TWI718476B - 轉換電路 - Google Patents

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Abstract

一個轉換電路包含一功率裝置、一個電壓控制開關電路。功率裝置包含一第一端點及一第二端點。電壓控制電路包含一第一端點、一第二端點及一參考端點，其中第一端點用以接收一第一驅動訊號，第二端點耦接至功率裝置的控制端，並傳輸一第二驅動訊號以驅動功率裝置，參考端點耦接至功率裝置的第二端點。流經電壓控制切換裝置的一電流係經控制響應於參考端點的電壓準位。

Description

轉換電路
本案是有關於一種電源供應裝置，且特別是有關於一種在電源供應裝置中的轉換電路。
對於目前用於電源轉換器的轉換電路，供電電壓是依據半導體裝置可被驅動的額定電壓所設計的。因此，需要一個或多個額外的電壓調節器來調節系統供電電力以符合轉換電路及半導體裝置的電壓要求。
本案之一些實施例是關於一種轉換電路。該轉換電路包含具有一第一端點、一第二端點及一控制端點的一功率裝置，及一電壓控制開關電路，該電壓控制開關電路包含具有用以接收一第一驅動訊號的一第一端點、耦接於至該功率裝置的該控制端點並用以傳輸一第二驅動訊號以驅動該功率裝置的一第二端點以及耦接至該功率裝置的第二端點的一參考端點。流經該電壓控制開關電路的一電流係經控制響應於該參考端點之一電壓準位。
本案之另一些實施例是關於一種轉換電路。該轉換電路包含一驅動訊號產生器及一電壓控制開關電路。該驅動訊號產生器用以接收自一電壓源的一輸入電壓，並產生一第一驅動訊號。該電壓控制開關電路包含用以接收該第一驅動訊號的一第一端點、用以輸出響應該第一驅動訊號之一第二驅動訊號的一第二端點及耦接於該驅動訊號產生器之一參考端點的一參考端點。流經該電壓控制開關電路的一電流係經控制響應於該參考端點之一電壓準位。第一驅動訊號的一電壓準位高於該第二驅動訊號的該電壓準位。
以下一般性的說明及之後的詳細說明都應被理解是作為範例，並且目的是在提供如本案專利申請保護的揭示更詳細的說明。
本案所使用的所有詞彙具有其通常的意涵。上述之詞彙在普遍常用之字典中之定義，在本說明書的內容中包含任一於此討論的詞彙之使用例子僅為示例，不應限制到本案揭示內容之範圍與意涵。同樣地，本案揭示內容亦不僅以於此說明書所示出的各種實施例為限。相反地，本案旨在覆蓋可以包含在由所附專利範圍限定的本案的精神和範圍內之替代、修改和等效應用。應注意的是，根據行業中的標準實作，圖示僅用於理解而未按比例繪製。因此，圖示並不意味著限制本案的實際實施例。實際上，為了清楚討論，可以任意增加或減少各種特徵的尺寸。盡可能的，在圖示和說明書中使用相同的圖示符號來表示相同或相似的部分以便更好地理解。
除非另有說明，否則本說明書和專利範圍中使用的術語，在本案的上下文中以及在使用每個術語的特定上下文中具有在本領域中的普通含義。在下文或說明書中的其他地方將討論用於描述本案的某些術語，以向本領域具有通常知識者提供關於本案之描述的額外指導。
在本文的描述和其後的所有專利範圍中，在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指『包含但不限於』。在本文中所使用的『及/或』包含相關列舉項目中一或多個項目的任意一個以及其所有組合。
術語「耦接」也可以稱為「電耦接」，術語「連接」可以稱為「電連接」。「耦接」和「連接」也可以用於表示兩個或更多元素彼此協作或交互。應當理解，儘管這裡可以使用術語「第一」，「第二」等來描述各種元件，但是這些元件不應受這些術語的限制。這些術語用於區分一個元素與另一個元素。例如，第一元素可以被稱為第二元素，並且類似地，第二元素可以被稱為第一元素，而不脫離實施例的範圍。
請參照第1圖。第1圖為根據本案一實施例所繪示的一種轉換電路100的示意圖。如第1圖所示，轉換電路100包含一驅動訊號產生器120、一電壓控制開關電路140及一功率裝置160。驅動訊號產生器120包含一邏輯電路122及一驅動器緩衝器124，該驅動訊號產生器120是用以自一電壓源接收一輸入電壓VDD並產生一驅動訊號DS1。
具體來說，輸入電壓VDD是由邏輯電路122所提供，而驅動器緩衝器124是供應所需電源。在一些實施例中，邏輯電路122是用以根據一脈寬調變（pulse-width modulation, PWM）訊號PWM產生驅動訊號DS1。
舉例而言，如第1圖所示，邏輯電路122可以包含一斯密特（Schmitt）觸發器ST1、一欠壓鎖定（Under-Voltage Lockout, UVLO）電路UVLO1及一及閘AND1。斯密特觸發器ST1用以接收脈寬調變訊號PWM，並輸出一訊號DSx，其中訊號DSx的值維持為該值，直到輸入端點的脈寬調變訊號PWM充分改變到足以觸發一改變。
