TWI262315B - Detecting method of switching state for a FET-based switch - Google Patents

Description

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【發明所屬之技術領域】 本發明是有 方法，特別是指 態及其關閉時間 【先前技術】 關於一種場效電晶體開關之開關狀態偵測 一種可確實測知場效電晶體開關的開關狀 的方法。 多閲圖1所示，是習知一種開 —，剛t则电峪A，六土晋包 舌控制态11(係一交換式電源控制器，例如PWM控制器 或PFM—控制器），分別與控制器n連接之一第一邏輯電路 、第迷輯電路13，分別與第一及第二邏輯電路12、 13連接之卜驅動器14及第二驅動器15，以及兩個相串 聯並分別受第一及第 弟一驅動态14、15驅動之第一及第二場 效電晶體開關16、1 7。 首先，根據控制器〗丨的入八 铱 _ 4〇 _ _ 的〒令，弟一邂輯電路1 2控制第 一驅動杰14驅動第一場效雷 勿双包曰曰體開關16導通，此時，由 於第二邏輯電路12偵測丨隹 _ ^ ^ α ^ 、、弟一 ％效黾晶體開關16在導通 狀悲，因此禁止第二驅動哭 助时1 5驅動弟二場效電晶體開關j 7 導通，使第二場效雷晶駟Μ日日 书曰日開關1 7維持在〇FF狀態，直到第 一邏輯電路12控制第一岐心 J弟乾動态14驅動第一場效電晶體開 關16關閉後，第二邏輯雷 罕耳兒路13才控制第二驅動器1 5驅動 第二場效電晶體開關]7邋、a ^ 卜 ^通，此時，第一邏輯電路a則 禁止第一驅動器14驅動箓 勒乐—場效電晶體開關16導通，使 第一場效電晶體開關16雉杜a 、、隹持在關閉狀態，直到第二場效電 晶體開關17再次關閉，葬 卜 卜 错此，控制第一及第二場效電晶體 1262315 開關16 ' 1 7父替導通及關閉’以達到交換式電源控制的目 的0 2所不，由於第_及第二場效電晶體開關 但是，如圖 使侍第一及第二邏輯電路12、13無法準確測得第一及第二 場效電晶體開關1 6、1 7的關閉時間。 Μ、Π是分別由複數並聯之場效電晶體i6i、17〗所組成（ 即源極S相並聯、汲極D相並聯及閘極G相並聯），因此， 即使第-及第二邏輯電路12、13偵測第一及第二場效電晶 體開關16、17的閘極電壓在其導通準位以下，卻不能代表 所有的場效電晶體161、171的閘極電壓皆已在導通準位以 下’而不能確定所有的場效電晶體161、m皆已經關閉， 所以，如圖2所示，在第一邏輯電路12與第二場效電 曰曰版開關17之間’以及在第二邏輯電路13與第第一場效 電晶體開關16之間，更分別設有—第—檢測電路18及一 第二檢測電路19,分別將由第一及第二場效電晶體開關Η 、η測得的閘極電壓與一 t匕導通準位更低的臨卩電壓進行 比較，右測得之閘極電壓低於該臨界電壓，則可以進一步 確保所有場效電晶體161、m的閘極電壓皆已低於導通準 ，’讓第-及第二邏輯電路12、13可較準確地判斷第一及 第二場效電晶體開關16、17的關閉時間。 另外，在第一及第二邏輯電路12、13與第一及第二檢 、丨】甩路1 8、19之間更設有-第-及第二延遲電路21、22， :用以將由第-及第二場效電晶體開關16、17測得的閘極 電壓訊號延遲-段時間，以讓所有場效電晶體161、171的 1262315 閘極電壓皆能降低至導通準位以下，使第一及第二邏輯電 路12 ] 3旎更正確地測得第一及第二場效電晶體開關]6、 1 7的關閉時間。 然而’使用第一及第二檢測電路18、19以及第一及第 一延遲電路21、22，除了會額外佔用電路面積並增加製造 成本外田第一及第二延遲電路2】、22的延遲時間設定不 田以致過紐日守，將使得第一及第二場效電晶體開關16P 同日守導通，造成額外的功率損失，而當延遲時間設定得過 長時，又將使得第-及第二場效電晶體開關16、17處於關 閉狀態下的導通時間過長，使其功率發生導通損失，進而 影響場效電晶體開關16、17的卫作效益。 【發明内容】 μ ’本發明之目的’即在提供-種不需檢測電路i ，遲電路，即可確實測得場效電晶體開關之開關狀態及, 關關閉日”1的場效電晶體開關之開關狀態㈣方法。 」疋纟&明之—場效電日日日體開關之開關狀態福測^ 法’該場效電晶體開關包含 , 關匕3禝數並聯之場效電晶體，該；5 法匕括：（A)以該等場效電晶

