专利名称：带有故障保护的自振荡驱动器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及自振荡驱动器，特别涉及带有故障保护的自振荡驱动器。
背景技术：
晶体管驱动器得到广泛的应用，这些应用包括用于驱动负载的全桥型和半桥型开关结构。例如，全桥型电路用于操作DC-母线转换器、HID灯以及其它公知的工业应用。半桥型驱动器也用于DC-DC转换器以及荧光灯。
上述多种类型的应用可以结合使用这样的驱动器，即，它使用振荡信号为全桥或半桥电路提供开关脉冲。在启动情况下，振荡器工作于为门驱动器提供信号的频率下，用以例如在启动时即刻开始对全桥或半桥开关的切换。这类即刻启动操作会对全桥或半桥开关元件的耐久性产生影响，也就是说，这种类型在多次启动情况下会导致元件特性的劣化并且会导致不希望看到的电路故障。
在上述讨论的大量应用中，全桥或半桥开关电路驱动负载的初级端以通过例如变压器将电源传递到负载的次级端。在出现过载电流情况的事件下，全桥或半桥开关电路可被禁止工作以防止负载的初级端或次级端上的元件出现故障或损坏。现有的全桥或半桥驱动器电路在过载电流事件的情况下可自动重启，以试图在故障情况消除之后操作电路。在这些情况下，自动重启有可能发生在全桥或半桥电路从过载电流压力中恢复之前。
需要有一种具有软启动功能并且能够防止过载电流情况的全桥或半桥驱动器。
发明内容
根据本发明所述，它提供了一种能够自振荡并且可以响应过载电流故障情况的驱动器控制电路。可通过外部元件对振荡频率进行编程以提供能够选择性地传递给全桥电路或半桥电路的开关的脉冲串。脉冲控制电路被提供用于将来自脉冲串的适当脉冲引向全桥或半桥开关的驱动器。驱动器电路包括处于开关脉冲之间的可由外部元件编程的空载时间(dead time)以及具有DV/DT保护功能的电平移动电路。
所述驱动器电路为元件和电路提供了包括响应低电压或过载电流情况的保护功能以及软启动功能，用以避免启动瞬间可能造成的破坏。电流检测输入被提供用于获得反馈功能，以确定出何时可能存在过载电流情况。
在出现故障的情况下，所述驱动器电路设立了关机模式以便为负载提供从过载电流情况下恢复的时间。在这种关机模式下，发送给开关驱动器的信号被禁止，并且关机定时电容逐渐充电以提供一个关机时间。一旦电容达到特定的阈值，则全桥驱动器将被重新启动以允许全桥电路继续进行操作。
通过以下参考附图对本发明做出的文字描述，本发明的其它特征和优点将变得更加清楚。
图1是利用本发明所述单控制器控制的典型全桥电路的电路图；图2是本发明所述全桥驱动器的示意框图；图3的电路图示出了根据本发明所述的半桥驱动器的应用电路；图4是本发明所述半桥驱动器的内部示意框图；图5是本发明所述半桥驱动器的应用电路图；图6是本发明所述半桥驱动器的内部示意框图；图7是带有本发明所述半桥驱动器的半桥驱动器应用电路的电路图；图8是本发明所述半桥驱动器的内部示意框图；图9是与本发明所述驱动器一起使用的振荡器电路的电路图；图10是与本发明所述驱动器一起使用的软启动电路的电路图；图11是是与本发明所述驱动器一起使用的高频电平移动电路的电路图；图12是与本发明所述驱动器一起使用的DV/DT升压电路的电路图。
具体实施例方式
现在参照图1至9，除了驱动器电路的不同实施例的框图以外，还示出了采用本发明所述驱动器的各种应用电路。参看图1，其中示出了带有本发明所述全桥驱动器19的一种全桥应用电路18。全桥驱动器19为全桥电路18中的各个开关M1-M4提供输出。另外，驱动器电路19还为组成全桥电路18的各个半桥电路提供了独立的相关连接VS1、VS2。
