TWI289005B - System and method of detecting phase body diode using a comparator in a synchronous rectified FET driver - Google Patents

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1289005 九、發明說明： 相關申請案交互泉昭 本發明係主張申請於2 0 0 3年1 2月1 6曰之美國 臨時專利申請案第6 〇/ 5 2 9，8 5 9號標題為“在同 步整流場效電晶體驅動器中使用自動歸零比較器偵測相位 本體二極體之系統及方法”之優先權，該案之整體揭示係 於此併入作為參考。 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於脈波寬度調變功率調整器，且特別係關 於一種在同步整流場效電晶體驅動器中使用自動歸零比較 器偵測相位本體二極體之方法。 【先前技術】 一個用於功率調整器之同步整流場效電晶體（fet ) 驅動裔係包含兩個串聯於一個輸入電壓訊號及接地之間於 一個中間相位節點之切換場效電晶體。一個輸入電感器係 具有-個連接至該相位節點之—端點，且其之另—端點係 連接至—個負m —個脈波寬度調變（Pulse_wi她 ModUlatl〇n，PWM )反饋電路係撥動該些切換場效電晶體 之致動，以調整提供至該負載之功率。脈波寬度調變邏輯 應於—個脈波寬度調變訊號，該脈波寬度調變訊 :二、兩個指不每一個脈波寬度調變週期之相位的邏輯 二：每-個脈波寬度調變週期之一個相位期間，該上 =二電晶體係導通而下方的場效電晶體係關閉，且在 皮見度調變週期之剩餘相位期間，該上方的場效電晶 1289005 當該脈波寬度調變 操作係以此方式撥 體係關閉而下方的場效電晶體係導通 控制電路調整該脈波寬度工作週期時 動，以控制傳送至該負載之功率。 辇穿保護主要係設計用於 不成熟致動。該兩個場效電曰體之;^場效電晶體之一之 效率降低及對於該系統之^損宝同=致動係造成顯著的 …測時點至場效電晶體:::時:==需 吾人係期望每-個脈波寬声調^ ；"占之决速迴路反應。 時間俜θ, 又°。夂週j之兩個相位緣之空載 ]係此夠被取小化，以改 一個_ _ & & 進次者最大化功率轉換效率。 個考慮的重要的空載時間 該本體二極體係開始導通⑼干卞下:方的场效電晶體之 關閉狀態時。本F/、 的場效電晶體係於 電晶雕孫^ 測係受到挑戰，因為當該場效 於導通狀態時主要受到該電壓降所影響之相位節 广性以及該場效電晶體之立 I 〇於一項減4、*都牯叩 1守双之自然振 -個” / ^ B之企® _，不成熟的㈣係導致 個錯，測，且晚的傾測係增加空载時間。 邊相位節點之電壓係為該

及該轉換器上之負載電流之…電3曰體之RDS0N 為5袁•蚺芬、抓田,口口。舉例而言，一個RDSON 以下二=個20安培負載電流係給予-個接地電壓 下大、力1 ο 〇毫伏特或者一 2 屋降。該咖ON係可以㈣特之相位節點電 化而改變。於其他變數之Γ:二 以及溫度之變 遇期及時『“ 溫度及電流負载係導致隨著 以決定何時：目：：點電壓之改變。如此之變數係使其難 下方的場效電晶體係為關閉的且何時該上方 1289005 =電晶體係應該被致動。於某些傳統的結構中，稱為

八巴广下方的場效電晶體閉極驅動訊號係被監視，： 企圖決定何時钤τ ‘， U 當該LGATE : 效電晶體係為關閉的。特別是， 係下降至一預定電壓準位之下時，諸如 ’其係假設該下方的場效電晶體 上 靠::不效一電晶體係能夠為導通的。此解決方案係略二 睥 ""度、負載及其他變數係造成隨週期及 具者改變，而造成不可預期的結果及非常盔1圭 通常由該下方 》禾及非，無效率。 曰# 劳效电日日肢關閉時到致動該上方的場效雷 日日體之空载時間係相冬 電 田大的，而大幅降低效率。因此，五 人係期望辨識偵測兮太雜_ ^ Μ 〇 …Χ本體體之適當時間’同時防止錯 决的觸發而不損及空載時間。 【發明内容】 一種根據本發明之一徊杏 曰 73之個貝轭例之用於同步整流場效電 日日月豆驅動器之本體二極， 枉版比較益電路係包含一個取樣電路 及一個比較器。該場效電晶體驅動器係具有一個連接於_ 方的及下方的切換场效電晶體之間之一個相位節點，

