专利名称：靴带电容充电电路及使用该充电电路的驱动集成电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种靴带电容(bootstrap capacitor)充电电路，及使用该 充电电路的驱动集成电路，其特别适用于高压半桥式电源供应电路中。
背景技术：
半桥式电源供应电路，又称切换式电源供应电路，其基本结构的 一例可见图l，通过两功率晶体管Q1、 Q2分别切换其导通状态，而将 供应电压Vcc转换成适当的电压提供给负载20。两功率晶体管Ql、 Q2的导通状态分别由驱动IC芯片10中的上下桥驱动电路11与12所 控制，其中上桥驱动电路11的操作电压范围下限为节点电压Vph，下 桥驱动电路12的操作电压范围下限为接地电压。(驱动IC芯片10中 的其它部份与本案无关，故予以省略。)
当供应电压Vcc为高压时(例如数百伏特)，上桥驱动电路11不 宜直接自供应电压Vcc获取工作电压，故通常如图所示，提供一靴带 电容Cl,于下桥晶体管Q2导通时，自芯片10内部的低压供应源Vdd 经靴带二极管Dl对该靴带电容Cl充电，使得当下桥晶体管Q2关闭 时，节点N1的电压可到达Vph+Vdd，以供上桥驱动电路11操作所需。 靴带二极管D1的目的是在节点N1的电压高于低压供应源Vdd时，避 免节点N1的电压倒灌损害低压供应源Vdd。
在上述安排下，由于节点Nl的电压可能相当高，故对靴带电容 Cl的电容值、和靴带二极管D1的崩溃电压与峰值电流容量，其规格 要求都相当高，因此靴带电容Cl和靴带二极管Dl通常皆使用独立元 件(discrete component)来制作，而无法整合至IC芯片10之内。在美国专利第5,373,435号案中，提及一种仿真靴带二极管Dl的 电路BDE (Bootstrap Diode Emulator),通过复杂的元件组合，达成仿真 靴带二极管D1的效果。因BDE电路相当复杂，故图2中仅示出其简 化概念；其详细电路结构请见图3。该案的目的是使用仿真靴带二极管 电路BDE，将原本必须以独立元件制作的仿真靴带二极管D1，整合至 IC芯片IO之内。然而，若详阅美国专利第5,373,435号案可知，该案所提出的BDE 电路十分复杂，不但组成元件数量繁多，且电路中同时包含MOS与双 极晶体管元件，对于集成电路芯片的整合与制作而言，并不便利。有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种较佳的 靴带电容充电电路，其电路结构远较现有技术更为简单，可以很便利 地整合在集成电路芯片之内，且所构成的集成电路芯片可以使用MOS 制程来制作。发明内容本发明的第一目的在于，提出一种靴带电容充电电路，以简单的 结构，达成对靴带电容充电的功能。本发明的第二目的在于，提出一种使用该充电电路的驱动集成电路。本发明的第三目的在于，提出一种使用该驱动集成电路的半桥式 电源供应电路。为达上述目的，本发明提供一种靴带电容充电电路，用以自一供 应电压对一靴带电容充电，该充电电路包含 一耗乏型晶体管，其源 极/汲极的第一端与该供应电压电连接，栅极亦与该供应电压电连接， 源极/汲极的第二端与该靴带电容电连接。此外，根据本发明，也提供了一种驱动集成电路，用以控制至少 一功率晶体管的导通状态，该驱动集成电路包含 一上桥驱动电路， 用以产生讯号控制第一功率晶体管的导通状态，此上桥驱动电路的第 一电压端与第一电压节点电连接，第二电压端与第二电压节点电连接； 以及一耗乏型晶体管，其源极/汲极的第一端与一供应电压电连接， 栅极亦与该供应电压电连接，源极/汲极的第二端与该第一电压节点 电连接。