TWI823515B - 電子裝置和其驅動電路 - Google Patents
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Abstract
一種電子裝置和其驅動電路被提出。驅動電路包含第一驅動信號產生器、第一電壓轉換電路以及第一開關。第一驅動信號產生器根據第一輸入信號產生第一驅動信號，其中第一驅動信號為脈寬調變信號。第一電壓轉換電路耦接在第一驅動信號產生器與第一功率電晶體的控制終端之間，通過對電容器充電和對電容器放電將第一驅動信號轉換為輸出驅動信號，其中將輸出驅動信號輸出到第一功率電晶體的控制終端。第一開關與第一功率電晶體串聯耦接，且由控制信號控制以被導通或截止。
Description
本發明是有關於一種電子裝置和其驅動電路，且特別是有關於一種用以提供負電壓脈衝的驅動信號以導通或截止功率電晶體的驅動電路。
近年來，第三代電晶體被提出，且所述第三代電晶體廣泛用於電源轉換應用中。第三代電晶體（如砷化鎵（GaN）電晶體或碳化矽（SiC）電晶體）具有較好的品質因素（Figure of merit；FOM），更低的製造成本以及更多供應商。但，由於第三代電晶體為一常導通元件，且總需要額外開關來截止第三代電晶體所形成的路徑。如所述，第三代電晶體的控制方案較為複雜的且造成更高設計成本。
本發明提供電子裝置和其驅動電路，其中驅動電路配置成提供具有負電壓脈衝以控制功率電晶體的驅動信號。
根據本發明的實施例，驅動電路包含第一驅動信號發生器、第一電壓轉換電路以及第一開關。第一驅動信號發生器根據第一輸入信號產生第一驅動信號，其中第一驅動信號為脈寬調變信號。第一電壓轉換電路耦接在第一驅動信號發生器與第一功率電晶體的控制終端之間，通過對電容器充電和對電容器放電將第一驅動信號轉換為輸出驅動信號，其中將輸出驅動信號輸出到第一功率電晶體的控制終端。第一開關與第一功率電晶體串聯耦接，且由控制信號控制以導通或截止。
根據本發明的另一實施例，電子裝置包含核心電路和至少一個驅動電路。核心電路包含第一功率電晶體。第一驅動信號發生器根據第一輸入信號產生第一驅動信號，其中第一驅動信號為脈寬調變信號。第一電壓轉換電路耦接在第一驅動信號發生器與第一功率電晶體的控制終端之間，通過對電容器充電和對電容器放電將第一驅動信號轉換為輸出驅動信號，其中將輸出驅動信號輸出到第一功率電晶體的控制終端。第一開關與第一功率電晶體串聯耦接，且由控制信號控制以被導通或截止。
基於上述，本發明的驅動電路提供電壓轉換電路以將驅動信號的正電壓脈衝轉換為輸出信號的負電壓脈衝。輸出信號的負電壓脈衝可施加到功率電晶體的控制終端，且功率電晶體可有效的被截止。
貫穿本申請的說明書（包含請求項）的術語“耦接（或連接）”，可廣泛地涵蓋直接和間接連接或耦接構件。舉例來說，如果本公開描述第一設備耦接（或連接）到第二設備，那麼應解譯為第一設備可直接連接到第二設備，或第一設備可經由其他裝置或由某一耦接構件間接連接到第二設備。此外，貫穿本申請的說明書（包含權利要求書）所提及的如“第一”和“第二”的術語僅用於命名元件的名稱或區分不同實施例或範圍，且並不意圖限制元件數目的上限或下限，並不意圖限制元件的序列。此外，具有相同參考標號的元件/元件/步驟表示圖式和實施例中的相同或類似部分。在不同實施例中具有相同附圖標號的元件/元件/符號可參考相關描述。
請參考圖1，所述圖1繪示根據本公開的實施例的驅動電路的示意圖。驅動電路100包含驅動信號發生器110、電壓轉換電路120以及開關130。驅動信號發生器110根據輸入信號IN產生驅動信號DRV。在這一實施例中，輸入信號IN可為脈寬調變（pulse width modulated；PWM）信號，且驅動信號DRV也為PWM信號。
電壓轉換電路120耦接到驅動信號發生器110和功率電晶體PT。電壓轉換電路120接收驅動信號DRV，且轉換驅動信號DRV以產生輸出驅動信號ODS到功率電晶體PT的控制終端。在這一實施例中，功率電晶體PT可為第三代電晶體，如砷化鎵（GaN）或碳化矽（SiC）電晶體。詳細地說，電壓轉換電路120通過在驅動信號DRV在第一電壓時對電容器充電，和在驅動信號DRV為第二電壓時對電容器放電來轉化驅動信號DRV以產生輸出驅動信號ODS，其中第一電壓的準位可高於第二電壓的準位。在這一實施例中，當驅動信號DRV從第一電壓轉變到第二電壓時，輸出驅動信號ODS可轉變為負電壓，且當驅動信號DRV保持在第二電壓上時，輸出驅動信號ODS可保持為負電壓。
