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特開2022-190171NMOSスイッチ駆動回路及び電源装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022190171
(43)【公開日】2022-12-22
(54)【発明の名称】NMOSスイッチ駆動回路及び電源装置
(51)【国際特許分類】
   H03K 17/06 20060101AFI20221215BHJP
   H03K 17/689 20060101ALI20221215BHJP
【FI】
H03K17/06 063
H03K17/689
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022178409
(22)【出願日】2022-11-07
(62)【分割の表示】P 2020183477の分割
【原出願日】2020-11-02
(31)【優先権主張番号】201911066522.0
(32)【優先日】2019-11-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】520428591
【氏名又は名称】シェンチェン カーク テクノロジー カンパニー,リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】レイ,ユン
(72)【発明者】
【氏名】チャン,ジフェン
(72)【発明者】
【氏名】ウー,ジャンメン
(72)【発明者】
【氏名】チェン,チャンギ
(57)【要約】
【課題】回路の作動安定性を向上させる。
【解決手段】本発明は、NMOSスイッチ駆動回路を開示し、電源ユニットは、第一電圧を出力するために用いられる。スイッチユニットは、電源ユニットと第一インターフェースとの間に電気的に接続されており、電源ユニットと第一インターフェースとの間の電気的接続を確立するか又は切断するために用いられ、且つスイッチユニットは少なくとも1つのNMOSスイッチを含む。電源変換ユニットの一端は電源ユニットに接続され、電源変換ユニットの他端は駆動ユニットを介してスイッチユニットに電気的に接続され、電源変換ユニット、第一電圧を一定の駆動電圧に変換してから駆動ユニットを介してスイッチユニットに出力して、スイッチユニットを駆動して導通させて、電源ユニットと第一インターフェースとの間の電気的接続を確立するために用いられる。
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一インターフェース及び第二インターフェースを有する電源装置に適用されるNMOSスイッチ駆動回路であって、前記NMOSスイッチ駆動回路は、電源ユニットと、スイッチユニットと、電源変換ユニットと、駆動ユニットと、を含み、
前記電源ユニットは、第一電圧を出力するために用いられ、
前記スイッチユニットは、前記電源ユニットと前記第一インターフェースとの間に電気的に接続されており、前記電源ユニットと前記第一インターフェースとの間の電気的接続を確立するか又は切断するために用いられ、且つ前記スイッチユニットは少なくとも1つのNMOSスイッチを含み、
前記電源変換ユニットの一端は前記電源ユニットに接続され、前記電源変換ユニットの他端は前記駆動ユニットを介して前記スイッチユニットに電気的に接続され、
前記電源変換ユニット、第一電圧を一定の駆動電圧に変換してから前記駆動ユニットを介して前記スイッチユニットに出力して、前記スイッチユニットを駆動することにより、前記スイッチユニットを導通させて、前記電源ユニットと前記第一インターフェースとの間の電気的接続を確立するために用いられる、
ことを特徴とするNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項2】
前記NMOSスイッチ駆動回路は、制御ユニットをさらに含み、
前記制御ユニットは、前記電源変換ユニット及び前記駆動ユニットにそれぞれ電気的に接続され、
前記制御ユニットは、前記電源変換ユニットに変換信号を出力し且つ前記駆動ユニットに駆動信号を出力するために用いられ、
前記電源変換ユニットは、前記変換信号に応じて前記第一電圧を前記駆動電圧に変換し、
前記駆動ユニットは、前記駆動信号に応じて前記駆動電圧を前記スイッチユニットに出力して、前記スイッチユニットを駆動して導通させる、
ことを特徴とする請求項1に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項3】
前記NMOSスイッチ駆動回路は、電流検出ユニットをさらに含み、
前記電流検出ユニットは、前記電源ユニットと前記第二インターフェースとの間に電気的に接続されており、前記電源ユニットの出力電流を検出するために用いられ、
前記制御ユニットは、前記電流検出ユニットに電気的に接続され、前記電流検出ユニットによって検出された電流信号を収集し、
前記制御ユニットによって収集された電流信号が予め設定された閾値よりも大きい場合、前記制御ユニットは前記変換信号及び/又は前記駆動信号の出力を停止する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項4】
