[发明专利]一种高侧功率开关的输出级电路

说明书

一种高侧功率开关的输出级电路，属于功率集成电路技术领域。本发明利用功率管栅极驱动模块驱动控制高侧功率管，结合输出负压钳位模块的设计实现感性负载快速退磁和上升斜率控制，当感性负载退磁时，使得输出负压钳位模块中第十七二极管、第十八二极管、第十九二极管击穿，将第一PMOS管打开对高侧功率管栅极进行充电，从而快速打开高侧功率管，避免输出节点电压进一步下掉，实现输出节点的电压钳位，比传统感性负载快速退磁方案而言减小了版图面积和功耗；同时设计栅极保护模块和电流限制模块，使得本发明的输出级电路在正常驱动高侧功率管开关的同时，还可以限制高侧功率管的最大电流，避免高侧功率管被烧毁。

技术领域

本发明属于功率集成电路技术领域，涉及一种高侧功率开关的输出级电路。

背景技术

智能功率开关是指将驱动电路、诊断电路、保护电路以及外围接口电路和功率器件集成到一颗芯片内的集成电路。在汽车电子和航空电子中具有广泛的应用，在汽车中可以驱动雨刮器、喷油器等设备，在航空电子系统中可以应用于离散量输出接口电路。上述应用场景中均具有工作环境恶劣、负载种类复杂等特点，因此要求智能功率开关中的高侧功率开关输出级电路需要具有保护功率管栅氧化层不被击穿、使得感性负载快速退磁、限制功率管最大电流的功能，其中感性负载快速退磁的功能对于智能功率开关中的高侧功率开关输出级电路而言尤为重要。

常见的智能功率开关中的高侧功率开关输出级电路对感性负载快速退磁的解决方案是利用类似齐纳电路直接进行感性负载快速退磁或者利用类似齐纳电路打开功率管来实现感性负载快速退磁，这两种方案的基本结构如图1所示(其中VBB是电源电压，V_OUT是输出端的电压，BV是类似齐纳电路的击穿电压)。在图1中(a)，当电压VBB-V_OUTBV时，类似齐纳电路提供一条VBB到V_OUT的低阻通路，维持电感电流以消除负载上多余的磁能；图1中(b)，当电压VBB-V_OUTBV时，类似齐纳电路导通，其电流I_Z在电阻R1上形成压降，令功率管再次导通以维持感性负载上的电流实现快速退磁的功能。

根据电路原理可以知道，由于智能功率开关的负载电流通常会很大，所以图1中(a)的解决方案需要类似齐纳电路具有较大的器件尺寸和线宽，这与减小版图面积、提高集成度的发展趋势是相斥的。图1(b)的解决方案较图1中(a)的解决方案，类似齐纳电路的尺寸有所减小，但是电阻R1通常是复用功率管栅极放电通路中的电阻，为了避免功率管关断过于缓慢，通常不会令电阻R1的阻值过大，而重新并联一个高阻值的电阻同样会增大版图面积，所以类似齐纳电路也需要较大的电流，该方案有待于一步优化。

发明内容

针对上述传统智能功率开关中高侧功率开关输出级电路对感性负载快速退磁的解决方案存在的版图面积大和功耗高的不足之处，本发明提出一种高侧功率开关的输出级电路，适用于智能功率开关芯片中的高侧功率开关，在感性负载退磁的过程中，利用第一PMOS管MP1对高侧功率管的栅极进行充电，重新打开高侧功率管以实现快速退磁的功能，同时减小了版图面积和功耗；另外还提出栅极保护和电流限制功能，在正常驱动高侧功率管开关的同时，保护了高侧功率管的安全工作。

本发明的技术方案是：

一种高侧功率开关的输出级电路，包括高侧功率管、功率管栅极驱动模块和输出负压钳位模块，

所述高侧功率管为NMOS功率管，其漏极连接电源电压，其源极作为输出端；

所述功率管栅极驱动模块用于驱动控制所述高侧功率管，当需要驱动所述高侧功率管导通时，所述功率管栅极驱动模块对所述高侧功率管的栅极充电，从而打开所述高侧功率管；当需要驱动所述高侧功率管关断时，所述功率管栅极驱动模块对所述高侧功率管的栅极放电，从而关断所述高侧功率管；