專利名稱：電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路裝置，將一條處于第一電壓的第一母線和一條處于第二電壓的第二母線橋接在一起，包括一個連接于第一母線的第一開關(guān)；一個連接于第二母線的第二開關(guān)，第一開關(guān)和第二開關(guān)在第一母線和第二母線之間被串接在一起；以及用于控制第一開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)的控制裝置。
這樣一種電路裝置通常被稱作電橋電路或電橋，可在例如EP0323676 A1中得知。包括半橋和全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電橋，一般用于電機(jī)控制的電路和照明燈鎮(zhèn)流電源中。在每一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，至少一對晶體管(開關(guān))被串接在B+母線和接地(參考)母線間。這對晶體管可視作一個在另一個之上地連接在一個推挽輸出結(jié)構(gòu)中。連接于B+母線的晶體管通常被稱作上晶體管，而連接于接地母線的晶體管通常被稱作推挽輸出的下晶體管。將這兩個晶體管連接在一起的結(jié)點(diǎn)，由于它根據(jù)每個晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)而在B+和接地母線之間浮動，所以通常被稱作浮地。
晶體管通常為功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。每個晶體管只是當(dāng)跨越晶體管的是一個低電壓或者零電壓時才導(dǎo)通。當(dāng)下晶體管已經(jīng)關(guān)斷而使上晶體管導(dǎo)通時，相對于浮地的一個電壓就被加到該MOSFET的柵極上。在這些情況下，浮地的電壓處于大約為B+母線的電位上。加到柵極的電壓因此必須相對于B+母線的電位而被抬高，以便使上晶體管導(dǎo)通，一般這可以使用一個電平轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)。該電平轉(zhuǎn)換器還減小了在所有晶體管都被關(guān)斷時的轉(zhuǎn)換時間(通常稱為靜寂時間)，以防止從B+母線到接地母線的任何可能的導(dǎo)通。
一種典型的電平轉(zhuǎn)換器，例如加利弗尼亞州西岡多的國際整流器公司零件號第IR2110，通過產(chǎn)生定時電流脈沖提供給用于驅(qū)動上晶體管的電路(即上側(cè)開關(guān)控制電路)來控制上晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)。這些定時電流脈沖是基于下晶體管的傳導(dǎo)狀態(tài)而產(chǎn)生的。在約100千赫茲以上的頻率(例如感應(yīng)式照明燈鎮(zhèn)流器中的電橋工作時的頻率達(dá)幾兆赫)，伴隨著這些電流脈沖的損耗相當(dāng)高，同時產(chǎn)生巨大的熱損失。因而這些電橋在高頻工作時不實(shí)用。
還存在一個不斷增長的趨勢，即傾向于減小任何及所有用于驅(qū)動晶體管的電路所需要的空間的大小。減小由電平轉(zhuǎn)換所需的普通電路所占據(jù)的面積將是非常有利的。
本發(fā)明旨在提供一種電路裝置，其中在推挽輸出結(jié)構(gòu)中伴隨著控制上開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的損耗被大大地降低，而且控制裝置比較小。
根據(jù)本發(fā)明，在開始段落中描述的一種電路裝置的特征在于，該控制裝置包括一個電壓檢測器，用于產(chǎn)生一個反饋信號，該信號是跨越第一開關(guān)的電壓差的一個量度。
該電路裝置測定第一開關(guān)何時將被導(dǎo)通。不需要用于導(dǎo)通第一開關(guān)的電平轉(zhuǎn)換電路。與傳統(tǒng)電橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，當(dāng)推挽輸出結(jié)構(gòu)的一個上晶體管用作第一開關(guān)時，與使上晶體管導(dǎo)通的電平轉(zhuǎn)換相關(guān)的損耗被減小。通過排除用于使上晶體管導(dǎo)通的電平轉(zhuǎn)換電路的需要，由電平轉(zhuǎn)換電路占據(jù)的面積也可減小。
