申请/专利权人：力旺电子股份有限公司

申请日：2018-10-26

公开（公告）日：2020-07-28

公开（公告）号：CN110022061B

主分类号：H02M3/158(20060101)

分类号：H02M3/158(20060101)

优先权：["20180110 US 62/615,463","20180725 US 16/045,692"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.07.28#授权;2019.08.09#实质审查的生效;2019.07.16#公开

摘要：本发明公开了一种高压驱动器，包括电荷泵、电位转换电路、第一组二极管及第二组二极管。电荷泵根据回授电压调整驱动电压并自电荷泵的输出端输出驱动电压。电位转换电路根据控制信号产生输出电压。电位转换电路包括多个缓冲晶体管及多个控制晶体管。缓冲晶体管缓减驱动电压所造成的高跨压，而控制晶体管控制输出电压。第一组二极管串联于电荷泵的输出端及系统电压端之间，提供介于驱动电压及系统电压端所提供的参考电压之间的多个分压至缓冲晶体管的控制端。第二组二极管串联于电荷泵的输出端及系统电压端之间，并提供回授电压。

主权项：1.一种高压驱动器，其特征在于，包括：电荷泵，具有输出端用以输出驱动电压，及回授端用以接收回授电压，所述电荷泵是用以根据所述回授电压调整所述驱动电压；电位转换电路，耦接于所述电荷泵的所述输出端及系统电压端，用以接收至少一控制讯号，及根据所述至少一控制讯号产生输出电压，所述电位转换电路包括：多个缓冲晶体管，每一缓冲晶体管与至少另一缓冲晶体管相串接，用以缓减所述驱动电压所造成的高跨压；及多个控制晶体管，耦接于所述多个缓冲晶体管，用以控制所述输出电压，其中所述多个缓冲晶体管是耦接于所述多个控制晶体管之间；第一组二极管，串联于所述电荷泵的所述输出端及所述系统电压端之间，用以提供介于所述驱动电压及所述系统电压端所提供的参考电压之间的多个分压，其中所述多个缓冲晶体管中的每一个缓冲晶体管具有控制端用以接收所述多个分压中的对应分压；及第二组二极管，串联于所述电荷泵的所述输出端及所述系统电压端之间，用以提供所述回授电压。

全文数据：高压驱动器技术领域本发明是有关于一种高压驱动器，特别是指一种能够避免内部晶体管承受高跨压的高压驱动器。背景技术为了满足电子装置的低功率需求，集成电路的电力规格已被重新设计成适合在低电压的环境中操作，以减少电能损耗。举例来说，过去集成电路的电力规格常使用的5V操作电压现今常已降为3V或甚至低于2V。虽然电源供应改以低电压能够减少电能损耗，然而在有些情况下仍会需要使用到较高的电压。举例来说，闪存就需要较高的电压来进行写入或清除操作。一般而言，电荷泵常会用来提供应用所需的高电压。为了让低压制程所制造的组件能够控制高电压，现有技术常会将晶体管堆迭，并分别给予适当的中介电压。然而，就像提供高电压的电荷泵，提供中介电压的电路也需要花费一段时间才能将中介电压提升到所需的电位。在中介电压达到其目标电位并且进入稳态之前，堆迭晶体管所承受的跨压仍然可能会造成晶体管的损坏。此外，如果中介电压提升的速度比电荷泵的输出电压提升的速度还慢，那么电荷泵所输出的电压便会因为回授的延迟而产生过冲overshoot的现象。发明内容本发明的一实施例提供一种高压驱动器，高压驱动器包括电荷泵、电压转换电路、第一组二极管及第二组二极管。电荷泵具有输出端及回授端，电荷泵的输出端输出驱动电压，而电荷泵的回授端接收回授电压，电荷泵根据回授电压调整驱动电压。