CN102480217B

CN102480217B - 用于驱动开关的系统和方法

Info

Publication number: CN102480217B
Application number: CN201110389673.7A
Authority: CN
Inventors: D.德拉克塞尔迈尔; K.诺林格
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2031-11-30
Also published as: US20130293268A1; CN104767360A; DE102011087434B4; US8754675B2; CN104767360B; US20120133397A1; CN104753319A; CN102480217A; CN104753319B; DE102011087434A1; US8487664B2

Abstract

本发明涉及用于驱动开关的系统和方法。根据一个实施例，一种用于驱动开关的电路包括驱动器电路。驱动器电路包括：第一输出，配置成耦合到JFET的栅极；第二输出，配置成耦合到MOSFET的栅极；第一电源节点；以及偏置输入，配置成耦合到共同节点。待驱动的开关包括在共同节点处耦合到MOSFET的JFET。

Description

用于驱动开关的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请涉及以下共同未决和共同转让的美国专利申请：序列号________、于________提交、名称为“SystemandMethodforBoostrappingaSwitchDriver”以及序列号为________、于________提交、名称为“SystemandMethodforDrivingaCascodeSwitch”，通过引用将这些申请完全结合于此。

技术领域

本发明一般涉及电子电路并且更具体地涉及一种用于驱动开关的系统和方法。

背景技术

电源系统在从计算机到汽车的许多电子应用中是普遍的。一般而言，通过操作加载有电感器或者变压器的开关来执行DC-DC、DC-AC和/或AC-DC转换从而生成电源系统内的电压。在一些电源系统中，在桥配置（比如半桥、全桥或者多相桥）中布置开关组合。当电源生成很高电压时，使用具有高击穿电压和低接通电阻两者的开关（比如结场效应晶体管（JFET）器件）是有益的。JFET的高击穿电压即使在输出电压为数百或者甚至超过一千伏特时仍然允许可靠操作。JFET器件的低接通电阻允许电源系统的高效操作。

JFET器件具有它们为自导通或者“常通器件”的性质，这意味着器件在JFET的栅极-源极电压处于约零伏特时导电。这样的性质带来难点，因为开关晶体管在电源系统被完全偏置之前表现为短路，由此引起在电源启动时生成高电流。在用于电源切换的一些高效率JFET器件中，这一夹断电压可能约为负15伏特。因此，在电源在JFET可以被完全关断时开始完全操作之前生成这一负电压。

在一些电源中，通过使用变压器在启动时形成偏置电压。然而变压器的使用是昂贵的。在其它电源中，通过使用自举技术在启动时形成电压，其中电源电路内的切换节点的能量用来对为切换晶体管提供本地电源的电容器进行充电。然而当使用JFET时，难以应用这样的自举技术。例如当电源系统的内部电源电压在启动时为低时，JFET开关可能未操作，因为尚未形成为了允许JFET接通和关断而需要的电压。如果JFET开关未操作，则不能生成为了使开关操作而需要的内部电源电压。

发明内容

根据实施例，一种用于驱动开关的电路包括驱动器电路。驱动器电路包括：第一输出，配置成耦合到JFET的栅极；第二输出，配置成耦合到MOSFET的栅极；第一电源节点；以及偏置输入，配置成耦合到共同节点。待驱动的开关包括在共同节点处耦合到MOSFET的JFET。

前文已相当广泛地概括本发明实施例的特征以便可以更好地理解下文的本发明的详细描述。在下文中将描述本发明实施例的附加特征和优点，这些特征和优点形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应当明白，可以容易利用公开的概念和具体实施例作为用于修改或者设计用于实现本发明相同目的的其它结构或者过程的基础。本领域技术人员也应当认识到这样的等效构造并未脱离如在所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在将参照结合附图进行的下文描述，在所述附图中：

图1a-1b图示了根据本发明实施例的电源系统；

图2图示了实施例开关驱动器系统。

图3a-3c图示了实施例驱动器的示意图；

图4a-4c图示了实施例开关控制电路的时序图和示意图；

图5图示了另外实施例开关驱动器系统；

图6图示了实施例驱动器电路；

图7a-7b图示了使用实施例驱动器电路的实施例电源系统；并且

图8图示了实施例驱动器电路的实施例波形图。

除非另有指明，不同图中的对应标号和符号一般指代对应部分。绘制各图以清楚地图示实施例的相关方面而未必按比例绘制各图。

具体实施方式

下面详细讨论各种实施例的实现和使用。然而应当明白，本发明提供可以在广泛各种具体背景中具体化的许多适用发明概念。讨论的具体实施例仅说明用于实现和使用本发明的具体方式并且未限制本发明的范围。

