專利名稱：帶有故障保護的自振蕩驅動器的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及自振蕩驅動器，特別涉及帶有故障保護的自振蕩驅動器。
背景技術：
晶體管驅動器得到廣泛的應用，這些應用包括用于驅動負載的全橋型和半橋型開關結構。例如，全橋型電路用于操作DC-母線轉換器、HID燈以及其它公知的工業應用。半橋型驅動器也用于DC-DC轉換器以及熒光燈。
上述多種類型的應用可以結合使用這樣的驅動器，即，它使用振蕩信號為全橋或半橋電路提供開關脈沖。在啟動情況下，振蕩器工作于為門驅動器提供信號的頻率下，用以例如在啟動時即刻開始對全橋或半橋開關的切換。這類即刻啟動操作會對全橋或半橋開關元件的耐久性產生影響，也就是說，這種類型在多次啟動情況下會導致元件特性的劣化并且會導致不希望看到的電路故障。
在上述討論的大量應用中，全橋或半橋開關電路驅動負載的初級端以通過例如變壓器將電源傳遞到負載的次級端。在出現過載電流情況的事件下，全橋或半橋開關電路可被禁止工作以防止負載的初級端或次級端上的元件出現故障或損壞。現有的全橋或半橋驅動器電路在過載電流事件的情況下可自動重啟，以試圖在故障情況消除之后操作電路。在這些情況下，自動重啟有可能發生在全橋或半橋電路從過載電流壓力中恢復之前。
需要有一種具有軟啟動功能并且能夠防止過載電流情況的全橋或半橋驅動器。
發明內容
根據本發明所述，它提供了一種能夠自振蕩并且可以響應過載電流故障情況的驅動器控制電路。可通過外部元件對振蕩頻率進行編程以提供能夠選擇性地傳遞給全橋電路或半橋電路的開關的脈沖串。脈沖控制電路被提供用于將來自脈沖串的適當脈沖引向全橋或半橋開關的驅動器。驅動器電路包括處于開關脈沖之間的可由外部元件編程的空載時間(dead time)以及具有DV/DT保護功能的電平移動電路。
所述驅動器電路為元件和電路提供了包括響應低電壓或過載電流情況的保護功能以及軟啟動功能，用以避免啟動瞬間可能造成的破壞。電流檢測輸入被提供用于獲得反饋功能，以確定出何時可能存在過載電流情況。
在出現故障的情況下，所述驅動器電路設立了關機模式以便為負載提供從過載電流情況下恢復的時間。在這種關機模式下，發送給開關驅動器的信號被禁止，并且關機定時電容逐漸充電以提供一個關機時間。一旦電容達到特定的閾值，則全橋驅動器將被重新啟動以允許全橋電路繼續進行操作。
通過以下參考附圖對本發明做出的文字描述，本發明的其它特征和優點將變得更加清楚。
圖1是利用本發明所述單控制器控制的典型全橋電路的電路圖；圖2是本發明所述全橋驅動器的示意框圖；圖3的電路圖示出了根據本發明所述的半橋驅動器的應用電路；圖4是本發明所述半橋驅動器的內部示意框圖；圖5是本發明所述半橋驅動器的應用電路圖；圖6是本發明所述半橋驅動器的內部示意框圖；圖7是帶有本發明所述半橋驅動器的半橋驅動器應用電路的電路圖；圖8是本發明所述半橋驅動器的內部示意框圖；圖9是與本發明所述驅動器一起使用的振蕩器電路的電路圖；圖10是與本發明所述驅動器一起使用的軟啟動電路的電路圖；圖11是是與本發明所述驅動器一起使用的高頻電平移動電路的電路圖；圖12是與本發明所述驅動器一起使用的DV/DT升壓電路的電路圖。
具體實施例方式
現在參照圖1至9，除了驅動器電路的不同實施例的框圖以外，還示出了采用本發明所述驅動器的各種應用電路。參看圖1，其中示出了帶有本發明所述全橋驅動器19的一種全橋應用電路18。全橋驅動器19為全橋電路18中的各個開關M1-M4提供輸出。另外，驅動器電路19還為組成全橋電路18的各個半橋電路提供了獨立的相關連接VS1、VS2。
