專利名稱：晶體管半橋電路的中點(diǎn)電壓檢測器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體管半橋電路的中點(diǎn)電壓檢測器件。
背景技術(shù)：
具有高壓晶體管半橋的電路在如電機(jī)控制、熒光燈鎮(zhèn)流器以及供電電路之類的各 種應(yīng)用中得到了運(yùn)用。如圖ι中所見，半橋電路包括一對置于高電源電壓Vin與地電位GND 之間的疊層式晶體管。晶體管Q 1和Q2是MOSFET類型的功率器件，并且其公共連接點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)“A”，是與負(fù) 載相連的輸出端。每個(gè)晶體管Ql和Q2具有自己的用于驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器DRVl和DRV2，以提供 用于將其導(dǎo)通和截止的便利信號(hào)。在許多應(yīng)用中，監(jiān)測中心點(diǎn)節(jié)點(diǎn)即節(jié)點(diǎn)A，為確定例如圖1中的LLC串聯(lián)諧振電路 1在何時(shí)從高狀態(tài)切換到低狀態(tài)或者何時(shí)進(jìn)行反向切換，提供了便利。在電路的正常工作 中，晶體管Ql和Q2交替地導(dǎo)通和截止，以使電流流入與節(jié)點(diǎn)A相連的諧振負(fù)載之中。當(dāng)晶 體管Ql被導(dǎo)通時(shí)，節(jié)點(diǎn)A的電壓被帶至基本上等于電源電壓的高電位，電流因此開始在諧 振負(fù)載中增大。當(dāng)晶體管Ql被截止時(shí)，流入諧振負(fù)載中的電流導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)A的電壓向低電位 降低。晶體管Ql和Q2被假定為以比負(fù)載電路的諧振頻率更高的頻率進(jìn)行切換。在確保節(jié) 點(diǎn)A的電壓已降低至低電壓(通常為0伏，即地電位GND)的一段空置時(shí)間(idle time)之 后，晶體管Q2被導(dǎo)通。該空置時(shí)間避免了兩個(gè)晶體管Ql、Q2同時(shí)被導(dǎo)通，兩個(gè)晶體管同時(shí) 導(dǎo)通將會(huì)在高電壓與低電壓之間造成短路；空置時(shí)間確保了節(jié)點(diǎn)A的電壓(即中點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的 電壓)的轉(zhuǎn)換早在導(dǎo)通另一晶體管之前就已結(jié)束。在導(dǎo)通晶體管Q2之前，節(jié)點(diǎn)A的電壓從高電壓到低電壓的完全轉(zhuǎn)換將會(huì)采用有限 的時(shí)間量。在某些條件下，在導(dǎo)通晶體管Q2時(shí)，節(jié)點(diǎn)A的電壓無法完全降低到低電位。在 這種情況下，晶體管Q2將迫使節(jié)點(diǎn)A的電壓降低到該低電壓水平。這種切換被稱為“硬切 換”，并且其產(chǎn)生切換損耗，將導(dǎo)致晶體管Ql和Q2過熱，甚至?xí)豢赡孓D(zhuǎn)地?fù)p壞這兩個(gè)晶體管。因此，可使切換損耗最小化，從而在晶體管導(dǎo)通之前確保節(jié)點(diǎn)A已完成從高電壓 到低電壓的轉(zhuǎn)換或者反向的轉(zhuǎn)換。鑒于現(xiàn)有技術(shù)水平，本發(fā)明的目標(biāo)是提供可克服上述缺點(diǎn)的、晶體管半橋電路的 中點(diǎn)節(jié)點(diǎn)電壓檢測器件。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明，這樣的目標(biāo)是通過包含有第一和第二晶體管的晶體管半橋電路的中 點(diǎn)電壓檢測器件來實(shí)現(xiàn)的，所述半橋被連接于電源電壓與參考電壓之間并且被適配用以驅(qū) 動(dòng)負(fù)載，所述第一和第二晶體管被驅(qū)動(dòng)以使所述中點(diǎn)電壓經(jīng)歷從低電壓值到高電壓值的轉(zhuǎn) 換以及反向的轉(zhuǎn)換，所述半橋電路包括自舉電容器，該自舉電容器具有與中點(diǎn)節(jié)點(diǎn)相連的 一個(gè)端子以及與所述自舉電容器的供電電路相連的另一端子，所述器件的特征在于所述器件包括被適配連接在所述自舉電容器的所述另一端子與下述電路裝置之間的另外的電容器，所述電路裝置被適配用以針對在中點(diǎn)電壓從低值到高值以及從高值到低值的轉(zhuǎn)換過 程中在所述另外的電容器中流通的電流信號(hào)構(gòu)成低阻抗節(jié)點(diǎn)；所述器件還包括檢測裝置， 其被適配用以檢測在所述另外的電容器中流通的電流信號(hào)，并且被適配用以根據(jù)所述電流 信號(hào)至少輸出指示中點(diǎn)電壓從低值到高值或者從高值到低值的轉(zhuǎn)換的第一信號(hào)。


