CN102957305B - 高效能驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效能驱动电路。该高效能驱动电路包含第一P型金属氧化物半导体晶体管、第二P型金属氧化物半导体晶体管、第一N型金属氧化物半导体晶体管、第二N型金属氧化物半导体晶体管、电流源、第三N型金属氧化物半导体晶体管、第四N型金属氧化物半导体晶体管、第五N型金属氧化物半导体晶体管、第一电阻及第二电阻。该第一P型金属氧化物半导体晶体管根据第一控制信号以及该第一N型金属氧化物半导体晶体管根据第二控制信号，分别对该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端充电和放电。因此，本发明不仅可通过该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端的电位快速开启与关闭一第三P型金属氧化物半导体晶体管，且具有较高的效能。

Description

高效能驱动电路
技术领域
本发明是有关于一种驱动电路，尤指一种应用于半高压互补式金氧半制程的直流电压/直流电压转换器的驱动电路。
背景技术
请参照图1，图1是为现有技术说明直流电压/直流电压转换器100的示意图。直流电压/直流电压转换器100包含缓冲器102与开关104，其中开关104是为P型金属氧化物半导体晶体管。在半高压互补式金氧半的制程下(只有金属氧化物半导体晶体管的汲极可以承受高压，但金属氧化物半导体晶体管的闸极的厚度并不增加)，因为开关104的闸极无法承受高压，所以缓冲器102所产生的控制信号CS的电压位准必需介于第一电压HV与低电压LV之间，其中低电压LV是为第一电压HV减去开关104的源闸极电压VSG。
在现有技术中，因为开关104的尺寸很大且开关104是为半高压互补式金氧半的制程的金属氧化物半导体晶体管，所以缓冲器102为了要产生控制信号CS以及快速切换开关104需要耗费很大的电流，导致直流电压/直流电压转换器100的电能转换效率较低。
发明内容
本发明的一实施例提供一种高效能驱动电路。该高效能驱动电路包含第一P型金属氧化物半导体晶体管、第二P型金属氧化物半导体晶体管、第一N型金属氧化物半导体晶体管、第二N型金属氧化物半导体晶体管、电流源、第三N型金属氧化物半导体晶体管、第四N型金属氧化物半导体晶体管、第五N型金属氧化物半导体晶体管、第一电阻及第二电阻。该第一P型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，用以接收第一电压，第二端，用以接收第一控制信号，及第三端，用以耦接于第三P型金属氧化物半导体晶体管；该第二P型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，用以接收该第一电压，第二端，用以耦接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管，及第三端；该第一N型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，耦接于该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端，第二端，用以接收第二控制信号，及第三端；该第二N型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，耦接于该第一N型金属氧化物半导体晶体管的第三端，第二端，及第三端，耦接于地端；该电流源具有第一端，用以接收第二电压，及第二端，其中该电流源是用以提供第一电流；该第三N型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，耦接于该电流源的第二端，第二端，耦接于该第三N型金属氧化物半导体晶体管的第一端和该第二N型金属氧化物半导体晶体管的第二端，及第三端，耦接于该地端；该第四N型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，耦接于该电流源的第二端，第二端，及第三端；该第五N型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，耦接于该第二P型金属氧化物半导体晶体管的第三端，第二端，耦接于该第五N型金属氧化物半导体晶体管的第一端和该第四N型金属氧化物半导体晶体管的第二端，及第三端，耦接于该地端；该第一电阻具有第一端，用以接收该第一电压，及第二端，用以耦接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管；该第二电阻具有第一端，耦接于该第四N型金属氧化物半导体晶体管的第三端，及第二端，耦接于该地端。
本发明的还一实施例提供一种高效能驱动电路。该高效能驱动电路包含第三P型金属氧化物半导体晶体管、第一P型金属氧化物半导体晶体管、第二P型金属氧化物半导体晶体管、第一N型金属氧化物半导体晶体管、第二N型金属氧化物半导体晶体管、电流源、第三N型金属氧化物半导体晶体管、第四N型金属氧化物半导体晶体管、第五N型金属氧化物半导体晶体管、第一电阻及第二电阻。