CN113433998B - 一种功率驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率驱动器，包括驱动电路和自举电路，自举电路包括MOS管M5，MOS管M5的源极和栅极均由外部电源VM供电，MOS管M5的漏极接驱动电路中自举电容Cb的高压端。本发明中功率驱动器的自举电路使用外部电源VM对驱动电路中的自举电容充电，在使用较高的外部电源VM时，避免了二极管的堆叠，同时也降低了线性稳压器LDO的设计难度，减小了LDO的功耗和产热。

Description

一种功率驱动器

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种功率驱动器。

背景技术

智能功率集成电路就是将驱动电机的功率管与电机的电子控制模块用集成电路实现，并将二者集成在同一块芯片上。功率驱动器就是一种典型的智能功率集成电路。

一般的功率驱动器都由高侧功率管、低侧功率管和自举电容组成，当低侧驱动电路在低侧开关信号的控制下打开低侧功率管时，内部电源开始对自举电容进行充电，使自举电容的高压端达到内部电源的电压。低侧功率管关闭后，高侧驱动电路在高侧开关信号的控制下打开高侧功率管，使自举电容的低压端达到外部电源的电压。而由于充电开关的作用，自举电容高压端的电压无法向内部电源泄露，因此自举电容高压端的电压能够达到内部电源和外部电源的电压之和。

现有技术中，阻止自举电容高压端的电压泄露的开关一般选用二极管或者耐高压MOS管，无论使用哪种形式的开关，都需要由内部电源供电。而内部电源由线性稳压器LDO产生，因此这种使用内部电源的功率驱动器对LDO的设计增加了难度。

发明内容

本发明实施例提供了一种功率驱动器，用以解决现有技术中使用内部电源的功率驱动器对LDO的设计增加了难度的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种功率驱动器，包括：驱动电路和自举电路；

自举电路包括MOS管M5，MOS管M5的源极和栅极均由外部电源VM供电，MOS管M5的漏极接驱动电路中自举电容Cb的高压端。

在一种可能的实现方式中，自举电路还包括：MOS管M6和M7，MOS管M6的漏极由外部电源VM供电，MOS管M6的栅极接内部电源VDD，MOS管M6的源极接MOS管M7的栅极；MOS管M7的源极与MOS管M5的源极连接。

在一种可能的实现方式中，自举电路还包括：MOS管M8和M9，MOS管M8的漏极接MOS管M7的漏极，MOS管M8的源极接地，MOS管M9的漏极接MOS管M6的源极，MOS管M9的源极接地，MOS管M8和M9的栅极均接电源Vb2。

在一种可能的实现方式中，自举电路还包括：MOS管M3和M4，MOS管M3的源极接外部电源VM，MOS管M3的漏极接MOS管M5的源极，MOS管M4的源极接外部电源VM，MOS管M4的漏极接MOS管M6的漏极，MOS管M3和M4的栅极均接电源Vb1。

在一种可能的实现方式中，MOS管M5为NLDMOS器件。

在一种可能的实现方式中，驱动电路包括：高侧驱动电路和低侧驱动电路；高侧驱动电路的输入端输入高侧开关信号，高侧驱动电路的两个电源端分别接自举电容Cb的高压端和低压端；低侧驱动电路的输入端输入低侧开关信号，低侧驱动电路的两个电源端分别接内部电源VDD和接地。

在一种可能的实现方式中，高侧驱动电路的输出端接高侧功率管M1的栅极，高侧功率管M1的漏极接外部电源VM，高侧功率管M1的源极接自举电容Cb的低压端；低侧驱动电路的输出端接低侧功率管M2的栅极，低侧功率管M2的漏极接自举电容Cb的低压端，低侧功率管M2的源极接地。

