專利名稱：半橋驅動器電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于驅動具有在高壓輸出端耦合在一起的高端和低端的半橋輸出級的半橋驅動器電路，它包括具有耦合到所述低端功率晶體管的低壓輸入端和控制輸出端的低壓控制電路，以及浮井，所述浮井的浮動接地節點耦合到所述高壓輸出端。
半橋驅動器電路現在被用于驅動高強度放電燈和感應燈的電子鎮流器中功率轉換器的功率晶體管。盡管當今的電子鎮流器電路工作在較低的頻率，通常為幾百千赫茲，但高強度的放電燈將需要工作在700千赫茲以上，感應燈的電子鎮流器則需工作在幾兆赫茲。對于這種應用，在電子鎮流器的功率轉換器中使用現有的半橋驅動器電路是不實際的，因為現在的集成電路在高頻時損耗大且過熱，因而限制了高壓高頻工作。
具有代表性的已有技術的集成電路是由International Rectifier制造的IR2110。該高壓集成電路使用啟動電容器對高端門驅動電路供電，它在IC中構成浮井。低壓控制電路的定時信息由使高壓關斷的電平移動級通到浮井中的電路中，并將電流脈沖送到浮井中的鎖存器電路。當高端功率晶體管通斷時，鎖存器電路的狀態就確定下來。但是，在向高端開關發定時信息時，使用關斷高壓的電平移動級則是高頻時的主要功耗源，并且使這種電路的工作頻率實際限制到約100千赫茲。
本發明的目的在于提供一種半橋驅動器電路，其中因電平移動電路的耗散所致的功耗最小或沒有。此外，本發明的目的還在于提供一種半橋驅動器電路，其工作頻率高于現有集成的驅動器電路的最大工作頻率。
如本發明開頭一段提到的半橋驅動器電路的特征在于浮井包括定時電路，用于控制所述高端功率晶體管的啟動，本發明的特征還在于半橋驅動器電路包括高壓接口電路，用于將所述低壓控制電路的所述控制輸出耦合到所述定時電路。因此可以知道，根據本發明的半橋驅動器電路的耗散引起的功率耗散較小，且根據本發明的半橋驅動器電路可以工作在較高的頻率。
在根據本發明的半橋驅動器電路中，定時電路包括一個RC網絡，用于參照浮動接地節點從所述控制輸出端提供的信號中產生衰減電壓信號。在優選實施例中的定時電路是以簡單和可靠的的方式實現的。最好，所述的浮井還包括參考所述浮動接地節點產生第一和第二參考電壓的裝置，所述第一參考電壓低于所述衰減電壓的初始值，所述第二參考電壓低于所述第一參考電壓，當所述衰減電壓信號到達所述第一參考電壓值時，所述高端功率晶體管被啟動，當所述衰減電壓信號到達所述第二參考電壓時，則被停止工作。在所指時刻所述高端功率晶體管的工作與否可以此方式方便和可靠地實現。還可以在下述情況下獲得良好結果，即所述浮井還包括用于將所述衰減電壓與所述第一參考電壓比較以控制所述高端功率晶體管啟動的第一比較器，和用于將所述衰減電壓信號與所述第二參考電壓比較以控制所述高端功率晶體管停止工作的第二比較器。優選的情況下，用于產生所述第一和第二參考電壓的所述裝置還包括第一和第二電容器，所述第一和第二電容器的每個第一端耦合到所述浮動接地節點。在此情況下，最好在所述低壓控制電路中產生基本恒定的第一和第二電壓，所述高壓接口電路最好包括用于分別將所述第一和第二基本恒定的電壓耦合到所述第一和第二電容器的第二端以在所述浮井中產生所述第一和第二參考電壓的第一和第二二極管。所述高壓接口電路最好還包括用于將所述控制輸出耦合到定時電路的所述RC網絡的第三二極管。
圖1為根據本發明的集成半橋驅動器電路的方框圖；圖2為圖1的半橋驅動器電路的簡化示意圖；圖3a，3b，3c為圖2的電路工作期間產生的選定的電壓波形。
圖1以方框圖形式示出集成的半橋驅動器電路10。該電路用于驅動具有分別在高壓端18和高壓輸出端22的公共或接地節點20之間耦合在一起的高端和低端功率晶體管14和16的半橋輸出級12。
驅動器電路10還包括具有低壓輸入端26和經驅動器28耦合到示為MOS功率晶體管的低端功率晶體管16柵極的控制輸出的低壓控制電路24。低壓控制電路24的控制輸出還經高壓接口電路30耦合到集成的驅動器電路10的浮井34中的定時電路32。應當理解，在此使用的“浮井”一詞代表集成電路的一部分，它相對于同一集成電路的其他部分是電“浮動”的，因此其所加電壓和公共或接地連線可以相對于集成電路的其余部分的所加電壓和接地連線是浮動或可變的，其方式是本領域普通技術人員熟知的。因此，在浮井34中的諸如定時電路32的電路則耦合在電源電壓線36和聯到高壓輸出端22的浮動接地節點38之間。在浮井中的諸如定時電路32的電路由圖1的方框40表示的耦合在電源線36和接地線38之間的浮動電源供電。
