[發明專利]用于驅動開關晶體管的系統和方法

有效

• 申請號: 201210009549.8
• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102594100A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: M.弗萊巴尼;C.加博薩;E.奧里蒂;A.維基亞托
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;盧江

技術領域

本發明一般地涉及半導體器件和方法并且更具體地涉及一種驅動開關晶體管的系統和方法。

背景技術

電源系統在從計算機到汽車的許多電子應用中無處不在。一般地，電源系統內的電壓通過以下操作來產生：通過對加載有電感器或變壓器的開關進行操作來執行DC-DC、DC-AC和/或AC-DC轉換。在使用多個電源的系統中使用DC-DC轉換器（諸如降壓轉換器）。例如，在汽車系統中，標稱上操作于5V電源電壓的微控制器可以使用降壓轉換器來從12V車用蓄電池產生本地5V電源。這種降壓轉換器可以通過使用與DC電源耦合的高側開關晶體管對電感器進行驅動來操作。降壓轉換器的輸出電壓可以通過改變開關晶體管處于傳導狀態所在期間的時間的脈沖寬度來控制。

在一些降壓轉換器實現方式中，開關晶體管是由開關驅動器集成電路驅動的分立開關晶體管，或者包括在包括開關驅動器和開關晶體管兩者的集成電路上。由于通常將高側驅動器參考至高電壓，因此一些開關驅動器電路使用電平移位器和自舉電容器以便利用足以接通或關斷器件的電壓電平來驅動開關晶體管的柵極。

開關電源一般比其他電源技術（諸如線性電壓調節器）更高效，但是它們仍易于出現某些低效情況（inefficiency）。這些低效情況可能因由開關晶體管中的開關功率損耗、在驅動開關晶體管時引發的驅動損耗、以及傳導損耗所消耗的過量功率引起。

發明內容

在一個實施例中，一種驅動開關晶體管的方法包括：通過在第一持續時間內以第一充電率（charging?rate）對所述開關晶體管的控制節點進行充電，激活所述開關晶體管。在以所述第一充電率對所述開關晶體管的控制節點進行充電之后，以第二充電率對所述開關晶體管的控制節點進一步充電，直到所述開關晶體管的控制節點達到目標信號電平為止，其中所述第二充電率小于所述第一充電率。

前面相當寬泛地概述了本發明的實施例的特征，以使得可以更好地理解本發明的以下詳細描述。在下文中將描述本發明的實施例的附加特征和優勢，其形成本發明的權利要求的主題。本領域技術人員應當認識到，所公開的概念和具體實施例可以容易地用作用于修改或設計其他結構或過程以實現本發明的相同目的的基礎。本領域技術人員還應當意識到，這種等效構造并不脫離所附權利要求中闡述的本發明的精神和范圍。

附圖說明

為了更完整地理解本發明及其優勢，現在參照結合附圖進行的以下描述，在附圖中：

圖1a-1b示意了實施例電源系統的框圖；

圖2示意了實施例系統的效率曲線圖；

圖3示意了示出MOS器件在接通期間的開關行為的波形圖；

圖4示意了實施例驅動器電路；

圖5示意了實施例驅動器電路的時序圖；

圖6示意了實施例關斷階段；

圖7a-7b示意了實施例驅動器電路；

圖8示意了實施例脈沖生成塊；

圖9示意了實施例自舉充電器電路；

圖10示意了實施例自舉充電器電路的波形圖；

圖11示意了根據另外實施例的實施例驅動器電路；以及

圖12示意了在100%占空比條件下操作的實施例驅動器電路的波形圖。

具體實施方式

下面詳細討論當前優選實施例的實現和使用。然而，應當認識到，本發明提供了可以體現在廣泛的各種具體背景中的許多可適用的發明概念。所討論的具體實施例僅示意了用于實現和使用本發明的具體方式，而不限制本發明的范圍。

將在具體背景（即，一種用于在開關式電源中驅動開關晶體管的系統和方法）中關于優選實施例來描述本發明。然而，本發明還可以適用于其他類型的電路（例如，如開關電路）和電動機控制器。

在一個實施例中，通過在兩個階段中對開關晶體管的柵極進行充電來驅動開關晶體管。第一充電階段是快速充電階段，其中將開關晶體管的柵極充電至最終值的某百分比。第二充電階段是更慢且更準確的充電階段，其中開關晶體管的柵-源電壓逼近最終值。通過將充電劃分為兩個階段，可以既快速又準確地對開關晶體管的柵極進行充電。第一階段中的快速充電可以降低開關損耗，而第二階段中的柵電壓的準確設置可以通過以下操作來降低傳導損耗：將開關晶體管的柵-源電壓設置為使得導通電阻保持為低并且開關晶體管正在安全區中操作。在一些實施例中，可以在第二階段期間使用反饋回路。