CN105811374A - 免受功率开关处的硬换向事件的损害的保护 - Google Patents

Abstract

本公开涉及免受功率开关处的硬换向事件的损害的保护。一种用来对于功率开关的至少开关循环将功率供给至负载的功率开关的驱动器。驱动器包括含有高欧姆输出和低欧姆输出的至少一个输出。高欧姆输出在开关循环的功率开关被关断的第一阶段的至少一个部分期间被启用。低欧姆输出在开关循环的功率开关被接通的第二阶段期间和在第一阶段的除了第一阶段的高欧姆输出被启用的至少一个部分以外的任何剩余部分期间两者被启用。

Description

免受功率开关处的硬换向事件的损害的保护

技术领域

本公开涉及用于控制功率开关的技术和电路。

背景技术

金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是可以用来控制功率电路(例如，开关模式电源)中的电流的流动的功率开关的一个示例。在功率电路的正常或规则的开关操作期间，MOSFET会遭受可引起损害或以其他方式破坏MOSFET的异常操作条件(例如，MOSFET处的高电压或高电流)。硬换向(hardcommutation)事件是当MOSFET被强制阻断电压而同时携带着通过MOSFET的体二极管的正的正向电流时归因于MOSFET的“反向恢复行为”可引起对MOSFET造成损害的一种类型的异常操作条件。

发明内容

一般情况下，技术和电路被描述为启动功率电路的对抗措施以保护MOSFET免受硬换向事件的损害。功率电路根据“被动”保护方案和/或“主动”保护方案操作。

在被动保护方案中操作时，功率电路在各开关循环的至少一部分期间暂时启动MOSFET的驱动器的高欧姆输出以便将MOSFET的栅极端子拉至低电位，作为保护MOSFET免受在硬换向事件期间可能以其他方式发生的任何潜在损害的方式。在各开关循环的剩余部分(即，开关循环的当高欧姆输出不被启动期间的部分)期间，功率电路可以代替地启动驱动器的低欧姆输出作为维持效率的方式。在一些示例中驱动器的高欧姆输出和低欧姆输出可以是单一个输出端口，并且在其他示例中，两个输出可以是驱动器的多个个体输出端口。

在“主动”保护方案中，功率电路在采取防止硬换向事件或至少保护MOSFET免受硬换向事件的损害的任何行动之前首先预测在将来的开关循环期间是否将有可能发生硬换向事件。响应于确定了将有可能发生硬换向事件，功率电路可以启动保护MOSFET在即将到来的硬换向事件期间免受损害的一个或多个对抗措施。否则，响应于确定了不太可能发生硬换向事件，功率电路抑制启动一个或多个对抗措施。

在一个示例中，本公开涉及一种方法，包括：用驱动器驱动功率开关以对于功率开关的至少开关循环将功率供给至负载。驱动功率开关包括：在开关循环的功率开关被关断的第一阶段的至少一个部分期间启用驱动器的高欧姆输出，并且在开关循环的功率开关被接通的第二阶段期间和在第一阶段的除了第一阶段的高欧姆输出被启用的至少一个部分以外的任何剩余部分期间两者启用驱动器的低欧姆输出。对于被添加在说明书的澄清是可以的。

在另一示例中，本公开涉及一种功率开关的驱动器，该功率开关被用来对于功率开关的至少开关循环将功率供给至负载。驱动器包括至少一个输出。至少一个输出包括：在开关循环的功率开关被关断的第一阶段的至少一个部分期间被启用的高欧姆输出，和在开关循环的功率开关被接通的第二阶段期间和在第一阶段的除了第一阶段的高欧姆输出被启用的至少一个部分以外的任何剩余部分期间被启用的低欧姆输出。

在另一示例中，本公开涉及一种系统，包括：半桥，其包括在开关节点处被耦合至第二开关的第一开关；第一驱动器，被配置成驱动第一开关；和被配置成驱动第二开关的第二驱动器。第二驱动器被配置成通过至少如下方式来驱动第二开关：在第二开关的开关循环的第二开关被关断的第一阶段的至少一个部分期间，利用第二驱动器的高欧姆输出驱动第二开关，和在第二开关的开关循环的第二开关被接通的第二阶段和第二开关的开关循环的第一阶段的除了第二开关的第一阶段的至少一个部分以外的任何剩余部分期间，利用第二开关的低欧姆输出驱动第二开关。

在另一示例中，本公开涉及一种方法，包括：在谐振转换器的半桥的第一、第二功率开关的当前循环期间，确定在第一、第二功率开关的将来的开关循环期间在半桥处是否有可能发生硬换向事件。方法进一步包括响应于确定了在将来的开关循环期间有可能发生硬换向事件，启动至少一个硬换向对抗措施；和响应于确定了在将来的开关循环期间不会发生硬换向事件，抑制启动至少一个硬换向对抗措施。

在另一示例中，本公开涉及一种用于功率电路的控制器单元。控制器单元被配置成：在半桥的当前开关循环期间，确定在将来的开关循环期间在半桥处是否有可能发生硬换向事件，其中半桥包括在开关节点处被耦合至第二开关的第一开关。控制器单元被进一步配置成：响应于确定了在将来的开关循环期间有可能发生硬换向事件，控制第一驱动器和第二驱动器以启动至少一个硬换向对抗措施，其中第一驱动器驱动第一开关并且第二驱动器驱动第二开关。

在另一示例中，本公开涉及一种系统，包括：半桥，其包括在开关节点处被耦合至第二开关的第一开关；第一驱动器，被配置成驱动第一开关；第二驱动器，被配置成驱动第二开关；和控制器单元。控制器单元被配置成：确定在将来的开关循环期间在半桥处是否有可能发生硬换向事件；和响应于确定了在将来的开关循环期间有可能发生硬换向事件，控制第一驱动器和第二驱动器以启动至少一个硬换向对抗措施。

下面在附图和描述中阐述公开的一个或多个示例的细节。公开的其他特征、目的和优点将从描述和附图并从权利要求中显而易见。

附图说明

图1是图示出依照本公开的一个或多个方面的包括了被配置成保护功率开关免受硬换向事件的损害的功率电路的示例系统的方框图。

图2是图示出依照本公开的一个或多个方面的用于保护功率开关免受硬换向事件的损害的示例被动保护方案的操作的流程图。

图3A至图3C是图示出依照本公开的一个或多个方面的用于保护功率开关免受硬换向事件的损害的示例主动保护方案的操作的流程图。

图4至图7是各图示出依照本公开的一个或多个方面的包括了被配置成保护功率开关免受硬换向事件的损害的功率电路的示例系统的方框图。

图8是图示出依照本公开的一个或多个方面的包括了被配置成保护功率开关免受硬换向事件的损害的功率电路的图1的示例系统的示例电特性的时序图。

图9A和图9B是图示出依照本公开的一个或多个方面的包括了被配置成保护功率开关免受硬换向事件的损害的功率电路的图1的示例系统的另外的示例电特性的时序图。

具体实施方式

一些功率电路(例如，LLC转换器、相移零电压开关转换器、三角电流模式功率因数校正级转换器、同步降压(buck)转换器等等)包括半桥电路。半桥电路典型地包括在开关节点处被耦合至低侧元件的高侧开关(例如，被配置成经由栅极信号接通和关断的基于功率MOSFET或其他晶体管的开关器件)。功率电路可以调制高侧开关和/或低侧开关以控制从输入端子(例如，被耦合至源)到输出端子(例如，被耦合至负载)的能量的传递。

例如，考虑被配置成将能量从源传递至负载的LLC转换器。LLC转换器可以依靠LLC电路和半桥，该半桥包括在用作半桥的输出的开关节点处被耦合至低侧MOSFET的高侧MOSFET。到半桥的输入可以被耦合至源并且半桥的输出可以被耦合至LLC电路。LLC电路可以被布置在半桥的开关节点和负载之间。

在正常或规则的开关操作期间，控制器可以以这样的方式调制高侧MOSFET和/或低侧MOSFET以至于将能量从源传递至负载。控制器可以确保高侧MOSFET和低侧MOSFET不会通过他们各自的正向导电沟道同时导通。也就是，每当半桥的MOSFET中的一个(即，或者高侧MOSFET或者低侧MOSFET)被接通并通过其正向导电沟道导通电流时，控制器可以确保半桥的另一MOSFET保持被关断(例如，阻断电压)。并且在将半桥的任一MOSFET接通之前，控制器可以确保另一MOSFET已经被关断并且不再通过其正向导电沟道导通电流。

如这里所使用的，短语“导电沟道”和“正向导电沟道”贯穿该公开被用来是指MOSFET的正向沟道(例如，在p-阱中形成强反型层的金属氧化物半导体结构)并且不是指当MOSFET处于反向操作模式时导通的MOSFET的体二极管(例如，诸如在N-沟道MOSFET的漏极与源极之间等的通过MOSFET的PN结形成)。另外，术语第一MOSFET和第二MOSFET被用来指定半桥的一个MOSFET并且不是另一个。在一些示例中，第一MOSFET可以是高侧MOSFET并且第二MOSFET可以是低侧MOSFET，而在其他示例中，第一MOSFET可以是低侧MOSFET并且第二MOSFET可以是高侧MOSFET。

半桥的第一MOSFET(即，或者高侧MOSFET或者低侧MOSFET)的体二极管可以被正向偏置(这是反向操作模式)并且在接通时导通正的正向电流(例如，在零伏特的接通或零伏特开关)。在正常或规则的操作中，电流将归因于谐振回路的特性而改变其方向。也就是通过导通的沟道在反向方向上流动的电流(平行于体二极管)将改变其方向并且变成在体二极管现在不再导通的状态下的通过导通的沟道的正向电流。将第一MOSFET从该正向导通状态关断会引起第一MOSFET的输出电容的充电和第二MOSFET的输出电容的放电。开关节点处的电压因此改变直到跨第二MOSFET的电压变为负的并且电流被第二MOSFET的导通的体二极管钳位(第二MOSFET的反向操作模式)。现在第二MOSFET可以安全地接通(还是在零伏特)。当通过第二MOSFET的电流已改变其极性并且第二MOSFET关断时，跨第一MOSFET的电压将下降因为电流现在使第一MOSFET的输出电容放电。电流将再次被第一MOSFET的导通的体二极管钳位。开关循环重新开始。

在规则的开关操作期间，MOSFET可能会遭受可随时间的推移而损害或以其他方式破坏MOSFET的各种异常操作条件(例如，MOSFET处的高电压或高电流)。硬换向事件当在半桥的一个MOSFET仍然以反向操作模式操作时半桥的另一MOSFET被接通并开始通过其正向导电沟道导通时可能发生的一种类型的异常操作条件。如果在第一MOSFET以反向操作模式操作时第二MOSFET被接通并开始通过其正向导电沟道导通，则可能在半桥的导电环路中发生反向恢复电荷的直通(shootthrough)，这会导致在先前处于反向操作模式的MOSFET处发生的电压过冲。当MOSFET处发生电压水平过冲时，过冲会引起MOSFET以雪崩模式操作；随时间的推移，反复暴露于过冲会引起MOSFET劣化或将其毁坏。

一些功率电路可以包括各种保护并进行各种技术以防止MOSFET被电压过冲损害。一些功率电路幸存于硬换向事件的典型方式是通过依靠固有地更坚固的MOSFET。也就是，功率电路可以包括承受硬换向事件及其过冲后果的MOSFET。然而，对于一些功率电路，依靠MOSFET的固有坚固性可能不可行。这对于其中为了硬换向事件而增强器件结构将与诸如降低通态电阻或降低器件的制造成本等的其他优化目标冲突的所谓超结结构尤其是真的。

在一些示例中，功率电路可以依靠附加的“吸收(snubber)电路”以确保半桥的一个或两个MOSFET以这样的方式操作以至于在遵从功率电路的降额(de-rating)要求(例如，对以小于最大能力的某阈值量的功率进行操作以便促进长久性的要求)的情况下限制用于过冲的电位。该附加的缓冲电路可能会增加功率电路的尺寸、复杂性或成本。

功率电路可以降低其对硬换向事件的暴露的另一方式是通过进行“寿命杀伤(life-timekilling)”技术以降低需要在硬换向事件期间从MOSFET上去除的反向恢复电荷的量(这将例如降低反向恢复电流峰值)。然而，反向恢复电荷的减小可能无法解决反向恢复电流峰值之后的电流下降速率和/或电压升高速率。另外，该技术可能引入制造工艺的复杂性、增加成本和/或降低给定器件的通态电阻。

