CN207218655U

CN207218655U - 驱动电路

Info

Publication number: CN207218655U
Application number: CN201721251432.5U
Authority: CN
Inventors: 林恒立; 曾荣泓
Original assignee: UPI Semiconductor Corp
Current assignee: UPI Semiconductor Corp
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2018-04-10
Anticipated expiration: 2027-09-27

Abstract

本实用新型公开一种驱动电路，耦接电力开关、输入电压与靴带电容。电力开关具有第一端、第二端及控制端。电力开关的第一端耦接输入电压。电力开关的控制端耦接驱动电路。电力开关的第二端耦接驱动电路与靴带电容。驱动电路包括比较单元及保护单元。比较单元耦接输入电压与电力开关的控制端，且依据输入电压与电力开关的控制端的电压产生比较信号。保护单元耦接比较单元与电力开关的控制端，且依据比较信号产生失能信号。在本实用新型的驱动电路的运转期间，驱动电路能即时地在靴带电容未正常供电時提供电路保护功能，以有效避免电力开关烧毁或IC空转的事情发生。

Description

驱动电路

技术领域

本实用新型与电源转换有关，特别是关于一种电源转换电路的驱动电路。

背景技术

请参照图1，图1为现有的电源转换电路1的示意图。如图1所示，当上桥开关UG关闭且下桥开关LG导通时，由于节点BOOT的电压约为工作电压VDD且节点SW通过下桥开关LG耦接至接地端，所以位于节点BOOT与SW之间的靴带电容C_BOOT可被充电至工作电压VDD；当上桥开关UG导通且下桥开关LG关闭时，由于节点SW的电压约为输入电压VIN且节点BOOT的电压约为输入电压VIN加上靴带电容C_BOOT两端的跨压(工作电压VDD)，所以驱动单元DU可输出足够的驱动电压VUG(约为输入电压VIN+工作电压VDD)完全开启上桥开关UG。

然而，上述是基于靴带电容C_BOOT正常运作或输出电感L并未短路的理想状况下所得到的结果。一旦靴带电容C_BOOT出现异常时，可能会导致下列两种状况发生：

(1)当靴带电容C_BOOT未正确连接或输出电感L短路时，由于节点SW的电压无法达到理想位准，使得靴带电容C_BOOT充电不完全而无法正常供电，导致驱动单元DU所输出的驱动电压VUG无法完全开启上桥开关UG，进而产生相当大的导通电阻，致使电感电流IL通过上桥开关UG时功耗过大而导致上桥开关UG烧毁；

(2)当靴带电容C_BOOT脱落、短路或未安装时，上桥开关UG无法开启，导致电源转换电路1处于空转状态而无法进行电压转换。

现有技术会在电源转换电路1启动前，观察靴带电容C_BOOT两端的电压，以检测靴带电容C_BOOT的状态，但在电源转换电路1工作期间则无法即时监测靴带电容C_BOOT的状态。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种应用于电源转换电路的驱动电路，以解决现有技术所述及的问题。

本实用新型的一较佳具体实施例为一种驱动电路。于此实施例中，驱动电路耦接电力开关、输入电压与靴带电容。电力开关具有第一端、第二端与控制端。电力开关的第一端耦接输入电压，电力开关的控制端耦接驱动电路，电力开关的第二端耦接驱动电路与靴带电容。驱动电路包括比较单元与保护单元。比较单元耦接输入电压与电力开关的控制端，且依据输入电压与电力开关的控制端的电压产生比较信号。保护单元耦接比较单元与电力开关的控制端，且选择性地依据比较信号产生失能(Disable)信号。

