使用自举二极管仿真器的桥式电路的驱动电路制造技术

一种包括用于驱动一个高压半桥的高功率和低功率晶体管的相应的低驱动模块和浮动的高驱动模块的半桥电路包含于一个集成电路芯片之中，其中包括一个在片的、给一个为高驱动模块供电的外部自举电容充电的自举二极管仿真器。高驱动被放置在一个绝缘的井中并且二极管仿真器包括它的主要载流元件，一个沿着井的外围形成的ＬＤＭＯＳ晶体管。ＬＤＭＯＳ晶体管在低功率晶体管被置于导通状态的同时被置于一个导通状态。一个箝位电流源在限制ＬＤＭＯＳ启动期间附着在背栅极的寄生晶体管电流时稳定地偏置ＬＤＭＯＳ的背栅极。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一个用于驱动包括连接到输出端和相应的高电压DC电源的低和高轨之间的低和高功率晶体管的桥电路，并为一个具有第一和第二端的自举电容充电该第一端和所述的输出端相连的驱动电路，所述驱动电路包括用于在电源输出端产生一个相对于上述低轨的控制电压的电源装置；一个连接到电源输出端的低(lower)驱动模块，该模块被上述的控制电压供电并包括为低功率晶体管的控制电极提供一个低驱动控制信号使低功率晶体管交替导通和截止的装置；一个适合于连接到自举电容的高(upper)驱动模块，该模块被一个自举电压跨过上述的自举电容供电并包括为高功率晶体管的控制电极提供一个高驱动控制信号使高功率晶体管交替导通和截止的装置；和用于将上述自举电容充电到自举电压的自举二极管仿真装置，该自举二极管仿真装置包括一个LDMOS晶体管，该LDMOS晶体管具有连接到上述的电源输出端的源极，适于连接到自举电容的第二端的漏极，通过负载控制电路连接到低驱动模块在低驱动模块被置于导通状态时将上述的LDMOS晶体管置于导通状态的栅极和一个背栅极。这样的驱动电路可以从US5,373,435中得知，它仅在本专利技术申请的优先权日之后公布。桥式电路可以应用于放电灯的电子镇流器、开关电源、马达驱动和直流-交流变换器。已知的驱动电路是一个高电压集成电路。高驱动模块被放在这个整个的集成电路中形成的一个绝缘井中并且LDMOS晶体管延着这个井外围的一部分形成。电流通过LDMOS晶体管垂直地流到井的外围，通过为沿着井外围的LDMOS选择一个足够的长度，可以得到所需的载流能力。由于浮动井在它的外围结构的形成上和一个LDMOS是相同的，因而井外围的绝缘特性就决定了LDMOS晶体管的击穿电压。使用这样的一个自举二极管仿真器的重要优点是这个仿真器可以和驱动电路的其它元件一起在一个单一芯片上实现。这样，二极管功能就可以通过一种比使用分立元件的装置更便宜和可靠的方法实现。如上所述的二极管仿真装置的一个有关联的缺点是一个LDMOS装置的固有性质是寄生晶体管，其中之一是一个射极和基极对应于LDMOS的背栅极和漏极，集电极是IC基片的寄生PNP晶体管。已经发现，在充电循环中的LDMOS启动过程中，寄生PNP晶体管将从背栅极到基片分流一部分电流因而减少了给自举电容器充电的可用电流。本专利技术的目的是提供一个驱动电路，其中自举二极管仿真器更有效地为自举电容充电。一个如本文首段所描述的驱动电路因此装备了与LDMOS的背栅极连接的偏置和限制装置用于在限制上述的寄生装置从上述自举电容分出的电流时偏置背栅极。已经发现，通过使用这些偏置和限制装置，从背栅极流向LDMOS晶体管的电流可以限制在一个相当的范围内。一种非常有效的对从LDMOS的背栅极通过寄生装置流出的电流量的限制可以用包括一个箝位晶体管和一个连接到上述的背栅极的电流源的偏置和限制装置实现。优选地上述电流源包括一个电流镜像。负载控制电路可以用一种相对简单和可靠的方法，通过制造一个电压范围在上述低轨和上述控制电压之间的缓冲输出信号的缓冲装置，和将上述的缓冲输出信号的电压范围变换到一个在连接上述栅极的点和上述高源极之间的电压差的范围的装置来实现。变换装置优选包括容性装置。当低功率晶体管截止时对应于一个电压尖端产生的LDMOS被假驱动到一个导通状态可以通过装备负载控制电路来避免，该电路用于对应流入连接于漏极和栅极上述LDMOS晶体管的密勒电容的置换电流来箝位上述栅极到上述LDMOS晶体管的上述源极。这些箝位装置是使用一个PNP晶体管优化实现的。为了收集瞬时电压在漏极从背栅极注入的电荷，容性装置可以连接在上述LDMOS晶体管的背栅极和源极之间。本专利技术的实施例将使用附图进一步地说明。在附图中附图说明图1是本专利技术的驱动电路的原理图，其中包含在一个集成电路芯片中的元件被一个标为IC的虚线框包围；以及图2是图1中虚线框对应的集成电路芯片的一个原理方案视图，包括一个其中形成一个高压LDMOS后的扩展区域。