一种低电磁干扰高速率功率开关驱动装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种低电磁干扰高速率功率开关驱动装置及方法，该装置包括：可控驱动充电单元与一功率开关的第一驱动信号输入端和功率开关的输出端相连，在一输入信号的控制下为功率开关提供充电电流，在功率开关的输出信号的控制下调节充电电流的大小；可控驱动放电单元与功率开关的第二驱动信号输入端和输出端相连，在输入信号的控制下为功率开关提供放电电流，在输出信号的控制下调节放电电流的大小；钳位单元与第一驱动信号输入端和第二驱动信号输入端分别相连，对第一驱动信号输入端和第二驱动信号输入端进行动态钳位。本发明在最大限度降低功率开关的电磁干扰的同时还可以任意调整功率开关的输出信号的边沿变化率而不影响信号翻转所需的总时间。
【专利说明】一种低电磁干扰高速率功率开关驱动装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于驱动【技术领域】，涉及一种驱动装置及方法，特别是涉及一种低电磁干 扰高速率功率开关驱动装置及方法。
【背景技术】
[0002] 功率开关能够为开关放大器和开关电源等功率器件提供高效率的功率输出，既降 低了功耗，又可以省去散热装置，因而在便携式电子产品中有非常大的应用潜力。然而存在 一个不利因素，阻碍了此类器件在很多场合的应用，这就是电磁干扰（EMI)。由于功率开关 输出的是方波或脉冲形式的能量，与之相伴的迅速变化的电压和电流会通过传导和辐射的 方式对周边的电子设备产生严重的电磁干扰，影响如调频收音机等器件的正常工作。以普 通的开关放大器为例，电磁干扰主要由以下两方面的机制产生：一方面，输出的方波边沿陡 峭，会在频谱上产生大范围的谐波干扰；另一方面，在功率开关切换的瞬间会有一段时间处 于完全关断状态(又称死区时间)，在这段时间内感性电流的惯性会使输出波形产生上冲或 下冲，导致输出端的寄生二极管导通，并引发振铃效应，进一步加剧电磁干扰。
[0003] 为了解决这一问题，美国专利US7190225提出了使用AB类输出驱动电路来驱动功 率开关的方法，其原理如图1所示，P型场效应功率管MP1与N型场效应功率管MN1共同组 成一个功率开关。MP1和MN1的栅端分别连接第一驱动信号3和第二驱动信号4(下文统称 为驱动信号）。由于MP1和MN1的尺寸通常很大，因此驱动信号需要驱动较大的寄生电容。 驱动充电选通开关105、驱动放电选通开关106、驱动充电电流源107、驱动放电电流源108 共同产生驱动信号。输入信号1控制驱动充电选通开关105和驱动放电选通开关106,从 而选择由驱动充电电流源107进行充电或者由驱动放电电流源108进行放电，充电电流由 驱动充电电流源107的电流值Ip决定，放电电流由驱动放电电流源108的电流值I N决定。 通过调节Ip和IN的大小就可以调节驱动信号的上升和下降时间，进而调节输出信号2的上 升和下降时间，从而达到调节电磁干扰程度的目的。然而，在驱动信号更为缓慢的上升和下 降过程中，P型场效应功率管MP1和N型场效应功率管MN1会同时导通相当长的时间，产生 不可控的巨大直通电流，这会大大增加功耗，甚至可能烧毁功率开关。为了在驱动信号更为 缓慢的上升和下降过程中产生可控的直通电流，该美国专利US7190225提出在第一驱动信 号3和第二驱动信号4之间加入一个AB类偏置电路109,对变化中的驱动信号进行动态钳 位，使MP1和丽1之间的直通电流存在一个最大值，类似于AB类放大器输出级的静态电流。 这同时带来另一个好处，即在功率开关的切换过程中消除了 MP1和MN1同时关断的状态，实 现了零死区时间，避免了上文提到的加剧电磁干扰的第二种因素。这种技术可以实现在保 证低功耗的同时，既使得输出信号的边沿变缓，又消除了死区时间引发的铃振，因而可以较 好地降低功率开关的电磁干扰。图1中一些主要信号的波形如图2所示。在图2中，波形 201为输入信号1的波形，波形202和203分别为第一驱动信号3和第二驱动信号4的波 形，波形204为输出信号2的波形。驱动信号的下降和上升时间分别为T DF1和TDK1，输出信 号的上升和下降时间分别为TK1和T F1。从图2中可以看出，输出信号的上升和下降时间只 占驱动信号的下降和上升时间的很小一部分，即TDF1和TDK1远大于TK1和T F1。这是因为只是 在第一驱动信号3和第二驱动信号4达到最大差值的时刻输出信号2才开始变化，而为了 在这一时刻降低输出信号2的变化速率，必须降低驱动信号在整个过程中的变化速率。这 类似于一辆汽车为了低速通过路口而在整个行车过程中都保持低速，虽然实现了安全通过 路口，但大大延长了总的行驶时间。这种较为低效的控制策略会严重限制该技术效力的发 挥。一方面，当需要最大限度地降低功率开关的电磁干扰时，会需要进一步增加输出信号的 上升和下降时间，而这会使驱动信号的上升和下降时间过长，因而无法应用于高速功率开 关。另一方面，通常需要为功率开关配备过流保护电路，而一般的过流保护电路无法支持驱 动信号过长的上升和下降时间，因此需要增加设计复杂度和成本来配合这种技术。综上，现 有的抑制功率开关电磁干扰的技术存在无法最大限度发挥、无法灵活调整、不适用于高速 信号、需增加相关配套电路成本等一系列问题。
