用于电力变换器的电容性高侧开关驱动器制造技术

本发明专利技术提出一种用于一电力变换器的电容性高侧开关驱动器。根据本发明专利技术的电容性高侧开关驱动器包括一反相器和两个具有互补工作周期的交替导电的图腾柱缓冲器。所述工作周期响应一输入信号而交替。所述电容性高侧开关驱动器进一步包括一低侧晶体管和一高侧晶体管。一旦所述低侧晶体管接通，一自举电容器经由一充泵二极管被充电以产生一浮动电压来为所述高侧开关驱动器供应电力。为对所述高侧开关驱动器供应额外电力，产生差动信号以进一步经由一桥接整流器对所述自举电容器进行充电。电容性高侧开关驱动器利用一可编程负载提供可变阻抗。此加强电路的抗扰性。此外，一欠压保护器监控供应电压以确保一可靠的门极驱动电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一高侧开关驱动器，且更特定而言，涉及一用于驱动一电力变换器的高侧开关的驱动器电路。
技术介绍
许多常见的电力变换器利用桥接电路以随着一负载的状态而调节一电压源。这其中的某些电力变换器包括电源供应器和马达驱动器等。这些电力变换器所使用的桥接电路通常由跨于电压源的一对切换装置串联连接而构建。切换装置包括一高侧开关和一低侧开关。高侧开关连接到电压源，而低侧开关连接到接地参考。在高侧开关与低侧开关之间的一共节点耦合到负载。上述之开关通常为晶体管装置(MOSFET、IGBT等)。控制高侧开关和低侧开关交替接通，使得共节点的电平周期性地在电压源与接地参考之间摆动。当高侧晶体管接通时，共节点的电平将快速浮升至电压源的电压电平。当高侧晶体管完全接通时，桥接电路将在低阻抗模式下运作。为接通高侧晶体管，其门极驱动电压必须超过电压源的电压。因此，高侧晶体管的门极对源极电压将相对于接地参考浮动。图1绘示一采用一脉冲变压器5以产生一浮动电压用于驱动一高侧晶体管10的技术。然而，脉冲变压器5的设计有两个缺点。首先，其尺寸相对较大。其次，由于磁化电流的消耗，脉冲变压器5将需要一较高的驱动电流。图2绘示另一现有技术桥接电路，其使用一自举电容器30和一充泵二极管40以产生一用于驱动一高侧晶体管10的门极的浮动电压。接通一晶体管45将使高侧晶体管10的门极处的电压降低到接地参考。当高侧晶体管10的门极电压经由二极管42被拉低，高侧晶体管10将被断开。一旦高侧晶体管10断开且一低侧晶体管20接通，自举电容器30的浮动电压便经由充泵二极管40充电至一偏压VB。切断晶体管45后，浮动电压将经由一晶体管41引导到高侧晶体管10的门极而接通高侧晶体管10。此电路的缺点是门极电压电平可能不足以确保适当的运作。由于自举电容器30经由低侧晶体管20进行充电，其充电时间和自举电压可能由于低侧晶体管20减少的工作周期(duty cycle)而降到一不可接受的水平。此外，二极管40和晶体管41的压降将导致高侧晶体管10门极电压电平的下降。近期发展中，各种产生一更可靠用于高侧晶体管的门极电压技术相继被提出。此类的技术可参考美国专利第5,381,044号(Zisa，Belluso，Paparo)、第5,638,025号(Johnson)和第5,672,992号(Nadd)。这些现有技术的缺点为需要一切断晶体管(如晶体管45)。上文所列出的现有技术桥接电路使用某种类似图2的晶体管45的结构以关闭高侧晶体管。为符合高压(200伏或更高)场合应用，此切断晶体管必须以一高压制程制造。为集成到一硅芯片中，此高压晶体管需要一相对较厚的氧化物和硅的涂层。此外，此高压晶体管的寄生电容将减缓切换信号的转换率(slewrate)，从而导致严重的高侧晶体管切换损耗。因此，这些现有技术不适于高压或高速应用。为补救此缺点，在美国专利第6,344,959号(Milazzo)中提出一使用一升压转换器的技术。所述升压转换器实质上为一倍压电路。虽然此技术产生一更可靠的门极电压以驱动高侧晶体管，然其需要一额外切换组件和其它电路。因而增加了驱动电路的成本和复杂性。此外，由于充泵中倍压电容器的高频率充放电，电压源和接地参考会产生严重的干扰。本专利技术的目标在于提供一用于高压和高速应用的高侧晶体管开关驱动器，其克服现有技术高侧开关驱动器的缺点。
技术实现思路