本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將從通過所附附圖中以非限制性范例的方式示出的實(shí)際實(shí) 施例的以下詳細(xì)描述中顯現(xiàn)出來。在附圖中圖1是依據(jù)已知技術(shù)的晶體管半橋電路的圖示；圖2是依據(jù)本發(fā)明的晶體管半橋電路的中點(diǎn)電壓檢測器件；圖3示出圖2的電路中的相關(guān)信號(hào)的一些時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式圖2示出依據(jù)本發(fā)明的晶體管半橋電路的中點(diǎn)電壓檢測器件或檢測電路10。本圖 示出了串聯(lián)布置于電源電壓Vcc與地電位GND之間的MOS晶體管Ml和M2的半橋。中心點(diǎn) 節(jié)點(diǎn)A，即晶體管Ml與M2之間的公共端子，與負(fù)載LOAD相連，優(yōu)選地與連接到地電位GND 的諧振負(fù)載相連。晶體管Ml和M2由分別具有輸入信號(hào)HVG和LVG的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器11和21 分別進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器11和21被適配用以交替地導(dǎo)通和截止晶體管Ml和M2，使得在晶體 管Ml導(dǎo)通并且晶體管M2截止時(shí)，節(jié)點(diǎn)A在基本上在處于電壓Vcc的(例如400伏)的高 電位上；而在晶體管M2導(dǎo)通并且晶體管Ml截止時(shí)，節(jié)點(diǎn)A在基本上處于接地電壓GND的低 電位上。當(dāng)晶體管Ml被截止時(shí)，流入諧振負(fù)載中的電流導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)A的電壓向低電位LW降 低。晶體管Ml和M2被假定為以比負(fù)載LOAD的諧振頻率更高的頻率進(jìn)行切換。在一段空 置時(shí)間Tml之后，即一旦節(jié)點(diǎn)A的電壓已被帶至低電壓(通常為0伏，即地電位GND)時(shí)，晶 體管M2被導(dǎo)通?？罩脮r(shí)間Tml避免了兩個(gè)晶體管M1、M2同時(shí)導(dǎo)通，兩個(gè)晶體管同時(shí)導(dǎo)通會(huì) 在高電壓與低電壓之間造成短路；空置時(shí)間Tml確保了節(jié)點(diǎn)A的電壓(即中點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的電壓) 的轉(zhuǎn)換在導(dǎo)通另一晶體管Ml之前就已結(jié)束。類似地，當(dāng)晶體管M2被截止時(shí)，流入諧振負(fù)載中的電流導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)A的電壓向高電 位冊升高。在一段空置時(shí)間Tm2之后，即一旦在節(jié)點(diǎn)A的電壓已被帶至高電壓(通常為電 源電壓Vcc)時(shí)，晶體管Ml被導(dǎo)通。空置時(shí)間Tm2避免了兩個(gè)晶體管Ml、M2同時(shí)導(dǎo)通，兩 個(gè)晶體管同時(shí)導(dǎo)通會(huì)在高電壓與低電壓之間造成短路；空置時(shí)間Tm2確保了節(jié)點(diǎn)A的電壓 (即中點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的電壓)的轉(zhuǎn)換在導(dǎo)通另一晶體管M2之前就已結(jié)束。電路10被適配用以檢測中心點(diǎn)節(jié)點(diǎn)A的電壓變化，并提供在所述變化上的邏輯信 號(hào)，具體地，其被適配用以檢測中點(diǎn)電壓Va從低電壓值LW到高電壓值冊的轉(zhuǎn)換以及反向 的轉(zhuǎn)換。