定時電路32的輸出端耦合到電壓比較電路42上，比較電路42的輸出端再聯到鎖存器電路44。鎖存器電路44的輸出經驅動器46聯到高端功率晶體管14的柵極，以根據定時電路32產生的定時信號控制MOS晶體管14的工作與否。因此，通過使用一同將來自低壓控制電路24的信號耦合到浮井34的高壓接口電路30和定時電路32，使圖1的半橋驅動器電路不再采用已有技術的驅動器電路的電平移動電路，因而不再有與此相關的缺點，并且隨后從浮井34的信號中產生適當的定時信息。
圖2簡單示出集成的半橋驅動器電路10的細節。在圖2中，為了簡化，與圖1的零件相似或相同的編號代表相似或相同的零件。應當理解，圖2所示的具體電路結構代表優選的實施例，且在本發明的范圍內可以構成圖1方框圖的各種具體電路。
在圖2中，低壓控制電路24包括控制電路48和驅動器50，通過使用驅動器電路的其余部分來提供各種控制和參考電壓信號。具體講，控制輸出電壓V1從低壓控制電路24經驅動器28到達低端MOS功率晶體管16的柵極，并且經驅動器50耦合到高壓接口電路30。在圖2的實施例中，高壓接口電路30包括二極管52，54和56，盡管諸如MOS晶體管的其他高壓耦合零件也可以應用。高壓接口電路30通過耦合二極管52耦合到包括電容器58和電阻60的RC網絡上，其中，二極管54耦合到電容器62且二極管56耦合到電容器64上。電阻60，電容器58，62和64全部參考浮動接地節點38。
浮動電源40包括經二極管68耦合到低壓控制電路24的啟動電容器66，當浮動節點為低電壓時，來自在低壓控制電路24中的控制電路48的直流電壓經二極管68將啟動電容器66充電到浮動接地節點38的電壓之上的電壓上。按此方式，在啟動電容器66的兩端產生的電壓用于向浮井34中的電路提供電源電壓，當浮井中的電源線36上的電壓升到相對于驅動電路的公共或接地節點20的高壓時，二極管68變為反偏。在定時電路32中，分別從控制電路48產生的基本恒定的電壓中在電容器64和62上產生參考電壓V1和V2，并分別由二極管56和54耦合到電容器64和62上。類似地，控制輸出電壓V1經驅動器50和二極管52耦合到RC網絡58，60以產生衰減電壓信號V0，電壓V0，V1和V2全都參考浮動接地節點38。
參考電壓V1和V2，以及衰減電壓信號V0耦合到電壓比較電路42的比較器70和72上，該兩個比較器的輸出端耦合到鎖存器電路44上。圖2所示電路的其余部分與圖1的電路相同，因此不再描述。
參考圖3a，3b和3c的時序圖更易于了解圖2的電路的工作，其中示出的沿垂直軸的波形V1，V0和Vh的電壓電平是沿水平軸時間的函數，其中標出時間上的5個特定點用作參考。
在時間點1，控制輸出電壓V1變高并且經驅動器28耦合到低端功率MOS晶體管16的柵極使其導通，并使高壓輸出端22變低。同時，由于直接聯到輸出節點22，電壓V1經驅動器50和52將定時電路32中的充電電容器58充電到相對此時為低電壓的參考浮動接地節點38的高初始電壓。此時電容器64和62由來自控制電路48的基本恒定的電壓分別經二極管56和54充電到電壓電平V1和V2。這些電壓的初始值之間的關系如圖3b所示為V0＞V1＞V2。在時間點2，電壓V1變低，因為由于經二極管52提供的電壓V0不再保持基本恒定的初始值，電壓V0隨電容器58經電阻60的放電而衰減。在點2和3之間期間，提供到電壓比較電路42的電壓V0的值大于V1和V2，鎖存器電路44和驅動器電路46因此在高端MOS功率晶體管14的柵極提供電壓VH的較低初始電壓，在低端MOS功率晶體管16導通并持續一短時間時，確保該晶體管14關斷。
當電壓V0衰減得足夠使其值低于參考電壓電平V1時，如圖3b的時間點3所示，該電壓電平的改變將由比較器70測出，它將啟動鎖存器電路44和驅動器46使電壓VH變高，從而啟動高端晶體管14。應當注意，當高端晶體管14在時間點3前未被啟動時，低端功率晶體管16早在時間點2就停止工作，從而避免了兩個功率晶體管啟動中的任何交疊，而該交疊可能會在高壓端18和接地端20之間產生不希望的和可能的損壞電流突波。
