專利名稱：高壓輸出驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例方面涉及輸出驅(qū)動(dòng)器，在特定實(shí)施例中，涉及集成推挽式 (push-pull)高壓輸出驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
輸出驅(qū)動(dòng)器是對(duì)連接有負(fù)載的輸出端子進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電路。負(fù)載可以是被設(shè)計(jì)成執(zhí)行具有特定電壓或電流需求的特定應(yīng)用的半導(dǎo)體或集成電路。一般而言，推挽式驅(qū)動(dòng)器廣泛用作輸出驅(qū)動(dòng)器。推挽式驅(qū)動(dòng)器具有CMOS反相器的形式，該CMOS反相器包括在電源電壓端子與地電壓端子之間彼此串聯(lián)的上拉PMOS晶體管和下拉NMOS晶體管。通常，電源電壓端子與地電壓端子分別連接至系統(tǒng)的電源和地。上述和其他問題對(duì)于輸出驅(qū)動(dòng)器和相關(guān)器件的制造和實(shí)施提出了挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
多個(gè)示例實(shí)施例涉及驅(qū)動(dòng)器電路，例如可以用于驅(qū)動(dòng)總線或者連接至負(fù)載的驅(qū)動(dòng)器電路。根據(jù)示例實(shí)施例，提供了一種高壓驅(qū)動(dòng)器電路(例如，針對(duì)軌到軌(rail to rail) 操作)。該高壓驅(qū)動(dòng)器包括高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，包括連接在功率源與輸出節(jié)點(diǎn)之間的兩個(gè)晶體管，晶體管的源極或漏極彼此反串聯(lián)(anti-series)連接。在一些實(shí)施方式中，晶體管之一的漏極連接至輸出節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)晶體管的漏極連接至功率源，晶體管的源極彼此連接 (反串聯(lián))。在其他實(shí)施方式中，晶體管之一的源極連接至輸出節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)晶體管的源極連接至功率源，并且晶體管的漏極彼此連接(反串聯(lián))。在本文中，在連接兩個(gè)晶體管的情況下使用的術(shù)語(yǔ)“反串聯(lián)”被定義為將晶體管的相應(yīng)端子(如同F(xiàn)ET的源極或漏極)互連；例如，當(dāng)兩個(gè)晶體管的相應(yīng)源極/漏極相連接以提供有效短路，就像通過在公共節(jié)點(diǎn)互連而提供的有效短路或通過阻抗可忽略材料或結(jié)構(gòu)而提供的有效短路那樣時(shí)，這兩個(gè)晶體管彼此反串聯(lián)連接。當(dāng)兩個(gè)FET之一的源極與另一個(gè)FET的漏極互連時(shí)，或者當(dāng)電路組件連接在兩個(gè)FET的(源極或漏極)端子之間時(shí)，這兩個(gè)FET不是反串聯(lián)連接。高壓驅(qū)動(dòng)器還包括低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，具有連接在輸出節(jié)點(diǎn)與地之間的兩個(gè)晶體管，晶體管的源極或漏極彼此連接。在一種實(shí)施方式中，晶體管之一的漏極連接至輸出節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)晶體管的漏極連接至地，晶體管的源極彼此連接。在另一實(shí)施方式中，晶體管之一的源極連接至輸出節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)晶體管的源極連接至地，晶體管的漏極彼此連接。高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路還包括連接在晶體管之一的源極與漏極之間的二極管、以及連接在另一個(gè)晶體管的源極與漏極之間的另一二極管。這些二極管與晶體管連接，以便在彼此相反的方向上防止功率源與輸出節(jié)點(diǎn)之間的電流流動(dòng)。低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路還包括連接在晶體管之一的源極與漏極之間的二極管、以及連接在另一個(gè)晶體管的源極與漏極之間的另一二極管。這些二極管與晶體管連接，以便在彼此相反的方向上防止功率源與輸出節(jié)點(diǎn)之間的電流流動(dòng)。
根據(jù)另一示例實(shí)施例，減輕或防止了可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓遠(yuǎn)低于或遠(yuǎn)高于其額定值的特定故障狀況。上述驅(qū)動(dòng)器電路被布置為當(dāng)檢測(cè)到故障狀況時(shí)，阻止在驅(qū)動(dòng)器的輸出與與驅(qū)動(dòng)器的地和/或電源連接之間的電流流動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器電路通過使用反串聯(lián)的晶體管和二極管來防止不期望的電流流動(dòng)。當(dāng)電路處于功能性模式時(shí)，成對(duì)的晶體管和二極管用于提供輸出電壓，而在電源與輸出之間或者在輸出與地之間無(wú)二極管電壓降。根據(jù)本發(fā)明的另一示例實(shí)施例，高壓驅(qū)動(dòng)器電路包括功率源、地和輸出節(jié)點(diǎn)，用于驅(qū)動(dòng)例如總線或其他負(fù)載等輸出電路。