CN105610303B - 用于栅极驱动器的电源电路 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于栅极驱动器的电源电路。产生栅极驱动器电路的电源电压的电源电路的实施例可以包括：隔离电源电路，用于接收第一隔离系统中的第一电压，并提供电源到循环充电电源电路，所述循环充电电源电路提供电源电压到第二隔离系统中的栅极驱动器电路，所述隔离电源电路提供电源到所述循环充电电源电路，而栅极驱动器电路驱动晶体管处于导通状态。隔离电源电路可以包括控制电路以调节所提供电源，以维持或增加电源电压，而栅极驱动电路驱动晶体管处于导通状态。该电源电路还可以包括循环充电电源电路，用于接收在所述第二隔离系统中的第二电压，并提供电源电压到栅极驱动电路。循环充电电源电路可以包括自举电源电路或电荷泵电源电路中的一个或多个。

Description

用于栅极驱动器的电源电路
技术领域
本公开涉及用于栅极驱动器的电源电路。
背景技术
负载驱动电路用于在各种应用中驱动负载，诸如在多相系统内以驱动电机。许多这样的负载驱动应用必要在负载系统与提供电源、系统控制和数据输入的其他系统之间的电偶或其它形式的隔离。隔离通常由于多种原因成为必要，包括和存在于负载系统中的更高电压电平相关联的安全性和可靠性问题。
在一种形式中，负载驱动电路可以包括具有在各自的源极和漏极端子连接到负载以提供相应的高和低侧驱动的一对NMOS功率晶体管半桥电路。由于和PMOS晶体管相比，NMOS晶体管通常低的导通电阻、高功率能力、开关速度更快，使用NMOS晶体管以提供高和低侧驱动可以是有利的。但是，当NMOS晶体管的源极连接至负载时，使用NMOS晶体管以提供高侧驱动产生了向驱动高侧NMOS晶体管的栅极驱动器提供功能分离或电浮置电源电压的需要。
向高侧栅极驱动器提供电浮置电源电压的困难在于：栅极驱动器从电源电压的源极汲取能量并驱动负载，从而可降低供给电压以减轻栅极驱动器本身性能的影响。另一个困难在于：初始化电浮置电源电压通常需要涉及低侧栅极驱动器的不希望的长时间启动顺序。
因此，需要一种改进的电源电路来向负载驱动电路提供分离和/或电浮置电源电压。
发明内容
为栅极驱动器电路产生电源电压的电源电路的实施例可以包括隔离电源电路，以在第一分离系统中接收第一电压，并提供功率到循环充电电源电路，循环充电电源电路提供电源电压到第二分离系统中的栅极驱动器电路，所述分离电源电路提供电源到循环充电电源电路，而栅极驱动器电路驱动晶体管处于导通状态。
隔离电源电路可以包括控制电路以调节提供的单元，以便维持或增加由循环充电电源电路所提供的电源电压，而栅极驱动器电路驱动晶体管在导通状态。控制电路可调节经供给以维持或增加电源电压的电源，而栅极驱动器由一个或多个操作驱动晶体管在接通状态：限制由隔离的电源电路供给到循环充电电源电路的电流为低于预定电平的电流电平；限制经隔离电源电路控制的电源电压为在低于由循环充电电源电路中提供的峰值电源电压电平的预定电压电平的电压；限制由隔离电源电路提供的电源为低于预定大致恒定的电源电平；限制提供的电源作为隔离电源的温度的函数；选择连接隔离电源电路到循环充电电源电路的阻抗。
电源电路还可以包括循环充电电源电路。循环充电电源电路可以接收在第二分离系统中的第二电压，并向栅极驱动器电路提供电浮置电源电压，而栅极驱动器电路驱动晶体管在导通状态。循环充电电源电路可以包括一个或多个自举电源电路或电荷泵电源电路。
隔离的电源供给可将电源提供给自举电源电路，以在启动或复位电源电路时初始充电自举电源电路的电容器。隔离的电源供给可提供该电源以初始充电自举电源的电容器，而用动负载电路的栅极驱动器处于非活动状态。
附图说明
因此，可以理解本发明的特征，多个附图的说明如下。但是，所附的附图示出了本发明的仅特定实施例，并且因此不应被视为其范围的限制，因为本发明可包括其他等效实施例。
图1是描绘具有增强的电源电路和半桥电路的系统的实施例的示意图。
图2是描绘具有增强电源电路和半桥电路系统的实施例的示意图。
图3(a)-3(h)是描绘增强电源电路和栅极驱动电路的信号的实施例的信号图。
图4(a)-4(d)是描绘增强电源电路和栅极驱动电路的信号的进一步实施例的信号图。
图5是描绘增强电源电路的功率特性的实施例的图。
图6(a)-6(c)是描绘增强电源电路和栅极驱动器电路的信号的附加实施例的信号图。
图7是描绘可用于实现增强电源电路的一个或多个控制电路的控制电路的实施例的示意图。
图8是描绘具有包括增强电源的多个半桥模块的多相系统的实施例的示意图。
图9是描述具有增强电源电路和单开关负载驱动电路的系统的实施例的示意图。
图10是描绘具有增强电源电路和单开关负载驱动电路的系统的实施例的示意图。
具体实施方式
图1描绘用于驱动负载36的系统20的实施例。系统20可以包括增强电源电路24、信道驱动电路28、半桥电路32以及负载36。增强电源电路24可提供电源电压VAPS到信道驱动电路28的栅极驱动器电路40-1。信道驱动电路28可以提供栅极驱动信号到半桥电路32。半桥电路32可以驱动负载36。
