CN104348341A - 用于开关功率阶段的防振铃技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于开关功率阶段的防振铃技术。驱动器可以提供开关在两个阶段中在打开状态和关闭状态之间的转换。在第一阶段中，在开关的输出端的电压变化率可以被控制。在第二阶段中，开关的电流梯度可以被控制。在第一阶段和第二阶段之间的过渡可以基于在开关的输出端的电压值进行。

Description

用于开关功率阶段的防振铃技术

背景技术

本发明一般地涉及用于输出开关的驱动电路，并且更具体地涉及用于在输出开关电压中降低振铃并当控制多个开关时减小死区时间的驱动电路。

输出开关可用于响应来自驱动电路的控制信号而提供开关电压。输出开关可以提供在低开关电压和高开关电压之间切换的输出电压。开关电压响应于开关的变化状态而在这些值之间转换(例如，接通和断开状态)。在实践中，当输出开关在打开和关闭状态之间切换时，切换电压伴随可导致不希望的噪声、对开关的过压应力或电磁干扰(EMI)的尖峰或振铃。需要技术和电路以减少在开关电压中的不必要的尖峰和振铃。

电路的特性或电路所希望的性能可限制开关在接通和断开状态之间的过渡有多快。然而，理想的是具有在这些状态之间快速过渡的开关。因此，需要技术以改进在开关的开关状态之间的开关速度，同时还提供了电路的所希望的性能特性。

附图简述

因此，本发明的特征可以理解，一些附图的说明如下。但应当指出的是，该附图示出了本发明的仅特定实施例，因此不应被认为是对其范围的限制，因为本发明可包括其他等效实施例。

图1A和1B示出了根据本发明实施例图的示例性开关电路和开关电路内的值的曲线图。

图2A和2B示出了根据本发明另一实施例的示例性开关电路及开关电路内的值的曲线图。

图3A、3B和3C示出了根据本发明实施例的用于驱动开关的驱动电路和与驱动电路相关联的信号的图形。

图4示出了根据本发明实施例，包括由控制电路控制的驱动器的电动机驱动电路。

图5示出了根据本发明实施例，包括由控制电路控制的驱动器的升压转换器电路。

图6示出了根据本发明实施例，包括由控制电路控制的驱动器的降压转换器电路。

发明详述

本发明的实施例可提供用于控制提供切换电压的开关的驱动器。该驱动器可以提供在两个阶段中在打开和关闭状态之间开关的转变。在第一阶段中，电压在开关的输出端的电压变动率(slew rate)可以被控制。在第二阶段中，开关的电流梯度可以被控制。在第一阶段和第二阶段之间的过渡可以基于开关的输出端的电压值进行。

该电路或方法可以改进电压变动率的速度，降低开关电压中的尖峰，提高效率，降低EMI和/或提高开关速度。此外，切换多个开关之间的死区时间可通过交叉传导技术基于由另一个开关中的电流决定的一个开关中的电流特定而降低。

图1A示出了根据本发明的一个实施例的示例性开关电路100。开关电路100可包括开关112、驱动器120以及控制电路130。驱动器120可具有耦合到开关112的控制输入端的控制输出。该控制电路130可具有耦合到驱动器120的控制输入端的控制输出。开关112可以在一对参考电压(示为VDD和VSS)之间的导电通路中提供。

在图1A所示的实施例中，开关112被示为PMOS晶体管，以及VDD是比VSS高的电压。其他类型的设备可以被使用(例如，NMOS)，在这种情况中，VDD和VSS的相对方向可被颠倒。控制电路130和驱动器120可协作以根据两阶段而控制开关112在打开状态和关闭状态之间的过渡。

如图1A所示，开关112可具有耦合到负载设备的输出端OUT。在图1A的示例中，负载设备在其漏极耦合到开关112。负载可以是电感性负载，诸如扬声器或电机。开关112可直接连接到参考电压VDD和VSS之间，或可替换地，可以是VDD-VSS路径中提供的许多组件之一。例如，其他的开关114可在VDD-VSS路径中提供。

控制电路130可提供控制信号到驱动器120并驱动开关112。开关112的状态可以调节在输出端OUT的开关电压Vsw和流过开关112的电流。在输出端OUT的电压可以被提供给经由输出端OUT连接到开关的负载。输出端OUT也可耦合到控制电路130，以及控制电路130可以基于在输出端OUT的电压Vsw控制驱动器120。输出端OUT的电压Vsw可随着开关112的变化状态波动，改变其它开关(例如，开关114)的状态和/或负载的运行特性。

该开关112可以是大功率设备，其具有比控制电路130和驱动器120内的组件的速度更慢的开关速度。开关112的尺寸可以由用于特定应用的导通电阻要求(例如，100毫欧或50毫欧)决定。控制电路130和/或驱动器120内的部件可基于开关112的尺寸调整。在一个实施例中，控制电路130中的晶体管可具有1微米-10微米的栅极宽度，驱动器120的晶体管可具有10微米-1000微米的栅极宽度，以及开关112可具有10,000微米-200000微米的栅极宽度。在一个实施例中，控制电路130中晶体管与开关112的比例可以是1至10,000和1至100,000之间。驱动器120中晶体管与开关112的比例可以是1至1000和1至10000。因此，控制电路130和驱动器120内的处理电路可响应于在输出端OUT的变化条件，并如下所述控制开关112的操作。

