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TW201434252A - 橋式開關控制電路及其操作方法 - Google Patents

橋式開關控制電路及其操作方法 Download PDF

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TW201434252A
TW201434252A TW102106125A TW102106125A TW201434252A TW 201434252 A TW201434252 A TW 201434252A TW 102106125 A TW102106125 A TW 102106125A TW 102106125 A TW102106125 A TW 102106125A TW 201434252 A TW201434252 A TW 201434252A
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Hsin-Chung Niu
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Delta Electronics Inc
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Abstract

一種橋式開關控制電路操作方法，係控制至少一互補式開關對，包含下列步驟。首先，提供一第一驅動信號、一第二驅動信號、一第一閂鎖信號以及一第二閂鎖信號，其中該第一驅動信號與該第二驅動信號係分別驅動該至少一互補式開關對。然後，判斷該第一驅動信號是否為正緣觸發。若該第一驅動信號為正緣觸發，則控制該第一閂鎖信號為高準位，同時控制該第二閂鎖信號為低準位。然後，判斷該第二驅動信號是否為正緣觸發。若該第二驅動信號為正緣觸發，則控制該第二閂鎖信號為高準位，同時控制該第一閂鎖信號為低準位。

Description

橋式開關控制電路及其操作方法
本發明係有關一種橋式開關控制電路及其操作方法，尤指一種具有交錯切換功能之橋式開關控制電路及其操作方法。
此外，在功率開關切換電路中，由於功率開關會有導通延遲(turn-on delay)與截止延遲(turn-off delay)的非理想現象，因此，實際上，功率開關並不會在輸入命令到達後立即導通或截止。為了避免同一臂上兩晶體在非完全導通或截止狀態下發生短路之情況，須要在上下臂晶體導通與截止中間錯開，延遲一段時間，此段時間稱為死區時間(dead time)或稱短路防止時間。此外，短路防止時間的做法乃將每一功率開關由截止至導通的瞬間往後延遲一時間，而此延遲的時間大小必須配合開關的切換速度。
請參見第一A圖，係為先前技術之半橋式電路架構電路圖。為了方便說明，係以具有同步整流控制之轉換器為例。該轉換器具有一變壓器，並且該變壓器之二次側係以兩個金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)為開關元件，分別為一第一開關Q1與一第二開關Q2，其中，該第一開關Q1與該第二開關Q2係為互補交替切換，亦即，當該第一開關Q1導通時，該第二開關Q2則截止，反之，當該第一開關Q1截止時，該第二開關Q2則導通。配合參見第一B圖，係為先前技術一短路防止時間(dead time)之示意圖。承上所述，當進行切換控制時，為了防止該第一開關Q1與該第二開關Q2因為同時導通，而造成短路擊穿(short through)之情況，因此，在兩開關導通與截止交越處皆提供一短路防止時間td。如第一B圖所示，時間t1至時間t2、時間t3至時間t4以及時間t5至時間t6係為該短路防止時間td。惟，若縮短該短路防止時間td，將增加有效工作週期，但容易因雜訊干擾或開關元件本身的非理特性而同樣發生短路擊穿情況；反之，若增加該短路防止時間td，雖然能夠改善擊穿情況發生的可能性，但該些開關處於關閉的時間佔整個切換週期時間的比例增加，而導致整體轉換效率下降。
參見第一C圖，係為先前技術另一短路防止時間(dead time)之示意圖。在現有技術中，為因應該第一開關Q1與該第二開關Q2同時導通而發生短路擊穿，因此，也提出保護機制的解決方案。如第一C圖所示，當時間t3至時間t4發生雜訊Sn干擾，此時，控制系統會強迫關閉該第一開關Q1之一第一驅動信號Sg1，直到雜訊消除後，控制系統會由於最小導通時間(minimum on time)機制啟動，再次送出因之前強迫關閉而未傳送完該第一驅動信號Sg1之未完成導通動作。因此，一旦互補交替切換之一第二驅動信號Sg2接續導通時，將發生該第一開關Q1與該第二開關Q2同時導通造成短路擊穿的情況，使得功率開關元件永久性損壞，進而讓產生可靠度大幅降低。
因此，如何設計出一種橋式開關控制電路及其操作方法，可應用於半橋式與全橋式拓樸架構之電路，使得兩個功率開關迴路不會因為同時導通而造成短路擊穿(short through)情況發生，並且提高電路可靠度與雜訊免疫能力，乃為本案創作人所欲行克服並加以解決的一大課題。
