电压源和浮置栅极电压源的制作方法

文档序号:10932920阅读:356来源:国知局
电压源和浮置栅极电压源的制作方法
【专利摘要】本申请涉及电压源和浮置栅极电压源。提供一种电压源,其中至少一个第一开关将电压源的第一节点耦合至施加电源电压的至少一个电位的节点,并且至少一个第一电容元件将电压源的第一节点或第二节点耦合至第一开关的控制节点。根据本申请的方案,当施加于输出节点之一的电位变化时,输出电压基本保持恒定。
【专利说明】
电压源和浮置栅极电压源
技术领域
[0001]本实用新型总的来说涉及电子电路,更具体地涉及电压源。
【背景技术】
[0002]在特定应用中,需要浮置源,即在具有可能变化的电位的两个输出节点之间保持电压的源。例如,在电机电源电路的领域中存在这种需求。
【实用新型内容】
[0003 ]本申请旨在提供这样的电压源,使得保持两个输出节点之间的电压。
[0004]一个实施例提供一种浮置电压源,其能够保持两个输出节点之间的电压,不同的电位能够被交替地施加其中的一个节点上。
[0005]—个实施例提供了一种浮置电压源,其能够保持两个输出节点之间的电位差,其中的一个节点经由电容元件被耦合至参考电位。
[0006]因此,一个实施例提供了一种电压源,其中,至少一个第一开关将电压源的第一节点耦合至施加电源电压的至少一个电位的节点,并且至少一个第一电容元件将电压源的第一节点或第二节点耦合至第一开关的控制节点。
[0007]根据一个实施例,在施加于第二节点的电位的变化期间,第一节点和第二节点之间的电压基本保持恒定。
[0008]根据一个实施例,该电压源包括用于在施加于第二节点的电位变化期间将第一节点和第二节点之间的电压保持基本恒定的装置。
[0009]根据一个实施例,至少一个辅助电压源将第一开关的控制节点耦合至电压源的第一节点或第二节点。
[0010]根据一个实施例,辅助电压源包括将至少一个第一电流源耦合至电压源的第一节点或第二节点的至少一个第一电阻元件,该第一电阻元件被耦合至第一开关的控制节点。
[0011]根据一个实施例,至少一个第二电阻元件耦合辅助电压源和第一开关的控制节点。
[0012]根据一个实施例,第一电阻元件包括至少一个第一MOS型晶体管,第一MOS型晶体管的栅极耦合至漏极,第一开关包括与第一晶体管形成电流镜的至少一个第二 MOS型晶体管。
[0013]根据一个实施例,第一电流源包括第一电流镜,第一电流镜具有耦合至第三节点的第一分支并具有耦合至第二电流镜的第一分支的第二分支,第二电流镜的第二分支耦合至电压源的所述第一节点。
[0014]根据一个实施例,辅助电压源包括:将第一晶体管的栅极耦合至电压源的第一节点的第四电阻元件;以及第五电阻元件,将第一电流镜的第一分支耦合至第三节点。
[0015]根据一个实施例,至少一个第二开关将第一开关的控制节点耦合至电压源的第二节点,并且至少一个第二电容元件将电压源的第一节点耦合至第二开关的控制节点。
[0016]根据一个实施例,至少一个第二电流源耦合至第一开关的控制节点。
[0017]另一实施例提供了一种浮置栅极电压源,其特征在于,包括:第一开关电路,具有第一控制节点并被配置为将所述电压源的第一输出节点耦合至电源电压源;以及第一电容电路,耦合在所述第一控制节点和所述电压源的第二输出节点之间,所述第二输出节点被配置为耦合至负载线圈的端子,并且所述第一电容电路被配置为响应于所述第二输出节点上的电压从第一电平到第二电平的变化来控制所述第一开关电路的所述第一控制节点上的电压,以驱动所述第一开关电路,从而保持跨所述第一输出节点和所述第二输出节点的参考电压。