施加于开关112的控制输入端的控制电压Vg可控制开关的状态。控制电压Vg(例如，驱动强度)的特性可影响开关112的操作特性。例如，控制电压Vg可影响开关112的速度和/或效率。此外，控制电压Vg可影响在输出端产生的开关波形Vsw的特性。控制电压Vg的定时和值可有助于控制开关波形Vsw的尖峰或振铃，这可导致不必要的噪音、对设备的过电压应力或电磁干扰(EMI)。

当在开关112的“打开”和“关闭”状态之间转换时，为了控制这些特征中的一个或多个，驱动器120可以由控制电路130控制，以提供这两个阶段中的电压Vg。每个阶段可以被独立地控制，以提供所需的开关112的性能和/或开关电压Vsw。在第一阶段中，驱动器120可以通过提供第一驱动强度而控制控制电压Vg。在第二阶段中，驱动器120可以通过提供第二驱动强度而控制控制电压Vg。控制电路130根据在输出端OUT的电压值Vsw在第一阶段和第二阶段之间切换。例如，当开关电压Vsw达到了预定的切换值时，驱动器120可控制以在第一阶段和第二阶段之间转换。

在开关112的栅极提供的电压可以基于开关112的强度(例如，驱动器120的导通电阻)和电容。在从“打开”阶段向“关闭”的转换中，驱动器120可以在第一阶段驱动开关112的栅极-漏极电容Cgd。在第二阶段中，驱动器120可以驱动开关112的栅极-源极电容Cgs。电容Cgd和Cgs可具有不同的值，而开关112是在饱和区。在开关112的“打开”状态和“关闭”状态之间，驱动器120可以在转变的每个阶段期间提供不同的驱动强度，以控制开关112的性能。

图1B示出了根据本发明实施例，用于从“打开”状态转换到“关闭”状态的电路100的电压和电流曲线图。如图1B所示，从“打开”状态到“关闭”状态的转换期间，在输出端OUT的电压Vsw的可从低电压值(例如，地VSS)改变为高电压值(例如，参考电压VDD)。类似地，当开关处于“关闭”状态时，流入开关112的电流I1可以停止。

在期间T1中，驱动器120可以提供足以保持开关112处于“打开”状态的高控制电压Vg。当开关112处于“打开”状态时，电流I1可以流经开关112，以及电压电位VSS可以耦合到的输出端OUT。即使控制电压Vg由驱动器120减少，当开关112是在饱和区(例如，控制电压Vg超出开关112的阈值电压)时，开关112可以继续提供电流I1的电流通路。

在期间T2中，驱动器120可以减少控制电压Vg到第一预定值Vg1，以便在输出端OUT的电压Vsw增加为高电压值(例如，参考电压VDD)。该驱动器120可在期间T2中保持控制电压Vg在第一预定值Vg1。在期间T2中保持控制电压Vg在第一预定值Vg1可以允许驱动器120排出开关112的栅极-漏极电容Cgd(示为图1A中的虚线)，同时允许电流I1流入开关112，因为开关112仍然可在饱和区。第一预定值Vg1可以被选择，以保持开关112在饱和区，并在输出端OUT具有电压Vsw的所希望的电压变动率dV/dt。控制电压Vsw的变动率dV/dt可以提高电路的效率和/或EMI性能。

在期间T3中，驱动器120可以进一步降低控制电压Vg的值。控制电压Vg的进一步减少可降低流入开关112的电流I1，并当控制电压Vg达到第二预定值Vg2时停止流入开关112的电流I1。该驱动器120可以控制控制电压Vg，以提供电流I1的所需电流梯度dI/dt。控制电流I1的梯度dI/dt可降低电压Vsw的尖峰或振铃。如果驱动器120在第二阶段提供相同的驱动强度，可在开关112的栅极提供用“初始”标签所示的控制电压Vg，如果驱动器120在第二阶段中改变了驱动强度，在开关112的栅极提供用“新的”标签所示的控制电压Vg。

由于在期间T3中，驱动器120可驱动开关112的栅极-源极电容Cgs，其在饱和过程中不同于栅极到漏极电容Cgd，在期间T2和T3提供相同的驱动强度可迅速降低控制电压Vg的值，如“初始”标签所示。为了在期间T3独立地控制控制电压Vg，不同的驱动强度可在期间T3被提供以驱动栅极-源极电容Cgs。

在期间T4中，驱动器120可以维持控制电压Vg等于或低于所述第二预定值Vg2，以保持开关处于“关闭”状态。第二预定值Vg2可是开关112的阈值电压。

如上所讨论的，控制电路130可以监控在输出端OUT的电压Vsw，以选择何时驱动器120应在阶段1和阶段2之间切换。如图1B所示，当在输出端的电压Vsw达到预定的开关电压(例如，参考电压VDD)时，驱动器120可以第1阶段和第2阶段之间进行切换。