增强电源电路24可包括隔离电源电路44和循环充电电源电路48。隔离电源电路44可在隔离系统中接收一个或多个隔离屏障60的第一侧的第一电压V1，并在隔离系统中在一个或多个隔离屏障60的第二侧提供电源给循环充电电源电路48。隔离电源供给电路44可包括功率控制电路52，以控制由隔离电源电路44向循环充电电源电路48输送的电源。环状充电电源电路48可接收在隔离系统中在一个或多个隔离屏障60的第二侧上的第二电压V2，并提供电源电压VAPS到栅极驱动电路40-1。循环充电电源电路48可以提供电源电压VAPS作为容性能量存储元件(诸如电容器)的循环充电的函数。第二电压V2可以包括生成的电源电压或来自系统20的节点的电压中的一个或多个。
信道驱动电路28可以包括第一和第二隔离信号信道电路68-1、68-2，以及第一和第二栅极驱动电路40-1、40-2。隔离的信号通道电路68-1、68-2 可以从一个或多个数据源72-1、72-2接收在隔离系统中在一个或多个隔离屏障76上的第一侧的相应输入数据信号，并在隔离系统中在一个或多个隔离屏障76的第二侧上向相应的栅极驱动电路40-1、40-2提供相应的输出数据信号。
响应于从分离的信号通道电路68-1、68-2接收的输出数据信号，栅驱动电路40-1、40-2可向半桥电路32的相应晶体管N1、N2提供相应的栅极驱动信号。第一栅极驱动电路40-1可以驱动半桥电路32的第一NMOS 晶体管N1的栅极，为从增强电源电路60接收的的供电电压VAPS和在负载36的电压VL之间的范围内的电压。第二栅极驱动电路40-2可以驱动半桥电路32的第二NMOS晶体管N2的栅极，为隔离系统中一个或多个隔离屏障60、76的第二侧上的第二电压V2和接地之间的范围内的电压。
半桥电路32可以包括第一和第二NMOS晶体管N1、N2，以驱动负载36。第一NMOS晶体管N1可包括连接到以及接收来自所述第一栅极驱动器电路40-1的栅极驱动信号的栅极，连接到负载36的源极，以及连接到电源总线VBUS上的一个或多个隔离屏障60、76的第二侧的漏极。第二NMOS晶体管N2可以包括连接到并从第二栅极驱动器电路40-2接收栅极驱动的栅极，连接到一个或多个隔离屏障60，76中的第二侧的地面的源极，以及连接到负载36的漏极信号。
图2描绘用于驱动负载36的系统20的另一实施例，表示关于增强电源电路24和信道和驱动器电路28的实施例的进一步细节。
如图2所示，循环充电电源电路48可包括自举电源电路48A。增强电源电路24的自举电源电路48A可控制在电源电压节点的电压或供给至电源电压节点的电流，以向第一栅极驱动电路40-1提供功能分离的和/或电浮置电源电压VAPS，使得第一栅极驱动电路40-1驱动半桥电路32第一 NMOS晶体管N1。自举电源电路48A可包括连接在自举电源电路48A的端子之间的自举电容器C1，以及串联连接在隔离系统的第二电压V2和自举电容器C1之间的二极管D1和电阻R1。自举电源电路48A的端子可以连接到第一栅极驱动电路40-1的上和下电源端子，与所述第一栅极驱动电路40-1的下端子和自举电容器C1也连接到半桥电路32的第一NMOS晶体管N1的源极。
在操作中，当第二栅极驱动电路40-2驱动半桥电路32的第二NMOS 晶体管N2处于电导通状态时，所述第一栅极驱动电路40-1可以驱动半桥电路32的第一NMOS晶体管N1处于电非导通状态，在负载36的电压 VL和自举电容器C1的较低端可以朝向分离系统的地面驱动，以及电流可以从隔离系统的第二电压V2向自举电容器C1的上侧端子流过二极管D1 和自举电源电路48的电阻R1，以将自举电容器C1充电至接近第二电压 V2减去二极管电压降的电压。
随后，当第二栅极驱动电路40-2驱动第二NMOS晶体管N2处于截止状态时，第一栅极驱动电路40-1可以驱动第一NMOS晶体管N1处于导通状态，负载36的电压VL可不再朝向地面驱动，电流可以不再流过自举电源电路48的二极管D1和电阻R1，以及自举电容器C1可以改为提供相对于电压电源和地在功能上隔离和/或电浮动电源电压VAPS(而不是从负载 36的电压VL、第一NMOS晶体管N1的源极和在第一栅极驱动电路40-1 的较低端引用)。
自举电源电路48A可因此提供功能分离和/或电浮置电源电压VAPS 到第一栅极驱动器电路40-1，以使第一栅极驱动电路40-1驱动第一NMOS 晶体管N1处于导通状态。
然而，在结合隔离电源电路44的增强操作之外考虑本身，自举电源电路可需要一定的局限性。例如，通过单独操作以供电栅极驱动器电路的自举电源提供的电源电压可随着时间的推移降低，因为栅极驱动器电路从自举电容器汲取功率以驱动半桥电路。这又可以限制半桥电路的占空比的变化，因为当自举电容上的电压下降到低于一定的阈值时，栅极驱动电路可不再能够驱动半桥电路。在另一示例中，在自举电源能够提供合适的电源电压到高侧栅极驱动电路之前，单独操作的自举电源供给也可需要不希望的长的启动序列，该序列包括低侧栅极驱动电路和相应的数据通道电路被激活，并操作以在自举电容的充电开始之前打开半桥电路的低侧晶体管。
隔离电源电路44可在增强电源电路24内增强自举电源电路48A的操作，以改进的方式提供电源电压VAPS到第一栅极驱动电路40-1，使半桥电路32的任意占空比和系统20的加速启动时间，以及其它优点。