包含在控制電路中的電壓檢測器最好能產(chǎn)生一個從一個變化的電壓對一個基本上固定的電壓之差所導(dǎo)出的反饋信號。該控制電路還可以包括用于響應(yīng)反饋信號以控制第一晶體管的導(dǎo)通的邏輯電路和用于存儲由反饋信號表示的比較狀態(tài)的鎖存電路。一個延遲電路也可包括在控制電路系統(tǒng)中，用于延遲對于由反饋信號表示的該比較狀態(tài)的存儲，從而延遲了第一開關(guān)的導(dǎo)通。
變化的電壓來源于連接第一晶體管和第二晶體管的結(jié)點(diǎn)上的電壓。在本發(fā)明的第一個實(shí)施方案中，該結(jié)點(diǎn)電壓用作為該變化的電壓。在本發(fā)明的另一個實(shí)施方案中，控制電路還包括一個具有基本上恒定的電壓的電壓源，其中變化的電壓同時基于這個基本上恒定的電壓和結(jié)點(diǎn)電壓。在本發(fā)明的一個特征中，變化的電壓可以等于基本恒定電壓和結(jié)點(diǎn)電壓之和。
本發(fā)明的實(shí)施方案將參照附圖作更詳細(xì)地闡述。在附圖中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個首選實(shí)施方案的電橋電路的框圖；圖2為更詳細(xì)地說明圖1的邏輯電路的框圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施方案的電橋電路的框圖；圖4為根據(jù)圖3的另一個實(shí)施方案的電壓檢測器的示意圖；圖5為根據(jù)圖3的另一個實(shí)施方案的合適的電壓源的示意圖；以及圖6A，6B及6C描述了圖1、圖3的功率晶體管的柵極輸入和電橋電路的輸出之間相互同步關(guān)系的波形圖。
在下面對圖的說明中，由同樣的參考數(shù)字標(biāo)記的元件表示有相似結(jié)構(gòu)和工作的部件。盡管本發(fā)明將結(jié)合一種為照明燈負(fù)載供電的鎮(zhèn)流器來進(jìn)行描述，但應(yīng)清楚本發(fā)明不僅限于用在一個鎮(zhèn)流器中，還可容易地用于包括電機(jī)控制的其它電橋電路的應(yīng)用中，或?yàn)槠渌愋偷呢?fù)載供電。還應(yīng)清楚，盡管在此描述的電橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種半橋的形式，但全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在參照圖1，一個直流電源10被連接到一個電橋電路20上，用于為諸如照明燈負(fù)載30的負(fù)載供電。電源10典型地包括一個用于消除進(jìn)入交流電源線的電磁干擾(EMI)的EMI濾波器(未示出)，一個用于對交流信號進(jìn)行整流的整流器(未示出)，以及一個用于形成一個加到電橋電路20上的基本恒定的直流電壓的預(yù)處理器(未示出)。一個合適的直流源可以包括但不限于在美國專利NO.5,187,414中公開的EMI濾波器、整流器和預(yù)處理器。
電橋電路20包括兩個串接起來的MOSFET功率型的晶體管Q1和Q2，它們橋接一條處于B+電位(電壓)的電氣干線(母線)100和一條一般處于地電位的參考母線110。用作開關(guān)的晶體管Q1和Q2，其每個包括一個漏極D，一個源極S和一個柵極G。晶體管Q1的漏極D連接到電氣干線100上。晶體管Q2的源極連接到母線110上。晶體管Q1的源極和晶體管Q2的漏極D在結(jié)點(diǎn)120被連接在一起。根據(jù)本發(fā)明，晶體管Q1和Q2也可以為雙極型或被另一種開關(guān)裝置所取代，只要該開關(guān)裝置可被控制，用以提供一個預(yù)期頻率的交變電流流過照明燈負(fù)載30。電感器125和電容器128在結(jié)點(diǎn)120和結(jié)點(diǎn)131間被串接在一起。照明燈負(fù)載30跨接在電容器128上。一對電容器C1和C2在電氣干線100和母線110間。電容器C1和C2在結(jié)點(diǎn)131被接在一起。結(jié)點(diǎn)120和131一起作為電橋電路20的輸出端。電感器125和電容器128形成一個諧振電路。晶體管Q1和Q2的開關(guān)頻率可以改變或設(shè)定為一個固定的頻率，該頻率部分地基于用于照明燈負(fù)載30的起動和穩(wěn)定狀態(tài)工作的諧振電路的諧振頻率。
