專利名稱：自舉電容器更新電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源開關(guān)電路，特別是涉及用于驅(qū)動(dòng)電源開關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)電路。尤其是，本發(fā)明涉及一種用在驅(qū)動(dòng)電路中的自舉電容器電源更新電路，所述驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)電源開關(guān)電路，例如用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的半橋電源開關(guān)電路。
自舉電容器常常用在驅(qū)動(dòng)電路中，從現(xiàn)有電源、現(xiàn)有電壓源或脈沖信號(hào)源中提供附加fkiatubg電壓。尤其是，如

圖1所示，其示出一種用于驅(qū)動(dòng)半橋開關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)器集成電路，該電路包括用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的兩個(gè)功率MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管M1和M2，如圖1中所示，半橋晶體管M1和M2設(shè)置在電壓源VBAT和地之間。在電壓輸入端VCC，還向驅(qū)動(dòng)器集成電路(IC)提供電壓電源，以便向驅(qū)動(dòng)器集成電路(IC)提供電源。VBAT可能是與VCC不同，比VCC更高的電壓，或者可能是與之相同的電壓。典型地，VCC與VBAT不同，因?yàn)閂BAT上有高電壓尖峰脈沖。VCC來自于通過內(nèi)部或外部調(diào)整器電路的VBAT。驅(qū)動(dòng)器集成電路包括驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的高端和低端晶體管M1和M2的驅(qū)動(dòng)器HO和驅(qū)動(dòng)器LO。另外，在端子VB和端子VS之間提供外部自舉電容器CBOOT，其中端子VS與負(fù)載耦合并且是晶體管M1和M2之間的公共連接點(diǎn)。因此經(jīng)由該自舉電容器提供電源電壓VBOOT。將二極管D配置在該集成電路的內(nèi)部或外部，以便允許自舉電容器CBOOT在晶體管M2導(dǎo)通時(shí)從VCC充電。自舉電源(bootstrap supply)用來向高端驅(qū)動(dòng)器提供電壓。
當(dāng)晶體管M1存在永久導(dǎo)通時(shí)出現(xiàn)了問題?！坝谰脤?dǎo)通”是指對(duì)晶體管M1而言在(導(dǎo)通)時(shí)間上相對(duì)較長(zhǎng)，例如，多于200微秒(usecs)。在這種情況下，晶體管M2斷開，并且因此在這個(gè)操作期間，自舉電容器不能通過晶體管M2充電。因此，如果晶體管M1在導(dǎo)通時(shí)間上相對(duì)較長(zhǎng)，例如在大于200微秒(usec)的情況下，則不能采用圖1中的電路。而晶體管M2開啟的時(shí)間也不會(huì)很長(zhǎng)，不足以給自舉電容器充電，同時(shí)無論是由內(nèi)部還是外部到達(dá)集成電路，也不足以因此向由VBOOT供電的電路提供電源。
因此，需要對(duì)這個(gè)問題提供一種解決方案，特別是在自動(dòng)(automotive)應(yīng)用中有用的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)自舉電容器電路問題的解決方案，其中在開關(guān)晶體管的某種操作模式期間不存在充足的時(shí)間使自舉電容器保持所需的電荷。