驅動器電路19是一個自振蕩全橋主驅動器，它可工作于例如200伏的高電壓下，并且具有高的速度，例如，高達1MHz。驅動器電路19還提供了空載時間(dead time)操作和協調，其空載時間值小于20ns。驅動器電路19還提供了多種故障保護，包括低電壓保護、軟啟動保護以及過載電流保護。根據本發明的一個專有的特征所述，驅動器電路19在過載電流故障檢測之后提供了一個時間周期，在該時間周期內輸出驅動器被禁止工作。這樣的術語在本發明的說明書和附圖中有時也被稱作“HICCUP”模式。
“HICCUP”電路和模式被設立在驅動器電路19中，用來通過過載電流恢復以協助對全橋電路18中的開關M1-M4的保護，而且用來協助由全橋電路18驅動的負載(圖1中顯示為電感L1)中的過載電流恢復。HICCUP模式負責根據電流檢測輸入CS與250毫伏內部基站相比較的結果來執行過載電流保護。如果檢測到過載電流情況，則驅動器電路19將關閉一段可編程的時間，以允許全橋電路18從過載電流情況中恢復。與全橋電路18連接的次級(或負載)獲得足夠的時間以從由過載電流情況造成的過載電流壓力中恢復。在典型的操作中，大電容CH被連接至驅動器電路19的輸入HICCUP。當檢測到過載電流情況時，驅動器電路19的輸出被禁止并且電容CH開始朝向電壓VCC緩慢充電。隨著電容CH上的電壓的增大，啟動閾值(在該點上驅動器電路19將被重新啟動)被逐漸接近。一旦電容CH上的電壓到達所需的閾值，驅動器電路19的輸出被重新啟動并且電容CH向地或COM(公共端)放電。
圖1所示應用電路17中的電阻RT和電容CT用于確定設立在驅動器電路19中的振蕩器的頻率。通過特別設定電容CT的值，就可以改變用于切換組成全橋電路18的兩個半橋中的開關的空載時間。也就是說，通過調整電容CT的值，就可將切換開關M1、M2與切換開關M3、M4之間的空載時間調整至所需值。
現在參看圖2，其中的示意框圖20示出了全橋驅動器電路19的內部操作。框圖20示出了組成全橋電路18的兩個半橋電路的高端和低端驅動器。輸出端HO1和HO2為全橋電路18的高端開關M1、M3提供開關信號，而輸出端LO1和LO2則為低端開關M2、M4提供開關信號。低端信號LO1和LO2與VCC有關，并且分別具有延遲匹配電路21、22。高端輸出HO1和HO2分別獨立地與電壓VS1、VB1及VS2、VB2有關。因此，電壓VS1和VS2可以像電壓基準VB1和VB2一樣在不同的參考電平上浮動。
提供給輸出端HO1和HO2的信號受到電平移動，以分別為電壓基準VS1、VS2作參照。電平移動器23、24接收來自脈沖控制塊25的脈沖串，并將脈沖信號移動至適當的電壓基準，從而在HO1和HO2上提供出精確的開關信號輸出。脈沖控制塊25還在互補的開關信號之間插入所需的空載時間，此空載時間部分地由與框圖20中的輸入CT耦合連接的電容CT的值確定。脈沖控制塊25接收來自振蕩器26的脈沖信號和鋸齒波信號，鋸齒波和牽引信號(pull signal)的頻率由外部元件電阻器RTN和電容器CT的組合決定。振蕩器26產生的脈寬決定了脈沖控制塊25產生的空載時間。通過調整外部電容CT的值，可以改變振蕩器26所提供的脈沖串的脈沖寬度，由此可以改變脈沖控制塊25產生的空載時間。
振蕩器26接收來自電壓VCC的電源以產生振蕩輸出信號。在啟動期間，或者如果電源出現故障，UVLO塊27將禁止振蕩器26工作，直到生成安全條件以允許振蕩器產生信號為止。在一個實例性實施例中，UVLO塊27進行操作，為電壓VCC提供上限閾值和下限閾值。這樣，如果電源VCC超出了所述上限和下限閾值，則振蕩器26將被禁止工作。換言之，UVLO塊27也可被設置成對脈沖控制塊25進行操作以禁止將開關信號脈沖串提供給高端和低端驅動器。