晶體管Q1和Q2從不在同一時間導(dǎo)通。位于結(jié)點(diǎn)120的電壓在高于電氣干線100的電壓約一個二極管壓降的電平和低于母線110的電壓一個二極管壓降的電平之間浮動，并且它既基于晶體管Q1和Q2的導(dǎo)通狀態(tài)又基于每個晶體管導(dǎo)通后所經(jīng)歷的時間。
定時電路135和驅(qū)動器138結(jié)合起來控制晶體管Q2何時導(dǎo)通或關(guān)斷。定時電路135產(chǎn)生定時信號供給驅(qū)動器138。驅(qū)動器138根據(jù)這個定時信號，產(chǎn)生一個驅(qū)動信號加到晶體管Q2的柵極以便使后者導(dǎo)通或關(guān)斷。該驅(qū)動信號，如圖6B所示，將在下面作更詳細(xì)的討論。
晶體管Q1的導(dǎo)通基于在電氣干線100的基本固定的電壓和結(jié)點(diǎn)120的變化的電壓之間所檢測到的電壓差。這個電壓差由一個電壓檢測器141檢測。電壓檢測器141(例如一個比較器)包括一個連接于晶體管Q1的源極S的非倒相輸入端147，一個連接于晶體管Q1的漏極D的倒相輸入端和一個輸出端166。跨越晶體管Q1(即在晶體管Q1的漏極D和源極S間)的電壓差(即電壓降)由電壓檢測器141用來與一個預(yù)置電平進(jìn)行比較。每當(dāng)該電壓差等于或低于該預(yù)置電平時，在輸出端166產(chǎn)生一個反饋信號，并加到一個邏輯電路144。
由電壓檢測器141在輸出端166產(chǎn)生的反饋信號表示在一個變化的電壓和一個基本固定的電壓之間進(jìn)行比較而得到的狀態(tài)。當(dāng)反饋信號處于高邏輯電平時，跨越晶體管Q1的電壓差等于或低于預(yù)置電平。當(dāng)反饋信號處于低邏輯電平時，跨越晶體管Q1的電壓差高于這個預(yù)置電平。
邏輯電路144根據(jù)在電壓檢測器141的輸出端166產(chǎn)生的邏輯電平，存儲由反饋信號所代表的比較狀態(tài)。如圖2所示，邏輯電路144可以包括一個任選的延遲電路179，用于延遲晶體管Q1的導(dǎo)通以延長如圖6C中由D.T.1表示的相關(guān)的靜寂時間。延遲電路179可以用電阻-電容(RC)電路或其它熟知的延遲裝置構(gòu)成。延遲電路179的輸出提供給鎖存器182的置位S輸入端，比較狀態(tài)由鎖存器182存儲。當(dāng)置位S輸入端處于高邏輯電平時，根據(jù)鎖存器182的輸出信號，驅(qū)動器176產(chǎn)生的一個驅(qū)動信號被加到晶體管Q1的柵極G上，用以使后者導(dǎo)通。加給晶體管Q1柵極G的驅(qū)動信號，如圖6A所示，將在下面作更詳細(xì)的討論。一個電壓電源188作為一個直流源向電壓檢測器141、邏輯電路144及驅(qū)動器176供電。
接口電路185根據(jù)定時電路135所產(chǎn)生的一個定時信號，產(chǎn)生一個復(fù)位信號提供給鎖存器182的復(fù)位R輸入端，用以使后者復(fù)位。作為一個低電壓到高電壓的接口，接口電路185可包括一個電平轉(zhuǎn)換器，如加利弗尼亞州西岡多的國際整流器公司制造的部件號為IR2110的電平轉(zhuǎn)換器。由定時電路135供給接口電路185的定時信號的產(chǎn)生只用于控制晶體管Q1的關(guān)斷，并且它產(chǎn)生于晶體管Q2被允許導(dǎo)通之前。由定時電路135供給驅(qū)動器138的定時信號被產(chǎn)生用于控制晶體管Q2的導(dǎo)通和關(guān)斷?？梢蕴峁┮粋€附加的定時電路(未示出)來代替接口電路185產(chǎn)生復(fù)位信號。