前記スイッチユニットは、前記電源ユニットの正極と前記第一インターフェースとの間に電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項5】
前記電源変換ユニットは、第一電子スイッチと、第二電子スイッチと、変換電源と、を含み、
前記第一電子スイッチの制御端は前記制御ユニットに接続され、前記第一電子スイッチの第一接続端は前記電源ユニットの負極に接続され、前記第一電子スイッチの第二接続端は前記第二電子スイッチの制御端に接続され、
前記第二電子スイッチの第一接続端は前記電源ユニットの正極に接続され、前記第二電子スイッチの第二接続端は前記変換電源の第一入力端に接続され、
前記変換電源の第二入力端は前記電源ユニットの負極に接続され、前記変換電源の第一出力端は前記駆動ユニットに接続され、前記変換電源の第二出力端は基準ゼロ点に接続される、
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項6】
前記変換電源は、広い入力範囲の安定化電源である、
ことを特徴とする請求項5に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項7】
前記駆動ユニットは、光カプラーと、第三電子スイッチと、第四電子スイッチと、を含み、
前記光カプラーの第一入力端は前記制御ユニットに接続され、前記光カプラーの第二入力端は前記電源ユニットの負極に接続され、前記カップリングの第一出力端は前記第三電子スイッチの制御端に接続され、前記光カプラーの第二出力端は基準ゼロ点に接続され、
前記第三電子スイッチの第一接続端は基準ゼロ点に接続され、前記第三電子スイッチの第二接続端は前記第四電子スイッチの第一接続端に接続され、
前記第四電子スイッチの制御端は前記電源変換ユニットに接続され、前記第四電子スイッチの第二接続端は前記電源変換ユニットに接続される、
ことを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項8】
前記光カプラーは、発光素子及び受光素子を含み、
前記発光素子の第一端は前記光カプラーの第一入力端として機能し、前記発光素子の第二端は前記光カプラーの第二入力端として機能し、前記受光素子の第一端は前記光カプラーの第一出力端として機能し、前記受光素子の第二端は前記光カプラーの第二出力端として機能する、
ことを特徴とする請求項7に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項9】
前記駆動ユニットは、第五電子スイッチ及び第六電子スイッチを含み、
前記第五電子スイッチの制御端は基準ゼロ点に接続され、前記第五電子スイッチの第一接続端は基準ゼロ点に接続され、前記第五電子スイッチの第二接続端は前記第三電子スイッチの制御端に接続され、前記第五電子スイッチの制御端はさらに前記第六電子スイッチの第一接続端に接続され、
前記第六電子スイッチの制御端は前記光カプラーの第一出力端に接続され、前記第六電子スイッチの制御端はさらに前記電源変換ユニットに接続され、前記第六電子スイッチの第二接続端は前記電源変換ユニットに接続される、
ことを特徴とする請求項8に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項10】
第一インターフェース及び第二インターフェースを含む電源装置であって、
前記電源装置は、請求項1~9のいずれか一項に記載のNMOSスイッチ駆動回路をさらに含み、前記NMOSスイッチ駆動回路は前記第一インターフェース及び前記第二インターフェースを介してロードに接続される、
ことを特徴とする電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回路技術分野に関し、特に、NMOSスイッチ駆動回路及び電源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
マイクロエレクトロニクス技術の発展に伴って、NチャネルMOSFETは、三極管やPチャネルMOSFETに比べて、高周波、高電力、高効率のスイッチングアプリケーションでますます目覚しい利点を示している。そのデバイス特性によると、ソースに相対して、NチャネルMOSFETのゲートに高電圧信号を印加すると、NチャネルMOSFETのドレインとソースが効果的にオンになるように制御することができる。NチャネルMOSFETのゲート電圧をソース電圧に追従するように設定すると、NチャネルMOSFETのドレインとソースが効果的にオフになるように制御することができる。
【0003】
既存のNMOSスイッチ駆動回路において、NMOSスイッチは電源とロードとの間に接続されている。電源の電圧が上下に変動すると、NMOSスイッチの駆動電圧も降下又は上昇する幅広い電圧降下変動を経験するので、駆動電圧がNMOSスイッチの導通条件に達することができない可能性があり、NMOSスイッチが半導通状態にある(即ち、線形領域で作動する)と、内部レジスターが増加し、NMOSスイッチの発熱が深刻であり、又は駆動電圧がNMOSスイッチのゲート-ソース耐電圧を超え、NMOSスイッチのブレークダウン、短絡又は焼損を招く。
【発明の概要】
【0004】