開關130與第一功率電晶體PT串聯耦接在所接收的電源VIN與參考接地電源VSS之間，且開關130的控制端接收致能信號EN。開關130可根據致能信號EN而被導通或截止。
詳細地說，功率電晶體PT為常導通（constant-on）式電晶體。當功率電晶體PT處於待機狀態時，開關130可根據致能信號EN截止，且當功率電晶體PT處於操作狀態時，開關130可根據致能信號EN導通。在操作狀態中，驅動信號發生器110可接收為脈寬調變（PWM）信號的輸入信號IN，且根據輸入信號IN產生驅動信號DRV，且驅動信號DRV也為PWM信號。
在操作狀態中，電壓轉換電路120可轉換驅動信號DRV以產生輸出驅動信號ODS。在這一實施例中，因為驅動信號DRV為PWM信號，所以驅動信號DRV可替代地在第一電壓與第二電壓之間轉變。電壓轉換電路120可根據驅動信號DRV的電壓轉變產生輸出驅動信號ODS，且輸出驅動信號ODS也為PWM信號。詳細地說，當驅動信號DRV為第一電壓時，輸出驅動信號ODS為第三電壓，且當驅動信號DRV為第二電壓時，輸出驅動信號ODS為負電壓。第三電壓可為正電壓。
可以得知，如果輸出驅動信號ODS為負電壓，那麼功率電晶體PT可被截止，且如果輸出驅動信號ODS為第三電壓，那麼功率電晶體PT可被導通。如所述，根據輸入信號IN，功率開關PT可交替的導通及截止。
請參考圖2，所述圖2繪示根據本公開的另一實施例的驅動電路的示意圖。驅動電路200包含驅動信號發生器210，電壓轉換電路220，開關230以及致能信號發生器240。驅動信號發生器210根據輸入信號IN產生驅動信號DRV。電壓轉換電路220轉換驅動信號DRV以產生輸出驅動信號ODS。將輸出驅動信號ODS提供給功率電晶體PT的控制終端以導通或截止功率電晶體PT。致能信號發生器240耦接到開關230的控制端，且提供致能信號EN以導通或截止開關230。
在這一實施例中，電壓轉換電路220包含電容器C1以及兩個電阻器R1和電阻器R2。電容器C1和電阻器R1串聯耦接以在驅動信號發生器210與功率電晶體PT的控制終端之間形成電阻器和電容器（resistor and capacitor；RC）串。電阻器R2也耦接在驅動信號發生器210與功率電晶體PT的控制終端之間，且電阻器R2與RC串並聯耦接。電容器C1可安置在積體電路外部，電阻器R1和電阻器R2安置在所述積體電路中。
在這一實施例中，電壓轉換電路220通過對電容器C1充電和放電轉換驅動信號DRV。詳細地說，請參考圖3A至圖3D，其中圖3A和圖3C繪示根據本公開的實施例的驅動電路200的等效電路圖，且圖3B和圖3D繪示根據本公開的實施例的驅動電路200的波形圖。在圖3A中，驅動信號發生器210接收從低電壓轉變到高壓區的輸入信號IN，且驅動信號發生器210可產生從對應於輸入信號IN的轉變的第一電壓轉變到第二電壓的驅動信號DRV，其中第一電壓低於第二電壓。參考圖3B，在時間區間T1期間，驅動信號發生器210可經由充電路徑P2對電容器C1充電，且經由充電路徑P1對功率電晶體PT的控制終端的寄生電容器充電。通過參考圖3D，在時間區間T1期間，電壓轉換電路220可根據輸入信號IN的上升邊緣升高輸出驅動信號ODS的電壓的準位。當輸入信號IN保持在高電壓上時，輸出驅動信號ODS的電壓可保持為第三電壓V3。
通過參考圖3C和圖3D，當輸入信號IN從高電壓轉變到低電壓時，驅動信號DRV在時間區間T2期間對應地從第二電壓轉變到第一電壓。在時間區間T2期間，可經由放電路徑P3和放電路徑P4對電容器C1執行放電操作，且輸出驅動信號ODS可從第三電壓V3轉變到負電壓VN。如上所述，功率電晶體PT可根據輸出驅動信號ODS而被截止。
請再次參考圖2，開關230可由電晶體M1實施。在這一實施例中，電晶體M1可為金屬氧化物半導體場效應電晶體（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor；MOSFET）。在其它實施例中，電晶體M1可為由所屬領域中具通常知識者所熟知的任何類型的電晶體，且此處不特定限制。
請參考圖4，所述圖4繪示根據本公開的實施例的驅動電路的示意圖。驅動電路400包含驅動信號發生器410、電壓轉換電路420、開關430以及致能信號發生器440。驅動信號發生器410接收為PWM信號的輸入信號IN且根據輸入信號IN產生驅動信號DRV。電壓轉換電路420根據驅動信號DRV產生輸出驅動信號ODS。在這一實施例中，不同於驅動電路200，電壓轉換電路420包含電阻器R1、電容器C1以及二極體D1。電阻器R1和電容器C1耦接在驅動信號發生器410與功率電晶體PT的控制終端之間。二極體D1的陽極耦接到功率電晶體PT的控制終端，且二極體D1的陰極耦接到功率電晶體PT和開關430的耦接端。