在阶段之间切换期间，驱动器120可以改变驱动强度。不同的设备可以在驱动器120中在第1阶段期间和在第2阶段期间激活，以提供在各阶段中的电压。不同的设备可以在开关112的控制端提供不同于每个阶段的有效阻抗。例如，从驱动器120中第一组设备的一个或多个设备可以在阶段1被激活以控制开关电压Vsw的电压变化率dV/dt，以及从驱动器120中第二组设备的一个或多个设备可以被激活以控制电流I1的电流梯度dI/dt。因此，开关电压Vsw的电压变动率dV/dt和电流I1的电流梯度dI/dt可以通过选择驱动器120中的哪些设备在每个阶段中被激活而单独控制。

图2A示出了根据本发明另一实施例的示例性切换电路200。开关电路200可包括低侧开关212、高侧开关214、低侧驱动器220、高侧驱动器222和控制电路230。控制电路130、低侧驱动器120和高侧驱动器122可以控制低侧开关112和高侧开关114以提供在输出端OUT的开关电压Vsw。

低侧驱动器220可具有耦合到所述低侧开关212的控制输入的控制输出。该控制电路230可具有耦合到所述低侧驱动器220的控制输入的控制输出。高侧驱动器222可具有耦合到所述高侧开关214的控制输入的控制输出。控制电路230可具有耦合到所述高侧驱动器220的控制输入的控制输出。开关212214可以在一对参考电压(显示为VDD和VSS)之间的导电通路上提供。控制电路230和驱动器220、222可协作以根据两个阶段在打开状态和关闭状态之间控制开关212、214的切换。

在图2A所示的实施例中，开关212被示为NMOS晶体管，开关214被示为PMOS晶体管，并且VDD是高于VSS的电压。在其它实施例中，低侧开关212和高侧开关214可以是p-型晶体管和n-型晶体管中的任何一个。

如图2A所示，开关212可以具有耦合到开关214和负载设备240的输出端OUT。负载设备240可耦合到开关214、214的漏极，负载240可以是电感性负载，诸如扬声器或电机。

开关212、214可以是大功率设备，它具有比控制电路230和驱动器220、222中的组件慢的切换速度。因此，如下所述，控制电路230和驱动器220，222内的处理电路可响应在输出端OUT的变化条件，并控制开关212，214的操作。开关212和214的状态可调节在输出端OUT的功率。在输出端OUT的开关电压Vsw可以由控制电路230监视(例如，连续地或通过采样)，以控制低侧驱动器220和/或高侧驱动器222的操作。电压Vsw可随着开关212的改变状态、开关214的改变状态和/或负载240的操作特性而波动。

通过低侧驱动器220在开关212的控制输入端提供的控制电压Vgn可控制开关212的“打开”和“关闭”状态，类似地，由高侧驱动器222在开关214的控制输入端提供的控制电压Vgp可以控制开关214的“打开”和“关闭”状态，在图2示出的n-型开关中，提供高控制电压Vgn可“打开”开关，以及提供低控制电压Vgn可“关闭”开关。

控制开关212和214的“打开”和“关闭”状态可提供所需的开关电压，在输出端OUT和经由开关212和214形成的分支控制电流流动。例如，当开关212是“打开”和开关214是“关闭”时，输出端OUT可以耦合到参考电压VSS，以及电流I0可以流经开关212。当开关214是“打开”和开关212是“关闭”时，输出端OUT可以耦合到参考电压VDD，以及电流I0可以流经开关214。因为流过负载240的电流I0可以是常数，控制开关212、214中的一个的电流可确定在另一个开关中的电流。

控制电压Vgn和Vgp的特性可影响开关212和214的操作特性。例如，控制电压Vgn和Vgp可影响开关212、214的速度和/或效率。此外，控制电压Vgn和Vgp可影响在输出端OUT产生的开关波形Vsw的特性。控制电压Vgn和Vgp的定时和值可有助于控制在开关波形Vsw中的尖峰或振铃，这可导致不必要的噪音、对设备的过电压应力或电磁干扰(EMI)。

为了控制这些特性中的一个或多个，并在开关212或214的“打开”状态和“关闭”状态之间过渡，驱动器220，222可在两个阶段中提供控制电压Vgn，Vgp。例如，为了在第一阶段中控制开关212，驱动器220可以控制提供第一驱动强度的控制电压Vgn。在第二阶段中，驱动器220可通过提供第二驱动强度而控制控制电压Vgn。控制电路220可以根据在输出端OUT的电压值Vsw在第一阶段和第二阶段之间切换。

在开关212的栅极提供的电压可以基于开关212的驱动强度(例如，驱动器220的导通电阻)和电容。在从“打开”阶段到“关闭”阶段的过渡中，驱动器220可在第一阶段中驱动开关212的栅极-漏极电容Cgd。在第二阶段中，驱动器220可以驱动开关212的栅极-源极电容Cgs。当开关212是在饱和区时，电容Cgd和Cgs可具有不同的值。在开关212的“打开”状态和“关闭”状态之间的每个过渡阶段期间，该驱动器220提供不同的驱动器强度以控制开关212的性能。

