TW306093B - - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 3u6G93 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明係有關於高雷壓半橋式雷路者，其中，負載之一 端係由串聯連接於高壓D C簞源上下交替導雷功率電晶體間 接合點上输出端受驅動。於其特殊方面，本發明係有關於 使改動程式電容器充電之電路者，此容器供浮動於输出端 之電壓上之電源電壓予，用以控制上方電晶體之狀態之上 方驅動雷路。 此高電壓半橋式電路之用途，包括用Μ作為氣體放電燈 之電子安定器，轉換横式電源，馬達驅動器，及直流至交 流變換器。 所述類型之半橋式驅動器電路，大部份係藏納於高（Ε積 體電路（Η V I C )内，係由1 9 9 1年1月2 9日於須之美國專利案 第4 , 9 8 9 , 1 2 7號中所獲知此一專利案已轉讓予本申請案之 同一受讓人•巨已予納入本說明中作為參考該專利案揭示 驅動器電路之一般構造，包括有上方和下方驅動用以分別 控制上方和下方功率電晶體。上方驅動器包括有位於 HVIC内浮動池内之CMOS雷路。此一浮動CMOS電路與丨1VIC其 餘部份之間乃獲致充分之未穿電壓，因為他週邊設計係與 用以構成側向擴散金屬氧化物半導體（LDM0S)電晶體者相 當。上方驅動器係由啟動程式電容器供應電力。 與美國專利案第4 , 9 08，5 5 1號相對應之歐洲專利申請案 0,318,110揭示一種半橋式電路，其中，一如現時傳統型 ，供應上方驅動器之故動程式電容器係由低壓電源電壓經 由二極體予K充電。後一終電壓係於離晶片高壓二極體上 所產生。 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210><297公釐） --------/ Ί------1T------.ii (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A7 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 —^ϊ____ 五、發明説明（2) 本說明中所述類型之本高壓積體電路半橋式驅動器電路 中，啟動程式電容器及啟動程式電容器經由其充電之二極 體皆為設置於晶片外之各別姐件。此乃由於放動程式電容 器現時所霜電容最超過50毫微法拉，太大而無法於晶片上 產生，而使二極體充電之数動程式電容器中所需要之未穿 電壓及峰值雷電流容景，亦至今被認為超過HVIC内空間之 合理成本所可能適應之範圍。 如納入HVIC内時，此等各別組件成本昂貴而且不如其應 有之可靠。 本發明之目的，係為提供一種高壓積體電路之半橋式驅 動器電路，此電路包括有模擬有適當未穿電壓和電流容量 之二極體之晶片上電路，啟動程式電容器乃經由此電路充 電。 簡言之，本發明之上述及其他目的，皆經由包括於一單 ϋ積體電路内之驅動器電路達成之，用以驅動由連接於高 壓D C電源输出端與相關上方和下方軌條之間之上方和下方 功率電晶體所構成之半橋式電路*以及用Μ使設晶片外之 啟動程式電容器充電，此電容器供應電力予控制上方功率 電晶體之上方驅動模組。啟動程式電容器之一端與半橋式 電路之输出端相連接。根據本發明，放動程式二極體模擬 器装置設於晶片上用Μ使啟動程式電容器充電至啟動程式 電壓。此放動程式二極體模擬器装置包括有另一電晶體， 其高電流第一電槿與設於晶片上之相當低電壓電源輸出上 *其高雪流之第二電電極適於與啟動程式電容器之另一端 -5- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS > Α4規格（210Χ 297公釐〉 -------_裝------訂------_線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 〇〇6G^3 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7五、發明説明（3 ) 相連接，而其控制性第三雷極連接至由下方驅動指揮信號 中於晶片中所導出之另一控制信號，在下方功率電晶體被 驅至導電狀態時，用以使另一電晶體驅動至導電狀態。 