一些功率电路可以依靠在p柱下方使用相对厚的缓冲层的超结MOSFET作为防止受到硬换向事件的损害的另一方式。当用作功率MOSFET时，超结MOSFET的厚缓冲层可以允许在MOSFET中的p柱和n柱的耗尽之后的空间电荷层的扩张，并且可以增加体二极管换向的柔软性。然而，相对厚的缓冲层可能有害地引起MOSFET的通态电阻(R_DSON)的减小和/或增加MOSFET的成本。

最后，一些功率电路可以通过使用被集成或外部布置在驱动器输出与MOSFET的栅极之间的永久栅极电阻器作为防止硬换向事件发生的方式来防止受到硬换向事件的损害。栅极电阻器可以使得经历着硬换向的MOSFET能够响应于对其漏极电极处的电压的高速率的改变(例如，dv/dt)而触发其正向导电沟道的接通(dv/dt触发的重新接通)作为幸存于硬换向的方式。该技术可以在限制与MOSFET处的硬换向事件相关联的峰值电压上有效并且可以允许MOSFET幸存于临界条件，然而，该技术可以防止MOSFET进行硬且快的关断操作，并且作为结果，降低了其整体效率。

一般情况下，技术和电路被描述用于使得功率电路能够单独地或与“主动”保护方案组合地使用“被动”保护方案以保护半桥免受硬换向事件的损害。被动保护方案是保护MOSFET免受硬换向的损害的非预测方式。当根据被动保护方案操作时，示例功率电路将驱动器配置成整个基于MOSFET的操作状态来保护相应的MOSFET并且不管半桥处正在发生还是有可能发生硬换向。换言之，而不是预测MOSFET处是否有可能发生硬换向，功率电路在各开关循环的MOSFET被关断(即，没有经由其正向导电沟道导通)的至少一部分期间简单地启用驱动器的高欧姆输出(在这里也称作高欧姆状态)。反过来，功率电路在开关循环的剩余部分(即，开关循环的当高欧姆输出未被启用期间的部分)期间启用驱动器的低欧姆输出(在这里也称作低欧姆状态)。以该方式，驱动器的高欧姆输出保护相应的MOSFET免受可能作为硬换向事件的结果发生的潜在电压过冲的损害，并且驱动器的低欧姆输出允许MOSFET进行高效的(例如，硬且快的)开关操作。在一些示例中高欧姆输出和低欧姆输出可以是驱动器的单一个输出端口或者个体输出端口。

高欧姆输出可以通过使用驱动器的高阻抗驱动级或者通过添加被耦合在栅极驱动器与MOSFET中间的高欧姆电阻器来创建。驱动器的低欧姆输出可以通过与被耦合在栅极驱动器与MOSFET中间的低欧姆或无栅极电阻器组合地使用驱动器的低欧姆阻抗来创建。如贯穿该说明书并且在权利要求中所使用的术语“驱动器的高欧姆输出”和“驱动器的低欧姆输出”因此应该被理解为在控制器单元12与MOSFET之间的包括了驱动器、栅极电阻器和诸如分立升压电路等的进一步的驱动级的整个栅极电流路径的特性。“高欧姆输出”可以通过这些集总元件的元件中的一个或多个、例如使用具有高内部电阻和/或相对小的电流能力的驱动器级或者通过在诸如高欧姆栅极电阻器、高欧姆或无升压级等的栅极电流路径中添加进一步的电阻元件来创建。类似地，低欧姆输出是指整个栅极电流路径的低欧姆特性，整个栅极电流路径因此包括了具有低内部电阻和/或高电流能力的强驱动器级、低或无栅极电阻器和/或具有低内部电阻和/或高电流能力的强升压电路。

与被动保护方案不一样，在这里所描述的主动保护方案为功率电路提供了在引起功率电路采取行动以防止硬换向或以其他方式保护功率电路之前首先预测是否有可能发生硬换向事件的方式。当根据主动保护方案操作时，示例功率电路首先确定在不久的将来是否有可能发生硬换向事件。如果有可能发生硬换向，则功率电路启动一个或多个对抗措施以保护MOSFET免受即将到来的硬换向事件的损害。例如，功率电路可以至少部分基于指示出在半桥的一个MOSFET被接通或正要被接通时半桥的另一MOSFET是否“正在其体二极管上导通”的在半桥的不同部分处的电压水平和/或电流水平来确定是否有可能发生硬换向事件。否则，如果功率电路确定不太可能发生硬换向事件，那么功率电路可以抑制启动一个或多个对抗措施中的任何一个。如这里所使用的，短语“正在其体二极管上导通”是指当相应的MOSFET的体二极管正在导通时的情形。

以该方式，在这里所描述的技术和电路提供了防止半桥硬换向事件或至少保护半桥免受硬换向事件的损害的各种简单且低成本的方式。无论使得功率电路根据被动和/或主动保护方案操作，所描述的技术都可以比依靠吸收电路和/或更昂贵且坚固的MOSFET的其他类型的电路更便宜且更简单地使得功率电路能够保护半桥免受硬换向事件的损害。

在这里所描述的以下技术和电路呈现出检测是否可能发生硬换向事件的几个方式以及保护半桥免受潜在的硬换向事件的损害的几个方式。在这里所描述的被动和主动的技术可以在任何置换中并且在任何组合中使用，以防止受到作为硬换向的结果发生在半桥处的损害。

图1是图示出依照本公开的一个或多个方面的包括了被配置成保护功率开关免受硬换向事件的损害的功率电路的系统的示例的方框图。在图1的示例中，系统1包括功率源2、功率电路6、负载4、可选的控制器单元12和可选的测量单元14。在一些示例中，系统1可以包括附加的或更少的组成部件并提供如这里所描述的系统1的功能。

功率源2将呈功率形式的电能量提供至系统1。功率源2的数个示例存在并可以包括但不限于AC/DC转换器、功率电网、发电机、功率变压器、电池、太阳能电池板、风车、退行性制动系统、水力发电发电机或能够将电功率提供至系统1的任何其他形式的电功率设备。虽然图1中未具体示出，但功率源2包括内部电容器组。备选地，在一些示例中，输入电容器可以被布置成与功率源2并联。

负载4接收由功率源2提供且由功率电路6转换的电功率(例如，电压、电流等)。负载4的数个示例存在并且可以包括但不限于计算设备和相关组成部件，诸如微处理器、电组成部件、电路、膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、移动电话、电池、扬声器、发光单元、汽车/船舶/航空/铁路相关组成部件、马达、变压器，或接收来自功率转换器的电压或电流的任何其他类型的电设备和/或电路。

测量单元14是可选的并且可以是系统1的个体组成部件或者测量单元14的功能可以散布在系统1的其他组成部件(例如，控制器单元12、驱动器22和23等)中的一个或多个之间。测量单元14可以对系统1进行分析以确定系统1的组成部件和节点的各种电特性(例如，电压水平、电流水平等)和操作状态。例如，测量单元14可以确定功率电路6的一个或多个组成部件和/或节点处的电压水平、电流水平和/或电流的方向(即，极性)。测量单元14可以从链路17获得关于系统1的信息并且在链路18A和18B处输出关于系统1的组成部件和节点的各种电特性和操作状态的信息。

在一些示例中，测量单元14可以在电流的路径中包括电流传感器(例如，被置于开关节点32与功率开关24和/或开关节点32与功率开关25之间)。在一些示例中，功率开关24和25可以各包括测量单元14可以从中感测流过功率开关24和25的电流的水平和方向的各自的电流镜。测量单元14可以在链路18B之上将流过功率开关24和25的电流的水平和/或方向的指示提供至控制器单元12，控制器单元12可以如下面所描述地从该指示确定是否在功率开关24和25中的一个正要接通时功率开关24和25中的相对的一个处于反向操作模式并正在其体二极管上导通。

测量单元14可以包括硬件、软件、固件或其任何组合的任何合适的布置，以进行归属于测量单元14的技术。例如，测量单元14可以包括任何一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或任何其他等效的集成或分立的逻辑电路，以及这样的组成部件的任何组合。当测量单元14包括软件或固件时，测量单元14进一步包括诸如一个或多个处理器或处理单元等的用于存储和执行软件或固件的任何必要的硬件。一般情况下，处理单元可以包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC、FPGA或任何其他等效的集成或分立的逻辑电路，以及这样的组成部件的任何组合。

控制器单元12通常可以控制功率电路6的组成部件以控制源2与负载4之间的功率的流动。控制器单元12也是可选的并且可以是系统1的个体组成部件或者控制器单元12的功能散布在系统1的其他组成部件(例如，驱动器22和23等)中的一个或多个之间。控制器单元12可以包括硬件、软件、固件或其任何组合的任何合适的布置，以进行在这里归属于控制器单元12的技术。控制器单元12可以经由链路16被耦合至功率电路6以发送和/或接收用于控制功率电路6的操作的对于功率电路6的信号或命令。在一些示例中，控制器单元12也可以经由链路18B被耦合至测量单元14以接收指示出系统1的组成部件和节点的各种电特性(例如，电压水平、电流水平等)和操作状态的信息。控制器单元12可以包括任何一个或多个微处理、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或任何其他等效的集成或分立的逻辑电路，以及这样的组成部件的任何组合。当控制器单元12包括软件或固件时，控制器单元12进一步包括诸如一个或多个处理器或处理单元等的用于存储和执行软件或固件的任何必要的硬件。一般情况下，处理单元可以包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC、FPGA或任何其他等效的集成或分立的逻辑电路，以及这样的组成部件的任何组合。

链路8A、8B、10A、10B、16、17、18A和18B(统称为“链路8至18”)中的每一个表示能够将电功率或电信号从一个部位传导至另一个的任何有线或无线的介质。链路8至18的示例包括但不限于诸如电线、电迹线、导电气体管、双绞线对等等的物理和/或无线的电传输介质。

功率电路6负责将由功率源2提供的电能量转换成用于为负载4提供功率的不同的、可用形式的电能量。功率电路6包括功率开关24和25的半桥布置、驱动器22和23、栅极电阻器20和21及由电感器30和由电容器26与电感器28所构成的谐振回路构成的LLC电路。

在图1的示例中，功率电路6被配置成操作为将链路8A处的由功率源2提供的输入电压转换成链路10A和10B处的用于负载4的输出电压的LLC功率转换器。功率电路6的LLC电路通过改变谐振回路的激发的频率来控制其阻抗。所描述的技术适用于包括了在操作期间易受硬换向事件影响的一个或多个功率开关的其他类型的功率转换器或功率电路，诸如相移零电压开关转换器、三角电流模式功率因数校正级转换器、同步降压/升压转换器、升电压(step-up)转换器、降电压(step-down)转换器等等。在一些示例中，功率电路6可以包括除图1中示出的那些以外的附加的或更少的元件。例如，可以使用附加的或不同类型的滤波器或栅极电阻器。在一些示例中驱动器22与功率开关24和/或驱动器23与功率开关25可以被集成到相同的封装或半导体裸片内或者可以被集成到单独的封装内或单独的半导体裸片上。

功率开关24和25及功率源2组合以形成与系统1相关联的换向环路。功率系统1的换向环路是由与功率源2相关联的电容(例如，DC链路电容器)、链路8A、功率开关24和25的正向导电沟道及链路8B形成的电流路径。

功率开关24和25被围绕开关节点32以半桥配置布置。功率开关24是高侧开关并且功率开关25是低侧开关。通过控制(例如，调制)功率开关24和25，控制器单元12可以使开关节点32处的电压或电流变化，并且作为结果使从源2传递至负载4的能量的量变化。例如，控制器单元12可以根据频率调制、脉冲宽度调制(PWM)技术、脉冲深度调制(PDW)技术、脉冲幅度调制(PAM)技术、脉冲位置调制(PPM)技术、脉冲频率调制(PFM)技术等等来控制功率开关24和25，以控制开关节点32处的电压并使最终的在链路10A和10B处从功率电路6的LLC电路输出的电流的水平和电压的水平变化。

功率开关24和25各表示具有在功率MOSFET的漏极与源极端子之间的内置体二极管的功率MOSFET。在一些示例中，功率开关24可以表示具有场板结构的低电压MOSFET。在一些示例中，功率开关24也可以表示在断态期间支持高电压(例如，高击穿电压)的超结器件(例如，具有被重掺杂、由此减小了对电子流的电阻的厚漂移区和被重掺杂有相反载流子极性的有效地抵消了其固定电荷并形成“耗尽区”的另一区的MOSFET或功率MOSFET)。

