TWI650922B - 具保護電路之半橋電路驅動晶片及其保護方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係揭露一種具保護電路之半橋電路驅動晶片及其保護方法。高側電壓偵測模組連接於高側訊號輸出端，偵測高側電晶體之高側開啟電壓，形成高側開啟訊號。低側電壓偵測模組連接於低側訊號輸出端，偵測低側電晶體之低側開啟電壓，形成低側開啟訊號。保護模組於接收高側開啟訊號及低側開啟訊號時，產生重設訊號，輸出至高側驅動模組，關閉高側電晶體，並輸出至低側驅動模組，關閉低側電晶體。

Description

具保護電路之半橋電路驅動晶片及其保護方法
本發明是有關於一種半橋電路驅動晶片所包含之保護電路及其保護方法，特別是有關於一種能藉由高側訊號輸出端及低側訊號輸出端之電壓偵測，防止高側電晶體及低側電晶體同時開啟，造成射穿(Shoot-through)現象發生之半橋電路驅動晶片及其保護方法。
現有技術當中，半橋電路是利用驅動晶片控制上下臂電晶體的切換，提供負載所需的高壓。在驅動晶片中分為高側(high side)及低側(low side)兩個區域，在這兩個區域之間電壓會相差達100至600伏以上，甚至超過1000伏，一般控制器所傳送的切換訊號，並不足以驅動高側端的電晶體，必須透過電壓位移轉換器轉換訊號的準位，使其能驅動高側端的電晶體。當高側端與低側端的電晶體同時被驅動而打開時，系統的高壓電源對接地端將會造成短路，使得大電流直接貫穿高低側的電晶體，造成半橋電路元件的損毀。雖然在傳送驅動訊號時可以設計使訊號波形在開啟的部分不重疊，但若受到雜訊干擾而使驅動訊號物動作而開啟電晶體，仍有可能造成射穿的現象產生。即便結合過電流保護電路，也可能因為反應過慢而無法即時關閉電晶體。
綜觀前所述，習知的半橋電路在保護機制上仍然具有相當之缺陷，因此，本發明藉由設計一種具有保護電路之半橋電路驅動晶片及其保護方法，針對現有技術之缺失加以改善，確保實際操作時能受到有效的保護，進而增進產業上之實施利用。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種具保護電路之半橋電路驅動晶片及其保護方法，使其能避免高側電晶體與低側電晶體同時開啟的情況，解決習知之保護電路無法即時關閉上下臂電路，造成系統電源對地短路產生大電流而損毀元件之問題。
根據本發明之一目的，提出一種具保護電路之半橋電路驅動晶片，係適用於控制高側電晶體及低側電晶體之切換，其包含高側訊號輸入端、高側訊號輸出端、低側訊號輸入端、低側訊號輸出端、第一脈衝產生模組、第一電壓位移轉換器、高側驅動模組、高側電壓偵測模組、第二脈衝產生模組、第二電壓位移轉換器、低側驅動模組、低側電壓偵測模組以及保護模組。其中，高側訊號輸入端接收高側輸入訊號，高側訊號輸出端連接於高側電晶體，低側訊號輸入端接收低側輸入訊號，低側訊號輸出端連接於低側電晶體。第一脈衝產生模組連接於高側訊號輸入端，將高側輸入訊號轉換成高側脈衝訊號。第一電壓位移轉換器連接於第一脈衝產生模組，提高高側脈衝訊號之電壓位準。高側驅動模組連接於第一電壓位移轉換器，將高側脈衝訊號轉換成高側驅動訊號，經由高側訊號輸出端控制高側電晶體之切換。高側電壓偵測模組連接於高側訊號輸出端，偵測高側電晶體開啟時之高側開啟電壓。第二脈衝產生模組連接於高側電壓偵測模組，將高側開啟電壓轉換成高側開啟脈衝。第二電壓位移轉換器連接於第二脈衝產生模組，降低高側開啟脈衝之電壓位準，形成高側開啟訊號。
