CN104348339A - 开关电路装置和用于向驱动器电路提供电力的方法 - Google Patents

Abstract

在各种实施例中，提供了开关电路装置。开关电路装置可以包括开关电路、驱动器电路和供电电路。驱动器电路可以被配置成控制开关电路。供电电路可以被配置成向驱动器电路提供电力。供电电路可以包括第一电路，第一电路被配置成将供电电路的输出阻抗修改为：当驱动器电路将开关电路控制成处于导通状态时具有第一阻抗；并且当驱动器电路将开关电路控制成从非导通状态变成导通状态时具有第二阻抗。

Description

开关电路装置和用于向驱动器电路提供电力的方法

技术领域

各种实施例总的来说涉及开关电路装置和用于向驱动器电路提供电力的方法。

背景技术

诸如例如功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率MOSFET)或绝缘门双极晶体管(IGBT)等的开关晶体管可以用在功率电子设备中。这些晶体管处于ON状态(或导通状态)时几乎不需要门极电流。这样的功率晶体管通常用低欧姆(或低阻抗)驱动器(例如电压源)驱动以获得短的开关时间以便使开关功率损耗保持为低。

此外，可以使用具有与PN结的门极-源极(gate-source)特性类似的门极-源极特性的功率晶体管。这样的晶体管的示例包括结型场效应晶体管(结型FET)和高电子迁移率晶体管(HEMT)。结型场效应晶体管的示例可以包括诸如例如碳化硅(SiC)晶体管之类的具有宽带隙材料(wide bandgap material)的晶体管。高电子迁移率晶体管的示例可以包括诸如例如氮化镓(GaN)晶体管之类的具有宽带隙材料的晶体管。在这样的功率晶体管由电压源驱动的情况中，例如归因于温度变化或参数变化引起的在电压源的电压和晶体管的输入特性上的变化可能导致晶体管的操作点的实质改变，这通常是不期望的。理想地，这样的晶体管将利用低恒定电流操作在其ON状态。为了从OFF状态(或非导通状态)切换至ON状态，期望低欧姆电阻驱动以获得短开关时间以便使开关功率损耗保持为低。将期望的是提供这样一种用于这些晶体管的操作的驱动器电路。

发明内容

在各种实施例中，提供了一种开关电路装置。开关电路装置可以包括开关电路、驱动器电路和供电电路。驱动器电路可以被配置成控制开关电路。供电电路可以被配置成向驱动器电路提供电力。供电电路可以包括第一电路，第一电路被配置成将供电电路的输出阻抗修改为：当驱动器电路将开关电路控制成处于导通状态时具有第一阻抗；并且当驱动器电路将开关电路控制成从非导通状态变成导通状态时具有第二阻抗。

附图说明

在附图中，贯穿不同视图，相似附图标记总的来说是指相同部分。附图并不一定是按比例的，总的来说而是将重点放在图示发明的原理上。在以下描述中，参照以下附图描述本发明的各种实施例，其中：

图1示出根据各种实施例的开关电路装置；

图2示出根据各种实施例的开关电路装置；

图3示出根据各种实施例中的图1的开关电路装置的实施；

图4示出根据各种实施例中的图2的开关电路装置的实施；以及

图5示出用于向根据各种实施例的驱动器电路提供电力的方法。

具体实施方式

下文参照借助于图示的方式示出的、可以实践本发明的具体细节和实施例的附图，进行详细说明。

在此使用措辞“示例性”意味着“用作示例、例子或图示”。在此作为“示例性”描述的任何实施例或设计并不必被解释为相对于其它实施例或设计为优选的或有利的。

图1示出根据各种实施例的开关电路装置100。电路装置100可以包括供电电路120、第一电路102、驱动器电路110、开关电路112和负载电路118。

供电电路120可以被配置成向驱动器电路110提供电力。在各种实施例中，供电电路120可以包括可以被配置成使供电电路120的输出阻抗变化的第一电路102。在各种实施例中，阻抗可以是当驱动器电路110将开关电路112控制成处于导通状态(或ON状态)时的第一阻抗。在各种实施例中，阻抗可以是当驱动器电路110将开关电路112控制成从非导通状态(或OFF状态)变成导通状态时的第二阻抗。典型地在开关应用中，状态之间的瞬变(transient)的持续时间比它们自己状态的持续时间短得多，或者换言之，瞬变的波普包含比开关频率高得多的频率，例如高大约1000倍。供电阻抗的预计行为因此可以由频变阻抗(frequency dependent impedance)获得。