【发明内容】
[0004] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低电磁干扰高速率功 率开关驱动装置及方法，用于解决现有技术中抑制功率开关电磁干扰的技术无法最大限度 发挥、无法灵活调整、不适用于高速信号、或需增加相关配套电路成本的问题。
[0005] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低电磁干扰高速率功率开关驱 动装置及方法。
[0006] -种低电磁干扰高速率功率开关驱动装置，所述低电磁干扰高速率功率开关驱动 装置包括：可控驱动充电单元、可控驱动放电单元、钳位单元；所述可控驱动充电单元与一 功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的输出端相连，在一输入信号的控制下为 所述功率开关提供充电电流，并在所述功率开关的输出信号的控制下调节所述充电电流的 大小；所述可控驱动放电单元与所述功率开关的第二驱动信号输入端和所述功率开关的输 出端相连，在所述输入信号的控制下为所述功率开关提供放电电流，并在所述功率开关的 输出信号的控制下调节所述放电电流的大小；所述钳位单元与所述功率开关的第一驱动信 号输入端和所述第二驱动信号输入端分别相连，对所述第一驱动信号输入端和所述第二驱 动信号输入端进行动态钳位。
[0007] 优选地，所述可控驱动充电单元包括：充电可控电流源，第一充电选通开关；所述 充电可控电流源与所述功率开关的输出端相连，在所述功率开关的输出信号的控制下输出 可变的充电电流；所述第一充电选通开关与所述充电可控电流源和所述功率开关的第一驱 动信号输入端分别相连，在所述输入信号的控制下导通或切断向所述功率开关提供的所述 可变的充电电流。
[0008] 优选地，所述可控驱动充电单元还包括：充电固定电流源，第二充电选通开关；所 述充电固定电流源输出固定的充电电流；所述第二充电选通开关与所述充电固定电流源和 所述功率开关的第一驱动信号输入端分别相连，在所述输入信号的控制下导通或切断向所 述功率开关提供的所述固定的充电电流。
[0009] 优选地，所述可控驱动放电单元包括：放电可控电流源，第一放电选通开关；所述 放电可控电流源与所述功率开关的输出端相连，在所述功率开关的输出信号的控制下输出 可变的放电电流；所述第一放电选通开关与所述放电可控电流源和所述功率开关的第二驱 动信号输入端分别相连，在所述输入信号的控制下导通或切断向所述功率开关提供的所述 可变的放电电流。
[0010] 优选地，所述可控驱动放电单元还包括：放电固定电流源，第二放电选通开关；所 述放电固定电流源输出固定的放电电流；所述第二放电选通开关与所述放电固定电流源和 所述功率开关的第二驱动信号输入端分别相连，在所述输入信号的控制下导通或切断向所 述功率开关提供的所述固定的放电电流。
[0011] 优选地，所述钳位单元包括AB类偏置电路、或二极管钳位电路。
[0012] 一种低电磁干扰高速率功率开关驱动方法，包括以下步骤：
[0013] 在一输入信号的控制下为一功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的 第二驱动信号输入端提供放电电流，使所述功率开关的输出信号上升，并通过所述输出信 号的变化控制调节所述放电电流的大小，从而控制输出信号的上升时间及速率；
[0014] 在所述输入信号的控制下为所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开 关的第二驱动信号输入端提供充电电流，使所述功率开关的输出信号下降，并通过所述输 出信号的变化控制调节所述充电电流的大小，从而控制输出信号的下降时间及速率。
[0015] 优选地，在所述功率开关的输出信号的控制下调节所述放电电流的大小的具体实 现步骤包括：
[0016] 当所述输入信号发生翻转驱动所述功率开关输出高电平信号时，为所述功率开关 提供预设最大值的放电电流，使所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第 二驱动信号输入端的驱动信号快速下降；
[0017] 当所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第二驱动信号输入端 均下降进入到钳位状态时，所述功率开关的输出信号发生变化，此时所述放电电流被调节 至预设最小值；