低側驅動模組連接於低側訊號輸入端，將低側輸入訊號轉換成低側驅動訊號，經由低側訊號輸出端控制低側電晶體之切換。低側電壓偵測模組連接於低側訊號輸出端，偵測低側電晶體開啟時之低側開啟電壓，形成低側開啟訊號。保護模組連接第二電壓位移轉換器及低側電壓偵測模組，當接收高側開啟訊號及低側開啟訊號時，產生重設訊號，輸出至第一脈衝產生模組，經第一電壓位移轉換器轉換重設訊號至高側驅動模組，關閉高側電晶體，並輸出至低側驅動模組，關閉低側電晶體。
較佳地，高側電壓偵測模組可包含串接之第一電阻與第二電阻，設置在高側訊號輸出端與高側浮動接地端之間，由第一電阻與第二電阻分壓產生高側分壓，傳送至第一比較器與第一參考電壓比較，在高側分壓超過第一參考電壓時輸出高側開啟電壓。
較佳地，低側電壓偵測模組可包含串接之第三電阻與第四電阻，設置在低側訊號輸出端與低側接地端之間，由第三電阻與第四電阻分壓產生低側分壓，傳送至第二比較器與第二參考電壓比較，在低側分壓超過第二參考電壓時輸出低側開啟電壓。
較佳地，保護模組可包含及閘及第一正反器，及閘連接第二電壓位移轉換器及低側電壓偵測模組，在接收高側開啟訊號及低側開啟訊號時，觸發第一正反器產生重設訊號。
較佳地，高側驅動模組可包含第二正反器，由高側脈衝訊號當中之上升脈衝訊號及下降脈衝訊號觸發，輸出開啟及關閉高側電晶體之高側驅動訊號。
根據本發明之另一目的，提出一種半橋電路驅動晶片之保護方法，係適用於控制高側電晶體及低側電晶體之切換。半橋電路驅動晶片之保護方法包含以下步驟：藉由高側訊號輸入端接收高側輸入訊號，藉由低側訊號輸入端接收低側輸入訊號；藉由第一脈衝產生模組將高側輸入訊號轉換成高側脈衝訊號，傳送至第一電壓位移轉換器，提高高側脈衝訊號之電壓位準；藉由高側驅動模組將高側脈衝訊號轉換成高側驅動訊號，經由高側訊號輸出端控制高側電晶體之切換；藉由高側電壓偵測模組偵測高側電晶體開啟時之高側開啟電壓，經由第二脈衝產生模組轉換成高側開啟脈衝，傳送至第二電壓位移轉換器，降低高側開啟脈衝之電壓位準，形成高側開啟訊號；藉由低側驅動模組將低側輸入訊號轉換成低側驅動訊號，經由低側訊號輸出端控制低側電晶體之切換；藉由低側電壓偵測模組偵測低側電晶體開啟時之低側開啟電壓，形成低側開啟訊號；以及當產生高側開啟訊號及低側開啟訊號時，藉由保護模組產生重設訊號，傳送至高側驅動模組以關閉高側電晶體，並傳送至低側驅動模組以關閉低側電晶體。
較佳地，高側電壓偵測模組可藉由第一電阻及第二電阻對高側訊號輸出端至高側浮動接地端之間進行分壓以產生高側分壓，並透過與第一比較器之第一參考電壓比較而產生高側開啟電壓。
較佳地，低側電壓偵測模組可藉由第三電阻及第四電阻對低側訊號輸出端至低側接地端之間進行分壓以產生低側分壓，並透過與第二比較器之第二參考電壓比較而產生低側開啟電壓。
較佳地，保護模組可藉由及閘接收高側開啟訊號及低側開啟訊號之輸入，當收到高側開啟訊號及低側開啟訊號時，觸發第一正反器以產生重設訊號。
較佳地，高側驅動模組可藉由第二正反器接收高側脈衝訊號當中之上升脈衝訊號及下降脈衝訊號之輸入，輸出開啟及關閉高側電晶體之高側驅動訊號。
承上所述，依本發明之具保護電路之半橋電路驅動晶片及其保護方法，其可具有一或多個下述優點：
(1)此具保護電路之半橋電路驅動晶片及其保護方法可藉由保護電路接收高側電壓偵測模組及低側電壓偵測模組所監控之電晶體開啟狀態，在同時接收高側開啟訊號及低側開啟訊號時，迅速關閉高低側的電晶體以避免射穿現象發生，提高操作之安全性。