在各种实施例中，第一阻抗大于第二阻抗。例如，第一阻抗可以是第二阻抗100至1000倍大。在各种实施例中，第一电路102可以包括被配置成限制处于导通状态时的电流的电阻。在各种实施例中，第一电路102可以包括被配置成当从非导通状态变成导通状态时提供低阻抗并且在导通期间具有高阻抗的频变元件。在各种实施例中，频变元件可以是电容器。第一电路102可以是电容器与电阻器的并联连接。

在各种实施例中，供电电路120可以进一步具有可以提供供电电压104、例如正电压的电压源106。供电电压104可以被电被耦合至第一电路102。第一电路102可以输出源自供电电压104的驱动器供电电压108。例如如果供电电压104是正的，则驱动器供电电压108可以是正的驱动器供电电压。在各种实施例中，供电电路120可以被视作电压源与可变阻抗的串联连接，其中阻抗取决于开关电路112的状态或状态的改变。或者，供电电路120可以被视作电流源与可变阻抗的并联连接，其中阻抗取决于开关电路112的状态或状态的改变。

第一电路102不位于驱动器电路110的输出与开关电路112的控制端子之间。而是，第一电路102位于供电电路120与驱动器电路110的供电输入之间。因此，第一电路102的任何寄生电容都不会影响开关电路112中的开关元件的驱动。在各种实施例中，驱动器电路110和开关电路112可以容纳在共用封装内，例如在系统级封装(SiP)或驱动器MOSFET(DrMOS)配置内。

驱动器电路110可以被配置成控制开关电路112。驱动器电路110可以包括驱动器元件(图1中未示出)。驱动器元件(也可以称作子驱动器)可以包括至少一个驱动器晶体管，至少一个驱动器晶体管可以包括或实施为场效应晶体管和/或双极晶体管。驱动器供电电压108可以被提供给驱动器元件。驱动器元件的驱动器元件输出可以被耦合至晶体管开关的控制端子。换言之，驱动器电路110可以被配置成提供开关控制信号114以控制开关电路112。

在各种实施例中，开关电路112可以包括开关。开关电路112的开关可以包括晶体管开关。晶体管开关可以包括诸如例如功率半导体晶体管开关之类的功率晶体管开关。在各种实施例中，功率晶体管可以具有非隔离控制输入。在各种实施例中，功率晶体管可以具有二极管状电流-电压控制输入特性。在各种实施例中，功率晶体管可以被配置成在导通状态(ON状态)期间吸取电流。用于功率晶体管开关的各种示例可以包括没有绝缘门极的宽带隙晶体管，如例如结型场效应晶体管(JFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、氮化镓(GaN)晶体管和/或碳化硅(SiC)晶体管。在各种实施例中，功率晶体管可以是N型功率晶体管。

在各种实施例中，开关电路112可以例如经由驱动器电路输出被被耦合至驱动器电路110。驱动器电路110可以借助于开关控制信号114控制开关电路112的开关。为此，驱动器110可以产生并提供开关电路控制信号114并且可以将该开关电路控制信号114供给至开关电路112的输入。开关电路112可以被配置成响应于接收到的开关电路控制信号114提供至少一个开关电路输出信号116。至少一个开关电路输出信号116可以是例如用于负载电路118的供电电压。

开关电路112可以配置为桥电路，例如半桥电路112或全桥电路112。开关电路112的其它配置可以根据期望在可选实施例中提供，例如可以使用单功率晶体管。

图2示出根据各种实施例的驱动器电路装置200。如图2所示的驱动器电路装置200可以与如图1所示的开关电路装置100类似。因此，相同附图标记可以用于相同元件，并且如图1所示的开关电路装置100的元件的各自描述也可以应用于这些元件。

开关电路装置200可以包括被配置成接收供电电压104并提供驱动器供电电压108的第一电路102。驱动器电路110可以被耦合至第一电路102的输出以接收驱动器供电电压108。驱动器电路110可以被耦合至开关电路112并且可以被配置成控制开关电路112。

