功率管控制系統和用于驅動外置功率管的驅動電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及功率管驅動技術，特別涉及功率管控制系統和用于驅動外置功率管的驅動電路。
【背景技術】
[0002]隨著開關電源技術發展的逐漸成熟，EMI (Electro magnetic Interference，電磁干擾)性能成為電源系統不可避免的，也是最難解決的問題。
[0003]電源EMI性能的好壞，除了與PCB Layout (PCB布局)、變壓器結構有直接關系外，更重要的是與功率管的開通相關，功率管工作在ON-OFF快速循環轉換的狀態，漏源電流在急劇變化，而影響開關電源EMI性能的關鍵是在功率管開啟階段的漏源電流變化的斜率(di/dt)，而這些都與功率管的驅動技術息息相關。
[0004]現有的功率管驅動技術普遍采用圖騰柱結構，即接到電源與地的驅動管均采用開關形式，如圖1所示，第一開關管為上驅動管，第二開關管為下驅動管，利用此驅動電路結構來驅動功率管，其應用電路如圖2所示。在上驅動管開啟的瞬間，上驅動管以其最大電流能力為功率管Ml的柵極電容(包括柵源電容和柵漏電容)充電，導致功率管Ml迅速開啟，在功率管Ml開啟過程中其漏源電流上升斜率很大，即di/dt很大，而大的di/dt會導致開關電源的EMI性能變差。
[0005]為了改善上述驅動技術引起的EMI性能變差問題，常規的解決辦法之一是在外置功率管的柵極與驅動級之間串入一個驅動電阻R1，如圖3所示，此驅動電阻Rl可以用來限制為功率管Ml柵極充電的電流，以起到降低漏源開啟電流的斜率(di/dt)的作用。但這種改善方法具有其不可忽視的弊端:其一、此驅動電阻Rl在功率管Ml導通和關斷的過程中都有驅動電流流過，產生額外的功耗，降低效率；其二、在功率管Ml關斷過程中，此驅動電阻Rl會增大功率管Ml關斷所需的時間，最終增大了功率管Ml的開關損耗，降低了效率。
[0006]為了進一步改善上述驅動技術引起的EMI性能變差問題，常規的解決辦法之二如圖4和圖5所示，此方式通過檢測功率管Ml的開啟閾值電壓VL和功率管Ml開啟過程中漏源電壓降低到Rdson*Id時所對應的功率管Ml的柵極電壓VH，其中Rdson表示功率管的導通阻抗，而Id表示功率管Ml完全導通時對應的漏端電流。當功率管Ml的柵極電壓VGATE低于VL或高于VH時，第一開關管閉合，利用大電流給功率管Ml柵極電容充電；當功率管Ml的柵極電壓VGATE高于VL且低于VH時，利用小電流的電流源為功率管的柵極電容充電，從而實現了功率管EMI性能的改善。而這種驅動方法的缺點是:內部參考電壓VH和VL需要根據功率管Ml的閾值電壓Vth來設計。由于不同廠家、不同類型的功率管閾值電壓Vth特性不同，也就是說這種驅動方法對于不同類型，不同廠家的功率管不具有通用性。
[0007]可見，現有外置功率管的驅動技術仍有很大的改進空間。
【發明內容】
[0008]鑒于上述現有技術的不足之處，本發明的目的在于提供一種功率管控制系統和用于驅動外置功率管的驅動電路，在改善EMI性能的同時，控制驅動電路的通用性。
[0009]為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案:
一種用于驅動外置功率管的驅動電路，其包括功率管開啟驅動模塊和功率管關斷驅動模塊，所述功率管開啟驅動模塊包括斜率拐點檢測單元、控制單元、第一開關管、第二開關管和電流源，所述功率管關斷驅動模塊包括反相器和第三開關管；當外部PWM控制信號為高電平時第二開關管閉合，所述斜率拐點檢測單元檢測外置功率管的柵極電壓的斜率變化，當柵極電壓的變化斜率在第一斜率拐點之前時，控制單元使第一開關管閉合，由第一開關管和電流源給外置功率管的柵極充電，當柵極電壓的變化斜率在第一斜率拐點和第二斜率拐點之間時，控制單元使第一開關管斷開，使第一開關管停止給外置功率管的柵極充電，當柵極電壓的變化斜率在第二斜率拐點之后時，控制單元使第一開關管閉合，使第一開關管再次給外置功率管的柵極充電；當外部PWM控制信號為低電平時，第一開關管和第二開關管均斷開、第三開關管閉合，使外置功率管的柵極放電。
