[发明专利]一种施密特触发器电路

说明书

技术领域

本发明涉及数字电路，特别涉及数字电路中施密特触发器电路。

背景技术

对于标准施密特触发器，当输入电压高于正向阈值电压，输出为高电平；当输入电压低于负向阈值电压，输出为低电平；当输入在正负向阈值电压之间，输出电压不改变，也就是说输出由高电平翻转为低电平，或是由低电平翻转为高电平对应的阈值电压是不同的。只有当输入电压发生足够的变化时，输出才会变化，因此将这种元件命名为触发器。这种双阈值动作被称为迟滞现象(滞回特性)，表明施密特触发器有记忆性。所以，传统的理论认为，施密特触发器是一种双稳态多谐振荡器。

施密特触发器可作为波形整形电路，能将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形，而且由于施密特触发器具有滞回特性，所以可用于抗干扰，其应用包括在开环配置中用于抗干扰，特别在开关电源电路中，利用小体积的隔离变压器把占空比经常改变的方波信号传至下一级，完成隔离驱动时，就显得很有价值，如双管正激变换器电路中离正电源近的晶体管，就需要隔离驱动，占空比经常改变的方波信号其频谱很宽，小体积的隔离变压器在很宽的频率下要完成方波的完美传输，对隔离变压器要求很严格。所以，有的技术方案是利用一只超小型变压器，利用其低频性能差，产生的微分效应，将方波传输到下一级成为尖脉冲，再利用施密特触发器还原成方波，如已无权的中国公开号101640527的《利用脉冲调制解调方式实现信号传递的IGBT驱动电路》摘要附图，数字2所指就是这种电路。为了方便描述，这里引用作为本文的图1，超小型变压器T把原边的方波转换为尖脉冲，该电路利用两个反向器U1A和U1B串联，加入仅在高电平时起作用的电阻R4和二极管D1串联的正反馈电路，完成“将脉冲变压器传递过来的窄脉冲还原为控制信号”。

事实上，选用CMOS数字电路就可实现这一功能，但随着电源标准、电源技术的进步，如目前广泛使用的半桥LLC谐振转换器，其变换效率很高，其工作频率经常上升至300KHz至500KHz甚至以上，这时对隔离驱动、同步整流驱动的延时要求极为苛刻，CMOS一级的延时就有25-50ns时长，两级串联后就有50-100ns时长，在实际使用中，由于工作频率很高，COMS电路的锁定效应很容易出现。COMS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大，这种效应就是锁定效应。当产生锁定效应时，COMS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片；同时烧毁开关电源。

CMOS由于内部是MOS管输入，其输入电压灵敏度受MOS管的开启电压影响，一致性不好，开关电源在批量生产时，驱动的一致性不好保证。

当然，选用TTL数字电路可以解决上述CMOS带来的困扰，TTL数字电路速度快，如74HC14，其一级门电路的延时只有5-10ns时长，可以满足目前的要求。但是TTL数字电路工作电压为5V，其输出电压一般为3.5V左右，驱动后续的MOS功率管或同步整流的MOS管，都存在驱动电压不足，常见的MOS功率管或同步整流的MOS管，若想得到极低的导通内阻R_DS(ON)，要求驱动电压都在7V以上，如很多公司推出的升压驱动集成电路其输出电压都在10V左右。

已授权的中国公开号为101595630的《绝缘型DC-DC变换器》的授权文本中第[0015] 段的第3行，也指出这个问题：但由于一般的高速逻辑门IC 其绝对最大额定值电压通常为7V 左右，因此第一开关元件Q1的栅极驱动电压成为比其更低的电压。若第一开关元件Q1 不是能够利用逻辑电平驱动的MOSFET，则栅极驱动电压不足。

即TTL数字电路组成的将脉冲变压器传递过来的窄脉冲还原为控制信号的电路，需在后级再加一级电平转换电路，即前文所述的“升压驱动集成电路”，这级电路一般也会带来延时，且增加了成本，这种电路低速的一般需0.80元人民币左右，高速的都在2元以上。

不仅增加了电路的复杂性，由于器件增加，也降低了整机电路的可靠性，在日益追求高功率密度、小体积的时代，多加一片升压驱动集成电路会给电路板的设计带来很大的麻烦！若采用同步延时法，即所有驱动功率级的环节，采用相同的延时，那么就要加入多片升压驱动集成电路或延时电路，将会占用更大电路板面积。