TW201330501A - 適於以脈寬調變為基礎之切換式電源的隔離型閘極驅動器 - Google Patents

適於以脈寬調變為基礎之切換式電源的隔離型閘極驅動器 Download PDF

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Abstract

一種隔離型閘極驅動器，其包括：驅動控制電路、隔離變壓器、防反電路，以及副邊處理電路。其中，驅動控制電路經配置以產生驅動脈寬調變訊號來驅動功率開關管。隔離變壓器具有原邊繞組與副邊繞組。防反電路連接於驅動控制電路與隔離變壓器的原邊繞組之間，且其經配置以於驅動脈寬調變訊號之責任週期驟減時，抑制隔離變壓器之副邊繞組上感應電壓的變化。副邊處理電路與隔離變壓器的副邊繞組並接，且其經配置以於驅動脈寬調變訊號之責任週期驟減時，對功率開關管之閘源極電壓(Vgs)進行電壓箝位作用。

Description

適於以脈寬調變為基礎之切換式電源的隔離型閘極 驅動器
本發明是有關於一種閘極驅動技術，且特別是有關於一種例如適於以脈寬調變為基礎之切換式電源(PWM-based power supply)的隔離型閘極驅動器(isolated gate driver)。
繪示於圖1之傳統隔離型閘極驅動器10一般包括隔離變壓器T1，而且可以反應於驅動脈寬調變訊號VPWM而驅動與隔離變壓器T1之副邊繞組LS並接的高功率金氧半導體場效應電晶體(high power MOSFET)Q。然而，假設在隔離變壓器T1之匝數比(turns ratio)為1：1的情況下，當驅動脈寬調變訊號VPWM的責任週期較小時，則隔離變壓器T1之副邊繞組LS上的感應電壓VS就會比較大，而且還有可能會超過/大於高功率金氧半導體場效應電晶體Q的最大閘源極(Vgs_max)。其中，隔離變壓器T1之副邊繞組LS上的感應電壓VS可以表示為(1-D)＊Vcc1，D為驅動脈寬調變訊號VPWM的責任週期，而Vcc1為驅動脈寬調變訊號VPWM的振幅。
另一方面，當驅動脈寬調變訊號VPWM的責任週期(D)驟減時，基於來自隔離變壓器T1之原側(primary side)所產生的諧振，隔離變壓器T1之副邊繞組LS上的感應電壓VS會隨著隔離變壓器T1之原邊繞組LP上劇烈變化的 感應電壓VP而劇烈地變化。在此條件下，當驅動脈寬調變訊號VPWM為高準位時，隔離變壓器T1之副邊繞組LS上的感應電壓VS有可能大於高功率金氧半導體場效應電晶體Q的最大閘源極(Vgs_max)；此外，當驅動脈寬調變訊號VPWM為低準位時，高功率金氧半導體場效應電晶體Q有可能會被誤導通。顯然地，傳統隔離型閘極驅動器10無法可靠地驅動高功率金氧半導體場效應電晶體Q。
有鑒於此，為了要解決先前技術所述及的問題，本發明之一示範性實施例提供一種隔離型閘極驅動器，其包括：驅動控制電路、隔離變壓器、防反電路，以及副邊處理電路。其中，驅動控制電路經配置以產生一驅動脈寬調變訊號來驅動功率開關管。隔離變壓器具有原邊繞組與副邊繞組。防反電路連接於驅動控制電路與隔離變壓器的原邊繞組之間，且其經配置以於所述驅動脈寬調變訊號之責任週期驟減時，抑制隔離變壓器之副邊繞組上感應電壓的變化。副邊處理電路與隔離變壓器的副邊繞組並接，且其經配置以於所述驅動脈寬調變訊號之責任週期驟減時，對功率開關管之閘源極電壓進行電壓箝位作用。
於本發明的一示範性實施例中，所述驅動脈寬調變訊號可以被提供至原邊輸入介面，且防反電路包括：第一二極體與電容。其中，第一二極體的陽極連接至隔離變壓器之原邊繞組的一端，而第一二極體的陰極則連接至原邊輸 入介面的第一端。電容與第一二極體並接，且隔離變壓器之原邊繞組的另一端連接至原邊輸入介面的第二端。
於本發明的一示範性實施例中，防反電路更經配置以濾除所述驅動脈寬調變訊號的直流分量(DC component)。