驱动器电路19是一个自振荡全桥主驱动器，它可工作于例如200伏的高电压下，并且具有高的速度，例如，高达1MHz。驱动器电路19还提供了空载时间(dead time)操作和协调，其空载时间值小于20ns。驱动器电路19还提供了多种故障保护，包括低电压保护、软启动保护以及过载电流保护。根据本发明的一个专有的特征所述，驱动器电路19在过载电流故障检测之后提供了一个时间周期，在该时间周期内输出驱动器被禁止工作。这样的术语在本发明的说明书和附图中有时也被称作“HICCUP”模式。
“HICCUP”电路和模式被设立在驱动器电路19中，用来通过过载电流恢复以协助对全桥电路18中的开关M1-M4的保护，而且用来协助由全桥电路18驱动的负载(图1中显示为电感L1)中的过载电流恢复。HICCUP模式负责根据电流检测输入CS与250毫伏内部基站相比较的结果来执行过载电流保护。如果检测到过载电流情况，则驱动器电路19将关闭一段可编程的时间，以允许全桥电路18从过载电流情况中恢复。与全桥电路18连接的次级(或负载)获得足够的时间以从由过载电流情况造成的过载电流压力中恢复。在典型的操作中，大电容CH被连接至驱动器电路19的输入HICCUP。当检测到过载电流情况时，驱动器电路19的输出被禁止并且电容CH开始朝向电压VCC缓慢充电。随着电容CH上的电压的增大，启动阈值(在该点上驱动器电路19将被重新启动)被逐渐接近。一旦电容CH上的电压到达所需的阈值，驱动器电路19的输出被重新启动并且电容CH向地或COM(公共端)放电。
图1所示应用电路17中的电阻RT和电容CT用于确定设立在驱动器电路19中的振荡器的频率。通过特别设定电容CT的值，就可以改变用于切换组成全桥电路18的两个半桥中的开关的空载时间。也就是说，通过调整电容CT的值，就可将切换开关M1、M2与切换开关M3、M4之间的空载时间调整至所需值。
现在参看图2，其中的示意框图20示出了全桥驱动器电路19的内部操作。框图20示出了组成全桥电路18的两个半桥电路的高端和低端驱动器。输出端HO1和HO2为全桥电路18的高端开关M1、M3提供开关信号，而输出端LO1和LO2则为低端开关M2、M4提供开关信号。低端信号LO1和LO2与VCC有关，并且分别具有延迟匹配电路21、22。高端输出HO1和HO2分别独立地与电压VS1、VB1及VS2、VB2有关。因此，电压VS1和VS2可以像电压基准VB1和VB2一样在不同的参考电平上浮动。
提供给输出端HO1和HO2的信号受到电平移动，以分别为电压基准VS1、VS2作参照。电平移动器23、24接收来自脉冲控制块25的脉冲串，并将脉冲信号移动至适当的电压基准，从而在HO1和HO2上提供出精确的开关信号输出。脉冲控制块25还在互补的开关信号之间插入所需的空载时间，此空载时间部分地由与框图20中的输入CT耦合连接的电容CT的值确定。脉冲控制块25接收来自振荡器26的脉冲信号和锯齿波信号，锯齿波和牵引信号(pull signal)的频率由外部元件电阻器RTN和电容器CT的组合决定。振荡器26产生的脉宽决定了脉冲控制块25产生的空载时间。通过调整外部电容CT的值，可以改变振荡器26所提供的脉冲串的脉冲宽度，由此可以改变脉冲控制块25产生的空载时间。
振荡器26接收来自电压VCC的电源以产生振荡输出信号。在启动期间，或者如果电源出现故障，UVLO块27将禁止振荡器26工作，直到生成安全条件以允许振荡器产生信号为止。在一个实例性实施例中，UVLO块27进行操作，为电压VCC提供上限阈值和下限阈值。这样，如果电源VCC超出了所述上限和下限阈值，则振荡器26将被禁止工作。换言之，UVLO块27也可被设置成对脉冲控制块25进行操作以禁止将开关信号脉冲串提供给高端和低端驱动器。
