[发明专利]应用于功率变换器中的MOS管栅极驱动电路

说明书

本申请涉及一种应用于功率变换器中的MOS管栅极驱动电路，包括多级电容电荷缓存电路，多级电容电荷缓存电路与功率MOS管Q1栅极电连接并用于在功率MOS管Q1栅极的电容放电时吸收电荷进行缓存，多级电容电荷缓存电路还用于在功率MOS管Q1栅极的电容需要电荷时输出缓存的电荷；所述的电荷补充电路与功率MOS管Q1栅极电连接并用于在功率MOS管Q1栅极的电容需要电荷时输出补充的电荷。本申请可将功率MOS管关闭时多余的电荷进行暂存，而且暂存的效率非常高，等到功率MOS管栅极再次需要时候还可以再次还给功率MOS管栅极，并且在整个过程中需要补充的电荷非常少，实际上需要补充的电荷仅仅是微小的额外负载消耗。

技术领域

本申请属于半导体领域，具体涉及一种应用于功率变换器中的MOS管栅极驱动电路。

背景技术

功率变换器在开关电源中应用非常广泛，在现有技术中功率变换器的核心是采用MOS管的高频开关动作实现功率的调整，其中MOS管的高频开关动作直接依赖对MOS管的栅极控制，所以功率变换器中的MOS管栅极驱动电路对于功率变换的作用也是非常重要的，现有技术中MOS管栅极驱动电路也比较简单，比如通过单极的电阻驱动（有电阻耗能和MOS管关闭的电容损耗等问题）。

但是也有一些改进型的技术，比如在现有的专利文献中公开有CN201510703629.7，该技术也是MOS管栅极驱动电路，该技术电路图如图1所示的，其使用多个MOS管和电感、电容器件组成驱动电路，其主要目的是实现在功率MOS管关断的时候，将其栅源电容中的能量回馈到储能电容中，降低功率MOS管的开关损耗，进一步提高整个开关变换器的效率。但是在实施中其缺点很多，尤其比如，其使用了较多额外的MOS管进行控制，需要非常多的控制信号线，最主要的是该控制流程非常复杂，在这种实施中也需要另外配置更加复杂的控制电路或控制芯片以保证控制的时序，所以这很大增加了技术难度和成本，比如该驱动电路在实施中其实施过程如下：如图1所示的该MOS管栅极驱动电路上电瞬间，控制信号I给出，使控制信号I变为高电平，MOS管Q1实现开通，直流电压源开始给储能电容充电。经过0～t1时间，控制信号I变为低电平，将MOS管Q1关断。此时储能电容中获得能量。经过t1～t2时间之后，控制信号II给出，使控制信号II变为高电平，MOS管Q2实现开通，开始有电流通过储能电感，储能电感开始储能，储能电容中能量开始传递到储能电感中。经过t2～t3时间之后，控制信号II变为低电平，MOS管Q2关断。由于电感电流不能突变，就会在MOS管Q2的漏极产生一个上升的电压。然后经过t3～t4死区时间，在t4时刻，控制信号III给出，控制信号III变为高电平，MOS管Q3实现开通。此时电路等效成为一个基本的Boost电路，电感中的能量开始给MOS管Q4的栅源电容充电，MOS管Q4开始导通，经过t4～t5时间，将控制信号III变为低电平，MOS管Q2关断，之后MOS管Q4的栅源电压稳定在14.2V，MOS管Q4实现开通。此时，MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3均处于关断状态，而且由于MOS管Q3接入电路中的方式，是漏极连接被驱动的功率MOS管Q4的栅极，避免了在MOS管Q3关断器件，功率MOS管Q4栅源电容上面的电荷通过MOS管Q3的体二极管进行泄放，这样就可以保证功率MOS管Q4在t5～t6期间可靠地导通。在t6时刻，给出控制信号III，使控制信号III变成高电平，MOS管Q3实现开通。此时由于MOS管Q2处于关断状态，则功率MOS管Q4的栅源电容上面的电荷就通过储能电感又回馈到储能电容中，电容上的电压在此时段会出现稍微的上升，此时电路等效成为一个基本的Buck电路。经过t6～t7时间，控制信号III变为低电平，将MOS管Q3关断。此时，MOS管Q4的栅源电压已经稳定在0.7V左右，使MOS管Q4可靠地截止。经过t7～t3死区时间，在t8时刻控制信号II给出，使得控制信号II变成高电平，MOS管Q2实现开通，作用相当于基本Buck电路中的“续流二极管”，从而为储能电感续流。经过t8～t9时间，控制信号II变成低电平，MOS管Q2关断，直至T时刻，电路一个周期的工作状态结束。接下来按照上述的时序，电路周期性地工作。可见仅仅为了实现对于功率MOS管的栅极控制，该驱动电路的控制流程非常复杂，并且实际的控制效果也比较差的，而且还增加了额外的电损耗，比如上述的驱动电路实施中也需要增加电感和电容等额外元件，尤其是增加了续流，实际上也会消耗额外的能量。