且係回應於一個脈波寶声嘴掛％ A 度凋、交汛唬，該脈波寬度調變訊號 係具有用於每一個週期之筮_ &〜 ^ ^ 屑之第一相位及弟二相位。該取樣電 路係在該脈波寬度調變訊號之第一相位期間取樣該相位節 點之-個起始電塵，且於該脈波寬度調變訊號之該第二相 位期間提供-個指示加入至該相位節點之電廢準位之起始 相位電塵之總和電麼。該比較器係比較該總和電壓及一個 預定參考電壓，且提供_ _ & _ ϋ 個“不垓脈波寬度調變訊號之第 1289005 〇 tl, 比車乂益係指不該下方的場效電晶體係為關閉時，該場效電 晶體驅動器係使該上方的場效電晶體導通。 ”、此方式，對於每一個週期而言，該起始相位節點電 壓準位係被取樣及儲存，且該相位節點相對於其之起始準 位之電壓降係與一預定量相比較。可能損及下方的場效電 晶體之狀態的備測之變化，諸如所使用之場效電晶體之形 式、負載狀況、溫度變化等等，係藉由取樣内部相位電壓 準位^叉到補償。因此，場效電晶體致動之間之空載時間 係被最小化，且變成各週期一致，藉此改進效率及效能。 一於財施例中’第一及第二電壓源係分別提供該預 疋參考電壓及-個共模電壓。一個開關電路係在該脈波寬 ^變訊號之㈣—相位期間儲存該預定參考電壓及該共 α电[之間之-個第一差動電壓，且於該脈波寬度調變訊 儿=攻第一相位期間施加該第一差動電壓至該比較器。於 此h况下，該取樣電路係可操作於在該脈波寬度調變訊號 =該第一相位期間儲存該共模電塵及該相位節點之該起始 'c，間之一個第二差動電壓，且在該脈波寬度調變訊號 之4第一相位期間提供該相位節點電屢及該第二差動電壓 之一個總和至該比較器。於更特定之實施例中，電容器及 開關係使用於取樣及儲存使用於該些比較中之個別電壓準 位違比較益係可以包含一個消隱電路或者類似電路，其 係補償在切換期間該相位節點之起始振盪。 根據本發明之一個實施例的一種整流同步場效電晶體 1289005 雕率凋i益係包含上方的場效電晶體、下方的場效電晶 二脈波寬度調變邏輯電路及__個比較器電路。該些場效 曰曰體係起連接至一個相位節點且於一個輸入電壓訊號 個電壓源之一個參考端點之間。該脈波寬度調變邏輯 係根據㈤#有第—及第二狀態之脈波寬度調變訊號 、而切換該上方的及下方的場效電晶體。該比較器電路係侦 、丨〆下方的％效电晶體之致動狀態，且包含一個取樣電路 一個比較為。δ亥取樣電路係在該脈波寬度調變訊號之第 :狀態期間取樣該相位節點之一個起始電壓，且在該脈波 見度調變訊號之該第二狀態期間提供一個指示該起始電壓 及該相位節點之該電壓準位之總和之總和電壓。該比較哭 =比較該總和電壓及一個預定參考電嚴，且提供一個指示 =下方的場效電晶體之該致動狀態之輸出。該些場效電晶 '、可以使用至氧半導體場效電晶體或者類似元件實施。 ^種偵測同步整流場效電晶體驅動器之下方的切換場 效電晶體之致動肤能夕古、、上 心方法’该驅動器係撥動一起連接於 個相位即點之上方的及下方的切換場效電晶體之致動， :二法係包含：當該下方的場效電晶體係導通時，儲存— 則曰示該相位節點之該起始電壓準位之第一電壓準位；及 電晶體驅動器起始化關閉該下方的場效電晶體之 電壓準位一預定量。 電厂“位係下降成低於該起始 :“系可以包含比較-預定參考電壓及增加至該相 位即點之該電壓準位之第-電麼準位。該方法係可以包； 10 1289005 储存一個共模電壓及該起始電壓準位之間之一個第一電壓 差二儲存该共模電壓及一預定參考電壓準位之間之一個第 二電壓差；及比較該第二電壓差及談第一電壓差與該相位 J 之°亥包壓準位之和。該儲存係可以包含充電電容器或 其他儲存元件，且於電壓準位之間切換該些電容器，且施 ♦ *存之私壓至一個比較器。該方法係可以包含在該場效 蓮晶體驅動器起始化關閉該下方的場效電晶體之後立即勿、 略該相位節點之起始振盪。 ^ 【實施方式】 ^ 下列之敘述係被呈現，以使熟習該項技術者能夠在一 =特定應用及其條件下實施及使用本發明。然而，許多對 於較佳實施例之修改對於熟習該項技術者而言係顯明的， 且於此所定義之總體原理係可以應用至其他實施例中。因 此，本發明係不意欲受限於在此所示及敘述之特定實施 例’而係符合於此所揭示之原理及新穎特色之最廣範圍。 本發明係解決減少相位本體二極體空載時間且於摔作 的動態模式中達成一致的週期至週期空載時間…個根.