專利名稱：驅(qū)動器電路和使用該驅(qū)動器電路的半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動N溝道輸出晶體管的驅(qū)動器電路和使用這種驅(qū) 動器電路的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
下面列出的專利文獻l公開并提出了一種用于向下一級高電壓操作 裝置提供從低電壓擺幅輸入信號產(chǎn)生的高電壓擺幅輸出信號的高電壓驅(qū) 動器電路，作為用于驅(qū)動輸出晶體管的驅(qū)動器電路的相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的示 例，如圖3所示，該高電壓驅(qū)動器電路具有高耐壓晶體管對，由串聯(lián)在 兩個電源電壓線VDD和GND之間的第一和第二互補高耐壓晶體管M1和 M2形成，第二高耐壓晶體管M2的控制電極連接到輸入端子Vi，第一和 第二高耐壓晶體管Ml和M2之間的節(jié)點連接到輸出端子Vo;連接在高耐 壓晶體管對的控制電極之間的電容C;連接在電源電壓線VDD和第一高 耐壓晶體管M1的控制電極之間的電壓限制裝置(晶體管M3和M4)，用 于箝制控制電極的電勢，其中第一高耐壓晶體管M1連接到所述電源電壓 線VDD。專利文獻1: JP-A-H11-68534發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題確實，采用上述現(xiàn)有高電壓驅(qū)動器電路，可以同時實現(xiàn)高速開關(guān)和 較低功耗。然而，上述現(xiàn)有技術(shù)是排他性地以采用P溝道場效應(yīng)晶體管作為上 側(cè)(即，VDD側(cè))高耐壓晶體管M1為前提而設(shè)計的，因此不能應(yīng)用在 用于驅(qū)動N溝道場效應(yīng)晶體管的驅(qū)動器電路中。 考慮到上面的問題，提出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種驅(qū)動 器裝置，其中在驅(qū)動N溝道輸出晶體管時能夠同時實現(xiàn)高速開關(guān)和較低 功耗，并且提供一種使用這種驅(qū)動器裝置的半導(dǎo)體裝置。解決問題的手段為了達到以上目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面， 一種驅(qū)動器電路，包 括開關(guān)元件對，串聯(lián)連接在接地端子和升壓電壓施加端子之間，所述 升壓電壓施加端子上施加有高于電源電壓的升壓電壓；以及箝位元件， 連接在所述開關(guān)元件對之間的節(jié)點與輸出端子之間。所述驅(qū)動器電路根 據(jù)從所述幵關(guān)元件對之間的節(jié)點得到的電壓信號，驅(qū)動連接在所述輸出 端子與施加有電源電壓的電源電壓施加端子之間的N溝道輸出晶體管。 這里，通過相互并聯(lián)連接電阻和電容形成的電流控制部插入在所述開關(guān) 元件對之間的節(jié)點與所述升壓電壓施加端子之間的電流路徑、以及在所 述開關(guān)元件對之間的節(jié)點與所述接地端子之間的電流路徑中的至少一個 電流路徑中(第一配置)。根據(jù)本發(fā)明，箝位元件優(yōu)選地是齊納二極管(第二配置)。 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，在具有上述第二配置的驅(qū)動器電路中，開關(guān) 元件對包括第一P溝道場效應(yīng)晶體管，其源極與所述升壓電壓施加端 子連接；以及第一N溝道場效應(yīng)晶體管，其源極與所述接地端子連接，并且漏極與所述第一P溝道場效應(yīng)晶體管的漏極連接(第三配置)。