高電壓開關(guān)輸出驅(qū)動器的制造方法
【專利說明】高電壓開關(guān)輸出驅(qū)動器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年3月13日提交的USSN 61/952862的優(yōu)先權(quán)的權(quán)益，通過引用將其并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0003]高電壓開關(guān)輸出驅(qū)動器用于許多電子應(yīng)用。例如，高電壓開關(guān)輸出驅(qū)動器用于高電壓輸出級、D類放大器、直流到直流(DC到DC)轉(zhuǎn)換器和功率管理集成電路(PMIC)中。
[0004]D類放大器或開關(guān)放大器是所有功率器件(通常為功率晶體管)都作為二進(jìn)制開關(guān)而進(jìn)行操作的電子放大器。這些功率晶體管通常是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。在操作中，MOSFET通常是完全接通或完全關(guān)斷的。DC到DC轉(zhuǎn)換器是將直流(DC)源從一個電壓電平轉(zhuǎn)換到另一個電壓電平的電子電路，并且通常用于電池供電的電子裝置中?？梢詫⒏唠妷洪_關(guān)輸出驅(qū)動器與電壓轉(zhuǎn)換結(jié)合使用。盡管PMIC可以具有多于一種的功能，但是可以使用DC到DC轉(zhuǎn)換和電壓縮放，兩者都可以依賴于高電壓開關(guān)輸出驅(qū)動器。
[0005]圖1是通常被形成為集成電路(IC) 12的一部分的常規(guī)高電壓開關(guān)輸出驅(qū)動器10的方框圖?，F(xiàn)有技術(shù)的輸出驅(qū)動器10外部是一對旁路電容器14和16。現(xiàn)有技術(shù)的高電壓開關(guān)輸出驅(qū)動器10包括被標(biāo)記為LDOl和LD02的一對低壓降(LDO)穩(wěn)壓器。輸出驅(qū)動器10還包括第一輸出驅(qū)動器D1、第二輸出驅(qū)動器D2、第一功率輸出MOSFET MPl和第二功率輸出MOSFET MNlo第一輸入INl耦合到輸出驅(qū)動器Dl，并且第二輸入IN2耦合到輸出驅(qū)動器D2。兩個輸入INl和IN2可以是差分輸入，或者它們可以耦合到一起作為單個非差分輸入。
[0006]高電壓開關(guān)輸出驅(qū)動器10的高電壓軌18處于電平PVDD，并且可以例如是20伏DC(VDC)。在該示例中，地(PGND)可以處于零VDC，并且穩(wěn)壓器LDOl和LD02的輸出可以處于15VDC和5VDC。驅(qū)動器Dl和D2控制MOSFET MPl和麗I來提供用于驅(qū)動負(fù)載(未示出)的輸出OUT。
[0007]如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，LDO穩(wěn)壓器是能夠以非常小的輸入-輸出差分電壓進(jìn)行操作的DC線性電壓穩(wěn)壓器。低壓降電壓的優(yōu)點(diǎn)包括較低的最小操作電壓、較高效率的操作以及較低的散熱。通常，LDO穩(wěn)壓器的主要部件包括功率場效應(yīng)晶體管(FET)和差分(“誤差”)放大器。差分放大器的第一輸入親合到穩(wěn)定電壓參考，并且差分放大器的第二輸入監(jiān)測其輸出。如果輸出電壓相對于參考電壓上升得過高，則調(diào)整對功率FET的驅(qū)動，以保持恒定輸出電壓。
[0008]應(yīng)當(dāng)指出，在現(xiàn)有技術(shù)的輸出驅(qū)動器10中，驅(qū)動器Dl和D2從穩(wěn)壓器LDOl和LD02汲取大量電流。要求具有至少處于微法拉范圍內(nèi)的值的外部電容器14和16根據(jù)驅(qū)動器的需要而提供足夠量的電流。對外部電容器的需求要求IC 12的封裝具有附加的引腳，其增大了封裝的成本和尺寸。同樣，支持IC 12以及電容器14和16的印刷電路板的尺寸也必須增大。此外，電容器為電子器件增加了額外的部件和組件成本。