該電路包括高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路包括連接在功率源與輸出節(jié)點(diǎn)之間的兩個(gè)晶體管，晶體管的源極或漏極類似上述方式(例如， 反串聯(lián))彼此連接。該電路還包括低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路包括連接在輸出節(jié)點(diǎn)與地之間的兩個(gè)晶體管，晶體管的源極或漏極也類似上述方式彼此連接。在高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路中，在晶體管之一的源極與漏極之間連接二極管，在另一個(gè)晶體管的源極與漏極之間連接另一二極管。配置和布置相應(yīng)的二極管，以在彼此相反的方向上防止功率源與輸出節(jié)點(diǎn)之間的電流流動(dòng)。在低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路中，在晶體管之一的源極與漏極之間連接二極管，在另一個(gè)晶體管的源極與漏極之間連接另一二極管。配置和布置相應(yīng)的二極管，以在彼此相反的方向上防止輸出節(jié)點(diǎn)與地之間的電流流動(dòng)。控制電路配置為向高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路提供第一信號(hào)，以導(dǎo)通高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管?？刂齐娐愤€配置為向低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路提供第二信號(hào)，以導(dǎo)通低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管。 輸出節(jié)點(diǎn)配置為在高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管或低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管已經(jīng)導(dǎo)通時(shí)提供輸出信號(hào)。以上論述/概述不是要描述本公開的每個(gè)實(shí)施例或每一種實(shí)施方式。以下的附圖和具體描述也舉例描述了多個(gè)實(shí)施例。


結(jié)合附圖考慮以下具體描述，可以更加完整地理解多個(gè)示例實(shí)施例，附圖中圖1示出了根據(jù)本公開示例實(shí)施例的高壓驅(qū)動(dòng)器；圖2示出了根據(jù)本公開另一示例實(shí)施例的高壓輸出驅(qū)動(dòng)器；圖3示出了根據(jù)本公開再一示例實(shí)施例的高壓輸出驅(qū)動(dòng)器；圖4示出了根據(jù)本公開又一示例實(shí)施例的高壓輸出驅(qū)動(dòng)器；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例實(shí)施例的連接至負(fù)載的高壓輸出驅(qū)動(dòng)器。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明可以具有多種修改和備選形式，附圖中通過示例示出了特定方式，并且將對(duì)其進(jìn)行具體描述。然而，應(yīng)該理解，不是要將本發(fā)明限定到所描述的具體實(shí)施例。相反，目的是要覆蓋落入本發(fā)明范圍的所有修改、等同物和備選方式，包括權(quán)利要求中限定的方面。本發(fā)明的各個(gè)方面可應(yīng)用多種不同類型的驅(qū)動(dòng)器和有關(guān)電路，用于驅(qū)動(dòng)多種不同類型的電路。本發(fā)明不一定受限于此，而是可以利用本文通過示例的論述來理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本公開的多個(gè)方面涉及高壓輸出驅(qū)動(dòng)器電路。該驅(qū)動(dòng)器電路包括高側(cè)電路和低側(cè)電路。高側(cè)電路位于電源電壓與至輸出驅(qū)動(dòng)器的輸出之間，低側(cè)電路位于該輸出與地之間。輸出驅(qū)動(dòng)器的組件布置為，使得當(dāng)輸出驅(qū)動(dòng)器處于功能性模式時(shí)，電壓降大體被限制到由電路中晶體管的導(dǎo)通電阻引起的電壓降。當(dāng)不處于功能性模式(處于非活躍模式)時(shí)， 輸出驅(qū)動(dòng)器中的二極管被布置為減小電源與輸出之間以及輸出與地之間的電流流動(dòng)。通過將每個(gè)晶體管與二極管并聯(lián)布置，來實(shí)現(xiàn)雙重功能性在功能性模式期間限制電壓降，以及在非活躍模式中防止電流流動(dòng)。二極管和晶體管并聯(lián)布置，以在柵源電壓超過晶體管閾值電壓時(shí)促進(jìn)經(jīng)過晶體管的電流流動(dòng)，并在晶體管的柵極與源極短路時(shí)減小/防止電流流動(dòng) (例如，二極管幾乎防止沿一個(gè)方向的全部電流流動(dòng)，可能存在一些泄漏)。根據(jù)另一示例實(shí)施例，提供了具有軌到軌(rail to rail)高壓能力的高壓輸出驅(qū)動(dòng)器。該高壓輸出驅(qū)動(dòng)器包括高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，高壓輸出驅(qū)動(dòng)器的輸出位于在高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路與低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路之間。