一种功率开关管的分段驱动及检测控制电路和方法与流程

1.本发明涉及开关电源技术领域，具体为一种功率开关管的分段驱动及检测控制电路和方法。


背景技术：

2.在开关电源电路中，由于功率开关管的硬开启和硬关断而引起的emi和电应力问题，极大地影响着开关电源电路的性能和可靠性。
3.传统的开关电源驱动控制电路如图2所示，pwm控制信号通过ug_driver和lg_driver模块转换成具有较强驱动能力的功率开关控制信号ug和lg，ug和lg之间插入一死区时间控制模块dead time control，以防止m1和m2同时导通，产生shoot through电流。在传统的开关电源驱动控制电路中，驱动控制信号ug和lg的上升沿和下降沿为一固定速率，通常被设计得比较陡峭，以降低功率开关管的开关损耗，提升转换效率，同时也保证了死区时间的可靠性；
4.但由此带来了严重的emi干扰和电应力问题(功率开关管耐压，但由此带来了严重的emi干扰和电应力问题(功率开关管耐压，其中l是功率开关管的封装寄生电感，是功率开关管开启或关断时的电流变化速率)，在一些情况中，甚至会导致功率开关管被击穿损毁。若要减小emi和开关电应力的影响，则需要控制减小即减小ug和lg的上升沿和下降沿的斜率，但这通常又导致开关损耗的急剧增加，并且使得插入的较小的死区时间不再可靠(被缓慢的ug/lg的上升沿和下降沿淹没)，在一些高频应用中，甚至限制了功率开关管的开关频率。因此需要一种功率开关管的分段驱动及检测控制电路来有效地降低功率开关管硬开启和硬关断引起的emi和电应力问题，同时实现对功率开关管的快速开关控制等。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种功率开关管的分段驱动及检测控制电路和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种功率开关管的分段驱动及检测控制电路，包括一个续流开关管电流检测电路、一个采样保持电路、一个主开关管电流检测电路和一个主开关管阈值电压检测电路，以及一个主开关管分段驱动控制电路；其中，续流开关管电流检测电路用于检测续流开关管的导通电流；采样保持电路用于采样并保持续流开关管关断时的电流值；主开关管电流检测电路用于检测主开关管的导通电流；主开关管阈值电压检测电路用于检测主开关管的阈值电压；分段驱动控制电路用于根据上述检测电路的检测检测结果，分段以不同的速率驱动主开关功率管开启或关断。
7.优选的，采样保持电路用于采样并保持续流开关管关断时的电流值，该电流值用于指示主开关管的充分开启或关断。
sensing)，以及一个由ig1～ig4组成的分段驱动控制电路，其中电流源ig1和ig2直接受控于pwm控制信号，ig3和ig4同时还受控于开关检测电路。其中，同步续流开关管的电流检测电路用于检测同步续流开关管的导通电流；采样保持电路用于采样同步续流管关断时的电流值并保持；主开关管的电流检测电路用于检测主开关管的导通电流，并用之与同步续流管关断时的电流值做比较，以判断主开关管是否充分开启或关断；主开关管阈值电压检测电路用于检测主功率开关管的阈值电压，并用之与主开关管的gate驱动控制信号ug做比较，做为判断主功率开关管是否开启或关断的另一个依据；两个检测比较电路共同控制分段驱动控制电路的ig3和ig4,以决定是以较大的速率驱动主功率开关管(ig3和ig4接入)，还是以较小的速率驱动主功率开关管(ig3和ig4断开)。
22.上述控制电路工作过程如下：首先检测同步续流管关断时的电流值，将其采样并保持，该电流值用于指示主开关管是否充分开；当主开关管进入开启过程，首先以较小的速率控制主开关管缓慢开启，此时主开关管gate对应的驱动电流由ig1提供；
23.当检测到主开关管的导通电流达到并超过续流管关断时的电流值，并且ug驱动信号也超过了主开关管阈值时，分段驱动控制电路将ig3接入，让主开关管以较大的速率快速充分开启；
24.当主开关管进入关断过程，分段驱动控制电路首先以较大的速率控制主开关管关断，此时主开关管gate对应的驱动电流由ig2和ig4提供；
