专利名称：浮动驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种开关的驱动电路，特别是一种用于驱动开关的浮动驱动电路。
背景技术：
现今多种功率转换器与马达驱动器是利用桥式电路控制能源从一电源传送至一负载。一般而言，桥式电路通常具有一高压侧开关(high-side switch)，其耦接该电源；一低压侧开关(low-side switch)，其耦接一接地参考端。高压侧开关与低压侧开关的一共同节点耦接于负载，高压侧开关与低压侧开关可为电晶体。当高压侧开关与低压侧开关受控制而交换导通时，共同节点的电压准位会变动于电源与接地参考端的电压准位之间。所以，当高压侧开关导通时，共同节点的电压准位会变换为电源的电压准位。为了使高压侧开关完全导通而达到低阻抗的目的，高压侧开关的一闸极驱动电压必须超过电源的电压准位，所以高压侧开关的闸极至源极相对于接地参考端必须为浮动。
请参阅图1，其为现有桥式电路的电路图。如图所示，现有桥式电路包含有一靴带(bootstrap)电容4 4与一充电泵(charge-pump)二极管40，用于产生一浮动电压VCC以驱动一高压侧开关10的闸极。高压侧开关10接收一输入电压VIN。当一控制电晶体45导通时，高压侧开关10的闸极会透过一二极管42耦接至接地参考端，如此将截止高压侧开关10。控制电晶体45受控于通过一反相器43的一输入讯号SIN。一旦高压侧开关10截止，且一低压侧开关20导通时，一偏压VB将透过充电泵二极管40对靴带电容44进行充电，而达到浮动电压VCC。上述的低压侧开关20是耦接于接地参考端。截止控制电晶体45时，浮动电压VCC将透过一电晶体41传送至高压侧开关10的闸极，如此将会导通高压侧开关10。一电阻46，其耦接于充电泵二极管40与电晶体41之间。
上述的现有桥式电路具有一缺点，其应用于高电压时具有高切换损失。控制电晶体45必须为高电压制程，才能适用于高电压的应用(例如电压为200伏特或更高的电压)。然而，高电压电晶体通常具有相当大的寄生电容，如此将增加一切换讯号的上升时间，而减慢高电压电晶体的切换运作，此种情形将会导致高压侧开关10发生高切换损失，所以现有桥式电路并不适合高电压及高速度的电路应用。
近年来已研发出许多桥式电路，其包含产生适用于高压侧开关的闸极电压的方法，其包含有Zisa，Belluso，Paparo等人所提出的美国专利第5,381,044号、Johnson所提出的美国专利第5,638,025号以及Nadd提出的美国专利第5,672,992号。上述所揭露的桥式电路同样和图1的电路具有相同的缺失，即上述的美国专利所揭露的控制电晶体应用于高电压时，会导致高切换损失。
为了克服这些缺失，Milazzo提出美国专利第6,344,959号，其揭露运用一升压转换器技术的桥式电路，以克服上述缺失。然而，该技术使用一倍电压电路(voltage doubling circuit)，其需要一额外的开关元件与其它相关电路，因此增加了驱动电路的制作成本及复杂度。其它相关习用技术，例如杨先生所提出的美国专利第6,781,422号与第6,836,173号，其揭露有应用在高速度的高压侧电晶体驱动器，但高功率损耗仍然是所关注的议题。
因此，本发明提出一种应用于高电压与高速度的高效率驱动电路，不仅可改善上述习用技术的缺点，又可减少设置像是第一图的高电压的控制电晶体45，以提高驱动电路的使用效能。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种浮动驱动电路，其可运用于高电压与高速度，且可避免产生高切换损失，而提高驱动电路的使用效能。