[0009]因此應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會到，現(xiàn)有技術(shù)的解決方案通常需要外部自舉電容器或LDO電容器(caps)，它們成本高并且在集成電路(IC)的封裝上需要額外的引腳。提供集成了不需要外部自舉部件和用于連接到這種外部自舉部件的附帶的額外引腳的高電壓開關(guān)輸出驅(qū)動器的IC將是有利的。
[0010]本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了以下描述并且研宄了附圖中的幾幅圖之后，現(xiàn)有技術(shù)的這些以及其它限制將變得顯而易見。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]在通過示例的方式而非限制的方式闡述的實(shí)施例中，AB類回路用于驅(qū)動開關(guān)輸出驅(qū)動器的輸出功率FET。在該非限制性示例中，高側(cè)驅(qū)動器和低側(cè)驅(qū)動器被組合成一個驅(qū)動器，其中僅從PVDD向PGND汲取電流，而不從PVDD向LDO或者從LDO向PGND汲取電流。將LDO電壓用作驅(qū)動器FET的柵極的參考，從而允許在內(nèi)部繞開LD0，并且由此消除了對外部電容器的需求。
[0012]在通過示例的方式而非限制的方式闡述的實(shí)施例中，高電壓輸出驅(qū)動器電路包括:具有第一輸入、第二輸入和親合到第二輸入的輸出的第一穩(wěn)壓器；具有第一輸入、第二輸入和輸出的第二穩(wěn)壓器；具有第一信號輸入、第二信號輸入、親合到第一穩(wěn)壓器的輸出的第一控制輸入、親合到第二穩(wěn)壓器的輸出的第二控制輸入、第一控制輸出和第二控制輸出的驅(qū)動器；耦合到驅(qū)動器的第一控制輸出的第一功率晶體管；以及耦合到驅(qū)動器的第二控制輸出的第二功率晶體管。
[0013]在通過示例的方式而非限制的方式闡述的實(shí)施例中，驅(qū)動器包括被操作用于產(chǎn)生第一控制輸出的第一跨導(dǎo)線性回路電路、被操作用于產(chǎn)生第二控制輸出的第二跨導(dǎo)線性回路電路、耦合到第一跨導(dǎo)線性回路電路的第一信號輸入器件、耦合到第二跨導(dǎo)線性回路電路的第二信號輸入器件、將第一跨導(dǎo)線性回路電路耦合到第二跨導(dǎo)線性回路電路的第一控制輸入器件、以及將第二跨導(dǎo)線性回路電路耦合到第一跨導(dǎo)線性回路電路的第二控制輸入器件。
[0014]有利地，在某些示例性實(shí)施例中，所述電路僅從柵極驅(qū)動參考電壓源汲取少量瞬態(tài)電流，由此消除了在驅(qū)動高電壓器件時(shí)對外部自舉電容器或LDO電容器(caps)的需求。這節(jié)省了 IC引腳量、印刷電路板(PCB)空間以及與外部電容器相關(guān)聯(lián)的相對較高的成本。
[0015]有利地，某些示例性實(shí)施例非常適合用于HV開關(guān)和非開關(guān)輸出器件中，例如，用于高電壓(HV)模擬塊和開關(guān)中。通過非限制性示例，某些實(shí)施例非常適合于高電壓D類放大器、高電壓DC-DC轉(zhuǎn)換器以及高電壓模擬線性輸出器件。
[0016]本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了以下描述并且研宄了附圖中的幾幅圖之后，這些以及其它實(shí)施例、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0017]現(xiàn)在將參考附圖來描述若干示例性實(shí)施例，在附圖中，相似的部件設(shè)置有相似的附圖標(biāo)記。示例性實(shí)施例旨在對本發(fā)明進(jìn)行說明而非進(jìn)行限制。附圖包括以下各圖:
[0018]圖1是需要外部電容器來進(jìn)行操作的常規(guī)高電壓開關(guān)輸出驅(qū)動器的方框圖；
[0019]圖2是通過示例的方式而非限制的方式闡述的不需要外部電容器來進(jìn)行操作的改進(jìn)的高電壓輸出驅(qū)動器的方框圖；以及
[0020]圖3是通過示例的方式而非限制的方式闡述的圖2的輸出驅(qū)動器D3’的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]已經(jīng)關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)描述了圖1。圖2是通過示例的方式而非限制的方式闡述的改進(jìn)的高電壓輸出驅(qū)動器20的方框圖，改進(jìn)的高電壓輸出驅(qū)動器20優(yōu)選地被形成為不需要外部電容器來進(jìn)行操作的集成電路(IC)22的一部分。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會的，IC 22包括用于電路的至少一個IC管芯或“芯片”、設(shè)置有多個引腳、引線或觸點(diǎn)的用于芯片的封裝、以及將芯片的電路連接到封裝的引腳的導(dǎo)線或其它電連接器。
[0022]在圖2的示例性實(shí)施例中，高電壓輸出驅(qū)動器20包括第一穩(wěn)壓器LD01、第二穩(wěn)壓器LD02、驅(qū)動器D3、第一功率MOSFET MP_P0WER和第二功率MOSFET MN_P0WER。例如，可以采用DMOS高電壓MOSFET。在該實(shí)施例中不需要外部電容器，由此減小了 IC 22的封裝所需的引腳數(shù)量和封裝尺寸。在該非限制性示例中，驅(qū)動器D3替代了現(xiàn)有技術(shù)的高側(cè)驅(qū)動器和低側(cè)驅(qū)動器，僅從PVDD向地(PGND)汲取電流，而不像現(xiàn)有技術(shù)中那樣從LDO穩(wěn)壓器汲取電流。
[0023]在該非限制性示例中，穩(wěn)壓器LDOl具有輸出LD0_HS、耦合到PVDD的第一輸入以及耦合到其輸出LD0_HS的第二輸入。同樣在該示例中，穩(wěn)壓器LD02具有輸出LD0_LS、耦合到PGND的第一輸入以及耦合到PVDD的第二輸入。輸出LD0_HS和LD0_LS以及第一信號輸入INl和第二信號輸入IN2是驅(qū)動器D3的輸入。驅(qū)動器D3耦合在PVDD與地之間，具有附加輸入INl和IN2，并且具有分別控制功率MOSFET MP_P0WER和MOSFET MN_P0WER的控制輸出PCl和PC2。輸入INl和IN2可以是單獨(dú)的差分輸入，或者可以耦合到一起作為單個輸入。
[0024]在該非限制性示例中，PVDD可以是20VDC，LD0_HS可以是15VDC，LD0_LS可以是5VDC，并且地可以是0VDC。如隨后將參考圖3的示例性驅(qū)動器D3’來更詳細(xì)描述的，穩(wěn)壓器LDOl和LD02的輸出用來驅(qū)動功率MOSFET的柵極，并且因此不必像現(xiàn)有技術(shù)中那樣向功率驅(qū)動器提供大的瞬態(tài)電流。因此，穩(wěn)壓器LDOl和LD02的輸出處的皮法拉范圍內(nèi)的小寄生電容足以控制MOSPET MP_P0WER和MOSPET MN_P0WER的柵極，并且不需要昂貴的外部電容器。
[0025]應(yīng)當(dāng)注意，在該非限制性示例中，AB類回路用于驅(qū)動開關(guān)輸出驅(qū)動器的輸出功率FETo在該非限制性示例中，高側(cè)驅(qū)動器和低側(cè)驅(qū)動器組合成一