在詳細操作中，對應於驅動信號DRV的上升邊緣，電壓轉換電路420對電容器C1執行充電操作。隨後，對應於驅動信號DRV的下降邊緣，電壓轉換電路420可對電容器C1執行放電操作，且輸出驅動信號ODS可對應地拉動到負電壓。如所述，功率電晶體PT可截止。
請參考圖5，所述圖5繪示根據本公開的另一實施例的驅動電路的示意圖。驅動電路500包含驅動信號發生器510，電壓轉換電路520，開關530以及致能信號發生器540。電壓轉換電路520包含電阻器R1、電容器C1以及二極體D1。驅動電路500的電路結構類似於驅動電路400的電路結構，且電壓轉換電路520的細節操作並不在本文重複描述。
請注意此處，在這一實施例中，驅動信號發生器510、電阻器R1、二極體D1、開關530、功率電晶體PT以及致能信號發生器540可安置在同一積體電路IC1中。電容器C1可安置在積體電路IC1的外部。此外，電容器C1的兩端可經由積體電路IC1的兩個不同襯墊分別耦接到電阻器R1和功率電晶體PT的控制終端。通過外部安置電容器C1，積體電路IC1的晶片大小可減小。
當然，在一些實施例中，電容器C1可根據設計者的設計選項安置嵌入在積體電路IC1中。
另一方面，致能信號發生器540包含欠壓鎖定（undervoltage-lockout；UVLO）電路541和緩衝器542。UVLO電路541接收輸入信號IN且通過檢測輸入信號IN的電壓的準位是否異常判斷驅動電路500是否處於待機狀態。如果輸入信號IN處於欠壓狀態，那麼致能信號發生器540可產生致能信號EN以截止開關430。相反，如果輸入信號IN處於正常狀態，那麼致能信號發生器540可產生致能信號EN以導通開關430。
此處應注意，在這一實施例中，二極體D1的陰極可耦接到功率電晶體PT和開關530的耦接端。或者，二極體D1的陰極也可耦接到參考接地電源VSS。
驅動信號發生器510可為由所屬領域中具通常知識者所熟知的任何類型的驅動緩衝器，且此處不再特定限制。
請參考圖6，所述圖6繪示根據本公開的另一實施例的驅動電路的示意圖。驅動電路600包含驅動信號發生器610、電壓轉換電路620、開關630以及致能信號發生器640。不同於驅動電路500，電壓轉換電路620包含電容器C1以及兩個二極體D1和二極體D2。電容器C1耦接在驅動信號發生器610與功率電晶體PT的控制終端之間。二極體D1的陰極端耦接到驅動信號發生器610的輸出端，且二極體D1的陽極端耦接到功率電晶體PT的控制終端。二極體D2的陽極端耦接到功率電晶體PT的控制終端，且二極體D2的陰極端耦接到功率電晶體PT和開關630的耦接端或耦接到參考接地電源VSS。
對應於輸入信號IN的上升邊緣，電壓轉換電路620可根據驅動信號DRV的上升邊緣對電容器C1執行充電操作。對應於輸入信號IN的下降邊緣，電壓轉換電路620可經由二極體D1和二極體D2對電容器C1執行放電操作以將輸出驅動信號ODS的電壓的準位下拉到負電壓。如所述，功率電晶體PT可截止。
此外，在這一實施例中，電容器C1可安置在積體電路IC2的外部，且驅動電路600的其它元件和功率電晶體PT可安置在同一積體電路IC2中。
在這一實施例中，致能信號發生器640包含欠壓鎖定（UVLO）電路641和緩衝器642。UVLO電路641接收輸入信號IN且通過檢測輸入信號IN的電壓的準位是否異常判斷驅動電路600是否處於待機狀態。如果驅動電路600處於待機狀態，那麼UVLO電路641經由緩衝器提供致能信號以截止開關630，且如果驅動電路600處於操作狀態，那麼經由緩衝器提供致能信號以導通開關630。
請參考圖7A，所述圖7A繪示根據本公開的另一實施例的驅動電路的示意圖。驅動電路701包含驅動信號發生器710、電壓轉換電路720、開關730以及致能信號發生器740。不同於驅動電路500和驅動電路600，電壓轉換電路720包含電容器C1以及兩個開關721和開關722。電容器C1經由開關721耦接在驅動信號發生器610與功率電晶體PT的控制終端之間。開關721耦接在電容器C1與驅動信號發生器710的輸出端之間。開關722耦接在功率電晶體PT的控制終端與功率電晶體PT和開關730的耦接端之間。
在操作中，如果輸入信號IN從低電壓轉變到高電壓，那麼開關721可導通以形成充電路徑以用於對電容器C1執行充電操作。如果輸入信號IN從高電壓轉變到低電壓，那麼開關722可導通以形成放電路徑以用於對電容器C1執行放電操作。根據充電和放電操作，輸出驅動信號ODS可拉動到負電壓以截止功率電晶體PT。
