同步控制電路的製作方法
2023-09-19 00:29:00 3
專利名稱：同步控制電路的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種同步控制電路，尤指一種用以驅動圖騰柱電路的同步控制電路。
背景技術：
請參考圖1，為已知的一降壓直流轉直流轉換電路的電路示意圖，用以將一輸入電壓Vin轉成穩定的一輸出電壓Vout。降壓直流轉直流轉換電路包含一控制器Con、一 P型金屬氧化物半導體場效電晶體SW1、一 N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2、一電感L、一電容C以及一電壓檢測電路VD。電壓檢測電路VD檢測輸出電壓Vout以產生一電壓反饋信號VFB。控制器Con根據電壓反饋信號VFB以產生一控制信號Sco以同時控制P型金屬氧化物半導體場效電晶體SW1、N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的導通與關閉，使輸出電壓Vout穩定於一預定電壓值。而為使控制信號Sco能確實讓P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl及N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2導通與關閉，控制器Con必須耦接輸入電壓Vin。請參考圖2，為圖1所示的降壓直流轉直流轉換電路中控制信號Sc。的波形圖。由圖可知，控制信號Sco的準位於0伏特與輸入電壓Vin之間切換。當控制信號Sco為0伏特時，N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2為關閉而P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl為導通，電力由輸入電壓Vin輸入，經P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl而儲存於電感L及電容C。當控制信號Sc。為輸入電壓Vin時，N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2為導通而P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl為關閉，儲存於電感L及電容C的電力經N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的迴路而釋放，以維持輸出電壓Vout的準位。然而,控制器Con的耐壓能力必須高於輸入電壓Vin,因此輸入電壓Vin越高,控制器Con的製程成本就會上升。若配合應用於不同的輸入電壓Vin而提供不同耐壓能力的控制器Con，則也會造成生產廠商的庫存上升，不利於成本的控制。
發明內容
鑑於現有技術中的控制器Con需配合實際應用而提升耐壓能力時，會造成製程成本的增加，亦或配合實際應用提供多種耐壓能力的控制器時，也不利營運時的庫存成本控制。本發明提供一種同步控制電路，以進行控制信號的轉換而控制P型金屬氧化物半導體場效電晶體及N型金屬氧化物半導體場效電晶體，使控制器得以低壓製程來製作而降低製程成本。而且經同步控制電路進行信號轉換後，也可以使P型金屬氧化物半導體場效電晶體及N型金屬氧化物半導體場效電晶體由關閉狀態轉成導通狀態的時間拉長，而抑制輸出電壓的電壓突波的幅度，以避免過大電壓突波可能的電路組件損毀的問題。為達上述目的，本發明提供一種同步控制電路，用以根據一控制器的一控制信號控制一圖騰柱電路。圖騰柱電路包含串聯的一 P型金屬氧化物半導體場效電晶體及一 N型金屬氧化物半導體場效電晶體。P型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第一端耦接一輸入電壓，P型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第二端耦接N型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第一端以及N型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第二端耦接地。同步控制電路包含一高端驅動電路及一低端驅動電路。高端驅動電路耦接輸入電壓及P型金屬氧化物半導體場效電晶體的一控制端，並根據控制信號產生一第一切換信號以控制P型金屬氧化物半導體場效電晶體的狀態為一導通狀態及一關閉狀態。高端驅動電路包含一電晶體開關，電晶體開關的一第一端耦接P型金屬氧化物半導體場效電晶體的控制端，電晶體開關的一第二端用以耦接控制器以接收控制信號，而電晶體開關的一控制端耦接控制器的一工作電壓。低端驅動電路耦接N型金屬氧化物半導體場效電晶體的一控制端，並根據控制信號產生一第二切換信號以控制N型金屬氧化物半導體場效電晶體的狀態為一導通狀態及一關閉狀態。其中，P型金屬氧化物半導體場效電晶體的導通狀態的一時序與N型金屬氧化物半導體場效電晶體的導通狀態的一時序彼此交錯不重疊。本發明也提供一種同步控制電路，用以根據一控制器的一控制信號控制一圖騰柱電路。圖騰柱電路包含串聯的一 P型金屬氧化物半導體場效電晶體及一 N型金屬氧化物半導體場效電晶體。