於本發明的一示範性實施例中，副邊處理電路包括電壓箝位子電路，且此電壓箝位子電路包括：第二二極體、第一PNP型雙載子接面電晶體，以及穩壓二極體。其中，第二二極體的陽極連接隔離變壓器之副邊繞組的一端以及功率開關管的閘極。第一PNP型雙載子接面電晶體的射極連接至第二二極體的陰極，而第一PNP型雙載子接面電晶體的集極則連接至隔離變壓器之副邊繞組的另一端以及功率開關管的源極。穩壓二極體的陽極連接至隔離變壓器之副邊繞組的所述另一端，而穩壓二極體的陰極則連接至第一PNP型雙載子接面電晶體的基極。
於本發明的一示範性實施例中，在副邊處理電路包括電壓箝位子電路的條件下，副邊處理電路可以更包括放電子電路，且此放電子電路包括：第三二極體、第二PNP型雙載子接面電晶體，以及第四二極體。其中，第三二極體的陽極連接至第二二極體的陽極，而第三二極體的陰極則連接至功率開關管的閘極。第二PNP型雙載子接面電晶體的射極連接至該第三二極體的陰極，而第二PNP型雙載子接面電晶體的基極則連接至第三二極體的陽極。第四二極體的陽極連接至第二PNP型雙載子接面電晶體的集極，而第四二極體的陰極則連接至隔離變壓器之副邊繞組的所述 另一端。當功率開關管導通時，則放電子電路停止啟動。當功率開關管關閉時，則放電子電路啟動，藉以對介於功率開關管之閘源極間的寄生電容所儲存的電荷進行放電。
於本發明的一示範性實施例中，副邊處理電路包括：第二至第五二極體、穩壓二極體，以及PNP型雙載子接面電晶體。其中，第二二極體的陰極連接至隔離變壓器之副邊繞組的一端。第三二極體的陽極連接至第二二極體的陽極。穩壓二極體的陰極連接至第三二極體的陰極，而穩壓二極體的陽極則連接至隔離變壓器之副邊繞組的另一端以及功率開關管的源極。第四二極體的陽極連接至隔離變壓器之副邊繞組的所述一端，而第四二極體的陰極則連接至功率開關管的閘極。PNP型雙載子接面電晶體的射極連接至第四二極體的陰極，而PNP型雙載子接面電晶體的基極則連接至第二與第三二極體的陽極。第五二極體的陽極連接至PNP型雙載子接面電晶體的集極，而第五二極體的陰極則連接至隔離變壓器之副邊繞組的所述另一端。
於本發明的一示範性實施例中，在副邊處理電路包括第二至第五二極體、穩壓二極體以及PNP型雙載子接面電晶體的條件下，防反電路可以更包括：第一電阻，其連接於原邊輸入介面的第一端與第一二極體的陰極之間。此外，副邊處理電路可以更包括：第二電阻，其連接於PNP型雙載子接面電晶體的集極與第五二極體的陽極之間。
於本發明的一示範性實施例中，功率開關管可以採用功率金氧半導體場效應電晶體來實施，而穩壓二極體可以 採用齊納二極體來實施。
於本發明的一示範性實施例中，所提之隔離型閘極驅動器至少適用於以脈寬調變為基礎的切換式電源，例如：反馳式(flyback)、順向式(forward)、半橋式(half bridge)等切換式電源，但並不限制於此。
應瞭解的是，上述一般描述及以下具體實施方式僅為例示性及闡釋性的，其並不能限制本發明所欲主張之範圍。
現將詳細參考本發明之示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。
圖2繪示為本發明一示範性實施例之隔離型閘極驅動器20的示意圖。請參照圖2，隔離型閘極驅動器20包括驅動控制電路(driving control circuit)201、具有原邊繞組(primary winding)LP與副邊繞組(secondary winding)LS的隔離變壓器(isolated transformer)T1、防反電路(anti-circuit)203，以及副邊處理電路(secondary processing circuit)205。於本示範性實施例中，驅動控制電路201經配置以產生驅動脈寬調變訊號(driving PWM signal)VPWM來驅動功率開關管(power switch tube)Q。其中，功率開關管Q可採用功率金氧半導體場效應電晶體(power MOSFET)來實施，但並不限制於此；此外，隔 離變壓器T1的匝數比(LP/LS)可依實際設計與需求來決定。
