一種集成開關(guān)電源輸出驅(qū)動電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種針對集成雙極驅(qū)動功率管和buck型開關(guān)電源的輸出驅(qū)動電路領(lǐng)域，特別是一種集成開關(guān)電源輸出驅(qū)動電路。
【背景技術(shù)】
[0002]開關(guān)電源由于體積小，重量輕，效率高等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用越來越普及，而驅(qū)動電路的好壞直接會影響開關(guān)電源的工作可靠性及性能指標(biāo)?，F(xiàn)有技術(shù)在大電流應(yīng)用下，一般采用控制環(huán)路和輸出功率管分立的板級開關(guān)電源方案，此方案板級信號干擾較大，系統(tǒng)體積較大，造成可靠性相對較差，同時(shí)成本較高。另一方面，板級的寄生參數(shù)較大，系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的難度較高;現(xiàn)有技術(shù)方案一般把鎮(zhèn)流電阻以及限流電阻放在芯片外部，既增加系統(tǒng)體積又增加系統(tǒng)成本;現(xiàn)有方案一般采用正常的推挽輸出，存在問題是在輸出功率管關(guān)斷時(shí)集電極電流在其基極信號關(guān)斷后的短時(shí)間內(nèi)會持續(xù)導(dǎo)通，直到基區(qū)存儲電荷被完全抽走為止，目前有些設(shè)計(jì)方案在功率管基極增加電流泄放二極管，但是一般達(dá)不到理想的電流泄放速度，這導(dǎo)致了輸出功率管的動態(tài)功耗較大，轉(zhuǎn)換效率較低;現(xiàn)有方案功率管前級驅(qū)動單元一般采用NPN型晶體管來實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致電路復(fù)雜，最小工作電壓較高;現(xiàn)有方案為了保證功率管導(dǎo)通期間基極輸入電流應(yīng)足夠大，一般采用基本電流源電路來提供驅(qū)動電流，一般不采用負(fù)反饋技術(shù)，故抗干擾能力較差，輸出帶載變化時(shí)候容易產(chǎn)生輸出錯(cuò)誤。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種集成開關(guān)電源輸出驅(qū)動電路，有效減少輸出驅(qū)動電路的動態(tài)功耗，提尚轉(zhuǎn)換效率，提尚芯片可靠性以及降低系統(tǒng)成本。
[0004]本實(shí)用新型的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種集成開關(guān)電源輸出驅(qū)動電路，包括輸出驅(qū)動單元、功率管前級驅(qū)動單元、穩(wěn)定供電單元和電流抽取單元;輸出驅(qū)動單元通過連線Vout、電源線VCC、連線QC與電流抽取單元連接;輸出驅(qū)動單元通過連線Vout、電源線VCC、連線QC與功率管前級驅(qū)動單元連接;功率管前級驅(qū)動單元通過連線QD、連線QC、電源線VCC、連線Vout與電流抽取單元連接;穩(wěn)定供電單元通過連線QB和QC與功率管前級驅(qū)動單元串聯(lián)后連接電源線VCC，功率管前級驅(qū)動單元中QP3的集電極為穩(wěn)定供電單元中QP4的發(fā)射極;穩(wěn)定供電單元通過連線QA、連線QC、內(nèi)部地線GND與電流抽取單元連接。
[0006]在上述的集成開關(guān)電源輸出驅(qū)動電路，所述輸出驅(qū)動單元由NPN型晶體管QN17、NPN型晶體管QN18、電阻R6、電阻R7和電阻R8組成；晶體管QN17的發(fā)射極和晶體管Q18的發(fā)射極相連通過串聯(lián)電阻R7作為輸出驅(qū)動端Vout，晶體管QN17的基極和晶體管QN18的基極相連接作為輸出功率管QN18的驅(qū)動輸入端QB，電阻R6跨接在晶體管QN17、晶體管QN18的基極和發(fā)射極之間，晶體管QNl7的集電極通過電阻R8與芯片電源端VCC相連，晶體管QNl8的集電極與芯片的電源端VCC直接相連;晶體管QN17的集電極作為檢測電流的輸出端Isensor。
[0007]在上述的集成開關(guān)電源輸出驅(qū)動電路，所述功率管前級驅(qū)動單元包括NPN晶體管QNl5,PNP晶體管QP3和電阻R4;晶體管QP3的集電極和晶體管QNl5的基極相連接;晶體管QP3的基極經(jīng)過電阻R4與芯片電源VCC相連，晶體管QP3的發(fā)射極直接與芯片的電源VCC相連；晶體管QN15的發(fā)射極直接與輸出驅(qū)動端Vout端相連，晶體管QN15的集電極與電流抽取單元的QD端相連。
