TWI482402B - 自舉型閘極驅動器 - Google Patents

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Description

自舉型閘極驅動器
本發明是有關於一種電源轉換領域，且特別是有關於一種應用在同步整流線路/應用的自舉型閘極驅動器。
目前在電源轉換領域的整流方案有兩種類型，一種是二極體整流，而另一種是同步整流。二極體整流根據二極體的導通而執行，而同步整流則使用閘極驅動信號以控制同步整流器的運作(即，開啟和關閉)而執行。同步整流器一般使用MOSFET來實施。在低壓大電流的電源轉換場合中，二極體的順向偏壓(Vf)一般無法進一步地減小，故功耗較大；另一方面，同步整流器的導通電阻(Rds-on)較小，故相較於二極體整流而言，其功耗較小。因此，由於使用同步整流器的功耗較小，從而使得電源轉換可以具有更高的轉換效率。
同步整流器在工作區間有導通損耗、驅動損耗、開關損耗、本體二極體(body diode)損耗。當負載處於重載狀態時，負載電流較大，由此造成的導通損耗占很大一部分。當負載處於輕載狀態時，負載電流小，由同步整流器開啟和關閉所造成的開關損耗、驅動損耗居於主導地位。
同步整流相對於二極體整流而言所節約的能量很少。甚至，關聯於同步整流的功耗還會高於二極體整流的功耗，在這種情況下，需要停止同步整流的切換，並且利 用本體二極體進行二極體整流。此外，本體二極體可以切斷負載輕載時的負向無功電流迴路，以至於電感損耗和驅動損耗將顯著減小，連帶使得輕載效率會得到明顯提升。
然而，現今同步整流係採用幾個同步整流器來實施，藉以分別作為高側N型電晶體與低側N型電晶體。其中，高側N型電晶體的功用為整流器，而低側N型電晶體的功用則為開關。而且，如同圖1所示，傳統的自舉型閘極驅動器101係用以反應於一輸入脈寬調變訊號PWM_I而驅動高側N型電晶體QH 與低側N型電晶體QL 。由於自舉型閘極驅動器101反應於所述輸入脈寬調變訊號PWM_I而交替地切換高側N型電晶體QH 與低側N型電晶體QL ，所以當負載處於輕載狀態時，並無法採取直接關閉所述輸入脈寬調變訊號PWM_I的方式以禁能高側N型電晶體QH ，其係因高側N型電晶體QH 與低側N型電晶體QL 共用所述輸入脈寬調變訊號PWM_I的緣故，假如所述輸入脈寬調變訊號PWM_I被關閉的話，則低側N型電晶體QL 的運作會受到影響。換言之，當負載處於輕載狀態時，同步整流的切換還是持續的，以至於輕載效率無法在傳統自舉型閘極驅動器101應用在同步整流應用中的條件下而有效地提升。
有鑒於此，本發明係提供一種自舉型閘極驅動器，藉以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自舉型閘極驅動器，其包括：負載指示單元、自舉型閘極驅動單元，以及驅動控制單元。其中，負載指示單元用以反應於負載的狀態而產生一負載指示訊號。自舉型閘極驅動單元用以反應於一輸入脈寬調變訊號而驅動具有一高側驅動路徑與一低側驅動路徑的開關電晶體電路。驅動控制單元耦接負載指示單元與自舉型閘極驅動單元，用以反應於所述負載指示訊號而致能或禁能所述高側驅動路徑。
於本發明一示範性實施例中，負載指示單元包括：取樣電路與判斷電路。其中，取樣電路用以採取一電壓/電流感測手段以偵測負載的狀態，藉以提供一偵測訊號。判斷電路耦接取樣電路，用以比較所述偵測訊號與一參考訊號，藉以產生所述負載指示訊號。