图2B示出了根据本发明实施例用于在输出端OUT的输出从参考电压VSS转换到参考电压VDD的电路200的电压和电流曲线图。在过渡期间，开关212可以从“打开”状态转换到“关闭”状态，以及开关214可以从“关闭”状态转换到“打开”状态。

在期间T1中，低侧驱动器220可以提供高控制电压Vgn，足以保持开关212处于“打开”状态。当开关212处于“打开”状态时，电流I1可以流入开关212，以及电压电位VSS可以提供在输出端OUT。当开关212是在饱和区时，即使控制电压Vgn由驱动器120减少，开关112可以继续提供电流I1的电流通路。

在期间T2中，低侧驱动器220可减低控制电压索尼Vgn到第一预定值VG1，以便在输出端OUT的电压Vsw提高到更高的电压值(例如，参考电压VDD)。驱动器220可在期间T2中保持控制电压Vgn在第一预定值Vg1。保持控制电压Vgn在所述第一预定值可以放电在开关212的栅极-漏极电容Cgd(以虚线在图2A中示出)，同时允许电流I1流入到开关212，因为开关212是在饱和区。第一预定值Vg1可以被选择以保持开关212工作在饱和区，并在输出端OUT具有电压Vsw的所期望的变动率dV/dt。控制控制电压Vsw的变动率dV/dt可以提高电路的效率和/或EMI性能。

在期间T3中，低侧驱动器220可以进一步降低控制电压Vgn的值。进一步降低控制电压Vgn可降低流入开关212的电流I1，并当控制电压Vgn达到第二预定值Vg2时停止流入开关212的电流I1。第二预定值Vg2可是开关212的阈值电压。驱动程序220可以控制控制电压Vgn以提供电流I1的所需梯度dI/dt。控制电流I1的梯度dI/dt可降低电压Vsw的尖峰或振铃。

因为在期间T3，驱动器220可驱动开关212的栅极-源极电容，其在饱和期间不同于栅极-漏极电容Cgd，提供相同的驱动强度期间T2和T3可迅速降低控制电压Vg的值。为了在期间T3独立地控制该控制电压Vg，不同的驱动强度可在期间T3提供以驱动栅极-源极电容Cgs。

因为通过负载240的电流I0可以是恒定的，在低侧开关212和高侧开关214之间电流过渡可以包括在期间T3内。如图2B所示，当电流I1减小时，流进高侧开关214的电流I2可以增加。因此，在开关212中的电流I1的电流减少可确定电流I2在开关214中的电流增加。虽然高侧开关214可在期间T3中仍然处于“关闭”状态期间，输出端OUT的电压Vsw的输出可由于电流流过高侧开关214的主体二极管250而具有二极管的正向电压降。当高侧开关214接通时，电流I2流过由开关214形成的通道以完成电流流动的过渡。图2B所示的电流I2可以包括流经开关214和主体二极管250的通道的电流。

在期间T4中，低侧驱动器220可以保持控制电压Vgn等于或低于所述第二预定值Vg2，以保持开关处于“关闭”状态。当控制电路230中的监测电路确定控制电压Vgn到达开关212的阈值电压时，低侧驱动器220可以保持控制电压Vgn低于第二预定值Vg2。

如上所讨论的，控制电路230可以监测在输出端OUT的电压Vsw，以当低侧驱动器220应切换时在阶段1和阶段2之间进行选择。如图2B所示，当在开关的输出端OUT的电压Vsw达到预定的开关电压Vsw_high(例如，参考电压VDD)时，驱动器220可在阶段1和阶段2之间切换。电路200可以包括耦合到输出端OUT的监测电路260，以监测在输出端OUT的电压Vsw的值。监测电路260可以向控制电路230或任选地低侧驱动器220提供逻辑信号Vx，以指示电压Vsw在输出端OUT的改变后的的值。控制电路230和/或低侧驱动器220可基于该逻辑信号Vx改变由低侧驱动器220提供的驱动信号。

监测电路260可以包括耦合到比较器262的电阻器264。比较器262的输出可耦合到控制电路230，以向控制电路提供指示开关电压Vsw的量超过预定阈值电压的逻辑信号。比较器262的预定阈值电压可以通过比较器262中的晶体管的导通电阻设置。阈值电压可被抵消，以补偿控制电路230和/或驱动器220的传播延迟。监测电路260可以被包括在控制电路230中。电阻器264可以通过输出端子OU的T比较器262改进对静电放电的免疫。

