带有预防交叉导通电路的开关驱动器制造技术

一种用于功率晶体管开关的驱动器，包括场效应晶体管互补输出级，该输出级由另一场效应晶体管互补预驱动器级所驱动；而该预驱动器级由输入缓冲器和电平转换器级所驱动。该预驱动器级包括限流和交叉延迟电路，该电路被夹插在一对互补输出场效应晶体管的漏极之间。该限流和交叉延迟电路限制预驱动器级的瞬间冲击电流；并结合这一对互补输出场效应晶体管及输入缓冲器和电平转换器级，延迟其中一个互补输出场效应晶体管的导通直到另一个互补输出场效应晶体管截止之后，从而防止输出级的交叉传导。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有低成本的预防交叉传导电路的开关驱动器
本专利技术涉及用于驱动功率晶体管开关的驱动器电路
更具体地，本专利技术涉及具有互补输出的开关驱动器电路，其中通过使用限流和交叉延迟电路来防止或最小化交叉传导。
技术介绍
开关驱动器,也经常被称为栅极驱动器,是这样的电路：其可以接受通常为低电流、逻辑电平的外部输入信号，然后把输入信号进行电平转换及放大，产生较高的电流和通常较宽的电压输出以驱动被耦合的功率晶体管(例如功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(IGBT))的栅极，从而高速导通/截止功率晶体管。由于内在的寄生电容，开关驱动器视功率晶体管为电容性负载，并在开关转换期间对功率晶体管实质性地进行充电或放电。开关驱动器也可用于驱动其他类型的等效电容负载，例如数字总线。开关驱动器常带有一个互补或图腾柱输出，由上面一个P沟道场效应晶体管(FET)和下面一个N沟道场效应晶体管组成、其中2个漏极被耦合在一起以形成一个公共输出节点。图1示出了代表现有技术的典型的开关驱动器100，包括：P沟道场效应晶体管101，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至输出驱动电源VDRIVE；N沟道场效应晶体管102，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至相对于VDRIVE的地，并且其中漏极被耦合至P沟道场效应晶体管101的漏极，从而形成能驱动所述功率晶体管开关130的互补输出节点(如果需要减少由引线寄生电感引起的振铃，也可以经由栅极电阻器(未示出))；预驱动器电路110，由VDRIVE供电，可驱动场效应晶体管101和102的栅极，即在开关转换期间导通其中一个场效应晶体管的同时截止另一个场效应晶体管；输入缓冲器和电平转换器电路120，由逻辑电平电源VLOGIC和VDRIVE供电，将节点150处的外部输入信号缓冲、并从VLOGIC电平转换到VDRIVE电平，以驱动预驱动器电路110。如果在开关转换期间，场效应晶体管101和102通过预驱动器电路110同时被部分导通或同时被完全导通，引起交叉传导发生，并有比较大的瞬时冲击电流流过场效应晶体管101和102，导致驱动效率低、并且使现有技术中的开关驱动器100有过热的潜在风险。因此，现有技术中的开关驱动器100通常包含复杂的电路，以在一定的结温范围内尽量消除互补输出中的交叉传导。有一些开关驱动器设计通过复杂的逻辑电路和/或定时电路来尽量减低或防止互补输出的交叉传导。美国专利号6538479(Bellomo等人)公开了一种开关驱动器电路，其包括基于两个通电检测器的自适应抗交叉传导机制，每个通电检测器被耦合至各自的互补输出场效应晶体管；当电源通电检测器检测到相应的场效应晶体管仍然导通时，该开关驱动器电路禁止另一个场效应晶体管导通。
技术实现思路
[技术问题]在已知现有技术中，开关驱动器中所用的交叉传导防止机制在设计上相当复杂、生产成本比较高，或为分立模块，或为集成电路(IC)。通常，每个互补输出场效应晶体管需要分别由多级预驱动器驱动。并且需要复杂的定时电路和/或复杂的逻辑电路(基于比较器或传感器/检测器等)来实现可靠的防止交叉传导的特性。因此，生产高性能开关驱动器的成本较高，并且将单个或多个高性能开关驱动器与其它主要电路功能集成在同一块芯片上更具挑战性。[问题的解决方案]在本专利技术的一个实施例中，一种用于功率晶体管开关的驱动器，该驱动器包括：第一个P沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至输出驱动电源VDRIVE；第一个N沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至相对于VDRIVE的地，并且其中漏极被耦合至第一个P沟道场效应晶体管的漏极，从而形成能驱动所述功率晶体管开关的互补输出节点；第二P沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极和漏极被分别耦合至第一个P沟道场效应晶体管的源极和栅极；第二个N沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极和漏极被分别耦合至第一个N沟道场效应晶体管的源极和栅极；限流和交叉延迟电路，包含第一节点和第二节点，该电路还包含至少一个电阻器，其中第一节点被耦合至第二个P沟道场效应晶体管的漏极，第二节点被耦合至第二个N沟道场效应晶体管的漏极，以减小从第一节点流向第二节点的电流，从而限制第二个P沟道场效应晶体管和第二个N沟道场效应晶体管在开关转换期间瞬间同时导通时产生的冲击电流，并且在第一个N沟道场效应晶体管截止过程中延迟第一个P沟道场效应晶体管的导通，以及在第一个P沟道场效应晶体管截止过程中延迟第一个N沟道场效应晶体管的导通；输入缓冲器和电平转换器电路，由逻辑电平电源VLOGIC和VDRIVE供电，把外部输入信号缓冲、并从VLOGIC电平转换到VDRIVE电平，并驱动第二个P沟道场效应晶体管的栅极和第二个N沟道场效应晶体管的栅极，并结合限流和交叉延迟电路，在导通第一个N沟道场效应晶体管之前先截止第一个P沟道场效应晶体管以防止交叉导通，并在导通第一个P沟道场效应晶体管之前先截止第一个N沟道场效应晶体管以防止交叉导通。