本发明中的一种功率驱动器，具有以下优点：

1、外部电源VM的最大电压可以达到所用BCD工艺的NLDMOS器件的最大耐压的值，大大提高了外部电源VM的电压。

2、将浮动的自举电容电压与内部电源隔离，减弱了自举电路对内部电源的影响。

3、减小了线性稳压器LDO的设计难度。

4、将功耗和产热从线性稳压器LDO的输出管上分离出来，降低了线性稳压器LDO输出管的功耗和产热。

5、电路结构简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中传统功率驱动器的电路示意图；

图2为现有技术中多二极管堆叠的功率驱动器的电路示意图；

图3为现有技术中使用高耐压MOS管的功率驱动器的电路示意图；

图4为本发明实施例提供的功率驱动器的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中，如图1所示。传统功率驱动器中的MOS管M1和M2为功率驱动管，其中靠近外部电源VM的MOS管M1称为高侧功率管，靠近地GND的MOS管M2称为低侧功率管。自举电容Cb两端的电压差Vbs＝Vb-Vs为MOS管M1的驱动电路，称为高侧驱动电路提供工作电压域。内部电源VDD与地GND为MOS管M2的驱动电路，称为低侧驱动电路提供工作电压域。当低侧开信号通过低侧驱动电路将MOS管M2管打开时，使得Vs＝GND，内部电源VDD通过二极管D1对自举电容Cb充电，使Vb＝VDD。当MOS管M2关闭，高侧开信号将MOS管M1打开，使得Vs＝VM，二极管D1阻止自举电容Cb中的电荷向内部电源VDD泄漏，使得Vb＝VDD+VM。

图1中功率驱动器的局限在于，因二极管D1的反偏电压有限，使外部电源VM的值受限。为解决这个问题，现有技术提出了如图2的功率驱动器。图2中的功率驱动器使用多个二极管堆叠起来，以得到更高的反偏电压，增大了外部电源VM的值，但是二极管增加使得Vbs的值越来越小，并且自举电容Cb是由内部电源VDD供电，这对LDO的设计增加了难度。

为解决图2中二极管堆叠带来的问题，现有技术提出了如图3的功率驱动器。如图3中的功率驱动器使用高耐压MOS管M3作为开关，来解决外部电源VM受限的问题，但是需要加入栅极驱动电路和背栅驱动电路，用来开启或关断MOS管M3，并且防止因自举电容Cb电位波动引起的MOS管M3误触发。图3中的功率驱动器虽然解决了二极管的堆叠问题，但增加了MOS管M3和其栅极驱动电路和背栅驱动电路，电路设计复杂度增加，并且自举电容Cb仍是由内部电源VDD供电。

针对现有技术中的问题，本发明提供了一种功率驱动器，包括驱动电路和自举电路，自举电路使用外部电源VM对驱动电路中的自举电容充电，在使用较高的外部电源VM时，避免了二极管的堆叠，同时也降低了线性稳压器LDO的设计难度，减小了LDO的功耗和产热。

图4为本发明实施例提供的一种功率驱动器的电路示意图。本发明提供了一种功率驱动器，包括：驱动电路和自举电路；

自举电路包括MOS管M5，MOS管M5的源极和栅极均由外部电源VM供电，MOS管M5的漏极接驱动电路中自举电容Cb的高压端。

示例性地，上述MOS管M5为NLDMOS(N型横向双扩散MOS)器件，其具有较高的耐压值，耐压值普遍能够达到数十伏，因此外部电源VM的最大电压可以达到MOS管M5的最大耐压值，增大了外部电源VM的电压。NLDMOS器件使用BCD工艺制作，BCD工艺就是在同一个芯片上集成Bipolar、CMOS和DMOS器件。本发明中的功率驱动器，由于使用外部电源VM对自举电容充电，因此降低了线性稳压器LDO的设计难度，而且相对与传统的功率驱动器来说电路结构更加简单，同时也将线性稳压器LDO的功耗和产热分离出来，降低了线性稳压器LDO的功耗和产热。

在一种可能的实施例中，自举电路还包括：MOS管M6和M7，MOS管M6的漏极由外部电源VM供电，MOS管M6的栅极接内部电源VDD，MOS管M6的源极接MOS管M7的栅极；MOS管M7的源极与MOS管M5的源极连接。

示例性地，上述MOS管M6也为NLDMOS器件，而MOS管M7为PLDMOS(P型横向双扩散MOS)器件。采用上述连接方式后，MOS管M6和M7形成两个源极跟随器，使内部电源VDD的电势被近似的复制到A点，即MOS管M5的源极电压与内部电源VDD的电压近似相等。

在一种可能的实施例中，自举电路还包括：MOS管M8和M9，MOS管M8的漏极接MOS管M7的漏极，MOS管M8的源极接地，MOS管M9的漏极接MOS管M6的源极，MOS管M9的源极接地，MOS管M8和M9的栅极均接电源Vb2。

示例性地，上述MOS管M8和M9均为普通的NMOS器件。

在一种可能的实施例中，自举电路还包括：MOS管M3和M4，MOS管M3的源极接外部电源VM，MOS管M3的漏极接MOS管M5的源极，MOS管M4的源极接外部电源VM，MOS管M4的漏极接MOS管M6的漏极，MOS管M3和M4的栅极均接电源Vb1。