[0018] 当所述功率开关的输出信号变化结束时，所述放电电流被调节至预设最大值，所 述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第二驱动信号输入端相继退出钳位 状态，所述驱动信号快速下降至为零。
[0019] 优选地，在所述功率开关的输出信号的控制下调节所述充电电流的大小的具体实 现步骤包括：
[0020] 当所述输入信号发生翻转驱动所述功率开关输出低电平信号时，为所述功率开关 提供预设最大值的充电电流，使所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第 二驱动信号输入端的驱动信号快速上升；
[0021] 当所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第二驱动信号输入端 均上升进入到钳位状态时，所述功率开关的输出信号发生变化，此时所述充电电流被调节 至预设最小值；
[0022] 当所述功率开关的输出信号变化结束时，所述充电电流被调节至预设最大值，所 述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第二驱动信号输入端相继退出钳位 状态，所述驱动信号快速上升至电源电压。
[0023] 如上所述，本发明所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动装置及方法，具有以下 有益效果：
[0024] 本发明可以最大限度地降低功率开关的电磁干扰，且适用于高速信号，还可以通 过程序任意调整功率开关的输出信号边沿的变化率而不影响信号翻转所需的总时间，更不 会对周边配套电路产生不利影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为现有的功率开关驱动装置的结构示意图。
[0026] 图2为图1所示的功率开关驱动装置中主要信号的波形示意图。
[0027] 图3为本发明所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动装置的结构示意图。
[0028] 图4为本发明所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动装置的内部结构示意图。
[0029] 图5为本发明所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动装置的一种具体实施结构 示意图。
[0030] 图6为图5所示的功率开关驱动装置中主要信号的波形示意图。
[0031] 图7为本发明所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动装置的一种优选的具体实 施电路结构示意图。
[0032] 图8为本发明所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动方法的流程示意图。
[0033] 元件标号说明
[0034] 300 低电磁干扰高速率功率开关驱动装置
[0035] 310 可控驱动充电单元
[0036] 311 充电可控电流源
[0037] 312 第一充电选通开关
[0038] 313 充电固定电流源
[0039] 314 第二充电选通开关
[0040] 320 可控驱动放电单元
[0041] 321 放电可控电流源
[0042] 322 第一放电选通开关
[0043] 323 放电固定电流源
[0044] 324 第二放电选通开关
[0045] 330 钳位单元
[0046] 340 功率开关
[0047] 341 第一驱动信号输入端
[0048] 342 第二驱动信号输入端
[0049] 343 输出端
[0050] 1 输入信号
[0051] 2 输出信号
[0052] 3 第一驱动信号
[0053] 4 第二驱动信号
【具体实施方式】
[0054] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0055] 请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明 的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形 状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布 局型态也可能更为复杂。
[0056] 下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。
[0057] 实施例