(2)此具保護電路之半橋電路驅動晶片及其保護方法可藉由高側電壓偵測模組及低側電壓偵測模組監控高低側電晶體開啟之驅動訊號，防止驅動訊號受到雜訊干擾而造成電晶體誤啟動時，發生短路損毀電路元件之問題。
(3)此具保護電路之半橋電路驅動晶片及其保護方法，可藉由保護模組直接傳送重設訊號關閉高低側的電晶體，避免過電流保護電路反應不及造成元件損毀的問題，提升保護的效率及即時性。
為利貴審查委員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
請參閱第1圖，第1圖係為本發明實施例之具保護電路之半橋電路驅動晶片之方塊圖。如圖所示，半橋電路驅動晶片10包含高側訊號輸入端HIN、低側訊號輸入端LIN、高側訊號輸出端HO、低側訊號輸出端LO等輸入及輸出接點。半橋電路驅動晶片10可由微控制器30傳送高側輸入訊號至高側訊號輸入端HIN，且傳送低側輸入訊號至低側訊號輸入端LIN，半橋電路驅動晶片10的高側訊號輸出端HO以及低側訊號輸出端LO分別連接於高側電晶體HQ及低側電晶體LQ，藉由高側輸出訊號及低側輸出訊號控制電晶體之開啟及關閉，進而驅動負載L。半橋電路驅動晶片10當中還包含第一脈衝產生模組21、第一電壓位移轉換器22、高側驅動模組23、高側電壓偵測模組24、第二脈衝產生模組25、第二電壓位移轉換器26、低側驅動模組27、低側電壓偵測模組28以及保護模組29。
第一脈衝產生模組21連接於高側訊號輸入端HIN，在接收到高側輸入訊號後將其轉換成高側脈衝訊號，傳送到第一電壓位移轉換器22。高側脈衝訊號必須由第一電壓位移轉換器22提高訊號之電壓位準才能夠驅動高側之電晶體。高側驅動模組23連接於第一電壓位移轉換器22，將轉換過之高側脈衝訊號形成高側驅動訊號，經由高側訊號輸出端HO輸出，以此控制高側電晶體HQ之開啟或關閉。此時為了即時偵測高側電晶體HQ之切換狀態，設置高側電壓偵測模組24，連接於高側訊號輸出端HO，藉由偵測高側電晶體HQ開啟時之驅動電壓，與預設的參考電壓比較後產生高側開啟電壓。此高側開起電壓之電壓訊號再經由第二脈衝產生模組25轉換成高側開啟脈衝之訊號，並由第二電壓位移轉換器26降低高側開啟脈衝之電壓位準，形成高側開啟訊號。
低側驅動模組27連接於低側訊號輸入端LIN，將低側輸入訊號轉換成低側驅動訊號，經由低側訊號輸出端LO輸出，以此控制低側電晶體LQ之開啟或關閉。同樣為了偵測低側電晶體LQ之切換狀態，設置低側電壓偵測模組28連接於低側訊號輸出端LO，偵測低側電晶體LQ開啟時之驅動電壓，與預設的參考電壓比較後產生低側開啟電壓，將其作為低側開啟訊號。由於在高側訊號輸出端HO與低側訊號輸出端LO均能監測電晶體開啟之狀態，若同時出現開啟訊號，則必須透過保護模組29來防止短路發生。保護模組29連接第二電壓位移轉換器26及低側電壓偵測模組28，當同時接收高側開啟訊號及低側開啟訊號時，產生重設訊號，傳送至第一脈衝產生模組21，經第一電壓位移轉換器22轉換重設訊號至高側驅動模組23，關閉高側電晶體HQ，同時重設訊號也傳送至低側驅動模組27，關閉低側電晶體LQ。換言之，當偵測模組同時偵測到高低側為開啟狀態的訊號時，即藉由重設訊號迅速關閉高側電晶體HQ及低側電晶體LQ，避免同時開啟而發生系統電源對地短路，使得大電流損毀元件的情況。
