一種集成開關電源輸出驅動電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種針對集成雙極驅動功率管和buck型開關電源的輸出驅動電路領域，特別是一種集成開關電源輸出驅動電路。
【背景技術】
[0002]開關電源由于體積小，重量輕，效率高等優點應用越來越普及，而驅動電路的好壞直接會影響開關電源的工作可靠性及性能指標。現有技術在大電流應用下，一般采用控制環路和輸出功率管分立的板級開關電源方案，此方案板級信號干擾較大，系統體積較大，造成可靠性相對較差，同時成本較高。另一方面，板級的寄生參數較大，系統穩定性設計的難度較高;現有技術方案一般把鎮流電阻以及限流電阻放在芯片外部，既增加系統體積又增加系統成本;現有方案一般采用正常的推挽輸出，存在問題是在輸出功率管關斷時集電極電流在其基極信號關斷后的短時間內會持續導通，直到基區存儲電荷被完全抽走為止，目前有些設計方案在功率管基極增加電流泄放二極管，但是一般達不到理想的電流泄放速度，這導致了輸出功率管的動態功耗較大，轉換效率較低;現有方案功率管前級驅動單元一般采用NPN型晶體管來實現，導致電路復雜，最小工作電壓較高;現有方案為了保證功率管導通期間基極輸入電流應足夠大，一般采用基本電流源電路來提供驅動電流，一般不采用負反饋技術，故抗干擾能力較差，輸出帶載變化時候容易產生輸出錯誤。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種集成開關電源輸出驅動電路，有效減少輸出驅動電路的動態功耗，提尚轉換效率，提尚芯片可靠性以及降低系統成本。
[0004]本實用新型的上述目的是通過如下技術方案予以實現的:
[0005]一種集成開關電源輸出驅動電路，包括輸出驅動單元、功率管前級驅動單元、穩定供電單元和電流抽取單元;輸出驅動單元通過連線Vout、電源線VCC、連線QC與電流抽取單元連接;輸出驅動單元通過連線Vout、電源線VCC、連線QC與功率管前級驅動單元連接;功率管前級驅動單元通過連線QD、連線QC、電源線VCC、連線Vout與電流抽取單元連接;穩定供電單元通過連線QB和QC與功率管前級驅動單元串聯后連接電源線VCC，功率管前級驅動單元中QP3的集電極為穩定供電單元中QP4的發射極;穩定供電單元通過連線QA、連線QC、內部地線GND與電流抽取單元連接。
[0006]在上述的集成開關電源輸出驅動電路，所述輸出驅動單元由NPN型晶體管QN17、NPN型晶體管QN18、電阻R6、電阻R7和電阻R8組成；晶體管QN17的發射極和晶體管Q18的發射極相連通過串聯電阻R7作為輸出驅動端Vout，晶體管QN17的基極和晶體管QN18的基極相連接作為輸出功率管QN18的驅動輸入端QB，電阻R6跨接在晶體管QN17、晶體管QN18的基極和發射極之間，晶體管QNl7的集電極通過電阻R8與芯片電源端VCC相連，晶體管QNl8的集電極與芯片的電源端VCC直接相連;晶體管QN17的集電極作為檢測電流的輸出端Isensor。
[0007]在上述的集成開關電源輸出驅動電路，所述功率管前級驅動單元包括NPN晶體管QNl5,PNP晶體管QP3和電阻R4;晶體管QP3的集電極和晶體管QNl5的基極相連接;晶體管QP3的基極經過電阻R4與芯片電源VCC相連，晶體管QP3的發射極直接與芯片的電源VCC相連；晶體管QN15的發射極直接與輸出驅動端Vout端相連，晶體管QN15的集電極與電流抽取單元的QD端相連。
[0008]在上述的集成開關電源輸出驅動電路，所述電流抽取單元包括NPN晶體管QN1、NPN晶體管QN2、NPN晶體管QN3、NPN晶體管QN4、NPN晶體管QN16、PNP晶體管QP1、PNP晶體管QP2和電阻R1、電阻R5;晶體管QNl的基極作為整體驅動電路的輸入端Vin，晶體管QNl的發射極接芯片內部地GND，晶體管QNl的集電極與晶體管QN2和晶體管QN3的發射極相連，晶體管QN2的基極、晶體管QN3的基極、晶體管QN3的集電極與晶體管QN4的發射極相連，共同作為穩定供電單元的輸入端QA，晶體管QN2的集電極與電阻Rl的一端相連，電阻Rl的另一端與晶體管QPl的集電極相連結，晶體管QPl的集電極與晶體管QPl的基極以及晶體管QP2的基極相連接，晶體管QPI和晶體管QP2的發射極直接與芯片的電源端VCC直接相連；晶體管QP2的集電極與晶體管QN16的基極以及電阻R5的一端相連，電阻R5的另一端與晶體管QN16的發射極相連同時與整個驅動電路的最終輸出端Vout相連，晶體管QN16的集電極與晶體管QN18的基極QC相連。
