CN1914576A - 自举电容器更新电路 - Google Patents

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Abstract

一种自举电容器充电电路，包括：第一和第二电源开关晶体管，设置在半桥结构中，使该第一和第二晶体管排列在高端电势和低端电势之间；驱动电路，用于驱动第一和第二晶体管；自举电容器，适于由电势源对其进行充电，并且利用该电容器提供电压源向电子电路供电；充电电路，从所述高端电势和低端电势中的一个向所述自举电容器提供充电路径；第一和第二串联连接开关，设置于所述第一和第二晶体管的公共节点与所述高端电势和低端电势中的一个之间；该自举电容器具有第一端子，与将由所述充电电路充电相耦合，以及第二端子，耦合于所述第一和第二串联连接开关之间的公共节点；以及控制电路，以第一及第二模式操作，其中在第一模式中，当所述第一和第二电源开关晶体管正在以高于预定频率的速率进行开关时，将连接于所述第一与第二电源开关晶体管的所述公共节点的所述开关中的第一个控制为导通，将所述第二开关控制为断开；并且其中，当所述第一电源开关晶体管导通的持续时间超过预置的持续时间的时候，所述控制电路以第二模式操作，其中所述第一和第二开关以第一和第二预定的时段交替地导通并断开，由此该自举电容器在第二预定的时段期间，通过所述第二开关和所述充电电路充电。

Description

自举电容器更新电路
背景技术
本发明涉及电源开关电路，特别是涉及用于驱动电源开关电路的驱动电路。尤其是，本发明涉及一种用在驱动电路中的自举电容器电源更新电路，所述驱动电路用于驱动电源开关电路，例如用于驱动负载的半桥电源开关电路。
自举电容器常常用在驱动电路中，从现有电源、现有电压源或脉冲信号源中提供附加fkiatubg电压。尤其是，如图1所示，其示出一种用于驱动半桥开关电路的驱动器集成电路，该电路包括用于驱动负载的两个功率MOS场效应晶体管M1和M2，如图1中所示，半桥晶体管M1和M2设置在电压源VBAT和地之间。在电压输入端VCC，还向驱动器集成电路(IC)提供电压电源，以便向驱动器集成电路(IC)提供电源。VBAT可能是与VCC不同，比VCC更高的电压，或者可能是与之相同的电压。典型地，VCC与VBAT不同，因为VBAT上有高电压尖峰脉冲。VCC来自于通过内部或外部调整器电路的VBAT。驱动器集成电路包括驱动相应的高端和低端晶体管M1和M2的驱动器HO和驱动器LO。另外，在端子VB和端子VS之间提供外部自举电容器CBOOT，其中端子VS与负载耦合并且是晶体管M1和M2之间的公共连接点。因此经由该自举电容器提供电源电压VBOOT。将二极管D配置在该集成电路的内部或外部，以便允许自举电容器CBOOT在晶体管M2导通时从VCC充电。自举电源(bootstrap supply)用来向高端驱动器提供电压。
当晶体管M1存在永久导通时出现了问题。“永久导通”是指对晶体管M1而言在(导通)时间上相对较长，例如，多于200微秒(usecs)。在这种情况下，晶体管M2断开，并且因此在这个操作期间，自举电容器不能通过晶体管M2充电。因此，如果晶体管M1在导通时间上相对较长，例如在大于200微秒(usec)的情况下，则不能采用图1中的电路。而晶体管M2开启的时间也不会很长，不足以给自举电容器充电，同时无论是由内部还是外部到达集成电路，也不足以因此向由VBOOT供电的电路提供电源。
因此，需要对这个问题提供一种解决方案，特别是在自动(automotive)应用中有用的方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对现有技术自举电容器电路问题的解决方案，其中在开关晶体管的某种操作模式期间不存在充足的时间使自举电容器保持所需的电荷。
本发明的上述及其他目的是通过一种自举电容器充电电路来实现的，所述自举电容器充电电路包括：第一和第二电源开关晶体管，设置在半桥结构中，使该第一和第二晶体管排列在高端电势和低端电势之间；驱动电路，用于驱动第一和第二晶体管；自举电容器，适于由电势源对其进行充电，并且利用该电容器提供电压源向电子电路供电；充电电路，从所述高端电势和低端电势中的一个向所述自举电容器提供充电路径；第一和第二串联连接开关，设置于所述第一和第二晶体管的公共节点与所述高端电势和低端电势中的一个之间；该自举电容器具有第一端子，与将由所述充电电路充电相耦合，以及第二端子，耦合于所述第一和第二串联连接开关之间的公共节点；以及控制电路，以第一及第二模式操作，其中在第一模式中，当所述第一和第二电源开关晶体管正在以高于预定频率的速率进行开关时，将连接于所述第一与第二电源开关晶体管的所述公共节点的所述开关中的第一个控制为导通，将所述第二开关控制为断开；并且其中，当所述第一电源开关晶体管导通的持续时间超过预置的持续时间的时候，所述控制电路以第二模式操作，其中所述第一和第二开关以第一和第二预定的时段交替地导通并断开，由此该自举电容器在第二预定的时段期间，通过所述第二开关和所述充电电路充电。
