压摆率的要求而取值较小的时候，导通关断的延迟时间td1和td2就比较大。
4.当需要打开功率开关时，逻辑信号cmd_p由低变高，cmd_n由高变低，开关k1、k3和k5打开，此时栅/漏检测电路检测到栅极电压vg低于阈值vth2时，产生辅助放电电流ic_aux1对功率管mn0的栅极充电，栅极电压vg经过延迟时间td2后上升到vm，ic_aux1减小到0。此时输出电压vout开始以设定的压摆率下降，经过时间tf后功率管mn0开始退出密勒平台区，栅极电压vg继续由放电电流ichg充电，当栅/漏检测电路检测到vout小于设定的阈值vth1时，产生辅助放电电流ic_aux2，迅速把vg拉到电源电压，功率管mn0完全导通。在满足压摆率调节的情况下，实现该现有技术需要结合多个逻辑信号，控制复杂。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种驱动电路、方法和电源系统，以解决现有技术在满足压摆率调节的情况下，功率管驱动的控制较为复杂的技术问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种驱动电路，包括：第一电流镜、第二电流镜、第一开关、第二开关、栅漏检测电路和功率管；
7.其中，所述栅漏检测电路的第一检测端与所述功率管的栅极连接；
8.所述栅漏检测电路的第二检测端与所述功率管的漏极连接；
9.所述栅漏检测电路的输出端与所述第一电流镜的第一输入端连接；
10.所述第一电流镜的第二输入端与所述第一电流镜的第一输出端连接；
11.所述第一电流镜的第三输入端与所述第一开关的第一端连接；
12.所述第一电流镜的输出端接地；
13.所述第二电流镜的输入端与电压源连接；
14.所述第二电流镜的第二输出端与所述第二开关的第一端连接；
15.所述第一开关的第二端与所述功率管的栅极连接；
16.所述第二开关的第二端与所述功率管的栅极连接；
17.所述栅漏检测电路用于根据所述功率管的栅极电压和所述功率管的漏极电压，生成驱动电流；
18.所述第一电流镜用于将所述第一输入端接收到的所述驱动电流复制到所述第二输入端和所述第三输入端；
19.所述第二电流镜用于将所述第一输出端的电流复制到所述第二输出端。
20.本发明仅采用一个栅漏检测电路进行功率管栅源极的电压检测，减少了检测电路的使用；此外，栅漏检测电路仅输出驱动电流对第一电流镜和第二电流镜进行控制，在压摆率调控的情况下可作为辅助电流源配合第一开关管和第二开关管对功率管进行栅极的充放电操作，不再使用逻辑信号，因此极大简化了功率管驱动的控制过程。
21.进一步地，该驱动电路，还包括：第一电流源；
22.其中，所述第一电流源的正极接地；
23.所述第一电流源的负极与所述第一开关的第一端连接。
24.本发明的第一电流源可作为放电主路，与第一电流镜构成并联关系，在压摆率调控的情况下共同与第一开关对功率管进行放电操作，无需多个开关接受逻辑信号的控制，简化了功率管驱动的控制过程。
25.进一步地，该驱动电路，还包括：第二电流源；
26.其中，所述第二电流源的正极与所述电压源连接；
27.所述第二电流源的负极与所述第二开关的第一端连接。
28.本发明的第二电流源可作为充电主路，与第二电流镜构成并联关系，在压摆率调控的情况下共同与第二开关对功率管进行充电操作，无需多个开关接受逻辑信号的控制，简化了功率管驱动的控制过程。
29.进一步地，所述第一电流镜，包括：第一开关管、第二开关管和第三开关管；
30.其中，第一开关管的第一端为所述第一电流镜的第一输入端；
31.所述第一开关管的第一端与所述第一开关管的控制端连接；
32.所述第一开关管的控制端与所述第二开关管的控制端连接；
33.所述第一开关管的控制端与所述第三开关管的控制端连接；
34.所述第二开关管的第一端为所述第一电流镜的第二输入端；
35.所述第三开关管的第一端为所述第一电流镜的第三输入端；
36.所述第一开关管的第二端、所述第二开关管的第二端和所述第三开关管的第二端共同构成所述第一电流镜的输出端。
37.本发明的第一电流镜受控于栅漏检测电路的驱动电流的控制，并通过第二开关管控制第二电流镜的工作，从而仅采用一个检测电路和驱动电流便实现两个电流镜的控制，
在压摆率调控的情况下配合开关管辅助完成对功率管的充放电操作；减少检测电路以及逻辑信号的使用，简化了功率管驱动的控制过程。
