本發(fā)明涉及一種柵極驅(qū)動(dòng)電路，具體是一種具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路。

背景技術(shù)：

1、dc-dc轉(zhuǎn)換器，即直流-直流轉(zhuǎn)換器，是電能轉(zhuǎn)換的重要電路設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，用于將直流電源轉(zhuǎn)換為不同電壓等級(jí)的直流電源。在dc-dc轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)中，柵極驅(qū)動(dòng)電路扮演著至關(guān)重要的角色，它負(fù)責(zé)控制功率半導(dǎo)體開關(guān)(如橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管ldmos、氮化鎵高電子遷移率晶體管gan?hemt等)的導(dǎo)通與截止，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的高效轉(zhuǎn)換。

2、如圖1所示為功率管開啟過程和柵源電壓vgs，柵極電壓ig，源漏電流id，源漏電壓vds變化過程。a時(shí)刻，驅(qū)動(dòng)通過rg對(duì)cgs充電，電壓vgs以指數(shù)形式上升；b時(shí)刻vgs達(dá)到功率管的閾值電壓，功率管進(jìn)入線性區(qū)直至達(dá)到飽和。在此期間，源漏級(jí)之間依然承受近乎全部電壓vdd，c時(shí)刻id達(dá)到飽和并維持穩(wěn)定值，功率管工作在飽和區(qū)，vgs進(jìn)入米勒平臺(tái)，vgs維持在米勒平臺(tái)電壓vmt，電壓vds開始下降，此期間cgs不再消耗電荷，vdd開始給cgd提供放電電流；d時(shí)刻電壓vds下降到0，vdd繼續(xù)給cgs充電，直至vgs＝vdd，功率管完成導(dǎo)通過程。

3、然而，隨著開關(guān)頻率的不斷增加，由b時(shí)刻引起的di/dt和c時(shí)刻引起的dvsw/dt不斷增加，這會(huì)給dc-dc轉(zhuǎn)換器帶來嚴(yán)重的電磁干擾emi干擾。

4、以buck(降壓型)轉(zhuǎn)換器為例，傳統(tǒng)的柵極驅(qū)動(dòng)器為了降低emi，通常會(huì)在柵極前加一個(gè)柵極電阻(如圖2中rgh，rgl所示)，用來減少柵極充電電流，這種方法雖然可以降低dvsw/dt和dimh/dt從而改善emi，但是在功率管柵極電壓大于米勒平臺(tái)電壓之后仍然以較小的充電電流對(duì)柵極充電，這會(huì)增加功率管的導(dǎo)通損耗，使得轉(zhuǎn)換器的效率降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路。

2、本發(fā)明提供了一種具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，包括：

3、自偏置電流源單元，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電流；

4、電流鏡單元，與所述自偏置電流源單元連接，用于復(fù)制基準(zhǔn)電流；

5、多個(gè)電流產(chǎn)生單元，與所述電流鏡單元連接，用于根據(jù)所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生多段不同的柵極驅(qū)動(dòng)電流；

6、其中，所述柵極驅(qū)動(dòng)電路通過調(diào)節(jié)所述多段柵極驅(qū)動(dòng)電流的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)功率管柵極電壓的分段控制，以優(yōu)化功率管的導(dǎo)通和截止過程，降低電磁干擾并提高轉(zhuǎn)換效率。

7、本發(fā)明還提供了一種具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路的控制方法，包括以下步驟：

8、通過自偏置電流源單元產(chǎn)生基準(zhǔn)電流；

9、利用電流鏡單元將所述基準(zhǔn)電流復(fù)制到多個(gè)電流產(chǎn)生單元；

10、在功率管的柵極電壓小于米勒平臺(tái)電壓時(shí)，通過第一電流產(chǎn)生單元以第一柵極驅(qū)動(dòng)電流對(duì)功率管的柵極進(jìn)行充電；

11、當(dāng)功率管的柵極電壓達(dá)到米勒平臺(tái)電壓時(shí)，通過第二電流產(chǎn)生單元以第二柵極驅(qū)動(dòng)電流對(duì)功率管的柵極進(jìn)行充電；

12、當(dāng)功率管的柵極電壓超過米勒平臺(tái)電壓時(shí)，通過第三電流產(chǎn)生單元以第三柵極驅(qū)動(dòng)電流對(duì)功率管的柵極進(jìn)行充電；

13、通過調(diào)節(jié)所述第一柵極驅(qū)動(dòng)電流、第二柵極驅(qū)動(dòng)電流和第三柵極驅(qū)動(dòng)電流的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)功率管柵極電壓的分段控制，以優(yōu)化功率管的導(dǎo)通和截止過程，降低電磁干擾并提高轉(zhuǎn)換效率。

14、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明采用多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，用于控制功率管開關(guān)的電壓和電流轉(zhuǎn)換速率，以有效抑制emi，同時(shí)相比于傳統(tǒng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，在功率管柵極電壓大于米勒平臺(tái)電壓之后大電流驅(qū)動(dòng)功率管，可以進(jìn)一步減少導(dǎo)通損耗，提高dc-dc轉(zhuǎn)換器的效率。

技術(shù)特征：

1.一種具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述自偏置電流源單元包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述電流鏡單元包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述多個(gè)電流產(chǎn)生單元包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述第一電流產(chǎn)生單元包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述第二電流產(chǎn)生單元包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述第三電流產(chǎn)生單元包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述柵極驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)功率管mh的導(dǎo)通和截止，所述功率管mh為橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管ldmos或氮化鎵高電子遷移率晶體管gan?hemt。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用于dc-dc轉(zhuǎn)換器中，用于控制功率管的開關(guān)過程，以實(shí)現(xiàn)電能的高效轉(zhuǎn)換。

10.一種具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種具有多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路。本發(fā)明自偏置電流源單元，用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電流；電流鏡單元，與自偏置電流源單元連接，用于復(fù)制基準(zhǔn)電流；多個(gè)電流產(chǎn)生單元，與電流鏡單元連接，用于根據(jù)所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生多段不同的柵極驅(qū)動(dòng)電流；其中，柵極驅(qū)動(dòng)電路通過調(diào)節(jié)所述多段柵極驅(qū)動(dòng)電流的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)功率管柵極電壓的分段控制，以優(yōu)化功率管的導(dǎo)通和截止過程，降低電磁干擾并提高轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明采用多段電流驅(qū)動(dòng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，用于控制功率管開關(guān)的電壓和電流轉(zhuǎn)換速率，以有效抑制EMI，同時(shí)相比于傳統(tǒng)的柵極驅(qū)動(dòng)電路，在功率管柵極電壓大于米勒平臺(tái)電壓之后大電流驅(qū)動(dòng)功率管，進(jìn)一步減少導(dǎo)通損耗，提高DC?DC轉(zhuǎn)換器的效率。

技術(shù)研發(fā)人員：李航,許凱,高大為,馬奕濤,陳星兵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15