TW202427936A

TW202427936A - 自舉式電容電荷共享電路

Info

Publication number: TW202427936A
Application number: TW111149457A
Authority: TW
Inventors: 陳志典; 王品穎; 張育誠; 陳景然; 張國仁; 林家慶
Original assignee: 國家中山科學研究院
Priority date: 2022-12-22
Filing date: 2022-12-22
Publication date: 2024-07-01

Abstract

一種自舉式電容電荷共享電路，其中包括：一訊號端，係用來輸入複數電訊號；一驅動電路，該驅動電路係電性連接一第一開關與一功率開關；一電容電荷共享電路，該電容電荷共享電路性連接該驅動電路、一稽納二極體與一第二開關；以及一自舉式電容，該自舉式電容係電性連接該驅動電路、電容電荷共享電路與該功率開關。

Description

自舉式電容電荷共享電路

本發明係關於一種共享電路，特別是關於一種自舉式電容電荷共享電路。

自舉式電路(Bootstrap Circuit)是電源轉換器的重要功能方塊，在輸出開關上側電晶體使用N型MOSFET時所必要之電路，應用於各式電源積體電路，目的為提供一個自舉式電壓，開啟上橋的功率元件有足夠的驅動電壓(V_gs)，由於漏極電壓通常為V_IN(輸入電壓)，在電路內會變成最高的電壓，因此在控制電路上只能準備比其還高之電壓，而製造該電壓的即是自舉式電路。

傳統自舉式電路係可透過兩個反向訊號分別驅動上橋功率電晶體以及下橋功率電晶體，然而使用該方法，要維持節點電壓，進而不產生掉壓現象，需要有足夠大的電容容量，若將靴帶式電容放置於電路板上，需考慮電路版上的寄生效應，所造成的上橋驅動電壓不穩定，若放在積體電路內會嚴重消耗晶片面積，將會使下線成本大幅提高。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明提出一種自舉式電容電荷共享電路，透過驅動該驅動電路，降低電容調壓，提高電源轉換器效率，並且縮小靴帶式電容的容值，使靴帶式電容更有利於整合進晶片內部，節省晶片下線面積與成。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之一種自舉式電容電荷共享電路，其中包括：一訊號端，係用來輸入複數電訊號；一驅動電路，該驅動電路係電性連接一第一開關與一功率開關；一電容電荷共享電路，該電容電荷共享電路性連接該驅動電路、一稽納二極體與一第二開關；以及一自舉式電容，該自舉式電容係電性連接該驅動電路、電容電荷共享電路與該功率開關。

本發明的該自舉式電容電荷共享電路，其中該驅動電路包括一電壓位準提升器與一死區時間控制器。

本發明的該自舉式電容電荷共享電路，其中該電容電荷共享電路包括：一過充電壓電路，係電性連接該第二開關；一電位提升電路，係電性連接該第二開關；以及一耐壓開關，該耐壓開關係電性連接該過充電壓電路、該電位提升電路、該第二開關、該自舉式電容、該功率開關、一高壓儲能電路與一準位元件，當該訊號端輸入該複數電訊號時，係用於將該自舉式電容與該高壓儲能電路達成電荷共享。

本發明的該自舉式電容電荷共享電路，其中該訊號端為該低訊號時，該高壓儲能電路、電位提升電路與該自舉式電容為充電狀態，其中該電位提升電路係用於提供該耐壓開關中的一第一耐壓開關(SW1)為導通狀態。

本發明的該自舉式電容電荷共享電路，其中該訊號端為該高訊號時，該準位元件的輸出訊號為高準位狀態，該耐壓開關中的一第一耐壓開關(SW1)與一第二耐壓開關(SW2)為導通狀態，此時該自舉式電容的電容電壓與該高壓儲能電路的儲能電壓為相同時進而達成電荷共享。

本發明的該自舉式電容電荷共享電路，其中該功率開關的一上橋驅動電壓(U_g)上升時，該耐壓開關中的一第二耐壓開關(SW2)其電壓縮減，此時該第二耐壓開關的等效電阻上升，該第二耐壓開關會關閉。

本發明的該自舉式電容電荷共享電路，其中該功率開關包括一上橋開關與一下橋開關。

本發明的該自舉式電容電荷共享電路，其中該自舉式電容與該電位提升電路為一充電狀態時，當該功率開關中的一切換點電壓(V_x)為負壓，此時該充電狀態會呈現一過充狀態，因此利用該過充電壓電路、該第一開關與該第二開關進行充電迴路關閉，以避免該自舉式電容與該電位提升電路過度充電。

