專利名稱：靴帶電容充電電路及使用該充電電路的驅(qū)動集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靴帶電容(bootstrap capacitor)充電電路，及使用該 充電電路的驅(qū)動集成電路，其特別適用于高壓半橋式電源供應(yīng)電路中。
背景技術(shù)：
半橋式電源供應(yīng)電路，又稱切換式電源供應(yīng)電路，其基本結(jié)構(gòu)的 一例可見圖l，通過兩功率晶體管Q1、 Q2分別切換其導(dǎo)通狀態(tài)，而將 供應(yīng)電壓Vcc轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)碾妷禾峁┙o負(fù)載20。兩功率晶體管Ql、 Q2的導(dǎo)通狀態(tài)分別由驅(qū)動IC芯片10中的上下橋驅(qū)動電路11與12所 控制，其中上橋驅(qū)動電路11的操作電壓范圍下限為節(jié)點(diǎn)電壓Vph，下 橋驅(qū)動電路12的操作電壓范圍下限為接地電壓。(驅(qū)動IC芯片10中 的其它部份與本案無關(guān)，故予以省略。)
當(dāng)供應(yīng)電壓Vcc為高壓時(shí)(例如數(shù)百伏特)，上橋驅(qū)動電路11不 宜直接自供應(yīng)電壓Vcc獲取工作電壓，故通常如圖所示，提供一靴帶 電容Cl,于下橋晶體管Q2導(dǎo)通時(shí)，自芯片10內(nèi)部的低壓供應(yīng)源Vdd 經(jīng)靴帶二極管Dl對該靴帶電容Cl充電，使得當(dāng)下橋晶體管Q2關(guān)閉 時(shí)，節(jié)點(diǎn)N1的電壓可到達(dá)Vph+Vdd，以供上橋驅(qū)動電路11操作所需。 靴帶二極管D1的目的是在節(jié)點(diǎn)N1的電壓高于低壓供應(yīng)源Vdd時(shí)，避 免節(jié)點(diǎn)N1的電壓倒灌損害低壓供應(yīng)源Vdd。
在上述安排下，由于節(jié)點(diǎn)Nl的電壓可能相當(dāng)高，故對靴帶電容 Cl的電容值、和靴帶二極管D1的崩潰電壓與峰值電流容量，其規(guī)格 要求都相當(dāng)高，因此靴帶電容Cl和靴帶二極管Dl通常皆使用獨(dú)立元 件(discrete component)來制作，而無法整合至IC芯片10之內(nèi)。在美國專利第5,373,435號案中，提及一種仿真靴帶二極管Dl的 電路BDE (Bootstrap Diode Emulator),通過復(fù)雜的元件組合，達(dá)成仿真 靴帶二極管D1的效果。因BDE電路相當(dāng)復(fù)雜，故圖2中僅示出其簡 化概念；其詳細(xì)電路結(jié)構(gòu)請見圖3。該案的目的是使用仿真靴帶二極管 電路BDE，將原本必須以獨(dú)立元件制作的仿真靴帶二極管D1，整合至 IC芯片IO之內(nèi)。然而，若詳閱美國專利第5,373,435號案可知，該案所提出的BDE 電路十分復(fù)雜，不但組成元件數(shù)量繁多，且電路中同時(shí)包含MOS與雙 極晶體管元件，對于集成電路芯片的整合與制作而言，并不便利。有鑒于此，本發(fā)明即針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種較佳的 靴帶電容充電電路，其電路結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)較現(xiàn)有技術(shù)更為簡單，可以很便利 地整合在集成電路芯片之內(nèi)，且所構(gòu)成的集成電路芯片可以使用MOS 制程來制作。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一目的在于，提出一種靴帶電容充電電路，以簡單的 結(jié)構(gòu)，達(dá)成對靴帶電容充電的功能。本發(fā)明的第二目的在于，提出一種使用該充電電路的驅(qū)動集成電路。本發(fā)明的第三目的在于，提出一種使用該驅(qū)動集成電路的半橋式 電源供應(yīng)電路。