在本实用新型的一实施例中，驱动电路还包括驱动单元。驱动单元耦接保护单元及电力开关的控制端。驱动单元依据导通时间信号产生控制端的电压，失能信号提供给驱动单元。

在本实用新型的一实施例中，保护单元耦接脉宽调变控制电路，且提供失能信号至脉宽调变控制电路。

在本实用新型的一实施例中，当控制端的电压小于输入电压时，保护单元依据比较信号产生失能信号。

在本实用新型的一实施例中，保护单元包括导通单元与逻辑单元。导通单元耦接电力开关的控制端与比较单元。逻辑单元耦接导通单元。

在本实用新型的一实施例中，当控制端的电压小于输入电压时，导通单元不导通并发出导通控制信号至逻辑单元，以控制逻辑单元产生失能信号。

在本实用新型的一实施例中，当控制端的电压大于输入电压时，导通单元导通并发出与控制端的电压同相位的导通控制信号至逻辑单元，以控制逻辑单元不产生失能信号。

相较于现有技术，本实用新型的驱动电路通过电力开关(上桥开关)的控制端的电压与输入电压的比较结果判断靴带电容是否正常供电，一旦判定靴带电容未正常供电，本实用新型的驱动电路即会输出失能信号关闭外部的驱动控制电路或脉宽调变控制电路，以提供电路保护功能，而能在驱动电路运转期间即时地有效避免先前技术中的电力开关(上桥开关)烧毁或IC空转的事情发生。

关于本实用新型的优点与精神可以通过以下的新型详述及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1为现有的电源转换电路的示意图。

图2为本实用新型的一具体实施例中电源转换电路的驱动电路的保护单元提供失能信号给驱动单元的示意图。

图3为本实用新型的另一具体实施例中电源转换电路的驱动电路的保护单元提供失能信号给脉宽调变控制电路的示意图。

图4为驱动电路的保护单元包括导通单元与逻辑单元的示意图。

图5至图7分别为本实用新型的驱动电路中的比较单元与保护单元的不同实施例。

图8分别为时脉信号、导通时间信号、控制端的电压、节点电压、导通控制信号及侦测信号的时序图。

主要元件符号说明：

1、3：电源转换电路

DU：上桥开关驱动器

DL：下桥开关驱动器

UG：上桥开关

LG：下桥开关

SCHD：萧特基二极管

C_BOOT：靴带电容

L：输出电感

IL：电感电流

C：输出电容

VDD：工作电压

BOOT、SW：节点

VBOOT、VSW：节点电压

VOUT：输出电压

2：驱动电路

20：比较单元

22：保护单元

24：驱动单元

VUG、VLG：控制端的电压

VU0、VL0：导通时间信号

CLK：时脉信号

VIN：输入电压

SC：比较信号

DIS：失能信号

PWM：脉宽调变控制电路

220：导通单元

222：逻辑单元

UGON：导通控制信号

DET：侦测信号

DFF：栓锁器

AND：及闸

UGONL：低位准的导通控制信号

EN：致能信号

+：正输入端

－：负输入端

M：开关元件

M1～M6：晶体管

LS：位准移位器

INV1～INV2：反相器

T1～T2：第一时间～第二时间

△T：延迟时间

0V：0伏特

具体实施方式

现在将详细参考本实用新型的示范性实施例，并在附图中说明所述示范性实施例的实例。在图式及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

根据本实用新型的一较佳具体实施例为一种驱动电路。于此实施例中，驱动电路应用于电源转换电路，用以于电压转换的工作期间即时判断电力开关(例如上桥开关)的控制端(例如晶体管的闸极)的电压与输入电压之间的跨压关系是否出现异常，进而判定靴带电容是否能够正常供电而使电力开关(例如上桥开关)正常开启，藉以避免无法预期的事情(例如背景技术中的上桥开关烧毁或IC空转)发生。也就是说，本实用新型的驱动电路在每次导通时间处于高位准时均会侦测电力开关(例如上桥开关)是否正常开启，一旦侦测到导通时间信号处于高位准但导通控制信号处于低位准时，本实用新型的驱动电路即会产生失能信号以提供电路保护功能。