隔离电源电路44可包括电源传送电路82和电源控制电路52。电源传送电路82可从一个或多个第一隔离屏障60的第一侧的第一电压V1，跨越一个或多个隔离屏障60，和任选通过电源控制电路52的一个或多个部件，传送功率到自举电源电路48A(包括自举电容器C1)。电源控制电路52 可以控制由隔离电源电路44传递到自举电源电路48A的电源。
电源传送电路82可包括驱动电路86、隔离设备90和整流电路94。驱动电路86可以驱动隔离设备90作为振荡信号的功能。驱动电路86可以包括振荡器以提供振荡信号。隔离设备90可提供跨越一个或多个隔离屏障60的通信。在一个实施例中，隔离设备90可包括感应隔离设备，诸如一个或多个变压器或电感器耦合对(其可以是设备的重叠类别)。一个或多个隔离屏障60可以提供隔离屏障60任一侧的系统之间的电隔离，并且可以包括材料层(诸如，聚酰亚胺)。整流器电路94可以纠正由隔离设备90接收到的信号，以提供经整流的电压。整流器电路94可以包括一个或多个二极管以执行整流。电源传送电路82也可以可选地包括过滤经整流的信号的滤波电路(未示出)。该过滤器可以包括电容器。该过滤器可替代地被省略或合并到功率控制电路52的输出电路122。
电源控制电路52可以包括一个或多个初级侧电源控制电路98或次级侧电源控制电路102。通过控制一个或多个隔离屏障60的第一侧上的驱动器电路86的操作，初级侧电源控制电路98可以控制由隔离电源电路44 向自举电源电路48A传送的电源。通过控制一个或多个隔离屏障60的第二侧上的次级侧电源控制电路102的输出电路122的操作，次级侧电源控制电路102可以控制由隔离电源电路44向升压电源供给电路48A传送的电源。
初级侧电源控制电路98可以包括发射电路106、隔离设备110、接收电路114和控制电路118。发射电路106可以从整流电路94获得整流信号，并基于所述整流信号驱动信号到隔离设备110。可选地，该发射电路可以从次级侧电源控制电路102的读出电路126(下面讨论)接收传感信号，并根据该感测信号驱动信号到隔离设备110。除了或代替整流信号。发射电路106可以包括一个或多个组件来编码和/或调节所述整流信号，以产生驱动信号。隔离设备110可以提供跨越一个或多个隔离屏障60的通信。隔离设备110可包括感应隔离设备，诸如一个或多个变压器或电感器耦合对。接收电路114可接收来自所述隔离设备110的信号，并且基于所接收的信号向控制电路118提供信号。接收电路114可包括一个或多个组件来解码和/或解调接收到的信号，以产生提供到控制电路118的信号。响应于由接收电路114提供的信号，控制电路118可以控制驱动器电路86的操作，以控制由电源输送线路82传送到自举电源电路48A的电源，如下面进一步讨论。控制电路118可以采取各种形式，诸如包括经配置成控制驱动器电路86的操作的电路。
该次级侧电源控制电路102可以包括输出电路122、感测电路126以及控制电路130。基于从控制电路130接收的整流信号和任何控制信号，输出电路122可提供输出信号，用于传送到自举电源电路48A。根据本文讨论的实施例，输出电路122可包括导体、电阻器、晶体管或其他电路组件中的一个或多个。感测电路126可感测由输出电路122提供的输出信号的电压电平或电流电平中的一个或多个，并向控制电路130提供表示所感测的输出信号的信号。根据本文讨论的实施例，感测电路126可包括导体、电压传感器或者电流传感器中的一个或多个。响应于由检测电路126提供的信号，该控制电路130可以控制输出电路122的操作，以控制由输出电路122向自举电源电路48A传送的电源。该控制电路130可以采取各种形式，诸如包括经配置以控制输出电路122的操作作为感测信号的函数的电路。
功率控制电路52的实施例可以任选的包括仅初级侧功率控制电路98，仅次级侧电源控制电路102，或初级和次级侧电源控制电路98、102。控制由隔离电源电路44向自举电源电路48传递的电源的电源控制电路52 的功能可相应地完全由初级侧电源控制电路98、完全由次级侧电源控制电路102执行，或选择性分配在初级和次级侧电源控制电路98、102之间。
隔离电源电路44可通过选择性地将功率供应到自举电源电路48A而以改进的方式，以使能提供电源电压VAPS到第一栅极驱动电路40-1，用于增强由自举电源电路48A开发并提供的电源。
在并响应于第一栅极驱动电路40-1的阶段，隔离电源电路44可通过向自举电源电路48A提供的电力而增强自举电源电路48A的操作，以驱动半桥电路32的第一NMOS晶体管N1处于接通状态。在并响应于第一栅极驱动电路40-1的阶段，隔离电源电路44可能不将电力提供给自举电源电路48A，以驱动半桥电路32的第一NMOS晶体管N1处于截止状态。在第一栅极驱动电路40-1的相位，隔离电源电路44可提供电源给自举电源电路48A以驱动半桥电路32的第一NMOS晶体管N1处于导通状态，作为在此阶段和如下面所讨论的电源电压VAPS的函数。
图3是描绘增强电源电路24和栅驱动电路40-1、40-2的信号的实施例的图。注意，下面所讨论的图3以及图4和6可不按比例显示各种描绘信号电压电平的和/或之间的关系，而是可能夸大某些电压电平关系，用于说明的目的。