為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種靴帶電容充電電路，用以自一供 應(yīng)電壓對一靴帶電容充電，該充電電路包含 一耗乏型晶體管，其源 極/汲極的第一端與該供應(yīng)電壓電連接，柵極亦與該供應(yīng)電壓電連接， 源極/汲極的第二端與該靴帶電容電連接。此外，根據(jù)本發(fā)明，也提供了一種驅(qū)動集成電路，用以控制至少 一功率晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)，該驅(qū)動集成電路包含 一上橋驅(qū)動電路， 用以產(chǎn)生訊號控制第一功率晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)，此上橋驅(qū)動電路的第 一電壓端與第一電壓節(jié)點(diǎn)電連接，第二電壓端與第二電壓節(jié)點(diǎn)電連接； 以及一耗乏型晶體管，其源極/汲極的第一端與一供應(yīng)電壓電連接， 柵極亦與該供應(yīng)電壓電連接，源極/汲極的第二端與該第一電壓節(jié)點(diǎn) 電連接。根據(jù)本發(fā)明的另一內(nèi)容，也提供了一種半橋式電源供應(yīng)電路，用 以供應(yīng)電壓至負(fù)載，該半橋式電源供應(yīng)電路包含互相電連接的上橋 與下橋功率晶體管； 一上橋驅(qū)動電路，用以產(chǎn)生訊號控制該上橋功率 晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)，此上橋驅(qū)動電路的第一電壓端與第一電壓節(jié)點(diǎn)電 連接，第二電壓端與第二電壓節(jié)點(diǎn)電連接； 一下橋驅(qū)動電路，用以產(chǎn) 生訊號控制該下橋功率晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)； 一靴帶電容，電連接于該 第一電壓節(jié)點(diǎn)和第二電壓節(jié)點(diǎn)之間；以及一耗乏型晶體管，其源極/ 汲極的第一端與第一供應(yīng)電壓電連接，柵極亦與該第一供應(yīng)電壓電連 接，源極/汲極的第二端與該第一電壓節(jié)點(diǎn)電連接。在前述靴帶電容充電電路、驅(qū)動集成電路、半橋式電源供應(yīng)電路 中，為安全起見，可在供應(yīng)電壓與耗乏型晶體管之間設(shè)置一個二極管， 其陽極與該供應(yīng)電壓電連接，其陰極與該耗乏型晶體管的第一端電連 接。下面通過具體實(shí)施例詳加說明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技 術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效。


圖1標(biāo)出現(xiàn)有技術(shù)的半橋式電源供應(yīng)電路，其中使用的靴帶電容 與靴帶二極管為獨(dú)立元件(discrete components);圖2為現(xiàn)有技術(shù)的簡化示意電路圖，其中以仿真靴帶二極管電路 BDE來取代獨(dú)立的靴帶二極管；圖3標(biāo)出圖2現(xiàn)有技術(shù)中的BDE的詳細(xì)結(jié)構(gòu)； 圖4為示意電路圖，說明本發(fā)明的第一實(shí)施例； 圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖中符號說明10驅(qū)動IC芯片11驅(qū)動電路12驅(qū)動電路14控制電路20負(fù)載40充電電路41耗乏型晶體管42二極管BDE仿真靴帶二極管電路CI靴帶電容Dl靴帶二極管電感Nl節(jié)點(diǎn)OUT輸出端Q1,Q2功率晶體管Vcc供應(yīng)電壓(高壓)Vdd供應(yīng)電壓(低壓)Vph節(jié)點(diǎn)電壓具體實(shí)施方式