高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路包括反串聯(lián)連接的兩個(gè)功率組件。低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路也包括反串聯(lián)連接的兩個(gè)功率組件。每個(gè)功率組件包括晶體管和二極管。對(duì)于每個(gè)功率組件，二極管連接在晶體管的源極與漏極之間。高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路中的兩個(gè)功率組件的晶體管的柵極相連。低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路中的兩個(gè)功率組件的晶體管的柵極相連。在高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路中，晶體管之一的漏極連接至電源，另一個(gè)晶體管的漏極連接至高壓輸出驅(qū)動(dòng)器的輸出。高側(cè)驅(qū)動(dòng)器(例如，控制器)控制高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的兩個(gè)功率組件。在低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路中，晶體管之一的漏極連接至電源，另一個(gè)晶體管的漏極連接至低壓輸出驅(qū)動(dòng)器的輸出。低側(cè)驅(qū)動(dòng)器(例如，控制器)控制低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的兩個(gè)功率組件。當(dāng)功率組件之一中的晶體管的柵源電壓超過閾值時(shí)，晶體管導(dǎo)通電流。當(dāng)功率組件之一中的晶體管的柵極和源極被短路時(shí)，沒有電流從電源流向輸出或沿相反方向流動(dòng)。 通過功率組件的反串聯(lián)布置實(shí)現(xiàn)了這種雙向電流阻止。在一些更加特定的實(shí)施例中，功率組件包括MOS晶體管，可以是η型或ρ型晶體管。在多個(gè)實(shí)施例中，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的功率組件中的MOS晶體管不是相同類型的。在另一些實(shí)施例中，所有的四個(gè)MOS晶體管是相同類型的。η型或ρ型晶體管的使用影響到用于高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的驅(qū)動(dòng)器的配置和類型。在本公開的一些實(shí)施例中，提供了具有軌到軌高壓能力的高壓輸出驅(qū)動(dòng)器。高壓輸出驅(qū)動(dòng)器包括高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路包括連接在功率源與驅(qū)動(dòng)輸出的輸出節(jié)點(diǎn)之間的兩個(gè)晶體管，晶體管的柵極與源極彼此連接，晶體管之一的漏極連接至輸出節(jié)點(diǎn)， 另一個(gè)晶體管的漏極連接至功率源。高壓輸出驅(qū)動(dòng)器還包括低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路包括連接在輸出節(jié)點(diǎn)與地之間的兩個(gè)晶體管，晶體管的柵極與源極彼此連接，晶體管之一的漏極連接至輸出節(jié)點(diǎn)，并且另一個(gè)晶體管的漏極連接至地。高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路還包括連接在晶體管之一的源極與漏極之間的二極管、以及連接在另一個(gè)晶體管的源極與漏極之間的另一二極管。二極管連接至晶體管，使得在彼此相反的方向上防止功率源與輸出節(jié)點(diǎn)之間的電流流動(dòng)。低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路還包括連接在晶體管之一的源極與漏極之間的二極管、以及連接在另一個(gè)晶體管的源極與漏極之間的另一二極管。二極管連接至晶體管，使得在彼此相反的方向上防止功率源與輸出節(jié)點(diǎn)之間的電流流動(dòng)。參照?qǐng)D1，示出了根據(jù)本公開的高壓驅(qū)動(dòng)器100。高壓驅(qū)動(dòng)器100具有電源102、地 104和輸出106。功率組件108和110反串聯(lián)連接在電源102與輸出106之間。功率組件 112和114反串聯(lián)連接在輸出106與地104之間。功率組件108和110連接至高側(cè)驅(qū)動(dòng)器 116，功率組件112和114連接至低側(cè)驅(qū)動(dòng)器118。功率組件108、110、112和114各自均包括晶體管。功率組件108和110中的晶體管的柵極彼此連接。功率組件112和114中的晶體管的柵極彼此連接。功率組件108、110、 112和114還包括二極管。功率組件108和110中的二極管實(shí)現(xiàn)為使得二極管是反串聯(lián)的， 艮口，二極管面向相反方向。功率組件112和114中的二極管也實(shí)現(xiàn)為反串聯(lián)。當(dāng)功率組件中的晶體管的柵源電壓超過晶體管的閾值時(shí)，功率組件導(dǎo)通電流。功率組件中出現(xiàn)的任何電壓降是在功能性模式下高壓驅(qū)動(dòng)器100向輸出106傳送電流時(shí)晶體管的導(dǎo)通電阻導(dǎo)致的。當(dāng)功率組件108和110中的晶體管的柵極與源極短路時(shí)，無(wú)電流從電源102流向輸出106或沿相反方向流動(dòng)。功率組件108和110被配置為通過功率組件內(nèi)的二極管來減小電流流動(dòng)。