於本發明一示範性實施例中，開關電晶體電路包括對應至所述高側驅動路徑的高側電晶體與對應至所述低側驅動路徑的低側電晶體。基此，自舉型閘極驅動單元包括：高側驅動電路、低側驅動電路、自舉二極體、自舉電容，以及訊號處理單元。其中，高側驅動電路耦接高側電晶體，用以反應於一關聯於所述輸入脈寬調變訊號的第一控制訊號而驅動高側電晶體。低側驅動電路耦接低側電晶體，用以反應於一關聯於所述輸入脈寬調變訊號的第二控制訊號而驅動低側電晶體，其中所述第一控制訊號與所述第二控制訊號互補。自舉二極體的陽極耦接驅動控制單元的輸出。自舉電容的第一端耦接自舉二極體的陰極，而自舉電 容的第二端則耦接於高側電晶體與低側電晶體之間。訊號處理單元耦接高側驅動電路與低側驅動電路，用以接收並處理所述輸入脈寬調變訊號，藉以產生所述第一控制訊號與所述第二控制訊號。
於本發明一示範性實施例中，高側驅動電路包括：第一電晶體與第二電晶體。其中，第一電晶體的控制電極用以接收所述第一控制訊號，第一電晶體的第一電極耦接自舉二極體的陰極與自舉電容的第一端，而第一電晶體的第二電極則耦接高側電晶體的閘極。第二電晶體的控制電極用以接收所述第一控制訊號，第二電晶體的第一電極耦接第一電晶體的第二電極與高側電晶體的閘極，而第二電晶體的第二電極則耦接自舉電容的第二端、高側電晶體的源極與低側電晶體的汲極。
於本發明一示範性實施例中，低側驅動電路包括：第三電晶體與第四電晶體。其中，第三電晶體的控制電極用以接收所述第二控制訊號，第三電晶體的第一電極耦接至一系統電源，而第三電晶體的第二電極則耦接低側電晶體的閘極。第四電晶體的控制電極用以接收所述第二控制訊號，第四電晶體的第一電極耦接第三電晶體的第二電極與低側電晶體的閘極，而第四電晶體的第二電極則耦接低側電晶體的源極。
於本發明一示範性實施例中，第一至第四電晶體可以為雙載子接面電晶體。基此，第一電晶體與第三電晶體可以為NPN型雙載子接面電晶體，而第二電晶體與第四電晶 體可以為PNP型雙載子接面電晶體。
於本發明一示範性實施例中，高側電晶體與低側電晶體可以為N型功率電晶體。
於本發明一示範性實施例中，驅動控制單元包括：第五電晶體與第六電晶體。其中，第五電晶體的控制電極用以接收所述負載指示訊號，而第五電晶體的第一電極則耦接至一接地電位。第六電晶體的控制電極耦接第五電晶體的第二電極，第六電晶體的第一電極耦接至所述系統電源，而第六電晶體的第二電極則耦接自舉二極體的陽極。於此，第六電晶體的第二電極用以作為驅動控制單元的輸出。
於本發明一示範性實施例中，驅動控制單元可以更包括：限流電阻，其耦接於第五電晶體的第二電極與第六電晶體的控制電極之間。
於本發明一示範性實施例中，第五電晶體可以為N型電晶體，而第六電晶體可以為PNP型雙載子接面電晶體。
於本發明一示範性實施例中，當負載處於輕載狀態時，所述負載指示訊號處於低準位，以至於第五電晶體與第六電晶體會被關閉，藉以禁能所述高側驅動路徑；以及當負載非處於輕載狀態時，所述負載指示訊號處於高準位，以至於第五電晶體與第六電晶體會被開啟，藉以致能所述高側驅動路徑。
於本發明一示範性實施例中，訊號處理單元可以包括：第一串接的準位移位模組與邏輯模組以及第二串接的 準位移位模組與邏輯模組。其中，第一串接的準位移位模組與邏輯模組用以接收並處理所述輸入脈寬調變訊號，藉以產生所述第一控制訊號。第二串接的準位移位模組與邏輯模組用以接收並處理所述輸入脈寬調變訊號，藉以產生所述第二控制訊號。
於本發明一示範性實施例中，所提之自舉型閘極驅動器至少適用於一電壓轉換器，例如：升壓轉換器。
基於上述，於本發明中，當負載處於輕載狀態時，應用在同步整流應用中之所提的自舉型閘極驅動器具有停止高側電晶體與低側電晶體(即，同步整流)之切換的能力，以至於輕載效率會得到明顯地/大大地提升。而且，所述低側驅動路徑的運作無關乎所述高側驅動路徑的致能或禁能而受到影響。
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。
