CN101552601A - 高电流驱动电路及降低驱动电路短路电流的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一高电流驱动电路及降低驱动电路短路电流的方法。此驱动电路具有一输入端、一第一级与一第二级。其中，输入端是用以输入一驱动信号。第一级是用以将驱动信号转换为低电流的一第一信号与一第二信号。第二级具有一P型开关器件与一N型开关器件，串接于一高电位端与一低电位端之间。第一信号与第二信号是分别用以驱动第二级的P型开关器件与N型开关器件，以选择输出高电位或是低电位的信号。用以解决驱动电路在驱动信号切换的过程中产生短路电流而可能烧毁金属氧化物半导体器件的问题。以及，避免限流电阻的使用而导致驱动电路的驱动力降低的问题。

Description

高电流驱动电路及降低驱动电路短路电流的方法

技术领域

本发明是关于一种驱动电路，尤其是一种可避免产生短路电流的驱动电路。

背景技术

随着电子产品的功率越来越大，对于驱动电路的要求也越来越高。图1A是一典型驱动电路10的示意图。如图1A中所示，此驱动电路10具有一输入端P、一个P型金属氧化物半导体器件X11与一个N型金属氧化物半导体器件X12。其中，输入端P是用以输入驱动信号Vin。P型金属氧化物半导体器件X11与N型金属氧化物半导体器件X12是串接于一高电位端H与一接地端G之间。驱动信号Vin是同时控制两个金属氧化物半导体器件X11与X12是否导通，以选择输出高电位或是低电位的输出信号Vo。

图1B显示图1A中，驱动信号Vin、输出信号Vo以及流经两个金属氧化物半导体器件X11与X12的电流I的波形图。如图1B中所示，驱动信号Vin是在高电位与低电位间切换。因为驱动信号Vin在切换过程中的斜率并非无限大，也就是驱动信号Vin在高低电位间的切换过程必须耗费一定时间。因此，同时请参照图1A，驱动信号Vin在高电位切换至低电位或是低电位切换至高电位的过程中，会同时导通两个金属氧化物半导体器件X11与X12，而产生短路电流Is。过大的短路电流值会使金属氧化物半导体器件X11与X12耗损过大功率而烧毁。

为了解决短路电流的问题，请参照图2所示的驱动电路12，典型的解决方法是于P型金属氧化物半导体器件X11与N型金属氧化物半导体器件X12之间设置一限流电阻RL，以降低两个金属氧化物半导体器件X11与X12同时导通时流经金属氧化物半导体器件X11与X12的电流值I。值得注意的是，限流电阻RL固然可解决金属氧化物半导体器件X11与X12耗损过大功率的问题，但也会同时降低输出信号Vo的电流值，而限制了驱动电路10的驱动力。

于是，如何提供一种驱动电路，除了可以避免产生短路电流烧毁金属氧化物半导体器件，同时也可以避免因限流电阻而导致驱动电路的驱动力受限的问题，对于本领域而言，是一个亟欲解决的课题。

发明内容

本发明的主要目的在于解决驱动电路在驱动信号切换的过程中产生短路电流而可能烧毁金属氧化物半导体器件的问题。

本发明的另一目的在于避免限流电阻的使用而导致驱动电路的驱动力降低的问题。

本发明提供一高电流驱动电路，包括一输入端、一第一级与一第二级。其中，输入端是用以输入一驱动信号。第一级是用以将驱动信号转换为低电流的一第一信号与一第二信号。第二级具有一第二级P型开关器件与一第二级N型开关器件，串接于一高电位端与一低电位端之间。第一信号与第二信号是分别用以驱动第二级P型开关器件与第二级N型开关器件，以选择输出高电位或是低电位的信号。