电压转换levelshift电路耦接于电荷泵的输出端及系统电压端。电压转换电路接收至少一控制信号，并根据至少一控制信号产生输出电压。电位转换电路包括多个堆迭晶体管及多个控制晶体管。多个堆迭晶体管缓减驱动电压所造成的高跨压，多个控制晶体管耦接于多个堆迭晶体管，并控制输出电压。第一组二极管串联于电荷泵的输出端及系统电压端之间，用以提供介于驱动电压及系统电压端所提供的参考电压之间的多个分压。多个堆迭晶体管中每一个堆迭晶体管的控制端接收多个分压中对应的分压。第二组二极管串联于电荷泵的输出端及系统电压端之间，并提供回授电压。附图说明图1是本发明一实施例的高压驱动器的示意图。图2是本发明另一实施例的高压驱动器的示意图。其中，附图标记说明如下：100、200高压驱动器110、210电荷泵120电位转换电路130、230第一组二极管140、240第二组二极管TC1至TC6控制晶体管TS1至TS4堆迭晶体管C1电容Vf回授电压Vref参考电压Vout输出电压Vd驱动电压SIGctrl1、SIGctrl2控制信号NS系统电压端V1至V3分压N3节点250比较器SIGntf提示信号VA第一参考电压VB第二参考电压具体实施方式图1是本发明一实施例的高压驱动器100的示意图。高压驱动器100包括电荷泵110、电压转换levelshift电路120、第一组二极管130及第二组二极管140。电荷泵110具有输出端及回授端，电荷泵110可透过输出端输出驱动电压Vd，并可透过回授端接收回授电压Vf。电荷泵110可将较低的系统操作电压加压以产生系统所需的较高的驱动电压Vd。举例来说，电荷泵110可以将3.3V的系统操作电压加压以产生18V的驱动电压Vd。此外，为了确保驱动电压Vd能够达到所需的电位并且保持稳定，电荷泵110还可根据回授电压Vf来调整驱动电压Vd。电位转换电路120耦接于电荷泵110的输出端及系统电压端NS。在有些实施例中，系统电压端NS可以提供参考电压Vref，而参考电压Vref可以是系统的地电压。电位转换电路120可以接收第一控制信号SIGctrl1及第二控制信号SIGctrl2，并可根据第一控制信号SIGctrl1及第二控制信号SIGctrl2产生输出电压Vout。也就是说，电位转换电路120可以根据第一控制信号SIGctrl1及第二控制信号SIGctrl2来控制是否输出高驱动电压Vd来作为输出电压Vout。电位转换电路120包括多个堆迭晶体管TS1至TS4及多个控制晶体管TC1至TC6。堆迭晶体管TS1至TS4可以分解驱动电压Vd所造成的高跨压。控制晶体管TC1至TC6可以耦接至堆迭晶体管TS1至TS4，并可控制输出电压Vout。在图1中，第一控制晶体管TC1具有第一端、第二端及控制端。第一控制晶体管TC1的第二端耦接于系统电压端NS，第一控制晶体管TC1的控制端可接收第一控制信号SIGctrl。第二控制晶体管TC2具有第一端、第二端及控制端，第二控制晶体管TC2的第二端耦接于系统电压端NS，而第二控制晶体管TC2的控制端可接收与第一控制信号SIGctrl互补的第二控制信号SIGctrl2。在有些实施例中，由于第一控制信号SIGctrl与第二控制信号SIGctr2互补，因此电位转换电路120也可能仅接收第一控制信号SIGctrl与第二控制信号SIGctr2中的其中一者，并透过反向器来产生另一者。第三控制晶体管TC3具有第一端、第二端及控制端。