CN112542937A - 用于被配置为驱动高侧开关晶体管的驱动电路的浮动电源 - Google Patents

用于被配置为驱动高侧开关晶体管的驱动电路的浮动电源 Download PDF

Info

Publication number
CN112542937A
CN112542937A CN202011001374.7A CN202011001374A CN112542937A CN 112542937 A CN112542937 A CN 112542937A CN 202011001374 A CN202011001374 A CN 202011001374A CN 112542937 A CN112542937 A CN 112542937A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
node
transistor
side switching
bootstrap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011001374.7A
Other languages
English (en)
Inventor
S·R·赫格德
Y·格唐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STMicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd
Original Assignee
STMicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by STMicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd filed Critical STMicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd
Publication of CN112542937A publication Critical patent/CN112542937A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H02M3/073—Charge pumps of the Schenkel-type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/01—Modifications for accelerating switching
    • H03K19/017—Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits
    • H03K19/01707—Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits in asynchronous circuits
    • H03K19/01714—Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits in asynchronous circuits by bootstrapping, i.e. by positive feed-back
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/01—Modifications for accelerating switching
    • H03K19/017—Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits
    • H03K19/01728—Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits in synchronous circuits, i.e. by using clock signals
    • H03K19/01735—Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits in synchronous circuits, i.e. by using clock signals by bootstrapping, i.e. by positive feed-back

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

本公开的各个实施例描述了用于被配置为驱动高侧开关晶体管的驱动电路的浮动电源。整流电路的高侧开关晶体管由高侧驱动电路驱动以向输出节点供应电流。高侧驱动电路在电容式自举节点与输出节点之间被供电。启动充电电路通过向自举节点供应电流来对自举电容器充电。启动充电电路包括：第一电流路径，当整流电路在开关模式下操作时，第一电流路径选择性地将第一充电电流供应到自举节点；以及第二电流路径，当整流电路在复位模式下操作时，第二电流路径选择性地将第二充电电流供应到自举节点。