具體而言，第一二極管的陽(yáng)極至陰極方向與第二二極管的陽(yáng)極至陰極方向相反。當(dāng)功率組件112和114中的晶體管的柵極與源極短路時(shí)，極少或根本無(wú)電流從輸出106 流向地104或者沿相反方向流動(dòng)。功率組件112和114被配置為通過在功率組件內(nèi)布置二極管，使得功率組件112中的二極管的陽(yáng)極至陰極方向與功率組件114中的二極管的陽(yáng)極至陰極方向相反，來減小電流流動(dòng)。在一些實(shí)施例中，在印刷電路板(PCB)上實(shí)現(xiàn)圖1的高壓驅(qū)動(dòng)器。在發(fā)生印刷電路板的地從系統(tǒng)應(yīng)用斷開而輸出106仍然連接至系統(tǒng)應(yīng)用的故障狀況時(shí)，高壓驅(qū)動(dòng)器的布置防止電路的輸出取代PCB的地功能。此外，在發(fā)生PCB的電源從系統(tǒng)應(yīng)用斷開而輸出106 仍然連接至系統(tǒng)應(yīng)用的故障狀況時(shí)，這種布置防止電路的輸出取代PCB的電源功能。在一些實(shí)施例中，使用絕緣體上硅(SOI)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)圖1的驅(qū)動(dòng)器。SOI的使用允許對(duì)電路部分和組件的隔離。每個(gè)晶體管和二極管的隔離帶來了低寄生電容，并允許在超過工作電源電壓范圍時(shí)電路不受到正向偏置寄生二極管的妨礙。圖2示出了根據(jù)本公開的高壓驅(qū)動(dòng)器的實(shí)施例。在圖2中，高壓驅(qū)動(dòng)器200包括電池202、輸出206和地204。兩個(gè)pmos晶體管210和212布置在電池202與輸出206之間，使得pmos晶體管210和212的柵極耦接。電池202連接至pmos晶體管210的漏極，輸出206連接至晶體管212的漏極。電阻器216連接在pmos晶體管210和pmos晶體管212 兩者的柵極與源極之間。電阻器216也連接至使能高側(cè)驅(qū)動(dòng)器232。二極管208的陽(yáng)極連接至pmos晶體管210的漏極。二極管208的陰極連接至pmos晶體管210的源極。二極管214的陽(yáng)極連接至pmos晶體管212的漏極。二極管214的陰極連接至晶體管212的源極。兩個(gè)nmos晶體管220和222布置在輸出206與地204之間，使得nmos晶體管220和 222的柵極耦接。輸出連接至nmos 220的漏極，地204連接至晶體管222的漏極。電阻器 226連接在nmos晶體管220和nmos晶體管222兩者的柵極與源極之間。電阻器226也連接至使能低側(cè)驅(qū)動(dòng)器230，這相應(yīng)地驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O和源極。二極管218的陽(yáng)極連接至nmos晶體管220的源極，二極管218的陰極連接至nmos晶體管220的漏極。二極管224的陽(yáng)極連接至nmos晶體管222的源極，二極管224的陰極連接至nmos晶體管222的漏極。使能低側(cè)驅(qū)動(dòng)器230連接至電池202，使能高側(cè)驅(qū)動(dòng)器232連接至地。在圖2所示的示例實(shí)施例中，通過使電流經(jīng)過連接在晶體管的柵極和源極之間的電阻器216，來向pmos晶體管210和212施加電壓。類似地，通過使電流經(jīng)過連接在晶體管的柵極和源極之間的電阻器226，來向nmos晶體管220和222施加電壓。圖2的高壓驅(qū)動(dòng)器電路200布置為使得在需要時(shí)電流可以沿所需方向流動(dòng)。電路 200還布置為最小化電源或電池202與輸出206之間的電壓降。例如，當(dāng)向高側(cè)驅(qū)動(dòng)器232 提供使能信號(hào)時(shí)，向晶體管210和212施加電壓，使得晶體管210和212的柵源電壓超過晶體管的導(dǎo)通閾值。電流經(jīng)由晶體管210和212從電源202流向輸出206。晶體管210和212 的導(dǎo)通電阻導(dǎo)致電壓降。當(dāng)晶體管210和212不導(dǎo)通時(shí)，二極管208和214成為可能的電流路徑。然而，因?yàn)槎O管是反串聯(lián)布置的(即，二極管面向相反方向)，所以無(wú)論電流要流動(dòng)的方向如何，二極管在路徑中被布置為防止電流流動(dòng)。這種布置允許在輸出206處不希望有電流時(shí)，或者在由于故障狀況已發(fā)生從而電流可能試圖沿不希望的方向流動(dòng)的情況下，減小或阻止電流流動(dòng)。圖3示出了根據(jù)本公開的示例實(shí)施例。在圖3所示的示例實(shí)施例中，類似于圖2 所示電路的高壓驅(qū)動(dòng)器電路300包括電荷泵334，電荷泵334響應(yīng)于接收到使能高側(cè)信號(hào)， 提供將晶體管310和312的柵極和源極短路所必需的電壓。高壓驅(qū)動(dòng)器電路300使用四個(gè) nmos晶體管，而不是兩個(gè)nmos晶體管和兩個(gè)pmos晶體管的組合。晶體管類型的改變要求對(duì)控制晶體管的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行改變。除了電荷泵334，高壓驅(qū)動(dòng)器電路300還包括用于禁用高側(cè)驅(qū)動(dòng)器的附加nmos晶體管336。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有軌到軌能力的高壓驅(qū)動(dòng)器400。高壓驅(qū)動(dòng)器 400包括電源402、地404和輸出406。pmos晶體管408和410的柵極相連。