TWI436561B - 高效能驅動電路 - Google Patents

Description

高效能驅動電路

本發明係有關於一種驅動電路，尤指一種應用於半高壓互補式金氧半製程的直流電壓/直流電壓轉換器的驅動電路。

請參照第1圖，第1圖係為先前技術說明直流電壓/直流電壓轉換器100的示意圖。直流電壓/直流電壓轉換器100包含一緩衝器102與一開關104，其中開關104係為一P型金氧半電晶體。在半高壓互補式金氧半的製程下(只有金氧半電晶體的汲極可以承受高壓，但金氧半電晶體的閘極的厚度並不增加)，因為開關104的閘極無法承受高壓，所以緩衝器102所產生的控制訊號CS的電壓位準必需介於一第一電壓HV與一低電壓LV之間，其中低電壓LV係為第一電壓HV減去開關104的源閘極電壓VSG。

在先前技術中，因為開關104的尺寸很大且開關104係為半高壓互補式金氧半的製程的金氧半電晶體，所以緩衝器102為了要產生控制訊號CS以及快速切換開關104需要耗費很大的電流，導致直流電壓/直流電壓轉換器100的電能轉換效率較低。

本發明的一實施例提供一種高效能驅動電路。該高效能驅動電路包含一第一P型金氧半電晶體、一第二P型金氧半電晶體、一第一N型金氧半電晶體、一第二N型金氧半電晶體、一電流源、一第三N型金氧半電晶體、一第四N型金氧半電晶體、一第五N型金氧半電晶體、一第一電阻及一第二電阻。該第一P型金氧半電晶體具有一第一端，用以接收一第一電壓，一第二端，用以接收一第一控制訊號，及一第三端，用以耦接於一第三P型金氧半電晶體；該第二P型金氧半電晶體具有一第一端，用以接收該第一電壓，一第二端，用以耦接於該第三P型金氧半電晶體，及一第三端；該第一N型金氧半電晶體具有一第一端，耦接於該第一P型金氧半電晶體的第三端，一第二端，用以接收一第二控制訊號，及一第三端；該第二N型金氧半電晶體具有一第一端，耦接於該第一N型金氧半電晶體的第三端，一第二端，及一第三端，耦接於一地端；該電流源具有一第一端，用以接收一第二電壓，及一第二端，其中該電流源係用以提供一第一電流；該第三N型金氧半電晶體具有一第一端，耦接於該電流源的第二端，一第二端，耦接於該第三N型金氧半電晶體的第一端和該第二N型金氧半電晶體的第二端，及一第三端，耦接於該地端；該第四N型金氧半電晶體具有一第一端，耦接於該電流源的第二端，一第二端，及一第三端；該第五N型金氧半電晶體具有一第一端，耦接於該第二P型金氧半電晶體的第三端，一第二端，耦接於該第五N型金氧半電晶體的第一端和該第四N型金氧半電晶體的第二端，及一第三端，耦接於該地端；該第一電阻具有一第一端，用以接收該第一電壓，及一第二端，用以耦接於該第三P型金氧半電晶體；該第二電阻具有一第一端，耦接於該第四N型金氧半電晶體的第三端，及一第二端，耦接於該地端。