[0010]所述的用于驅動外置功率管的驅動電路中，所述功率管開啟驅動模塊還包括第一緩沖器和第二緩沖器，所述功率管關閉驅動模塊還包括第三緩沖器；所述斜率拐點檢測單元的輸入端連接外置功率管的柵極，斜率拐點檢測單元的輸出端連接控制單元的第一輸入端，控制單元的輸出端通過第一緩沖器連接第一開關管的柵極；第二緩沖器的輸入端連接外部PffM控制信號輸出端和控制單元的第二輸入端，第二緩沖器的輸出端連接第二開關管的柵極；第一開關管的漏極接驅動電壓供電端、還通過電流源連接第二開關管的漏極，第一開關管的源極和第二開關管的源極連接外置功率管的柵極；所述反相器的輸入端連接外部PWM控制信號輸出端，反相器的輸出端通過第三緩沖器連接第三開關管的柵極，第三開關管的漏極連接第一開關管的源極、第二開關管的源極和連接外置功率管的柵極，第三開關管的源極接地。
[0011]所述的用于驅動外置功率管的驅動電路中，所述斜率拐點檢測單元包括模數轉換器、鎖存器、數字比較器和數模轉換器，當外部PWM控制信號由低電平轉換為高電平時，夕卜置功率管的柵極電壓開始上升，由模數轉換器實時檢測外置功率管的柵極電壓并轉換為數字信號，將本周期的數字信號輸入到所述數字比較器的同相輸入端，同時，數模轉換器將數字信號輸入鎖存器中，使數字比較器的反相輸入端的輸入信號為模數轉換器對柵極電壓的上個周期的采樣轉換信號，所述數字比較器將本周期的柵極電壓與上個周期的柵極電壓進行比較，輸出相應的高低電平信號經所述數模轉換器轉換為模擬信號后輸出至控制單元中。
[0012]所述的用于驅動外置功率管的驅動電路中，所述斜率拐點檢測單元還包括第四緩沖器，所述第四緩沖器的輸入端連接數模轉換器的輸出端，第四緩沖器的輸出端連接控制單元的第一輸入端。
[0013]所述的用于驅動外置功率管的驅動電路中，所述第一開關管、第二開關管和第三開關管均為N MOS管。
[0014]一種功率管控制系統，其包括:電感、外置功率管和如上所述的驅動電路，所述外置功率管的柵極連接所述驅動電路，所述外置功率管的漏極通過所述電感連接VIN供電端，所述外置功率管的源極接地。
[0015]相較于現有技術，本發明提供的功率管控制系統和用于驅動外置功率管的驅動電路，包括功率管開啟驅動模塊和功率管關斷驅動模塊，所述功率管開啟驅動模塊包括斜率拐點檢測單元、控制單元、第一開關管、第二開關管和電流源，所述功率管關斷驅動模塊包括反相器和第三開關管；當外部PWM控制信號為高電平時第二開關管閉合，所述斜率拐點檢測單元檢測外置功率管的柵極電壓的斜率變化，當柵極電壓的變化斜率在第一斜率拐點之前時，控制單元使第一開關管閉合，由第一開關管和電流源給外置功率管的柵極充電，當柵極電壓的變化斜率在第一斜率拐點和第二斜率拐點之間時，控制單元使第一開關管斷開，使第一開關管停止給外置功率管的柵極充電，當柵極電壓的變化斜率在第二斜率拐點之后時，控制單元使第一開關管閉合，使第一開關管再次給外置功率管的柵極充電；當外部PffM控制信號為低電平時，第一開關管和第二開關管均斷開、第三開關管閉合，使外置功率管的柵極放電，從而由斜率拐點檢測單元來檢測外置功率管的柵極電壓的斜率明顯變化點，實現了在外部PWM控制信號為高電平時對外置功率管開啟時漏極電流斜率(di/dt)的控制，達到改善了 EMI性能又沒有增加額外的損耗功能，在PffM信號為低電平時外置功率管被迅速關斷，沒有增加額外的關斷損耗。而對于不同的功率管，本發明仍然可以自動檢測外置功率管的柵源電壓的斜率拐點，達到了對不同廠家、不同型號功率管的普遍實用性。
【附圖說明】
[0016]圖1為現有功率管的驅動電路的示意圖。
[0017]圖2為現有功率管的驅動電路的應用實施例的不意圖。
[0018]圖3為現有技術一種改良方式的驅動電路的應用實施例的示意圖。