根据本专利技术的电容性高侧开关驱动器包括一反相器和两个图腾柱缓冲器(totem-pole buffer)。开关驱动器响应一输入信号之互补工作周期交替导电而控制图腾柱缓冲器。两个图腾柱缓冲器的输出驱动两个高压电容器。这些高压电容器进一步耦合到一高侧电路的输入。高侧电路包含一比较器、一可编程负载、一欠压保护器和一用于驱动一高侧晶体管的驱动缓冲器。高侧电路进一步由一充泵二极管和一自举电容器组成。当低侧晶体管接通时，对自举电容器进行充电以驱动高侧晶体管。两个图腾柱缓冲器和两个高压电容器产生差动信号以驱动一比较器，并进一步经由一桥接整流器对自举电容器进行充电。自举电容器用于为高侧电路供应电力。本专利技术的一个目标在于提供防低门极电压电平的保护。只要浮动电压超过启动阈值电压，欠压保护器就启用驱动缓冲器，且只要浮动电压下降低于终止阈值电压，欠压保护器便停用驱动缓冲器。欠压保护器进一步保护高侧电路免于不足的供应电压并确保一用于高侧晶体管的足够的门极电压电平。本专利技术的另一目标在于提供一具有改进的抗扰性的高侧开关驱动器。经由将一可编程负载并联连接到比较器的输入而实现。可编程负载提供一可变阻抗以防止杂波干扰。此外，两个图腾柱缓冲器产生一跨于比较器输入的差动电压。此差动电压进一步加强高侧电路的抗扰性，使得其将适合用于高压应用中。为提高浮动电压并改进高侧开关驱动器的效率，当低侧晶体管接通时一偏压对自举电容器进行充电。差动信号还经由桥接整流器提供额外电力给自举电容器。根据本专利技术的电容性高侧开关驱动器克服现有高侧开关驱动器的缺点。特定而言，本专利技术提供一适合于高压和高速应用的电容性高侧开关驱动器。此外，根据本专利技术的电容性高侧开关驱动器大体上更加有效率并具有比现有高侧开关驱动器更强的抗扰性。本专利技术的目标在于提供一用于高压和高速应用的高侧开关驱动器，其克服现有高侧高侧驱动器的缺点。应了解，上文的一般性描述和下文的详细描述均为示范性的，并希望对如所主张的本专利技术提供进一步解释。附图说明附图的包括是为提供对本专利技术的进一步理解，且并入并组成本说明书的一部分。附图说明本专利技术的实施例，且连同描述用于解释本专利技术的原理。图1绘示一使用一脉冲变压器的高侧晶体管驱动器。图2绘示一常规高侧开关驱动器。图3绘示一根据本专利技术的电容性高侧开关驱动器的示意性电路。图4绘示一根据本专利技术的一优选实施例的可编程负载。图5绘示一根据本专利技术的一优选实施例的欠压保护器。图6绘示一缓冲器的示意性电路。具体实施例方式图3绘示一根据本专利技术的电容性高侧开关驱动器。其包含一反相器53、一图腾柱缓冲器50和一图腾柱缓冲器55。图腾柱缓冲器50和55受控于一输入信号SIN而交替导电，使得其工作周期互补。输入信号SIN驱动图腾柱缓冲器50并经由反相器53驱动图腾柱缓冲器55。图腾柱缓冲器50的一输出驱动一电容器91。图腾柱缓冲器55的一输出驱动一电容器92。一高侧电路60具有一用于驱动一高侧晶体管10的输出端子，其中电容器91和92耦合到高侧电路60的一输入。图腾柱缓冲器50和55与电容器91和92产生差动信号并在高侧电路60的输入产生一差动电压。一充泵二极管40和一自举电容器30以串联的方式连接。充泵40的一阳极耦接到一偏压VB。自举电容器30的一负极端子连接到高侧晶体管10的一源极。充泵二极管40的一阴极和自举电容器30的一正极端子相连接。当一低侧晶体管20接通时，偏压VB将对自举电容器30进行充电并产生一浮动电压以供应电力给高侧电路60。一整流器81、一整流器82、一整流器83和一整流器84形成一具有一输入端子和一输出端子的桥接整流器。桥接整流器的输入端子连接到高侧电路60的输入端。桥接整流器的输出端子与自举电容器30并联连接。差动信号经由所述桥接整流器对自举电容器30进行充电以为高侧电路60供应电力。高侧电路60进一步包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容性高侧开关驱动器，其包含：　　　　一反相器，其具有一用于接收一输入信号的输入端；　　　　　一第一图腾柱缓冲器和一第二图腾柱缓冲器，其中所述第一图腾柱缓冲器由所述输入信号驱动且所述第二图腾柱缓冲器由所述反相器的一输出驱动；　　　　一第一高压电容器和一第二高压电容器，其中所述第一图腾柱缓冲器和第二图腾柱缓冲器的输出分别驱动所述第一高压电容器和第二高压电容器；　　　　一高侧晶体管和一低侧晶体管；　　　　一高侧电路，其具有一用于驱动所述高侧晶体管的输出端子，其中所述第一高压电容器和第二高压电容器耦合到所述高侧电路的一输入；　　　　一充泵二极管，其具有一供应有一偏压的阳极；　　　　一自举电容器，其以串联方式与所述充泵二极管相连接，其中所述自举电容器具有一连接到所述高侧晶体管的一源极的负极端子，其中所述自举电容器具有一连接到所述充泵二极管的一阴极的正极端子；和　　　　一桥接整流器，其中所述桥接整流器的一输入连接到所述高侧电路的所述输入，其中所述桥接整流器的一输出与所述自举电容器并联连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨大勇，
申请(专利权)人：崇贸科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]