半橋電路通常還包括自舉電容器Cboot，其與中心點(diǎn)節(jié)點(diǎn)A以及所述自舉電容器 Cboot的特定供電電路15相連。自舉電容器使晶體管Ml的驅(qū)動(dòng)級能夠得到正確地供電； 為了確保自舉電容器Cboot在非常短的時(shí)間內(nèi)充電，電路15應(yīng)當(dāng)允許其在短的時(shí)間中的供電。電路10包括具有另外的電容器的電路，所述另外的電容器可連接至自舉電容器 Cboot并且可連接至電路裝置12，即Cpump、Q3、Q4，所述電路裝置針對在中點(diǎn)電壓Va從低 值LW到高值HW以及從高值HW到低值LW的轉(zhuǎn)換過程中跨過所述另外的電容器的電流信號(hào) 構(gòu)成低阻抗節(jié)點(diǎn)。高電壓值HW基本上為電源電壓Vcc，而低電壓值LW為參考電壓，優(yōu)選地 為地電位GND。電路15優(yōu)選地包括LDMOS晶體管M10，其具有一個(gè)非可驅(qū)動(dòng)式端子，例如 源極端子，與低于電源電壓Vcc的例如20伏電壓的電壓Vdd相連；以及另一非可驅(qū)動(dòng)式端 子，漏極端子，通過自舉電容器Cboot與中心點(diǎn)節(jié)點(diǎn)A相連。在這種情況下，該另外的電容 器是晶體管MlO的柵極端子與漏極端子之間的固有電容器Cgd。為了同步地驅(qū)動(dòng)晶體管M10，需要比電源電壓Vdd更高的電壓，這是通過內(nèi)部充電 泵12來獲得的，該充電泵12包括優(yōu)選地由信號(hào)LVG所控制的驅(qū)動(dòng)電路12A ；連接于驅(qū)動(dòng) 電路12A的輸出端之間并與晶體管MlO的柵極端子G相耦合的泵浦電容器Cpump ；以及具 有與電源電壓Vdd相連的正極和與晶體管MlO的柵極端子G相連的負(fù)極的二極管D1。泵浦 電路12優(yōu)選地包括至少一個(gè)反相器，其連接在電源電壓Vdd與地電位GND之間并且具有與 電容器Cpump相連的輸出端子；該輸出端子為反相器的兩個(gè)晶體管的公共端子。電路10利用LDMOS晶體管MlO的固有柵極-漏極電容器Cgd來監(jiān)測節(jié)點(diǎn)A上的 電壓變化；電容器Cgd通常在0. 5與IpF的范圍內(nèi)。晶體管MlO的柵極端子與電容器Cpump 的一個(gè)端子以及二極管Dl的負(fù)極之間的連接是通過電阻器Rswitch來實(shí)現(xiàn)的。電路10包括電路系統(tǒng)20，電路系統(tǒng)20具有npn類型的雙極晶體管Q3，該晶體管 的發(fā)射極端子直接地與晶體管MlO的柵極端子G相連并且與電阻器Rswitch的一個(gè)端子 相連，其基極端子與電阻器Rswitch的另一端子相連，并且其集電極端子與包含有連接到 電流發(fā)生器Il的P-溝道MOS晶體管Tl和T2的電流反射鏡T1-T2相連。電路系統(tǒng)20還 包括Pnp類型的雙極晶體管Q4，該晶體管的發(fā)射極端子直接地與晶體管MlO的柵極端子G 相連并且與電阻器Rswitch的一個(gè)端子相連，其基極端子與電阻器Rswitch的另一端子相 連，并且其集電極端子與包含有連接到電流發(fā)生器12的η-溝道MOS晶體管Τ3和Τ4的電 流反射鏡Τ3-Τ4相連。晶體管Q3和Q4還可以包括這樣的MOS晶體管，其柵極端子與晶體 管MlO的柵極端子G相連并且與電阻器Rswitch的一個(gè)端子相連，這兩個(gè)柵極端子都與電 阻器Rswitch的另一端子相連，并且其漏極端子與電流反射鏡Τ1-Τ2和Τ3-Τ4相連。在發(fā)生中心點(diǎn)節(jié)點(diǎn)A從低電位到高電位的切換時(shí)，電流Isink通過電容器Cgd被 注入到晶體管MlO的柵極端子G中。所述電流跨過電阻器Rswitch并且在從電流信號(hào)的角 度講是低阻抗點(diǎn)的電容器Cpump上流動(dòng)，并導(dǎo)致在電阻器Rswitch上的電壓降；這導(dǎo)致雙極 晶體管Q4被導(dǎo)通，而晶體管Q4趨向于將電流Isink向反射鏡Τ3-Τ4轉(zhuǎn)移。電流Isink與 來自電流發(fā)生器12的參考電流12進(jìn)行比較，并在電流Isink高于電流12時(shí)通過反相器13 提供高邏輯輸出信號(hào)LH_Comm。在發(fā)生中心點(diǎn)節(jié)點(diǎn)A從高電位到低電位的切換時(shí)，電流Isource被電容器Cgd從 晶體管MlO的柵極端子G上拾取。