本發明的另一實施例提供一種高效能驅動電路。該高效能驅動電路包含一第三P型金氧半電晶體、一第一P型金氧半電晶體、一第二P型金氧半電晶體、一第一N型金氧半電晶體、一第二N型金氧半電晶體、一電流源、一第三N型金氧半電晶體、一第四N型金氧半電晶體、一第五N型金氧半電晶體、一第一電阻及一第二電阻。該第三P型金氧半電晶體具有一第一端，用以接收一第一電壓，一第二端，及一第三端，用以耦接於一負載；該第一P型金氧半電晶體具有一第一端，用以接收該第一電壓，一第二端，用以接收一第一控制訊號，及一第三端，耦接於該第三P型金氧半電晶體的第二端；第二P型金氧半電晶體具有一第一端，用以接收該第一電壓，一第二端，耦接於該第三P型金氧半電晶體的第二端，及一第三端；該第一N型金氧半電晶體具有一第一端，耦接於該第一P型金氧半電晶體的第三端，一第二端，用以接收一第二控制訊號，及一第三端；該第二N型金氧半電晶體具有一第一端，耦接於該第一N型金氧半電晶體的第三端，一第二端，及一第三端，耦接於一地端；該電流源具有一第一端，用以接收一第二電壓，及一第二端，其中該電流源係用以提供一第一電流；該第三N型金氧半電晶體具有一第一端，耦接於該電流源的第二端，一第二端，耦接於該第三N型金氧半電晶體的第一端和該第二N型金氧半電晶體的第二端，及一第三端，耦接於該地端；該第四N型金氧半電晶體具有一第一端，耦接於該電流源的第二端，一第二端，及一第三端；該第五N型金氧半電晶體具有一第一端，耦接於該第二P型金氧半電晶體的第三端，一第二端，耦接於該第五N型金氧半電晶體的第一端和該第四N型金氧半電晶體的第二端，及一第三端，耦接於該地端；該第一電阻具有一第一端，用以接收該第一電壓，及一第二端，耦接於該第三P型金氧半電晶體的第二端；該第二電阻具有一第一端，耦接於該第四N型金氧半電晶體的第三端，及一第二端，耦接於該地端。

本發明提供一種高效能驅動電路。該高效能驅動電路係利用一第一P型金氧半電晶體和一第一N型金氧半電晶體分別根據一第一控制訊號和一第二控制訊號開啟，以使該第一P型金氧半電晶體的第三端的電位(亦即一第三P型金氧半電晶體的第二端的電位)介於一第一電壓與一第三電壓之間。如此，該第一P型金氧半電晶體的第三端的電位並不會損毀該第三P型金氧半電晶體(該第三P型金氧半電晶體的第二端不是一高壓製程的閘極端)。另外，該第一P型金氧半電晶體的第三端的電位係快速上升及快速下降，且一電流的絕對值僅在該第一P型金氧半電晶體與該第一N型金氧半電晶體開啟的瞬間變大(亦即該電流的絕對值的平均值很小)。因此，相較於先前技術，本發明所提供的該高效能驅動電路不僅可快速開啟與關閉該第三P型金氧半電晶體，且具有較高的效能。

請參照第2圖，第2圖係為本發明的一實施例說明一種高效能驅動電路200的示意圖。高效能驅動電路200包含一第一P型金氧半電晶體202、一第二P型金氧半電晶體204、一第一N型金氧半電晶體206、一第二N型金氧半電晶體208、一電流源210、一第三N型金氧半電晶體212、一第四N型金氧半電晶體214、一第五N型金氧半電晶體216、一第一電阻218及一第二電阻220。第一P型金氧半電晶體202具有一第一端，用以接收一第一電壓HV，一第二端，用以接收一第一控制訊號FCS，及一第三端，用以耦接於一第三P型金氧半電晶體222，其中第三P型金氧半電晶體222係為一半高壓互補式金氧半的製程的P型金氧半電晶體，亦即第三P型金氧半電晶體222的第三端係為一高壓製程的汲極端，以及第三P型金氧半電晶體222的第二端不是高壓製程的閘極端。另外，第一控制訊號FCS係由一位準調整器224所提供。第二P型金氧半電晶體204具有一第一端，用以接收第一電壓HV，一第二端，用以耦接於第三P型金氧半電晶體222，及一第三端；第一N型金氧半電晶體206具有一第一端，耦接於第一P型金氧半電晶體202的第三端，一第二端，用以接收一第二控制訊號SCS，及一第三端；第二N型金氧半電晶體208具有一第一端，耦接於第一N型金氧半電晶體206的第三端，一第二端，及一第三端，耦接於一地端GND；電流源210具有一第一端，用以接收一第二電壓V2，及一第二端，其中電流源210係用以提供一第一電流11；第三N型金氧半電晶體212具有一第一端，耦接於電流源210的第二端，一第二端，耦接於第三N型金氧半電晶體212的第一端和第二N型金氧半電晶體208的第二端，及一第三端，耦接於地端GND，其中第二N型金氧半電晶體208的寬長比係為第三N型金氧半電晶體212的寬長比的N倍，且N＞1；第四N型金氧半電晶體214具有一第一端，耦接於電流源210的第二端，一第二端，及一第三端；第五N型金氧半電晶體216具有一第一端，耦接於第二P型金氧半電晶體204的第三端，一第二端，耦接於第五N型金氧半電晶體216的第一端和第四N型金氧半電晶體214的第二端，及一第三端，耦接於地端GND；第一電阻218具有一第一端，用以接收第一電壓HV，及一第二端，用以耦接於第三P型金氧半電晶體222，其中第一電阻218係用以穩定第一P型金氧半電晶體202的第三端的電壓；第二電阻220具有一第一端，耦接於第四N型金氧半電晶體214的第三端，及一第二端，耦接於地端GND，其中第二電阻220係用以降低高效能驅動電路200的閉迴路增益，以穩定高效能驅動電路200。