栅极电阻器20被布置在驱动器22的输出与功率开关24的栅极端子之间。栅极电阻器21被布置在驱动器23的输出与功率开关25的栅极端子之间。驱动器22可以经由链路16从控制器单元12接收驱动器控制信号，并且基于驱动器控制信号，驱动器22驱动功率开关24的栅极信号以引起功率开关24接通或关断。驱动器22经由或者高欧姆输出34或者低欧姆输出36输出用于功率开关24的栅极信号。驱动器23可以经由链路16从控制器单元12接收驱动器控制信号，并且基于驱动器控制信号，驱动器23驱动功率开关25的栅极信号以引起功率开关25接通或关断。驱动器23经由或者高欧姆输出35或者低欧姆输出37输出用于功率开关25的栅极信号。

虽然图示为驱动器22和23的单独的“输出”，但各自的高欧姆输出34和35及低欧姆输出36和37可以是驱动器22和23的各自的单一个的输出端口，或者可以是驱动器22和23的各自的个体输出端口。换言之，驱动器22可以包括经由栅极电阻器20被耦合至功率开关24的栅极端子的单一个输出端口。驱动器22的单一个输出输出端口可以包括高欧姆输出34和低欧姆输出36两者。反过来，驱动器22可以包括双输出端口，其中每一个被耦合至功率开关24的栅极端子。驱动器22的第一输出端口可以包括高欧姆输出34并且第二输出端口可以包括低欧姆输出36。

在一些示例中，驱动器22可以通过引起与栅极电阻器20相关联的电阻的增加来启用高欧姆输出34，并且反过来可以减小与栅极电阻器20相关联的电阻以启用低欧姆输出36。驱动器23可以通过引起与栅极电阻器21相关联的电阻的增加来启用高欧姆输出35，并且反过来可以减小与栅极电阻器21相关联的电阻以启用低欧姆输出37。

在一些示例中，根据这里所描述的技术和电路，驱动器22和23可以基于从控制器单元12和/或测量单元14获得的信息来启用各自的高欧姆输出34和35或各自的低欧姆输出36和37。例如，驱动器22可以经由链路16从控制器单元12接收命令驱动器22启用高欧姆输出34或低欧姆输出36的输出阻抗信号。另外，驱动器22可以从测量单元14接收向驱动器22指示是否驱动器22应该启用高欧姆输出34还是低欧姆输出36的关于换向环路处的电压水平和电流水平的信息。

在一些示例中，驱动器22和23可以基于由驱动器22和23做出的关于开关24和25的操作状态的确定来启用各自的高欧姆输出34和35或各自的低欧姆输出36和37。例如，驱动器22可以在开关循环的功率开关24被关断的第一阶段的至少一个部分期间启用高欧姆输出34，并且可以在开关循环的功率开关24被接通的第二阶段期间以及在第一阶段的除了第一阶段的高欧姆输出34被启用的至少一个部分以外的任何剩余部分期间启用低欧姆输出36。换一种说法，在开关循环期间，驱动器22可以首先利用被启用的低欧姆输出36引起功率开关24关断(例如，以实现可能的最佳效率)并且其次在短延迟时间(例如，500ns)之后，驱动器22可以利用被启用的高欧姆输出34引起功率开关24完成关断(例如，作为免受硬换向的损害的保护)。驱动器22可以使高欧姆输出34保持被启用，直到驱动器22引起功率开关24回到接通(例如，作为免受硬换向的损害的进一步的保护)。在开关循环中的当驱动器22引起功率开关24回到接通时的点处，驱动器22可以再次启用低欧姆输出36(例如，以实现提高的效率)并对于开关循环的剩余部分使低欧姆输出36保持被启用。

当高欧姆输出34和35被启用时，驱动器22和23将通过以高欧姆的方式耦合功率开关24和25的各自的栅极端子以将各自的栅极端子拉至驱动器的低电位而使功率开关24和25更慢地接通或使功率开关24和25更慢地关断。反过来，当低欧姆输出36和37被启用时，驱动器22和23可以使功率开关24和25更快地接通和关断(即，利用具有较短的延迟时间和较高的电压改变速率(例如，dv/dt)的栅极信号)。

依照该公开的技术，控制器单元12、驱动器22和驱动器23可以以各种方式单独地或以任何组合启用或禁用输出34至37以实施用于保护功率开关24和25免受硬换向事件的损害的被动和/或主动保护方案。下面相对于附加图来描述被动和主动保护方案的细节以及控制器单元12和驱动器22与23可以控制输出34至37的不同方式。

例如，在实施被动保护方案时，控制器单元12可以将驱动器22配置成每当驱动器22引起功率开关24以接通状态操作时使用高欧姆输出34，并且每当驱动器22引起功率开关24以关断状态操作时使用低欧姆输出36。同样，控制器单元12可以将驱动器23配置成取决于驱动器22引起功率开关24是以关断还是以接通状态操作来使用高欧姆输出35或低欧姆输出37。

在实施主动保护方案时，控制器单元12可以首先确定在随后的开关循环期间是否有可能发生硬换向事件，并且如果是的话，启动防止即将到来的硬换向事件或者至少保护功率开关24和25免受即将到来的硬换向事件的损害的一个或多个对抗措施。例如，在确定了当功率开关24正要接通时功率开关25仍然“以反向操作模式”操作的时候，控制器单元12可以引起驱动器23启用高欧姆输出35以保护功率开关24免受作为结果有可能发生的即将到来的硬换向事件的损害。在一些示例中，在确定了当功率开关24正在接通时功率开关25仍然以正在其体二极管上导通的反向操作模式操作的时候，控制器单元12可以引起驱动器22使功率开关24更慢地接通(例如，通过启用高欧姆输出34)，试图限制由硬换向事件引起的电压过冲。在一些示例中，在确定了当功率开关24预计要接通时功率开关25仍然以正在其体二极管上导通的反向操作模式操作的时候，控制器单元12可以引起驱动器22延迟接通功率开关24并维持功率开关24处于关断状态，试图通过允许功率开关25更多时间使其反向恢复电荷复合来防止硬换向事件发生。在一些示例中，在确定了当功率开关24预计要接通时功率开关25仍然以正在其体二极管上导通的反向操作模式操作的时候，控制器单元12可以引起驱动器22延迟接通功率开关24并且维持功率开关24处于关断状态同时还短暂接通功率开关25，试图防止硬换向事件发生。

图2是图示出依照本公开的一个或多个方面的用于保护功率开关24和25免受功率开关24和25处的硬换向事件的损害的示例被动保护方案的操作100的流程图。在图1的背景内描述图2。为了描述容易，将操作100主要描述为由控制器单元12进行。然而，在一些示例中，操作100可以由驱动器22和23中的任一个单独地或与控制器单元12组合地进行。

操作100表示系统1可以保护功率开关24和25免受硬换向事件的损害的非预测方式。操作100不依靠针对硬换向是可能还是不太可能发生的确定。代替地，为了保护功率开关24或25免受硬换向的损害，操作100可以由系统1进行以通过根据功率开关24的当前操作状态配置驱动器22并通过根据功率开关25的当前操作状态配置驱动器23来保护功率开关24和25免受硬换向事件的损害。为了简便起见，以下示例描述了在当功率开关25碰巧正在关断且功率开关24碰巧正在接通时的开关循环期间由控制器单元12进行的操作100，然而相同的操作100类似地适用于当功率开关24碰巧正在关断且功率开关25碰巧正在接通时的情形。

在图2的示例中，控制器单元2通过首先确定功率电路6的功率开关24和25中的任一个是否正在关断(102)而根据被动保护方案操作以保护功率开关24和25免受硬换向事件的损害。例如，控制器单元12根据调制技术控制功率电路6以将能量从源2传递至负载4。在功率开关24和25的开关循环期间，控制器单元12可以引起功率开关24在关断状态下操作同时还引起功率开关25在接通状态下操作。在开关循环的结束时，并且在下一开关循环的开始时，控制器单元12可以在首先引起功率开关25关断之后引起功率开关24在接通状态下操作。

响应于确定了功率开关25正在关断(102)，控制器单元12可以通过引起功率开关25至少最初利用低量的输出阻抗关断来确保功率开关25以增加量的效率关断。控制器单元12可以朝向结束或在关断开关25之后经由链路16输出启用驱动器23的低欧姆输出37的控制信号(104)。

在功率开关25仍然正在关断时，控制器单元12可以引起功率开关25以高量的输出阻抗完成关断以保护功率开关25免受可能在关断期间或之后发生的硬换向事件的损害。换言之，控制器单元12可以在功率开关25完成关断之前经由链路16输出启用驱动器23的高欧姆输出35的控制信号(108)。控制器单元12可以将驱动器23配置成在功率开关25保持关断的状态下继续依靠高欧姆输出35以进一步保护功率开关25免受硬换向事件的损害。

当高欧姆输出35被启用时，功率开关25的栅极可以被以相对高欧姆的方式耦合至驱动器23的接地。相应地，如果发生功率开关25的体二极管的硬换向，则功率开关25可以响应于通过功率开关25的本征反向电容的电压改变(dv/dt)触发的接通而接通其正向导电沟道。以该方式，通过启用高欧姆输出35以诱发功率开关25的自动接通，在这里所描述的被动保护方案类似于使用集成栅极电阻器的一些其他类型的保护方案，但避免了正常操作期间可能发生的由这些其他类型的保护方案引起的效率缺点。

在一些示例中，控制器单元12可以在功率开关25开始关断后的固定或可编程的延迟(106)之后引起驱动器23启用高欧姆输出35。换言之，控制器单元12可以在开关循环的功率开关25被关断的第一阶段的至少一个部分期间引起驱动器23启用高欧姆输出35，并且可以在开关循环的功率开关23被接通的第二阶段期间和在第一阶段的除了第一阶段的高欧姆输出37被启用的至少一个部分以外的任何剩余部分期间两者引起驱动器23启用低欧姆输出37。

最后，在开关循环的结束时，控制器单元12可以确定功率开关25正在接通(110)并且为了提高效率，控制器单元12可以引起驱动器23启用低欧姆输出37(112)。例如，在下一开关循环的开始时，控制器单元12可以首先引起功率开关24关断(例如，初始启用驱动器22的低欧姆输出36，并接着启用驱动器22的高欧姆输出34完成关断)。接下来，控制器单元12可以启用低欧姆输出37引起驱动器23接通功率开关25，使得驱动器23以最好的效率接通功率开关25。

与操作100相关联的被动保护方案可以与其他类型的保护方案组合。例如，功率开关24和25可以经受相对少量的寿命杀伤技术，与被动方案一起产生对与开关24和25相关联的R_DSON的少量增加或没有增加。还有，小的本征栅极电阻器与功率开关24或25的集成，或者小面积的功率开关24或25至本征栅极电阻器的耦合，可以有效地与上面描述的被动方案组合地使用。

图3A至图3C是图示出依照本公开的一个或多个方面的用于保护功率开关24和25免受硬换向事件的损害的示例主动保护方案的操作200的流程图。在图1的背景内描述图3A至图3C。为了描述容易，操作200主要被描述为由控制器单元12进行。然而，在一些示例中，操作200可以由驱动器22和23中的任一个单独地或与控制器单元12组合地进行。与相对于图2的操作100描述的被动保护方案不一样，与操作200相关联的主动保护方案可以为系统1提供了在采取行动或抑制采取行动之前首先预测是否将很容易发生硬换向事件以保护功率开关24和25免受硬换向事件的损害的方式。

图3A示出操作200。图3B图示出图3A的操作200的操作202的更详细的图并且图3C图示出图3A的操作200的操作204的更详细的图。图3A至图3C的流程图的相应部位用标签“开始”、“A”和“B”指定出。

在图3A的示例中，控制器单元12可以确定在将来的(即，下一)开关循环期间在功率开关24或25中的任一个处是否有可能发生硬换向事件(202)。控制器单元12可以以下面相对于图3B和附加图描述的各种方式中的任何一个来确定在功率开关的接通期间是否正要发生硬换向事件。例如，作为一个示例，控制器单元12可以通过对功率开关24和25中的每一个处流动的电流的方向进行分析来确定是否正要发生硬换向事件。