框图20还示出了一个软启动电路28。该电路用于在启动期间或在低电压或过载电流事件或者故障之后提供额外的保护。软启动电路28进行操作以使电容C1通过开关M5(它在低电压或过载电流情况下导通)放电。当电容C1的电压降至由振荡器26产生的电压值以下时，比较器29A禁止脉冲控制块25操作。当驱动器电路19重新启动时，电流源S1经过约2500个振荡器周期以使电容C1涓流充电(trickle charge)至VCC。电容C1上逐渐上升的电压被与振荡器26提供的锯齿波信号进行比较，用以启动脉冲控制块25，由此产生软启动。很显然，这种软启动特性可以只在启动时提供，或者可以在启动和故障恢复之后，或者可以在各种其它情况和条件之下提供。
软启动电路28中的比较器29A对电容C1上增大的电压与来自振荡器26的锯齿波形进行比较，并产生信号以帮助调节脉冲控制块25中的脉宽。脉冲控制块25调整来自振荡器26的输入锯齿波形以产生一系列的互补脉冲串。优选地通过对锯齿波形值与一阈值进行比较，并且当所述锯齿波形值与所述阈值交叉时对开关进行切换，从而获得由脉冲控制块25产生的脉冲串。由于在高电平和低电平上都设立了阈值，所以可以从锯齿波形倾斜的形状中获得脉冲，其中锯齿波形与两个阈值交叉以在各个阈值交叉处分别产生向上脉冲转换和向下脉冲转换。比较器29A的输出用于延长脉冲控制块25所提供的脉冲，这是因为比较器29A对锯齿波形的上升沿与电容C1提供的上升参考值进行比较的结果。随着电容C1充电至VCC，来自脉冲控制块25的脉冲串之中的脉冲受到比较器29A的影响越来越小，并最终具有预定的长度。
驱动器电路19还根据管脚CS上提供的电流检测反馈来提供过载电流保护。管脚CS上提供的电压通常是利用传感器电阻RSENSE(图1)产生的。该电阻根据流经全桥电路18的电流来产生电压。利用比较器29B对框图20中管脚CS上的电压与可根据选定的应用而改变的内部电压基准进行比较。在图示的例子中，框图20示出了一个200毫伏的基准电压，该电压可用作阈值，超过该阈值就说明出现了过载电流情况。内部电压基准可以根据具体应用而从例如约25毫伏变化至250毫伏。比较器29B的输出被提供给RS触发电路。而RS触发电路的输出则被用于启动或禁止脉冲控制块25。
HICCUP模式电路30也被提供用于辅助过载电流保护。HICCUP模式电路30耦合连接至外部电容CH(图1)。电容CH在HICCUP周期内充电以提供在其间脉冲控制块25被禁止的时间间隔。由于HICCUP电容CH位于驱动器电路19的外部，所以可以对其进行选择以根据需要对HICCUP时间周期进行编程。当比较器29B确定出现过载电流情况时，RS触发器31被置位(set)，这样反相输出将启动HICCUP模式电路30以使HICCUP电容CH涓流充电。电流源S2通过HICCUP模式电路30中的CMOS开关为HICCUP电容CH提供涓流充电。当HICCUP电容CH的上的电压值达到给定的阈值(例如标准逻辑电压电平)时，RS触发器31被复位，从而导致反相输出变为逻辑电平“1”，由此禁止HICCUP模式电路30工作。当HICCUP模式电路30被禁止工作时，HICCUP电容CH立刻放电至公共电压基准电平。通常，外部HICCUP电容CH是大数值的电容，这样HICCUP周期就足够长，从而允许全桥电路19和次级负载从过载电流情况恢复以避免元件损坏。RS触发器31被设计成这样，即，当RS触发器31的两个输入都为高逻辑电平“1”时，其同相输出被置位成逻辑“1”电平。因此，通过将HICCUP管脚连接至电源VCC，就可禁止HICCUP模式电路30工作。在这种情况下，过载电流保护通过管脚CS上的电流检测信号而仍然如愿地得到提供。