[0018]根据一个实施例,该浮置栅极电压源还包括:第二开关电路,具有第二控制节点并被配置为将所述电压源的所述第一输出节点耦合至所述第二输出节点;以及第二电容电路,耦合在所述第二控制节点和所述电压源的所述第一输出节点之间,所述第二电容电路被配置为响应于所述第二输出节点上的电压从所述第二电平到所述第一电平的变化来控制所述第二开关电路的所述第二控制节点上的电压,以驱动所述第二开关电路,从而保持跨所述第一输出节点和所述第二输出节点的参考电压。
[0019]根据一个实施例,该浮置栅极电压源还包括:电源电路,所述电源电路包括半桥电路,所述半桥电路包括耦合在所述第二输出节点与电源电压源之间的第一开关和耦合在所述第二输出节点与参考电压源之间的第二开关,所述电源电压源对应于所述第一电平,以及所述参考电压对应于所述第二输出节点上的所述第二电平。
[0020]根据本申请的方案,当施加于输出节点之一的电位变化时,输出电压基本保持恒定。另外,在输出节点之一和参考电位之间存在电容耦合时,输出电压基本保持恒定。
[0021]根据以下结合附图的具体实施例的非限制性描述,将详细讨论前述和其他的特征以及优势。
【附图说明】
[0022]图1示意性示出了应用下述实施例的类型的电子设备的实例;
[0023]图2示意性示出了浮置电压源的实施例;
[0024]图3示意性示出了浮置电压源的另一实例;以及
[0025]图4示意性示出了组合图2和图3的实施例的浮置电压源的实施例的进一步细节。
【具体实施方式】
[0026]在不同的附图中利用相同的参考标号来表示相同的元件。为了简化,只示出和详述了有助于理解所述实施例的那些元件。具体地,只示出了有助于理解的控制和电源电路的那些元件,该电路还包括其他有用的元件。
[0027]除非另有指定,否则表述“近似”、“基本”和“大约”表示在10%内,优选地在5%内。
[0028]在本说明书中,术语“连接”表示两个元件之间的直接电连接,而术语“耦合”表示两个元件之间的电连接,可以是直接的或者经由一个或多个其他无源或有源部件(诸如电阻器、电容器、电感、二极管、晶体管等)连接。
[0029]在以下描述中,在串联连接的元件(例如,处于接通状态的开关)中忽略压降,其中经由串联连接的元件施加不同的电位。
[0030]图1示意性示出了控制和电源设备I的实例。设备I在电机M的线圈的第一端子3上提供电位。电机M的线圈的第二端子5连接至另一相同的控制和电源设备(未示出)。设备I包括具有两个输出节点9和11的浮置电压源7。输出节点9和11通过电源电路13耦合至线圈的端子3。
[0031]浮置电压源7利用具有施加至节点15的第一电位的电源电压VCP来供电。参考电压VREF具有施加给浮置电压源的节点17的第一电位。电源电压VCP的第二电位和参考电压VREF的第二电位对应于参考电位,例如惯例为具有零电位的地19。
[0032]浮置电流源7包括耦合输出节点9和11的电阻元件21以及被参考电压VREF控制并耦合节点15和9的电流源23。根据参考电压VREF,由电流源23传送参考电流IREF,使得当通过电路13在节点9上采样的电压为零时,输出节点9和11之间的电压V等于参考电压VREF。
[0033]电源电路13在具有施加于其的电位VBAT的端子25和连接至地的端子27之间供电。电压VBAT对应于电机电源电压。该电压例如由电池(未示出)来提供。
[0034]电路13包括:
[0035]开关29,将线圈的端子3耦合至地,由未示出的电路控制;
[0036]开关31,将施加电位VBAT的端子25耦合至线圈的端子3;
[0037]电路33,用于控制开关31,耦合至端子25、节点9和地,控制电路接收控制信号0N;以及
[0038]连接,位于输出节点11和线圈的端子3之间。