請參閱第2圖，第2圖係為本發明實施例之具保護電路之半橋電路驅動晶片之電路示意圖。如圖所示，上述實施例當中相關模組可由各種電路元件來實現，其中，與前述實施例相同的元件同樣將以相同標號表示。半橋電路可由半橋電路驅動晶片11連接高側電晶體HQ及低側電晶體LQ來組成，高側電晶體HQ之一端連接高壓電源HV，另一端連接於負載L，低側電晶體LQ一端連接於負載L，另一端接地。半橋電路驅動晶片10控制上臂之高側電晶體HQ的開啟及關閉，也控制下臂之低側電晶體LQ的開啟及關閉，藉由上述切換控制提供所需負載L。另外，半橋電路還可包含電荷泵(charge pump)，連接於半橋電路驅動晶片11之高側電源端VB，由外接二極體及電容連接於供電電壓VCC。
在半橋電路驅動晶片11當中，晶片輸入端可包含高側訊號輸入端HIN及低側訊號輸入端LIN，兩個輸入端分別接收微控制器的高側輸入訊號50及低側輸入訊號51，上述輸入訊號可為脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation, PWM)訊號，其波形具有上升緣50a及下降緣50b，做為控制電晶體開啟或關閉切換之依據。晶片輸出端則可包含高側訊號輸出端HO及低側訊號輸出端LO，高側訊號輸出端HO連接至高側電晶體HQ，提供高側驅動訊號以切換高側電晶體HQ之開啟或關閉。低側訊號輸出端LO連接至低側電晶體LQ，提供低側驅動訊號以切換低側電晶體LQ之開啟或關閉。
在半橋電路操作時，若高側電晶體HQ切換為開啟狀態，高壓電源HV提供至負載L，此時高側浮動接地端VS也會承受高電壓，使得半橋電路驅動晶片11當中之高側區域HA與低側區域LA的電壓差會達到20V至600V，甚至到達1200V。此時若低側電晶體LQ也同樣為開啟狀態，高壓電源HV的大電流將會直接貫穿至接地而產生射穿(Shoot-through)現象，導致元件損毀。為防止上述射穿現象產生，現有的預防方式主要是藉由邏輯電路52接收高側訊號輸入端HIN之高側輸入訊號50及低側訊號輸入端LIN之低側輸入訊號51，藉由邏輯電路52設置安全時間，例如當高側輸入訊號50之下降緣50b延遲經過安全時間後，才通過延遲電路53送出上升之低側輸入訊號51，避免高側輸入訊號50與低側輸入訊號51之開啟部分重疊。然而這只能在輸入端預防輸入訊號之重疊，半橋電路當中之高壓元件，可能因為雜訊的干擾，使得實際高側訊號輸出端HO與低側訊號輸出端LO之輸出訊號不同步於輸入訊號，造成錯誤動作而將高側電晶體HQ及低側電晶體LQ同時打開，進而產生高壓電源對地短路之射穿現象。
除了上述的邏輯電路52的預防方式外，半橋電路也可結合過電流保護電路，在低側電晶體LQ與接地端之間外拉一個電阻，偵測其電流狀態，當發生前述射穿現象時，由於電流會超過預設安全值，由過電流保護電路傳送電流異常之訊號至微處理器，由微處理器送出關閉訊號來關閉上下臂以保護系統。然而，當偵測到高側電晶體HQ與低側電晶體LQ同時導通的大電流發生時，經由過電流保護電路的反應較慢，無法即時關閉上下臂來避免元件損毀。
為解決上述缺陷，本實施例利用偵測高側訊號輸出端HO與低側訊號輸出端LO的驅動電壓，判斷在高側訊號輸出端HO與低側訊號輸出端LO的實際切換狀態，以此來避免高側電晶體HQ與低側電晶體LQ同時開啟的情況發生。以下將詳細說明半橋電路驅動晶片11之內部元件及操作。