致能信號發生器740包含欠壓鎖定（UVLO）電路741和緩衝器742。致能信號發生器740的操作類似於致能信號發生器640且此處不再重複描述。
此處應注意，開關721和開關722可由可表現為開關的任何半導體裝置，如電晶體實施，且此處不再特定限制。
此外，在這一實施例中，電容器C1可安置在積體電路IC3的外部，且驅動電路701的其它元件和功率電晶體PT可安置在同一積體電路IC3中。
請參考圖7B，所述圖7B繪示根據本公開的另一實施例的驅動電路的示意圖。驅動電路702包含與驅動電路701相同的電子元件。不同於驅動電路701，電壓轉換電路720的開關722耦接在驅動信號發生器710的輸出端與功率電晶體PT的控制終端之間。開關722用於回應於輸入信號IN的下降邊緣為電容器C1的放電操作提供放電路徑。
請參考圖8，所述圖8繪示根據本公開的另一實施例的驅動電路的示意圖。驅動電路800包含驅動信號發生器811和驅動信號發生器812、電壓轉換電路821、電壓轉換電路822、開關830以及致能信號發生器840。驅動信號發生器811和驅動信號發生器812分別接收輸入信號IN1和輸入信號IN2，且驅動信號發生器811和驅動信號發生器812分別根據輸入信號IN1和輸入信號IN2分別產生驅動信號DRV1和驅動信號DRV2。電壓轉換電路821和電壓轉換電路822分別耦接到驅動信號發生器811和驅動信號發生器812。電壓轉換電路821和電壓轉換電路822轉換驅動信號DRV1和驅動信號DRV2以分別產生輸出驅動信號ODS1和輸出驅動信號ODS2。輸出驅動信號ODS1和輸出驅動信號ODS2分別提供到功率電晶體PT1和功率電晶體PT2的控制端。各功率電晶體PT1和功率電晶體PT2可根據各輸出驅動信號ODS1和輸出驅動信號ODS2被導通或截止。
在這一實施例中，功率電晶體PT1和功率電晶體PT2以及開關830在接收電源VIN與參考接地電源VSS之間串聯耦接。
開關830由致能信號EN控制，且致能信號EN由致能信號發生器840產生。當驅動電路800處於待機狀態時，開關830可截止，且當驅動電路800處於操作狀態時，開關830可被導通。
詳細地說，電壓轉換電路821可包含電容器C11、電阻器R11以及電阻器R12。電壓轉換電路822可包含電容器C21、電阻器R21以及電阻器R22。各電壓轉換電路821和電壓轉換電路822具有與圖2中的電壓轉換電路220相同的電路結構。各電壓轉換電路821和電壓轉換電路822的細節操作可參考上文關於圖2的實施例中所提及的描述，且此處不再重複描述。
在這一實施例中，輸入信號IN1和輸入信號IN2可相同或不同，且此處不限制。各功率電晶體PT1和功率電晶體PT2可單獨控制以導通或截止。
請參考圖9，所述圖9繪示根據本公開的另一實施例的驅動電路的示意圖。驅動電路900包含驅動信號發生器911、驅動信號發生器912、電壓轉換電路921、電壓轉換電路922、開關930以及致能信號發生器940。驅動信號發生器911和驅動信號發生器912分別接收輸入信號IN1和輸入信號IN2，且驅動信號發生器911和驅動信號發生器912分別根據輸入信號IN1和輸入信號IN2分別產生驅動信號DRV1和驅動信號DRV2。電壓轉換電路921和電壓轉換電路922分別耦接到驅動信號發生器911和驅動信號發生器912。電壓轉換電路921和電壓轉換電路922轉換驅動信號DRV1和驅動信號DRV2以分別產生輸出驅動信號ODS1和輸出驅動信號ODS2。輸出驅動信號ODS1和輸出驅動信號ODS2分別提供到功率電晶體PT1和功率電晶體PT2的控制端。各功率電晶體PT1和功率電晶體PT2可根據各輸出驅動信號ODS1和輸出驅動信號ODS2導通或截止。
在這一實施例中，功率電晶體PT1和功率電晶體PT2以及開關930在接收電源VIN與參考接地電源VSS之間串聯耦接。
開關930由致能信號EN控制，且致能信號EN由致能信號發生器940產生。
詳細地說，電壓轉換電路921可包含電阻器R11、電容器C11以及二極體D11。電壓轉換電路922可包含電阻器R21、電容器C21以及二極體D21。各電壓轉換電路921和電壓轉換電路922具有與圖4中的電壓轉換電路420相同的電路結構。各電壓轉換電路921和電壓轉換電路922的細節操作可參考上文關於圖4的實施例中所提及的描述，且此處不再重複描述。