如图2B所示，控制电路230可以监控开关212的控制电压值Vgn和/或开关214的控制电压值Vgp。监测电路(在图2B中未示出)可以被包括在控制电路230中以监测控制电压值Vgn和/或控制电压值Vgp。监测电路可以包括比较器以比较控制电压值Vgn或Vgp与阈值电压。控制电路230可基于控制电压Vgn、Vgp的值控制驱动器220、222中的的开关。例如，控制电路230可以基于另一个开关(例如，开关214)的控制信号(例如，Vgp)控制一个开关(例如，开关212)的驱动。在其它实施例中，当达到开关的阈值电压之后，控制电压值Vgn或Vgp与阈值电压的比较结果可用于保持开关处于关闭状态。

图3A示出根据本发明实施例，用于向开关提供多个阶段中控制信号Vgn的驱动电路310。驱动器310可包括一对互补开关320、322和一个或多个附加开关324、326。在驱动器310中的不同开关可以被打开和关闭，以提供在多个阶段中的控制电压。如图2A所示，驱动器310可以被用作低侧驱动器220或高侧驱动器222。

开关320和322可以在输出端子Dout被耦合到彼此。开关320、322可以耦合在一对参考电压(示为VDD和VSS)之间。附加开关324、326可并联耦合到开关322。

在如图3A所示的实施例中，p-型FET 320和n-型FET 322可形成在一对基准电压(示为VDD和VSS)之间耦合的一对互补型晶体管。互补型晶体管320、322的漏极可在输出端子Dout耦合在一起，以及晶体管的源极320可以耦合到参考电压VDD，以及晶体管322的源极可以耦合到参考电压VSS。晶体管324可以被并联耦合到晶体管322，并且可以是与晶体管322的相同类型。其他晶体管(例如，晶体管326)可以被并联耦合到晶体管322。设置在输出端子Dout的控制信号Vgn可用于驱动耦合到驱动器310的开关312。

控制信号cntrl1-cntrl4可用来驱动器310中控制开关320-324的状态。在打开和关闭开关312期间，控制信号cntrl1-cntrl3可以打开和关闭晶体管320-324以提供在输出端子Dout所需的控制信号Vgn。例如，在图3A所示的实施例中，当cntrl1和cntrl2均为低时，晶体管320导通，晶体管322不导通，在输出端子Dout的输出控制信号VGN可大约等于参考电压VDD。当cntrl1和cntrl2都高时，晶体管320不导通，晶体管322导通，输出控制信号Vgn可大约等于参考电压Vss。

在开关312从“打开”状态到“关闭”状态的过渡期间，晶体管322可以导电以使得控制信号Vgn为参考电压Vss。在过渡期间，并联耦合到晶体管322的其他晶体管(例如，晶体管324)可以导电以改变控制信号Vgn被降低到参考电压Vss的速度。因此，在开关312从“打开”状态到“关闭”状态的过渡期间，不同的晶体管(例如，晶体管322、324)可以导电以改变所述控制信号Vgn的特性。

例如，在图2B所示的阶段1中，晶体管322可以导电，以降低控制信号Vgn的值为第一预定值Vg1。在阶段2中，晶体管324可以导电以降低该控制信号Vgn的值为第二预定值Vg2。如将在下面更详细地讨论的，由驱动器310激活不同的晶体管322、324可提供不同的导通电阻，因此，不同的驱动强度可在每个阶段提供。在阶段1中，晶体管322可提供第一电阻，以提供开关电压Vsw的所希望的电压变化率dV/dt。在阶段2中，晶体管324可提供第二导通电阻以提供流入开关312的电流I1的所需电流梯度dI/dt。

在阶段1中，激活晶体管322可拉电流I1通过开关312的栅极-漏极电容Cgd进入开关312。在阶段1期间，控制电压Vgn可以是平坦的，因为开关312可以是在饱和区中。由于晶体管322的恒定漏极-源极电压和流过开关312和晶体管322的栅极-漏极电容Cgd的恒定电流，开关312上的开关电压Vsw的电压变化率可以是恒定的。在该开关电压Vsw中的电压变化率可以表示为：

$\frac{\mathrm{dV}}{\mathrm{dt}}=\frac{\frac{V_{\mathrm{gn}}}{R_{\mathrm{on}}}}{C_{\mathrm{gd}}}---\left(1\right)$

其中dV/dt是电压的变化率，Vgn是控制电压开关312，Ron是晶体管322的电阻，以及Cgd是开关312的栅极-漏极电容，因此，该电压的变化率可以通过晶体管322的导通电阻被设置。

当开关电压Vsw的过渡被完成(例如，开关电压Vsw达到Vdd时)，则控制电压Vgn可以进一步在第2阶段降低。在此阶段中，开关312的栅极-源极电容CGS可通过导通晶体管324由晶体管324放电。当控制电压Vgn降低时，开关312的栅极-源极电容被放电，流经开关312的电流可以被降低。在此阶段电流I1的电流梯度dI/dt可以由晶体管324如何快速放电开关312的栅极-源极电容Cgs来确定。因此，开关312的导通电阻可以计算出开关312的电流梯度dI/dt。