本発明の実施形態は、NMOSスイッチ駆動回路及び電源装置を開示し、安定した駆動電圧を提供することにより、NMOSスイッチの正常な駆動を確保することができ、従ってNMOSスイッチの寿命を延長し、NMOSスイッチ駆動回路の作動安定性を向上させる。
【0005】
第一態様において、本発明の実施形態に係わるNMOSスイッチ駆動回路は、第一インターフェース及び第二インターフェースを有する電源装置に適用され、NMOSスイッチ駆動回路は、電源ユニットと、スイッチユニットと、電源変換ユニットと、駆動ユニットと、を含み、
電源ユニットは、第一電圧を出力するために用いられ、
スイッチユニットは、電源ユニットと第一インターフェースとの間に電気的に接続されており、電源ユニットと第一インターフェースとの間の電気的接続を確立するか又は切断するために用いられ、且つスイッチユニットは少なくとも1つのNMOSスイッチを含み、
電源変換ユニットの一端は電源ユニットに接続され、電源変換ユニットの他端は駆動ユニットを介してスイッチユニットに電気的に接続され、
電源変換ユニット、第一電圧を一定の駆動電圧に変換してから駆動ユニットを介してスイッチユニットに出力して、スイッチユニットを駆動して導通させて、電源ユニットと第一インターフェースとの間の電気的接続を確立するために用いられる。
【0006】
第二態様において、本発明の実施形態に係わる電源装置は、第一インターフェース及び第二インターフェースを含み、第一態様で説明されたNMOSスイッチ駆動回路をさらに含み、NMOSスイッチ駆動回路は第一インターフェース及び第二インターフェースを介してロードに接続される。
【0007】
本発明のNMOSスイッチ駆動回路及び電源装置は、第一電圧を一定の駆動電圧に変換してからスイッチユニットに出力する電源変換ユニットを含むので、第一電圧が上下変動しても、NMOSスイッチは依然として安定した駆動電圧を受け取ることができ、フロントエンドの電源ユニットから出力される第一電圧が変動する影響を受けなく、従ってスイッチユニットの効果的な駆動を確保し、スイッチユニットの使用寿命を延長し、NMOSスイッチ駆動回路の作動安定性を向上させ、過度に高い駆動電圧によるスイッチユニットのブレークダウン損傷を防ぎ、又は過度に低い駆動電圧によるスイッチユニットの深刻な発熱を防ぐ。
【図面の簡単な説明】
【0008】
以下、本発明の実施形態の技術方案をより明確に説明するために、本発明の実施形態の説明に使用される図面について簡単に説明する。明らかに、以下説明される図面は、本発明の一部の実施形態だけのものであり、当業者であれば、これらの図面から創造的な努力なしに他の図面を得ることができる。
図1図1は、本願の実施形態に係わる電源装置の原理ブロック図である。
図2図2は、本願の実施形態に係わるNMOSスイッチ駆動回路の原理ブロック図である。
図3図3は、本願の別の実施形態に係わるNMOSスイッチ駆動回路の原理ブロック図である。
図4図4は、本願の実施形態に係わるNMOSスイッチ駆動回路の回路原理図である。
図5図5は、本願の別の実施形態に係わるNMOSスイッチ駆動回路の回路原理図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、本発明の実施形態の添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態の技術的手段を、明確かつ完全に説明する。明らかに、説明される実施形態は、本発明の一部の実施形態だけのものであり、全ての実施形態ではない。本明細書に説明される実施形態から創造的な努力なしに当業者が得ることができるすべての別の実施形態は、本発明の範囲に入るものとする。
【0010】
ある要素が別の要素に「接続」されていると見なされる場合、その要素は別の要素に直接に接続されているか、又は同時に中間要素が存在する可能性もある。特に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、本発明の技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。本明細書における本発明の説明に使用される用語は、具体的な実施形態を説明することを目的として、本発明を限定することを意図するものではない。
【0011】
本出願は、電源装置と、電源装置に適用されるNMOSスイッチ駆動回路を提供する。NMOSスイッチ駆動回路はロードに接続されて、NMOSスイッチがオン状態になると、電源装置はロードに電力を供給することができる。本願の実施形態に係わるNMOSスイッチ駆動回路は、NMOSスイッチ駆動回路の作動過程の安定性を向上させることができる。以下、図面を参照して本出願の実施形態を紹介する。
【0012】
図1を参照すると、本発明の実施形態は、電源装置300を提供する。電源装置300は、ロード200に接続されて、ロード200に電力を供給するために用いられる。具体的には、電源装置300は、NMOSスイッチ駆動回路100を含み、且つ第一インターフェースN1及び第二インターフェースN2が設置されている。NMOSスイッチ駆動回路100は、第一インターフェースN1及び第二インターフェースN2を介してロード200に接続される。ここで、第一インターフェースN1及び第二インターフェースN2は、配線端子の形態で存在することができ、具体的な実現方式は限定されない。
【0013】