pmos晶體管 408和410的源極彼此連接，并連接至使能高側(cè)驅(qū)動(dòng)器416。pmos晶體管408的漏極連接至電源402，pmos晶體管410的漏極連接至輸出406。二極管412的陽(yáng)極連接至電源402和 pmos晶體管408的漏極。二極管412的陰極連接至pmos晶體管408的源極。二極管414 的陽(yáng)極連接至pmos晶體管410的漏極，二極管414的陰極連接至pmos晶體管414的源極。 nmos晶體管418和420的柵極彼此相連。nmos晶體管418和420的源極連接至使能低側(cè)驅(qū)動(dòng)器426，并且彼此相連。nmos晶體管420的漏極連接至地，nmos晶體管418的漏極連接至輸出406。二極管422的陽(yáng)極連接至nmos晶體管418的源極，二極管422的陰極連接至 nmos晶體管418的漏極。晶體管408、410、418和420連同二極管412、414、422和424的布置允許電路起作用，使得當(dāng)晶體管導(dǎo)通時(shí)，晶體管的作用就像具有最小電壓降的短路。當(dāng)晶體管截止時(shí)，二極管用來防止任一方向上的電流流動(dòng)。高壓驅(qū)動(dòng)器400被布置為，使得pmos 晶體管408和410 —起導(dǎo)通和截止。類似地，nmos晶體管418和420 —起導(dǎo)通和截止。通過使能高側(cè)驅(qū)動(dòng)器416來控制pmos晶體管408和410是否導(dǎo)通以允許電流從電源420流向輸出406。類似地，通過使能低側(cè)驅(qū)動(dòng)器4 來控制npmos晶體管418和420是否導(dǎo)通以允許電流從輸出406流向地404。圖5示出了根據(jù)本公開另一示例實(shí)施例的連接至負(fù)載534 (例如總線或負(fù)載)的高壓輸出驅(qū)動(dòng)器。高壓輸出驅(qū)動(dòng)器500包括電源502、地504和輸出506。pmos晶體管508 和510的柵極相連。pmos晶體管508和510的源極彼此連接并且連接至使能高側(cè)驅(qū)動(dòng)器 516。pmos晶體管508的漏極連接至電源502，pmos晶體管510的漏極連接至輸出506。二極管512的陽(yáng)極連接至電源502和pmos晶體管508的漏極。二極管512的陰極連接至pmos 晶體管508的源極。二極管514的陽(yáng)極連接至pmos晶體管510的漏極，二極管514的陰極連接至pmos晶體管514的源極。nmos晶體管518和520的柵極彼此相連。nmos晶體管 518和520的源極連接至使能低側(cè)驅(qū)動(dòng)器526，并且彼此相連。nmos晶體管520的漏極連接至地，nmos晶體管518的漏極連接至輸出506。二極管522的陽(yáng)極連接至nmos晶體管518 的源極，二極管522的陰極連接至nmos晶體管518的漏極。晶體管508、510、518和520連同二極管512、514、522和524的布置允許電路起作用，使得當(dāng)晶體管導(dǎo)通時(shí)，晶體管的作用就像具有最小電壓降的短路。當(dāng)晶體管截止時(shí)，二極管用來防止任一方向上的電流流動(dòng)。高壓驅(qū)動(dòng)器500被布置為，使得pmos晶體管508和 510 一起導(dǎo)通和截止。類似地，nmos晶體管518和520 —起導(dǎo)通和截止。高側(cè)驅(qū)動(dòng)器516被配置為從控制電路530接收使能信號(hào)，并通過控制pmos晶體管 508和510處于導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)以連接電源502和輸出506，對(duì)使能信號(hào)作出響應(yīng)。類似地，低側(cè)驅(qū)動(dòng)器5 被配置為從控制電路530接收使能信號(hào)，并通過控制nmos晶體管518 和520處于導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)以連接輸出506和地504，對(duì)使能信號(hào)作出響應(yīng)。高壓輸出驅(qū)動(dòng)器500實(shí)現(xiàn)在印刷電路板(PCB) 532上。高壓輸出驅(qū)動(dòng)器500的輸出506被提供至負(fù)載 534。高壓輸出驅(qū)動(dòng)器500的電源502也為負(fù)載534提供電力供應(yīng)。類似地，高壓輸出驅(qū)動(dòng)器500和負(fù)載534兩者的地是同一地504。高壓輸出驅(qū)動(dòng)器500中的晶體管-二極管對(duì)是反串聯(lián)布置的。例如，晶體管508和 510分別連同二極管512和514的布置允許在柵源電壓已達(dá)到晶體管508和510的閾值時(shí)電流從電源502流向輸出506。當(dāng)晶體管508和510導(dǎo)通時(shí)，電源502與輸出506之間的僅有的電壓降是兩個(gè)晶體管的導(dǎo)通電阻。在地從負(fù)載534斷開的情況下，晶體管508和510的柵極和源極短路，僅有的可用電流路徑是經(jīng)由二極管512和514。然而，二極管512和514 的反串聯(lián)布置(即，二極管面向相反方向)減小/防止電流，電流無(wú)法在輸出節(jié)點(diǎn)與電源節(jié)點(diǎn)之間(沿任一方向)流動(dòng)。類似地，晶體管518和520以及二極管522和5 被布置為使得當(dāng)晶體管518和520的柵源電壓閾值已經(jīng)達(dá)到時(shí)，導(dǎo)通晶體管，電流可以在輸出506與地504之間流動(dòng)。在電源502從負(fù)載534斷開的情況下，晶體管518和520的柵極和源極短路，僅有的剩余可能電流路徑是經(jīng)由二極管522和524。