防反電路203連接於驅動控制電路201與隔離變壓器T1的原邊繞組LP之間，且其經配置以於驅動脈寬調變訊號VPWM之責任週期(duty cycle)驟減時，抑制隔離變壓器T1之副邊繞組LS上感應電壓(induced voltage)VS的變化。此外，防反電路203更可經配置以濾除驅動脈寬調變訊號VPWM的直流分量(DC component)。
於本示範性實施例中，驅動控制電路201所產生的驅動脈寬調變訊號VPWM會被提供至原邊輸入介面IN，且防反電路203包括二極體(diode)D1與電容(capacitor)C1。其中，二極體D1的陽極(anode)連接至隔離變壓器T1之原邊繞組LP的一端(例如：同名端(common-polarity terminal，即打點端))，而二極體D1的陰極(cathode)則連接至原邊輸入介面IN的第一端A。電容C與二極體D1並接，且隔離變壓器T1之原邊繞組LP的另一端(例如：異名端(opposite-polarity terminal，即非打點端))連接至原邊輸入介面IN的第二端B。於此值得一提的是，在本發明的其他示範性實施例中，防反電路203可以改為連接在原邊輸入介面IN的第二端B與隔離變壓器T1之原邊繞組LP的異名端之間。換言之，防反電路203可以根據實際設計/應用需求而連接在：1)原邊輸入介面IN的第一端A與隔離變壓器T1之原邊繞組LP的同名端之間；或者，2)原邊輸入介面IN的第二端B與隔離變壓器T1之 原邊繞組LP的異名端之間。
副邊處理電路205與隔離變壓器T1的副邊繞組LS並接，且其經配置以於驅動脈寬調變訊號VPWM之責任週期驟減時，對功率開關管Q之閘源極電壓(Vgs)進行電壓箝位作用(voltage clamping action)。於本示範性實施例中，副邊處理電路205包括電壓箝位子電路(voltage clamping sub-circuit)205-1，且此電壓箝位子電路205-1包括：二極體D2、PNP型雙載子接面電晶體(PNP-type bipolar junction transistor,PNP-type BJT)M1，以及穩壓二極體(voltage-regulator diode)ZD1。
二極體D2的陽極連接隔離變壓器T1之副邊繞組LS的一端(例如：同名端(即打點端))以及功率開關管Q的閘極(gate)。PNP型雙載子接面電晶體M1的射極(emitter)連接至二極體D2的陰極，而PNP型雙載子接面電晶體M1的集極(collector)則連接至隔離變壓器T1之副邊繞組LS的另一端(例如：異名端(即，非打點端))以及功率開關管Q的源極(source)。穩壓二極體ZD1的陽極連接至隔離變壓器T1之副邊繞組LS的異名端(即，非打點端)，而穩壓二極體ZDl的陰極則連接至PNP型雙載子接面電晶體M1的基極(base)。顯然地，隔離變壓器T1的副邊繞組LS會透過副邊處理電路205而與功率開關管Q的閘源極並接。於本示範性實施例中，穩壓二極體ZD1可以採用齊納二極體(Zener diode)來實施，但並不限制於此。在此值得一提的是，在實際應用上，副邊處 理電路205僅需與功率開關管Q的閘極連接，並跨接在隔離變壓器T1之副邊繞組LS上即可。