将在具体背景（即在开关模式电源系统中的开关驱动器）中关于各种实施例描述本发明。本发明的实施例也可以应用于其它电子应用（比如太阳逆变器、电信、服务器和不间断电源）中的开关驱动器。

图1a图示了根据本发明实施例的电源系统100。跨越具有高侧开关106和低侧开关108的半桥101电路施加输入电压Vin。在实施例中，每个开关106和108由串联耦合的JFET和MOSFET构成。替代地，可以使用其它开关配置。在电源系统的操作期间，高侧驱动器102驱动高侧开关106，而低侧驱动器104驱动低侧开关108。在实施例中，以交替方式驱动高侧开关106和低侧开关108，使得仅一个开关在特定时间导通。在一些实施例中，根据高侧开关106和低侧开关108的导通状态的相对占空比并且根据变压器T1的匝数比来控制输出电压Vout。

半桥电路101的输出N1耦合到变压器T1的初级绕组，该变压器的次级绕组耦合到整流二极管D4A和D4B。整流二极管D4和D5对变压器T1的次级绕组的输出进行整流，并且电容器C5对二极管D4和D5的整流输出进行滤波。在实施例中，电压Vout由隔离/控制器块112感测，该隔离/控制器块为高侧驱动器102和低侧驱动器104生成输入信号。在实施例中，隔离/控制器例如使用隔离电路（比如光隔离器、变压器和本领域中已知的其它隔离器件）在变压器T1的初级侧与次级侧之间提供电隔离。在实施例中，隔离/控制器块可以被配置成以Vout提供预定输出电压。

在实施例中，跨越与半桥电路101的输出N1耦合的端子G以及在节点122耦合到电容器C1和二极管D1的端子P向高侧驱动器102提供功率。当节点N1经历正电压转变时，将节点122驱动成高直至二极管D1变成以Vin-V_S1+V_DS1正偏，其中V_DS1为二极管D1的结电压而V_S1为电源110的电压。当节点N1处于电压Vin时，约为V_S1-V_DS的电压跨越电容器C1。当节点N1开始经历负电压转变时，二极管D1变成反偏，并且跨越电容器C1维持约为V_S1-V_DS1的电压。在一些实施例中，跨越电容器C1的电压将根据电容器C1的大小和驱动器102消耗的电流而衰减。在实施例中，V_S1被选择成至少足以关断高侧开关106中的JFET。在其中高侧开关包括JFET的实施例中，V_S1被选择成至少大于JFET的夹断电压的量值，例如在约10V与约15V之间。在替代实施例中可以根据应用、它的要求和电路中使用的个别器件的特性来使用其它值。

在实施例中，跨越耦合到系统接地120的端子G以及耦合到电容器C2和C3的端子P向低侧驱动器104提供功率。当节点N1经历正电压转变时，将节点128驱动成高直至二极管D2变成以Vin-V_S1+V_DS2正偏，其中V_DS2为二极管D2的结电压。当节点N1处于电压Vin时，约为V_S1-V_DS2的电压跨越电容器C3。当节点N1开始经历负电压转变时，二极管D2变成反偏，并且跨越电容器C3维持约为V_S1-V_DS2的电压。节点128在节点N1继续它的负电压偏移时跟随节点N1。当节点N1处于系统接地120时，节点128处于近似V_DS2-V_S1的电压，并且如果忽略C2的放电以及在C2与C3之间的电容电荷共享的影响，则电容器C2充电成近似V_DS3+V_DS2-V_S1的电压，其中V_DS3为二极管D3的结电压。在一些实施例中，跨越电容器C2的电压将根据电容器C2的大小和驱动器104消耗的电流而衰减。然而在电压跨越C2衰减时，经由二极管D3向电容器C2引入更多电荷，使得跨越驱动器104的端子P和G的电压维持于足以操作低侧开关108内的JFET的电压。

在实施例中，C1、C2和C3的值每个均在约10μF与约100μF之间，并且V_S1设置成在约20V与约30V之间。在一个实施例中，Vin约为400V，并且Vout约为12V、48V或者400V。在替代实施例中可以根据具体应用及其规范来使用其它部件和电压值。

应当明白，图1a中图示的电路是发明概念如何可以应用于电源系统的一个例子。在替代实施例中，除了图1a中所示的拓扑之外还可以使用其它电源拓扑。例如，图1b图示了替代实施例电源系统140，其与图1a中图示的电源系统100类似，除了省略电容器C3和二极管D2并且二极管D3耦合于节点125与122之间。这里，图1b的实施例使用比图1a的实施例更少的部件。

本发明的另外实施例可以应用于包括但不限于降压转换器、升压转换器和降压-升压转换器的转换器。替代实施例电源拓扑也可以包括使用电感器而不是变压器的电源或者使用电感器和变压器两者的拓扑。