本發明之一目的在於提供一種橋式開關控制電路之操作方法，以克服習知技術的問題。因此本發明橋式開關控制電路之操作方法係包含下列步驟：(a)提供一第一驅動信號、一第二驅動信號、一第一閂鎖信號以及一第二閂鎖信號，其中該第一驅動信號與該第二驅動信號係分別驅動至少一互補式開關對；(b)判斷該第一驅動信號是否為正緣觸發該至少一互補式開關對之一開關；(c)若該第一驅動信號為正緣觸發該至少一互補式開關對之該開關，則控制該第一閂鎖信號為高準位，同時控制該第二閂鎖信號為低準位；(d)判斷該第二驅動信號是否為正緣觸發該至少一互補式開關對之另一開關；以及(e)若該第二驅動信號為正緣觸發該至少一互補式開關對之該另一開關，則控制該第二閂鎖信號為高準位，同時控制該第一閂鎖信號為低準位。
本發明之另一目的在於提供一種橋式開關控制電路，以克服習知技術的問題。因此本發明橋式開關控制電路係包含一橋式電路與一控制模組。該橋式電路係包含至少一互補式開關對，該至少一互補式開關對係分別由兩驅動信號所控制。該控制模組係包含一判斷單元與一閂鎖單元。該判斷單元係根據該至少一互補式開關對之極間電壓大小，判斷該至少一互補式開關對之導通與截止狀態，並且對應產生兩輸出信號。該閂鎖單元係接收該兩輸出信號，並且根據該兩輸出信號之準位提供閂鎖操作，以對應輸出兩閂鎖信號。其中，若該驅動信號為正緣觸發該至少一互補式開關對之一開關，則控制所對應之該閂鎖信號為高準位，同時控制另一閂鎖信號為低準位，使得該至少一互補式開關對之該開關為導通狀態，而另一開關為截止狀態，以防止該至少一互補式開關對同時導通造成短路狀態。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
 〔先前技術〕
Sg1．．．第一驅動信號
Sg2．．．第二驅動信號
Sn．．．雜訊
Q1．．．第一開關
Q2．．．第二開關
td．．．短路防止時間
t1~t8．．．時間
Vin．．．輸入電壓
Vout．．．輸出電壓
〔本發明〕
S10~S22．．．步驟
SGD1．．．第一驅動信號
SGD2．．．第二驅動信號
SLH1．．．第一閂鎖信號
SLH2．．．第二閂鎖信號
Sn．．．雜訊
t1~t8．．．時間
td．．．短路防止時間
Q1．．．第一開關
Q2．．．第二開關
Q3．．．第三開關
Q4．．．第四開關
Qa1．．．第一開關組
Qa2．．．第二開關組
10．．．半橋式電路架構
30．．．全橋式電路架構
20．．．控制模組
2011．．．第一放大電壓單元
2012．．．第二放大電壓單元
2021．．．第一比較單元
2022．．．第二比較單元
203．．．判斷單元
204．．．閂鎖單元
2041．．．反或閘
2042．．．反或閘
Vds1．．．汲源極電壓
Vds2．．．汲源極電壓
Vds1’．．．放大汲源極電壓
Vds2’．．．放大汲源極電壓
Vref1．．．第一參考電壓
Vref2．．．第二參考電壓
S1．．．第一輸出信號
S2．．．第二輸出信號
Vin．．．輸入電壓
Vout．．．輸出電壓
第一A圖係為先前技術之半橋式電路架構電路圖；
第一B圖係為先前技術一短路防止時間(dead time)之示意圖；
第一C圖係為先前技術另一短路防止時間(dead time)之示意圖；
第二圖係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路操作方法之流程圖；
第三A圖係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路操作方法第一實施例之信號波形示意圖；
第三B圖係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路操作方法第二實施例之信號波形示意圖；
第三C圖係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路操作方法第三實施例之信號波形示意圖；
第三D圖係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路操作方法第四實施例之信號波形示意圖；
第四A圖係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路第一實施例之電路方塊示意圖；
第四B圖係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路第二實施例之電路方塊示意圖；及
第五圖係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路之一閂鎖單元之電路圖。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：