本發(fā)明的上述及其他目的是通過一種自舉電容器充電電路來實(shí)現(xiàn)的，所述自舉電容器充電電路包括第一和第二電源開關(guān)晶體管，設(shè)置在半橋結(jié)構(gòu)中，使該第一和第二晶體管排列在高端電勢(shì)和低端電勢(shì)之間；驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)第一和第二晶體管；自舉電容器，適于由電勢(shì)源對(duì)其進(jìn)行充電，并且利用該電容器提供電壓源向電子電路供電；充電電路，從所述高端電勢(shì)和低端電勢(shì)中的一個(gè)向所述自舉電容器提供充電路徑；第一和第二串聯(lián)連接開關(guān)，設(shè)置于所述第一和第二晶體管的公共節(jié)點(diǎn)與所述高端電勢(shì)和低端電勢(shì)中的一個(gè)之間；該自舉電容器具有第一端子，與將由所述充電電路充電相耦合，以及第二端子，耦合于所述第一和第二串聯(lián)連接開關(guān)之間的公共節(jié)點(diǎn)；以及控制電路，以第一及第二模式操作，其中在第一模式中，當(dāng)所述第一和第二電源開關(guān)晶體管正在以高于預(yù)定頻率的速率進(jìn)行開關(guān)時(shí)，將連接于所述第一與第二電源開關(guān)晶體管的所述公共節(jié)點(diǎn)的所述開關(guān)中的第一個(gè)控制為導(dǎo)通，將所述第二開關(guān)控制為斷開；并且其中，當(dāng)所述第一電源開關(guān)晶體管導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間超過預(yù)置的持續(xù)時(shí)間的時(shí)候，所述控制電路以第二模式操作，其中所述第一和第二開關(guān)以第一和第二預(yù)定的時(shí)段交替地導(dǎo)通并斷開，由此該自舉電容器在第二預(yù)定的時(shí)段期間，通過所述第二開關(guān)和所述充電電路充電。
本發(fā)明的上述及其他目的還通過一種用于對(duì)電路中的自舉電容器進(jìn)行充電的方法來實(shí)現(xiàn)，所述電路包括第一和第二電源開關(guān)晶體管，設(shè)置在半橋結(jié)構(gòu)中，使該第一和第二晶體管排列在高端電勢(shì)和低端電勢(shì)之間；驅(qū)動(dòng)器電路，用于驅(qū)動(dòng)第一和第二晶體管；自舉電容器，適于由電勢(shì)源對(duì)其進(jìn)行充電，并且利用該電容器提供電壓源向電子電路供電；充電電路，從所述高端電勢(shì)和低端電勢(shì)中的一個(gè)向所述自舉電容器提供充電路徑；第一和第二串聯(lián)連接開關(guān)，設(shè)置于所述第一和第二晶體管的公共節(jié)點(diǎn)與所述高端電勢(shì)和低端電勢(shì)中的一個(gè)之間；該自舉電容器具有第一端子，與將由所述充電電路充電相耦合，以及第二端子，耦合于所述第一和第二串聯(lián)連接開關(guān)之間的公共節(jié)點(diǎn)；以及控制電路，用于控制該第一及第二開關(guān)；該方法包括當(dāng)所述第一和第二電源開關(guān)晶體管正以高于預(yù)定頻率的速率進(jìn)行開關(guān)操作時(shí)，以第一模式來操作所述第一和第二開關(guān)，這樣將連接于所述第一與第二電源開關(guān)晶體管的所述公共節(jié)點(diǎn)的所述開關(guān)中的第一個(gè)控制為導(dǎo)通，并將所述第二開關(guān)控制為斷開；并且在所述第一電源開關(guān)晶體管導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間超過了預(yù)置的持續(xù)時(shí)間的時(shí)候，以第二模式操作所述第一和第二開關(guān)，這樣所述第一和第二開關(guān)以第一和第二預(yù)定的時(shí)段交替地導(dǎo)通并斷開，由此該自舉電容器在第二預(yù)定的時(shí)段期間，通過所述第二開關(guān)和所述充電電路充電。
從下文的詳細(xì)說明中可以明顯地看出本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)附圖的簡(jiǎn)要說明現(xiàn)在，在以下詳細(xì)的說明中將參考附圖而更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1示出了使用自舉電容器電源的一種現(xiàn)有技術(shù)電路；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的電路；圖3示出了可用于闡明本發(fā)明的時(shí)序圖。