上方驅動模姐藏納於單Η積體電路晶片内所構成之絕緣 池内，而其另一電晶體包括有構成於池週邊一部份之長型 LDMOS電晶體，此另一電晶體之第一，第二和第三電極分 別為此一 L D MO S電晶髑之源極，吸極和閘極電流經由 LDMOS電晶體流通，與池週邊相垂直，而使所需要之電流 傳送容量能予選定池週邊上LDMOS之充分長度方式獲致之 。L D MO S電晶體之未穿電颳係經由池週邊絕緣特性所控制 ，因浮動池係由與用於構成LDMOS之構造相當之構造構成 於其週邊上。 為使LDMOS電晶體祗在下方功率電晶體受驅動至導電狀 態時始主動進入導電狀態，另一控制信號乃經由下方驅動 信號所饋输之鑀衝所導出，而產生媛衝_出信號，其電壓 範圍係在下方軌條與較低電源電壓之間。設有裝置用以使 緩衡输出信號電壓範圍受換為與LDMOS電晶體閘極相連接 之點與其源極之間電壓差範圍。 根據本發明之另一項特性，此特性對於響應於下方功率 電晶體切斷時所產生之電壓光峰，而防止LDMOS電晶體寄 生驅動至導電吠態至為有用，設有另一電晶體響應於由於 連接於其吸極與閘極之間之LDMOS電晶體之米勒電容内漏 雷流流通而於與閘極相串聯連接之電阻器上所產生之電壓 ，而使閘極箱位LDMOS電晶體之源極。 (請先閱請背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家搮準（CNS ) A4現格（210X297公釐） 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（4 ) 本發明之其他目的，特性和優點等，當參閱附圖詳细閱 讀下文詳细說明時，當可il於彰顯考： 阃1所示為本發明驅動器電路之簡略雷路圖，其中，積 體電路晶片内所包括各組件皆包封於標示為I C之虛線框内 ;及 圖2所示為與圖1中虛線框內1C相對應之積體電路晶片 之簡略平面視圖，包括有一長型區域，其中構成有高壓 LDMOS T3 。 首先參閱圖1 ，所示為根據本發明之驅動器電路，包含 於一單具高壓積體電路1C，其連接用Κ驅動由功率 MOSFET's 和1^串聯連接於高電壓（達於約50 0伏特） 直流電源所構成之外部半橋式電路。此半橋式驅動器之一 般電路構造，與上述美國專利案第4 ,989,127號中所顯示 及說明者相同，但其例外是根據本發明設有晶片内啟動程 式二極體模擬器（B D E )。 在半橋式電路中，功率電晶體稱之為上方電晶體，因 其吸極係連接至DC電源之高端或上方軌條上，在圖1中標 示電流為Ve。，而功率電晶體T2則稱之為下方電晶體，因 其源極係連接DC電源之低端或下方軌條上，在圖中標示電 位為功率接地。上方電晶體h之源極與下方電晶體T2之吸 極係於亦與負載LD—端相連接之半橋式電路输出端OUT上 相结合。在福如供應氣體放電燈之電源用途上，負載之另 一端可經由與D C電源上電容分壓器中點相連接方式保持於 電源電電壓一半之電位。一如所热知，電晶體和T2係依 r '裝 訂 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） A7 -_____ 五、發明説明（5) 轉換横式與高頻（大於20 KHZ)重複循環，例如，1〇〇 KHZ位级相對運作，其中，每一電晶體係於兩不同時隔之 ―期間，或在循環之彼此以約5 0 0毫微秒相當小死域時段 相分隔之各時期導通。由於在詳细途中，負載LD多少有一 些電感性阻抗，二極體D τ和D 2分別為T t和T2之本體二極體 。因此，二極體Di和D2並不明顯的需要。Di之導向為用以 在下方功率電晶體T 2被切斷時限制於愉出端〇 1丨τ上所產生 之正電壓瞬態，而二極體D2之導向為用K在上方功率電晶 體1'1被切斷時限制输出端上所產生負電壓瞬態。 