在這一實施例中，輸入信號IN1和輸入信號IN2可相同或不同，且此處不限制。各功率電晶體PT1和功率電晶體PT2可單獨控制以導通或截止。
請參考圖10，所述圖10繪示根據本公開的實施例的電子裝置的示意圖。電子裝置1000包含核心電路1010和驅動電路1020。核心電路1010耦接到驅動電路1020。電子裝置1000為具有半橋式整流器的主動反馳（active fly-back；ACF）電路。核心電路1010包含整流器1011、功率電晶體PT1和功率電晶體PT2、變壓器TF、兩個電晶體開關SWA和電晶體開關SWB以及多個無源電子元件。功率電晶體PT1和功率電晶體PT2在接收電源VIN與參考接地電源VSS之間串聯耦接，且功率電晶體PT1和功率電晶體PT2通過由驅動電路1020所產生的輸出驅動信號ODS1和輸出驅動信號ODS2控制。各功率電晶體PT1和功率電晶體PT2可替代地根據輸出驅動信號ODS1和輸出驅動信號ODS2導通或截止以執行電壓轉換操作。驅動電路1020的實施方案可參考上文所提及的所呈現實施例的驅動電路中的任一者，且此處不重複描述。
在變壓器TF的第二側上，存在分別由控制信號CT1和控制信號CT2控制的兩個電晶體開關SWA和電晶體開關SWB。輸出電壓VOUT可通過在電壓轉換操作中轉換輸入電源ACIN來產生。
請參考圖11，所述圖11繪示根據本公開的另一實施例的電子裝置的示意圖。電子裝置1100包含核心電路1110和驅動電路1120。驅動電路1120包含驅動信號發生器和電壓轉換電路1121以及開關1122。核心電路1110耦接到驅動電路1120。電子裝置1100為具有半橋式整流器的LLC（兩個電感器和一個電容器）共振電路。核心電路1110包含電感器L1、電感器L2、電容器CA以形成LLC結構。核心電路1110進一步包含功率電晶體PT1和功率電晶體PT2、變壓器TF以及二極體DA1和二極體DA2。核心電路1110用於根據功率電晶體PT1和功率電晶體PT2的交換操作轉換輸入電源DCIN，且二極體DA1和二極體DA2形成半橋式整流器以產生輸出電壓。
功率電晶體PT1和功率電晶體PT2由驅動信號發生器和電壓轉換電路1121控制。驅動信號發生器和電壓轉換電路1121可包含兩個驅動信號發生器和兩個電壓轉換電路。各驅動信號發生器和各電壓轉換電路的細節可參考上文所提及的實施例。功率電晶體PT1和功率電晶體PT2以及開關1122串聯耦接在輸入電源DCIN（接收電源）與參考接地電源VSS之間。
請參考圖12，所述圖12繪示根據本公開的另一實施例的電子裝置的示意圖。電子裝置1200包含核心電路1210和驅動電路1220。驅動電路1220包含兩個驅動信號發生器和電壓轉換電路1221和電壓轉換電路1222以及開關1223。核心電路1210耦接到驅動電路1220。電子裝置1200為具有半橋式整流器的推挽式功率因數校正（power factor correction；PFC）電路。核心電路1210包含功率電晶體PT1和功率電晶體PT2以及兩個電晶體開關SWA和電晶體開關SWB。電晶體開關SWA和電晶體開關SWB分別由控制信號CTA和控制信號CTB控制。功率電晶體PT1和功率電晶體PT2分別由驅動信號發生器和電壓轉換電路1221以及電壓轉換電路1222控制。功率電晶體PT1和功率電晶體PT2以及開關1223串聯耦接。電晶體開關SWA和電晶體開關SWB以及功率電晶體PT1和功率電晶體PT2可用于形成有源整流器以將輸入電源ACIN整流為直流（direct current；DC）輸出電壓。
各驅動信號發生器和電壓轉換電路1221以及電壓轉換電路1222可包含一個驅動信號發生器和一個電壓轉換電路，且驅動信號發生器和電壓轉換電路的細節可參考上文所提及的實施例，且此處不再重複描述。
請參考圖13，圖13繪示根據本公開的另一實施例的電子裝置的示意圖。電子裝置1300包含核心電路1310、驅動電路1320和驅動電路1330。驅動電路1320包含兩個驅動信號發生器和電壓轉換電路1321、1322以及開關1323。驅動電路1330包含兩個驅動信號發生器和電壓轉換電路1331、1332以及開關1333。核心電路1310耦接到驅動電路1320和驅動電路1330。電子裝置1300為具有半橋式整流器的相移全橋式（phase-shifted full-bridge；PSFB）轉換器。