然而，因?yàn)槎O管522和5 是反串聯(lián)布置的(即，二極管面向相反方向)，所以減小或阻止電流從輸出節(jié)點(diǎn)流向地以及沿相反方向流動(dòng)。下面的論述示出了涉及例如上述驅(qū)動(dòng)器電路的多個(gè)示例實(shí)施例的特征。因此，這些實(shí)施例可以結(jié)合上述的一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路來實(shí)現(xiàn)。一些實(shí)施例涉及針對(duì)通用應(yīng)用的集成推挽式高壓輸出驅(qū)動(dòng)器電路，其具有擴(kuò)展的絕對(duì)最大額定電壓而不具有反向電流，并且其具有軌至軌驅(qū)動(dòng)能力。例如，當(dāng)與具有+12V 電源和-12V電源的總線一起使用時(shí)，驅(qū)動(dòng)器電路提供范圍從-12V到+12V上的電壓。輸出驅(qū)動(dòng)器的最大范圍指定為從-28V到40V。這獨(dú)立于工作電源電壓，工作電源電壓指定為從 0 至Ij 28V。在一些更加特定的實(shí)施例中，高壓驅(qū)動(dòng)器電路連接至總線，用于汽車應(yīng)用。例如， 高壓驅(qū)動(dòng)器電路可以與風(fēng)檔刮水器、電動(dòng)車窗、電動(dòng)滑動(dòng)門、天窗、防死鎖剎車系統(tǒng)(ABS) 或引擎控制等結(jié)合使用?？梢栽谳^大系統(tǒng)內(nèi)使用多個(gè)高壓驅(qū)動(dòng)器電路，每個(gè)電路向單個(gè)應(yīng)用提供功率和控制。在一些更加特定的實(shí)施例中，這里論述的驅(qū)動(dòng)器電路被配置為減輕一種或多種故障狀況的不期望方面。當(dāng)其上實(shí)現(xiàn)高壓驅(qū)動(dòng)器電路的印刷電路板(PCB)的地與系統(tǒng)應(yīng)用斷開，而輸出仍然連接至系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)(例如，處于“地丟失”狀況)，發(fā)生一種類型的故障狀況。 希望在這種情況下高壓驅(qū)動(dòng)器的輸出不會(huì)取代PCB的地功能。在多個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本公開的高壓驅(qū)動(dòng)器電路被配置為，使得響應(yīng)于檢測(cè)到地丟失故障，低側(cè)使能驅(qū)動(dòng)器停止向與之連接的晶體管提供電壓，從而截止晶體管。驅(qū)動(dòng)器包括二極管，二極管被布置為使得在晶體管截止時(shí)，電流無(wú)法從電路的輸出流向地或者從地流向輸出。這種布置防止高壓驅(qū)動(dòng)器的輸出取代PCB的地功能。在一些實(shí)施例中，根據(jù)本文論述的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)器電路被配置為減輕第二類型的故障狀況的不期望方面。例如，在“電池丟失”故障下，PCB的電源與系統(tǒng)應(yīng)用斷開，而輸出仍然連接至系統(tǒng)應(yīng)用。在這種故障狀況下，驅(qū)動(dòng)器電路被配置為防止不期望的電路操作，例如防止高壓驅(qū)動(dòng)器的輸出取代PCB的電源功能。在多個(gè)實(shí)施例中，高壓驅(qū)動(dòng)器被配置為，使得響應(yīng)于檢測(cè)到電池丟失故障，高側(cè)使能驅(qū)動(dòng)器停止向與之連接的晶體管提供電壓，從而截止晶體管。二極管被布置為使得當(dāng)晶體管截止時(shí)，電流無(wú)法從電池流向電路的輸出或者從輸出流向電池。這種布置防止高壓驅(qū)動(dòng)器的輸出接取代PCB的電源功能?；谝陨险撌龊褪纠?，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種修改和改變，而不是嚴(yán)格按照本文示出和描述的示例實(shí)施例和應(yīng)用。例如，上述驅(qū)動(dòng)器可以其他電路來實(shí)現(xiàn)，包括針對(duì)汽車應(yīng)用(例如節(jié)流閥控制，剎車控制，電動(dòng)車窗等)的電路。這里所述的多個(gè)實(shí)施例也可以工業(yè)應(yīng)用控制來實(shí)現(xiàn)，例如針對(duì)商品生產(chǎn)中使用的機(jī)器，或者在多種應(yīng)用中以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，除了上述汽車應(yīng)用之外還包括其他交通工具應(yīng)用(例如，越野車輛、火車、飛機(jī)和空中交通工具)。這些修改不背離包括所附權(quán)利要求闡述的本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種輸出驅(qū)動(dòng)器電路，包括高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，包括連接在功率源與輸出節(jié)點(diǎn)之間的兩個(gè)晶體管，晶體管彼此反串聯(lián)連接；低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，包括連接在輸出節(jié)點(diǎn)與地之間的兩個(gè)晶體管，晶體管彼此反串聯(lián)連接；對(duì)于高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，一個(gè)二極管連接在晶體管之一的源極與漏極之間，以及另一二極管連接在另一個(gè)晶體管的源極與漏極之間，相應(yīng)的二極管被配置和布置為在相反的方向上防止功率源與輸出節(jié)點(diǎn)之間的電流流動(dòng)；以及對(duì)于低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