框圖20還示出了一個軟啟動電路28。該電路用于在啟動期間或在低電壓或過載電流事件或者故障之后提供額外的保護。軟啟動電路28進行操作以使電容C1通過開關M5(它在低電壓或過載電流情況下導通)放電。當電容C1的電壓降至由振蕩器26產生的電壓值以下時，比較器29A禁止脈沖控制塊25操作。當驅動器電路19重新啟動時，電流源S1經過約2500個振蕩器周期以使電容C1涓流充電(trickle charge)至VCC。電容C1上逐漸上升的電壓被與振蕩器26提供的鋸齒波信號進行比較，用以啟動脈沖控制塊25，由此產生軟啟動。很顯然，這種軟啟動特性可以只在啟動時提供，或者可以在啟動和故障恢復之后，或者可以在各種其它情況和條件之下提供。
軟啟動電路28中的比較器29A對電容C1上增大的電壓與來自振蕩器26的鋸齒波形進行比較，并產生信號以幫助調節脈沖控制塊25中的脈寬。脈沖控制塊25調整來自振蕩器26的輸入鋸齒波形以產生一系列的互補脈沖串。優選地通過對鋸齒波形值與一閾值進行比較，并且當所述鋸齒波形值與所述閾值交叉時對開關進行切換，從而獲得由脈沖控制塊25產生的脈沖串。由于在高電平和低電平上都設立了閾值，所以可以從鋸齒波形傾斜的形狀中獲得脈沖，其中鋸齒波形與兩個閾值交叉以在各個閾值交叉處分別產生向上脈沖轉換和向下脈沖轉換。比較器29A的輸出用于延長脈沖控制塊25所提供的脈沖，這是因為比較器29A對鋸齒波形的上升沿與電容C1提供的上升參考值進行比較的結果。隨著電容C1充電至VCC，來自脈沖控制塊25的脈沖串之中的脈沖受到比較器29A的影響越來越小，并最終具有預定的長度。
驅動器電路19還根據管腳CS上提供的電流檢測反饋來提供過載電流保護。管腳CS上提供的電壓通常是利用傳感器電阻RSENSE(圖1)產生的。該電阻根據流經全橋電路18的電流來產生電壓。利用比較器29B對框圖20中管腳CS上的電壓與可根據選定的應用而改變的內部電壓基準進行比較。在圖示的例子中，框圖20示出了一個200毫伏的基準電壓，該電壓可用作閾值，超過該閾值就說明出現了過載電流情況。內部電壓基準可以根據具體應用而從例如約25毫伏變化至250毫伏。比較器29B的輸出被提供給RS觸發電路。而RS觸發電路的輸出則被用于啟動或禁止脈沖控制塊25。
HICCUP模式電路30也被提供用于輔助過載電流保護。HICCUP模式電路30耦合連接至外部電容CH(圖1)。電容CH在HICCUP周期內充電以提供在其間脈沖控制塊25被禁止的時間間隔。由于HICCUP電容CH位于驅動器電路19的外部，所以可以對其進行選擇以根據需要對HICCUP時間周期進行編程。當比較器29B確定出現過載電流情況時，RS觸發器31被置位(set)，這樣反相輸出將啟動HICCUP模式電路30以使HICCUP電容CH涓流充電。電流源S2通過HICCUP模式電路30中的CMOS開關為HICCUP電容CH提供涓流充電。當HICCUP電容CH的上的電壓值達到給定的閾值(例如標準邏輯電壓電平)時，RS觸發器31被復位，從而導致反相輸出變為邏輯電平“1”，由此禁止HICCUP模式電路30工作。當HICCUP模式電路30被禁止工作時，HICCUP電容CH立刻放電至公共電壓基準電平。通常，外部HICCUP電容CH是大數值的電容，這樣HICCUP周期就足夠長，從而允許全橋電路19和次級負載從過載電流情況恢復以避免元件損壞。RS觸發器31被設計成這樣，即，當RS觸發器31的兩個輸入都為高邏輯電平“1”時，其同相輸出被置位成邏輯“1”電平。因此，通過將HICCUP管腳連接至電源VCC，就可禁止HICCUP模式電路30工作。在這種情況下，過載電流保護通過管腳CS上的電流檢測信號而仍然如愿地得到提供。