本願の実施形態において、電源装置300は緊急始動電源であり、ロード200は自動車内のバッテリー(蓄電池)であることができる。自動車のバッテリーは自動車のエンジンに接続されているので、緊急始動電源が自動車のバッテリーに接続された後、両者は一緒に自動車のエンジンに始動電流を提供して、自動車を緊急始動することができる。他の実施形態において、電源装置300は他のタイプの電源(電動工具電源など)であることができ、限定されない。
【0014】
図2を参照すると、本願の実施形態に係わるNMOSスイッチ駆動回路100の原理ブロック図である。NMOSスイッチ駆動回路100は、電源ユニット10、スイッチユニット20、電源変換ユニット30及び駆動ユニット40を含む。
【0015】
電源ユニット10は、第一電圧を出力するために用いられる。1つの実施形態において、電源ユニット10は、バッテリパック(図示せず)を含むことができる。具体的には、バッテリーパックは互いに接続された1つ以上のバッテリーモジュールを含むことができ、各バッテリーモジュールは少なくとも1つのバッテリーセル(単一バッテリー)を含むことができる。例えば、バッテリーセルは、軽量であり、省エネであり、環境を守るリチウムイオンバッテリーセルである。具体的な実施形態において、複数の電池モジュールを直列及び並列に組み合わせて、電源ユニット10の出力電圧及び出力電流を提供することができる。電源ユニット10の使用に伴って、又はロード200の始動時に、第一電圧が変化することを理解することができる。
【0016】
スイッチユニット20は、電源ユニット10と第一インターフェースN1との間に電気的に接続されており、且つ少なくとも1つのNMOSスイッチを含む。スイッチユニット20は、電源ユニット10と第一インターフェースN1との間の電気的接続を確立するか又は切断するために用いられる。本実施形態において、第一インターフェースN1は正極インターフェースである。スイッチユニット20は、電源ユニット10の正極と第一インターフェースN1との間に接続されている。第二インターフェースN2は、負極インターフェースであり、電源ユニット10の負極は、第二インターフェースN2に接続される。
【0017】
電源変換ユニット30の一端は電源ユニット10に接続され、電源変換ユニット30の他端は駆動ユニット40を介してスイッチユニット20に電気的に接続される。電源変換ユニット40は、電源ユニット10から出力される第一電圧を受け取って、第一電圧を一定の駆動電圧に変換してから駆動ユニット30を介してスイッチユニット20に出力して、スイッチユニット20を駆動して導通させるために用いられる。
【0018】
本願の実施形態で開示するNMOSスイッチ駆動回路100は、第一電圧を一定の駆動電圧に変換してからスイッチユニット20に出力する電源変換ユニット30を含むので、第一電圧が上下変動しても、NMOSスイッチは依然として安定した駆動電圧を受け取り、フロントエンドの電源ユニット10から出力される第一電圧が変動する影響を受けなく、従ってスイッチユニット20の効果的な駆動を確保し、スイッチユニット20の使用寿命を延長し、NMOSスイッチ駆動回路100の作動安定性を向上させて、過度に高い駆動電圧によるスイッチユニット20のブレークダウン損傷を防ぎ、又は過度に低い駆動電圧によるスイッチユニット20の深刻な発熱を防ぐ。
【0019】
本願の実施形態によって提供される電源装置300は、上述したNMOSスイッチ駆動回路100を採用するので、ロード200に安定した作動電圧を提供することができ、電源装置300の性能及び品質を向上させる。
【0020】
1つの実施形態において、スイッチユニット20に対する効果的な制御を実現するために、NMOSスイッチ駆動回路100は制御ユニット50をさらに含む。制御ユニット50は、電源変換ユニット30及び駆動ユニット40にそれぞれ電気的に接続される。制御ユニット50は、電源変換ユニット30に変換信号を出力し且つ駆動ユニット40に駆動信号を出力するために用いられる。電源変換ユニット30は、変換信号に応じて第一電圧を駆動電圧に変換する。駆動ユニット40は、駆動信号に応じて駆動電圧をスイッチユニット20に出力して、スイッチユニット20を駆動して導通させる。その中において、変換信号はハイレベル信号又は低レベル信号であることができ、駆動信号はハイレベル信号又は低レベル信号であることができ、ここでは限定されない。
【0021】
本実施形態において、制御ユニット50は、シングルチップマイクロコンピュータであることができる。制御ユニット50は、複数の信号取得ポート、通信ポート、複数の制御ポートなどを含むことができる。
【0022】
図3を参照すると、別の実施形態において、上記の実施形態(図2)と異なり、NMOSスイッチ駆動回路100は、電流検出ユニット60をさらに含む。電流検出ユニット60は、電源ユニット10の負極と第二インターフェースN2との間に電気的に接続されており、電源ユニット10の出力電流を検出するために用いられる。制御ユニット50は、電流検出ユニット60に電気的に接続され、電流検出ユニット60によって検出された電流信号を収集する。制御ユニット50によって収集された電流信号が予め設定された閾値よりも大きい場合、制御ユニット50は変換信号及び/又は駆動信号の出力を停止する。
【0023】