图2图示了根据本发明另一实施例的半桥电路及其关联驱动电路的低侧部分。这里，低侧开关由n沟道JFET234和PMOS器件236构成并且由驱动器204驱动。替代地，其它器件类型（比如NMOS器件）而不是PMOS器件236可以与JFET234串联耦合。在电源系统的正常操作期间，PMOS器件236在JFET234接通和关断时持续接通，由此如上文关于图1a描述的那样对电容器C2进行充电。经由信号Data向驱动器204输入切换数据。

在启动期间，PMOS236在节点224无足以关断JFET234的负电压时关断。通过关断PMOS236来防止短路在启动期间出现于半桥电路中。假设节点N1在启动时具有充分高的电压（例如大于20V），并且JFET234的栅极在节点216耦合到系统接地240，在节点210的电压将为JFET234的夹断电压。在一个实施例中，这约为15V，然而在替代实施例中，这一电压将根据JFET234的器件特性而不同。这里，夹断电压存储于电容器C2上，该电容器向驱动器204提供足以操作驱动器204的内部逻辑的电压。在实施例中，二极管D10耦合于JFET234的栅极与系统接地240之间以防止JFET234的栅极变成明显高于系统接地240。

在实施例中，驱动器在跨越电容器C2的电压超过第一预定义阈值（例如约8V）时将PMOS器件与JFET234一起接通和关断。这里，当有可能在内部电源为低时不能完全关断JFET234时，两个器件一起接通和关断。在一些实施例中，驱动器在跨越内部已调控节点的电压超过阈值电压时与JFET234一起接通和关断PMOS器件。在半桥开始接通和关断时，经由电容器C3和二极管D3抽运（pump）节点227的电压越来越低于系统接地240。一旦节点227的电压充分低于系统接地240（例如处于约-18V），PMOS器件236持续接通，并且操作在正常操作模式中进行。在实施例中，PMOS器件236持续接通所处的电源阈值由JFET234的夹断电压和用于保证可靠操作的附加裕度（例如约18V）确定。

在一些实施例中，切换JFET234和PMOS236不如保持PMOS器件236接通并且切换JFET234那样高效，因为驱动器204需要对PMOS器件236的栅极电容进行充电和放电。在一些实施例中，PMOS器件236制作成很大以便减少与JFET234的串联电阻；因此，PMOS器件236的栅极-源极电容可能很高。然而在一些实施例中，在启动期间，将两个器件一起切换允许两个器件安全操作而未引起断路。然而一旦在节点227形成完全负电源电压，PMOS236的持续接通状态允许更高效操作，因为JFET器件具有比PMOS器件236更低的每给定驱动强度的输入电容。在另外实施例中，应用于低侧驱动器电路的概念也可以应用于高侧驱动器。

图3a图示了实施例驱动器电路300的示意图。在实施例中，驱动器电路300可以用于图1和图2中的驱动器块。在驱动器电路300中，控制器306驱动JFET栅极驱动器304和MOSFET栅极驱动器302。控制器306根据操作模式来确定供给驱动器302和304的驱动信号的定时。例如在第一操作模式中，当器件正启动时，通过将MOSFET栅极驱动成高电势而将MOSFET栅极禁用，并且也通过将JFET栅极驱动成低电压而将JFET栅极的切换禁用。在第二操作模式中，在电源正充电时，MOSFET栅极和JFET栅极根据输入信号D_in来一起接通和关断。在与额定操作情况对应的第三操作模式中，MOSFET栅极持续接通。在实施例中，功率控制块308使用输入JFS作为正电源而节点P1作为负电源。在一些实施例中，功率控制块308具有用来确定操作模式的本地电压调控器和比较器。在图3a中所示的实施例中，功率控制块308向控制器306输出MODE信号。在一些实施例中，MODE信号可以是由一位或者多位构成的数字信号。在替代实施例中可以不同地实施和划分功率控制、模式控制和信号控制。

图3b图示了功率控制块308的实施例示意图，该功率控制块具有生成两个电压REF1和REF2的参考电压生成器322。在实施例中，REF1约为8V而REF2约为18V，然而在替代实施例中可以使用不同电压。比较器324和326分别比较电压REF1和REF2与节点JFS。比较的结果由模式逻辑块328处理，该模式逻辑块输出代表操作模式的MODE信号。在替代实施例中可以使用其它电路。例如可以比较JFS的下调版本与更低参考电压而不是直接使用电压JFS。例如在一个实施例中，JFS经由分压器下调为1/10并且与0.8V和1.8V比较。在这样的低电压实施例中可以使用低电压器件并且可以防止饱和效应。