[0039]节点9具有不期望的电容特性(不可避免的),其通过将节点9耦合至地的寄生电容器35来代表。
[0040]在操作中,开关29和31交替地在线圈的端子3上施加电位VBAT和零电位,以控制电机的定位或旋转。开关29的控制是有用的。
[0041 ]对于开关31来说,当控制信号ON被激活时,电路33向开关31的控制节点施加节点9的电位,以总体对其进行控制或者不进行控制。在所示实例中,通过电路33在节点9上采样的电流被认为是零。
[0042]对于节点3的电位的每次变化,电压源7的输出节点11的电位也变化。然后,寄生电容器35应该被充电或放电,这要求显著大的电流。缺点在于,这种显著大的电流引起浮置电压源7的输出电压V的变化。确实,在向节点11施加电位VBAT时,电压V降低,这会引起对电机供电的电位的提升的延迟。相反,当节点11被置于与地接触时,电压V能够超过用于控制电路33的部件或用于开关31的最大容许值。因此,当施加至输出端子的电位从电压VBAT的一个值切换到另一值时,期望限制电压V的变化。
[0043]在以下描述的实例中,电位VCP是设备的最高值,并且电压VBAT和VREF是正的。
[0044]图2示意性示出了能够替代图1的设备的源7的浮置电压源50的实施例。
[0045]与图1相同,浮置电压源50包括被参考电压VREF控制并将施加电压VCP的节点15耦合至输出节点9的电流源60a以及将节点9親合至另一输出节点11的电阻元件21。
[0046]N沟道MOS型晶体管匪I的源极SI耦合至节点9且漏极Dl耦合至节点15。晶体管匪I的栅极Gl或控制节点通过电容器Cl耦合至节点11以及通过与电阻器Rl串联的辅助电压源62耦合至节点9。在所示实例中,电阻器Rl连接至栅极Gl。
[0047]在稳定状态下,辅助电压源62通过电阻器Rl保持电容器Cl的充电状态,使得晶体管匪I优选地处于饱和状态。然后,电流11流过晶体管匪I。电流源60a根据参考电压VREF输出电流I60a,使得电流I60a和Il的总和等于参考电流IREF。因此,节点9和11之间的电压V基本等于参考电压VREF。
[0048]在瞬变状态下,在向先前处于零电位的节点11施加电位VBT时,电容器Cl保持栅极Gl和节点11之间的初始电压。因此,晶体管匪I的栅极Gl和源极SI之间的电压增加,这引起电流Il的值的强烈增加,快速地从被施加有电压VCP的节点15对寄生电容器35进行充电。从而,节点9的电位跟随节点11的电位的增加,使得节点9和11之间的电压V基本保持恒定。
[0049]图3示意性示出了能够替代图1的设备的源7的浮置电压源70的另一实施例。
[0050]与图1相同,浮置电压源70包括被参考电压VREF控制并将节点15耦合至节点9的电流源60b以及耦合输出节点9和11的电阻元件74。电阻元件74包括将节点9耦合至N沟道MOS型晶体管匪2的漏极D2的电阻器R2,其中晶体管匪2的栅极G2耦合至漏极D2且源极S2耦合至节点11。
[0051 ] N沟道MOS型晶体管匪3的漏极D3耦合至节点9且源极S3耦合至节点11。晶体管匪3的栅极G3—方面通过电容器C3耦合至节点9,另一方面通过电阻器R3耦合至栅极G2。
[0052]在稳定状态下,参考电流IREFl流过电阻元件74。调整电流IREFl,使得节点9和11之间的电压V等于参考电压VREF。电流IREFI流过晶体管匪2弓丨发栅极G2和源极S2之间的电压。因此,晶体管匪2形成电阻元件,并且电阻元件74形成保持通过电阻器R3对电容器C3充电的辅助电压源。当电容器C3被充电时,晶体管NM2和NM3形成电流镜,并且晶体管NM3 (优选地处于饱和状态)传导电流13。电流源60b传送等于电流13和电流IREFl的总和的电流I60b。
