[发明专利]具有顺序功率晶体管栅极充电的功率级

说明书

本文描述了具有顺序功率晶体管栅极充电的功率级。一种功率级具有：功率晶体管，耦合在电源与切换节点之间；电荷泵，耦合在电源与功率晶体管的栅极之间；以及栅极驱动器，被配置为对功率晶体管的栅极充电，直到栅极电压达到预定义电压，并且进一步从电荷泵对功率晶体管的栅极充电。

技术领域

本公开涉及利用集成电荷泵对功率级中的功率晶体管进行顺序切换。

背景技术

与PMOS功率级相比，双NMOS功率级使用较少的功率硅面积并且提供更快的切换。与需要外部电容器的自举功率级相比，具有集成电荷泵的双NMOS功率级具有更低的实现成本和提高的系统可靠性。使用电荷泵累积全栅极电荷Q_G需要与自举功率级相同的功率。该功率与累积对应于来自理想电压源的栅极电压V_GS的栅极电荷所需要的功率相比高V_DD/V_GS倍。然而，超过V_DD/V_GS，电荷泵的实现表现出低功率效率，这使得栅极电荷转移效率低。

附图说明

图1示出了根据本公开的各方面的包括转换器和功率级的电源的示意图。

图2示出了图1的功率级的顺序切换阶段的信号图。

图3示出了根据本公开的各方面的包括转换器和具有两阶段栅极驱动器的功率级的电源的示例性实现的示意图。

图4A和图4B示出了与图3的示例性实现相关的信号图。

图5示出了图1的功率级的高检测器中的比较器的实现的示意图。

图6示出了根据本公开的各方面的对功率级中的功率晶体管充电的方法的流程图。

具体实施方式

本公开涉及一种功率级，该功率级具有集成电荷泵和使用多于一个电压域的顺序高侧导通。通过在至少两个阶段顺序地对功率晶体管的栅极充电来导通功率晶体管，其中的第二阶段包括利用电荷泵对功率晶体管栅极充电。结果是降低了高侧切换损耗并且提高了功率效率。

图1示出了根据本公开的各方面的包括转换器10和功率级100的电源的示意图。为清楚起见，未示出高侧功率晶体管关断电路和低侧栅极驱动器。

转换器10是包括电感器L和电容器C的直流到直流(DC/DC)转换器。电感器L耦合在切换节点N_LX与输出节点N_OUT之间。电容器C耦合在输出节点N_OUT与源电压节点N_SS之间。DC/DC转换器是已知的，并且为了简洁起见，这里省略了对转换器10的操作的描述。

功率级100包括功率晶体管SW_H 110、集成电荷泵120和栅极驱动器130。功率级100是双NMOS功率级，功率晶体管SW_H 110是高侧NMOS晶体管，并且栅极驱动器130是高侧栅极驱动器。

功率晶体管SW_H 110耦合在电源V_DD与切换节点N_LX之间。