用于开关电路的功率器件驱动方法、驱动电路及开关电路
阅读说明：本技术 用于开关电路的功率器件驱动方法、驱动电路及开关电路 (Power device driving method for switching circuit, driving circuit and switching circuit ) 是由 徐爱民 窦训金 周逊伟 于 2019-08-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于开关电路的功率器件驱动方法、驱动电路及开关电路,开关电路包括主开关管、同步整流管和感性元件,当开关信号表征同步整流管从导通到关断,主开关管从关断到导通时,利用MOS管的体效应,将同步整流管的驱动极电压下拉到低于所述同步整流管阈值电压,高于零电压,并开始计时,当检测到主开关管驱动极电压上升到第一电压或者计时达到第一时间,则将同步整流管的驱动极电压下拉到零电压。本发明可以减少同步整流管关断到主开关管管开启时同步整流管体二极管的导通,降低开关损耗,提高转换效率。(The invention discloses a power device driving method, a driving circuit and a switching circuit for the switching circuit, wherein the switching circuit comprises a main switching tube, a synchronous rectifier tube and an inductive element, when a switching signal represents that the synchronous rectifier tube is switched from on to off and the main switching tube is switched from off to on, the driving voltage of the synchronous rectifier tube is pulled to be lower than the threshold voltage of the synchronous rectifier tube and higher than zero voltage by using the body effect of an MOS (metal oxide semiconductor) tube, timing is started, and when the driving voltage of the main switching tube is detected to rise to the first voltage or the timing reaches the first time, the driving voltage of the synchronous rectifier tube is pulled to be zero voltage. The invention can reduce the conduction of the diode of the synchronous rectifier tube body when the synchronous rectifier tube is switched off and the main switch tube is switched on, reduce the switching loss and improve the conversion efficiency.)
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种用于开关电路的功率器件驱动方法、驱动电路及开关电路。
背景技术
在开关电源中，为了提高系统效率，用同步整流管替代续流二极管。但是当同步整流管关断，主开关管导通时，为了防止直通，需要加入死区时间。在死区时间内，主开关管还没有导通，而同步整流管已经关断，电流经过同步整流管的体二极管。当主开关管导通时，存在同步整流管的体二极管导通引起的反向恢复电流。该反向恢复电流引起较大的开关损耗。因此，如何改善和优化同步整流管关断，主开关管导通的开关过程，是开关电源中亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于开关电路的功率器件驱动方法、驱动电路及开关电路，用以解决现有技术中同步整流管关断到主开关管管开启时同步整流管的体二极管导通，从而降低系统效率的问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种用于开关电路的功率器件驱动方法，所述开关电路包括主开关管、同步整流管和感性元件，当开关信号表征同步整流管从导通到关断，主开关管从关断到导通时，利用MOS管的体效应，将同步整流管的驱动极电压下拉到低于所述同步整流管阈值电压，高于零电压，并开始计时，当检测到主开关管驱动极电压上升到第一电压或者计时达到第一时间，则将同步整流管的驱动极电压下拉到零电压。