於本示範性實施例中，當驅動控制電路201所產生的驅動脈寬調變訊號VPWM為單極性訊號(unipolar signal)時，則驅動脈寬調變訊號VPWM具有/存在直流分量(DC component)。基此，防反電路203將會濾除驅動脈寬調變訊號VPWM的直流分量以獲得驅動脈寬調變訊號VPWM的交流成分(AC components)，藉以防止隔離變壓器T1基於直流偏磁(DC magnetic biasing)而進入至飽和狀態(saturation status)。
當驅動控制電路201所產生的驅動脈寬調變訊號VPWM驟減時，電容C1與隔離變壓器T1的原邊繞組LP會形成/構成諧振電路(resonant circuit)。在電容C1與隔離變壓器T1之原邊繞組LP所產生之諧振的初期/剛開始，電容C1上之電壓Vc1的正極性(+)會在節點N1，而電容C1上之電壓Vc1的負極性(-)會在節點N2。如此一來，二極體D1會截止。
當電容C1上之電壓Vc1的極性反應於電容C1與隔離變壓器T1之原邊繞組LP所產生之諧振而改變(亦即：電容C1上之電壓Vc1的正極性(+)會在節點N2，而電容C1上之電壓Vc1的負極性(-)會在節點N1)，且節點N2之電壓大於等於節點N1之電壓達二極體D1的順向偏壓(forward bias voltage)時，則二極體D1會導通。如此一來，處於導通狀態的二極體D1會把電容C1之兩端的 電壓Vc1箝位在二極體D1的順向偏壓，例如：0.7V，但並不限制於此。
在此條件下，隔離變壓器T1之原邊繞組LP上的感應電壓VP會被限制在(Vcc1+0.7)V，其中Vcc1為驅動脈寬調變訊號VPWM的振幅。基此，隔離變壓器T1之副邊繞組LS上之感應電壓VS的變化就會被抑制(即，感應電壓VS會較低)，藉以確保隔離變壓器T1之副邊繞組LS上的感應電壓VS低於功率開關管Q的最大閘源極電壓(Vgs_max)。此外，隔離變壓器T1之副邊繞組LS上感應電壓VS的振幅會反應於隔離變壓器T1之原邊繞組LP上受限的感應電壓VP而受到抑制，以至於功率開關管Q會反應於驅動控制器201所產生之禁能(即，低準位)的驅動脈寬調變訊號VPWM而被可靠地關閉。
另一方面，如圖3所示，在隔離型閘極驅動器20處於穩態的情況下，假設驅動脈寬調變訊號VPWM的週期為T、驅動脈寬調變訊號VPWM的責任週期為D、驅動脈寬調變訊號VPWM的振幅為Vcc1，且隔離變壓器T1的匝數比為1：1的話，則電容C1上的電壓Vc1為(D＊Vcc1)。此外，當驅動脈寬調變訊號VPWM為高準位時，則隔離變壓器T1之原邊繞組LP上的感應電壓VP也為高準位，以至於隔離變壓器T1之原邊繞組LP上感應電壓VP的高準位為(Vcc1-Vc1)，亦即：Vcc1＊(1-D)。
在此條件下，若隔離型閘極驅動器20不具有副邊處理電路205的情況下，則當驅動脈寬調變訊號VPWM之責 任週期為D很小的時候，隔離變壓器T1之副邊繞組LS上的感應電壓VS有可能會大於/超過功率開關管Q的最大閘源極電壓(Vgs_max)，以至於功率開關管Q有可能會損毀。然而，若隔離型閘極驅動器20具有副邊處理電路205的情況下，則當驅動脈寬調變訊號VPWM之責任週期為D很小的時候，隔離變壓器T1之副邊繞組LS上的感應電壓VS會受到副邊處理電路205之電壓箝位子電路205-1的抑制，所以可以確保隔離變壓器T1之副邊繞組LS上的感應電壓VS低於功率開關管Q的最大閘源極電壓(Vgs_max)，以至於功率開關管Q可以處於安全情況下工作/操作。
於本示範性實施例中，穩壓二極體ZD1(即，齊納二極體)的穩壓值(VZD1)可以選擇為略低於功率開關管Q之最大閘源極電壓(Vgs_max)的一個預設值，例如：Vgs_max-0.7V，但並不限制於此。如此一來，當隔離變壓器T1之原邊繞組LP上的感應電壓VP大於預設值VZD1(VP>VZD1)時，則PNP型雙載子接面電晶體M1會導通以作為穩壓二極體ZD1的分流支路(bypass branch)。