请参照图2，图2为本实用新型的一具体实施例中电源转换电路的驱动电路的保护单元提供失能信号给驱动单元的示意图。

如图2所示，电源转换电路3用以将输入电压VIN转换为输出电压VOUT并加以输出。电源转换电路3包括驱动电路2、上桥开关UG、下桥开关LG、萧特基二极管SCHD、靴带电容C_BOOT、输出电感L、输出电容C、节点SW及节点BOOT。驱动电路2包括比较单元20、保护单元22与驱动单元24。驱动单元24包括上桥开关驱动器DU与下桥开关驱动器DL。

上桥开关UG与下桥开关LG串接于输入电压VIN与接地端之间；上桥开关UG具有第一端、第二端与控制端(闸极)，上桥开关UG的第一端耦接输入电压VIN、上桥开关UG的第二端耦接节点SW以及上桥开关UG的控制端(闸极)耦接上桥开关驱动器DU及比较单元20；下桥开关LG具有第一端、第二端与控制端(闸极)，下桥开关LG的第一端耦接节点SW、下桥开关LG的第二端接地以及下桥开关LG的控制端(闸极)耦接下桥开关驱动器DL。

萧特基二极管SCHD与靴带电容C_BOOT串接于工作电压VDD与节点SW之间，且节点SW位于上桥开关UG与下桥开关LG之间。上桥开关驱动器DU分别耦接位于萧特基二极管SCHD与靴带电容C_BOOT之间的节点BOOT、位于上桥开关UG与下桥开关LG之间的节点SW及上桥开关UG的控制端(闸极)，且上桥开关驱动器DU接收导通时间信号VU0并输出一电压VUG至上桥开关UG的控制端(闸极)。下桥开关驱动器DL分别耦接工作电压VDD、接地端及下桥开关LG的控制端(闸极)，且下桥开关驱动器DL接收导通时间信号VL0并输出一电压VLG至下桥开关LG的控制端(闸极)。输出电感L耦接于节点SW与输出电压VOUT之间，且电感电流IL流经输出电感L；输出电容C的一端耦接至输出电感L与输出电压VOUT之间且其另一端接地。

比较单元20分别耦接上桥开关UG的控制端及保护单元22。当比较单元20分别接收输入电压VIN与上桥开关UG的控制端的电压VUG时，比较单元20会比较输入电压VIN与上桥开关UG的控制端的电压VUG并依据比较结果产生比较信号SC至保护单元22。当保护单元22接收到比较信号SC时，保护单元22会选择性地依据比较信号SC产生失能信号DIS。于此实施例中，保护单元22可将失能信号DIS传送至驱动单元24，藉以关闭驱动单元24中的上桥开关驱动器DU与下桥开关驱动器DL的驱动功能，以避免电路故障或烧毁的事情发生，但不以此为限。

于另一实施例中，如图3所示，上桥开关驱动器DU与下桥开关驱动器DL均耦接脉宽调变控制电路PWM，并由脉宽调变控制电路PWM分别提供导通时间信号VU0及VL0给上桥开关驱动器DU与下桥开关驱动器DL。当保护单元22产生失能信号DIS时，保护单元22可将失能信号DIS传送至脉宽调变控制电路PWM，藉以停止脉宽调变控制电路PWM继续提供导通时间信号VU0及VL0给上桥开关驱动器DU与下桥开关驱动器DL，以关闭上桥开关驱动器DU与下桥开关驱动器DL的驱动功能，进而避免电路故障或烧毁的事情发生，但不以此为限。

需说明的是，若比较单元20的比较结果为上桥开关UG的控制端的电压VUG小于输入电压VIN，代表上桥开关UG应无法正常开启，此时保护单元22即依据比较信号SC产生失能信号DIS至图2中的驱动单元24或图3中的脉宽调变控制电路PWM，以关闭系统或启动电路保护功能；反之，若比较单元20的比较结果为上桥开关UG的控制端的电压VUG大于输入电压VIN，代表上桥开关UG应能正常开启，此时保护单元22不需产生失能信号DIS，而让系统继续维持正常运作。