参考图3，其中所示的驱动电路32用于根据本发明所述驱动与一对开关S1、S2相连的半桥。半桥驱动器电路32提供了相同的保护功能，并且在驱动半桥电路中起到了全桥驱动器电路19的作用。因此，驱动器电路32具有8个管脚，并且可以具有非常紧凑的封装。像驱动器电路19一样，驱动器电路32为高速、高电压的自振荡驱动器，它通常以50％的占空比操作。驱动器电路32提供的开关频率在各个开关通道(例如HO和LO)上至多可达500KHz。像驱动器电路19一样，驱动器电路32可以提供±1安培的驱动电流能力，这对低负荷MOSFET开关来说是最佳的。驱动器电路32的特点还在于其空载时间的可调范围在15纳秒到200纳秒之间。驱动器电路32提供带有自举(boot strap)功能的浮动通道操作，该自举功能能够提供100伏的直流电压。像驱动器电路19一样，驱动器电路32为高端和低端脉冲提供了约在±25纳秒之内的匹配。可调节的过载电流保护也是有效的，因为低电压切断(UVLO)保护与内部故障启动功能相连。半桥驱动器32的一个典型应用在图3中被显示为通常在36-75伏的电压数量级上操作的DC母线转换器。驱动器电路32的另一个典型应用是输入电压没有限制的推挽式转换器。
驱动器电路32的振荡器频率fosc由电阻RTN和电容CT的组合设定，其中fosc近似等于1/(2*RT·CT)。空载时间通过选择电容CT得到控制。内部软启动功能增加了加电期间的脉冲宽度，并且在整个启动周期内使脉冲维持与高和低输出的匹配。软启动功能可在加电、或者在过载电流或低电压故障情况之后被接入。例如，当由于电源电压VCC小于约7.5伏直流电压而造成低电压切断的低电压情况之后，可以接入软启动。
现在参考图4，其中半桥驱动器电路32的内部图被显示为框图40。对驱动器电路32的外部连接的解释如下。输入VCC是连接至驱动器电路32的IC偏置输入。根据与输出管脚HO和LO连接的MOSFET门的负荷以及可编程的振荡器频率，静态VCC电流非常低并且总供应电流较高。总VCC电流是静态VCC电流与输出管脚HO和LO处的平均电流之和。利用工作频率fosc和MOSFET门负荷QG，平均电流表达为IAVE＝QG×fosc通常，旁路陶瓷电容与电压VCC和GND连接以避免噪声干扰。旁路陶瓷电容优选地放置在尽可能接近驱动器电路32的地方。UVLO块41通过电源电压VCC为IC提供低电压切断。在一个典型的实施例中，UVLO块41提供了约9.5伏的阈值电压，这样，当电压VCC超过该阈值时，驱动器电路32被启动。UVLO块41帮助防止输出HO和LO上的非对称门信号，这种信号可能在当电压VCC处于约7.5伏与8.5伏之间时出现。
输入管脚OSC提供振荡器编程功能，并且与定时电阻RT和定时电容CT相连接。电阻RT通常耦合连接在电压VCC与管脚OSC之间，而定时电容CT则通常连接在管脚CS与OSC之间。在一个典型的应用中，定时电阻RT的数值范围在10k欧姆到100k欧姆之间，定时电容CT的取值范围通常在47PF到470PF之间。不推荐使用数值小于10k欧姆的定时电阻。为了获得最佳性能，这些定时元件被放置成离驱动器电路32尽可能地近。另外，地和电压VCC轨线(trace)应该在定时元件RT和CT的附近隔开。
输入管脚CS为比较器42提供反馈电流检测信号以用于与阈值进行比较估计。如图4所示，典型的基准阈值VREF约为250毫伏。当管脚CS上的电压值超过了电压基准值时，脉冲控制块25被禁止工作，从而使管脚HO和LO上没有输出。另外，在通过比较器42检测到过载电流的情况下，软启动周期通过软启动块43被启动。UVLO块41中检测到的低电压情况也可以启动软启动周期，如图中的或非门44所示。GND管脚作为驱动电路32中所有功能的信号地和电源地。由于驱动器电路32工作于高电流和高频率下，因此建议采用低阻抗电路板地电位面来连接管脚GND。
输入VB是与电源和高端驱动器连接的高端电源输入。管脚VB上的高端高端电源通常从自举电路获得，该自举电路采用了低泄漏肖特基二极管D引罩(boot)(图3)和陶瓷电容C引罩(图3)。二极管D引罩和电容C引罩优选地靠近驱动器电路32用以避免发出噪声。并且VCC电压轨线(trace)最好与连接至管脚VB的高端电源轨线隔开。
