电平移位器与升压驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及电平移位器以及相关的升压驱动电路。揭示的电平移位器包含有一输入级以及一输出级。该输入级具有一输入级开关供接收一输入信号。该开关依据该输入信号而选择性地开启。该输出级串接于该输入级，供输出一栅驱动信号。当该输入级开关开启，该栅驱动信号处于一低逻辑电平；当该输入级开关关闭，该栅驱动信号处于一高逻辑电平。该输入信号与该栅驱动信号的逻辑电平一致。
【专利说明】电平移位器与升压驱动电路
[0001]本申请是申请日为2011年6月10日、申请号为“201110168399.0”、题为“电平移
位器与升压驱动电路”的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明关于一种电平移位器，尤指一种具有避免误开启功率开关功能的电平移位器。
【背景技术】
[0003]在液晶电视屏幕中，影像转换器(scaler)的操作电压，为了省电与节省芯片面积的考量，一般使用一较低的操作电压，譬如说是3.3V。但是，液晶电视屏幕的背光(backlight)光源，其可能是发光二极管(light-emitting diode, LED)或是冷阴极突光灯(cold-cathode fluorescent lamp, CCFL),其操作电压可能需要高达40V。因此，就需要有电源转换器(power converter),将一操作电源转换到另一操作电源。
[0004]—种广为使用的电源转换器是开关式电源供应器(switched-mode powersupply, SMPS),因具有优秀的转换效率(power conversion efficiency)。如其名所示，SMPS多具有一功率开关，用以控制流经一电感组件的储能或是释能，以达到转换电能的目的。
[0005]只是，此功率开关多半需要承受相当高的电压，因此，功率开关的控制栅的临界电压往往也相当的高。以操作电源3.3V供电的影像转换器所产生的信号，其最高电压可能只有3.3V，而不足以驱动一般功率开关的控制栅。因此，需要一电平移位器(level shifter)或是一驱动电路(driver)，将影像转换器所输出的，属于3.3V系统的驱动信号，移位到一电压较高的电压系统的栅驱动信号，藉以驱动一功率开关。
[0006]设计电平移位器时,需要考虑到供电顺序(power-on sequence),也需要考虑到不能有误开启一功率开关的情形。如果一功率开关在供电顺序过程中被误开启了，可能导致一电感组件饱和,而导致危险。
【发明内容】
[0007]本发明实施例揭示一种电平移位器，包含有一共基级放大器以及一电流放大器。该共基级放大器具有一第一双接面晶体管。该第一双接面晶体管具有一基极耦接于一第一预设电压，一射极接收一输入信号，以及一集极耦接至一第一电压源。该电流放大器由该第一电压源供电，具有一输入端f禹接于该第一双接面晶体管的该集极，以及一输出端用以输出一栅驱动信号。该第一预设电压由该第一电压源供电产生；以及该输入信号由一第二电压源供电产生，相较于该第一电压源，该第二电压源为一低电压源。
[0008]本发明实施例揭不一种电平移位器，包含有一输入级以及一输出级。该输入级具有一输入级开关供接收一输入信号。该开关依据该输入信号而选择性地开启。该输出级串接于该输入级，供输出一栅驱动信号。当该输入级开关开启，该栅驱动信号处于一低逻辑电平；当该输入级开关关闭，该栅驱动信号处于一高逻辑电平。该输入信号与该栅驱动信号的逻辑电平一致。
[0009]本发明实施例揭示一种升压驱动电路，包含有一第一电压源、一线性降压器、一影像转换器、一电平移位器、以及一升压转换器。该线性降压器接收该第一电压源以产生一第二电压源。相较于该第一电压源，该第二电压源为一低电压源。该影像转换器接收该第二电压源，包含有一栅预驱动器。该栅预驱动器提供一输入信号。该电平移位器耦接于该栅预驱动器，包含有一输入级以及一输出级。该输入级接收该输入信号。该输出级串接于该输入级，供输出一栅驱动信号。该输入级与该输出级分别接受多个固定参考电压。该多个固定参考电压由该第一电压源供电产生。该输入信号由该第二电压源供电产生。当该第一电压源的电压升高至一预设工作电压时，该输入信号与该栅驱动信号的逻辑电平一致。该升压转换器包含有一功率开关。该功率开关耦接于该电平移位器，用以接收该栅驱动信号并输出一驱动电压。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为一显示器的透视图。
[0011]图2显示图1的电平移位器。
[0012]主要组件符号说明
[0013]10升压转换器
[0014]13线性降压器
[0015]14电平移位器
[0016]15功率开关
[0017]16栅预驱动器
[0018]18脉冲宽度调变控制器
[0019]20影像转换器
[0020]62输入级
[0021]64输出级
[0022]BB PNP双接面晶体管
[0023]BF PNP双接面晶体管