所述電流跨過電阻器Rswitch并且在從電流信號(hào)的角度 講是低阻抗點(diǎn)的電容器Cpump上流動(dòng)，并導(dǎo)致在電阻器Rswitch上的電壓降；這導(dǎo)致雙極晶 體管Q3被導(dǎo)通，而晶體管Q3趨向于將電流Isource向反射鏡T1-T2轉(zhuǎn)移。電流Isource 與來自電流發(fā)生器Il的參考電流Il進(jìn)行比較，并在電流Isource高于電流Il時(shí)通過緩沖器14提供高邏輯輸出信號(hào)HL_Comm。 信號(hào)電流Isink和Isource與中心點(diǎn)節(jié)點(diǎn)A的電壓的導(dǎo)數(shù)成正比。事實(shí)上，隨著 在電流被注入晶體管MlO的柵極端子G或從其上拾取電流時(shí)兩個(gè)雙極晶體管Q3或Q4中的 一個(gè)被導(dǎo)通，電流所遇到的從柵極節(jié)點(diǎn)向地電位的阻抗相對較低，即雙極晶體管的發(fā)射電 阻器。自舉電容器Cboot (—般具有大約為IOOnF的值)通常具有遠(yuǎn)高于LDMOS晶體管MlO 的寄生電容器Cgd(0. 5-lpF)的值。因此，跨過Cboot電容器的電壓Vboot為
權(quán)利要求
1.一種晶體管(Ml、iC)半橋電路的中點(diǎn)電壓(Va)的檢測器件，所述半橋電路包括第 一 (Ml)晶體管和第二(IC)晶體管，所述半橋被連接于電源電壓(Vcc)與參考電壓(GND) 之間并且被適配用以驅(qū)動(dòng)負(fù)載(LOAD)，所述第一晶體管和第二晶體管被驅(qū)動(dòng)以使所述中點(diǎn) 電壓(Va)經(jīng)歷從低電壓值(LW)到高電壓值(HW)的轉(zhuǎn)換以及反向的轉(zhuǎn)換，所述半橋電路包 括自舉電容器(Cboot)，所述自舉電容器具有與所述中點(diǎn)節(jié)點(diǎn)相連的一個(gè)端子以及與所述 自舉電容器的供電電路(1 相連的另一端子，所述檢測器件的特征在于所述檢測器件包 括被適配連接于所述自舉電容器的所述另一端子與電路裝置(12，Cpump、Q3、Q4)之間的另 外的電容器(Cgd)，所述電路裝置(1 被適配用以針對在所述中點(diǎn)電壓(Va)從低值到高 值以及從高值到低值的轉(zhuǎn)換過程中在所述另外的電容器(Cgd)中流通的電流信號(hào)(Isink、 Isource)構(gòu)成低阻抗節(jié)點(diǎn)；所述檢測器件還包括檢測裝置(10)，其被適配用以檢測在所 述另外的電容器中流通的所述電流信號(hào)，并且被適配用以根據(jù)所述電流信號(hào)輸出至少一 個(gè)指示出所述中點(diǎn)電壓從低值到高值或者從高值到低值的轉(zhuǎn)換的第一信號(hào)(HL_Comm、LH_comm)ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于所述檢測裝置(10)被適配用以將所述電 流信號(hào)與至少一個(gè)參考電流(II、12)進(jìn)行比較，并且在所述另外的電容器中流通的電流信 號(hào)(Isink、Isource)具有比所述參考電流更高的強(qiáng)度時(shí)輸出所述至少一個(gè)第一信號(hào)(HL_ comm、LH—comm)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于所述檢測裝置(10)被適配用以檢測響應(yīng) 于所述中點(diǎn)電壓從低值到高值以及從高值到低值的轉(zhuǎn)換的電流信號(hào)(Isink、Isource)的 任一方向，并且其被適配用以根據(jù)檢測到的信號(hào)電流的方向輸出兩個(gè)不同的第一信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的器件，其特征在于所述檢測裝置包括與所述另外的電容器 串聯(lián)布置的電阻器(Rswitch)以及一對第一 晶體管與第二 OH)晶體管，所述第一晶 體管或所述晶體管中的任意一個(gè)根據(jù)所述電流方向處于有效狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的器件，其特征在于屬于所述檢測裝置的所述晶體管對的所 述晶體管0i3、Q4)為雙極晶體管，并且其基極端子都與所述電阻器(Rswitch)的一個(gè)端子 相連，其發(fā)射極端子都與所述電阻器的另一端子相連，并且其集電極端子與兩個(gè)不同的電 流反射鏡(T1-T2、T3-T4)以及兩個(gè)比較器相連，所述電流反射鏡被適配用以反射所述電流 信號(hào)(Isink、Isource)中的任意一個(gè)，而所述比較器則被適配用以將經(jīng)反射的電流與兩個(gè) 