由微處理器傳送高側輸入訊號50至高側訊號輸入端HIN，傳送低側輸入訊號51至低側訊號輸入端LIN，高側輸入訊號50及低側輸入訊號51可藉由邏輯電路52檢查以排除上下臂同時開啟之重疊訊號。此時，高側輸入訊號50傳送至第一脈衝產生模組21，將高側輸入訊號50之上升緣50a及下降緣50b轉換成包含上升脈衝訊號及下降脈衝訊號之高側脈衝訊號。此處的高側脈衝訊號必須經由第一電壓位移轉換器22提高電壓位準，以達到足夠驅動高側電晶體HQ之電壓位準。第一電壓位移轉換器22可為金氧半場效電晶體(MOSFET)元件。經過準位轉換之脈衝訊號傳送至高側驅動模組23，將高側脈衝訊號轉換成一高側驅動訊號，經由高側訊號輸出端HO輸出以控制高側電晶體HQ之切換。高側驅動模組23可包含脈衝判斷電路23a、第二正反器23b以及驅動器23c，其中脈衝判斷電路23a是因為本實施例僅以單一電壓位移轉換器來進行準位轉換，必須判斷轉換之脈衝訊號為上升或下降，此處可利用電壓位移轉換器之電流或脈衝訊號之數量或寬度來判斷，將上升脈衝訊號及下降脈衝訊號區分後，傳送至第二正反器23b，由脈衝訊號觸發第二正反器23b產生高側驅動訊號，通過可為反相器之驅動器23c切換高側電晶體HQ。另一方面，低側輸入訊號51則經由延遲電路53傳送至低側驅動模組27，低側驅動模組27可例如為反相器之驅動電路，將低側輸入訊號51轉換成低側驅動訊號，由低側訊號輸出端LO輸出以切換低側電晶體LQ。
為偵測高側電晶體HQ之切換狀態，於高側訊號輸出端HO設置高側電壓偵測模組24，偵測高側電晶體HQ之驅動電壓。其中，高側電壓偵測模組24可在高側訊號輸出端HO與高側浮動接地端VS之間設置包含第一電阻R1與第二電阻R2之分壓電阻，擷取高側訊號輸出端HO對高側浮動接地端VS之高側分壓，再透過第一比較器24a與預設的第一參考電壓Vref1比較。由於開啟高側電晶體HQ之驅動訊號會產生較高之驅動電壓，經分壓後若大於第一參考電壓Vref1，則可判斷其為開啟訊號，由第一比較器24a輸出高側開啟電壓。此時由於高側電壓偵測模組24是位於高側區域HA，由第一比較器24a輸出的高側開啟電壓，必須經由第二脈衝產生模組25轉換成高側開啟脈衝，再由第二電壓位移轉換器26降低高側開啟脈衝之電壓位準，才能形成與低側區域LA比較之高側開啟訊號。
同樣地，低側驅動訊號是透過低側訊號輸出端LO輸出，因此，在低側訊號輸出端LO設置低側電壓偵測模組28，偵測低側電晶體LQ之驅動電壓。其中，低側電壓偵測模組28可在低側訊號輸出端LO與接地端GND之間設置包含第三電阻R3與第四電阻R4之分壓電阻，擷取低側訊號輸出端LO對接地端GND之低側分壓，再透過第二比較器28a與預設的第二參考電壓Vref2比較。由於開啟低側電晶體LQ之驅動訊號會產生較高之驅動電壓，經分壓後若大於第二參考電壓Vref2，則可判斷其為開啟訊號，由第二比較器28a輸出低側開啟電壓。此時低側開啟電壓即可作為低側開啟訊號。
由輸出端分壓產生的開啟訊號均傳送至保護模組29，保護模組包含及閘29a及第一正反器29b，及閘29a連接第二電壓位移轉換器26及低側電壓偵測模組28，在同時接收高側開啟訊號及低側開啟訊號時，觸發第一正反器29b產生重設訊號。重設訊號一方面輸出至第一脈衝產生模組21，經第一電壓位移轉換器22轉換重設訊號之電壓位準，再傳送至高側驅動模組23，經由高側訊號輸出端HO輸出以關閉高側電晶體HQ。同時，重設訊號亦輸出至低側驅動模組27，由低側訊號輸出端LO輸出以關閉低側電晶體LQ。由本實施例上述之保護電路所示，當同時偵測到高側電晶體HQ與低側電晶體LQ均為開啟狀態時，即可透過重設訊號迅速關閉上下臂電路，避免產生射穿現象。解除重設訊號鎖定的方式則是等到供電電壓VCC重新開啟後才會恢復正常輸出，如此便能即時且有效的防止射穿現象的發生。