[0058] 本实施例提供一种低电磁干扰高速率功率开关驱动装置，如图3所示，所述低电 磁干扰高速率功率开关驱动装置300包括：可控驱动充电单元310、可控驱动放电单元320、 钳位单元330。所述可控驱动充电单元310与一功率开关340的第一驱动信号输入端341 和所述功率开关340的输出端343相连，所述可控驱动放电单元320与所述功率开关340 的第二驱动信号输入端342和所述功率开关340的输出端343相连，所述钳位单元330与 所述功率开关340的第一驱动信号输入端341和所述第二驱动信号输入端342分别相连。 所述功率开关340可以由P型场效应功率管MP1与N型场效应功率管MN1共同组成。
[0059] 所述可控驱动充电单元310在一输入信号的控制下为所述功率开关340提供充电 电流，并在所述功率开关340的输出信号的控制下调节所述充电电流的大小。
[0060] 进一步，如图4所示，所述可控驱动充电单元310包括：充电可控电流源311，第一 充电选通开关312,充电固定电流源313,第二充电选通开关314。所述充电可控电流源311 与所述功率开关的输出端343相连；所述充电可控电流源311在所述功率开关的输出信号 的控制下输出可变的充电电流。所述第一充电选通开关312与所述充电可控电流源311和 所述功率开关的第一驱动信号输入端341分别相连；所述第一充电选通开关312在所述输 入信号的控制下导通或切断向所述功率开关340提供的所述可变的充电电流。所述充电固 定电流源313输出固定的充电电流。所述第二充电选通开关314与所述充电固定电流源313 和所述功率开关的第一驱动信号输入端341分别相连，在所述输入信号的控制下导通或切 断向所述功率开关提供的所述固定的充电电流。第一充电选通开关312和第二充电选通开 关314可采用程序控制开关模块、或由场效应管或/和晶体管构成的开关电路。
[0061] 所述可控驱动放电单元320在所述输入信号的控制下为所述功率开关340提供放 电电流，并在所述功率开关340的输出信号的控制下调节所述放电电流的大小。
[0062] 进一步，如图4所示，所述可控驱动放电单元320包括：放电可控电流源321，第一 放电选通开关322,放电固定电流源323,第二放电选通开关324。所述放电可控电流源321 与所述功率开关340的输出端343相连；所述放电可控电流源321在所述功率开关的输出 信号的控制下输出可变的放电电流。所述第一放电选通开关322与所述放电可控电流源 321和所述功率开关340的第二驱动信号输入端342分别相连；所述第一放电选通开关322 在所述输入信号的控制下导通或切断向所述功率开关340提供的所述可变的放电电流。所 述放电固定电流源323输出固定的放电电流。所述第二放电选通开关324与所述放电固 定电流源323和所述功率开关的第二驱动信号输入端342分别相连；所述第二放电选通开 关324在所述输入信号的控制下导通或切断向所述功率开关340提供的所述固定的放电电 流。第一放电选通开关322和第二放电选通开关324可采用程序控制开关模块、或由场效 应管或/和晶体管构成的开关电路。
[0063] 所述钳位单元330对所述第一驱动信号输入端341和所述第二驱动信号输入端 342进行动态钳位。
[0064] 进一步，所述钳位单元包括AB类偏置电路、或二极管钳位电路。本发明采用AB 类偏置电路对变化中的驱动信号（即第一驱动信号输入端341和所述第二驱动信号输入端 342输入的信号的统称）进行动态钳位，从而将功率开关的直通电流控制在一定范围内，同 时消除了在功率开关切换的过程中MP1和MN1同时关断的状态、实现了零死区时间。在此 基础上，本发明还实现了对功率开关的驱动充/放电电流进行如下控制：当功率开关的输 出信号尚未发生变化时，使用较大的驱动充/放电电流，使功率开关的驱动信号快速变化； 在输出信号发生变化的过程中，使用较小的驱动充/放电电流，降低输出信号的变化速率； 当输出信号结束变化后，重新使用较大的驱动充/放电电流，从而使驱动信号快速变化，直 至驱动信号结束变化。本发明将输出信号耦合到产生可控电流的电流源的合适的栅端，以 实现根据输出信号的变化控制可控电流，从而降低输出信号的变化速率。本发明可以用高 通滤波器或微分器等电路检测输出信号的变化并放大为控制信号，并用这个控制信号对可 控电流进行控制，以实现在输出信号发生变化的过程中关闭可控电流，从而降低输出信号 的变化速率。
[0065] 本发明可以采用将驱动充/放电电流各设为可控电流一个部分的形式来实现，这 样总的驱动充/放电电流即为可控电流。当功率开关的输出信号尚未发生变化时，可控电 流调节到最大预设值，使驱动充/放电电流为较大值，因而使功率开关的驱动信号实现快 速变化；在输出信号发生变化的过程中，调节可控电流到最小预设值，使驱动充/放电电流 变为较小值，从而降低了输出信号的变化速率；当输出信号结束变化后，重新调节可控电流 到最大预设值，以使驱动充/放电电流重新变为较大值，因而使驱动信号重新实现快速变 化，直至驱动信号结束变化。