核心電路1310包含功率電晶體PT1到功率電晶體PT4、變壓器TF以及整流器1311。功率電晶體PT1和功率電晶體PT2形成第一整流相且功率電晶體PT3和功率電晶體PT4形成第二整流相。功率電晶體PT1到功率電晶體PT4安置在變壓器TF的第一側中，且分別由驅動信號發生器和電壓轉換電路1321、1322、電壓轉換電路1331以及電壓轉換電路1332控制。另一方面，整流器1311包含二極體DA1到二極體DA4以形成橋式整流器。
各驅動信號發生器和電壓轉換電路1321、1322、1331以及1332可包含一個驅動信號發生器和一個電壓轉換電路，且驅動信號發生器和電壓轉換電路的細節可參考上文所提及的實施例，且此處不再重複描述。
各功率電晶體PT1和功率電晶體PT2交替地根據驅動信號發生器和電壓轉換電路1321以及1322以被導通或截止。各功率電晶體PT3和功率電晶體PT4替代地根據驅動信號發生器和電壓轉換電路1331以及1332以被導通或截止。功率電晶體PT1到功率電晶體PT4用於將輸入電源DCIN轉換為交流電（alternative current；AC）輸出電源。變壓器TF可將AC輸出電源傳送到整流器1311，且DC輸出電源可由整流器1311產生。
請參考圖14，所述圖14繪示根據本公開的另一實施例的電子裝置的示意圖。電子裝置1400包含核心電路1410和三個驅動電路1420、驅動電路1430以及驅動電路1440。驅動電路1420包含兩個驅動信號發生器和電壓轉換電路1421、1422以及開關1423。驅動電路1430包含兩個驅動信號發生器和電壓轉換電路1431、1432以及開關1433。驅動電路1440包含兩個驅動信號發生器和電壓轉換電路1441、1442以及開關1443。核心電路1410耦接到驅動電路1420、驅動電路1430以及驅動電路1440。電子裝置1400為用於具有半橋式整流器的電機的電壓反向器。
核心電路1410包含功率電晶體PT1至功率電晶體PT6。功率電晶體PT1和功率電晶體PT2、功率電晶體PT3和功率電晶體PT4、功率電晶體PT5以及功率電晶體PT6分別形成具有不同相位的驅動電路以用於驅動AC電機ACM。功率電晶體PT1到功率電晶體PT6分別由驅動電路1420、驅動電路1430以及驅動電路1440控制以轉換輸入電源DCIN以產生三個相電壓Va、相電壓Vb以及相電壓Vc。相電壓Va、相電壓Vb以及相電壓Vc中的兩個可具有120度的相位差。
各驅動信號發生器和電壓轉換電路1421、電壓轉換電路1422、電壓轉換電路1431、電壓轉換電路1432、電壓轉換電路1441以及電壓轉換電路1442可包含一個驅動信號發生器和一個電壓轉換電路，且驅動信號發生器和電壓轉換電路的細節可參考上文所提及的實施例，且此處不再重複描述。
綜上所述，本發明提供具有電壓轉換電路的驅動電路，且電壓轉換電路配置成通過轉換驅動信號來產生具有負電壓的輸出驅動信號。如所述，功率電晶體可由輸出驅動信號的負電壓以有效的被截止。
100、200、400、500、600、701、702、800、900、1020、1120、1220、1320、1330、1420、1430、1440:驅動電路
1000、1100、1200、1300、1400:電子裝置
1010、1110、1210、1310、1410:核心電路
1011、1311:整流器
110、210、410、510、610、710、811、812、911、912:驅動信號發生器
120、220、420、520、620、720、821、822、921、922、1121、1221、1222、1321、1322、1331、1332、1421、1422、1431、1432、1441、1442:電壓轉換電路
130、230、430、530、630、721、722、730、830、930、1122、1223、1323、1333、1423、1433、1443:開關
240、440、540、640、740、840、940:使能信號發生器
541、641、741:欠壓鎖定電路
542、642、742:緩衝器
ACIN、DCIN:輸入電源
ACM:AC電機
C1、C11、C21、CA:電容器
CT1、CT2、CTA、CTB:控制信號
D1、D2、D11、D12、DA1、DA2、DA4:二極體
DRV、DRV1、DRV2:驅動信號
EN:致能信號
IC1、IC2、IC3:積體電路
IN、IN1、IN2:輸入信號
L1、L2:電感器
M1:電晶體
ODS、ODS1、ODS2:輸出驅動信號
P1、P2:充電路徑
P3、P4:放電路徑
PT、PT1、PT2、PT3、PT4、PT5、PT6:功率電晶體
R1、R2、R11、R12、R21、R22:電阻器
SWA、SWB:電晶體開關