图3(a)示出第一栅极驱动器电路40-1的输出电压VA的逻辑表示的实施例。图3(b)示出了第二栅极驱动电路40-2的输出电压VB的逻辑表示的实施例。
在时间t1，第一栅极驱动电路40-1输出表示逻辑高信号的电压，接通半桥电路32的第一NMOS晶体管N1，和第二栅极驱动器电路40-2输出代表逻辑低信号的电压，保持关闭半桥电路32的第二NMOS晶体管N2。在时间t2，第一栅极驱动电路40-1输出表示逻辑低信号的电压，关闭第一 NMOS晶体管N1。因此，时刻t1和t2之间，第一NMOS晶体管N1驱动负载36，和第二NMOS晶体管N2被停用。在时刻t3，第二栅极驱动器电路40-2输出表示逻辑高信号的电压，打开第二NMOS晶体管N2，第一栅极驱动电路40-1继续输出代表逻辑低信号的电压，保持第一NMOS晶体管N1关闭。在时间t4，第二栅极驱动器电路40-2输出表示逻辑低信号的电压，关闭第二NMOS晶体管N2。因此，在时间t3和t4之间，第二NMOS 晶体管N2驱动负载36，和第一NMOS晶体管N1被去激活。这个周期可以周期性重复，例如作为在时间T5、T6、T7和T8。
第一和第二栅极驱动电路40-1，40-2和半桥电路32的输出的占空比和/或打开时间可以在半桥电路32的操作期间发生变化，以驱动负载36。在图图3(a)和3(b)的实施例中，第一和第二栅极驱动电路40-1、40-2 的输出的占空比是相对相等。图4是描绘增强电源电路24和栅极驱动电路40-1，40-2的信号的附加实施例的图。图4(a)和4(b)描绘分别第一和第二栅极驱动电路40-1、40-2的输出电压的逻辑表示的实施例，其中第一和第二栅极驱动器电路40-1、40-2的输出的占空比是相当不相等的，第一栅极驱动电路40-1的输出具有比第二栅极驱动电路40-2的输出高得多的占空比。
没有隔离电源供给44的增强的自举电源电路的操作可需要栅极驱动电路和半桥电路的占空比的可变性的限制。返回到图3，图3(c)示出不具有由隔离电源电路的增强的自举电源电路提供的电源电压VS的实施例。在时刻t1之前，自举电源电路已经产生电源电压VS。在时刻t1，栅极驱动器电路开始从自举电源电路的一个自举电容器汲取电力以驱动半桥电路，由自举电源电路提供的电源电压VS相应遭受立即急剧降低，随后随时间通过更平缓进一步降低。降低电源电压VS低于阈值电压VTH将不希望地降低栅极驱动电路的工作以驱动半桥，诸如通过剥夺足够高的电浮动电源电压的栅极驱动器电路，以适当地打开半桥电路的相应晶体管。在图3(c)中，因所描绘的相对较低的占空比，电源电压VS不减小低于阈值电压VTH。然而，返回图4，图4(c)示出了不具有隔离的电源电路增强的自举电源电路提供的电源电压VS的另一实施例，其中由于所描绘的相对较高的占空比，电源电压VS不降低低于阈值电压VTH，从而不利地影响栅极驱动器电路和半桥电路的操作。
隔离电源电路44可进行操作以选择性地将电源提供给自举电源电路 48A，以维持或增加提供到第一栅极驱动电路40-1的电源电压VAPS和使能第一栅极驱动电路40-1和半桥电路32的任意占空比变化和/或打开时间。为了选择地由隔离电源电路44向自举电源电路48A提供电源，电源控制电路52可以以各种不同的功率控制模式操作，包括电流调节模式、电压调节方式、功率调节模式、温度调节模式、阻抗调节模式或启动/复位模式中的一个或多个。
在电流调节模式中，电源控制电路52可以操作以控制由隔离电源电路44提供的电源，作为由隔离电源电路44向自举电源电路48A提供的输出电流IO的函数。电流调节模式可以包括由功率控制电路52操作，以控制功率与对应于输出电流IO的功率电平等于或低于所选择的预定电流电平。
回到图3，图3(d)、3(e)和3(f )描绘由在电流调节模式下工作的隔离电源电路44增强的自举电源电路48A的操作提供的电源电压VAPS 的实施例。在图3(d)中，响应于第一栅极驱动电路40-1驱动半桥电路 32的第一NMOS晶体管处于导通状态，隔离电源电路44开始提供电源给自举电源电路48A在限制于所选电流电平的输出电流。其结果是，隔离电源电路44可以防止电源电压VAPS降低，当第一栅极驱动器电路40-1获取电源时，并甚至提供足够的电力以逐渐增加供应电压VAPS，而第一栅极驱动电路40-1驱动第一NMOS晶体管N1处于导通状态。图3(e)和3 (f)示出类似的方案，电源以同样的方式提供，但在图3(e)处于较高预定电流极限，3(f)中以电流限制方式示出提供的电源表示时间常数特性可产生于输出电路122的具体形式。
在电压调节模式中，电源控制电路52可以操作以控制如由隔离电源电路44提供电源，作为隔离电源电路44向自举电源电路48A提供的输出电压VO的函数。电压调节方式可包括由功率控制电路52的操作，以控制电源供给对应于输出电压VO在选定预定电压电平的电源电平的电源供给。