不同的參考電流(II、12)進(jìn)行比較，并輸出所述兩個(gè)第一信號(hào)(HL_Comm、LH_Comm)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的器件，其特征在于屬于所述檢測裝置的所述晶體管對的所 述晶體管0^3、Q4)為MOS晶體管，并且其柵極端子都與所述電阻器(Rswitch)的一個(gè)端子 相連，其源極端子都與所述電阻器的另一端子相連，并且其漏極端子與兩個(gè)不同的電流反 射鏡(T1-T2、T3-T4)以及兩個(gè)比較器相連，所述電流反射鏡被適配用以反射所述電流信號(hào) (Isink、Isource)中的任意一個(gè)，而所述比較器則被適配用以將經(jīng)反射的電流與兩個(gè)不同 的參考電流(II、12)進(jìn)行比較，并輸出所述兩個(gè)第一信號(hào)(HL_Comm、LH_Comm)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于所述低電壓值(LW)和所述高電壓值(HW) 分別基本上為低電位(GND)和電源電壓(Vcc)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于所述自舉電容器(Cboot)的所述供電電 路(巧)包括第三晶體管(MlO)，所述第三晶體管(MlO)的一個(gè)非可驅(qū)動(dòng)端子與低于所述電源電壓(Vcc)的電壓(Vdd)相連，其另一非可驅(qū)動(dòng)端子與所述自舉電容器相連，以及其可驅(qū) 動(dòng)端子與泵浦電路(12)的泵浦電容器(Cpump)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的器件，其特征在于所述第三晶體管(MlO)為LDMOS晶體管， 而所述另外的電容器(Cgd)為所述第三晶體管的柵極端子與漏極端子之間的固有電容器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的器件，其特征在于所述電路裝置包括所述泵浦電路(12) 的所述泵浦電容器(Cpump)。
11.一種集成電路，其包括晶體管半橋電路，所述半橋電路包括第一(Ml)晶體管和第 二(M2)晶體管，所述半橋連接于電源電壓(Vcc)與參考電壓(GND)之間并且被適配用以驅(qū) 動(dòng)負(fù)載(LOAD)，所述第一晶體管和第二晶體管被驅(qū)動(dòng)以使所述中點(diǎn)電壓(Va)經(jīng)歷從低電 壓值(LW)到高電壓值(HW)的轉(zhuǎn)換和反向的轉(zhuǎn)換，所述半橋電路包括自舉電容器(Cboot)， 所述自舉電容器具有與所述中點(diǎn)節(jié)點(diǎn)相連的一個(gè)端子以及與所述自舉電容器的供電電路 (15)相連的另一端子，所述集成電路包括如前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所定義的晶體管半橋電 路的中點(diǎn)電壓(Va)檢測器件。
全文摘要
本發(fā)明描述了包括第一和第二晶體管的晶體管半橋電路的中點(diǎn)電壓檢測器件；所述半橋連接于電源電壓與參考電壓之間并且被適配用以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。所述第一和第二晶體管被驅(qū)動(dòng)以使所述中點(diǎn)電壓經(jīng)歷從低電壓值到高電壓值的轉(zhuǎn)換和反向的轉(zhuǎn)換；所述電路包括自舉電容器，其兩個(gè)端子分別與所述中點(diǎn)節(jié)點(diǎn)以及其供電電路相連。所述檢測器件包括另外的電容器，其被適配為連接于自舉電容器的所述另一端子與電路裝置之間，所述電路裝置從電流角度而言構(gòu)成低阻抗節(jié)點(diǎn)。所述器件包括檢測裝置，其被適配用以檢測在所述另外的電容器中流通的電流信號(hào)，并且被適配用以根據(jù)所述電流信號(hào)輸出至少一個(gè)指示所述中點(diǎn)電壓從低值到高值或從高值到低值的轉(zhuǎn)換的第一信號(hào)。
文檔編號(hào)G01R19/00GK102033153SQ201010502250
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者A·V·諾維利, C·L·桑托羅, C·阿德拉格納 申請人:意法半導(dǎo)體股份有限公司