提供开关放大器中的直流隔离制造技术

说明一种开关电路，它包括具有驱动端子和电源端子的输出开关。驱动电路向输出开关提供驱动信号。隔离电路提供驱动电路和输出开关之间的直流隔离。瞬态控制电路控制驱动端子，以便在电源端子的电源电压稳定期间保持输出开关是断开的。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术一般涉及提供开关放大器中的直流隔离或开关方式电源拓扑。在开关电路拓扑中可以采用各种技术来提供在较高功率输出装置和驱动它们的较低功率电路之间的隔离。这些技术包括电容性和电感性耦合。与这些技术关联的一项挑战涉及到在加电时输出装置的状态。就是说，如果输出装置的栅极保持浮动，而电源在逐步上升，此时输出装置可能导通。这在声频应用中特别不利，因为常会导致开关放大器所驱动的扬声器发出令人不快的劈啪声。在某些情况下，这种瞬态状况对于输出装置和/或被驱动的负载甚至会是灾难性的。所以需要提供用于开关电路拓扑的直流隔离技术以避免这种问题。专利技术概述按照本专利技术，提供了一些技术，用以在加电时控制开关电路中输出装置的状态，以避免上述瞬态状况。更具体地说，本专利技术的各种实施例控制这种输出装置的栅极的初始化，以预防这种瞬态状况。按照一个具体的实施例，提供了一种开关电路，它包括输出开关，所述输出开关具有驱动端子和电源端子。驱动器电路对所述输出开关提供驱动信号。隔离电路提供驱动电路和输出开关之间的直流隔离。瞬态控制电路控制所述驱动端子，从而在电源端子的电源电压稳定过程中保持所述输出开关断开。按照更具体的实施例，提供一种开关放大器，它包括第一和第二输出FET，它们形成连接在高侧和低侧电源端子之间的半桥、单端配置。驱动电路将互补驱动信号提供到所述第一和第二输出FET。第一和第二输出电容器分别将驱动电路连接到到第一和第二输出FET，提供其间的隔离。第一箝位晶体管连接在第一输出晶体管(例如，p-沟道器件)的栅极和高侧电源端子之间。第一RC网络连接到高侧电源端子并可用来驱动第一箝位晶体管。第二箝位晶体管连接在第二输出晶体管(例如，n-沟道器件)的栅极和低侧电源端子之间。第二RC网络连接到低侧电源端子并可用来驱动第二箝位晶体管。箝位晶体管和RC网络可用来在预定期间内将所述各输出FET的栅极箝位到各自的电源端子的高侧和低侧电源电压，从而使所述各输出FET在高侧和低侧电源电压稳定期间保持断开。参阅本说明的其余部分以及附图，可以更进一步理解本专利技术的性质和优点。附图简要说明附图说明图1是按照本专利技术一个具体实施例实现的开关电路拓扑的简化示意图。图2是图1的开关电路拓扑的另一实施例的简化示意图。具体实施例的详细说明现详细说明本专利技术的具体实施例，包括专利技术人认为是实施本专利技术的最佳方式。这些具体实施例的实例示于附图中。虽然结合这些具体实施例来说明本专利技术，但并不是要将本专利技术限制在所述实施例上。相反，本专利技术应覆盖可以包括在由所附权利要求书所定义的精神和范围内的替换，修改以及等效物。在以下说明中，提出了许多具体细节以便对本专利技术提供透彻的理解。本专利技术也可不用这些细节的部分或全部来实施。此外，众所周知的特征就不再赘述，以免不必要的影响了对本专利技术的清晰说明。图1示出可以在其中实施本专利技术特定实施例的单声道开关放大器。开关放大器100包括低压噪声整形信号处理器102，它产生互补1-位数字信号Y和Y。按照图示实施例，这些0～5V的信号由高电流驱动电路104电平移动到0～10V，以便将适当的电压和电流电平提供到驱动输出FET106和108。应理解，此电平移动并不是本专利技术的所有实施例都需要的。就是说，也有一些高电流逻辑器件可以用0～5V信号对输出FET提供足够的驱动。两个电容器Cc提供输出FET和电流驱动电路104之间的直流隔离，并和二极管D1和D2一起，将驱动电路104的输出信号电平移动到高侧FET106栅极上的VPP～VPP-10伏和低侧FET108栅极上的VNN～VNN+10伏。按照FET驱动电压相对较低(例如10伏范围)的实施例，二极管D1和D2可包括信号二极管。按照FET驱动电压相对较高(例如15伏范围)的实施例，可以用齐纳二极管将栅极箝位到±10V。