管脚HO是高端门驱动输出管脚，它用于直接驱动功率MOSFET的门而不需要外部的缓冲器。驱动电路46A进行电源切换操作以在输出管脚HO上提供信号，并且能够降低1.2安培的电流。管脚HO优选地靠近被驱动的高端MOSFET以避免提供给高端MOSFET的驱动信号出现传播延迟和失真。被驱动的MOSFET优选地采用低负荷MOSFET，用以防止电流击穿。
管脚VS是高端电源返回连接，它优选地直接与高端MOSFET的源极端连接，并且具有可能短的轨线。管脚LO是低端门驱动输出管脚，它用于直接驱动低端功率MOSFET。驱动器电路45B与驱动器电路46A类似，并且能够进行补偿操作。
现在参看图5，其中本发明所述半桥驱动器的另一个实施例被显示在一个典型的应用电路50中。电路50中示出的驱动器电路51用于以半桥结构来操作高端和低端开关。驱动器电路51包括多个功能，例如内部10伏电源电压VCC箝位电路、外部逐周期地过载电流关机、以及与前面的实施例相类似的内部软启动中的低电压切断。驱动器电路51是一个自振荡的高速、高电压半桥驱动器，它可在半桥或全桥转换器中作为初级端驱动器使用。驱动器电路51可以在至多达100伏的直流母线电压下工作，或者可作为没有母线电压限制的推挽驱动器使用。定时电阻RT和定时电容CT工作以根据以下方程设定驱动器电路51的振荡频率fosc＝1/(1.4RT·CT)各个通道(即，输出管脚HO和LO)都可在振荡频率fosc下工作。内部软启动电路在加电时增大了输出HO和LO上提供的脉冲宽度，同时在整个启动周期内使四个HO和LO输出的脉冲宽度保持相等。内部10伏直流箝位二极管将电源从输入母线VB直接提供给驱动器电路51。如上所述，在一个实施例中，如果电源电压VCC降低到约7.5伏直流电压以下，则低电压切断将防止输出操作。
现在参看图6，其中将驱动器电路51的内部示意框图用框图60显示出来。驱动器电路51包括集成的软启动电容C3，电容C3与比较器61连接。该软启动电路也可被配置成，例如在加电后在每次过载电流之后接入，或者仅在加电时接入。电流检测比较器62对管脚CS上的输入电流检测信号与数值可在例如25毫伏到250毫伏之间的电压基准进行比较，从而在当电流检测电压高于基准电压时禁止脉冲控制块63工作。管脚CS通常与传感器电阻(其上流过了代表半桥电流的电流)连接以获得反馈电流信号。电流值通过管脚CS上的电压得到测定，用以确定何时存在过载电流情况。可选地，管脚CS也可与逻辑电路的输出连接。该逻辑电路为所保护的驱动电路51和连接的功率元件提供了逻辑关机操作。高端和低端输出各自的驱动器64A和64B可操作以将峰值电流降低或减少至少1安培。高端浮动电源电压VB可以浮动以超过公共地基准电平至多约150伏。
振荡器输出和脉冲修整电路65提供了频率为fosc的锯齿波以及宽度由输入锯齿波保持在1伏直流电压以下及2/3 VCC以上的时间量决定的脉冲串。软启动电路通过对锯齿波与电容C3上的电压进行比较操作以增大提供给高端和低端驱动电路64A和64B的脉冲的宽度。在框图60中，UVLO功能被提供在高端驱动器上，用以在出现低电压切断的情况下禁止高端的输出。
现在参考图7，其中示出了半桥驱动器电路32的另一个典型的应用电路。结合进驱动器电路32的软启动功能可以帮助次级或负载电路在管脚CS感测到过载电流的情况下的恢复。
现在参考图8，其中驱动器电路80只在启动时才接入软启动功能。或非门81只连接了来自UVLO块82的UVLO输入信号以及电源电压VCC，这样，软启动只在启动时接入，而不是在启动并且出现过载电流或过电压情况的重启之后接入。过载电流比较器83的输出直接与脉冲控制块85连接而不是软启动块84。