于实际应用中，当比较单元20分别接收到输入电压VIN与上桥开关UG的控制端的电压VUG时，比较单元20亦可先将输入电压VIN加上一电压值后再与上桥开关UG的控制端的电压VUG进行比较，但不以此为限。

于另一实施例中，如图4所示，保护单元22可包括导通单元220与逻辑单元222。比较单元20耦接导通单元220。导通单元220耦接逻辑单元222。当导通单元220接收到比较单元20依据输入电压VIN与上桥开关UG的控制端的电压VUG所产生的比较信号SC时，导通单元220会依据比较信号SC发出导通控制信号UGON至逻辑单元222，再由逻辑单元222依据导通控制信号UGON选择性地产生失能信号DIS。

若比较单元20的比较结果为上桥开关UG的控制端的电压VUG小于输入电压VIN，代表上桥开关UG应无法正常开启，此时导通单元220会依据比较信号SC不导通并发出导通控制信号UGON至逻辑单元222，使得逻辑单元222依据导通控制信号UGON产生失能信号DIS，以关闭系统或启动电路保护功能；反之，若比较单元20的比较结果为上桥开关UG的控制端的电压VUG大于输入电压VIN时，代表上桥开关UG应能正常开启，此时导通单元220会依据比较信号SC导通并发出与上桥开关UG的控制端的电压VUG同相位的导通控制信号UGON至逻辑单元222，使得逻辑单元222不会产生失能信号DIS，而能维持系统正常运作。

接下来，请参照图5至图7。图5至图7分别为本实用新型的驱动电路中的比较单元与保护单元的不同实施例。

如图5所示，于一实施例中，驱动电路2中的比较单元20为一比较器且保护单元22包括导通单元220与逻辑单元222。于此实施例中，比较单元20的正输入端+及负输入端－分别接收上桥开关UG的控制端的电压VUG及输入电压VIN并由其输出端输出比较信号SC至导通单元220的控制端。导通单元220可包括开关元件M，例如晶体管开关，且其第一端、第二端及控制端分别耦接上桥开关UG的控制端的电压VUG、逻辑单元222及比较单元20的输出端。导通单元220会依据比较信号SC发出导通控制信号UGON至逻辑单元222。

详细而言，若比较单元20的比较结果为上桥开关UG的控制端的电压VUG小于输入电压VIN，导通单元220会依据比较信号SC不导通并发出导通控制信号UGON至逻辑单元222；反之，若比较单元20的比较结果为上桥开关UG的控制端的电压VUG大于输入电压VIN时，导通单元220会依据比较信号SC导通并发出与上桥开关UG的控制端的电压VUG同相位的导通控制信号UGON至逻辑单元222。

逻辑单元222可包括栓锁器DFF与及闸AND。栓锁器DFF的两输入端分别耦接导通单元220与侦测信号DET且栓锁器DFF的输出端耦接及闸AND的输入端。及闸AND的两输入端分别耦接栓锁器DFF的输出端与致能信号EN且及闸AND的输出端可耦接至IC的致能功能电路(图未示)，但不以此为限。

若比较单元20的比较结果为上桥开关UG的控制端的电压VUG小于输入电压VIN，栓锁器DFF会依据导通控制信号UGON输出低位准的导通控制信号UGONL至及闸AND的输入端，及闸AND的两输入端分别接收低位准的导通控制信号UGONL与持续高位准的致能信号EN并由其输出端输出失能信号DIS；反之，若比较单元20的比较结果为上桥开关UG的控制端的电压VUG大于输入电压VIN，栓锁器DFF会接收到与上桥开关UG的控制端的电压VUG同相位的导通控制信号UGON而不会输出低位准的导通控制信号UGONL至及闸AND，因此，及闸AND亦不会输出失能信号DIS。