[0053]在瞬变状态下,在向先前处于电位BRAT的节点11施加地电位时,电容器C3保持节点9和栅极G3之间的电压。因此,晶体管匪3的栅极G3和源极S3之间的电压增加,这引起电流13的强烈增加,由此朝着施加有地电位的节点11对寄生电容器35放电。因此,节点9的电位跟随节点11的电位的降低,使得节点9和11之间的电压V基本保持恒定。
[0054]图4以更加详细的方式示意性示出了组合图2和图3的实施例的浮置电压源90的实施例。图4示出了辅助电压源62(图2)的实例以及被参考电压VREF控制且将节点15耦合至节点9的电流源60的实例。电流源60提供电流源60a和60b (图2和图3)的实施例。浮置电压源90能够替代图1的设备的源7。
[0055]浮置电压源90包括:
[0056]电阻器R、晶体管匪1、电容器Cl和辅助电压源62(诸如参照图2所描述的),辅助电压源62具有输入节点66和输出节点68;以及
[0057]晶体管匪3、电容器C3和电阻器R3,以及包括电阻器R2和晶体管匪2的电阻元件74,诸如参照图3所描述的。
[0058]操作类似于参照图2和图3所描述的,输出节点9和11之间的电压V在施加给节点11的电位的变化期间基本保持恒定。
[0059]浮置电压源90还包括N沟道MOS型晶体管匪4,该晶体管匪4的源极S4耦合至节点11、栅极G4耦合至晶体管NM3的栅极G3以及漏极D4耦合至晶体管NMl的栅极Gl。
[0060]当在电位VBAT之前向节点11施加地电位时,电容器C3保持节点9和栅极G4之间的电压。因此,晶体管匪4的栅极G4和源极S4之间的电压增加,这引起流过晶体管NM4的电流It的增加。这种增加对电容器Cl放电,这就抵消了流过晶体管匪I的电流II。因此,寄生电容器35的放电电流通过电流Il的稳定状态值而增加,这有助于在节点9和11的电位降低时将节点9和11之间的电压保持为基本等于VREF。
[0061 ] 电流源60包括两个N沟道MOS型晶体管匪5和匪6,它们的源极S5和S6耦合至地、它们的栅极G5和G6耦合到一起并且耦合至晶体管W5的漏极D5,使得晶体管匪5和W6形成第一电流镜。漏极D5形成第一电流镜的第一分支并且通过电阻器R5耦合至节点17。电流源60还包括第二电流镜,该第二电流镜包括两个P沟道MOS型晶体管PM7和PM8,它们的源极S7和S8耦合至节点15,它们的栅极G7和G8耦合到一起并耦合至晶体管PM7的漏极D7。漏极D7耦合至晶体管NM6的漏极D6,这形成第一电流镜的第二分支。晶体管PM8的漏极D8传送电流160并耦合至输出节点9。
[0062]在所公开的实例中,另一方面,电流源60的电阻器R5和电阻元件74的电阻器R2是相同的,并且另一方面,晶体管W5和匪2是相同的。从而,当流过电阻元件74的电流IREFl与流过电阻器R5和晶体管匪5的电流IREF1’相同时,输出节点9和11之间的电压V等于参考电压。晶体管NM6例如使得等于电流IREFl ’的电流流过晶体管NM6和NM7。
[0063]辅助电压源62包括晶体管PM9,该晶体管PM9与晶体管PM7形成电流镜,晶体管PM9的栅极G9耦合至栅极G7且源极S9耦合至节点15。晶体管PM9的漏极D9耦合至晶体管NMl O的漏极DlO,晶体管NMlO的栅极GlO耦合至漏极DlO并耦合至辅助电压源62的输出节点68。晶体管NMlO的源极SlO耦合至辅助电压源62的输入节点66。由晶体管PMlO输出并由此形成电流源的电流110流过晶体管PM9和匪1,使得能够保持节点68和66之间的电压,晶体管匪1由此形成电阻元件。