而與上述相同的假設條件下，當驅動脈寬調變訊號VPWM為低準位時，則隔離變壓器T1之原邊繞組LP上的感應電壓VP也為低準位，以至於隔離變壓器T1之原邊繞組LP上感應電壓VP的低準位為-Vc1，亦即：-(Vcc1＊D)。顯然地，隔離型閘極驅動器20可以產生反向的閘極驅動電壓(reverse gate driving voltage)以關閉功率開關管Q，以 至於隔離型閘極驅動器20具有強大的抗干擾能力。
圖4繪示為本發明另一示範性實施例之隔離型閘極驅動器20’的示意圖。請合併參照圖2與圖4，如圖4所示，介於功率開關管Q之閘源極間的寄生電容Cgs通常都很大，以至於功率開關管Q會很慢地被隔離型閘極驅動器20關閉，從而產生較大的關閉損失(turn-off losses)。為了要解決這樣的問題，放電子電路205-2被額外地加入至隔離型閘極驅動器20’的副邊處理電路205當中。
於本示範性實施例中，放電子電路205-2包括二極體(D3,D4)以及PNP型雙載子接面電晶體M2。其中，二極體D3的陽極連接至二極體D2的陽極，而二極體D3的陰極則連接至功率開關管Q的閘極。PNP型雙載子接面電晶體M2的射極連接至二極體D3的陰極，而PNP型雙載子接面電晶體M2的基極則連接至二極體D3的陽極。二極體D4的陽極連接至PNP型雙載子接面電晶體M2的集極，而二極體D4的陰極則連接至隔離變壓器T1之副邊繞組LS的異名端(即，非打點端)。
於本示範性實施例中，當功率開關管Q導通時，則放電子電路205-2停止啟動(inactivated)；此外，當功率開關管Q關閉時，則放電子電路205-2啟動(activated)，藉以對介於功率開關管Q之閘源極間的寄生電容Cgs所儲存的電荷進行放電。
更清楚來說，當隔離變壓器T1之副邊繞組LS上的感應電壓VS為正時，功率開關管Q會導通，以至於PNP型 雙載子接面電晶體M2會基於導通的二極體D3而關閉。因此，放電子電路205-2會停止啟動(inactivated)。另一方面，當隔離變壓器T1之副邊繞組LS上的感應電壓VS為負時，功率開關管Q會關閉，以至於PNP型雙載子接面電晶體M2會基於截止的二極體D3而啟動(activated)，而此時二極體D3之兩端的電壓差為(VS-Vgs)。因此，放電子電路205-2會啟動(activated)，以至於介於功率開關管Q之閘源極間的寄生電容Cgs所儲存的電荷可以透過PNP型雙載子接面電晶體M2與二極體D4的放電路徑而快速地放電，從而快速地關閉功率開關管Q以及降低關閉損失(turn-off losses)。於此值得一提的是，二極體D3可以防止PNP型雙載子接面電晶體M2的反向導通(reverse-conduction)，藉以避免介於PNP型雙載子接面電晶體M2之基極與射極間的PN結構(PN configuration)被反向擊穿(reverse-breakdown)。
圖5繪示為本發明另一示範性實施例之隔離型閘極驅動器20”的示意圖。請合併參照圖4與圖5，隔離型閘極驅動器20’與20”的差異在於：隔離型閘極驅動器20”之副邊處理電路205’的架構與隔離型閘極驅動器20’之副邊處理電路205的架構相異。更清楚來說，隔離型閘極驅動器20”之副邊處理電路205’的架構可以視為隔離型閘極驅動器20’之副邊處理電路205的簡化架構。
於本示範性實施例中，副邊處理電路205’包括：二極體D2~D5、穩壓二極體ZD1，以及PNP型雙載子接面電 晶體M1。其中，二極體D2的陰極連接至隔離變壓器T1之副邊繞組LS的一端(例如：同名端(即，打點端))。二極體D3的陽極連接至二極體D2的陽極。穩壓二極體ZD1的陰極連接至二極體D3的陰極，而穩壓二極體ZD1的陽極則連接至隔離變壓器T1之副邊繞組LS的另一端(例如：異名端(即，非打點端))以及功率開關管Q的源極。