請參考圖4，其中以示意電路圖的方式顯示本發(fā)明的一個實(shí)施例。 如圖所示，本實(shí)施例中，在低壓供應(yīng)源Vdd與靴帶電容Cl間，設(shè)有一 個靴帶電容充電電路40，其中包含有N型耗乏型晶體管41和二極管42，且N型耗乏型晶體管41以側(cè)向擴(kuò)散的金氧半晶體管(LDMOS)較 佳，如此在制程整合與元件特性上將更能符合本發(fā)明的需求。當(dāng)?shù)蛪?供應(yīng)源Vdd的電壓大于節(jié)點(diǎn)Nl的電壓時(shí)，耗乏型晶體管41的左方端 可視為源極，由于耗乏型晶體管41的柵極對源極電壓Vgs為正(等于 二極管42的壓降)，故耗乏型晶體管41維持為導(dǎo)通狀態(tài)，使低壓供 應(yīng)源Vdd得以對靴帶電容Cl進(jìn)行充電。當(dāng)下橋晶體管Q2關(guān)閉時(shí)，節(jié)點(diǎn)N1的電壓為Vph+Vdd，此時(shí)耗乏 型晶體管41的右方端電壓較左方端為高，但由于晶體管41的耗乏型 LDMOS特性，本身具有限流的功能，故并不需要使用高規(guī)格的二極管 42，即可達(dá)到防護(hù)電流倒灌的功能。因此，耗乏型晶體管41和二極管 42，可以整合在驅(qū)動IC芯片IO之內(nèi)。以上電路中的二極管42，是為安全起見而設(shè)置，但事實(shí)上也可省 略，如圖5所示。在本圖實(shí)施例中，當(dāng)?shù)蛪汗?yīng)源Vdd的電壓大于節(jié) 點(diǎn)N1的電壓時(shí)，耗乏型晶體管41的柵極對源極電壓Vgs為零，仍然 可以導(dǎo)通；而當(dāng)節(jié)點(diǎn)N1的電壓大于低壓供應(yīng)源Vdd的電壓時(shí)，耗乏型 晶體管41的右方端可視為源極，此時(shí)耗乏型晶體管41的柵極對源極 電壓Vgs為負(fù)(等于-Vdd)，故耗乏型晶體管41自然截止而不導(dǎo)通。在以上兩實(shí)施例的電路中，并不需要復(fù)雜的控制機(jī)制，其電路遠(yuǎn) 較圖3所示的電路更為簡單，且制作時(shí)也不需要使用復(fù)雜的BiCMOS制程。以上已針對較佳實(shí)施例來說明本發(fā)明，以上所述，僅為使本領(lǐng)域 技術(shù)人員易于了解本發(fā)明的內(nèi)容，并非用來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍。 如前所述，本發(fā)明的主要概念在于，使用耗乏型晶體管作為靴帶電容 的充電電路；利用耗乏型晶體管的常態(tài)導(dǎo)通、限流與截止特性，使得 低壓供應(yīng)源Vdd不需要復(fù)雜的防護(hù)機(jī)制。在此精神下，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以思及各種等效變化，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，在圖中所示元件間，可加入不影響電路主要功能的元件；靴帶電容未必 限于高壓半橋式電源供應(yīng)電路中的靴帶電容，亦可為其它電路中的電 容；所示半橋式電源供應(yīng)電路中的下橋晶體管，可以代換為二極管； 等等。故凡依本發(fā)明的概念與精神所為的均等變化或修飾，均應(yīng)包括 于本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種靴帶電容充電電路，用以自一供應(yīng)電壓對一靴帶電容充電， 其特征在于，該充電電路包含一耗乏型晶體管，其源極/汲極的第一端與該供應(yīng)電壓電連接， 柵極亦與該供應(yīng)電壓電連接，源極/汲極的第二端與該靴帶電容電連 接。
2. 如權(quán)利要求l所述的靴帶電容充電電路，其中還包含有一個二極管，其陽極與該供應(yīng)電壓電連接，其陰極與該耗乏型晶體管的第一 端電連接。
3. 如權(quán)利要求l所述的靴帶電容充電電路，其中，該耗乏型晶體 管為側(cè)向擴(kuò)散的金氧半晶體管。