Description

用于被配置为驱动高侧开关晶体管的驱动电路的浮动电源
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年9月23日提交的美国临时专利申请号62/904，038的优先权，该申请的公开内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明总体上涉及电源电路，并且特别地涉及用于晶体管驱动电路中的自举电源。
背景技术
整流器、逆变器和降压/升压/降压-升压转换器是AC-DC和DC-AC转换中广泛使用的电路。这样的电路通常具有基于一些控制信号导通和关断的低侧晶体管开关和高侧晶体管开关。低侧开关通常用n沟道金属氧化物半导体(NMOS)场效应晶体管(FET)实现，并且这些开关容易控制，因为它们通常以系统接地为参考。出于节省面积的原因，高侧开关也通常用NMOS FET实现。然而，NMOS高侧开关不以接地为参考，并且因此控制起来更复杂。通常地，使用自举技术来驱动高侧开关，由此当低侧晶体管导通时，自举电容器(CBOOT)被再充电，并且当输出非常高时，存储在电容器中的能量被用于控制高侧NMOS晶体管开关的栅极至源极电压(Vgs)。为了向高侧晶体管开关的驱动器提供稳定的电源，需要稳健且准确地充电的自举电容器。
现在参见图1，图1示出了用于对自举电容器CBOOT进行充电的现有技术电路10的示意图。二极管连接的双极晶体管Q1和齐纳二极管Z1(以串联连接)响应于偏置电流IBIAS以在节点Vgate1处创建参考电压，并且当节点AC1处的电压为零时，自举电容器CBOOT通过晶体管M1和晶体管M2响应于节点Vgate2处的控制信号被充电至齐纳电压。当节点AC1处的电压随后上升时，电压VBOOT被自举至更高的值。
图1的电路的主要挑战是所生成的升压电源电压VBOOT1-VAC1的跨工艺角的变化、温度以及在输入整流电压VRECT中的变化。由从齐纳二极管Z1生成的参考电压Vgate1也取决于偏置电流IBAIS。当VREC小于6V时，升压电源电压VBOOT1-VAC1将总是低于整流电压VRECT。因此，清楚的是，电路10需要更高的整流电压VRECT以启动充电。升压电源电压VBOOT1-VAC1还取决于生成输入整流电压VRECT的整流器的模式，因为晶体管Q1的发射极总是处于零伏(接地)，但是电压VAC1可以是-0.7V或0V，这取决于整流器是在二极管模式还是在同步模式下操作。因为升压电源电压VBOOT1-VAC1是用于高侧开关驱动电路的电源，所以该电压将不同于用于低侧开关驱动电路的电源，并且因此将存在用于高侧晶体管开关和低侧晶体管开关的非对称导通电阻(Rds_on)。
图2A至图2C示出了包括半桥电路22和具有自举的驱动电路24的现有技术电路20。图2A示出了电路20在更新模式下的操作，图2B示出了电路20在自举模式下的操作，并且图2C示出了电路20在驱动模式下的操作。当技术节点移高并且驱动电压移低时，此电路解决方案显示出一些局限性。一个挑战是确保二极管阈值补偿。当外部电容器被用作自举电容器CBoot时，这一点尤其值得关注。在这种情况下，将存在产生升压电压VBOOT的芯片引脚。利用用于经调节的输入电压VREG的引脚和用于升压电压VBOOT的引脚，需要适当的静电放电(ESD)保护，并且因此必须控制二极管的尺寸以应对ESD。如果自举电容器CBoot被过充，则在一些情况下，这可以导致高侧晶体管的驱动电压超过该过程的安全操作区域(SOA)(即，当高级节点的最大允许Vgs低至2.5V时)。
因此，在本领域有解决现有技术电路的缺陷的需要。特别地，有确保自举电容器的充电电压在电路操作的全范围上得到良好控制的需要。
发明内容
在实施方式中，一种电路包括：整流电路，包括：高侧开关晶体管，被配置为将电流供应至输出节点；以及高侧驱动电路，被配置为驱动高侧开关晶体管的控制端子，其中，高侧驱动电路在自举节点和输出节点之间被供电；其中，整流电路在开关模式和复位模式下是可操作的。该电路还包括：自举电容器，耦合在自举节点与输出节点之间；以及启动充电电路，被配置为通过向自举节点供应电流来对自举电容器充电。该启动充电电路包括：第一电流路径，被配置为选择性地将第一充电电流供应到自举节点，所述第一电流路径响应于在开关模式下的整流电路操作而被致动；以及第二电流路径，被配置为选择性地将第二充电电流供应到自举节点，所述第二电流路径响应于在复位模式下的整流电路操作而被致动。