在一個浮動阱中最好提供盡可能多的用于控制晶體管Q1導(dǎo)通狀態(tài)的電路。如此處使用的那樣，浮動阱表示一個集成電路的一部分，它相對于同一集成電路內(nèi)的其它部分在電氣上是浮接的，因而邏輯電路144、驅(qū)動器176和電壓電源188可相對于直流源10而浮動，這對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都是熟知的。
圖3、4和5描述了本發(fā)明的另一個實(shí)施方案，其中直流電源10被連接到一個電橋電路25上，用于對照明燈負(fù)載30供電。電橋電路25在結(jié)構(gòu)上和工作上與電橋電路20基本上相同。然而，電橋電路25包括電壓檢測器142和電壓電源191，而不是電橋電路20中的電壓檢測器141和電壓電源188。
如圖4所示，電壓檢測器142包括一個非倒相輸入端148和一個倒相輸入端153。一個二極管155的陰極連接到一個結(jié)點(diǎn)上，該結(jié)點(diǎn)將電阻158、雙極型晶體管161的發(fā)射極E和非倒相輸入端148連在一起。二極管155的陽極被連接到一個將電阻164、電阻158和晶體管161的基極B連在一起的結(jié)點(diǎn)上。晶體管161的集電極C被連接到一個將電壓檢測器142的輸出端167和電阻170的一端連在一起的結(jié)點(diǎn)上。電阻170的另一端被連接到一個將電壓電源191的負(fù)(-)端、邏輯電路144、驅(qū)動器176和結(jié)點(diǎn)120連在一起的結(jié)點(diǎn)上。一個高壓二極管173被連接在倒相輸入端153和電阻164之間，該二極管173的陰極和陽極分別連接到倒相輸入端153和電阻164。
電壓檢測器142工作如下每當(dāng)非倒相輸入端148的電壓比倒相輸入端153的電壓高約1.4伏特或更高時，基極電流將從晶體管161中被取出，并使后者導(dǎo)通。流過電阻170的集電極電流導(dǎo)致在輸出端167產(chǎn)生一個高邏輯電平。每當(dāng)非倒相輸入端148的電壓比倒相輸入端153的電壓低1.4伏左右時，晶體管161保持關(guān)斷。沒有集電極電流過電阻170。輸出端167此時為一個低邏輯電平。當(dāng)?shù)瓜噍斎攵?53的電壓高于非倒相輸入端148幾百伏時(即當(dāng)晶體管Q1關(guān)斷，晶體管Q2導(dǎo)通時)，該高電壓大多降在高壓二極管173的反向偏置結(jié)上，因而保護(hù)了電壓檢測器142的完好。
類似于電壓檢測器141，由電壓檢測器142在輸出端167產(chǎn)生的反饋信號代表在一個變化的電壓和一個基本固定的電壓之間所作的比較的狀態(tài)。當(dāng)反饋信號處于高邏輯電平時，跨越晶體管Q1的電壓差等于或低于預(yù)置電平(即非倒相輸入端148的電壓比倒相輸入端153的電壓高1.4伏特或更高)。當(dāng)反饋信號處于低邏輯電平時，跨越晶體管Q1的電壓差高于這個預(yù)置電平(即非倒相輸入端148的電壓低于倒相輸入端153的電壓約1.4伏特)。
鎮(zhèn)流器20的電壓檢測器141，將晶體管Q1的漏極D和源極S之間的電壓與一個幾伏特的固定門限進(jìn)行比較。而鎮(zhèn)流器25的電壓檢測器142，將晶體管Q1的漏極D的電壓與電壓電源191的正端(+)的電壓進(jìn)行比較?？缭揭粋€自舉電容器197的電壓用作電壓檢測器142的一個門限參考，相對于電壓檢測器141來說，這樣做簡化了設(shè)計(jì)。
如圖5所示，電壓電源191包括一個電壓源Vdc，用于提供一個在12至15伏之間的直流電壓。一個高壓二極管194連接在電壓電源Vdc和一個結(jié)點(diǎn)間，該結(jié)點(diǎn)將電壓電源191的正(+)端與自舉電容器197連接在一起。與電壓電源191的正(+)端連接的電壓檢測器的非倒相輸入端在Vdc電壓(當(dāng)晶體管Q2導(dǎo)通，晶體管Q1關(guān)斷時)和B+與Vdc電壓之和(當(dāng)晶體管Q2關(guān)斷，晶體管Q1導(dǎo)通時)之間變化。自舉電容器197基本上作為一個電池以恒定電壓為包括邏輯電路144和驅(qū)動器176在內(nèi)的浮動阱內(nèi)的其它元件供電。