請參照第3圖，第3圖係為說明第一控制訊號FCS、第二控制訊號SCS和流經節點A的電流IA的時序示意圖。如第3圖所示，第一控制訊號FCS的高電位位準係為第一電壓HV(例如20V)，以及第一控制訊號FCS的低電位位準係為一第三電壓V3(例如17V)。但本發明並不受限於第一電壓HV為20V和第三電壓V3為17V。如第3圖所示，第二控制訊號SCS的高電位位準係為一第四電壓V4(例如3V)，以及第二控制訊號SCS的低電位位準係為地端GND(0V)。但本發明並不受限於第四電壓為3V。另外，因為第一控制訊號FCS和第二控制訊號SCS的頻率相同，所以第一P型金氧半電晶體202和第一N型金氧半電晶體206不會同時開啟及不會同時關閉。

如第2圖和第3圖所示，當第一P型金氧半電晶體202根據第一控制訊號FCS開啟(時段T1)時，電流IA快速上升，所以第一P型金氧半電晶體202的第三端(節點A)的電位亦快速增加。當第一P型金氧半電晶體202的第三端(節點A)的電位增加且穩定在第一電壓HV時，電流IA很小。另外，在第一N型金氧半電晶體206根據第二控制訊號SCS開啟(時段T2)的瞬間，因為第二N型金氧半電晶體208的寬長比係為第三N型金氧半電晶體212的寬長比的N倍且第二P型金氧半電晶體204關閉(節點A的電位係為第一電壓HV)，所以第一電流I1全部流經第三N型金氧半電晶體212，導致電流IA(此時電流IA係為第一電流I1的N倍)快速下降。如此，第一P型金氧半電晶體202的第三端(節點A)的電位亦快速下降至第三電壓V3。另外，在第一P型金氧半電晶體202的第三端(節點A)的電位快速下降至第三電壓V3的過程中，第二P型金氧半電晶體204快速開啟，導致電流IA快速上升。因此，當第一P型金氧半電晶體202的第三端(節點A)的電位降低且穩定在第三電壓V3時，電流IA亦很小。

請參照第4圖，第4圖係為本發明的另一實施例說明一種高效能驅動電路400的示意圖。如第4圖所示，高效能驅動電路400和高效能驅動電路200的差別在於高效能驅動電路400另包含第三P型金氧半電晶體222。第三P型金氧半電晶體222具有一第一端，用以接收第一電壓HV，一第二端，耦接於第一P型金氧半電晶體202的第三端，及一第三端，用以耦接於一負載226，其中第三P型金氧半電晶體222的第三端係為一高壓製程的汲極端，以及第三P型金氧半電晶體222的第二端不是高壓製程的閘極端。另外，高效能驅動電路400的其餘操作原理皆和高效能驅動電路200相同，在此不再贅述。