從下文的詳細(xì)說明中可以明顯地看出本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明的詳細(xì)說明參考附圖2，圖中示出了一種用于半橋開關(guān)晶體管結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器集成電路(IC)，該電路包括串聯(lián)連接于電源VBAT和地之間的晶體管M1和M2。負(fù)載連接在晶體管M1和M2之間的公共節(jié)點(diǎn)與地之間，所述公共節(jié)點(diǎn)包括點(diǎn)VS。
驅(qū)動(dòng)器集成電路IC包括用于每個(gè)高端和低端功率晶體管M1和M2的高端驅(qū)動(dòng)器HO和低端驅(qū)動(dòng)器LO。另外，驅(qū)動(dòng)器集成電路包括鎮(zhèn)流調(diào)節(jié)器10、電流源14以及齊納二極管16，所述鎮(zhèn)流阻調(diào)節(jié)器10包括例如雙極NPN型晶體管12這樣的晶體管，在所列舉的實(shí)施例中所述齊納二極管16是一個(gè)6.6伏的齊納二極管。另外，將該自舉電容器CBOOT進(jìn)行外部連接并獨(dú)立于VS。自舉電容器連接在驅(qū)動(dòng)器集成電路的端子VB和VB1之間。端子VB1連接到齊納二極管16的陽極，齊納二極管16的陽極還與開關(guān)SW2相連接，開關(guān)SW2連接到公共端并由此接地。另外，如圖所示，開關(guān)SW1連接在VS和VB1之間。開關(guān)SW1和SW2是半導(dǎo)體開關(guān)，例如MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管或雙極型晶體管。
另外，提供了控制電路18，其提供輸出信號(hào)SW1和SW2(圖3)以控制開關(guān)SW1和SW2的開關(guān)動(dòng)作。
電路操作如下。在正常操作期間，對(duì)M1的導(dǎo)通時(shí)間小于200微秒(usec)來說，控制器18在第一模式進(jìn)行操作(模式1-圖3)，這樣開關(guān)SW1總是導(dǎo)通的而開關(guān)SW2總是斷開的。同樣地，電路像正常自舉電源一樣操作，并且當(dāng)M2導(dǎo)通時(shí)，通過M2、開關(guān)SW1和鎮(zhèn)流調(diào)節(jié)器10至VBAT對(duì)電容器CBOOT進(jìn)行充電。基于6.6伏齊納二極管16，鎮(zhèn)流調(diào)節(jié)器10在晶體管12的發(fā)射極提供大約6伏的穩(wěn)定電壓。
當(dāng)晶體管M1的導(dǎo)通大于200微秒(usec)的時(shí)段，在現(xiàn)有技術(shù)的電路中，電容器沒有充足的時(shí)間經(jīng)M2進(jìn)行充電。在這種情況下，控制電路18在第二模式進(jìn)行操作(模式2-圖3)。電路18中包括振蕩器，所述振蕩器包含例如一個(gè)2kHz的振蕩器。如圖3所示，每經(jīng)過500微秒(usec)，斷開開關(guān)SW1，將SW2導(dǎo)通大約為10微秒(μsec)的一個(gè)時(shí)段。通過與地耦合的SW2經(jīng)由鎮(zhèn)流調(diào)節(jié)器至VBAT向自舉電容器CBOOT充電。在這個(gè)期間，M1的柵極可能是浮動(dòng)的。
因而本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單且可靠的方式對(duì)自舉電容器進(jìn)行充電，這樣可以對(duì)于電源開關(guān)電路的所有操作模式，都能夠可靠地將電源提供給與自舉電容器耦合的并由其提供電源的電路，所述操作模式包括高端晶體管處于永久導(dǎo)電的狀態(tài)。