中罘一個反應的場效電晶H 勺閘極為驅動端，驅使該等 場Ρ ^ 電晶體關；及⑻以該等 %效電晶體中最後一個反應 /占、 ^ 、每政電晶體的閘極為债測端 ，偵測該隶後一個場效電晶體 β ^ ^ 、閘極電壓’若該閘極電麼

低於一導通準位，則判定 ^ A 態。 效電晶體開關處於一關閉狀 1262315 再者，本發明之另一場效電晶體 女版開關之開關狀態偵測 方法，該場效電晶體開關包含相串接 μ „ ea u 罘—場效電晶體 開關及一弟二場效電晶體開關，且該一 ^ pa 0B y 及弟一場效電晶 月豆開關係由複數複數並聯之場效電 扛· m 包日日月且所構成，該方法包 • (A)以該第一場效電晶體開關之該等場效電晶體中第一 個反應的場效電晶體的閘極為驅動端，驅使該等場效電日曰 體關閉；及（B)以該第-場效電晶體開關之該等場效電晶雕 中最後一個反應的場效電晶體的問 & 版 A t W往钓俏測端，偵測該最 後-個場效電晶體的閉極電壓，若該閘極電壓低於一導通 準位，則判定該第一場效電晶體開關處於—關閉狀態，進 而驅動該第二場效電晶體開關導通。 【實施方式】 、有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合麥考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清 楚的呈現。 / /閱圖3所不，疋本發明場效電晶體開關之開關狀態 偵測方法的-較佳實施例’其應用在一開關控制電路2中 ，該開關控制電路2主要包括一控制器21，分別與控制器 2\連接之一第一邏輯電路22及一第二邏輯電路23，分別 與弟-及第二邏輯電路22、23連接之第一驅動器Μ及第 :驅動器25,以及兩個相串聯並且分別受第一及第二驅動 态24、25驅動之第一及第二場效電晶體開關％、27。 其中，第一及第二場效電晶體開關26、27是分別由複 數並恥的金氧半場效電晶體（m〇sfet)26〇、所構成（以 1262315 下簡稱场效电s曰體)’’亦即第一場效電晶體開關％的該等場 效電晶體260的源極S相並聯，汲極d相並聯且閘極g相 亚聯’第二場效電晶體開關27亦同。 而本實施例之方法為，令第—及第二驅動電路Ml 分別與第一及第二場效電曰 兒日日脰開關26、27之該等並聯的場 效電晶體260、270中第琢 T乐一個反應的（即最靠近第一及第二驅 動電路24、25的）場效雷曰雕％ _ 咏 ^ 又兒曰日月豆261、271的閘極連接，並令 弟一及弟二邏輯電路29 \ 、3为別與第二及第一場效電晶體 幵’ 、26之該等並聯的場效電晶體270、260中最後一 個反應的（即與第一個場 努效免日日肢距離最遠的）場效電晶體 272、262的閘極連接。 此外，本實施例之俏| 、“ 法可以用在積集式（與電路整 e在一起的）場效電晶體或