该第三P型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，用以接收第一电压，第二端，及第三端，用以耦接于负载；该第一P型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，用以接收该第一电压，第二端，用以接收第一控制信号，及第三端，耦接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第二端；第二P型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，用以接收该第一电压，第二端，耦接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第二端，及第三端；该第一N型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，耦接于该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端，第二端，用以接收第二控制信号，及第三端；该第二N型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，耦接于该第一N型金属氧化物半导体晶体管的第三端，第二端，及第三端，耦接于地端；该电流源具有第一端，用以接收第二电压，及第二端，其中该电流源是用以提供第一电流；该第三N型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，耦接于该电流源的第二端，第二端，耦接于该第三N型金属氧化物半导体晶体管的第一端和该第二N型金属氧化物半导体晶体管的第二端，及第三端，耦接于该地端；该第四N型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，耦接于该电流源的第二端，第二端，及第三端；该第五N型金属氧化物半导体晶体管具有第一端，耦接于该第二P型金属氧化物半导体晶体管的第三端，第二端，耦接于该第五N型金属氧化物半导体晶体管的第一端和该第四N型金属氧化物半导体晶体管的第二端，及第三端，耦接于该地端；该第一电阻具有第一端，用以接收该第一电压，及第二端，耦接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第二端；该第二电阻具有第一端，耦接于该第四N型金属氧化物半导体晶体管的第三端，及第二端，耦接于该地端。
本发明提供一种高效能驱动电路。该高效能驱动电路是利用第一P型金属氧化物半导体晶体管和第一N型金属氧化物半导体晶体管分别根据第一控制信号和第二控制信号开启，以使该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端的电位(亦即第三P型金属氧化物半导体晶体管的第二端的电位)介于第一电压与第三电压之间。如此，该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端的电位并不会损毁该第三P型金属氧化物半导体晶体管(该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第二端不是高压制程的闸极端)。另外，该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端的电位是快速上升及快速下降，且电流的绝对值仅在该第一P型金属氧化物半导体晶体管与该第一N型金属氧化物半导体晶体管开启的瞬间变大(亦即该电流的绝对值的平均值很小)。因此，相较于现有技术，本发明所提供的该高效能驱动电路不仅可快速开启与关闭该第三P型金属氧化物半导体晶体管，且具有较高的效能。
附图说明
图1是为现有技术说明直流电压/直流电压转换器的示意图。
图2是为本发明的一实施例说明一种高效能驱动电路的示意图。
图3是为说明第一控制信号、第二控制信号和流经节点的电流的时序示意图。
图4是为本发明的还一实施例说明一种高效能驱动电路的示意图。
其中，附图标记说明如下：
100                             直流电压/直流电压转换器
102                             缓冲器
104                             开关
200、400                        高效能驱动电路
202                             第一P型金属氧化物半导体晶体管
204                             第二P型金属氧化物半导体晶体管
206                             第一N型金属氧化物半导体晶体管
208                             第二N型金属氧化物半导体晶体管
210                             电流源
212                             第三N型金属氧化物半导体晶体管
214                             第四N型金属氧化物半导体晶体管
216                             第五N型金属氧化物半导体晶体管
218                             第一电阻
220                             第二电阻
222                             第三P型金属氧化物半导体晶体管
224                             位准调整器
226                             负载
A                               节点
CS                              控制信号
FCS                                 第一控制信号
GND                                 地端
