同步整流DC／DC升压芯片中驱动电路的设计

164 计算机 与数字工程 第 35 卷 同步整流 DC／DC 升压芯片 中驱动 电路 的设计 程帅邹雪城陈卫洁邓敏 ( 华 中科技大学 电子科学与技术系 武汉430074 ) 摘要在 DC／DC转换 芯片中 ，为 了保证功率开关管及 时导通 和截止 ，需要设计 专 门的驱动 电路。本文设计 了同步 整流驱动 电路 ，通过引入 负跳沿 延时单元 ，消除 了 CMOS 瞬态短路 导通现 象 ，降低 了功 耗 ，保 护 了输 出级 。HSPICE 仿真表 明，驱动电路延时小于 14ns，能满足较高开关频率的要求；同时，开关转换时的尖峰电流减小了56％，功耗也降低了19．3％。 关键 词驱动电路同步整流直流／直流衬底控制 中图分类 号TN43 1 1 引言 片里。 如今低压大电流已成为 DC／DC 变换器 的一种 趋势，在这种情 况下，传统的采用 肖特基二极 管的 整流方式 已经不能满足高效率 的要求 ，用通态 电 阻极低的功率 MOSFET 来取 代整流二极管 的同步 整流技术应用越来越普遍。这不仅 可以大 大降低 整流器的损耗 ，提高 DC／DC 变换器的效率H j ，而且 还不存在二极管的死 区电压问题。 对于 DC／DC 转换芯 片 中驱 动 电路 的设 计而 言，驱动能力和功耗指标是至关重要的。驱动能力 主要体现在从发出控制信号到功率 MOS 管完成开 关转换所需 的延迟时间，驱动能力越强 ，延迟时间 越小。 目前开关 电源的高频化的趋势 ，使得对驱动 能力指标的要求变得更加苛刻。另外 ，如何在保证 驱动能力的前提下降低驱动 电路 的功耗也是 DC／ DC 开关电源驱动电路设计时必须着重考虑的一个 方面。本文针对 同步整流升压芯片，设计了其 同步 整流管的驱动电路 ，然后 ，在满足驱动能力的前提 下 ，通过引入负跳沿延时单元 ，消除 了 CMOS 瞬态 短路导通现象 ，降低了功耗 ，保护 了输出级 。 2 驱动 电路 的设 计 图 1 为 同步 整流 升压式 DC／DC 电路 的拓扑 图，功率 NMOS 管 M1 为开关管 ，PMOS 管 M2 为整 流管。通过给 M1 管和 M2 管施加 同步驱动 电压 ， 可以使电路有效地工作 。为了简化系统设计 ，减小 体积，提高集成度 ，在我们设计的同步整 流升压芯 片中，将开关管和同步整流 PMOS 管都集成在了芯 V i n 芯片中开关 管和整流管的驱动电路 如图 2 V S W 图 1同步整流 DC／DC 升压 电路原理 图 所 示 。 DriN、 out DriP 为开关管 M1 和 整 流 管 M2 的逻 辑 控 制信 号 ，经 过 开关 管驱 动 电 路DriveN 和 整流管驱动 电 路 Dri veP 后 转换 成栅驱 动信 号 NG 和 PG。Body Control 电路为整流 PMOS 管的衬底控制电路 ，同时 图 2同步整流 DC／DC 升压芯片驱动 电路 图 为 Dri veP 提 供 电 源，其 t Body 用来跟 随输 入 电压 Vin 和 输 出 电压 Vout 中 的较大者。 2．1 整 流 管驱动电路 如图 3 ， Dri veP 电路分为 电平转换 和 驱动增 强两个 部分。 由于逻辑控制信号 Dri P 和整流 PMOS 管栅极驱动 信号 PG 间存 在 电平不 匹配，需 要 电平转 换。图 中，M1、M2 、M3 、M4 和反相器 inv2 构成一个基本 的 电平转换电路 ，能够将逻辑高电平从 Vin 电压转换 成 Body 电压 。同时 M1、M3 的交叉耦合正反馈结 构，既可以提高转换速度 ，又可 以起 到波形整形 的 作用。另外 ，该 电路还 有抗 噪声干扰能力强 ，尤其 收到本文 时间：2006 年 4 月 21 Ft ． 作者简介：程帅，男 ，硕士研究生。邹雪城，男 ，教授，博士生导师。陈卫洁，男，硕士研究生。邓敏，男，硕士研究生。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 35 卷(2007 ) 第 3 期 计算机 与数字工程 16 5 是电源和地的噪声 ，静态功耗小等优点 。 B o d y 图 3 DriveP 电路 为了达到足够的驱动能力，在电平转换电路后面又 接了两级尺寸逐级增大的反相器 inv3 和 inv4。这里需 要注意的...