欠壓鎖定電路UVLO1用以監視輸入電壓VDD並在欠壓出現的條件下提供一保護訊號PS1。及閘AND1耦接於斯密特觸發器ST1及欠壓鎖定電路UVLO1的輸入側，並響應於所接收的複數個訊號執行一邏輯及操作（AND operation）以相應地輸出驅動訊號DS1。驅動訊號DS1被傳輸到耦接於邏輯電路122的驅動器緩衝器124，且驅動器緩衝器124用以透過一輸出端點輸出驅動訊號DS1。
在結構上，電壓控制開關電路140包含一第一端點141、一第二端點143及一參考端點145。如第1圖所示，在一些實施例中，第一端點141耦接至驅動器緩衝器124的輸出端點。第二端點143耦接至功率裝置160的一控制端點。參考端點145耦接至驅動器緩衝器124的參考端點及功率裝置160的一第二端點。
電壓控制開關電路140用以透過第一端點141接收驅動訊號DS1，並透過第二端點143傳輸一驅動訊號DS2以驅動功率裝置160。流經電壓控制開關電路140的電流係經控制響應於參考端點145的一電壓準位。此外，在一些實施例中，電壓控制開關電路140是常通的以響應在參考端點145的一零閘極－源極電壓。
例如，如第1圖所示，在一些實施例中，電壓控制開關電路140可以包含一電壓控制開關142。電壓控制開關142的一汲極耦接至第一端點141。電壓控制開關142的一源極耦接至第二端點143。電壓控制開關142的一閘極耦接至參考端點145。電壓控制開關142可以包含一空乏型金屬氧化物半導體場效電晶體（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, MOSFET）開關裝置以達成響應於參考端點145的零閘極－源極電壓的常通操作，但本案並不以此為限。在一些實施例中， 電壓控制開關142可以包含其他具有相似通道電流對閘極電壓特徵曲線之合適的半導體裝置以實現電壓控制開關142。另外說明，電壓控制開關142可以包含一空乏型MOSFET開關裝置、一增強型MOSFET開關裝置或是其組合。
請參照第2圖。第2圖為根據本案之一些實施例所繪示通道電流（Id）對電壓控制開關電路140之閘極電壓（Vg）的特徵曲線的示意圖。
如第2圖所示，電壓控制開關電路140響應於在參考端點145的零閘極－源極電壓是常通的。電壓控制開關電路140的臨界電壓Vth是負的，且電壓控制開關電路140是用以在閘極－源極電壓小於負臨界電壓Vth的情況下為關（off）。 在在一些實施例中， 臨界電壓Vth是MOSFET開關裝置的臨界電壓。例如，在一些實施例中，常通裝置的臨界電壓介於-0.1伏特與-20伏特之間。
因此，在驅動訊號DS1的電壓準位高於一特定值的情況下，驅動訊號DS2的電壓準位響應於電壓控制開關電路140的臨界電壓Vth被電壓控制開關電路140所箝位。另外說明，驅動訊號DS1的電壓準位高於驅動訊號DS2的電壓準位，因為驅動訊號DS2的電壓準位被電壓控制開關電路140所箝位。
因此，在一些實施例中，驅動訊號產生器120可直接從電壓源接收具有相對高準位(如12伏特)的相同輸入電壓VDD，並相應地輸出有一高準位的驅動訊號DS1。因驅動訊號DS2的電壓準位被箝位在低於使用電壓控制開關電路140，功率裝置160能避免來自具有高於安全上限之電壓準位的驅動訊號造成的損害。因此，在一些實施例中，在驅動訊號產生器120降低從電壓源接收的輸入電壓VDD中不需要額外的調節器，且驅動訊號產生器120可直接應用系統的電壓源。此外，在一些實施例中，靜電放電(electrostatic discharge,ESD)造成的高電壓也可被電壓控制開關電路140所隔離，以保護功率裝置160免於受損。
請參照第3圖。第3圖為根據本案之另一些實施例所繪示的轉換電路100的示意圖。根據第3圖的實施例，如第1圖中的元件皆標示相同的符號以利理解。在此，除了需介紹的與第3圖中元件間之相互關係，為簡潔，將省略相似元件在前面之篇幅已仔細地討論的具體操作。
與第1圖中的實施例比較，在第3圖的轉換電路100中，電壓控制開關電路140更包含一箝位電路144電性耦接於電壓控制開關142的閘極與電壓控制開關電路140的參考端點之間。如第3圖所示，在結構上，電壓控制開關142的閘極耦接於箝位電路144的一第一端點，且箝位電路144的一第二端點耦接於電壓控制開關電路140的參考端點145。
箝位電路144用以箝位橫跨箝位電路144之第一端點與第二端點的一電壓Vc至一預設準位。例如，如第3圖所示，在一些實施例中，箝位電路144包含一齊納二極體ZD1。因此，跨於箝位電路144之第一端點與第二端點的電壓Vc被箝位於相應齊納二極體ZD1之崩潰電壓的預設電壓準位。