HV                                  第一电压
I1                                  第一电流
IA                                  电流
SCS                                 第二控制信号
T1、T2                              时段
V2                                  第二电压
V3                                  第三电压
V4                                  第四电压
VSG                                 源闸极电压
具体实施方式
请参照图2，图2是为本发明的一实施例说明一种高效能驱动电路200的示意图。高效能驱动电路200包含第一P型金属氧化物半导体晶体管202、第二P型金属氧化物半导体晶体管204、第一N型金属氧化物半导体晶体管206、第二N型金属氧化物半导体晶体管208、电流源210、第三N型金属氧化物半导体晶体管212、第四N型金属氧化物半导体晶体管214、第五N型金属氧化物半导体晶体管216、第一电阻218及第二电阻220。第一P型金属氧化物半导体晶体管202具有第一端，用以接收第一电压HV，第二端，用以接收第一控制信号FCS，及第三端，用以耦接于第三P型金属氧化物半导体晶体管222，其中第三P型金属氧化物半导体晶体管222是为半高压互补式金氧半的制程的P型金属氧化物半导体晶体管，亦即第三P型金属氧化物半导体晶体管222的第三端是为高压制程的汲极端，以及第三P型金属氧化物半导体晶体管222的第二端不是高压制程的闸极端。另外，第一控制信号FCS是由位准调整器224所提供。第二P型金属氧化物半导体晶体管204具有第一端，用以接收第一电压HV，第二端，用以耦接于第三P型金属氧化物半导体晶体管222，及第三端；第一N型金属氧化物半导体晶体管206具有第一端，耦接于第一P型金属氧化物半导体晶体管202的第三端，第二端，用以接收第二控制信号SCS，及第三端；第二N型金属氧化物半导体晶体管208具有第一端，耦接于第一N型金属氧化物半导体晶体管206的第三端，第二端，及第三端，耦接于地端GND；电流源210具有第一端，用以接收第二电压V2，及第二端，其中电流源210是用以提供第一电流I1；第三N型金属氧化物半导体晶体管212具有第一端，耦接于电流源210的第二端，第二端，耦接于第三N型金属氧化物半导体晶体管212的第一端和第二N型金属氧化物半导体晶体管208的第二端，及第三端，耦接于地端GND，其中第二N型金属氧化物半导体晶体管208的宽长比是为第三N型金属氧化物半导体晶体管212的宽长比的N倍，且N＞1；第四N型金属氧化物半导体晶体管214具有第一端，耦接于电流源210的第二端，第二端，及第三端；第五N型金属氧化物半导体晶体管216具有第一端，耦接于第二P型金属氧化物半导体晶体管204的第三端，第二端，耦接于第五N型金属氧化物半导体晶体管216的第一端和第四N型金属氧化物半导体晶体管214的第二端，及第三端，耦接于地端GND；第一电阻218具有第一端，用以接收第一电压HV，及第二端，用以耦接于第三P型金属氧化物半导体晶体管222，其中第一电阻218是用以稳定第一P型金属氧化物半导体晶体管202的第三端的电压；第二电阻220具有第一端，耦接于第四N型金属氧化物半导体晶体管214的第三端，及第二端，耦接于地端GND，其中第二电阻220是用以降低高效能驱动电路200的闭回路增益，以稳定高效能驱动电路200。
请参照图3，图3是为说明第一控制信号FCS、第二控制信号SCS和流经节点A的电流IA的时序示意图。如图3所示，第一控制信号FCS的高电位位准是为第一电压HV(例如20V)，以及第一控制信号FCS的低电位位准是为第三电压V3(例如17V)。但本发明并不受限于第一电压HV为20V和第三电压V3为17V。如图3所示，第二控制信号SCS的高电位位准是为第四电压V4(例如3V)，以及第二控制信号SCS的低电位位准是为地端GND(0V)。但本发明并不受限于第四电压为3V。另外，因为第一控制信号FCS和第二控制信号SCS的频率相同，所以第一P型金属氧化物半导体晶体管202和第一N型金属氧化物半导体晶体管206不会同时开启及不会同时关闭。
如图2和图3所示，当第一P型金属氧化物半导体晶体管202根据第一控制信号FCS开启(时段T1)时，电流IA快速上升，所以第一P型金属氧化物半导体晶体管202的第三端(节点A)的电位亦快速增加。当第一P型金属氧化物半导体晶体管202的第三端(节点A)的电位增加且稳定在第一电压HV时，电流IA很小。另外，在第一N型金属氧化物半导体晶体管206根据第二控制信号SCS开启(时段T2)的瞬间，因为第二N型金属氧化物半导体晶体管208的宽长比是为第三N型金属氧化物半导体晶体管212的宽长比的N倍且第二P型金属氧化物半导体晶体管204关闭(节点A的电位是为第一电压HV)，所以第一电流I1全部流经第三N型金属氧化物半导体晶体管212，导致电流IA(此时电流IA是为第一电流I1的N倍)快速下降。如此，第一P型金属氧化物半导体晶体管202的第三端(节点A)的电位亦快速下降至第三电压V3。另外，在第一P型金属氧化物半导体晶体管202的第三端(节点A)的电位快速下降至第三电压V3的过程中，第二P型金属氧化物半导体晶体管204快速开启，导致电流IA快速上升。因此，当第一P型金属氧化物半导体晶体管202的第三端(节点A)的电位降低且稳定在第三电压V3时，电流IA亦很小。