請參閱第3圖，第3圖係為本發明實施例之半橋電路驅動晶片之保護方法之流程圖。如圖所示，其包含以下步驟(S1-S7)：
步驟S1：輸入高側輸入訊號及低側輸入訊號。半橋電路驅動晶片可藉由高側訊號輸入端接收高側輸入訊號，藉由低側訊號輸入端接收低側輸入訊號。
步驟S2：藉由第一脈衝產生模組產生高側脈衝訊號，再由第一電壓位移轉換器提高訊號之電壓位準。由高側訊號輸入端接收之高側輸入訊號，經由第一脈衝產生模組轉換成上升脈衝訊號及下降脈衝訊號，由於訊號之電壓位準不足以驅動高側電晶體切換，因此需由第一電壓位移轉換器提高訊號之電壓位準。
步驟S3：藉由高側驅動模組產生高側驅動訊號，經由高側訊號輸出端輸出以控制高側電晶體。經過第一電壓位移轉換器提高位準之高側脈衝訊號，依據上升脈衝訊號及下降脈衝訊號重建高側輸入訊號之波形，以此觸發第二正反器輸出高側驅動訊號，此高側驅動訊號經高側訊號輸出端輸出以控制高側電晶體之切換。
步驟S4：藉由高側電壓偵測模組以偵測高側電晶體開啟時之高側開啟電壓，由第二脈衝產生模組轉換成高側開啟脈衝，傳送至第二電壓位移轉換器，降低高側開啟脈衝之電壓位準，形成高側開啟訊號。藉由在高側訊號輸出端與高側浮動接地端之間設置分壓電阻，偵測高側訊號輸出端對高側浮動接地端的高側分壓，透過第一比較器與預設的參考電壓比較，當高側分壓大於參考電壓時，由第一比較器輸出高側開啟電壓。藉由輸出高側開啟電壓，監測高側電晶體打開之狀態。此處高側開啟電壓之電壓訊號，同樣須經由第二脈衝產生模組轉換成高側開啟脈衝之訊號，並由第二電壓位移轉換器降低訊號之電壓位準，以形成可由低側端接收之高側開啟訊號。
步驟S5：藉由低側驅動模組產生低側驅動訊號，經由低側訊號輸出端輸出以控制低側電晶體。在高低側區域當中，由低側訊號輸入端接收之低側輸入訊號，傳送至低側驅動模組，轉換成低側驅動訊號，由低側訊號輸出端輸出以控制低側電晶體開啟或關閉之切換。
步驟S6：藉由低側電壓偵測模組偵測低側電晶體開啟時之低側開啟電壓，形成低側開啟訊號。在低側訊號輸出端與低側接地端之間設置分壓電阻，偵測低側訊號輸出端對低側接地端的低側分壓，透過第二比較器與預設的參考電壓比較，當低側分壓大於參考電壓時，由第二比較器輸出低側開啟電壓。藉由輸出低側開啟電壓，監測低側電晶體打開之狀態。在低側區域，第二比較器輸出之低側開啟電壓可直接作為低側開啟訊號。
步驟S7：當同時產生高側開啟訊號及低側開啟訊號時，藉由保護模組產生重設訊號，傳送至高側驅動模組以關閉高側電晶體，同時傳送至低側驅動模組以關閉低側電晶體。半橋電路驅動晶片可藉由設置保護模組來訪止高側電晶體與低側電晶體同時開啟，經由保護模組當中的及閘連接於第二電壓位移轉換器及低側電壓偵測模組，當同時接收到高側開啟訊號及低側開啟訊號時，觸發第一正反器產生重設訊號。此重設訊號能同時傳送至高側驅動模組與低側驅動模組，同時關閉高側電晶體與低側電晶體。由於是偵測使電晶體開啟的驅動訊號，即時產生重設訊號關閉上下臂電路，不會等到大電流實際貫穿後才偵測到過電流的變化，因此能有效的避免射穿現象發生，有助於保護半橋電路及驅動晶片之元件。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
10、11‧‧‧半橋電路驅動晶片
21‧‧‧第一脈衝產生模組
22‧‧‧第一電壓位移轉換器
23‧‧‧高側驅動模組
23a‧‧‧脈衝判斷電路
23b‧‧‧第二正反器
23c‧‧‧驅動器
24‧‧‧高側電壓偵測模組
24a‧‧‧第一比較器
25‧‧‧第二脈衝產生模組