^離放式％效電晶體（discrete FE 上，且如圖4所示，本眚姑/^ > .a ^ 、例之弟一及第二場效電晶體開 關2 6、2 7疋因應本發明制你 、甘# 6 月衣作的離散式場效電晶體（discrete ，、弟一及弟一場效電晶f Μ κ 曰f 26Η7“_ 27的第一個場效電 曰曰月豆261、271的閘極便是驅動端263、273，ι第一及第— 場效電晶體開關26、27的畀1 八 的取後—個場效電晶體262、272 的閘極另外延伸出來，形成 ^ 偵測端 264、274。 藉此，當第一驅動器24受 丄 ^ 又弟一避軏電路22控制而（經 由驅動端263)驅動第一場效泰曰雕 （、、 田拔 < 斤 ^ .. 包日日月豆開關％關閉（0FF)時， 袁接近弟一驅動器2 4的第一柄 ，鋏徭豆％卄垃 #效電晶體261將最先關閉 、後其後並接的该等場效電 筮- 1鉍千的〇〇上 兒日日月豆將依序關閉，因此，當 弟一璉輯毛路23偵測到第一 巧人屯日日體開關26的最後一 1262315 個％效兒晶體262的閘極電壓已低於一導通準位時，，立 =著取後-個場效電晶豸262亦已經關閉，且由於其係气 等場效電晶體260中最後一個關閉的，因此，可以表示μ 其前面的所有場效電晶體皆己經關閉，所以， 二:在 、2可以準確地測知第一場效電晶體開關26的關閉時間 ’進而通知第二驅動電路25驅動第- 文私晶體開關27 導通（ON)。 相同地，當第二場效電晶體開關27被第二驅動電路25 Z而關閉（0FF)時，第一邏輯電路22藉由_第二場效 電晶體開關27的最後-個場效電晶體272的問極電壓，可 =準確測知第二場效電晶體開關27的所有場效電晶體細 疋否已、”工王。卩關閉以及關閉的時間，以適時通知第一驅動 f 24驅動第一場效電晶體開關％導通_，藉此，控制 弟-及第二場效電晶體開關26、27輪流導通，而達到開關 控制的目的。 而且，由於本實施例藉由偵測第一及第二場效電晶體 開關26、27的最後一個場效電晶體^、奶的間極電壓 ，己經可以準確知道第—及第二場效電晶體開關％、η是 亀 1以及關閉時間，目此，可以不必再使用習知的延遲 電路，並’解決因㈣電路之延料㈣計不#所導致 的功率損耗問題。 此外，如圖5戶斤示，為了進一步確保第一及第二場效 電晶體開關26、27被關閉時，第一及第二 測得之最後—個場效電晶體272、262的閘極=確實低於 10 1262315 &通準位，本貫例更可在第二及第一場效電晶體開關π 、26的最後一個場效電晶體272、262與第一及第二邏輯電 路22、23之間設置一第一及第二檢測電路28、29，其以一 較導通準位更低的臨界電壓與最後一個場效電晶體272、 262的閘極電壓進行比較，若閘極電壓低於臨界電壓，則第 一及第二邏輯電路22、23可進一步確定第二及第一場效電 晶體開關27、26確實已經關閉。 當然，本實施例亦可在圖5之第一邏輯電路22盥第一 檢測電路28之間’以及第二邏輯電路23與第二檢測電路 29之間加入延遲電路（圖未示）而無虞，其可進一步將第一及 第二檢測電路28、29測得的閘極電壓訊號延遲—段時間， 而有助於第-及第二邏輯電路22、23正確地測得第一及第 一％效電晶體開關16、1 7的關閉時間。 此外，本實施例雖然是以金氧半場效電晶體開關為說 明例子，丨亦可實現在諸士。JFET(接面場效電晶體）、 Μ刪T(金屬絕緣場效電晶體）等任何一種可藉由控制間極 而導通或關閉的場效電晶體開關上。 由上述說明可知，本實施例藉由在第—及第二場效電 晶體開關26、27的第-個場效電晶體26ι、27ι的問極設 置-驅動端263、273’並在第—及第二場效電晶體開關％ 、27的最後一個場效電晶體262、272的閘極設置一债測端 264、274，使得當第-及第二場效電晶體開目％的驅 動端263、273被驅動而關閉時，第二及第—邏輯電路η、™ 22可分別經由侧一及第二場效電晶軸Μ、”的最 1262315