如上所讨论的，驱动强度，其可通过在驱动器310中的开关的导通电阻确定定，可确定在阶段1中电压变化率dV/dt并可确定电流I1在阶段2的电流梯度dI/dt，电压变化率dV/dt可影响效率和EMI。较慢的电压变动率dV/dt可以提供更好的EMI性能，但在EMI性能和开关的效率之间存在权衡。晶体管322的特性(例如，导通电阻)可被选择以减少开关损耗，同时保持可接受的EMI性能。

电流梯度dI/dt可影响跟着振铃的开关电压Vsw的破坏性尖峰。减小电流梯度dI/dt可以减少或去除尖峰和/或振铃。晶体管324的特性(例如，导通电阻)可以被选择，以减少电流梯度dI/dt。

驱动器310的导通电阻在两个阶段中是不同的，以控制在第一阶段中的dV/dt与第一导通电阻和控制在第二阶段中的电流梯度dI/dt与第二导通电阻，其不同于所述第一导通电阻。达到开关电压Vsw的合理的电压变动率dV/dt的驱动强度可比实现合理的梯度电流dI/dt的驱动强度更强。在一个实施例中，由晶体管322提供的驱动强度可以比由晶体管324提供的驱动器强度更强，因此，在一个实施例中，晶体管322的导通电阻可以小于晶体管324的导通电阻。

图3B示出了根据本发明实施例的电路310的电压和电流曲线图。图3B的图形示出了用于开关电压Vsw的电压变化率dV/dt和开关312的电流梯度dI/dt的两阶段切换。

在时间t＝ta时，驱动器310可降低施加到开关312的控制输入端的控制电压Vgn。控制电压Vgn的减小可开始于在时间t＝tb时减少开关电压Vsw。从时间tb到tc，其可以是阶段1，控制电路可以导通晶体管322以提供开关电压Vsw的合适电压变化率dV/dt。在时间t＝tc时，检测电路(在图3A中未示出)可检测到开关电压Vsw已达到预定值并可提供信号Vx表明可从阶段1过渡到阶段2。

在时间t＝tc时，控制电路可以导通晶体管324以提供开关312的合适的电流梯度dI/dt。此时，控制电路可以关断晶体管322。如图3B所示，由于进入开关312的电流I1减小，主体二极管的电流I2D可开始增加。主体二极管的电流I2D可继续增加，直到开关314被接通。

在t＝td中，控制电压Vgn可以减小到低于开关312的阈值Vth。在这一点上，附加的晶体管(例如，晶体管)可被打开，以确保开关312保持关闭(例如，在截止区)。在晶体管326导通之后，晶体管322和/或324可以被关闭。当控制电压Vgn低于阈值电压时，晶体管326可以提供强有力的夹持件以将开关312的栅极结合到源极(即，地面)。晶体管326可以防止由于通过晶体管的寄生电容的耦合的开关312接通。当控制电压Vgn达到阈值电压Vth时，晶体管326可以导通。控制电路(在图2中所示的电路230)中的监测电路可用于比较控制电压Vgn和阈值电压。

在t＝td，开关314的驱动器可通过减小控制电压Vgp接通开关314。因为接通开关314可以提供用于电流流动的通道，体二极管的电流I2D可在开关314接通之后开始减少。因为经过开关312和开关314的电流总和可以是恒定的，高侧开关314的电流可以自动地决定低侧开关312的电流。

图3C示出了根据本发明另一实施例的电路310的电压和电流曲线图。图3C中的图形示出了用于开关电压Vsw的电压的变化率dV/dt和开关312的电流梯度dI/dt以减小死区时间的两阶段切换。死区时间可以是当开关312被关闭和开关314接通之间的时间。死区时间可以被包括以避免出现通过电流，这当两个开关312和314都打开时可能存在。

在死区时间，由于在开关312中的电流I1减小，电流可开始流经开关314的体二极管，因为还没有开关314的信道建立的路径。由于电流通过开关的体二极管314产生的损失可超过当电流流过开关314的信道时所产生的损失，这可仅依赖于开关314的导通电阻和电流I2。

在图3C中所示的实施例中，死区时间可以通过在开关312完全关闭之前接通开关314而减少。当两个开关312和314都打开时，可发生交叉传导。因此，提供给开关314的控制电压Vgp与图2B所示的实施例相比在较早的时间点减小。在图3C中，控制电压Vgp可在时间t＝tc降低以打开开关314。在时间t＝tc打开开关314可降低在开关314中的体二极管电流Ib2。由于在开关312中的电流I1开始在时间t＝tc减少，开关314可以被接通，以提供电流I2经由开关314的通道的电流路径。接通开关314的时间可以基于开关电压Vsw的值。当逻辑信号Vx变低时，控制电压Vgp可以减少以打开开关314。

在时间t＝tc导通开关314可以减少死区时间，从而可以提高电路的效率。另外，由于流过高压侧开关314的电流I2可以通过严格控制的低侧开关312电流I1被自动决定，没有通过电流所引起的副作用。