請參見第二圖，係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路操作方法之流程圖。該具有交錯切換功能之橋式開關控制電路之操作方法係包含下列步驟：首先，提供一第一驅動信號SGD1、一第二驅動信號SGD2、一第一閂鎖信號SLH1以及一第二閂鎖信號SLH2，其中該第一驅動信號SGD1與該第二驅動信號SGD2係分別驅動至少一互補式開關對(complementary switch pair)(S10)。然後，判斷該第一驅動信號SGD1是否為正緣觸發(rising-edge triggering)該至少一互補式開關對之一開關(S12)。若該第一驅動信號SGD1為正緣觸發該至少一互補式開關對之該開關，則控制該第一閂鎖信號SLH1為高準位，同時控制該第二閂鎖信號SLH2為低準位(S14)，並且維持該第一閂鎖信號SLH1與該第二閂鎖信號SLH2分別為高準位與低準位(S16)。然後，判斷該第二驅動信號SGD2是否為正緣觸發(rising-edge triggering)該至少一互補式開關對之另一開關(S18)。若該第二驅動信號SGD2為正緣觸發該至少一互補式開關對之該另一開關，則控制該第二閂鎖信號SLH2為高準位，同時控制該第一閂鎖信號SLH1為低準位(S20)，並且維持該第二閂鎖信號SLH2與該第一閂鎖信號SLH1分別為高準位與低準位(S22)。在步驟(S12)中，若該第一驅動信號SGD1非為正緣觸發該至少一互補式開關對之該開關，則執行步驟(S22)，亦即，維持該第二閂鎖信號SLH2與該第一閂鎖信號SLH1分別為高準位與低準位。在步驟(S18)中，若該第二驅動信號SGD2非為正緣觸發該至少一互補式開關對之該另一開關，則執行步驟(S16)，亦即，維持該第一閂鎖信號SLH1與該第二閂鎖信號SLH2分別為高準位與低準位。至於該橋式開關控制電路操作方法之說明，將於後文有詳細之闡述。
配合參見第三A圖，係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路操作方法第一實施例之信號波形示意圖。當時間t1時，該第一驅動信號SGD1為正緣觸發該至少一互補式開關對之一開關，因此，控制該第一閂鎖信號SLH1由低準位轉換為高準位，同時控制該第二閂鎖信號SLH2由高準位轉換為低準位。當時間t2時，該第二驅動信號SGD2為正緣觸發該至少一互補式開關對之另一開關，因此，控制該第二閂鎖信號SLH2由低準位轉換為高準位，同時控制該第一閂鎖信號SLH1由高準位轉換為低準位。其中，該至少一互補式開關對係為金屬氧化物半導體場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field effect transistor,MOSFET)或絕緣柵雙極電晶體(insulated gate bipolar transistor,IGBT)，但不以此為限。
此外，若該第一驅動信號SGD1非為正緣觸發該至少一互補式開關對之該開關(亦即，時間t1之前或時間t2至時間t3之間，該第一驅動信號SGD1為低準位)，則維持該第一閂鎖信號SLH1與該第二閂鎖信號SLH2分別為低準位與高準位。若該第二驅動信號SGD2非為正緣觸發該至少一互補式開關對之該另一開關(亦即，時間t1至時間t2之間或時間t3之後，該第二驅動信號SGD2為低準位)，則維持該第一閂鎖信號SLH1與該第二閂鎖信號SLH2分別為高準位與低準位。
配合參見第三B圖，係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路操作方法第二實施例之信號波形示意圖。第二實施例與第一實施例最大的差異在於在第二實施例，更可在該第一驅動信號SGD1與第二驅動信號SGD2每一次導通或截止交互切換之際，加入短路防止時間(dead time)。因此，如第三B圖所示，時間t1至時間t2、時間t3至時間t4以及時間t5至時間t6係為該短路防止時間td。同樣地，當時間t2時，該第一驅動信號SGD1為正緣觸發該至少一互補式開關對之一開關，因此，控制該第一閂鎖信號SLH1由低準位轉換為高準位，同時控制該第二閂鎖信號SLH2由高準位轉換為低準位。值得一提，在本實施例中，由於加入該短路防止時間td，因此，該第二閂鎖信號SLH2已於時間t1時，該短路防止時間td啟動後被轉換為低準位。換言之，若由於雜訊干擾或開關元件本身的非理特性導致該第二閂鎖信號SLH2無法於該短路防止時間td啟動時被轉換為低準位時，將同樣會因為該第一驅動信號SGD1為正緣觸發而同時控制該第二閂鎖信號SLH2由高準位轉換為低準位。至於雜訊干擾對於該橋式開關控制電路操作方法之說明，將於後文(第三實施例與第四實施例)有詳細之闡述。同理，當時間t4時，該第二驅動信號SGD2為正緣觸發該至少一互補式開關對之另一開關，因此，控制該第二閂鎖信號SLH2由低準位轉換為高準位，同時控制該第一閂鎖信號SLH1由高準位轉換為低準位。值得一提，在本實施例中，由於加入該短路防止時間td，因此，該第一閂鎖信號SLH1已於時間t3時，該短路防止時間td啟動後被轉換為低準位。換言之，若由於雜訊干擾或開關元件本身的非理特性導致該第一閂鎖信號SLH1無法於該短路防止時間td啟動時被轉換為低準位時，將同樣會因為該第二驅動信號SGD2為正緣觸發而同時控制該第一閂鎖信號SLH1由高準位轉換為低準位。至於雜訊干擾對於該橋式開關控制電路操作方法之說明，將於後文(第三實施例與第四實施例)有詳細之闡述。
