專利名稱：切換式功率晶體管的柵極驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動電路，特別是指一種用來切換功率晶體管的驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
功率晶體管應用于提供大電流給負載的情形，因此，確定功率晶體管導 通與關(guān)閉的順序十分重要，以避免因短路電流流過功率晶體管而導致功率損
耗甚至損壞。例如，D類放大器包含了由一P型功率晶體管與一N型功率晶體 管所組成的輸出級來分別提供輸出電流，請參考圖l,圖1為D類放大器輸出 電路IO,其中包含了一輸出級15與柵極驅(qū)動電路30、 35,輸出級15包含有一 P型功率晶體管20與一N型功率晶體管25，此二功率晶體管柵極電壓分別由柵 極驅(qū)動電路30、 35控制，柵極驅(qū)動電路30、 35不能同時導通P型功率晶體管 20與N型功率晶體管25以避免短路電流從電源VDD流至地。輸出級15在正常 操作時P型功率晶體管20與N型功率晶體管25其中之一是不導通的，而在轉(zhuǎn)換 時間(transitiontime)時，柵極驅(qū)動電路30、 35首先令P型功率晶體管20與N 型功率晶體管25兩者皆不導通，然后再導通兩者其中之一。通常來說，較長 的轉(zhuǎn)換時間會造成較大的輸出失真(因為兩個功率晶體管皆不導通)，而較 短的轉(zhuǎn)換時間會造成較大的電磁干擾(EMI)(因為負載具有電感特性)，本 發(fā)明目的之一即為找出一種控制機制能夠平衡輸出失真與電磁千擾，亦即提 供具有適當轉(zhuǎn)換時間的柵極控制電路。
圖2A與圖2B為圖1中N型功率晶體管25柵極電壓與漏極電壓分別在較快 與較慢柵極電壓轉(zhuǎn)換下的電壓示意圖，眾所皆知金屬氧化物半導體晶體管在 漏極與柵極間距有寄生電容，因此當柵極電壓vg接近該晶體管的臨界電壓
vth時漏極電壓vd會上升，柵極電壓vg會在一段時間內(nèi)維持定值直到漏極電
壓Vo達到一定電壓，總轉(zhuǎn)換時間(transition time )等于T,加T2， T2正比于T,， 所以總轉(zhuǎn)換時間是由Ti來決定。在圖2A中，Vc與VD改變較快，導致轉(zhuǎn)換時 間較短以及產(chǎn)生較強的電磁干擾(EMI)效應；在圖2B中，Vg與Vd改交校慢，導致轉(zhuǎn)換時間較長以及產(chǎn)生較大的輸出失真，事實上，P型功率晶體管 一樣必須解決相同的問題。

發(fā)明內(nèi)容
由是，本發(fā)明的主要目的，即在于提供一種功率晶體管驅(qū)動電路，該驅(qū) 動電路包含兩不同的導電路徑使得電流能從功率晶體管柵極流出，以控制功 率晶體管導通與不導通間的轉(zhuǎn)換時間。
根據(jù)本發(fā)明實施例，其公開了 一種用來切換功率晶體管的柵極驅(qū)動電 路，該柵極驅(qū)動電路包含有電連接至該功率晶體管柵極的一晶體管對、電連 接至該功率晶體管柵極與該晶體管對的一第一導電路徑以及電連接至該功 率晶體管柵極與該晶體管對的一第二導電路徑，該晶體管對控制功率晶體管 導通與否，該第一導電路徑具有一固定電阻值，該第二導電路徑具有一隨功 率晶體管柵極電壓而變的可變電阻值。


圖1為D類放大器輸出電路圖。
圖2A與圖2B為圖1中N型功率晶體管柵極電壓與漏極電壓分別在較快與 較慢柵極電壓轉(zhuǎn)換下的電壓示意圖。
圖3為本發(fā)明柵極驅(qū)動電路一 實施例的電路圖。
圖4是一電阻與 一操作在線性區(qū)金屬氧化物半導體晶體管的電阻值曲線圖。
圖5是對應于本發(fā)明圖3中N型功率晶體管的柵極電壓曲線圖。 圖6是本發(fā)明柵極驅(qū)動電路另 一實施例的電路圖。