因電壓Vc被箝位至預設準位，具有一較低臨界電壓的電壓控制開關142被應用以調整驅動訊號DS2的電壓準位，如此整個電路將能彈性的運作。此外，藉由引入箝位電路144以提供箝位電壓Vc，具有相同臨界電壓的電壓控制開關142可被應用到具有較高額定電壓的功率裝置160。因此，箝位電路144的箝位電壓Vc被提供以提升功率裝置160的額定電壓。另外說明，驅動訊號DS2的電壓準位可以基於箝位電壓Vc被調整，無須超過功率裝置160的額定電壓。
請一併參照第4A圖與第4B圖。第4A圖及第4B圖為根據本案之一實施例所繪示的實現箝位電路144的示意圖。如第4A圖所示，在一些替代的實施例中，箝位電路144可以多個二極體D1～Dn彼此電性耦接實現。如第4B圖，在一些替代的實施例中，箝位電路144可以多個金屬氧化物半導體場效電晶體T1～Tn彼此電性耦接實現。金屬氧化物半導體場效電晶體T1～Tn中之一者的閘極電性耦接於金屬氧化物半導體場效電晶體T1～Tn中之另一者的源極或汲極。二極體D1～Dn或金屬氧化物半導體場效電晶體T1～Tn的數量可以依實際需要調整，且本案不因第4A圖和第4B圖中的例子所限制。
請參照第5圖。第5圖為根據本案之另一實施例所繪示的轉換電路100的示意圖。根據第5圖的實施例，如第1圖及第3圖中的元件皆標示相同的符號以利理解。在此，除了需介紹的與第1圖及第3圖中元件間之相互關係，為簡潔，將省略相似元件在前面之篇幅已仔細地討論的具體操作。
與第3圖中的實施例比較，第5圖的轉換電路100中，電壓控制開關電路140更包含一電阻器R1。電阻器R1的第一端點耦接於電壓控制開關142的源極，且電阻器R1的第二端點耦接電壓控制開關142的閘極。在一些實施例中，電阻器R1可以MOSFET的導通電阻實現。在一些替代實施例中，電阻器 R1可以是電壓控制開關142的閘極至源極之漏電流的等效電阻。電阻器R1可以提供一電流路徑給流經箝位電路144的電流Iz以保護功率裝置160。
在本案不同的實施例中，功率裝置160可以是應用於不同開關電源供應裝置的電源開關元件，像是降壓轉換器、升壓轉換器、升降壓轉換器或有電源轉換的其他裝置。舉例來說，功率裝置160可以包含一氮化鎵（Gallium Nitride, GaN）開關裝置、一MOSFET開關裝置、一絕緣閘雙極電晶體（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）開關裝置、一雙極性結型電晶體（bipolar junction transistor, BJT）開關裝置、一碳化矽（SiC）開關裝置、一繼電開關裝置或任何這些的組合。
請參照第6A圖至第6D圖。第6A圖至第6D圖為根據本案之一實施例所繪示的電壓控制開關電路140與功率裝置160之整合的示意圖。
相應於第1圖中的實施例，如第6A圖所示，在一些實施例中，常通電壓控制開關142及功率裝置160在一基板610a上與系統單晶片(System on Chip,SoC)整合或封裝在一起以形成晶片600a。如第6B圖所示，在一些實施例中，常通電壓控制開關142及功率裝置160在一基板610b上與系統級封裝(System in Package,SiP)整合或封裝在一起以形成晶片600b。在不同實施例中，系統及封裝晶粒可以垂直推疊或水平平舖，並透過固定於封裝的線路內部連接。
與第3圖中的實施例比較，如第6C圖所示，在一些實施例中，常通電壓控制開關142、箝位電路144及功率裝置160在一基板610c上與系統單晶片整合或封裝在一起以形成晶片600c。如第6D圖所示，在一些實施例中，常通電壓控制開關142、箝位電路144及功率裝置160在一基板610d上與系統級封裝整合或封裝在一起以形成晶片600d。
換言之，在不同實施例中，電壓控制開關電路140及功率裝置160可以與系統級封裝、系統單晶片、3D積體電路等等整合或封裝在一起。
請參照第7A圖及第7B圖。第7A圖及第7B圖為根據本案之一實施例所繪示的驅動訊號產生器120與電壓控制開關電路140之整合的示意圖。
相應於第1圖中的實施例，如第7A圖所示，在一些實施例中，邏輯電路122、驅動器緩衝器124及電壓控制開關電路140在一基板710a上與系統單晶片整合或封裝在一起以形成晶片700a。如第7B圖所示，在一些實施例中，邏輯電 路122、驅動器緩衝器124及電壓控制開關電路140在一基板710b上與系統級封裝整合或封裝在一起以形成晶片700b。
