一种基于开关瞬态特性优化的栅极驱动电路的制作方法

技术特征：
1.一种基于开关瞬态特性优化的栅极驱动电路，其特征在于：包括关断特性优化电路、导通特性优化电路、基准电路、欠压保护电路、上电复位电路、输入级施密特电路smt1、比较器电路com1、与门电路and1和and2、反相器电路inv1、nmos管mn1和mn2；输入信号v
in
连接输入级施密特电路smt1的输入端，输入级施密特电路smt1的输出v
in1
连接到与门电路and1的一个输入端，上电复位电路的输出信号v
por
和欠压保护电路的输出信号v
uvlo
分别连接到与门电路and1的其它两个输入端，反相器电路inv1的输入端和关断特性优化电路的一个输入端互连并和与门电路and1的输出信号v
l1
连接；反相器电路inv1的输出端v
h1
连接到与门and2的一个输入端以及导通特性优化电路的一个输入端，基准电路的输出v
ref1
连接到导通特性优化电路的另一个输入端；导通特性优化电路的一个输出信号v
n2
连接到nmos管mn2的栅极，导通特性优化电路的另一个输出端v
ref2
连接到比较器电路com1的负向输入端，nmos管mn2的源端和mn1的漏端连接到一起，作为驱动电路的输出信号v
out
，用于驱动外部功率器件；mn2的漏端连接到vcc，mn1的源端连接到gnd，驱动信号v
out
连接到比较器电路com1的正向输入端，比较器电路com1的输出信号v
ct
连接到与门电路and2的另一个输入端，与门电路and2的输出信号v
hx
连接到关断特性优化电路的另一个输入端，关断特性优化电路的输出信号v
n1
连接到nmos管mn1的栅极。2.根据权利要求1所述的基于开关瞬态特性优化的栅极驱动电路，其特征在于：所述的关断特性优化电路包括：线性稳压电路ldo、选通电路mux1、或门电路or1、反相器inv2、pmos管mp1～mp5、nmos管mn3～mn7、电阻r1和r2；pmos管mp1～mp4、nmos管mn4～mn6和电阻r1构成偏置电路；下管驱动信号v
l1
连接到nmos管mn7的栅极和或门电路or1的一个输入端，脉冲信号v
hx
连接到或门电路or1的另一个输入端、反相器inv2的输入端、选通电路mux1的控制信号；反相器inv2的输出端连接nmos管mn3的栅极，线性稳压电路ldo的输出信号v
ldo
和gnd信号分别连接到选通电路mux1的两个输入端；选通电路mux1的输出信号v
tn
连接到nmos管mn4的栅极；nmos管mn4的源级和mn3的漏级连接到电阻r1的一端，电阻r1的另一端、nmos管mn3、mn5和mn7的源级连接到gnd；pmos管mp1、mp3和mp5的源级连接到vcc，pmos管mp1的栅极和漏级、pmos管mp3的栅极和mp2的源极连接到一起；mp2的栅极和漏级、mp4的栅极连接到nmos管mn4的漏级；pmos管mp3的漏级连接到pmos管mp4的源极；pmos管mp4的漏级和nmos管mn5的漏级连接到nmos管mn6的漏极；或门电路or1的输出信号v
lt
连接到nmos管mn6的栅极和pmos管mp5的栅极；nmos管mn6的源极、mn5的栅极和pmos管mp5的漏级连接到电阻r2的一端，电阻r2的另一端连接到nmos管mn7的漏级，作为关断特性优化电路的输出信号v
n1
。3.根据权利要求2所述的基于开关瞬态特性优化的栅极驱动电路，其特征在于：所述的关断特性优化电路中：当v
l1
变为低电平时，驱动电路开始关断，首先通过窄脉冲信号控制mux1电路和偏置电路，使得v
n1
输出一个低压窄脉冲驱动信号，用于驱动nmos管mn1的导通，以一个较低的电流驱动外部功率器件进行关断，该低压脉冲幅值大小记为v
lv1
，v
lv1
高于mn1的阈值电压，小于vcc电压，窄脉冲信号之后，v
lt
变为低电平，此时偏置电路被关断输出，v
n1
电压被pmos管mp5抬高到vcc电压，以一个较高的电流驱动外部功率器件进行快速关断。4.根据权利要求3所述的基于开关瞬态特性优化的栅极驱动电路，其特征在于：所述的关断特性优化电路中：v
lv1
的大小可以通过改变电阻r1的大小来调整，进而调整v
hx
脉冲宽度内关断电流的大小；该电阻可以做在片外进行调整，适应不同的功率器件，也可以做在片上驱动特定功率器件。
5.根据权利要求2所述的基于开关瞬态特性优化的栅极驱动电路，其特征在于：所述的关断特性优化电路中：v
l1
是下管mn2的驱动信号，v
hx
是输出v
out
关断后高于v
ref2
的窄脉冲信号，v
lt
驱动信号是在v
l1
脉冲宽度基础上增加一个v
hx
