專利名稱：電平移位器與升壓驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種電平移位器，尤指一種具有避免誤開啟功率開關(guān)功能的電平移位器。
背景技術(shù)：
在液晶電視屏幕中，影像轉(zhuǎn)換器(scaler)的操作電壓，為了省電與節(jié)省芯片面積的考量，一般使用一較低的操作電壓，譬如說是3. 3V。但是，液晶電視屏幕的背光(backlight)光源，其可能是發(fā)光二極管(light-emitting diode, LED)或是冷陰極突光燈(cold-cathode fluorescent lamp, CCFL),其操作電壓可能需要高達(dá)40V。因此,就需要有電源轉(zhuǎn)換器(power converter),將一操作電源轉(zhuǎn)換到另一操作電源。
—種廣為使用的電源轉(zhuǎn)換器是開關(guān)式電源供應(yīng)器(switched-mode powersupply, SMPS),因具有優(yōu)秀的轉(zhuǎn)換效率(power conversion efficiency)。如其名所示，SMPS多具有一功率開關(guān)，用以控制流經(jīng)一電感組件的儲能或是釋能，以達(dá)到轉(zhuǎn)換電能的目的。只是，此功率開關(guān)多半需要承受相當(dāng)高的電壓，因此，功率開關(guān)的控制柵的臨界電壓往往也相當(dāng)?shù)母?。以操作電?. 3V供電的影像轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的信號，其最高電壓可能只有3. 3V，而不足以驅(qū)動(dòng)一般功率開關(guān)的控制柵。因此，需要一電平移位器(level shifter)或是一驅(qū)動(dòng)電路(driver),將影像轉(zhuǎn)換器所輸出的，屬于3. 3V系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)信號,移位到一電壓較高的電壓系統(tǒng)的柵驅(qū)動(dòng)信號，藉以驅(qū)動(dòng)一功率開關(guān)。設(shè)計(jì)電平移位器時(shí),需要考慮到供電順序(power-on sequence),也需要考慮到不能有誤開啟一功率開關(guān)的情形。如果一功率開關(guān)在供電順序過程中被誤開啟了，可能導(dǎo)致一電感組件飽和,而導(dǎo)致危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例揭示一種電平移位器，包含有一共基級放大器以及一電流放大器。該共基級放大器具有一第一雙接面晶體管。該第一雙接面晶體管具有一基極耦接于一第一預(yù)設(shè)電壓，一射極接收一輸入信號，以及一集極耦接至一第一電壓源。該電流放大器由該第一電壓源供電，具有一輸入端I禹接于該第一雙接面晶體管的該集極，以及一輸出端用以輸出一柵驅(qū)動(dòng)信號。該第一預(yù)設(shè)電壓由該第一電壓源供電產(chǎn)生；以及該輸入信號由一第二電壓源供電產(chǎn)生，相較于該第一電壓源，該第二電壓源為一低電壓源。本發(fā)明實(shí)施例揭不一種電平移位器，包含有一輸入級以及一輸出級。該輸入級具有一輸入級開關(guān)供接收一輸入信號。該開關(guān)依據(jù)該輸入信號而選擇性地開啟。該輸出級串接于該輸入級，供輸出一柵驅(qū)動(dòng)信號。當(dāng)該輸入級開關(guān)開啟，該柵驅(qū)動(dòng)信號處于一低邏輯電平；當(dāng)該輸入級開關(guān)關(guān)閉，該柵驅(qū)動(dòng)信號處于一高邏輯電平。該輸入信號與該柵驅(qū)動(dòng)信號的邏輯電平一致。本發(fā)明實(shí)施例揭示一種升壓驅(qū)動(dòng)電路，包含有一第一電壓源、一線性降壓器、一影像轉(zhuǎn)換器、一電平移位器、以及一升壓轉(zhuǎn)換器。該線性降壓器接收該第一電壓源以產(chǎn)生一第二電壓源。相較于該第一電壓源，該第二電壓源為一低電壓源。該影像轉(zhuǎn)換器接收該第二電壓源，包含有一柵預(yù)驅(qū)動(dòng)器。該柵預(yù)驅(qū)動(dòng)器提供一輸入信號。