專利名稱：高電流驅動電路及降低驅動電路短路電流的方法
技術領域：
本發明是關于一種驅動電路，尤其是一種可避免產生短路電流的驅動電路。
背景技術：
隨著電子產品的功率越來越大，對于驅動電路的要求也越來越高。圖1A 是一典型驅動電路10的示意圖。如圖1A中所示，此驅動電路10具有一輸入 端P、 一個P型金屬氧化物半導體器件XI1與一個N型金屬氧化物半導體器 件X12。其中，輸入端P是用以輸入驅動信號Vin。 P型金屬氧化物半導體器 件XI1與N型金屬氧化物半導體器件X12是串接于一高電位端H與一接地端 G之間。驅動信號Vin是同時控制兩個金屬氧化物半導體器件XI1與X12是 否導通，以選擇輸出高電位或是低電位的輸出信號Vo。
圖1B顯示圖1A中，驅動信號Vin、輸出信號Vo以及流經兩個金屬氧化 物半導體器件X11與X12的電流I的波形圖。如圖1B中所示，驅動信號Vin 是在高電位與低電位間切換。因為驅動信號Vin在切換過程中的斜率并非無 限大，也就是驅動信號Vin在高低電位間的切換過程必須耗費一定時間。因 此，同時請參照圖1A，驅動信號Vin在高電位切換至低電位或是低電位切換 至高電位的過程中，會同時導通兩個金屬氧化物半導體器件Xll與X12，而 產生短路電流Is。過大的短路電流值會使金屬氧化物半導體器件Xll與X12 耗損過大功率而燒毀。
為了解決短路電流的問題，請參照圖2所示的驅動電路12，典型的解決 方法是于P型金屬氧化物半導體器件XI1與N型金屬氧化物半導體器件X12 之間設置一限流電阻RL，以降低兩個金屬氧化物半導體器件XI1與X12同時導通時流經金屬氧化物半導體器件Xll與X12的電流值I。值得注意的是， 限流電阻RL固然可解決金屬氧化物半導體器件Xll與X12耗損過大功率的 問題，但也會同時降低輸出信號Vo的電流值，而限制了驅動電路10的驅動 力。
于是，如何提供一種驅動電路，除了可以避免產生短路電流燒毀金屬氧 化物半導體器件，同時也可以避免因限流電阻而導致驅動電路的驅動力受限 的問題，對于本領域而言，是一個亟欲解決的課題。
發明內容
本發明的主要目的在于解決驅動電路在驅動信號切換的過程中產生短路 電流而可能燒毀金屬氧化物半導體器件的問題。
本發明的另一目的在于避免限流電阻的使用而導致驅動電路的驅動力降 低的問題。
本發明提供一高電流驅動電路，包括一輸入端、 一第一級與一第二級。 其中，輸入端是用以輸入一驅動信號。第一級是用以將驅動信號轉換為低電 流的一第一信號與一第二信號。第二級具有一第二級P型開關器件與一第二 級N型開關器件，串接于一高電位端與一低電位端之間。第一信號與第二信 號是分別用以驅動第二級P型開關器件與第二級N型開關器件，以選擇輸出 高電位或是低電位的信號。
在本發明的一實施例中，第一級具有一第一級P型開關器件與一第一級N 型開關器件，驅動信號是同時控制第一級P型開關器件與第一級N型開關器 件的導通與否，以產生第一信號與第二信號。因為第一級P型開關器件與第
一級N型開關器件的工作特性，第一信號為低電位信號的時間范圍與第二信 號為高電位信號的時間范圍不互相重迭，以避免第二級P型開關器件與第二 級N型開關器件同時被第一信號與第二信號驅動。
本發明并提供一種降低驅動電路的短路電流的方法，以輸出大功率信號。此方法包括下列步驟(a)提供一驅動信號；(b)利用一第一級P型開關器件與
一第一級N型開關器件，將驅動信號轉換為低電流的一第一信號與一第二f
號，第一信號與該第二信號是驅動信號的反向信號，并且，第一信號為低電 位信號的時間范圍與第二信號為高電位信號的時間范圍不互相重迭；(c)利用 第一信號與第二信號分別驅動一第二級P型開關器件與一第二級N型開關器 件，以產生大功率信號。
關于本發明的優點與精神可以通過以下的發明詳述及所附圖式得到進一 步的了解。