图3c图示了替代实施例功率控制块309。功率控制块309类似于图3b的功率控制块308而且具有产生如下已调控电压P2的电压调控器330，根据该已调控电压P2来导出参考电压REF1和REF2。在一些实施例中，已调控电压P2用来向开关驱动器和/或与开关驱动器关联的其它电路供电。在一些实施例中，电压调控器330用来向开关驱动器和关联的电路供电，而主电源P1用来如图3b中所配置的那样经由块322导出参考电压REF1和REF2。

在实施例中，例如当JFET和MOSFET器件的栅极两者均被切换时，JFET在MOSFET器件已接通之后接通，而MOSFET在JFET关断之后关断。这例如可以在电源正在电源系统已启动之后充电时发生于第二模式中。在实施例中，MOSFET处置JFET的夹断电压，因此当JFET为高电压器件时可以使用低电压MOSFET。因而，保证MOSFET在JFET接通时接通防止了MOSFET器件的器件击穿和可能破坏。图4a图示了图3a的控制器306以及驱动器302和304的时序图（其中使用PMOS器件）。这里，在PMOS栅极驱动已在时间402变低之后将JFET栅极驱动成高。类似地，在时间404将JFET栅极驱动成低之后将PMOS栅极驱动成高。在实施例中，在使用NMOS器件来实施MOSFET器件的情况下，反转信号PMOS栅极（GATE）的感测。

图4b图示了根据本发明实施例的至少部分控制器306的示意图。信号Din直接驱动与（AND）门406而经由反相器410驱动与门408。与门406的输出对驱动器/传感器412和JFET栅极驱动器304（图3）进行驱动，而与门408的输出对驱动器/传感器414和MOSFET驱动器302（图3）进行驱动。向与门408馈送驱动器/传感器的输出C，而向与门406馈送驱动器/传感器414的输出C。在实施例中，驱动器/传感器412JFET的节点C直至JFET栅极已变低才变低。类似地，驱动器传感器414的节点C直至MOSFET栅极已变低才变高。实际上，如果驱动器/传感器感测到在输入B的关联节点已变低，则节点C变高。通过从实际栅极驱动节点提供反馈，防止JFET在MOSFET关断时导通。

图4c图示了图4b中所示的驱动器/传感器块412的实施例例子。驱动器传感器具有经由反相器420耦合到输入A的PMOS器件428。PMOS器件耦合于VDD与由背靠背反相器422和424构成的锁存器的输入430之间。栅极反馈也经由NMOS器件421耦合到锁存器。在一个实施例中，NMOS器件421为高电压器件，尽管NMOS器件421也可以实施为低电压器件。在一些实施例中，缓冲器434耦合于节点A与节点B之间。在操作期间，当在PMOS器件428的栅极处的节点432为高时，锁存器的输入由与PMOS的驱动信号或者JFET驱动信号对应的输入B驱动。在一些实施例中，如果节点B可以经由NMOS器件421迫使输入430至高状态，则可以省略PMOS器件428。然而PMOS器件428的存在有助于获得清除复位（cleanreset）条件。在实施例中，反相器422由弱PMOS和/或NMOS器件构成以便让器件421和428超控（override）反相器424的输出。在一些实施例中，反相器422也由弱PMOS和/或NMOS器件构成以最小化在切换期间的交叉导通。在这样的实施例中，反相器422可以跟随有另一缓冲级（未示出）。

应当理解图4b和4c中所示的电路为例子实施例。在替代实施例中，除了图4b中图示的电路之外还可以使用其它电路和逻辑。

图5图示了用于驱动半桥电路501的另一实施例系统500。由JFET506和PMOS器件508构成的高侧开关由高侧驱动器502驱动，而由JFET510和512构成的低侧开关由低侧驱动器504驱动。驱动器502和504的操作类似于图2中所示的驱动器204以及图1a中所示的驱动器102和104的操作。然而每个驱动器具有两个电源端子P1和P2并且每个开关具有JFET和MOSFET。在实施例中，电源端子P1用来向驱动器供应主电源，而电源端子P2用来向驱动器供应已调控电源。在实施例中，用图3a的块308内的电压调控器从主电源生成已调控电源。在一个实施例中，电源端子P2在约-18V与约-19V之间操作，而电源端子P1在约-24V与-26V之间操作。在替代实施例中，可以使用其它电压范围和/或附加电源端子。

在实施例中，经由D1供应高侧驱动器502的电源P1。经由内部调控电路供应电源P2，并且经由电容器C1将电源P2与节点520去耦合。类似地，经由C3和D3供应低侧驱动器504的电源P1。经由内部调控电路供应电源P2，并且经由电容器C2将电源P2与节点522去耦合。在一些实施例中可以使用图3c中所示的功率控制块309。电阻器R1和R2限制否则可能尤其在启动时损坏或者破坏二极管的电流峰值。二极管D5、D6、D7和D8在正常操作期间反偏，但是在电源节点P1和P2具有比驱动器接地节点更大的电压时变成正偏以便保护驱动器电路免于闭锁、击穿和过压条件。当自举电压可用时，二极管D5、D6、D7和D8也在启动期间为电容器C1、C2、C8和C9提供充电路径。