如果开关24和25中的每一个处的电流的方向或极性指示出在开关24和25中的一个正在接通时开关24和25中的另一相对的一个正在其体二极管上导通，则控制器12可以确定正要发生硬换向。例如，控制器单元12可以推断当开关24和25中的一个正在其体二极管上导通并且还正要接通(例如，在通过体二极管的电流改变其方向(即，极性)之前)时，不大可能作为接通的结果而发生硬换向。然而，控制器单元12可以推断当在开关24和25中的一个正在接通时开关24或25中的另一相对的一个正在其体二极管上导通的时候，有可能发生硬换向事件(例如，电流直通)。

响应于确定了有可能发生硬换向事件，控制器单元12可以启动硬换向对抗措施(204)以防止有可能发生的潜在硬换向事件或者至少降低由有可能发生的潜在硬换向事件引起的损害的量。下面相对于图3C和附加图描述了对抗措施的各种示例。在一些示例中，控制器单元12可以在来自驱动器的高欧姆输出的状态下驱动处于反向操作模式的功率开关。在一些示例中，控制器单元12可以使用驱动器的高欧姆输出取代驱动器的低欧姆输出来驱动正在接通的功率开关，以便减慢开关接通的速率。在一些示例中，控制器单元12可以使已经正在以反向操作模式操作(例如，持续开关循环的一半)的功率开关接通，以防止硬换向发生。在一些示例中，控制器单元12可以使预计要接通的功率开关的接通延迟以防止硬换向发生。

响应于确定了不太可能发生硬换向事件，控制器单元12可以抑制启动硬换向对抗措施并且代替地启用驱动器23的低欧姆输出37(206)以允许功率开关25尽可能高效地操作并且不考虑硬换向。换言之，每当控制器单元12确定在下一开关循环中不太可能发生硬换向事件时，控制器单元12可以启动驱动器22和23的低欧姆输出36和37或者可以维持驱动器22和23的低欧姆输出36和37的启动。

一般情况下，图3B是图3A中示出的操作202的更详细的示例。在图3B的示例中，控制器单元12可以以三个方式的任何组合来确定在将来的开关循环期间在功率开关24和25处是否有可能发生硬换向事件(202)。图3B示出为了系统1做出关于硬换向事件是有可能发生(212)还是不太可能发生(214)的确定，系统1首先测量系统1的换向环路的各种电特性(208A至208C)，以便确定是否在换向环路的功率开关中的一个正要接通并开始通过其正向导电沟道导通时换向环路的半桥的相同腿中的另一相对的开关处于反向操作模式(210)。

在图3B的示例中，控制器单元12可以确定开关节点32与谐振电容器26之间的电流流动的方向及功率开关24和25的各自的操作状态(208A)。基于开关节点32与谐振电容器26之间的电流流动的方向及各自的操作状态，控制器单元12可以推断是否在开关24和25中的任一个正在经由其正向导电沟道导通时开关24和25中的另一个正在以反向操作模式操作(210)。

例如，控制器单元12可以从测量单元14接收有关开关节点32与谐振电容器26之间的电流流动的方向的信息。在该示例中，测量单元14可以是可经由链路17测量在开关节点32与电容器26之间流动的电流的极性或方向的一个或多个电流传感器或器件。测量单元14可以从链路17感测在开关节点32与谐振电容器26之间流动的电流的方向，并在链路18B之上将信息提供至控制器单元12。在一些示例中，功率开关24和25可以包括单片集成的电流传感器，测量单元14可以从该电流传感器检测流过功率开关24和25中的每一个的电流的方向和水平。

基于从测量单元14接收到的有关在开关节点32与谐振电容器26之间流动的电流的方向的信息，控制器单元12和/或驱动器22和23可以确定功率开关24和25中的每一个的操作状态。例如，由于控制器单元12输出栅极驱动信号，控制器单元12可以确定电流是正在流过栅极驱动信号指示出应该被关断的开关的体二极管，还是作为通过栅极驱动信号指示出应该被接通的另一开关的正向电流。类似地，由于驱动器22和23接收栅极驱动信号，驱动器22和23可以确定电流是正在流过栅极驱动信号指示出应该被关断的开关的体二极管，还是作为通过栅极驱动信号指示出应该被接通的另一开关的正向电流。

基于从测量单元14接收到的有关在开关节点32与谐振电容器26之间流动的电流的方向的信息，与功率开关24和25的操作状态的确定结合，控制器单元12可以确定是否在开关25正要接通并开始经由其正向导电沟道导通时开关24正在以反向操作模式操作，或者是否在开关24正要接通并开始经由其正向导电沟道导通时开关25正在以反向操作模式操作(210)。如果任一条件成立，则控制器单元12可以确定在将来的(例如，随后的)开关循环期间有可能发生硬换向事件(212)，并且如果两个条件都不成立，则控制器单元12可以确定不太可能发生硬换向事件(214)。例如，考虑控制器单元12可以在当功率开关24和25中的任一个正在以接通状态操作时确定是否有可能发生硬换向事件的以下四个情况。

在第一情况中，控制器单元12可以在当与功率开关24相关联的栅极驱动信号正在驱动功率开关24接通时确定电流正在开关节点32处从电容器26流到半桥内。基于电流正在流到半桥内并且功率开关24被接通的确定，控制器单元12可以推断在平行于功率开关24的导通的体二极管的导电沟道已经被接通时电流一定正在流过功率开关24的体二极管。相应地，如果在电流改变其方向(如它应该在正常操作中)之前开关25正要接通，则控制器单元12可以得出结论有可能发生硬换向事件。

在第二情况中，控制器单元12可以在当与功率开关25相关联的栅极驱动信号正在驱动功率开关接通25时确定电流正在开关节点32处从电容器26流到半桥内。基于电流正在流到半桥内并且功率开关25被接通的确定，控制器单元12可以推断电流正在流过功率开关25的正向导电沟道并且得出结论不太可能发生硬换向事件。

控制器单元12可以在当与功率开关24相关联的栅极驱动信号正在驱动功率开关24接通时确定电流正在开关节点32处流出半桥并流入电容器26内。基于电流正在流出半桥并且功率开关24被接通着的确定，控制器单元12可以推断电流正在流过功率开关24的正向导电沟道并且得出结论不太可能发生硬换向事件。

控制器单元12可以在当与功率开关25相关联的栅极驱动信号正在驱动功率开关25接通时确定电流正在开关节点32处流出半桥并流入电容器26内。基于电流正在流出半桥并且功率开关26被接通的确定，控制器单元12可以推断电流正在流过功率开关25的体二极管并且平行于功率开关25的导通的体二极管的导电沟道已经被接通。相应地，如果在电流改变方向(如它应该在正常操作中)之前开关24正要接通，则控制器单元12可以得出结论有可能发生硬换向事件。

同样，考虑控制器单元12可以在当功率开关24和25中的任一个正在以关断状态操作时确定是否有可能发生硬换向事件的以下附加情况。在第一情况中，控制器单元12可以基于与功率开关25相关联的栅极驱动信号确定功率开关25被关断，并且还确定电流正在从电容器26流到开关节点32内。响应于确定功率开关25被关断并且电流正在流到开关节点32内，控制器单元12可以确定功率开关24的体二极管正在导通。控制器单元12可以确定如果在功率开关24的体二极管正在导通时功率开关25被接通(210)，则在功率开关24的体二极管处有可能发生硬换向事件(212)并且可以启动对抗措施以防止硬换向事件发生和/或至少降低其对功率电路6造成损害的潜在性。

在第二情况中，控制器单元12可以基于与功率开关24相关联的栅极驱动信号确定功率开关24被关断并且电流正在流出开关节点32并流入电容器26。基于功率开关24被关断并且电流正在流出开关节点32的确定，控制器单元12可以确定功率开关25的体二极管正在导通。控制器单元12可以确定如果在功率开关25的体二极管正在导通时功率开关24被接通(210)，则在功率开关25的体二极管处有可能发生硬换向事件(212)并且可以启动对抗措施以防止硬换向事件发生和/或至少降低其对功率电路6造成损害的潜在性。

在图3B的示例中，控制器单元12可以确定流过功率开关24和25的电流的方向或极性(208B)，并且基于流过功率开关24和25的电流的方向，控制器单元12可以确定在下一开关循环期间是否有可能发生硬换向事件(202)。例如，控制器单元12可以从测量单元14接收指示出流过功率开关24和25中的每一个的电流的方向或极性的信息。在一些示例中，功率开关24和25可以包括测量单元14可以从中感测流过功率开关24和25中的每一个的电流的集成电流镜、感测MOSFET、感测电阻器、霍尔传感器等。测量单元14可以在链路18B之上将流过功率开关24和25的电流的方向的指示提供至控制器单元12，控制器单元12可以从该指示确定是否在功率开关24和25中的一个正要接通并开始通过其正向导电沟道导通时功率开关24和25中的另一相对的一个处于反向操作模式(210)。例如，如果流过功率开关24的电流的方向指示出当功率开关25正要接通并开始通过其正向导电沟道导通时功率开关24正在以反向操作模式操作，则控制器单元12可以得出结论有可能发生硬换向事件。如果流过功率开关25的电流的方向指示出当功率开关24正要接通且开始通过其正向导电沟道导通时功率开关25代替地正在以反向操作模式操作(210)，则控制器单元12可以得出结论有可能发生硬换向。

响应于确定了将有可能发生硬换向事件(212)，控制器单元12可以启动对抗措施以防止硬换向事件和/或至少降低其对功率电路6造成损害的潜在性。否则，控制器单元12可以确定不太可能发生硬换向事件(214)并且可以抑制启动对抗措施(例如，并且可以启用或继续使用驱动器22和23的低欧姆输出34和37以维持操作效率)。

在图3B的示例中，控制器单元12可以测量跨功率开关24和25中的一个的电压降和跨功率电路6的DC链路的电压降(208C)以推断是否功率开关24和25中的一个正在其各自的体二极管上导通并因此正在以反向操作模式操作。

例如，控制器单元12可以从测量单元14接收指示出跨功率开关24和25中的仅一个的电压和DC链路电压的信息。作为一个示例，从测量单元14获得的信息可以向控制器单元12指示出DC链路电压为近似380V并且跨功率开关24的电压是300V。使用关于跨功率开关24的电压和DC链路电压的信息，控制器单元12可以确定DC链路电压的余下部分是跨功率开关25的并因此确定跨功率开关25的电压不是负的。如果在跨功率开关25的电压不是负时功率开关25已经在关断状态下操作，则控制器单元12可以得出结论功率开关25不是正在以反向操作模式操作。

作为一个示例，从测量单元14获得的信息可以指示出DC链路电压为近似380V并且跨功率开关24的电压大于380V。使用关于跨功率开关24的电压和DC链路电压的信息，控制器单元12可以确定跨功率开关25的电压是负的。如果当跨功率开关25的电压是负时功率开关25已经正在关断状态下操作，则控制器单元12可以得出结论功率开关25正在以反向操作模式操作。

在图3B的示例中，控制器单元12可以测量跨功率开关24和25中的每一个的电压降(208C)以推断是否功率开关24和25中的每一个正在其各自的体二极管上导通并因此正在以反向操作模式操作。例如，控制器单元12可以从测量单元14接收指示出跨功率开关24和25中的每一个的电压降的信息。控制器单元12可以确定跨任何一个功率开关的负电压降是相应的功率开关正在其体二极管上导通(即，相应的功率开关的体二极管正在导通)的指示。

控制器单元12可以响应于确定了当功率开关24和25中的一个正要被接通时跨功率开关24和25中的另一相对的一个的电压是负的来确定有可能发生硬换向事件(212)。反过来，控制器单元12可以响应于确定了在功率开关24和25中的一个正要被接通时跨功率开关24和25中的另一相对的一个的电压不是负的来确定不太可能发生硬换向事件。

总而言之，控制器单元12可以确定如果在功率开关24或25中的一个处于反向操作模式时功率开关24或25中的另一个被接通(210)，则有可能发生硬换向事件(212)并且可以启动对抗措施以防止硬换向事件和/或至少降低其对功率电路6造成损害的潜在性。否则，控制器单元12可以确定不太可能发硬换向事件并且可以抑制启动对抗措施(例如，并且可以启用驱动器22和23的低欧姆输出34和37以维持操作效率)。