示例性地，上述MOS管M3和M4也为PLDMOS器件。

在一种可能的实施例中，驱动电路包括：高侧驱动电路和低侧驱动电路；高侧驱动电路的输入端输入高侧开关信号，高侧驱动电路的两个电源端分别接自举电容Cb的高压端和低压端；低侧驱动电路的输入端输入低侧开关信号，低侧驱动电路的两个电源端分别接内部电源VDD和接地。高侧驱动电路的输出端接高侧功率管M1的栅极，高侧功率管M1的漏极接外部电源VM，高侧功率管M1的源极接自举电容Cb的低压端；低侧驱动电路的输出端接低侧功率管M2的栅极，低侧功率管M2的漏极接自举电容Cb的低压端，低侧功率管M2的源极接地。

本发明中功率驱动器的工作流程如下：

当自举电容Cb的高压端电压Vb低于A点电压时，电流Ia通过MOS管M5的寄生二极管对自举电容Cb充电，此时电流Ia>0。当自举电容Cb的高压端电压Vb高于A点电压时，MOS管M5管作为NLDMOS器件处于关断状态，对于电压Vb呈现高阻状态，此时电流Ia＝0。这样外部电源VM电压可以达到所用BCD工艺的NLDMOS器件的最大耐压的值，即数十伏。MOS管M3、M4、M8和M9为MOS管M5、M6和M7提供电流，可以控制自举电容Cb的充电电流。因电压Vb的浮动产生的噪声通过MOS管M5的寄生电容Cgd耦合到A点会通过电流Ib泄放到地GND。

当低侧开信号通过低侧驱动电路将低侧功率管M2打开，使得自举电容Cb的低压端电压Vs＝GND，从外部电源VM流出的电流Ia对自举电容Cb充电，使电压Vb＝VDD。当低侧功率管M2关闭，高侧开信号将高侧功率管M1打开,使得电压Vs＝VM，MOS管M5作为NLDMOS器件处于关断状态，对于电压Vb呈现高阻状态，阻止自举电容Cb中的电荷向A点泄漏，使得电压Vb＝VDD+VM。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种功率驱动器，其特征在于，包括：驱动电路和自举电路；

所述自举电路包括MOS管M5，所述MOS管M5的源极和栅极均由外部电源VM供电，所述MOS管M5的漏极接所述驱动电路中自举电容Cb的高压端；

所述自举电路还包括：MOS管M6和M7，所述MOS管M6的漏极由所述外部电源VM供电，所述MOS管M6的栅极接内部电源VDD，所述MOS管M6的源极接所述MOS管M7的栅极；

所述MOS管M7的源极与所述MOS管M5的源极连接。

2.根据权利要求1所述的一种功率驱动器，其特征在于，所述自举电路还包括：MOS管M8和M9，所述MOS管M8的漏极接所述MOS管M7的漏极，所述MOS管M8的源极接地，所述MOS管M9的漏极接所述MOS管M6的源极，所述MOS管M9的源极接地，所述MOS管M8和M9的栅极均接电源Vb2。

3.根据权利要求1所述的一种功率驱动器，其特征在于，所述自举电路还包括：MOS管M3和M4，所述MOS管M3的源极接所述外部电源VM，所述MOS管M3的漏极接所述MOS管M5的源极，所述MOS管M4的源极接所述外部电源VM，所述MOS管M4的漏极接所述MOS管M6的漏极，所述MOS管M3和M4的栅极均接电源Vb1。

4.根据权利要求1所述的一种功率驱动器，其特征在于，所述MOS管M5为NLDMOS器件。

5.根据权利要求1所述的一种功率驱动器，其特征在于，所述驱动电路包括：高侧驱动电路和低侧驱动电路；

所述高侧驱动电路的输入端输入高侧开关信号，所述高侧驱动电路的两个电源端分别接所述自举电容Cb的高压端和低压端；

所述低侧驱动电路的输入端输入低侧开关信号，所述低侧驱动电路的两个电源端分别接内部电源VDD和接地。

6.根据权利要求5所述的一种功率驱动器，其特征在于，所述高侧驱动电路的输出端接高侧功率管M1的栅极，所述高侧功率管M1的漏极接所述外部电源VM，所述高侧功率管M1的源极接所述自举电容Cb的低压端；

所述低侧驱动电路的输出端接低侧功率管M2的栅极，所述低侧功率管M2的漏极接所述自举电容Cb的低压端，所述低侧功率管M2的源极接地。

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