25.当检测到主开关管的导通电流低于续流管关断时的电流值，或者ug驱动信号电压低于主开关管阈值电压时，分段驱动控制电路将ig4断开，让主开关管以较小的速率(ig2)缓慢关闭；从而达到分段精确控制功率开关管的开启和关断速率。
26.值得注意的是：对于不同的开关电源拓扑结构，其基本原理一致，就是采样续流管(软开关管)的电流值，作为判断主开关管开启和关断的依据，并结合主开关管的阈值电压判定，最终达到精确分段驱动控制主开关管的目的。如在boost拓扑中，m2为主开关管，m1为续流管。
27.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征：
1.一种功率开关管的分段驱动及检测控制电路，其特征在于，包括一个续流开关管电流检测电路、一个采样保持电路、一个主开关管电流检测电路和一个主开关管阈值电压检测电路，以及一个主开关管分段驱动控制电路；其中，续流开关管电流检测电路用于检测续流开关管的导通电流；采样保持电路用于采样并保持续流开关管关断时的电流值；主开关管电流检测电路用于检测主开关管的导通电流；主开关管阈值电压检测电路用于检测主开关管的阈值电压；分段驱动控制电路用于根据上述检测电路的检测检测结果，分段以不同的速率驱动主开关功率管开启或关断。2.根据权利要求1所述的一种功率开关管的分段驱动及检测控制电路，其特征在于：所述采样保持电路用于采样并保持续流开关管关断时的电流值，该电流值用于指示主开关管的充分开启或关断。3.根据权利要求1所述的一种功率开关管的分段驱动及检测控制电路，其特征在于：所述主开关管阈值电压检测电路指示了主开关管开启或关断时的最小电压。4.根据权利要求1所述的一种功率开关管的分段驱动及检测控制电路，其特征在于：所述分段驱动控制电路，根据检测电路的检测结果来判断主开关管是否已开启或关断，当主开关管开启前，先以较小的速率驱动主开关管缓慢打开，当主开关管开启后，则切换以较大的速率驱动主开关管快速充分开启；当主开关管关断时，首先以较大的速率驱动主开关管快速关闭，当主开关管进入关断过程时，则切换以较小的速率驱动主开关管缓慢关闭。5.根据权利要求1-4任一所述的一种功率开关管的分段驱动及检测控制的方法，其特征在于：包括步骤：s1：首先检测续流开关管的电流并保持，作为主开关管是否充分开启或关断的判断依据，并结合主开关管的阈值电压，最终判定主开关管是否开启或关断；s2：当主开关管开启时，首先以较小的速率让主开关管缓慢开启，若检测到其导通电流超过所采样保持的续流开关管的电流值，并且主开关管的gate驱动控制信号也超过主开关管的阈值电压时，判断为主开关管已开启，切换为以较大的速率让主开关管快速充分开启；当主开关管关闭时，首先以较大的速率让主开关管快速关断，若检测到其导通电流低于所采样保持的续流开关管的电流值，或者主开关的驱动控制信号低于了主开关管的阈值电压时，判断为主开关管进入关闭过程，切换为以较小的速率让主开关管缓慢关断。6.根据权利要求5所述的一种功率开关管的分段驱动及检测控制的方法，其特征在于：所述续流开关管的电流值为续流开关管关断时对应的电流值，该电流值作为主开关管充分开启的判断依据。7.根据权利要求5所述的一种功率开关管的分段驱动及检测控制的方法，其特征在于：所述主开关管的阈值电压为主开关管开启或关断时的最小电压。

技术总结
本发明公开了一种功率开关管的分段驱动及检测控制电路和方法，所述控制电路包括一个续流开关管电流检测电路、一个采样保持电路、一个主开关管电流检测电路和一个主开关管阈值电压检测电路，以及一个主开关管分段驱动控制电路；其中，续流开关管电流检测电路用于检测续流开关管的导通电流；采样保持电路用于采样并保持续流开关管关断时的电流值；主开关管电流检测电路用于检测主开关管的导通电流；主开关管阈值电压检测电路用于检测主开关管的阈值电压；分段驱动控制电路用于根据上述检测电路的检测检测结果。本发明能有效地降低功率开关管硬开启和硬关断引起的EMI和电应力问题，同时实现对功率开关管的快速开关控制。同时实现对功率开关管的快速开关控制。同时实现对功率开关管的快速开关控制。


技术研发人员：许雁城 李玉月 王凯
受保护的技术使用者：上海京载微电子有限公司
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/10/11