接著，在時間點4，電壓V0進一步衰減并低過參考電壓V2的值，由比較器72測出電壓電平中的這個改變，它將使鎖存器電路44和驅動器46的電壓VH返回其低電平，從而使高端功率晶體管14關斷。最后，在時間點5，VL將再變高，經驅動器28啟動低端功率晶體管16，且此循環將重復。值得注意的是，在時間點4電壓VH回到其低電平，在時間點5電壓VL變高啟動低端功率晶體管16之前，使高端功率晶體管14停止工作，再次避免涉及兩個功率晶體管同時導通的不希望和潛在的損害。
另外，應當明白，在浮動接地節點38為低電平時，所有的時間信息是從低壓控制電路24提供的低壓信號V0，V1和V2中產生的，從而避免了象已有技術一樣需要由高壓電平移動電路將此信息發送到浮井中。此外，由于所有的相關參數(電壓V0，V1和V2以及電容器58和電阻60的值)是由易于控制的低壓和易于計算的元件值確定的，通過適當地選擇低壓電平和元件值，可以容易和精確地確定“死區時間”(時間點2和3，以及時間點4和5)和高端脈沖寬度(時間電3和4)。
上述集成的半橋驅動器電路無需相配的已有技術電路所需的關斷高壓的電平移動電路就能夠有效驅動半橋輸出級。這大大降低驅動電路中不需要的功率損耗并且使其工作在比已有技術電路的頻率更高的頻率。
權利要求
1.一種用于驅動具有在高壓輸出端耦合在一起的高端和低端的半橋輸出級的半橋驅動器電路，它包括具有耦合到所述低端功率晶體管的低壓輸入端和控制輸出端的低壓控制電路，以及浮井，所述浮井的浮動接地節點耦合到所述高壓輸出端；其特征在于浮井還包括定時電路，用于控制所述高端功率晶體管的啟動，以及半橋驅動器電路包括高壓接口電路，用于將所述低壓控制電路的所述控制輸出耦合到所述定時電路。
2.如權利要求1的半橋驅動器電路，其特征在于所述定時電路包括RC網絡，用于參考所述浮動接地節點從所述控制輸出提供的信號中產生衰減電壓信號。
3.如權利要求2的半橋驅動器電路，其特征在于所述浮井還包括參考所述浮動接地節點產生第一和第二參考電壓的裝置，所述第一參考電壓低于所述衰減電壓信號的初始值，且所述第二參考電壓低于所述第一參考電壓，當所述衰減電壓信號到達所述第一參考信號的值時，所述高端功率晶體管驅動，當所述衰減電壓信號到達所述第二參考電壓的值時，所述晶體管停止工作。
4.如權利要求3的半橋驅動器電路，其特征在于所述浮井還包括第一比較器，用于將所述衰減電壓信號與所述第一參考電壓比較以控制所述高端功率晶體管的啟動；第二比較器，用于將所述衰減電壓信號與所述第二參考電壓比較以控制所述高端功率晶體管停止工作。
5.如權利要求3的半橋驅動器電路，其特征在于所述用于產生所述第一和第二參考電壓的裝置包括第一和第二電容器，所述第一和第二電容器的每個第一端耦合到所述浮動接地節點。
6.如權利要求5的半橋驅動器電路，其特征在于在所述低壓控制電路中產生第一和第二基本恒定的電壓，所述高壓接口電路包括第一和第二二極管，用于將所述第一和第二基本恒定的電壓分別耦合到所述第一和第二電容器的第二端，以在所述浮井中產生所述第一和第二參考電壓。
7.如權利要求6的半橋驅動器電路，其特征在于所述高壓接口電路還包括第三二極管，用于將所述控制輸出耦合到定時電路中的所述RC網絡中。
8.如前述權利要求中的一個或多個權利要求的半橋驅動器電路，其特征在于半橋驅動器的至少一部分是集成電路。
全文摘要
一種用于驅動具有在高壓輸出端耦合在一起的高端和低端的半橋輸出級的半橋驅動器電路，它包括在集成電路中的低壓控制電路和浮井，還包括用于控制所述高端功率晶體管啟動的定時電路，半橋驅動器電路包括高壓接口電路，用于將所述低壓控制電路的所述控制輸出耦合到所述定時電路。以此方式，可以獲得集成的半橋驅動器電路，它由于在控制和定時電路中的功耗較低而可以工作在較高的頻率。
文檔編號H03K17/06GK1149939SQ96190304
公開日1997年5月14日 申請日期1996年3月7日 優先權日1995年4月10日
發明者S·L·翁 申請人:菲利浦電子有限公司