第三控制晶体管TC3的第一端耦接至堆迭晶体管TS1至TS4，第三控制晶体管TC3的第二端耦接于第一控制晶体管TC1的第一端，而第三控制晶体管TC3的控制端可接收第一分压V1。第四控制晶体管TC4具有第一端、第二端及控制端。第四控制晶体管TC4的第一端耦接至堆迭晶体管TS1至TS4，第四控制晶体管TC4的第二端耦接于第二控制晶体管TC2的第一端，而第四控制晶体管TC4的控制端可接收第一分压V1。第五控制晶体管TC5具有第一端、第二端及控制端。第五控制晶体管TC5的第一端耦接至电荷泵110的输出端，而第五控制晶体管TC5的第二端耦接于堆迭晶体管TS1至TS4。第六控制晶体管TC6具有第一端、第二端及控制端。第六控制晶体管TC6的第一端耦接至电荷泵110的输出端，第六控制晶体管TC6的第二端耦接于第五控制晶体管TC5的控制端以及堆迭晶体管TS1至TS4，而第六控制晶体管TC6的控制端耦接于第五控制晶体管TC5的第二端。此外，第一堆迭晶体管TS1具有第一端、第二端及控制端。第一堆迭晶体管TS1的第二端耦接于第三控制晶体管TC3的第一端，而第一堆迭晶体管TS1的控制端可接收第二分压V2。第二堆迭晶体管TS2具有第一端、第二端及控制端。第二堆迭晶体管TS2的第二端耦接于第四控制晶体管TC4的第一端，而第二堆迭晶体管TS2的控制端可接收第二分压V2。第三堆迭晶体管TS3具有第一端、第二端及控制端。第三堆迭晶体管TS3的第一端耦接于第五控制晶体管TC5的第二端，第三堆迭晶体管TS3的第二端耦接于第一堆迭晶体管TS1的第一端，而第三堆迭晶体管TS3的控制端可接收第三分压V3。第四堆迭晶体管TS4具有第一端、第二端及控制端。第四堆迭晶体管TS4的第一端耦接于第六控制晶体管TC6的第二端，第四堆迭晶体管TS4的第二端耦接于第二堆迭晶体管TS2的第一端，而第四堆迭晶体管TS4的控制端可接收第三分压V3。在此情况下，当第一控制信号SIGctrl1为高电压，而第二控制信号SIGctrl2为低电压时，电位转换电路120可以经由第四控制晶体管TC4的第一端输出驱动电压Vd以作为其输出电压Vout。此外，当第一控制信号SIGctrl1为低电压，而第二控制信号SIGctrl2为高电压时，电位转换电路120则可经由第四控制晶体管TC4的第一端输出参考电压Vref以作为其输出电压Vout。也就是说，透过电位转换电路120，就能够透过第一控制信号SIGctrl1及第二控制信号SIGctrl2来控制输出电压Vout，以确保耦接至高压驱动器100的功能电路能够及时接收到所需的高电压。此外，堆迭晶体管TS1至TS4、第三控制晶体管TC3及第四控制晶体管TC4的控制端所接收的第一分压V1至第三分压V3可以由第一组二极管130来提供。第一组二极管130可以彼此串联在电荷泵110的输出端及系统电压端NS之间。透过二极管所产生的偏压，第一组二极管130就能够提供在驱动电压Vd及参考电压Vref之间的分压V1至V3。在此实施例中，驱动电压Vd可高于第三分压V3，第三分压V3可高于第二分压V2，而第二分压V2可高于或实质上等于第一分压V1。例如但不限于，在图1中，第一组二极管130总共可包括15个二极管，且每一个二极管可提供1.2V的偏压。在此情况下，驱动电压Vd可例如为18V，第三分压V3可例如为12V，而第二分压V2及第一分压V1可例如为6V。如此一来，就能够减少堆迭晶体管TS1至TS4所承受的跨压，以防止堆迭晶体管TS1至TS4因为承受高跨压而损毁。由于第一组二极管130是用来提供分压V1至V3至电位转换电路120，而电位转换电路120中晶体管的闸极电容会接收电荷，导致分压V1至V3的抬升速度可能会比驱动电压Vd的抬升速度来得慢。