[0066] 本发明还可以采用将驱动充/放电电流各分为固定电流和可控电流两个部分的 形式来实现，这样总的驱动充/放电电流即为固定电流与可控电流之和。当功率开关的输 出信号尚未发生变化时，可控电流导通，使总的驱动充/放电电流为较大值，因而使功率开 关的驱动信号实现快速变化；在输出信号发生变化的过程中，可控电流关闭，使总的驱动充 /放电电流变为较小值，从而降低了输出信号的变化速率；当输出信号结束变化后，重新使 可控电流导通，以使总的驱动充/放电电流重新变为较大值，因而使驱动信号重新实现快 速变化，直至驱动信号结束变化。本发明还可以通过调整驱动充/放电电流的固定电流和 可控电流的比例，实现在任意调整输出信号的变化速率的同时保证驱动信号的上升和下降 时间不会过长。
[0067] 本发明可以最大限度地降低功率开关的电磁干扰，且适用于高速信号，并根据不 同应用场合的需要通过程序任意调整功率开关的输出信号边沿的变化率而不会影响信号 翻转所需的总时间，更不会对周边配套电路产生不利影响，具有显著的实用价值。
[0068] 图5给出了本发明所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动装置的一种具体实施 方式，其中，P型场效应功率管MP1与N型场效应功率管MN1共同组成一个功率开关。驱动 充电固定电流源504通过驱动充电第一选通开关505连接到MP1的栅端，驱动充电可控电 流源501通过驱动充电第二选通开关502和驱动充电第三选通开关503连接到MP1的栅端。 驱动放电固定电流源509通过驱动放电第一选通开关510连接到MN1的栅端，驱动放电可 控电流源506通过驱动放电第二选通开关507和驱动放电第三选通开关508连接到MN1的 栅端。输入信号1控制驱动充电第一选通开关505、驱动充电第二选通开关502、驱动放电 第一选通开关510、驱动放电第二选通开关507。功率开关的输出信号2控制驱动充电第三 选通开关503、驱动放电第三选通开关508。一个AB类偏置电路511跨接在MP1和丽1的 栅端之间。MP1和丽1的栅端分别称为第一驱动信号3和第二驱动信号4 (下文统称为驱 动信号)。驱动充电固定电流源504、驱动充电可控电流源501、驱动放电固定电流源509、驱 动放电可控电流源506的电流值分别为1 1>1、11)2、11"、11<2。需要指出的是，图5中所示的选通 开关仅仅是为了便于说明各控制信号与各驱动充/放电电流源之间的关系，而并不一定是 必须的或实际的实现形式。
[0069] 图5所不的驱动装置中输入信号1、输出信号2、第一驱动信号3和第二驱动信号 4的波形如图6所示。在图6中，波形601为输入信号1的波形，波形602和603分别为第 一驱动信号3和第二驱动信号4的波形，波形604为输出信号2的波形。驱动信号的下降 和上升时间分别为T DF2和TDK2，输出信号的上升和下降时间分别为TK2和TF2。
[0070] 图6中，当输入信号1由"低"变"高"时，驱动充电固定电流源504、驱动充电可控 电流源501均关闭，驱动放电固定电流源509、驱动放电可控电流源506均导通，形成较大 的驱动放电总电流I N1+IN2，使第一驱动信号3和第二驱动信号4均快速下降。当第一驱动 信号3下降到一定值时，AB类偏置电路511将其钳位，限制了 MP1和丽1之间的直通电流。 第二驱动信号4继续快速下降。当第二驱动信号4下降到一定值时，AB类偏置电路511将 其钳位，在此附近输出信号2会开始上升。在接下来的输出信号2上升的过程中，输出信号 2关闭驱动放电可控电流源506,使驱动放电总电流降低为I N1。IN1决定输出信号2的上升 速率，IN1越小，输出信号2的上升速率越低，输出波形的上升沿越缓。当输出信号2结束上 升后，输出信号2使驱动放电可控电流源506重新导通，重新形成较大的驱动放电总电流 Im+IN2，使第一驱动信号3和第二驱动信号4相继退出钳位状态并快速下降直至为零。
[0071] 图6中，当输入信号1由"高"变"低"时，驱动充电固定电流源504、驱动充电可控 电流源501均导通，驱动放电固定电流源509、驱动放电可控电流源506均关闭，形成较大的 驱动充电总电流I P1+IP2，使第一驱动信号3和第二驱动信号4均快速上升。当第二驱动信号 4上升到一定值时，AB类偏置电路511将其钳位，限制了 MP1和丽1之间的直通电流。第一 驱动信号3继续快速上升。当第一驱动信号3上升到一定值时，AB类偏置电路511将其钳 位，在此附近输出信号2会开始下降。在接下来的输出信号2下降的过程中，输出信号2关 闭驱动充电可控电流源501，使驱动充电总电流降低为I P1。IP1决定输出信号2的下降速率， IP1越小，输出信号2的下降速率越低，输出波形的下降沿越缓。当输出信号2结束下降后， 输出信号2使驱动充电可控电流源501重新导通，重新形成较大的驱动充电总电流I P1+IP2， 使第二驱动信号4和第一驱动信号3相继退出钳位状态并快速上升直至为电源电压。