图3(g)和3(H)描绘了电源电压VAPS通过由隔离电源电路44中的电压调节模式下操作扩充自举电源电路48的操作中提供的实施方案。在图3(g)中，响应于第一栅极驱动电路40-1驱动半桥电路32的第一 NMOS晶体管N1处于导通状态，隔离电源电路44提供电源给自举电源电路48A在增加供应电压VAPS的电平，直到电源电压VAPS达到选定的预定电压极限VLIM1，在该点处隔离电源电路44提供电源给自举电源电路48A在仅保持电源电压VAPS在预定的电压限制的电平。图3(h)表示类似的方案，但涉及较高的选择预定电压限制VLIM2。
在栅极驱动电路40-1驱动晶体管N1在导通状态期间的开始阶段，功率控制电路52可控制隔离电源电路44以提供电源的预定电压电平可被选择为与由引导电源电路48A提供的电源电压VAPS的峰值电平具有预定的关系。在一个实施例中，预定电压电平可以被选择为低于由自举电源48A 提供的电源电压VAPS的峰值电平，其可以使得自举电源电路48A用作栅极驱动电路40-1的供给电源的主要源，和隔离电源电路充当栅极驱动电路 40-1的供给电源的补充源。在一些情况下，这样的主要和补充供给电源传送的划分可以在增强电源电路24的操作中有利地利用长处和避免缺陷，诸如通过避免隔离电源电路44的过热，其可伴随由隔离电源电路44的过量电源传送。
在一个实施例中，功率控制电路52可以实现具有所选择的预定电压电平作为设置点的负反馈给定值控制方案。
在功率调节模式中，电源控制电路52可以操作以控制由隔离电源电路44提供的电源，作为由隔离电源电路44向自举电源电路48A输出电源的函数。电流调节模式可以包括由功率控制电路52操作，以控制电源电平在或低于输出功率的所选预定电平的电源电平。
图5是描绘隔离电源电路44的功率特性的实施例的图。在图5中，x 轴和y轴分别表示隔离电源44的输出电流IO和输出电压VO。第一曲线图示出没有任何调节的隔离电源44的功率传输特性150的实施例。第二曲线示出第一恒定功率特性154的实施例，表示产生第一恒定电源电平的输出电压和输出电流的组合。第三曲线示出第二恒定功率特性158的实施例，表示产生大于第一恒定功率水平的第二恒定功率电平的输出电压和输出电流的组合。
为了控制由电源输送线路52的电源供给为处于或低于选定的预定功率电平的电源电平，功率控制电路52可以限制输出电压VO和输出电流 IO的电平为低于对应于所选预定功率电平的恒定功率特性下方的电平。例如，为了供给处于或低于图5所示的第一恒定功率电平的电源电平的电源，电源控制电路52可以限制输出电压VO为低于第一恒定电压功率VCP1 的电平，和输出电流IO为低于第一恒定电流功率ICP1的电平。类似地，为了供给处于或低于图5所示的第二恒定功率电平的功率电平的电源，电源控制电路可以限制输出电压VO为低于第二恒定电源电压电平VCP2的电平，和输出电流IO为低于第二恒定电源电流电平ICP2的电平。
电源控制电路52可以选择预定功率电平，用于限制由隔离电源44提供的电源作为各种因素的函数。例如，功率控制电路52可以选择预定的功率电平，用于限制由隔离电源44提供的电源作为隔离电源44的实际或估计的工作温度的函数。在这样的情况下，电源控制电路52可以选择用于隔离电源44的相对低的温度的一个或多个相对较高预定功率电平限制，和隔离电源44的相对较高的温度的一个或多个相对较低预定功率电平限制。
在温度调节模式中，电源控制电路52可以操作以控制由隔离电源电路44提供的电源作为由隔离电源电路44的实际或估计的工作温度的函数。温度调节模式可以包括由功率控制电路52的操作，以控制对应于隔离电源电路44的操作温度的电源电平的电源供给等于或低于所选择的预定温度。
该增强电源电路24或系统20的其他组件可任选地包括温度传感器或温度估计电路，用于使用测量或估计隔离电源电路44的温度，如上所述。
在阻抗调节模式中，电源控制电路52可以操作以控制由隔离电源电路44所提供的电源，作为隔离电源电路44的阻抗的函数。阻抗调节模式可以包括电源功率控制电路52的操作，以在电源传送电路82到自举电源电路48A的连接路径中通过使用和/或选择输出电路122的阻抗而控制电源的供给。例如，所述阻抗调节模式可以包括由功率控制电路使用、选择或控制在输出电路122中的阻抗具有相对较高的阻抗水平，诸如相对较高的电阻，以相对较低的功率下提供电源；和通过功率控制电路52使用、选择或控制输出电路122中的阻抗具有相对较低的阻抗水平，例如相对低的电阻，以相对较高的功率提供电源。
功率、温度和阻抗调节模式的实施例可以产生具有在一些方面类似于图3(d)-3(h)所示的的特性的电源电压VAPS。
隔离电源电路44可操作，以限制至自举电源电路48A供应的电源，用于第一栅极驱动电路40-1和半桥电路32的相对大的占空比和/或导通时间。在在这样的情况下提供的电源可以通过防止过大的电源电压的发展而进一步使得栅极驱动电路40-1、40-2和半桥电路32的任意占空比。返回到图4，图4(d)示出通过增强电源电路24提供的电源电压VAPS的实施例，用于第一栅极驱动器电路40-1和第一NMOS晶体管N1的相对大的占空比和/或导通时间。在图4(d)中，第一栅极驱动电路40-1驱动第一NMOS 晶体管N1进入导通状态，电源电压VAPS最初增加，但在一段时间之后达到最大水平VMAX并不再增加。隔离电源电路44可实现最大电源电压电平VMAX作为隔离电源电路44的配置自然限制，以增加自举电源电路 48A，以提高电源电压VAPS，或通过使用如上所讨论的功率控制电路52 的操作模式之一，诸如电压调节模式。
