[发明专利]具有低阻抗初始驱动和较高阻抗最终驱动的开关驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及利用驱动器将信号驱动到驱动节点(例如开关电源中或D类开 关放大器中开关晶体管的栅极)上，从而使信号发生转变，其中所述驱动器在 转变的初始部分中具有低的输出阻抗，并且其中所述驱动器在转变的结束部分 中具有较高的输出阻抗。

背景技术

图1是现有技术开关电源1的示意图。该具体电源是被称为“升压”转换 器或者“升压开关电源”的一种电源。在第一时间周期中，控制器集成电路2 控制开关3接通和导通，从而使电流流过电感器4和开关3流到地，如箭头5 所示。随着该电流的流动，能量储存在电感器4中。然后，在第2时间周期中， 控制器集成电路2控制开关3断开和不导电。电感器中的电流不能立即停止， 因而电流经电感器4、二极管6流到电容器7和负载8。在第二时间周期中流动 的该电流在图2(现有技术)中由箭头9表示。存储在电感器4中的能量现在 转移到电容器7和负载8。控制器集成电路2通过端子10监测VFB，并且快速 地接通和断开开关3，从而将流经负载(一串白色LED)的输出电流调节到所需 电流。该转换器之所以被称为“升压转换器”，是因为VOUT可高于输入电源电 压VIN。

开关电源的两个性能参数是效率和噪声排放。效率等于输出功率除以输入 功率。因此开关电源内的功率损失转变成较低的电源效率。存在多种功率损失。 其中一种功率损失被称为“转换功率损失”，其等于开关两端的电压(VDS)乘 以流经开关的电流(IDS)。当开关3断开时，没有显著的漏极-源极电流流经开 关，因而功率损失非常小。当开关3完全接通和导电时，在开关两端只存在微 小的漏极-源极电压降。开关端子11非常接近于接地电位。因此，IDS和VDS 之积也非常小。然而，存在开关发生转变的较短时间周期。在该转变时间中， 存在显著的漏极-源极电流，并且在开关两端存在显著的漏极-源极电压降。该 转变时间中的功率耗散因而也很显著。

图3是漏极-源极电流IDS和漏极-源极电压降VDS的示意图。虚线12表示 转变功率损失。可通过更猛烈地(使用具有较低输出阻抗的驱动器)驱动开关 以使开关3更快地进行开关，来减小转变功率损失。因此，在开关转变过程中 IDS和VDS同时处于显著水平的时间周期缩短，并且转变功率损失得以减小。

然而，更猛烈地驱动开关3以使其更快地接通和断开会导致节点SW处的电 压变化(dV/dT)较大并且出现不期望的振铃，这两者都会增大EMI(电磁干扰) 和噪声排放。

图4是图1和2中的现有技术的升压转换器的操作的简化波形图。当开关 3接通时，存在如参考编号13所示的振铃。当开关3断开时，存在如14所示 的振铃。开关节点15上存在寄生电容。这些寄生电容包括由开关3的漏极、二 极管6所引起的电容、电感器4的固有电容、以及与开关节点15处的开关端子 11和互连线相关的电容。节点15的此寄生电容与电感器4的电感结合形成可 发生振铃的LC电路。开关3断开和接通得越快，SW处的电压变化越大，并且 振铃和所得到的辐射噪声越大。期望能够同时提高效率和降低噪声排放。

图5是现有技术中力图在不产生过大噪声的情况下减小转变损耗的第一电 路20的示意图。开关21接通和断开，以如上文结合图1和2所述来开关流经 电感器22的电流。输入引线23上的输入信号SIN是脉冲串。反相器24和25 具有递增的驱动强度。提供包含反相器26和三态反相器27的第二辅助路径， 以增强在信号SIN的每次转变的初始部分中对开关21的栅极的驱动。图6是图 5中的三态反相器27的电路图。

边沿触发单触发电路(edge triggered one-shot)29检测信号SIN的边 沿，并响应于每一此种边沿而产生一脉冲。该脉冲可启用三态反相器27，从而 使辅助路径帮助驱动开关21的栅极。此后，反相器25和三态反相器27同时驱 动开关21的栅极。该电路的目的是在开关21的栅极上的电压结束电压转变之 前使该单触发脉冲终止。当脉冲终止时，三态转换器27变为高阻抗(即“三态”)， 从而将辅助路径从开关21的栅极解耦。因此，在转变的其余部分中，只有反相 器25驱动开关21的栅极。这会减小在每次转变结束时开关21的栅极上的电压 的变化率，并有助于减小噪声和振铃。然而，开关21的栅极上的电压在转变的 初始部分中的快速变化率有助于减小转变功率损失。