38.进一步地，所述第一开关管为三极管或mos管；所述第二开关管为三极管或mos管；所述第三开关管为三极管或mos管。
39.进一步地，所述第二电流镜，包括：第四开关管和第五开关管；
40.其中，所述第四开关管的第一端和所述第五开关管的第一端共同构成所述第二电流镜的输入端；
41.所述第四开关管的控制端与所述第五开关管的控制端连接；
42.所述第四开关管的控制端与所述第四开关管的第二端连接；
43.所述第四开关管的第二端为所述第二电流镜的第一输出端；
44.所述第五开关管的第二端为所述第二电流镜的第二输出端。
45.本发明的第二电流镜受控于第一电流镜的第二输入端，从而仅采用一个检测电路和驱动电流便实现两个电流镜的控制，在压摆率调控的情况下配合开关管辅助完成对功率管的充放电操作；减少检测电路以及逻辑信号的使用，简化了功率管驱动的控制过程。
46.进一步地，所述第四开关管为三极管或mos管；所述第五开关管为三极管或mos管。
47.进一步地，所述功率管，包括：nmos管或pmos管。
48.另一方面，本发明实施例还提供了一种驱动方法，应用于如本发明实施例所述的驱动电路，包括：
49.采集功率管的栅极电压和所述功率管的漏极电压；
50.当所述栅极电压小于所述功率管的阈值电压，或所述漏极电压小于电压预设值时，输出驱动电流至第一电流镜，以使所述第一电流镜和第二电流镜生成镜相电流，结合第一开关和第二开关对所述功率管的栅极进行充放电；或者，当所述栅极电压大于第一压差，或所述漏极电压大于第二压差时，输出驱动电流至第一电流镜，以使所述第一电流镜和第二电流镜生成镜相电流，结合第一开关和第二开关对所述功率管的栅极进行充放电；其中，所述第一压差为电源电压与所述功率管的阈值电压之差，所述第二压差为电源电压与电压预设值之差。
51.本发明进行功率管栅源极的电压检测后，仅向第一电流镜输出驱动信号即可实现两个电流镜的控制，减少了检测电路的使用；此外，仅输出驱动电流对第一电流镜和第二电流镜进行控制，在压摆率调控的情况下可作为辅助电流源配合第一开关管和第二开关管对功率管进行栅极的充放电操作，不再使用逻辑信号，因此极大简化了功率管驱动的控制过程。
52.另一方面，本发明实施例还提供了一种电源系统，包括如本发明实施例所述的驱动电路。
附图说明
53.图1为现有技术提供的一种驱动电路的结构示意图；
54.图2为现有技术提供的一种导通关断过程的米勒平台效应示意图；
55.图3为本发明提供的驱动电路的一种实施例的结构示意图；
56.图4为本发明提供的驱动电路的另一种实施例的结构示意图；
57.图5为本发明提供的驱动电路的工作波形图。
具体实施方式
58.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
59.请参照图1，本发明提供的驱动电路的一种实施例的结构示意图，该驱动电路包括：第一电流镜、第二电流镜、第一开关k2、第二开关k1、栅漏检测电路和功率管；
60.其中，所述栅漏检测电路的第一检测端与所述功率管的栅极连接；
61.所述栅漏检测电路的第二检测端与所述功率管的漏极连接；
62.所述栅漏检测电路的输出端与所述第一电流镜的第一输入端连接；
63.所述第一电流镜的第二输入端与所述第一电流镜的第一输出端连接；
64.所述第一电流镜的第三输入端与所述第一开关k2的第一端连接；
65.所述第一电流镜的输出端接地；
66.所述第二电流镜的输入端与电压源连接；
67.所述第二电流镜的第二输出端与所述第二开关k1的第一端连接；
68.所述第一开关k2的第二端与所述功率管的栅极连接；
69.所述第二开关k1的第二端与所述功率管的栅极连接；
70.所述栅漏检测电路用于根据所述功率管的栅极电压和所述功率管的漏极电压，生成驱动电流；
71.所述第一电流镜用于将所述第一输入端接收到的所述驱动电流复制到所述第二输入端和所述第三输入端；
72.所述第二电流镜用于将所述第一输出端的电流复制到所述第二输出端。
73.在本实施例中，功率管为nmos管，需进行低边驱动；此外，在本实施例中只用一个栅漏检测电路，该检测电路不需要结合逻辑控制信号，只有在栅极电压小于功率管的阈值电压，vg《vth2，或者漏极电压小于电压预设值，vout《vth1，的情况下产生驱动电流iaux，通过第一电流镜mp1～mp2和第二电流镜mn1～mn3分别产生辅助充电电流ic_aux和辅助放电电流id_aux,这两路电流不直接控制功率管mn0的栅极，而是通过第一开关k2和第二开关k1控制功率管mn0的栅极，这样既不会干扰到主充放电路的工作，而且非常智能地减少功率管mn0进入和离开密勒平台的时间，因此有效地减少了导通和关断延时，电路简洁，更加可靠安全。