图3C是图3A中示出的操作204的更详细的示例。在图3C的示例中，控制器单元12可以以在下面相对于操作(216A)至(216D)概括的以下四个方式的任何合适组合来启动硬换向对抗措施(204)。在图3C的示例中，在确定了在下一开关循环中有可能发生硬换向事件的时候(202)，控制器单元12可以启用正在其体二极管上导通的开关的驱动器的高欧姆输出(216A)，以保护开关免受即将到来的硬换向事件的损害。例如，在确定了功率开关24正在其体二极管上导通并且功率开关25正要接通以开始在其正向导电沟道上导通之后，控制器单元12可以确定在下一开关循环中将有可能发生硬换向事件(202)，并且响应于确定了在下一开关循环中有可能发生硬换向事件，控制器单元12可以启用驱动器22的高欧姆输出34以保护功率开关24和25免受硬换向事件的损害。在一些示例中，控制器单元12可以在启用高欧姆输出34之前首先关断功率开关24。

反过来，在确定了功率开关25正在其体二极管上导通并且功率开关24正要接通以在其正向导电沟道上导通之后，控制器单元12可以确定在下一开关循环中将有可能发生硬换向事件(202)，并且响应于确定了在下一开关循环中有可能发生硬换向事件，控制器单元12可以启用驱动器23的高欧姆输出35以保护功率开关24和25免受即将到来的硬换向事件的损害。在一些示例中，控制器单元12可以在启用高欧姆输出35之前首先关断功率开关25。

以该方式，当高欧姆输出35被启用时，功率开关25的栅极被以相对高欧姆的方式耦合至驱动器23的接地，使得如果的确发生了功率开关25的体二极管的硬换向(如控制器单元12所预料)，则功率开关25将响应于通过功率开关25的本征反向电容的电压改变(dv/dt)触发的接通而自动地接通其正向导电沟道。同样，当高欧姆输出34被启用时，功率开关24的栅极被以相对高欧姆的方式耦合至驱动器22的接地，使得如果的确发生了功率开关24的体二极管的硬换向，则功率开关24将响应于通过功率开关24的本征反向电容的电压改变(dv/dt)触发的接通而自动地接通其正向导电沟道。

通过利用高欧姆输出使硬换向事件最小化，在硬换向下的功率开关可以接通通过漏极电极上的电压的高速率的改变(例如，dv/dt)被触发的其正向导电沟道。相应地，功率开关处的过电压峰值可以被限制并且功率开关可以更易于幸存于临界条件。此外，每当在下一开关循环中将不会发生硬换向事件时，控制器单元12可以命令驱动器开关回到或维持低欧姆输出，并且因此，功率开关可以利用在正常操作期间启动的低欧姆输出高效地操作。另外，通过利用高欧姆输出使硬换向事件最小化，驱动器可以增加功率开关的寿命。

在图3C的示例中，在确定了在下一开关循环中有可能发生硬换向事件的时候(202)，控制器单元12可以减慢不在其体二极管上导通并正要接通的功率开关的接通(216B)。例如，使由硬换向引起的电压过冲最小化的一个方式是减慢正要被接通以开始在其正向导电沟道上导通的功率开关的接通。减慢开关的接通的一个方式是利用高欧姆输出而不是低欧姆输出来驱动接通。例如，在确定了功率开关25正在其体二极管上导通并且功率开关24正要被接通之后，控制器单元12可以确定在下一开关循环中将有可能发生硬换向事件(202)并且响应于确定了在下一开关循环中有可能发生硬换向事件，控制器单元12可以启用驱动器22的高欧姆输出34以减慢和/或改变功率开关24的接通的斜率作为最小化和/或防止功率开关24和25受到硬换向损害的方式。

在图3C的示例中，在确定了在下一开关循环中有可能发生硬换向事件的时候(202)，控制器单元12可以使半桥的两个开关都在关断状态下操作或者以其他方式抑制使预计要接通的开关接通(例如，持续开关循环的一半)(216C)。换言之，控制器单元12可以在确定了开关可以被安全地接通而不会引起硬换向之前等待，直到正在其体二极管上导通的另一开关不再以反向操作模式操作。如果功率开关24和25都被关断，并且功率开关25接下来预计要接通，则控制器单元12可以在将命令驱动器23接通功率开关25的驱动器控制信号提供至驱动器23之前等待，直到与功率开关24相关联的电流和/或电压不是负。

在图3C的示例中，在确定了在下一开关循环中有可能发生硬换向事件的时候(202)，控制器单元12可以将正在其体二极管上导通的开关接通持续半个开关循环(216D)而不是将预计要接通的开关接通。换言之，而不是通过在一个功率开关处于反向操作模式时接通另一功率开关潜在地引起硬换向事件，控制器单元12可以将正在其体二极管上导通的功率开关切换回到通态持续半个开关循环作为防止硬换向事件发生的方式。换言之，如果功率开关24和25正在关断状态下操作，并且当功率开关25预计要被接通时功率开关24处于反向操作模式，则控制器单元12可以将功率开关24切换回到通态持续部分开关循环(例如，开关循环的诸如一半、四分之一、三分之一等的部分)作为防止硬换向事件发生的方式。

在任何情况下，控制器单元12可以启动操作(216A)至(216D)的硬换向对抗措施的任何组合，以防止有可能发生的硬换向事件或至少降低由有可能发生的硬换向事件引起的损害量。以该方式，操作200可以为功率电路提供了保护半桥的一个功率开关或两者的更加成本有效且较简单的方式，而不是必须依靠更坚固且昂贵的MOSFET。

图4至图7是各图示出依照本公开的一个或多个方面的包括了被配置成保护功率开关免受硬换向事件的损害的功率电路的示例系统的方框图。下面在图1的系统1及图2和图3A至图3C的操作100和200的背景下描述图4至图7。

图4示出系统340，其包括具有可变输出阻抗的驱动器的一个示例。图4的系统340包括功率电路6A、测量单元14A、功率开关24和25及驱动器22和23A。驱动器22和23A被配置成分别驱动功率开关24和25，以便使开关节点32处的电压变化。系统340进一步包括被布置在功率开关25的栅极端子与驱动器23A的输出节点345之间的栅极电阻器21。

驱动器23A被耦合至VCC和GND并且包括输入节点342和344及输出节点345。驱动器23A经由输出节点345输出栅极信号以引起功率开关25接通或关断。在输入节点342处，驱动器23A可以从诸如图1的控制器单元12等的控制器接收驱动器控制信号。在输入节点344处，驱动器23A可以接收针对与系统340相关联的各种电压特性的来自测量单元14A的信息。

驱动器23A包括作为晶体管级362的晶体管(例如，场效应晶体管[FET]、结栅场效应晶体管[JFET]、MOSFET等)的晶体管350A至350B。驱动器23A还包括作为晶体管级360的晶体管(例如，FET、JFET、MOSFET等)的晶体管352。晶体管级360可以具有与晶体管级362相比相对高欧姆的电阻。换言之，当晶体管级360被启用时，驱动器23A可以在输出节点345处具有高欧姆阻抗(例如，在5欧姆至100欧姆之间)。备选地，当晶体管362被启用时，驱动器23A可以在输出节点345处具有低欧姆阻抗(例如，在0.1欧姆与5欧姆之间)。

驱动器23A包括用于处理控制驱动器23A的输出用的输入的逻辑单元348。逻辑单元348可以包括任何一个或多个微处理器、多路复用器、算术逻辑单元(ALU)、寄存器或任何其他等效的集成或分立的逻辑电路，以及这样的组成部件的任何组合。当逻辑单元348包括软件或固件时，逻辑单元348进一步包括诸如一个或多个处理器或处理单元等的用于存储和执行软件或固件的任何必要的硬件。

驱动器23A的逻辑单元348可以控制晶体管级360和362，以使驱动器23A基于在输入节点342处接收到的驱动器控制信号在输出节点345处输出至功率开关25的栅极信号的电压水平(例如，在VCC与GND之间)变化。例如，逻辑单元348可以将驱动器控制信号解释为使功率开关25以接通状态操作的命令，并且作为响应，逻辑单元348可以通过关断晶体管350B和352并接通晶体管350A将输出节点345耦合至VCC。逻辑单元348可以将驱动器控制信号解释为引起功率开关25以关断状态操作的命令，并且作为响应，逻辑单元348可以通过在接通晶体管350B和/或晶体管352时关断晶体管350A将输出节点345耦合至GND。例如，如果晶体管350B和352同时被接通，则功率开关25可以更快地关断。

在一些示例中，驱动器23A的逻辑单元348可以将驱动器控制信号解释为使输出节点345的阻抗变化(例如，启用或抑制启用晶体管级360)的命令，以保护功率开关25免受硬换向事件的损害(例如，作为硬换向对抗措施)。例如，逻辑单元348可以将驱动器控制信号解释为使用低阻抗输出引起功率开关25以关断状态操作的命令，并且作为响应，逻辑单元348可以通过关断晶体管350A并接通晶体管352和/或350B将输出节点345耦合至GND。逻辑单元348可以将驱动器控制信号解释为使用高阻抗输出使功率开关25以关断状态操作的命令，并且作为响应，逻辑单元348可以通过关断晶体管350A和350B并接通晶体管352将输出节点345耦合至GND。

在一些示例中，驱动器23A的逻辑单元348可以对针对于与系统340相关联的各种电压特性的来自测量单元14A的信息进行分析，以确定在功率开关24和25处是否有可能发生硬换向事件。例如，逻辑单元348可以获得关于流过功率开关24和25的电流的方向、跨功率开关24和25中的至少一个的电压、功率开关24和25中的每一个的操作状态、跨系统340的DC链路的电压等的信息。通过进行与图3B的操作202类似的操作，驱动器23A可以确定在功率开关24和25处是否有可能发生硬换向事件。

在图4的示例中，测量单元14A包括由跨功率开关24和25的电阻器356A和356B形成的分压器。测量单元14A可以包括除了图4中示出的那些以外的其他元件，诸如但不限于电流传感器和类似物。测量单元14A可以向驱动器23A提供指示出跨功率开关24和25中的至少一个的电压和跨系统340的DC链路的电压或者跨功率开关24和25两者的电压的信息。从接收自测量单元14A的信息，逻辑单元348可以通过确定跨功率开关24和25中的任一个的电压是否小于零伏特来确定功率开关24和25中的任一个是否处于反向操作模式。

例如，与图3B的以下操作208C所做出的确定类似，逻辑单元348可以接收针对于跨功率开关24和25中的一个的电压降和跨功率电路6的DC链路的电压降的来自测量单元14A的信息(208C)，以推断是否功率开关24和25中的任一个正在其相应的体二极管上导通并因此正在以反向操作模式操作。作为一个示例，从测量单元14A获得的信息可以向逻辑单元348指示出DC链路电压近似等于电压阈值(例如，380V)并且跨功率开关24的电压小于电压阈值(例如，300V)。

逻辑单元348可以确定DC链路电压的余下部分(即，80V)是跨功率开关25的并因此，跨功率开关25的电压不是负的。逻辑单元348可以确定如果功率开关25已经被关断并且具有跨其的不为负的电压降，则功率开关25未处于反向操作模式并因此如果功率开关24被接通不存在硬换向的风险。然而，如果从测量单元14A获得的信息指示出跨功率开关24的电压(例如，400V)大于电压阈值，则逻辑单元238可以确定跨被关断时的功率开关25的电压是负的(即，-2V)并且功率开关25处于反向操作模式并因此如果功率开关24被接通则存在有硬换向的风险。

在一些示例中，逻辑单元348可以根据用于防范硬换向事件的被动方案来操作。逻辑单元348可以在当逻辑单元348开始将功率开关25驱动成关断状态时最初启动晶体管350以启用驱动器23A的低欧姆输出。稍后，逻辑单元348可以在当逻辑单元348将功率开关25驱动成关断状态时代替地启动晶体管352和/或晶体管350B以启用驱动器23A的高欧姆输出持续时间的剩余量。

图5示出系统380，其包括具有多个单独的输出的驱动器的一个示例，其中每个输出被配置成以不同阻抗水平输出栅极信号。图5的系统380包括功率电路6B、功率开关25和驱动器23B。驱动器23B被配置成驱动功率开关25，以便使开关节点32处的电压变化。系统380进一步包括被布置在功率开关25的栅极端子与驱动器23B的输出节点345A至345N(统称为“输出节点345”)之间的栅极电阻器21A至21N(统称为“栅极电阻器21”)。

