[發明專利]用于被配置為驅動高側開關晶體管的驅動電路的浮動電源

在審

• 申請號: 202011001374.7
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112542937A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: S·R·赫格德;Y·格唐
• 申請（專利權）人: 意法半導體亞太私人有限公司
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08;H02M1/088;H02M7/219
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 董莘

本公開的各個實施例描述了用于被配置為驅動高側開關晶體管的驅動電路的浮動電源。整流電路的高側開關晶體管由高側驅動電路驅動以向輸出節點供應電流。高側驅動電路在電容式自舉節點與輸出節點之間被供電。啟動充電電路通過向自舉節點供應電流來對自舉電容器充電。啟動充電電路包括：第一電流路徑，當整流電路在開關模式下操作時，第一電流路徑選擇性地將第一充電電流供應到自舉節點；以及第二電流路徑，當整流電路在復位模式下操作時，第二電流路徑選擇性地將第二充電電流供應到自舉節點。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2019年9月23日提交的美國臨時專利申請號62/904，038的優先權，該申請的公開內容通過引用合并于此。

技術領域

本發明總體上涉及電源電路，并且特別地涉及用于晶體管驅動電路中的自舉電源。

背景技術

整流器、逆變器和降壓/升壓/降壓-升壓轉換器是AC-DC和DC-AC轉換中廣泛使用的電路。這樣的電路通常具有基于一些控制信號導通和關斷的低側晶體管開關和高側晶體管開關。低側開關通常用n溝道金屬氧化物半導體(NMOS)場效應晶體管(FET)實現，并且這些開關容易控制，因為它們通常以系統接地為參考。出于節省面積的原因，高側開關也通常用NMOS FET實現。然而，NMOS高側開關不以接地為參考，并且因此控制起來更復雜。通常地，使用自舉技術來驅動高側開關，由此當低側晶體管導通時，自舉電容器(CBOOT)被再充電，并且當輸出非常高時，存儲在電容器中的能量被用于控制高側NMOS晶體管開關的柵極至源極電壓(Vgs)。為了向高側晶體管開關的驅動器提供穩定的電源，需要穩健且準確地充電的自舉電容器。

現在參見圖1，圖1示出了用于對自舉電容器CBOOT進行充電的現有技術電路10的示意圖。二極管連接的雙極晶體管Q1和齊納二極管Z1(以串聯連接)響應于偏置電流IBIAS以在節點Vgate1處創建參考電壓，并且當節點AC1處的電壓為零時，自舉電容器CBOOT通過晶體管M1和晶體管M2響應于節點Vgate2處的控制信號被充電至齊納電壓。當節點AC1處的電壓隨后上升時，電壓VBOOT被自舉至更高的值。

圖1的電路的主要挑戰是所生成的升壓電源電壓VBOOT1-VAC1的跨工藝角的變化、溫度以及在輸入整流電壓VRECT中的變化。由從齊納二極管Z1生成的參考電壓Vgate1也取決于偏置電流IBAIS。當VREC小于6V時，升壓電源電壓VBOOT1-VAC1將總是低于整流電壓VRECT。因此，清楚的是，電路10需要更高的整流電壓VRECT以啟動充電。升壓電源電壓VBOOT1-VAC1還取決于生成輸入整流電壓VRECT的整流器的模式，因為晶體管Q1的發射極總是處于零伏(接地)，但是電壓VAC1可以是-0.7V或0V，這取決于整流器是在二極管模式還是在同步模式下操作。因為升壓電源電壓VBOOT1-VAC1是用于高側開關驅動電路的電源，所以該電壓將不同于用于低側開關驅動電路的電源，并且因此將存在用于高側晶體管開關和低側晶體管開關的非對稱導通電阻(Rds_on)。

圖2A至圖2C示出了包括半橋電路22和具有自舉的驅動電路24的現有技術電路20。圖2A示出了電路20在更新模式下的操作，圖2B示出了電路20在自舉模式下的操作，并且圖2C示出了電路20在驅動模式下的操作。當技術節點移高并且驅動電壓移低時，此電路解決方案顯示出一些局限性。一個挑戰是確保二極管閾值補償。當外部電容器被用作自舉電容器CBoot時，這一點尤其值得關注。在這種情況下，將存在產生升壓電壓VBOOT的芯片引腳。利用用于經調節的輸入電壓VREG的引腳和用于升壓電壓VBOOT的引腳，需要適當的靜電放電(ESD)保護，并且因此必須控制二極管的尺寸以應對ESD。如果自舉電容器CBoot被過充，則在一些情況下，這可以導致高側晶體管的驅動電壓超過該過程的安全操作區域(SOA)(即，當高級節點的最大允許Vgs低至2.5V時)。

因此，在本領域有解決現有技術電路的缺陷的需要。特別地，有確保自舉電容器的充電電壓在電路操作的全范圍上得到良好控制的需要。

發明內容