[发明专利]半桥适应空载时间的电路和方法

说明书

相关申请的交叉参考引用

本申请基于本发明人Iulia RUSU等人于2004年2月19日提交的序列号为60/546361的美国临时申请(IR-2198 PROV)，并要求上述申请的优先权，通过引用将其包含在本申请中。本申请涉及Dana WILHELM于2004年3月23日提交的序列号为10/806688的美国申请(IR-2461)，也通过引用将其包含在本申请中。

技术领域

本发明涉及一种适应空载时间的方法和电路实现，其特别适用于半桥驱动器集成电路(IC)诸如IR-2161卤素变换器控制集成电路，该集成电路描述于2001年12月31日提交的序列号为60/343236的美国临时申请(IR-2082 PROV)、2002年7月22日提交的序列号为60/398298的美国临时申请(IR-2082 PROV II)以及2003年5月21日提交的序列号为10/443525的美国申请(IR-2082)中，通过引用将每个申请包含在本申请中。

本发明还涉及一种高电压偏置检测电路，该电路能够与半桥栅极驱动器电路相结合，特别是在单片电路解决方案中。

背景技术

基于双极型功率晶体管或其他开关功率器件的自激振荡半桥电路在本质上将是有效的，因为该系统将总是软开关。这些电路是众所周知的，并因此在这里将不再说明。为了在半桥电路中实现相似的性能，在该电路中单独振荡器驱动低端和高端驱动器，软开关不是固有的，因此空载时间优选地被固定为一个值，这个值与半桥的转换时间相应。这种变化取决于输出电路中的电容和电感以及负载电流。

高电压半桥驱动器电路在各种应用诸如马达驱动、荧光灯的电子镇流器和电源中使用。半桥电路应用一对推拉输出电路连接的晶体管，将这对晶体管放置于高电压直流(DC)电源上。图1示意性所示为基本的半桥电路。晶体管M1和M2是功率器件(金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))并且它们的中点连接，节点“A”，是连接负载的输出。晶体管M1和M2具有其自身的栅极驱动缓冲器(分别是DRV1和DRV2)，该驱动缓冲器提供适当的信号来导通或截止晶体管M1和M2。

在各种应用中，知道何时输出半桥的中点，节点A，从高状态转换到低状态或从低状态转换到高状态这一点是很有价值的。这种应用是用于荧光灯的电子镇流器。在图2中示出了这种镇流器的简化图示。正如能够看出的，半桥的负载是由L1、C1和灯1构成的谐振电路。在操作期间晶体管M1和M2交替地导通和截止，这导致了电流固定在连接到节点A的谐振负载电路中。例如：当M1导通时，节点A的电压被拉(转换)到DC高电压总线的电势，并且电流开始固定在谐振负载中。当M1截止时，在谐振负载中流动的电流使得节点A处的电压向较低的电势转换。假设半桥的开关频率大于负载电路的谐振频率。在某“空载时间”延迟之后，晶体管M2导通并且节点A处的电压被拉到低于DC的总线电压，该总线电压典型地为零电势。该空载时间延迟防止M1和M2同时导通，同时导通会产生短路。

在M2导通之前，节点A的电压转换将花费一些有限的时间量来完全地转换，从DC高电压总线电势转换到较低的DC总线电压。在一定条件下，节点A处的电压在M2导通的时间不可能完全地转换到较低的电势。在这种情况下M2将把节点A的电压拉到较低的电压。

这种所谓的“硬开关”是开关损耗的来源，并且导致半桥晶体管M1和M2发热，这将导致这些晶体管失灵。

为了最小化开关损耗，能够通过保证在M2导通之前已经完全地转换节点A的电压来阻止硬开关。这能够通过增加M1(M2)的截止和M2(M1)的导通之间的空载时间延迟，或减小节点A的有效电容性负载来安排。然而这些措施可能减小开关速度或可用的灯额定值。

发明内容

为了进一步改进，这里公开的电路和方法提供了在卤素变换器(电子变压器)控制集成电路设计和许多其他应用中可以实现的适应空载时间功能。

这种功能的一个方面是用于检测节点A处的电压电势的方法和系统，这可以集成到单块集成电路解决方案中。该电路不需要附加的外部组件，并且因此简化了最终应用的电路。该电路适于包含在高压自激振荡半桥栅极驱动器集成电路中，在特别的一个集成电路中，其中将高压半桥栅极驱动缓冲器和电平转换包含在单块集成电路中。在这种电路中，优选地将高端栅极驱动缓冲器DRV1安排在一个绝缘高端阱中，该阱能够浮动到DC高电压电势，该DRV1定位于节点“A”。

根据本发明的特征，提供一个信号来避免半桥中的硬开关，该信号指示用于开关的安全阈值。基于与可编程阈值电平进行比较能够提供该信号，为了特别的应用，能够可选择地提供阈值电平用于特殊的开关参数。