驱动器23B经由输出节点345输出栅极信号以引起功率开关25接通或关断。输出节点345中的每一个将栅极电阻器21中的相应的一个耦合至晶体管级402A至402N(统称为“晶体管级402”)中的相应的一个。晶体管级402中的每一个包括两个(即，高侧和低侧)晶体管(例如，FET、JEFT、MOSFET等)。当每个晶体管级402的高侧晶体管被启动时，高侧晶体管将输出节点345中的其相应的一个耦合至VCC。备选地，当每个晶体管级402的低侧晶体管被启动时，低侧晶体管将输出节点345中的其相应的一个耦合至GND。

晶体管级402中的每一个具有不同的对应的栅极电阻器21。每当驱动器23B在节点346处产生栅极信号时，驱动器23B基于一个栅极电阻器21来选择并启用晶体管级402中的对应的一个以便使驱动器23B的输出级的阻抗变化，使得与栅极信号相关联的电流通过对应的栅极电阻器21被限制。驱动器23B的一个益处在于，对应的栅极电阻器21可以被选择以具有与晶体管级402中的每一个相关联的期望的输出阻抗，而单独的(即，没有栅极电阻器21)晶体管级402中的每一个的输出阻抗可以相同。例如，考虑其中驱动器23B的期望的高欧姆输出阻抗是20欧姆的实施例。利用5V的米勒平台电压VCC，驱动器23B将产生具有大约250毫安的电流的栅极信号。级402N的沉降(sinking)能力可以被选择为近似300毫安以便确保5V的电压降(米勒平台电压减去GND)跨栅极电阻器21N并且不是跨输出级降落。

逻辑单元348可以启用晶体管级402A以利用低欧姆输出驱动功率开关25，并且可以代替地启用晶体管级402N以利用高欧姆输出驱动功率开关25。例如，逻辑单元348可以确定在功率开关25处正要发生硬换向事件并且可以启用晶体管级402N以保护功率开关25或者至少使可能由硬换向事件引起的损害的量最小化。作为另一示例，逻辑单元348可以启用晶体管级402A以利用低欧姆输出将功率开关25驱动至接通状态并且经由链路16和18A接收指示出正要发生硬换向事件的信息(例如，如果跨功率开关24的电压是负的，等)。为防止硬换向事件发生，逻辑单元348可以停用晶体管级402A并且代替地启用晶体管级402N使得驱动器23B更慢地将功率开关25驱动至接通状态。

图6示出系统540，其包括具有单一个输出端口和两个附加的接通和关断端口的驱动器的一个示例。图6的系统540包括功率电路6C、功率开关25和驱动器23C。驱动器23C被配置成驱动功率开关25，以便使开关节点32处的电压变化。系统540进一步包括被布置在功率开关25的栅极端子与驱动器23C的输出节点545A至545C(统称为“输出节点545”)的栅极电阻器21A至21C(统称为“栅极电阻器21”)。驱动器23C包括晶体管550A至550D(统称为“晶体管550”)。晶体管550A和550D可以具有比晶体管550B和550C大的阻抗值。驱动器23C可以启用晶体管550的不同组合以创建通过电阻器21中的一个或多个的不同阻抗路径作为使节点346处的阻抗变化的方式。驱动器23C可以对于例如用于栅极电阻器21A和21C的高欧姆输出依靠较高电阻栅极电阻器21。

输出节点545B是低欧姆输出端口，驱动器23C被配置成将栅极信号从该低欧姆输出端口提供至功率开关25。晶体管550A和550B与栅极电阻器21B匹配以便提供期望的低欧姆输出阻抗。

输出节点545A和545C分别是每当驱动器23C需要将栅极信号以高欧姆方式提供至功率开关25时被启用或禁用的高欧姆接通输出端口和高欧姆关断输出端口。晶体管550A和550D分别与栅极电阻器21A和21C匹配以便提供期望的高欧姆输出阻抗。也就是，如果相对高的外部栅极电阻器被使用，则相应的输出级的电流能力可以被相当低地选取。

例如，在操作期间，当不存在硬换向的风险或不需要防止硬换向时，逻辑单元348可以通过依靠输出545B和栅极电阻器21B引起驱动器23C以低欧姆的方式在节点346处提供栅极信号。逻辑单元348可以关断晶体管550A、550C和550D并接通晶体管550B以将栅极信号以低欧姆的方式提供至功率开关25。备选地，逻辑单元348可以关断晶体管550C和550D并接通晶体管550A和550B。

当逻辑单元348确定存在有硬换向的风险或存在防止硬换向的需要时，逻辑单元348可以通过依靠输出节点545A或输出节点545C引起驱动器23C以高欧姆方式在节点346处提供栅极信号。例如为了以高欧姆方式接通开关25，逻辑单元348可以接通晶体管550A(并关断晶体管550B、550C和550D)。为了以高欧姆方式接通开关25，逻辑单元348可以接通晶体管550D(并关断晶体管550A、550B和550C)。

图7示出系统640，其包括具有单一个输出端口和多个晶体管级以在输出端口处驱动栅极信号的驱动器的一个示例。图7的系统640包括功率电路6D、功率开关25和驱动器23D。驱动器23D被配置成通过在输出节点645处提供栅极信号来驱动功率开关25，以便使开关节点32处的电压变化。

驱动器23D包括晶体管级604A至604N(统称为晶体管级604)。晶体管级604中的每一个包括两个(即，高侧和低侧)晶体管(例如，FET、JEFT、MOSFET等)。当每个晶体管级604的高侧晶体管被启动时，高侧晶体管将输出节点645耦合至VCC。备选地，当每个晶体管级604的低侧晶体管被启动时，低侧晶体管将输出节点645耦合至GND。

晶体管级604中的每一个的高、低侧晶体管可以具有与其他晶体管级604中的每一个的高、低侧晶体管不同的阻抗。晶体管级604N的高、低侧晶体管可以具有与晶体管级604A的高、低侧晶体管相比相对高欧姆的电阻。当晶体管级604N的高侧晶体管由逻辑单元348启动时，驱动器23D可以在节点645处产生具有与当驱动器23D启动晶体管级604A的高侧晶体管时相比相对高欧姆的阻抗的栅极信号。同样，当晶体管级604N的低侧晶体管由逻辑单元348启动时，驱动器23D可以在节点645处产生具有与驱动器23D启动晶体管级604A的低侧晶体管时相比相对高欧姆的阻抗的栅极信号。在一些示例中，当在节点645处产生具有相对低欧姆的阻抗的栅极信号时，驱动器23D可以启动晶体管级604中的一个或所有的组合而不只是晶体管级604A。

逻辑单元348可以启用晶体管级604A以便以低欧姆的方式驱动功率开关25，并且可以代替地启用晶体管级604N以便以高欧姆的方式驱动功率开关25。例如，逻辑单元348可以确定在功率开关25处正要发生硬换向事件并且可以启用晶体管级604N以保护功率开关25或至少使可能由硬换向事件对功率开关25引起的损害的量最小化。作为另一示例，逻辑单元348可以启用晶体管级604A以利用低欧姆输出将功率开关25驱动成接通状态，并且经由链路16和18A接收指示出硬换向事件正要发生的信息(例如，如果跨功率开关24的电压是负的，等)。为防止硬换向事件发生，逻辑单元348可以禁用晶体管级604A并且代替地启用晶体管级604N使得驱动器23D可以更慢地将功率开关25驱动至接通状态(例如，以高欧姆方式)。

图8是图示出依照本公开的一个或多个方面的功率开关的在由示例系统控制时的示例电特性的时序图。在图1及图2和图3A至图3C的操作100和200的背景内描述图8。

图8示出功率开关25的在时间T0与T5之间的各种电特性。图8描绘了在由驱动器23提供至功率开关25的栅极的栅极信号802、与栅极信号802相关联的阻抗水平804(例如，高欧姆或低欧姆)、功率开关25的漏极-源极电压806和功率开关25的电流808的变化。

在图8的示例中，在时间T0处，功率开关24正在以接通状态操作并且功率开关25被关断。在时间T0与T1之间，阻抗水平804是低的，这指示出栅极信号802正在利用低欧姆输出37由驱动器23驱动以提高效率。在时间T1处，栅极信号802改变并且驱动功率开关24开始切换至关断状态。在时间T1与时间T2之间是固定延迟。在固定延迟之后，在时间T2处，阻抗水平804成为高的，其指示出驱动器23正在实施通过在继续驱动(并最终维持)功率开关24处于关断状态的情况下启用高欧姆输出35以开始保护功率开关24免受硬换向事件的损害的被动保护方案。

在时间T3处，功率开关24利用被启用的低欧姆输出37被驱动回到接通状态以提高效率。在时间T4处，栅极信号802改变并再次利用被启用的低欧姆输出37将功率开关24驱动至关断状态以便提高效率。在时间T5处，阻抗水平804成为高的，其指示出驱动器23正在通过实施当跨功率开关的电压超过电压阈值(例如，380V)时或当功率开关24处的电流降到参考电流以下时通过在维持功率开关24处于关断状态的情况下启用高欧姆输出35来保护功率开关24免受硬换向事件的损害的主动保护方案。

图9A和图9B是图示出依照本公开的一个或多个方面的在功率开关处的硬换向事件期间的功率开关的附加示例电压和电流特性的时序图。特别地，图9A和图9B示出了在这里所描述的技术可以如何帮助功率开关或者避免硬换向事件或者降低硬换向事件可能在功率开关上具有的影响。图9A和图9B示出作为时间的函数的开关24的栅极电压(902)、开关25的栅极电压(904)和通过谐振电容器26的电流(906)。

如图9A所示，硬换向事件的紧急威胁可以在当开关25的第一栅极脉冲(904)的结束之后电流(906)尚未改变极性时的时间T2处被检测到。这暗示着，取代跨开关24的体二极管流动，电流(906)仍然正在流过开关25的体二极管。因此，在时间T2处接通开关24将最有可能导致开关25处的硬换向事件。因此，系统1可以部署如上所述的各种对抗措施以防止硬换向或至少使其影响最小化。

在一些示例中，驱动器23可以启用高欧姆输出35使得开关25在首先被利用来自低欧姆输出37的低阻抗关断之后被利用高阻抗驱动。通过利用被启用的低欧姆输出37关断功率开关25，并接着利用被启用的高欧姆输出35使开关25维持处于关断状态，驱动器23可以帮助开关25通过允许其沟道的dv/dt触发的重新接通而幸免于硬换向事件。

在一些示例中，驱动器22可以通过使用高欧姆输出34缓慢地接通开关24。通过在接通开关24时启用高欧姆输出34，驱动器22在发起硬换向事件时减慢开关24。因此，电流改变速率di/dt可以降低并且跨开关25的电压过冲也将降低。

在一些示例中，如时间T2与T3之间所示，系统1可以禁止栅极电压902以防止开关24接通。通过禁止功率开关24的接通，系统1可以允许暂时仍然流过开关25的体二极管的电流继续续流。在时间T3与T4之间，开关25与其已经导通的体二极管平行地接通(零电压接通)。时间T3与T4之间的接通是安全的。通过谐振电容器的电流(906)现在改变方向并且系统1可以恢复正常操作。以该方式，这些技术已完全地防止了硬换向事件。

在一些示例中，如时间T9与T10之间所示，系统1可以接通“相对”的开关作为避免硬换向事件的方式。例如，在时间T9处，潜在的硬换向可以被检测到，并且通过接通功率开关25取代接通开关24，系统1可以尝试防止硬换向事件发生。换言之，系统1可以“双脉冲调节”功率开关25以迫使电流(906)改变方向。在时间T9处接通功率开关25也是安全的，因为电流已经正在流过开关25的体二极管(例如，零电压开关)。通过谐振电容器26的电流(906)在时间T10处改变方向并且系统1返回至正常操作。再次，以该方式，这些技术已完全地防止了硬换向事件。图9A示出系统1可以在双脉冲(904)的第二脉冲完成之后在引起功率开关24接通之前等待直到时间T11。通过等待第二脉冲(904)完成，系统1可以在时间T11之后，与之前的时间相比在栅极信号(902)上引起半个循环的相移。

备选地，图9B示出系统1可以只要电流(906)改变极性就接通功率开关24。也就是，而不是引起栅极信号(902)比安全地接通功率开关24所必需的任何更长的延迟，图9B示出系统1可以在时间T10处关断功率开关25并接通功率开关24并且恢复正常操作。

