钳位控制电路的制作方法

本发明涉及一种驱动控制电路，特别是指以单一电源产生双极性控制信号的钳位控制电路。

背景技术：

现有的直流转直流转换器例如升压转换电路(step-upconverter)、降压转换电路(step-downconverter)、反驰式转换电路(flybackconverter)、顺向式转换电路(forwardconverter)、半桥式转换电路(half-bridgeconverter)、全桥式转换电路(full-bridgeconverter)等，通常设置有多个晶体管开关或其他合适的开关，并以控制信号分别控制每一个晶体管开关切换导通，据以将输入信号转换成其他电路所需要的信号。

碳化硅(sic)晶体管相较于硅功率晶体管，导通损耗及切换损耗较小，寄生电容较小，在高温下具有稳定的电子特性，因此目前常被用来作为直流转直流转换器的切换开关。利用高电压值的控制信号使碳化硅晶体管导通，可以显现碳化硅晶体管较一般硅功率晶体管的导通损耗低。此外，碳化硅晶体管的临界电压较低，为了避免碳化硅晶体管在截止时受噪声干扰的误动作，提供给碳化硅晶体管截止的控制信号必须为负电压准位，并且较提供给一般硅功率晶体管截止的负电压准位低。因此，以碳化硅晶体管替换为转换器的切换开关，亦需要可以配合碳化硅晶体管特性的控制电路来产生控制信号，才能妥善地发挥碳化硅晶体管的优点。然而，若一个碳化硅晶体管就需配置一个控制电路来进行控制，亦会使得控制电路需搭配多组电源，电路不仅复杂，成本且高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种钳位控制电路，可以配合碳化硅晶体管的特性，产生有效的控制信号，发挥碳化硅晶体管的优点，且不需要一个晶体管配置一组电源，使得电路简化，降低成本。

本发明所揭露的钳位控制电路，电性连接于变压器的第一次级侧。钳位控制电路具有第一传输路径及第二传输路径。第一传输路径位于第一次级侧与第一开关之间。第一传输路径于第一工作阶段中导通，并传输第一次级侧的第一控制信号以导通第一开关。第二传输路径设置有第一钳位器，且位于第一次级侧与第一开关之间。第二传输路径于第二工作阶段中导通，并传输经过第一钳位器钳位后的第一控制信号以截止第一开关。第一控制信号于第一工作阶段中和第二工作阶段中的极性相反，且钳位后的第一控制信号电压值为负值。

根据上述本发明所揭露的钳位控制电路可以通过简化的电路，依据一个驱动信号源输出的信号在不同工作阶段中，输出一个正电压值的控制信号和一个负电压值的控制信号，据以让以碳化硅晶体管发挥导通损耗较小的特性，亦避免碳化硅晶体管误动作。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是根据本发明一实施例所绘示的钳位控制电路的电路示意图；

图2是根据本发明一实施例所绘示的钳位控制电路的电压时序图；

图3是根据本发明另一实施例所绘示的钳位控制电路的电路示意图。

其中，附图标记

11驱动信号源

13变压器

131初级侧

132第一次级侧

133第二次级侧

15钳位控制电路

151第一传输路径

152第二传输路径

153第三传输路径

154第四传输路径

155第一放电路径

156第二放电路径

17转换器

171第一开关

172第二开关

d1～d8第一二极管至第八二极管

r1～r6第一电阻至第六电阻

m1第一控制开关

m2第二控制开关

zd1第一钳位器

zd2第二钳位器

vt1、vt2电压差

n1第一节点

n2第二节点

vs1第一控制信号

vs2第二控制信号

vp信号

prd1第一工作阶段

prd2第二工作阶段

sw1第一切换区间

sw2第二切换区间

ciss1、ciss2电容

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求范围及附图，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照图1，图1是根据本发明一实施例所绘示的钳位控制电路的电路示意图。如图1所示，驱动信号源11电性连接变压器13，变压器13具有初级侧131、第一次级侧132及第二次级侧133。变压器13的初级侧131接收驱动信号源11产生的信号，并将信号耦合至第一次级侧132及第二次级侧133。第一次级侧132产生第一控制信号，第二次级侧133产生第二控制信号，第一控制信号和第二控制信号的极性相反。换言之，例如当初级侧131上的信号为正电压时，第一控制信号为正电压，第二控制信号为负电压。当初级侧131上的信号为负电压时，第一控制信号为负电压，第二控制信号为正电压。