該電平移位器耦接于該柵預(yù)驅(qū)動(dòng)器，包含有一輸入級以及一輸出級。該輸入級接收該輸入信號。該輸出級串接于該輸入級，供輸出一柵驅(qū)動(dòng)信號。該輸入級與該輸出級分別接受多個(gè)固定參考電壓。該多個(gè)固定參考電壓由該第一電壓源供電產(chǎn)生。該輸入信號由該第二電壓源供電產(chǎn)生。當(dāng)該第一電壓源的電壓升高至一預(yù)設(shè)工作電壓時(shí)，該輸入信號與該柵驅(qū)動(dòng)信號的邏輯電平一致。該升壓轉(zhuǎn)換器包含有一功率開關(guān)。該功率開關(guān)耦接于該電平移位器，用以接收該柵驅(qū)動(dòng)信號并輸出一驅(qū)動(dòng)電壓。


圖I為一顯示器的透視圖。圖2顯示圖I的電平移位器。
主要組件符號說明10升壓轉(zhuǎn)換器13線性降壓器14電平移位器15功率開關(guān)16柵預(yù)驅(qū)動(dòng)器18脈沖寬度調(diào)變控制器20影像轉(zhuǎn)換器62輸入級64輸出級BBPNP雙接面晶體管BF PNP雙接面晶體管BTNPN雙接面晶體管GATE 控制柵NI 接點(diǎn)NC 接點(diǎn)OUT輸出端Rl 電阻SDRV驅(qū)動(dòng)信號SGATE驅(qū)動(dòng)信號SP1、SPB、SPU 信號路徑VCC電壓源VIN電壓源Z齊納二極管
具體實(shí)施方式
圖I顯示了依據(jù)本發(fā)明所實(shí)施，適用于一液晶屏幕的電路。輸入電壓源VIN，譬如說是12V,作為整個(gè)電路的主電源(major voltage source)。升壓轉(zhuǎn)換器(booster) 10,在輸出端OUT上，提供一較高的電壓源，作為背光的驅(qū)動(dòng)電壓。譬如說其電壓為40V，用以驅(qū)動(dòng)數(shù)個(gè)LED串行(LED chains)。線性降壓器(low drop-out, LDO) 13，產(chǎn)生一 3. 3V的電壓源VCC，供電給影像轉(zhuǎn)換器20。供電順序考量上，一般設(shè)計(jì)為電壓源VIN已經(jīng)大約備妥后，譬如說電壓源VIN的電壓已經(jīng)高到非常接近12V 了，線性降壓器13才開始使電壓源VCC的電壓上升，從OV漸漸拉抬到3. 3V后，才驅(qū)動(dòng)影像轉(zhuǎn)換器20開始工作。影像轉(zhuǎn)換器20可以以單芯片(monolithic chip)構(gòu)成,其具有一脈沖寬度調(diào)變(pulse-width modulation,PWM)控制器18,用以控制升壓轉(zhuǎn)換器10中的功率開關(guān)15的工作周期(duty ratio)。脈沖寬度調(diào)變控制器18中有一柵預(yù)驅(qū)動(dòng)器(gate pre-driver) 16,其產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號SDRV，由電壓源VCC供電所產(chǎn)生，屬于電壓源VCC所決定的3. 3V系統(tǒng)。換言之，驅(qū)動(dòng)信號SDRV的邏輯電平，將介于OV到3. 3V之間。舉例來說，驅(qū)動(dòng)信號SDRV的低邏輯電平可以約是0V，高邏輯電平可以約是3. 3V。電平移位器14稱接于柵預(yù)驅(qū)動(dòng)器(gate pre-driver) 16與功率開關(guān)15之間,用 以驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)15的控制柵GATE，同時(shí)接收屬于3. 3V系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)信號SDRV，產(chǎn)生屬于12V系統(tǒng)的柵驅(qū)動(dòng)信號SGATE。舉例來說，柵驅(qū)動(dòng)信號SGATE的低邏輯電平可以約是0V，高邏輯電平可以約是11V。圖2為圖I電平移位器14的詳細(xì)電路圖。電平移位器14具有輸入級(inputstage) 62與輸出級(output stage) 64,可以用分離式組件(discrete device)組裝所構(gòu)成。