26‧‧‧第二電壓位移轉換器
27‧‧‧低側驅動模組
28‧‧‧低側電壓偵測模組
28a‧‧‧第二比較器
29‧‧‧保護模組
29a‧‧‧及閘
29b‧‧‧第一正反器
30‧‧‧微控制器
50‧‧‧高側輸入訊號
50a‧‧‧上升緣
50b‧‧‧下降緣
51‧‧‧低側輸入訊號
52‧‧‧邏輯電路
53‧‧‧延遲電路
GND‧‧‧接地端
HA‧‧‧高側區域
HIN‧‧‧高側訊號輸入端
HO‧‧‧高側訊號輸出端
HQ‧‧‧高側電晶體
HV‧‧‧高壓電源
L‧‧‧負載
LA‧‧‧低側區域
LIN‧‧‧低側訊號輸入端
LO‧‧‧低側訊號輸出端
LQ‧‧‧低側電晶體
VCC‧‧‧供電電壓
VB‧‧‧高側電源端
VS‧‧‧高側浮動接地端
Vref1‧‧‧第一參考電壓
Vref2‧‧‧第二參考電壓
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
R4‧‧‧第四電阻
S1~S7‧‧‧步驟
第1圖係為本發明實施例之具保護電路之半橋電路驅動晶片之方塊圖。
第2圖係為本發明實施例之具保護電路之半橋電路驅動晶片之電路示意圖。
第3圖係為本發明實施例之半橋電路驅動晶片之保護方法之流程圖。

Claims (10)

  1. 一種具保護電路之半橋電路驅動晶片，係適用於控制一高側電晶體及一低側電晶體之切換，其包含： 一高側訊號輸入端，接收一高側輸入訊號； 一高側訊號輸出端，係連接於該高側電晶體； 一低側訊號輸入端，接收一低側輸入訊號； 一低側訊號輸出端，係連接於該低側電晶體； 一第一脈衝產生模組，係連接於該高側訊號輸入端，將該高側輸入訊號轉換成一高側脈衝訊號； 一第一電壓位移轉換器，係連接於該第一脈衝產生模組，提高該高側脈衝訊號之電壓位準； 一高側驅動模組，係連接於該第一電壓位移轉換器，將該高側脈衝訊號轉換成一高側驅動訊號，經由該高側訊號輸出端控制該高側電晶體之切換； 一高側電壓偵測模組，係連接於該高側訊號輸出端，偵測該高側電晶體開啟時之一高側開啟電壓； 一第二脈衝產生模組，係連接於該高側電壓偵測模組，將該高側開啟電壓轉換成一高側開啟脈衝； 一第二電壓位移轉換器，係連接於該第二脈衝產生模組，降低該高側開啟脈衝之電壓位準，形成一高側開啟訊號； 一低側驅動模組，係連接於該低側訊號輸入端，將該低側輸入訊號轉換成一低側驅動訊號，經由該低側訊號輸出端控制該低側電晶體之切換； 一低側電壓偵測模組，係連接於該低側訊號輸出端，偵測該低側電晶體開啟時之一低側開啟電壓，形成一低側開啟訊號；以及 一保護模組，係連接該第二電壓位移轉換器及該低側電壓偵測模組，當接收該高側開啟訊號及該低側開啟訊號時，產生一重設訊號，輸出至該第一脈衝產生模組，經該第一電壓位移轉換器轉換該重設訊號至該高側驅動模組，關閉該高側電晶體，並輸出至該低側驅動模組，關閉該低側電晶體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具保護電路之半橋電路驅動晶片，其中該高側電壓偵測模組包含串接之一第一電阻與一第二電阻，設置在該高側訊號輸出端與一高側浮動接地端之間，由該第一電阻與該第二電阻分壓產生一高側分壓，傳送至一第一比較器與一第一參考電壓比較，在該高側分壓超過該第一參考電壓時輸出該高側開啟電壓。