钳位控制电路15电性连接于变压器13的第一次级侧132及第二次级侧133，且电性连接至转换器17的第一开关171和第二开关172。第一开关171和第二开关172例如是升压转换电路(step-upconverter)、降压转换电路(step-downconverter)、反驰式转换电路(flybackconverter)、顺向式转换电路(forwardconverter)、半桥式转换电路(half-bridgeconverter)、全桥式转换电路(full-bridgeconverter)或其他合适转换电路中的开关，本实施例不予限制。于一个实施例中，第一开关171和第二开关172是碳化硅晶体管(sicmosfet)或其他合适的晶体管。

钳位控制电路15具有第一传输路径151、第二传输路径152、第三传输路径153及第四传输路径154。第一传输路径151和第二传输路径152位于第一次级侧132与第一开关171之间，且第二传输路径152设置有第一钳位器zd1。第三传输路径153和第四传输路径154位于第二次级侧133与第二开关172之间，且第四传输路径154设置有第二钳位器zd2。第一钳位器zd1和第二钳位器zd2例如是齐纳二极管(zenerdiode)或其他合适的钳位器。

于第一工作阶段中，第一传输路径151导通，并传输第一次级侧132的第一控制信号以导通第一开关171，第四传输路径154导通，并传输经过第二钳位器zd2钳位后的第二控制信号以截止第二开关172。于第二工作阶段中，第二传输路径152导通，并传输经过第一钳位器zd1钳位后的第一控制信号以截止第一开关171，第三传输路径153导通，并传输第二次级侧133的第二控制信号以导通第二开关172。

举例来说，变压器13的初级侧131接收驱动信号源11产生电压值介于12v至-12v的交流信号，并将信号耦合至第一次级侧132及第二次级侧133。第一次级侧132产生第一控制信号例如为电压值介于18v至-18v的交流信号，第二次级侧133产生第二控制信号同样地例如为电压值介于18v至-18v的交流信号。于第一工作阶段和第二工作阶段中，第一控制信号与第二控制信号的极性相反。

于第一工作阶段中，第一传输路径151和第四传输路径154导通，第二传输路径152和第三传输路径153不导通。第一控制信号的电压值为18v，第一控制信号经由第一传输路径151传输至第一开关171，使第一开关171导通。此时，第二控制信号的电压值为-18v，第二控制信号经由第二钳位器zd2将电压值钳位成-7v，并经由第四传输路径154传输至第二开关172，使第二开关172截止。于第二工作阶段中，第二传输路径152和第三传输路径153导通，第一传输路径151和第四传输路径154不导通。第一控制信号的电压值为-18v，第一控制信号经由第一钳位器zd1将电压值钳位成-7v后，经由第二传输路径152传输至第一开关，使第一开关171截止。第二控制信号的电压值为-18v，第二控制信号经由第三传输路径153传输至第二开关172，使第二开关172导通。换言之，钳位后的第一控制信号与钳位后的第二控制信号电压值为负值。本实施例中的电压值仅为方便说明之用，非用以限制本实施例。

于一个实施例中，第一次级侧132具有第一连接端及第二连接端，第二次级侧133具有第三连接端及第四连接端。钳位控制电路15更具有第一放电路径155及第二放电路径156。第一放电路径155电性连接于第一传输路径151和第二传输路径152连接于第一开关171的第一节点n1，第二放电路径156电性连接于第三传输路径153和第四传输路径154连接于第二开关172的第二节点n2。于第一工作阶段切换至第二工作阶段的第一切换区间中，第一放电路径155导通，下拉第一节点n1的电压位准。于第二工作阶段切换至第一工作阶段的第二切换区间中，第二放电路径156导通，下拉第二节点n2的电压位准。换言之，第一放电路径155和第二放电路径156在导通时，分别导通第一节点n1和第一次级侧132的第二连接端，导通第二节点n2和第二次级侧133的第四连接端，使第一节点n1的电压下拉至与第一次级侧132的第二连接端的电压相同，第二节点n2的电压下拉至与第二次级侧133的第四连接端的电压相同。