雖然這里結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很多其它的變化、改進(jìn)以及應(yīng)用將是很明顯的。因此，本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)受此處特定公開的限制，而應(yīng)由附加的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種自舉電容器充電電路包括第一和第二電源開關(guān)晶體管，設(shè)置在半橋結(jié)構(gòu)中，使該第一和第二晶體管排列在高端電勢(shì)和低端電勢(shì)之間；驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)第一和第二晶體管；自舉電容器，適于由電勢(shì)源對(duì)其進(jìn)行充電，并且利用該電容器提供電壓源向電子電路供電；充電電路，從所述高端電勢(shì)和低端電勢(shì)中的一個(gè)向所述自舉電容器提供充電路徑；第一和第二串聯(lián)連接開關(guān)，設(shè)置于所述第一和第二晶體管的公共節(jié)點(diǎn)與所述高端電勢(shì)和低端電勢(shì)中的一個(gè)之間；該自舉電容器具有第一端子，與將由所述充電電路充電相耦合，以及第二端子，耦合于所述第一和第二串聯(lián)連接開關(guān)之間的公共節(jié)點(diǎn)；以及控制電路，以第一及第二模式進(jìn)行操作，其中在第一模式，當(dāng)所述第一和第二電源開關(guān)晶體管正在以高于預(yù)定頻率的速率進(jìn)行開關(guān)時(shí)，將連接于所述第一與第二電源開關(guān)晶體管的所述公共節(jié)點(diǎn)的所述開關(guān)中的第一個(gè)控制為導(dǎo)通，將所述第二開關(guān)控制為斷開；并且其中；當(dāng)所述第一電源開關(guān)晶體管導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間超過預(yù)置的持續(xù)時(shí)間的時(shí)候，所述控制電路以第二模式操作，其中所述第一和第二開關(guān)以第一和第二預(yù)定的時(shí)段交替地導(dǎo)通并斷開，由此該自舉電容器在第二預(yù)定的時(shí)段期間，通過所述第二開關(guān)和所述充電電路進(jìn)行充電。
2.權(quán)利要求1的自舉電容器充電電路，其中所述控制電路在所述第二操作模式期間將所述第一和第二開關(guān)交替地導(dǎo)通和斷開，這樣在第一時(shí)段，第一開關(guān)導(dǎo)通并且第二開關(guān)斷開，在第二時(shí)段，第一開關(guān)斷開并且第二開關(guān)導(dǎo)通。
3.權(quán)利要求2的自舉電容器充電電路，其中第一時(shí)段大約為490微秒(usecs)，第二段時(shí)間大約10微秒(usecs)，并且預(yù)置的持續(xù)時(shí)間大約為200微秒(usecs)。
4.權(quán)利要求1的自舉電容器充電電路，其中充電電路包括調(diào)節(jié)器晶體管，其主端連接在用于對(duì)自舉電容器進(jìn)行充電的電勢(shì)源與該自舉電容器的所述第一端子之間；電流源，耦合于電勢(shì)源與調(diào)節(jié)器晶體管的控制端子之間，并且進(jìn)一步包括用于提供參考電壓的調(diào)節(jié)器元件，所述調(diào)節(jié)器元件耦合在調(diào)節(jié)器晶體管的控制端與所述第一和第二開關(guān)之間的公共節(jié)點(diǎn)之間。
5.權(quán)利要求1的自舉電容器充電電路，其中充電電路與所述第一和第二開關(guān)的高端電勢(shì)耦合，而所述第一和第二開關(guān)設(shè)置在第一和第二晶體管的公共節(jié)點(diǎn)(common mode)與所述低端電勢(shì)之間。
6.一種用于對(duì)電路中的自舉電容器進(jìn)行充電的方法，所述電路包括第一和第二電源開關(guān)晶體管，設(shè)置在半橋結(jié)構(gòu)中，使該第一和第二晶體管排列在高端電勢(shì)和低端電勢(shì)之間；驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)第一和第二晶體管；自舉電容器，適于由電勢(shì)源對(duì)其進(jìn)行充電，并且利用該電容器提供電壓源向電子電路供電；充電電路，從所述高端電勢(shì)和低端電勢(shì)中的一個(gè)向所述自舉電容器提供充電路徑；第一和第二串聯(lián)連接開關(guān)，設(shè)置于所述第一和第二晶體管的公共節(jié)點(diǎn)與所述高端電勢(shì)和低端電勢(shì)中的一個(gè)之間；該