[发明专利]高端栅极场效应管的驱动电路及其方法

说明书

本发明公开了一种高端栅极场效应管的驱动电路及其方法，其中，其电路包括由四个N型场效应管MOS1、MOS2、MOS3和MOS4组成的H型全桥、两第一电压驱动器和两第二电压驱动器，两第一电压驱动器分别与MOS1和MOS3连接，两第二电压驱动器分别与MOS2和MOS4连接，其特征在于，所述MOS1的栅极与MOS4的栅极之间连接有电容C2；所述MOS2的栅极与MOS3的栅极之间连接有电容C1。本发明结构简单可靠、电容值较小、便于芯片内部集成、芯片引脚少。

技术领域

本发明涉及一种高端栅极场效应管的驱动电路及其方法，属于集成电路技术领域。

背景技术

随着电子技术的进步，各类开关电路以其效率高、体积小、成本低的优点，正被越来越广泛地使用。在开关电源电路中，更高的开关频率可以带来更高的转换效率和更低的热功耗，能以高达数百KHz甚至数MHz工作的MOS型场效应管（MOSFET）便成为了首选，以下所述MOS管均指MOSFET。

在线圈、电机等大功率的驱动器中主要使用的是由4只MOS管构成的“H型全桥驱动器”，其特点为可以自由控制负载在四象限内任意位置工作。H型全桥驱动器中可以使用4个N沟道场效应管（NMOS），如图1所示，或者2个NMOS和2个P沟道场效应管（PMOS），如图2所示。但是由于PMOS和NMOS的器件特性不同，H型全桥驱动器更多采用4个NMOS。为了使高端NMOS场效应管得以正常导通，必须配以专门的带有“自举”电路的驱动芯片(如图1所示)，以保证在低端场效应管关断时，高端场效应管仍保持一定的栅端-源端电压（VGS），以实现正常的导通。

由于上述限制，此类驱动芯片有以下缺点：

需要较大的外部举升电容，一般为nF级或以上。芯片内部电容一般为pF级，所以该电容很难集成到芯片内部。导致外部器件成本增加，芯片连接成本增加。

需要外部二极管。导致外部器件成本增加，芯片连接成本增加。

需要更多引脚。高端场效应管的源端举升到高压后，为保证高端场效应管保持一定的VGS电压，高端场效应管的源端需要连接到芯片内部驱动器的参考地上，所以这个引脚不能省略。导致芯片成本增加。

芯片内部电路复杂。芯片成本增加。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种高端栅极场效应管的驱动电路及其方法，能够实现低端场效应管关断时，高端场效应管仍保持一定的栅极-源端电压；简化电路结构、使电路更加可靠并且便于芯片内部集成；减少芯片引脚，降低成本。

解决上述问题的技术方案为：一种高端栅极场效应管的驱动电路，包括由四个N型场效应管MOS1、MOS2、MOS3和MOS4组成的H型全桥、两第一电压驱动器和两第二电压驱动器，两第一电压驱动器分别与MOS1和MOS3连接，两第二电压驱动器分别与MOS2和MOS4连接，所述MOS1的栅极与MOS4的栅极之间连接有电容C2；所述MOS2的栅极与MOS3的栅极之间连接有电容C1。

进一步地，所述第一电压高压驱动器能够输出至少三个状态，高电平、低电平和可承受高压的高阻状态。

进一步地，所述可承受高压的高阻状态由浮阱电路实现，所述第一电压驱动器包括驱动器逻辑控制电路、HV NMOS管、HV PMOS管以及浮阱电路；所述HV NMOS管和HV PMOS通过漏极相连，所述HV NMOS管和HV PMOS分别通过栅极与所述驱动器逻辑控制电路相连，所述浮阱电路连接所述HV PMOS管的N阱，以及输出端口和驱动器逻辑控制电路；当输出端口的电压超过HV时， N阱升压，由于N阱反相PN结的作用阻止了高电压向HV倒灌电流，保证了HV驱动器的输出端能够承受高于HV的电压。

进一步地，所述MOS1和MOS3的栅极还分别与两第一电压驱动器的输出端IO1和IO3相连接；

所述MOS2和MOS4的栅极还分别与两第二电压驱动器的输出端IO2和IO4相连接；