高电压开关输出驱动器的制造方法
【专利说明】高电压开关输出驱动器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年3月13日提交的USSN 61/952862的优先权的权益，通过引用将其并入本文中。
【背景技术】
[0003]高电压开关输出驱动器用于许多电子应用。例如，高电压开关输出驱动器用于高电压输出级、D类放大器、直流到直流(DC到DC)转换器和功率管理集成电路(PMIC)中。
[0004]D类放大器或开关放大器是所有功率器件(通常为功率晶体管)都作为二进制开关而进行操作的电子放大器。这些功率晶体管通常是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在操作中，MOSFET通常是完全接通或完全关断的。DC到DC转换器是将直流(DC)源从一个电压电平转换到另一个电压电平的电子电路，并且通常用于电池供电的电子装置中。可以将高电压开关输出驱动器与电压转换结合使用。尽管PMIC可以具有多于一种的功能，但是可以使用DC到DC转换和电压缩放，两者都可以依赖于高电压开关输出驱动器。
[0005]图1是通常被形成为集成电路(IC) 12的一部分的常规高电压开关输出驱动器10的方框图。现有技术的输出驱动器10外部是一对旁路电容器14和16。现有技术的高电压开关输出驱动器10包括被标记为LDOl和LD02的一对低压降(LDO)稳压器。输出驱动器10还包括第一输出驱动器D1、第二输出驱动器D2、第一功率输出MOSFET MPl和第二功率输出MOSFET MNlo第一输入INl耦合到输出驱动器Dl，并且第二输入IN2耦合到输出驱动器D2。两个输入INl和IN2可以是差分输入，或者它们可以耦合到一起作为单个非差分输入。
[0006]高电压开关输出驱动器10的高电压轨18处于电平PVDD，并且可以例如是20伏DC(VDC)。在该示例中，地(PGND)可以处于零VDC，并且稳压器LDOl和LD02的输出可以处于15VDC和5VDC。驱动器Dl和D2控制MOSFET MPl和丽I来提供用于驱动负载(未示出)的输出OUT。
[0007]如本领域技术人员所公知的，LDO稳压器是能够以非常小的输入-输出差分电压进行操作的DC线性电压稳压器。低压降电压的优点包括较低的最小操作电压、较高效率的操作以及较低的散热。通常，LDO稳压器的主要部件包括功率场效应晶体管(FET)和差分(“误差”)放大器。差分放大器的第一输入親合到稳定电压参考，并且差分放大器的第二输入监测其输出。如果输出电压相对于参考电压上升得过高，则调整对功率FET的驱动，以保持恒定输出电压。
[0008]应当指出，在现有技术的输出驱动器10中，驱动器Dl和D2从稳压器LDOl和LD02汲取大量电流。要求具有至少处于微法拉范围内的值的外部电容器14和16根据驱动器的需要而提供足够量的电流。对外部电容器的需求要求IC 12的封装具有附加的引脚，其增大了封装的成本和尺寸。同样，支持IC 12以及电容器14和16的印刷电路板的尺寸也必须增大。此外，电容器为电子器件增加了额外的部件和组件成本。
[0009]因此应当领会到，现有技术的解决方案通常需要外部自举电容器或LDO电容器(caps)，它们成本高并且在集成电路(IC)的封装上需要额外的引脚。提供集成了不需要外部自举部件和用于连接到这种外部自举部件的附带的额外引脚的高电压开关输出驱动器的IC将是有利的。
[0010]本领域技术人员在阅读了以下描述并且研宄了附图中的几幅图之后，现有技术的这些以及其它限制将变得显而易见。
【发明内容】
[0011]在通过示例的方式而非限制的方式阐述的实施例中，AB类回路用于驱动开关输出驱动器的输出功率FET。在该非限制性示例中，高侧驱动器和低侧驱动器被组合成一个驱动器，其中仅从PVDD向PGND汲取电流，而不从PVDD向LDO或者从LDO向PGND汲取电流。将LDO电压用作驱动器FET的栅极的参考，从而允许在内部绕开LD0，并且由此消除了对外部电容器的需求。
[0012]在通过示例的方式而非限制的方式阐述的实施例中，高电压输出驱动器电路包括:具有第一输入、第二输入和親合到第二输入的输出的第一稳压器；具有第一输入、第二输入和输出的第二稳压器；具有第一信号输入、第二信号输入、親合到第一稳压器的输出的第一控制输入、親合到第二稳压器的输出的第二控制输入、第一控制输出和第二控制输出的驱动器；耦合到驱动器的第一控制输出的第一功率晶体管；以及耦合到驱动器的第二控制输出的第二功率晶体管。