在电源电压VPP和VNN逐步上升时，晶体管Q1和Q2对输出晶体管106和108的栅极进行静噪(根据对应于Rd和Cd的时间常数)。就是说，由于RC的时间常数的缘故，晶体管Q1和Q2的基极端子滞后于电源电压，保持晶体管Q1和Q2接通，将输出FET的栅极有效箝位在电源电压，从而确保输出FET始终是断开的，直到电源电压已稳定且晶体管Q1和Q2随后断开。这就消除了扬声器上烦人和潜在的灾难性接通爆声(即当一个器件接通时)，或灾难性的穿通电流(即当两个器件都接通时)，不然由于输出FET栅极的不定状态就可能会发生上述情况。显然接通爆声是声频应用所特有的，但本专利技术并不限于此应用。更一般地说，本专利技术的优点在于在电源电压逐步上升时，开关放大器或开关方式电源的输出开关是保持断开的。应理解，可以选择Rd和Cd的值，以便建立电源稳定以及Q1和Q2断开之间任何所需的时延。按照特定的实施例，从电容器Cc所提供的直流隔离中可以引发出重要的好处。就是说，由于驱动电路104与输出FET的高电源电压(例如±50V)相隔离，对于直接连接到输出开关的驱动电路就没有击穿电压的要求。这样，如果驱动电路104是一个集成电路，在其制造过程中就可采用较低电压(所以就较便宜)的工艺。此外，驱动电路104与输出FET的隔离创造了一种可能性，即将驱动电路104和信号处理器102的低压电路集成在单片集成电路上(以虚线110表示)。这样，例如，在图1的示范实施例中，对于这种单片IC就可以使用16～20V的工艺(几何尺寸在0.5uM左右)，而不用对驱动电路104的80～100V的工艺(具有相应较大的几何尺寸)，并对处理器102用5～10V的工艺。一般来说，较低电压的工艺比高电压的工艺更为便宜和更为通用，设计人员可以从大量半导体工厂提供的多种成熟工艺中进行选择。虽然已参阅具体实施例对本专利技术作了特别的图示和说明，本专业的技术人员应理解，在不背离本专利技术的精神和范围内可以对所公开的实施例形式和细节上作改变。例如，本专利技术一般涉及在开关放大器拓扑中实现直流隔离，方法是当电源逐步上升时确保输出开关保持是断开的。此技术可以应用到各种开关电路拓扑上，而不应限于上述具体的声频放大器拓扑。就是说，本专利技术可以用于例如任何类型的数字或D类放大器，包括sigma delta调制器、改进型sigmadelta调制器(例如，加州Santa Clara的Tripath Technology Inc.的T类放大器)、任何类型的脉冲宽度调制(PWM)放大器等等。更一般地说，由于上述失效方式发生在开关方式电源(SMPS)中，按照本专利技术的上述技术也可用于这种装置中。此外，图1的示范实施例中的电路仅是实施本专利技术的一种途径。即，提供直流连接的方式不必限于容性连接，其它技术，例如变压器，也可采用。此外，除了用图1所示的RC电路来控制Q1和Q2的基极之外，也可采用其它类型的控制电路，包括但不限于在可编程时段中启动的有源电路元件。例如，按照图2所示的另一实施例，Q1的基极连接到另一晶体管Q3的集电极，驱动Q3，以便将Q1的基极向下拉一段时间。这种晶体管的驱动信号和所述时间段可由多种模拟或数字电路中的任何一种(由控制器202表示)来控制，包括例如微处理器或任何其它类型的控制器。此电路可以被包括在所述驱动电路中或与所述驱动电路集成在一起或与其分开。这种控制器可以配置成在电源电压稳定期间(例如加电时)进行工作。这种控制器也可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电路，它包括：输出开关，它具有驱动端子和电源端子；驱动电路，用于对所述输出开关提供驱动信号；隔离电路，用于在所述驱动电路和所示开关电路之间提供直流隔离；瞬态控制电路，用于控制所述驱动端子，以便在所述电 源端子的电源电压稳定期间保持所述输出开关是断开的。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：B马兹达，
申请(专利权)人：三路技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]