74.进一步地，该驱动电路，还包括：第一电流源；
75.其中，所述第一电流源的正极接地；
76.所述第一电流源的负极与所述第一开关k2的第一端连接。
77.本发明的第一电流源可作为放电主路，与第一电流镜构成并联关系，在压摆率调控的情况下共同与第一开关对功率管进行放电操作，无需多个开关接受逻辑信号的控制，简化了功率管驱动的控制过程。
78.进一步地，该驱动电路，还包括：第二电流源；
79.其中，所述第二电流源的正极与所述电压源连接；
80.所述第二电流源的负极与所述第二开关k1的第一端连接。
81.本发明的第二电流源可作为充电主路，与第二电流镜构成并联关系，在压摆率调控的情况下共同与第二开关对功率管进行充电操作，无需多个开关接受逻辑信号的控制，简化了功率管驱动的控制过程。
82.进一步地，所述第一电流镜，包括：第一开关管mn1、第二开关管mn2和第三开关管mn3；
83.其中，第一开关管mn1的第一端为所述第一电流镜的第一输入端；
84.所述第一开关管mn1的第一端与所述第一开关管mn1的控制端连接；
85.所述第一开关管mn1的控制端与所述第二开关管mn2的控制端连接；
86.所述第一开关管mn1的控制端与所述第三开关管mn3的控制端连接；
87.所述第二开关管mn2的第一端为所述第一电流镜的第二输入端；
88.所述第三开关管mn3的第一端为所述第一电流镜的第三输入端；
89.所述第一开关管mn1的第二端、所述第二开关管mn2的第二端和所述第三开关管mn3的第二端共同构成所述第一电流镜的输出端。
90.本发明的第一电流镜受控于栅漏检测电路的驱动电流的控制，并通过第二开关管控制第二电流镜的工作，从而仅采用一个检测电路和驱动电流便实现两个电流镜的控制，在压摆率调控的情况下配合开关管辅助完成对功率管的充放电操作；减少检测电路以及逻辑信号的使用，简化了功率管驱动的控制过程。
91.进一步地，所述第一开关管mn1为三极管或mos管；所述第二开关管mn2为三极管或mos管；所述第三开关管mn3为三极管或mos管。
92.进一步地，所述第二电流镜，包括：第四开关管mp1和第五开关管mp2；
93.其中，所述第四开关管mp1的第一端和所述第五开关管mp2的第一端共同构成所述第二电流镜的输入端；
94.所述第四开关管mp1的控制端与所述第五开关管mp2的控制端连接；
95.所述第四开关管mp1的控制端与所述第四开关管mp1的第二端连接；
96.所述第四开关管mp1的第二端为所述第二电流镜的第一输出端；
97.所述第五开关管mp2的第二端为所述第二电流镜的第二输出端。
98.本发明的第二电流镜受控于第一电流镜的第二输入端，从而仅采用一个检测电路和驱动电流便实现两个电流镜的控制，在压摆率调控的情况下配合开关管辅助完成对功率管的充放电操作；减少检测电路以及逻辑信号的使用，简化了功率管驱动的控制过程。
99.进一步地，所述第四开关管mp1为三极管或mos管；所述第五开关管mp2为三极管或mos管。
100.进一步地，所述功率管，包括：nmos管或pmos管。
101.请参照图4，为本发明提供的驱动电路的另一种实施例的结构示意图，其中，本发明的驱动电路还可用在功率管为pmos管时的高边驱动；在栅极电压大于第一压差，vg》vb-vth2，或者漏极电压大于第二压差，vout》vb-vth1，的情况下产生驱动电流iaux加快功率管mp0的导通关断速度；其中，所述第一压差为电源电压与所述功率管的阈值电压之差，所述第二压差为电源电压与电压预设值之差。请参照图5，为本发明提供的驱动电路的工作波形
图，当需要打开功率管mp0时，cmd_p由高变低，cmd_n由低变高，栅漏检测电路检测到vg》vb-vth2,产生电流iaux，经过电流镜像mp1～mp5和mn1～mn3分别产生辅助充电电流ic_aux和辅助放电电流id_aux,由于此时cmd_n打开，因此vg被迅速拉下至vm《vb-vth2,iaux下降至0，功率管mp0进入密勒平台区，当经过tr时间后，vout》vb-vth1,栅漏检测电路又产生电流iaux，把vg拉到地，功率管mp0完全导通。