请参照图4，图4是为本发明的还一实施例说明一种高效能驱动电路400的示意图。如图4所示，高效能驱动电路400和高效能驱动电路200的差别在于高效能驱动电路400还包含第三P型金属氧化物半导体晶体管222。第三P型金属氧化物半导体晶体管222具有第一端，用以接收第一电压HV，第二端，耦接于第一P型金属氧化物半导体晶体管202的第三端，及第三端，用以耦接于负载226，其中第三P型金属氧化物半导体晶体管222的第三端是为高压制程的汲极端，以及第三P型金属氧化物半导体晶体管222的第二端不是高压制程的闸极端。另外，高效能驱动电路400的其余操作原理皆和高效能驱动电路200相同，在此不再赘述。
综上所述，本发明所提供的高效能驱动电路是利用高效能驱动电路内的第一P型金属氧化物半导体晶体管和第一N型金属氧化物半导体晶体管分别根据第一控制信号和第二控制信号开启，以使第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端的电位(亦即第三P型金属氧化物半导体晶体管的第二端的电位)介于第一电压与第三电压之间。如此，第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端的电位并不会损毁第三P型金属氧化物半导体晶体管(第三P型金属氧化物半导体晶体管的第二端不是高压制程的闸极端)。另外，第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端的电位是快速上升及快速下降，且电流IA的绝对值仅在第一P型金属氧化物半导体晶体管与第一N型金属氧化物半导体晶体管开启的瞬间变大(亦即电流IA的绝对值的平均值很小)。因此，相较于现有技术，本发明所提供的高效能驱动电路及转换器不仅可快速开启与关闭第三P型金属氧化物半导体晶体管，且具有较高的效能。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (13)

1.一种高效能驱动电路，其特征在于，包含：
第一P型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第一端用以接收第一电压，该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第二端用以接收第一控制信号，及该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端用以耦接于第三P型金属氧化物半导体晶体管；
第二P型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第二P型金属氧化物半导体晶体管的第一端用以接收该第一电压，和该第二P型金属氧化物半导体晶体管的第二端用以耦接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管；
第一N型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第一N型金属氧化物半导体晶体管的第一端耦接于该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端，和该第一N型金属氧化物半导体晶体管的第二端用以接收第二控制信号；
第二N型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第二N型金属氧化物半导体晶体管的第一端耦接于该第一N型金属氧化物半导体晶体管的第三端，及该第二N型金属氧化物半导体晶体管的第三端耦接于地端；
电流源，具有第一端和第二端，其中该电流源的第一端用以接收第二电压，及该电流源是用以提供第一电流；
第三N型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第三N型金属氧化物半导体晶体管的第一端耦接于该电流源的第二端，该第三N型金属氧化物半导体晶体管的第二端耦接于该第三N型金属氧化物半导体晶体管的第一端和该第二N型金属氧化物半导体晶体管的第二端，及该第三N型金属氧化物半导体晶体管的第三端耦接于该地端；
第四N型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第四N型金属氧化物半导体晶体管的第一端耦接于该电流源的第二端；
第五N型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第五N型金属氧化物半导体晶体管的第一端耦接于该第二P型金属氧化物半导体晶体管的第三端，该第五N型金属氧化物半导体晶体管的第二端耦接于该第五N型金属氧化物半导体晶体管的第一端和该第四N型金属氧化物半导体晶体管的第二端，及该第五N型金属氧化物半导体晶体管的第三端耦接于该地端；
第一电阻，具有第一端和第二端，其中该第一电阻的第一端用以接收该第一电压，及该第一电阻的第二端用以耦接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管；及
第二电阻，具有第一端和第二端，其中该第二电阻的第一端耦接于该第四N型金属氧化物半导体晶体管的第三端，及该第二电阻的第二端耦接于该地端。
2.一种高效能驱动电路，包含：
第三P型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第一端用以接收第一电压，及该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第三端用以耦接于负载；
该高效能驱动电路的特征在于还包括：
