专利名称：H桥电路的新栅极驱动方法
技术领域：
本发明一般涉及H桥电路，更具体地，涉及H桥电路的新栅极驱 动方法。
背景技术：
H桥电路是本领域技术人员公知的电路类型。如果在H桥电路中 不存在肖特基二极管的话，流经电感线圈的电流就会在死区时间期间 使得体二极管和寄生NPN器件这二者都接通。
图1是现有技术的隔离NMOS截面示意图。当寄生NPN器件中 流过大电流时，将会发生少数载流子注入和功率耗散。
现有技术中，在死区时间期间，栅极驱动电压为0，在NMOS器 件和寄生NPN器件之间没有电流分配。
衬底少数载流子的注入可能引起电流的功能错误以及性能恶化。
寄生NPN器件中的大电流有时则会极大地增加功率耗散以及引起 其他潜在问题，诸如自发热效应、可靠性问题等等。
目前为止，还没有一种足够好的方法来解决上述的这些问题。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明提供一种H桥电路的新栅极驱动方法。
5根据本发明的第一方面，提供一种H桥电路，包括 第一P沟道金属氧化物半导体(PMOS)器件；
第一N沟道金属氧化物半导体(NMOS)器件，所述第一PMOS 器件和所述第一 NMOS器件串联连接且设置于电源和地之间；
用于第一 PMOS器件的栅极驱动器，连接到第一 PMOS器件的栅 极；以及
用于第一 NMOS器件的栅极驱动器电路，连接到第一 NMOS器件 的栅极，其中，在H桥电路的死区时间期间，所述的用于第一NMOS 器件的栅极驱动器电路的输出电压为从0.1V到0.4V。
优选地，所述的用于第一NMOS器件的栅极驱动器电路的输出电 压为0.4V。
所述的用于第一 NMOS器件的栅极驱动器电路包括 驱动器；
放大器，其中该放大器的正相输入端的电压为从0.1V到0.4V，且 该放大器的反相输入端连接到所述第一 NMOS器件的栅极；以及
开关电路，其包括第一开关和第二开关，其中，所述驱动器的输 出端经由所述第一开关连接到所述第一 NMOS器件的栅极，所述放大 器的输出端经由所述第二开关连接到所述第一 NMOS器件的栅极，
其中，在H桥电路的死区时间期间，所述第一开关断开且所述第 二幵关闭合。
所述放大器的反相输入端可以经由所述第二开关连接到所述第一 NMOS器件的栅极。
所述驱动器也可以包括两个预驱动器，所述第一开关包括两个第 一开关，所述第二开关包括两个第二开关，
所述的用于第一NMOS器件的栅极驱动器电路进一步包括串联连 接且设置于所述电源和所述地之间的第二 PMOS器件和第二 NMOS器件，
所述两个预驱动器的输出端分别经由所述两个第一开关而连接到
所述第二 PMOS器件的栅极和所述第二 NMOS器件的栅极，
所述放大器的输出端分别经由所述两个第二开关而连接到所述第
二 PMOS器件的栅极和所述第二 NMOS器件的栅极，并且
所述的用于第一NMOS器件的栅极驱动器电路的输出端设置于所 述第二 PMOS器件和所述第二 NMOS器件之间的连接点，并且所述放 大器的反相输入端直接连接到所述第一 NMOS器件的栅极。
根据本发明的第二方面，提供一种用于H桥电路中的N沟道金属 氧化物半导体(NMOS)器件的栅极驱动器电路，包括 驱动器；
放大器，其中该放大器的正相输入端的电压为从0.1V到0.4V，且 该放大器的反相输入端连接到第一NMOS器件的栅极；以及
开关电路，其包括第一开关和第二开关，其中，所述驱动器的输 出端经由所述第一开关连接到所述第一 NMOS器件的栅极，所述放大 器的输出端经由所述第二开关连接到所述第一 NMOS器件的栅极，
其中，在H桥电路的死区时间期间，所述第一开关断开且所述第 二开关闭合。
所述放大器的反相输入端可以经由所述第二开关连接到所述第一 NMOS器件的栅极。
所述驱动器也可以包括两个预驱动器，所述第一开关包括两个第 一开关，所述第二开关包括两个第二开关，
所述栅极驱动器电路进一步包括串联连接且设置于电源和地之间 的P沟道金属氧化物半导体(PMOS)器件和第二NMOS器件，
所述两个预驱动器的输出端分别经由所述两个第一开关而连接到 所述PMOS器件的栅极和所述第二 NMOS器件的栅极，
所述放大器的输出端分别经由所述两个第二开关而连接到所述