基於切換式電源高效、可靠和安全的要求，本發明提供一種如圖2所示的自舉型閘極驅動器20。更清楚來說，圖2繪示為本發明一示範性實施例之自舉型閘極驅動器20 的示意圖。請參照圖2，自舉型閘極驅動器20包括負載指示單元201、自舉型閘極驅動單元203，以及驅動控制單元205。負載指示單元201用以反應於負載40(例如：電子裝置，但並不限制於此)的狀態而產生負載指示訊號C32 。其中，負載指示訊號C32 的準位表示為負載40的狀態，例如：重載狀態、輕載狀態或中載狀態，但並不限制於此。
更清楚來說，圖3A繪示為圖2之自舉型閘極驅動器20中的負載指示單元201的實施示意圖。請參照圖2與圖3A，負載指示單元201包括取樣電路301與判斷電路303。取樣電路301用以採取一電壓/電流感測手段(a means of voltage/current sensing)以偵測負載40的狀態，藉以提供偵測訊號DS。判斷電路303耦接取樣電路301，用以比較偵測訊號DS與內建的參考訊號RS，藉以產生負載指示訊號C32 。
於此請回顧圖2，自舉型閘極驅動單元203用以反應於輸入脈寬調變訊號PWM_I而驅動開關電晶體電路30，其中開關電晶體電路30具有高側驅動路徑/迴路與低側驅動路徑/迴路。此外，驅動控制單元205耦接負載指示單元201與自舉型閘極驅動單元203，用以反應於負載指示訊號C32 而致能或禁能開關電晶體電路30的高側驅動路徑。
更清楚來說，圖3B繪示為圖2之自舉型閘極驅動器20中的自舉型閘極驅動單元203與驅動控制單元205的實施示意圖。請參照圖2與圖3B，於本示範性實施例中，開關電晶體電路30可以包括對應至高側驅動路徑的高側電 晶體QH 與對應至低側驅動路徑的低側電晶體QL 。其中，高側電晶體QH 與低側電晶體QL 串接在端點P1與P2之間，且可以採用N型功率電晶體來實施，但並不限制於此。
自舉型閘極驅動單元203可以包括高側驅動電路305、低側驅動電路307、自舉二極體D、自舉電容C，以及訊號處理單元309。其中，高側驅動電路305耦接高側電晶體QH ，用以反應於關聯於輸入脈寬調變訊號PWM_I的第一控制訊號VPWM 而驅動高側電晶體QH 。低側驅動電路307耦接低側電晶體QL ，用以反應於關聯於輸入脈寬調變訊號PWM_I的第二控制訊號VPWM ’而驅動低側電晶體QL 。於本示範性實施例中，第一控制訊號VPWM 與第二控制訊號VPWM ’互補。
自舉二極體D的陽極耦接驅動控制單元205的輸出。自舉電容C的第一端耦接自舉二極體D的陰極，而自舉電容C的第二端則耦接於高側電晶體QH 與低側電晶體QL 之間。訊號處理單元309耦接高側驅動電路305與低側驅動電路307，用以接收並處理輸入脈寬調變訊號PWM_I，藉以產生第一控制訊號VPWM 與第二控制訊號VPWM ’。
於本示範性實施例中，高側驅動電路305與低側驅動電路307中的每一者可以為圖騰柱(totem pole)驅動電路，但並不限制於此。在此條件下，高側驅動電路305可以包括電晶體Q1與Q2，而低側驅動電路307可以包括電晶體Q3與Q4。電晶體Q1~Q4可以為雙載子接面電晶體(BJT)，但並不限制於此，故而電晶體Q1與Q3可以為 NPN型雙載子接面電晶體，而電晶體Q2與Q4可以為PNP型雙載子接面電晶體。
電晶體Q1的控制電極(即，基極)用以接收第一控制訊號VPWM ，電晶體Q1的第一電極(即，集極)耦接自舉二極體D的陰極與自舉電容C的第一端，而電晶體Q1的第二電極(即，射極)則耦接高側電晶體QH 的閘極。電晶體Q2的控制電極(即，基極)用以接收第一控制訊號VPWM ，電晶體Q2的第一電極(即，射極)耦接電晶體Q1的第二電極(即，射極)與高側電晶體QH 的閘極，而電晶體Q2的第二電極(即，集極)則耦接自舉電容C的第二端、高側電晶體QH 的源極與低側電晶體QL 的汲極。