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，具有上述第三配置的驅(qū)動器電路還包括第 二P溝道場效應(yīng)晶體管，其源極與所述升壓電壓施加端子連接；以及第二N溝道場效應(yīng)晶體管，其源極與所述輸出端子連接，漏極與所述第二P溝道場效應(yīng)晶體管的漏極連接，并且柵極與所述第一p溝道場效應(yīng)晶體管和所述第一N溝道場效應(yīng)晶體管之間的節(jié)點連接。這里，所述驅(qū)動器 電路輸出從所述第二P溝道場效應(yīng)晶體管和所述第二N溝道場效應(yīng)晶體 管之間的節(jié)點得到的電壓信號，作為所述輸出晶體管的柵極信號(第四 配置)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 一種半導(dǎo)體裝置具有形成為集成電路的以 上配置1到4中任一種的驅(qū)動器電路(第五配置)。
本發(fā)明的有益效果采用本發(fā)明的驅(qū)動器電路，可以在驅(qū)動N溝道輸出晶體管時同時實 現(xiàn)高速幵關(guān)和較低功耗。


圖l是示出了實現(xiàn)本發(fā)明的驅(qū)動器裝置的電路圖；圖2A是示出了響應(yīng)于控制信號S1和S2的開關(guān)電壓VSW的行為的時 序圖(無電容C1和C2);圖2B是示出了響應(yīng)于控制信號S1和S2的開關(guān)電壓VSW的行為的時 序圖(有電容C1和C2);以及圖3是示出了現(xiàn)有高電壓驅(qū)動器電路的示例的電路圖。附圖標(biāo)記列表IC1半導(dǎo)體裝置Pl， P2P溝道場效應(yīng)晶體管Nl， N2N溝道場效應(yīng)晶體管ZD1， ZD2齊納二極管(箝位元件)IL1， IL2電流限制部Rl， R2電阻Cl， C2電容Tl外部端子(上側(cè)柵極控制端子)T2外部端子(輸出端子)T3外部端子(下側(cè)柵極控制端子)QlN溝道場效應(yīng)晶體管(上側(cè)輸出晶體管)Q2N溝道場效應(yīng)晶體管(下側(cè)輸出晶體管)vcc電源電壓VCP升壓電壓
具體實施例方式
圖l是示出了實現(xiàn)本發(fā)明的驅(qū)動器裝置的電路圖。半導(dǎo)體裝置C1具有形成為集成電路的本發(fā)明的驅(qū)動器電路，并且對連接到外部端子T1到T3的N溝道場效應(yīng)晶體管Q1和Q2(上側(cè)和下側(cè)輸出 晶體管)的互補開關(guān)操作進行驅(qū)動。應(yīng)當(dāng)理解，本說明書中使用的術(shù)語"互補"不僅包括晶體管Q1的導(dǎo) 通/截止和晶體管Q2的導(dǎo)通/截止彼此精確地相反發(fā)生的情況，而且也包 括從防止直通(through)電流的角度使晶體管Ql的導(dǎo)通/截止的發(fā)生相 對于晶體管Q2的截止有預(yù)定延遲。在半導(dǎo)體裝置IC1中，將下列元件設(shè)置到集成電路中作為本發(fā)明的驅(qū) 動器電路的組件P溝道場效應(yīng)晶體管P1和P2， N溝道場效應(yīng)晶體管N1 和N2，齊納二極管ZD1和ZD2 (箝位元件)和電流限制部IL1和IL2。電 流限制部IL1是通過將電阻R1和電容C1相互并聯(lián)而形成的，電流限制部 IL2是通過將電阻R2和電容C2相互并聯(lián)而形成的。晶體管P1的源極經(jīng)由電流限制部IL1與升壓電壓VCP施加端子連接， 在升壓電壓VCP施加端子上施加有升壓電壓VCP (其電平為例如40V)。 晶體管N1的源極經(jīng)由電流限制部IL2連接到接地端子。晶體管P1和N1的 漏極相互連接。晶體管P1和N1的柵極都連接到被施加有控制信號S1的控 制信號S1施加端子。晶體管P2的源極連接到升壓電壓VCP施加端子。晶體管P2的漏極連 接到外部端子T1 。晶體管P2的柵極連接到被施加有控制信號S2的控制信 號S2施加端子。晶體管N2的漏極連接到外部端子T1。晶體管N2的源極 連接到外部端子T2。晶體管N2的柵極連接到晶體管P1和N1之間的節(jié)點 A。齊納二極管ZD1的陰極連接到晶體管N2的柵極。齊納二極管ZD1的 陽極連接到晶體管N2的源極。齊納二極管ZD2的陰極連接到外部端子 Tl。齊納二極管ZD2的陽極連接到外部端子T2。