在各种实施例中，开关电路112可以被配置为半桥电路。换言之，开关或开关元件202、204可以被连接以形成诸如例如半桥电路之类的桥电路。半桥电路可以包括第一开关元件202与第二开关元件204的串联连接。如上所述，开关电路112可以包括至少一个功率晶体管开关，诸如如上所述的一个。在各种实施例中，各开关元件202、204可以包括至少一个功率晶体管开关。在各种实施例中，第一开关元件202和第二开关元件204可以被配置成处于其各个导通状态(或ON状态)时吸取电流。

驱动器电路110可以被配置成提供开关控制信号114以控制半桥电路。可以包括第一驱动器元件206和第二驱动器元件208。第一驱动器元件206可以被耦合至供电电路120并且被配置成驱动第一开关元件202。第二驱动器元件208可以被耦合至供电电路120并且被配置成驱动第二开关元件204。

驱动器电路110可以被配置成例如经由第一驱动器元件206和第二驱动器元件208控制半桥电路，使得在第一相位时第一开关元件202处于导通状态(或ON状态或者处于稳态(steady state)时导通)并且第二开关元件204处于非导通状态(或OFF状态)。可以进一步被配置成控制半桥电路使得在第二相位时第一开关元件202处于非导通状态(或OFF状态)并且第二开关元件204处于导通状态(或ON状态或者处于稳态时导通)。

在各种实施例中，驱动器电路110可以包括电压转换器电路，例如靴带式电路(bootstrap circuit)或DC-DC转换器。电压转换器电路可以被耦合至供电电路120以接收驱动器供电电压108并且可以被配置成驱动第二驱动器元件208。

供电电路120可以包括被配置成向第一驱动器元件206和第二驱动器元件208提供电力的第一电路102。第一电路102可以被配置成在第一相位和第二相位期间具有第一阻抗，并且在从第一相位变成第二相位期间和在从第二相位变成第一相位期间具有低于第一阻抗的阻抗。

在各种实施例中，供电电路120可以包括电压源106和第一电路102的串联连接。第一电路102可以是电容器与电阻器的并联连接。

图3示出根据各种实施例的图1中的电路装置100与图2中的电路装置200的一部分的实施300。相同附图标记可以用于相同元件并且元件的各自描述也可以应用于这些元件。

在各种实施例中，第一电路102可以包括并联RC电路。第一电路102可以接收来自电源106的正供电电压104。第一电路(例如RC电路)102由此可以连接至驱动器电路110的电压供给，驱动器电路可以包括子驱动器(也称作驱动器元件)304，其中可以设置例如恰好一个驱动器元件304以实施各个子驱动器304。驱动器110可以是用于开关电路112、例如用于开关电路112的开关308(例如晶体管开关308)的驱动器电路110，开关电路112可以在各种实施例中配置为半桥电路的一部分。

如图3所示，驱动器供电电压108可以被提供用于设置在开关电路装置300中的子驱动器304。

在如图3所示的实施300中，子驱动器304可以设置为用于开关电路112的晶体管开关308的(子)驱动器。子驱动器304可以连接至开关电路112的开关308。

在各种实施例中，第一电路102的输出310可以被耦合至子驱动器304的第一供电电压端子314。子驱动器304的第二供电电压端子320可以被耦合至基准电位322。子驱动器304的控制端子330可以被耦合至接收控制信号IN的控制输入332。开关308(例如晶体管开关308)可以被耦合在节点318与基准电位322之间。开关308(例如晶体管开关308)的第一被控端子(例如漏极端子)346可以被耦合至开关电路112的节点318，并且开关308(例如晶体管开关308)的第二被控端子(例如源极端子)348可以被耦合至基准电位322。此外，子驱动器304的驱动器输出350可以被耦合至开关308(例如晶体管开关308)的控制端子(例如门极端子)352。

如图3所示的实施300可以用在低侧开关电路装置中或高侧开关电路装置中。

当用在低侧开关电路装置中时，负载电路118可以与第一被控端子346连接。基准电位322可以连接至地电位。

当用在高侧开关电路装置中时，负载电路118可以与第二被控端子348连接。节点318可以连接至供电电压334。电平位移器可以在控制输入332处设置用于输入信号IN。