在一个实施例中，电路包括：高侧开关晶体管，耦合在第一节点与第二节点之间；高侧驱动电路，被配置为驱动高侧开关晶体管的控制端子，其中，高侧驱动电路在自举节点与第一节点之间被供电。该电路还包括：自举电容器，耦合在自举节点和输入节点之间，以及启动充电电路，被配置为通过向自举节点供应电流来对自举电容器充电。该启动充电电路包括：第一电流路径，被配置为选择性地将第一充电电流供应到自举节点，所述第一电流路径在高侧开关晶体管在开关操作模式下由高侧驱动电路驱动时被致动；以及第二电流路径，被配置为选择性地将第二充电电流供应到自举节点，所述第二电流路径在高侧开关晶体管在复位操作模式下由高侧驱动电路驱动时被致动。
附图说明
为了更好地理解这些实施例，现在将仅通过举例的方式参照附图，在附图中：
图1是用于对自举电容器充电的现有技术电路的示意图；
图2A至图2C示出了包括半桥电路和具有自举的驱动电路的现有技术电路；
图3示出了具有自举高侧驱动的桥电路的电路图；以及
图4A和图5A各自示出了用于图3的电路中的启动充电电路的电路图；
图4B和图5B各自示出了用于图3的电路中的具有替代配置的启动充电电路的电路图；以及
图6至图7示出了电路的操作波形。
具体实施方式
现在参见图3，其示出了包括具有自举高侧驱动的整流桥电路32的整流电路30的电路图。从A/C输入生成整流电压VRECT。低压差稳压器电路34接收整流电压VRECT并且生成经调节的低压差电压VLDO。桥电路32是全桥型的，包括第一半桥和第二半桥，第一半桥由在整流电压VRECT节点和参考/接地节点之间的A/C输入节点AC1处连接的高侧开关晶体管Q1和低侧开关晶体管Q3的串联形成，第二半桥由在整流电压VRECT节点和参考/接地节点之间的A/C输入节点AC2处连接的高侧开关晶体管Q2和低侧开关晶体管Q4的串联形成。高侧开关晶体管Q1的栅极响应于由整流控制电路生成的控制信号D1由高侧驱动电路HSD1驱动(利用驱动电压Vgate1)。高侧开关晶体管Q2的栅极响应于由整流控制电路生成的控制信号D2由高侧驱动电路HSD2驱动(利用驱动电压Vgate2)。低侧开关晶体管Q3的栅极响应于由整流控制电路生成的控制信号D3由低侧驱动电路LSD1驱动(利用驱动电压Vgate3)。低侧开关晶体管Q4的栅极响应于由整流控制电路生成的控制信号D4由低侧驱动电路LSD2驱动(利用驱动电压Vgate4)。用于高侧驱动电路HSD1的电源在自举电压节点BOOT1与在第一半桥A/C输入节点AC1处的电压之间。用于高侧驱动电路HSD2的电源在自举电压节点BOOT2与在第二半桥A/C输入节点AC2处的电压之间。用于低侧驱动电路LSD1和低侧驱动电路LSD2的电源在低压差电压VLDO和参考/接地电压之间。第一自举电容器CBOOT1被连接在自举电压节点BOOT1与第一半桥输出节点AC1之间。第二自举电容器CBOOT2被连接在自举电压节点BOOT2与第二半桥输出节点AC2之间。
自举电压节点BOOT1处的充电电压由第一启动充电电路40从低压差电压VLDO产生，并且自举电压节点BOOT2处的充电电压由第二启动充电电路42从低压差电压VLDO产生。第一启动充电电路40和第二启动充电电路42具有相同的电路构造。图4A至图4B示出了用于第一启动充电电路40的实施例，并且图5A至图5B示出了用于第二启动充电电路42的实施例。
现在参考图4A来描述电路40及其连接。为了简洁起见，将不具体描述图5A中所示的电路42，应当理解的是，操作总体上与电路40相同，但是具有与图3中不同的电路连接。启动充电电路40具有两条电流路径(路径1和路径2)以对自举电容器CBOOT1充电，自举电容器CBOOT1被连接在自举节点BOOT1与第一半桥电压节点AC1之间。