上述的齊納二極管ZD1和ZD2分別將晶體管N2和Q1的柵極一源極 電壓箝制在比晶體管N2和Q1各自的耐壓(典型地，15到20V)低的電平 上(約5到10V)。在半導(dǎo)體裝置IC1的外部，晶體管Q1的漏極連接到被施加有電源電 壓VCC (其電平為例如30V)的電源電壓VCC施加端子。晶體管Q2的、源 極連接到接地端子。晶體管Q1的源極和晶體管Q2的漏極相互連接，兩者 的節(jié)點連接到負載(未示出)，以作為輸出開關(guān)電壓VSW的開關(guān)電壓VSW 輸出端子，并且該節(jié)點也連接到外部端子T2。晶體管Q1的柵極連接到外 部端子T1;也就是，從晶體管P2和N2之間的節(jié)點B得到的電壓信號被饋 送到晶體管Q1，作為晶體管Q1的柵極信號。晶體管Q2的柵極經(jīng)由外部 端子T3連接到控制信號S2施加端子。接下來，將給出如上述配置的驅(qū)動器電路的基本操作的詳細描述。 當(dāng)控制信號S1變?yōu)楦唠娖綍r，晶體管P1截止，晶體管N1導(dǎo)通。相應(yīng) 地，節(jié)點A處的電壓降低至低電平，并且晶體管N2截止。另一方面，當(dāng) 控制信號S2變?yōu)榈碗娖綍r，晶體管P2導(dǎo)通。相應(yīng)地，節(jié)點B處的電壓升 高至高電平，并且晶體管Q1導(dǎo)通。而且，響應(yīng)于控制信號S2的電平變?yōu)?低，晶體管Q2截止。結(jié)果，從晶體管Q1和Q2之間節(jié)點得到的開關(guān)電壓 VSW升高至高電平。與上述情況相反，當(dāng)控制信號S1變?yōu)榈碗娖綍r，晶體管P1導(dǎo)通，晶 體管N1截止。相應(yīng)地，在節(jié)點A處的電壓升高至高電平，并且晶體管N2 導(dǎo)通。另一方面，當(dāng)控制信號S2變?yōu)楦唠娖綍r，晶體管P2截止。相應(yīng)地， 在節(jié)點B的電平降低至低電平，并且晶體管Q1截止。而且，響應(yīng)于控制 信號S2變?yōu)楦唠娖?，晶體管Q2導(dǎo)通。結(jié)果，從晶體管Q1和Q2之間節(jié)點 得到的開關(guān)電壓VSW降低至低電平。這樣，本實施例的驅(qū)動器電路根據(jù)控制信號S1和S2對晶體管Q1和 Q2的互補開關(guān)操作進行驅(qū)動。接下來，將給出電流限制部IL1和IL2的功能的詳細描述。 如己經(jīng)描述的那樣，在本實施例的驅(qū)動器電路中，作為箝位元件的 齊納二極管ZD1和ZD2分別插入在晶體管N2的柵極和源極之間以及晶體 管Q1的柵極和源極之間，以分別保護晶體管N2和Q1的柵極。這樣可以 將晶體管N2和Q1的柵極一源極電壓限制在等于或低于它們各自耐壓的 電平上，但是同時，電流流過路徑il和i2中的每個路徑而將被浪費掉， 這是不便的。更具體地，當(dāng)晶體管Q1導(dǎo)通時，晶體管N1導(dǎo)通，以使晶體管N2截
止，因此，電流從晶體管Q1開始，經(jīng)由齊納二極管ZDl流過路徑il，到達晶體管N1，并被浪費掉了。另一方面，當(dāng)晶體管Q1截止時，晶體管P1 導(dǎo)通，相應(yīng)地節(jié)點A處的電平變?yōu)楦唠娖?其接近于升壓電壓VCP)以 導(dǎo)通晶體管N2，因此，發(fā)生齊納二極管ZD1的擊穿，電流從晶體管P1開 始，經(jīng)由齊納二極管ZDl流過路徑i2，到達晶體管Q2，并被浪費掉。特別地，由于晶體管Q1和Q2是高耐壓元件，即使少量的電流泄漏也 可能導(dǎo)致大量的功率損失，而且，當(dāng)這個驅(qū)動器電路應(yīng)用到開關(guān)調(diào)整器 (switching regulator)和類似裝置時，即使少量的電流泄漏也會對輸出 電壓有不良影響。為了解決上述的不便，在本實施例的驅(qū)動器電路中，將電流限制部 ILl和IL2分別插入到上述路徑il和i2中。在只插入電阻R1和R2分別作為電流限制部IL1和IL2的情況下，電阻 值設(shè)定得越高，存在于晶體管N2的柵極和源極之間的寄生電容的充電/ 放電時間越長；這減慢了晶體管N2的操作，因此，開關(guān)電壓VSW對控制 信號S1和S2的響應(yīng)也減慢(見圖2A)。