7PMOS器件的栅极和所述第二 NMOS器件的栅极，并且
所述栅极驱动器电路的输出端设置于所述PMOS器件和所述第二 NMOS器件之间的连接点，并且所述放大器的反相输入端直接连接到 所述第一 NMOS器件的栅极。
与常规H桥电路相比，在死区时间期间，本发明的NMOS器件的 栅极电压不再是0，而是被偏置为从0.1V到0.4V，从而解决了少数载 流子注入和功率耗散的问题。
栅极电压的增加能够增加NMOS器件中的电流，由于电流守恒， 这样就可以极大地降低体二极管中以及寄生NPN器件中的电流。
寄生NPN电流的降低可以显著地减少功率耗散以及少数载流子 的注入，其中，少数载流子注入将引起电路的功能错误和性能恶化。
而且，本发明可以防止PMOS器件和NMOS器件之间的大电流击 穿，因为NMOS器件在击穿时间期间将工作在亚阈区。
本发明可适用于不具有肖特基二极管的H桥电路产品、不具有肖 特基二极管的BUCK转换器产品。
通过参考附图，本领域技术人员将能够更好地理解本发明的目的 与优势。在附图中
图1是现有技术的隔离NMOS截面示意图； 图2是根据本发明的半H桥电路的示意图3示出了现有技术与本发明的PMOS器件与NMOS器件的栅极 驱动信号之间的比较；
图4A和图4B分别是根据本发明的新栅极驱动器电路的两个实施
例；图5示出了现有技术与本发明的衬底电流随负载电流变化的比 较；以及
图6示出了现有技术与本发明的寄生NPN电流随负载电流变化的比较。
具体实施例方式
下面将结合附图来详细地描述本发明的各种实施例。
图2是根据本发明的半H桥电路的示意图。
如图2所示，H桥电路包括P沟道金属氧化物半导体(PMOS) 器件ll; N沟道金属氧化物半导体(NMOS)器件12， PMOS器件ll 和NMOS器件12串联连接且设置于电源VDD和地GND之间，PMOS 器件11和NMOS器件12的连接点在图中示为B，从B点输出的电压 提供给负载，PMOS器件11与电源VDD相连，NMOS器件12与地 GND相连于点A;用于PMOS器件11的栅极驱动器(未示出)，连 接到PMOS器件11的栅极；以及用于NMOS器件12的栅极驱动器电 路(未示出)，连接到NMOS器件12的栅极G。在H桥电路的死区 时间期间，用于NMOS器件12的栅极驱动器电路的输出电压为从0.1V 至IJ0.4V，如图所示。
与常规H桥电路相比，在死区时间期间，由栅极驱动器电路提供 的NMOS器件12的栅极电压不再是0，而是被偏置为从0.1V到0.4V， 从而解决了少数载流子注入和功率耗散的问题。
栅极电压的增加能够增加NMOS器件12中的电流，由于电流守 恒，这样就可以极大地降低体二极管中以及寄生NPN器件中的电流。
寄生NPN电流的降低可以显著地减少功率耗散以及少数载流子 的注入，其中，少数载流子注入将引起电路的功能错误和性能恶化。而且，本发明可以防止PMOS器件11和NMOS器件12之间的大 电流击穿，因为NMOS器件12在击穿时间期间将工作在亚阈区。
图3示出了现有技术与本发明的PMOS器件与NMOS器件的栅极 驱动信号之间的比较。
如图3所示，在死区时间内，现有技术的栅极驱动信号的电压为 0，而本发明的NMOS器件的栅极驱动电压为O.IV至U 0.4V。
下面给出本发明的两个具体实施例。图4A和图4B分别是根据本 发明的新栅极驱动器电路的两个实施例。
图4A是根据本发明的新栅极驱动器电路的第一实施例的电路示 意图。如图4A所示，根据本发明第一实施例的H桥电路包括第一 PM0S器件411;第一NMOS器件412，第一 PMOS器件411和第一 NMOS器件412串联连接且设置于电源VDD和地GND之间，第一 PMOS器件411和第一 NMOS器件412的连接点输出的电压提供给负 载LX，第一PMOS器件411与电源VDD相连，第一NMOS器件412 与地GND相连；用于第一PMOS器件411的栅极驱动器401，连接到 第一PMOS器件411的栅极；以及用于第一NMOS器件412的栅极驱 动器电路410，连接到第一NMOS器件412的栅极。在H桥电路的死 区时间期间，用于第一 NMOS器件412的栅极驱动器电路410的输出 电压为从0.1V到0.4V。