在该说明书提到的已经在LLC转换器的背景下明确说明的构思可以被转移到其他拓扑结构，诸如同步降压、同步升压、双有源桥、相移ZVS、反激转换器等。到此为止所说明的是其中在半桥中的两个开关都被永久地控制成以顺次的时间间隔主动地传递功率的所谓的“对称解决方案”。除了对称解决方案，存在有可以应用目前为止提到的构思的三个其他的兴趣区。

第一兴趣区是使用半桥或全桥以非永久性方式控制功率的传递的拓扑。在这里的一个示例是双有源桥，其由在变压器的初级侧和次级侧上的两个全桥构成。典型地，该拓扑被用作诸如将电池耦合至DC链路的双向转换器。功率可以被从DC链路传递至电池或反之亦然。因此，或者初级侧开关或者次级侧开关被用来控制功率而另一开关被用作同步整流元件。在该专利中所概括的权利要求因此应该理解为还涵盖被非永久性地用来主动地控制功率的开关。

第二兴趣区是其中与目前为止所讨论的LLC电路相比第一开关正在主动地控制功率并且第二开关正在同步地对电流进行整流的非对称拓扑。示例包括同步降压和同步升压拓扑。在该背景下，一个开关是控制FET，另一个是所谓的同步FET。如果例如该拓扑在正常条件下在非连续电流模式或过渡模式或三角电流模式下使用，则同步FET的换向将总是在通过正向导通沟道的零电流或正电流时发生。也就是不会有硬换向。然而如果拓扑在连续电流模式下使用(也就是在同步FET仍然正在其体二极管上导通时接通控制FET)则会发生硬换向事件。通过使用以上讨论的构思，这些硬换向可以被避免或者至少潜在的损害可以被限制。

第三兴趣区是其中同步整流元件在诸如用于反激等的变压器的次级侧上的拓扑。同样，在非连续电流、过渡模式或三角电流模式下没有硬换向事件。然而在连续电流模式下会发生硬换向事件。通过使用以上讨论的构思，在该情况中的硬换向可以被避免或者至少潜在损害可以被限制。

条款1.一种方法，包括：用驱动器驱动功率开关以对于功率开关的至少开关循环将功率供给至负载，其中驱动功率开关包括：在开关循环的功率开关被关断的第一阶段的至少一个部分期间启用驱动器的高欧姆输出；并且在开关循环的功率开关被接通的第二阶段期间和在第一阶段的除了第一阶段的高欧姆输出被启用的至少一个部分以外的任何剩余部分期间两者启用驱动器的低欧姆输出。对于被添加在说明书的澄清是可以的。

条款2.条款1的方法，其中启用驱动器的高欧姆输出包括：响应于确定了自功率开关上一次被关断起已经过去阈值时间量，启用高欧姆输出。

条款3.条款1至2中的任何一个的方法，其中驱动功率开关进一步包括确定功率开关是被关断还是被接通，其中高欧姆输出响应于确定了功率开关被关断而被启用，并且低欧姆输出响应于确定了功率开关被接通而被启用。

条款4.条款3的方法，其中控制器或驱动器确定功率开关是被关断还是被接通。

条款5.条款1至4中的任何一个的方法，其中驱动器的高欧姆输出的启用在硬换向事件期间保护功率开关。

条款6.条款1至5中的任何一个的方法，其中高欧姆输出的启用在第一时间量中将功率开关配置成接通，并且低欧姆输出的启用在小于第一时间量的第二时间量中将功率开关配置成接通。

条款7.条款1至6中的任何一个的方法，其中启用驱动器的低欧姆输出使得功率开关能够比高欧姆输出被启用时更快地接通。

条款8.条款1至7中的任何一个的方法，其中高欧姆输出和低欧姆输出是驱动器的可配置成当高欧姆输出被启用时具有较大输出电阻量并且当低欧姆输出被启用时具有较小输出电阻量的单一个输出。

条款9.条款1至8中的任何一个的方法，其中高欧姆输出和低欧姆输出是驱动器的两个不同的且可单独选择的输出。

条款10.一种功率开关的驱动器，该功率开关被用来对于功率开关的至少开关循环将功率供给至负载，驱动器包括至少一个输出，其中至少一个输出包括：在开关循环的功率开关被关断的第一阶段的至少一个部分期间被启用的高欧姆输出；和在开关循环的功率开关被接通的第二阶段期间和在第一阶段的除了第一阶段的高欧姆输出被启用的至少一个部分以外的任何剩余部分期间被启用的低欧姆输出。

条款11.条款10的驱动器，其中：高欧姆输出被配置成当被启用时利用第一阻抗量将栅极信号提供至功率开关；低欧姆输出被配置成当被启用时利用小于第一阻抗量的第二阻抗量将栅极信号提供至功率开关。

条款12.条款10至11中的任何一个的驱动器，其中驱动器被配置成基于驱动器从控制器接收到的驱动器控制信号来确定启用低欧姆输出还是高欧姆输出。

条款13.条款10至12中的任何一个的驱动器，其中驱动器被配置成：对于在开关循环的第一阶段期间的就在开关循环的第一阶段的至少一个部分期间启用高欧姆输出之前的阈值时间量启用低欧姆输出。

条款14.条款10至13中的任何一个的驱动器，其中：低欧姆输出和高欧姆输出均包括相应的晶体管级，晶体管级被配置成将功率开关的栅极端子电耦合至驱动器的正电源节点以将功率开关驱动至接通状态，或者将功率开关的栅极端子电耦合至驱动器的最低电位电源节点以将功率开关驱动至关断状态。

条款15.条款10至14中的任何一个的驱动器，其中：高欧姆输出的晶体管级具有比低欧姆输出的晶体管级大的阻抗量。

条款16.条款10至15中的任何一个的驱动器，其中至少一个输出是被电耦合至驱动器的单一个输出端口的单一个输出。

条款17.条款10至16中的任何一个的驱动器，其中至少一个输出包括：可配置为低欧姆输出的第一输出，第一输出被电耦合至驱动器的第一输出端口；和可配置为高欧姆输出的第二输出，第二输出被电耦合至驱动器的第二输出端口。

条款18.条款17的驱动器，其中第一输出端口被配置成经由第一栅极电阻器耦合至功率开关的栅极端子，并且第二输出端口被配置成经由第二栅极电阻器耦合至栅极端子。

条款19.一种系统，包括：半桥，其包括在开关节点处被耦合至第二开关的第一开关；第一驱动器，被配置成驱动第一开关；和第二驱动器，被配置成通过至少如下方式来驱动第二开关：在第二开关的开关循环的第二开关被关断的第一阶段的至少一个部分期间，利用第二驱动器的高欧姆输出驱动第二开关；和，在第二开关的开关循环的第二开关被接通的第二阶段和第二开关的开关循环的第一阶段的除了第二开关的第一阶段的至少一个部分以外的任何剩余部分期间，利用第二开关的低欧姆输出驱动第二开关。

条款20.条款19的系统，其中第一驱动器被进一步配置成通过至少如下方式来驱动第一开关：在第一开关的开关循环的第一开关被关断的第一阶段的至少一个部分期间，利用第一驱动器的高欧姆输出驱动第一开关，和，在第一开关的开关循环的第一开关被接通的第二阶段和第一开关的开关循环的第一阶段的除了第一开关的第一阶段的至少一个部分以外的任何剩余部分期间，利用第一开关的低欧姆输出驱动第一开关。

条款21.条款19至20中的任何一个的系统，其中第二驱动器被进一步配置成：对于在利用高欧姆输出驱动第一开关之前的阈值时间量，利用低欧姆输出驱动第二开关。

条款22.条款19至21中的任何一个的系统，进一步包括被配置成将驱动器控制信号输出至第二驱动器的控制器单元，其中第二驱动器被进一步配置成基于驱动器控制信号来利用高欧姆输出驱动第二开关。

条款23.条款19至22中的任何一个的系统，其中第二驱动器的高欧姆输出和第二驱动器的低欧姆输出或者是单一个输出端口或者是相应的个体输出端口。

条款24.一种系统，包括用于执行条款1至9的方法中的任何一个的装置。

条款25.一种驱动器，包括用于执行条款1至9的方法中的任何一个的装置。

条款26.一种控制器单元，包括用于执行条款1至9的方法中的任何一个的装置。

条款27.一种非暂态计算机可读存储单元，包括当被执行时将系统的至少一个处理器配置成执行条款1至9的方法中的任何一个的指令。

条款28.一种方法，包括：在谐振转换器的半桥的第一和第二功率开关的当前开关循环期间，确定在第一和第二功率开关的将来的开关循环期间在半桥处是否有可能发生硬换向事件；响应于确定了在将来的开关循环期间有可能发生硬换向事件，启动至少一个硬换向对抗措施；和响应于确定了在将来的开关循环期间不发生硬换向事件，抑制启动至少一个硬换向对抗措施。

条款29.条款28的方法，其中启动至少一个硬换向对抗措施防止硬换向事件或者至少保护第一和第二功率开关中的至少一个免受硬换向事件的损害。

条款30.条款28至29中的任何一个的方法，其中确定在将来的开关循环期间是否有可能发生硬换向事件包括：确定在半桥的开关节点与谐振转换器的谐振电容器之间流动的电流的方向；确定第一和第二功率开关中的每一个的相应的操作状态；基于电流的方向和第一和第二功率开关的相应的操作状态，确定是否在第二开关正在通过第二开关的正向导电沟道导通时第一功率开关通过在第一功率开关的相应的体二极管上导通而正在以反向操作模式操作；和，响应于确定在第二开关正在通过正向导电沟道导通时第一功率开关正在以反向操作模式操作，确定在将来的开关循环期间有可能发生硬换向事件。

条款31.条款28至30中的任何一个的方法，其中确定在将来的开关循环期间是否有可能发生硬换向事件包括：确定流过第一和第二功率开关中的每一个的电流的相应的方向；基于流过第一和第二功率开关中的每一个的电流的相应的方向，确定是否在第二开关正在通过第二开关的正向导电沟道导通时第一功率开关正在以反向操作模式操作；和，响应于确定在第二开关正在通过正向导电沟道导通时第一功率开关正在以反向操作模式操作，确定在将来的开关循环期间有可能发生硬换向事件。

条款32.条款28至31中的任何一个的方法，其中确定在将来的开关循环期间是否有可能发生硬换向事件包括：确定跨第一和第二功率开关中的每一个的相应的电压；基于跨第一和第二功率开关中的每一个的相应的电压，确定是否在第二开关正在通过第二开关的正向导电沟道导通时第一功率开关正在以反向操作模式操作；和，响应于确定在第二开关正在通过正向导电沟道导通时第一功率开关正在以反向操作模式操作，确定在将来的开关循环期间有可能发生硬换向事件。

条款33.条款28至32中的任何一个的方法，其中确定在将来的开关循环期间是否有可能发生硬换向事件包括：确定跨第一和第二功率开关中的一个的第一电压；确定跨半桥的DC链路的第二电压；基于第一电压和第二电压，确定是否在第二开关正在通过第二开关的正向导电沟道导通时第一功率开关正在以反向操作模式操作；和，响应于确定在第二开关正在通过正向导电沟道导通时第一功率开关正在以反向操作模式操作，确定在将来的开关循环期间有可能发生硬换向事件。

条款34.条款28至33中的任何一个的方法，其中第一功率开关被配置成在将来的开关循环期间保持被关断，并且其中启动至少一个对抗措施包括启用第一功率开关的驱动器的高欧姆输出。

条款35.条款28至34中的任何一个的方法，其中第二功率开关被配置成在将来的开关循环期间接通，其中启动至少一个对抗措施包括启用第二功率开关的驱动器的高欧姆输出以减慢第二功率开关的接通。

条款36.条款28至35中的任何一个的方法，其中第二功率开关被配置成在将来的开关循环期间接通，其中启动至少一个对抗措施包括在将来的开关循环期间抑制接通第二功率开关。

条款37.条款36的方法，其中启动至少一个对抗措施进一步包括在将来的开关循环期间接通第一功率开关。

条款38.条款28至37中的任何一个的方法，其中抑制启动至少一个硬换向对抗措施包括启用第一和第二功率开关中的至少一个的驱动器的低欧姆输出。

条款39.条款28至38中的任何一个的方法，其中将来的开关循环是在时间上紧跟随当前开关循环的下一随后的开关循环。

条款40.一种用于功率电路的控制器单元，控制器单元被配置成：在半桥的当前开关循环期间，确定在将来的开关循环期间在半桥处是否有可能发生硬换向事件，其中半桥包括在开关节点处被耦合至第二开关的第一开关；和，响应于确定在将来的开关循环期间有可能发生硬换向事件，控制第一驱动器和第二驱动器以启动至少一个硬换向对抗措施，其中第一驱动器驱动第一开关并且第二驱动器驱动第二开关。