綜上所述，本發明所提供的高效能驅動電路係利用高效能驅動電路內的第一P型金氧半電晶體和第一N型金氧半電晶體分別根據第一控制訊號和第二控制訊號開啟，以使第一P型金氧半電晶體的第三端的電位(亦即第三P型金氧半電晶體的第二端的電位)介於第一電壓與第三電壓之間。如此，第一P型金氧半電晶體的第三端的電位並不會損毀第三P型金氧半電晶體(第三P型金氧半電晶體的第二端不是高壓製程的閘極端)。另外，第一P型金氧半電晶體的第三端的電位係快速上升及快速下降，且電流IA的絕對值僅在第一P型金氧半電晶體與第一N型金氧半電晶體開啟的瞬間變大(亦即電流IA的絕對值的平均值很小)。因此，相較於先前技術，本發明所提供的高效能驅動電路及轉換器不僅可快速開啟與關閉第三P型金氧半電晶體，且具有較高的效能。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100．．．直流電壓/直流電壓轉換器

102．．．緩衝器

104．．．開關

200、400．．．高效能驅動電路

202．．．第一P型金氧半電晶體

204．．．第二P型金氧半電晶體

206．．．第一N型金氧半電晶體

208．．．第二N型金氧半電晶體

210．．．電流源

212．．．第三N型金氧半電晶體

214．．．第四N型金氧半電晶體

216．．．第五N型金氧半電晶體

218．．．第一電阻

220．．．第二電阻

222．．．第三P型金氧半電晶體

224．．．位準調整器

226．．．負載

A．．．節點

CS．．．控制訊號

FCS．．．第一控制訊號

GND．．．地端

HV．．．第一電壓

I1．．．第一電流

IA．．．電流

SCS．．．第二控制訊號

T1、T2．．．時段

V2．．．第二電壓

V3．．．第三電壓

V4．．．第四電壓

VSG．．．源閘極電壓

第1圖係為先前技術說明直流電壓/直流電壓轉換器的示意圖。

第2圖係為本發明的一實施例說明一種高效能驅動電路的示意圖。

第3圖係為說明第一控制訊號、第二控制訊號和流經節點的電流的時序示意圖。

第4圖係為本發明的另一實施例說明一種高效能驅動電路的示意圖。

200．．．高效能驅動電路

202．．．第一P型金氧半電晶體

204．．．第二P型金氧半電晶體

206．．．第一N型金氧半電晶體

208．．．第二N型金氧半電晶體

210．．．電流源

212．．．第三N型金氧半電晶體

214．．．第四N型金氧半電晶體

216．．．第五N型金氧半電晶體

218．．．第一電阻

220．．．第二電阻

222．．．第三P型金氧半電晶體

224．．．位準調整器

A．．．節點

FCS．．．第一控制訊號

GND．．．地端

HV．．．第一電壓

I1．．．第一電流

IA．．．電流

SCS．．．第二控制訊號

V2．．．第二電壓

Claims (12)