为了方便说明，以下实施例以具有第一放电路径155和第二放电156的钳位控制电路15为例说明，于所属技术领域具有通常知识者可依据实际需求取消第一放电路径155和第二放电路径156，本实施例不予限制。

具体而言，钳位控制电路15具有第一二极管d1至第八二极管d8、第一电阻r1至第六电阻r6、第一控制开关m1、第二控制开关m2、第一钳位器zd1和第二钳位器zd2。第一开关171具有第一端、第二端及控制端。第二开关172具有第一端、第二端及控制端。第一二极管d1的阴极电性连接于第二二极管d2的阳极，第一二极管d1的阳极电性连接于第二电阻r2的一端，第二电阻r2的另一端电性连接第一次级侧132的第一连接端。第二二极管d2的阴极电性连接于第一节点n1，第一节点n1电性连接于第一开关171的控制端。第一开关171的第二端电性连接第一次级侧132的第二连接端。第一钳位器zd1并联于第一二极管d1及第二二极管d2，且第一钳位器zd1的阳极电性连接第一二极管d1的阳极，第一钳位器zd1的阴极电性连接第一节点n1。第四二极管d4及第三电阻r3并联于第二电阻r2，第四二极管d4的阳极电性连接于第一钳位器zd1的阳极，第四二极管d4的阴极电性连接第一次级侧132的第一连接端。

第一控制开关m1例如是p型或n型金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，mosfet)、npn型或pnp型双载子接面晶体管(bipolarjunctiontransistor，bjt)或其他合适的控制开关，具有第一端、第二端及控制端，第一控制开关m1的第一端电性连接第一节点n1，第一控制开关m1的控制端电性连接第一二极管d1及第二二极管d2之间，第一控制开关m1的第二端电性连接第三二极管d3的阳极，第三二极管d3的阴极电性连接第一次级侧132的第二连接端。第一电阻r1电性连接于第一控制开关m1的控制端与第一次级侧132的第二连接端之间。

第五二极管d5的阴极电性连接于第六二极管d6的阳极，第五二极管d5的阳极电性连接于第五电阻r5的一端，第五电阻r5的另一端电性连接第二次级侧133的第三连接端。第六二极管d6的阴极电性连接于第二节点n2，第二节点n2电性连接于第二开关172的控制端。第二开关172的第二端电性连接第二次级侧133的第四连接端。第二钳位器zd2并联于第五二极管d5及第六二极管d6，且第二钳位器zd2的阳极电性连接第五二极管d5的阳极，第二钳位器zd2的阴极电性连接第二节点n2。第八二极管d8及第六电阻r6并联于第五电阻r5，第八二极管d8的阳极电性连接于第二钳位器zd2的阳极，第八二极管d8的阴极电性连接第二次级侧133的第三连接端。

第二控制开关m2例如是p型或n型mosfet、npn型或pnp型bjt或其他合适的控制开关，具有第一端、第二端及控制端，第二控制开关m2的第一端电性连接第二节点n2，第二控制开关m2的控制端电性连接第五二极管d5及第六二极管d6之间，第二控制开关m2的第二端电性连接第七二极管d7的阳极，第七二极管d7的阴极电性连接第二次级侧133的第四连接端。第四电阻r4电性连接于第二控制开关m2的控制端与第二次级侧133的第四连接端之间。

第一二极管极d1及第二二极管d2位于第一传输路径151上。第四二极管d4、第三电阻r3及第一钳位器zd1位于第二传输路径152上。第一控制开关m1、第一电阻r1和第三二极管d3位于第一放电路径155上。第五二极管极d5及第六二极管d6位于第三传输路径153上。第八二极管d8、第六电阻r6及第二钳位器zd2位于第四传输路径154上。第二控制开关m2、第四电阻r4和第七二极管d7位于第二放电路径156上。