換言之，在不同實施例中，與應用在電壓控制開關電路140及功率裝置160相似，在一些實施例中，驅動訊號產生器120和電壓控制開關電路140可以與系統級封裝、系統單晶片、3D積體電路等等整合或封裝在一起。
在一些實施例中，驅動訊號產生器120、電壓控制開關電路140及功率裝置160可以與系統級封裝、系統單晶片、3D積體電路等等整合或封裝在一起，且為簡潔的緣故，在這裡省略更多的解釋。
另外，上述實施例中的元件可以各種的數位或類比電路實現，也可以不同的積體電路晶片實現。每一個元件也可以整合在一單一晶片中。值得注意的是，在實際的應用中，電路可以一微控制單元(microcontroller unit,MCU)實現，或用不同的方式實現，如一數位訊號處理器(digital signal processor,DSP)或可程式邏輯陣列晶片(field-programmable gate array,FPGA)或機械開關，例如各種類型的繼電器。常通開關裝置可以是具有類似IV特性的氮化鎵電晶體或半導體裝置。變壓器、二極體、電阻器、電容器單元和/或電感器單元可以透過合適的電子元件實現。以上列表僅是示例性的，並不意味著是對本案的限制。
綜合來說，在本案的不同實施例中，藉由安排常通電壓控制開關電路140於驅動訊號產生器120及功率裝置160之間，不需要額外的調整電路，且驅動器可以直接應用系統電源，以提供驅動訊號供電給半導體裝置。更進一步，常通電壓控制開關電路140可保護功率半導體裝置免受由靜電放電引起的高電壓。
應注意的是，在不同的實施例中的圖示、實施例方式、特徵以及電路可以只沒有矛盾出現的情況下彼此互相組合。附圖中繪示的電路僅是示例並且為了簡化和易於理解而簡化，但並不意味著限制本案。
雖然參考本案的某些實施例已相當詳細地描述本案，但應該理解的是，這些實施例並不旨在限制本案。對本領域具通常知識者顯而易見的是，可以在不脫離本案的精神或範圍的情況下在本案中進行各種調整或變化。從而，如果對本案的調整或變化落入所附權利要求的範圍內，則本案意在涵蓋這些調整或變化。
為讓本案之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附符號之說明如下： 100‧‧‧轉換電路 120‧‧‧驅動訊號產生器 140‧‧‧電壓控制開關電路 160‧‧‧功率裝置 122‧‧‧邏輯電路 124‧‧‧驅動器緩衝器 VDD‧‧‧輸入電壓 DS1、DS2‧‧‧驅動訊號 PWM‧‧‧脈寬調變訊號 ST1‧‧‧斯密特觸發器 UVLO1‧‧‧欠壓鎖定電路 AND1‧‧‧及閘 DSx‧‧‧訊號 PS1‧‧‧保護訊號 141‧‧‧第一端點 142‧‧‧電壓控制開關 143‧‧‧第二端點 144‧‧‧箝位電路 145‧‧‧參考端點 Id‧‧‧通道電流 Vth‧‧‧臨界電壓 Vc‧‧‧箝位電壓 ZD1‧‧‧齊納二極體 D1～Dn‧‧‧二極體 T1～Tn‧‧‧金屬氧化物半導體場效電晶體 R1‧‧‧電阻器 Iz‧‧‧流經箝位電路144的電流 600a、600b、600c、600d‧‧‧晶片 610a、610b、610c、610d‧‧‧基板 700a、700b‧‧‧晶片 710a、710b‧‧‧基板
為讓本案內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖為根據本案一實施例所繪示的一種轉換電路的示意圖； 第2圖為根據本案之一實施例所繪示通道電流對電壓控制開關電路之閘極電壓的特徵曲線的示意圖； 第3圖為根據本案之另一實施例所繪示的轉換電路的示意圖； 第4A圖及第4B圖為根據本案之一實施例所繪示的實現箝位電路的示意圖； 第5圖為根據本案之另一實施例所繪示的轉換電路的示意圖； 第6A圖至第6D圖為根據本案之一實施例所繪示的電壓控制開關電路與功率裝置之整合的示意圖；以及 第7A圖及第7B圖為根據本案之一實施例所繪示的驅動訊號產生器與電壓控制開關電路之整合的示意圖。
100‧‧‧轉換電路
120‧‧‧驅動訊號產生器
140‧‧‧電壓控制開關電路
160‧‧‧功率裝置
122‧‧‧邏輯電路
124‧‧‧驅動器緩衝器
VDD‧‧‧輸入電壓
DS1、DS2‧‧‧驅動訊號
PWM‧‧‧脈寬調變訊號
ST1‧‧‧斯密特觸發器
UVLO1‧‧‧欠壓鎖定電路
AND1‧‧‧及閘
DSx‧‧‧訊號
PS1‧‧‧保護訊號
141‧‧‧第一端點
142‧‧‧電壓控制開關
143‧‧‧第二端點
145‧‧‧參考端點

Claims (19)