本實施例之制方法可進—步擴展到離散式場 因為傳統的離散式場效電晶體都只有一個 效電晶體， 的閘極電壓，準確得知第一及 0 26、27的開關狀態及關閉時間，而能 電路及（或）檢測電路的狀況下，進行準確 進而提升電路的工作效益並降低製造成 ’但在本實施例中，係將離散式場效電晶體Μ 26、27做 成如圖4所示’具有—驅動端263(273)及叫貞測端㈤⑽) ，因此，很容易#由偵測偵測端264(274)得决口第一及第二場 效電晶體開關26、27中之揚对帝曰雕β又走*人人Α Π %效包晶體是否處於全部關閉 狀態。 准以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 2以此限定本發明實施之範圍’即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍 屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1是習知一種開關控制電路之電路方塊圖； 圖2是圖1之開關控制電路中的第一及第二場效電晶 體開關的細部電路方塊圖； 圖3是本發明場效電晶體開關之開關狀態偵測方法的 一較佳實施例之電路方塊圖； 圖4是本實施例之場效電晶體開關的閘極構造示意圖 12 1262315 圖5是本實施例之另一貫施悲樣的電路方塊圖。 13 1262315 【主要元件符號說明】 2 開關控制電路 22第一邏輯電路 24第一驅動器 26第一場效電晶體開關 28第一檢測電路 260、270場效電晶體 264、274偵涓丨J端 2 1控制器 23第二邏輯電路 25第二驅動器 27第二場效電晶體開關 29第二檢測電路 263、273驅動端 D汲極 S源極 G閘極 261、 271第一個場效電晶體 262、 272最後一個場效電晶體 14

Claims (1)

1262315 十、申請專利範圍： 〗·：種场效電晶體開關之開關狀態偵測方〉去，該場效電晶 月且開關包含複數並聯之場效電晶體，該方法包括： 、忒等場政电日日體中第一個反應的場效電晶體的 ’極為驅動端’驅使該等場效電晶體關閉；及 (B)以D玄等％效電晶體中最後—個反應的場效電晶體 的閘極為備測端，谓測該最後一個場效電晶體的間極電屍 ，若該間極電壓低於一導通準位，則判定該場效電晶體開 關處於一關閉狀態。 2. 電晶 二場 由複 一種場效電晶體開關之開關狀態偵測方法，該場效 體開關包含相串接之一第一媒 弟场效電晶體開關及一第 效電晶體開關，且該第一及筮_ p l + 、 ^ 及弟一場效電晶體開關係 數複數並聯之場效電晶體所構成，該方法包括·· (A)以該第一場效電晶體開關之該等場效電晶體中第 -個反應的場效電晶體的閘極為驅動端，驅使該等場效電 晶體關閉；及 W以該第-場效電晶體開關之該等場效電晶體中最 後-個反應的場效電晶體的閘極為伯測端，伯測該最後_ 個場效電晶體的閘極電慶，若該間極電覆低於一導通準位 ，則判定該第-場效電晶體開關處於―關閉狀態，進而驅 動該第二場效電晶體開關導通。 丨·依申請專利範圍η項所述之場效電晶體開關之開關狀 態偵測方法，更包含： (C)以該第二場效電晶體開關之該等場效電晶體中第 15 1262315 们反應的昜效包曰曰體的閘極為驅動端，驅使該等場效带 晶體關閉；及 A (D)以4第一 ％效電晶體開關之該等場效電晶體中最 後-個反應的場效電晶體的閘極為偵測端，偵測該最後一 個場效電晶體的閘極電壓，若該閑極電壓低於一導通準位 ，則判疋该弟二場5文電晶體開關處於一關閉狀態，進而驅 動該第一場效電晶體開關導通。 4·:申請專利範圍f 3項所述之場效電晶體開關之開關狀 貞測方法，其中該第—及第二場效電晶體開關的驅動 而刀別連接一第一及第二驅動電路，而受該第一及第二 驅動兒路驅_，且言玄第一及第〔驅動電路分別受一第一 2第一遴輯電路控制，該第一邏輯電路連接該第二場效 電晶體開關的❹j端，以根據該❹】端產生之閘極電壓 控制該第一驅動電路驅使該第一場效電晶體開關導通或 關閉°亥第一遴輯電路連接該第一場效電晶體開關的偵 測蝙，以根據該偵測端產生之閘極電壓，控制該第二驅 動屯路驅使该第二場效電晶體開關導通或關閉，使第一 及第二場效電晶體交替導通。 2申明專利範圍第4項所述之場效電晶體開關之開關狀 “偵測方法，其中在該第一邏輯電路與第二場效電晶體 帝關之偵測端之間，以及在該第二邏輯電路與第一場效 ::體開關之偵測端之間，更分別設有一第一及第二檢 、J兒路，其係將第二及第一場效電晶體開關之偵測端輪 出之閘極電壓與一較該導通準位低之臨界準位比較，若 16