如图3所示的实施300可以用在具有高侧开关和低侧开关电路装置两者的组合的电路装置中。

应该注意的是，在各种实施例中，可以将可在实施300处于操作的稳态时具有几欧姆的基极电阻的电阻器(未示出)选择性地连接在子驱动器304的驱动器输出350与开关308的控制端子352之间。

在各种实施例中，开关电路112可以由控制信号IN控制以在各个开关周期(switch period)Tsw期间使开关308变成ON和OFF。在高侧开关电路装置中，负载电路118(未示出)可以接着在一段时间Ton连接至供电电位344并且可以在开关周期的剩余时间断开连接Ton＝Tsw－Toff。类似地，在低侧开关电路装置中，负载电路118(未示出)可以在一段时间Ton连接至可以为接地电位的基准电位340，并且可以在开关周期的剩余时间断开连接Ton＝Tsw－Toff。Ton和Toff可以限定占空比以提供用于负载电路118的平均电流。开关周期Tsw可以选择成开关不被负载电路118注意到的足够地小的周期(或者换言之，开关频率fsw＝1/Tsw可以选择成足够地高)。

在时间周期Ton期间，开关308导通并且相应的电流将流到其控制端子352内。在时间周期Toff期间，开关308未导通并且没有电流流到其控制端子352内。

图4示出图2中示出的实施例200的实施400。如图4所示，开关电路装置的实施400可以配置为具有来自第一电路102的供电电压108的半桥驱动器电路装置。结合图1至图3的第一电路102的描述也可以应用于该实施例。类似地，该实施中的第一电路102的描述也可以应用于结合图1至图3描述的其它实施例。在各种实施例中，实施400可以包括分享共用第一电路102和共用电压源106的高侧开关和低侧开关。

第一电路102可以包括并联RC电路。第一电路102可以接收来自电源106的正供电电压104。第一电路(例如RC电路)102由此可以连接至驱动器电路110的(共用)电压供给，驱动器电路110可以包括多个子驱动器(也称作驱动器元件)302、304(其中，例如(恰好)一个驱动器元件302、304可以设置为实施各个子驱动器302、304)。驱动器110可以是用于开关电路112、例如用于开关电路112的多个开关306、308(例如晶体管开关306、308)的驱动器电路110，开关电路112可以配置为半桥电路。

如图4所示，驱动器供电电压108可以设置用于设置在开关电路装置中的所有子驱动器302、304(通常情况下，可以设置超过两个的子驱动器302、304，例如三个、四个、五个、六个或者甚至更多)。

在如图4所示的实施400中，第一子驱动器302可以设置为用于开关电路112的第一晶体管开关306(例如高侧开关306)的(子)驱动器，并且第二子驱动器304可以设置为用于开关电路112的第二晶体管开关308(例如低侧开关308)的(子)驱动器。

在各种实施例中，第一电路102的输出310可以被耦合至第一子驱动器302的第一供电电压端子312以及被耦合至第二子驱动器304的第一供电电压端子314。第一子驱动器302的第二供电电压端子316可以被耦合至共用节点318，第一晶体管开关306的被控端子338和第二晶体管开关308的被控端子346也可以被耦合至该共用节点318。图示性地，第一子驱动器302的第二供电电压端子316可以被耦合至第一晶体管开关306与第二晶体管开关308的串联连接的共用节点318。此外，第二子驱动器304的第二供电电压端子320可以被耦合至基准电位322，如例如地322等。

此外，可以设置电平位移器324,。电平位移器324可以被配置成使提供至第一子驱动器302的控制端子326的控制电压移位至例如正电位方向。电平位移器324可以连接在接收高侧控制信号INH的高侧控制输入328与第一子驱动器320的控制端子326之间。

第二子驱动器304的控制端子330可以被耦合至接收低侧控制信号INL的低侧控制输入332。

每个子驱动器302、304可以连接至开关电路112的各个开关306、308。开关306、308(例如晶体管开关306、308)可以串联地被耦合在供电电位(例如Vdd)334与基准电位322之间。借助于示例，第一开关306(例如第一晶体管开关306)的第一被控端子(例如漏极端子)336可以被耦合至供电电位(例如Vdd)334，并且第一开关306(例如第一晶体管开关306)的第二被控端子(例如源极端子)338可以被耦合至输出340(该输出可以导电性地被耦合至开关电路112的设置有开关电路输出信号116所在的共用节点318)。