在图4A中，用于第一 NMOS器件412的栅极驱动器电路410进 一步包括驱动器402;放大器403，其中该放大器403的正相输入端 的电压为从0.1V到0.4V,且该放大器403的反相输入端连接到第一 NMOS器件412的栅极；以及开关电路，其包括第一开关S1和第二开 关S2。驱动器402的输出端经由第一开关Sl连接到第一 NMOS器件412的栅极，放大器403的输出端经由第二开关S2连接到第一 NMOS 器件412的栅极。在H桥电路的死区时间期间，第一开关S1断开且第 二开关S2闭合。
如图4A所示，在本发明的第一实施例中，放大器403的反相输入 端与放大器403的输出端都是经由第二开关S2连接到第一NMOS器件 412的栅极。
图4B是根据本发明的新栅极驱动器电路的第二实施例的电路示 意图。如图4B所示，根据本发明第二实施例的H桥电路同样包括第 一PM0S器件411;第一NMOS器件412，第一 PMOS器件411和第 一 NMOS器件412串联连接且设置于电源VDD和地之间，第一 PMOS 器件411和第一NMOS器件412的连接点输出的电压提供给负载LX， 第一 PMOS器件411与电源VDD相连，第一 NMOS器件412与地相 连；用于第一 PMOS器件411的栅极驱动器401，连接到第一 PMOS 器件411的栅极；以及用于第一NMOS器件412的栅极驱动器电路420， 连接到第一NMOS器件412的栅极。在H桥电路的死区时间期间，用 于第一 NMOS器件412的栅极驱动器电路420的输出电压为从0.1V到 0.4V。
在图4B中，与图4A相同，用于第一NMOS器件412的栅极驱动 器电路420进一步包括驱动器402a和402b;放大器403，其中该放 大器403的正相输入端的电压为从0.1V到0.4V，且该放大器403的反 相输入端连接到第一NMOS器件412的栅极；以及开关电路，其包括 第一开关Sl和第二开关S2。驱动器402a和402b的输出端经由第一开 关Sl连接到第一 NMOS器件412的栅极，放大器403的输出端经由第 二开关S2连接到第一 NMOS器件412的栅极。在H桥电路的死区时 间期间，第一开关S1断开且第二开关S2闭合。
与图4A不同之处在于，在图4B的本发明的第二实施例中，驱动器包括两个预驱动器，分别被标为402a和402b，第一开关Sl包括两 个第一开关Sl,第二开关S2包括两个第二开关S2。用于第一 NMOS 器件412的栅极驱动器电路420进一步包括串联连接且设置于电源和 地之间的第二 PMOS器件421和第二 NMOS器件422。第二 PMOS器 件421和第二 NMOS器件422的连接点输出的电压提供给第一 NMOS 器件412的栅极，第二 PMOS器件421与电源相连，第二NMOS器件 422与地相连。两个预驱动器402a和402b的输出端分别经由两个第一 开关SI而连接到第二 PMOS器件421的栅极和第二 NMOS器件422 的栅极。放大器403的输出端分别经由两个第二开关S2而连接到第二 PMOS器件421的栅极和第二 NMOS器件422的栅极。而且，用于第 一 NMOS器件412的栅极驱动器电路420的输出端设置于第二 PMOS 器件421和第二 NMOS器件422之间的连接点，并且放大器403的反 相输入端不经由第一开关S1、也不经由第二开关S2、而是直接连接到 第一 NMOS器件412的栅极。
图5示出了现有技术与本发明的衬底电流Isub随负载电流Il変化 的比较。如图5所示，测量结果表明，NMOS器件的栅极电压Vg的增 加减小了少数载流子注入(衬底电流Isub)。其中，用于第一 NMOS 器件的栅极驱动器电路的输出电压，即第一NMOS器件的栅极电压Vg， 为0.4V。
图6示出了现有技术与本发明的寄生NPN电流Ic随负载电流^ 变化的比较。如图6所示，测量结果表明，寄生NPN器件中的电流Ic 也得到了降低。其中，用于第一NMOS器件的栅极驱动器电路的输出 电压，即第一NMOS器件的栅极电压Vg，为0.4V。
根据以上的测量结果，可以得出结论本发明的新栅极驱动方法 解决了现有技术中存在的少数载流子注入以及寄生NPN器件中的大电
流问题。
12本发明可适用于不具有肖特基二极管的H桥电路产品、不具有肖 特基二极管的BUCK转换器产品，但不仅限于这些产品。
