一种开关电源功率管驱动的死区时间自适应控制电路及其方法

摘要

一种开关电源功率管驱动的死区时间自适应控制电路，PWM_P信号经过死区固定电路和反相器链驱动电路后输出控制信号PG，PWM_N信号与经过对LX点电压进行采样的检测及采样保持电路、误差比较电路、控制电流产生电路后的输出信号共同输入至死区产生及驱动电路后输出控制信号NG。本发明采用对上升死区时间T1和下降死区时间T2分别进行控制的方法，因T2受负载电流和功率管尺寸影响不大而固定其死区时间，只利用负反馈方式自动调节T1进行自适应死区优化，从而获得最佳死区时间。

主权项

一种开关电源功率管驱动的死区时间自适应控制电路，包括高端同步整流PMOS管M1、低端同步整流NMOS管M2和LC滤波网络，PMOS管M1的源极连接输入电压V_in，PMOS管M1的漏极与NMOS管M2的漏极以及电感L的输入端连接在一起，连接点定义为LX点，电感L的输出端连接电容C的一端并作为开关电源的输出端V_out，电容C的另一端连接NMOS管M2的源极并接地，定义高端PMOS管的脉宽调制信号为PWM_P，低端NMOS管的脉宽调制信号为PWM_N，PWM_P与PWM_N信号经死区电路和驱动电路后，分别产生高端PMOS管M1的栅极的控制信号PG以及低端NMOS管M2的栅极的控制信号NG；其特征在于：死区时间自适应控制电路包括两路控制电路，PWM_P信号经过死区固定电路和反相器链驱动电路后输出控制信号PG，PWM_N信号与经过对LX点电压进行采样的检测及采样保持电路、误差比较电路、控制电流产生电路后的输出信号共同输入至死区产生及驱动电路后输出控制信号NG；其中：死区固定电路包括两个反相器inv6和inv7、两输入或非门nor2、两输入与非门nand2，NG信号经过反相器inv6输出信号再经反相器inv7后输出信号为NG2，NG2与来自死区产生及驱动电路中反相器inv1的输出信号NG1作为两输入或非门nor2的输入，两输入或非门nor2的输出信号为PC，PC信号与PWM_P信号作为两输入与非门nand2的输入，两输入与非门nand2输出PG0信号；反相器链驱动电路包括六个反相器inv8～inv13，它们的宽长比以自然底数e为倍数逐级增加，反相器inv8的输入连接死区固定电路的输出信号PG0，依次经过反相器inv8至inv13组成的反相器链，反相器inv13输出具有大驱动能力的栅极控制信号PG，其中反相器inv8的输出为PG1信号，反相器inv9的输出为PG2信号；检测与采样保持电路包括采样NMOS管M4、充电开关PMOS管M3、两个采样开关PMOS管M5和M6以及三个采样电容C_sample0、C_sample1和C_sample2，NMOS管M4的源极连接LX点，NMOS管M4的栅极接地，NMOS管M4的漏极与PMOS管M3的漏极、PMOS管M5的源极、PMOS管M6的源极以及采样电容C_sample0的一端连接在一起，PMOS管M3的源极连接充电电流源I_charge的输出端，充电电流源I_charge的输入端连接Vdd，PMOS管M3的栅极连接充电控制信号V_charge，PMOS管M5的漏极连接采样电容C_sample1的一端并作为检测与采样保持电路的一个输出端输出电压信号V_dec1；PMOS管M5的栅极连接采样控制信号V_sample1，PMOS管M6的漏极连接采样电容C_sample2的一端并作为检测与采样保持电路的另一个输出端输出电压信号V_dec2；PMOS管M6的栅极连接采样控制信号V_sample2；采样控制信号V_sample1由低端同步整流NMOS管M2的栅极控制信号NG经延迟反相后和NG相与非后得到，采样控制信号V_sample2由高端同步整流PMOS管M1的栅控制信号PG经延迟后和PG信号的反相信号经过与非门后得到，充电控制信号V_charge则直接由采样控制信号V_sample1延迟获得；误差比较电路采用典型的双输入单输出单级差分放大结构，包括NMOS管M7、M8、M11、M12，PMOS管M9、M10和偏置电流源Is，NMOS管M7、M8作为差分输入管，NMOS管M7的栅极为同相端连接检测与采样保持电路的电压输出信号V_dec2，NMOS管M8的栅极为反相端连接检测与采样保持电路的电压输出信号V_dec1，PMOS管M9的漏、栅极短接并与NMOS管M7的漏极和PMOS管M10的栅极连接在一起，PMOS管M9的源极与PMOS管M10的源极以及偏置电流源Is的输入端连接在一起并连接Vdd，PMOS管M10的漏极与NMOS管M8的漏极连接并作为误差比较电路的输出端，输出控制电压Vcontrol；NMOS管M7的源极、NMOS管M8的源极以及NMOS管M12的漏极连接在一起，NMOS管M12的源极接地，NMOS管M12的栅极连接NMOS管M11的漏、栅极以及偏置电流源Is的输出端，NMOS管M11和M12的源极均接地；控制电流产生电路包括PMOS管M14、M15和NMOS管M13、M16、M17，NMOS管M13的栅极连接误差比较电路输出的控制电压Vcontrol，NMOS管M13的漏极连接PMOS管M14的栅、漏极，PMOS管M14的源极连接PMOS管M15的源极并连接Vdd，NMOS管M13的源极与NMOS管M16、M17的源极连接在一起并接地，NMOS管M16的栅、漏极短接并连接PMOS管M15的漏极和NMOS管M17的栅极，NMOS管M17的漏极作为控制电流产生电路的输出端，输出控制电流Icontrol；死区产生及驱动电路包括NMOS管M18和PMOS管M19构成的反相器inv0，两输入或非门nor1，两输入与非门nand1，五个反相器inv1～inv5，它们的宽长比以自然底数e为倍数逐级增加；控制电流产生电路输出的控制电流Icontrol作为放电电流源连接NMOS管M18的源极，放电电流源Icontrol的另一端接地，NMOS管M18和PMOS管M19的栅极互连，作为反相器inv0的输入端连接反相器链驱动电路中反相器inv9输出的PG2信号，NMOS管M18和PMOS管M19的漏极互连，作为反相器inv0的输出端输出信号，信号和来自反相器链驱动电路中反相器inv8输出的PG1信号经两输入或非门nor1相或非输出NC信号，NC信号再与PWM_N信号经两输入与非门nand1相与非后输出NG0信号，NG0信号依次经过反相器inv1～inv5输出具有大驱动能力的栅极控制信号NG；其中反相器inv1的输出信号为NG1，连接到死区固定电路中两输入或非门nor2的一个输入端，PMOS管M19的源极连接Vdd。