[发明专利]控制电路

说明书

本发明涉及一种控制电路，控制电路用于控制驱动功率半导体器件电路中输出级电路，输出级电路包括第一PMOS管和第一NMOS管，其中，所述的控制电路包括第一反相器链模块、第二反相器链模块、第一驱动模块、第二驱动模块、第一箝位模块、第二箝位模块，利用第一驱动模块和第二驱动模块分别对第一PMOS管和第一NMOS管进行控制，并利用两级反相器链产生极短的死区时间，同时通过第一箝位模块和第二箝位模块起到箝位作用，避免输出级电路中的器件的栅极驱动信号出现交叉而带来穿通电流导致器件损坏的问题。采用该种控制电路，在保证可靠性的同时有极小的传输延时，电路噪声小，该控制电路可以适应不同的应用环境，可靠性高。

技术领域

本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种控制电路。

背景技术

功率半导体器件一般具有较大的栅极电容，为了满足一定的开关速度、减小开关损耗，驱动功率半导体器件的集成电路需要具备较大的输出电流，通常达到几百毫安。例如在CMOS集成电路中，MOS器件输出电流的能力与栅面积成正比。为了得到大输出电流，驱动该功率半导体器件的输出级驱动电路中的MOS器件也具有较大的栅面积以及栅电容。因此，如何可靠且高效地控制输出级电路中的MOS器件就成为一个问题。

在一种驱动功率半导体器件的驱动电路中的输出级电路中，其电路结构如图1所示，在该驱动功率半导体器件的驱动电路中，被驱动的功率半导体器件为功率MOSFET管(Metal-Oxide-Semiconductor Filed-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)，由图1的虚线框中与该功率MOSFET管连接的pmos管和nmos管共同构成输出级电路，并控制该功率MOSFET的通断。其中，为了输出大的拉、灌电流来驱动功率半导体器件，输出级电路的中的pmos管和nmos管尺寸非常大。

在该输出级电路中，pmos管和nmos管轮流导通，当nmos管导通时，将功率MOSFET管的栅极电压拉低，使得功率MOSFET管关断；当pmos管导通时，将功率MOSFET管的栅极电压拉高，使得功率MOSFET管开启。

由于输出级电路的中的pmos管和nmos管尺寸非常大，因此，也带来了大的栅极电容，因此，该输出级电路的前级电路也需要较强的驱动能力，否则输出级电路的前级栅驱动信号将有缓慢的上升沿、下降沿，这样会增大开关损耗、带来穿通电流，严重时将造成输出级驱动电路中的器件损坏。

针对上述会在输出级电路中出现的问题，在现有技术中最常见的解决方法为通过反相器链驱动输出级驱动电路，具体电路结构如图2所示，该电路结构中，由反相器链与输出级电路相连接，反相器链中的反相器的尺寸以一定的比例因子逐级增大，驱动能力也逐级增强，直到驱动最后的输出级驱动电路，其中，反相器的大小是指反相器结构中的PMOS管、NMOS管的尺寸。(例如在等比设计的反相器链中，每一级反相器的大小都是前一级反相器的S倍，S的取值与反相器链中的反相器的数量相关。当然，反相器链也可以不按等比设计，具体比例因子取值可根据具体应用情况进行调整。)在反相器链中每一级反相器的输出信号都具有较小的上升沿、下降沿时间，可以达到减少开关损耗、快速开关的目的。根据实际需求，反相器的数量可变，并且通过优化比例因子可以将传输延时降至最低。

上述与输出级驱动电路连接的反相器链一般适用于低压、较大电流的应用场景，但在高压、大电流的应用场景下就不能适用了。这是因为在高压、大电流的条件下，输出级驱动电路中的pmos管和nmos管的穿通电流变得无法忽视，当输出级驱动电路的栅驱动信号发生翻转时，pmos管和nmos管存在极短时间的穿通，严重时，穿通的短路电流会造成输出级驱动电路中的pmos管和nmos管损坏。

为了避免输出级驱动电路中的pmos管和nmos管损坏，现有技术中采样对输出级驱动电路中的pmos管和nmos管进行分开控制的方式进行控制，总是让输出级驱动电路中导通的一侧mos管先关闭，然后才让另一侧mos管导通，避免两个mos管(两个mos管分别为pmos管和nmos管)同时导通。这种采用分开控制输出级驱动电路的驱动电路结构如图3所示。