圖7是一 電阻與 一操作在線性區(qū)P型金屬氧化物半導體晶體管的電阻值 曲線圖。
圖8是對應于本發(fā)明圖6中P型功率晶體管的柵極電壓曲線圖。主要元件符號說明
10 D類放大器輸出電路 15 輸出級 20 P型功率晶體管 25 N型功率晶體管
30、 35 柵極驅(qū)動電路 105、 205、 215 P型晶體管
110、 115、 210 N型晶體管 120、 220 電阻
具體實施例方式
請參閱圖3,圖3為本發(fā)明柵極驅(qū)動電路一實施例，N型功率晶體管25 和圖1中相同， 一冊極驅(qū)動電路35包含有一晶體管對(亦即圖中P型晶體管 105與N型晶體管110)、一N型晶體管115以及一電阻120,P型晶體管105 的柵極與N型晶體管110的柵極耦合并且由一控制信號控制，與反相器 (inverter )相似，P型晶體管105與N型晶體管110不能同時導通或不導通， 亦即其中之一導通時另一即不導通，N型晶體管115的柵極與漏極相連接并 耦合至P型晶體管105與N型功率晶體管25的柵極，而N型晶體管115的 源極則耦合至N型晶體管110的漏極。此組態(tài)將N型晶體管115偏壓在線 性區(qū)(linear region),因此N型晶體管115可以-f見為一可變電阻，其電阻值 由N型功率晶體管25的柵極電壓決定，筒單來說，較小的N型功率晶體管 25柵極電壓會在N型晶體管115的漏極與源極端產(chǎn)生較大電阻值，反之亦 然。另外， 一固定電阻120—端耦合至N型功率晶體管25的柵極，另一端 則與N型晶體管115的源極與N型晶體管110的漏極相耦合，實際上，電 阻120在IC制程中通常為多晶硅(polysilicon)電阻。
N型晶體管115電氣特性可^L為一可變電阻，而電阻120則具有一固定 電阻值，此二者提供兩不同的導電路徑將N型功率晶體管25的柵極與N型 晶體管110的漏極作充電或放電，請參考圖4，圖4是一電阻與一操作在線 性區(qū)金屬氧化物半導體晶體管的電阻值曲線圖，第一路徑表示圖3中的電阻 120,而第二路徑表示圖3中的N型晶體管115，如圖4所示，當N型功率 晶體管25的柵極電壓VG下降時第二路徑電阻值會增加，若柵極電壓Vg降 至接近N型晶體管115的臨界電壓值(threshold voltage) VTH, N型晶體管 115的電阻值會趨近無限大，而第一路徑的電阻值則一直保持常數(shù)，當柵極 電壓Vc等于一參考電壓Vref時此二曲線會相交，也就是說，當柵極電壓 Vc大于參考電壓VREF時，第一路徑電阻值會大于第二路徑電阻值，而當柵 極電壓VG小于參考電壓VreF時，第 一路徑電阻值會小于第二路徑電阻值， 電阻120與N型晶體管115提供兩導電路徑使得電流能從N型功率晶體管 25的柵極流至N型晶體管110的漏極。
電流具有向低電阻路徑流動的物理特性，因此當柵極電壓Vg大于參考 電壓VREF時，會有較大部分的電流流經(jīng)N型晶體管115，當柵極電壓Vc小于參考電壓vref時，會有較大部分的電流流經(jīng)電阻120,請參考圖5，圖5 是對應于本發(fā)明圖3中N型功率晶體管的柵極電壓曲線圖，因為圖3電路提 供了兩不同導電路徑，圖5中柵極電壓Vc曲線圖的T,部份被分為Ta與Tb 兩部份。 一開始柵極電壓V(j位于高電壓電平，當控制信號從低電平變至高
電平時，VG開始下降但是仍然大于參考電壓Vref,儲存在N型功率晶體管
25柵極的電荷大部分經(jīng)由具有低電阻值的導電路徑(亦即N型晶體管115) 流往N型晶體管110并且至地，這段時間區(qū)間TA的柵極電壓曲線如圖5所
示。接下來柵極電壓vg繼續(xù)下降到小于參考電壓vref但在接近臨界電壓