此等循環係纆由控制器C 0 N所建立，此控制器響應於外 部輸入信號IN而產生基本上為二進位指揮信號INl_ ，及其 邏輯倒相INI用以控制下方電晶體了2導通狀態，及用以經 由位準位移器LS產生脈衝指揮信號T〇N和T〇FF，控制上方 電晶體h之導通狀態。指揮信號IN>_.於此一時隔或當下方 電晶體T2須予驅動至導通狀態時期，祗有一棰二進位狀態 。指揮信號Τ 〇 Ν和Τ。F Ρ係依脈衝形式提供，作為雜訊及瞬 態抗擾之用；Τ〇Ν和Top ρ分別指示上方電晶體^須予導通 或切斷之時刻。下方電晶體指揮信號INl_和1^队韻输至下 方驅動模組D ，此橫姐乃響應於此等信號而驅動下方電晶 Γ' - n 訂·~ n I 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央榡隼局員工消費合作社印製 時和而號有 之 z號信内 定To信揮DU 界號等指姐 所信此體模 號揮於晶動 信指懕電驅 揮使響方方 指，乃上上 體式姐由在 晶方模經。 雷似此於通 方類，，導 下相DUGU體 由依姐極晶 經。模閘電 於通動之方 祗導驅T1上 ，體方體使 <^晶上晶期 極電至電時 閘方输方之 之下饋上定 了使 F 動界 體期To驅所 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS) A4规格（210X297公釐） Α7 Β7 經濟部中央樣準局員工消費合作杜印製 五、發明説明（6) — R/S正反器（未顯示）使指揮信號T〇N和T〇FF^換為與 I N L和I Nu L相類似之二進位形式’俾使上方驅動模姐之其 餘部份可為與下方驅動模姐D I·同一設計° 下方驅動模姐係由一相當低電源電壓，例如12伏特 ，供應電源，而上方驅動模組係由外部啟動程式電容器 Ct (電容量為70毫微法拉位级）上之電壓Vi供應雷源，此 最值太大而無法Μ合理成本費用範圍於積體電路1C内產生 。啟動程式雷容器（^之另一端係經由晶片内啟動程式二極 體模擬器BDE連接至電源電壓Vdd ，因此當输出端OUT於 下方電晶體為導通狀態時間内大體上保持於接地電位，乃 有充電電流流通於G内，而使Vt帶引至Vdd減去BDE和 T2上任何小電壓降之電壓。 並一齊參閱圖2 ，一如所知，上方驅動組合D U包括有 CMOS電路組，構成於絕緣池WL内，於積體電路晶片1C内， 例如，由P隔離所包圍之N池。因此，池WL係經由與用以 產生LDM0S電晶體之结構相類似之结構使之與積體電路之 其餘部份相絕緣。高壓二極體無法依接合隔離技術予以積 體，因其结果產生大基體電流。如此可使其他電路之運作 倒轉。根據本發明原理，設置於晶片上之啟動程式二極體 模擬器包括有LDMOS Τ3，構成於池WL之週邊上。LDM0S Τ3本來具有與池隔離相同之未穿電壓（超過500伏特）， 而由於於其電流流通與池週邊相垂直，經由其構成之池週 邊範圍即可獲致足夠之電流傳送能量。而且，實施LDM0S Τ3並不須花費格外之面積；但是，在積體電路上卻需要增 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉Α4规格（210Χ297公釐〉 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 Α7 Β7 五、發明说明V ) 加一點面積供驅動T3之電路使用，因此，柢有於下方電晶 體τ3受驅動為導通狀態時，始為導通狀態u 一如圖1所示，L D MO S τ 3係依源跟随器姐構運作，其源 極S連接至vdd ，而其吸極ο連接至放動程式電容器（^之 較高竃壓端。當τ3導通時，吸極乃上升至^^ σΤ3之後閑 極所連接之點’其電壓低於Vdd三個二極體之下降。此偏 壓係由串聯連接三個二極法Ds-d7所產生，此等二極體係 經由導引於後閘極與地之向之電流變換器cs保持導通狀態 。後閘極與吸極之間並產生一寄生二極體〇3，如圖示。