電晶體Q3的控制電極(即，基極)用以接收第二控制訊號VPWM ’，電晶體Q3的第一電極(即，集極)耦接至系統電源VCC，而電晶體Q3的第二電極(即，射極)則耦接低側電晶體QL 的閘極。電晶體Q4的控制電極(即，基極)用以接收第二控制訊號VPWM ’，電晶體Q4的第一電極(即，射極)耦接電晶體Q3的第二電極(即，射極)與低側電晶體QL 的閘極，而電晶體Q4的第二電極(即，集極)則耦接低側電晶體QL 的源極。
另外，訊號處理單元309可以包括第一串接的準位移位模組311與邏輯模組313以及第二串接的準位移位模組315與邏輯模組317。其中，第一串接的準位移位模組311與邏輯模組313用以接收並處理輸入脈寬調變訊號PWM_I，藉以產生第一控制訊號VPWM 。第二串接的準位 移位模組315與邏輯模組317用以接收並處理輸入脈寬調變訊號PWM_I，藉以產生第二控制訊號VPWM ’。每一準位移位模組311與315係用以調節/調整輸入電壓的準位，而每一邏輯模組313與317係用以對輸入數位訊號進行邏輯轉換。
於此值得一提的是，準位移位模組311與315以及邏輯模組313與317都是可選用的。準位移位模組311與315以及邏輯模組313與317的採用與否可以視實際設計或應用需求而論。
另一方面，驅動控制單元205可以包括電晶體Q5與Q6以及限流電阻RL。於本示範性實施例中，電晶體Q5可以為N型電晶體，而電晶體Q6可以為PNP型雙載子接面電晶體，但並不限制於此。在此條件下，電晶體Q5的控制電極(即，閘極)用以接收來自負載指示單元201的負載指示訊號C32 ，而電晶體Q5的第一電極(即，源極)則耦接至接地電位GND。
電晶體Q6的控制電極(即，基極)透過限流電阻RL而耦接至電晶體Q5的第二電極(即，汲極)。換言之，限流電阻RL耦接於電晶體Q5的第二電極(即，汲極)與電晶體Q6的控制電極(即，基極)之間。電晶體Q6的第一電極(即，射極)耦接至系統電源VCC，而電晶體Q6的第二電極(即，集極)則耦接自舉二極體D的陽極。於本示範性實施例中，電晶體Q6的第二電極(即，集極)可以作為/視為驅動控制單元205的輸出，而電晶體Q5的 控制電極(即，閘極)可以作為/視為驅動控制單元205的輸入。
於此，值得一提的是，在本示範性實施例中，當負載40處於輕載狀態時，負載指示訊號C32 處於低準位，以至於電晶體Q5與Q6會被同時關閉(turn-off)，藉以禁能開關電晶體30的高側驅動路徑。此外，當負載40非處於輕載狀態(例如：重載狀態或中載狀態，但並不限制於此)時，負載指示訊號C32 處於高準位，以至於電晶體Q5與Q6會被同時開啟(turn-on)，藉以致能開關電晶體30的高側驅動路徑。
於此，在負載40非處於輕載狀態(例如：重載狀態或中載狀態，但並不限制於此)的條件下，高側電晶體QH 與低側電晶體QL 的切換如同以下所述。
當負載40非處於輕載狀態時，負載指示單元201將產生高準位的負載指示訊號C32 。如此一來，電晶體Q5與Q6會被同時開啟。在此條件下，由於系統電源VCC會被提供至自舉二極體D的陽極與低側驅動電路307，所以自舉電容C的充電路徑得以被建立。由此，由於系統電源VCC可以被提供至自舉二極體D的陽極與低側驅動電路307，以至於開關電晶體30的高側驅動路徑與低側驅動路徑會反應於高側驅動電路305與低側驅動電路307的致能而被致能。
在系統電源VCC可以被提供至自舉二極體D的陽極與低側驅動電路307的條件下，當第二控制訊號VPWM ’處 於高準位時，電晶體Q3會被開啟，以至於低側電晶體QL 的閘極會耦接至系統電源VCC。在此條件下，低側電晶體QL 會被開啟，而系統電源VCC會對自舉電容C進行充電。此外，當第二控制訊號VPWM ’處於低準位時，電晶體Q4會被開啟，以至於低側電晶體QL 的閘極與源極會耦接在一起。在此條件下，低側電晶體QL 會被關閉。