请一并参照图1与图2，图2是根据本发明一实施例所绘示的钳位控制电路的电压时序图，如图所示，于第一工作阶段prd1中，驱动信号源11输出正电压的信号vp，变压器13将信号vp耦合至第一次级端132及第二次级端133。第一次级端132产生第一控制信号vs1，第二次级端133产生第二控制信号vs2。此时，第一控制信号vs1为正电压，第二控制信号vs2为负电压。第一控制信号vs1经过第二电阻r2、第一二极管d1和第二二极管d2传输至第一节点n1，第一开关171依据第一节点n1与第一次级侧132的第二连接端的电压差vt1导通。第二二极管d2导通，使第一控制开关m1第一端的电压低于控制端的电压，第一控制开关m1截止，第一放电路径155不导通。第二控制信号vs2经过第八二极管d8、第五电阻r5、第六电阻r6及第二钳位器zd2传输至第二节点n2，第二开关172依据第二节点n2与第二次级侧133的第四连接端的电压差vt2截止。第五二极管d5不导通，使第二控制开关m2控制端的电压为0v，第二控制开关m2截止，第二放电路径156不导通。

于第一工作阶段prd1切换至第二工作阶段prd2的第一切换区间sw1中，驱动信号源11输出信号vp的电压值为0v。第一控制信号vs1和第二控制信号vs2的电压值同样为0v。此时，第一控制开关m1导通，第一开关171的控制端和第二端之间的电容ciss1经由第一放电路径155放电，第一控制开关m1上的电流如电流iq1所示。第一电阻r1的电阻大小关联于电容ciss1的放电速度，于所属技术领域具有通常知识者可以依据实际需求设计第一电阻r1的电阻值。

于第二工作阶段prd2中，驱动信号源11输出负电压的信号vp，变压器13将信号vp耦合至第一次级端132及第二次级端133。此时，第一控制信号vs1为负电压，第二控制信号vs2为正电压。第一控制信号vs1经过第四二极管d4、第二电阻r2、第三电阻r3及第一钳位器zd1传输至第一节点n1，第一开关171依据第一节点n1与第一次级侧132的第二连接端的电压差vt1截止。第一二极管d1不导通，使第一控制开关m1控制端的电压为0，第一控制开关m1截止，第一放电路径155不导通。第二控制信号vs2经过第五电阻r5、第五二极管d5和第六二极管d6传输至第二节点n2，第二开关172依据第二节点n2与第二次级侧133的第四连接端的电压差vt2导通。第六二极管d6导通，使第二控制开关m2第一端的电压低于控制端的电压，第二控制开关m2截止，第二放电路径156不导通。

于第二工作阶段prd2切换至第一工作阶段prd1的第二切换区间sw2中，驱动信号源11输出信号vp的电压值为0v。第一控制信号vs1和第二控制信号vs2的电压值同样为0v。此时，第二控制开关m2导通，第二开关172的控制端和第二端之间的电容ciss2经由第二放电路径156放电，第二控制开关m2上的电流如电流iq2所示。第四电阻r4的电阻大小关联于电容ciss4的放电速度，于所属技术领域具有通常知识者可以依据实际需求设计第四电阻r4的电阻值。

以电压来说，第一次级侧132产生第一控制信号的以电压值为|vcc|的，第二次级侧133产生第二控制信号的电压值介于|vcc|至-|vcc|之间，第一钳位器zd1和第二钳位器zd2的崩溃电压为vz1和vz2。以忽略第一二极管d1至第八二极管d8和第一电阻r1至第六电阻r6的电压降来看，于第一工作阶段prd1中，第一传输路径151和第四传输路径154导通，第一控制信号经由第一传输路径151传输至第一开关171，使第一开关171以电压值为|vcc|的第一控制信号导通。第二钳位器zd2将第二控制信号的电压值钳位成-|vcc|+vz2，并传输至第二开关172，使第二开关172以电压值为-|vcc|+vz2的第二控制信号截止。

于第二工作阶段prd2中，第二传输路径152和第三传输路径153导通，第一传输路径151和第四传输路径154不导通。第一钳位器zd1将第一控制信号的电压值钳位成-|vcc|+vz1，并传输至第一开关171，使第一开关171以电压值为-|vcc|+vz1的第一控制信号截止。第二控制信号经由第三传输路径153传输至第二开关172，使第二开关172以电压值为|vcc|的第二控制信号导通。