  1. 一種轉換電路，包含：一功率裝置，包含一第一端點、一第二端點及一控制端點；以及一電壓控制開關電路，包含：一第一端點，用以接收一第一驅動訊號；一第二端點，耦接至該功率裝置的該控制端點，並用以傳輸一第二驅動訊號以驅動該功率裝置；以及一個參考端點，耦接至該功率裝置的該第二端點，其中該第二驅動訊號的一電壓準位是由該電壓控制開關電路所產生，且該第一驅動訊號的一電壓準位高於該第二驅動訊號的該電壓準位；其中該第二驅動訊號的該電壓準位是藉由該電壓控制開關電路響應於該電壓控制開關電路的一參考電壓所產生；其中該電壓控制開關電路包含：一電壓控制開關，包含：一汲極，耦接至該電壓控制開關電路的該第一端點；一源極，耦接至該電壓控制開關電路的該第二端點；以及一閘極，耦接至該電壓控制開關電路的該參考端點。
  2. 如請求項1所述的轉換電路，其中該參考電壓是由該電壓控制開關所產生的一臨界電壓。
  3. 如請求項2所述的轉換電路，其中該電壓控制開關包含一常通裝置，該常通裝置的該臨界電壓介於-0.1伏特至-20伏特。
  4. 如請求項1所述的轉換電路，其中該電壓控制開關包含一常通裝置、一常閉裝置或其組合。
  5. 如請求項1所述的轉換電路，其中該功率裝置或該電壓控制開關電路包含一氮化鎵開關裝置、一MOSFET開關裝置、一絕緣柵雙極電晶體(IGBT)開關裝置、一雙極性電晶體(BJT)開關裝置、一碳化矽開關裝置、一繼電器開關裝置或其組合。
  6. 如請求項1所述的轉換電路，其中該電壓控制開關電路和該功率裝置與系統級封裝、系統單晶片或3D積體電路整合或封裝在一起。
  7. 一種轉換電路，包含：一驅動訊號產生器，用以接收自一電壓源的一輸入電壓，並產生一第一驅動訊號；以及一電壓控制開關電路，包含：一第一端點，用以接收該第一驅動訊號；一第二端點，用以輸出響應該第一驅動訊號的一第二驅動訊號；以及 一參考端點，耦接至該驅動訊號產生器的一參考端點，其中流經該電壓控制開關電路的一電流係經控制響應於該參考端點之一電壓準位；其中該第一驅動訊號的一電壓準位高於該第二驅動訊號的一電壓準位；其中該第二驅動訊號的該電壓準位係響應於該電壓控制開關電路的一臨界電壓被該電壓控制開關電路所箝制。
  8. 如請求項7所述的轉換電路，其中該電壓控制開關電路包含：一電壓控制開關，包含：一汲極，耦接至該電壓控制開關電路的該第一端點；一源極，耦接至該電壓控制開關電路的該第二端點；以及一閘極，耦接至該電壓控制開關電路的該參考端點。
  9. 如請求項8所述的轉換電路，其中該電壓控制開關包含一常通裝置、一常閉裝置或其組合。
  10. 如請求項9所述的轉換電路，其中該常通裝置的一臨界電壓介於-0.1伏特至-20伏特。
  11. 如請求項7所述的轉換電路，其中該電壓控制開關電路包含：一電壓控制開關，包含： 一汲極，耦接至該電壓控制開關電路的該第一端點；一源極，耦接至該電壓控制開關電路的該第二端點；以及一閘極；以及一箝位電路，包含：一第一端點，耦接至該電壓控制開關的該閘極；以及一第二端點，耦接至該電壓控制開關電路的該參考端點，其中跨於該箝位電路之該第一端點與該第二端點的一電壓被箝位至一預設準位。
  12. 如請求項11所述的轉換電路，其中該電壓控制開關電路更包含：一第一電阻器，該第一電阻器的一第一端點耦接至該電壓控制開關的該源極，且該第一電阻器的一第二端點耦接至該電壓控制開關的該閘極。
  13. 如請求項11所述的轉換電路，其中該箝位電路包含一齊納二極體、複數個彼此電性耦接的二極體或是複數個彼此電性耦接的金屬氧化物半導體場效應電晶體。
  14. 如請求項7所述的轉換電路，其中該驅動訊號產生器包含：一驅動器緩衝器，該驅動器緩衝器的一參考端點耦接於該電壓控制驅動電路的該參考端點，且該驅動器緩衝器用以 透過耦接於該電壓控制開關電路之該第一端點的一輸出端點輸出該第一驅動訊號。
  15. 如請求項7所述的轉換電路，其中該電壓控制開關電路和該驅動訊號產生器與系統級封裝、系統單晶片或3D積體電路整合或封裝在一起。
  16. 一種轉換電路，包含：一功率裝置，包含一第一端點、一第二端點及一控制端點；以及一電壓控制開關電路，包含：一第一端點，用以接收一第一驅動訊號；一第二端點，耦接至該功率裝置的該控制端點，並用以傳輸一第二驅動訊號以驅動該功率裝置；以及一個參考端點，耦接至該功率裝置的該第二端點，其中該第二驅動訊號的一電壓準位是由該電壓控制開關電路所產生，且該第一驅動訊號的一電壓準位高於該第二驅動訊號的該電壓準位；其中該第二驅動訊號的該電壓準位是藉由該電壓控制開關電路響應於該電壓控制開關電路的一參考電壓所產生；其中該電壓控制開關電路包含：一電壓控制開關，包含：一汲極，耦接至該電壓控制開關電路的該第一端點；一源極，耦接至該電壓控制開關電路的該第二端 點；以及一閘極，以及一箝位電路，包含：一第一端點，耦接至該電壓控制開關的該閘極；以及一第二端點，耦接至該電壓控制開關電路的該參考端點，其中跨於該箝位電路之該第一端點與該第二端點的一電壓被箝位至一預設準位。