[0008]在上述的集成開關(guān)電源輸出驅(qū)動電路，所述電流抽取單元包括NPN晶體管QN1、NPN晶體管QN2、NPN晶體管QN3、NPN晶體管QN4、NPN晶體管QN16、PNP晶體管QP1、PNP晶體管QP2和電阻R1、電阻R5;晶體管QNl的基極作為整體驅(qū)動電路的輸入端Vin，晶體管QNl的發(fā)射極接芯片內(nèi)部地GND，晶體管QNl的集電極與晶體管QN2和晶體管QN3的發(fā)射極相連，晶體管QN2的基極、晶體管QN3的基極、晶體管QN3的集電極與晶體管QN4的發(fā)射極相連，共同作為穩(wěn)定供電單元的輸入端QA，晶體管QN2的集電極與電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端與晶體管QPl的集電極相連結(jié)，晶體管QPl的集電極與晶體管QPl的基極以及晶體管QP2的基極相連接，晶體管QPI和晶體管QP2的發(fā)射極直接與芯片的電源端VCC直接相連；晶體管QP2的集電極與晶體管QN16的基極以及電阻R5的一端相連，電阻R5的另一端與晶體管QN16的發(fā)射極相連同時(shí)與整個(gè)驅(qū)動電路的最終輸出端Vout相連，晶體管QN16的集電極與晶體管QN18的基極QC相連。
[0009]在上述的集成開關(guān)電源輸出驅(qū)動電路，所述穩(wěn)定供電單元包括NPN晶體管QN5、QN6、QN7、QN8、QN9、QNlO、QNl 1、QNl2、QNl 3、QNl4，PNP晶體管QP4，電阻R2、電阻R3;其中，晶體管QP4的發(fā)射極與開關(guān)電源輸出驅(qū)動電路功率管的基極相連接，晶體管QP4的基極與晶體管QN6的集電極、晶體管QNlO的集電極、晶體管QN7的集電極相連作為功率管前級驅(qū)動單元的輸入QB，晶體管QP4的集電極與晶體管QNl4的集電極、基極以及晶體管QNl3的基極相連，晶體管QNl 3的集電極與晶體管QNl 2的發(fā)射極相連，晶體管QNl2的基極與自身集電極相連同時(shí)與晶體管QNl I的發(fā)射極相連，晶體管QNl I的基極與自身的集電極相連同時(shí)與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端、晶體管QN7的基極、晶體管QN6的基極、晶體管QN5的基極、晶體管QN5的集電極與輸入端QA串聯(lián)，晶體管QN7的發(fā)射極與晶體管QNlO的基極以及電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端芯片內(nèi)部地GND，晶體管QNlO的發(fā)射極與晶體管QN9的集電極、晶體管QN9的基極以及晶體管QN8的基極相連，晶體管QN8的集電極與晶體管QN5的發(fā)射極、晶體管QN6的發(fā)射極相連，晶體管QN8的發(fā)射極、晶體管QN9的發(fā)射極、晶體管QNl 3的發(fā)射極、晶體管QN14的發(fā)射極與芯片內(nèi)部地GND連接。
[0010]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0011](I)本實(shí)用新型集成開關(guān)電源輸出驅(qū)動電路，充分利用電流抽取單元直接與輸出驅(qū)動晶體管的基極相連，提供關(guān)斷時(shí)候基極存儲電荷的尖峰泄放電流，提尚功率管的關(guān)斷速度，從而降低功率管的動態(tài)功耗，提高了電源的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)高集成度提高了開關(guān)電源的集成度以及系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源產(chǎn)品系統(tǒng)的低成本化；
[0012](2)本實(shí)用新型采用了輸出驅(qū)動單元，集成了功率管前級驅(qū)動單元、穩(wěn)定供電單元和電流抽取單元以及鎮(zhèn)流電阻，提高了集成度和可靠性，實(shí)現(xiàn)了功率器件的有效集成化；
[0013](3)本實(shí)用新型采用了集成PNP管，簡化了輸出功率管的前級驅(qū)動電路，加寬了開關(guān)電源的有效工作區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了輸出功率管的有效前級驅(qū)動；
[0014](4)本實(shí)用新型采用了電流抽取單元，提高輸出功率管關(guān)斷瞬間基極電荷的抽取速度，提高了輸出功率管的關(guān)斷速度，從而實(shí)現(xiàn)了降低輸出功率管的動態(tài)功耗，提高了開關(guān)電源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率；