T1、T2:時間區間
TF:變壓器
V3:第三電壓
Va、Vb、Vc:相電壓
VIN:接收電源
VN:負電壓
VOUT:輸出電壓
VSS:參考接地電源
圖1繪示根據本公開的實施例的驅動電路的示意圖。
圖2繪示根據本公開的另一實施例的驅動電路的示意圖。
圖3A和圖3C繪示根據本公開的實施例的驅動電路200的等效電路圖。
圖3B和圖3D繪示根據本公開的實施例的驅動電路200的波形圖。
圖4至圖9繪示根據本公開的其它實施例的驅動電路的示意圖。
圖10繪示根據本公開的實施例的電子裝置的示意圖。
圖11至圖14繪示根據本公開的其實施例的電子裝置的示意圖。
100:驅動電路
110:驅動信號發生器
120:電壓轉換電路
130:開關
DRV:驅動信號
EN:致能信號
IN:輸入信號
ODS:輸出驅動信號
PT:功率電晶體
VIN:接收電源
VSS:參考接地電源
Claims (19)
- 一種驅動電路，包括：第一驅動信號發生器，根據第一輸入信號產生第一驅動信號，其中所述第一驅動信號為脈寬調變信號；第一電壓轉換電路，耦接在所述第一驅動信號發生器與第一功率電晶體的控制終端之間，通過對電容器充電和對所述電容器放電將所述第一驅動信號轉換為輸出驅動信號，其中將所述輸出驅動信號輸出到所述第一功率電晶體的所述控制終端；第一開關，與所述第一功率電晶體串聯耦接，且由控制信號控制以接通或截止，其中所述第一驅動信號的電壓範圍為正電壓且所述輸出驅動信號的電壓範圍為負電壓。
- 如請求項1所述的驅動電路，其中所述第一電壓轉換電路包括：電阻器，具有耦接到所述第一驅動信號發生器的輸出端的第一端；以及二極體，具有耦接到所述第一功率電晶體的所述控制終端的陽極端，和耦接到所述第一功率電晶體的所述控制終端與所述第一開關之間的耦接端或參考接地端的陰極端，且其中所述電容器耦接在所述電阻器的第二端與所述第一功率電晶體的所述控制終端之間。
- 如請求項1所述的驅動電路，其中所述第一電壓轉換電路包括：第一二極體，具有耦接到所述第一驅動信號發生器的輸出端的陰極端，和耦接到所述第一功率電晶體的所述控制終端的陽極端，其中所述電容器與所述第一二極體並聯耦接；以及第二二極體，具有耦接到所述第一功率電晶體的所述控制終端的陽極端，和耦接到所述第一功率電晶體的所述控制終端與所述第一開關之間的耦接端或參考接地端的陰極端。
- 如請求項1所述的驅動電路，其中所述電容器耦接在所述第一驅動信號發生器的輸出端與所述第一功率電晶體的所述控制終端之間，且所述第一電壓轉換電路包括：第二開關，耦接在所述第一功率電晶體的所述控制終端與所述第一功率電晶體和所述第一開關的耦接端之間。
- 如請求項1所述的驅動電路，其中所述第一電壓轉換電路包括：第二開關，具有耦接到所述第一驅動信號發生器的輸出端的第一端，其中所述電容器耦接在所述第二開關的第二端與所述第一功率電晶體的所述控制終端之間；以及第三開關，耦接在所述第一功率電晶體的所述控制終端與所述第一驅動信號發生器的所述輸出端之間。
- 如請求項5所述的驅動電路，其中所述第二開關的接通和截止狀態與所述第三開關的接通和截止狀態互補。
- 如請求項1所述的驅動電路，進一步包括：使能信號發生器，耦接到所述第一開關，從而產生使能信號以根據所述第一輸入信號控制所述第一開關的接通或截止狀態。
- 如請求項7所述的驅動電路，其中所述使能信號發生器為欠壓鎖定電路。
- 如請求項1所述的驅動電路，進一步包括：第二驅動信號發生器，根據第二輸入信號產生第二驅動信號；以及第二電壓轉換電路，耦接在所述第二驅動信號發生器與第二電晶體的控制終端之間，將所述第二驅動信號的電壓極性從第一極性轉換為第二極性；其中所述第二電晶體為第三代半導體裝置，且所述第一功率電晶體、所述第二電晶體以及所述第一開關串聯耦接。
- 如請求項9所述的驅動電路，其中所述第二電壓轉換電路和所述第一電壓轉換電路具有相同電路結構。
- 如請求項1所述的驅動電路，其中所述第一驅動信號發生器、所述第一電壓轉換電路以及所述第一開關集成在同一晶片中。
- 一種電子裝置，包括：核心電路，包括第一功率電晶體；至少一個驅動電路，包括：第一驅動信號發生器，根據第一輸入信號產生第一驅動信號； 第一電壓轉換電路，耦接在所述第一驅動信號發生器與所述第一功率電晶體的控制終端之間，從而將所述第一驅動信號的電壓極性從第一極性轉換為第二極性；第一開關，與所述第一功率電晶體串聯耦接，且由控制信號控制以接通或截止，其中所述第一功率電晶體為第三代半導體裝置。