康# 本發明之一個實施例之在同步整流金氧半導體場效電晶體 驅動器中之自動歸零比較器债測相位本體二極體之系統及 方法係於負載電流情況及溫度變化期間解決減少本體二極 體空載時間之問題，而不論所使用之場效電晶體之形式為 何。具有小的本體二極體空載時間之金氧半導體場效電晶 體驅動器係顯示被認為效能《水準標記之一之效率改進。 該空載時間係變成週期至週期為一致的，而不論變化為 11 1289005 何’该些變化係包含溫度’場效電晶體之形式及電流負载。 該貪測關能触設為錢多，而無由於㈣助之 觸發。 、 根據本發明之實施例，於該相位節點上之電麼降係以 一個週期接著週期之基礎被取樣及儲存至一個取樣及保持 電容器之中。當該相位節、點係下降至低於該起始及儲存電 麼準位-敎量時，其係被確認為訂方的場效電晶體係 為關閉。在债測㈣，該比較器所見到之㈣係為參考在 該電容器上之先前儲存電I之預程式化電麼。於此情況 下’㈣測點係由該比較器上之該預程式化電朗維持， 而不論該電容器上之儲存電壓為何。以此方式，一個一致 的空載時間係由週期至週期被維持，且減少或者消除由於 雜訊導致之彈跳造成之錯誤觸發。 第1圖係為根據本發明之一個示範實施例的包含一個 用於偵測一個下方的N通道金氧半導體場效電晶體Q2之 相位本體二極體BD之自動歸零比較器電路丄丄5之整流 同步金氧半導體場效電晶體驅動器系統丄〇 〇的一個示範 及方塊圖。一個脈波寬度調變輸入訊號係透過相對於一個 5伏特源電壓之拉升及拉降電阻器R1及R2而提供至脈波 寬度調變邏輯電路i Q !之輸人端。該脈波寬度調變輸入 訊號係撥動於指示每一個脈波寬度調變週期之第一及第二 相位之兩個狀態之間。該脈波寬度調變邏輯電路1 〇丄係 致動至一個上方的閘極放大器驅動器1 0 3之輪入端之一 個上方驅動訊?虎UD及至一個下方的閘極放大器驅動器丄 12 1289005 〇 7之輸入鈿之一個下方驅動訊號^該驅動器1 〇 3 系於”之輸出端致動該UGATE訊號，該ugate訊號係提 供至-個上方的N通道金氧半導體場效電晶體Qi之該間 極’且回饋回-個上方的間極偵測電路1 0 5之輸入端。 二上方的閘極偵測電路丄〇 5係回饋該UGate訊號之電 塵回該脈波寬度調變邏輯電路工〇 χ。金氧半導體場效電 晶體於所示之實施例中係使用作為切換元件Q1及Q2，雖 然包含-個本體二極體之其他形式之場效電晶體元件係可 以被預想出。 该藤動n 1 Q 7係於其之輸出端致動該㈣叮訊號， 其係提供至電晶體Q…間極，且回饋回一個下方的閑 極谓測電路109之輸入端。該下方的閑極積測電路10 9係回㈣LGATE訊號之電壓回該脈波寬度調變邏輯電 1〇1 ”亥Q1之汲極係連接至一個輸入源電壓pVIN， 且Qi之源極係連接至一個相位冑點K系進一步連接至 =方的場效電⑽Q2线極及至_個輸出電感器l之 ^ ^ °亥Q2之源極係連接至接地。該電感器L之另一端 係連接至參考接地之一個負載電路 s 乙丄1 。该相位節點係 遇接至一個相位偵測器電路1 1 3之輪入# # ^ 〈翰入為，該電路1 1 3係感測回饋回該脈波寬度調變邏輯 節點之電壓準位。 冑路"1之該相位 於所示之結構中，該本體二極體自叙 版目勳％零比較器電路 1 5係被設置成具有一個連接至該 σ _植^ 即點之輪入端及 個棱彳,、一個輸出訊號至該脈波寬度調變邏輯電路1 〇 1 13 1289005 之輸出端。該脈波寬度調變邏輯電路1 〇 1係致動至該比 較器電路1 1 5之開關訊號SW1及SW2，其將於下文作 進一步敘述。當該下方的場效電晶體之本體二極體BD通 過該债測準位時，該相位節點之偵測係產生，如於下文作 進一步敘述。該脈波寬度調變邏輯電路1 〇 1係接收由該 比較器1 1 5而來之該輸出邏輯訊號，且處理用於下方的 閘極及上方的閘極轉換之準備訊號。 第2圖係為本體二極體自動歸零比較器電路丄丄5之 更詳細示意圖。-個高速比較器2 〇 i係具有：一個連接 至一個節點D之非反相輸入端，一個連接至一個節點B之 反相輸入端及一個致動該輸出訊號之輸出端。該比較器2 〇 1係在内部結合一個消隱電路BC，其係將於下文作進 乂敘述3個單刀單擲開關s 1 -1、s 1 -2及S1 -3係被包 在内，且集體⑽S1開關。該D節點係連接至開關Μ 之一個端點且連接至一個電容器Cl之一端。該B節點係 連,至開關Sl_3之—個端點且連接至另-個電容器C2之 知。该些開關Sl_2及sl-3之另一個端點係連接在一起 ^連接至—個+ 1.G伏特共模電塵源2 0 5之正端點，該 ·〇伙特共模電壓源2 〇 5之負端點係接地。