本发明的上述及其他目的还通过一种用于对电路中的自举电容器进行充电的方法来实现，所述电路包括：第一和第二电源开关晶体管，设置在半桥结构中，使该第一和第二晶体管排列在高端电势和低端电势之间；驱动器电路，用于驱动第一和第二晶体管；自举电容器，适于由电势源对其进行充电，并且利用该电容器提供电压源向电子电路供电；充电电路，从所述高端电势和低端电势中的一个向所述自举电容器提供充电路径；第一和第二串联连接开关，设置于所述第一和第二晶体管的公共节点与所述高端电势和低端电势中的一个之间；该自举电容器具有第一端子，与将由所述充电电路充电相耦合，以及第二端子，耦合于所述第一和第二串联连接开关之间的公共节点；以及控制电路，用于控制该第一及第二开关；该方法包括：当所述第一和第二电源开关晶体管正以高于预定频率的速率进行开关操作时，以第一模式来操作所述第一和第二开关，这样将连接于所述第一与第二电源开关晶体管的所述公共节点的所述开关中的第一个控制为导通，并将所述第二开关控制为断开；并且在所述第一电源开关晶体管导通的持续时间超过了预置的持续时间的时候，以第二模式操作所述第一和第二开关，这样所述第一和第二开关以第一和第二预定的时段交替地导通并断开，由此该自举电容器在第二预定的时段期间，通过所述第二开关和所述充电电路充电。
从下文的详细说明中可以明显地看出本发明的其他目的、特征和优点
附图的简要说明
现在，在以下详细的说明中将参考附图而更详细地描述本发明，其中：
图1示出了使用自举电容器电源的一种现有技术电路；
图2示出了根据本发明的电路；
图3示出了可用于阐明本发明的时序图。
从下文的详细说明中可以明显地看出本发明的其他目的、特征和优点。
发明的详细说明
参考附图2，图中示出了一种用于半桥开关晶体管结构的驱动器集成电路(IC)，该电路包括串联连接于电源VBAT和地之间的晶体管M1和M2。负载连接在晶体管M1和M2之间的公共节点与地之间，所述公共节点包括点VS。
驱动器集成电路IC包括用于每个高端和低端功率晶体管M1和M2的高端驱动器HO和低端驱动器LO。另外，驱动器集成电路包括镇流调节器10、电流源14以及齐纳二极管16，所述镇流阻调节器10包括例如双极NPN型晶体管12这样的晶体管，在所列举的实施例中所述齐纳二极管16是一个6.6伏的齐纳二极管。另外，将该自举电容器CBOOT进行外部连接并独立于VS。自举电容器连接在驱动器集成电路的端子VB和VB1之间。端子VB1连接到齐纳二极管16的阳极，齐纳二极管16的阳极还与开关SW2相连接，开关SW2连接到公共端并由此接地。另外，如图所示，开关SW1连接在VS和VB1之间。开关SW1和SW2是半导体开关，例如MOS场效应晶体管或双极型晶体管。
另外，提供了控制电路18，其提供输出信号SW1和SW2(图3)以控制开关SW1和SW2的开关动作。
电路操作如下。在正常操作期间，对M1的导通时间小于200微秒(usec)来说，控制器18在第一模式进行操作(模式1-图3)，这样开关SW1总是导通的而开关SW2总是断开的。同样地，电路像正常自举电源一样操作，并且当M2导通时，通过M2、开关SW1和镇流调节器10至VBAT对电容器CBOOT进行充电。基于6.6伏齐纳二极管16，镇流调节器10在晶体管12的发射极提供大约6伏的稳定电压。
当晶体管M1的导通大于200微秒(usec)的时段，在现有技术的电路中，电容器没有充足的时间经M2进行充电。在这种情况下，控制电路18在第二模式进行操作(模式2-图3)。电路18中包括振荡器，所述振荡器包含例如一个2kHz的振荡器。如图3所示，每经过500微秒(usec)，断开开关SW1，将SW2导通大约为10微秒(μsec)的一个时段。通过与地耦合的SW2经由镇流调节器至VBAT向自举电容器CBOOT充电。在这个期间，M1的栅极可能是浮动的。
因而本发明提供了一种简单且可靠的方式对自举电容器进行充电，这样可以对于电源开关电路的所有操作模式，都能够可靠地将电源提供给与自举电容器耦合的并由其提供电源的电路，所述操作模式包括高端晶体管处于永久导电的状态。