P型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第一端耦接一輸入電壓，P型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第二端耦接N型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第一端以及N型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第二端耦接地。同步控制電路包含一高端驅動電路一低端驅動電路。高端驅動電路耦接輸入電壓及P型金屬氧化物半導體場效電晶體的一控制端，並根據控制信號產生一第一切換信號以控制P型金屬氧化物半導體場效電晶體的狀態為一導通狀態及一關閉狀態。高端驅動電路包含一電容，而電容的一端稱接P型金屬氧化物半導體場效電晶體的控制端，另一端用以耦接控制器以接收控制信號。低端驅動電路耦接N型金屬氧化物半導體場效電晶體的一控制端，並根據控制信號產生一第二切換信號以控制N型金屬氧化物半導體場效電晶體的狀態為一導通狀態及一關閉狀態。其中，P型金屬氧化物半導體場效電晶體的導通狀態的一時序與N型金屬氧化物半導體場效電晶體的導通狀態的一時序彼此交錯不重疊。以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其它目的與優點，將在後續的說明與附圖加以闡述。
圖1為已知的一降壓直流轉直流轉換電路的電路示意圖；圖2為圖1所示的降壓直流轉直流轉換電路中控制信號的波形圖；圖3為應用根據本發明的一第一較佳實施例的同步控制電路的一轉換電路的電路不意圖；圖4為圖3所示的電路的信號波形圖；圖5為根據本發明的一第二較佳實施例的同步控制電路的電路示意圖。主要組件符號說明現有技術:輸入電壓Vin輸出電壓Vout控制器Con
P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWlN型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2電感L電容 C電壓檢測電路VD電壓反饋信號VFB控制信號Sco本發明:輸入電壓Vin輸出電壓Vout控制器Con電感 L電容C電壓檢測電路VD高端驅動電路110、210低端驅動電路120、220P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWlN型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2工作電壓Vcc電壓反饋信號VFB控制信號Sco第一切換信號SI第二切換信號S2電容Cl二極體 D1、D2、D3電阻R1、R2、R3、R4、R5電晶體開關Ml
具體實施例方式請參考圖3，為應用根據本發明的一第一較佳實施例的同步控制電路的一轉換電路的電路不意圖，本實施例是以將一輸入電壓Vin轉成成穩定的一輸出電壓Vout的降壓直流轉直流轉換電路為例。降壓直流轉直流轉換電路包含一控制器Con、一圖騰柱電路、一電感L、一電容C、一電壓檢測電路VD以及一同步控制電路。同步控制電路包含一高端驅動電路110以及一低端驅動電路120，而圖騰柱電路包含一 P型金屬氧化物半導體場效電晶體Sffl以及一 N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2。同步控制電路控制圖騰柱電路中的P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl及N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2，使P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的導通狀態的時序與N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的導通狀態的一時序彼此交錯不重疊。控制器Con耦接一工作電壓Vcc，以接收工作所需的電力，其中工作電壓Vcc低於或等於輸入電壓Vin。如此,不論輸入電壓Vin的高低,控制器Con的耐壓僅需略高於工作電壓Vcc即可，故可以為低壓製程來製作。P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl及N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2串聯，P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的一第一端(源極)耦接輸入電壓Vin、P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的一第二端(漏極)耦接N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的一第一端(漏極)以及N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的一第二端(源極)耦接地。電壓檢測電路VD檢測輸出電壓Vout以產生一電壓反饋信號VFB。控制器Con根據電壓反饋信號VFB以產生一控制信號Sco。高端驅動電路110耦接輸入電壓Vin及P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的一控制端(柵極)，並根據控制信號Sco產生一第一切換信號SI以控制P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的狀態為一導通狀態及一關閉狀態。