一旦启动、复位或系统20的其他操作场景，增强电源电路24也可以操作以通过由隔离电源电路44提供自举电源电路48A的自举电容器C1 的初始充电，以使得系统20的改进启动序列。
图6是描绘栅极驱动电路40-1，40-2和增强电源电路24的信号的实施例的信号图。图6(a)示出第一栅极驱动器电路40-1的输出电压VA的逻辑表示的实施例。图6(b)示出第二栅极驱动电路40-2的输出电压VB 的逻辑表示的实施例。图6(c)示出通过增强电源电路24提供的电源电压VAPS的实施例。
在时间ts1，系统20从去激活状态被激活，在该时刻的第一和第二栅极驱动电路40-1、40-2的输出VA、VB保持在逻辑低状态，半桥电路32 的第一和第二NMOS晶体管N1、N2保持关闭状态的，以及自举电容器 C1是基本上不带电荷的状态。在时间ts2，在时间TS1后的相对较短时间，隔离电源电路44成为完全被激活，开始将电源提供给自举电源电路48A 和充电自举电容器C1，因此电源电压VAPS开始增加，而第一和第二栅极驱动电路40-1、40-2的输出VA、VB保持在逻辑低状态，和第一及第二 NMOS晶体管N1、N2保持关闭状态。在时刻ts3，自举电容器C1达到完全充电值，和电源电压VAPS达到完全激活值，再次第一和第二栅极驱动电路40-1、40-2的输出VA、VB保持逻辑低状态，和第一和第二NMOS 晶体管N1、N2保持关闭。在时刻ts4，第一栅极驱动电路40-1的输出VA 可以转换到逻辑高值，启动或复位后激活第一NMOS晶体管N1。
相比之下，如上所述，在自举电源能够提供合适的电源电压到高压侧栅极驱动电路之前，单独操作的自举电源可需要不希望的长的启动序列，因为低侧栅极驱动器电路和相应的数据信道电路必须被激活并操作以在自举电容的充电开始之前打开半桥电路的低侧晶体管。
隔离电源44的功率控制电路52可以以各种不同的方式来配置，以提供上面讨论的隔离电源44的一个或多个功能。例如，功率控制电路52可以是硬连线以提供这些功能或更多。可替代地，电源控制电路52可以是可编程的，以提供这些功能或更多。
图7描绘了可用于实现控制电路118、130的初级和次级功率控制电路 98、102的一个或两个控制电路162的实施例。图7中，控制电路162可以包括一个或多个电流调节模块166以实现电流调节模式，电压调节模块 170以实现电压调节方式，功率调节模块174以实现功率调节模式，温度调节模块178以实现温度调节模式，阻抗调节模块182以实现阻抗调节模式，或启动/复位模块186以实现启动功能。
电源控制电路52也可以被配置成采取必要的最小的形式以提供上面讨论的功能的某些选定功能。例如，在一个实施例中，隔离电源电路44 可以是基本上未调节，例如通过省略反馈调节，并且所述功率控制电路52 可以包括电路，被配置来操作选择的基本上未调节状态的正向功率输送电路，诸如初级侧电源控制电路98的控制电路118或等效电路的实施例，并省略其它部件。
增强电源电路24可以触发隔离电源电路44以不同方式将电源提供给自举电源电路48A。例如，响应于触发事件(诸如，隔离系统20的启动、第一栅极驱动电路40-1的逻辑电平输出的变化、传递预定电平的电源电压 VAPS的值中的一个或多个)，隔离电源电路44可以开始和/或停止将电源提供给自举电源电路48A。
增强电源电路可以用于单和多相系统。例如，图1或2中描绘的系统 20的实施例可被用作单相系统。图8描述可用作多相系统的系统188的实施例。该系统188可包括多个半桥模块190-1、190-2、190-3，每个半桥模块190-1、190-2、190-3包括如在图1或2中的增强电源24、信道驱动电路28和半桥电路32的实施例。每个半桥模块190-1、190-2、190-3可以连接到负载194，以提供多相系统的单相。虽然图8描绘具有三个半桥模块190-1、190-2、190-3的系统188的实施例，并且因此可用于三相系统，该系统188的其它实施例可包括任何数量的半桥模块190-1、190-2、 190-3...，以提供具有任意数量相的多相系统。
回到图2，管理信号通道电路68-1，68-2可以各自包括发送电路134-1、 134-2，隔离设备138-1、138-2，以及接收电路142-1、142-2。发送电路134-1、 134-2可以从数据源72-1、72-2接收输入数据信号并根据所输入的数据信号驱动到隔离设备138-1、138-2的信号。发送电路134-1、134-2可以包括一个或多个组件来编码和/或调制输入数据信号，以产生驱动信号。隔离设备138-1、138-2可以提供跨越一个或多个隔离屏障76通信，并可以包括电感隔离设备，诸如如一个或多个变压器或耦合电感器对。一个或多个隔离屏障76可以提供隔离屏障76两侧的系统之间的电隔离，并且可以包括材料层(诸如，聚酰亚胺)。接收电路142-1、142-2可接收来自隔离设备 138-1、138-2的信号，并基于所接收的信号提供到相应的栅极驱动电路 40-1、40-2上的信号。接收电路142-1、142-2可以包括一个或多个组件来解码和/或解调接收到的信号，以产生提供到栅极驱动电路40-1、40-2的信号。