1. 一種高效能驅動電路，包含：一第一P型金氧半電晶體，具有一第一端，用以接收一第一電壓，一第二端，用以接收一第一控制訊號，及一第三端，用以耦接於一第三P型金氧半電晶體，其中該第三P型金氧半電晶體的第三端係為一高壓製程的汲極端，以及該第三P型金氧半電晶體的第二端不是該高壓製程的閘極端；一第二P型金氧半電晶體，具有一第一端，用以接收該第一電壓，一第二端，用以耦接於該第三P型金氧半電晶體，及一第三端；一第一N型金氧半電晶體，具有一第一端，耦接於該第一P型金氧半電晶體的第三端，一第二端，用以接收一第二控制訊號，及一第三端；一第二N型金氧半電晶體，具有一第一端，耦接於該第一N型金氧半電晶體的第三端，一第二端，及一第三端，耦接於一地端；一電流源，具有一第一端，用以接收一第二電壓，及一第二端，其中該電流源係用以提供一第一電流；一第三N型金氧半電晶體，具有一第一端，耦接於該電流源的第二端，一第二端，耦接於該第三N型金氧半電晶體的第一端和該第二N型金氧半電晶體的第二端，及一第三端，耦接於該地端； 一第四N型金氧半電晶體，具有一第一端，耦接於該電流源的第二端，一第二端，及一第三端；一第五N型金氧半電晶體，具有一第一端，耦接於該第二P型金氧半電晶體的第三端，一第二端，耦接於該第五N型金氧半電晶體的第一端和該第四N型金氧半電晶體的第二端，及一第三端，耦接於該地端；一第一電阻，具有一第一端，用以接收該第一電壓，及一第二端，用以耦接於該第三P型金氧半電晶體；及一第二電阻，具有一第一端，耦接於該第四N型金氧半電晶體的第三端，及一第二端，耦接於該地端。
2. 一種高效能驅動電路，包含：一第三P型金氧半電晶體，具有一第一端，用以接收一第一電壓，一第二端，及一第三端，用以耦接於一負載，其中該第三P型金氧半電晶體的第三端係為一高壓製程的汲極端，以及該第三P型金氧半電晶體的第二端不是該高壓製程的閘極端；一第一P型金氧半電晶體，具有一第一端，用以接收該第一電壓，一第二端，用以接收一第一控制訊號，及一第三端，耦接於該第三P型金氧半電晶體的第二端；一第二P型金氧半電晶體，具有一第一端，用以接收該第一電壓，一第二端，耦接於該第三P型金氧半電晶體的第二端，及一第三端； 一第一N型金氧半電晶體，具有一第一端，耦接於該第一P型金氧半電晶體的第三端，一第二端，用以接收一第二控制訊號，及一第三端；一第二N型金氧半電晶體，具有一第一端，耦接於該第一N型金氧半電晶體的第三端，一第二端，及一第三端，耦接於一地端；一電流源，具有一第一端，用以接收一第二電壓，及一第二端，其中該電流源係用以提供一第一電流；一第三N型金氧半電晶體，具有一第一端，耦接於該電流源的第二端，一第二端，耦接於該第三N型金氧半電晶體的第一端和該第二N型金氧半電晶體的第二端，及一第三端，耦接於該地端；一第四N型金氧半電晶體，具有一第一端，耦接於該電流源的第二端，一第二端，及一第三端；一第五N型金氧半電晶體，具有一第一端，耦接於該第二P型金氧半電晶體的第三端，一第二端，耦接於該第五N型金氧半電晶體的第一端和該第四N型金氧半電晶體的第二端，及一第三端，耦接於該地端；一第一電阻，具有一第一端，用以接收該第一電壓，及一第二端，耦接於該第三P型金氧半電晶體的第二端；及一第二電阻，具有一第一端，耦接於該第四N型金氧半電晶體的第三端，及一第二端，耦接於該地端。
3. 如請求項1或2所述之高效能驅動電路，其中該第二N型金氧半電晶體的寬長比大於該第三N型金氧半電晶體的寬長比。
4. 如請求項1或2所述之高效能驅動電路，其中該第一控制訊號係由一位準調整器提供。
5. 如請求項1或2所述之高效能驅動電路，其中該第一控制訊號的高電位位準係為該第一電壓，以及該第一控制訊號的低電位位準係為一第三電壓。
6. 如請求項1或2所述之高效能驅動電路，其中該第二控制訊號的高電位位準係為一第四電壓，以及該第二控制訊號的低電位位準係為該地端。
7. 如請求項1或2所述之高效能驅動電路，其中該第一P型金氧半電晶體的第三端的電壓的高電位位準係為該第一電壓，以及該第一P型金氧半電晶體的第三端的電壓的低電位位準係為一第三電壓。
8. 如請求項1或2所述之高效能驅動電路，其中該第一電阻係用以穩定該第一P型金氧半電晶體的第三端的電壓。
9. 如請求項1或2所述之高效能驅動電路，其中該第二電阻係用以降低該高效能驅動電路的閉迴路增益，以穩定該高效能驅動電路。
10. 如請求項1或2所述之高效能驅動電路，其中當該第一P型金氧半電晶體根據該第一控制訊號開啟時，該第一P型金氧半電晶體的第三端的電壓被提高；當該第一N型金氧半電晶體根據該第二控制訊號開啟時，該第一P型金氧半電晶體的第三端的電壓被降低。
11. 如請求項1或2所述之高效能驅動電路，其中該第一控制訊號和該第二控制訊號的頻率相同。
12. 如請求項1或2所述之高效能驅動電路，其中該第一P型金氧半電晶體和該第一N型金氧半電晶體不會同時開啟及不會同時關閉。