高端驅動電路110包含一電容Cl、一二極體Dl以及一電阻Rl。電容Cl的一端耦接P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的控制端，另一端用以耦接控制器Con以接收控制信號Sco。電阻Rl耦接輸入電壓Vin及P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的控制端。二極體Dl也耦接於輸入電壓Vin與P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的控制端之間，其中正端耦接P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的控制端而負端耦接輸入電壓Vin。二極體Dl的耐壓能力須能承受輸入電壓Vin,以避免輸入電壓Vin可能直接通過高端驅動電路110而施加於控制器Con，而造成控制器Con的損毀。而由於二極體Dl的單價相較於控制器Con低很多，故相較於控制器Con使用高壓製程的成本而言，相當低廉。當控制信號Sco由高準位(Vcc)轉為低準位(OV)時，電阻Rl會流經一電流以對P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的寄生電容(未繪出)充電。請同時參見圖4，為圖3所示的電路的信號波形圖。第一切換信號S I因電阻Rl的充電而準位開始下降，因RC電路(電阻Rl及P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的寄生電容)的延遲作用，第一切換信號SI將延遲一時間後穩定於一第一準位。當控制信號Sc。由低準位轉為高準位時，P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的寄生電容所儲存的電荷會同時通過二極體Dl及電阻Rl放電。由於當二極體Dl導通時，等效阻值幾乎為零，故第一切換信號SI幾乎控制信號Sc。同時提高而穩定於一第二準位。電容Cl可以於控制信號Sc。的高準位與低準位之間切換時，建立一跨壓而將控制信號Sco的準位轉換成上述第一切換信號SI的第一準位及第二準位。在本實施例,第一準位為Vin-Vcc而第二準位為Vin。由於P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl由導通狀態轉為關閉狀態的一轉換時間(即第一切換信號SI由第一準位變換到第二準位的時間)短於由關閉狀態轉為導通狀態的一轉換時間(即第一切換信號SI由第二準位變換到第一準位的時間)。故P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl並非可被立即完全導通，故可避免P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl切換所造成的瞬時高能量輸出到轉換電路的輸出端而影響輸出電壓Vout。也就是說，本發明的同步控制電路可以降低P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl切換所造成的輸出電壓Vout的突波。低端驅動電路120的一端耦接N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的一控制端(柵極)，另一端耦接控制器Con以接收控制信號Sc。，根據控制信號Sc。產生一第二切換信號S2以控制N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的狀態為一導通狀態及一關閉狀態。低端驅動電路120包含一二極體D2以及一電阻R2。電阻R2的一端與二極體D2的正端耦接N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的控制端。電阻R2的另一端耦接二極體D2的負端，以接收控制信號Sco。當控制信號Sco由高準位(Vcc)轉為低準位(OV)時,N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的寄生電容(未繪出)所儲存的電荷會同時通過二極體D2及電阻R2放電。請同時參見圖4，由於當二極體D2導通時，等效阻值幾乎為零，故第二切換信號S2幾乎控制信號Sco同時降至0V。當控制信號Sco由低準位轉為高準位時，電阻R2會流經一電流以對N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的寄生電容充電，第二切換信號S2因電阻R2的放電而準位開始上升。因RC電路(電阻R2及N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的寄生電容)的延遲作用，第二切換信號S2將延遲一時間後穩定於Vcc。同樣地，由於N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2由導通狀態轉為關閉狀態的一轉換時間(即第二切換信號S2由Vcc變換到OV的時間)短於由關閉狀態轉為導通狀態的一轉換時間(即第二切換信號S2由OV變換到Vcc的時間)。