[0072] 从图6中可以看出，输出信号2的上升时间TK2和下降时间TF2占驱动信号的下降 时间T DF2和上升时间TDK2的较大部分，即驱动信号的下降和上升时间TDF2和T DK2仅仅略大于 输出信号2的上升时间TK2和下降时间TF2。因而本发明可以实现在选择较大的输出信号变 化速率的同时保证驱动信号的上升和下降时间不会过长，从而可以最大限度地降低高速功 率开关的电磁干扰。
[0073] 图7给出了本发明所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动装置的一种优选的具 体实施电路，其中，P型场效应功率管MP1与N型场效应功率管MN1共同组成一个功率开关。 MP1和MN1的栅端输入的信号分别称为第一驱动信号3和第二驱动信号4 (下文统称为驱 动信号）。一个AB类偏置电路740跨接在MP1和丽1的栅端之间。AB类偏置电路740由 MP2?MP4、丽2?MN4、偏置电流源741组成。输入对管丽5、MN6的栅端分别接输入信号1 和参考电压VKEF，V KEF可设置为电源电压的一半。参考电流源701、输入对管丽5/MN6、MP7? MP11、丽12?丽13共同组成了一个可以将输入信号1转换成驱动充电电流的装置（即本发 明所述的可控驱动充电单元)。参考电流源701、输入对管丽5/MN6、MP5?MP6、丽7?丽11、 MP12?MP13共同组成了一个可以将输入信号1转换成驱动放电电流的装置（即本发明所 述的可控驱动放电单元)。MP11的漏端电流相当于图5中的驱动充电固定电流源504，MP10 的漏端电流相当于图5中的驱动充电可控电流源501，MN11的漏端电流相当于图5中的驱 动放电固定电流源509, MN10的漏端电流相当于图5中的驱动放电可控电流源506。输出 信号2分别通过电容C1和C2反馈至丽13和MP13的栅端，电阻R1跨接在丽13和丽12的 栅端之间，电阻R2跨接在MP13和MP12的栅端之间。
[0074] 图7中，当输入信号1由"低"变"高"时，MP11、MP10截止，MN11、MN10进入饱和 区，丽11和丽10的栅端电流共同形成较大的驱动放电电流，此时丽2处于截止区，MP2处于 线性区，第一驱动信号3和第二驱动信号4同时快速下降。当第一驱动信号3下降到一定 值时，被MP2、MP3、MP4组成的钳位电路钳位，MP2进入截止区，MP1和丽1之间的直通电流 被限制。此后第二驱动信号4继续快速下降。当第二驱动信号4下降到一定值时，MN2进 入饱和区，第二驱动信号4被丽2、丽3、MN4组成的钳位电路钳位。在此附近输出信号2会 开始上升，并通过反馈电容C2使MP13的栅端电压上升，导致MP13截止，最终导致MN10截 止，使驱动放电电流降低为丽11的栅端电流，此时丽11的栅端电流决定输出信号2的上升 速率；即丽11的栅端电流越小，输出信号2的上升速率越低，输出波形的上升沿越缓。当输 出信号2结束上升后，MP13的栅端电压恢复成初始值，MP13重新进入饱和区，MN10也重新 进入饱和区，因而重新形成较大的驱动放电电流（MN11和MN10的栅端电流之和)，使第一驱 动信号3快速下降，最终使MN2进入线性区，此后第一驱动信号3和第二驱动信号4同时快 速下降直至为零。
[0075] 图7中，当输入信号1由"高"变"低"时，MN11、MN10截止，MP11、MP10进入饱和 区，MP11和MP10的栅端电流共同形成较大的驱动充电电流，此时MP2处于截止区，丽2处于 线性区，第一驱动信号3和第二驱动信号4同时快速上升。当第二驱动信号4上升到一定 值时，被丽2、丽3、MN4组成的钳位电路钳位，丽2进入截止区，MP1和丽1之间的直通电流 被限制。此后第一驱动信号3继续快速上升。当第一驱动信号3上升到一定值时，MP2进 入饱和区，第一驱动信号3被MP2、MP3、MP4组成的钳位电路钳位。在此附近输出信号2会 开始下降，并通过反馈电容C2使丽13的栅端电压下降，导致丽13截止，最终导致MP10截 止，使驱动充电电流降低为MP11的栅端电流，此时MP11的栅端电流决定输出信号2的下降 速率。即MP11的栅端电流越小，输出信号2的下降速率越低，输出波形的下降沿越缓。当 输出信号2结束下降后，丽13的栅端电压恢复成初始值，丽13重新进入饱和区，MP10也重 新进入饱和区，因而重新形成较大的驱动充电电流（MP11和MP10的栅端电流之和)，使第二 驱动信号4快速上升，最终使MP2进入线性区，此后第一驱动信号3和第二驱动信号4同时 快速上升直至为电源电压。
[0076] 从图7所述的驱动装置的工作过程可以看出，输出信号2的边沿变化率完全取决 于丽11和MP11的栅端电流，因此可以方便地用程序进行调整。只要将丽11和MP11的栅 端电流设置得足够大，就可以使驱动信号的下降和上升时间仅仅略大于输出信号的上升和 下降时间。因而可以最大限度地降低功率开关输出信号的边沿变化率，从而在最大限度地 降低电磁干扰的同时，仍然可以支持高速信号，也不会增加周边配套电路的设计难度。