二極體D4的陽極連接至隔離變壓器T1之副邊繞組LS的同名端(即，打點端)，而二極體D4的陰極則連接至功率開關管Q的閘極。PNP型雙載子接面電晶體M1的射極連接至二極體D4的陰極，而PNP型雙載子接面電晶體M的基極則連接至二極體(D2,D3)的陽極。二極體D5的陽極連接至PNP型雙載子接面電晶體M1的集極，而二極體D5的陰極則連接至隔離變壓器T1之副邊繞組LS的異名端(即，非打點端)。相似地，在實際應用上，副邊處理電路205’僅需與功率開關管Q的閘極連接，並跨接在隔離變壓器T1之副邊繞組LS上即可。
於示範性實施例中，當隔離變壓器T1之副邊繞組LS上的感應電壓VS為正時，功率開關管Q會導通，以至於二極體D2會截止，而二極體D4會導通。在此條件下，當功率開關管Q之閘源極電壓(Vgs)大於(VZD1+0.7)V時(VZD1為穩壓二極體ZD1(即，齊納二極體)的穩壓值)，則穩壓二極體ZD1會啟動，二極體D3會導通，而PNP型雙載子接面電晶體M1會導通，以至於功率開關管Q之閘 源極電壓(Vgs)會被限制在(VZD1+1.4)V，從而實現了副邊電壓箝位的功效/目的。
另一方面，當隔離變壓器T1之副邊繞組LS上的感應電壓VS為負時，功率開關管Q會關閉，以至於二極體D2會導通，而PNP型雙載子接面電晶體M1會導通。在此條件下，介於功率開關管Q之閘源極間的寄生電容Cgs所儲存的電荷可以透過PNP型雙載子接面電晶體M1與二極體D5的放電路徑而快速地放電，從而快速地關閉功率開關管Q以及降低關閉損失(turn-off losses)。相似地，二極體D4可以防止PNP型雙載子接面電晶體M1的反向導通(reverse-conduction)，藉以避免介於PNP型雙載子接面電晶體M1之基極與射極間的PN結構(PN configuration)被反向擊穿(reverse-breakdown)。顯然地，隔離型閘極驅動器20”可以實現與隔離型閘極驅動器20’相似的技術功效。
圖6繪示為本發明另一示範性實施例之隔離型閘極驅動器20'''的示意圖。請合併參照圖5與圖6，隔離型閘極驅動器20”與20'''的差異在於：隔離型閘極驅動器20'''之防反電路203’的架構與隔離型閘極驅動器20”之防反電路203的架構相異。此外，隔離型閘極驅動器20'''之副邊處理電路205”的架構與隔離型閘極驅動器20”之副邊處理電路205’的架構相異。
更清楚來說，防反電路203’相較於防反電路203更包括了電阻R1，而副邊處理電路205”相較於副邊處理電路 205’更包括了電阻R2。其中，電阻R1連接於原邊輸入介面IN的第一端A與二極體D1的陰極之間。此外，電阻R2連接於PNP型雙載子接面電晶體M1的集極與二極體D5的陽極之間。
於本示範性實施例中，電阻R1經配置以調整功率開關管Q的導通速度，並且可以在穩壓二極體ZD1啟動以進行電壓箝位時實現限流的目的/作用。此外，電阻R2經配置以調整功率開關管Q的關閉速度。
於此值得一提的是，上述示範性實施例之隔離型閘極驅動器(20,20’,20”,20''')皆可以在驅動脈寬調變訊號VPWM之責任週期(D)驟減至例如為0%時，防止隔離變壓器T1之副邊繞阻LS的感應電壓VS受由電容C1與隔離變壓器T1之原邊繞組LP所產生的諧振以及電容C1之電壓Vc1的極性隨著諧振振盪而改變的影響而超過或大於功率開關管Q的最大閘源極電壓(Vgs_max)。
綜上所述，上述示範性實施例之隔離型閘極驅動器(20,20’,20”,20''')至少具有以下幾點優點：1、基於採用隔離變壓器(T1)與延時小(small delay time)，故而驅動速度快；2、功率開關管(Q)可以在寬範圍的責任週期下被可靠地驅動；3、死區(dead zone)以及功率開關管(Q)在驅動控制電路(201)於死鎖期間(deadlock cycle)的誤導通(false turn-on)可以被防止； 4、抗干擾性很強；以及5、不需要偏壓電源以及主動元件，故而電路結構非常簡單，且可靠性高，以至於可以廣泛地應用在或適用於控制與驅動需要隔離的任何以脈寬調變為基礎的切換式電源，例如：反馳式(flyback)、順向式(forward)、半橋式(half bridge)等切換式電源，但並不限制於此。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