[0064]P沟道MOS晶体管PMl I与晶体管PM7形成电流镜,晶体管PMl I的栅极Gl I耦合至栅极G7,源极S11耦合至节点15 ο晶体管PMl I由此形成电流源。晶体管PMl I的漏极D11连接至晶体管NM4的漏极D4。
[0065]电压源90的晶体管使得:
[0066]流过晶体管NM4的电流14通过跨晶体管PMll的相同强度的电流Ill补偿;以及
[0067]电流160、110和Il的总和减去流过晶体管NM3的电流13等于电流IREF1。
[0068]在上述实施例中,在向浮置电压源的输出节点11施加两个连续的电位时,瞬变状态的持续时间例如短于I微秒。通过电阻器Rl对电容器Cl充电或放电的时间特性以及通过电阻器R3对电容器C3充电或放电的时间特性优选地长于瞬变状态的持续时间。
[0069]根据上述实施例的浮置电压源的优点在于,当施加于输出节点之一的电位变化时,输出电压基本保持恒定。
[0070]另一优势在于,在输出节点之一和参考电位之间存在电容耦合时,输出电压基本保持恒定。
[0071]描述了具体实施例。对于本领域技术人员来说将想到各种修改、改变和改进。具体地,尽管浮置电压源的实施例的上述实例已经被应用于为电机线圈供电的设备1,但类似实施例可以被包括在要求浮置电压源的其他应用中。具体地,参照图2至图4描述的操作对于施加于输出节点11的电位的其他正值或负值而言保持相同。
[0072]尽管在上述实施例中使用了MOS型晶体管,但本领域技术人员应该明白,可以使用其他类型的开关,例如双极晶体管。
[0073]此外,尽管描述了电容器C1、C3,但本领域技术人员应该明白,可以使用其他类型的电容元件。还应该明白,可以使用其他类型的电阻元件(诸如MOS型晶体管)来代替上述电阻器町、1?2、1?3、1?5。
[0074]此外,尽管参考电压VREF在参照图2至图4描述的实例中为正,但可以使用负参考电压,例如通过用P沟道MOS晶体管代替N型MOS晶体管匪2和匪3。
[0075]此外,可以执行类似实施例,其中:
[0076]用P沟道MOS型晶体管代替N沟道MOS型晶体管;
[0077]用N沟道MOS型晶体管代替P沟道MOS型晶体管;以及
[0078]用相同绝对值的负电位代替正电位。
[0079]尽管通过电路13从浮置电压源的端子9采样的电流在稳定状态下被认为是零,但在稳定状态下从端子9采样电流的设备可以进行变化,例如通过调整由电流源60、60a和60b传送的电流值。
[0080]此外,尽管参照图2至图4描述了电流源60a和60,但应该明白,可以省略这种电流源,例如通过将电流11增加对应的电流160a和160的值。
[0081]上面描述了具有不同变化的实施例。本领域技术人员应该注意,可以组合这些实施例和变化的各种元件而不付出任何创造性劳动。
[0082]所描述的各个实施例可以进行组合以提供进一步的实施例。
[0083]这些改变、修改和改进作为本公开的一部分,并且包括在本公开的精神和范围内。因此,仅通过实例进行前述描述但不限于此。
[0084]根据上述说明可以对实施例进行这些和其他的变化。通常,在以下权利要求中,所使用的术语不应该认为是将权利要求限制为说明书和权利要求中公开的具体实施例,而是应该认为是包括所有可能的实施例以及这些权利要求的等效方案的全部范围。因此,权利要求不被本公开所限制。
【主权项】