圖1A是一典型驅動電路的示意圖1B顯示圖1A中驅動信號、輸出信號以及流經金屬氧化物半導體器件 的電流的波形圖2是另一典型具有限流電阻的驅動電路的示意圖3是本發明高電流驅動電路一較佳實施例的示意圖4是圖3的驅動電路中，驅動信號驅動第一級產生第一信號與第二信
號一較佳實施例的波形圖5是本發明高電流驅動電路另一較佳實施例的示意圖；以及
圖6是本發明降低驅動電路的短路電流的方法一較佳實施例的流程圖。
附圖標號
驅動電路10，12
P型金屬氧化物半導體器件XI1
高電位端H
低電位端L
第一信號VS1
輸出信號Vo
輸入端P
N型金屬氧化物半導體器件X12
接地端G
驅動信號Vin
第二信號VS2
電流Il短路電流Is
限流電阻RL
高電流驅動電路20,20， 第二級24,24' 第一級P型開關器件X21
第一級22，22'
第一級N型開關器件X22 第二級N型開關器件X24 二極管D1,D2
反向器26
第二級P型開關器件X23
第一電阻R具體實施例方式
圖3是本發明的高電流驅動電路20—較佳實施例的示意圖。如圖3中所 示，此驅動電路20具有一輸入端P、 一第一級22與一第二級24。其中，輸 入端P是用以輸入一驅動信號Vin。第一級22具有一第一級P型開關器件X21 與一第一級N型開關器件X22。此第一級P型開關器件X21與第一級N型開 關器件X22是串接于一高電位端H與一低電位端L (例如一接地端)之間。 輸入端P輸入的驅動信號Vin是同時控制第一級P型開關器件X21與第一級 N型開關器件X22導通與否，而在第一級P型開關器件X21的漏極與第一級 N型開關器件X22的漏極分別輸出一第一信號VS1與一第二信號VS2。
值得注意的是，為了避免產生短路電流，第一級22并具有一第一電阻 Rl ，串接于第一級P型開關器件X21與第一級N型開關器件X22之間。第'一 信號VS1與第二信號VS2是分別由此第一電阻R1的兩端輸出。
圖4是圖3的驅動電路20中，驅動信號Vin驅動第一級22產生第一信 號VS1與第二信號VS2 —較佳實施例的波形圖。如圖4中所示，驅動信號 Vin在高電位與低電位間切換的過程中的斜率不可能是無限大。也就是說，驅 動信號Vin開始由低電位上升的時間點tl與達到高電位的時間點t2具有明顯 的時間差。同樣地，驅動信號Vin開始由高電位下降的時間點t3與降到低電 位的時間點t4亦具有明顯的時間差。因此，驅動信號Vin在高低電位間的切 換過程中，第一級P型開關器件X21與第一級N型開關器件X22會同時被驅
9動信號Vin導通。
在此情況下，如圖3所示，第一電阻R1的存在可以限制流經其上的電流 值Il，以降低第一級P型開關器件X21與第一級N型開關器件X22所耗損的 功率，防止第一級P型開關器件X21與第一級N型開關器件X22被燒毀。因 此，由第一級22輸出的第一信號VS1與第二信號VS2只能是低電流信號。 此外，就一較佳實施例而言，為了避免兩個開關器件X21，X22被燒毀，第一 電阻R1的電阻值不能太小。
請參照圖4所示，如圖4中所示，在時間點tl之前，即驅動信號Vin為 低電位時，第一級P型開關器件X21是導通，第一級N型開關器件X22是不 導通，而使第一信號VS1與第二信號VS2均為高電位信號。接下來，在時間 點tl至t2間，即驅動信號Vin由低電位轉變為高電位的過程中，第一級P型 幵關器件X21與第一級N型開關器件X22均導通，而使第一信號VS1與第 二信號VS2分別是一高電位信號與一低電位信號。然后，在時間點t2至t3 間，即驅動信號Vin為高電位時，第一級P型開關器件X21是不導通，第一 級N型開關器件X22是導通，而使第一信號VS1與第二信號VS2均為低電 位信號。接下來，在時間點t3至t4間，即驅動信號Vin由高電位轉變為低電 位的過程中，第一級P型開關器件X21與第一級N型開關器件X22是導通， 而使第一信號VS1與第二信號VS2分別是一高電位信號與一低電位信號。然 后，在時間點t4之后，即驅動信號Vin降為低電位，第一級P型開關器件X21 是導通，第一級N型開關器件X22是不導通，而使第一信號VS1與第二信號 VS2均為高電位信號。