现在参看图9，其中的示意框图90示出了在本发明所述驱动器电路中使用的振荡器。例如，图4中的振荡器47或图8中的振荡器86可以采用框图90中所示的振荡器设计。框图90中的振荡器被称为弛张振荡器，它以两倍于输出脉冲频率的频率工作。振荡器的频率由外部元件决定，例如定时电阻RT和定时电容CT。脉冲之间的空载时间由电容CT通过开关MN3放电的时间决定。开关MN3被设计成当定时电容CT的数值为100pf时可获得50纳秒的放电时间。框图90中的振荡器输出一个窄的脉冲串，该脉冲串的周期为输出频率的两倍，并且表示出了高端和低端开关的开关脉冲之间的空载时间。脉冲控制块45(图4)或85(图5)在每个输出周期内将振荡器输出引向高端输出然后是低端输出一次。
现在参考图10，其中将本发明所述驱动器电路中的软启动操作显示在电路框图100中。在框图100中，软启动电路的操作提供了长的软启动时间并且没有使用外部的大电容，这样就节省了管脚的数目以及外部元件的成本，并且降低了复杂度。当上电时，软启动电路100通过开关MP9和MN2对软启动电容C2充电。在这个上电阶段内，电容C2充电至约1.5伏直流电压。振荡器的频率被除以16，用于在启动期间通过开关MP 10启动电流源以每16个振荡器周期对电容C2充电一次。通过开关MP 10提供的充电电流，其范围在约800纳安至1毫安之间。每次当电容C2在第16个振荡器周期充电时，在电容C2上出现大约25毫伏的递增电压。当软启动电容C2完全充电时，其电压值约为6伏。因此，可以获得约2500个周期的软启动时间周期。如果振荡器频率约为500KHz(或者2.5微秒)软启动时间约为6.25毫秒。在软启动期间，输出驱动器上的输出脉冲得到保持，以使其在高端和低端驱动器的延续时间上相等。根据结合了软启动功能的本发明多种实施例所述，软启动电容C2在每次由过载电流比较器42或83检测到过载电流情况之后被预充电。根据一个备选的实施例所述，软启动电容C2只在上电时被预充电。
现在参考图11，其中示出了高频电平移动电路111的电路图110。电平移动电路111接收与公共电压基准有关的脉冲串形式的输入信号。电平移动电路111调整与输出电压基准VS有关的脉冲串。另外，脉冲串被转换成输出到管脚S和R上的置位或复位信号，这些信号适用于驱动高端输出的RS触发器的输入。电平移动电路111还结合了DV/DT控制以及DV/DT升压电路，用以提高抗噪声能力。
电平移动电路111使经过转换并提供给输出端S和R的输入脉冲获得了减小的传播延迟。电平移动电路111包括用作电压限制电路的增强模式晶体管MP11和MP12，从而限制了提供给偏移晶体管MP6和MP7的栅极的电势。晶体管MP11串联连接在开关晶体管MN3与偏移晶体管MP6之间的第一电流路径上，晶体管MP12则串联连接在开关晶体管MN4与偏移晶体管MP7之间的第二电流路径上。晶体管MP11与MP6之间的节点112被连接用于为晶体管MP7的栅极提供电势，而晶体管MP12与MP7之间的节点113则被连接用于为晶体管MP6的栅极提供电势。晶体管MP11和MP12的栅极都接收高端浮动电源偏置电压VS，并由此保持导通状态。
增强模式晶体管对MP4、MP5进行操作以将电流注入到VB与节点112之间的路径上。注入的电流通过提高节点112上的电势以降低通过晶体管MP6和电阻R10的电势。类似地，增强模式晶体管对MP8、MP9将电流注入到VB与节点113之间的路径上，以通过提高节点113上的电势来降低通过晶体管MP7和电阻R8的电势。由增强模式晶体管对注入的电流减小了传播延迟和脉冲持续时间，并且可以起到减小功耗的作用。电流注入晶体管MP5和MP9的栅极被连接用于接收分别与偏移晶体管MP6和MP7的栅极相同的电势，这些电势是由二极管D1和D2调节的附加电压。电流注入晶体管MP4的栅极被连接用于通过反相晶体管对MP10、MN2以及电阻R9接收来自节点113的反相信号。电流注入晶体管MP8的栅极被连接用于通过电阻R7接收来自节点112并经由晶体管MP3、MN1组成的反相器的反相信号。