10、20、20’、20”、20'''‧‧‧隔離型閘極驅動器
201‧‧‧驅動控制電路
203、203’‧‧‧防反電路
205、205’、205”‧‧‧副邊處理電路
205-1‧‧‧電壓箝位子電路
205-2‧‧‧放電子電路
Q‧‧‧功率開關管/高功率金氧半導體場效應電晶體
D1~D5‧‧‧二極體
ZD1‧‧‧穩壓二極體
C1‧‧‧電容
Cgs‧‧‧寄生電容
R1、R2‧‧‧電阻
M1、M2‧‧‧PNP型雙載子接面電晶體
T1‧‧‧隔離變壓器
LP‧‧‧原邊繞組
LS‧‧‧副邊繞組
IN‧‧‧原邊輸入介面
VP、VS‧‧‧感應電壓
VPWM‧‧‧驅動脈寬調變訊號
Vgs‧‧‧閘源極電壓
Vc1、Vcc1、-Vc1‧‧‧電壓
D‧‧‧責任週期
T‧‧‧週期
N1、N2‧‧‧節點
A、B‧‧‧端點
下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。
圖1繪示為傳統隔離型閘極驅動器10的示意圖。
圖2繪示為本發明一示範性實施例之隔離型閘極驅動器20的示意圖。
圖3繪示為圖2之隔離型閘極驅動器20的部分驅動波形(VPWM,VP)。
圖4繪示為本發明另一示範性實施例之隔離型閘極驅動器20’的示意圖。
圖5繪示為本發明另一示範性實施例之隔離型閘極驅動器20”的示意圖。
圖6繪示為本發明另一示範性實施例之隔離型閘極驅動器20'''的示意圖。
20”‧‧‧隔離型閘極驅動器
201‧‧‧驅動控制電路
203‧‧‧防反電路
205’‧‧‧副邊處理電路
Q‧‧‧功率開關管
D1~D5‧‧‧二極體
ZD1‧‧‧穩壓二極體
C1‧‧‧電容
Cgs‧‧‧寄生電容
M1‧‧‧PNP型雙載子接面電晶體
T1‧‧‧隔離變壓器
LP‧‧‧原邊繞組
LS‧‧‧副邊繞組
IN‧‧‧原邊輸入介面
VP、VS‧‧‧感應電壓
VPWM‧‧‧驅動脈寬調變訊號
Vgs‧‧‧閘源極電壓
A、B‧‧‧端點

Claims (14)

  1. 一種隔離型閘極驅動器，包括：一驅動控制電路，其經配置以產生一驅動脈寬調變訊號來驅動一功率開關管；一隔離變壓器，具有一原邊繞組與一副邊繞組；一防反電路，連接於該驅動控制電路與該隔離變壓器的該原邊繞組之間，且其經配置以於該驅動脈寬調變訊號之責任週期驟減時，抑制該隔離變壓器之該副邊繞組上感應電壓的變化；以及一副邊處理電路，與該隔離變壓器的該副邊繞組並接，且其經配置以於該驅動脈寬調變訊號之責任週期驟減時，對該功率開關管之閘源極電壓進行一電壓箝位作用。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之隔離型閘極驅動器，其中該驅動脈寬調變訊號被提供至一原邊輸入介面，且該防反電路包括：一第一二極體，其陽極連接至該隔離變壓器之該原邊繞組的一端，而其陰極則連接至該原邊輸入介面的第一端；以及一電容，與該第一二極體並接，其中，該隔離變壓器之該原邊繞組的另一端連接至該原邊輸入介面的第二端。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之隔離型閘極驅動器，其中該防反電路更經配置以濾除該驅動脈寬調變訊號的直流分量。