[0024]BT NPN双接面晶体管
[0025]GATE 控制栅
[0026]N1 接点
[0027]NC 接点
[0028]OUT输出端
[0029]R1 电阻
[0030]SDRV驱动信号
[0031]SGATE驱动信号
[0032]SP1、SPB、SPU 信号路径
[0033]VCC电压源
[0034]VIN电压源[0035]Z齐纳二极管【具体实施方式】
[0036]图1显示了依据本发明所实施，适用于一液晶屏幕的电路。输入电压源VIN，譬如说是12V,作为整个电路的主电源(major voltage source)。升压转换器(booster) 10,在输出端OUT上，提供一较高的电压源，作为背光的驱动电压。譬如说其电压为40V，用以驱动数个LED串行(LED chains)。线性降压器(low drop-out, LD0) 13，产生一 3.3V的电压源VCC，供电给影像转换器20。供电顺序考量上，一般设计为电压源VIN已经大约备妥后，譬如说电压源VIN的电压已经高到非常接近12V 了，线性降压器13才开始使电压源VCC的电压上升，从0V渐渐拉抬到3.3V后，才驱动影像转换器20开始工作。
[0037]影像转换器20可以以单芯片(monolithic chip)构成，其具有一脉冲宽度调变(pulse-width modulation,PWM)控制器18,用以控制升压转换器10中的功率开关15的工作周期(duty ratio)。脉冲宽度调变控制器18中有一栅预驱动器(gate pre-driver) 16,其产生的驱动信号SDRV，由电压源VCC供电所产生，属于电压源VCC所决定的3.3V系统。换言之，驱动信号SDRV的逻辑电平，将介于0V到3.3V之间。举例来说，驱动信号SDRV的低逻辑电平可以约是0V，高逻辑电平可以约是3.3V。
[0038]电平移位器14稱接于栅预驱动器(gate pre-driver) 16与功率开关15之间，用以驱动功率开关15的控制栅GATE，同时接收属于3.3V系统的驱动信号SDRV，产生属于12V系统的栅驱动信号SGATE。举例来说，栅驱动信号SGATE的低逻辑电平可以约是0V，高逻辑电平可以约是11V。
[0039]图2为图1电平移位器14的详细电路图。电平移位器14具有输入级(inputstage) 62与输出级(output stage) 64,可以用分离式组件(discrete device)组装所构成。从图2中可以得知，除了作为一输入信号的驱动信号SDRV属于3.3V系统外，电平移位器14内所有的信号，不论是参考电压或是输出入信号，都是由12V的电压源VIN供电产生，且独立于图1中3.3V的电压源VCC。这样的好处是:尽管供电给驱动信号SDRV的电压源VCC可能还没有备妥，也就是其电压尚未升高至接近3.3V，只要电压源VIN已经稳定，电平移位器14也就随之稳定，准备依据驱动信号SDRV产生相对应的栅驱动信号SGATE。
[0040]输入级62为一共基级放大器(common-base amplifier)。输入级62包含一作为输入级开关的PNP双接面晶体管(bipolar-junction transistor, BJT)BF,其射极接收驱动信号SDRV。当电压源VIN稳定时，齐纳二极管Z的箝制电压(clamping voltage)设定或是提供了接点N1的电压，所以也大约决定了双接面晶体管BF基级的电压。双接面晶体管BF的集极，也就是接点NC，透过电阻R1耦接到12V的电压源VIN。当驱动信号SDRV处于一低逻辑电平时，譬如0V时，作为开关的双接面晶体管BF打开(turn on)且操作于饱和状态，所以接点NC会在一很低的电压，譬如说是0.2V。当驱动信号SDRV处于一高逻辑电平时，譬如说是3.3V时，双接面晶体管BF操作于关闭状态，所以接点NC被电阻R1拉到一很高的电压，可能接近电压源VIN的电压12V。因此，接点NC上的信号已经属于电压源VIN所决定的12V系统。
[0041]如图2所示,输出级64为一推拉式射级随f禹器(push-pull emitter follower)。NPN双接面晶体管BT与PNP双接面晶体管BB两者的基极相连接，作为一输入端，连接到接点NC。双接面晶体管BT与双接面晶体管BB两者的射极相连接，作为一输出端，输出栅驱动信号SGATE。双接面晶体管BT的集极耦接到电压源VIN ;双接面晶体管BT的集极耦接到接地线。栅驱动信号SGATE的电平，将会大约追随(follow)着接点NC的电平的变化而变化。所以，栅驱动信号SGATE也是属于12V系统。输出级64会放大从接点NC来而输入的电流，产生放大电流，由双接面晶体管BT或双接面晶体管BB的射极输出。因此输出级64可以视为一电流放大器。