由 於後關極偏壓之结果，須要有4V之閘極至源極電壓，以使 LDM0S電晶體T3導通。 為使LDM0S電晶賭Τ3於下方功率雷晶賵Τζ受驅動為導通 狀態時予Κ導通，乃以下方騮動指揮信號之NL施加至媛衝 放大器BUF ’此放大器於其输出〇B上產生一信號，當下方 功率雷晶體Tz受驅動至導通狀態時，此信號為Vdd ，否則 則為0伏特。此電壓施加至第二绸較小之啟動程式電容器 Cz之一端，其另一端於點P經由二極體Da連接至電源電壓 Vdd上。啟動程式電容器C2之電容量至少為電晶體了3閘極 電容量之5倍。緩衝器B(JF之输出阻抗很低而使第二啟動 程式電容器C2經由二極體D4充電至與Vdd減去一個二極體 電位降相同之電壓V2，如此乃有使媛衝器输出〇8上之電壓 範圍（大於一個二極體之電位降）變換之作用，顯然朝向 於P點與LDM0S電晶體T3之源極之間。p點係經由一約 5Κ歐姆之電阻器R與電晶體τ3之閘極G相連接。此電阻器 "10- 本紙伕尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------------iT------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Α7 Β7 五、發明説明（8 ) 係用以產生一使P N P電晶體T 4導通之雷颳，其射極，基槿 和集極分別連接至T 3之閘極，點P ，及電壓Vd d為防止 L D Μ 0 S雷晶體T 3由於在输出端0丨丨T上之轉換瞬態而致寄生 専通•乃Μ —電晶體Τ 4 •響應於雷阻器R上由於通過C〇 D 之米勒電流之電壓，而主動的使電晶體T3拉下Vdd 。當输 出端OUT上之输出電壓由0伏特轉動至Vee ，而LDMOS電 晶體T 3之吸極則在相對應範圍内時，由於雷壓之正向變化 速率大所產生之此電流乃以其他方式使閘極電容充電至使 之導雷之位準。结果，此啟動程式二極體橫擬器BDE乃祗 於啟動程式二極艄已専通而使啟動程式電容器CiE確莨充 電之時，始行導通。 現在應已明顯的是，本發明之目的各方面皆已獲滿足。 而且，本發明已予特別詳细說明，應可理解其原理具有廣 泛之普遍應用性。因此，在本發明之旨趣及範圍内能有許 多细節上之修改無疑。 --------!.. ▲------1T------ii (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 -11- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. A8_I、申請專利範圍 經濟部中央標隼局更工消費合作社印策 —S霉路，用Μ驅動由連接於高壓DC電源之输出端與相 關之下方和上方軌條之間之上方和下方功率電晶體所構 成之半橋式電路，Μ及用以使設第一和第二末端之放動 程式電容器充電，其第一末端係連接至該输出端，此電 路包括有： 控制器及位準移位器装置，因以產生下方和上方驅動 指令信號，用Μ控制驅動其相關下方和上方功率電晶體 至不同步之導通狀態； 電源裝置，用Κ在電源输出上產生一與其下方軌條相 對為低之控制電壓； 下方驅動模姐，與電源输出相連接，由該較低之控制 電壓供應電力，巨包括有裝置因Κ堪應於其下方驅動控 制信號，而施加一下方驅動控制信號於下方功率電晶體 之控制電極與下方軌條之間； 上方驅動模姐與啟動程式電容器相連接，由故動程式 電容器上之啟動程式電壓供應電力，且包括有裝置，使 上方驅動控制信號W應於上方驅動控制信號，施加於上 方功率電晶體之控制電極與输出端之間；Κ及 啟動程式二極體模擬器装置，用Κ使啟動程式電容器 充電至其敗動程式電壓，此啟動程式二極體模擬器装置 包括有另一電晶體，其高電源第一電極連接至其電源输 出端，而其高電流第二電極適於與啟動程式電容器之第 二末端相連接，而其控制第三電極連接至由其下方驅動 控制信號中所導出之另一控制信號，用以在下方功率電 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）-12- Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 晶體被驅動至導通狀態時，使另一電晶體驅動至導通狀 Si 〇 2 . 