路径1由串联连接的n沟道晶体管M1和n沟道晶体管M2限定，晶体管M1和晶体管M2的源极连接在一起，晶体管M1和晶体管M2的漏极分别连接至低压差电压VLDO和自举节点BOOT1。晶体管M1的栅极由节点X处的信号驱动，并且晶体管M2的栅极由节点Y处的信号驱动。第一缓冲器B1具有接收从比较器COMP输出的LS_COMP信号的输入端，该比较器运行以将参考/接地电压(在非反相输入端处接收的)与在第一A/C输入节点AC1处的电压(在反相输入端处接收的)进行比较。缓冲器B1的输出端被连接至电容器C1的第一极板，其中电容器C1的第二极板被连接至节点X。第二缓冲器B2具有接收在第一半桥中的低侧晶体管Q3的栅极处的电压Vgate3的输入端。缓冲器B2的输出端连接至电容器C2的第一极板，其中电容器C2的第二极板连接到节点Y。第一二极管D1在低压差电压VLDO与节点X之间与NMOS晶体管M3串联连接。晶体管M3的栅极由整流控制电路生成的使能信号EN驱动。第二二极管D2在低压差电压VLDO与节点Y之间与NMOS晶体管M5串联连接。晶体管M5的栅极由使能信号EN驱动。第一电阻器R1在节点X与参考/接地电压之间与NMOS晶体管M4串联连接。晶体管M4的栅极由整流控制电路生成的被称为ENB的使能信号EN的延迟和逻辑上反相版本驱动。第二电阻器R2在节点Y与参考/接地电压之间与NMOS晶体管M6串联连接。晶体管M6的栅极由延迟和逻辑上反相使能信号ENB驱动。
路径1在正常的整流器/逆变器操作期间具有以下操作(诸如：当驱动信号Vgate1和驱动信号Vgate3以及驱动信号Vgate2和驱动信号Vgate4在整流控制电路的控制下交替时，Vgate1和Vgate2决不会同时处于相同状态，并且Vgate3和Vgate4决不会同时处于相同状态)。响应于流过二极管D1/晶体管M3(由信号EN启用)和二极管D1/晶体管M5(由信号EN启用)的电流，低压差电压VLDO跨过电容器C1和电容器C2被存储。该操作在第一半桥中的低侧晶体管Q3被关断并且晶体管Q1被导通的时间段期间发生。响应于第一半桥中的低侧晶体管Q3的栅极处的电压Vgate3的断言(即，逻辑1)，晶体管Q3导通(并且晶体管Q1关断)并且输出节点AC1处的电压下降。比较器COMP感测AC1电压何时下降到低于参考/接地电压，并且响应于此，将LS_COMP信号断言为逻辑1。在这个时间点，电压Vgate3和LS_COMP信号都是逻辑1。然后，节点X和Y处的电压各自由跨过电容器C1和电容器C2的所存储的低压差电压VLDO自举，以便确保晶体管M1和晶体管M2两者完全被导通。路径1的经激活的晶体管M1和晶体管M2传递电流以将自举电容器CBOOT1充电至低压差电压VLDO的电平。然后，比较器COMP感测AC1电压何时随着电流方向的翻转而升高到高于参考/接地电压。响应于此，LS_COMP信号被断言为逻辑0。在这个时间点，电压Vgate3和LS_COMP信号两者都从1转换到0。然后，节点X和Y处的电压各自由跨过电容器C1和电容器C2的所存储的低压差电压VLDO自举下降，以便确保晶体管M1和晶体管M2两者都完全被关断。路径1中的晶体管M1和晶体管M2被关断，并且完全去除从VLDO到VBOOT1的路径。
整流控制电路在从低压差稳压器24输出的VLDO电压未准备好时在逻辑0处生成EN信号。节点X和节点Y完全放电到接地。一旦VLDO电压输出准备好，EN信号就将状态从逻辑0改变为逻辑1，从而启用电路40或电路42的操作，以便确保信号X和信号Y可以被充电到VLDO-Vth(M3或M5)。当节点X和节点Y在操作期间被自举上升时，二极管D1和二极管D2保护节点X和Y免于将电流泄漏到VLDO和放电。
路径2由串联连接的p沟道晶体管M7和p沟道晶体管M8定义，p沟道晶体管M7和p沟道晶体管M8的源极连接在一起，并且p沟道晶体管M7和p沟道晶体管M8的漏极连接到低压差电压VLDO和自举节点BOOT1。晶体管M7和晶体管M8的栅极均由节点Z处的信号驱动。电阻器R3连接在节点Z与晶体管M7和晶体管M8的公用源极之间。齐纳二极管Z1连接在节点Z(在齐纳阳极处)与晶体管M7和晶体管M8的公用源极(在齐纳阴极处)之间。NMOS晶体管M9使其漏极连接至节点Z并且使其源极连接至参考/接地电压。晶体管M9的栅极由逻辑电路输出的逻辑信号驱动(在这种情况下，三输入“与”门)，该逻辑电路将第一半桥中的低侧晶体管Q3的栅极处的电压Vgate3、第二半桥中的低侧晶体管Q4的栅极处的电压Vgate4和启动充电使能信号(Boot_EN)进行逻辑性地组合。