本發明提出一種自舉式電容電荷共享電路，係驅動該驅動電路，提高電源轉換器效率，並且縮小靴帶式電容的容值，達成降低靴帶式電容掉壓，並維持理想的導通電阻，降低電源轉換器的導通損失，縮減晶片占用面積，降低晶片下線成本，提升電源轉換器的整體效率。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本創作達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本創作的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。

1:訊號端

2:驅動電路

3:電容電荷共享電路

4:自舉式電容

5:第一開關

6:功率開關

7:稽納二極體

8:第二開關

31:過充電壓電路

32:電位提升電路

33:耐壓開關

34:高壓儲能電路

35:準位元件

第一圖係為本發明自舉式電容電荷共享電路之示意圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之優點及功效。

請參閱第一圖所示，本發明自舉式電容電荷共享電路之示意圖，其中自舉式電容電荷共享電路係由訊號端1、驅動電路2、電容電荷共享電路3與自舉式電容4所組成，其中該訊號端1係用來輸入複數電訊號，該驅動電路2係電性連接該訊號端1、第一開關5與功率開關6，該電容電荷共享電路3性連接該驅動電路2、稽納二極體7與第二開關8，以及該自舉式電容4係電性連接該驅動電路2、電容電荷共享電路3與該功率開關6，其中，該驅動電路2包括電壓位準提升器與死區時間控制器，該功率開關6包括上橋開關與下橋開關。

再一較佳實施例中，該電容電荷共享電路3係由過充電壓電路31、電位提升電路32與耐壓開關33所組成，其中該過充電壓電路31係電性連接該第二開關8；該電位提升電路32係電性連接該第二開關8；以及該耐壓開關33係電性連接該過充電壓電路31、該電位提升電路32、該第二開關8、該自舉式電容4、該功率開關6、一高壓儲能電路34與一準位元件35，當該訊號端1輸入該複數電訊號時，係用於將該自舉式電容4與該高壓儲能電路34達成電荷共享。

再另一較佳實施例中，該訊號端1為該低訊號時，該高壓儲能電路34、該電位提升電路32與該自舉式電容4為充電狀態，其中該電位提升電路32係用於提供該耐壓開關33中的一第一耐壓開關(SW1)為導通狀態；該訊號端1為該高訊號時，該準位元件35的輸出訊號為高準位狀態，該耐壓開關33中的一第一耐壓開關(SW1)與一第二耐壓開關(SW2)為導通狀態，此時該自舉式電容4的電容電壓與該高壓儲能電路34的儲能電壓為相同時進而達成電荷共享，其中當電荷共享發生時，其計算方式如下：

Q _total=C _boot．V_dip+C _boot2．V_dip2

charge sharing→V_dip2=V _Cboot2-(V _Cboot-V_dip)

Q _total=C _boot．V_dip+C _boot2．[V _Cboot2-(V _Cboot-V_dip)]

Q_total為總電荷值、C_boot為自舉式電容4值、C_boot2為高壓儲能電路34的電容值、V_dip為自舉式電容4的電壓掉壓值及V_dip1為高壓儲能電路34的電壓掉壓值，

再一較佳實施例中，該功率開關6的一上橋驅動電壓(U_g)上升時，該耐壓開關33中的一第二耐壓開關其電壓縮減，此時該第二耐壓開關的等效電阻上升，該第二耐壓開關會關閉；該自舉式電容4與該電位提升電路32為一充電狀態時，當該功率開關6中的一切換點電壓(V_x)為負壓，此時該充電狀態會呈現一過充狀態，因此利用該過充電壓電路31、該第一開關5與該第二開關8進行充電迴路關閉，以避免該自舉式電容4與該電位提升電路32過度充電。

本發明提出一種自舉式電容電荷共享電路，係用於提高電源轉換器效率，達成降低靴帶式電容掉壓，並維持理想的導通電阻，降低電源轉換器的導通損失，縮減晶片占用面積，降低晶片下線成本，提升電源轉換器的整體效率。

需陳明者，以上所述僅為本案之較佳實施例，並非用以限制本創作，若依本創作之構想所作之改變，在不脫離本創作精神範圍內，例如：對於構型或佈置型態加以變換，對於各種變化，修飾與應用，所產生等效作用，均應包含於本案之權利範圍內，合予陳明。