在系統電源VCC可以被提供至自舉二極體D的陽極與低側驅動電路307的條件下，當第一控制訊號VPWM 處於高準位時，電晶體Q1會被開啟，以至於自舉電容C會跨接在高側電晶體QH 的閘極與源極。在此條件下，高側電晶體QH 可以反應於自舉電容C的跨壓(於此假設自舉電容C的跨壓大於高側電晶體QH 的臨限電壓(Vth))而被開啟。然而，若自舉電容C的跨壓被控制為低於高側電晶體QH 之臨限電壓(Vth)的話，則高側電晶體QH 會被關閉。換言之，當第一控制訊號VPWM 處於高準位時，高側電晶體QH 開啟與否將由自舉電容C的跨壓而決定。此外，當第一控制訊號VPWM 處於低準位時，電晶體Q2會被開啟，以至於高側電晶體QH 的閘極與源極會耦接在一起。在此條件下，高側電晶體QH 會被關閉。
另一方面，在負載40處於輕載狀態的條件下，高側電晶體QH 與低側電晶體QL 的切換如同以下所述。
當負載40處於輕載狀態時，負載指示單元201將產生低準位的負載指示訊號C32 。如此一來，電晶體Q5與Q6會被同時關閉。在此條件下，由於系統電源VCC無法 被提供至自舉二極體D的陽極，且其僅可以被提供至低側驅動電路307，所以自舉電容C的充電路徑無法被建立。由此，由於系統電源VCC無法被提供至自舉二極體D的陽極，以至於開關電晶體30的高側驅動路徑會反應於高側驅動電路305的禁能而被禁能，但此時開關電晶體30的低側驅動路徑還是會反應於低側驅動電路307的致能而持續地被致能。
在系統電源VCC僅可以被提供至低側驅動電路307的條件下，當第二控制訊號VPWM ’處於高準位時，電晶體Q3會被開啟，以至於低側電晶體QL 的閘極會耦接至系統電源VCC。在此條件下，低側電晶體QL 會被開啟，但系統電源VCC此時無法對自舉電容C進行充電，其係因自舉電容C的充電路徑無法被建立。此外，當第二控制訊號VPWM ’處於低準位時，電晶體Q4會被開啟，以至於低側電晶體QL 的閘極與源極會耦接在一起。在此條件下，低側電晶體QL 會被關閉。顯然地，開關電晶體30之低側驅動路徑的運作無關乎開關電晶體30之高側驅動路徑的致能或禁能而受到影響。
在系統電源VCC僅可以被提供至低側驅動電路307的條件下，由於自舉電容C的充電路徑無法被建立，以至於高側電晶體QH 會在負載40處於輕載狀態時持續地被關閉。顯然地，在負載40處於輕載狀態時，自舉型閘極驅動器20可以禁能開關電晶體30的高側驅動路徑，藉以明顯地/大大地提升輕載效率。
圖4繪示為圖2之自舉型閘極驅動器20的部分運作示意圖。請參照圖2至圖4，圖4中僅繪示負載指示訊號C32 、第一控制訊號VPWM 與自舉電容C上的電壓Vg。假如在時間軸t上的時點T1之前，負載40非處於輕載狀態。在此條件下，負載指示訊號C32 處於高準位，所以自舉電容C的充電路徑得以被建立。如此一來，開關電晶體電路30的高側驅動路徑會被致能，以至於當第一控制訊號VPWM 處於高準位時，高側電晶體QH 會反應於高準位的電壓Vg而被開啟。此外，當第一控制訊號VPWM 處於低準位時，高側電晶體QH 會反應於低準位的電壓Vg而被關閉。
另一方面，假如在時間軸t上的時點T1之後，負載40處於輕載狀態。在此條件下，負載指示訊號C32 處於低準位，所以自舉電容C的充電路徑無法被建立。如此一來，開關電晶體電路30的高側驅動路徑會被禁能，以至於無關乎第一控制訊號VPWM 處於高準位或是低準位，高側電晶體QH 會反應於低準位的電壓Vg而持續地被關閉。
