[发明专利]带有预防交叉导通电路的开关驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及用于驱动功率晶体管开关的驱动器电路技术领域。更具体地，本发明涉及具有互补输出的开关驱动器电路，其中通过使用限流和交叉延迟电路来防止或最小化交叉导通。

背景技术

开关驱动器,也经常被称为栅极驱动器,是这样的电路：其可以接受通常为低电流、逻辑电平的外部输入信号，然后把输入信号进行电平转换及放大，产生较高的电流和通常较宽的电压输出以驱动被耦合的功率晶体管(例如功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT))的栅极，从而高速导通/截止功率晶体管。由于内在的寄生电容，开关驱动器视功率晶体管为电容性负载，并在开关转换期间对功率晶体管实质性地进行充电或放电。开关驱动器也可用于驱动其他类型的等效电容负载，例如数字总线。

开关驱动器常带有一个互补或图腾柱输出，由上面一个P沟道场效应晶体管(FET)和下面一个N沟道场效应晶体管组成、其中2个漏极被耦合在一起以形成一个公共输出节点。图1示出了代表现有技术的典型的开关驱动器100，包括：P沟道场效应晶体管101，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至输出驱动电源V_DRIVE；N沟道场效应晶体管102，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至相对于V_DRIVE的地，并且其中漏极被耦合至P沟道场效应晶体管101的漏极，从而形成能驱动所述功率晶体管开关130的互补输出节点(如果需要减少由引线寄生电感引起的振铃，也可以经由栅极电阻器(未示出))；预驱动器电路110，由V_DRIVE供电，可驱动场效应晶体管101和102的栅极，即在开关转换期间导通其中一个场效应晶体管的同时截止另一个场效应晶体管；输入缓冲器和电平转换器电路120，由逻辑电平电源V_LOGIC和V_DRIVE供电，将节点150处的外部输入信号缓冲、并从V_LOGIC电平转换到V_DRIVE电平，以驱动预驱动器电路110。如果在开关转换期间，场效应晶体管101和102通过预驱动器电路110同时被部分导通或同时被完全导通，引起交叉导通发生，并有比较大的瞬时冲击电流流过场效应晶体管101和102，导致驱动效率低、并且使现有技术中的开关驱动器100有过热的潜在风险。因此，现有技术中的开关驱动器100通常包含复杂的电路，以在一定的结温范围内尽量消除互补输出中的交叉导通。

有一些开关驱动器设计通过复杂的逻辑电路和/或定时电路来尽量减低或防止互补输出的交叉导通。美国专利号6538479(Bellomo等人)公开了一种开关驱动器电路，其包括基于两个通电检测器的自适应抗交叉导通机制，每个通电检测器被耦合至各自的互补输出场效应晶体管；当电源通电检测器检测到相应的场效应晶体管仍然导通时，该开关驱动器电路禁止另一个场效应晶体管导通。

发明内容

[技术问题]

在已知现有技术中，开关驱动器中所用的交叉导通防止机制在设计上相当复杂、生产成本比较高，或为分立模块，或为集成电路(IC)。通常，每个互补输出场效应晶体管需要分别由多级预驱动器驱动。并且需要复杂的定时电路和/或复杂的逻辑电路(基于比较器或传感器/检测器等)来实现可靠的防止交叉导通的特性。因此，生产高性能开关驱动器的成本较高，并且将单个或多个高性能开关驱动器与其它主要电路功能集成在同一块芯片上更具挑战性。

[问题的解决方案]