本发明的另一目的，在于提供一种浮动驱动电路，其电路简单，以达降低设置驱动电路所占用的空间与成本的目的。
本发明的浮动驱动电路，其包含有一输入电路，以接收一输入讯号；一拴锁电路，其接收一触发讯号而产生一拴锁讯号，以驱动一开关；一耦合电容，其耦接于输入电路与拴锁电路之间，以依据输入讯号产生触发讯号；一二极管，其耦接于一电压源与拴锁电路的一浮动供应端之间，以对一电容充电，电容是耦接于拴锁电路的浮动供应端与一浮动接地端之间，以提供一供应电压至拴锁电路。拴锁电路是透过耦合电容受控于输入讯号，输入讯号的上升边缘与下降边缘决定拴锁电路的状态，拴锁电路将保持该状态，以导通/截止开关，所以本发明的驱动电路不需设置一高电压控制电晶体。
本发明的有益效果是提出了一种可应用于高电压及高速度的驱动开关的方式，可以避免产生高切换损失，从而提高驱动电路的使用效能。并且其电路简单，可以达降低设置驱动电路所占用的空间与成本的目的，节省能源。
图1是现有桥式电路的电路图；图2是本发明的浮动驱动电路的一实施例的电路图；图3是本发明的拴锁电路的一实施例的电路图；图4是本发明的拴锁电路的另一实施例的电路图；图5是本发明的拴锁电路的另一实施例的电路图；图6是本发明的差动浮动驱动电路的一实施例的电路图；图7是本发明的RS拴锁电路的一实施例的电路图。
图号说明10 高压侧开关 20 低压侧开关30 电容35 二极管40 充电泵二极管41 电晶体42 二极管 43 反相器44 靴带电容45 控制电晶体46 电阻50 耦合电容56 耦合电容57 耦合电容
60 输入电路65 输入电路66 缓冲器 67 反相器70 第一比较器 75 第一门槛电压80 第二比较器 85 第二门槛电压90 浮动差动电路95 阻抗装置100 拴锁电路110 电流源115 电流源 120 第一阻抗装置125 第二阻抗装置150 拴锁电晶体160 电晶体 165 第三阻抗装置170 第二反相电路180 缓冲电路185 第一反相电路200 浮动拴锁电路210反相器215 反相器230反及闸235 反及闸Q 输出端 R重置端R/S输入端S设定端SIN输入讯号VB偏压VCC浮动电压VD电压源VIN输入电压VO输出电压VN 浮动接地参考端 VP 浮动供应端
具体实施例方式为使审查员对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例及配合详细的说明，说明如后请参阅图2，其为本发明的浮动驱动电路(floating drivingcircuit)的一实施例的电路图。如图所示，本发明的浮动驱动电路包含有一输入电路60，其具有一输入端用于接收一输入讯号SIN，输入电路60可为一反相器。一拴锁电路100，其为一驱动电路具有一输入端R/S与一输出端Q，输入端R/S接收一触发讯号，而输出端Q用于产生一驱动讯号，以驱动一高压侧开关10。高压侧开关10接收一输入电压VIN。其中，驱动讯号为一拴锁讯号，且高压侧开关10可为一电晶体。一低压侧开关20，其耦接于高压侧开关10与一接地参考端之间。
一耦合电容50，其耦接于输入电路60的一输出端与拴锁电路100的输入端R/S之间，以依据输入讯号SIN产生触发讯号。拴锁电路100将依据触发讯号的变化改变拴锁讯号的状态，即拴锁讯号的状态将依据输入讯号SIN的变化而改变，输入讯号SIN的下降边缘与上升边缘决定拴锁讯号的状态。拴锁电路100将保持拴锁讯号的状态，以导通/截止高压侧开关10。所以，本发明不需要设置高电压控制电晶体。