路径2在整流器/逆变器复位操作期间具有以下操作。在整流器的复位期间，晶体管Q3和晶体管Q4两者都分别由响应于整流控制电路生成的电压Vgate3和Vgate4被导通(并且晶体管Q1和Q2两者都关断)。在该复位操作模式下，不执行切换。响应于启动充电使能信号Boot_EN的逻辑高的断言，在Vgate3和Vgate4两者都也是逻辑高的情况下，“与”门断言其输出信号逻辑高并且导通晶体管M9。这将节点Z拉到随后被施加到p沟道晶体管M7和p沟道晶体管M8的栅极的参考/接地电压。晶体管M7和晶体管M8两者都导通。路径2的经激活的晶体管M7和晶体管M8传递电流以将自举电容器CBOOT1充电至低压差电压VLDO的电平。当整流器从复位状态释放，以及在正常切换模式下的操作恢复为通过由整流器控制电路生成的信号控制的切换，晶体管Q3和晶体管Q4两者决不会同时都导通，并且“与”门的输出被驱动至逻辑低，使得p沟道晶体管M7和p沟道晶体管M8两者都关断以阻断路径2。这种情况下的Z点电压将跟随在自举节点BOOT1处的电压。
将注意的是，路径l必须被设计成具有晶体管M1和M2以在整流器/逆变器切换操作的最大频率的两倍内对自举电容器CBOOT进行再充电。晶体管的大小取决于解决自举节点BOOT1上的最大负载所需的Ron。为了使自举节点BOOT1电压与输出节点AC1电压之间的电压差总是小于或等于低压差电压VLDO，二极管操作模式期间，路径1上的二极管压降必须大于整流器二极管压降。
在实施例中，路径l可以仅包括晶体管M2(即，晶体管M1缺失或旁路)。该电路解决方案与正常操作下的M1和M2两者的解决方案一样有效。然而，晶体管M2的尺寸必须符合ESD要求，因为从自举节点BOOT1的外部衬垫(支持到外部自举电容器CBOOT1的连接)到低压差电压VLDO的外部衬垫存在一条通过晶体管M2的寄生二极管的路径。包括背靠背晶体管开关M1和M2有助于使电路设计者灵活地根据上述再充电和二极管压降要求决定晶体管开关的尺寸，而不会遇到ESD约束的设计麻烦。实际上，对于优选电路解决方案，不存在从VLDO到BOOT1的直接ESD路径，并且因此ESD保护可使用另一方案。作为示例，VLDO的衬垫可以自我保护(例如，利用局部ESD箝位)，并且BOOT1的衬垫可以自我保护(例如，利用ESD浮动轨的适当二极管或HV ESD箝位)。
还将注意的是，路径2必须被设计有基于可用于对自举电容器CBOOT1进行充电的复位时间的晶体管M7和晶体管M8。许多实际情况下的复位时间非常宽松，这将允许设计者为晶体管M7和晶体管M8选择相对较小尺寸的器件。
在图4B和图5B的替代电路实施例中，在晶体管M4直接地连接到节点X的情况下省略电阻器R1，，并且在晶体管M5直接地连接到节点Y的情况下省略电阻器R2。与图4A和图5A的电路配置相比，此电路配置的优点在于：由于可以占用裸片上不小的面积的电阻器R1和电阻器R2被省略，所以电路占用较小的集成电路面积。然而，电阻器R1和电阻器R2的移除会导致在信号EN和ENB的逻辑转换期间通过M3-M4(和M5-M6)的漏电流的担忧，即。为了解决这个问题，提供逻辑电路以如图所示的非重叠方式生成信号EN和ENB。
现在参见示出了电路的操作波形的图6和图7。根据比较器输出信号和栅极输入信号将X和Y节点处的电压VX和VY自举。即使整流器进入二极管模式中，节点BOOT1与AC1之间的电压差将总是保持在VLDO电压或更低电压，VLDO电压或更低电压低于SOA阈值。
该电路呈现多个优点，包括：a)减少了用于高侧驱动器的电源上的变化；b)即使整流电压VRECT减小，操作也被支持；以及c)高侧开关和低侧开关两者都具有相同的Vgs。
虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容和所附权利要求书，在实践要求保护的发明时可以理解并且实现公开的实施例的其他变化。

