一種功率mosfet的軟驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種軟驅(qū)動(dòng)電路，特別涉及一種應(yīng)用于功率MOSFET的柵極軟驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)是功率MOSFET的應(yīng)用重點(diǎn)之一，而MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)過(guò)程可以簡(jiǎn)單理解為驅(qū)動(dòng)電源對(duì)MOSFET輸入電容的充放電過(guò)程，器件規(guī)格書(shū)所提供的MOSFET極間電容值是在一定條件下得到的靜態(tài)參數(shù)。而在實(shí)際應(yīng)用中，這些電容的參數(shù)是溫度及電壓的非線性函數(shù)關(guān)系，而且受米勒效應(yīng)的影響，總的動(dòng)態(tài)輸入電容將比總靜態(tài)電容大得多。這些都給柵極驅(qū)動(dòng)的準(zhǔn)確分析帶來(lái)很大困難。但從應(yīng)用角度，了解其驅(qū)動(dòng)過(guò)程的特性是必須的。
[0003]如圖1所示，是MOSFET的極間電容，輸入電容Ciss = Cgd+Cgs(CDS短路)；輸出電容Coss = Cds+Cgd ;反向傳輸電容 Cr s s = Cgd ο
[0004]如圖2所示，是MOSFET的驅(qū)動(dòng)過(guò)程曲線，VGS的各個(gè)階段的時(shí)間跨度同柵極消耗電荷成比例。t0-t2跨度QGS代表了Ciss所消耗的電荷，t2-t3跨度Q⑶代表了CGD(或稱為米勒電容)消耗的電荷。在t3時(shí)刻前消耗的所有電荷就是MOSFET所需要完全開(kāi)通的最少電荷需求量。t3以后消耗的額外電荷并不表示驅(qū)動(dòng)所必須的電荷，只表示驅(qū)動(dòng)電路提供的多余電荷而已。通常所加的驅(qū)動(dòng)電壓都會(huì)高于MOSFET開(kāi)通所需的最低電壓以獲得更低的導(dǎo)通電阻RDS (on)以減小導(dǎo)通損耗。
[0005]如圖3所示，是現(xiàn)有的一種應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源反激變換器的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，該MOSFET驅(qū)動(dòng)電路由電流偏置單元Al和驅(qū)動(dòng)鏈單元A2組成。
[0006]開(kāi)關(guān)電源反激變換器的主功率變換器電路由功率MOSFET管、電流采樣電阻Rcs、主功率變壓器原邊繞組Np和副邊繞組Ns、輸出整流二極管Dout、輸出電容Cout、負(fù)載RL組成；主功率變壓器原邊繞組Np —端接母線電壓Vbulk，另一端接功率MOSFET管的漏極；功率MOSFET管的柵極接驅(qū)動(dòng)鏈單元A2的輸出端，源極接電流采樣電阻Rcs的一端，電流采樣電阻Rcs的另一端接原邊參考地;副邊繞組Ns的一端接輸出整流二極管Dout的陽(yáng)極，另一端接副邊地;輸出電容Cout并聯(lián)在輸出整流二極管Dout的陰極與輸出電壓Vout的負(fù)輸出端之間，負(fù)載RL與輸出電容Cout并聯(lián)。
[0007]電流偏置單元Al由N型溝道MOS管匪I，電阻Rl，P型溝道MOS管PMl和P型溝道MOS管PM2組成。N型溝道MOS管匪I的柵極與芯片內(nèi)部低壓電源VCC相連，電阻Rl的第一端口與N型溝道MOS管匪I的源極相連，電阻Rl的第二端口與參考地VSS相連，P型溝道MOS管PMl的柵極和漏極、P型溝道MOS管PM2的柵極、N型溝道MOS管NMl的漏極一起相連，形成偏置電壓Vbiasp，P型溝道MOS管PMl和PM2的源極與芯片外部高壓電源VDD相連，N型溝道MOS管匪I的襯底與地VSS相連，P型溝道MOS管PMl和PM2的襯底都與高壓電源VDD相連，P型溝道MOS管PM2的漏極作為電流鏡的輸出端，也即電流偏置單元Al的輸出。
[0008]驅(qū)動(dòng)鏈單元A2由反相器鏈，N型溝道MOS管匪2、N型溝道MOS管匪3、N型溝道MOS管NM4和P型溝道MOS管PM3組成。反相器鏈的輸入端與變換器中功率MOSFET管(即圖3中與GATE弓丨腳連接的MOSFET管)的低壓驅(qū)動(dòng)邏輯信號(hào)Dri ve_H相連，反相器的輸出端、P型溝道MOS管PM3的柵極、N型溝道MOS管匪2、N型溝道MOS管匪3的柵極一起相連，P型溝道MOS管PM3的漏極、N型溝道MOS管匪2的漏極與N型溝道MOS管NM4的柵極一起相連，P型溝道MOS管PM3的源極與電流偏置單元Al的輸出相連，N型溝道MOS管NM4的漏極與芯片外部高壓電源VDD相連，N型溝道MOS管匪2的源極與襯底、N型溝道MOS管匪3的源極與襯底、N型溝道MOS管匪4的襯底都接地VSS，P型溝道MOS管PM3的襯底接高壓電源VDD，N型溝道MOS管匪3的漏極與N型溝道MOS管NM4的源極相連作為驅(qū)動(dòng)鏈單元的輸出端。