從圖2中可以得知，除了作為一輸入信號的驅(qū)動(dòng)信號SDRV屬于3. 3V系統(tǒng)外，電平移位器14內(nèi)所有的信號，不論是參考電壓或是輸出入信號，都是由12V的電壓源VIN供電產(chǎn)生，且獨(dú)立于圖I中3. 3V的電壓源VCC。這樣的好處是盡管供電給驅(qū)動(dòng)信號SDRV的電壓源VCC可能還沒有備妥，也就是其電壓尚未升高至接近3. 3V，只要電壓源VIN已經(jīng)穩(wěn)定，電平移位器14也就隨之穩(wěn)定，準(zhǔn)備依據(jù)驅(qū)動(dòng)信號SDRV產(chǎn)生相對應(yīng)的柵驅(qū)動(dòng)信號SGATE。輸入級62為一共基級放大器(common-base amplifier)。輸入級62包含一作為輸入級開關(guān)的PNP雙接面晶體管(bipolar-junction transistor, BJT)BF,其射極接收驅(qū)動(dòng)信號SDRV。當(dāng)電壓源VIN穩(wěn)定時(shí),齊納二極管Z的箝制電壓(clamping voltage)設(shè)定或是提供了接點(diǎn)NI的電壓，所以也大約決定了雙接面晶體管BF基級的電壓。雙接面晶體管BF的集極，也就是接點(diǎn)NC，透過電阻Rl耦接到12V的電壓源VIN。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號SDRV處于一低邏輯電平時(shí)，譬如OV時(shí)，作為開關(guān)的雙接面晶體管BF打開(turn on)且操作于飽和狀態(tài)，所以接點(diǎn)NC會在一很低的電壓，譬如說是0.2V。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號SDRV處于一高邏輯電平時(shí)，譬如說是3. 3V時(shí)，雙接面晶體管BF操作于關(guān)閉狀態(tài)，所以接點(diǎn)NC被電阻Rl拉到一很高的電壓，可能接近電壓源VIN的電壓12V。因此，接點(diǎn)NC上的信號已經(jīng)屬于電壓源VIN所決定的12V系統(tǒng)。如圖2所示,輸出級64為一推拉式射級隨f禹器(push-pull emitter follower)。NPN雙接面晶體管BT與PNP雙接面晶體管BB兩者的基極相連接，作為一輸入端，連接到接點(diǎn)NC。雙接面晶體管BT與雙接面晶體管BB兩者的射極相連接，作為一輸出端，輸出柵驅(qū)動(dòng)信號SGATE。雙接面晶體管BT的集極耦接到電壓源VIN ;雙接面晶體管BT的集極耦接到接地線。柵驅(qū)動(dòng)信號SGATE的電平，將會大約追隨(follow)著接點(diǎn)NC的電平的變化而變化。所以，柵驅(qū)動(dòng)信號SGATE也是屬于12V系統(tǒng)。輸出級64會放大從接點(diǎn)NC來而輸入的電流，產(chǎn)生放大電流，由雙接面晶體管BT或雙接面晶體管BB的射極輸出。因此輸出級64可以視為一電流放大器。由以上分析可推知，當(dāng)電壓源VIN備妥時(shí)，柵驅(qū)動(dòng)信號SGATE與驅(qū)動(dòng)信號SDRV的邏輯電平會一致。舉例來說，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號SDRV處于邏輯上的”0”時(shí)，其電壓值為一低邏輯電平(OV)，柵驅(qū)動(dòng)信號SGATE的電平也會在另一低邏輯電平(OV)，邏輯上為”0”。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號SDRV處于一高邏輯電平(3. 3V)，邏輯上為” 1”，柵驅(qū)動(dòng)信號SGATE的電平也會在另一高邏輯電平(可能是IIV)，邏輯上為” I”。一實(shí)施例中，一驅(qū)動(dòng)電路大致上僅有一輸入級以及一輸出級。每一級中的每一信號路徑上只有一主動(dòng)組件。譬如，圖2中的輸入級62的信號路徑SPl上僅有主動(dòng)組件雙接面晶體管BF，輸出級64在有兩個(gè)信號路徑SPB與SPU, 一個(gè)會過雙接面晶體管BT，另一會經(jīng)過雙接面晶體管BB。在另一實(shí)施例中，一驅(qū)動(dòng)電路可以有至少一緩沖級，設(shè)置于一輸入級以及一輸出級之間?；诮档托盘栄舆t跟組件數(shù)目成本的考量，僅有一輸入級以及一輸出級是比較好的。
