用于栅极驱动电压调节的装置、方法及控制器制造方法及图纸

本公开提供了一种装置、方法和控制器，方法包括：在包含背对背连接的两个晶体管的负载开关的第一工作模式中，将背对背连接的两个晶体管的第一栅源电压和第二栅源电压中的至少一个栅源电压从栅极驱动电压的正常电位降低到栅极驱动电压的降低电位，并且在负载开关的第二工作模式中，将背对背连接的两个晶体管的第一栅源电压和第二栅源电压中的所述至少一个栅源电压从栅极驱动电压的降低电位升高到栅极驱动电压的正常电位。栅极驱动电压的正常电位。栅极驱动电压的正常电位。

【技术实现步骤摘要】
用于栅极驱动电压调节的装置、方法及控制器


[0001]本专利技术涉及一种栅极驱动电压调节装置和控制方法，以及在特定的实施例中，涉及一种用于在电池供电的电子装置中降低功耗的栅极驱动电压调节装置、方法以及控制器。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的发展，金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)在集成电路中得到了广泛的应用。MOSFET是由电压控制的器件。在控制电压施加到MOSFET的栅极且控制电压大于MOSFET的阈值电压的情况下，MOSFET的漏极和源极之间会建立起导电沟道。在导电沟道建立后，电流会在MOSFET的漏极和源极之间流动。另一方面，在施加到MOSFET的栅极的控制电压小于MOSFET的阈值电压的情况下，MOSFET会相应地关断。
[0003]MOSFET可以包括N沟道型MOSFET和P沟道型MOSFET两大类。根据结构的不同，MOSFET又可分为平面型(Planar)MOSFET、侧向双扩散金属氧化物半导体(Lateral Double
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diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS)器件和垂直双扩散(vertical double
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diffused)MOSFET三个子类。
[0004]在电池供电的电子器件中，负载开关被设置于电源和负载之间。负载开关被配置为将负载连接到电源或将负载从电源断开。负载开关可由外部信号控制。在工作过程中，当负载开关被关断时，负载开关能够在两个方向上阻止电流流动。另一方面，当负载开关被导通时，导电通路会建立在负载和电源之间。电流经由导电通路从电源流向负载。负载开关可被作为具有背对背(back
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to
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back)连接的两个晶体管的隔离开关。背对背连接的晶体管能够实现双向电流阻断。在一些应用中，负载开关的一端连接至电源(例如，电池)的正极，负载开关的另一端连接到系统负载。由于负载开关的两端都不接地，因此负载开关也被称为高压侧保护装置。
[0005]为了防止电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)和/或静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)干扰负载开关工作，负载开关包括双向瞬态电压抑制(Transient Voltage Suppression,TVS)二极管。具体地，第一双向TVS二极管设置在背对背连接的两个晶体管中的第一晶体管的栅极和源极之间。第二双向TVS二极管设置在背对背连接的两个晶体管中的第二晶体管的栅极和源极之间。此外，第一电阻(例如，10MΩ的电阻)与第一双向TVS二极管并联设置。第二电阻(例如，10MΩ的电阻)与第二双向TVS二极管并联设置。
[0006]在负载开关被施加很大的栅源电压(gate
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to
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source voltage)后，双向TVS二极管可能会导致漏电流的产生。在休眠模式或关机模式下，漏电流会导致明显的功率损耗，从而降低电池寿命。希望提供一种简单的装置和方法来减小负载开关的漏电流，从而延长电池寿命。本公开解决了这一需求。

