【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功率晶体管的驱动，更具体地，涉及一种功率晶体管的驱动电路、负载开关电路以及电源模块。
技术介绍
1、随着大功率电子设备的不断发展，对于在大电流条件下可靠地驱动电路的需求也逐渐增加，特别是在诸如电动汽车、电源管理系统等领域，对于高效、可靠的短路保护技术的需求日益迫切。
2、现有的各种大功率电子设备一般采用mosfet（metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管，或简称功率晶体管）来控制电流的传输。当利用mosfet作为电源与负载连接的开关时，通常希望mosfet具有尽可能小的导通电阻，以确保电路能够高效地工作。然而，在mosfet的导通电阻较小的情况下，一旦负载发生了短路，将导致功率晶体管中极大的电流流动，增加了对电路和设备的压力。
3、此外，在负载发生短路的时候如何断开mosfet也存在一个新的问题，如果断开的速度较慢，会导致大电流在相对较长时间内持续流动，增加了对mosfet和负载的压力，甚至有可能导致mosfet的损坏。但是如果断开的速度较快，又会由于电流变化率快以及电流路径上的寄生电感，在电路中产生反冲电压，对mosfet和负载产生不利影响。
4、因此，当前的mosfet开关技术在短路保护和断开过程中的控制方面存在一些挑战。在高功率应用和高频率操作下，需要一种新的解决方案，既能够确保高效的导通，又能够在短路情况下提供有效的保护，同时在断开连接时能够控制电流变化率，以减少反冲电压的产生。p>
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种功率晶体管的驱动电路、负载开关电路以及电源模块，该驱动电路不仅能够在功率晶体管过流的情况下提供有效的保护，同时在断开功率晶体管时能够控制电流变化率，以减少反冲电压的产生。
2、根据本专利技术的一方面，提供一种功率晶体管的驱动电路，所述功率晶体管连接于电压输入端和电压输出端之间，所述驱动电路包括：临界饱和驱动电压生成模块，用于产生临界饱和驱动电压；缓冲模块，用于基于所述临界饱和驱动电压输出施加到所述功率晶体管的控制端的驱动信号，使得所述功率晶体管处于临界饱和导通状态，其中，在所述临界饱和导通状态下，当所述功率晶体管的电流小于额定电流时，所述功率晶体管工作于饱和导通状态，当所述功率晶体管的电流大于所述额定电流时，所述功率晶体管由于所述驱动信号的限制而工作于限流状态；以及过流保护模块，用于检测所述功率晶体管的电流以判断所述功率晶体管是否出现过流，并在检测到所述功率晶体管出现过流时控制所述功率晶体管关断；其中，当所述电压输出端发生短路时，所述功率晶体管由于处于临界饱和导通状态而先进入限流状态，然后由所述过流保护模块将所述功率晶体管关断。
3、可选地，所述临界饱和驱动电压生成模块包括：第一晶体管，其第一端与所述电压输入端连接；状态控制模块，所述状态控制模块被配置为通过控制所述第一晶体管的第一端与第二端之间的电压为预设的电压值，同时控制所述第一晶体管的电流为预设的电流值，使得所述第一晶体管处于临界饱和导通状态；其中，所述第一晶体管的控制端上的电压为所述临界饱和驱动电压。
4、可选地，所述状态控制模块包括：恒流源，连接至所述第一晶体管的第二端；运算放大器，其正输入端与一参考电压源连接，其负输入端与所述第一晶体管和所述恒流源的公共连接节点连接，其输出端与所述第一晶体管的控制端连接，其中，所述运算放大器通过负反馈调节所述第一晶体管以得到所述临界饱和驱动电压。
5、可选地，所述过流保护模块包括：串联于所述电压输入端和地之间的第二晶体管和受控电流源，所述第二晶体管的控制端与所述驱动信号连接；采样电流获取单元，用于通过调节所述受控电流源中的电流，以使得所述第二晶体管的第二端电压与所述功率晶体管的第二端电压相等，并根据此时所述受控电流源的电流得到采样电流，所述采样电流与所述功率晶体管中的电流具有第二电流比例；电压比较单元，用于获得所述电压输入端的输入电压与所述电压输出端的输出电压之间的电压差；以及下拉控制单元，其输入端与所述采样电流获取单元和所述电压比较单元的输出连接，其输出与所述功率晶体管的控制端连接，用于基于所述采样电流获取单元和所述电压比较单元决定是否将所述功率晶体管的控制端拉低到地。
6、可选地，所述功率晶体管包括并联于所述电压输入端和所述电压输出端之间的多个第三晶体管，所述多个第三晶体管的控制端与所述驱动信号连接，所述第一晶体管和所述第二晶体管与所述第三晶体管具有相同的晶体管尺寸。
7、可选地，所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述功率晶体管被形成在同一半导体管芯上。