此外，若該第一驅動信號SGD1非為正緣觸發該至少一互補式開關對之該開關(亦即，時間t1之前或時間t4至時間t5之間，該第一驅動信號SGD1為低準位)，則維持該第一閂鎖信號SLH1與該第二閂鎖信號SLH2分別為低準位與高準位。若該第二驅動信號非為正緣觸發該至少一互補式開關對之該另一開關(亦即，時間t2至時間t3之間或時間t6之後，該第二驅動信號SGD2為低準位)，則維持該第一閂鎖信號SLH1與該第二閂鎖信號SLH2分別為高準位與低準位。
配合參見第三C圖，係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路操作方法第三實施例之信號波形示意圖。第三實施例與第一實施例最大的差異在於在第三實施例中，在時間t2至時間t3以及時間t5至時間t6分別有雜訊Sn干擾。當時間t1時，該第一驅動信號SGD1為正緣觸發該至少一互補式開關對之一開關，因此，控制該第一閂鎖信號SLH1由低準位轉換為高準位，同時控制該第二閂鎖信號SLH2由高準位轉換為低準位。當時間t2時，由於該雜訊Sn干擾產生，因此，該第一驅動信號SGD1則強制由高準位轉換為低準位，然而該第一閂鎖信號SLH1仍維持高準位。也由於該第一閂鎖信號SLH1仍維持高準位，因此，該第一驅動信號SGD1將受到閂鎖，而無法再被正緣觸發轉換為高準位。當時間t3時，該雜訊Sn干擾消除，但由於該第一閂鎖信號SLH1仍維持高準位，因此，該第一驅動信號SGD1持續受到閂鎖。直到時間t4，該第二驅動信號SGD2為正緣觸發該至少一互補式開關對之另一開關，因此，控制該第二閂鎖信號SLH2由低準位轉換為高準位，同時控制該第一閂鎖信號SLH1由高準位轉換為低準位。當時間t5時，由於該雜訊Sn干擾產生，因此，該第二驅動信號SGD2則強制由高準位轉換為低準位，然而該第二閂鎖信號SLH2仍維持高準位。也由於該第二閂鎖信號SLH2仍維持高準位，因此，該第二驅動信號SGD2將受到閂鎖，而無法再被正緣觸發轉換為高準位。當時間t6時，該雜訊Sn干擾消除，但由於該第二閂鎖信號SLH2仍維持高準位，因此，該第二驅動信號SGD2持續受到閂鎖。
配合參見第三D圖，係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路操作方法第四實施例之信號波形示意圖。第四實施例與第三實施例最大的差異在於在第四實施例中，在時間t2至時間t4以及時間t6至時間t8分別有雜訊Sn干擾，並且雜訊Sn干擾的持續時間較長。當時間t1時，該第一驅動信號SGD1為正緣觸發該至少一互補式開關對之該開關，因此，控制該第一閂鎖信號SLH1由低準位轉換為高準位，同時控制該第二閂鎖信號SLH2由高準位轉換為低準位。當時間t2時，由於該雜訊Sn干擾產生，因此，該第一驅動信號SGD1則強制由高準位轉換為低準位，然而該第一閂鎖信號SLH1仍維持高準位。也由於該第一閂鎖信號SLH1仍維持高準位，因此，該第一驅動信號SGD1將受到閂鎖，而無法再被正緣觸發轉換為高準位。當時間t3時，該第二驅動信號SGD2為正緣觸發該至少一互補式開關對之該另一開關，因此，控制該第二閂鎖信號SLH2由低準位轉換為高準位，同時控制該第一閂鎖信號SLH1由高準位轉換為低準位。但由於該雜訊Sn干擾持續存在，因此，該第二驅動信號SGD2正緣觸發後即刻轉換為低準位。也由於該第二閂鎖信號SLH2仍維持高準位，因此，該第二驅動信號SGD2將受到閂鎖，而無法再被正緣觸發轉換為高準位。當時間t4時，該雜訊Sn干擾消除，但由於該第二閂鎖信號SLH2仍維持高準位，因此，該第二驅動信號SGD2持續受到閂鎖。
當時間t5時，該第二驅動信號SGD2為正緣觸發該至少一互補式開關對之該另一開關，因此，控制該第二閂鎖信號SLH2由低準位轉換為高準位，同時控制該第一閂鎖信號SLH1由高準位轉換為低準位。當時間t6時，由於該雜訊Sn干擾產生，因此，該第二驅動信號SGD2則強制由高準位轉換為低準位，然而該第二閂鎖信號SLH2仍維持高準位。也由於該第二閂鎖信號SLH2仍維持高準位，因此，該第二驅動信號SGD2將受到閂鎖，而無法再被正緣觸發轉換為高準位。當時間t7時，該第一驅動信號SGD1為正緣觸發該至少一互補式開關對之該開關，因此，控制該第一閂鎖信號SLH1由低準位轉換為高準位，同時控制該第二閂鎖信號SLH2由高準位轉換為低準位。但由於該雜訊Sn干擾持續存在，因此，該第一驅動信號SGD1正緣觸發後即刻轉換為低準位。也由於該第一閂鎖信號SLH1仍維持高準位，因此，該第一驅動信號SGD1將受到閂鎖，而無法再被正緣觸發轉換為高準位。當時間t8時，該雜訊Sn干擾消除，但由於該第一閂鎖信號SLH1仍維持高準位，因此，該第一驅動信號SGD1持續受到閂鎖。