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就算電壓源VIN還沒有穩(wěn)定，只要電壓源VIN的電壓超過齊納二極管Z的箝制電壓(作為一預(yù)設(shè)的工作電壓)，齊納二極管Z就會大約將雙接面晶體管BF的基級電壓穩(wěn)定在一固定電壓，確保雙接面晶體管BF —開始就操作于飽和狀態(tài)，而使接點(diǎn)NC維持在一較低的電壓。所以，在供電順序過程中，接點(diǎn)NC —開始就會一直維持在一較低電壓。這個(gè)現(xiàn)象會持續(xù)到電壓源VCC備妥后驅(qū)動(dòng)信號SDRV的電平上升，接點(diǎn)NC的電壓才可能拉高。電平移位器14有以下優(yōu)點(diǎn)I.不會在供電順序中，產(chǎn)生誤動(dòng)作。電平移位器14只需要單一電壓源VIN供電，來產(chǎn)生其中的任何參考電壓或是工作點(diǎn)。如前所述，只要電壓源VIN的電壓超過齊納二極管Z的箝制電壓，齊納二極管Z就會將雙接面晶體管BF的基級電壓穩(wěn)定在一固定電壓，確保雙接面晶體管BF —開始就操作于飽和狀態(tài)，而使接點(diǎn)NC維持在一較低的電壓。如果電壓源VCC的3. 3V還沒有備妥，驅(qū)動(dòng)信號SDRV的電壓將會很接近0V。此時(shí)，如果電壓源VIN的12V已經(jīng)備妥，電平移位器14就正常工作，而其所產(chǎn)生的柵驅(qū)動(dòng)信號SGATE的邏輯電平會跟驅(qū)動(dòng)信號SDRV—樣，也就是一低電壓，大約為柵驅(qū)動(dòng)信號SGATE的低邏輯電平。因此，柵驅(qū)動(dòng)信號SGATE不會錯(cuò)誤地處于高邏輯電平。2.組件數(shù)目少。如同圖2所示，只需要有三個(gè)BJT、一個(gè)齊納二極管以及數(shù)個(gè)電阻。組件數(shù)目少便意味者低成本。3.操作速度快。輸入級62的雙接面晶體管BF為NPN，其速度一般高于PNP雙接面晶體管。輸出級64也是一高速的推拉式射級隨耦器。所以，電平移位器14的操作速度，理論上可達(dá)500kHz以上。本發(fā)明雖然以液晶屏幕的電路為例，但是本發(fā)明可以適用于其它的應(yīng)用。只要是要把一屬于較低電壓系統(tǒng)的信號轉(zhuǎn)成一屬于較高壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)信號的驅(qū)動(dòng)電路，都可以應(yīng)用本發(fā)明。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種電平移位器，包含有 一共基級放大器，具有一第一雙接面晶體管，該第一雙接面晶體管具有一基極耦接于一第一預(yù)設(shè)電壓，一射極接收ー輸入信號，以及ー集極耦接至一第一電壓源；以及 一電流放大器，由該第一電壓源供電，該電流放大器具有ー輸入端稱接于該第一雙接面晶體管的該集扱，以及ー輸出端用以輸出一柵驅(qū)動(dòng)信號； 其中，該第一預(yù)設(shè)電壓由該第一電壓源供電產(chǎn)生；以及該輸入信號由一第二電壓源供電產(chǎn)生，相較于該第一電壓源，該第二電壓源為ー低電壓源。
2.如權(quán)利要求I所述的電平移位器，其特征在于，該電流放大器包含有一第一射級隨耦器，具有一第二雙接面晶體管，該第二雙接面晶體管具有一集極耦接至該第一電壓源，一基極耦接至該第一雙接面晶體管的該集極，以及ー射極輸出該柵驅(qū)動(dòng)信號。
3.如權(quán)利要求2所述的電平移位器，其特征在于，該電流放大器包含有 一第二射級隨耦器，具有一第三雙接面晶體管，該第三雙接面晶體管具有一基極耦接到該第一雙接面晶體管的該集極，一集極耦接到一接地線，以及一射極用以輸出該柵驅(qū)動(dòng)信號。