如前述，當驅動信號Vin為高電位時，第一信號VS1與第二信號VS2均 為低電位信號。當驅動信號Vin為低電位時，而使第一信號VS1與第二信號 VS2均為高電位信號。也就是說，第一信號VS1與第二信號VS2大致上是驅 動信號Vin的反向信號。
值得注意的是，因為第一級P型開關器件X21與第一級N型開關器件X22的工作特性，第二信號VS2為低電位信號的時間范圍(即tl至t4)是大 于第一信號VS1為低電位信號的時間范圍(即t2至t3)。也就是說，第一信 號VS1為低電位信號的時間范圍(即t2至t3)與第二信號VS2為高電位信號 的時間范圍(即tl以前與t4以后)不互相重迭。
驅動電路20的驅動力的大小主要是由第二級24 (或稱功率級)所決定。 第二級24具有一第二級P型開關器件X23與一第二級N型開關器件X24， 串接于高電位端H與低電位端L之間。在本實施例中，第一級22與第二級 24是共用高電位端H與低電位端L。
第二級24的第二級P型開關器件X23與第二級N型開關器件X24是分 別受到來自第一級22的第一信號VS1與第二信號VS2所驅動，以選擇輸出 高電位或是低電位的信號Vo。值得注意的是，第二級P型開關器件X23會被 低電位信號驅動，第二級N型開關器件X24會被高電位信號驅動，并且，第 一信號VS1為低電位信號的時間范圍與第二信號VS2為高電位信號的時間范 圍不互相重迭。因此，本發明可以避免第二級P型開關器件X23與第二級N 型開關器件X24同時被第一信號VS1與第二信號VS2驅動。也就是說，在同 一時間，第二級P型開關器件X23與第二級N型開關器件X24中，只有一個 開關器件是導通的。也因此，本發明可以避免在第二級24產生短路電流。又， 就一較佳實施例而言，第二級P型開關器件X23與第二級N型開關器件X24 可分別是一P型金屬氧化物半導體器件(MOS)與一N型金屬氧化物半導體 器件(MOS)，以產生大功率輸出。
其次，雖然由第一級22輸出的第一信號VS1與第二信號VS2受到第一 電阻R1的影響，都是低電流信號。但是，第一信號VS1與第二信號VS2驅 動第二級P型開關器件X23與第二級N型開關器件X24主要是倚靠其電位， 而非電流。因此，降低第一信號VS1與第二信號VS2的電流值，并不會影響 其驅動第二級P型開關器件X23與第二級N型幵關器件X24的能力。
此外，本發明驅動電路20的驅動力，決定于流經第二級24的第二級P型開關器件X23與第二級N型開關器件X24的電流值，而非流經第一級22 的第一級P型開關器件X21與第一級N型開關器件X22的電流值。因為第一 信號VS1為低電位信號的時間范圍與第二信號VS2為高電位信號的時間范圍 不重迭，第二級24的第二級P型開關器件X23與第二級N型開關器件X24 并不會同時被導通。因此，即使未在第二級P型開關器件X23與第二級N型 開關器件X24的間設置限流電阻，也不會產生短路電流燒毀第二級P型開關 器件X23與第二級N型開關器件X24。也就是說，本發明的驅動電路20不 需要為了防止第二級P型開關器件X23與第二級N型開關器件X24被燒毀， 而限制驅動電路20的驅動力。