圖6A和6B描述了分別由驅(qū)動器176和138提供給晶體管Q1和Q2的柵極G的驅(qū)動信號。如圖6B所示，晶體管Q1和Q2都被關(guān)斷的時間段由靜寂時間D.T.表示。圖6C描述了鎮(zhèn)流器20或25在結(jié)點(diǎn)120和母線110之間的電壓波形。在靜寂時間D.T.，結(jié)點(diǎn)120和母線110之間的電壓或者是從母線110的參考電壓升到電氣干線100的B+電壓(例如，在時期D.T.1)，或者是從電氣干線100的B+電壓降到母線110的參考電壓(例如在時期D.T.2時)。
現(xiàn)在可以很容易明白，本發(fā)明減小了靜寂時間，其間晶體管Q1和Q2在晶體管Q1剛被導(dǎo)通前同時被關(guān)斷(即D.T.1)。更具體而言，本發(fā)明在使晶體管Q1導(dǎo)通時保持低開關(guān)損耗的同時，自動測定跨越晶體管Q1的零電壓開關(guān)狀態(tài)何時存在。通過自動建立這個靜寂時間，就不需要借助一個電平轉(zhuǎn)換器對上側(cè)開關(guān)控制電路產(chǎn)生導(dǎo)通定時信息。電平轉(zhuǎn)換電路需要的面積和功率損耗都被有利地減小了。
應(yīng)該指出的是，類似那些與控制晶體管Q1的導(dǎo)通狀態(tài)相關(guān)的電路(即電壓檢測器，邏輯電路，驅(qū)動器)可代替定時電路135和驅(qū)動器138用于控制晶體管Q2的導(dǎo)通狀態(tài)。在這些條件下，獨(dú)立的定時電路可被用來為每個邏輯電路144產(chǎn)生復(fù)位信號。
權(quán)利要求
1.一種電路裝置，它將一條處于第一電壓的第一母線和一條處于第二電壓的第二母線橋接在一起，包括一個連接于第一母線的第一開關(guān)；一個連接于第二母線的第二開關(guān)，第一開關(guān)和第二開關(guān)在第一母線和第二母線之間被串接在一起；以及用于控制第一開關(guān)的傳導(dǎo)狀態(tài)的控制裝置，其特征在于，該控制裝置包括一個電壓檢測器，用于產(chǎn)生一個反饋信號，該信號用作跨越第一開關(guān)的電壓差的一個度量。
2.權(quán)利要求1的電路裝置，其特征在于反饋信號是從存在于兩個開關(guān)間的結(jié)點(diǎn)的電壓和第一電壓之間的電壓差導(dǎo)出的。
3.權(quán)利要求1的電路裝置，其特征在于控制裝置還包括一個電壓源，用于產(chǎn)生一個基本恒定的電壓，并且其中反饋信號來源于通過相加基本恒定電壓和存在于兩個開關(guān)間的結(jié)點(diǎn)上的電壓所產(chǎn)生的一個變化的電壓與一個由第一電壓形成的基本固定的電壓之間的差。
4.根據(jù)以上一個或更多的權(quán)利要求的電路裝置，其特征在于控制裝置包括響應(yīng)反饋信號的用于控制第一開關(guān)的導(dǎo)通的邏輯裝置。
5.根據(jù)以上一個或更多的權(quán)利要求的電路裝置，其特征在于控制裝置包括用于延遲第一開關(guān)導(dǎo)通的延遲裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4和權(quán)利要求5的電路裝置，其特征在于邏輯裝置包括用于存儲反饋信號的鎖存裝置，該鎖存裝置響應(yīng)延遲裝置，以延遲該鎖存裝置對該反饋信號的存儲。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電路裝置，其特征在于控制裝置還包括一個連接在兩開關(guān)間的結(jié)點(diǎn)和電壓檢測器之間的電容器。
全文摘要
在包括一對以推挽方式串接在一起并橋接兩條處于不同電位的母線的晶體管的電路中，一個用于控制這對晶體管之一的傳導(dǎo)狀態(tài)的驅(qū)動方案。該驅(qū)動方案包括將一個由一條母線的電位所代表的基本固定的電平與一個變化的電平進(jìn)行比較，來檢測跨越這個晶體管的電壓差。這個變化的電平是基于將兩個晶體管連接在一起的結(jié)點(diǎn)上的電壓的。當(dāng)檢測的電壓等于或低于一個預(yù)置的電平時，該晶體管導(dǎo)通。
文檔編號H03K17/687GK1168202SQ96191353
公開日1997年12月17日 申請日期1996年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月7日
發(fā)明者S·L·王 申請人:菲利浦電子有限公司