所述电阻器也可以用场效应晶体管的漏极到源极的导通电阻来构建。在本专利技术的其他实施例中，除了所述电阻器之外，限流和交叉延迟电路还包含以下的任意组合：一个电阻器或多个电阻器；一个二极管或多个二极管；一个晶体管或多个晶体管。在一个实施例中，输入缓冲器和电平转换器电路进一步包括：第三个P沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至VDRIVE，漏极被耦合至第二个P沟道场效应晶体管的栅极，而栅极被耦合至限流和交叉延迟电路的第二节点；第三个N沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中漏极被耦合至第三个P沟道场效应晶体管的漏极，而源极被耦合至地；输入缓冲器，由VLOGIC供电，包含被耦合至外部输入信号的输入端子，和被耦合至第三个N沟道场效应晶体管的栅极的输出端子；反相器，由VLOGIC供电，包含被耦合至输入缓冲器的输出端子的输入端子，和被耦合至第二个N沟道场效应晶体管的栅极的输出端子。在本专利技术的另一实施例中，一种用于功率晶体管开关的驱动器，该驱动器包括：第一个P沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至输出驱动电源VDRIVE；第一个N沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至相对于VDRIVE的地，并且其中漏极被耦合至第一个P沟道场效应晶体管的漏极，从而形成能驱动所述功率晶体管开关的互补输出节点；第二P沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极和漏极被分别耦合至第一个P沟道场效应晶体管的源极和栅极；第二个N沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极和漏极被分别耦合至第一个N沟道场效应晶体管的源极和栅极；限流和交叉延迟电路，包含第一节点和第二节点，该电路还包含至少一个电阻器，其中第一节点被耦合至第二个P沟道场效应晶体管的漏极，第二节点被耦合至第二个N沟道场效应晶体管的漏极，以减小从第一节点流向第二节点的电流，从而限制第二个P沟道场效应晶体管和第二个N沟道场效应晶体管在开关转换期间瞬间同时导通时产生的冲击电流，并且在第一个N沟道场效应晶体管截止过程中延迟第一个P沟道场效应晶体管的导通，以及在第一个P沟道场效应晶体管截止过程中延迟第一个N沟道场效应晶体管的导通；输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于功率晶体管开关的驱动器，该驱动器包括：第一个P沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至输出驱动电源VDRIVE；第一个N沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至相对于VDRIVE的地电平，并且其中漏极被耦合至第一个P沟道场效应晶体管的漏极，从而形成能驱动所述功率晶体管开关的互补输出节点；第二个P沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极和漏极被分别耦合至第一个P沟道场效应晶体管的源极和栅极；第二个N沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极和漏极被分别耦合至第一个N沟道场效应晶体管的源极和栅极；限流和交叉延迟电路，包含第一节点和第二节点，该电路还包含至少一个电阻器，其中第一节点被耦合至第二个P沟道场效应晶体管的漏极，第二节点被耦合至第二个N沟道场效应晶体管的漏极，以减小从第一节点流向第二节点的电流，从而限制第二个P沟道场效应晶体管和第二个N沟道场效应晶体管在开关转换期间瞬间同时导通时产生的冲击电流，并且在第一个N沟道场效应晶体管截止过程中延迟第一个P沟道场效应晶体管的导通，以及在第一个P沟道场效应晶体管截止过程中延迟第一个N沟道场效应晶体管的导通；输入缓冲器和电平转换器电路，由逻辑电平电源VLOGIC和VDRIVE供电，把外部输入信号缓冲、并从VLOGIC电平转换到VDRIVE电平，并驱动第二个P沟道场效应晶体管的栅极和第二个N沟道场效应晶体管的栅极，并结合限流和交叉延迟电路，在导通第一个N沟道场效应晶体管之前先截止第一个P沟道场效应晶体管以防止交叉导通，并在导通第一个P沟道场效应晶体管之前先截止第一个N沟道场效应晶体管以防止交叉导通。