在圖3的實施例中，第二級的P型開關器件X23與第一級的P型開關器 件X21的間設置有一二極管D1。此二極管D1是一齊納二極管(ZenerDiode)， 用以限制電流流動的方向，以保護第二級P型開關器件X23。 一般而言，此 二極管Dl亦可用于調整第一信號VS1驅動第二級P型開關器件X23的時間 點。第二級的N型開關器件X24與第一級的N型開關器件X22之間設置有一 二極管D2。此二極管D2也是一齊納二極管，以保護第二級N型開關器件X24。 此二極管D2亦可用于調整第二信號VS2驅動該第二級N型開關器件X24的 時間點。值得注意的是，二極管Dl與二極管是D2是反向設置于第一級22 與第二級24之間。
又，為了檢測流經第二級24的第二級P型開關器件X23與第二級N型 開關器件X24的電流值，以防止第二級P型開關器件X23與第二級N型開關 器件X24被燒毀，可在第二級P型開關器件X23與第二級N型開關器件X24 之間串接一電阻以檢測是否產生短路電流。
此外，若是有反向輸出的需求，如圖5的高電流驅動電路20'所示，可 以在輸入端P與第一級22，間設置一反向器26。在此情況下，第一信號VS1 與第二信號VS2會是驅動信號Vin的同相信號，而輸出信號Vo會是驅動信 號Vin的反向信號。
12如圖1A所示，傳統的驅動電路10具有一輸入端P與一功率級。此功率 級具有一P型開關器件X11與一N型開關器件X12。其中，輸入端P是用以 通入一驅動信號Vin。依據P型開關器件XI1或N型開關器件X12是否被此 驅動信號Vin驅動，即可選擇輸出高電位或低電位的信號。圖6是本發明針 對此驅動電路10所提供的降低短路電流的方法一較佳實施例的流程圖。
如圖6中所示，首先，于步驟S120，利用一前級P型開關器件與一前級 N型幵關器件，將驅動信號Vin轉換為一第一信號VS1與一第二信號VS2。 并且，第一信號VS1為低電位信號的時間范圍與第二信號VS2為高電位信號 的時間范圍不互相重迭。就一較佳實施例而言，如圖3所示，可以使用驅動 信號Vin同時控制相連的前級P型開關器件X21與前級N型開關器件X22導 通與否，而分別由前級P型開關器件X21與前級N型開關器件X22輸出第一 信號VS1與第二信號VS2。
進一步來說，請同時參照圖3所示，在驅動信號Vin由低電位轉變為高 電位的過程中，前級P型開關器件X21與前級N型開關器件X22是導通，而 使第一信號VS1與第二信號VS2分別是一高電位信號與一低電位信號。當驅 動信號Vin為高電位，前級P型開關器件X21是不導通，前級N型幵關器件 X22是導通，而使第一信號VS1與第二信號VS2均為低電位信號。在驅動信 號Vin由高電位轉變為低電位的過程中，前級P型開關器件X21與前級N型 開關器件X22是導通，而使第一信號VS1與第二信號VS2分別是一高電位信 號與一低電位信號。當驅動信號Vin為低電位，前級P型開關器件X21是導 通，前級N型開關器件X22是不導通，而使第一信號VS1與第二信號VS2 均為高電位信號。因此，第一信號VS1為低電位信號的時間范圍與第二信號 VS2為高電位信號的時間范圍不互相重迭。
然后，于步驟S140，于前級P型開關器件與前級N型開關器件之間串接 一高阻抗的電阻，以避免產生短路電流流經前級P型開關器件與前級N型開 關器件，防止前級P型開關器件與前級N型開關器件被燒毀。值得注意的是，此高阻抗的電阻同時也會降低輸出的第一信號VS1與第二信號VS2的電流 值。接下來，于步驟S160，將第一信號VS1與第二信號VS2輸入功率級P 型開關器件與功率級N型開關器件。第一信號VS1與第二信號VS2是分別用 以驅動功率級P型開關器件與功率級N型開關器件，以產生大功率輸出信號。 也就是說，功率級P型開關器件是被低電位的第一信號VS1驅動，功率級N 型開關器件是被高電位的第二信號VS2驅動。