VTH的地方停止，在TB這段時間區(qū)間中大部分殘留在N型功率晶體管25柵 極的電荷會經(jīng)由電阻120而不是N型晶體管115流至N型晶體管110。因為 T,可以通過TA與TB進行調(diào)整，圖5中的T,時間長度大于圖2A中的T,但 是小于圖2B中的T,，另一方面，丁2則幾乎維持不變，因此，轉(zhuǎn)換時間可以 被控制以在電磁干擾問題與輸出信號失真此二者間找到平衡。
請參考圖6，圖6是本發(fā)明柵極驅(qū)動電路另一實施例，P型功率晶體管 15和圖1中相同，柵極驅(qū)動電路30包含有一晶體管對(亦即圖中P型晶體 管205與N型晶體管210)、 一P型晶體管215以及一電阻220, P型晶體管 205的柵極與N型晶體管210的柵極耦合并且由一控制信號控制，與反相器 相似，P型晶體管205與N型晶體管210不能同時導通或不導通，亦即其中 之一導通時另一即不導通，P型晶體管215的柵極與漏極相連接并耦合至N 型晶體管210與P型功率晶體管15的斥冊極，而P型晶體管215的源極則耦 合至P型晶體管205的漏極。此組態(tài)將P型晶體管215偏壓在線性區(qū)，因此 P型晶體管215可以視為一可變電阻，其電阻值由P型功率晶體管15的柵 極電壓決定，簡單來說，較小的P型功率晶體管15柵極電壓會在P型晶體 管215的漏極與源極端產(chǎn)生較小電阻值，反之亦然。另外， 一固定電阻220 一端耦合至P型功率晶體管15的柵極，另一端則與P型晶體管215的源極 與P型晶體管205的漏極相耦合，實際上，電阻220在IC制程中通常為多 晶硅電阻。
P型晶體管215電氣特性可視為一可變電阻而電阻220則具有一固定電 阻值，此二者提供兩不同的導電路徑將P型功率晶體管15的柵極與P型晶 體管205的漏極作充電或放電，請參考圖7,圖7是一電阻與一操作在線性 區(qū)P型金屬氧化物半導體晶體管的電阻值曲線圖，第一路徑表示圖6中的電阻220而第二路徑表示圖6中的P型晶體管215，如圖7所示，當P型功率 晶體管15的柵極電壓V(j下降時第二路徑電阻值會下降，若柵極電壓Vc降 至接近P型晶體管215的臨界電壓值VTH, P型晶體管215的電阻值會趨近 無限大，而第一路徑的電阻值則一直保持常數(shù)，當柵極電壓Vc等于一參考 電壓VREF時此二曲線會相交，也就是說，當柵極電壓Vc小于參考電壓VREF 時，第一路徑電阻值會大于第二路徑電阻值，而當柵極電壓Vc大于參考電 壓VREF時，第一路徑電阻值會小于第二路徑電阻值，電阻220與P型晶體 管215提供兩導電路徑使得電流能從P型功率晶體管15的柵極流至P型晶 體管205的漏極。
電流具有向低電阻路徑流動的物理特性，因此當柵極電壓Vg小于參考 電壓VREF時，會有較大部分的電流流經(jīng)P型晶體管215,當柵極電壓VG大 于參考電壓VREF時，會有較大部分的電流流經(jīng)電阻220，請參考圖8,圖8 是對應于本發(fā)明圖6中P型功率晶體管的柵極電壓曲線圖，與圖5情形相似， P型功率晶體管15的柵極電壓V(3在時間區(qū)間T,中并不是一條直線，因為 圖6電路提供了兩不同導電路徑，圖8中柵極電壓Vc曲線圖的T,部份被分 為兩部份。 一開始柵極電壓Vc位于低電壓電平，當控制信號從高電平變至
低電平時，VG開始增加但是仍然小于參考電壓Vref,儲存在P型功率晶體