如已經(jīng)描述的那樣，電流限制能 力和操作速度之間存在權(quán)衡關(guān)系；如果電阻R1和R2的電阻值設(shè)定得較小 以獲得更高速的開關(guān)操作，則將不能完全防止電流的浪費。相反地，本實施例中的驅(qū)動器電路具有分別與電阻R1和R2并聯(lián)連接 的電容C1和C2。采用上述并聯(lián)的電容C1和C2，在開關(guān)時段期間(即， 當(dāng)對電容Cl和C2充電/放電時)，電流流過電容C1和C2，而在穩(wěn)定時段期 間(即，在對電容Cl和C2充電/放電后)，電流流過電阻R1和R2;因此， 可以將開關(guān)時段期間的電流路徑和穩(wěn)定時段期間的電流路徑彼此分離。 這種分離的電流路徑的效果是，即使電阻R1和R2的電阻值設(shè)定得較高， 這些高電阻值在開關(guān)時段中也幾乎沒有影響，因此，開關(guān)電壓VSW對控 制信號S1和S2的響應(yīng)幾乎不減慢(見圖2B)。因此，通過本實施例的驅(qū)動器電路，可以在驅(qū)動N溝道輸出晶體管Ql時同時獲得高速開關(guān)和較低功耗。對于電容C1和C2的電容值，考慮到晶體管N2中存在的寄生電容的 電容值和電路的時間常數(shù)，可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定電容C1和C2的電容以能夠獲 得需要的開關(guān)速度。例如，可以將電容C1和C2的電容設(shè)定為足夠高的電
容值(大約5pF)，以晶體管N1中存在的寄生電容(其電容值低于lpF) 完全充電/放電。對于電阻R1和R2的電阻值，可以適當(dāng)?shù)貙⑺鼈冊O(shè)定為足夠高的電阻 (大約100kQ)，以完全防止電流的浪費。以上的實施例針對將本發(fā)明應(yīng)用到用于驅(qū)動半橋(halfbridge)的驅(qū) 動器電路的情況，然而這不意味著對本發(fā)明的應(yīng)用存在任何限制，本發(fā) 明可以應(yīng)用在用于驅(qū)動全橋的驅(qū)動器電路，或者應(yīng)用在用于驅(qū)動構(gòu)成開 關(guān)調(diào)整器或類似裝置的單個輸出晶體管的驅(qū)動器電路。本發(fā)明還可以通過除了以上作為實施例而專門描述的方式以外的其 他任何方式實現(xiàn)，并且允許在任何其精神內(nèi)的變化和修改。例如，以上的實施例針對如下配置晶體管N2由從節(jié)點A得到的電 壓信號驅(qū)動，并且通過由晶體管P2和N2形成的緩沖級，晶體管Q1由從節(jié) 點B得到的電壓信號驅(qū)動。但是這并不意味著對本發(fā)明的配置存在任何 限制，晶體管Q1可由從節(jié)點A得到的電壓信號直接驅(qū)動，或者，可以插入多于一個的上述緩沖級。上述實施例針對晶體管Q1和Q2是從外部連接到半導(dǎo)體裝置IC1的配 置，但是這不意味著對本發(fā)明的配置存在任何限制，晶體管Q1和Q2可以 結(jié)合在半導(dǎo)體裝置IC1中。N溝道晶體管較優(yōu)地作為晶體管Q1，因為N溝道晶體管的元件面積大約是P溝道晶體管元件面積的三分之一，這有利 于將晶體管Q1設(shè)置到集成電路中。以上的實施例針對將電流限制部IL1和IL2分別插入在晶體管P1和升 壓電壓VCP施加端子之間以及晶體管N1和接地端子之間的情況，但是這 不意味著對本發(fā)明的配置存在任何限制，電流限制部IL1和IL2可以分別 插入在節(jié)點A和晶體管P1之間以及節(jié)點A和晶體管N1之間，或者僅插入 電流限制部IL1和IL2中的一個。根據(jù)以上描述顯而易見，本發(fā)明的技術(shù)范圍覆蓋包括如下所有驅(qū)動 器電路包括在升壓電壓VCP施加端子和接地端子之間串聯(lián)連接的開關(guān) 元件對(Pl， Nl)、以及連接在開關(guān)元件對之間的節(jié)點A與輸入端子T2 之間的箝位元件ZD1，并根據(jù)從節(jié)點A得到的電壓信號，驅(qū)動連接在電 源電壓VCC施加端子和輸出端子T2之間的N溝道輸出晶體管Q1，其中將
