[发明专利]用于控制高压晶体管的驱动器、特别是用于内燃机的火花点火的高压射频生成器的MOS晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及对高压晶体管的驱动，特别是具有高栅漏电容且必须转换几兆赫兹的频率的那些晶体管，例如用于内燃机火花点火的射频AC高压生成器(1kV/20 A/5MHz)的情况。这种晶体管的例子可以是MOS(金属氧化物半导体)晶体管。

技术领域

例如在本申请人的法国专利申请2 859 869、2 859 830及2 859 831中描述了这种生成器的示例性实施例。

射频AC高压生成器的运作需要快速驱动高压晶体管，该晶体管的源极接地。

目前，用于驱动这种高压MOS晶体管且转换几兆赫兹频率的驱动器大部分都存在输入与输出之间的传播延迟，该延迟对于所设想的反馈控制而言过长。

考虑到所需要的性能，存在对变压器的现有技术解决方案，其对高压晶体管的栅极施加一能有效关断晶体管的对称电压。然而这些解决方案通常比具有非绕线有源元件的电路成本更高。

本发明旨在提供一种对这个问题的解决方案。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于快速驱动晶体管的驱动器，特别是用于射频AC高压生成器的高压晶体管，其能够遵守输入与输出之间大约15至20ns的信号传播时间，同时仍提供基于非绕线有源元件的单极结构。

根据本发明的一个方面，因而提出了一种具有两个补充MOS驱动晶体管的同步驱动的“推挽(push-pull)”型安排。

更确切地，根据本发明的这个方面，提出了一种用于驱动高压晶体管的驱动器，特别是射频高压生成器的MOS晶体管，其包括：

-用于接收逻辑驱动信号的输入端；

-用于递送所述高压晶体管的输出驱动信号的输出端；

-具有低内部阻抗的第一驱动晶体管nMOS，其连接在地面和所述输出端之间并且其栅极连接到所述输入端；以及

-第二驱动晶体管pMOS，其连接在电源端与所述输出端之间并且其栅极经由双极晶体管连接到所述输入端，所述双极晶体管被安排成共基极并且由电容耦合电路对其射极进行电流控制。

由于与晶体管的栅漏电容有关且针对大约10ns的转换时间的Miller效应，在所述高压晶体管的栅极上在其关断时出现了大约十几安培的电流。因此，为防止晶体管恢复导电并且振荡，有必要引入一种对于地面具有低阻抗的驱动电路，该驱动电路在这里是通过使用具有低内部阻抗的nMOS驱动晶体管来实现的，该阻抗典型地低于1ohm，优选地低于0.5ohm。

此外，通过特别地经由安排成共基极且由电容耦合电路对其射极进行电流控制的双极晶体管来驱动pMOS第二驱动晶体管，即使当电源电压较低时也可以确保快速有效的转换，电源电压较低的情况可能是发动车辆时电池电压下降到8V以下的过程中出现的。

在一个实施例中，电容耦合电路包括连接到所述输入端的电容、连接到双极晶体管的射极的第一电阻，以及在所述第一电阻和所述电容之间串行连接的构成二极管的装置。

有利地，所述驱动器还包括第二电阻，该第二电阻连接在所述双极晶体管的集电极与所述电源端之间，并且与该双极晶体管构成电平转换器级，以及连接在所述电平转换器级与pMOS第二驱动晶体管的栅极之间的跟随器级。

此外，所述驱动器优选地还包括连接在nMOS第一驱动晶体管的栅极与所述输入端之间的第一放大电路，以及连接在所述输入端与所述电容耦合电路之间的第二放大电路。

这两个放大电路使之有可能在必要的时候电流放大逻辑驱动信号(例如是0-5伏特的信号)，从而在其转换时在驱动晶体管的栅极上提供足够的电流，所述放大电路例如由74AC系列的MOS逻辑电路制成。

即使pMOS驱动晶体管和nMOS驱动晶体管理论上不会同时转换，然而由于它们各自的转换与逻辑输入驱动信号的高状态或低状态相关联，因此在给定电路内的传播时间且给定转换频率的情况下这两个驱动晶体管仍然可能在很短的时间内同时转换。尽管这对于驱动器的运作并不造成问题，然而却导致了耗散损失。为克服该缺陷，设想所述驱动器有利地包括相移电路，该相移电路连接在所述输入端与nMOS第一驱动晶体管的栅极之间，例如连接在所述输入端与所述第一放大电路的输入之间，从而偏置两个驱动晶体管的驱动信号。

为了增加驱动器的工作频率范围，特别是为了使得驱动器能够以低频而有效地被使用，驱动器有利地还包括其输入连接到所述输入端的附加放大电路，以及连接在地面与安排成共基极的双极晶体管的集电极之间的附加nMOS晶体管，其栅极连接到所述附加放大电路的输出。

如上所述的驱动器特别适用于驱动用于内燃机的火花点火的射频高压生成器的晶体管。