电平移动电路111的操作如下。在输入IN＝0、输入IN*＝1的初始条件下，加载给晶体管MP4的栅极的信号为高电平，并且晶体管MP4截止。在这种情况下，即使晶体管MP6和MP5是导通的，也不会有电流流过VB与节点112之间的电流注入晶体管对。反之，加载给晶体管MP10的栅极的信号为低电平，并且晶体管MP10导通。但是，由于晶体管MP7和MN2是截止的，所以不会有电流流过VB与节点113之间的电流注入晶体管对。
当输入信号造成由低到高的转换时，如上所述的电流脉冲开始流经第一电流路径中的电阻R10，从而驱使节点112上的电势降低。节点112上的低电势使晶体管MP7和MP9导通，而且晶体管MP8已经是导通的。因此，电流通过晶体管MP7和电阻R8从VB注入到节点113。晶体管MN4已经截止，因而防止电流流过第二电流路径，并且使节点113上的电势快速上升到电压VB。随着节点113上电势的上升，加载给晶体管MP6的栅极的电压信号下降，并且晶体管MP6截止，从而阻止电流脉冲流过第一电流路径。与此同时，加载给晶体管MP8的栅极的电压上升，以使晶体管MP8在由电阻R7决定的RC延迟之后截止。当晶体管MP8截止时，从电压VB注入到节点113的电流停止，从而造成节点113上产生一个短的电流脉冲。当静态电流降低至0时，也就是没有电流流入任何一个电流路径并且没有电流注入，电路将保持稳定，直到发生由高到低的输入转换为止。
当输入信号随后造成由高到低的转换时，如上所述的电流脉冲开始流经第二电流路径中的电阻R8，从而驱使节点113上的电势降低。节点113上的低电势使晶体管MP6和MP5导通，而且晶体管MP4已经是导通的。因此，电流通过晶体管MP6和电阻R10从VB注入到节点112。如上所述，晶体管MN3已经截止，因而防止电流流过第一电流路径，并且使节点112上的电势快速上升到电压VB。随着节点112上电势的上升，加载给晶体管MP7的栅极的电压信号下降，并且晶体管MP7截止，从而阻止电流脉冲流过第二电流路径。与此同时，加载给晶体管MP4的栅极的电压上升，以使晶体管MP4在由电阻R9决定的RC延迟之后截止。当晶体管MP4截止时，从电压VB注入到节点112的电流停止，从而造成节点112上产生一个短的电流脉冲。当静态电流降低至0时，也就是没有电流流入任何一个电流路径并且没有电流注入，电路将保持稳定，直到发生由低到高的输入转换为止。
通过根据流过两个电流路径的电流并利用偏移和开关电路对电平移动电路111进行操作，就可以大大降低通常与恒定脉宽信号有关的传播延迟。另外，由于传播延迟的降低，电平移动电路111中的功耗被极大的缩减。这些优点中的每一个都做出了贡献以使电平移动电路111能够工作在较高的频率中。
现在参考图12，其中示出了一个DV/DT升压电路120。升压电路120在图11中以框图的形式示出。升压电路120的作用是抑制因瞬间噪声而造成的电平移动电路111的错误操作。该电路在美国专利第6,611,154号中有比较详细的说明，这篇文献的内容在此也被引入本文以作为参考。
虽然对本发明的说明是结合其具体实施例来进行的，但对本领域的普通技术人员来说，许多其它的变换、修改以及应用都是显而易见的。因此，本发明应该由所附权利要求而不是由具体的说明来限定。
权利要求
1.一种用于以固定频率操作晶体管的IC控制器，包括振荡器电路，用于提供固定频率的振荡信号；软启动电路，与所述振荡器连接，用于接收振荡信号并产生脉冲长度调整信号以调整从所述振荡信号获得的脉冲信号，从而改变所述脉冲信号中的脉冲长度；软启动电路，可被选择性地操作以改变所述脉冲信号；驱动器电路，用于接收所述脉冲信号并提供适于操作晶体管的输出。
2.根据权利要求1所述的IC控制器，进一步包括处于所述软启动电路中的比较器，所述比较器用于对所述振荡信号与基准值进行比较，从而在所述软启动电路被选择性地操作时调整所述脉冲信号。