开关电路112的输出340也可以直接被耦合第一子驱动器302的第二供电电压端子316(与第二供电电压端子316电位相同)。此外，第一子驱动器302的驱动器输出342可以被耦合至第一开关306(例如第一晶体管开关306)的控制端子(例如门极端子或基极端子)。

应该注意的是，可以将可在实施400处于操作的稳态时具有几欧姆基极电阻的电阻器(未示出)选择性地连接在第一、第二子驱动器302、304的驱动器输出342、350与第一、第二开关306、308的对应的控制端子344、352之间。

此外，第二开关308(例如第二晶体管开关308)的第一被控端子(例如漏极端子)346可以被耦合至开关电路112的输出340，并且第二开关308(例如第二晶体管开关308)的第二被控端子(例如源极端子)348可以被耦合至基准电位322(例如接地电位322)。此外，第二子驱动器304的驱动器输出350可以被耦合至第二开关308(例如第二晶体管开关308)的控制端子(例如门极端子或基极端子)352。

开关电路112可以例如由高侧控制信号INH和低侧控制信号INL控制，使得在各个开关周期Tsw期间两个开关306、308中的一个交替地被打开并且两个开关308、306中的另一个被交替地关闭。连接至输出340的负载电路118(未示出)将接着在一段时间Toff连接至基准接地电位322并且在开关周期的剩余时间Ton＝Tsw-Toff连接至供电电位334。两个开关306、308可以以推-拉的方式操作。Ton和Toff可以限定占空比以提供用于负载电路118的平均电流。开关周期Tsw可以选择成开关不被负载电路118注意到的足够地小的周期(或者，开关频率fsw＝1/Tsw可以选择成足够地高)。优选地，期望两个开关306、308不同时导通，因为这将使供电电压343和基准电位322短路。

在时间周期Ton期间，两个开关中的第一个、例如306导通并且相应电流将流到其控制端子344内，而两个开关中的第二个、例如308未导通并且没有电流流到其控制端子352内。在时间周期Toff期间，第一开关306未导通并且没有电流流入其控制端子344内，而第二开关308导通并且相应电流流入其控制端子352内。如果第一开关306和第二开关308彼此类似地构建，则它们可以例如是相同的，当它们导通时流到各个控制端子344、352的电流可以相同。因此各个电流的和可以在各个开关周期Tsw上是恒定的，并且可以独立于占空比。如果第一子驱动器302和第二子驱动器304彼此类似地构建，则它们可以例如是相同的，流到各个第一供电电压端子312、314内的各个电流的和也可以在各个开关周期Tsw上是恒定的。第一电路102的输出310处的驱动器供电电压108可以是恒定的并且独立于开关频率和占空比。此外，对于多个开关仅需要设置一个第一电路102。

第一电路102可以具有在第一频率时的第一阻抗。第一频率可以例如是低于开关频率的频率。这样的频率可以出现在开关元件的稳态操作期间。当开关元件已经被打开到足够长的时间使得由于使元件切换为ON而引起的电流或电压上的任何瞬变都已经衰退时，开关元件可以例如处于稳态操作。开关元件的该状态可以称作稳态或导通状态或ON状态。第一频率可以视作低频率。它们可以小于开关电路装置的操作频率fsw或开关频率fsw。第一频率时的第一阻抗可以选择成使得充足的电流以使开关元件中的一个保持处于导通状态或ON状态。例如，第一阻抗可以具有30Ω的量级并且可以称作高阻抗。

第一电路102可以具有在第二频率时的第二阻抗。第二频率可以例如是瞬变的频率、例如开关瞬变的频率。瞬变可以由开关元件的状态上的突然改变、例如突然打开(或突然关闭)引起。瞬变可以具有通常持续很短时间、例如直到到达稳态为止的振荡。第二频率通常可以比第一频率高得多并且比操作频率fsw高，并且可以称作高频率或瞬变频率。

第二阻抗可以小于第一阻抗并且可以称作低阻抗。例如，第一阻抗可以是第二阻抗的100至1000倍。第二阻抗可以例如具有0.03Ω至0.3Ω的量级。低阻抗允许大电流使得从非导通状态或OFF到导通或ON状态的改变快，并且可以降低开关损耗。