如图6所示，于另一实施例中，导通单元220除了可包括开关元件M之外，还可进一步包括位准移位器(Level shifter)LS。位准移位器LS耦接于开关元件M与逻辑单元222之间且位准移位器LS亦耦接节点BOOT与节点SW。位准移位器LS用以将具有较高位准(例如工作电压VDD加上输入电压VIN)的节点电压V_BOOT转换成位准为工作电压VDD的导通控制信号UGON以输出至逻辑单元222。

如图7所示，于另一实施例中，比较单元20可包括晶体管M1～M2与萧特基二极管SCHD。晶体管M1～M2的闸极彼此耦接而形成电流镜(Current mirror)。晶体管M1～M2的一端均耦接至上桥开关UG的控制端的电压VUG与保护单元22之间。晶体管M1的另一端通过萧特基二极管SCHD耦接输入电压VIN且晶体管M2的另一端耦接保护单元22。晶体管M1的闸极耦接至晶体管M1的另一端与萧特基二极管SCHD之间，亦即晶体管M1为二极管连接(Diodeconnection)。保护单元22的导通单元220可包括反相器INV1～INV2及位准移位器LS。反相器INV1包括晶体管M3～M4且反相器INV2包括晶体管M5～M6。晶体管M3～M4串接于节点BOOT与节点SW之间且晶体管M3～M4的闸极均耦接上桥开关UG的控制端的电压VUG。晶体管M5～M6串接于比较单元20的晶体管M2与节点SW之间且晶体管M5～M6的闸极均耦接至晶体管M3～M4之间。位准移位器LS的输入端耦接至晶体管M5～M6之间。

请同时参照图8，图8分别为时脉信号CLK、导通时间信号VU0、上桥开关UG的控制端的电压VUG、节点BOOT的节点电压VBOOT、节点SW的节点电压VSW、导通控制信号UGON及侦测信号DET的时序图。

如图8所示，当时脉信号CLK于第一时间T1从工作电压VDD的位准降低至0伏特(V)的位准时，导通时间信号VU0会于第一时间T1从0伏特(V)的位准拉高至工作电压VDD的位准。

若靴带电容C_BOOT状态正常，上桥开关UG的控制端的电压VUG会随导通时间信号VU0改变而从0伏特(V)的位准开始拉高至输入电压VIN加上工作电压VDD的位准。节点BOOT的节点电压VBOOT会受靴带电容C_BOOT跨压的影响而从工作电压VDD的位准开始拉高至输入电压VIN加上工作电压VDD的位准。当节点电压VBOOT大于输入电压VIN加上图7中的晶体管M1的源极-闸极电压VSG1与汲极电压VD时，图7中的晶体管M1～M2均会导通。

由于晶体管M2已导通，使得节点电压VBOOT可提供至反相器INV2使其导通。此时，由于反相器INV1所接收到的上桥开关UG的控制端之电压VUG具有高位准，所以反相器INV1会输出具有低位准的反相信号至反相器INV2。同理，当反相器INV2接收到低位准的反相信号时，反相器INV2亦会输出具有高位准(例如节点电压VBOOT)的反相信号。

当位准移位器LS接收到具有高位准(例如节点电压VBOOT)的反相信号时，位准移位器LS会将其转换为具有工作电压VDD的位准的导通控制信号UGON后输出至逻辑单元222的栓锁器DFF的一输入端。栓锁器DFF的另一输入端接收的是侦测信号DET，并且侦测信号DET比第一时间T1晚了一段延迟时间△T后才在第二时间T2从原本的低位准变为高位准。于第二时间T2上升至高位准的侦测信号DET会触发栓锁器DFF，但由于栓锁器DFF接收到的是高位准(工作电压VDD)的导通控制信号UGON，代表靴带电容C_BOOT状态正常，所以栓锁器DFF不会产生低位准的导通控制信号UGONL至及闸AND，故及闸AND不会输出失能信号DIS。