參考圖3，其中所示的驅動電路32用于根據本發明所述驅動與一對開關S1、S2相連的半橋。半橋驅動器電路32提供了相同的保護功能，并且在驅動半橋電路中起到了全橋驅動器電路19的作用。因此，驅動器電路32具有8個管腳，并且可以具有非常緊湊的封裝。像驅動器電路19一樣，驅動器電路32為高速、高電壓的自振蕩驅動器，它通常以50％的占空比操作。驅動器電路32提供的開關頻率在各個開關通道(例如HO和LO)上至多可達500KHz。像驅動器電路19一樣，驅動器電路32可以提供±1安培的驅動電流能力，這對低負荷MOSFET開關來說是最佳的。驅動器電路32的特點還在于其空載時間的可調范圍在15納秒到200納秒之間。驅動器電路32提供帶有自舉(boot strap)功能的浮動通道操作，該自舉功能能夠提供100伏的直流電壓。像驅動器電路19一樣，驅動器電路32為高端和低端脈沖提供了約在±25納秒之內的匹配。可調節的過載電流保護也是有效的，因為低電壓切斷(UVLO)保護與內部故障啟動功能相連。半橋驅動器32的一個典型應用在圖3中被顯示為通常在36-75伏的電壓數量級上操作的DC母線轉換器。驅動器電路32的另一個典型應用是輸入電壓沒有限制的推挽式轉換器。
驅動器電路32的振蕩器頻率fosc由電阻RTN和電容CT的組合設定，其中fosc近似等于1/(2*RT·CT)。空載時間通過選擇電容CT得到控制。內部軟啟動功能增加了加電期間的脈沖寬度，并且在整個啟動周期內使脈沖維持與高和低輸出的匹配。軟啟動功能可在加電、或者在過載電流或低電壓故障情況之后被接入。例如，當由于電源電壓VCC小于約7.5伏直流電壓而造成低電壓切斷的低電壓情況之后，可以接入軟啟動。
現在參考圖4，其中半橋驅動器電路32的內部圖被顯示為框圖40。對驅動器電路32的外部連接的解釋如下。輸入VCC是連接至驅動器電路32的IC偏置輸入。根據與輸出管腳HO和LO連接的MOSFET門的負荷以及可編程的振蕩器頻率，靜態VCC電流非常低并且總供應電流較高。總VCC電流是靜態VCC電流與輸出管腳HO和LO處的平均電流之和。利用工作頻率fosc和MOSFET門負荷QG，平均電流表達為IAVE＝QG×fosc通常，旁路陶瓷電容與電壓VCC和GND連接以避免噪聲干擾。旁路陶瓷電容優選地放置在盡可能接近驅動器電路32的地方。UVLO塊41通過電源電壓VCC為IC提供低電壓切斷。在一個典型的實施例中，UVLO塊41提供了約9.5伏的閾值電壓，這樣，當電壓VCC超過該閾值時，驅動器電路32被啟動。UVLO塊41幫助防止輸出HO和LO上的非對稱門信號，這種信號可能在當電壓VCC處于約7.5伏與8.5伏之間時出現。
輸入管腳OSC提供振蕩器編程功能，并且與定時電阻RT和定時電容CT相連接。電阻RT通常耦合連接在電壓VCC與管腳OSC之間，而定時電容CT則通常連接在管腳CS與OSC之間。在一個典型的應用中，定時電阻RT的數值范圍在10k歐姆到100k歐姆之間，定時電容CT的取值范圍通常在47PF到470PF之間。不推薦使用數值小于10k歐姆的定時電阻。為了獲得最佳性能，這些定時元件被放置成離驅動器電路32盡可能地近。另外，地和電壓VCC軌線(trace)應該在定時元件RT和CT的附近隔開。
輸入管腳CS為比較器42提供反饋電流檢測信號以用于與閾值進行比較估計。如圖4所示，典型的基準閾值VREF約為250毫伏。當管腳CS上的電壓值超過了電壓基準值時，脈沖控制塊25被禁止工作，從而使管腳HO和LO上沒有輸出。另外，在通過比較器42檢測到過載電流的情況下，軟啟動周期通過軟啟動塊43被啟動。UVLO塊41中檢測到的低電壓情況也可以啟動軟啟動周期，如圖中的或非門44所示。GND管腳作為驅動電路32中所有功能的信號地和電源地。由于驅動器電路32工作于高電流和高頻率下，因此建議采用低阻抗電路板地電位面來連接管腳GND。
輸入VB是與電源和高端驅動器連接的高端電源輸入。管腳VB上的高端高端電源通常從自舉電路獲得，該自舉電路采用了低泄漏肖特基二極管D引罩(boot)(圖3)和陶瓷電容C引罩(圖3)。二極管D引罩和電容C引罩優選地靠近驅動器電路32用以避免發出噪聲。并且VCC電壓軌線(trace)最好與連接至管腳VB的高端電源軌線隔開。