图4示出根据本发明实施例，包括由控制电路410控制的驱动器420的电机驱动电路400。电机驱动电路400可以是D类放大器、H桥或半桥。

电路400中的开关412A-D可用来控制提供给负载410的电源。控制电路430可提供控制信号到驱动器420以驱动电路400中的开关412A-D的一个或多个。控制电路430可基于向负载410提供的开关电压Voutp和Voutp，而向驱动器420提供控制信号。控制电路430和驱动器420可以根据上述实施例中的一个或多个操作，用于控制开关412A-D在两个阶段中的打开和关闭状态。

如图4的曲线图所示，使用上面讨论的实施例，该方法可以减少尖峰和/或所述开关电压Voutp和/或Voutn的振铃。当开关电压Voutp和/或Voutn从低值到高值过渡以及从高值到低值过渡时，尖峰和/或振铃可降低。

图5示出了根据本发明实施例，包括由控制电路510控制的驱动器520的升压转换器电路500。

电路500中的开关可用来提供开关电压Vsw。控制电路530可提供控制信号到驱动器520以驱动在电路500中的开关512。控制电路530可基于所述开关电压Vsw提供控制信号到驱动器520。控制电路530和驱动器520可以根据上述实施例中的一个或多个操作，用于控制开关512在两个阶段中的打开和关闭状态。

如图5中的曲线图所示，使用上面讨论的实施例，该方法可以减少开关电压Vsw的尖峰和/或振铃。

图6示出根据本发明实施例，包括由控制电路610控制的驱动器620的降压转换器电路600。

电路600中的开关可以用来提供开关电压Vsw。控制电路630可提供控制信号到驱动器620以驱动在电路600中的一个或多个开关612a、612b。控制电路630可基于所述开关电压Vsw提供控制信号到驱动器620。控制电路530和驱动器620可以根据上述实施例中的一个或多个操作，用于控制开关612a、612b在两个阶段中的打开和关闭状态。

如图6的曲线图所示，使用上面讨论的实施例，该方法可以减少开关电压Vsw的尖峰和/或振铃。

如将由本领域技术人员应当理解，本文所述的开关的配置或操作不局限于图示和描述，但是适用于各种晶体管技术，包括NMOS、PMOS、NDMOS、PDMOS和双极结型晶体管的具体晶体管。

在上面讨论的实施例中，参考电压VSS可以是接地、负电源电压或最低负电源电压。参考电压VDD可以是电源、正电源电压或最高正电源电压。

在上面的描述中，为便于解释，给出了大量具体细节以便提供本发明的概念的彻底理解。作为本说明书的一部分，一些结构和装置可以框图的形式显示，以免模糊本发明。在本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的参考意味着特定特征、结构，或在与包括在本发明的至少一个实施例中的实施例的描述特征，并且多次引用“一个实施例”或“实施例”不应被理解为必然都指相同的实施例。

本文描述的一个或多个上面示出的操作可以以计算机程序来实现，可以在该可被存储在具有指令的存储介质上，以编程系统用于执行操作。存储介质可以包括(但不限于)任何类型的磁盘，包括软盘、光盘、致密盘只读存储器(CD-ROM)、可擦写光盘(CD-RW)和磁光盘、半导体器件、例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)，诸如动态和静态RAM、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器、磁或光卡或任何类型的适于存储电子指令的介质。其他实施例可以被实现为执行软件模块的可编程控制装置。

作为用于本发明的任何实施例中，“电路”可以包括例如单独或以任何组合的模拟电路、数字电路、硬连线电路、可编程电路、状态机电路、和/或存储由可编程电路执行指令的固件。另外，在本文中的任何实施例中，电路可体现为一个或多个集成电路和/或组成部分。

虽然方法示出和描述包括一系列步骤，但应理解的是，本公开内容的不同实施例不被所示顺序的限制，因为一些步骤可以不同的顺序发生，与其他步骤的一些同时不同于此处示出和描述。此外，不是所有示出的步骤都需要以实施根据本发明的方法。此外，应当理解的是，这些处理可以关联于本文中示出和描述的装置和系统以及关联于未示出的其它系统进行实施。

但应理解，在任何实际的实现(如在任何开发项目)的发展中，必须作出许多决定以达到开发者的特定目标(例如，符合与系统和业务相关的约束)，并且这些目标在不同实施方式中有所不同。还应当认识到，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但是对于具有本公开优势的本领域技术人员仍然是例行任务。

Claims (22)

1.一种电路，包括：

耦合到输出端的开关；

耦合到所述开关的控制输入端的驱动器电路，以向其提供控制信号；和

控制电路，以基于在输出端的电压使得所述驱动器电路提供在两个阶段的控制信号到开关，驱动器在每个阶段中提供具有不同有效阻抗的控制信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述驱动器提供控制信号，以从打开状态到关闭状态切换开关。

3.根据权利要求1所述的电路，其中，在输出端的电压达到预定值时，所述控制电路控制驱动器改变它的有效阻抗。

4.根据权利要求3所述的电路，进一步包括：

耦合到所述输出端子的高侧开关；和

耦合到所述高侧开关的控制输入端的高侧驱动器，以提供高侧开关控制信号，用于控制高侧开关在打开状态和关闭状态之间的转变，其中，所述高侧驱动电路向高侧开关提供控制信号，以当在输出端的电压达到预定值时打开高侧开关。