綜上該些實施例所述，透過該第一驅動信號SGD1為正緣觸發時，除了控制同相該第一閂鎖信號SLH1由低準位轉換為高準位，能夠對該第一驅動信號SGD1設定閂鎖外，也同時控制反相該第二閂鎖信號SLH2由高準位轉換為低準位，能夠對該第二驅動信號SGD2解除閂鎖。同理，透過該第二驅動信號SGD2為正緣觸發時，除了控制同相該第二閂鎖信號SLH2由低準位轉換為高準位，能夠對該第二驅動信號SGD2設定閂鎖外，也同時控制反相該第一閂鎖信號SLH1由高準位轉換為低準位，能夠對該第一驅動信號SGD1解除閂鎖。如此，由該第一驅動信號SGD1與該第二驅動信號SGD2的正緣觸發提供同相與反相之閂鎖信號的設定與解除，以達到彼此交錯控制(interacting control)之操作方法，使得一旦該第一驅動信號SGD1所驅動之對應的開關導通後，另一開關(由該第二驅動信號SGD2所驅動)則為截止狀態，反之，一旦該第二驅動信號SGD2所驅動之對應的開關導通後，另一開關(由該第一驅動信號SGD1所驅動)則為截止狀態，因此，該兩開關將不會發生因為同時導通，而造成短路擊穿之情況。
以下，將配合電路實施例說明該具有交錯切換功能之橋式開關控制電路之操作方法，但非以該電路實施例為限。請參見第四A圖係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路第一實施例之電路方塊示意圖。在第一實施例中，該橋式開關控制電路係包含一半橋式電路架構(half-bridge circuit)10與一控制模組20。該一對互補式開關係為兩個開關，分別為一第一開關Q1與一第二開關Q2。其中，該至少一互補式開關對係為金屬氧化物半導體場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field effect transistor,MOSFET)或絕緣柵雙極電晶體(insulated gate bipolar transistor,IGBT)，但不以此為限。該第一驅動信號SGD1與該第二驅動信號SGD2係分別驅動該第一開關Q1與該第二開關Q2。該控制模組20係包含一第一放大電壓單元2011、一第二放大電壓單元2012、一第一比較單元2021、一第二比較單元2022、一判斷單元203與一閂鎖單元204。該第一放大電壓單元2011與該第二放大電壓單元2012分別接收該第一開關Q1之汲源極電壓Vds1與該第二開關Q2之汲源極電壓Vds2，並將該兩汲源極電壓Vds1,Vds2放大，以分別得到兩放大汲源極電壓Vds1’,Vds2’。然後，該放大汲源極電壓Vds1’係透過該第一比較單元2021與一第一參考電壓Vref1比較電壓大小，若該放大汲源極電壓Vds1’大於該第一參考電壓Vref1，則輸出高準位，表示該第一開關Q1由該第一驅動信號SGD1所觸發並導通，反之，則輸出低準位；該放大汲源極電壓Vds2’係透過該第二比較單元2022與一第二參考電壓Vref2比較電壓大小，若該放大汲源極電壓Vds2’大於該第二參考電壓Vref2，則輸出高準位，表示該第二開關Q2由該第二驅動信號SGD2所觸發並導通，反之，則輸出低準位。
該判斷單元203係分別接收該第一比較單元2021與該第二比較單元2022之輸出信號，判斷該第一開關Q1與該第二開關Q2之導通與截止狀態，並輸出一第一輸出信號S1與一第二輸出信號S2。值得一提，當該第一輸出信號S1為高準位時，則表示該第一驅動信號SGD1為正緣觸發該第一開關Q1，亦即該第一驅動信號SGD1恰由低準位轉換為高準位；當該第二輸出信號S2為高準位時，則表示該第二驅動信號SGD2為正緣觸發該第二開關Q2，亦即該第二驅動信號SGD2恰由低準位轉換為高準位。該閂鎖單元204係接收該第一輸出信號S1與該第二輸出信號S2，並根據該第一輸出信號S1與該第二輸出信號S2之準位提供閂鎖操作，以輸出該第一閂鎖信號SLH1與該第二閂鎖信號SLH2。承上所述，若該第一驅動信號SGD1為高準位並且該第二驅動信號SGD2為低準位時，則控制該第一閂鎖信號SLH1為高準位，同時控制該第二閂鎖信號SLH2為低準位，使得該第一開關Q1導通並且該第二開關Q2截止，以防止該第一開關Q1與該第二開關Q2同時導通造成短路狀態。反之，若該第二驅動信號SGD2為高準位並且該第一驅動信號SGD1為低準位時，則控制該第二閂鎖信號SLH2為高準位，同時控制該第一閂鎖信SLH1為低準位，使得該第二開關Q2導通並且該第一開關Q1截止，以防止該第二開關Q2與該第一開關Q1同時導通造成短路狀態。
請參見第四B圖係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路第一實施例與第二實施例之電路方塊示意圖。第二實施例與第一實施例最大的差異在於在第二實施例中，該橋式開關控制電路係包含一全橋式電路架構(full-bridge circuit)30與一控制模組20。該兩對互補式開關係為四個開關，分別為一第一開關Q1、一第二開關Q2、一第三開關Q3以及一第四開關Q4。其中，該第一開關Q1與該第四開關Q4形成同時導通或截止之一第一開關組Qa1，該第二開關Q2與該第三開關Q3形成同時導通或截止之一第二開關組Qa2。該第一驅動信號SGD1與該第二驅動信號SGD2係分別驅動該第一開關組Qa1與該第二開關組Qa2。以下僅就兩實施例之相異處進行說明，其餘不再贅述，請參見第四A圖及其說明。該第一放大電壓單元2011與該第二放大電壓單元2012分別接收該第一開關組Qa1之該第一開關Q1或該第四開關Q4之汲源極電壓Vds2與該第二開關組Qa2之該第二開關Q2或該第三開關Q3之汲源極電壓Vds1，並將該兩汲源極電壓Vds1,Vds2放大，以分別得到兩放大汲源極電壓Vds1’,Vds2’。然後，該放大汲源極電壓Vds1’係透過該第一比較單元2021與一第一參考電壓Vref1比較電壓大小，該放大汲源極電壓Vds2’係透過該第二比較單元2022與一第二參考電壓Vref2比較電壓大小。