管腳HO是高端門驅動輸出管腳，它用于直接驅動功率MOSFET的門而不需要外部的緩沖器。驅動電路46A進行電源切換操作以在輸出管腳HO上提供信號，并且能夠降低1.2安培的電流。管腳HO優選地靠近被驅動的高端MOSFET以避免提供給高端MOSFET的驅動信號出現傳播延遲和失真。被驅動的MOSFET優選地采用低負荷MOSFET，用以防止電流擊穿。
管腳VS是高端電源返回連接，它優選地直接與高端MOSFET的源極端連接，并且具有可能短的軌線。管腳LO是低端門驅動輸出管腳，它用于直接驅動低端功率MOSFET。驅動器電路45B與驅動器電路46A類似，并且能夠進行補償操作。
現在參看圖5，其中本發明所述半橋驅動器的另一個實施例被顯示在一個典型的應用電路50中。電路50中示出的驅動器電路51用于以半橋結構來操作高端和低端開關。驅動器電路51包括多個功能，例如內部10伏電源電壓VCC箝位電路、外部逐周期地過載電流關機、以及與前面的實施例相類似的內部軟啟動中的低電壓切斷。驅動器電路51是一個自振蕩的高速、高電壓半橋驅動器，它可在半橋或全橋轉換器中作為初級端驅動器使用。驅動器電路51可以在至多達100伏的直流母線電壓下工作，或者可作為沒有母線電壓限制的推挽驅動器使用。定時電阻RT和定時電容CT工作以根據以下方程設定驅動器電路51的振蕩頻率fosc＝1/(1.4RT·CT)各個通道(即，輸出管腳HO和LO)都可在振蕩頻率fosc下工作。內部軟啟動電路在加電時增大了輸出HO和LO上提供的脈沖寬度，同時在整個啟動周期內使四個HO和LO輸出的脈沖寬度保持相等。內部10伏直流箝位二極管將電源從輸入母線VB直接提供給驅動器電路51。如上所述，在一個實施例中，如果電源電壓VCC降低到約7.5伏直流電壓以下，則低電壓切斷將防止輸出操作。
現在參看圖6，其中將驅動器電路51的內部示意框圖用框圖60顯示出來。驅動器電路51包括集成的軟啟動電容C3，電容C3與比較器61連接。該軟啟動電路也可被配置成，例如在加電后在每次過載電流之后接入，或者僅在加電時接入。電流檢測比較器62對管腳CS上的輸入電流檢測信號與數值可在例如25毫伏到250毫伏之間的電壓基準進行比較，從而在當電流檢測電壓高于基準電壓時禁止脈沖控制塊63工作。管腳CS通常與傳感器電阻(其上流過了代表半橋電流的電流)連接以獲得反饋電流信號。電流值通過管腳CS上的電壓得到測定，用以確定何時存在過載電流情況。可選地，管腳CS也可與邏輯電路的輸出連接。該邏輯電路為所保護的驅動電路51和連接的功率元件提供了邏輯關機操作。高端和低端輸出各自的驅動器64A和64B可操作以將峰值電流降低或減少至少1安培。高端浮動電源電壓VB可以浮動以超過公共地基準電平至多約150伏。
振蕩器輸出和脈沖修整電路65提供了頻率為fosc的鋸齒波以及寬度由輸入鋸齒波保持在1伏直流電壓以下及2/3 VCC以上的時間量決定的脈沖串。軟啟動電路通過對鋸齒波與電容C3上的電壓進行比較操作以增大提供給高端和低端驅動電路64A和64B的脈沖的寬度。在框圖60中，UVLO功能被提供在高端驅動器上，用以在出現低電壓切斷的情況下禁止高端的輸出。
現在參考圖7，其中示出了半橋驅動器電路32的另一個典型的應用電路。結合進驅動器電路32的軟啟動功能可以幫助次級或負載電路在管腳CS感測到過載電流的情況下的恢復。
現在參考圖8，其中驅動器電路80只在啟動時才接入軟啟動功能。或非門81只連接了來自UVLO塊82的UVLO輸入信號以及電源電壓VCC，這樣，軟啟動只在啟動時接入，而不是在啟動并且出現過載電流或過電壓情況的重啟之后接入。過載電流比較器83的輸出直接與脈沖控制塊85連接而不是軟啟動塊84。