虽然这里结合具体的实施例对本发明进行了描述，但是对本领域技术人员来说，很多其它的变化、改进以及应用将是很明显的。因此，本发明不应当受此处特定公开的限制，而应由附加的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种自举电容器充电电路包括：
第一和第二电源开关晶体管，设置在半桥结构中，使该第一和第二晶体管排列在高端电势和低端电势之间；
驱动电路，用于驱动第一和第二晶体管；
自举电容器，适于由电势源对其进行充电，并且利用该电容器提供电压源向电子电路供电；
充电电路，从所述高端电势和低端电势中的一个向所述自举电容器提供充电路径；
第一和第二串联连接开关，设置于所述第一和第二晶体管的公共节点与所述高端电势和低端电势中的一个之间；
该自举电容器具有第一端子，与将由所述充电电路充电相耦合，以及第二端子，耦合于所述第一和第二串联连接开关之间的公共节点；以及
控制电路，以第一及第二模式进行操作，其中在第一模式，当所述第一和第二电源开关晶体管正在以高于预定频率的速率进行开关时，将连接于所述第一与第二电源开关晶体管的所述公共节点的所述开关中的第一个控制为导通，将所述第二开关控制为断开；并且其中；
当所述第一电源开关晶体管导通的持续时间超过预置的持续时间的时候，所述控制电路以第二模式操作，其中所述第一和第二开关以第一和第二预定的时段交替地导通并断开，由此该自举电容器在第二预定的时段期间，通过所述第二开关和所述充电电路进行充电。
2.权利要求1的自举电容器充电电路，其中所述控制电路在所述第二操作模式期间将所述第一和第二开关交替地导通和断开，这样在第一时段，第一开关导通并且第二开关断开，在第二时段，第一开关断开并且第二开关导通。
3.权利要求2的自举电容器充电电路，其中第一时段大约为490微秒(usecs)，第二段时间大约10微秒(usecs)，并且预置的持续时间大约为200微秒(usecs)。
4.权利要求1的自举电容器充电电路，其中充电电路包括：调节器晶体管，其主端连接在用于对自举电容器进行充电的电势源与该自举电容器的所述第一端子之间；电流源，耦合于电势源与调节器晶体管的控制端子之间，并且进一步包括用于提供参考电压的调节器元件，所述调节器元件耦合在调节器晶体管的控制端与所述第一和第二开关之间的公共节点之间。
5.权利要求1的自举电容器充电电路，其中充电电路与所述第一和第二开关的高端电势耦合，而所述第一和第二开关设置在第一和第二晶体管的公共节点(common mode)与所述低端电势之间。
6.一种用于对电路中的自举电容器进行充电的方法，所述电路包括：第一和第二电源开关晶体管，设置在半桥结构中，使该第一和第二晶体管排列在高端电势和低端电势之间；驱动电路，用于驱动第一和第二晶体管；自举电容器，适于由电势源对其进行充电，并且利用该电容器提供电压源向电子电路供电；充电电路，从所述高端电势和低端电势中的一个向所述自举电容器提供充电路径；第一和第二串联连接开关，设置于所述第一和第二晶体管的公共节点与所述高端电势和低端电势中的一个之间；该自举电容器具有第一端子，与将由所述充电电路充电相耦合，以及第二端子，耦合于所述第一和第二串联连接开关之间的公共节点；以及控制电路，用于控制该第一及第二开关；该方法包括：
当所述第一和第二电源开关晶体管正以高于预定频率的速率进行开关操作时，以第一模式来操作所述第一和第二开关，这样将连接于所述第一与第二电源开关晶体管的所述公共节点的所述开关中的第一个控制为导通，并且将所述第二开关控制为断开；并且
在所述第一电源开关晶体管导通的持续时间超过了预置持续时间的时候，以第二模式来操作所述第一和第二开关，这样所述第一和第二开关以第一和第二预定的时段交替地导通并断开，由此该自举电容器在第二预定的时段期间，通过所述第二开关和所述充电电路充电。
7.权利要求5的方法，其中第二操作模式中操作所述第一和第二开关的所述步骤包括，将所述第一和第二开关交替地导通和断开，在第一时段使第一开关导通并且使第二开关断开，在第二时段使第一开关断开并且使第二开关导通。
8.权利要求6的方法，其中第一时段大约为490微秒(usecs)，第二时段大约10微秒(usecs)，并且预置的持续时间大约200微秒(usecs)。
9.权利要求5的方法，更进一步包括经由包括电压调节器电路在内的充电电路对所述自举电容器进行充电。
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