权利要求
1.一种H桥电路，包括第一P沟道金属氧化物半导体(PMOS)器件；第一N沟道金属氧化物半导体(NMOS)器件，所述第一PMOS器件和所述第一NMOS器件串联连接且设置于电源和地之间；用于第一PMOS器件的栅极驱动器，连接到第一PMOS器件的栅极；以及用于第一NMOS器件的栅极驱动器电路，连接到第一NMOS器件的栅极，其中，在H桥电路的死区时间期间，所述的用于第一NMOS器件的栅极驱动器电路的输出电压为从0.1V到0.4V。
2. 如权利要求1所述的H桥电路，其中，所述的用于第一NMOS器件的栅极驱动器电路的输出电压为0.4V。
3. 如权利要求1所述的H桥电路，其中，所述的用于第一NMOS器件的栅极驱动器电路包括驱动器；放大器，其中该放大器的正相输入端的电压为从0.1V到0.4V，且该放大器的反相输入端连接到所述第一 NMOS器件的栅极；以及开关电路，其包括第一开关和第二开关，其中，所述驱动器的输出端经由所述第一开关连接到所述第一 NMOS器件的栅极，所述放大器的输出端经由所述第二开关连接到所述第一NMOS器件的栅极，其中，在H桥电路的死区时间期间，所述第一开关断开且所述第二开关闭合。
4. 如权利要求3所述的H桥电路，其中，所述放大器的反相输入端经由所述第二开关连接到所述第一 NMOS器件的栅极。
5. 如权利要求3所述的H桥电路，其中，所述驱动器包括两个预驱动器，所述第一开关包括两个第一开关，所述第二开关包括两个第二开关，所述的用于第一NMOS器件的栅极驱动器电路进一步包括串联连接且设置于所述电源和所述地之间的第二 PMOS器件和第二 NMOS器件，所述两个预驱动器的输出端分别经由所述两个第一开关而连接到所述第二 PMOS器件的栅极和所述第二 NMOS器件的栅极，所述放大器的输出端分别经由所述两个第二开关而连接到所述第二PMOS器件的栅极和所述第二NMOS器件的栅极，并且所述的用于第一NMOS器件的栅极驱动器电路的输出端设置于所述第二 PMOS器件和所述第二 NMOS器件之间的连接点，并且所述放大器的反相输入端直接连接到所述第一 NMOS器件的栅极。
6. —种用于H桥电路中的N沟道金属氧化物半导体(NMOS)器件的栅极驱动器电路，包括-驱动器；放大器，其中该放大器的正相输入端的电压为从0.1V到0.4V，且该放大器的反相输入端连接到第一NMOS器件的栅极；以及开关电路，其包括第一开关和第二开关，其中，所述驱动器的输出端经由所述第一开关连接到所述第一 NMOS器件的栅极，所述放大器的输出端经由所述第二开关连接到所述第一 NMOS器件的栅极，其中，在H桥电路的死区时间期间，所述第一开关断开且所述第二开关闭合。
7. 如权利要求6所述的栅极驱动器电路，其中，所述放大器的反相输入端经由所述第二开关连接到所述第一 NMOS器件的栅极。
8. 如权利要求6所述的栅极驱动器电路，其中，所述驱动器包括两个预驱动器，所述第一开关包括两个第一开关，所述第二开关包括两个第二开关，所述栅极驱动器电路进一步包括串联连接且设置于电源和地之间的P沟道金属氧化物半导体(PMOS)器件和第二NMOS器件，所述两个预驱动器的输出端分别经由所述两个第一开关而连接到所述PMOS器件的栅极和所述第二 NMOS器件的栅极，所述放大器的输出端分别经由所述两个第二开关而连接到所述PMOS器件的栅极和所述第二 NMOS器件的栅极，并且所述栅极驱动器电路的输出端设置于所述PMOS器件和所述第二NMOS器件之间的连接点，并且所述放大器的反相输入端直接连接到所述第一 NMOS器件的栅极。
全文摘要
本发明公开一种H桥电路的新栅极驱动方法。在本发明的H桥电路中，栅极驱动器电路连接到NMOS器件(12)的栅极，其中，在H桥电路的死区时间期间，栅极驱动器电路的输出电压为从0.1V到0.4V。与常规H桥电路相比，本发明的NMOS器件(12)的栅极电压不再是0，而是被偏置为从0.1V到0.4V，从而解决了少数载流子注入和功率耗散的问题。
文档编号H03K17/687GK101686046SQ20081016814
公开日2010年3月31日 申请日期2008年9月28日 优先权日2008年9月28日
发明者尉林鹏, 菁 李, 李蔚莹, 赵宏伟, 郑健华 申请人:飞思卡尔半导体公司