圖5繪示為圖2之自舉型閘極驅動器20的應用示意圖。請參照圖2至圖5，於本示範性實施例中，假設自舉型閘極驅動器20至少適用於電壓轉換器，例如：圖5所示的升壓轉換器，但並不限制於此。換言之，於圖5中所示的電路架構係為升壓轉換拓墣。更清楚來說，端點T001與T002為升壓轉換器的輸入，而端點T003與T004為升壓轉換器的輸出以供應輸出電壓Vout給負載40。
如圖5所示，透過高側電晶體QH 的本體二極體，高 側電晶體QH 可以起同步整流器(synchronous rectifier,SR)的作用；另外，低側電晶體QL 可以作為升壓轉換器的主開關。晶片CP1(例如為型號LT6106的積體晶片，但並不限制於此)以及電阻R1與RD可以起取樣電路301的作用；而電阻R2~R5與比較器CM可以起判斷電路303的作用。晶片CP2(例如為型號LM27222的積體晶片，但並不限制於此)可以起高側驅動電路305、低側驅動電路307與訊號處理單元309的作用。
在此條件下，晶片CP1可以透過電阻RD而獲得供應至負載40的負載電流，藉以偵測出負載40的狀態，從而產生具有電壓準位VDS 的偵測訊號DS給判斷電路303。判斷電路303會比較具有電壓準位VDS 的偵測訊號DS與具有電壓準位VRS 的參考訊號RS，藉以產生負載指示訊號C32 。其中，參考訊號RS係對應至一輕載參考點。若具有電壓準位VDS 的偵測訊號DS高於具有電壓準位VRS 的參考訊號RS的話，則所輸出的負載指示訊號C32 處於高準位。如此一來，則表示負載40非處於輕載狀態。另外，若具有電壓準位VDS 的偵測訊號DS低於具有電壓準位VRS 的參考訊號RS的話，則所輸出的負載指示訊號C32 處於低準位。如此一來，則表示負載40處於輕載狀態。
在負載40非處於輕載狀態的條件下，電晶體Q5與Q6會反應於高準位的負載指示訊號C32 而被同時開啟，所以高側電晶體QH 與低側電晶體QL 會在晶片CP2的控制下而交替地被切換，其係因自舉電容C的充電路徑得以被建 立。另一方面，在負載40處於輕載狀態的條件下，電晶體Q5與Q6會反應於低準位的負載指示訊號C32 而被同時關閉，所以高側電晶體QH 無法在晶片CP2的控制下而被切換，其係因自舉電容C的充電路徑無法被建立，但是，與此同時，低側電晶體QL 還是可以在晶片CP2的控制下而被切換。
在此值得一提的是，由於本體二極體為單一方向性導通元件，所以切斷了負載40處於輕載狀態下無功循環電流的迴路。這樣升壓轉換器將運行在電感電流斷續模式(DCM)。基此，負向電感電流將不會出現，且電感損耗和同步整流器的驅動損耗將顯著減小。因而，輕載效率會得到明顯提升。
除此之外，雖然上述示範性實施例係以自舉式閘極驅動器20應用在升壓轉換器為例來進行說明，但是自舉式閘極驅動器20的應用場合並不限制於此。更清楚來說，自舉式閘極驅動器20可以應用在有別於升壓轉換器的其他類型電壓轉換器，例如：具有同步整流器的降壓轉換器、具有同步整流器的順向式轉換器、具有同步整流器的返馳式轉換器、…等，但並不限制於此。換言之，自舉式閘極驅動器20的應用得以視實際設計或應用需求而論。
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。
20、101‧‧‧自舉式閘極驅動器
30‧‧‧開關電晶體電路
40‧‧‧負載
201‧‧‧負載指示單元
203‧‧‧自舉式閘極驅動單元
205‧‧‧驅動控制單元
301‧‧‧取樣電路
303‧‧‧判斷電路
305‧‧‧高側驅動電路
307‧‧‧低側驅動電路
309‧‧‧訊號處理單元
311、315‧‧‧準位移位模組
313、317‧‧‧邏輯模組
QH ‧‧‧高側(N型)電晶體
QL ‧‧‧低側(N型)電晶體
Q1~Q6‧‧‧電晶體
D‧‧‧自舉二極體
C‧‧‧自舉電容
RL、RD、R1~R5‧‧‧電阻
CP1、CP2‧‧‧晶片
CM‧‧‧比較器
P1、P2、T001~T004‧‧‧端點