值得注意的是，雖然第一信號VS1與第二信號VS2的電流值受到限制， 而無法提供足夠的驅動力。但在本發明中，第一信號VS1與第二信號VS2是 用以驅動功率級P型開關器件與功率級N型開關器件。第一信號VS1與第二 信號VS2驅動功率級P型開關器件與功率級N型開關器件是倚靠其電位而非 電流。因此，降低第一信號VS1與第二信號VS2的電流值，并不會影響其驅 動功率級P型開關器件與功率級N型開關器件的能力。
此外，相較于圖2的驅動電路10必須利用限流電阻RL避免短路電流產 生而燒毀金屬氧化物半導體器件Xll與X12，由于第一信號VS1為低電位信 號的時間范圍與第二信號VS2為高電位信號的時間范圍不互相重迭，因此， 功率級P型開關器件與功率級N型開關器件并不會有同時導通的情形發生， 也就不會產生短路電流燒毀金屬氧化物半導體器件的情形。
以上所述是利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限制本發明的范圍， 而且本領域相關技術人員皆能明了，適當而作些微的改變及調整，仍將不失 本發明的要義所在，亦不脫離本發明的精神和范圍。
權利要求
1.一種高電流驅動電路，其特征在于，該高電流驅動電路包括一輸入端，用以輸入一驅動信號；一第一級，用以將該驅動信號轉換為低電流的一第一信號與一第二信號，并且，所述的第一信號為低電位信號的時間范圍與所述的第二信號為高電位信號的時間范圍不互相重迭；以及一第二級，具有一第二級P型開關器件與一第二級N型開關器件，串接于一高電位端與一低電位端之間，所述的第一信號與所述的第二信號是分別用以驅動所述的第二級P型開關器件與所述的第二級N型開關器件，以選擇輸出高電位或是低電位的信號。
2. 如權利要求1所述的高電流驅動電路，其特征在于，所述的第一信號與 所述的第二信號是所述的驅動信號的反向信號。
3，如權利要求1所述的高電流驅動電路，其特征在于，所述的第一級具有 一第一級P型開關器件與一第一級N型開關器件，所述的驅動信號是同時控 制所述的第一級P型開關器件與所述的第一級N型幵關器件的導通與否，以 產生所述的第一信號與所述的第二信號，并且，所述的第一級P型開關器件 與所述的第一級N型開關器件是串接于該高電位端與低電位端之間。
4. 如權利要求3所述的高電流驅動電路，其特征在于，所述的第一信號與 所述的第二信號分別由所述的第一級P型開關器件的源極與所述的第一級N 型開關器件的漏極輸出。
5. 如權利要求4所述的高電流驅動電路，其特征在于，在所述的驅動信號由低電位轉變為高電位的過程中，所述的第一級P型開關器件與所述的第一 級N型開關器件是導通，而使所述的第一信號與所述的第二信號分別是一高 電位信號與一低電位信號，在所述的驅動信號由高電位轉變為低電位的過程 中，所述的第一級P型開關器件與所述的第一級N型開關器件是導通，而使所述的第一信號與所述的第二信號分別是一高電位信號與一低電位信號，當 所述的驅動信號為高電位，所述的第一級P型開關器件是不導通，所述的第一級N型開關器件是導通，而使所述的第一信號與所述的第二信號均為低電 位信號，當所述的驅動信號為低電位，所述的第一級P型開關器件是導通， 所述的第一級N型開關器件是不導通，而使所述的第一信號與所述的第二信 號均為高電位信號。
6. 如權利要求1所述的高電流驅動電路，其特征在于，所述的第一級更包 括一第一電阻，串接于所述的第一級P型開關器件與所述的第一級N型開關 器件之間，以避免產生短路電流流經所述的第一級P型開關器件與所述的第 一級N型開關器件。
7. 如權利要求1所述的高電流驅動電路，其特征在于，所述的第二級更包 括一第二電阻，串接于所述的第二級P型開關器件與所述的第二級N型開關 器件之間，以檢測短路電流。
8. 如權利要求1所述的高電流驅動電路，其特征在于，所述的電路更包括 一反向器，連接于所述的輸入端與所述的第一級間，以使所述的第二級輸出 與所述的驅動信號反向的信號。