該開關 二另：端點係連接至-個 ^ + 2·0伏特參考源2〇5之負端點係接地。該電 道:重U另;:端係為一個節點八，其係連接至一個N通 兮雔w +導體（DMOS )電晶體2 0 7之源極。 錢重擴散金氧半導體電晶體2 0 7之沒極係連接至一個 14 1289005 °° R之端，該電阻器R之另一端係連接至該相位節 又重擴放金氧半導體電晶體2 0 7之閘極係接收一個 4伏特訊號。 遠相位節點一般而言係操作於大約-2伏特至2 2伏 特之電壓範圍之内，而該電容器C2及比較器2 0 1係為 5伏特之元件。贫恭阳哭 * 轉 ^ °亥私阻為R及該雙重擴散金氧半導體電晶 版2 0 7係集體操作作為_個限壓器，當該相位節點係變 成較高電壓準位時，該限壓器係箝位A節點之電壓成為一 個最：電壓限制準位（例如，3 — 4伏特），以防止對於 5伏4寸兀件之過電壓準位。否則，當該相位節點之電壓準 :係低於該最大電壓限料位時，該A節關跟隨該相位 即點之電壓準位。—個雙重擴散金氧半導體電晶體基本上 =-個特殊形式之金氧半導體電晶體，其係藉由對於該 電晶體之汲極側實施額外的輕摻雜擴散而製造。該額外的 擴散係導致有效通道長度比拉引長度為短。該額外的擴散 係增加導電度’使得該雙重擴散金氧半導體電晶體係具有 一個較㈣“導通，，電阻值。於該通道中之額外的且輕播 雜的區域係導致汲極至源極擊穿電壓增加，使得其係在其 擊穿之前能夠耐較高的電壓（大約2 5 一 4 〇伏特）。 該開關S1及S2係建構成常開的，且t接收_個致動 訊號時係為閉路的。在該致動訊號SW1致動時，開關 係為閉路的，且在該致動訊號SW2致動時，開關S2係為 閉路的，該些訊號係由反映該脈波寬度調變輸入訊號之狀 態之該脈波寬度調變邏輯電路i 〇 2所提供。可替代的 15 1289005 是’該脈波寬度調變邏輯電路i 〇 i係可以致動一個單一 開關致動訊號（未顯示），其係由該比較器電路η 5於 内部轉換，以產生SW1及SW2訊號。 第3圖係為-個顯示該本體二極體自動歸零比較器電 路1 1 5之操作的時序圖。該時序圖係顯示致動訊號SW1

及 SW2、A、B、f"；0 η 々々财 I D即4之電壓及該輸出訊號之圖形。 =W1及SW2訊號係相對於對方為相反的邏輯 虎係起始為低準位（〇伏特），使得82開關起始 _訊號係起始為高準位(例如，5伏特）， :;:7 關―一^ 充？閉路時’該節點…係由該共模電厂堅源 二特’且該比較器2〇1之該輸出訊號 哭。之 (例如’ 〇伏特）。於節點C處之該充電 :此，該電:?C由該參考電壓源2 〇3連接至。.2… 2〇3及2 0 5之間之電慶差。 4" m原 方令節點A之雷玄1哭、+ g t ^ 為了顯示之目/ 連接至該相位節點。 效電晶體Q2传導㈣士目位節點之起始電轉位當下方的場 —01 ，、¥通％係被假定為大約-100毫伏特（或者 寺），假設Q2之RDSON係為r古^ 1 1係沒取？ 係為5寬歐姆且負載2 相位節點之起二之電流準位。然而，應瞭解的是，該 期及時間之不J電壓準位係根據許多不同的因子而隨著週 Q2之場效電曰^?!；該些因子係包含舉例而言，溫度， 曰曰體之形式及負載211之電流。當Q2係導 16 1289005 通柃，電容器C2係充電至該相位節 1儿即點之起始電壓 模電壓源2 0 5之電壓之㈣差。 U^共 仏尸ZT不之結構中雷 器C2係充電至1」伏特，1 稱〒電谷 之相位節點電塵—工〇 〇毫伏特。 符減去饭疋 當該脈波寬度調變輸入訊號於時間 時，SW2 ^[骑在辦士、·-、住， 艾成回旱位 心虎係成南準位而使開關S2閉路， 汛唬係變成低準位而使開關S1開路。該 广 且因此變成0伏特，且當S2 /即點係接地， 嗲D r赴总 #關為閉路時保持0伏特。 ^ 1，.占係切換成橫跨該電容器C1之電壓，赤0〇、 jMi展兔分、EC r% 或〇 · 8伏特’ 八係為该源2 〇 3及2 0 5之間之電單塞 點之雷厭i a * 電土差。跟隨該相位節 ”、，占之電壓準位達到最大電壓限 約-100毫伏特至一200毫伏係顯示為下降大 A節點之電壓加上健存 該B郎點係變成該 &加上儲存於電容器C”之電壓 個總和電壓。因此，今 A節點之-厂…換成〇·9伏特，其係為 即.，.，占之屯壓之上之電容器C2 牯）。