条款41.条款40的控制器单元，其中控制器单元被进一步配置成：从测量单元接收由测量单元感测到的半桥的电特性的指示；并且至少部分基于电特性来确定在将来的开关循环期间在半桥处是否有可能发生硬换向事件。

条款42.条款40至41中的任何一个的控制器单元，其中控制器单元被配置成：至少部分基于正在开关节点与谐振电容器之间流动的电流的方向和第一和第二开关中的每一个的相应的操作状态，确定在将来的开关循环期间在半桥处是否有可能发生硬换向事件。

条款43.条款40至42中的任何一个的控制器单元，其中控制器单元被配置成：至少部分基于流过第一和第二开关中的每一个的电流的相应的方向，确定在将来的开关循环期间在半桥处是否有可能发生硬换向事件。

条款44.条款40至43中的任何一个的控制器单元，其中控制器单元被配置成：至少部分基于跨第一和第二开关中的每一个的相应的电压，确定在将来的开关循环期间在半桥处是否有可能发生硬换向事件。

条款45.条款40至44中的任何一个的控制器单元，其中控制器单元被配置成：至少部分基于跨第一和第二功率开关中的一个的第一电压和跨半桥的DC链路的第二电压，确定在将来的开关循环期间在半桥处是否有可能发生硬换向事件。

条款46.条款40至45中的任何一个的控制器单元，其中控制器单元被配置成：通过启用第一驱动器的高欧姆输出和第二驱动器的高欧姆输出中的至少一个，控制第一驱动器和第二驱动器以启动至少一个硬换向对抗措施。

条款47.条款40至46中的任何一个的控制器单元，其中控制器单元被配置成通过如下方式来控制第一驱动器和第二驱动器以启动至少一个硬换向对抗措施：在命令第二驱动器以在将来的开关循环期间使第二开关维持以关断状态操作时，命令第一驱动器以在将来的开关循环期间抑制接通第一开关；或者在命令第二驱动器以在将来的开关循环期间接通第二开关时，命令第一驱动器在将来的开关循环期间抑制接通第一开关。

条款48.条款40至47中的任何一个的控制器单元，其中将来的开关循环是在时间上紧跟随当前开关循环的下一随后的开关循环。

条款49.一种系统，包括：半桥，其包括在开关节点处被耦合至第二开关的第一开关；第一驱动器，被配置成驱动第一开关；第二驱动器，被配置成驱动第二开关；和控制器单元，被配置成：确定在将来的开关循环期间在半桥处是否有可能发生硬换向事件；和响应于确定了在将来的开关循环期间有可能发生硬换向事件，控制第一驱动器和第二驱动器以启动至少一个硬换向对抗措施。

条款50.条款49的系统，其中将来的开关循环是下一随后的开关循环。

条款51.一种系统，包括用于执行条款28至39的方法中的任何一个的装置。

条款52.一种驱动器，包括用于执行条款28至39的方法中的任何一个的装置。

条款53.一种控制器单元，包括用于执行条款28至39的方法中的任何一个的装置。

条款54.一种非暂态计算机可读存储单元，包括当被执行时将系统的至少一个处理器配置成执行条款28-39的方法中的任何一个的指令。

上述示例被用来示出适用于在这里所描述的技术和电路的示例或应用。在一个或多个示例中，所描述的功能可以以硬件、软件、固件或其任何组合实施。如果以软件实施，则功能可以作为一个或多个指令或代码被存储在计算机可读介质上或在计算机可读介质上传输并且由基于软件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括：计算机可读存储介质，其对应于诸如数据存储介质等的有形介质；或通信介质，其包括便于计算机程序的例如根据通信协议从一个地方至另一地方的传送的任何介质。以该方式，计算机可读介质通常可以对应于(1)非暂态的有形计算机可读存储介质或(2)诸如信号或载波等的通信介质。数据存储介质可以是可由一个或多个计算机或者一个或多个处理器访问以获取用于在该公开中所描述的技术的实施的指令、代码和/或数据结构的任何可用介质。计算机程序产品可以包括计算机可读介质。

通过示例的方式，并且非限制性的，这样的计算机可读存储介质可以包括包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、闪存，或者可用来存储呈指令或数据结构形式的期望的程序代码且可由计算机访问的任何其他介质。还有，任何连接被恰当地称为计算机可读介质。例如，如果指令被使用同轴线缆、光纤线缆、双绞对、数字用户线(DSL)或诸如红外、无线电和微波等的无线技术从网站、服务器或其他远程源传输，那么同轴线缆、光纤线缆、双绞对、DSL或诸如红外、无线电和微波等的无线技术被包括在介质的定义中。然而应该理解的是，计算机可读存储介质和数据存储介质不包括连接、载波、信号或其他瞬态介质，而是代替地指向于非瞬态的有形存储介质。

指令可以由诸如一个或多个数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)或其他等效的集成或分立的逻辑电路等的一个或多个处理器执行。相应地，如在这里所使用的术语“处理器”可以是指前述结构或适合于在这里所描述的技术的实施的任何其他结构。另外，在一些方面，在这里所描述的功能可以被设置在配置用于编码和解码的专用硬件和/或软件模块内，或者被包含在组合的编解码器中。还有，技术可以完全在一个或多个电路或逻辑元件中实施。

该公开内容的技术可以在各种各样的设备或装置、集成电路(IC)或一组IC(例如，一个芯片组)中实施。各种组成部件、模块或单元在该公开中被描述以强调配置成进行所公开的技术的设备的功能方面，但并不一定要求由不同的硬件单元实现。相反，如上所述，各种单元可以被组合在编解码器硬件单元中，或者由与合适的软件和/或固件结合的包括了如上所述的一个或多个处理器的互操作性硬件单位的集合提供。

已描述了公开的各种示例。这些及其他示例在以下权利要求的范围之内。

Claims (23)

1.一种方法，包括：

用驱动器驱动功率开关以对于所述功率开关的至少开关循环将功率供给至负载，其中驱动所述功率开关包括：

在所述开关循环的所述功率开关被关断的第一阶段的至少一个部分期间启用所述驱动器的高欧姆输出；并且

在所述开关循环的所述功率开关被接通的第二阶段期间和在所述第一阶段的除了所述第一阶段的所述高欧姆输出被启用的所述至少一个部分以外的任何剩余部分期间两者启用所述驱动器的低欧姆输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其中启用所述驱动器的所述高欧姆输出包括：响应于确定自所述功率开关上一次被关断起已经过去阈值时间量，启用所述高欧姆输出。

3.根据权利要求1所述的方法，其中驱动所述功率开关进一步包括确定所述功率开关是被关断还是被接通，其中所述高欧姆输出响应于确定所述功率开关被关断而被启用，并且所述低欧姆输出响应于确定所述功率开关被接通而被启用。

4.根据权利要求3所述的方法，其中控制器或所述驱动器确定所述功率开关是被关断还是被接通。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述驱动器的所述高欧姆输出的所述启用在硬换向事件期间保护所述功率开关。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述高欧姆输出的所述启用在第一时间量中将所述功率开关配置成接通，并且所述低欧姆输出的所述启用在小于所述第一时间量的第二时间量中将所述功率开关配置成接通。

7.根据权利要求1所述的方法，其中启用所述驱动器的所述低欧姆输出使得所述功率开关能够比所述高欧姆输出被启用时更快地接通。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述高欧姆输出和所述低欧姆输出是所述驱动器的单一个输出，所述单一个输出可配置成当所述高欧姆输出被启用时具有较大输出电阻量并且当所述低欧姆输出被启用时具有较小输出电阻量。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述高欧姆输出和所述低欧姆输出是所述驱动器的两个不同的且可单独选择的输出。

10.一种功率开关的驱动器，所述功率开关被用来对于所述功率开关的至少开关循环将功率供给至负载，所述驱动器包括至少一个输出，其中所述至少一个输出包括：

在所述开关循环的所述功率开关被关断的第一阶段的至少一个部分期间被启用的高欧姆输出；和

在所述开关循环的所述功率开关被接通的第二阶段期间和在所述第一阶段的除了所述第一阶段的所述高欧姆输出被启用的所述至少一个部分以外的任何剩余部分期间被启用的低欧姆输出。

11.根据权利要求10所述的驱动器，其中：

所述高欧姆输出被配置成当被启用时利用第一阻抗量将栅极信号提供至所述功率开关；

所述低欧姆输出被配置成当被启用时利用小于所述第一阻抗量的第二阻抗量将所述栅极信号提供至所述功率开关。

12.根据权利要求10所述的驱动器，其中所述驱动器被配置成基于所述驱动器从控制器接收到的驱动器控制信号来确定启用所述低欧姆输出还是所述高欧姆输出。

13.根据权利要求10所述的驱动器，其中所述驱动器被配置成：

对于在所述开关循环的所述第一阶段期间的就在所述开关循环的所述第一阶段的所述至少一个部分期间启用所述高欧姆输出之前的阈值时间量启用所述低欧姆输出。

14.根据权利要求10所述的驱动器，其中：

所述低欧姆输出和所述高欧姆输出均包括相应的晶体管级，所述晶体管级被配置成将所述功率开关的栅极端子电耦合至所述驱动器的正电源节点以将所述功率开关驱动至接通状态，或者将所述功率开关的所述栅极端子电耦合至所述驱动器的最低电位电源节点以将所述功率开关驱动至关断状态。

15.根据权利要求14所述的驱动器，其中：

所述高欧姆输出的所述晶体管级具有比所述低欧姆输出的所述晶体管级大的阻抗量。

16.根据权利要求10所述的驱动器，其中所述至少一个输出是被电耦合至所述驱动器的单一个输出端口的单一个输出。

17.根据权利要求10所述的驱动器，其中所述至少一个输出包括：

可配置为所述低欧姆输出的第一输出，所述第一输出被电耦合至所述驱动器的第一输出端口；和

可配置为所述高欧姆输出的第二输出，所述第二输出被电耦合至所述驱动器的第二输出端口。

18.根据权利要求17的驱动器，其中所述第一输出端口被配置成经由第一栅极电阻器耦合至所述功率开关的栅极端子，并且所述第二输出端口被配置成经由第二栅极电阻器耦合至所述栅极端子。

19.一种系统，包括：

半桥，其包括在开关节点处被耦合至第二开关的第一开关；

第一驱动器，被配置成驱动所述第一开关；和

第二驱动器，被配置成通过至少如下方式来驱动所述第二开关：

在所述第二开关的开关循环的所述第二开关被关断的第一阶段的至少一个部分期间，利用所述第二驱动器的高欧姆输出驱动所述第二开关；和

在所述第二开关的所述开关循环的所述第二开关被接通的第二阶段和所述第二开关的所述开关循环的所述第一阶段的除了所述第二开关的所述第一阶段的所述至少一个部分以外的任何剩余部分期间，利用所述第二开关的低欧姆输出驱动

所述第二开关。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述第一驱动器被进一步配置成通过至少如下方式来驱动所述第一开关：

在所述第一开关的开关循环的所述第一开关被关断的第一阶段的至少一个部分期间，利用所述第一驱动器的高欧姆输出驱动所述第一开关，和

在所述第一开关的所述开关循环的所述第一开关被接通的第二阶段和所述第一开关的所述开关循环的所述第一阶段的除了所述第一开关的所述第一阶段的所述至少一个部分以外的任何剩余部分期间，利用所述第一开关的低欧姆输出驱动所述第一开关。

21.根据权利要求19所述的系统，其中所述第二驱动器被进一步配置成：对于在利用所述高欧姆输出驱动所述第一开关之前的阈值时间量，利用所述低欧姆输出驱动所述第二开关。

22.根据权利要求19所述的系统，进一步包括被配置成将驱动器控制信号输出至所述第二驱动器的控制器单元，其中所述第二驱动器被进一步配置成基于所述驱动器控制信号来利用所述高欧姆输出驱动所述第二开关。

23.根据权利要求19所述的系统，其中所述第二驱动器的所述高欧姆输出和所述第二驱动器的所述低欧姆输出或者是单一个输出端口或者是相应的个体输出端口。