因此，如果利用第一组二极管130来提供回授电压，电荷泵110的反应动作随之延迟，导致驱动电压Vd过冲overshoot的现象。为了缓解这个问题，便可利用第二组二极管140来提供回授电压Vf。第二组二极管140可彼此串联于电荷泵110的输出端及系统电压端NS之间，此外，为确保回授电压Vf可以仿真第一组二极管130的理想行为，在有些实施例中，第一组二极管130及第二组二极管140可以具有相同数量的二极管。由于第二组二极管140并未提供分压给其他电路，因此回授电压Vf的抬升速度会与驱动电压Vd的抬升速度相当接近。如此一来，电荷泵110就可以更加适当且实时地调整驱动电压Vd的大小，避免电压过冲的问题，也可避免晶体管因为电压过冲而承受过大跨压导致崩溃的问题。此外，在图1中，第一堆迭晶体管TS1、第二堆迭晶体管TS2、第三堆迭晶体管TS3及第四堆迭晶体管TS4可以是P型晶体管。在此情况下，为了进一步强化晶体管的耐压能力，堆迭晶体管TS1至TS4的井区可以耦接至堆迭晶体管TS1至TS4的源极端。如此一来，就可以提升堆迭晶体管TS1至TS4的崩溃电压，使得电位转换电路120更加耐用。也就是说，第一堆迭晶体管TS1的基体端可以耦接至第一堆迭晶体管TS1的第一端，第二堆迭晶体管TS2的基体端可以耦接至第二堆迭晶体管TS2的第一端，第三堆迭晶体管TS3的基体端可以耦接至第三堆迭晶体管TS3的第一端，而第四堆迭晶体管TS4的基体端可以耦接至第四堆迭晶体管TS4的第一端。相似地，在图1中，第一控制晶体管TC1、第二控制晶体管TC2、第三控制晶体管TC3及第四控制晶体管TC4可以是N型晶体管。此外，第五控制晶体管TC5及第六控制晶体管TC6可以是P型晶体管。在此情况下，第一控制晶体管TC1的基体端可以耦接至第一控制晶体管TC1的二端，第二控制晶体管TC2的基体端可以耦接至第二控制晶体管TC2的二端，第三控制晶体管TC3的基体端可以耦接至第三控制晶体管TC3的二端，而第四控制晶体管TC4的基体端可以耦接至第四控制晶体管TC4的二端。再者，第五控制晶体管TC5的基体端可以耦接至第五控制晶体管TC5的第一端，而第六控制晶体管TC6的基体端可以耦接至第六控制晶体管TC6的第一端。在图1中，虽然电位转换电路120包括了四个堆迭晶体管TS1至TS4，然而本发明并不以此为限。在本发明的其他实施例中，如果所需的驱动电压更高，则电位转换电路也可包括更多数量的堆迭晶体管，且其控制端将接收到对应的分压以减少驱动电压Vd在每个晶体管上所造成的跨压。此外，若分压V1至V3的抬升速度甚慢于输出电压Vout的抬升速度，则堆迭晶体管TS1至TS4的闸极也将承受巨大的压差。在此情况下，可透过比较器来侦测并缓解此问题。图2是本发明另一实施例的高压驱动器200的示意图。高压驱动器100及200具有相似的结构并可根据相似的原理操作。然而，高压驱动器200还可包括比较器250。比较器250可比较第一组二极管230所提供的第一参考电压VA以及第二组二极管240所提供的第二参考电压VB，并据以输出提示信号SIGntf。在图2中，第一组二极管230及第二组二极管240可各包括15个二极管，第一组二极管230可利用其第六个二极管来提供第一参考电压VA，而第二组二极管240可利用其第四个二极管来提供第二参考电压VB。也就是说，在高压驱动器200的稳定状态下，第一参考电压VA应该会高于第二参考电压VB。