[0015](5)本實(shí)用新型采用了穩(wěn)定供電單元，提高輸出功率管正常工作期間的基極驅(qū)動電流的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源工作的可靠性。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型應(yīng)用原理圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型集成開關(guān)電源輸出驅(qū)動電路圖；
[0018]圖3為本實(shí)用新型輸出驅(qū)動單元電路圖；
[0019]圖4為本實(shí)用新型功率管前級驅(qū)動單元電路圖；
[0020]圖5為本實(shí)用新型電流抽取單元電路圖；
[0021 ]圖6為本實(shí)用新型穩(wěn)定供電單元電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述:
[0023]如圖1所示為應(yīng)用原理圖，由圖可知，一般buck型開關(guān)電源基本模塊包括內(nèi)部振蕩器模塊、內(nèi)部穩(wěn)壓模塊、內(nèi)部帶隙基準(zhǔn)模塊、運(yùn)算放大器模塊、比較器模塊以及輸出驅(qū)動電路等模塊，基本原理是利用系統(tǒng)負(fù)反饋控制作用引起電壓脈沖信號占空比的自動調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)壓功能。輸出驅(qū)動電路部分一般需要提供比較大的驅(qū)動電流，決定了開關(guān)電源的能量轉(zhuǎn)換效率，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性等。
[0024]圖2所示為集成開關(guān)電源輸出驅(qū)動電路圖，由圖可知，包括輸出驅(qū)動單元、功率管前級驅(qū)動單元、穩(wěn)定供電單元和電流抽取單元;輸出驅(qū)動單元通過連線Vout、電源線VCC、連線QC與電流抽取單元連接，連線QC與輸出驅(qū)動部分的功率管基極直接相連，提供功率管的開關(guān)信號，電流抽取單元通過連線QC直接影響輸出驅(qū)動單元的功率管的基極電流;輸出驅(qū)動單元通過連線Vout、連線QC、電源線VCC與功率管前級驅(qū)動單元連接，功率管前級驅(qū)動單元通過連線QC直接驅(qū)動輸出驅(qū)動單元的功率管基極，保證輸出驅(qū)動管的足夠驅(qū)動能力；功率管前級驅(qū)動單元通過連線QD、連線QC、電源線VCC、連線Vout與電流抽取單元連接，兩個(gè)模塊之間的連線QC與QD成反向關(guān)系，有效提高開關(guān)狀態(tài)下輸出功率管的開關(guān)速度;穩(wěn)定供電單元通過連線QB和QC與功率管前級驅(qū)動單元串聯(lián)后連接電源線VCC，功率管前級驅(qū)動單元中QP3的集電極為穩(wěn)定供電單元中QP4的發(fā)射極，穩(wěn)定供電單元通過負(fù)反饋，提供穩(wěn)定輸出，通過連線QB提供給功率管前級驅(qū)動單元;穩(wěn)定供電單元通過連線QA、連線QC、內(nèi)部地線GND與電流抽取單元連接，兩個(gè)模塊中間的連線QA為開關(guān)電源輸出驅(qū)動電路的主要信號傳輸點(diǎn)。
[0025]如圖3所示輸出驅(qū)動單元電路圖，由圖可知，輸出驅(qū)動單元由NPN型晶體管QN17、NPN型晶體管QNl 8、電阻R6、電阻R7和電阻R8組成，電阻R6為功率管基射間偏置電阻，R7為功率管鎮(zhèn)流電阻，R8為電流檢測電阻:晶體管QNl7的發(fā)射極和晶體管Ql8的發(fā)射極相連通過串聯(lián)電阻R7作為輸出驅(qū)動端Vout，電阻R7為輸出功率管的鎮(zhèn)流電阻，避免輸出功率管的電流不均導(dǎo)致的熱擊穿問題，版圖設(shè)計(jì)中可以利用輸出功率管發(fā)射極的注入層來實(shí)現(xiàn)；晶體管QN17的基極和晶體管QN18的基極相連接作為輸出功率管QN18的驅(qū)動輸入端QB，其中QN18為功率輸出驅(qū)動管，面積比較大，QN17為輸出功率管的鏡像管，負(fù)責(zé)檢測輸出功率管的瞬時(shí)電流大小，面積與QN18成一定比例，面積??；電阻R6跨接在晶體管QN17、晶體管QN18的基極和發(fā)射極之間，提供一條輸出功率管的基極電荷的泄放支路；晶體管QN17的集電極通過電阻R8與芯片電源端VCC相連，晶體管QN18的集電極與芯片的電源端VCC直接相連；晶體管QN17的集電極作為檢測電流的輸出端Isensor，作為電流檢測信號端。
[0026]如圖4所示為功率管前級驅(qū)動單元電路圖，由圖可知，功