图6图示了根据本发明实施例的驱动器电路600。驱动器电路600具有经由无芯变压器620耦合到高电压段603的低电压段601。在替代实施例中，低电压段601可以经由光耦合器耦合到高电压段603。低电压段601在经由缓冲器622、输入逻辑604和变压器驱动器606耦合到无芯变压器620的管脚IN处接受驱动器数据。在实施例中，低电压段601也在经由缓冲器624耦合到输入逻辑604的管脚EN处接受使能信号。欠压锁定（UVLO）电路602在电源VCC1低于最小操作电压时将输入逻辑块604的输出禁用。在一些实施例中，VCC1约为5V，然而在替代实施例中可以使用其它电源电压。在实施例中，使能信号EN用来将驱动器电路600的操作使能。在实施例中，驱动器电路600实施为单个封装（比如系统级封装（SIP））内的多个部件。在一个实施例中，在封装内，在第一集成电路（IC）上划分低电压段601，在第二IC上划分高电压段603，并且在第一IC或者第二IC上划分无芯变压器620。替代地，驱动器电路600可以实施为集成电路（IC）或者实施于多个封装内。

高电压段603具有无芯变压器接收器608、驱动器逻辑614、JFET驱动器616和MOSFET驱动器618。线性调控器612根据电源输入VCC2和VEE2提供已调控电压VRED。在实施例中，二极管628和电阻器623耦合到输入CLJFG以防止驱动的JFET的栅极达到明显高于驱动的MOSFET的漏极电势的电压。UVLO电路610向逻辑块614提供电源状态，使得逻辑块614可以导出电源相关的操作模式。在实施例中，自举使能信号BSEN用来将实施例操作模式使能。在另外实施例中可以省略信号BSEN。

图7a图示了使用实施例驱动器702、704、706和708的实施例全桥电源700。高侧驱动器702耦合到JFET710和MOSFET718，高侧驱动器704耦合到JFET712和MOSFET720，低侧驱动器706耦合到JFET714和MOSFET722，而低侧驱动器708耦合到JFET716和MOSFET724。在实施例中，向电感器750代表的负载和与电感器750的端子耦合的负载供应功率。变压器726对节点PM25V和PM25VH进行充电以向驱动器702、704、706和708上的端子VEE2提供负电源。在实施例中，节点PM25V和PM25VH分别关于主电源730和系统接地752充电成约-25V。替代地，节点PM25V和PM25VH可以充电成其它电压。在一个实施例中，当驱动器706和708中的管脚VEE2在节点PM25V处接收功率时未执行其中JFET和MOSFET同时切换的第二操作模式。主电源730以约800V操作。然而在其它实施例中可以使用不同电压。信号I1、I2、I3和I4控制电源驱动器702、704、706和708的切换。

图7b图示了实施例全桥电源701，其中低侧驱动器706和708中的电源管脚VEE2使用实施例自举方法而不是从变压器726（图7a）的次级绕组来接收功率。这里，变压器770为节点PM25VH提供功率。这样的实施例的优点包括通过使用较便宜的变压器而获得的成本节省。

在替代实施例中，关于高侧驱动器702和704，如果驱动器中的节点VCC1与GND1之间的电路可以例如在节点730与PM25VH之间耐受25V，并且如果操纵输入I1-I4的控制器系统的正电源连接到Vin（节点730），则可以使用PM25VH作为用于驱动器内的高压和低压电路的电源。在这样的实施例中，二极管耦合于电源之间。因此共同电源可以用于其间具有自举二极管的控制器和高侧开关驱动器。关于低侧驱动器706和708，如果控制器以系统接地而不是高侧参考节点为参考，则可以应用类似的概念。在这样的实施例中，二极管无需耦合于电源之间。因此共同电源可以用于控制器和低侧开关驱动器。

图8图示了实施例电源驱动器的操作的波形图。在阶段802期间，高电压系统电源HV电源斜升并给VEE2、VREG和JFDrv上电。（注意这些节点在图8中以VCC2为参考。）在阶段802期间，将信号JFDrv驱动成低而驱动器信号MDrv保持为高，由此保持驱动的MOSFET关断。在阶段804期间，MDrv和JFDrv如这里关于本发明的其它实施例描述的那样一起转换。另外，在一些实施例中，辅助电源VCC1和/或耦合到节点VEE2的节点PM25VH（图7b）变为完全激活。