在本发明的一实施例中，第一级具有一第一级P型开关器件与一第一级N型开关器件，驱动信号是同时控制第一级P型开关器件与第一级N型开关器件的导通与否，以产生第一信号与第二信号。因为第一级P型开关器件与第一级N型开关器件的工作特性，第一信号为低电位信号的时间范围与第二信号为高电位信号的时间范围不互相重迭，以避免第二级P型开关器件与第二级N型开关器件同时被第一信号与第二信号驱动。

本发明并提供一种降低驱动电路的短路电流的方法，以输出大功率信号。此方法包括下列步骤：(a)提供一驱动信号；(b)利用一第一级P型开关器件与一第一级N型开关器件，将驱动信号转换为低电流的一第一信号与一第二信号，第一信号与该第二信号是驱动信号的反向信号，并且，第一信号为低电位信号的时间范围与第二信号为高电位信号的时间范围不互相重迭；(c)利用第一信号与第二信号分别驱动一第二级P型开关器件与一第二级N型开关器件，以产生大功率信号。

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1A是一典型驱动电路的示意图；

图1B显示图1A中驱动信号、输出信号以及流经金属氧化物半导体器件的电流的波形图；

图2是另一典型具有限流电阻的驱动电路的示意图；

图3是本发明高电流驱动电路一较佳实施例的示意图；

图4是图3的驱动电路中，驱动信号驱动第一级产生第一信号与第二信号一较佳实施例的波形图；

图5是本发明高电流驱动电路另一较佳实施例的示意图；以及

图6是本发明降低驱动电路的短路电流的方法一较佳实施例的流程图。

附图标号

驱动电路10，12                   输入端P

P型金属氧化物半导体器件X11       N型金属氧化物半导体器件X12

高电位端H                        接地端G

低电位端L                        驱动信号Vin

第一信号VS1                      第二信号VS2

输出信号Vo                       电流I1

短路电流Is                限流电阻RL

高电流驱动电路20，20’    第一级22，22’

第二级24，24’            反向器26

第一级P型开关器件X21      第一级N型开关器件X22

第二级P型开关器件X23      第二级N型开关器件X24

第一电阻R1                二极管D1，D2

具体实施方式

图3是本发明的高电流驱动电路20一较佳实施例的示意图。如图3中所示，此驱动电路20具有一输入端P、一第一级22与一第二级24。其中，输入端P是用以输入一驱动信号Vin。第一级22具有一第一级P型开关器件X21与一第一级N型开关器件X22。此第一级P型开关器件X21与第一级N型开关器件X22是串接于一高电位端H与一低电位端L(例如一接地端)之间。输入端P输入的驱动信号Vin是同时控制第一级P型开关器件X21与第一级N型开关器件X22导通与否，而在第一级P型开关器件X21的漏极与第一级N型开关器件X22的漏极分别输出一第一信号VS1与一第二信号VS2。

值得注意的是，为了避免产生短路电流，第一级22并具有一第一电阻R1，串接于第一级P型开关器件X21与第一级N型开关器件X22之间。第一信号VS1与第二信号VS2是分别由此第一电阻R1的两端输出。

图4是图3的驱动电路20中，驱动信号Vin驱动第一级22产生第一信号VS1与第二信号VS2一较佳实施例的波形图。如图4中所示，驱动信号Vin在高电位与低电位间切换的过程中的斜率不可能是无限大。也就是说，驱动信号Vin开始由低电位上升的时间点t1与达到高电位的时间点t2具有明显的时间差。同样地，驱动信号Vin开始由高电位下降的时间点t3与降到低电位的时间点t4亦具有明显的时间差。因此，驱动信号Vin在高低电位间的切换过程中，第一级P型开关器件X21与第一级N型开关器件X22会同时被驱动信号Vin导通。

在此情况下，如图3所示，第一电阻R1的存在可以限制流经其上的电流值I1，以降低第一级P型开关器件X21与第一级N型开关器件X22所耗损的功率，防止第一级P型开关器件X21与第一级N型开关器件X22被烧毁。因此，由第一级22输出的第一信号VS1与第二信号VS2只能是低电流信号。此外，就一较佳实施例而言，为了避免两个开关器件X21，X22被烧毁，第一电阻R1的电阻值不能太小。