4.如權(quán)利要求I所述的電平移位器，其特征在干，當(dāng)該輸入信號位于ー低邏輯電平吋，該第一雙接面晶體管操作于ー飽和狀態(tài)，當(dāng)該輸入信號位于一高邏輯電平時(shí)，該第一雙接面晶體管操作于ー關(guān)閉狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求I所述的電平移位器，其特征在于，該共基級放大器包含有ー齊納ニ極管，用以提供該第一預(yù)設(shè)電壓。
6.—種電平移位器,包含有 ー輸入級，具有一輸入級開關(guān)供接收ー輸入信號，該開關(guān)依據(jù)該輸入信號而選擇性地開啟；以及 一輸出級，串接于該輸入級，供輸出ー柵驅(qū)動(dòng)信號，當(dāng)該輸入級開關(guān)開啟，該柵驅(qū)動(dòng)信號處于ー低邏輯電平，當(dāng)該輸入級開關(guān)關(guān)閉，該柵驅(qū)動(dòng)信號處于一高邏輯電平，其中，該輸入信號與該柵驅(qū)動(dòng)信號的邏輯電平一致。
7.如權(quán)利要求6所述的電平移位器，其特征在于，該輸入級為一共基級放大器。
8.如權(quán)利要求6所述的電平移位器，其特征在干，該輸入級開關(guān)為ー第一雙接面晶體管，其當(dāng)該輸入信號位于ー低邏輯電平吋，該第一雙接面晶體管操作于ー飽和狀態(tài)，當(dāng)該輸入信號位于一高邏輯電平時(shí)，該第一雙接面晶體管操作于ー關(guān)閉狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求6所述的電平移位器，其特征在于，該輸出級為ー射級隨耦器。
10.如權(quán)利要求6所述的電平移位器，其特征在于，該輸出級為一推拉式放大器。
11.如權(quán)利要求6所述的電平移位器，其特征在干，每ー該輸入級以及該輸出級中的每一信號路徑，只有經(jīng)過ー主動(dòng)組件。
12.如權(quán)利要求6所述的電平移位器，其特征在于，該輸入級具有一齊納ニ極管以及一主動(dòng)組件，當(dāng)該第二電壓源的電壓尚未升高至ー預(yù)設(shè)工作電壓時(shí)，該齊納ニ極管確保該主動(dòng)組件工作于ー飽和狀態(tài)。
13.ー種升壓驅(qū)動(dòng)電路，包括 一第一電壓源； ー線性降壓器，接收該第一電壓源以產(chǎn)生一第二電壓源，其中，相較于該第一電壓源，該第二電壓源為ー低電壓源； 一影像轉(zhuǎn)換器，接收該第二電壓源，包含有ー柵預(yù)驅(qū)動(dòng)器，該柵預(yù)驅(qū)動(dòng)器提供ー輸入信號; 一電平移位器，耦接于該柵預(yù)驅(qū)動(dòng)器，包含有 一輸入級，接收該輸入信號； ー輸出級，串接于該輸入級，供輸出ー柵驅(qū)動(dòng)信號； 該輸入級與該輸出級分別接受多個(gè)的固定參考電壓，該多個(gè)固定參考電壓由該第一電壓源供電產(chǎn)生； 該輸入信號由該第二電壓源供電產(chǎn)生；以及 當(dāng)該第一電壓源的電壓升高至ー預(yù)設(shè)工作電壓時(shí)，該輸入信號與該柵驅(qū)動(dòng)信號的邏輯 電平一致；以及 一升壓轉(zhuǎn)換器，包含有一功率開關(guān)，該功率開關(guān)耦接于該電平移位器，用以接收該柵驅(qū)動(dòng)信號并輸出ー驅(qū)動(dòng)電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及電平移位器以及相關(guān)的升壓驅(qū)動(dòng)電路。揭示的電平移位器包含有一輸入級以及一輸出級。該輸入級具有一輸入級開關(guān)供接收一輸入信號。該開關(guān)依據(jù)該輸入信號而選擇性地開啟。該輸出級串接于該輸入級，供輸出一柵驅(qū)動(dòng)信號。當(dāng)該輸入級開關(guān)開啟，該柵驅(qū)動(dòng)信號處于一低邏輯電平；當(dāng)該輸入級開關(guān)關(guān)閉，該柵驅(qū)動(dòng)信號處于一高邏輯電平。該輸入信號與該柵驅(qū)動(dòng)信號的邏輯電平一致。
文檔編號G09G3/36GK102820010SQ201110168399
公開日2012年12月12日 申請日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者潘宣亦, 洪國強(qiáng) 申請人:晨星軟件研發(fā)(深圳)有限公司, 晨星半導(dǎo)體股份有限公司