栅极驱动电路、具有栅极驱动电路的开关设备和电源设备的制造方法
【专利说明】栅极驱动电路、具有栅极驱动电路的开关设备和电源设备
[0001]本申请要求于2013年10月31日提交到韩国知识产权局的第10-2013-0131617号韩国专利申请的权益，所述专利申请的公开通过引用合并于此。
技术领域
[0002]本公开涉及一种用于驱动开关的栅极驱动电路、具有所述栅极驱动电路的开关设备和电源设备。
【背景技术】
[0003]一般而言，根据用户选择执行各种功能的电子设备包括用于执行功能改变、开关操作等的半导体开关，并且所述电子设备主要使用栅极驱动电路来驱动半导体开关。
[0004]在这种电子设备之中，电源设备主要使用针对开关电源的开关型电源(SMPS)方案，并使用电源开关来对电源进行开关。因此，用于驱动电源开关的栅极驱动电路会必须用于电源设备中。
[0005]同时，上述栅极驱动电路提供用于断开或导通开关的高电平信号和低电平信号。为此，如在以下现有技术文献(专利文献I)中所公开的，至少两个开关可相互串联以输出栅极信号。
[0006]然而，在根据上述现有技术的栅极驱动电路中，为了平稳地提供用于将断开或闭合开关的高电平信号和低电平信号，执行死区时间(dead time)控制，使得至少两个开关交替地闭合和断开，并使用输出缓冲器，从而产生功耗。
[0007][现有技术文献]
[0008](专利文献I)第2007-282444号日本专利公开出版物
【发明内容】
[0009]本公开的一方面可提供一种不需要死区时间控制的具有B类放大器结构的栅极驱动电路、具有所述栅极驱动电路的开关设备和电源设备。
[0010]此外，本公开来自于作为由韩国的科学、ICT和未来规划局以及首尔大学的产学协力团管理的韩国国家IT工业促进局的IT研究中心发展和支持的一部分而进行的研究。
[0011]主题序列号:NIPA-2013-(H0301-13-1013)
[0012]部门名称:科学、ICT和未来规划局
[0013]项目名称:韩国国家IT工业促进局的IT研究中心发展和支持
[0014]项目主题名称:用于信息装置的系统半导体的核心设计技术的开发和人力培训
[0015]管理部门:首尔大学校产学协力团
[0016]研究周期:2013.01.01-2013.12.31
[0017]根据本公开的一方面，一种栅极驱动电路可包括:偏置单元，接收具有预设高电平和预设低电平的输入信号，包括:第一 N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(N-MOSFET)和第一 P沟道MOS FET(P-MOSFET)，其中，第一 N-MOSFET在输入信号具有预设高电平时被导通，第一 P-MOSFET在输入信号具有预设低电平时被导通，并且偏置单元通过第一N-MOSFET和第一 P-MOSFET的导通来供应偏置功率；放大单元，包括第二 N-MOSFET和第二P-MOSFET,其中，第二 N-MOSFET通过接收从在输入信号具有预设高电平的情况下导通的第一 N-MOSFET供应的偏置功率而被导通，第二 P-MOSFET通过接收从在输入信号具有预设低电平的情况下导通的第一 P-MOSFET供应的偏置功率而被导通，并且放大单元根据第二N-MOSFET和第二 P-MOSFET的导通来提供栅极信号。
[0018]栅极驱动电路还可包括:恒流源单元，包括提供预设恒定电流的多个恒流源。
[0019]第一 N-MOSFET和第一 P-MOSFET可在所述多个恒流源之间相互串联，第一N-MOSFET的源极和第一 P - MOSFET的源极可分别通过电阻器来接收输入信号，第一N-MOSFET的栅极和第一 P - MOSFET的栅极可分别供应偏置功率。
[0020]第二 N-MOSFET和第二 P-MOSFET可在驱动电能端子与接地端之间相互串联，第二N-MOSFET的栅极可接收从第一 N-MOSFET供应的偏置功率，第二 P-MOSFET的栅极可接收从第一 P-MOSFET供应的偏置功率，并且第二 N-MOSFET的源极和第二 P-MOSFET的源极可彼此共同连接以输出栅极信号。