1.一种电压源,其特征在于,至少一个第一开关将所述电压源的第一节点耦合至施加电源电压的至少一个电位的节点,并且至少一个第一电容元件将所述电压源的所述第一节点或第二节点耦合至所述至少一个第一开关的控制节点。2.根据权利要求1所述的电压源,其特征在于,在施加于所述第二节点的电位的变化期间,所述第一节点和所述第二节点之间的电压基本保持恒定。3.根据权利要求1所述的电压源,其特征在于,包括用于在施加于所述第二节点的电位的变化期间将所述第一节点和所述第二节点之间的电压保持基本恒定的装置。4.根据权利要求1所述的电压源,其特征在于,至少一个辅助电压源将所述第一开关的所述控制节点耦合至所述电压源的所述第一节点或所述第二节点。5.根据权利要求4所述的电压源,其特征在于,所述辅助电压源包括将至少一个第一电流源耦合至所述电压源的所述第一节点或所述第二节点的至少一个第一电阻元件,所述第一电阻元件耦合至所述第一开关的所述控制节点。6.根据权利要求4所述的电压源,其特征在于,至少一个第二电阻元件耦合所述辅助电压源和所述第一开关的所述控制节点。7.根据权利要求5所述的电压源,其特征在于,所述第一电阻元件包括至少一个第一MOS型晶体管,所述第一 MOS型晶体管的栅极耦合至漏极,所述第一开关包括与所述第一 MOS型晶体管形成电流镜的至少一个第二 MOS型晶体管。8.根据权利要求7所述的电压源,其特征在于,所述第一电流源包括第一电流镜,所述第一电流镜具有耦合至第三节点的第一分支并具有耦合至第二电流镜的第一分支的第二分支,所述第二电流镜的第二分支耦合至所述电压源的所述第一节点。9.根据权利要求8所述的电压源,其特征在于: 所述辅助电压源包括将所述第一 MOS型晶体管的栅极耦合至所述电压源的所述第一节点的第四电阻元件;以及 第五电阻元件,将所述第一电流镜的所述第一分支耦合至所述第三节点。10.根据权利要求1所述的电压源,其特征在于,至少一个第二开关将所述第一开关的所述控制节点耦合至所述电压源的所述第二节点,并且至少一个第二电容元件将所述电压源的所述第一节点耦合至所述第二开关的控制节点。11.根据权利要求10所述的电压源,其特征在于,至少一个第二电流源耦合至所述第一开关的控制节点。12.一种浮置栅极电压源,其特征在于,包括: 第一开关电路,具有第一控制节点并被配置为将所述电压源的第一输出节点耦合至电源电压源;以及 第一电容电路,耦合在所述第一控制节点和所述电压源的第二输出节点之间,所述第二输出节点被配置为耦合至负载线圈的端子,并且所述第一电容电路被配置为响应于所述第二输出节点上的电压从第一电平到第二电平的变化来控制所述第一开关电路的所述第一控制节点上的电压,以驱动所述第一开关电路,从而保持跨所述第一输出节点和所述第二输出节点的参考电压。13.根据权利要求12所述的浮置栅极电压源,其特征在于,还包括: 第二开关电路,具有第二控制节点并被配置为将所述电压源的所述第一输出节点耦合至所述第二输出节点;以及 第二电容电路,耦合在所述第二控制节点和所述电压源的所述第一输出节点之间,所述第二电容电路被配置为响应于所述第二输出节点上的电压从所述第二电平到所述第一电平的变化来控制所述第二开关电路的所述第二控制节点上的电压,以驱动所述第二开关电路,从而保持跨所述第一输出节点和所述第二输出节点的参考电压。14.根据权利要求13所述的浮置栅极电压源,其特征在于,还包括:电源电路,所述电源电路包括半桥电路,所述半桥电路包括耦合在所述第二输出节点与电源电压源之间的第一开关和耦合在所述第二输出节点与参考电压源之间的第二开关,所述电源电压源对应于所述第一电平,以及所述参考电压对应于所述第二输出节点上的所述第二电平。
【文档编号】G05F1/56GK205620843SQ201620136985
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年2月23日
【发明人】K·伦兹
【申请人】意法半导体 (Alps) 有限公司
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1