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具保護電路之半橋電路驅動晶片，其中該低側電壓偵測模組包含串接之一第三電阻與一第四電阻，設置在該低側訊號輸出端與一低側接地端之間，由該第三電阻與該第四電阻分壓產生一低側分壓，傳送至一第二比較器與一第二參考電壓比較，在該低側分壓超過該第二參考電壓時輸出該低側開啟電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具保護電路之半橋電路驅動晶片，其中該保護模組包含一及閘及一第一正反器，該及閘連接該第二電壓位移轉換器及該低側電壓偵測模組，在接收該高側開啟訊號及該低側開啟訊號時，觸發該第一正反器產生該重設訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之具保護電路之半橋電路驅動晶片，其中該高側驅動模組包含一第二正反器，由該高側脈衝訊號當中之一上升脈衝訊號及一下降脈衝訊號觸發，輸出開啟及關閉該高側電晶體之該高側驅動訊號。
  6. 一種半橋電路驅動晶片之保護方法，係適用於控制一高側電晶體及一低側電晶體之切換，其包含以下步驟： 藉由一高側訊號輸入端接收一高側輸入訊號，藉由一低側訊號輸入端接收一低側輸入訊號； 藉由一第一脈衝產生模組將該高側輸入訊號轉換成一高側脈衝訊號，傳送至一第一電壓位移轉換器，提高該高側脈衝訊號之電壓位準； 藉由一高側驅動模組將該高側脈衝訊號轉換成一高側驅動訊號，經由一高側訊號輸出端控制該高側電晶體之切換； 藉由一高側電壓偵測模組偵測該高側電晶體開啟時之一高側開啟電壓，經由一第二脈衝產生模組轉換成一高側開啟脈衝，傳送至一第二電壓位移轉換器，降低該高側開啟脈衝之電壓位準，形成一高側開啟訊號； 藉由一低側驅動模組將該低側輸入訊號轉換成一低側驅動訊號，經由一低側訊號輸出端控制該低側電晶體之切換； 藉由一低側電壓偵測模組偵測該低側電晶體開啟時之一低側開啟電壓，形成一低側開啟訊號；以及 當產生該高側開啟訊號及該低側開啟訊號時，藉由一保護模組產生一重設訊號，傳送至該高側驅動模組以關閉該高側電晶體，並傳送至該低側驅動模組以關閉該低側電晶體。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之半橋電路驅動晶片之保護方法，其中該高側電壓偵測模組係藉由一第一電阻及一第二電阻對該高側訊號輸出端至一高側浮動接地端之間進行分壓以產生一高側分壓，並透過與一第一比較器之一第一參考電壓比較而產生該高側開啟電壓。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之半橋電路驅動晶片之保護方法，其中該低側電壓偵測模組係藉由一第三電阻及一第四電阻對該低側訊號輸出端至一低側接地端之間進行分壓以產生一低側分壓，並透過與一第二比較器之一第二參考電壓比較而產生該低側開啟電壓。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之半橋電路驅動晶片之保護方法，其中該保護模組係藉由一及閘接收該高側開啟訊號及該低側開啟訊號之輸入，當收到該高側開啟訊號及該低側開啟訊號時，觸發一第一正反器以產生該重設訊號。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之半橋電路驅動晶片之保護方法，其中該高側驅動模組係藉由一第二正反器接收該高側脈衝訊號當中之一上升脈衝訊號及一下降脈衝訊號之輸入，輸出開啟及關閉該高側電晶體之該高側驅動訊號。
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