然而，在高压驱动器200进入稳态之前，由于第一组二极管230的电压抬升速较慢，因此第一参考电压VA可能会低于第二参考电压VB。当第一参考电压VA低于第二参考电压VB时，表示第一组二极管230所提供的分压V1至V3已经大幅落后各自的目标值，此时电位转换电路120中的晶体管可能会承受到巨大的压差。因此，比较器250可以输出提示信号SIGntf至电荷泵210，而电荷泵210可以根据提示信号SIGntf来调整驱动电压Vd。举例来说，当第一参考电压VA低于第二参考电压VB时，比较器250可以输出提示信号SIGntf至电荷泵210以降低电荷泵210的加压时钟信号的频率，或者将电荷泵210暂停一段时间。因此，驱动电压Vd的抬升速度将会减缓或者停止抬升，此时由第一组二极管230所提供的分压V1至V3仍会持续上升。如此一来，分压V1至V3就不至于大幅落后其目标电位，并可将堆迭晶体管TS1至TS4所接收到的压差保持在可接受的范围内。再者，在图2中，高压驱动器200还可包括电容C1，电容C1可以耦接在电荷泵210的输出端及第一组二极管230中用以提供第三分压V3的节点N3之间。透过电容C1，节点N3的电压就能够更加快速的提升，避免堆迭晶体管TS3及TS4因为第三分压V3的抬升速度太慢而承受了过大的压差。在有些实施例中，也可根据系统的需求而将电容C1耦接至第一组二极管230中的其他节点，以提升所述节点的分压提升速度。此外，在有些实施例中，在系统允许的情况下，高压驱动器200可利用电容C1来提升分压提升的速度，而将第二组二极管240省略。综上所述，本发明的实施例所提供的高压驱动器可以产生实时反应驱动电压实际情况的回授电压使得驱动电压过冲的问题得以缓解。此外，透过比较两组二极管所提供的参考电压，高压驱动器就能够检测出分压抬升速度过慢的情况，并对应地调整驱动电压以避免晶体管因为承受不了高压差而损坏。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种高压驱动器，其特征在于，包括：电荷泵，具有输出端用以输出驱动电压，及回授端用以接收回授电压，所述电荷泵是用以根据所述回授电压调整所述驱动电压；电压转换电路，耦接于所述电荷泵的所述输出端及系统电压端，用以接收至少一控制讯号，及根据所述至少一控制讯号产生输出电压，所述电位转换电路包括：多个堆迭晶体管，用以缓减所述驱动电压所造成的高跨压；及多个控制晶体管，耦接于所述多个堆迭晶体管，用以控制所述输出电压；第一组二极管，串联于所述电荷泵的所述输出端及所述系统电压端之间，用以提供介于所述驱动电压及所述系统电压端所提供的参考电压之间的多个分压，其中所述多个堆迭晶体管中的每一个堆迭晶体管具有控制端用以接收所述多个分压中的对应分压；及第二组二极管，串联于所述电荷泵的所述输出端及所述系统电压端之间，用以提供所述回授电压。2.如权利要求1所述的高压驱动器，其特征在于所述第一组二极管及所述第二组二极管包括相同数量的二极管。3.如权利要求1所述的高压驱动器，其特征在于所述多个控制晶体管包括：第一控制晶体管，具有第一端，第二端耦接于所述系统电压端，及控制端用以接收第一控制信号；第二控制晶体管，具有第一端，第二端耦接于所述系统电压端，及控制端用以接收与所述第一控制信号互补的第二控制信号；第三控制晶体管，具有第一端耦接于所述多个堆迭晶体管，第二端耦接于所述第一控制晶体管的所述第一端，及控制端用以接收所述多个分压中的第一分压；第四控制晶体管，具有第一端耦接于所述多个堆迭晶体管，第二端耦接于所述第二控制晶体管的所述第一端，及控制端用以接收所述第一分压；第五控制晶体管，具有第一端耦接于所述电荷泵的所述输出端，第二端耦接于所述多个堆迭晶体管，及控制端；及第六控制晶体管，具有第一端耦接于所述电荷泵的所述输出端，第二端耦接于所述第五控制晶体管的所述控制端及所述多个堆迭晶体管，及控制端耦接于所述第五控制晶体管的所述第二端。