木外Ba <、始电昼(例如，1 · 1伏 寸）虽该開關S1-3係開路時，該 々々 節點之命颅 μ 即2係跟隨該相位 ·、，，之包[，且該Β節點係跟隨Α C2之電壓。 P ”，，占之包壓加上電容器 一個起始振盪4〇1 節點上，並心 （弟4圖）係可能產生於該相位 即”，、占上，其係加諸節點A及 輪入端。嗜振場在r 而至比較器2 0 1之反相 而 成振盈係不不於篦q 對短的期間，諸如】於^ 因為其係具有-個相 偏^ 、 5奈秒。該消隱電路BC係、提供一 較：2 =所：如大約5奈秒’使得該起始振盪係被該比 2〇1所忽視，以防止可能的不成熟切換。 17 1289005 於一個時間ΤΗ)時，該相位及A節點係下降談相位節 =起始電壓以下至少2〇〇毫伏特，其中，該A節點係 員不為下降成-〇·31()伏特之電壓準位。此時，該B節點 係:降成大約〇·790伏特，其係正好纟D節點之電壓0.8 、、之下在Β節點之電壓下降至Ό節點之電壓之下之後 、奴短日守間，该比較器2 〇 1係致動該out訊號為高準 位，其係指示該下方的場效電晶體Q2係關閉的。當提供 至該,波寬度調變邏輯電路1 〇 1之該OUT訊號係變成高 · 準位4，該脈波寬度調變邏輯電路工〇丄係致動該UD訊 _ L 、致動"亥上方的場效電晶體Q1。總和邏輯延遲係由B :。之书壓下降至该D節點之下時起至該脈波寬度調變邏 =電路1 〇 1致動该UD訊號以致動場效電晶體q丨時係 —小於大約2 0奈秒。此相對短的延遲係實質上隨著不 同週』而為固定的，其係確保防止不成熟的切Μ，且最小 昜效宅晶體Q 1及Q2之切換之間之空載時間。 、’而。之包^電谷态C1及開關si-1、S1-2及S2之 開關電路係操作成以一個指# 一個預定參考電壓《電壓$ · ::電容器€1起始充電，該預定參考電壓係諸如ο』伏特。 包2電容器C2及開關S1_3之取樣電路係操作成以一個指 :田Q2係導通用於緊接著的脈波寬度調變週期時該相位 節，之起始電壓之電壓準位將電容器C2起始充電。對於 二谷。° C1及C2之起始充電亦反映施加至每—個之共模電 壓，該共模電壓於所示之實施例中係為1〇伏特。該1〇 伏特預充電共模電壓係使用於最佳化該比較器2 〇丄之共 18 I2_05 k乾圍速度’且該準確❾G2伏特源係使用作為—個準確 的谓測器參考電M。該共模電遂係可以為任何適合的電壓 準位’且可以為零。假如該電壓源2 〇 5係被移除且該些 ’關S1-2及S1-3係反而是連接至接地，則該電容器〇起 始係充電至該電壓源2 〇 3之電壓，且該電容器Ο起始 係充電至該相位節點之該起始電塵準位。該共模電慶係可 =:皮設定成任何適合的準位’以最大化所使用之該特定比 較器之切換速度。 •當該脈波寬度調變相位係切換且該脈波寬度調變邏輯 2 1 〇▲ 1係起始關閉Q2時，該電容器C1之電壓係施加 只比$ 2 Q 1之該非反相輸人端。該相位節點之及橫 7 电谷盗C2之電壓之總和電壓係施加至該比較器2 0 1之》亥反相輸入端。當該相位節點之電壓係由其之起始準 =㈣預定參考電厂堅之量時，其係指示下方的場㈣晶 :一纟關閉的’則該0UT訊號係被致動為高準位，其係 私不上方的場效電晶體Q1係可以導通。因為該負載電产 係隨著週期不同而變化（諸如由於溫度變化或負載之需L ’=、’該負載係諸如-個中央處理單元或者類似元件），且 因為該場效電晶體t RDS0N係為溫度相關的，所以該相 位即點之電壓係隨著週期不同及/或時間不同而變化。該 本體二極體自動歸零比較器電路i i 5係對於每—週期取 樣該起：相位電壓，且當該相位電壓下降至低於起始量達 邊參考量時作切換，該參考量係諸如示於實施例中之2 〇 0毫伏特。因此，該空載時間係減少且係實質上週期間為 19 !289〇〇5 一致的，而不論其他變數中負載及溫度情況為何。 第4圖係為一個顯示整合於該驅動器中之擊穿保護的 單通道金氧半導體場效電晶體驅動器之時序圖。該脈波寬 度调變輸入δίΐ號係與該LGATE、相位及UGATE節點及對 應之訊號一起被繪出。該圖所具有之每一個節點及訊號係 叙疋相同之名稱’除非特別指定。於此情況下，該脈波寬 度調變輸入訊號係變成高準位，以啟動每一個脈波寬度調 變週期，且變成低準位以回應一個控制條件，以結束每一 個脈波寬度調變週期。該UGATE及LGATE訊號係為低準 位’以禁動（或者關閉）其對應的場效電晶體開關Q 1及 Q2，且該UGATE及LGATE訊號係為高準位，以致動（或 者導通）其對應的場效電晶體開關Q1及q2。 