若靴带电容C_BOOT状态异常，则节点BOOT的节点电压VBOOT会一直维持于低位准(工作电压VDD)，而不会从低位准(工作电压VDD)拉高至高位准(输入电压VIN加上工作电压VDD)，因此，图7中的晶体管M1～M2均不导通。由于图7中的晶体管M1～M2均不导通，导致反相器INV2没有工作电压而不导通。由于反相器INV2不导通，使得位准移位器LS会输出低位准的导通控制信号UGON至逻辑单元222的栓锁器DFF的一输入端。栓锁器DFF的另一输入端接收的是侦测信号DET，并且侦测信号DET比第一时间T1晚了一段延迟时间△T后才在第二时间T2从原本的低位准变为高位准。于第二时间T2上升至高位准的侦测信号DET会触发栓锁器DFF，由于栓锁器DFF接收到的是低位准的导通控制信号UGON，代表靴带电容C_BOOT状态异常，栓锁器DFF会栓锁低位准的导通控制信号UGON产生低位准的导通控制信号UGONL至及闸AND，故及闸AND会依据低位准的导通控制信号UGONL与持续为高位准的致能信号EN产生失能信号DIS并输出，以提供电路保护的功能。

需特别说明的是，本实用新型之所以选用上桥开关UG的控制端的电压VUG来与输入电压VIN比较，而不是选用节点BOOT的节点电压VBOOT来与输入电压VIN比较的理由是：上桥开关UG的控制端的电压VUG的电压位准变化范围在0V与(输入电压VIN加上工作电压VDD)之间，而节点BOOT的节点电压VBOOT的电压位准变化范围则是在工作电压VDD与(输入电压VIN加上工作电压VDD)之间，前者的变化范围明显较大，故拿来与输入电压VIN比较的结果会较为明确。

相较于先前技术，本实用新型的驱动电路通过电力开关(上桥开关)的控制端的电压与输入电压的比较结果判断靴带电容是否正常供电，一旦判定靴带电容未正常供电，本实用新型的驱动电路即会输出失能信号关闭外部的驱动控制电路或脉宽调变控制电路，以提供电路保护功能，而能在驱动电路运转期间即时地有效避免先前技术中的电力开关(上桥开关)烧毁或IC空转的事情发生。

通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本实用新型的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本实用新型的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本实用新型所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims

1.一种驱动电路，其特征在于，上述驱动电路耦接一电力开关、一输入电压与一靴带电容，上述电力开关具有一第一端、一第二端与一控制端，上述电力开关的上述第一端耦接上述输入电压，上述电力开关的上述控制端耦接上述驱动电路，上述电力开关的上述第二端耦接上述驱动电路与上述靴带电容，上述驱动电路包括：

一比较单元，耦接上述输入电压与上述电力开关的上述控制端，且依据上述输入电压与上述电力开关的上述控制端的一电压产生一比较信号；以及

一保护单元，耦接上述比较单元与上述电力开关的上述控制端，且选择性地依据上述比较信号产生一失能信号。

2.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，上述驱动电路还包括：

一驱动单元，耦接上述保护单元及上述电力开关的上述控制端，上述驱动单元依据一导通时间信号产生上述控制端的上述电压，其中上述失能信号提供给上述驱动单元。

3.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，上述保护单元还耦接一脉宽调变控制电路，且提供上述失能信号给上述脉宽调变控制电路。

4.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，当上述控制端的上述电压小于上述输入电压时，上述保护单元依据上述比较信号产生上述失能信号。

5.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，上述保护单元包括：

一导通单元，耦接上述电力开关的上述控制端与上述比较单元；以及

一逻辑单元，耦接上述导通单元。

6.如权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，当上述控制端的上述电压小于上述输入电压时，上述导通单元不导通并发出一导通控制信号至上述逻辑单元，以控制上述逻辑单元产生上述失能信号。

7.如权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，当上述控制端的上述电压大于上述输入电压时，上述导通单元导通并发出与上述电压同相位的一导通控制信号至上述逻辑单元，以控制上述逻辑单元不产生上述失能信号。