由并聯(lián)的電阻和電容形成的電流限制部(IL1， IL2)插入到連接節(jié)點A和升壓電壓VCP施加端子的電流路徑以及連接節(jié)點A和接地端子的電流路徑中的至少一個中。 工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明提供一種可應(yīng)用于諸如打印機等高電壓裝置領(lǐng)域中用于驅(qū)動N溝道輸出晶體管的驅(qū)動器電路的技術(shù)，這對于同時獲得高速開關(guān)和較 低功耗是有用的。
權(quán)利要求
1、一種驅(qū)動器電路，包括開關(guān)元件對，串聯(lián)連接在接地端子和升壓電壓施加端子之間，所述升壓電壓施加端子上施加有高于電源電壓的升壓電壓；以及箝位元件，連接在所述開關(guān)元件對之間的節(jié)點與輸出端子之間，所述驅(qū)動器電路根據(jù)從所述開關(guān)元件對之間的節(jié)點得到的電壓信號，驅(qū)動連接在所述輸出端子與施加有電源電壓的電源電壓施加端子之間的N溝道輸出晶體管，其中通過相互并聯(lián)連接電阻和電容形成的電流控制部插入在所述開關(guān)元件對之間的節(jié)點與所述升壓電壓施加端子之間的電流路徑、以及在所述開關(guān)元件對之間的節(jié)點與所述接地端子之間的電流路徑中的至少一個電流路徑中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的驅(qū)動器電路，其中所述箝位元件是齊納二極管。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的驅(qū)動器電路，其中所述開關(guān)元件對包括 第一P溝道場效應(yīng)晶體管，其源極與所述升壓電壓施加端子連接；以 及第一N溝道場效應(yīng)晶體管，其源極與所述接地端子連接，并且其漏 極與所述第一P溝道場效應(yīng)晶體管的漏極連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的驅(qū)動器電路，還包括 第二P溝道場效應(yīng)晶體管，其源極與所述升壓電壓施加端子連接；以及第二N溝道場效應(yīng)晶體管，其源極與所述輸出端子連接，其漏極與所述第二P溝道場效應(yīng)晶體管的漏極連接，并且其柵極與所述第一P 溝道場效應(yīng)晶體管和所述第一N溝道場效應(yīng)晶體管之間的節(jié)點連接，其中所述驅(qū)動器電路輸出從所述第二P溝道場效應(yīng)晶體管和所述第二 N溝道場效應(yīng)晶體管之間的節(jié)點得到的電壓信號，作為所述輸出晶體 管的柵極信號。
5、 一種半導(dǎo)體裝置，其中根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的驅(qū)動 器電路形成為集成電路。
全文摘要
本發(fā)明的驅(qū)動器電路包括開關(guān)元件對(P1，N1)，串聯(lián)連接在接地端子和施加有升壓電壓VCP的升壓電壓施加端子之間；和箝位元件ZD1，連接在開關(guān)元件對之間的節(jié)點A和輸出端子T2之間，驅(qū)動器電路根據(jù)從開關(guān)元件對之間的節(jié)點A得到的電壓信號，驅(qū)動連接在輸出端子T2和施加有電源電壓VCC的電源電壓VCC施加端子之間的N溝道輸出晶體管Q1。這里，將由相互并聯(lián)的電阻和電容形成的電流控制部(IL1，IL2)插入在開關(guān)元件對之間的節(jié)點A和升壓電壓VCP施加端子之間的電流路徑、以及在開關(guān)元件對之間的節(jié)點A和接地端子之間的電流路徑中的至少一個中。
文檔編號H02M1/08GK101401307SQ20078000890
公開日2009年4月1日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月6日
發(fā)明者柳島大輝 申請人:羅姆股份有限公司