故N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2並非可被立即完全導通，故可避免N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2切換所造成的瞬時高能量輸出到轉換電路的輸出端而影響輸出電壓Vout。也就是說，本發明的同步控制電路可以降低N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2切換所造成的輸出電壓Vout的突波。接著，請參考圖5，為根據本發明的一第二較佳實施例的同步控制電路的電路示意圖。本實施例的同步控制電路包含一高端驅動電路210以及一低端驅動電路220，以根據一控制器(未繪出)所產生的一控制信號Sco同步控制一圖騰柱電路中的P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl及N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2，使P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的導通狀態的時序與N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的導通狀態的一時序彼此交錯不重疊。高端驅動電路210耦接輸入電壓Vin及P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的一控制端(柵極)，並根據控制信號Sc。產生一第一切換信號SI以控制P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的狀態為一導通狀態及一關閉狀態。高端驅動電路110包含一電晶體開關Ml以及電阻R3、R4。電晶體開關Ml的一第一端(漏極)耦接P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的一控制端(柵極)，電晶體開關Ml的一第二端(源極)用以耦接控制器以接收控制信號Sco，而電晶體開關Ml的一控制端(柵極)耦接一工作電壓Vcc，其中工作電壓Vcc為提供控制器操作所需電力的一電壓。電阻R3耦接輸入電壓Vin及P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的控制端(柵極)。電阻R4 —端耦接P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的控制端(柵極)，另一端耦接電晶體開關Ml的第一端(漏極)。電晶體開關Ml的耐壓能力須能承受輸入電壓Vin，以避免輸入電壓Vin可能直接通過高端驅動電路210而施加於控制器，而造成控制器的損毀。當控制信號Sc。由高準位(Vcc)轉為低準位(OV)時，電晶體開關Ml會被導通，此時電阻R3及電阻R4等同一分壓電路，以對P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的寄生電容(未繪出)充電。第一切換信號SI因電阻R3、R4的充電而準位開始下降，因RC電路(電阻R3、R4及P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的寄生電容)的延遲作用，第一切換信號SI將延遲一時間後穩定於一第一準位。當控制信號Sc。由低準位轉為高準位時，P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl的寄生電容所儲存的電荷會同時通過電阻R3、R4放電。當然，本實施例也可以如同圖3所示實施例般，增加一二極體，其正端耦接電晶體開關Ml及電阻R4的連接點，而負端耦接輸入電壓Vin。如此，可使上述寄生電容所儲存電荷的放電速率加快，而達到降低P型金屬氧化物半導體場效電晶體SWl切換所造成的輸出電壓Vout的突波的優點。低端驅動電路220的一端耦接N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的一控制端(柵極)，另一端耦接控制器Con以接收控制信號Sc。，根據控制信號Sc。產生一第二切換信號S2以控制N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的狀態為一導通狀態及一關閉狀態。低端驅動電路220包含一二極體D3以及一電阻R5。電阻R5的一端與二極體D3的正端耦接N型金屬氧化物半導體場效電晶體SW2的控制端。電阻R5的另一端耦接二極體D3的負端，以接收控制信號Sco。低端驅動電路220的操作與圖3所示的低端驅動電路120相同，在此不再重複說明。綜上說明，本發明的同步控制電路可進行控制信號的轉換及控制P型金屬氧化物半導體場效電晶體及N型金屬氧化物半導體場效電晶體，使控制器得以低壓製程來製作而降低製程成本。而且經同步控制電路進行信號轉換後，也可以使P型金屬氧化物半導體場效電晶體及N型金屬氧化物半導體場效電晶體由關閉狀態轉成導通狀態的時間拉長，而抑制輸出電壓的電壓突波的幅度，以避免過大電壓突波可能的電路組件損毀的問題。如上所述，本發明完全符合專利三要件:新穎性、創造性和產業上的實用性。本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟悉本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明的範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效的變化與置換，均應設為涵蓋於本發明的範疇內。