根据本发明的另一内容，也提供了一种半桥式电源供应电路，用 以供应电压至负载，该半桥式电源供应电路包含互相电连接的上桥 与下桥功率晶体管； 一上桥驱动电路，用以产生讯号控制该上桥功率 晶体管的导通状态，此上桥驱动电路的第一电压端与第一电压节点电 连接，第二电压端与第二电压节点电连接； 一下桥驱动电路，用以产 生讯号控制该下桥功率晶体管的导通状态； 一靴带电容，电连接于该 第一电压节点和第二电压节点之间；以及一耗乏型晶体管，其源极/ 汲极的第一端与第一供应电压电连接，栅极亦与该第一供应电压电连 接，源极/汲极的第二端与该第一电压节点电连接。在前述靴带电容充电电路、驱动集成电路、半桥式电源供应电路 中，为安全起见，可在供应电压与耗乏型晶体管之间设置一个二极管， 其阳极与该供应电压电连接，其阴极与该耗乏型晶体管的第一端电连 接。下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技 术内容、特点及其所达成的功效。
图1标出现有技术的半桥式电源供应电路，其中使用的靴带电容 与靴带二极管为独立元件(discrete components);图2为现有技术的简化示意电路图，其中以仿真靴带二极管电路 BDE来取代独立的靴带二极管；图3标出图2现有技术中的BDE的详细结构； 图4为示意电路图，说明本发明的第一实施例； 图5为本发明的第二实施例。图中符号说明10驱动IC芯片11驱动电路12驱动电路14控制电路20负载40充电电路41耗乏型晶体管42二极管BDE仿真靴带二极管电路CI靴带电容Dl靴带二极管电感Nl节点OUT输出端Q1,Q2功率晶体管Vcc供应电压(高压)Vdd供应电压(低压)Vph节点电压具体实施方式
请参考图4，其中以示意电路图的方式显示本发明的一个实施例。 如图所示，本实施例中，在低压供应源Vdd与靴带电容Cl间，设有一 个靴带电容充电电路40，其中包含有N型耗乏型晶体管41和二极管42，且N型耗乏型晶体管41以侧向扩散的金氧半晶体管(LDMOS)较 佳，如此在制程整合与元件特性上将更能符合本发明的需求。当低压 供应源Vdd的电压大于节点Nl的电压时，耗乏型晶体管41的左方端 可视为源极，由于耗乏型晶体管41的栅极对源极电压Vgs为正(等于 二极管42的压降)，故耗乏型晶体管41维持为导通状态，使低压供 应源Vdd得以对靴带电容Cl进行充电。当下桥晶体管Q2关闭时，节点N1的电压为Vph+Vdd，此时耗乏 型晶体管41的右方端电压较左方端为高，但由于晶体管41的耗乏型 LDMOS特性，本身具有限流的功能，故并不需要使用高规格的二极管 42，即可达到防护电流倒灌的功能。因此，耗乏型晶体管41和二极管 42，可以整合在驱动IC芯片IO之内。以上电路中的二极管42，是为安全起见而设置，但事实上也可省 略，如图5所示。在本图实施例中，当低压供应源Vdd的电压大于节 点N1的电压时，耗乏型晶体管41的栅极对源极电压Vgs为零，仍然 可以导通；而当节点N1的电压大于低压供应源Vdd的电压时，耗乏型 晶体管41的右方端可视为源极，此时耗乏型晶体管41的栅极对源极 电压Vgs为负(等于-Vdd)，故耗乏型晶体管41自然截止而不导通。在以上两实施例的电路中，并不需要复杂的控制机制，其电路远 较图3所示的电路更为简单，且制作时也不需要使用复杂的BiCMOS制程。以上已针对较佳实施例来说明本发明，以上所述，仅为使本领域 技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。 如前所述，本发明的主要概念在于，使用耗乏型晶体管作为靴带电容 的充电电路；利用耗乏型晶体管的常态导通、限流与截止特性，使得 低压供应源Vdd不需要复杂的防护机制。在此精神下，本领域技术人 员可以思及各种等效变化，均应包含在本发明的范围之内。例如，在图中所示元件间，可加入不影响电路主要功能的元件；靴带电容未必 限于高压半桥式电源供应电路中的靴带电容，亦可为其它电路中的电 容；所示半桥式电源供应电路中的下桥晶体管，可以代换为二极管； 等等。故凡依本发明的概念与精神所为的均等变化或修饰，均应包括 于本发明的权利要求书的范围内。