102.当需要关断功率管mp0时，cmd_p由低变高，cmd_n由高变低，栅漏检测电路检测到vout》vb-vth1,产生电流iaux，经过电流镜像产生辅助放电电流id_aux和辅助充电电流ic_aux,由于此时cmd_p打开，因此vg被迅速拉升至vm，功率管mp0进入密勒平台区，当经过tf时间后，vg》vb-vth2,栅漏检测电路又产生电流iaux，把vg拉到vb，功率管mp0完全关断。
103.另一方面，本发明实施例还提供了一种驱动方法，应用于如本发明实施例所述的驱动电路，包括：
104.采集功率管的栅极电压和所述功率管的漏极电压；
105.当所述栅极电压小于所述功率管的阈值电压，或所述漏极电压小于电压预设值时，输出驱动电流至第一电流镜，以使所述第一电流镜和第二电流镜生成镜相电流，结合第一开关和第二开关对所述功率管的栅极进行充放电；或者，当所述栅极电压大于第一压差，或所述漏极电压大于第二压差时，输出驱动电流至第一电流镜，以使所述第一电流镜和第二电流镜生成镜相电流，结合第一开关和第二开关对所述功率管的栅极进行充放电；其中，所述第一压差为电源电压与所述功率管的阈值电压之差，所述第二压差为电源电压与电压预设值之差。
106.在本实施例中，当所述栅极电压小于所述功率管的阈值电压，或所述漏极电压小于电压预设值时，输出驱动电流至第一电流镜，以使所述第一电流镜和第二电流镜生成镜相电流，结合第一开关和第二开关对所述功率管的栅极进行充放电，具体为：
107.在所述栅极电压小于所述功率管的阈值电压时，输出驱动电流至第一电流镜的第一输入端，以使第一电流镜控制第二电流镜复制所述驱动电流；闭合第二开关，以使第二电流镜为功率管的栅极充电；或者，在所述栅极电压小于所述电压预设值时，输出驱动电流至第一电流镜的第一输入端，以使第一电流镜复制所述驱动电流；闭合第一开关，以使第一电流镜为功率管的栅极放电。
108.在本实施例中，当所述栅极电压大于第一压差，或所述漏极电压大于第二压差时，输出驱动电流至第一电流镜，以使所述第一电流镜和第二电流镜生成镜相电流，结合第一开关和第二开关对所述功率管的栅极进行充放电，具体为：
109.在所述栅极电压大于第一压差时，输出驱动电流至第一电流镜的第一输入端，以使第一电流镜复制所述驱动电流；闭合第一开关，以使第一电流镜为功率管的栅极放电；或者，在所述栅极电压大于第二压差时，输出驱动电流至第一电流镜的第一输入端，以使第一电流镜控制第二电流镜复制所述驱动电流；闭合第二开关，以使第二电流镜为功率管的栅极充电。
110.本发明进行功率管栅源极的电压检测后，仅向第一电流镜输出驱动信号即可实现两个电流镜的控制，减少了检测电路的使用；此外，仅输出驱动电流对第一电流镜和第二电流镜进行控制，在压摆率调控的情况下可作为辅助电流源配合第一开关管和第二开关管对功率管进行栅极的充放电操作，不再使用逻辑信号，因此极大简化了功率管驱动的控制过
程。
111.另一方面，本发明实施例还提供了一种电源系统，包括如本发明实施例所述的驱动电路。
112.本发明仅采用一个栅漏检测电路进行功率管栅源极的电压检测，减少了检测电路的使用；此外，栅漏检测电路仅输出驱动电流对第一电流镜和第二电流镜进行控制，在压摆率调控的情况下可作为辅助电流源配合第一开关管和第二开关管对功率管进行栅极的充放电操作，不再使用逻辑信号，因此极大简化了功率管驱动的控制过程。
113.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种驱动电路，其特征在于，包括：第一电流镜、第二电流镜、第一开关、第二开关、栅漏检测电路和功率管；其中，所述栅漏检测电路的第一检测端与所述功率管的栅极连接；所述栅漏检测电路的第二检测端与所述功率管的漏极连接；所述栅漏检测电路的输出端与所述第一电流镜的第一输入端连接；所述第一电流镜的第二输入端与所述第一电流镜的第一输出端连接；所述第一电流镜的第三输入端与所述第一开关的第一端连接；所述第一电流镜的输出端接地；所述第二电流镜的输入端与电压源连接；所述第二电流镜的第二输出端与所述第二开关的第一端连接；所述第一开关的第二端与所述功率管的栅极连接；所述第二开关的第二端与所述功率管的栅极连接；所述栅漏检测电路用于根据所述功率管的栅极电压和所述功率管的漏极电压，生成驱动电流；所述第一电流镜用于将所述第一输入端接收到的所述驱动电流复制到所述第二输入端和所述第三输入端；所述第二电流镜用于将所述第一输出端的电流复制到所述第二输出端。