因此，本發明的保護範圍當以所附的權利要求書所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種同步控制電路，其特徵在於，用以根據一控制器的一控制信號控制一圖騰柱電路，而該圖騰柱電路包含串聯的一 P型金屬氧化物半導體場效電晶體及一 N型金屬氧化物半導體場效電晶體，其中該P型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第一端耦接一輸入電壓、該P型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第二端耦接該N型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第一端以及該N型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第二端耦接地，該同步控制電路包含: 一高端驅動電路，耦接該輸入電壓及該P型金屬氧化物半導體場效電晶體的一控制端，並根據該控制信號產生一第一切換信號以控制該P型金屬氧化物半導體場效電晶體的狀態為一導通狀態及一關閉狀態，該高端驅動電路包含一電容，該電容的一端稱接該P型金屬氧化物半導體場效電晶體的該控制端，另一端用以耦接該控制器以接收該控制信號；以及 一低端驅動電路，耦接該N型金屬氧化物半導體場效電晶體的一控制端，並根據該控制信號產生一第二切換信號以控制該N型金屬氧化物半導體場效電晶體的狀態為一導通狀態及一關閉狀態； 其中，該P型金屬氧化物半導體場效電晶體的該導通狀態的一時序與該N型金屬氧化物半導體場效電晶體的該導通狀態的一時序彼此交錯不重疊。
2.根據權利要求1所述的同步控制電路，其特徵在於，該高端驅動電路包含一電阻及一二極體，該電阻及該二極體均耦接於該輸入電壓與該P型金屬氧化物半導體場效電晶體的該控制端之間，使該P型金屬氧化物半導體場效電晶體由該導通狀態轉為該關閉狀態的一轉換時間短於由該關閉狀態轉為該導通狀態的一轉換時間。
3.根據權利要求1所述的同步控制電路，其特徵在於，該低端驅動電路包含一電阻及一二極體，該電阻及該二極體均耦接於該N型金屬氧化物半導體場效電晶體的該控制端與該控制器之間，使 該N型金屬氧化物半導體場效電晶體由該導通狀態轉為該關閉狀態的一轉換時間短於由該關閉狀態轉為該導通狀態的一轉換時間。
4.一種同步控制電路，其特徵在於，用以根據一控制器的一控制信號控制一圖騰柱電路，而該圖騰柱電路包含串聯的一 P型金屬氧化物半導體場效電晶體及一 N型金屬氧化物半導體場效電晶體，其中該P型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第一端耦接一輸入電壓、該P型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第二端耦接該N型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第一端以及該N型金屬氧化物半導體場效電晶體的一第二端耦接地，該同步控制電路包含: 一高端驅動電路，耦接該輸入電壓及該P型金屬氧化物半導體場效電晶體的一控制端，並根據該控制信號產生一第一切換信號以控制該P型金屬氧化物半導體場效電晶體的狀態為一導通狀態及一關閉狀態，該聞端驅動電路包含一電晶體開關，該電晶體開關的一第一端耦接該P型金屬氧化物半導體場效電晶體的該控制端，該電晶體開關的一第二端用以耦接該控制器以接收該控制信號，而該電晶體開關的一控制端耦接該控制器的一工作電壓；以及 一低端驅動電路，耦接該N型金屬氧化物半導體場效電晶體的一控制端，並根據該控制信號產生一第二切換信號以控制該N型金屬氧化物半導體場效電晶體的狀態為一導通狀態及一關閉狀態；其中，該P型金屬氧化物半導體場效電晶體的該導通狀態的一時序與該N型金屬氧化物半導體場效電晶體的該導通狀態的一時序彼此交錯不重疊。
5.根據權利要求4所述的同步控制電路，其特徵在於，該高端驅動電路包含一電阻及一二極體，該電阻及該二極體均耦接於該輸入電壓與該P型金屬氧化物半導體場效電晶體的該控制端之間，使該P型金屬氧化物半導體場效電晶體由該導通狀態轉為該關閉狀態的一轉換時間短於由該關閉狀態轉為該導通狀態的一轉換時間。
6.根據權利要求4所述的同步控制電路，其特徵在於，該低端驅動電路包含一電阻及一二極體，該電阻及該二極體均耦接於該N型金屬氧化物半導體場效電晶體的該控制端與該控制器之間，使該N型金屬氧化物半導體場效電晶體由該導通狀態轉為該關閉狀態的一轉換時間短於由該關 閉狀態轉為該導通狀態的一轉換時間。
全文摘要
本發明提供一種同步控制電路，以進行控制信號的轉換而控制P型金屬氧化物半導體場效電晶體及N型金屬氧化物半導體場效電晶體，使控制器得以低壓製程來製作而降低製程成本。而且經同步控制電路進行信號轉換後，也可以使P型金屬氧化物半導體場效電晶體及N型金屬氧化物半導體場效電晶體由關閉狀態轉成導通狀態的時間拉長，而抑制輸出電壓的電壓突波的幅度，以避免過大電壓突波可能的電路組件損毀的問題。
文檔編號H02M1/088GK103095109SQ20111035125
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月4日 優先權日2011年11月4日
發明者王政雄 申請人:登豐微電子股份有限公司