第一P型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第一端用以接收该第一电压，该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第二端用以接收第一控制信号，及该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端耦接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第二端；
第二P型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第二P型金属氧化物半导体晶体管的第一端用以接收该第一电压，和该第二P型金属氧化物半导体晶体管的第二端耦接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第二端；
第一N型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第一N型金属氧化物半导体晶体管的第一端耦接于该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端，和该第一N型金属氧化物半导体晶体管的第二端用以接收第二控制信号；
第二N型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第二N型金属氧化物半导体晶体管的第一端耦接于该第一N型金属氧化物半导体晶体管的第三端，及该第二N型金属氧化物半导体晶体管的第三端耦接于地端；
电流源，具有第一端和第二端，其中该电流源的第一端用以接收第二电压，及该电流源是用以提供第一电流；
第三N型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第三N型金属氧化物半导体晶体管的第一端耦接于该电流源的第二端，该第三N型金属氧化物半导体晶体管的第二端耦接于该第三N型金属氧化物半导体晶体管的第一端和该第二N型金属氧化物半导体晶体管的第二端，及该第三N型金属氧化物半导体晶体管的第三端耦接于该地端；
第四N型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第四N型金属氧化物半导体晶体管的第一端耦接于该电流源的第二端；
第五N型金属氧化物半导体晶体管，具有第一端，第二端，和第三端，其中该第五N型金属氧化物半导体晶体管的第一端耦接于该第二P型金属氧化物半导体晶体管的第三端，该第五N型金属氧化物半导体晶体管的第二端耦接于该第五N型金属氧化物半导体晶体管的第一端和该第四N型金属氧化物半导体晶体管的第二端，及该第五N型金属氧化物半导体晶体管的第三端耦接于该地端；
第一电阻，具有第一端和第二端，其中该第一电阻的第一端用以接收该第一电压，及该第一电阻的第二端耦接于该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第二端；及
第二电阻，具有第一端和第二端，其中该第二电阻的第一端耦接于该第四N型金属氧化物半导体晶体管的第三端，及该第二电阻的第二端耦接于该地端。
3.如权利要求1或2所述的高效能驱动电路，其特征在于，该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第三端是为高压制程的汲极端，以及该第三P型金属氧化物半导体晶体管的第二端不是该高压制程的闸极端。
4.如权利要求1或2所述的高效能驱动电路，其特征在于，该第二N型金属氧化物半导体晶体管的宽长比大于该第三N型金属氧化物半导体晶体管的宽长比。
5.如权利要求1或2所述的高效能驱动电路，其特征在于，该第一控制信号是由位准调整器提供。
6.如权利要求1或2所述的高效能驱动电路，其特征在于，该第一控制信号的高电位位准是为该第一电压，以及该第一控制信号的低电位位准是为第三电压。
7.如权利要求1或2所述的高效能驱动电路，其特征在于，该第二控制信号的高电位位准是为第四电压，以及该第二控制信号的低电位位准是为该地端。
8.如权利要求1或2所述的高效能驱动电路，其特征在于，该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端的电压的高电位位准是为该第一电压，以及该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端的电压的低电位位准是为第三电压。
9.如权利要求1或2所述的高效能驱动电路，其特征在于，该第一电阻是用以稳定该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端的电压。
10.如权利要求1或2所述的高效能驱动电路，其特征在于，该第二电阻是用以降低该高效能驱动电路的闭回路增益，以稳定该高效能驱动电路。
11.如权利要求1或2所述的高效能驱动电路，其特征在于，当该第一P型金属氧化物半导体晶体管根据该第一控制信号开启时，该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端的电压被提高；当该第一N型金属氧化物半导体晶体管根据该第二控制信号开启时，该第一P型金属氧化物半导体晶体管的第三端的电压被降低。
12.如权利要求1或2所述的高效能驱动电路，其特征在于，该第一控制信号和该第二控制信号的频率相同。
13.如权利要求1或2所述的高效能驱动电路，其特征在于，该第一P型金属氧化物半导体晶体管和该第一N型金属氧化物半导体晶体管不会同时开启及不会同时关闭。
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