4. 一種驅(qū)動集成電路，用以控制至少一功率晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)， 其特征在于，該驅(qū)動集成電路包含一上橋驅(qū)動電路，用以產(chǎn)生訊號控制第一功率晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)， 此上橋驅(qū)動電路的第一電壓端與第一電壓節(jié)點(diǎn)電連接，第二電壓端與 第二電壓節(jié)點(diǎn)電連接；以及一耗乏型晶體管，其源極/汲極的第一端與一供應(yīng)電壓電連接， 柵極亦與該供應(yīng)電壓電連接，源極/汲極的第二端與該第一電壓節(jié)點(diǎn) 電連接。
5. 如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動集成電路，其中，該第一電壓節(jié)點(diǎn)和 第二電壓節(jié)點(diǎn)與一靴帶電容的兩端電連接。
6. 如權(quán)利要求5所述的驅(qū)動集成電路，其中，該靴帶電容位于驅(qū) 動集成電路外部。
7. 如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動集成電路，其中還包含有一個二極管，其陽極與該供應(yīng)電壓電連接，其陰極與該耗乏型晶體管的第一端電連接。
8. 如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動集成電路，其中還包含有一下橋驅(qū)動 電路，用以產(chǎn)生訊號控制第二功率晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)。
9. 如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動集成電路，其中，該耗乏型晶體管為 側(cè)向擴(kuò)散的金氧半晶體管。
10. —種半橋式電源供應(yīng)電路，用以供應(yīng)電壓至負(fù)載，其特征在于，該半橋式電源供應(yīng)電路包含互相電連接的上橋與下橋功率晶體管；一上橋驅(qū)動電路，用以產(chǎn)生訊號控制該上橋功率晶體管的導(dǎo)通狀 態(tài)，此上橋驅(qū)動電路的第一電壓端與第一電壓節(jié)點(diǎn)電連接，第二電壓 端與第二電壓節(jié)點(diǎn)電連接；一下橋驅(qū)動電路，用以產(chǎn)生訊號控制該下橋功率晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)；一靴帶電容，電連接于該第一電壓節(jié)點(diǎn)和第二電壓節(jié)點(diǎn)之間；以及一耗乏型晶體管，其源極/汲極的第一端與第一供應(yīng)電壓電連接， 柵極亦與該第一供應(yīng)電壓電連接，源極/汲極的第二端與該第一電壓 節(jié)點(diǎn)電連接。
11. 如權(quán)利要求IO所述的半橋式電源供應(yīng)電路，其中還包含有一 個二極管，其陽極與該第一供應(yīng)電壓電連接，其陰極與該耗乏型晶體 管的第一端電連接。
12. 如權(quán)利要求IO所述的驅(qū)動集成電路，其中，該上橋功率晶體 管的一端與第二供應(yīng)電壓電連接，該第二供應(yīng)電壓高于第一供應(yīng)電壓。
13.如權(quán)利要求IO所述的半橋式電源供應(yīng)電路，其中，該耗乏型 晶體管為側(cè)向擴(kuò)散的金氧半晶體管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種靴帶電容充電電路及使用該充電電路的驅(qū)動集成電路，用以自一供應(yīng)電壓對一靴帶電容充電，該充電電路包含一耗乏型晶體管，其源極/汲極的第一端與該供應(yīng)電壓電連接，柵極亦與該供應(yīng)電壓電連接，源極/汲極的第二端與該靴帶電容電連接。在供應(yīng)電壓與耗乏型晶體管之間可設(shè)置一個二極管。
文檔編號H02M1/08GK101312328SQ20071010512
公開日2008年11月26日 申請日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者張光銘, 鄭謙興 申請人:立锜科技股份有限公司