電流検出ユニット60によって検出された電流信号が予め設定された閾値よりも大きい場合、システムが故障又は短絡していることを示す。このとき、電源ユニット10とロード200との間の電気的接続を切断されるべきであり、従ってスイッチユニット20及びロード200を保護することができ、スイッチユニット20及びロード200の使用寿命を延長する。
【0024】
図4を参照すると、本願の実施形態に係わるNMOSスイッチ駆動回路100の回路原理図である。図4に示されたように、スイッチユニット20は、第一NMOS電界効果トランジスタQ1と、第二NMOS電界効果トランジスタQ2と、第一レジスターR1~第三レジスターR3と、を含む。第一NMOS電界効果トランジスタQ1のゲートは第一レジスターR1を介して駆動ユニット40に接続され、第一NMOS電界効果トランジスタQ1のドレインは電源ユニット10の正極に接続され、第一NMOS電界効果トランジスタQ1のソースは基準ゼロ点DR-GNDに接続されるとともに第二レジスターR2を介して駆動ユニット40に接続される。第二NMOS電界効果トランジスタQ2のゲートは第三レジスターR3を介して駆動ユニット40に接続され、第二NMOS電界効果トランジスタQ2のソースは基準ゼロ点DR-GNDに接続されるとともに第二レジスターR2を介して駆動ユニット40に接続され、第二NMOS電界効果トランジスタQ2のドレインは第一インターフェースN1に接続される。
【0025】
基準ゼロ点DR-GNDは、NMOS駆動スイッチの駆動電圧に相対して言うものであり、実際の「グラウンド」ではない。例えば、基準ゼロ点の電圧は、1V、2V又はその他であることができる。本実施形態において、第一NMOS電界効果トランジスタQ1がオンになっていない場合、基準ゼロ点DR-GNDの電位は0であり、第一NMOS電界効果トランジスタQ1がオンになる場合、基準ゼロ点DR-GNDの電位は電源ユニット10の出力電圧である。
【0026】
他の実施形態において、スイッチユニット20の過電流能力を向上させるために、スイッチユニット20は、複数のグループの並列に接続された第一NMOS電界効果トランジスタQ1及び第二NMOS電界効果トランジスタQ2を含むことができ、且つ具体的な数量は限定されないことを理解されるべきである。もちろん、いくつかの実施形態において、スイッチユニット20は、ただ1つのNMOS電界効果トランジスタを含むこともできる。
【0027】
電源変換ユニット30は、第一電子スイッチT1と、第二電子スイッチT2と、変換電源U1と、第四レジスターR4と、第五レジスターR5と、を含む。第一電子スイッチT1の制御端は制御ユニット50に接続され、第一電子スイッチT1の第一接続端は電源ユニット10の負極に接続され、第一電子スイッチT1の第二接続端は第四レジスターR4を介して第二電子スイッチT2の制御端に接続される。第二電子スイッチT2の第一接続端は電源ユニット10の正極に接続され、第二電子スイッチT2の第二接続端は変換電源U1の第一入力端に接続され、第二電子スイッチT2の制御端はさらに第五レジスターR5を介して第二電子スイッチT2の第一接続端に接続される。変換電源U1の第二入力端は電源ユニット10の負極に接続され、変換電源U1の第一出力端は駆動ユニット40に接続され、変換電源U1の第二出力端は基準ゼロ点DR-GNDに接続される。
【0028】
変換電源U1は、広い入力範囲の安定化電源であり、変動する入力電圧を安定した出力電圧に変換することができる。例えば、変換電源U1はDC-DCコンバーターであることができ、ブースト(Boost)昇圧、バック(Buck)降圧、ブーストバック(Boost-Buck)昇圧降圧、ブートストラップ変換などを実現することができる。
【0029】
本実施形態において、第一電子スイッチT1は、NPNトランジスタである。第一電子スイッチT1の制御端、第一接続端及び第二接続端は、それぞれNPNトランジスタのベース、エミッタ及びコレクタに対応される。本実施形態において、バイアスレジスターはNPNトランジスタに統合される。
【0030】
第二電子スイッチT2は、PMOS電界効果トランジスタである。第二電子スイッチT2の制御端、第一接続端及び第二接続端は、それぞれPMOS電界効果トランジスタのゲート、ソース及びドレインに対応される。本実施形態において、PMOS電界効果トランジスタは寄生ダイオードを有する。
【0031】
駆動ユニット40は、光カプラー(opticalcoupler)U2と、第三電子スイッチT3と、第四電子スイッチT4と、第六レジスターR6と、第七レジスターR7と、を含む。光カプラーU2の第一入力端I1は第六レジスターR6を介して制御ユニット50に接続され、光カプラーU2の第二入力端I2は電源ユニット10の負極に接続され、カップリングU2の第一出力端O1は第三電子スイッチT3の制御端に接続され、光カプラーU2の第二出力端O2は基準ゼロ点DR-GNDに接続される。第三電子スイッチT3の第一接続端は基準ゼロ点DR?GNDに接続され、第三電子スイッチT3の第二接続端は第四電子スイッチT4の第一接続端に接続される。第四電子スイッチT4の制御端は第七レジスターR7を介して電源変換ユニット30に接続され、第四電子スイッチT4の第二接続端は電源変換ユニット30に接続される。
【0032】