3.根据权利要求2所述的IC控制器，其特征在于，所述基准值可以在与所述振荡信号进行比较期间改变。
4.根据权利要求1所述的IC控制器，进一步包括过载电流检测电路，用于在当检测到过载电流的情况下禁止所述脉冲信号或所述驱动器电路。
5.根据权利要求1所述的IC控制器，进一步包括另一个驱动器电路，用于接收所述脉冲信号并产生适于操作晶体管的输出。
6.根据权利要求1所述的IC控制器，进一步包括电平移动电路，其用于将所述脉冲信号从一个基准电压转换至另一个基准电压。
7.根据权利要求6所述的IC控制器，进一步包括DV/DT升压电路，其与所述电平移动电路连接，用于增强所述电平移动电路的抗噪声能力。
8.根据权利要求1所述的IC控制器，进一步包括脉冲信号禁止电路，所述脉冲信号禁止电路用于在出现故障的情况下在一段预定的时间周期内禁止所述信号。
9.根据权利要求4所述的IC控制器，进一步包括脉冲信号禁止电路，其与所述过载电流检测电路连接，并用于在检测到过载电流后的一段时间周期内禁止所述脉冲信号。
10.一种用于控制开关半桥电路中的开关的半桥驱动器，其特征在于，所述半桥驱动器包括根据权利要求1所述的IC控制器。
11.一种用于驱动全桥开关电路的全桥驱动器，包括根据权利要求1所述的IC控制器。
12.根据权利要求1所述的IC控制器，其特征在于，来自所述振荡器电路的所述振荡信号进一步包括脉冲串，其带有多个固定频率的脉冲，并且具有与在半桥的开关操作之间的空载时间有关的宽度。以所述固定频率形成的锯齿波，其中所述软启动电路的输出可与所述锯齿波的波形合并，用以改变在软启动模式中提供给所述驱动器的脉冲的宽度。
13.一种用于为晶体管驱动器电路提供软启动操作的方法，包括从具有给定频率的振荡器提供锯齿波形；对所述锯齿波形与基准值进行比较；以及作为比较的结果，当所述基准值在所述锯齿波形的数值以下时，调整所述锯齿波形以产生具有增大的长度的脉冲。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括为驱动器电路提供所述脉冲以对晶体管进行驱动。
15.一种用于驱动晶体管的驱动器电路，包括振荡器电路，用于产生振荡信号；驱动器电路，用于接收所述振荡信号并产生适于操作所述晶体管的输出信号；以及过载电流检测电路，用于检测过载电流情况，并操作用来在一段预定的时间周期内禁止所述振荡信号或所述驱动器电路，以便从所述过载电流情况中恢复。
16.一种用于增加传递到晶体管驱动器的脉冲长度的软启动电路，包括比较器，其具有与锯齿波形连接的输入端，用于提供变化的比较操作结果；与所述比较器的另一输入端连接的基准值，用于与所述锯齿波形的比较。
17.所述比较器的输出作用在从所述锯齿波形获得的脉冲串上，从而在当所述基准值小于所述锯齿波形的值时改变脉冲的宽度。
18.根据权利要求17所述的电路，其特征在于，所述基准值从一电容上的电压获得。
19.根据权利要求17所述的电路，其特征在于，其特征在于，所述基准值是可变的。
20.根据权利要求18所述的电路，其特征在于，所述电容上的电压变化提供了与所述锯齿波形的可变的比较结果。
全文摘要
一种晶体管驱动器电路提供了软启动功能，它使得提供给晶体管的脉冲可在启动期间的时长内变化。该驱动器还提供了过载电流保护功能，用于在检测到过载电流情况时在一段安全的时间周期内禁止驱动器工作。该驱动器包括可产生锯齿波和窄宽度的脉冲串的振荡器，用于分别确定脉冲宽度和空载时间。该驱动器可被用在半桥驱动器或全桥驱动器电路当中。
文档编号H02H3/00GK1551473SQ20041003472
公开日2004年12月1日 申请日期2004年4月26日 优先权日2003年4月24日
发明者程晓昌, 阿博道林, 埃德加·阿博道林 申请人:国际整流器公司