當該脈波寬度調變輸入訊號係為低準位時，該相位節 點係由於邏輯運算而亦為低準位。於時間T1時，該脈波 見度調變輸入訊號係變成高準位，以起始下一個週期。於 日守間T2時，該LGATE訊號係由該脈波寬度調變邏輯電路 1 0 1由南準位變成低準位’以關閉下方的場效電晶體 Q1 °為了回應該LGATE訊號之下降，該相位節點係開始 彈跳或者振盪，如示於4 0 1。如此之振盪係反映為示於 4 0 3之LGATE訊號的轉變。最後，該相位節點係如示 於4 0 5之方式斜坡向下’且當該相位節點下降至低於其 之起始電壓準位達2 0 0毫伏特時，如示為4 〇 7，該〇υτ 訊號係被致動，以指示上方的場效電晶體係可以導通。於 一短的邏輯延遲之後，該UGATE訊號係於時間Τ3時被致 20 1289005 當該相位節點 BD係開始導 動為高準位，以使上方的場效電晶體導通。 係下降至大約—〇.6伏特時，該本體二極體 通。 主如示於第4圖，示為405之相位節點之斜率於某些 情況下係相當低’其係通常為建構於該場效電晶體本身^ 之該本體二_ BD之大小的函數。由於相位節點之可變 化性主要係、受到當該場效電晶體為導通狀態時之電麗降及 場效電晶體之立即關閉所導致之自，本體二極體偵 測係有挑戰性的。於企圖減少空載時間時，不成熟的偵测 係導致一個錯誤的偵測，且晚的偵測係增加空載時間。本 發明係辨識❹j該本體二極冑BD之適#時間，而不損及 空載日^間及/或引起錯誤的觸發。 雖然本發明係已經以相當詳細之方式參照本發明之某 些杈佳的版本而予以敘述，其他版本及變化係可能的且可 被預想出的。熟習該項技術者應瞭解，其係能夠使用所揭 不之觀念及特定實施例作為基礎，在不偏離本發明之精神 及範％之下，而設計或者修改其他結構以提供本發明之相 同目的。 【圖式簡單說明】 ί…、K知方式及後附圖式，本發明之利益、特色及優 點將更容易被瞭解，其中·· 弟1圖係為根據本發明之一個示範實施例的包含一個 用於僧測相位本體二極體之自動歸零比較器之整流同步金 氧半導體場效電晶體驅動器系統的一個示範及方塊圖； 21 1289005 第2圖係為第1圖之本體二極體自動歸零比較器電路 之更詳細示意圖； 第3圖係為一個顯示表現於第2圖之該本體二極體自 動歸零比較器電路之操作的時序圖； 第4圖係為一個顯示整合於該驅動器中之擊穿保護的 單通道金氧半導體場效電晶體驅動器之時序圖。 【主要元件符號說明】 1 00 整流同步金氧半導體場效電晶體驅動器系統 10 1 脈波寬度調變邏輯電路 10 3 閘極放大器驅動器 1 07 閘極放大器驅動器 109 閘極偵測電路 2 11 負載電路 113 相位偵測器電路 115 自動歸零比較器電路 R1 拉升電阻器 R2 拉降電阻器 UD 上方驅動訊號 LD 下方驅動訊號 UGATE 閘極訊號 Q1 金氧半導體場效電晶體 Q2 金氧半導體場效電晶體 BD 相位本體二極體 LGATE 閘極訊號 22 1289005 PVIN 輸入源電壓 L 輸出電感器 SW1 及 SW2 開關訊號 D 節點 B 節點 BC 消隱電路 Sid、Sl-2 及 Sl-3 單刀單擲開關 Cl 電容器 C2 電容器 2 0 1 高速比較器 2 0 3 參考源 2 0 5 共模電壓源 207 雙重擴散金氧半導體電晶體 A 節點 R 電阻器 SI 及 S2 開關 40 1 起始振盪 403 LGATE訊號的轉變 405 斜坡 407 下降電壓 23

Claims (1)

1. !289〇〇5 十、申請專利範圍： 1·一種用於同步整流場效電晶體驅動器之本體二極 體比較器電路，其中，該場效電晶體驅動器係回應於一個 脈波寬度調變訊號，且係具有一個連接於上方的及下方的 切換場效電晶體之間之一個相位節點，且其中，該脈波寬 度調變訊號係具有用於每一個週期之第一相位及第二相 位，该本體二極體比較器電路係包含： 一個取樣電路，其係在該脈波寬度調變訊號之第一相 位期間取樣該相位節點之一個起始電壓，且於該脈波寬产 調變訊號之該第二相位期間提供一個指示加入至該相心 二之Μ*壓準位之起始相位電壓之總和電壓；及 摩-個比較器’其係比較該總和電壓及一個預定參考電 ^ ’且其係㊣供-個指示該脈波寬度調變訊號之第二相位 期間該下方的場效電晶體之致動狀態之輸出。 甘？ ·如申請專利範圍第工項之本體二極體比較器電路， /、係進一步包含： ϋ亥比車父裔係具有第一及第二輸入端； 個第一電壓源’其係提供該預定參考電壓； ^ 個開關電路，其係在該脈波寬度調變訊號之第一相 取㈣預定參考電壓，且其係在該脈波寬度調變訊 聚弟—相位期間施加一個指示該預定參考電壓之第一電 °亥比較态之該第一輸入端；且 相位：取樣電路係操作於在該脈波寬度調變訊號之該第-立期間取樣一個指示該相位節點之該起始電壓之第二電 24 1289005 麼，以在該脈波寬度調變訊號之第二相位期間藉由將該第 二電壓加入至該相位節點之電壓準位而決定該總和電壓， 且施加該總和電壓至該比較器之該第二輸入端。 3.如申請專利範圍第i項之本紅極體:較器、電路， 其係進一步包含： 該比較器係具有第一及第二輸入端； 一個第一電壓源，其係提供該預定參考電屋； 一個第二電壓源，其係提供一個共模電壓； 開關黾路，其係在該脈波寬度調變訊號之該第一 :位期間儲存該預定參考電壓及該共模電壓之間之一個第 a 1動電壓，且於該脈波寬度調變訊號之該第二相位期間 方fe力口兮女楚 Μ弟一差動電壓至該比較器之該第一輸入端；且 一亥取樣電路係可操作於在該脈波寬度調變訊號之該第 ^間儲存该共模電壓及該相位節點之該起始電壓之 間一"個楚-、 一相 昂二差動電壓，且在該脈波寬度調變訊號之該第 4間提供該相位節點電壓及該第二差動電壓之一個 、、’么矛D 牵 OL V 碡比較器之該第二輸入端。 其中.如申請專利範圍第3項之本體二極體比較器電路， 該開關電路係包含： 山 笔谷斋’其係連接於該比較斋之該第二輸入 而及 一·* 固弟—節點之間； 一個筮一 —開關，其係連接於該第二電壓源及該比較器 备入端之間； 25 1289005 一個第二開關 點之間；及 其係連接於該第一電壓源及該第一節 甘士 其係連接於該第一節點及接地 其中，讀取樣電路係包含： 一個第二電客 ^ ^ ^ , y , 〇口’其係連接於該比較器之該第二輸入 女而及该相位節點之間·及 -個第四電# 卜 谷裔’其係連接於該第二電壓源及該比較 斋之該第二輪入端之間；且 其中，該第_、笛— — 吐 乐一及弟四開關在該脈波寬度調變訊 就之該第一相 立爱日pq么 '3係為開路的，且在該脈波寬度調變訊 號之該第二相位Jt日„ α „ ^ 3係閉路的，且其中，該第三開關在該 脈波寬度調變訊號之兮楚 4 , u之5亥弟一相位期間係為閉路的，且在該 脈波寬度調變訊號之兮楚- 儿 亥弟一相位期間係開路的。 / 5 士申明專利範圍第4項之本體二極體比較器電路， -係進"包3 -個限壓器，其係連接於該相·位節點及該 第二電容器之間。 6如申明專利範圍第丄項之本體二極體比較器電路， 其中’該比較器係包含一個消隱電路。 7 · —種整流同步場效電晶體功率調整器，其係包含： 一個上方的場效電晶體及一個下方的場效電晶體，該 些場效電晶體係-起連接至一個相位節點且連接於一個輸 入電壓訊號及一個電壓源之一個參考端點之間； -個脈波寬度調變邏輯電路，其係根據一個具有第一 及第二狀態之撤波寬度調變訊號而切換該上方的及下方的 26 1289005 場效電晶體；及 ~個比較器電路，复孫 度調變邏輯電路，」糸連接至該相位節·點及該脈波寬 壯能，H _电，且其係偵測該下方的場效電晶體之致動 狀悲，且該比較器電路係包含： 一個取檨φ牧 _ 之篦一 t ’〜取樣電路係在該脈波寬度調變訊號 r…痒間取樣該相位節點之-個起始電Μ，且在該 二見又凋變訊號之該第二狀態期間提供-個指示該起始 電壓及該相位銘Κ$ r、、 ”、、電壓準位之總和之總和電壓；及 屙 ^比軼益，其係比較該總和電壓及一個預定參考電 $ ’且提供_個指㈣下方的場效電晶體之該致動狀態之 輸出。 ^^如申凊專利範圍第7項之整流同步場效電晶體功 ，周1叩，其中，該上方的及下方的場效電晶體係包含金 氧半導體場效電晶體。 … ·如申請專利範圍第7項之整流同步場效電晶體功 率凋整裔，其中，該比較器電路係進一步包含·· 該比較器係具有第一及第二輸入端； 一個第一電壓源，其係提供該預定參考電壓； 一個開關電路，其係在該脈波寬度調變訊號之第一相 』間取樣该預定參考電壓，且其係在該脈波寬度調變訊 號之第二相位期間施加一個指示該預定參考電壓之第一電 塵至該比較器之該第一輸入端；且 該取樣電路係操作於在該脈波寬度調變訊號之該第一 相位期間取樣一個指示該相位節點之該起始電壓之第二電 27 1289005 :二⑽脈波寬度調變訊號之第二相位期間藉由料第 以加人至該相位節點之電壓準位而決定該總和^ 苑加該總和電壓至該比較器之該第二輸入端。 