Claims (18)

1.一种电路，包括：
整流电路，能够在开关模式和复位模式下操作，其中，所述整流电路包括：
高侧开关晶体管，被耦合在输入节点与输出节点之间；以及
高侧驱动电路，被配置为驱动所述高侧开关晶体管的控制端子，其中，所述高侧驱动电路在自举节点和所述输入节点之间被供电；
自举电容器，被耦合在所述自举节点与所述输入节点之间；
启动充电电路，被配置为通过向所述自举节点供应电流来对所述自举电容器充电，其中，所述启动充电电路包括：
第一电流路径，被配置为选择性地将第一充电电流供应到所述自举节点，所述第一电流路径响应于在所述开关模式下的整流电路操作而被致动；以及
第二电流路径，被配置为选择性地将第二充电电流供应到所述自举节点，所述第二电流路径响应于在所述复位模式下的整流电路操作而被致动。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述输入节点接收AC信号，并且其中所述输出节点生成DC信号。
3.根据权利要求1所述的电路，其中，所述整流电路包括在所述输入节点处被耦合到所述高侧开关晶体管的低侧开关晶体管的串联，其中，所述高侧开关晶体管和所述低侧开关晶体管被耦合在所述输出节点与接地节点之间，并且其中，在所述开关模式下，所述高侧开关晶体管和所述低侧开关晶体管被交替地致动，并且其中，在所述复位模式下，所述高侧开关晶体管是关断的，并且所述低侧开关晶体管是导通的。
4.根据权利要求1所述的电路，其中，所述输出节点生成DC信号，所述电路还包括电压调节电路，所述电压调节电路由所述DC信号供电，并且被配置为生成经调节的电压。
5.根据权利要求4所述的电路，其中，所述启动充电电路由所述经调节的电压供电。
6.根据权利要求1所述的电路，其中，所述整流电路包括在所述输入节点处被耦合到所述高侧开关晶体管的低侧开关晶体管的串联，并且其中，所述第一电流路径包括在所述经调节的电压与所述自举节点之间彼此以串联方式被耦合的第一晶体管和第二晶体管，所述电路还包括：
第一栅极控制电路，被配置为生成施加到所述第一晶体管的栅极的第一栅极信号，其中，所述第一栅极信号响应于在所述输入节点处的信号与参考的比较而被升压；以及
第二栅极控制电路，被配置为生成施加至所述第一晶体管的栅极的第二栅极信号，其中，所述第二栅极信号响应于所述低侧开关晶体管的致动而被升压。
7.根据权利要求6所述的电路，其中，在所述输入节点处的信号是A/C信号。
8.根据权利要求6所述的电路，其中，所述输出节点生成DC信号，所述电路还包括电压调节电路，所述电压调节电路由所述DC信号供电，并且被配置为生成经调节的电压，并且其中，所述第一栅极控制电路响应于所生成的所述经调节的电压而被启用用来操作。
9.根据权利要求6所述的电路，其中，所述输出节点生成DC信号，所述电路还包括电压调节电路，所述电压调节电路由所述DC信号供电，并且被配置为生成经调节的电压，并且其中，所述第二栅极控制电路响应于所生成的所述经调节的电压而被启用用来操作。
10.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第二电流路径包括在所述经调节的电压与所述自举节点之间彼此以串联方式被耦合的第一晶体管和第二晶体管，所述电路还包括：
栅极控制电路，被配置为响应于在所述复位模式下的整流电路操作而产生施加到所述第一晶体管和第二晶体管的栅极信号。
11.根据权利要求10所述的电路，其中所述整流电路包括在所述输入节点处被耦合到所述高侧开关晶体管的低侧开关晶体管的串联，并且其中，所述栅极控制电路响应于所述低侧开关晶体管在所述复位模式期间的致动而生成所述栅极信号。
12.一种电路，包括：
高侧开关晶体管，被耦合在第一节点与第二节点之间；
高侧驱动电路，被配置为驱动所述高侧开关晶体管的控制端子，其中，所述高侧驱动电路在自举节点和所述第一节点之间被供电；
自举电容器，被耦合在所述自举节点与所述输入节点之间；
启动充电电路，被配置为通过向所述自举节点供应电流来对所述自举电容器充电，其中，所述启动充电电路包括：
第一电流路径，被配置为选择性地将第一充电电流供应到所述自举节点，所述第一电流路径在所述高侧开关晶体管在开关操作模式下由所述高侧驱动电路驱动时被致动；以及
第二电流路径，被配置为选择性地将第二充电电流供应到所述自举节点，所述第二电流路径在所述高侧开关晶体管在复位操作模式下由所述高侧驱动电路驱动时被致动。
13.根据权利要求12所述的电路，还包括在所述第一节点处被耦合到所述高侧开关晶体管的低侧开关晶体管的串联，并且其中，在所述开关操作模式下，所述高侧开关晶体管和所述低侧开关晶体管被交替地致动，并且其中，在所述复位模式下，所述高侧开关晶体管是关断的，并且所述低侧开关晶体管是导通的。
14.根据权利要求13所述的电路，其中，所述第一电流路径包括在经调节的电压与所述自举节点之间彼此以串联方式被耦合的第一晶体管和第二晶体管，所述电路还包括：
第一栅极控制电路，被配置为生成施加到所述第一晶体管的栅极的第一栅极信号，其中，所述第一栅极信号响应于在所述第一节点处的信号与参考的比较而被升压；以及
第二栅极控制电路，被配置为生成施加至所述第一晶体管的栅极的第二栅极信号，其中，所述第二栅极信号响应于所述低侧开关晶体管的致动而被升压。
15.根据权利要求14所述的电路，其中，所述第一栅极控制电路响应于所述经调节的电压而被启用用来操作。
16.根据权利要求14所述的电路，其中，所述第二栅极控制电路响应于所述经调节的电压而被启用用来操作。
17.根据权利要求12所述的电路，其中，所述第二电流路径包括在所述经调节的电压与所述自举节点之间彼此以串联方式被耦合的第一晶体管和第二晶体管，所述电路还包括：
栅极控制电路，被配置为响应于所述复位操作模式，生成施加至所述第一晶体管和所述第二晶体管的栅极信号。
18.根据权利要求17所述的电路，还包括在所述输入节点处被耦合到所述高侧开关晶体管的低侧开关晶体管的串联，并且其中，所述栅极控制电路响应于所述低侧开关晶体管在所述复位模式期间的致动而生成所述栅极信号。
CN202011001374.7A 2019-09-23 2020-09-22 用于被配置为驱动高侧开关晶体管的驱动电路的浮动电源 Pending CN112542937A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962904038P 2019-09-23 2019-09-23
US62/904,038 2019-09-23
US17/011,439 2020-09-03
US17/011,439 US11251691B2 (en) 2019-09-23 2020-09-03 Floating power supply for a driver circuit configured to drive a high-side switching transistor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112542937A true CN112542937A (zh) 2021-03-23