回到图1，描绘的接地连接可存在于一个或多个隔离屏障60、76的不同侧。例如，到第一电压V1的接地连接可存在于一个或多个隔离屏障60、 76的一个或多个的第一侧上(向左侧描绘)，到第二电压V2的接地连接可以存在于一个或多个隔离屏障60、76的一个或多个的第一侧或第二侧(以如所描绘的右侧)，到晶体管N 2的接地连接可能存在一个或多个隔离屏障 60，76的一个或多个的第一侧或第二侧。
隔离系统和隔离屏障的数目可以变化。本文所讨论的半导体管芯的电路和/或系统的分配也可改变。
增强电源电路24也可使用具有单开关负载驱动电路和多开关负载驱动电路的其他实施例。图9描绘系统200的实施例包括增强电源电路24 和单开关负载驱动电路。单开关负载驱动电路可包括单一的低侧NMOS晶体管N3以驱动负载204。单个NMOS晶体管N3可包括极连接到和接收来自栅极驱动电路40-3的栅极驱动信号的栅极，连接到负载204的漏极，以及连接到地的源极。增强电源电路24的自举电源电路48B可以包括自举电容器C2、二极管D3、电容器C3、电阻R2、二极管D3和并联稳压器 208。
在操作中，自举电源电路48B可充电自举电容器C2，而晶体管N3由栅极驱动器40-3通过包括电阻器R2、电容器C3和二极管D2的负载电压 VLA路径驱动处于导通状态，使得自举电源电路48B可向栅极驱动电路 40-3提供功能上分离和/或电浮置电源电压VAPSA，当栅极驱动电路40-3 驱动NMOS晶体管N3处于导通状态，作为负载电压VLA的函数，其可被称为自举操作。一旦启动或复位增强电源电路24，如各种本文中所论述，增强电源电路24的隔离电源电路44可将电源提供给自举电源电路48B，而栅极驱动器电路40-3驱动NMOS晶体管N3处于导通状态和初始充电电容器C2。
增强电源电路24也可以使用单开关负载驱动电路的其他实施例。该单开关负载驱动电路可包括连接到并驱动负载的一个或多个单个低侧 NMOS晶体管(诸如例如，图9所示的单个低侧NMOS晶体管配置，上面讨论的)，连接到并驱动负载的单一高侧NMOS晶体管(诸如例如，图 10所示的单一高侧NMOS晶体管配置，下面将讨论)，或单浮置NMOS 晶体管以提供第一双向驱动和第二负载(诸如例如，单一浮置NMOS晶体管，包括连接到并接收从栅极驱动器电路的栅极驱动信号的栅极、连接到第一负载的漏极，以及连接到第二负载的源极)。
所述增强电源电路24的循环充电电源电路48可以包括一个或多个自举电源电路、电荷泵电源电路，或其他循环充电电源电路。图10示出包括增加电源电路24和单开关负载驱动电路的另一系统212的实施例。循环充电电源电路48可以包括组合的自举和电荷泵电源电路48C。组合的自举和电荷泵电源电路48C可以包括自举电容器C4、二极管D4、电荷泵电容器C5、二极管D5、二极管D6、电容器C6、电阻器R3和并联稳压器 220。单开关负载驱动电路可包括单一高边NMOS晶体管N4以驱动负载 216。单个NMOS晶体管N4可包括连接到并从栅极驱动电路40-4接收栅极驱动信号的栅极，连接到电源总线VBUS的漏极，以及连接到负载216的源极。
在操作中，组合的自举和电荷泵电源电路48C可以充电电荷泵电容器 C5，而晶体管N4由栅极驱动电路40-4通过从包括电阻器R3、电容器C6 和二极管D5的负载电压VLB的路径驱动导通状态。自举电容器C4可以被充电，而晶体管N4由栅极驱动电路40-4通过从电容器C5至二极管D4 的路径驱动处于关闭状态。当NMOS晶体管N4处于关断状态，当栅极驱动电路40-4驱动NMOS晶体管N4的导通状态作为负载电压VLB的函数时，组合的引导和电荷泵电源电路48C可以提供功能上分离的和/或电浮置电源电压VAPSB到栅极驱动电路40-4。一旦如各种本文中所论述启动或复位增强电源电路24，增强电源电路24的隔离电源电路44可将电源提供给组合的自举和电荷泵电源电路48C，而栅极驱动器电路40-4驱动所述 NMOS晶体管N4处于导通状态，并开始充电电容器C4。
在通过利用增加电源电路操作的负载驱动电路中包括的晶体管(诸如，本文所讨论的图1，2和8的半桥电路32以及图9和10的单开关负载驱动电路N3、N4)可以是不同类型的晶体管，诸如场效应晶体管(FET) (如在这些图中示出)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、bipoloar结型晶体管 (BJT)或其它类型的晶体管中的一个或多个。在这些负载驱动电路的实施例中的晶体管还可以包括NMOS、PMOS、n沟道IGBT、p沟道IGBT、 NPN BJT或PNP BJT晶体管中的一个或多个。
本文所讨论的附图是示意性的，可以省略并没有直接关系到或必要说明这里所讨论的系统的各方面的细节和组件。
该系统和增强电源电路24的其他实施例是可能的。例如，在此描述的系统和增强电源电路24的任何实施例的任何特征可选地用于系统和增强电源电路24的任何其他实施例。而且，这些系统以及增强电源电路24 的实施例可任选地包括本文描述的系统和增强电源电路24的组件或功能的任何一部分或排序。