現在參看圖9，其中的示意框圖90示出了在本發明所述驅動器電路中使用的振蕩器。例如，圖4中的振蕩器47或圖8中的振蕩器86可以采用框圖90中所示的振蕩器設計。框圖90中的振蕩器被稱為弛張振蕩器，它以兩倍于輸出脈沖頻率的頻率工作。振蕩器的頻率由外部元件決定，例如定時電阻RT和定時電容CT。脈沖之間的空載時間由電容CT通過開關MN3放電的時間決定。開關MN3被設計成當定時電容CT的數值為100pf時可獲得50納秒的放電時間。框圖90中的振蕩器輸出一個窄的脈沖串，該脈沖串的周期為輸出頻率的兩倍，并且表示出了高端和低端開關的開關脈沖之間的空載時間。脈沖控制塊45(圖4)或85(圖5)在每個輸出周期內將振蕩器輸出引向高端輸出然后是低端輸出一次。
現在參考圖10，其中將本發明所述驅動器電路中的軟啟動操作顯示在電路框圖100中。在框圖100中，軟啟動電路的操作提供了長的軟啟動時間并且沒有使用外部的大電容，這樣就節省了管腳的數目以及外部元件的成本，并且降低了復雜度。當上電時，軟啟動電路100通過開關MP9和MN2對軟啟動電容C2充電。在這個上電階段內，電容C2充電至約1.5伏直流電壓。振蕩器的頻率被除以16，用于在啟動期間通過開關MP 10啟動電流源以每16個振蕩器周期對電容C2充電一次。通過開關MP 10提供的充電電流，其范圍在約800納安至1毫安之間。每次當電容C2在第16個振蕩器周期充電時，在電容C2上出現大約25毫伏的遞增電壓。當軟啟動電容C2完全充電時，其電壓值約為6伏。因此，可以獲得約2500個周期的軟啟動時間周期。如果振蕩器頻率約為500KHz(或者2.5微秒)軟啟動時間約為6.25毫秒。在軟啟動期間，輸出驅動器上的輸出脈沖得到保持，以使其在高端和低端驅動器的延續時間上相等。根據結合了軟啟動功能的本發明多種實施例所述，軟啟動電容C2在每次由過載電流比較器42或83檢測到過載電流情況之后被預充電。根據一個備選的實施例所述，軟啟動電容C2只在上電時被預充電。
現在參考圖11，其中示出了高頻電平移動電路111的電路圖110。電平移動電路111接收與公共電壓基準有關的脈沖串形式的輸入信號。電平移動電路111調整與輸出電壓基準VS有關的脈沖串。另外，脈沖串被轉換成輸出到管腳S和R上的置位或復位信號，這些信號適用于驅動高端輸出的RS觸發器的輸入。電平移動電路111還結合了DV/DT控制以及DV/DT升壓電路，用以提高抗噪聲能力。
電平移動電路111使經過轉換并提供給輸出端S和R的輸入脈沖獲得了減小的傳播延遲。電平移動電路111包括用作電壓限制電路的增強模式晶體管MP11和MP12，從而限制了提供給偏移晶體管MP6和MP7的柵極的電勢。晶體管MP11串聯連接在開關晶體管MN3與偏移晶體管MP6之間的第一電流路徑上，晶體管MP12則串聯連接在開關晶體管MN4與偏移晶體管MP7之間的第二電流路徑上。晶體管MP11與MP6之間的節點112被連接用于為晶體管MP7的柵極提供電勢，而晶體管MP12與MP7之間的節點113則被連接用于為晶體管MP6的柵極提供電勢。晶體管MP11和MP12的柵極都接收高端浮動電源偏置電壓VS，并由此保持導通狀態。
增強模式晶體管對MP4、MP5進行操作以將電流注入到VB與節點112之間的路徑上。注入的電流通過提高節點112上的電勢以降低通過晶體管MP6和電阻R10的電勢。類似地，增強模式晶體管對MP8、MP9將電流注入到VB與節點113之間的路徑上，以通過提高節點113上的電勢來降低通過晶體管MP7和電阻R8的電勢。由增強模式晶體管對注入的電流減小了傳播延遲和脈沖持續時間，并且可以起到減小功耗的作用。電流注入晶體管MP5和MP9的柵極被連接用于接收分別與偏移晶體管MP6和MP7的柵極相同的電勢，這些電勢是由二極管D1和D2調節的附加電壓。電流注入晶體管MP4的柵極被連接用于通過反相晶體管對MP10、MN2以及電阻R9接收來自節點113的反相信號。電流注入晶體管MP8的柵極被連接用于通過電阻R7接收來自節點112并經由晶體管MP3、MN1組成的反相器的反相信號。