首先参考图1，展示了一个根据本专利技术的驱动电路，包含一个完整的高压集成电路IC，连接成用以驱动一个由功率MOSFET T1和T2串联通过高压(高至约500伏)直流电源形成的外部半桥。通用的半桥和驱动器的体系结构除去根据本专利技术中规定的一个在片的自举二极管仿真器BDE外与前述的美国专利4,989,127号所展示和描述的一样。在半桥中，功率晶体管T1被称为高晶体管，因为它的漏极连接到直流电源的高侧即高轨，如图1所示为电位Vcc，功率晶体管T2被称为低晶体管，因为它的源极连接到直流电源的低侧即低轨，如图所示为地电位。高晶体管T1的源极和低晶体管T2的漏极在半桥的输出端OUT处连接，该输出端还连接到一个负载LD的一端。在如为气体放电灯供电的电源应用中，负载的另一端可以连接到通过直流电源的一个容性分压器(未画出)的中点而维持在电源电压一半的电位上。众所周知，晶体管T1和T2工作在一个高频(大于20KHz)重复循环的交换模式，例如在100KHz的量级上，其中每一个晶体管在一个循环的不同的1/2的时间间隔或阶段上打开(即驱动到一种导通状态)，它们彼此独立是通过一个在500ns量级上的相对小的截止区实现的。由于负载LD在许多应用中都多少有些感抗造成电流截断的交换瞬间受到T1和T2各自的本身固有二极管D1和D2的限制。D1用于限制当低功率晶体管T2截止时在输出端OUT形成的正电压，而二极管D2用于限制当高功率晶体管T1截止时在输出端OUT形成的负电压。这些循环由一个控制器CON建立，它对应于一个外部输入信号IN产生一个必要的二进制命令信号INL和它的逻辑非INNL用于控制低晶体管T1的导通状态和通过电平移位器LS产生脉冲命令信号TON和TOFF控制高晶体管T2的导通状态。命令信号IN2仅在低晶体管T1被置于导通状态的时间间隔和阶段上有一个二进制状态。命令信号TON和TOFF以脉冲形式提供用于噪声和暂态消除目的；TON和TOFF分别指示高晶体管T2开或关的瞬间。低晶体管命令信号INL和INNL送入一个低驱动模块DL，它仅在被低晶体管命令信号定义的期间响应以驱动低晶体管T2的栅极GL打开低晶体管。用一种类似的方法，命令信号TON和TOFF被送入一个高驱动模块DU，它在被高晶体管命令信号定义的期间响应以驱动高晶体管T1的栅极GU打开高晶体管。在高驱动模块DU中的一个R/S栓锁(未示出)将命令信号TON和TOFF变换为类似于INL和INL2的二进制形式以使高驱动模块的平衡可以按低驱动模块DL设计。低驱动模块DL由相对低的电源电压Vdd供电，例如12伏，而高驱动模块由电压V1通过一个外部自举电容C1供电，C1的容量在70nf的数量级上，这个值对于可以在集成电路IC中制造的合理的价格范围太大了。自举电容C1的另一端通过在片的自举二极管仿真器BDE连接到电源电压Vdd，使得当低晶体管T1在导通状态期间，输出端OUT大体上维持在地电位时，充电电流流入C1，将V1带到Vdd任意的比任何BDE和T2上的小电压降小的Vdd电压。现在再参考图2，如已知的，高驱动模块DU包括在集成电路芯片IC中的一个绝缘井，例如，一个被P隔离包围的N井WL中形成的CMOS电路。因而，井WL就被从类似于用于制造LD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于驱动桥式电路的驱动电路，包括连接在一个输出端和一个高压直流电源的相应的低和高轨之间的低和高功率晶体管，并用于为一个具有第一和第二端的自举电容－该电容的第一端连接到上述的输出端－充电，所述的驱动电路包括：用于在电源输出端产生一个相 对于所述低轨的控制电压的电源装置；一个连接到电源输出端的低驱动模块，该模块被所述的控制电压供电并包括为低功率晶体管的控制电极提供一个低驱动控制信号使低功率晶体管交替导通和截止的装置；一个适于连接到自举电容的高驱动模块，该模块被一个自 举电压通过所述的自举电容供电并包括为高功率晶体管的控制电极提供一个高驱动控制信号使高功率晶体管交替导通和截止的装置；和用于将上述自举电容充电到自举电压的自举二极管仿真装置，该自举二极管仿真装置包括一个ＬＤＭＯＳ晶体管，该ＬＤＭＯＳ晶体管 具有连接到上述的电源输出端的源极、适于连接到自举电容的第二端的漏极、通过负载控制电路连接到低驱动模块，在低驱动晶体管被置于导通状态时将所述的ＬＤＭＯＳ晶体管置于导通状态的栅极、和一个背栅极，具有一个连接到所述背栅极（和所述的漏极）的寄生电容，其中偏置和限制装置连接到背栅极（和漏极）用于在限制上述寄生装置从上述自举电容分走的电流时偏置晶体管的背栅极。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：L沃纳丹姆，A詹纳斯旺米，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]