[0009]圖3所述電路基于的原理是當(dāng)變換器中功率MOSFET管的低壓驅(qū)動(dòng)邏輯信號(hào)Drive_H為高電平時(shí)，經(jīng)過(guò)反相器鏈生成低電平，使P型溝道MOS管PM3管導(dǎo)通，使電流源產(chǎn)生的電流通過(guò)電流鏡鏡像，然后給MOSFET輸入電容充電，產(chǎn)生柵極電壓GATE。如圖4a、圖4b和圖5a、圖5b所示，是現(xiàn)有的一種應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源反激變換器工作在CCM和DCM下的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路柵極驅(qū)動(dòng)過(guò)程仿真曲線，tO-tl為達(dá)到門(mén)限電壓的時(shí)間、tl-t2位進(jìn)入米勒平臺(tái)的時(shí)間、t2-t3為米勒平臺(tái)時(shí)間、t3-t4為退出米勒平臺(tái)的時(shí)間，可以看到MOSFET完全導(dǎo)通后的退出米勒平臺(tái)的時(shí)間t3-t4時(shí)間段有150ns和180ns，這段時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致導(dǎo)通損耗很大(導(dǎo)通損耗是指在MOSFET完全開(kāi)啟后負(fù)載電流(即漏源電流)IDSon(t)在導(dǎo)通電阻RDSon上產(chǎn)生之壓降造成的損耗)，尤其是工作在CCM下的MOSFET完全導(dǎo)通后，IDS不是從OA開(kāi)始上升，而是一個(gè)很大的電流，如果退出米勒平臺(tái)的時(shí)間t3?t4很長(zhǎng)，會(huì)使導(dǎo)通損耗很大，從效率上可以看出現(xiàn)有技術(shù)不是一個(gè)很好的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路。
[0010]一般地，為減少導(dǎo)通損耗，現(xiàn)有技術(shù)通常是加大給MOSFET電容充電的充電電流，加快Vgs電壓上升速度，進(jìn)而減少退出米勒平臺(tái)的時(shí)間t3?t4，這樣做雖然可以達(dá)到減少導(dǎo)通損耗的目的，但同樣減少了米勒平臺(tái)及其之前的總時(shí)間t0?t3，EMI性能變差；或者為了達(dá)到良好的EMI性能，在導(dǎo)通損耗和EMI性能之間折衷考慮，但是導(dǎo)通損耗還是較大，無(wú)外乎現(xiàn)有技術(shù)都不是一個(gè)很好的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011]有鑒如此，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種功率MOSFET的軟驅(qū)動(dòng)電路，減少退出米勒平臺(tái)t3?t4消耗的額外電荷，降低導(dǎo)通損耗，提高效率，改善EMI效應(yīng)。
[0012]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:一種功率MOSFET的軟驅(qū)動(dòng)電路，包括電流偏置單元、驅(qū)動(dòng)鏈單元和正反饋電流產(chǎn)生單元；
[0013]所述的電流偏置單元，為所述的功率MOSFET開(kāi)啟提供一軟驅(qū)動(dòng)電流11，延緩導(dǎo)通過(guò)程；
[0014]所述的驅(qū)動(dòng)鏈單元，將所述的MOSFET管的低壓驅(qū)動(dòng)邏輯信號(hào)DriveJl轉(zhuǎn)換為高壓驅(qū)動(dòng)?目號(hào)GATE，提尚彳目號(hào)的逐級(jí)驅(qū)動(dòng)能力；
[0015]所述的正反饋電流產(chǎn)生單元，檢測(cè)所述的MOSFET管的GATE端口電壓，待米勒平臺(tái)電壓結(jié)束之后，疊加正反饋大電流12，同時(shí)提供所述的正反饋大電流12的泄放通路，待所述的MOSFET管的柵源電壓VGS上升到最高驅(qū)動(dòng)電壓之后，所述的正反饋大電流12迅速減小到零。
[0016]優(yōu)選地，所述的電流偏置單元包括N型溝道MOS管匪101，電阻RlOl，P型溝道MOS管PMlOl和P型溝道MOS管PM102;所述的N型溝道MOS管匪101的柵極接低壓電源VCC，其源極接所述的電阻RlOl的一端，所述的電阻RlOl的另一端接地VSS，其漏極接所述的P型溝道MOS管PMlOl的漏極;所述的P型溝道MOS管PMlOl的柵極與漏極接在一起，同時(shí)接所述的P型溝道MOS管PM102的柵極，并作為所述的P型溝道MOS管PM102的柵極偏置電壓Vbiasp，其源極與所述的P型溝道MOS管PM102的源極接在一起，并接高壓電源VDD，所述的P型溝道MOS管PM102的漏極作為所述的電流偏置單元的輸出端。
[0017]優(yōu)選地，所述的驅(qū)動(dòng)鏈單元包括反相器鏈，N型溝道MOS管NM102、N型溝道MOS管匪103、N型溝道MOS管匪104和P型溝道MOS管PM103 ;所述的反相器鏈的輸入端接入所述的MOSFET管的低壓驅(qū)動(dòng)邏輯信號(hào)Drive_H，其輸出端接所述的N型溝道MOS管匪102、匪103的柵極，同時(shí)接所述的P型溝道MOS管PM103的柵極，所述的P型溝道MOS管PM103的源極接電流偏置單元的輸出端，其漏極與所述的N型溝道MOS管NM102的漏極接在一起，并接所述的N型溝道MOS管匪104的柵極，所述的N型