Claims (22)

1.一种产生栅极驱动器电路的电源电压的电源电路，所述电源电路包括：
隔离电源电路，用于接收第一隔离系统中的第一电压并提供电力到循环充电电源电路，所述循环充电电源电路提供电源电压到第二隔离系统中的栅极驱动器电路，所述隔离电源电路提供电力到所述循环充电电源电路，同时所述栅极驱动器电路驱动晶体管处于导通状态，其中所述循环充电电源电路接收在第二隔离系统中的第二电压。
2.如权利要求1所述的电源电路，其中，所述隔离电源电路包括控制电路，以调节由隔离电源电路提供的电力，以维持或增加由所述循环充电电源电路所提供的电源电压，同时栅极驱动器电路驱动所述晶体管处于导通状态。
3.如权利要求2所述的电源电路，其中，通过限制供给到循环充电电源电路的电流为低于预定电平的电流电平，所述控制电路调节所提供的电力。
4.如权利要求2所述的电源电路，其中，通过限制电源电压为预定电压电平的电压，所述控制电路调节所提供的电力，所述预定电压电平低于由所述循环充电电源电路提供的峰值电源电压电平。
5.如权利要求2所述的电源电路，其中，通过限制所提供的电力为低于预定的功率电平，所述控制电路调节所提供的电力。
6.如权利要求2所述的电源电路，其中，通过限制所提供的电力作为隔离电源的温度的函数，所述控制电路调节所提供的电力。
7.如权利要求2所述的电源电路，其中，通过选择连接所述隔离电源电路到所述循环充电电源电路的阻抗，所述控制电路调节所提供的电力。
8.如权利要求1所述的电源电路，进一步包括所述循环充电电源电路，所述电源电压相对于第二电压电浮动，同时栅极驱动器电路驱动晶体管处于导通状态。
9.如权利要求1所述的电源电路，其中，所述循环充电电源电路是自举电源电路，所述自举电源电路包括经由至少二极管连接到第二电压的电容器。
10.如权利要求9所述的电源电路，其中，一旦启动或复位电源电路，所述隔离电源电路提供电力以初始充电所述自举电源电路的电容器。
11.如权利要求10所述的电源电路，其中，所述隔离电源电路提供电力以初始充电所述自举电源电路的电容器，同时栅极驱动器电路处于非活动状态。
12.一种产生栅极驱动器电路的电源电压的方法，该方法包括：
由隔离电源电路接收在第一隔离系统中的第一电压；
由隔离电源电路提供电力到循环充电电源电路，所述循环充电电源电路提供电源电压到第二隔离系统中的栅极驱动器电路，所述隔离电源电路提供电力到所述循环充电电源电路，同时栅极驱动器电路驱动晶体管处于导通状态；以及
由所述循环充电电源电路接收在第二隔离系统中的第二电压。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：由隔离电源电路的控制电路调节通过所述隔离电源电路提供的电力，以维持或增加由循环充电电源电路所提供的电源电压，同时栅极驱动器电路驱动晶体管处于导通状态。
14.如权利要求13所述的方法，其中，通过限制供给到循环充电电源电路的电流为低于预定电平的电流电平，所述控制电路调节所提供的电力。
15.如权利要求13所述的方法，其中，通过限制由隔离电源电路提供的电压为预定电压电平的电压，所述控制电路调节所提供的电力，所述预定电压电平低于由所述循环充电电源电路提供的峰值电源电压电平。
16.如 权利要求13所述 的方法，其中，通过限制所提供的电力为低于预定的功率电平，所述控制电路调节所提供的电力。
17.如 权利要求13所述 的方法，其中，通过限制所提供的电力作为隔离电源的温度的函数，所述控制电路调节所提供的电力。
18.如 权利要求13所述 的方法，其中，通过选择连接所述隔离电源电路到所述循环充电电源电路的阻抗，所述控制电路调节所提供的电力。
19.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
由循环充电电源电路提供电源电压到栅极驱动器电路，电源电压相对于第二电压电浮动，同时栅极驱动器电路驱动晶体管处于导通状态。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述循环充电电源电路包括自举电源电路，所述自举电源电路具有经由至少二极管连接到第二电压的电容器。
21.一种产生栅极驱动器电路的电源电压的电源电路，所述电源电路包括：
用于提供电力给循环充电电源电路的装置，所述循环充电电源电路提供电源电压到第二隔离系统中的栅极驱动器电路，用于提供电力的所述装置提供所述电力作为在第一隔离系统中接收的第一电压的函数，同时栅极驱动器电路驱动晶体管处于导通状态，其中所述循环充电电源电路接收在第二隔离系统中的第二电压；和
用于调节所提供的电力的装置，以维持或增加由循环充电电源电路所提供的电源电压，同时栅极驱动器电路驱动晶体管处于导通状态。
22.如权利要求21所述的电源电路，进一步包括所述循环充电电源电路，所述电源电压相对于第二电压电浮动，同时栅极驱动器电路驱动晶体管处于导通状态。
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