流往P型晶體管205并且至電源，接下來柵極電壓VG繼續(xù)增加到大于參考 電壓VREF但在接近臨界電壓Vth的地方停止，大部分殘留在P型功率晶體 管15柵極的電荷會經(jīng)由電阻220而不是P型晶體管215流至P型晶體管205。 因為T!可以通過TA與TB進行調(diào)整，而T2則幾乎維持不變，因此，轉(zhuǎn)換時 間可以被控制以在電磁干擾問題與輸出信號失真此二者間找到平衡。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng) 域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的更動與潤飾， 因此本發(fā)明的保護范圍當視所附的權(quán)利要求書所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種用來切換功率晶體管的柵極驅(qū)動電路，其包含有一晶體管對，用來控制該功率晶體管導通或不導通；一第一導電路徑，電連接于該功率晶體管柵極以及該晶體管對，具有一固定電阻值；以及一第二導電路徑，電連接于該功率晶體管柵極以及該晶體管對，具有一對應于功率晶體管柵極電壓而改變的可變電阻值。
2. 如權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動電路，其中該第一導電路徑為一電阻性元件。
3. 如權(quán)利要求2所述的柵極驅(qū)動電路，其中該電阻性元件為一多晶硅電阻。
4. 如權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動電路，其中該晶體管對包含有一P型晶體 管與一N型晶體管。
5. 如權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動電路，其中該第二導電路徑為一柵極與漏 極相連接的晶體管。
6. 如權(quán)利要求5所述的柵極驅(qū)動電路，其中該功率晶體管為一N型功率晶 體管；該晶體管對包含有一P型晶體管與一N型晶體管；該第一導電路徑為一 電阻；以及該第二導電路徑為一N型晶體管。
7. 如權(quán)利要求6所述的柵極驅(qū)動電路，其中該電阻一端耦合至該功率晶體 管的柵極、該第二導電路徑中該N型晶體管的柵極與漏極以及該晶體管對中 該P型晶體管的漏極；該電阻另 一端耦合至該第二導電路徑中該N型晶體管的 源極以及該晶體管對中該N型晶體管的漏極；該晶體管對中該P型晶體管與該 N型晶體管的柵極相耦合以接收一控制信號。
8. 如權(quán)利要求5所述的柵極驅(qū)動電路，其中該功率晶體管為一P型功率晶 體管；該晶體管對包含有一P型晶體管與一N型晶體管；該第一導電路徑為一 電阻；以及該第二導電路徑為一P型晶體管。
9. 如權(quán)利要求8所述的柵極驅(qū)動電路，其中該電阻一端耦合至該功率晶 體管的柵極、該第二導電路徑中該P型晶體管的柵極與漏極以及該晶體管對 中該N型晶體管的漏極；該電阻另 一端耦合至該第二導電路徑中該P型晶體管 的源極以及該晶體管對中該P型晶體管的漏極；該晶體管對中該P型晶體管與該N型晶體管的柵極相耦合以接收一控制信號。
10.如權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動電路，其中根據(jù)該功率晶體管柵極電 壓與一參考電壓的比較結(jié)果決定該第二導電路徑的電阻值是否低于該第一導電路徑的電阻值。
全文摘要
一種用來切換功率晶體管的柵極驅(qū)動電路，包含有一晶體管對、一第一導電路徑以及一第二導電路徑，晶體管對電連接于功率晶體管的柵極，以控制功率晶體管的導通與否，第一導電路徑電連接于功率晶體管的柵極以及晶體管對，并且具有一固定電阻值，第二導電路徑電連接于功率晶體管的柵極以及晶體管對，并且具有一對應于功率晶體管柵極電壓而改變的可變電阻值。
文檔編號H03F3/20GK101552598SQ200810090569
公開日2009年10月7日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者陳錦揚 申請人:晶豪科技股份有限公司