第一电路102可以例如包括电阻器与电容器的并联连接，这可以称作RC电路。在低频率期间，由于电容器的阻抗以较低频率增加而变成并联连接的开路，所以并联RC电路的阻抗将由电阻器的电阻R支配。在低频率时，电阻器可以看作电容器的旁路。电阻R可以限制稳态(或导通状态或ON状态)期间的电流，例如限制成保持开关元件导通所需的值。

在高频率期间，由于电容器的阻抗以较高频率降低，所以RC电路的阻抗将由电容器支配。在高频率时，电容器可以看作电阻器的旁路。电容C可以被选择成允许大电流以高频率流动、例如以瞬变频率流动。电流可以例如需要足够大使得将开关元件从OFF状态变成ON状态所需的时间可以减小至期望的水平，通常减小到最小水平。

第一电路102可以接收来自电源106的正供电电压104。第一电路(例如RC电路)102由此可以连接至驱动器110的(共用)电压供给，如上所述，驱动器110可以包括多个子驱动器302、304。

在该实施400中，电路装置300的各个组成部件可以被配置如下：

供电电压VS 104可以选择成使得比开关电路112的开关306、308对于开关电路112的开关306、308(例如晶体管开关306、308)的所期望的或所预定门极电流IG而言可能出现的最高门极电压VG高例如从大约0.5V至大约2.0V的范围内。可以例如是4.5V。

接着可以通过以下公式从差(VS－VG)和平均门极电流Iav计算出RC电路的电阻器的电阻R：

R＝(VS－VG)/Iav   (1)

平均门极电流Iav可以根据以下公式从预定门极电流IG和用于在高侧开关306(例如高侧晶体管开关306)和低侧开关308(例如低侧晶体管开关308)分别切换所需的门极电荷Qh和Ql确定：

Iav＝IG+(Qh+Ql)*fsw   (2)

接着可以例如根据以下公式将RC电路的电容器的电容C选择成使得RC电路102的频率frc＝1/(2π*RC)比电路装置100、200的开关频率fsw404低，例如低一个量级：

C＞10/(2*π*R*fsw)   (3)

如图4所示，驱动器供电电压108可以设置用于设置在电路装置100、200中的所有子驱动器302、304(一般情况下，可以设置超过两个的子驱动器302、304，例如三个、四个、五个、六个或者甚至更多)。

在各种实施例，选择性的靴带式二极管406可以连接在第一电路102的输出310与第一子驱动器302的第一供电电压端子312之间。靴带式二极管406的阳极可以被耦合至第一电路102的输出310以接收驱动器供电电压108。靴带式二极管406的阴极可以被耦合至第一子驱动器302的第一供电电压端子312。

此外，附加的电容器408可以选择性地设置，例如连接在靴带式二极管406的阴极与第一子驱动器302的第二供电电压端子316之间。附加的电容器408可以视作靴带式的电容器408。

此外，第一电路102的输出310与靴带式二极管406的阳极之间的节点410可以被耦合至第二子驱动器304的第一供电电压端子314，其中，第二子驱动器304的第二供电电压端子320可以被耦合至基准电位322(例如可以接地)。

在具有半桥配置或半桥电路的很多应用中，用于例如两个(功率)晶体管的开关所需的能量经常取自单个的驱动器供给(靴带式概念)。如上所述，由驱动器提供的门极电流的和可以大致恒定并因此每周期所需的能量可以大致恒定，并且例如独立于开关动作的占空比。因此，设置在电力供给线上的第一电路可以设计或被配置用于非常低的截止频率frc，例如比fsw小得多，而没有开关元件的操作点的频率依赖或占空比依赖。

图示性地，第一电路102仅需要有效地用于开关元件的激活操作和/或开关元件的ON状态期间。开关元件的去激活操作不受第一电路的影响。设置在一些驱动器中以实施分别用于晶体管开关的激活(打开)和去激活(关闭)的不同阻抗的单独的输出管脚可以不再是必要的。

驱动器外部组成部件的花费非常低：(恰好)一个RC电路对于用于(恰好)一个半桥电路是足够的。

在很多情况中，电源用于结合第一电路的与在驱动器电路的输出处结合电路相比可以更容易实现并且不太敏感。这种概念例如适用以下情况：晶体管控制电压(例如门极电压)归因于开关输入特性而看上去适于作为用于驱动器的供电电压。