1つの実施形態において、光カプラーU2は、発光素子D1及び受光素子Q3を含む。発光素子D1の第一端は光カプラーU2の第一入力端I1として機能し、発光素子D1の第二端は光カプラーU2の第二入力端I2として機能し、受光素子Q3の第一端は光カプラーU2の第一出力端O1として機能し、受光素子Q3の第二端は光カプラーU2の第二出力端として機能する。
【0033】
本実施形態において、発光素子D1は発光ダイオードであり、発光素子D1の第一端及び第二端はそれぞれ発光ダイオードのアノード及びカソードに対応される。受光素子Q3は感光性トランジスタであり、受光素子Q3の第一端及び第二端はそれぞれ感光性トランジスタのコレクタ及びエミッタに対応される。
【0034】
本実施形態において、第三電子スイッチT3は、PNPトランジスタである。第三電子スイッチT3の制御端、第一接続端及び第二接続端は、それぞれPNPトランジスタのベース、コレクタ及びエミッタに対応される。第四電子スイッチT4は、NPNトランジスタである。第四電子スイッチT4の制御端、第一接続端及び第二接続端は、それぞれNPNトランジスタのベース、エミッタ及びコレクタに対応される。他の実施形態において、第三電子スイッチT3は、PMOS電界効果トランジスタ及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)などのような類似した機能を有する他のスイッチであることもできる。第四電子スイッチT4は、NMOS電界効果トランジスタ及びIGBTなどのような類似した機能を有する他のスイッチであることができる。
【0035】
電流検出ユニット60は、電流サンプリングレジスターR1を含む。例えば、1つの実施形態において、電流サンプリングレジスターR1の両端をオペアンプの2つの入力端に接続するでき、オペアンプによって増幅されてから出力される電圧に応じて、回路内の電流が予め設定された閾値を超えるか否かを判断する。これは先行技術であるので、ここでは詳しく説明しない。他の実施形態において、電流検出ユニット60は、電流センサ(ホールセンサなど)をさらに含むことができ、電流センサによって回路内の電流を採集する。
【0036】
以下、図4のNMOSスイッチ駆動回路100の作動原理を紹介する。
【0037】
制御ユニット50によって、ロード200が第一インターフェースN1及び第二インターフェースN2に接続され、ロード200を始動する必要があることが検出されると、制御ユニット50は、ハイレベル信号及びローレベル信号を別々に第一電子スイッチT1及び光カプラーU2に出力する。その中において、第一電子スイッチT1に出力されたハイレベル信号は変換信号であり、光カプラーU2に出力されたローレベルの信号は駆動信号である。第一電子スイッチT1はハイレベル信号を受信してオンになるので、第二電子スイッチT2のゲートはローレベルであるのでオンになり、このとき、電源ユニット10から出力される第一電圧は第二電子スイッチT2を介して変換電源U1に出力されることができ、変換電源U1は第一電圧を一定の駆動電圧に変換してから出力する。
【0038】
光カプラーU2がローレベル信号を受信すると、発光素子D1はオフになって発光せず、受光素子Q3は光を受けないのでオフになり、第三電子スイッチT3のベースはハイレベルであるのでオフになり、第四電子スイッチT4はオンになる。このように、変換電源U1から出力された駆動電圧は第一NMOS電界効果トランジスタQ1及び第二NMOS電界効果トランジスタQ2に出力されることができ、第一NMOS電界効果トランジスタQ1及び第二NMOS電界効果トランジスタQ2を駆動して、第一NMOS電界効果トランジスタQ1と第二NMOS電界効果トランジスタQ2はオンになり、電源ユニット10は第一電圧をロード200に出力して、ロード200に電力を供給することができる。
【0039】
図5を参照すると、いくつかの実施形態において、電源変換ユニット30は、第一ダイオードD2及び少なくとも1つのキャパシターをさらに含む。本願の実施形態において、電源変換ユニット30は、第一キャパシターC1及び第二キャパシターC2を含む。第一ダイオードD2のアノードは第二電子スイッチT2の第二接続端に接続され、第一ダイオードD2のカソードは変換電源U1の第一入力端に接続される。第一キャパシターC1及び第二キャパシターC2は、変換電源U1の第一入力端と電源ユニット10の負極との間に並列に接続されている。このようにして、電源ユニット10が瞬時に電力を失っても、第一キャパシターC1及び第二キャパシターC2はロード200に電力を供給し続けることができ、ロード200の作動安定性をさらに向上させる。
【0040】
駆動ユニット40は、第二ダイオードD3及び第三キャパシターC3をさらに含む。第二ダイオードD3のアノードは変換電源U1の第一出力端に電気的に接続され、第二ダイオードD3のカソードは第四電子スイッチT4の第二接続端に電気的に接続される。第三のキャパシターC3の一端は第二ダイオードD3のカソードに接続され、第三のキャパシターC3の他端は基準ゼロ点DR-GNDに接続される。このようにして、変換電源U1が瞬時に故障した場合、第三コンデンサC3はロード200に電力を供給し続けることができ、システムの作動安定性及び信頼性がさらに向上する。
【0041】