一旦VREG达到它的完全已调控电压并且穿过阈值V_VREGon，驱动器开始在正常操作模式806中操作。这里，信号MDrv关于VCC2为低，而JFDrv继续转换。这对应于其中MOSFET保持接通而JFET继续切换的操作模式。在操作模式806期间，I_BSEN变高，I_BSEN是表明正常操作模式806为活动的驱动器电路输出管脚。在一些实施例中，I_BSEN实施为在用作输入时感测电压而在用作输出时产生电流的双向管脚。

如果已调控电压VREG穿过阈值V_VREGoff，则重新进入操作模式804并且信号MDrv和JFDrv一起转换。在一些实施例中，VREG在VEE2下降时穿过阈值V_VREGoff，由此在VREG引起功率损耗。这也可以例如由电源110（图1a）的损耗引起。在一些实施例中，通过设置与阈值V_VREGoff不同的阈值V_VREGon来应用滞后以便防止在操作模式之间的过多转换。

在实施例中，高侧驱动器和低侧驱动器可以实施于相同的集成电路上。替代地，每个驱动器可以实施于单独的集成电路上。在一些实施例中，半桥电路也可以设置于与驱动器中的一者或者两者相同的集成电路上。

在替代实施例中，实施例驱动器系统也可以用来驱动其它类型的电路，比如全桥开关和马达。

根据实施例，一种用于驱动开关的电路包括驱动器电路。驱动器电路包括：第一输出，配置成耦合到JFET的栅极；第二输出，配置成耦合到MOSFET的栅极；第一电源节点；以及偏置输入，配置成耦合到共同节点。待驱动的开关包括在共同节点处耦合到MOSFET的JFET。在一些实施例中，电路设置于集成电路上。在一些实施例中，JFET包括高电压JFET，而MOSFET包括低电压MOSFET。

在实施例中，驱动器电路被配置成与耦合于第一电源节点与JFET的第一输出之间的电容器和耦合于第一电源节点与JFET的第二输出之间的第一网络一起操作。在实施例中，第一网络具有串联耦合的二极管和第二电容器。在一些实施例中，驱动器电路在电路的启动期间从该偏置输入接收功率。

在实施例中，驱动器电路在参考电源电压低于第一阈值电压时保持MOSFET关断，驱动器电路在参考电源电压在第一阈值电压与第二阈值电压之间将MOSFET和JFET一起操作，并且驱动器电路在参考电源电压大于第二阈值电压时保持MOSFET接通。在实施例中，驱动器电路通过在接通JFET之前接通MOSFET并且在关断MOSFET之前关断JFET来一起操作MOSFET和JFET。在另外实施例中，参考电源电压与内部电源的电压成比例。替代地，参考电源电压与偏置输入的电压成比例。

在实施例中，该电路还包括：参考电压生成器，生成第一阈值电压和第二阈值电压；第一比较器，具有耦合到参考电源电压的第一输入和耦合到第一阈值电压的第二输入；以及第二比较器，具有耦合到参考电源电压的第一输入和耦合到第二阈值电压的第二输入。

根据另一实施例中，一种开关驱动器包括：第一开关驱动器输出，配置成耦合到JFET器件的栅极；第二开关驱动器输出，配置成耦合到MOSFET器件的栅极；第一电源节点；以及偏置输入，配置成耦合到JFET器件的第一输出节点和MOSFET器件的第一输出节点。在实施例中，一种操作开关驱动器的方法包括在启动期间切换第一开关驱动器输出，其中在启动期间切换第一开关驱动器输出包括使用该偏置输入作为电源节点来操作开关驱动器。

在实施例中，操作开关驱动器的方法也包括：在开关驱动器的电源节点正从初始启动条件斜升时将第一开关驱动器输出和第二开关驱动器输出一起切换；并且在开关驱动器的电源节点充电成完全操作状态之后将第二开关驱动器输出保持于如下状态，该状态被配置成在接通和关断第一开关驱动器输出时保持MOSFET器件接通。在另外实施例中，该方法包括将第二开关驱动器输出保持于如下状态，该状态被配置成在开关驱动器的初始启动时保持MOSFET器件关断。在一些实施例中，该方法还包括在参考电源电压在第一阈值电压与第二阈值电压之间时将第一开关驱动器输出和第二开关驱动器输出一起切换。另外，该方法可以包括在参考电源电压大于第二阈值电压时将第二开关驱动器输出保持于如下状态，该状态被配置成在接通和关断第一开关驱动器时保持MOSFET器件接通。

在一些实施例中，该方法包括在参考电源电压低于第一阈值电压时将第二开关驱动器输出保持于如下状态，该状态被配置成保持MOSFET器件关断。

在实施例中，将第一开关驱动器输出和第二开关驱动器输出一起切换包括在激活第一开关驱动器输出以接通JFET器件之前激活第二开关驱动器输出以接通MOSFET器件并且在去激活第二输出以关断MOSFET器件之前去激活第一开关驱动器输出以关断JFET器件。