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.07 US 62/0769561.一种用于功率晶体管开关的驱动器，该驱动器包括：第一个P沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至输出驱动电源VDRIVE；第一个N沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至相对于VDRIVE的地电平，并且其中漏极被耦合至第一个P沟道场效应晶体管的漏极，从而形成能驱动所述功率晶体管开关的互补输出节点；第二个P沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极和漏极被分别耦合至第一个P沟道场效应晶体管的源极和栅极；第二个N沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极和漏极被分别耦合至第一个N沟道场效应晶体管的源极和栅极；限流和交叉延迟电路，包含第一节点和第二节点，该电路还包含至少一个电阻器，其中第一节点被耦合至第二个P沟道场效应晶体管的漏极，第二节点被耦合至第二个N沟道场效应晶体管的漏极，以减小从第一节点流向第二节点的电流，从而限制第二个P沟道场效应晶体管和第二个N沟道场效应晶体管在开关转换期间瞬间同时导通时产生的冲击电流，并且在第一个N沟道场效应晶体管截止过程中延迟第一个P沟道场效应晶体管的导通，以及在第一个P沟道场效应晶体管截止过程中延迟第一个N沟道场效应晶体管的导通；输入缓冲器和电平转换器电路，由逻辑电平电源VLOGIC和VDRIVE供电，把外部输入信号缓冲、并从VLOGIC电平转换到VDRIVE电平，并驱动第二个P沟道场效应晶体管的栅极和第二个N沟道场效应晶体管的栅极，并结合限流和交叉延迟电路，在导通第一个N沟道场效应晶体管之前先截止第一个P沟道场效应晶体管以防止交叉导通，并在导通第一个P沟道场效应晶体管之前先截止第一个N沟道场效应晶体管以防止交叉导通。2.根据权利要求1所述的驱动器，其中所述电阻器包含两个端子，并分别被耦合至限流和交叉延迟电路的第一节点和第二节点。3.根据权利要求2所述的驱动器，其中所述电阻器被制造为P沟道场效应晶体管，包含：源极，被耦合至第二个P沟道场效应晶体管的漏极；漏极，被耦合至第二个N沟道场效应晶体管的漏极；栅极，被耦合至地电平。4.根据权利要求2所述的驱动器，其中所述电阻器被制造为N沟道场效应晶体管，包含：漏极，被耦合至第二个P沟道场效应晶体管的漏极；源极，被耦合至第二个N沟道场效应晶体管的漏极；栅极，被耦合至VDRIVE。5.根据权利要求1所述的驱动器，其中所述电阻器被制造为n阱电阻器。6.根据权利要求1所述的驱动器，其中除了所述电阻器之外，限流和交叉延迟电路还能包含以下的任意组合：一个电阻器或多个电阻器；一个二极管或多个二极管；一个晶体管或多个晶体管。7.根据权利要求1所述的驱动器，其中所述驱动器能同时驱动多个功率晶体管开关，或驱动等效的电容性负载。8.根据权利要求1所述的驱动器，其中输入缓冲器和电平转换器电路进一步包括：第三个P沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至VDRIVE，漏极被耦合至第二个P沟道场效应晶体管的栅极，而栅极被耦合至限流和交叉延迟电路的第二节点；第三个N沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中漏极被耦合至第三个P沟道场效应晶体管的漏极，而源极被耦合至地电平；输入缓冲器，由VLOGIC供电，包含被耦合至外部输入信号的输入端子，和被耦合至第三个N沟道场效应晶体管的栅极的输出端子；反相器，由VLOGIC供电，包含被耦合至输入缓冲器的输出端子的输入端子，和被耦合至第二个N沟道场效应晶体管的栅极的输出端子。9.一种用于功率晶体管开关的驱动器，该驱动器包括：第一个P沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至输出驱动电源VDRIVE；第一个N沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极被耦合至相对于VDRIVE的地电平，并且其中漏极被耦合至第一个P沟道场效应晶体管的漏极，从而形成能驱动所述功率晶体管开关的互补输出节点；第二个P沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极和漏极被分别耦合至第一个P沟道场效应晶体管的源极和栅极；第二个N沟道场效应晶体管，包含栅极、源极和漏极，其中源极和漏极被分别耦合至第一个N沟道场效应晶体管的源极和栅极；限流和交叉延迟电路，包含第一节点和第二节点，该电路还包含至少一个电阻器，其中第一节点被耦合至第二个P沟道场效应晶体管的漏极，第二节点被耦合至第二个N沟道场效应晶体管的漏极，以减小从第一节点流向第二节点的电流，从而限制第二个P沟道场效应晶体管和第二个N沟道场效应晶体管在开关转换期间瞬间同时导通时产生的冲击电流，并且在第一个N沟...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文伟，
申请(专利权)人：贝能思科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US