さらに、光カプラーU2の使用寿命を延長するために、駆動ユニット40は、第五電子スイッチT5と、第六電子スイッチT6と、第八レジスターR8~第十レジスターR10と、をさらに含む。第五電子スイッチT5の制御端は第八レジスターR8を介して基準ゼロ点DR-GNDに接続され、第五電子スイッチT5の第一接続端は基準ゼロ点DR-GNDに接続され、第五電子スイッチT5の第二接続端は第三電子スイッチT3の制御端に接続される。第五電子スイッチT5の制御端は、さらに第九レジスターR9を介して第六電子スイッチT6の第一接続端に接続される。第六電子スイッチT6の制御端は光カプラーU2の第一出力端(O1)に接続され、第六電子スイッチT6の制御端はさらに第十レジスターR10を介して第二ダイオードD3のカソードに接続される。第六電子スイッチT6の第二接続端は、第二ダイオードD3のカソードに接続される。
【0042】
以下、図5のNMOSスイッチ駆動回路100の作動原理を紹介する。
【0043】
制御ユニット50によって、ロード200が第一インターフェースN1及び第二インターフェースN2に接続され、ロード200を始動する必要があることが検出されると、制御ユニット50は、ハイレベル信号を第一電子スイッチT1及び光カプラーU2にそれぞれ出力する。その中において、第一電子スイッチT1に出力されたハイレベル信号は変換信号であり、光カプラーU2に出力されたハイレベル信号は駆動信号である。第一電子スイッチT1はハイレベル信号を受信してオンになるので、第二電子スイッチT2のゲートはローレベルであるのでオンになり、このとき、電源ユニット10から出力される第一電圧は第二電子スイッチT2及び第一ダイオードD2を介して変換電源U1に出力されることができ、変換電源U1は第一電圧を一定の駆動電圧に変換してから出力する。電源ユニット10が瞬時に電力を失っても、第一キャパシターC1及び第二キャパシターC2蓄積された電力はロード200に電力を供給し続けることができる。
【0044】
光カプラーU2がハイレベル信号を受信すると、発光素子D1が発光し、受光素子Q3は光を受けてオンになるので、第六電子スイッチT6がオフになり、第五電子スイッチT5及び第三電子スイッチT3がオフになり、第四電子スイッチT4がオンになる。このようにして、変換電源U1から出力された駆動電圧は第二ダイオードD3を介して第一NMOS電界効果トランジスタQ1及び第二NMOS電界効果トランジスタQ2に出力されることができ、第一NMOS電界効果トランジスタQ1及び第二NMOS電界効果トランジスタQ2を駆動して、第一NMOS電界効果トランジスタQ1と第二NMOS電界効果トランジスタQ2はオンになり、電源ユニット10は第一電圧をロード200に出力して、ロード200に電力を供給することができる。フロントエンドが瞬時に電力を失っても、第三キャパシターC3蓄積された電力はロード200に電力を供給し続けることができる。
【0045】
本願の実施形態において、ロード200に電力を供給することを必要としない場合、光カプラーU2は非作動状態にあり、ロード200に電力を供給する場合のみ、光カプラーU2が作動するので、光カプラーU2の使用寿命を延長することができる。
【0046】
以上は、本発明の好ましい実施形態であり、当業者にとって、本発明の原理を逸脱しないかぎり、いくつかの改良及び修正を行うことができ、このような改良及び修正も本発明の保護範囲にあることに留意されたい。
図1
図2
図3
図4
図5
【手続補正書】
【提出日】2022-11-09
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一インターフェースを有する電源装置に適用されるNMOSスイッチ駆動回路であって、前記NMOSスイッチ駆動回路は、電源ユニットと、スイッチユニットと、電源変換ユニットと、駆動ユニットと、制御ユニットと、を含み、
前記電源ユニットは、第一電圧を出力するために用いられ、
前記スイッチユニットは、前記電源ユニットと前記第一インターフェースとの間に電気的に接続されており、前記電源ユニットと前記第一インターフェースとの間の電気的接続を確立するか又は切断するために用いられ、且つ前記スイッチユニットは少なくとも1つのNMOSスイッチを含み、
前記電源変換ユニットの一端は前記電源ユニットに接続され、前記電源変換ユニットの他端は前記駆動ユニットを介して前記スイッチユニットに電気的に接続され、
前記電源変換ユニット、第一電圧を一定の駆動電圧に変換してから前記駆動ユニットを介して前記スイッチユニットに出力して、前記スイッチユニットを駆動することにより、前記スイッチユニットを導通させて、前記電源ユニットと前記第一インターフェースとの間の電気的接続を確立するために用いられ、
前記NMOSスイッチのソースは、基準ゼロ点に接続され、
前記制御ユニットは、前記電源変換ユニット及び前記駆動ユニットにそれぞれ電気的に接続され、
前記制御ユニットは、前記電源変換ユニットに変換信号を出力し且つ前記駆動ユニットに駆動信号を出力するために用いられ、
前記電源変換ユニットは、前記変換信号に応じて前記第一電圧を前記駆動電圧に変換し、
前記駆動ユニットは、前記駆動信号に応じて前記駆動電圧を前記スイッチユニットに出力して、前記スイッチユニットを駆動して導通させる、
ことを特徴とするNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項2】