[0077] 本实施例还提供一种低电磁干扰高速率功率开关驱动方法，该方法可以由本发明 所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动装置实现，但该驱动方法的实现装置包括但不限于 本发明所述的驱动装置结构。如图8所示，所述低电磁干扰高速率功率开关驱动方法包括 以下步骤：
[0078] 在一输入信号的控制下为一功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的 第二驱动信号输入端提供放电电流，使所述功率开关的输出信号上升，并通过所述输出信 号的变化控制调节所述放电电流的大小，从而控制输出信号的上升时间及速率。
[0079] 进一步，在所述功率开关的输出信号的控制下调节所述放电电流的大小的具体实 现步骤包括：
[0080] 当所述输入信号发生翻转驱动所述功率开关输出高电平信号时，为所述功率开关 提供预设最大值的放电电流，使所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第 二驱动信号输入端的驱动信号快速下降；
[0081] 当所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第二驱动信号输入端 均下降进入到钳位状态时，所述功率开关的输出信号发生变化，此时所述放电电流被调节 至预设最小值；
[0082] 当所述功率开关的输出信号变化结束时，所述放电电流被调节至预设最大值，所 述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第二驱动信号输入端相继退出钳位 状态，所述驱动信号快速下降至为零。
[0083] 在所述输入信号的控制下为所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开 关的第二驱动信号输入端提供充电电流，使所述功率开关的输出信号下降，并通过所述输 出信号的变化控制调节所述充电电流的大小，从而控制输出信号的下降时间及速率。
[〇〇84] 进一步，当所述输入信号发生翻转驱动所述功率开关输出低电平信号时，为所述 功率开关提供预设最大值的充电电流，使所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率 开关的第二驱动信号输入端的驱动信号快速上升；当所述功率开关的第一驱动信号输入端 和所述功率开关的第二驱动信号输入端均上升进入到钳位状态时，所述功率开关的输出信 号发生变化，此时所述充电电流被调节至预设最小值；当所述功率开关的输出信号变化结 束时，所述充电电流被调节至预设最大值，所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功 率开关的第二驱动信号输入端相继退出钳位状态，所述驱动信号快速上升至电源电压。 [〇〇85] 综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。 [〇〇86] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因 此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1. 一种低电磁干扰高速率功率开关驱动装置，其特征在于，所述低电磁干扰高速率功 率开关驱动装置包括 ： 可控驱动充电单元，与一功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的输出端相 连，在一输入信号的控制下为所述功率开关提供充电电流，并在所述功率开关的输出信号 的控制下调节所述充电电流的大小； 可控驱动放电单元，与所述功率开关的第二驱动信号输入端和所述功率开关的输出端 相连，在所述输入信号的控制下为所述功率开关提供放电电流，并在所述功率开关的输出 信号的控制下调节所述放电电流的大小； 钳位单元，与所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述第二驱动信号输入端分别相 连，对所述第一驱动信号输入端和所述第二驱动信号输入端进行动态钳位。
2. 根据权利要求1所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动装置，其特征在于，所述可 控驱动充电单元包括： 充电可控电流源，与所述功率开关的输出端相连，在所述功率开关的输出信号的控制 下输出可变的充电电流； 第一充电选通开关，与所述充电可控电流源和所述功率开关的第一驱动信号输入端 分别相连，在所述输入信号的控制下导通或切断向所述功率开关提供的所述可变的充电电 流。
3. 根据权利要求2所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动装置，其特征在于，所述可 控驱动充电单元还包括： 充电固定电流源，输出固定的充电电流； 第二充电选通开关，与所述充电固定电流源和所述功率开关的第一驱动信号输入端 分别相连，在所述输入信号的控制下导通或切断向所述功率开关提供的所述固定的充电电 流。