2.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，还包括：第一电流源；其中，所述第一电流源的正极接地；所述第一电流源的负极与所述第一开关的第一端连接。3.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，还包括：第二电流源；其中，所述第二电流源的正极与所述电压源连接；所述第二电流源的负极与所述第二开关的第一端连接。4.如权利要求1-3任意一项所述的驱动电路，其特征在于，所述第一电流镜，包括：第一开关管、第二开关管和第三开关管；其中，第一开关管的第一端为所述第一电流镜的第一输入端；所述第一开关管的第一端与所述第一开关管的控制端连接；所述第一开关管的控制端与所述第二开关管的控制端连接；所述第一开关管的控制端与所述第三开关管的控制端连接；所述第二开关管的第一端为所述第一电流镜的第二输入端；所述第三开关管的第一端为所述第一电流镜的第三输入端；所述第一开关管的第二端、所述第二开关管的第二端和所述第三开关管的第二端共同构成所述第一电流镜的输出端。5.如权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述第一开关管为三极管或mos管；所述第二开关管为三极管或mos管；所述第三开关管为三极管或mos管。6.如权利要求1-3任意一项所述的驱动电路，其特征在于，所述第二电流镜，包括：第四开关管和第五开关管；其中，所述第四开关管的第一端和所述第五开关管的第一端共同构成所述第二电流镜的输入端；
所述第四开关管的控制端与所述第五开关管的控制端连接；所述第四开关管的控制端与所述第四开关管的第二端连接；所述第四开关管的第二端为所述第二电流镜的第一输出端；所述第五开关管的第二端为所述第二电流镜的第二输出端。7.如权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，所述第四开关管为三极管或mos管；所述第五开关管为三极管或mos管。8.如权利要求1-3任意一项所述的驱动电路，其特征在于，所述功率管，包括：nmos管或pmos管。9.一种驱动方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任意一项所述的驱动电路，包括：采集功率管的栅极电压和所述功率管的漏极电压；当所述栅极电压小于所述功率管的阈值电压，或所述漏极电压小于电压预设值时，输出驱动电流至第一电流镜，以使所述第一电流镜和第二电流镜生成镜相电流，结合第一开关和第二开关对所述功率管的栅极进行充放电；或者，当所述栅极电压大于第一压差，或所述漏极电压大于第二压差时，输出驱动电流至第一电流镜，以使所述第一电流镜和第二电流镜生成镜相电流，结合第一开关和第二开关对所述功率管的栅极进行充放电；其中，所述第一压差为电源电压与所述功率管的阈值电压之差，所述第二压差为电源电压与电压预设值之差。10.一种电源系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的驱动电路。

技术总结
本发明公开了一种驱动电路、方法和电源系统，该电路包括：第一电流镜、第二电流镜、第一开关、第二开关、栅漏检测电路和功率管；栅漏检测电路的第一检测端与功率管的栅极连接；栅漏检测电路的第二检测端与功率管的漏极连接；栅漏检测电路的输出端与第一电流镜的第一输入端连接；第一电流镜的第二输入端与第一电流镜的第一输出端连接；第一电流镜的第三输入端与第一开关的第一端连接；第一电流镜的输出端接地；第二电流镜的输入端与电压源连接；第二电流镜的第二输出端与第二开关的第一端连接；第一开关的第二端与功率管的栅极连接；第二开关的第二端与功率管的栅极连接。采用本发明实施例，可简化功率管驱动的控制过程。可简化功率管驱动的控制过程。可简化功率管驱动的控制过程。


技术研发人员：郑凯华 张建华 王云 陆超 李荣荣 陈礼芹
受保护的技术使用者：广东省大湾区集成电路与系统应用研究院
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/8/24