8、可选地，所述驱动电路还包括：连接于所述功率晶体管的控制端和第二端之间的耦合电容器。
9、可选地，所述缓冲模块包括驱动器，所述驱动器的输入端用于接收一开关控制信号，所述驱动器的高电位侧或低电位侧的电压偏置端用于接收所述临界饱和驱动电压，所述驱动器的输出端用于输出所述驱动信号。
10、可选地，所述缓冲模块包括隔离电阻器，所述隔离电阻器的第一端与所述临界饱和驱动电压连接，所述隔离电阻器的第二端用于输出所述驱动信号。
11、根据本专利技术的另一方面，提供一种负载开关电路，包括上述的功率晶体管及驱动该功率晶体管的驱动电路。
12、根据本专利技术的另一方面，提供一种电源模块，包括上述的功率晶体管及驱动该功率晶体管的驱动电路。
13、可选地，所述电源模块包括开关电源变换器或者低压差线性稳压器。
14、综上所述，本专利技术提供了一种功率晶体管的驱动电路，该驱动电路包括临界饱和驱动电压生成模块和过流保护模块，其中临界饱和驱动电压生成模块从所述功率晶体管中的多个晶体管分支中抽取部分晶体管分支，并利用负反馈调节的方式让这部分晶体管分支表现为恒流源，则驱动这部分晶体管分支的电压即为临界饱和驱动电压，然后采用该临界饱和驱动电压来使得功率晶体管中的多个晶体管分支处于临界饱和导通的状态下。如果功率晶体管中的电流小于额定电流，则功率晶体管处于饱和导通状态，导通电阻小，损耗低，可以提供很强的电流传输能力，一旦因为短路而使得功率晶体管中的电流大于其额定电流，由于mosfet结构是跨导器件的本征特性，功率晶体管自然进入限流状态，接着通过过流保护模块进行保护性断开动作时不会出现过大的开关应力。所以本专利技术的驱动电路不仅能够在短路情况下提供有效的保护，同时在断开连接时能够控制电流变化率，以减少反冲电压的产生。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种功率晶体管的驱动电路，所述功率晶体管连接于电压输入端和电压输出端之间，所述驱动电路包括：
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述临界饱和驱动电压生成模块包括：
3.根据权利要求2所述的驱动电路，其中，所述状态控制模块包括：
4.根据权利要求2所述的驱动电路，其中，所述过流保护模块包括：
5.根据权利要求4所述的驱动电路，其中，所述功率晶体管包括并联于所述电压输入端和所述电压输出端之间的多个第三晶体管，所述多个第三晶体管的控制端与所述驱动信号连接，
6.根据权利要求4所述的驱动电路，其中，所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述功率晶体管被形成在同一半导体管芯上。
7.根据权利要求1所述的驱动电路，还包括：连接于所述功率晶体管的控制端和第二端之间的耦合电容器。
8.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述缓冲模块包括驱动器，所述驱动器的输入端用于接收一开关控制信号，所述驱动器的高电位侧或低电位侧的电压偏置端用于接收所述临界饱和驱动电压，所述驱动器的输出端用于输出所述驱动信号。
10.一种负载开关电路，包括权利要求1-9任一项所述的功率晶体管及驱动该功率晶体管的驱动电路。
11.一种电源模块，包括权利要求1-8任一项所述的功率晶体管及驱动该功率晶体管的驱动电路。
12.根据权利要求11所述的电源模块，其中，所述电源模块包括开关电源变换器或者低压差线性稳压器。
...【技术特征摘要】
1.一种功率晶体管的驱动电路，所述功率晶体管连接于电压输入端和电压输出端之间，所述驱动电路包括：
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述临界饱和驱动电压生成模块包括：
3.根据权利要求2所述的驱动电路，其中，所述状态控制模块包括：
4.根据权利要求2所述的驱动电路，其中，所述过流保护模块包括：
5.根据权利要求4所述的驱动电路，其中，所述功率晶体管包括并联于所述电压输入端和所述电压输出端之间的多个第三晶体管，所述多个第三晶体管的控制端与所述驱动信号连接，
6.根据权利要求4所述的驱动电路，其中，所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述功率晶体管被形成在同一半导体管芯上。
7.根据权利要求1所述的驱动电路，还包括：连接于所述功率晶体管的控制端和第二端之间的耦合...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭磊，于亚冰，
申请(专利权)人：圣邦微电子北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。