  17. 如請求項16所述的轉換電路，其中該箝位電路用以箝位橫跨於該箝位電路之該第一端點與該第二端點的該電壓至該預設準位，且該箝位電路的一箝位電壓被提供以增加該功率裝置的一額定電壓。
  18. 如請求項16所述的轉換電路，其中該電壓控制開關電路更包含：一第一電阻器，該第一電阻器的一第一端點耦接至該電壓控制開關的該源極，且該第一電阻器的一第二端點耦接於該電壓控制開關的該閘極。
  19. 如請求項16所述的轉換電路，其中該箝位電路包含一齊納二極體、複數個彼此電性耦接的二極體或是複數個彼此電性耦接的金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10784795B1 (en) * 2019-08-21 2020-09-22 Delta Electronics, Inc. Conversion circuit
TWI723470B (zh) * 2018-07-31 2021-04-01 台灣積體電路製造股份有限公司 驅動電路、積體電路、及操作驅動電路的方法
US11201613B2 (en) * 2018-07-31 2021-12-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Driver circuit and method of operating the same
CN112865769A (zh) * 2021-01-19 2021-05-28 珠海拓芯科技有限公司 一种驱动电路与电子设备
US11936383B2 (en) * 2021-12-01 2024-03-19 Tagore Technology, Inc. Bias-less dynamic miller clamp

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040061521A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-01 Hiroshi Watanabe Level shifting circuit
WO2008155917A1 (ja) * 2007-06-19 2008-12-24 Panasonic Corporation スイッチング素子駆動回路
WO2013156811A1 (en) * 2012-04-19 2013-10-24 Freescale Semiconductor, Inc. A protection circuit and a gate driving circuitry
TW201803271A (zh) * 2016-07-06 2018-01-16 台達電子工業股份有限公司 波形轉換電路以及閘極驅動電路

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5539351A (en) * 1994-11-03 1996-07-23 Gilsdorf; Ben Circuit and method for reducing a gate volage of a transmission gate within a charge pump circuit
US6628532B1 (en) 2000-08-08 2003-09-30 Artesyn Technologies, Inc Drive circuit for a voltage-controlled switch
US6753708B2 (en) 2002-06-13 2004-06-22 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Driver circuit connected to pulse shaping circuitry and method of operating same
US7602228B2 (en) 2007-05-22 2009-10-13 Semisouth Laboratories, Inc. Half-bridge circuits employing normally on switches and methods of preventing unintended current flow therein
JP5138287B2 (ja) 2007-06-27 2013-02-06 三菱電機株式会社 ゲート駆動装置