土 該比較器係具有 1◦.如申請專利範圍第7項之整流同步場3 功率調整器，其中，該比較器電路係進一步包含: 一個反相輸入 端； 一個非反相輪入端及 個第笔遷源，其係提供該預定參考電壓； 一個第二電壓源，其係提供一個共模電壓； 一個開關電路，其係在該脈波寬度調變訊號之該第一 ^立期間儲存該歡參考電壓及該共模電壓之間之二個第 :差動：壓，且於該脈波寬度調變訊號之該第二相位期間 她加该第一差動電壓至該比較器之該非反相輸入端；且 该取樣電路係可操作於在該脈波寬度調變訊號之該第 -相位期間儲存該共模電壓及該相位節點之該起始電壓之 門之個第—差動電壓’以將該第二差動電壓加人至該相 位即點電壓，以決定該總和電壓，且提供該 比較器之該反相輸入端。 … 11如申睛專利範圍第1 〇項之整流同步場效電晶 體功率調整器，其中： 该開關電路係包含： 個第電谷器，其係連接於該比較器之該非反相輸 入端及一個第一節點之間； 一個第一開關，其係連接於該第二電壓源及該比較器 28 1289005 之該非反相輸入端之間； 個第二開關’其係連接於該第一電壓源及該第一節 點之間；及 一個第二開關，其係連接於該第一節點及該電壓源之 該參考端點之間； 其中’該取樣電路係包含·· 一個第二電容器，其係連接於該比較器之該反相輸入 端及該相位節點之間；及 口 :個第四電容器’其係連接於該第二電壓源及該比較 器之該反相輸入端之間；且 八中4第、第二及第四開關在該脈波寬度調變訊 號之該第一相位期間係為閱 〇 ^ 。 你马開路的，且在該脈波寬度調變訊 號之該第二相位期問孫M々 J間係閉路的，且其中，該第三開關在該 脈波寬度調變訊號之該第一相 弟相位期間‘為閉路的，且在該 脈波寬度調變訊號之該第二相位期間係開路的。 "i二如申’專利範圍第11項之整流同步場效電晶 體功率调整态，其係土隹一半6 ’、 乂匕3 一個限壓器，其係連接於 该相位卽點及該第二電容器之間。 1 3 ·如申請專利範圍第7 功率調整器，其中，今比，…人“同步％效電晶體 口匕較σο係包含一個消隱電路。 1 #伯測同步整流場效f晶體驅動哭之下古 切換場效電晶體之致勤#能+ + 卩。之下方的 、双動狀悲之方法，兮问 體驅動器係撥動一起、表i 5 乂 μ门乂 1机場效電晶 ^ 起連接至一個相位節點之上方 效電晶體及下方的切^ P + 、刀換場 切編電晶體之致動’該方法係包含： 29 1289005 當該下方的場效電晶體係導通時儲 節點之起始電麼準位之第-電壓準位；&個才曰不该相位 之後在Γ!效！晶體驅動器開始關閉該下方的場效電晶體 後，决疋何時該相位節點之電壓準位 始電壓準位一預定量。 ’、至低於該起 定之範圍第14項之方法，其中，該決 點之該電厂堅準位之該第一電厂堅準位考。电£及加入至該相位節 包含u.如申請專利範圍第14項之方法，其係進一步 該儲存—個#示該相位節點之起始電屋準位之第一電 二:之步驟係包含健存—個共模電昼及該 之間之一個第一電壓差； 毛土千m 儲存該共模電壓及一 二電壓差；及，考電壓準位之間之-個第 口亥决疋步驟係包含比較一命 該電壓準位之總和及該第二電:差：£差“相位節點之 存二Π專利範圍第16項之方法，其中，該儲 ^电土之步驟係包含將一個第一電容器充電， 至：：具有一個連接至該相位節點之第-端及- i :差：:模電·源之第二端，且”，該儲存-個 電：4ίΓ驟係包含將一個第二電容器充電，該第二 私备态係具有一個遠 連接至該共模《源之第::參考電壓源之第-端及-個 30 1289005 1 8 ·如申請專利範圍第丄7項之方法，#中，該比 較步驟係包含：在該場效電晶體驅動器開始關閉該下方的 場效電晶體.之後，切換該第—電容器之該第二端至一個比 較器之-個第一輸入端，切換該第二電容器之該第一端至 $地，及切換該第二電容器之該第二端至該比較器之一個 弟—輸入端。 1 9 .如申請專利範圍第i 4項之方法，其係進一步 ::在該場效電晶體驅動器開始關閉該下方的場效電晶體 之後，立即忽略該相位節點之起始振盪。 勺入20.如申請專利範圍第14項之方法，其係進一步 場效電晶體驅動器開始關閉該下方的場效電晶體 預宏旦# U Τ主低於该起始電壓準位該 預疋里4，使該上方的場效電晶體導通。 十一、圖式： 如次頁。 31