- 如請求項12所述的電子裝置，其中所述第一電壓轉換電路包括：電阻器，具有耦接到所述第一驅動信號發生器的輸出端的第一端；電容器，耦接在所述電阻器的第二端與所述第一功率電晶體的所述控制終端之間；以及二極體，具有耦接到所述第一功率電晶體的所述控制終端的陽極端，和耦接到所述第一功率電晶體和所述第一開關的耦接端或參考接地端的陰極端。
- 如請求項12所述的電子裝置，其中所述第一電壓轉換電路包括：第一二極體，具有耦接到所述第一驅動信號發生器的輸出端的陰極端，和耦接到所述第一功率電晶體的所述控制終端的陽極端；電容器，與所述第一二極體並聯耦接；以及 二極體，具有耦接到所述第一功率電晶體的所述控制終端的陽極端，和耦接到所述第一功率電晶體和所述第一開關的耦接端或參考接地端的陰極端。
- 如請求項12所述的電子裝置，其中所述第一電壓轉換電路包括：電容器，耦接在所述第一驅動信號發生器的輸出端與所述第一功率電晶體的所述控制終端之間；以及第二開關，耦接在所述第一功率電晶體的所述控制終端與所述第一功率電晶體和所述第一開關的耦接端之間。
- 如請求項12所述的電子裝置，其中所述第一電壓轉換電路包括：第二開關，具有耦接到所述第一驅動信號發生器的輸出端的第一端；電容器，耦接在所述第二開關的第二端與所述第一功率電晶體的所述控制終端之間；以及第三開關，耦接在所述第一功率電晶體的所述控制終端與所述第一驅動信號發生器的所述輸出端之間。
- 如請求項12所述的電子裝置，其中所述核心電路為電壓轉換電路或功率因數控制電路。
- 如請求項12所述的電子裝置，其中所述核心電路進一步包括第二電晶體，其中所述第二電晶體為第三代半導體裝置且與所述第一功率電晶體串聯耦接， 所述至少一個驅動電路進一步包括：第二驅動信號發生器，根據第二輸入信號產生第二驅動信號；以及第二電壓轉換電路，耦接在所述第二驅動信號發生器與第二電晶體的控制終端之間，從而將所述第二驅動信號的電壓極性從所述第一極性轉換為所述第二極性。
- 如請求項18所述的電子裝置，其中所述第二電壓轉換電路和所述第一電壓轉換電路具有相同電路結構。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6229356B1 (en) * | 1999-03-10 | 2001-05-08 | Abb Industry Oy | Stabilized gate drivers |
| US9787302B2 (en) * | 2014-12-11 | 2017-10-10 | Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd | Source driver circuit and control method thereof |
| WO2020029540A1 (zh) * | 2018-08-08 | 2020-02-13 | 上海颛芯企业管理咨询合伙企业（有限合伙） | 功率开关管的驱动电路及其装置 |
| US20200099376A1 (en) * | 2017-02-07 | 2020-03-26 | Sas Heyday Integrated Circuits | An isolated high side drive circuit |
-
2022
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6229356B1 (en) * | 1999-03-10 | 2001-05-08 | Abb Industry Oy | Stabilized gate drivers |
| US9787302B2 (en) * | 2014-12-11 | 2017-10-10 | Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd | Source driver circuit and control method thereof |
| US20200099376A1 (en) * | 2017-02-07 | 2020-03-26 | Sas Heyday Integrated Circuits | An isolated high side drive circuit |
| WO2020029540A1 (zh) * | 2018-08-08 | 2020-02-13 | 上海颛芯企业管理咨询合伙企业（有限合伙） | 功率开关管的驱动电路及其装置 |
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