请参照图4所示，如图4中所示，在时间点t1之前，即驱动信号Vin为低电位时，第一级P型开关器件X21是导通，第一级N型开关器件X22是不导通，而使第一信号VS1与第二信号VS2均为高电位信号。接下来，在时间点t1至t2间，即驱动信号Vin由低电位转变为高电位的过程中，第一级P型开关器件X21与第一级N型开关器件X22均导通，而使第一信号VS1与第二信号VS2分别是一高电位信号与一低电位信号。然后，在时间点t2至t3间，即驱动信号Vin为高电位时，第一级P型开关器件X21是不导通，第一级N型开关器件X22是导通，而使第一信号VS1与第二信号VS2均为低电位信号。接下来，在时间点t3至t4间，即驱动信号Vin由高电位转变为低电位的过程中，第一级P型开关器件X21与第一级N型开关器件X22是导通，而使第一信号VS1与第二信号VS2分别是一高电位信号与一低电位信号。然后，在时间点t4之后，即驱动信号Vin降为低电位，第一级P型开关器件X21是导通，第一级N型开关器件X22是不导通，而使第一信号VS1与第二信号VS2均为高电位信号。

如前述，当驱动信号Vin为高电位时，第一信号VS1与第二信号VS2均为低电位信号。当驱动信号Vin为低电位时，而使第一信号VS1与第二信号VS2均为高电位信号。也就是说，第一信号VS1与第二信号VS2大致上是驱动信号Vin的反向信号。

值得注意的是，因为第一级P型开关器件X21与第一级N型开关器件X22的工作特性，第二信号VS2为低电位信号的时间范围(即t1至t4)是大于第一信号VS1为低电位信号的时间范围(即t2至t3)。也就是说，第一信号VS1为低电位信号的时间范围(即t2至t3)与第二信号VS2为高电位信号的时间范围(即t1以前与t4以后)不互相重迭。

驱动电路20的驱动力的大小主要是由第二级24(或称功率级)所决定。第二级24具有一第二级P型开关器件X23与一第二级N型开关器件X24，串接于高电位端H与低电位端L之间。在本实施例中，第一级22与第二级24是共用高电位端H与低电位端L。

第二级24的第二级P型开关器件X23与第二级N型开关器件X24是分别受到来自第一级22的第一信号VS1与第二信号VS2所驱动，以选择输出高电位或是低电位的信号Vo。值得注意的是，第二级P型开关器件X23会被低电位信号驱动，第二级N型开关器件X24会被高电位信号驱动，并且，第一信号VS1为低电位信号的时间范围与第二信号VS2为高电位信号的时间范围不互相重迭。因此，本发明可以避免第二级P型开关器件X23与第二级N型开关器件X24同时被第一信号VS1与第二信号VS2驱动。也就是说，在同一时间，第二级P型开关器件X23与第二级N型开关器件X24中，只有一个开关器件是导通的。也因此，本发明可以避免在第二级24产生短路电流。又，就一较佳实施例而言，第二级P型开关器件X23与第二级N型开关器件X24可分别是一P型金属氧化物半导体器件(MOS)与一N型金属氧化物半导体器件(MOS)，以产生大功率输出。

其次，虽然由第一级22输出的第一信号VS1与第二信号VS2受到第一电阻R1的影响，都是低电流信号。但是，第一信号VS1与第二信号VS2驱动第二级P型开关器件X23与第二级N型开关器件X24主要是倚靠其电位，而非电流。因此，降低第一信号VS1与第二信号VS2的电流值，并不会影响其驱动第二级P型开关器件X23与第二级N型开关器件X24的能力。