由于输入电路60与拴锁电路100之间会产生一隔离障碍(isolation barrier)或一高电压，所以耦合电容50必需为一高电压电容，以负荷跨过该隔离障碍的高电压。拴锁电路100包含有一第一端(浮动供应端)VP与一第二端(浮动接地端)VN，浮动供应端VP与浮动接地端VN用于接收一供应电压，浮动接地端VN更耦接至高压侧开关10。一二极管35，其耦接于一电压源VD与浮动供应端VP之间。一电容30，其耦接于浮动供应端VP与浮动接地端VN之间，用以储存能量供应给拴锁电路100。当高压侧开关10截止时，电压源VD将对电容30充电，以提供该供应电压至拴锁电路100。
请参阅图3，其为本发明的拴锁电路100的一实施例的电路图。如图所示，拴锁电路100的运作如同具一正回授的一开关驱动电路，拴锁电路100包含有一缓冲电路180、一第一反相电路185、一第二反相电路170、一拴锁电晶体150、一第一阻抗装置120与一第二阻抗装置125。第一阻抗装置120与第二阻抗装置125可为电阻、电晶体或者为电流源。缓冲电路180的一输入端耦接于拴锁电路100的输入端R/S，以接收触发讯号。第一反相电路185具有一输入端，并连接于缓冲电路180的一输出端，用于在第一反相电路185的一输出端产生拴锁讯号，第一反相电路185的输出端耦接于拴锁电路100的输出端Q。
第一阻抗装置120，其耦接于浮动供应端VP与拴锁电路100的输入端R/S之间。第二阻抗装置125串联于拴锁电晶体150，第二阻抗装置125且耦接于拴锁电路100的输入端R/S，拴锁电晶体150更耦接于浮动接地参考端VN。第二反相电路170的一输入端耦接于缓冲电路180的输出端，第二反相电路170的一输出端耦接于拴锁电晶体150，以控制拴锁电晶体150。缓冲电路180、第二反相电路170、拴锁电晶体150与第二阻抗装置125形成用于拴锁功能的一正回授回路。
请参阅图4，其为本发明的拴锁电路100的另一实施例的电路图，此实施例的电流源110、115的作用如同图3的阻抗装置120、125。请参阅图5，其为本发明的拴锁电路100的另一实施例的电路图，此实施例的一电晶体160与一第三阻抗装置165的操作如同图3的第二反相电路170，电晶体160与第三阻抗装置165相串联，且第三阻抗装置165更耦接于浮动供应端VP。
为了达到更佳的杂讯免疫，本发明更提出一差动浮动驱动电路(differential floating driving circuit)，如图6所示，本发明的差动浮动驱动电路包含有一输入电路65，其包含一缓冲器66与一反相器67，用以接收输入讯号SIN。缓冲器66的一输入端与反相器67的一输入端耦接在一起而接收输入讯号SIN。一浮动差动电路90，其包含有一第一比较器70、一第二比较器80与一阻抗装置95，浮动差动电路90接收复数差动触发讯号，以产生一设定讯号与一重置讯号。一浮动拴锁电路200，其具有一设定端S与一重置端R，以分别接收设定讯号与重置讯号，以在浮动拴锁电路200的一输出端Q产生一拴锁讯号。电容30，其耦接于浮动拴锁电路200。
浮动拴锁电路200，其具有一正回授以依据差动触发讯号的变化改变拴锁讯号的拴锁状态，拴锁讯号是用以控制高压例开关10。耦合电容56、57，分别耦接于输入电路65与浮动差动电路90之间，以依据输入讯号SIN产生差动触发讯号。耦合电容56耦接于该输入电路65的缓冲器66的一输出端与浮动差动电路90的一输入端之间。耦合电容57耦接于输入电路65的反相器67的一输出端与浮动差动电路90的另一输入端之间。因为差动触发讯号是产生于差动模式，所以一共模杂讯(common modenoise)无法阻碍差动浮动驱动电路的运作。