作为可选，当开关信号表征同步整流管从导通到关断，主开关管从关断到导通时，将同步整流管的驱动极电压下拉到接近且低于所述同步整流管阈值电压。
本发明的又一技术解决方案是，提供一种用于开关电路的功率器件驱动电路，所述开关电路包括主开关管、同步整流管和感性元件，当开关信号表征同步整流管从导通到关断，主开关管从关断到导通时，利用MOS管的体效应，将同步整流管的驱动极电压下拉到低于同步整流管阈值电压，高于零电压，并且开始计时，当检测到主开关管驱动极电压上升到第一电压或者计时达到第一时间，则将同步整流管的驱动极电压下拉到零电压。
作为可选，当开关信号表征同步整流管从导通到关断，主开关管从关断到导通时，将同步整流管的驱动极电压下拉到接近且低于所述同步整流管阈值电压。
作为可选，所述功率器件驱动电路包括同步整流管驱动电路，所述同步整流管驱动电路包括第一开关管、第二开关管和驱动放大电路，第一开关管的栅极、源极和体相连，并且连接到同步整流管的驱动极，所述开关信号通过驱动放大电路连接到第二开关管的驱动极，第一开关管的漏极通过所述第二开关管连接到参考地，当开关信号表征同步整流管从导通到关断，主开关管从关断到导通时，通过所述第一开关管的体效应，将所述同步整流管的驱动极电压下拉到低于所述同步整流管阈值电压。
作为可选，所述第一开关管和所述同步整流管为同类型器件。
作为可选，所述同步整流驱动电路还包括延时电路和下拉电路，所述延时电路接收开关信号，所述下拉电路接收所述延时电路的输出电压，并根据所述下拉电路的输出电压对所述同步整流管的驱动极下拉；当开关信号表征同步整流管从导通到关断，主开关管从关断到导通时，所述延时电路延时所述第一时间，所述下拉电路对所述同步整流管的驱动极下拉。
作为可选，所述同步整流驱动电路还包括比较电路和下拉电路，所述比较电路接收主开关管驱动信号，所述下拉电路接收所述比较电路的输出电压，并且根据所述比较电路的输出电压对所述同步整流管的驱动极下拉；当所述比较电路检测到所述主开关管驱动电压高于第一驱动电压，所述下拉电路对所述同步整流管的驱动极下拉。
本发明的另一技术解决方案是，提供一种开关电路。
采用本发明的电路结构和方法，与现有技术相比，具有以下优点：减少同步整流管关断到主开关管管开启时同步整流管体二极管的导通，降低开关损耗，提高转换效率。
附图说明
图1为带同步整流管的BUCK降压电路的电路原理图；
图2为本发明开关信号PWM、主开关管驱动极电压TG和同步整流管驱动极电压BG的波形示意图；
图3为同步整流管为NMOS的BOOST升压电路的电路原理图；
图4为同步整流管为PMOS的BOOST升压电路的电路原理图；
图5为本发明一个实施例中，同步整流管驱动电路的电路示意图；
图6为本发明另一个实施例中，同步整流管驱动电路的电路示意图；
图7为本发明一个实施例中，BOOST电路中，同步整流管为NMOS的同步整流管驱动电路的电路示意图；
图8为本发明一个实施例中，BOOST电路中，同步整流管为PMOS的同步整流管驱动电路的电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明提供一种用于开关电路的功率器件驱动电路，开关电路包括主开关管、同步整流管和感性元件，当开关信号表征同步整流管从导通到关断，主开关管从关断到导通时，利用MOS管的体效应，将同步整流管的驱动极电压下拉到低于同步整流管阈值电压，高于零电压，并且开始计时，当检测到主开关管驱动极电压上升到第一电压或者计时达到第一时间，则将同步整流管的驱动极电压下拉到零电压。主开关管和同步整流管都是功率器件，但是本发明的功率器件驱动主要侧重于同步整流管的驱动。以BUCK降压电路为例，请参考图1所示，为带同步整流的BUCK电路，功率器件驱动电路接收控制电路产生的PWM信号，并产生主开关管驱动极电压TG和同步整流管驱动极电压BG。请参考图2所示，为BUCK电路中，开关信号PWM、主开关管驱动极电压TG和同步整流管驱动极电压BG的波形，在t01时刻，同步整流管的驱动极电压BG被下拉到V01，也就是低于同步整流管阈值电压，高于零电压，当检测到主开关管驱动极电压TG上升到第一电压，在t02时刻则将同步整流管的驱动极电压下拉到零电压。另一种实施方式是，在t01时刻，同步整流管的驱动极电压下拉到V01，并且开始计时，在t02时刻，当计时达到第一时间，则将同步整流管的驱动极电压下拉到零电压。MOS管的体效应为体电压对沟道的影响，通过增加源体的偏置电压(SOURCE TO BODYREVERSE-BIAS)，从而增加阈值电压。
在一个实施例中，当开关信号表征同步整流管从导通到关断，主开关管从关断到导通时，将同步整流管的驱动极电压下拉到接近且低于所述同步整流管阈值电压。