根據申請專利範園第1項之雷路，係包括於單Η積體雷 路晶片内。 3. 根撺申請專利範圍第2項之雷路，其中之上方驅動横擬 係容藏於單片積體電路晶片内所產生之絕緣池内，而其 另一電晶體包括有長型LDMOS電晶體，構成於該絕緣池 週邊之一部份，另一電晶體之第一，第二，和第三電極 係為該LDMOS電晶體之源極，吸極和閘極。 4. 根據申請專利範圍第1項之電路，進一步包括有裝置， 用以由其下方驅動控制信號中導出其另一控制信號，該 導出装置包括有由下方驅動控制信號所阖蝓之媛衝器， 而產生緩衝输出信號，其電壓範圖係在下方軌條與較低 電源電壓之間，以及有裝置用以使其緩衝输出信號之雷 .壓範圍變換為與其控制第三雷極相連接之點與其容電流 第一電極之間之電壓差範圍。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 5. 根據申請專利範圍第2項之電路*進一步包括有裝置， 用Κ由其下方驅動控制信號中導出其另一控制信號，該 導出裝置包括有由下方驅動控制信號所饋输之媛衝器， 而產生緩衝输出信號，其電壓範圍係在下方軌條.與較低 電源電壓之間，Μ及有裝置用Μ使其緩衝输出信號之雷 壓範圍變換為與其控制第三電極相連接之點與其容電流 第一雷極之間之電壓差範圍。 6. 根據申請專利範圍第3項之電路，進一步包括有裝置， 本紙張尺度適用中國'國家梂準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐）-13- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 3i/6G33 D8 六、申請專利範圍 用以由其下方驅動控制信號中導出其另一控制信號，該 導出裝置包括有由下方驅動控制信號所饋输之緩衝器， 而產生媛衝输出信號，其電壓範圍係在下方軌條與較低 電源電壓之間· Μ及有装置用Μ使其媛衝输出信號之電 壓範圍變換為與其控制第三電極相連接之點與其容電流 第一電極之間之電壓差範圍。 7. 根據申請專利範圍第1項之電路，其中，用Μ由下方驅 動控制信號中導出其另一控制信號之装置，進一步包括 有裝置，用Μ使其第三電極，響應於連接於第二與第三 電極之間之另一電晶賴之米勒電容内所疏通之位移電流 ，箝位於其另一電晶體之第一電極。 8. 根據申請專利範圍第2項之電路，其中，用以由下方驅 動控制信號中導出其另一控制信號之装置，進一步包括 有裝置，用Μ使其第三電極，響應於連接於第二與第三 .電極之間之另一電晶體之米勒電容内所疏通之位移電流 ，箝位於其另一電晶體之第一電極。 9. 根據申請專利範圍第3項之電路，其中，用Μ由下方驅 動控制信號中導出其另一控制信號之裝置•進一步包括 有装置，用Μ使其續電極，響應於連接於其吸極與閘 極之間之LDMOS電晶體之米勒電容內所疏通之位移電流 ，箝位於該LDMOS電晶體之源極。 10. 根據申請專利範圍第4項之電路，其中，用Μ由下方驅 動控制信號中導出其另一控制信號之装置，進一步包括 有装置，用Μ使其閘電極· W應於連接於其吸極與閘極 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS〉A4規格（ 210X297公釐〉-14- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 線_ A8 B8 C8 D8 々我範圍 之間之LDMOS電晶體之米勒電容内所疏通之位移電流 箝位於該LDM0S電晶體之源極。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,1T 線—— 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）-1 5 _