[0013]在通过示例的方式而非限制的方式阐述的实施例中，驱动器包括被操作用于产生第一控制输出的第一跨导线性回路电路、被操作用于产生第二控制输出的第二跨导线性回路电路、耦合到第一跨导线性回路电路的第一信号输入器件、耦合到第二跨导线性回路电路的第二信号输入器件、将第一跨导线性回路电路耦合到第二跨导线性回路电路的第一控制输入器件、以及将第二跨导线性回路电路耦合到第一跨导线性回路电路的第二控制输入器件。
[0014]有利地，在某些示例性实施例中，所述电路仅从栅极驱动参考电压源汲取少量瞬态电流，由此消除了在驱动高电压器件时对外部自举电容器或LDO电容器(caps)的需求。这节省了 IC引脚量、印刷电路板(PCB)空间以及与外部电容器相关联的相对较高的成本。
[0015]有利地，某些示例性实施例非常适合用于HV开关和非开关输出器件中，例如，用于高电压(HV)模拟块和开关中。通过非限制性示例，某些实施例非常适合于高电压D类放大器、高电压DC-DC转换器以及高电压模拟线性输出器件。
[0016]本领域技术人员在阅读了以下描述并且研宄了附图中的几幅图之后，这些以及其它实施例、特征和优点将变得显而易见。
【附图说明】
[0017]现在将参考附图来描述若干示例性实施例，在附图中，相似的部件设置有相似的附图标记。示例性实施例旨在对本发明进行说明而非进行限制。附图包括以下各图:
[0018]图1是需要外部电容器来进行操作的常规高电压开关输出驱动器的方框图；
[0019]图2是通过示例的方式而非限制的方式阐述的不需要外部电容器来进行操作的改进的高电压输出驱动器的方框图；以及
[0020]图3是通过示例的方式而非限制的方式阐述的图2的输出驱动器D3’的示意图。
【具体实施方式】
[0021]已经关于现有技术描述了图1。图2是通过示例的方式而非限制的方式阐述的改进的高电压输出驱动器20的方框图，改进的高电压输出驱动器20优选地被形成为不需要外部电容器来进行操作的集成电路(IC)22的一部分。如本领域技术人员将领会的，IC 22包括用于电路的至少一个IC管芯或“芯片”、设置有多个引脚、引线或触点的用于芯片的封装、以及将芯片的电路连接到封装的引脚的导线或其它电连接器。
[0022]在图2的示例性实施例中，高电压输出驱动器20包括第一稳压器LD01、第二稳压器LD02、驱动器D3、第一功率MOSFET MP_P0WER和第二功率MOSFET MN_P0WER。例如，可以采用DMOS高电压MOSFET。在该实施例中不需要外部电容器，由此减小了 IC 22的封装所需的引脚数量和封装尺寸。在该非限制性示例中，驱动器D3替代了现有技术的高侧驱动器和低侧驱动器，仅从PVDD向地(PGND)汲取电流，而不像现有技术中那样从LDO稳压器汲取电流。
[0023]在该非限制性示例中，稳压器LDOl具有输出LD0_HS、耦合到PVDD的第一输入以及耦合到其输出LD0_HS的第二输入。同样在该示例中，稳压器LD02具有输出LD0_LS、耦合到PGND的第一输入以及耦合到PVDD的第二输入。输出LD0_HS和LD0_LS以及第一信号输入INl和第二信号输入IN2是驱动器D3的输入。驱动器D3耦合在PVDD与地之间，具有附加输入INl和IN2，并且具有分别控制功率MOSFET MP_P0WER和MOSFET MN_P0WER的控制输出PCl和PC2。输入INl和IN2可以是单独的差分输入，或者可以耦合到一起作为单个输入。
[0024]在该非限制性示例中，PVDD可以是20VDC，LD0_HS可以是15VDC，LD0_LS可以是5VDC，并且地可以是0VDC。如随后将参考图3的示例性驱动器D3’来更详细描述的，稳压器LDOl和LD02的输出用来驱动功率MOSFET的栅极，并且因此不必像现有技术中那样向功率驱动器提供大的瞬态电流。因此，稳压器LDOl和LD02的输出处的皮法拉范围内的小寄生电容足以控制MOSPET MP_P0WER和MOSPET MN_P0WER的栅极，并且不需要昂贵的外部电容器。
[0025]应当注意，在该非限制性示例中，AB类回路用于驱动开关输出驱动器的输出功率FETo在该非限制性示例中，高侧驱动器和低侧驱动器组合成一