于前述实施例中，第一放电路径155和第二放电路径156上分别具有一个第一控制开关m1和第二控制开关m2。于其他实施例中，第一放电路径155和第二放电路径156更可以分别设置有第一辅助控制开关m3和第二辅助控制开关m4。请参照图3所示，图3是根据本发明另一实施例所绘示的钳位控制电路的电路示意图，如图3所示，驱动信号源11、变压器13和转换器17与前一个实施例大致上相同，与前述实施例不同的是，钳位控制电路15的第一放电路径155’上设置有第一控制开关m1’、第一辅助控制开关m3、第一电阻r1’和第三二极管d3’，第二放电路径156’上设置有第二控制开关m2’、第二辅助控制开关m4、第四电阻r4’和第七二极管d7’。

于第一放电路径155’中，第三二极管d3’的阳极电性连接第一节点n1，第一控制开关m1’具有第一端、第二端及控制端，第一控制开关m1’的第一端电性连接第三二极管d3’的阴极，第一控制开关m1’的第二端电性连接第一次级侧132的第二连接端，第一控制开关m1’的控制端电性连接第一辅助控制开关m3。第一辅助控制开关m3具有第一端、第二端及控制端，第一辅助控制开关m3的第一端电性连接第一节点n1，第一辅助控制开关m3的第二端电性连接第一控制开关m1’的控制端，第一辅助控制开关m3的控制端电性连接第一二极管d1’及第二二极管d2’之间的第一信号节点nx1。

于第二放电路径156’中，第七二极管d7’的阳极电性连接第二节点n2，第二控制开关m2’具有第一端、第二端及控制端，第二控制开关m2’的第一端电性连接第七二极管d7’的阴极，第二控制开关m2’的第二端电性连接第二次级侧133的第四连接端，第二控制开关m2’的控制端电性连接第二辅助控制开关m4。第二辅助控制开关m4具有第一端、第二端及控制端，第二辅助控制开关m4的第一端电性连接第二节点n2，第二辅助控制开关m4的第二端电性连接第二控制开关m2’的控制端，第二辅助控制开关m4的控制端电性连接第五二极管d5’及第六二极管d6’之间的第二信号节点nx2。

换言之，第一控制开关m1’藉由第一辅助控制开关m3来依据第一信号节点nx1的电压导通，第二控制开关m2’藉由第二辅助控制开关m4来依据第二信号节点nx2的电压导通。第一控制开关m1’和第一辅助控制开关m3形成二阶开关的架构，第二控制开关m2’和第二辅助控制开关m4形成二阶开关的架构，使得第一放电路径155和第二放电路径156放电的瞬间电流越大，放电的速度也越快。

于其他的实施例中，第一放电路径155’和第二放电路径156’中亦可以三阶开关或更多阶的开关架构，据以达到在第一切换区间sw1中，第一开关171的控制端和第二端之间的电容ciss1可以在预期的时间内经由第一放电路径155’可以充分地放电。在第二切换区间sw2中，第二开关172的控制端和第二端之间的电容ciss2可以在预期的时间内经由第二放电路径156’可以充分地放电。

于前述钳位控制电路的实施例中，直接以控制两个开关为例说明，在实务上，于所属技术领域具有通常知识者亦可以依据实际需求，让钳位控制电路中只以第一传输路径和第二传输路径来控制一个开关。换言之，当钳位控制电路仅具有第一传输路径和第二传输路径时，第一控制信号于第一工作阶段中和第二工作阶段中的极性相反，且钳位后的第一控制信号电压值为负值。

综合以上所述，本发明实施例提供的钳位控制电路可以依据单一驱动信号源产生的信号，于不同工作阶段中，分别产生较一般控制信号的电压值更高的控制信号来导通碳化硅晶体管，以及较一般控制信号的电压值更低的控制信号的负电压控制信号来截止碳化硅晶体管，据以妥善地发挥碳化硅晶体管的优点。在本发明一个实施例中，钳位控制电路更可以在驱动信号源输出正电压值的信号时，接收变压器转换成的一个正电压值的信号和一个负电压值的控制信号，并将负电压值的控制信号经过钳位器钳位电压值后，用以截止转换器中的部分开关，将正电压值的控制信号用以导通转换器中的另一部分开关。当驱动信号源输出负电压值的信号时，切换原本导通的开关截止，切换原本截止的开关导通。换言之，本实施例钳位控制电路可以简化原本要以多组驱动信号源来控制晶体管开关的电路，改以依据单一驱动信号源的信号，就可以产生双极性控制信号来控制晶体管开关。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。