根据另外实施例，一种开关驱动器包括：第一输出，配置成耦合到JFET的栅极；以及第二输出，配置成耦合到与JFET串联耦合的MOSFET的栅极。在实施例中，一种用于操作开关驱动器的方法包括：当开关驱动器的电源节点正从初始启动条件斜升时将第一输出和第二输出一起切换；并且在开关驱动器的电源节点充电成完全操作状态之后将第二输出保持于如下状态，该状态被配置成在接通和关断第一输出时保持MOSFET接通。该方法还包括在开关驱动器的初始启动时将第二输出保持于如下状态，该状态被配置成保持MOSFET关断。在实施例中，该方法包括用第一输出驱动JFET而用第二输出驱动MOSFET。

在实施例中，该方法还包括：确定开关驱动器的电源节点是否正从初始启动条件斜升；确定开关驱动器的电源节点是否充电成完全操作状态；并且确定开关驱动器是否处于初始启动状态。

在实施例中，确定开关驱动器的电源节点是否正从初始启动条件斜升包括确定参考电源电压是否在第一电压范围内。在一些实施例中，确定开关驱动器的电源节点是否充电成完全操作状态包括确定参考电源电压是否在第二电压范围内，并且确定开关驱动器是否处于初始启动状态包括确定参考电源电压是否在第三电源电压范围内。

在实施例中，该方法还包括在启动期间切换第一输出，这包括使用偏置输入作为电源来操作开关驱动器，其中该偏置输入被配置成耦合到在JFET与MOSFET之间的共同节点。

根据另外实施例，一种用于驱动半桥的电路具有多个开关，这些开关具有与MOSFET串联的JFET。在实施例中，一种用于操作用于驱动半桥的电路的方法包括如果电路的电源节点具有少于第一阈值的电压则在第一模式中操作电路。在实施例中，在第一模式中操作电路包括：保持MOSFET关断；并且用FET的漏极对电路的电源节点进行充电。在实施例中，该方法也包括如果电路的电源节点具有大于第一阈值且少于第二阈值的电压则在第二模式中操作电路。在第二模式中操作电路包括切换MOSFET和JFET。该方法也包括如果电路的电源节点具有大于第二阈值的电压则在第三模式中操作电路。在实施例中，在第三模式中操作电路包括保持MOSFET接通并且切换JFET。

在实施例中，在第二模式中操作电路还包括：在接通JFET之前接通MOSFET；并且在关断MOSFET之前关断JFET。在一些实施例中，半桥在电源电路中操作。在另外实施例中，在第一模式中操作电路还包括向JFET的栅极施加参考电势。

本发明实施例的优点包括有能力通过从半桥电路的输出抽运电荷来偏置低侧驱动器而未使用附加变压器。

虽然已详细描述当前实施例及其优点，但是应当理解这里可以进行各种改变、替换和变更而不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围。例如可以用软件、硬件或者固件或者其组合来实施上文讨论的许多特征和功能。

另外，本申请的范围并不旨在限于在说明书中描述的过程、机器、制造品以及物质组成、装置、方法和步骤的具体实施例。如本领域普通技术人员将根据本发明的公开内容容易明白的那样，可以根据本发明来利用执行与这里描述的对应实施例基本上相同功能或者实现基本上相同结果的目前存在或者以后待开发的过程、机器、制造品、物质组成、装置、方法或者步骤。因而所附权利要求旨在将这样的过程、机器、制造品、物质组成、装置、方法或者步骤包括在其范围内。