图5示出用于向被配置成控制开关电路的驱动器电路提供电力的方法500的示例性流程图。驱动器电路和开关电路可以与上述驱动器电路和开关电路相同或相似。

方法可以包括当开关电路处于稳态时提供具有第一阻抗的电压源以向驱动器电路提供电力，并且在开关电路的状态改变的过程中提供具有比第一阻抗低的阻抗的电压源以向驱动器电路提供电力。在各种实施例中，状态的改变可以是开关电路的至少一个开关元件从非导通状态到导通状态的改变。在各种实施例中，开关电路的至少一个开关元件在稳态期间吸取电流。在各种实施例中，第一阻抗和第二阻抗通过电阻器和电容器的并联连接提供。

在502中，可以例如通过施加电力和控制信号至开关电路装置来开始开关电路装置的操作。

在504中，确定向驱动器电路提供电力的方式。可以基于开关电路的状态进行决定。开关电路的状态可以由控制信号确定，例如由驱动器控制信号、例如高侧控制信号INH或低侧控制信号INL控制。

如果开关电路处于稳态，例如如果开关元件中的一个处于导通(ON)状态，则流程图可以继续至506。如果开关电路未处于稳态，例如当开关电路改变其状态时，例如从非导通(OFF)状态变成导通(ON)状态时，流程图可以继续至508。

在506中，具有第一阻抗的电压源可以用于向驱动器电路提供电力。通常，为了操作处于稳态的开关元件仅需要小电流。第一阻抗可以限制电流。第一阻抗可以大于电压源的内阻抗。电压源与第一阻抗的串联连接因此可以像电流源一样起作用，这可以减小具有二级管状控制输入特性的晶体管的操作点变化。

在508中，具有比第一阻抗低的阻抗(可以称作第二阻抗)的电压源用于向驱动器电路提供电力。电压源可以与506中相同并且可以串联地连接至第二阻抗。较低阻抗允许电压源提供更多电流至开关电路中的开关元件。这可以在开关状态时是有用的，因为使电荷在开关元件的控制输入中移动需要更多的电流。

一段时间之后，例如周期性地，例如在开关电路装置的开关频率的周期Tsw之后，流程返回至504并重复直到开关电路装置被关闭。

原理上，电压源的阻抗可以通过被耦合至驱动器控制信号的开关(或更多开关)而变化，其中开关可以例如用于电阻器的旁路。然而，如上所述，通过用电阻器与电容器的并联连接提供第一阻抗和第二阻抗，可以避免在第一电路中使用附加的开关及其控制信号。

虽然参照具体实施例特别地示出并描述了本发明，但本领域技术人员应该理解的是，可以在不脱离如随附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下对形式和细节上进行各种改变。本发明的范围因此由随附权利要求指示，并且因此旨在包括落在权利要求的等同含义和范围内的所有改变。

Claims (25)

1.一种开关电路装置，包括：

开关电路；

驱动器电路，所述驱动器电路被配置成控制所述开关电路；以及

供电电路，所述供电电路被配置成向所述驱动器电路提供电力，其中所述供电电路包括第一电路，所述第一电路被配置成将所述供电电路的输出阻抗修改成：当所述驱动器电路将所述开关电路控制成处于导通状态时具有第一阻抗；并且当所述驱动器电路将所述开关电路控制成从非导通状态变成所述导通状态时具有第二阻抗。