[0009]在上述的集成開關電源輸出驅動電路，所述穩定供電單元包括NPN晶體管QN5、QN6、QN7、QN8、QN9、QNlO、QNl 1、QNl2、QNl 3、QNl4，PNP晶體管QP4，電阻R2、電阻R3;其中，晶體管QP4的發射極與開關電源輸出驅動電路功率管的基極相連接，晶體管QP4的基極與晶體管QN6的集電極、晶體管QNlO的集電極、晶體管QN7的集電極相連作為功率管前級驅動單元的輸入QB，晶體管QP4的集電極與晶體管QNl4的集電極、基極以及晶體管QNl3的基極相連，晶體管QNl 3的集電極與晶體管QNl 2的發射極相連，晶體管QNl2的基極與自身集電極相連同時與晶體管QNl I的發射極相連，晶體管QNl I的基極與自身的集電極相連同時與電阻R3的一端相連，電阻R3的另一端、晶體管QN7的基極、晶體管QN6的基極、晶體管QN5的基極、晶體管QN5的集電極與輸入端QA串聯，晶體管QN7的發射極與晶體管QNlO的基極以及電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端芯片內部地GND，晶體管QNlO的發射極與晶體管QN9的集電極、晶體管QN9的基極以及晶體管QN8的基極相連，晶體管QN8的集電極與晶體管QN5的發射極、晶體管QN6的發射極相連，晶體管QN8的發射極、晶體管QN9的發射極、晶體管QNl 3的發射極、晶體管QN14的發射極與芯片內部地GND連接。
[0010]本實用新型與現有技術相比具有如下優點:
[0011](I)本實用新型集成開關電源輸出驅動電路，充分利用電流抽取單元直接與輸出驅動晶體管的基極相連，提供關斷時候基極存儲電荷的尖峰泄放電流，提尚功率管的關斷速度，從而降低功率管的動態功耗，提高了電源的轉換效率，同時高集成度提高了開關電源的集成度以及系統的可靠性，實現了開關電源產品系統的低成本化；
[0012](2)本實用新型采用了輸出驅動單元，集成了功率管前級驅動單元、穩定供電單元和電流抽取單元以及鎮流電阻，提高了集成度和可靠性，實現了功率器件的有效集成化；
[0013](3)本實用新型采用了集成PNP管，簡化了輸出功率管的前級驅動電路，加寬了開關電源的有效工作區域，實現了輸出功率管的有效前級驅動；
[0014](4)本實用新型采用了電流抽取單元，提高輸出功率管關斷瞬間基極電荷的抽取速度，提高了輸出功率管的關斷速度，從而實現了降低輸出功率管的動態功耗，提高了開關電源系統的轉換效率；
[0015](5)本實用新型采用了穩定供電單元，提高輸出功率管正常工作期間的基極驅動電流的穩定性，實現開關電源工作的可靠性。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型應用原理圖；
[0017]圖2為本實用新型集成開關電源輸出驅動電路圖；
[0018]圖3為本實用新型輸出驅動單元電路圖；
[0019]圖4為本實用新型功率管前級驅動單元電路圖；
[0020]圖5為本實用新型電流抽取單元電路圖；
[0021 ]圖6為本實用新型穩定供電單元電路圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細的描述:
[0023]如圖1所示為應用原理圖，由圖可知，一般buck型開關電源基本模塊包括內部振蕩器模塊、內部穩壓模塊、內部帶隙基準模塊、運算放大器模塊、比較器模塊以及輸出驅動電路等模塊，基本原理是利用系統負反饋控制作用引起電壓脈沖信號占空比的自動調整，從而實現輸出電壓的穩壓功能。輸出驅動電路部分一般需要提供比較大的驅動電流，決定了開關電源的能量轉換效率，整個系統的可靠性等。
[0024]圖2所示為集成開關電源輸出驅動電路圖，由圖可知，包括輸出驅動單元、功率管前級驅動單元、穩定供電單元和電流抽取單元;輸出驅動單元通過連線Vout、電源線VCC、連線QC與電流抽取單元連接，連線QC與輸出驅動部分的功率管基極直接相連，提供功率管的開關信號，電流抽取單元通過連線QC直接影響輸出驅動單元的功率管的基極電流;輸出驅動單元通過連線Vout、連線QC、電源線VCC與功率管前級驅動單元連接，功率管前級驅動單元通過連線QC直接驅動輸出驅動單元的功率管基極，保證輸出驅動管的足夠驅動能力；功率管前級驅動單元通過連線QD、連線QC、電源線VCC、連線Vout與電流抽取單元連接，兩個模塊之間的連線QC與QD成反向關系，有效提高開關狀態下輸出功率管的開關速度;穩定供電單元通過連線QB和QC與功率管前級驅動單元串聯后連接電源線VCC，功率管前級驅動單元中QP3的集電極為穩定供電單元中QP4的發射極，穩定供電單元通過負反饋，提供穩定輸出，通過連線QB提供給功率管前級驅動單元;穩定供電單元通過連線QA、連線QC、內部地線GND與電流抽取單元連接，兩個模塊中間的連線QA為開關電源輸出驅動電路的主要信號傳輸點。
[0025]如圖3所示輸出驅動單元電路圖，由圖可知，輸出驅動單元由NPN型晶體管QN17、NPN型晶體管QNl 8、電阻R6、電阻R7和電阻R8組成，電阻R6為功率管基射間偏置電阻，R7為功率管鎮流電阻，R8為電流檢測電阻:晶體管QNl7的發射極和晶體管Ql8的發射極相連通過串聯電阻R7作為輸出驅動端Vout，電阻R7為輸出功率管的鎮流電阻，避免輸出功率管的電流不均導致的熱擊穿問題，版圖設計中可以利用輸出功率管發射極的注入層來實現；晶體管QN17的基極和晶體管QN18的基極相連接作為輸出功率管QN18的驅動輸入端QB，其中QN18為功率輸出驅動管，面積比較大，QN17為輸出功率管的鏡像管，負責檢測輸出功率管的瞬時電流大小，面積與QN18成一定比例，面積小；電阻R6跨接在晶體管QN17、晶體管QN18的基極和發射極之間，提供一條輸出功率管的基極電荷的泄放支路；晶體管QN17的集電極通過電阻R8與芯片電源端VCC相連，晶體管QN18的集電極與芯片的電源端VCC直接相連；晶體管QN17的集電極作為檢測電流的輸出端Isensor，作為電流檢測信號端。
[0026]如圖4所示為功率管前級驅動單元電路圖，由圖可知，功