5.根据权利要求1所述的电路，其中，所述控制电路包括比较器以比较在输出端的电压和预定值，以及所述控制电路控制所述驱动器，以基于所述比较器的输出信号改变有效阻抗。

6.一种电路，包括：

耦合到输出端的开关；

耦合到所述开关的控制输入端的驱动器电路，以向其提供控制信号；和

控制电路，以基于在输出端的电压使得所述驱动器电路提供在两个阶段的控制信号到开关，在第一阶段中，所述控制信号控制电压在的输出端的变动率，并在第二阶段中，所述控制信号控制进入开关的电流的梯度。

7.根据权利要求6所述的电路，其中，所述驱动器提供控制信号，以从打开状态到关闭状态切换开关。

8.根据权利要求6所述的电路，其中当在输出端的电压达到预定值时，控制电路控制驱动器以从所述第一阶段改变为第二阶段。

9.根据权利要求8所述的电路，进一步包括：

耦合到所述输出端子的高侧开关；和

耦合到所述高侧开关的控制输入端的高侧驱动器，以提供高侧开关控制信号，用于控制高侧开关在打开状态和关闭状态之间的转变，其中，所述高侧驱动电路向高侧开关提供控制信号，以当在输出端的电压达到预定值时打开高侧开关。

10.根据权利要求6所述的电路，所述控制电路包括比较器以比较在输出端的电压和预定值，以及所述控制电路控制所述驱动器，以基于所述比较器的输出信号从第一阶段改变为第二阶段。

11.一种电路，包括：

耦合到输出端的开关；

耦合到所述开关的控制输入端的驱动器电路，以向其提供控制信号，所述驱动电路包括第一驱动器开关和大小不同的第二驱动器开关；和

控制电路，以使驱动电路基于所述输出端的电压向开关提供两个阶段中的控制信号，在第一阶段中，所述控制电路激活所述第一驱动器开关，以提供所述控制信号，以及在第二阶段中，所述控制电路激活所述第二驱动器开关以提供所述控制信号。

12.根据权利要求11所述的电路，其中所述驱动器提供控制信号，以从打开状态到关闭状态切换开关。

13.根据权利要求11所述的电路，其中，当在输出端的电压达到预定值时，所述控制电路控制所述驱动器以从所述第一阶段改变为第二阶段。

14.根据权利要求13所述的电路，还包括：

耦合到所述输出端的高侧开关；和

耦合到所述高侧开关的控制输入端的高侧驱动器，以提供高侧开关控制信号，以控制高侧开关在打开状态和关闭状态之间的转变，其中，所述高侧驱动电路向高侧开关提供控制信号，以当在输出端的电压达到预定值时打开所述高侧开关。

15.根据权利要求11的方法，其中，所述控制电路包括比较器以比较在输出端的电压和预定值，以及所述控制电路控制所述驱动器，以基于所述比较器的输出信号从第一阶段改变为第二阶段。

16.根据权利要求11的16的电路，其中，所述第一驱动器开关具有低于第二驱动器开关的导通电阻的较低的导通电阻。

17.一种用于控制开关的驱动电路，包括：

一对互补型晶体管，具有在所述互补型晶体管的耦合源极和漏极之一的输出端，当激活时，所述对中的第一晶体管耦合所述输出端到第一参考电压，并当激活时，所述对中的第二晶体管耦合输出端到第二参考电压；和

第三晶体管，具有耦合到所述第二晶体管的源极的源极和具有耦合到所述第二晶体管的漏极的漏极，当激活时，所述第三晶体管耦合输出端到第二参考电压，并具有高于第二晶体管的导通电阻的导通电阻。

18.根据权利要求17所述的驱动电路，其中耦合所述输出端到第二参考电压包括第一阶段和第二阶段，在所述第一阶段中，所述第二晶体管被激活，以及所述第三晶体管没有被激活，在所述第二阶段中，所述第三晶体管被激活，以及所述第二晶体管没有被激活。

19.一种用于提供切换电压的方法，所述方法包括：

提供控制信号到开关的控制输入端，以控制开关在打开状态和关闭状态之间的切换；和

在从接通状态到断开状态的转换期间，降低在两个阶段中的控制信号，在第一阶段中，降低控制信号为第一值并保持该值，直到开关电压达到预定值，并且在第二阶段期间进一步降低所述控制信号为第二值，以减少通过开关流过的电流。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：提供高侧控制信号到高侧开关的输入端以打开所述高侧开关，其中，当开关电压达到预定值时，所述高侧开关被打开。

21.根据权利要求19所述的方法，其中在所述开关的控制输入端的有效电阻在所述第一阶段和第二阶段之间变化。

22.根据权利要求19所述的方法，其中在第一阶段中，在第一值的控制信号确定所述开关电压的电压变化率，以及在第二阶段中，控制信号的减小确定通过开关的电流的梯度。