自舉電容器具有第一端子，與將由所述充電電路充電相耦合，以及第二端子，耦合于所述第一和第二串聯(lián)連接開關(guān)之間的公共節(jié)點(diǎn)；以及控制電路，用于控制該第一及第二開關(guān)；該方法包括當(dāng)所述第一和第二電源開關(guān)晶體管正以高于預(yù)定頻率的速率進(jìn)行開關(guān)操作時(shí)，以第一模式來操作所述第一和第二開關(guān)，這樣將連接于所述第一與第二電源開關(guān)晶體管的所述公共節(jié)點(diǎn)的所述開關(guān)中的第一個(gè)控制為導(dǎo)通，并且將所述第二開關(guān)控制為斷開；并且在所述第一電源開關(guān)晶體管導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間超過了預(yù)置持續(xù)時(shí)間的時(shí)候，以第二模式來操作所述第一和第二開關(guān)，這樣所述第一和第二開關(guān)以第一和第二預(yù)定的時(shí)段交替地導(dǎo)通并斷開，由此該自舉電容器在第二預(yù)定的時(shí)段期間，通過所述第二開關(guān)和所述充電電路充電。
7.權(quán)利要求5的方法，其中第二操作模式中操作所述第一和第二開關(guān)的所述步驟包括，將所述第一和第二開關(guān)交替地導(dǎo)通和斷開，在第一時(shí)段使第一開關(guān)導(dǎo)通并且使第二開關(guān)斷開，在第二時(shí)段使第一開關(guān)斷開并且使第二開關(guān)導(dǎo)通。
8.權(quán)利要求6的方法，其中第一時(shí)段大約為490微秒(usecs)，第二時(shí)段大約10微秒(usecs)，并且預(yù)置的持續(xù)時(shí)間大約200微秒(usecs)。
9.權(quán)利要求5的方法，更進(jìn)一步包括經(jīng)由包括電壓調(diào)節(jié)器電路在內(nèi)的充電電路對(duì)所述自舉電容器進(jìn)行充電。
全文摘要
一種自舉電容器充電電路，包括第一和第二電源開關(guān)晶體管，設(shè)置在半橋結(jié)構(gòu)中，使該第一和第二晶體管排列在高端電勢(shì)和低端電勢(shì)之間；驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)第一和第二晶體管；自舉電容器，適于由電勢(shì)源對(duì)其進(jìn)行充電，并且利用該電容器提供電壓源向電子電路供電；充電電路，從所述高端電勢(shì)和低端電勢(shì)中的一個(gè)向所述自舉電容器提供充電路徑；第一和第二串聯(lián)連接開關(guān)，設(shè)置于所述第一和第二晶體管的公共節(jié)點(diǎn)與所述高端電勢(shì)和低端電勢(shì)中的一個(gè)之間；該自舉電容器具有第一端子，與將由所述充電電路充電相耦合，以及第二端子，耦合于所述第一和第二串聯(lián)連接開關(guān)之間的公共節(jié)點(diǎn)；以及控制電路，以第一及第二模式操作，其中在第一模式中，當(dāng)所述第一和第二電源開關(guān)晶體管正在以高于預(yù)定頻率的速率進(jìn)行開關(guān)時(shí)，將連接于所述第一與第二電源開關(guān)晶體管的所述公共節(jié)點(diǎn)的所述開關(guān)中的第一個(gè)控制為導(dǎo)通，將所述第二開關(guān)控制為斷開；并且其中，當(dāng)所述第一電源開關(guān)晶體管導(dǎo)通的持續(xù)時(shí)間超過預(yù)置的持續(xù)時(shí)間的時(shí)候，所述控制電路以第二模式操作，其中所述第一和第二開關(guān)以第一和第二預(yù)定的時(shí)段交替地導(dǎo)通并斷開，由此該自舉電容器在第二預(yù)定的時(shí)段期間，通過所述第二開關(guān)和所述充電電路充電。
文檔編號(hào)H03F3/217GK1914576SQ200580003854
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2005年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月2日
發(fā)明者布魯諾·C·納德 申請(qǐng)人:國際整流器公司