前記電源装置は第二インターフェースをさらに有し、
前記NMOSスイッチ駆動回路は、電流検出ユニットをさらに含み、
前記電流検出ユニットは、前記電源ユニットと前記第二インターフェースとの間に電気的に接続されており、前記電源ユニットの出力電流を検出するために用いられ、
前記制御ユニットは、前記電流検出ユニットに電気的に接続され、前記電流検出ユニットによって検出された電流信号を収集し、
前記制御ユニットによって収集された電流信号が予め設定された閾値よりも大きい場合、前記制御ユニットは前記変換信号及び/又は前記駆動信号の出力を停止する、
ことを特徴とする請求項1に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項3】
前記スイッチユニットは、前記電源ユニットの正極と前記第一インターフェースとの間に電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項4】
前記電源変換ユニットは、第一電子スイッチと、第二電子スイッチと、変換電源と、をさらに含み、
前記第一電子スイッチの制御端は前記制御ユニットに接続され、前記第一電子スイッチの第一接続端は前記電源ユニットの負極に接続され、前記第一電子スイッチの第二接続端は前記第二電子スイッチの制御端に接続され、
前記第二電子スイッチの第一接続端は前記電源ユニットの正極に接続され、前記第二電子スイッチの第二接続端は前記変換電源の第一入力端に接続され、
前記変換電源の第二入力端は前記電源ユニットの負極に接続され、前記変換電源の第一出力端は前記駆動ユニットに接続され、前記変換電源の第二出力端は基準ゼロ点に接続される、
ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項5】
前記変換電源は、広い入力範囲の安定化電源である、
ことを特徴とする請求項に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項6】
前記駆動ユニットは、光カプラーと、第三電子スイッチと、第四電子スイッチと、を含み、
前記光カプラーの第一入力端は前記制御ユニットに接続され、前記光カプラーの第二入力端は前記電源ユニットの負極に接続され、前記光カプラーの第一出力端は前記第三電子スイッチの制御端に接続され、前記光カプラーの第二出力端は基準ゼロ点に接続され、
前記第三電子スイッチの第一接続端は基準ゼロ点に接続され、前記第三電子スイッチの第二接続端は前記第四電子スイッチの第一接続端に接続され、
前記第四電子スイッチの制御端は前記電源変換ユニットに接続され、前記第四電子スイッチの第二接続端は前記電源変換ユニットに接続される、
ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項7】
前記光カプラーは、発光素子及び受光素子を含み、
前記発光素子の第一端は前記光カプラーの第一入力端として機能し、前記発光素子の第二端は前記光カプラーの第二入力端として機能し、前記受光素子の第一端は前記光カプラーの第一出力端として機能し、前記受光素子の第二端は前記光カプラーの第二出力端として機能する、
ことを特徴とする請求項に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項8】
前記駆動ユニットは、光カプラー、第三電子スイッチ、第四電子スイッチ、第五電子スイッチ及び第六電子スイッチを含み、
前記光カプラーは、発光素子及び受光素子を含み、
前記発光素子の第一端は前記光カプラーの第一入力端として機能し、前記発光素子の第二端は前記光カプラーの第二入力端として機能し、前記受光素子の第一端は前記光カプラーの第一出力端として機能し、前記受光素子の第二端は前記光カプラーの第二出力端として機能し、
前記光カプラーの第一入力端は前記制御ユニットに接続され、前記光カプラーの第二入力端は前記電源ユニットの負極に接続され、前記光カプラーの第一出力端は前記第六電子スイッチの制御端に接続され、前記光カプラーの第二出力端は基準ゼロ点に接続され、
前記第三電子スイッチの第一接続端は基準ゼロ点に接続され、前記第三電子スイッチの第二接続端は前記第四電子スイッチの第一接続端に接続され、
前記第四電子スイッチの制御端は前記電源変換ユニットに接続され、前記第四電子スイッチの第二接続端は前記電源変換ユニットに接続され、
前記第五電子スイッチの制御端は基準ゼロ点に接続され、前記第五電子スイッチの第一接続端は基準ゼロ点に接続され、前記第五電子スイッチの第二接続端は前記第三電子スイッチの制御端に接続され、前記第五電子スイッチの制御端はさらに前記第六電子スイッチの第一接続端に接続され、
前記第六電子スイッチの制御端は前記光カプラーの第一出力端に接続され、前記第六電子スイッチの制御端はさらに前記電源変換ユニットに接続され、前記第六電子スイッチの第二接続端は前記電源変換ユニットに接続される、
ことを特徴とする請求項に記載のNMOSスイッチ駆動回路。
【請求項9】
第一インターフェース及び第二インターフェースを含む電源装置であって、
前記電源装置は、請求項1~のいずれか一項に記載のNMOSスイッチ駆動回路をさらに含み、前記NMOSスイッチ駆動回路は前記第一インターフェース及び前記第二インターフェースを介してロードに接続される、
ことを特徴とする電源装置。