第一比较器70，其一输出端耦接于浮动拴锁电路200的重置端R并产生重置讯号。第二比较器80，其一输出端耦接于浮动拴锁电路200的设定端S，并产生设定讯号。阻抗装置95，其耦接于比较器70、80的负输入端之间，以提供用于终止的阻抗。比较器70、80的负输入端分别耦接于浮动差动电路90的两输入端，第一比较器70的一正输入端是透过一第一门槛电压75耦接于第二比较器80的负输入端，而第二比较器80的一正输入端则透过一第二门槛电压85耦接于第一比较器70的负输入端。所以当差动触发讯号产生于差动模式时，将只产生重置讯号与设定讯号，除此之外，差动触发讯号的强度必需高于第一门槛电压75或该第二门槛电压85，以用于改变拴锁讯号的状态。
请参阅图7，其为本发明的浮动拴锁电路200的一实施例的电路图。浮动拴锁电路200可为一RS拴锁电路，其包含有反相器210、215与反及闸230、235。反相器210的一输入端耦接设定端S，反相器215的一输入端则耦接重置端R，反相器210的一输出端耦接反及闸230的一输入端，反相器215的一输出端耦接反及闸235的一输入端。反及闸230的一输出端产生拴锁讯号并传输至浮动拴锁电路200的输出端Q，反及闸230的输出端更耦接反及闸235的另一输入端。反及闸235的一输出端耦接于反及闸230的另一输入端，以形成正回授，而用于拴锁操作。
以上所述，仅为本发明一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及原理所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种浮动驱动电路，其特征在于，其包含有一输入电路，接收一输入讯号；一拴锁电路，接收一触发讯号，产生一拴锁讯号而导通/截止一开关，该拴锁电路具有一第一端与一第二端，接收一供应电压，该第二端耦接于该开关；一耦合电容，耦接于该输入电路与该拴锁电路之间，依据该输入讯号产生该触发讯号；一二极管，耦接于一电压源与该拴锁电路的该第一端之间；以及一电容，耦接于该拴锁电路的该第一端与该第二端之间，提供该供应电压；其中，该拴锁电路依据该触发讯号的变化以改变该拴锁讯号的状态。
2.如权利要求1所述的浮动驱动电路，其特征在于，该拴锁电路具有一正回授。
3.如权利要求1所述的浮动驱动电路，其特征在于，该拴锁电路包含有一缓冲电路，其具有一输入端，耦接该拴锁电路的一输入端，接收该触发讯号；一第一反相电路，其具有一输入端，耦接该缓冲电路的一输出端，产生该拴锁讯号；一第一阻抗装置，耦接于该拴锁电路的该第一端与该拴锁电路的该输入端之间；一第二阻抗装置，耦接该拴锁电路的该输入端；一拴锁电晶体，串联该第二阻抗装置，并耦接该拴锁电路的该第二端；以及一第二反相电路，其具有一输入端与一输出端，该第二反相电路的输入端耦接该缓冲电路的该输出端，该第二反相电路的该输出端耦接该拴锁电晶体而控制该拴锁电晶体。
4.如权利要求3所述的浮动驱动电路，其特征在于，该第一阻抗装置与该第二阻抗装置为电阻、电晶体或电流源。
5.一种驱动电路，其特征在于，其包含有一输入电路，接收一输入讯号；一拴锁电路，接收一触发讯号，产生一拴锁讯号而导通/截止一开关；以及一耦合电容，耦接于该输入电路与该拴锁电路之间，依据该输入讯号产生该触发讯号；其中，该拴锁电路依据该触发讯号的变化以改变该拴锁讯号的状态。
6.如权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，该拴锁电路具有一正回授。