本发明不限于BUCK降压电路，可以用于任何带同步整流的开关电路，例如，也可以用于BOOST电路，参考图3所示，为同步整流管M03为NMOS的BOOST电路；请参考图4所示，为同步整流管M03为PMOS的BOOST电路。
请参考图5所示，以BUCK降压电路为例，所述功率器件驱动电路包括同步整流管驱动电路100，所述同步整流管驱动电路100包括第一开关管M120、第二开关管M130和驱动放大电路110，第一开关管为NMOS，第一开关管的栅极、源极和体(BODY)相连，并且连接到同步整流管的驱动极BG，所述开关信号通过驱动放大电路连接到第二开关管的驱动极，第一开关管的漏极通过所述第二开关管连接到参考地，当开关信号表征同步整流管从导通到关断，主开关管从关断到导通时，通过所述第一开关管M120的体效应，将所述同步整流管的驱动极电压下拉到低于所述同步整流管阈值电压。由于M120上的电压为栅极和漏极之间的电压，体电压比漏极高，开关管阈值电压降低。因为在开关管中，很多场合下，漏极和源极是等同的，因此类似于体效应，即体电压比源极电压低，开关管阈值升高；体电压比源极电压高，开关管阈值降低。
在一个实施例中，请继续参考图5所示，所述同步整流驱动电路还包括不重叠逻辑电路140和上拉电路，在图5中，上拉电路用PMOS M110实现。开关信号PWM通过不重叠逻辑电路140分别产生不重叠的M110和M130的驱动信号，使得M110和M130不会同时导通，防止直通。上拉电路M110通过上拉BG使得同步整流管导通，当同步整流管关断时，M110关断。
在一个实施例中，所述第一开关管M120和所述同步整流管M01为同类型器件。使得第一开关管M120的开通阈值和同步整流管M01的开通阈值接近，从而通过改变第一开关管M120的体(BODY)电压，来调节第一开关管的开通阈值。
在一个实施例中，请继续参考图5所示，同步整流驱动电路100还包括延时电路120和下拉电路130，所述延时电路120接收开关信号PWM，所述下拉电路130接收所述延时电路120的输出电压，并根据所述下拉电路130的输出电压对所述同步整流管的驱动极BG下拉；当开关信号表征同步整流管从导通到关断，主开关管从关断到导通时，所述延时电路120延时所述第一时间，所述下拉电路130对所述同步整流管的驱动极BG下拉。
在另一个实施例中，请参考图6所示，所述同步整流驱动电路还包括比较电路160和下拉电路130，所述比较电路160接收主开关管驱动信号TG，所述下拉电路130接收所述比较电路160的输出电压，并且根据所述比较电路160的输出电压对所述同步整流管的驱动极BG下拉；当所述比较电路检测到所述主开关管驱动电压高于第一驱动电压，所述下拉电路130对所述同步整流管的驱动极BG下拉。
请参考图7所示，为图3的BOOST升压电路的同步整流管驱动电路200的一种实施方式。和图5、图6的不同之处在于，同步整流驱动电路的供电在BST电压和SW电压之间，而不是在VD和参考地之间。BST和SW是通过电容维持相对稳定的电压，然后在下管开启时通过VD给该电容补电，使得BST电压到SW电压之间为相对稳定的供电电压。
请参考图8所示，为图4的BOOST升压电路的同步整流管驱动电路200的一种实施方式。功率器件驱动电路包括同步整流管驱动电路200，所述同步整流管驱动电路200包括开关管M220、开关管M210和驱动放大电路210，开关管M220为PMOS，M220的栅极、源极和体(BODY)相连，并连接到同步整流管的驱动极BG，所述开关信号通过驱动放大电路210连接到M210的驱动极，M220的漏极通过M210连接到电源端VD，当开关信号表征同步整流管从导通到关断，主开关管从关断到导通时，通过所述开关管M220的体效应，将所述同步整流管的驱动极电压上拉到到高于所述同步整流管阈值电压。由于M220为PMOS，通过将阈值电压上拉到高于同步整流管的阈值电压，使得同步整流管不导通。
在一个实施例中，请继续参考图8所示，所述同步整流驱动电路还包括不重叠逻辑电路240和下拉电路，在图8中，下拉电路用NMOS M230实现。开关信号PWM通过不重叠逻辑电路240分别产生不重叠的M210和M230的驱动信号，使得M210和M230不会同时导通，防止直通。下拉电路M230通过下拉BG使得同步整流管导通，当同步整流管关断时，M230关断。
本发明提供一种开关电路驱动方法，所述开关电路包括主开关管、同步整流管和感性元件，当开关信号表征同步整流管从导通到关断，主开关管从关断到导通时，利用MOS管的体效应，将同步整流管的驱动极电压下拉到低于所述同步整流管阈值电压，高于零电压，并开始计时，当检测到主开关管驱动极电压上升到第一电压或者计时达到第一时间，则将同步整流管的驱动极电压下拉到零电压。
在一个实施例中，当开关信号表征同步整流管从导通到关断，主开关管从关断到导通时，将同步整流管的驱动极电压下拉到接近且低于所述同步整流管阈值电压。
虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。