Family

ID=74881323

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202022089018.7U Active CN213367626U (zh) 2019-09-23 2020-09-22 电路
CN202011001374.7A Pending CN112542937A (zh) 2019-09-23 2020-09-22 用于被配置为驱动高侧开关晶体管的驱动电路的浮动电源

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202022089018.7U Active CN213367626U (zh) 2019-09-23 2020-09-22 电路

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11251691B2 (zh)
CN (2) CN213367626U (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113225054A (zh) * 2021-03-24 2021-08-06 芜湖威尔芯半导体有限公司 一种全集成Full-NMOS功率管高侧驱动电路
CN115268542A (zh) * 2021-07-09 2022-11-01 台湾积体电路制造股份有限公司 输入/输出器件、低压差稳压器电路及其操作方法
WO2024023842A1 (en) * 2022-07-25 2024-02-01 Shaoxing Yuanfang Semiconductor Co., Ltd. Bootstrap circuitry for driving a high-side switch of a switching converter

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3648362B1 (fr) * 2018-11-02 2021-03-03 Stmicroelectronics Sa Procédé de limitation du niveau de tension issue d'un champ magnétique reçu par un transpondeur et transpondeur correspondant
US11095282B2 (en) * 2018-12-05 2021-08-17 Texas Instruments Incorporated Methods and apparatus to implement current limit test mode
CN111224540B (zh) * 2019-12-20 2021-04-06 南京矽力微电子技术有限公司 开关电容变换器及其驱动电路
JP7388317B2 (ja) * 2020-08-27 2023-11-29 三菱電機株式会社 駆動回路およびインバータ装置
US11095229B1 (en) * 2020-09-24 2021-08-17 Monolithic Power Systems, Inc. High switching frequency direct AC to AC converter
CN113179095B (zh) * 2021-04-23 2023-08-15 无锡安趋电子有限公司 一种基于氮化镓工艺集成电路的输出级电路及其级联应用
DE112022003832T5 (de) * 2021-08-30 2024-05-23 Rohm Co., Ltd. Halbleitervorrichtung