技术实现思路

[0007]本公开提供了一种用于在电池供电的电子器件中降低功耗的栅极驱动电压调节装置、方法和控制器，在本公开的一些优选实施例中，上述问题和其他问题通常可以被解决或规避，并且可实现技术优势。
[0008]根据一个实施例，一种装置，包括：第一驱动器，配置为驱动第一开关；第二驱动器，配置为驱动第二开关，其中，第一开关与第二开关串联连接；串联连接在电源和第一驱动器之间的第一电压调节器和第一电荷泵，其中，第一电压调节器和第一电荷泵被配置以使得在第一开关处于导通状态期间，第一开关的栅源电压(栅极至源极的电压)从栅极驱动电压的正常电位降低至与第一开关的导通阈值电压一致(即，近似等于第一开关的导通阈值电压)；以及串联连接在电源和第二驱动器之间的第二电压调节器和第二电荷泵，其中，第二电压调节器和第二电荷泵被配置以使得在第二开关处于导通状态期间，第二开关的栅源电压从栅极驱动电压的正常电位降低至与第二开关的导通阈值电压一致(即，近似等于第二开关的导通阈值电压)。
[0009]根据另一实施例，一种方法，包括：在包含背对背连接的两个晶体管的负载开关的第一工作模式中，将背对背连接的两个晶体管的第一栅源电压和第二栅源电压中的至少一个栅源电压从栅极驱动电压的正常电位降至栅极驱动电压的降低电位，并且在负载开关的第二工作模式中，将背对背连接的两个晶体管的第一栅源电压和第二栅源电压中的所述至少一个栅源电压从栅极驱动电位所述降低电位增加到所述正常电位。
[0010]根据又一实施例，一种控制器，包括：第一驱动器，被配置为驱动负载开关的第一开关；第二驱动器，被配置为驱动负载开关的第二开关，其中，第一开关与所述第二开关串联连接；串联连接在电源和第一驱动器之间的第一电压调节器和第一电荷泵；串联连接在电源和第二驱动器之间的第二电压调节器和第二电荷泵，其中，第一电压调节器，第一电荷泵，第二电压调节器和第二电荷泵被配置以使得在第一开关处于导通状态期间，第一开关的栅源电压从栅极驱动电压的正常电位降低到与第一开关的导通阈值电压一致的栅极驱动电压(近似等于第一开关的导通阈值电压)，并且在第二开关处于导通状态期间，第二开关的栅源电压从栅极驱动电压的正常电位降低到与第二开关的导通阈值电压一致的栅极驱动电位(近似等于第二开关的导通阈值电压)。
[0011]以上描述宽泛地概括了本公开的特征和技术优点，使得下面对本公开的详细描述可以被更好地理解。下面会对本公开的附加特征和优点进行描述，这些附加特征和优点构成了本公开的权利要求保护的主题。本领域技术人员应当理解，基于本公开的构思和具体实施例，对那些与本公开具有相同目的的其它结构或工艺进行修改或设计是容易实现的。本领域技术人员还应认识到，这些等效结构未偏离如所附权利要求中所阐述的本公开的精神和范围。
附图说明
[0012]为了更完整地理解本公开及其优点，现将结合附图提供以下描述以供参考，其中：
[0013]图1示出了根据本公开的各种实施例的负载开关的栅极驱动电压调节电路的示意性框图；
[0014]图2示出了根据本公开的各种实施例的如图1所示的栅极驱动电压调节电路的另
一示意性框图；
[0015]图3示出了根据本公开的各种实施例的如图1所示的栅极驱动电压调节电路的一种实现结构示意图；
[0016]图4示出了根据本公开的各种实施例的如图1中所示的电荷泵的示意图；
[0017]图5示出了根据本公开的各种实施例的栅极驱动电压调节电路的另一种实现结构示意图；
[0018]图6示出了根据本公开的各种实施例的如图1所示的栅极驱动电压调节电路的工作流程图；以及
[0019]图7示出了根据本公开的各种实施例的用于驱动如图1所示的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种装置，其中，包括：第一驱动器，被配置为驱动第一开关；第二驱动器，被配置为驱动第二开关，所述第一开关和所述第二开关串联连接；串联连接在电源和所述第一驱动器之间的第一电压调节器和第一电荷泵，所述第一电压调节器和所述第一电荷泵被配置以使得在所述第一开关处于导通状态期间，所述第一开关的栅源电压从栅极驱动电压的正常电位降到与所述第一开关导通阈值电压一致的栅极驱动电位；以及串联连接在所述电源和所述第二驱动器之间的第二电压调节器和第二电荷泵，其中，所述第二电压调节器和所述第二电荷泵被配置以使得在所述第二开关处于导通状态期间，所述第二开关的栅源电压从栅极驱动电压的正常电位降低到与所述第二开关导通阈值电压一致的栅极驱动电位。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一开关是第一N型MOSFET，所述第二开关是第二N型MOSFET，且所述第一开关和所述第二开关形成的负载开关被配置为耦合于电池和负载之间。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一开关的漏极连接到所述第二开关的漏极；所述第一开关的源极被配置为耦合到负载；所述第二开关的源极被配置为耦合到电池。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一电荷泵被暂时禁用，以减小流经所述第一驱动器的平均电流；且当所述第一开关的栅源电压降至低于第一预定阈值电压时，所述第一电荷泵被启用。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二电荷泵被暂时禁用，以减小流经所述第二驱动器的平均电流；且当所述第二开关的栅源电压降至低于第二预定阈值电压时，第二电荷泵被启用。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一电荷泵的功率转换比为1：3；和所述第二电荷泵的功率转换比为1：3。7.根据权利要求1所述的装置，其中，第一TVS二极管连接在所述第一开关的栅极和源极之间；第一电阻与所述第一TVS二极管并联；第二TVS二极管连接在所述第二开关的栅极和源极之间；以及第二电阻与所述第二TVS二极管并联。8.一种方法，其中，包括：在包含背对背连接的两个晶体管的负载开关的第一工作模式中，将所述背对背连接的两个晶体管的第一栅源电压和第二栅源电压中的至少一个栅源电压从栅极驱动电压的正常电位降低到栅极驱动电压的降低电位；以及在所述负载开关的第二工作模式中，将所述背对背连接的两个晶体管的第一栅源电压和第二栅源电压中的所述至少一个栅源电压从栅极驱动电压的所述降低电位增加到栅极驱动电压的所述正常电位。9.根据权利要求8所述的方法，其中，还包括：对所述负载开关的多个工作参数进行检测；以及基于所述多个工作参数确定所述负载开关是否进入所述第一工作模式。10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述负载开关包括串联连接的第一开关和第二开关，并且，所述第一开关的漏极连接到所述第二开关的漏极，所述第一开关的源极被配置为耦合到负载，所述第二开关的源极被配置为耦合到电池。11.根据权利要求10所述的方法，其中，还包括：将第一电压调节器、第一电荷泵和第一驱动器耦合于电源和所述第一开关的栅极之
间；以及将第二电压调节器、第二电荷泵和第二驱动器耦合于所述电源和所述第二开关的栅极之间。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一电荷泵和所述第二电荷泵的功率转换比为1：3。13.根据权利要求11所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥利维尔，
申请(专利权)人：伏达半导体合肥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：