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之隔離型閘極驅動器，其中該副邊處理電路包括：一電壓箝位子電路，包括：一第二二極體，其陽極連接該隔離變壓器之該副邊繞組的一端以及該功率開關管的閘極；一第一PNP型雙載子接面電晶體，其射極連接至該第二二極體的陰極，而其集極則連接至該隔離變壓器之該副邊繞組的另一端以及該功率開關管的源極；以及一穩壓二極體，其陽極連接至該隔離變壓器之該副邊繞組的所述另一端，而其陰極則連接至該第一PNP型雙載子接面電晶體的基極。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之隔離型閘極驅動器，其中該穩壓二極體至少包括一齊納二極體。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之隔離型閘極驅動器，其中該副邊處理電路更包括：一放電子線路，包括：一第三二極體，其陽極連接至該第二二極體的陽極，而其陰極則連接至該功率開關管的閘極；一第二PNP型雙載子接面電晶體，其射極連接至該第三二極體的陰極，而其基極則連接至該第三二極體的陽極；以及一第四二極體，其陽極連接至該第二PNP型雙載子接面電晶體的集極，而其陰極則連接至該隔離變壓器之該副邊繞組的所述另一端。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之隔離型閘極驅動器，其中：當該功率開關管導通時，則該放電子電路停止啟動；以及當該功率開關管關閉時，則該放電子電路啟動，藉以對介於該功率開關管之閘源極間的寄生電容所儲存的電荷進行放電。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之隔離型閘極驅動器，其中該穩壓二極體至少包括一齊納二極體。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之隔離型閘極驅動器，其中該副邊處理電路包括：一第二二極體，其陰極連接至該隔離變壓器之該副邊繞組的一端；一第三二極體，其陽極連接至該第二二極體的陽極；一穩壓二極體，其陰極連接至該第三二極體的陰極，而其陽極則連接至該隔離變壓器之該副邊繞組的另一端以及該功率開關管的源極；一第四二極體，其陽極連接至該隔離變壓器之該副邊繞組的所述一端，而其陰極則連接至該功率開關管的閘極；一PNP型雙載子接面電晶體，其射極連接至該第四二極體的陰極，而其基極則連接至該第二與該第三二極體的陽極；以及一第五二極體，其陽極連接至該PNP型雙載子接面電晶體的集極，而其陰極則連接至該隔離變壓器之該副邊繞 組的所述另一端。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之隔離型閘極驅動器，其中該防反電路更包括：一第一電阻，連接於該原邊輸入介面的第一端與該第一二極體的陰極之間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之隔離型閘極驅動器，其中該副邊處理電路更包括：一第二電阻，連接於該PNP型雙載子接面電晶體的集極與該第五二極體的陽極之間。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之隔離型閘極驅動器，其中該穩壓二極體至少包括一齊納二極體。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之隔離型閘極驅動器，其中該功率開關管至少包括一功率金氧半導體場效應電晶體。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之隔離型閘極驅動器，其中該隔離型閘極驅動器至少適用於一以脈寬調變為基礎的切換式電源。
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