此外，本发明驱动电路20的驱动力，决定于流经第二级24的第二级P型开关器件X23与第二级N型开关器件X24的电流值，而非流经第一级22的第一级P型开关器件X21与第一级N型开关器件X22的电流值。因为第一信号VS1为低电位信号的时间范围与第二信号VS2为高电位信号的时间范围不重迭，第二级24的第二级P型开关器件X23与第二级N型开关器件X24并不会同时被导通。因此，即使未在第二级P型开关器件X23与第二级N型开关器件X24的间设置限流电阻，也不会产生短路电流烧毁第二级P型开关器件X23与第二级N型开关器件X24。也就是说，本发明的驱动电路20不需要为了防止第二级P型开关器件X23与第二级N型开关器件X24被烧毁，而限制驱动电路20的驱动力。

在图3的实施例中，第二级的P型开关器件X23与第一级的P型开关器件X21的间设置有一二极管D1。此二极管D1是一齐纳二极管(Zener Diode)，用以限制电流流动的方向，以保护第二级P型开关器件X23。一般而言，此二极管D1亦可用于调整第一信号VS1驱动第二级P型开关器件X23的时间点。第二级的N型开关器件X24与第一级的N型开关器件X22之间设置有一二极管D2。此二极管D2也是一齐纳二极管，以保护第二级N型开关器件X24。此二极管D2亦可用于调整第二信号VS2驱动该第二级N型开关器件X24的时间点。值得注意的是，二极管D1与二极管是D2是反向设置于第一级22与第二级24之间。

又，为了检测流经第二级24的第二级P型开关器件X23与第二级N型开关器件X24的电流值，以防止第二级P型开关器件X23与第二级N型开关器件X24被烧毁，可在第二级P型开关器件X23与第二级N型开关器件X24之间串接一电阻以检测是否产生短路电流。

此外，若是有反向输出的需求，如图5的高电流驱动电路20’所示，可以在输入端P与第一级22’间设置一反向器26。在此情况下，第一信号VS1与第二信号VS2会是驱动信号Vin的同相信号，而输出信号Vo会是驱动信号Vin的反向信号。

如图1A所示，传统的驱动电路10具有一输入端P与一功率级。此功率级具有一P型开关器件X11与一N型开关器件X12。其中，输入端P是用以通入一驱动信号Vin。依据P型开关器件X11或N型开关器件X12是否被此驱动信号Vin驱动，即可选择输出高电位或低电位的信号。图6是本发明针对此驱动电路10所提供的降低短路电流的方法一较佳实施例的流程图。

如图6中所示，首先，于步骤S120，利用一前级P型开关器件与一前级N型开关器件，将驱动信号Vin转换为一第一信号VS 1与一第二信号VS2。并且，第一信号VS1为低电位信号的时间范围与第二信号VS2为高电位信号的时间范围不互相重迭。就一较佳实施例而言，如图3所示，可以使用驱动信号Vin同时控制相连的前级P型开关器件X21与前级N型开关器件X22导通与否，而分别由前级P型开关器件X21与前级N型开关器件X22输出第一信号VS1与第二信号VS2。

进一步来说，请同时参照图3所示，在驱动信号Vin由低电位转变为高电位的过程中，前级P型开关器件X21与前级N型开关器件X22是导通，而使第一信号VS1与第二信号VS2分别是一高电位信号与一低电位信号。当驱动信号Vin为高电位，前级P型开关器件X21是不导通，前级N型开关器件X22是导通，而使第一信号VS1与第二信号VS2均为低电位信号。在驱动信号Vin由高电位转变为低电位的过程中，前级P型开关器件X21与前级N型开关器件X22是导通，而使第一信号VS1与第二信号VS2分别是一高电位信号与一低电位信号。当驱动信号Vin为低电位，前级P型开关器件X21是导通，前级N型开关器件X22是不导通，而使第一信号VS1与第二信号VS2均为高电位信号。因此，第一信号VS1为低电位信号的时间范围与第二信号VS2为高电位信号的时间范围不互相重迭。