Claims

1.一种用于驱动开关的电路，所述开关包括在共同节点处耦合到MOSFET的JFET，所述电路包括：

驱动器电路，包括：

第一输出，配置成耦合到所述JFET的栅极，

第二输出，配置成耦合到所述MOSFET的栅极，

第一电源节点，以及

偏置输入，配置成耦合到所述共同节点，

其中所述驱动器电路在所述电路的启动期间从所述偏置输入接收功率。

2.根据权利要求1所述的电路，其中所述驱动器电路设置于集成电路上。

3.根据权利要求1所述的电路，其中所述驱动器电路被配置成与以下一起操作：

电容器，耦合于所述第一电源节点与所述JFET的源极之间；以及

第一网络，耦合于所述第一电源节点与所述JFET的漏极之间，所述第一网络包括串联耦合的二极管和第二电容器。

4.根据权利要求1所述的电路，其中：

所述驱动器电路在参考电源电压低于第一阈值电压时保持所述MOSFET关断；

所述驱动器电路在所述参考电源电压在所述第一阈值电压与第二阈值电压之间时将所述MOSFET和所述JFET一起操作；并且

所述驱动器电路在所述参考电源电压大于所述第二阈值电压时保持所述MOSFET接通。

5.根据权利要求4所述的电路，其中所述参考电源电压与内部电源的电压成比例。

6.根据权利要求5所述的电路，还包括：

参考电压生成器，生成所述第一阈值电压和所述第二阈值电压；

第一比较器，具有耦合到所述参考电源电压的第一输入和耦合到所述第一阈值电压的第二输入；以及

第二比较器，具有耦合到所述参考电源电压的第一输入和耦合到所述第二阈值电压的第二输入。

7.根据权利要求4所述的电路，其中所述参考电源电压与所述偏置输入的电压成比例。

8.根据权利要求4所述的电路，所述驱动器电路通过在接通所述JFET之前接通所述MOSFET并且在关断所述MOSFET之前关断所述JFET而将所述MOSFET和所述JFET一起操作。

9.根据权利要求1所述的电路，其中所述JFET包括高电压JFET而所述MOSFET包括低电压MOSFET。

10.一种操作开关驱动器的方法，所述开关驱动器包括：第一开关驱动器输出，配置成耦合到JFET器件的栅极；第二开关驱动器输出，配置成耦合到MOSFET器件的栅极；第一电源节点；以及偏置输入，配置成耦合到所述JFET器件的第一输出节点和所述MOSFET器件的第一输出节点，所述方法包括：

在启动期间切换所述第一开关驱动器输出，在启动期间切换所述第一开关驱动器输出包括从所述偏置输入接收功率。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

当用来操作所述开关驱动器的电源节点正从初始启动条件斜升时将所述第一开关驱动器输出和所述第二开关驱动器输出一起切换；并且

在所述用来操作所述开关驱动器的电源节点充电成完全操作状态之后将所述第二开关驱动器输出保持于如下状态，该状态被配置成在接通和关断所述第一开关驱动器输出时保持所述MOSFET器件接通。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括在所述开关驱动器的初始启动时将所述第二开关驱动器输出保持于如下状态，该状态被配置成保持所述MOSFET器件关断。

13.根据权利要求10所述的方法，还包括：

当参考电源电压在第一阈值电压与第二阈值电压之间时将所述第一开关驱动器输出和所述第二开关驱动器输出一起切换；并且

在所述参考电源电压大于所述第二阈值电压时将所述第二开关驱动器输出保持于如下状态，该状态被配置成在接通和关断所述第一开关驱动器输出时保持所述MOSFET器件接通。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括当所述参考电源电压低于所述第一阈值电压时将所述第二开关驱动器输出保持于如下状态，该状态被配置成保持所述MOSFET器件关断。

15.根据权利要求13所述的方法，其中将所述第一开关驱动器输出和所述第二开关驱动器输出一起切换包括：

在激活所述第一开关驱动器输出以接通所述JFET器件之前激活所述第二开关驱动器输出以接通所述MOSFET器件；并且

在去激活所述第二开关驱动器输出以关断所述MOSFET器件之前去激活所述第一开关驱动器输出以关断所述JFET器件。

16.一种操作开关驱动器的方法，所述开关驱动器包括：第一开关驱动器输出，配置成耦合到JFET的栅极；以及第二开关驱动器输出，配置成耦合到与所述JFET串联耦合的MOSFET的栅极，所述方法包括：

当所述开关驱动器的电源节点正从初始启动条件斜升时将所述第一开关驱动器输出和所述第二开关驱动器输出一起切换；

在所述开关驱动器的所述电源节点充电成完全操作状态之后将所述第二开关驱动器输出保持于如下状态，该状态被配置成在接通和关断所述第一开关驱动器输出时保持所述MOSFET接通；并且

在所述开关驱动器的初始启动时将所述第二开关驱动器输出保持于如下状态，所述状态被配置成保持所述MOSFET关断；

还包括在启动期间切换所述第一开关驱动器输出，在启动期间切换所述第一开关驱动器输出包括从偏置输入接收功率。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

确定所述开关驱动器的所述电源节点是否正从初始启动条件斜升；

确定所述开关驱动器的所述电源节点是否充电成完全操作状态；并且

确定所述开关驱动器是否处于初始启动状态。

18.根据权利要求16所述的方法，其中：

确定所述开关驱动器的所述电源节点是否正从初始启动条件斜升包括确定参考电源电压是否在第一电压范围内；

确定所述开关驱动器的所述电源节点是否充电成完全操作状态包括确定所述参考电源电压是否在第二电压范围内；并且

确定所述开关驱动器是否处于初始启动状态包括确定所述参考电源电压是否在第三电源电压范围内。

19.根据权利要求16所述的方法，还包括用所述第一开关驱动器输出驱动所述JFET而用所述第二开关驱动器输出驱动所述MOSFET。