PWM_I‧‧‧輸入脈寬調變訊號
C32 ‧‧‧負載指示訊號
DS‧‧‧偵測訊號
RS‧‧‧參考訊號
VPWM ‧‧‧第一控制訊號
VPWM ’‧‧‧第二控制訊號
VDS 、VRS 、Vg‧‧‧電壓準位
VCC‧‧‧系統電源
GND‧‧‧接地電位
Vout‧‧‧輸出電壓
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繪示為傳統自舉型閘極驅動器反應於一輸入脈寬調變訊號而驅動高側N型電晶體與低側N型電晶體的示意圖。
圖2繪示為本發明一示範性實施例之自舉型閘極驅動器的示意圖。
圖3A繪示為圖2之自舉型閘極驅動器中的負載指示單元的實施示意圖。
圖3B繪示為圖2之自舉型閘極驅動器中的自舉型閘極驅動單元與驅動控制單元的實施示意圖。
圖4繪示為圖2之自舉型閘極驅動器的部分運作示意圖。
圖5繪示為圖2之自舉型閘極驅動器的應用示意圖。
30‧‧‧開關電晶體電路
205‧‧‧驅動控制單元
305‧‧‧高側驅動電路
307‧‧‧低側驅動電路
309‧‧‧訊號處理單元
311、315‧‧‧準位移位模組
313、317‧‧‧邏輯模組
QH ‧‧‧高側(N型)電晶體
QL ‧‧‧低側(N型)電晶體
Q1~Q6‧‧‧電晶體
D‧‧‧自舉二極體
C‧‧‧自舉電容
RL‧‧‧(限流)電阻
P1、P2‧‧‧端點
PWM_I‧‧‧輸入脈寬調變訊號
C32 ‧‧‧負載指示訊號
VPWM ‧‧‧第一控制訊號
VPWM ’‧‧‧第二控制訊號
Vg‧‧‧電壓準位
VCC‧‧‧系統電源
GND‧‧‧接地電位

Claims (14)

  1. 一種自舉型閘極驅動器，包括：一負載指示單元，用以反應於一負載的狀態而產生一負載指示訊號，該負載指示單元包括：一取樣電路，用以採取一電壓/電流感測手段以偵測該負載的狀態，藉以提供一偵測訊號；以及一判斷電路，耦接該取樣電路，用以比較該偵測訊號與一參考訊號，藉以產生該負載指示訊號；一自舉型閘極驅動單元，包括一自舉電容，其中該自舉型閘極驅動單元用以反應於一輸入脈寬調變訊號而驅動一開關電晶體電路，其中該開關電晶體電路具有一高側驅動路徑與一低側驅動路徑；以及一驅動控制單元，耦接該負載指示單元與該自舉型閘極驅動單元，用以反應於該負載指示訊號而致能或禁能該高側驅動路徑；其中當該負載處於一輕載狀態，該自舉電容的一充電路徑無法被建立，藉以禁能該高側驅動路徑；其中當該負載非處於輕載時，該自舉電容的該充電路徑得以被建立，藉以致能該高側驅動路徑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之自舉型閘極驅動器，其中該開關電晶體電路包括對應至該高側驅動路徑的一高側電晶體與對應至該低側驅動路徑的一低側電晶體，且該自舉型閘極驅動單元包括： 一高側驅動電路，耦接該高側電晶體，用以反應於一關聯於該輸入脈寬調變訊號的第一控制訊號而驅動該高側電晶體；一低側驅動電路，耦接該低側電晶體，用以反應於一關聯於該輸入脈寬調變訊號的第二控制訊號而驅動該低側電晶體，其中該第一控制訊號與該第二控制訊號互補；一自舉二極體，其陽極耦接該驅動控制單元的輸出，其中該自舉電容的第一端耦接該自舉二極體的陰極，而該自舉電容的第二端則耦接於該高側電晶體與該低側電晶體之間；以及一訊號處理單元，耦接該高側驅動電路與該低側驅動電路，用以接收並處理該輸入脈寬調變訊號，藉以產生該第一控制訊號與該第二控制訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之自舉型閘極驅動器，其中該高側驅動電路包括：一第一電晶體，其控制電極用以接收該第一控制訊號，其第一電極耦接該自舉二極體的陰極與該自舉電容的第一端，而其第二電極則耦接該高側電晶體的閘極；以及一第二電晶體，其控制電極用以接收該第一控制訊號，其第一電極耦接該第一電晶體的第二電極與該高側電晶體的閘極，而其第二電極則耦接該自舉電容的第二端、該高側電晶體的源極與該低側電晶體的汲極。