然后，于步骤S140，于前级P型开关器件与前级N型开关器件之间串接一高阻抗的电阻，以避免产生短路电流流经前级P型开关器件与前级N型开关器件，防止前级P型开关器件与前级N型开关器件被烧毁。值得注意的是，此高阻抗的电阻同时也会降低输出的第一信号VS1与第二信号VS2的电流值。接下来，于步骤S160，将第一信号VS1与第二信号VS2输入功率级P型开关器件与功率级N型开关器件。第一信号VS1与第二信号VS2是分别用以驱动功率级P型开关器件与功率级N型开关器件，以产生大功率输出信号。也就是说，功率级P型开关器件是被低电位的第一信号VS1驱动，功率级N型开关器件是被高电位的第二信号VS2驱动。

值得注意的是，虽然第一信号VS1与第二信号VS2的电流值受到限制，而无法提供足够的驱动力。但在本发明中，第一信号VS1与第二信号VS2是用以驱动功率级P型开关器件与功率级N型开关器件。第一信号VS1与第二信号VS2驱动功率级P型开关器件与功率级N型开关器件是倚靠其电位而非电流。因此，降低第一信号VS1与第二信号VS2的电流值，并不会影响其驱动功率级P型开关器件与功率级N型开关器件的能力。

此外，相较于图2的驱动电路10必须利用限流电阻RL避免短路电流产生而烧毁金属氧化物半导体器件X11与X12，由于第一信号VS1为低电位信号的时间范围与第二信号VS2为高电位信号的时间范围不互相重迭，因此，功率级P型开关器件与功率级N型开关器件并不会有同时导通的情形发生，也就不会产生短路电流烧毁金属氧化物半导体器件的情形。

以上所述是利用较佳实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围，而且本领域相关技术人员皆能明了，适当而作些微的改变及调整，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种高电流驱动电路，其特征在于，该高电流驱动电路包括：

一输入端，用以输入一驱动信号；

一第一级，用以将该驱动信号转换为低电流的一第一信号与一第二信号，并且，所述的第一信号为低电位信号的时间范围与所述的第二信号为高电位信号的时间范围不互相重迭；以及

一第二级，具有一第二级P型开关器件与一第二级N型开关器件，串接于一高电位端与一低电位端之间，所述的第一信号与所述的第二信号是分别用以驱动所述的第二级P型开关器件与所述的第二级N型开关器件，以选择输出高电位或是低电位的信号。

2.如权利要求1所述的高电流驱动电路，其特征在于，所述的第一信号与所述的第二信号是所述的驱动信号的反向信号。

3.如权利要求1所述的高电流驱动电路，其特征在于，所述的第一级具有一第一级P型开关器件与一第一级N型开关器件，所述的驱动信号是同时控制所述的第一级P型开关器件与所述的第一级N型开关器件的导通与否，以产生所述的第一信号与所述的第二信号，并且，所述的第一级P型开关器件与所述的第一级N型开关器件是串接于该高电位端与低电位端之间。

4.如权利要求3所述的高电流驱动电路，其特征在于，所述的第一信号与所述的第二信号分别由所述的第一级P型开关器件的源极与所述的第一级N型开关器件的漏极输出。

5.如权利要求4所述的高电流驱动电路，其特征在于，在所述的驱动信号由低电位转变为高电位的过程中，所述的第一级P型开关器件与所述的第一级N型开关器件是导通，而使所述的第一信号与所述的第二信号分别是一高电位信号与一低电位信号，在所述的驱动信号由高电位转变为低电位的过程中，所述的第一级P型开关器件与所述的第一级N型开关器件是导通，而使所述的第一信号与所述的第二信号分别是一高电位信号与一低电位信号，当所述的驱动信号为高电位，所述的第一级P型开关器件是不导通，所述的第一级N型开关器件是导通，而使所述的第一信号与所述的第二信号均为低电位信号，当所述的驱动信号为低电位，所述的第一级P型开关器件是导通，所述的第一级N型开关器件是不导通，而使所述的第一信号与所述的第二信号均为高电位信号。