，一個(gè)二極管連接在晶體管之一的源極與漏極之間，以及另一二極管連接在另一個(gè)晶體管的源極與漏極之間，相應(yīng)的二極管被配置和布置為在相反的方向上防止輸出節(jié)點(diǎn)與地之間的電流流動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的二極管相對(duì)于彼此朝向相反的方向，低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的二極管相對(duì)于彼此朝向相反的方向，以在晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)分別減小高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路上的電流流動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其中，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路被配置為當(dāng)高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管導(dǎo)通時(shí)使電流通過，低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路被配置為當(dāng)?shù)蛡?cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管導(dǎo)通時(shí)使電流通過。
4.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，每個(gè)晶體管分別配置為在導(dǎo)通狀態(tài)下操作，以將該晶體管的源極與漏極之間連接的二極管旁路。
5.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，晶體管的溝道是彼此電隔離的。
6.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管的導(dǎo)電類型與低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管的導(dǎo)電類型相反。
7.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路包括功率源，被配置為在高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路晶體管的柵極和相連的源極/漏極有源區(qū)上施加電壓。
8.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路還包括電荷泵，被配置為施加電壓以將高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路晶體管的柵極和相連的源極/漏極有源區(qū)短路。
9.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路中至少一個(gè)的晶體管是nmos晶體管。
10.如權(quán)利要求9所述的電路，其中，與nmos晶體管相連的二極管的陽(yáng)極連接至相應(yīng) nmos晶體管的源極。
11.如權(quán)利要求1所述的電路，其中，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路中至少一個(gè)的晶體管是pmos晶體管。
12.如權(quán)利要求11所述的電路，其中，與pmos晶體管相連的二極管的陰極連接至相應(yīng) pmos晶體管的漏極。
13.一種高壓驅(qū)動(dòng)器電路，包括功率源；地電路；連接至負(fù)載的輸出節(jié)點(diǎn)；高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，包括反串聯(lián)連接在功率源與輸出節(jié)點(diǎn)之間的兩個(gè)晶體管；低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，包括反串聯(lián)連接在輸出節(jié)點(diǎn)與地之間的兩個(gè)晶體管； 對(duì)于高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，一個(gè)二極管連接在晶體管之一的源極與漏極之間，以及另一二極管連接在另一個(gè)晶體管的源極與漏極之間，相應(yīng)的二極管被配置和布置為減小功率源與輸出節(jié)點(diǎn)之間的電流流動(dòng)；對(duì)于低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，一個(gè)二極管連接在晶體管之一的源極與漏極之間，以及另一二極管連接在另一個(gè)晶體管的源極與漏極之間，相應(yīng)的二極管被配置和布置為減小輸出節(jié)點(diǎn)與地之間的電流流動(dòng)；控制電路，被配置為向高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路提供第一信號(hào)，以導(dǎo)通高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管，并被配置為向低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路提供第二信號(hào)，以導(dǎo)通低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管；以及其中，輸出節(jié)點(diǎn)被配置為在高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管或低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管已導(dǎo)通時(shí)，向負(fù)載提供輸出信號(hào)。