9. 如權利要求1所述的高電流驅動電路，其特征在于，所述的電路更包括 一二極管設置于所述的第二級P型開關器件與所述的第一級P型開關器件之 間，以保護所述的第二級P型開關器件，并調整所述的第一信號驅動所述的 第二級P型開關器件的時間點。
10. 如權利要求9所述的高電流驅動電路，其特征在于，所述的電路更包 括另一二極管設置于所述的第二級N型幵關器件與所述的第一級N型開關器 件之間，以保護所述的第二級N型開關器件，并調整所述的第二信號驅動所 述的第二級N型開關器件的時間點，并且，所述的二個二極管是以相反方向 設置于所述的第一級與所述的第二級之間。
11. 如權利要求l所述的高電流驅動電路，其特征在于，第二級P型開關器件與所述的第二級N型開關器件分別是一 P型金屬氧化物半導體器件與一 N型金屬氧化物半導體器件。
12. —種降低一驅動電路短路電流的方法，所述的驅動電路包括一輸入端 與一功率級，所述的功率級具有一功率級P型開關器件與一功率級N型開關 器件，其中，所述的輸入端是用以通入一驅動信號，透過控制所述的功率級P 型開關器件或所述的功率級N型開關器件是否被所述的驅動信號驅動，以選 擇輸出高電位或低電位的信號，該方法包括-利用一前級P型開關器件與一前級N型開關器件，將所述的驅動信號轉 換為一第一信號與一第二信號，所述的第一信號與所述的第二信號是所述的 驅動信號的反向信號，并且，所述的第一信號為低電位信號的時間范圍與所 述的第二信號為高電位信號的時間范圍不互相重迭；于所述的前級P型開關器件與所述的前級N型開關器件之間串接一高阻 抗的電阻，以避免產生短路電流流經所述的前級P型開關器件與所述的前級N 型開關器件；以及利用所述的第一信號與所述的第二信號分別驅動所述的功率級P型幵關 器件與所述的功率級N型開關器件，以產生大功率信號。
13. 如權利要求12所述的降低一驅動電路短路電流的方法，其特征在于， 利用所述的前級P型開關器件與所述的前級N型開關器件將所述的驅動信號 轉換為一第一信號與一第二信號的步驟，是以所述的驅動信號同時控制所述 的前級P型開關器件與所述的前級N型開關器件導通與否，在所述的驅動信 號由低電位轉變為高電位的過程中，所述的前級P型開關器件與所述的前級N型開關器件是導通，而使所述的第一信號與所述的第二信號分別是一高電位 信號與一低電位信號，在所述的驅動信號由高電位轉變為低電位的過程中，所述的前級P型開關器件與所述的前級N型開關器件是導通，而使所述的第 一信號與所述的第二信號分別是一高電位信號與一低電位信號，當所述的驅 動信號為高電位，所述的前級P型開關器件是不導通，所述的前級N型開關器件是導通，而使所述的第一信號與所述的第二信號均為低電位信號，當所述的驅動信號為低電位，所述的前級P型開關器件是導通，所述的前級N型 開關器件是不導通，而使所述的第一信號與所述的第二信號均為高電位信號。
全文摘要
本發明提供一高電流驅動電路及降低驅動電路短路電流的方法。此驅動電路具有一輸入端、一第一級與一第二級。其中，輸入端是用以輸入一驅動信號。第一級是用以將驅動信號轉換為低電流的一第一信號與一第二信號。第二級具有一P型開關器件與一N型開關器件，串接于一高電位端與一低電位端之間。第一信號與第二信號是分別用以驅動第二級的P型開關器件與N型開關器件，以選擇輸出高電位或是低電位的信號。用以解決驅動電路在驅動信號切換的過程中產生短路電流而可能燒毀金屬氧化物半導體器件的問題。以及，避免限流電阻的使用而導致驅動電路的驅動力降低的問題。
文檔編號H03K19/0185GK101552601SQ20081008700
公開日2009年10月7日 申請日期2008年4月3日 優先權日2008年4月3日
發明者劉弘毅, 許志鴻, 黃志忠 申請人:中茂電子(深圳)有限公司