7.如权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，该拴锁电路包含有一缓冲电路，其具有一输入端，耦接该拴锁电路的一输入端，接收该触发讯号；一第一反相电路，其具有一输入端，耦接该缓冲电路的一输出端，产生该拴锁讯号；一第一阻抗装置，耦接于该拴锁电路的一浮动供应端与该拴锁电路的该输入端之间；一第二阻抗装置，耦接该拴锁电路的该输入端；一拴锁电晶体，串联该第二阻抗装置，并耦接该拴锁电路的一浮动接地端；以及一第二反相电路，其具有一输入端与一输出端，该第二反相电路的该输入端耦接该缓冲电路的该输出端，该第二反相电路的该输出端耦接该拴锁电晶体而控制该拴锁电晶体。
8.如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，该第一阻抗装置与该第二阻抗装置为电阻、电晶体或电流源。
9.一种差动浮动驱动电路，其特征在于，其包含有一输入电路，接收一输入讯号；一浮动差动电路，接收复数差动触发讯号，产生一设定讯号与一重置讯号；一浮动拴锁电路，耦接该浮动差动电路并接收该设定讯号与该重置讯号，产生一拴锁讯号而导通/截止一开关；以及复数耦合电容，耦接于该输入电路与该浮动差动电路之间，依据该输入讯号产生该些差动触发讯号；其中，该浮动拴锁电路依据该些差动触发讯号的变化改变该拴锁讯号的状态。
10.如权利要求9所述的差动浮动驱动电路，其特征在于，该浮动拴锁电路具有一正回授。
11.如权利要求9所述的差动浮动驱动电路，其特征在于，该浮动差动电路包含有一第一比较器，产生该重置讯号；一第二比较器，产生该设定讯号；以及一阻抗装置，耦接于该第一比较器的一负输入端与该第二比较器的一负输入端之间，该第一比较器的该负输入端与该第二比较器的该负输入端分别耦接该浮动差动电路的两输入端，该第一比较器的一正输入端耦接一第一门槛电压，该第一门槛电压耦接该第二比较器的该负输入端，该第二比较器的一正输入端耦接一第二门槛电压，该第二门槛电压耦接该第一比较器的该负输入端。
12.一种浮动驱动电路，应用于一高压侧开关，其特征在于，其包含有一输入电路，接收一输入讯号；一驱动电路，接收一触发讯号，产生一驱动讯号而导通/截止该高压侧开关；以及一耦合电容，耦接于该输入电路与该驱动电路之间，依据该输入讯号产生该触发讯号；其中，该驱动电路依据该输入讯号的变化以改变该驱动讯号的状态。
13.如权利要求12所述的浮动驱动电路，其特征在于，该驱动电路具有一正回授。
14.如权利要求12所述的浮动驱动电路，其特征在于，该驱动电路包含有一缓冲电路，其具有一输入端，耦接该驱动电路的一输入端，接收该触发讯号；一第一反相电路，其具有一输入端，耦接该缓冲电路的一输出端，产生该驱动讯号；一第一阻抗装置，耦接于该驱动电路的一浮动供应端与该驱动电路的该输入端之间；一第二阻抗装置，耦接该驱动电路的该输入端；一拴锁电晶体，串联该第二阻抗装置，并耦接该驱动电路的一浮动接地端；以及一第二反相电路，其具有一输入端与一输出端，该第二反相电路的该输入端耦接该缓冲电路的该输出端，该第二反相电路的该输出端耦接该拴锁电晶体而控制该拴锁电晶体。
15.如权利要求14所述的浮动驱动电路，其特征在于，该第一阻抗装置与该第二阻抗装置为电阻、电晶体或电流源。
全文摘要
本发明是有关于一种浮动驱动电路，其包含一输入电路，用以接收一输入讯号；一拴锁电路接收一触发讯号而产生一拴锁讯号，用于切换一开关；一耦合电容耦接于输入电路与拴锁电路之间，以依据输入讯号产生触发讯号；一二极管耦接于一电压源与拴锁电路的一浮动供应端之间，用于对一电容充电，电容是耦接于拴锁电路的浮动供应端与一浮动接地端之间，以提供一供应电压至拴锁电路，输入讯号透过耦合电容控制拴锁电路。
文档编号H03K17/06GK101083430SQ20071009768
公开日2007年12月5日 申请日期2007年4月28日 优先权日2006年6月12日
发明者杨大勇, 竺培圣 申请人:崇贸科技股份有限公司