該判斷單元203係分別接收該第一比較單元2021與該第二比較單元2022之輸出信號，判斷該第一開關組Qa1與該第二開關組Qa2之導通與截止狀態，並輸出一第一輸出信號S1與一第二輸出信號S2。值得一提，當該第一輸出信號S1為高準位時，則表示該第一驅動信號SGD1為正緣觸發該第四開關Q4，亦即該第一驅動信號SGD1恰由低準位轉換為高準位；當該第二輸出信號S2為高準位時，則表示該第二驅動信號SGD2為正緣觸發該第二開關Q2，亦即該第二驅動信號SGD2恰由低準位轉換為高準位。該閂鎖單元204係接收該第一輸出信號S1與該第二輸出信號S2，並根據該第一輸出信號S1與該第二輸出信號S2之準位提供閂鎖操作，以輸出該第一閂鎖信號SLH1與該第二閂鎖信號SLH2。承上所述，若該第一驅動信號SGD1為高準位並且該第二驅動信號SGD2為低準位時，則控制該第一閂鎖信號SLH1為高準位，同時控制該第二閂鎖信號SLH2為低準位，使得該第四開關Q4導通並且該第二開關Q2截止，以防止該第四開關Q4與該第二開關Q2同時導通造成短路狀態。反之，若該第二驅動信號SGD2為高準位並且該第一驅動信號SGD1為低準位時，則控制該第二閂鎖信號SLH2為高準位，同時控制該第一閂鎖信號SLH1為低準位，使得該第二開關Q2導通並且該第四開關Q4截止，以防止該第二開關Q2與該第四開關Q4同時導通造成短路狀態。至於該閂鎖單元204操作方法之說明，將於後文有詳細之闡述。
請參見第五圖，係為本發明具有交錯切換功能之橋式開關控制電路之一閂鎖單元之電路圖。承上所述，該閂鎖單元204係可為反或閘R-S閂鎖器(NOR R-S latch)、反及閘R-S閂鎖器(NAND R-S latch)、D型閂鎖器(D latch)或由邏輯閘元件所組成之閂鎖電路。為了方便說明，在本實施例中係以反或閘R-S閂鎖器為例，並配合半橋式電路架構10(參見第四A圖)加以詳細說明。該閂鎖單元204係以兩個反或閘2041,2042連接而成。當該第一驅動信號SGD1為正緣觸發該第一開關Q1時，該第一輸出信號S1為高準位而該第二輸出信號S2為低準位，因此，該第一閂鎖信號SLH1輸出為高準位，該第二閂鎖信號SLH2則輸出為低準位。當該第一驅動信號SGD1非為正緣觸發該第一開關Q1時，該第一輸出信號S1為低準位而該第二輸出信號S2仍為低準位時，此時，該第一閂鎖信號SLH1與該第二閂鎖信號SLH2維持前態之輸出準位。直到當該第二驅動信號SGD2為正緣觸發該第二開關Q2時，該第二輸出信號S2為高準位而該第一輸出信號S1為低準位，因此，該第二閂鎖信號SLH2輸出為高準位，該第一閂鎖信號SLH1則輸出為低準位。當該第二驅動信號SGD2非為正緣觸發該第二開關Q2時，該第二輸出信號S2為低準位而該第一輸出信號S1仍為低準位時，此時，該第二閂鎖信號SLH2與該第一閂鎖信號SLH1維持前態之輸出準位。如此，由該第一驅動信號SGD1與該第二驅動信號SGD2的正緣觸發提供同相與反相之閂鎖信號的設定與解除，以達到彼此交錯控制(interacting control)之操作方法，使得一旦該第一開關Q1導通後，該第二開關Q2則為截止狀態，反之，一旦該第二開關Q2導通後，該第一開關Q1則為截止狀態，因此，該兩開關將不會發生因為同時導通，而造成短路擊穿之情況。
綜上所述，本發明係具有以下之特徵與優點：
1、透過該交錯控制功能之橋式開關控制電路及其操作方法，可將週期內開關導通工作時間增加，使得提高橋式開關控制電路之效率；
2、透過彼此交錯控制之操作方法，使得兩個功率開關迴路不會因為同時導通而造成短路擊穿(short through)情況發生；
3、當某一相開關迴路因為雜訊干擾或開關元件本身的非理特性發生異常，該異常開關迴路會被閂鎖，直到異常狀況排除後，才會將異常開關迴路閂鎖解除，而進入下一週期之切換控制，使得提高電路可靠度與雜訊免疫能力；
4、該具有交錯切換功能之橋式開關控制電路及其操作方法，可適用於舉凡橋式(包含半橋式與全橋式架構)拓樸架構之電路應用，如橋式整流電路(bridge rectifying circuit)即為所述之類；
5、透過該交錯控制功能之橋式開關控制電路及其操作方法，可節省額外增設之防止短路週邊線路，並且可降低成本；及
6、設計產品者在應用此電路架構下，可大幅地縮短產生設計時程，提高開發程序規劃之效率。
惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
S10~S22．．．步驟

Claims (18)

  1. 一種橋式開關控制電路之操作方法，係包含下列步驟：
    (a)提供一第一驅動信號、一第二驅動信號、一第一閂鎖信號以及一第二閂鎖信號，其中該第一驅動信號與該第二驅動信號係分別驅動至少一互補式開關對；
    (b)判斷該第一驅動信號是否為正緣觸發該至少一互補式開關對之一開關；