電平移動電路111的操作如下。在輸入IN＝0、輸入IN*＝1的初始條件下，加載給晶體管MP4的柵極的信號為高電平，并且晶體管MP4截止。在這種情況下，即使晶體管MP6和MP5是導通的，也不會有電流流過VB與節點112之間的電流注入晶體管對。反之，加載給晶體管MP10的柵極的信號為低電平，并且晶體管MP10導通。但是，由于晶體管MP7和MN2是截止的，所以不會有電流流過VB與節點113之間的電流注入晶體管對。
當輸入信號造成由低到高的轉換時，如上所述的電流脈沖開始流經第一電流路徑中的電阻R10，從而驅使節點112上的電勢降低。節點112上的低電勢使晶體管MP7和MP9導通，而且晶體管MP8已經是導通的。因此，電流通過晶體管MP7和電阻R8從VB注入到節點113。晶體管MN4已經截止，因而防止電流流過第二電流路徑，并且使節點113上的電勢快速上升到電壓VB。隨著節點113上電勢的上升，加載給晶體管MP6的柵極的電壓信號下降，并且晶體管MP6截止，從而阻止電流脈沖流過第一電流路徑。與此同時，加載給晶體管MP8的柵極的電壓上升，以使晶體管MP8在由電阻R7決定的RC延遲之后截止。當晶體管MP8截止時，從電壓VB注入到節點113的電流停止，從而造成節點113上產生一個短的電流脈沖。當靜態電流降低至0時，也就是沒有電流流入任何一個電流路徑并且沒有電流注入，電路將保持穩定，直到發生由高到低的輸入轉換為止。
當輸入信號隨后造成由高到低的轉換時，如上所述的電流脈沖開始流經第二電流路徑中的電阻R8，從而驅使節點113上的電勢降低。節點113上的低電勢使晶體管MP6和MP5導通，而且晶體管MP4已經是導通的。因此，電流通過晶體管MP6和電阻R10從VB注入到節點112。如上所述，晶體管MN3已經截止，因而防止電流流過第一電流路徑，并且使節點112上的電勢快速上升到電壓VB。隨著節點112上電勢的上升，加載給晶體管MP7的柵極的電壓信號下降，并且晶體管MP7截止，從而阻止電流脈沖流過第二電流路徑。與此同時，加載給晶體管MP4的柵極的電壓上升，以使晶體管MP4在由電阻R9決定的RC延遲之后截止。當晶體管MP4截止時，從電壓VB注入到節點112的電流停止，從而造成節點112上產生一個短的電流脈沖。當靜態電流降低至0時，也就是沒有電流流入任何一個電流路徑并且沒有電流注入，電路將保持穩定，直到發生由低到高的輸入轉換為止。
通過根據流過兩個電流路徑的電流并利用偏移和開關電路對電平移動電路111進行操作，就可以大大降低通常與恒定脈寬信號有關的傳播延遲。另外，由于傳播延遲的降低，電平移動電路111中的功耗被極大的縮減。這些優點中的每一個都做出了貢獻以使電平移動電路111能夠工作在較高的頻率中。
現在參考圖12，其中示出了一個DV/DT升壓電路120。升壓電路120在圖11中以框圖的形式示出。升壓電路120的作用是抑制因瞬間噪聲而造成的電平移動電路111的錯誤操作。該電路在美國專利第6,611,154號中有比較詳細的說明，這篇文獻的內容在此也被引入本文以作為參考。
雖然對本發明的說明是結合其具體實施例來進行的，但對本領域的普通技術人員來說，許多其它的變換、修改以及應用都是顯而易見的。因此，本發明應該由所附權利要求而不是由具體的說明來限定。
權利要求
1.一種用于以固定頻率操作晶體管的IC控制器，包括振蕩器電路，用于提供固定頻率的振蕩信號；軟啟動電路，與所述振蕩器連接，用于接收振蕩信號并產生脈沖長度調整信號以調整從所述振蕩信號獲得的脈沖信號，從而改變所述脈沖信號中的脈沖長度；軟啟動電路，可被選擇性地操作以改變所述脈沖信號；驅動器電路，用于接收所述脈沖信號并提供適于操作晶體管的輸出。