[0042]由以上分析可推知，当电压源VIN备妥时，栅驱动信号SGATE与驱动信号SDRV的逻辑电平会一致。举例来说，当驱动信号SDRV处于逻辑上的”0”时，其电压值为一低逻辑电平(0V)，栅驱动信号SGATE的电平也会在另一低逻辑电平(0￥)，逻辑上为”0”。当驱动信号SDRV处于一高逻辑电平(3.3V)，逻辑上为” 1”，栅驱动信号SGATE的电平也会在另一高逻辑电平(可能是11V)，逻辑上为”1”。 [0043]一实施例中，一驱动电路大致上仅有一输入级以及一输出级。每一级中的每一信号路径上只有一主动组件。譬如，图2中的输入级62的信号路径SP1上仅有主动组件双接面晶体管BF，输出级64在有两个信号路径SPB与SPU, 一个会过双接面晶体管BT，另一会经过双接面晶体管BB。在另一实施例中，一驱动电路可以有至少一缓冲级，设置于一输入级以及一输出级之间。基于降低信号延迟跟组件数目成本的考量，仅有一输入级以及一输出级是比较好的。
[0044]就算电压源VIN还没有稳定，只要电压源VIN的电压超过齐纳二极管Z的箝制电压(作为一预设的工作电压)，齐纳二极管Z就会大约将双接面晶体管BF的基级电压稳定在一固定电压，确保双接面晶体管BF —开始就操作于饱和状态，而使接点NC维持在一较低的电压。所以，在供电顺序过程中，接点NC —开始就会一直维持在一较低电压。这个现象会持续到电压源VCC备妥后驱动信号SDRV的电平上升，接点NC的电压才可能拉高。
[0045]电平移位器14有以下优点:
[0046]1.不会在供电顺序中，产生误动作。电平移位器14只需要单一电压源VIN供电，来产生其中的任何参考电压或是工作点。如前所述，只要电压源VIN的电压超过齐纳二极管Z的箝制电压，齐纳二极管Z就会将双接面晶体管BF的基级电压稳定在一固定电压，确保双接面晶体管BF —开始就操作于饱和状态，而使接点NC维持在一较低的电压。如果电压源VCC的3.3V还没有备妥，驱动信号SDRV的电压将会很接近0V。此时，如果电压源VIN的12V已经备妥，电平移位器14就正常工作，而其所产生的栅驱动信号SGATE的逻辑电平会跟驱动信号SDRV—样，也就是一低电压，大约为栅驱动信号SGATE的低逻辑电平。因此，栅驱动信号SGATE不会错误地处于高逻辑电平。
[0047]2.组件数目少。如同图2所示，只需要有三个BJT、一个齐纳二极管以及数个电阻。组件数目少便意味者低成本。
[0048]3.操作速度快。输入级62的双接面晶体管BF为NPN，其速度一般高于PNP双接面晶体管。输出级64也是一高速的推拉式射级随耦器。所以，电平移位器14的操作速度，理论上可达500kHz以上。
[0049]本发明虽然以液晶屏幕的电路为例，但是本发明可以适用于其它的应用。只要是要把一属于较低电压系统的信号转成一属于较高压系统的驱动信号的驱动电路，都可以应用本发明。[0050]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【权利要求】
1.一种电平移位器,包含有:一输入级，具有一输入级开关供接收一输入信号，该开关依据该输入信号而选择性地开启；以及一输出级，串接于该输入级，供输出一栅驱动信号，当该输入级开关开启，该栅驱动信号处于一低逻辑电平，当该输入级开关关闭，该栅驱动信号处于一高逻辑电平，其中，该输入信号与该栅驱动信号的逻辑电平一致。
2.如权利要求1所述的电平移位器，其特征在于，该输入级为一共基级放大器。
3.如权利要求1所述的电平移位器，其特征在于，该输入级开关为一第一双接面晶体管，其当该输入信号位于一低逻辑电平时，该第一双接面晶体管操作于一饱和状态，当该输入信号位于一高逻辑电平时，该第一双接面晶体管操作于一关闭状态。
4.如权利要求1所述的电平移位器，其特征在于，该输出级为一射级随耦器。
5.如权利要求1所述的电平移位器，其特征在于，该输出级为一推拉式放大器。
6.如权利要求1所述的电平移位器，其特征在于，每一该输入级以及该输出级中的每一信号路径，只有经过一主动组件。
7.如权利要求1所述的电平移位器，其特征在于，该输入级具有一齐纳二极管以及一主动组件，当该第二电压源的电压尚未升高至一预设工作电压时，该齐纳二极管确保该主动组件工作于一饱和状态。
8.一种升压驱动电路，包括:一第一电压源；一线性降压器，接收该第一电压源以产生一第二电压源，其中，相较于该第一电压源，该第二电压源为一低电压源；一影像转换器，接收该第二电压源，包含有一栅预驱动器，该栅预驱动器提供一输入信号;一电平移位器，耦接于该栅预驱动器，包含有:一输入级，接收该输入信号；一输出级，串接于该输入级，供输出一栅驱动信号；该输入级与该输出级分别接受多个的固定参考电压，该多个固定参考电压由该第一电压源供电产生；该输入信号由该第二电压源供电产生；以及当该第一电压源的电压升高至一预设工作电压时，该输入信号与该栅驱动信号的逻辑电平一致；以及一升压转换器，包含有一功率开关，该功率开关耦接于该电平移位器，用以接收该栅驱动信号并输出一驱动电压。
【文档编号】G09G3/36GK103646635SQ201310676358
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2011年6月10日 优先权日:2011年6月10日
【发明者】潘宣亦, 洪国强 申请人:晨星软件研发(深圳)有限公司, 晨星半导体股份有限公司