    (c)若該第一驅動信號為正緣觸發該至少一互補式開關對之該開關，則控制該第一閂鎖信號為高準位，同時控制該第二閂鎖信號為低準位；
    (d)判斷該第二驅動信號是否為正緣觸發該至少一互補式開關對之另一開關；及
    (e)若該第二驅動信號為正緣觸發該至少一互補式開關對之該另一開關，則控制該第二閂鎖信號為高準位，同時控制該第一閂鎖信號為低準位。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之橋式開關控制電路之操作方法，其中在步驟(c)中，若該第一驅動信號非為正緣觸發該至少一互補式開關對之該開關，則維持該第一閂鎖信號與該第二閂鎖信號分別為低準位與高準位；在步驟(e)中，若該第二驅動信號非為正緣觸發該至少一互補式開關對之該另一開關，則維持該第一閂鎖信號與該第二閂鎖信號分別為高準位與低準位。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之橋式開關控制電路操作方法，其中當該至少一互補式開關對為兩開關半橋式架構，該兩開關係分別為一第一開關與一第二開關時，該第一驅動信號與該第二驅動信號係分別驅動該第一開關與該第二開關；其中若該第一驅動信號為高準位並且該第二驅動信號為低準位時，則控制該第一閂鎖信號為高準位，同時控制該第二閂鎖信號為低準位，使得該第一開關導通並且該第二開關截止，以防止該第一開關與該第二開關同時導通造成短路狀態。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之橋式開關控制電路操作方法，其中當該至少一互補式開關對為兩開關半橋式架構，該兩開關係分別為一第一開關與一第二開關時，該第一驅動信號與該第二驅動信號係分別驅動該第一開關與該第二開關；其中若該第二驅動信號為高準位並且該第一驅動信號為低準位時，則控制該第二閂鎖信號為高準位，同時控制該第一閂鎖信號為低準位，使得該第二開關導通並且該第一開關截止，以防止該第二開關與該第一開關同時導通造成短路狀態。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之橋式開關控制電路操作方法，其中當該至少一互補式開關對為四開關全橋式架構，該四開關係分別為一第一開關、一第二開關、一第三開關以及一第四開關時，並且該第一開關與該第四開關形成同時導通或截止之一第一開關組，該第二開關與該第三開關形成同時導通或截止之一第二開關組，該第一驅動信號與該第二驅動信號係分別驅動該第一開關組與該第二開關組；其中若該第一驅動信號為高準位並且該第二驅動信號為低準位時，則控制該第一閂鎖信號為高準位，同時控制該第二閂鎖信號為低準位，使得該第一開關組導通並且該第二開關組截止，以防止該第一開關組與該第二開關組同時導通造成短路狀態。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之橋式開關控制電路操作方法，其中當該至少一互補式開關對為四開關全橋式架構，該四開關係分別為一第一開關、一第二開關、一第三開關以及一第四開關時，並且該第一開關與該第四開關形成同時導通或截止之一第一開關組，該第二開關與該第三開關形成同時導通或截止之一第二開關組，該第一驅動信號與該第二驅動信號係分別驅動該第一開關組與該第二開關組；其中若該第二驅動信號為高準位並且該第一驅動信號為低準位時，則控制該第二閂鎖信號為高準位，同時控制該第一閂鎖信號為低準位，使得該第二開關組導通並且該第一開關組截止，以防止該第二開關組與該第一開關組同時導通造成短路狀態。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之橋式開關控制電路操作方法，其中該至少一互補式開關對導通與截止交越處皆提供一短路防止時間(dead time)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之橋式開關控制電路操作方法，其中該至少一互補式開關對係為金屬氧化物半導體場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field effect transistor,MOSFET)或絕緣柵雙極電晶體(insulated gate bipolar transistor,IGBT)。
  9. 一種橋式開關控制電路係包含：
    一橋式電路，係包含至少一互補式開關對，該至少一互補式開關對係分別由兩驅動信號所控制；及
    一控制模組，係包含：
    一判斷單元，係根據該至少一互補式開關對之極間電壓大小，判斷該至少一互補式開關對之導通與截止狀態，並且對應產生兩輸出信號；及
    一閂鎖單元，係接收該兩輸出信號，並且根據該兩輸出信號之準位提供閂鎖操作，以對應輸出兩閂鎖信號；
    其中若該驅動信號為正緣觸發該至少一互補式開關對之一開關，則控制所對應之該閂鎖信號為高準位，同時控制另一閂鎖信號為低準位，使得該至少一互補式開關對之該開關為導通狀態，而另一開關為截止狀態，以防止該至少一互補式開關對同時導通造成短路狀態。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之橋式開關控制電路，其中該橋式開關控制電路係更包含：