4. 根据权利要求1所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动装置，其特征在于，所述可 控驱动放电单元包括： 放电可控电流源，与所述功率开关的输出端相连，在所述功率开关的输出信号的控制 下输出可变的放电电流； 第一放电选通开关，与所述放电可控电流源和所述功率开关的第二驱动信号输入端 分别相连，在所述输入信号的控制下导通或切断向所述功率开关提供的所述可变的放电电 流。
5. 根据权利要求4所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动装置，其特征在于，所述可 控驱动放电单元还包括： 放电固定电流源，输出固定的放电电流； 第二放电选通开关，与所述放电固定电流源和所述功率开关的第二驱动信号输入端 分别相连，在所述输入信号的控制下导通或切断向所述功率开关提供的所述固定的放电电 流。
6. 根据权利要求1所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动装置，其特征在于，所述钳 位单元包括AB类偏置电路、或二极管钳位电路。
7. 根据权利要求2-5任意一项所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动装置，其特征在 于：所述第一充电选通开关、第二充电选通开关、第一放电选通开关、或第二放电选通开关 为程序控制开关模块、或由场效应管或/和晶体管构成的开关电路。
8. -种低电磁干扰高速率功率开关驱动方法，其特征在于，包括以下步骤： 在一输入信号的控制下为一功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第二 驱动信号输入端提供放电电流，使所述功率开关的输出信号上升，并通过所述输出信号的 变化控制调节所述放电电流的大小，从而控制输出信号的上升时间及速率； 在所述输入信号的控制下为所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的 第二驱动信号输入端提供充电电流，使所述功率开关的输出信号下降，并通过所述输出信 号的变化控制调节所述充电电流的大小，从而控制输出信号的下降时间及速率。
9. 根据权利要求8所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动方法，其特征在于，在所述 功率开关的输出信号的控制下调节所述放电电流的大小的具体实现步骤包括： 当所述输入信号发生翻转驱动所述功率开关输出高电平信号时，为所述功率开关提供 预设最大值的放电电流，使所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第二驱 动信号输入端的驱动信号快速下降； 当所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第二驱动信号输入端均下 降进入到钳位状态时，所述功率开关的输出信号发生变化，此时所述放电电流被调节至预 设最小值； 当所述功率开关的输出信号变化结束时，所述放电电流被调节至预设最大值，所述功 率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第二驱动信号输入端相继退出钳位状态， 所述驱动信号快速下降至为零。
10. 根据权利要求8所述的低电磁干扰高速率功率开关驱动方法，其特征在于，在所述 功率开关的输出信号的控制下调节所述充电电流的大小的具体实现步骤包括： 当所述输入信号发生翻转驱动所述功率开关输出低电平信号时，为所述功率开关提供 预设最大值的充电电流，使所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第二驱 动信号输入端的驱动信号快速上升； 当所述功率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第二驱动信号输入端均上 升进入到钳位状态时，所述功率开关的输出信号发生变化，此时所述充电电流被调节至预 设最小值； 当所述功率开关的输出信号变化结束时，所述充电电流被调节至预设最大值，所述功 率开关的第一驱动信号输入端和所述功率开关的第二驱动信号输入端相继退出钳位状态， 所述驱动信号快速上升至电源电压。
【文档编号】H03K19/0185GK104104380SQ201310120034
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月8日 优先权日:2013年4月8日
【发明者】程晋 申请人:上海山景集成电路股份有限公司