窄脉冲宽度；该关断特性优化电路利用v
hx
窄脉冲宽实现分段控制外部功率器件的关断驱动电流，进而降低关断时刻的过冲电压和emi。6.根据权利要求1所述的基于开关瞬态特性优化的栅极驱动电路，其特征在于：所述的导通特性优化电路包括：运放op1、pmos管mp6～mp15、nmos管mn8～mn14、电阻r3、r4、r5和电容c1；pmos管mp6～mp9和nmos管mn8、电阻r3和r4构成偏置电路1，pmos管mp10～mp13和nmos管mn10～mn13构成偏置电路2，pmos管mp6的源极、mp8的源极、mp10的源极、mp12的源极和mp14的源极连接到vcc；电阻r3的一端和电阻r4的一端、nmos管mn9的源极、mn11的源极、mn12的源极、mn14的源极、电容c1的一端连接到gnd；参考电压v
ref1
连接到运放op1的正向输入端，nmos管mn8的源极和电阻r3的另一端连接到运放op1的负向输入端，pmos管mp6的栅极和漏级与mp7的源极、mp8的栅极和mp10的栅极连接在一起；pmos管mp7的栅极和漏级与mp9的栅极、mp11的栅极、nmos管mn8的漏级连接在一起，pmos管mp8的漏级连接mp9的源极，pmos管mp9的漏级和电阻r4的另一端v
ref2
连接在一起，作为导通特性优化电路的一个输出信号；pmos管mp10的漏级连接mp11的源级，pmos管mp11的漏级与nmos管mn10的漏级和栅极、mn13的栅极、mn9的漏级连接，nmos管mn10的源极、mn11的漏级、mn11的栅极与mn12的栅极连接，nmos管mn12的漏级连接mn13的源极，nmos管mn13的漏级与pmos管mp13的栅极和漏级、mp15的栅极连接，pmos管mp13的源极与mp12的栅极和漏级、mp14的栅极连接，pmos管mp14的漏级连接mp15的源极，pmos管mp15的漏级与电阻r5的一端、nmos管mn14的漏级连接在一起，作为导通特性优化电路的输出驱动信号v
n2
，电阻r5的另一端连接电容c1的另一端，上管驱动信号v
h1
连接到nmos管mn9和mn14的栅极。7.根据权利要求6所述的基于开关瞬态特性优化的栅极驱动电路，其特征在于：所述的导通特性优化电路中：v
ref1
是芯片内部的基准电压，v
h1
是芯片内部的上管mn2的驱动信号，它是由输入信号v
in
进行逻辑反的信号，基准电压v
ref1
和电阻r3设定了初始的偏置电流，通过偏置电路1和偏置电路2对电流按照一定比列放大，进而调整输出信号v
n2
的电流驱动能力，v
h1
控制偏置电路2的开启和关断，进而控制上管nmos管mn2的导通和关断，当v
h1
为高时，关断偏置电路2，导通特性优化电路的输出v
n2
信号为低，上管nmos管mn2关断。8.根据权利要求6所述的基于开关瞬态特性优化的栅极驱动电路，其特征在于：所述的导通特性优化电路中：通过改变电阻r3的大小调整内部上管mn2的驱动电流；通过改变电阻r4的大小调整基准电压v
ref2
的大小，进而调整用于关断控制信号v
hx
的窄脉冲宽度；通过改变电阻r5和c1的大小调整内部上管mn2的导通速度，进而调整外部功率器件的开启速度，该电阻r3、r4、r5和电容c1可以做在片外进行调整，适应不同的功率器件，也可以做在片上驱动特定功率器件。9.根据权利要求1所述的基于开关瞬态特性优化的栅极驱动电路，其特征在于：该驱动电路内部的输出级上管和下管均为nmos管，下管mn1的栅极驱动信号由关断特性优化电路提供，上管mn2的栅极驱动信号由导通特性优化电路提供。

技术总结
一种基于开关瞬态特性优化的可调栅极驱动电路，包括关断特性优化电路、导通特性优化电路、基准电路、欠压保护电路、上电复位电路、输入级施密特电路SMT1、比较器电路COM1、与门电路AND1和AND2、反相器电路INV1、NMOS管MN1和MN2；本发明对外部功率器件的导通和关断过程分开优化并且实现可调，关断时通过控制内部输出级低侧NMOS管的驱动电压，进而实现分段电流控制外部功率管的关断；导通时通过控制输出级高侧NMOS管的栅极驱动电流以及栅极电容充放电速度进而调整外部功率管的导通。本发明能够在降低电流和电压尖峰的同时，改善电磁干扰特性，优化开关特性，进而保护了应用系统的安全。进而保护了应用系统的安全。进而保护了应用系统的安全。


技术研发人员：席伟 王廷营 孙彬 张雨 刘忠超 陈大科 罗佳亮 杨静 祝靖 钱钦松 孙伟锋
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2021.06.24
技术公布日：2021/10/23