    兩放大電壓單元，每一該放大電壓單元係對應接收該至少一互補式開關對之極間電壓，並且放大該極間電壓，以產生一放大極間電壓；及
    兩比較單元，每一該比較單元係對應接收該放大極間電壓與一參考電壓，並且比較該放大極間電壓與該參考電壓之大小，以產生一準位信號；其中若該放大極間電壓大於該參考電壓，該準位信號則為高準位，若該放大極間電壓小於該參考電壓，該準位信號則為低準位。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之橋式開關控制電路，其中該兩驅動信號係為一第一驅動信號與一第二驅動信號，該兩閂鎖信號係為一第一閂鎖信號與一第二閂鎖信號；若該第一驅動信號為正緣觸發該至少一互補式開關對之該開關，則控制該第一閂鎖信號為高準位，同時控制該第二閂鎖信號為低準位，若該第一驅動信號非為正緣觸發該至少一互補式開關對之該開關，則維持該第一閂鎖信號與該第二閂鎖信號分別為低準位與高準位；若該第二驅動信號為正緣觸發該至少一互補式開關對之該另一開關，則控制該第二閂鎖信號為高準位，同時控制該第一閂鎖信號為低準位，若該第二驅動信號非為正緣觸發該至少一互補式開關對之該另一開關，則維持該第一閂鎖信號與該第二閂鎖信號分別為高準位與低準位。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之橋式開關控制電路，其中當該至少一互補式開關對為兩開關半橋式架構，該兩開關係分別為一第一開關與一第二開關時，該第一驅動信號與該第二驅動信號係分別驅動該第一開關與該第二開關；其中若該第一驅動信號為高準位並且該第二驅動信號為低準位時，則控制該第一閂鎖信號為高準位，同時控制該第二閂鎖信號為低準位，使得該第一開關導通並且該第二開關截止，以防止該第一開關與該第二開關同時導通造成短路狀態。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之橋式開關控制電路，其中當該至少一互補式開關對為兩開關半橋式架構，該兩開關係分別為一第一開關與一第二開關時，該第一驅動信號與該第二驅動信號係分別驅動該第一開關與該第二開關；其中若該第二驅動信號為高準位並且該第一驅動信號為低準位時，則控制該第二閂鎖信號為高準位，同時控制該第一閂鎖信號為低準位，使得該第二開關導通並且該第一開關截止，以防止該第二開關與該第一開關同時導通造成短路狀態。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之橋式開關控制電路，其中當該至少一互補式開關對為四開關全橋式架構，該四開關係分別為一第一開關、一第二開關、一第三開關以及一第四開關時，並且該第一開關與該第四開關形成同時導通或截止之一第一開關組，該第二開關與該第三開關形成同時導通或截止之一第二開關組，該第一驅動信號與該第二驅動信號係分別驅動該第一開關組與該第二開關組；其中若該第一驅動信號為高準位並且該第二驅動信號為低準位時，則控制該第一閂鎖信號為高準位，同時控制該第二閂鎖信號為低準位，使得該第一開關組導通並且該第二開關組截止，以防止該第一開關組與該第二開關組同時導通造成短路狀態。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之橋式開關控制電路，其中當該至少一互補式開關對為四開關全橋式架構，該四開關係分別為一第一開關、一第二開關、一第三開關以及一第四開關時，並且該第一開關與該第四開關形成同時導通或截止之一第一開關組，該第二開關與該第三開關形成同時導通或截止之一第二開關組，該第一驅動信號與該第二驅動信號係分別驅動該第一開關組與該第二開關組；其中若該第二驅動信號為高準位並且該第一驅動信號為低準位時，則控制該第二閂鎖信號為高準位，同時控制該第一閂鎖信號為低準位，使得該第二開關組導通並且該第一開關組截止，以防止該第二開關組與該第一開關組同時導通造成短路狀態。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之橋式開關控制電路，其中該至少一互補式開關對導通與截止交越處皆提供一短路防止時間(dead time)。
  17. 如申請專利範圍第9項所述之橋式開關控制電路，其中該至少一互補式開關對係為金屬氧化物半導體場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field effect transistor,MOSFET)或絕緣柵雙極電晶體(insulated gate bipolar transistor,IGBT)。
  18. 如申請專利範圍第9項所述之橋式開關控制電路，其中該閂鎖單元係為反或閘R-S閂鎖器(NOR R-S latch)、反及閘R-S閂鎖器(NAND R-S latch)或D型閂鎖器(D latch)。
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