4.如权利要求3所述的高压驱动器，其特征在于所述多个堆迭晶体管包括：第一堆迭晶体管，具有第一端，第二端耦接于所述第三控制晶体管的所述第一端，及控制端用以接收所述多个分压中的第二分压；第二堆迭晶体管，具有第一端，第二端耦接于所述第四控制晶体管的所述第一端，及控制端用以接收所述第二分压；第三堆迭晶体管，具有第一端耦接于所述第五控制晶体管的所述第二端，第二端耦接于所述第一堆迭晶体管的所述第一端，及控制端用以接收所述多个分压中的第三分压；及第四堆迭晶体管，具有第一端耦接于所述第六控制晶体管的所述第二端，第二端耦接于所述第二堆迭晶体管的所述第一端，及控制端用以接收所述第三分压。5.如权利要求4所述的高压驱动器，其特征在于所述驱动电压高于所述第三分压，所述第三分压高于所述第二分压，且所述第二分压高于或实质上等于所述第一分压。6.如权利要求4所述的高压驱动器，其特征在于：所述第一堆迭晶体管、所述第二堆迭晶体管、所述第三堆迭晶体管及所述第四堆迭晶体管是P型晶体管；所述第一堆迭晶体管的基体端是耦接于所述第一堆迭晶体管的所述第一端；所述第二堆迭晶体管的基体端是耦接于所述第二堆迭晶体管的所述第一端；所述第三堆迭晶体管的基体端是耦接于所述第三堆迭晶体管的所述第一端；及所述第四堆迭晶体管的基体端是耦接于所述第四堆迭晶体管的所述第一端。7.如权利要求6所述的高压驱动器，其特征在于：所述第一控制晶体管、所述第二控制晶体管、所述第三控制晶体管及所述第四控制晶体管是N型晶体管；所述第五控制晶体管及所述第六控制晶体管是P型晶体管；所述第一控制晶体管的基体端是耦接于所述第一控制晶体管的所述第二端；所述第二控制晶体管的基体端是耦接于所述第二控制晶体管的所述第二端；所述第三控制晶体管的基体端是耦接于所述第三控制晶体管的所述第二端；所述第四控制晶体管的基体端是耦接于所述第四控制晶体管的所述第二端；所述第五控制晶体管的基体端是耦接于所述第五控制晶体管的所述第一端；及所述第六控制晶体管的基体端是耦接于所述第六控制晶体管的所述第一端。8.如权利要求1所述的高压驱动器，其特征在于，还包括：比较器，用以比较所述第一组二极管所提供的第一参考电压及所述第二组二极管所提供的第二参考电压以输出提示信号；其中所述电荷泵还用以根据所述提示信号调整所述驱动电压。9.如权利要求8所述的高压驱动器，其特征在于在所述高压驱动器处于稳定状态时，所述第一参考电压高于所述第二参考电压。10.如权利要求9所述的高压驱动器，其特征在于在所述高压驱动器进入所述稳定状态之前，当所述第一参考电压低于所述第二参考电压时，所述比较器输出所述提示信号至所述电荷泵以降低所述电荷泵的充电时钟信号的频率。11.如权利要求9所述的高压驱动器，其特征在于在所述高压驱动器进入所述稳定状态之前，当所述第一参考电压低于所述第二参考电压时，所述比较器输出所述提示信号至所述电荷泵以使电荷泵暂停运作。12.如权利要求1所述的高压驱动器，其特征在于，还包括电容，耦接于所述电荷泵的所述输出端及所述第一组二极管中用以提供所述多个分压中分压的节点。

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