6.如权利要求1所述的高电流驱动电路，其特征在于，所述的第一级更包括一第一电阻，串接于所述的第一级P型开关器件与所述的第一级N型开关器件之间，以避免产生短路电流流经所述的第一级P型开关器件与所述的第一级N型开关器件。

7.如权利要求1所述的高电流驱动电路，其特征在于，所述的第二级更包括一第二电阻，串接于所述的第二级P型开关器件与所述的第二级N型开关器件之间，以检测短路电流。

8.如权利要求1所述的高电流驱动电路，其特征在于，所述的电路更包括一反向器，连接于所述的输入端与所述的第一级间，以使所述的第二级输出与所述的驱动信号反向的信号。

9.如权利要求1所述的高电流驱动电路，其特征在于，所述的电路更包括一二极管设置于所述的第二级P型开关器件与所述的第一级P型开关器件之间，以保护所述的第二级P型开关器件，并调整所述的第一信号驱动所述的第二级P型开关器件的时间点。

10.如权利要求9所述的高电流驱动电路，其特征在于，所述的电路更包括另一二极管设置于所述的第二级N型开关器件与所述的第一级N型开关器件之间，以保护所述的第二级N型开关器件，并调整所述的第二信号驱动所述的第二级N型开关器件的时间点，并且，所述的二个二极管是以相反方向设置于所述的第一级与所述的第二级之间。

11.如权利要求1所述的高电流驱动电路，其特征在于，第二级P型开关器件与所述的第二级N型开关器件分别是一P型金属氧化物半导体器件与一N型金属氧化物半导体器件。

12.一种降低一驱动电路短路电流的方法，所述的驱动电路包括一输入端与一功率级，所述的功率级具有一功率级P型开关器件与一功率级N型开关器件，其中，所述的输入端是用以通入一驱动信号，透过控制所述的功率级P型开关器件或所述的功率级N型开关器件是否被所述的驱动信号驱动，以选择输出高电位或低电位的信号，该方法包括：

利用一前级P型开关器件与一前级N型开关器件，将所述的驱动信号转换为一第一信号与一第二信号，所述的第一信号与所述的第二信号是所述的驱动信号的反向信号，并且，所述的第一信号为低电位信号的时间范围与所述的第二信号为高电位信号的时间范围不互相重迭；

于所述的前级P型开关器件与所述的前级N型开关器件之间串接一高阻抗的电阻，以避免产生短路电流流经所述的前级P型开关器件与所述的前级N型开关器件；以及

利用所述的第一信号与所述的第二信号分别驱动所述的功率级P型开关器件与所述的功率级N型开关器件，以产生大功率信号。

13.如权利要求12所述的降低一驱动电路短路电流的方法，其特征在于，利用所述的前级P型开关器件与所述的前级N型开关器件将所述的驱动信号转换为一第一信号与一第二信号的步骤，是以所述的驱动信号同时控制所述的前级P型开关器件与所述的前级N型开关器件导通与否，在所述的驱动信号由低电位转变为高电位的过程中，所述的前级P型开关器件与所述的前级N型开关器件是导通，而使所述的第一信号与所述的第二信号分别是一高电位信号与一低电位信号，在所述的驱动信号由高电位转变为低电位的过程中，所述的前级P型开关器件与所述的前级N型开关器件是导通，而使所述的第一信号与所述的第二信号分别是一高电位信号与一低电位信号，当所述的驱动信号为高电位，所述的前级P型开关器件是不导通，所述的前级N型开关器件是导通，而使所述的第一信号与所述的第二信号均为低电位信号，当所述的驱动信号为低电位，所述的前级P型开关器件是导通，所述的前级N型开关器件是不导通，而使所述的第一信号与所述的第二信号均为高电位信号。

Images