权利要求
1. 一种靴带电容充电电路，用以自一供应电压对一靴带电容充电， 其特征在于，该充电电路包含一耗乏型晶体管，其源极/汲极的第一端与该供应电压电连接， 栅极亦与该供应电压电连接，源极/汲极的第二端与该靴带电容电连 接。
2. 如权利要求l所述的靴带电容充电电路，其中还包含有一个二极管，其阳极与该供应电压电连接，其阴极与该耗乏型晶体管的第一 端电连接。
3. 如权利要求l所述的靴带电容充电电路，其中，该耗乏型晶体 管为侧向扩散的金氧半晶体管。
4. 一种驱动集成电路，用以控制至少一功率晶体管的导通状态， 其特征在于，该驱动集成电路包含一上桥驱动电路，用以产生讯号控制第一功率晶体管的导通状态， 此上桥驱动电路的第一电压端与第一电压节点电连接，第二电压端与 第二电压节点电连接；以及一耗乏型晶体管，其源极/汲极的第一端与一供应电压电连接， 栅极亦与该供应电压电连接，源极/汲极的第二端与该第一电压节点 电连接。
5. 如权利要求4所述的驱动集成电路，其中，该第一电压节点和 第二电压节点与一靴带电容的两端电连接。
6. 如权利要求5所述的驱动集成电路，其中，该靴带电容位于驱 动集成电路外部。
7. 如权利要求4所述的驱动集成电路，其中还包含有一个二极管，其阳极与该供应电压电连接，其阴极与该耗乏型晶体管的第一端电连接。
8. 如权利要求4所述的驱动集成电路，其中还包含有一下桥驱动 电路，用以产生讯号控制第二功率晶体管的导通状态。
9. 如权利要求4所述的驱动集成电路，其中，该耗乏型晶体管为 侧向扩散的金氧半晶体管。
10. —种半桥式电源供应电路，用以供应电压至负载，其特征在于，该半桥式电源供应电路包含互相电连接的上桥与下桥功率晶体管；一上桥驱动电路，用以产生讯号控制该上桥功率晶体管的导通状 态，此上桥驱动电路的第一电压端与第一电压节点电连接，第二电压 端与第二电压节点电连接；一下桥驱动电路，用以产生讯号控制该下桥功率晶体管的导通状态；一靴带电容，电连接于该第一电压节点和第二电压节点之间；以及一耗乏型晶体管，其源极/汲极的第一端与第一供应电压电连接， 栅极亦与该第一供应电压电连接，源极/汲极的第二端与该第一电压 节点电连接。
11. 如权利要求IO所述的半桥式电源供应电路，其中还包含有一 个二极管，其阳极与该第一供应电压电连接，其阴极与该耗乏型晶体 管的第一端电连接。
12. 如权利要求IO所述的驱动集成电路，其中，该上桥功率晶体 管的一端与第二供应电压电连接，该第二供应电压高于第一供应电压。
13.如权利要求IO所述的半桥式电源供应电路，其中，该耗乏型 晶体管为侧向扩散的金氧半晶体管。
全文摘要
本发明涉及一种靴带电容充电电路及使用该充电电路的驱动集成电路，用以自一供应电压对一靴带电容充电，该充电电路包含一耗乏型晶体管，其源极/汲极的第一端与该供应电压电连接，栅极亦与该供应电压电连接，源极/汲极的第二端与该靴带电容电连接。在供应电压与耗乏型晶体管之间可设置一个二极管。
文档编号H02M1/08GK101312328SQ20071010512
公开日2008年11月26日 申请日期2007年5月24日 优先权日2007年5月24日
发明者张光铭, 郑谦兴 申请人:立锜科技股份有限公司