2.根据权利要求1所述的开关电路装置，

其中所述第一阻抗大于所述第二阻抗。

3.根据权利要求2所述的开关电路装置，

其中所述第一阻抗是所述第二阻抗的100至1000倍大。

4.根据权利要求1所述的开关电路装置，

其中所述第一电路包括被配置成限制处于所述导通状态时的电流的电阻。

5.根据权利要求1所述的开关电路装置，

其中所述第一电路包括频变元件，所述频变元件被配置成当从所述非导通状态变成所述导通状态时提供低阻抗，并且被配置成在所述导通状态期间具有高阻抗。

6.根据权利要求5所述的开关电路装置，

其中所述频变元件和电阻器被配置为并联连接。

7.根据权利要求6所述的开关电路装置，

其中所述并联连接的时间常数的倒数小于所述开关电路装置的开关频率的两PI倍，例如小于所述开关电路装置的所述开关频率的两PI倍的十分之一。

8.根据权利要求7所述的开关电路装置，

其中所述供电电路包括电压源，所述电压源被配置成具有比所述开关电路的对于预定控制电流而言的最高控制电压高例如0.5V至2.0V的电压。

9.根据权利要求8所述的开关电路装置，

其中所述电阻器的电阻通过将所述电压源的电压与所述最高控制电压的差除以平均控制电流来给出。

10.根据权利要求8所述的开关电路装置，

其中所述平均控制电流通过将所述开关电路置成所述导通状态所需的电荷和所述开关电路装置的所述开关频率的乘积与上述预定电流求和来给出。

11.根据权利要求1所述的开关电路装置，

其中所述开关电路包括至少一个功率晶体管，并且其中所述驱动器电路被配置成将控制信号提供至所述至少一个功率晶体管的控制输入。

12.根据权利要求11所述的开关电路装置，

其中所述至少一个功率晶体管具有非隔离控制输入。

13.根据权利要求11所述的开关电路装置，

其中所述至少一个功率晶体管具有二极管状电流-电压控制输入特性。

14.根据权利要求11所述的开关电路装置，

其中所述至少一个功率晶体管被配置成在所述导通状态期间吸取电流。

15.根据权利要求11所述的开关电路装置，

其中所述至少一个功率晶体管是以下项中的一项：

结型场效应晶体管(JFET)，例如使用诸如例如碳化硅(SiC)之类的宽带隙材料的结型场效应晶体管；以及

高电子迁移率晶体管(HEMT)，例如使用诸如例如氮化镓(GaN)之类的宽带隙材料的高电子迁移率晶体管。

16.根据权利要求1所述的开关电路装置，

其中所述开关电路被配置为半桥电路，并且所述驱动器电路被配置成提供开关控制信号以控制所述半桥电路。

17.根据权利要求1所述的开关电路装置，

其中所述驱动器电路和所述开关电路被容纳在共用封装内。

18.一种开关电路装置，包括：

半桥电路，所述半桥电路包括第一开关元件和第二开关元件的串联连接；

驱动器电路，所述驱动器电路包括：

第一驱动器元件，所述第一驱动器元件被耦合至供电电路并被配置成驱动所述第一开关元件；以及

第二驱动器元件，所述第二驱动器元件被耦合至所述供电电路并被配置成驱动所述第二开关元件，

其中所述驱动器电路被配置成将所述半桥电路控制成使得：在第一相位时所述第一开关元件处于导通状态且所述第二开关元件处于非导通状态；并且在第二相位时所述第一开关元件处于非导通状态且所述第二开关元件处于导通状态；以及

供电电路，所述供电电路包括被配置成向所述第一驱动器元件和所述第二驱动器元件提供电力的第一电路，其中所述第一电路被配置成：在所述第一相位和所述第二相位期间具有第一阻抗；并且在从所述第一相位至所述第二相位的改变和从所述第二相位至所述第一相位的改变中的至少一个期间具有低于所述第一阻抗的阻抗。

19.根据权利要求18所述的开关电路装置，

其中所述供电电路包括电压源与包括了电容器和电阻器的并联连接的串联连接。

20.根据权利要求18所述的开关电路装置，

其中所述第一开关元件和所述第二开关元件被配置成在处于各自的导通状态时吸取电流。

21.根据权利要求18所述的开关电路装置，

其中所述驱动器电路包括电压转换器电路，例如被耦合至所述供电电路并被配置成驱动所述第二驱动器元件的靴带式电路或dc-dc转换器。

22.一种用于向被配置成控制开关电路的驱动器电路提供电力的方法，包括：

当所述开关电路处于稳态时，提供具有第一阻抗的电压源以向所述驱动器电路提供电力；以及

在所述开关电路的状态的改变期间，提供具有比所述第一阻抗低的阻抗的电压源以向所述驱动器电路提供电力。

23.根据权利要求22所述的方法，

其中所述状态的改变包括所述开关电路的至少一个开关元件的从非导通状态改变到导通状态。

24.根据权利要求22所述的方法，

其中在稳态期间，所述开关电路的至少一个开关元件吸取电流。

25.根据权利要求22所述的方法，

其中所述第一阻抗和所述第二阻抗由电阻器和电容器的并联连接提供。