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之自舉型閘極驅動器，其中該低側驅動電路包括：一第三電晶體，其控制電極用以接收該第二控制訊號，其第一電極耦接至一系統電源，而其第二電極則耦接該低側電晶體的閘極；以及一第四電晶體，其控制電極用以接收該第二控制訊號，其第一電極耦接該第三電晶體的第二電極與該低側電晶體的閘極，而其第二電極則耦接該低側電晶體的源極。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之自舉型閘極驅動器，其中該第一至該第四電晶體為雙載子接面電晶體。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之自舉型閘極驅動器，其中該第一電晶體與該第三電晶體為NPN型雙載子接面電晶體，而該第二電晶體與該第四電晶體為PNP型雙載子接面電晶體。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之自舉型閘極驅動器，其中該高側電晶體與該低側電晶體為N型功率電晶體。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之自舉型閘極驅動器，其中該驅動控制單元包括：一第五電晶體，其控制電極用以接收該負載指示訊號，而其第一電極則耦接至一接地電位；以及 一第六電晶體，其控制電極耦接該第五電晶體的第二電極，其第一電極耦接至該系統電源，而其第二電極則耦接該自舉二極體的陽極，其中，該第六電晶體的第二電極用以作為該驅動控制單元的輸出。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之自舉型閘極驅動器，其中該驅動控制單元更包括：一限流電阻，耦接於該第五電晶體的第二電極與該第六電晶體的控制電極之間。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之自舉型閘極驅動器，其中該第五電晶體為N型電晶體，而該第六電晶體為PNP型雙載子接面電晶體。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之自舉型閘極驅動器，其中：當該負載處於該輕載狀態時，該負載指示訊號處於一低準位，以至於該第五電晶體與該第六電晶體會被關閉，且該自舉電容的該充電路徑無法被建立，藉以禁能該高側驅動路徑；以及當該負載非處於該輕載狀態時，該負載指示訊號處於一高準位，以至於該第五電晶體與該第六電晶體會被開啟，且該自舉電容的該充電路徑得以被建立，藉以致能該 高側驅動路徑。
  12. 如申請專利範圍第2項所述之自舉型閘極驅動器，其中該訊號處理單元包括：一第一串接的準位移位模組與邏輯模組，用以接收並處理該輸入脈寬調變訊號，藉以產生該第一控制訊號；以及一第二串接的準位移位模組與邏輯模組，用以接收並處理該輸入脈寬調變訊號，藉以產生該第二控制訊號。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之自舉型閘極驅動器，其中該自舉型閘極驅動器至少適用於一電壓轉換器。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之自舉型閘極驅動器，其中該電壓轉換器至少包括一升壓轉換器。
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