[0021]栅极驱动电路还可包括:电平位移器，对输入信号的信号电平进行位移，并将具有位移后的信号电平的输入信号分别通过电阻器传输到偏置单元的第一 N-MOSFET的源极和第一 P-MOSFET的源极。
[0022]栅极驱动电路还可包括:启动开关，连接到放大单元的栅极信号输出端子，并根据外部控制信号控制是否输出栅极信号。
[0023]根据本公开的另一方面，一种开关设备可包括栅极驱动电路和开关，其中，栅极驱动电路包括:偏置单元，接收具有预设高电平和预设低电平的输入信号，包括:第一N-MOSFET和第一 P-M0SFET，其中，第一 N-MOSFET在输入信号具有预设高电平时被导通，第一 P-MOSFET在输入信号具有预设低电平时被导通，并且偏置单元通过第一 N-MOSFET和第一P-MOSFET的导通来供应偏置功率；放大单元，包括第二 N-MOSFET和第二 P-M0SFET，其中，第二 N-MOSFET通过接收从在输入信号具有预设高电平的情况下导通的第一 N-MOSFET供应的偏置功率而被导通，第二 N-MOSFET通过接收从在输入信号具有预设低电平的情况下导通的第一 P-MOSFET供应的偏置功率而被导通，并且放大单元根据第二 N-MOSFET和第二P-MOSFET的导通来提供栅极信号；其中，开关根据来自栅极驱动电路的栅极信号而被接通和断开，以接通和断开预设信号传输路径。
[0024]根据本公开的另一方面，一种电源设备可包括电源单元和控制单元，其中，电源单元根据提供的栅极信号对输入电能进行开关以供应预设直流(DC)电；控制单元包括栅极驱动电路，栅极驱动电路包括:偏置单元，接收具有预设高电平和预设低电平的输入信号，包括第一 N-MOSFET和第一 P-M0SFET，其中，第一 N-MOSFET在输入信号具有预设高电平时被导通，第一 P-MOSFET在输入信号具有预设低电平时被导通，并且偏置单元通过第一N-MOSFET和第一 P-MOSFET的导通来供应偏置功率；放大单元，包括第二 N-MOSFET和第二P-M0SFET，其中，第二 N-MOSFET通过接收从在输入信号具有预设高电平的情况下导通的第一 N-MOSFET供应的偏置功率而被导通，第二 P-MOSFET通过接收从在输入信号具有预设低电平的情况下导通的第一 P-MOSFET供应的偏置功率而被导通，并且放大单元根据第二N-MOSFET和第二 P-MOSFET的导通来提供控制电源单元的开关的栅极信号。
[0025]电源单元可包括变压器和开关，其中，变压器具有:初级绕组，接收输入电能；次级绕组，与初级绕组形成预设匝数比并接收从初级绕组感应的电能；辅助绕组，与初级绕组和次级绕组形成预设匝数比，接收从初级绕组感应到次级绕组的电能，并将驱动电能供应到控制单元；开关根据来自控制单元的栅极信号，接通和断开来自初级绕组的输入电能。
[0026]控制单元还可包括:栅极控制单元，基于输入电能的电压电平、检测到开关中的电流的检测电压和来自辅助绕组的驱动电能的电压电平，将输入信号提供给栅极驱动电路。
【附图说明】
[0027]从下面结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本公开的以上和其他方面、特征和其他优点，其中:
[0028]图1是根据本公开的示例性实施例的电源设备的示意性电路图；
[0029]图2是根据图1中示出的本公开的示例性实施例的电源设备中使用的栅极驱动电路的不意性电路图；
[0030]图3和图4是示出根据图2中示出的本公开的示例性实施例的电源设备中使用的栅极驱动电路的主要单元的信号波形的曲线图。
【具体实施方式】
[0031]现在将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。然而，本公开可以以很多不同的形式被例证，并且不应被解释为受限于在此阐述的特定实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域的技术人员充分传达本公开的范围。贯穿附图，相同的参考标号将始终被用于指定相同或相似的元件。
[0032]图1是根据本公开的示例性实施例的电源设备的示意性电路图。
[0033]参照图1，根据本公开的示例性实施例的电源设备100可包括电磁干扰(EMI)滤波单元110、整流单元120