JP5200140B2 (ja) 2010-10-18 2013-05-15 シャープ株式会社 ドライバ回路
CA2854544C (en) 2011-11-07 2019-12-31 Siemens Aktiengesellschaft Protective device for a voltage-controlled semiconductor switch
US8780516B2 (en) 2012-05-08 2014-07-15 General Electric Conpany Systems, methods, and apparatus for voltage clamp circuits
US8933461B2 (en) 2012-08-09 2015-01-13 Texas Instruments Incorporated III-nitride enhancement mode transistors with tunable and high gate-source voltage rating
FR2998735B1 (fr) 2012-11-27 2022-10-07 Hispano Suiza Sa Convertisseur de tension continu-continu a haute tension
CN104716815B (zh) 2013-12-16 2018-09-04 台达电子企业管理（上海）有限公司 功率电路及电源系统
DE102014108576B4 (de) 2014-06-18 2024-01-18 Sma Solar Technology Ag Treiberschaltung mit Miller-Clamping-Funktionalität für Leistungshalbleiterschalter, Leistungshalbleiterschalter und Wechselrichterbrücke
US9356442B2 (en) * 2014-07-08 2016-05-31 Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company, Limited Area-efficient clamp for power ring ESD protection using a transmission gate
JP6498503B2 (ja) * 2015-04-20 2019-04-10 エイブリック株式会社 電流検出回路
WO2017053333A1 (en) 2015-09-21 2017-03-30 Symptote Technologies Llc One-transistor devices for protecting circuits and autocatalytic voltage conversion therefor
CN105427793B (zh) 2016-01-06 2018-03-20 京东方科技集团股份有限公司 电压控制电路、方法、栅极驱动电路和显示装置
WO2017199949A1 (ja) 2016-05-20 2017-11-23 株式会社デンソー スイッチング素子の駆動制御装置
TWI591606B (zh) 2016-06-09 2017-07-11 立錡科技股份有限公司 驅動級電路

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040061521A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-01 Hiroshi Watanabe Level shifting circuit
WO2008155917A1 (ja) * 2007-06-19 2008-12-24 Panasonic Corporation スイッチング素子駆動回路
WO2013156811A1 (en) * 2012-04-19 2013-10-24 Freescale Semiconductor, Inc. A protection circuit and a gate driving circuitry
TW201803271A (zh) * 2016-07-06 2018-01-16 台達電子工業股份有限公司 波形轉換電路以及閘極驅動電路

Also Published As

Publication number Publication date
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