2.根據權利要求1所述的IC控制器，進一步包括處于所述軟啟動電路中的比較器，所述比較器用于對所述振蕩信號與基準值進行比較，從而在所述軟啟動電路被選擇性地操作時調整所述脈沖信號。
3.根據權利要求2所述的IC控制器，其特征在于，所述基準值可以在與所述振蕩信號進行比較期間改變。
4.根據權利要求1所述的IC控制器，進一步包括過載電流檢測電路，用于在當檢測到過載電流的情況下禁止所述脈沖信號或所述驅動器電路。
5.根據權利要求1所述的IC控制器，進一步包括另一個驅動器電路，用于接收所述脈沖信號并產生適于操作晶體管的輸出。
6.根據權利要求1所述的IC控制器，進一步包括電平移動電路，其用于將所述脈沖信號從一個基準電壓轉換至另一個基準電壓。
7.根據權利要求6所述的IC控制器，進一步包括DV/DT升壓電路，其與所述電平移動電路連接，用于增強所述電平移動電路的抗噪聲能力。
8.根據權利要求1所述的IC控制器，進一步包括脈沖信號禁止電路，所述脈沖信號禁止電路用于在出現故障的情況下在一段預定的時間周期內禁止所述信號。
9.根據權利要求4所述的IC控制器，進一步包括脈沖信號禁止電路，其與所述過載電流檢測電路連接，并用于在檢測到過載電流后的一段時間周期內禁止所述脈沖信號。
10.一種用于控制開關半橋電路中的開關的半橋驅動器，其特征在于，所述半橋驅動器包括根據權利要求1所述的IC控制器。
11.一種用于驅動全橋開關電路的全橋驅動器，包括根據權利要求1所述的IC控制器。
12.根據權利要求1所述的IC控制器，其特征在于，來自所述振蕩器電路的所述振蕩信號進一步包括脈沖串，其帶有多個固定頻率的脈沖，并且具有與在半橋的開關操作之間的空載時間有關的寬度。以所述固定頻率形成的鋸齒波，其中所述軟啟動電路的輸出可與所述鋸齒波的波形合并，用以改變在軟啟動模式中提供給所述驅動器的脈沖的寬度。
13.一種用于為晶體管驅動器電路提供軟啟動操作的方法，包括從具有給定頻率的振蕩器提供鋸齒波形；對所述鋸齒波形與基準值進行比較；以及作為比較的結果，當所述基準值在所述鋸齒波形的數值以下時，調整所述鋸齒波形以產生具有增大的長度的脈沖。
14.根據權利要求13所述的方法，進一步包括為驅動器電路提供所述脈沖以對晶體管進行驅動。
15.一種用于驅動晶體管的驅動器電路，包括振蕩器電路，用于產生振蕩信號；驅動器電路，用于接收所述振蕩信號并產生適于操作所述晶體管的輸出信號；以及過載電流檢測電路，用于檢測過載電流情況，并操作用來在一段預定的時間周期內禁止所述振蕩信號或所述驅動器電路，以便從所述過載電流情況中恢復。
16.一種用于增加傳遞到晶體管驅動器的脈沖長度的軟啟動電路，包括比較器，其具有與鋸齒波形連接的輸入端，用于提供變化的比較操作結果；與所述比較器的另一輸入端連接的基準值，用于與所述鋸齒波形的比較。
17.所述比較器的輸出作用在從所述鋸齒波形獲得的脈沖串上，從而在當所述基準值小于所述鋸齒波形的值時改變脈沖的寬度。
18.根據權利要求17所述的電路，其特征在于，所述基準值從一電容上的電壓獲得。
19.根據權利要求17所述的電路，其特征在于，其特征在于，所述基準值是可變的。
20.根據權利要求18所述的電路，其特征在于，所述電容上的電壓變化提供了與所述鋸齒波形的可變的比較結果。
全文摘要
一種晶體管驅動器電路提供了軟啟動功能，它使得提供給晶體管的脈沖可在啟動期間的時長內變化。該驅動器還提供了過載電流保護功能，用于在檢測到過載電流情況時在一段安全的時間周期內禁止驅動器工作。該驅動器包括可產生鋸齒波和窄寬度的脈沖串的振蕩器，用于分別確定脈沖寬度和空載時間。該驅動器可被用在半橋驅動器或全橋驅動器電路當中。
文檔編號H02H3/00GK1551473SQ20041003472
公開日2004年12月1日 申請日期2004年4月26日 優先權日2003年4月24日
發明者程曉昌, 阿博道林, 埃德加·阿博道林 申請人:國際整流器公司