14.如權(quán)利要求13所述的電路，其中，每個(gè)晶體管分別配置為在導(dǎo)通狀態(tài)下操作，以將該晶體管的源極與漏極之間連接的二極管旁路。
15.如權(quán)利要求13所述的電路，其中， 高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路包括第一高側(cè)晶體管，其一源極/漏極區(qū)連接至功率源，第二高側(cè)晶體管，其一源極/漏極區(qū)與第一高側(cè)晶體管的未連接至功率源的源極/漏極區(qū)反串聯(lián)連接，并且其另一源極/漏極區(qū)連接至輸出節(jié)點(diǎn)，以及每個(gè)高側(cè)晶體管具有由控制電路驅(qū)動(dòng)的柵極/源極區(qū)；以及低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路包括第一低側(cè)晶體管，其一源極/漏極區(qū)連接至輸出節(jié)點(diǎn)，第二低側(cè)晶體管，其一源極/漏極區(qū)與第一低側(cè)晶體管的未連接至輸出節(jié)點(diǎn)的源極/ 漏極區(qū)反串聯(lián)連接，并且其另一源極/漏極區(qū)連接至地電路，以及每個(gè)低側(cè)晶體管具有由控制電路驅(qū)動(dòng)的柵極/源極區(qū)。
16.如權(quán)利要求13所述的電路，其中，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路中至少一個(gè)的兩個(gè)晶體管具有相同導(dǎo)電類型。
17.如權(quán)利要求13所述的電路，其中，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管的導(dǎo)電類型與低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管的導(dǎo)電類型相反。
18.如權(quán)利要求13所述的電路，其中，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的二極管相對(duì)于彼此朝向相反的方向，低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的二極管相對(duì)于彼此朝向相反的方向，以在晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)分別減小高側(cè)電路上輸出節(jié)點(diǎn)與功率源之間的電流流動(dòng)和低側(cè)電路上輸出節(jié)點(diǎn)與地電路之間的電流流動(dòng)。
19.一種輸出驅(qū)動(dòng)器電路，包括高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，連接在功率源與用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的輸出之間，包括彼此反串聯(lián)連接并且與二極管并聯(lián)的晶體管，二極管被布置為在晶體管截止時(shí)減小功率源與輸出之間的電流流動(dòng)；低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，連接在輸出與地之間，包括彼此反串聯(lián)連接并且與二極管并聯(lián)的晶體管，二極管被布置為在晶體管截止時(shí)減小輸出與地之間的電流流動(dòng)；以及控制電路，被配置為導(dǎo)通高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管以將輸出驅(qū)動(dòng)至高，以及導(dǎo)通低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管以將輸出驅(qū)動(dòng)至低。
20.如權(quán)利要求19所述的電路，其中，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的二極管相對(duì)于彼此朝向相反的方向，以減小輸出與功率源之間的電流流動(dòng)，以及低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路的二極管相對(duì)于彼此朝向相反的方向，以減小輸出與地之間的電流流動(dòng)。
全文摘要
公開了輸出驅(qū)動(dòng)器電路。根據(jù)多個(gè)示例實(shí)施例，輸出驅(qū)動(dòng)器電路包括高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，具有反串聯(lián)連接在功率源與輸出節(jié)點(diǎn)之間的晶體管；以及低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路，具有反串聯(lián)連接在輸出節(jié)點(diǎn)與地之間的晶體管。對(duì)于每個(gè)晶體管，二極管連接在該晶體管的源極與漏極之間，高側(cè)和低側(cè)電路的二極管分別被布置為防止/減小彼此相反的方向上的電流流動(dòng)。
文檔編號(hào)H02M1/32GK102457164SQ20111030946
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者克萊門斯·G·J·德哈斯, 皮特·古斯塔夫·尼爾洛普, 魯克·范戴克 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司