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2858493B1 (fr) * 2003-07-31 2005-10-21 St Microelectronics Sa Circuit d'attaque a autoelevation
US7215189B2 (en) * 2003-11-12 2007-05-08 International Rectifier Corporation Bootstrap diode emulator with dynamic back-gate biasing
US8558584B2 (en) * 2010-11-30 2013-10-15 Infineon Technologies Ag System and method for bootstrapping a switch driver
US8558586B1 (en) * 2012-08-30 2013-10-15 Infineon Technologies Ag Circuit arrangement for driving transistors in bridge circuits
US9559613B2 (en) * 2013-09-18 2017-01-31 Infineon Technologies Ag System and method for a switch driver
TWI566509B (zh) * 2015-08-20 2017-01-11 世界先進積體電路股份有限公司 切換式轉換器以及升壓裝置
ITUB20155707A1 (it) * 2015-11-18 2017-05-18 St Microelectronics Srl Circuito di pilotaggio, circuito integrato e dispositivo corrispondenti
CN105827101B (zh) * 2016-05-06 2019-02-05 成都芯源系统有限公司 电压转换集成电路、自举电路以及开关驱动方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113225054A (zh) * 2021-03-24 2021-08-06 芜湖威尔芯半导体有限公司 一种全集成Full-NMOS功率管高侧驱动电路
CN113225054B (zh) * 2021-03-24 2023-03-14 芜湖威尔芯半导体有限公司 一种全集成Full-NMOS功率管高侧驱动电路
CN115268542A (zh) * 2021-07-09 2022-11-01 台湾积体电路制造股份有限公司 输入/输出器件、低压差稳压器电路及其操作方法
CN115268542B (zh) * 2021-07-09 2024-01-30 台湾积体电路制造股份有限公司 输入/输出器件、低压差稳压器电路及其操作方法
WO2024023842A1 (en) * 2022-07-25 2024-02-01 Shaoxing Yuanfang Semiconductor Co., Ltd. Bootstrap circuitry for driving a high-side switch of a switching converter

Also Published As

Publication number Publication date
US20210091655A1 (en) 2021-03-25
CN213367626U (zh) 2021-06-04
US11251691B2 (en) 2022-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN213367626U (zh) 电路
CN110176859B (zh) 开关电源
US8593211B2 (en) System and apparatus for driver circuit for protection of gates of GaN FETs
US6437549B1 (en) Battery charger
JP5977920B2 (ja) パワーコンバータの入力端子電圧放電回路を実現する方法および装置
US8040162B2 (en) Switch matrix drive circuit for a power element
US8754675B2 (en) System and method for driving a switch
US6812782B2 (en) Switch mode converter that allows 100% duty cycle on gate driver
US7126388B2 (en) Power MOSFET driver and method therefor
WO2023219031A1 (ja) ゲート駆動回路、パワーグッド回路、過電流検出回路、発振防止回路、スイッチング制御回路、および、スイッチング電源装置
US9774260B2 (en) Driver for low emission switching regulator with switch sensing of reverse recovery
CN112865529A (zh) 为供电系统中驱动电路提供供电电压的电路和方法
US10985748B2 (en) Drive voltage booster
US20210184584A1 (en) Power converters including bias voltage supply circuit and method of supplying bias supply voltage
US11736018B2 (en) Voltage comparator and method
JP6886343B2 (ja) Ｄｃ／ｄｃコンバータ
CN115065222A (zh) 应用全桥同步整流启动防倒灌电路及电子设备
WO2022176271A1 (ja) 整流回路、整流回路の制御方法
JP5839899B2 (ja) 逆流防止回路ならびにそれを用いた降圧型ｄｃ／ｄｃコンバータ、その制御回路、充電回路、電子機器
US8258655B2 (en) Circuit arrangement and method for driving a load
US10819234B2 (en) Switching converter with a self-operated negative boost switch
CN113890526A (zh) 驱动器电路、对应的设备及操作方法
WO2022210273A1 (ja) スイッチ回路および電源回路
WO2023228635A1 (ja) 半導体装置、スイッチング電源
CN203368355U (zh) 一种离线电压调节器及相应电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination