CN106664021B - 控制高侧栅极驱动器的电源电压 - Google Patents

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Abstract

在所述实例中，控制在电源转换器(10)中使用的高侧栅极驱动器(18)的电源电压。响应于发生在所述电源转换器(10)的输入电压引线(42)上的过电压状况，所述电源转换器(10)可将电荷泵电容器(32)的端子与所述输入电压引线(42)解耦，且将所述电容器(32)的所述端子耦合到参考电压引线(38)。

Description

控制高侧栅极驱动器的电源电压
技术领域
本发明涉及电路，且更特定来说，涉及电源转换器。
背景技术
汽车负荷突降(load dump)是指当电池正充电时交通工具电池与交流发电机断开。此断开可致使在汽车电子器件的电源转换电路中出现高电压，这又可损坏电源转换电路中的组件。
发明内容
在所述实例中，一种集成电路包含：输入电压引线；高侧栅极驱动输出引线；第一电荷泵电容器引线；第二电荷泵电容器引线；及参考电压引线。所述集成电路进一步包含电荷泵电路，其具有输入及耦合到所述第二电荷泵电容器引线的输出。所述集成电路进一步包含栅极驱动器，其具有控制输入、耦合到所述电荷泵电路的所述输出的电力供应器以及耦合到所述高侧栅极驱动输出引线的输出。所述集成电路进一步包含开关电路，其具有控制输入、耦合到所述参考电压引线的第一端子、耦合到所述输入电压引线的第二端子及耦合到所述第一电荷泵电容器引线的第三端子。所述集成电路进一步包含过电压检测电路，其具有耦合到所述输入电压引线的输入及耦合到所述开关电路的所述控制输入的输出。
在其它所述实例中，一种方法包含基于是否针对输入电压引线检测到过电压状况而将电荷泵电容器引线选择性地耦合到输入电压引线或参考电压。所述输入电压引线耦合到栅极驱动器的电力供应器。
在更多所述实例中，一种汽车系统包含一或多个汽车电子组件。所述汽车系统进一步包含汽车电池。所述汽车系统进一步包含耦合到所述电池的交流发电机。所述汽车系统进一步包含耦合到所述交流发电机的电源轨。所述汽车系统进一步包含耦合在所述电源轨与所述汽车电子组件之间的电源转换器。所述电源转换器包含通路晶体管。所述电源转换器进一步包含耦合到所述通路晶体管的栅极驱动器。所述电源转换器进一步包含电容器，其具有耦合到所述栅极驱动器的电力输入的第一端子。所述电源转换器进一步包含电路，其经配置以响应于在所述电源轨上检测到过电压状况而将所述电容器的第二端子与所述电源轨解耦，且响应于在所述电源轨上检测到过电压状况而将所述第二电容器的所述第二端子耦合到参考电压引线。
在进一步所述实例中，一种集成电路包含输入电压引线、高侧栅极驱动输出引线及低侧栅极驱动输出引线。所述集成电路进一步包含高侧栅极驱动器，其具有输入及耦合到所述高侧栅极驱动输出引线的输出。所述集成电路进一步包含低侧栅极驱动器，其具有输入及耦合到所述低侧栅极驱动输出引线的输出。所述集成电路进一步包含控制电路，其具有输入、耦合到所述高侧栅极驱动器的所述输入的第一输出及耦合到所述低侧栅极驱动器的所述输入的第二输出。所述集成电路进一步包含过电压检测电路，其具有耦合到所述输入电压引线的输入及耦合到所述控制电路的所述输入的输出。所述控制电路经配置以响应于针对由所述输入电压引线载送的电压检测到过电压状况而经由所述第一输出来输出第一控制信号，且响应于针对由所述输入电压引线载送的电压检测到过电压状况而经由所述第二输出来输出第二控制信号，所述第一控制信号致使高侧开关晶体管关断，且所述第二控制信号致使低侧开关晶体管关断。
在另外所述实例中，一种方法包含检测开关模式电源转换器的输入电压引线上的过电压状况，所述开关模式电源转换器包含高侧开关晶体管及低侧开关晶体管。所述方法进一步包含响应于检测到过电压状况而关断所述高侧开关晶体管及所述低侧开关晶体管。
附图说明
图1是根据本发明的包含实例电源转换器控制电路的实例电源转换器的框图。
图2是包含可在图1的电源转换器中使用的电源转换器控制电路的实例集成电路的框图。
图3是根据本发明的具有进一步细节的图1的实例电源转换器的框图。
图4是包含可在图3的电源转换器中使用的电源转换器控制电路的实例集成电路的框图。
图5是根据本发明的包含实例电源转换器控制电路的另一实例电源转换器的框图。
图6是包含可在图5的电源转换器中使用的电源转换器控制电路的实例集成电路的框图。
图7是可包含根据本发明的技术设计的电源转换器的实例汽车的框图。
图8是根据本发明的用于控制高侧栅极驱动器的电源电压的实例技术的框图。
图9是根据本发明的用于控制高侧栅极驱动器的电源电压的另一实例技术的框图。
图10是根据本发明的包含实例电源转换器控制电路的另一实例电源转换器的框图。
具体实施方式
本发明描述了用于控制在电源转换器中使用的高侧栅极驱动器的电源电压的技术。所述控制技术可响应于发生在电源转换器的输入电压引线上的过电压状况而改变电源转换器控制电路的配置及/或操作，以相对于原本将在正常操作状况期间供应的电压电平减小供应到高侧栅极驱动器的电压电平。以此方式，供应到高侧栅极驱动器的电压可限于即使在电源转换器中存在过电压状况的情况下也不会引起对栅极驱动器或其它电路的损坏的电平。
减小在过电压状况期间供应到高侧栅极驱动器的电压电平可减小实施电源转换器的组件及/或半导体制造工艺所需要的电压顺应要求。这可允许使用现有组件及工艺来实施针对相对较高输入电压的电源转换器，其在未经修改的栅极驱动器电压的情况下将是不可能的。以此方式，支持相对较高输入电压的电源转换器可在不需要专业、极高顺应电压组件及/或工艺的情况下获得。
此外，减小组件及工艺的电压顺应要求可允许使用更便宜及/或更具面积效率的组件及/或工艺来实施电源转换器。以此方式，可减小电源转换器的成本及大小。
在一些实例中，电源转换器控制电路可包含电荷泵电路，其使用耦合在电源转换器的输入电压与栅极驱动器电源之间的电容器。电荷泵电路可使用电荷泵电容器来将电压叠加在输入电压的顶部上。在此类实例中，本发明的技术可响应于电源转换器的输入电压引线上出现过电压状况而将电荷泵电容器的端子与输入电压引线解耦，且将电容器的端子耦合到参考电压引线。参考电压引线可携载参考电压，其小于或等于在过电压状况期间由输入电压引线携载的电压与电荷泵经配置以给电荷泵电容器充电所要达到的最大电压之间的差值。
以此方式选择性地将电容器与所述输入电压引线解耦及将电容器耦合到参考电压可防止电荷泵将高侧栅极驱动器的电源轨上升到比在过电压状况期间由输入电压引线携载的电压甚至更大的电压。以此方式，供应到高侧栅极驱动器的电压可被限于即使在电源转换器的输入电压引线上存在过电压状况的情况下也不会引起对栅极驱动器或其它电路的损坏的电平。
在另外实例中，电源转换器控制电路可包含耦合在高侧栅极驱动器电路的低电压电源轨与高电压电源轨之间的电容器，及耦合在栅极驱动器电路的高电压电源轨与电压源之间的二极管。当电源转换器的输出电压正增大时，二极管及电容器可一起操作以维持跨高侧栅极驱动器的电压。在此类实例中，本发明的技术可响应于电源转换器的输入电压引线上出现的过电压状况而关断高侧及低侧电源转换器开关。
关断高侧及低侧电源转换器开关可防止二极管及电容器将高侧栅极驱动器的电源轨上升到比在过电压状况期间由输入电压引线携载的电压甚至更大的电压。以此方式，供应到高侧栅极驱动器的电压可被限于即使在电源转换器的输入电压引线上存在过电压状况的情况下也不会引起对栅极驱动器或其它电路的损坏的电平。
汽车负荷突降可指代当电池正充电时交通工具电池与交流发电机断开。此断开可致使电源转换电路的输入电压引线中出现高电压，其又可致使高侧栅极驱动器的电源轨增大到更高电压。这可引起对栅极驱动器或电源转换器集成电路上的其它组件的损坏。
本发明的技术可改变电源转换器控制电路的配置及/或操作以减小供应到高侧栅极驱动器的电压电平使得其小于或等于最大指定汽车负荷突降电压。以此方式，供应到高侧栅极驱动器的电压可被限于即使在存在归因于汽车负荷突降引起的过电压状况的情况也不会引起对栅极驱动器或其它电路的损坏的电平。
图1是根据本发明的包含实例电源转换器控制电路的实例电源转换器10的框图。电源转换器10包含高侧开关晶体管12、低侧开关晶体管14、低侧栅极驱动器16、晶体管18、20、控制器22、电荷泵电路24、过电压检测器26、开关28、30、电荷泵电容器32、电感器36、引线38、40、42、44及导体46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66。
高侧开关晶体管12的源极电极经由导体54耦合到低侧开关晶体管14的漏极电极。高侧开关晶体管12的漏极电极耦合到输入电压引线42。低侧开关晶体管14的源极电极耦合到接地轨68。开关晶体管12、14可被认为布置成图腾柱(totem-pole)配置，且可形成半桥电路，其中输入电压引线42形成输入电压端子，低侧开关晶体管14的源极形成接地回路端子，且导体54形成输出电压端子。输入电压引线42经配置以耦合到输入电压源，例如(例如)汽车电池及/或汽车交流发电机。
在图1的实例中，由导体54形成的输出电压端子经由电感器36耦合到输出引线44，且输出引线44可形成电源转换器10的输出端子。输出引线44经配置以耦合到一或多个电子负载组件，例如(例如)一或多个汽车电子组件。在一些实例中，由导体54形成的输出电压端子可耦合到电动机，且电感器36可表示电动机的内部电感。
开关晶体管12、14中的每一者的栅极电极耦合到相应的栅极驱动器电路。具体来说，高侧开关晶体管12的栅极电极经由导体52耦合到由晶体管18、20形成的高侧栅极驱动器的输出。低侧开关晶体管14的栅极电极经由导体58耦合到低侧栅极驱动器16的输出。
开关晶体管12、14中的每一者的背栅电极经由导体耦合到它们的相应源极电极。包含在开关晶体管12、14中的每一者中的内部二极管耦合在开关晶体管12、14的相应背栅与漏极电极之间，其中阳极耦合到相应的背栅电极且阴极耦合到相应的漏极电极。
晶体管18的漏极电极经由导体52耦合到晶体管20的漏极电极。晶体管20的源极端子经由导体54耦合到由开关晶体管12、14形成的半桥电路的电压输出。晶体管18的源极电极经由导体46耦合到电荷泵电容器32及电荷泵电路24的输出。晶体管18、20可共同形成高侧栅极驱动器，其在一些实例中可为反相器。
由晶体管18、20形成的高侧栅极驱动器包含由晶体管18的源极形成且耦合到导体46的高电压电力输入(在本文称为高侧栅极驱动器高电压电源轨)。高侧栅极驱动器进一步包含由晶体管20的源极形成且耦合到半桥电路的电压输出的低电压电力输入(在本文称为高侧栅极驱动器低电压电源轨)。
晶体管18、20的栅极电极分别经由导体60、62耦合到控制器22的相应输出。导体60、62中的每一者可形成高侧栅极驱动器的输入，且可统称为高侧栅极驱动器的控制输入。晶体管18、20中的每一者的背栅电极经由导体耦合到它们的相应源极电极。
低侧栅极驱动器16的输入经由导体56耦合到控制器22的另一输出。在一些实例中，低侧栅极驱动器16可为反相器。
电荷泵电路24的控制输入耦合到电荷泵控制引线40。电荷泵电路24的电压输入耦合到输入电压引线42。电荷泵电路24的输出经由导体46耦合到电荷泵电容器32的第一端子及高侧栅极驱动器的高电压电源输入。
开关28耦合在电荷泵电容器32的第二端子与输入电压引线42之间。开关30耦合在电荷泵电容器32的第二端子与参考电压引线38之间。具体来说，开关28的第一端子经由导体48耦合到电荷泵电容器32的第二端子，且开关28的第二端子耦合到输入电压引线42。开关30的第一端子经由导体48耦合到电荷泵电容器32的第二端子，且开关28的第二端子耦合到参考电压引线38。开关28、30的第一端子经由导体48彼此耦合。开关28、30的控制端子分别经由导体64、66耦合控制器22的相应输出。
过电压检测器26包含耦合到输入电压引线42的输入(未展示)及经由导体50耦合到控制器22的输出。图1的组件中的一或多者可在共同集成电路上实施。
在图1的实例中，开关晶体管12、14均是n型金属氧化物半导体(NMOS)功率晶体管。在其它实例中，开关晶体管12、14中的每一者可为具有相同或不同类型的导电率(例如，p型或n型)的不同类型的晶体管(例如，绝缘栅极双极结型晶体管(IBJT))。开关晶体管12、14不需要相对于彼此为相同类型或极性的晶体管。
晶体管18是PMOS晶体管，且晶体管20是NMOS晶体管。在一些实例中，晶体管18、20可为相对较低电压的晶体管(即，非功率晶体管)。还可使用经配置以实施反相器及/或高侧栅极驱动器的其它晶体管配置。
控制器22及过电压检测器26可利用包含(例如)微控制器的模拟或数字电路的任何组合来实施。电荷泵电路24在一些实例中可利用一或多个二极管来实施。
参考电压引线38经配置以耦合到参考电压源。电荷泵控制引线40经配置以耦合到电荷泵控制器的输出。
电源转换器10可经配置以按照正常操作模式及过电压保护操作模式操作。在正常操作模式期间，控制器22经由导体64、66控制开关28、30使得开关28闭合且开关30断开。这致使电荷泵电容器32的下部端子耦合到输入电压引线42且与参考电压引线38断开。
在正常操作模式期间，电荷泵电路24基于由输入电压引线42携载的输入电压且基于由电荷泵控制引线40携载的电荷泵控制信号给电荷泵电容器32充电。电荷泵电路24可给电荷泵电容器32充电直到跨电荷泵电容器32的电压等于目标电压为止。在一些实例中，目标电压可大于或等于高侧开关晶体管12的栅极-源极导通阈值电压。
在正常操作模式期间，控制器22向由晶体管18、20形成的高侧栅极驱动器以及低侧栅极驱动器16提供控制信号(例如，脉宽调制(PWM)控制信号)。在图1的实例中，控制器22可经由导体60向晶体管18提供高侧控制信号且经由导体62向晶体管20提供高侧控制信号。由晶体管18、20形成的高侧栅极驱动器可产生足够大电压及电流以基于由控制器22提供的高侧控制信号而接通及关断高侧开关晶体管12。控制器22可经由导体56向低侧栅极驱动器16提供低侧控制信号。低侧栅极驱动器16可产生足够大电压及电流以基于由控制器22提供的低侧控制信号而接通及关断低侧开关晶体管14。
晶体管18、20可充当具有浮动接地电源(即，导体54)的反相器。例如，响应于接收到导体60、62上的高逻辑电平电压，晶体管20可接通且晶体管18可关断。这可致使导体52耦合到导体54，由此关断高侧开关晶体管12。响应于接收到导体60、62上的低逻辑电平电压，晶体管20可关断且晶体管18可接通。这可致使导体52耦合到高侧栅极驱动器高电压电源轨，由此接通高侧开关晶体管12。
控制器22可产生适用于电源转换器10的期望使用的控制信号。例如，电源转换器10可产生控制信号(例如，PWM控制信号)，其致使开关晶体管12、14、电感器36及耦合在输出引线44与接地之间的额外电容器(未展示)用作同步降压转换器。在此类实例中，电源转换器10可基于指示相对于目标电压电平的输出电压电平的反馈信号而产生控制信号。作为另一实例，电源转换器10可产生经配置以驱动多相电动机的单相的控制信号(例如，PWM控制信号)。其它类型的控制信号及应用也是可行的。
在正常操作模式期间，过电压检测器26可监测由输入电压引线42携载的电压电平且确定输入电压引线42上是否已出现过电压状况。在一些实例中，过电压检测器26可响应于检测到由输入电压引线42携载的电压大于阈值电压而确定已出现过电压状况。
在一些实例中，阈值电压可小于或等于电源转换器10中的组件中的一或多者的最大顺应电压。在另外实例中，阈值可小于指定用于输入电压引线42的峰值过电压减去电荷泵电容器32经配置以给电荷泵电容器32所要达到的最大电压。在一些实例中，峰值过电压可对应于指定汽车负荷突降电压电平。过电压检测器26可产生指示输入电压引线42上是否已出现过电压状况的信号，且经由导体50向控制器22提供所述信号。
响应于检测到过电压状况，电源转换器10可从正常操作模式转变为过电压保护操作模式。为了从正常模式转变为过电压保护模式，控制器22可断开开关28且闭合开关30，由此将电荷泵电容器32的下部端子与输入电压引线42解耦，且将电荷泵电容器32的下部端子耦合到参考电压引线38。
在过电压保护模式期间，控制器22在一些实例中可禁止将控制信号传递到由晶体管18、20形成的高侧栅极驱动器以及低侧栅极驱动器16。在另外实例中，控制器22可继续将控制信号传递到由晶体管18、22形成的高侧栅极驱动器以及低侧栅极驱动器16。
过电压检测器26可继续监测在过电压保护模式期间由输入电压引线42携载的电压电平，且确定过电压状况何时已停止。在一些实例中，过电压检测器26可响应于检测到由输入电压引线42携载的电压小于阈值电压而确定过电压状况已停止。
响应于检测到过电压状况已停止，电源转换器10可从过电压保护操作模式转变回到正常操作模式。为了从过电压保护操作模式转变回到正常操作模式，控制器22可断开开关30且闭合开关28，由此将电荷泵电容器32的下部端子与参考电压引线38解耦，且将电荷泵电容器32的下部端子耦合到输入电压引线42。
参考电压引线38可携载参考电压，其小于或等于在过电压状况期间由输入电压引线42携载的电压与电荷泵电容器32经配置以给电荷泵电容器32充电所要达到的最大电压之间的差值。在一些实例中，参考电压可等于在过电压状况期间由输入电压引线42携载的电压与电荷泵电容器32经配置以给电荷泵电容器32充电所要达到的最大电压之间的差值。在一些情况中，在过电压状况期间由输入电压引线42携载的电压可为在过电压状况期间由输入电压引线42携载的电压的估计值。例如，电压可对应于指定最大汽车负荷突降电压。
以此方式选择性地将电荷泵电容器32的端子与输入电压引线42解耦及将电荷泵电容器32的端子耦合到参考电压可防止电荷泵电路24将高侧栅极驱动器的电源轨上升到比在过电压状况期间由输入电压引线42携载的电压甚至更大的电压。以此方式，供应到高侧栅极驱动器的电压可被限于即使在电源转换器10的输入电压引线42上存在过电压状况的情况下也不会引起对栅极驱动器或其它电路的损坏的电平。
减小在过电压状况期间供应到高侧栅极驱动器的电压电平可减小实施电源转换器10的组件及/或半导体制造工艺所需要的电压顺应要求。这可允许使用现有组件及工艺来实施针对相对较高输入电压的电源转换器，其在未经修改的栅极驱动器电压的情况下将是不可能的。以此方式，支持相对较高输入电压的电源转换器可在不需要专业、极高顺应电压组件及/或工艺的情况下获得。
此外，减小组件及工艺的电压顺应要求可允许使用更便宜及/或更具面积效率的组件及/或工艺来实施电源转换器。以此方式，可减小电源转换器10的成本及大小。
图2是包含可在图1的电源转换器10中使用的电源转换器控制电路的实例集成电路70的框图。集成电路70包含低侧栅极驱动器16、晶体管18、20、控制器22、电荷泵电路24、电荷泵控制器72、过电压检测器26、开关28、30、引线38、42、74、76、78、80、82及导体46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66、84。
除以下项之外，集成电路70类似于图1的电源转换器10：(a)开关晶体管12、14、电荷泵电容器32及电感器36是不包含在集成电路70中的片外组件；(b)高侧栅极驱动引线74、低侧栅极驱动引线76及电荷泵电容器引线80、82包含在内以容纳片外组件；及(c)电荷泵控制器72包含在内以控制电荷泵电路24。以相同的参考数字标记图1与2之间的相同或类似组件。
晶体管18的漏极电极经由导体52耦合到晶体管20的漏极电极。晶体管18、20可形成高侧栅极驱动器。晶体管18、20的漏极可形成栅极驱动器的输出，其经由导体52耦合到高侧栅极驱动引线74。导体58经配置以耦合到高侧开关装置(例如，高侧NMOS功率晶体管)的栅极电极。
晶体管18、20的栅极电极中的每一者可形成高侧栅极驱动器的输入，且可统称为高侧栅极驱动器的控制输入。晶体管18、20的栅极电极分别经由导体60、62耦合控制器22的相应输出。晶体管18、20中的每一者的背栅电极经由导体耦合到它们的相应源极电极。
由晶体管18、20形成的高侧栅极驱动器包含由晶体管18的源极形成且经由导体46耦合到电荷泵电容器引线82的高电压电力输入(在本文称为高侧栅极驱动器高电压电源轨)。由晶体管18、20形成的高侧栅极驱动器进一步包含由晶体管20的源极形成且经由导体54耦合到输出电压引线78的低电压电力输入(在本文称为高侧栅极驱动器低电压电源轨)。输出电压引线78经配置以耦合到由两个功率晶体管形成的半桥电路的输出电压节点。
低侧栅极驱动器16的输入经由导体56耦合到控制器22的另一输出。低侧栅极驱动器16的输出经由导体58耦合到低侧栅极驱动引线76。低侧栅极驱动引线76经配置以耦合到低侧开关装置(例如，低侧NMOS功率晶体管)的栅极电极。
输入电压引线42经配置以耦合到输入电压源，例如(例如)汽车电池及/或汽车交流发电机。输出电压引线78经配置以耦合到一或多个电子负载组件，例如(例如)一或多个汽车电子组件及/或电动机。
电荷泵电路24的电压输入耦合到输入电压引线42。电荷泵电路24的输出经由导体46耦合到电荷泵电容器引线82及高侧栅极驱动器的高电压电源输入。电荷泵控制器72的输出经由导体84耦合到电荷泵电路24的控制输入。
开关28耦合在电荷泵电容器引线80与输入电压引线42之间。开关30耦合在电荷泵电容器引线80与参考电压引线38之间。具体来说，开关28的第一端子经由导体48耦合到电荷泵电容器引线80且开关28的第二端子耦合到输入电压引线42。开关30的第一端子经由导体48耦合到电荷泵电容器引线80且开关28的第二端子耦合到参考电压引线38。开关28、30的第一端子经由导体48彼此耦合。开关28、30的控制端子分别经由导体64、66耦合控制器22的相应输出。
电荷泵电容器引线80、82中的每一者经配置以耦合到外部电荷泵电容器的相应端子。过电压检测器26包含耦合到输入电压引线42的输入(未展示)及经由导体50耦合到控制器22的输出。
电荷泵控制器72可产生电荷泵控制信号，且经由导体84向电荷泵电路24提供电荷泵控制信号。在一些实例中，电荷泵控制器72可检测电荷泵电容器引线80、82之间的电压且致使电荷泵给耦合在电荷泵电容器引线80、82之间的电荷泵电容器充电直到电荷泵电容器引线80、82之间的电压(即，跨电容器的电压)等于阈值电压为止。在一些实例中，阈值电压可为大于或等于高侧开关晶体管12的栅极-源极导通阈值电压的电压。
当适当的外部组件连接到集成电路70时，所得系统可以类似于上文已经关于图1的电源转换器10描述的方式的方式操作。
图3是根据本发明的具有进一步细节的图1的实例电源转换器10的框图。除以下项之外，图3中的电源转换器10类似于图1的电源转换器10：(a)展示了关于实例电荷泵电路24的进一步细节；(b)展示了关于实施图1中的开关28、30的实例开关电路的进一步细节；及(c)齐纳二极管34耦合在高侧开关晶体管12的栅极电极与源极电极之间。以相同的参考数字标记图1与3之间的相同或类似组件。
如图3中所示，齐纳二极管34的阴极经由导体52耦合到高侧开关晶体管12的栅极电极，且齐纳二极管34的阳极经由导体54耦合到高侧开关晶体管12的源极电极。齐纳二极管34进一步耦合在晶体管20的漏极电极与源极电极之间。具体来说，齐纳二极管34的阴极经由导体52耦合到晶体管20的漏极电极，且齐纳二极管34的阳极经由导体54耦合到晶体管20的源极电极。齐纳二极管34可防止高侧开关晶体管12的栅极-源极电压超过击穿电压。在一些实例中，电源转换器10中可省略齐纳二极管34。
如图3中所示，电荷泵电路24包含二极管86、88、电容器90及反相器92。二极管86的阳极耦合到输入电压引线42。二极管86的阴极耦合到二极管88的阳极及电容器90的第一端子。二极管88的阴极经由导体46耦合到电荷泵电容器32的第一端子及高侧栅极驱动器高电压电源轨。反相器92的输入耦合到电荷泵控制引线40。反相器92的输出耦合到电容器90的第二端子。
在操作期间，电荷泵电路24可基于由电荷泵控制引线40携载的电荷泵控制信号在内部充电阶段与电荷传递阶段之间切换。电荷泵电路24可响应于电荷泵控制信号等于高逻辑电平电压而在内部充电阶段中操作。在内部充电阶段期间，反相器92将电荷泵控制信号反相以产生低逻辑电平电压，且将低逻辑电平电压施加到电容器90的第二端子。低逻辑电平电压可小于由输入电压引线42携载的电压，由此致使二极管86正向偏置且对电容器90充电。二极管88可反向偏置。
电荷泵电路24可响应于电荷泵控制信号转到低逻辑电平电压而在电荷传递阶段中操作。在电荷传递阶段期间，反相器92将电荷泵控制信号反相以产生高逻辑电平电压，且将高逻辑电平电压施加到电容器90的第二端子。高逻辑电平电压结合存储在电容器90上的电荷可致使二极管88正向偏置，由此将电荷从电容器90传递到电荷泵电容器32。二极管86可反向偏置。电荷泵电路24继续传递电荷直到电荷泵控制信号转变回到高逻辑电平电压为止。在一些实例中，电荷泵控制器可致使电荷泵控制信号响应于检测到跨电荷泵电容器32的电压已达到阈值电压(例如，大于或等于高侧开关晶体管12的栅极-源极导通阈值电压的电压)而转变回到高逻辑电平电压。
此外如图3中所示，晶体管94、96可分别实施图1中所示的开关28、30。晶体管94、96中的每一者是NMOS晶体管，但是也可使用具有其它导电率的其它类型的晶体管。晶体管94的漏极电极耦合到输入电压引线42。晶体管94的源极电极经由导体48耦合到电荷泵电容器32的第二端子。晶体管96的源极电极耦合到参考电压引线38。晶体管96的漏极电极经由电阻器100及导体48耦合到电荷泵电容器32的第二端子。电阻器100耦合在电荷泵电容器32的第二端子与晶体管96的漏极电极之间。晶体管94、96的栅极电极分别经由导体64、66耦合到控制器22的相应输出。
当转变为正常操作模式时，控制器22可经由导体64、66断言控制信号以接通晶体管94及关断晶体管96。例如，控制器22可经由导体64输出高电压电平且经由导体66输出低电压电平。在正常操作模式期间，晶体管94可将电荷泵电容器32的下部端子耦合到输入电压引线42。
当转变到过电压保护操作模式时，控制器22可经由导体64、66断言控制信号以关断晶体管94及接通晶体管96。例如，控制器22可经由导体64输出低电压电平且经由导体66输出高电压电平。在过电压保护操作模式期间，晶体管96可将电荷泵电容器32的下部端子耦合到参考电压引线38。电阻器100可限制电荷泵电容器32的下部端子与参考电压引线38之间的电流。
图4是包含可在图3的电源转换器10中使用的电源转换器控制电路的实例集成电路110的框图。除以下项之外，图4中的集成电路110类似于图3的电源转换器10：(a)开关晶体管12、14、电荷泵电容器32、电感器36及电容器90是不包含在集成电路110中的片外组件；(b)高侧栅极驱动引线74、低侧栅极驱动引线76、电荷泵电容器引线80、82及内部电荷泵电容器引线112、114包含在内以容纳片外组件；及(c)电荷泵控制器72包含在内以控制电荷泵电路24。以相同的参考数字标记图2、3和4之间的相同或类似组件。
电荷泵控制器72的输出经由导体84耦合到反相器92的输入。反相器92的输出耦合到内部电荷泵电容器引线112。二极管86的阳极耦合到输入电压引线42。二极管86的阴极耦合到二极管88的阳极以及内部电荷泵电容器引线114。二极管88的阴极经由导体46耦合到电荷泵电容器引线82以及高侧栅极驱动器高电压电源轨。
晶体管94的漏极电极耦合到输入电压引线42。晶体管94的源极电极经由导体48耦合到电荷泵电容器引线80。晶体管96的源极电极耦合到参考电压引线38。晶体管96的源极电极经由电阻器100及导体48耦合到电荷泵电容器引线80。电阻器100耦合在电荷泵电容器32的第二端子与晶体管96的漏极电极之间。晶体管94、96的栅极电极分别经由导体64、66耦合到控制器22的相应输出。
电荷泵电容器引线80、82中的每一者经配置以耦合到外部电荷泵电容器的相应端子。内部电荷泵电容器引线112、114中的每一者经配置以耦合到用作电荷泵电路24的内部电荷泵电容器的片外电容器的相应端子。
当适当的外部组件连接到集成电路110时，所得系统可以类似于上文已经关于图3的电源转换器10描述的方式的方式操作。
图5是根据本发明的包含实例电源转换器控制电路的另一实例电源转换器120的框图。电源转换器120包含开关晶体管122、124、低侧栅极驱动器126、晶体管128、130、电容器132、控制器134、高侧控制器136、过电压检测器138、电压源140、二极管142、电感器144、电池146、接地轨148及导体150、152、154、156、158、160、162、164、166、168。
高侧开关晶体管122的源极电极经由导体152耦合到低侧开关晶体管124的漏极电极，所述导体152可形成电源转换器120的输出电压引线。高侧开关晶体管122的漏极电极耦合到导体150，所述导体150可形成电源转换器120的输入电压引线。低侧开关晶体管124的源极电极耦合到接地轨148。开关晶体管122、124可被认为布置成图腾柱配置，且可形成半桥电路，其中导体150形成输入电压端子、低侧开关晶体管124的源极形成接地回路端子，且导体152形成输出电压端子。高侧开关晶体管122的漏极电极耦合到输入电压源，例如(例如)由电池146表示的汽车电池及/或汽车交流发电机。电感器144耦合在高侧开关晶体管122的漏极电极与电池146的正端子之间。电池146的负端子耦合到接地轨148。由导体152形成的输出电压端子经配置以耦合到一或多个电子负载组件，例如(例如)一或多个汽车电子组件及/或电动机。
开关晶体管122、124中的每一者的栅极电极耦合到相应的栅极驱动器电路。具体来说，高侧开关晶体管122的栅极电极经由导体166耦合到由晶体管128、130形成的高侧栅极驱动器的输出。低侧开关晶体管124的栅极电极经由导体168耦合到低侧栅极驱动器126的输出。
开关晶体管122、124中的每一者的背栅电极经由导体耦合到它们的相应源极电极。包含在开关晶体管122、124中的每一者中的内部二极管耦合在开关晶体管122、124的相应背栅与漏极电极之间，其中阳极耦合到相应的背栅电极且阴极耦合到相应的漏极电极。
晶体管128的漏极电极经由导体166耦合到晶体管130的漏极电极。晶体管130的源极端子经由导体152耦合到由开关晶体管122、124形成的半桥电路的电压输出。晶体管128的源极电极耦合到电容器132的第一端子及二极管142的阴极。晶体管128、130可共同形成高侧栅极驱动器，其在一些实例中可为反相器。
由晶体管128、130形成的高侧栅极驱动器包含由晶体管128的源极形成且耦合到导体154的高电压电力输入(在本文称为高侧栅极驱动器高电压电源轨)。高侧栅极驱动器进一步包含由晶体管130的源极形成且耦合到半桥电路的电压输出的低电压电力输入(在本文称为高侧栅极驱动器低电压电源轨)。电容器132分别经由导体154及152耦合在高侧栅极驱动器的高电压电源轨与低电压电源轨之间。
晶体管128、130的栅极电极分别经由导体162、164耦合到高侧控制器136的相应输出。导体162、164中的每一者可形成高侧栅极驱动器的输入，且可统称为高侧栅极驱动器的控制输入。
高侧控制器136的输入经由导体158耦合到控制器134的输出。低侧栅极驱动器126的输入经由导体160耦合到控制器134的另一输出。在一些实例中，低侧栅极驱动器126可为反相器。
控制器134的电源输入经由导体154耦合到电容器132的第一端子及二极管142的阴极。控制器134的接地回路耦合到接地轨148。高侧控制器136的高电压电源输入经由导体154耦合到电容器132的第一端子及二极管142的阴极。高侧控制器136的低电压电源输入经由导体152耦合到半桥电路的输出端子。
电压源140的第一端子耦合到接地轨148。电压源140的第二端子耦合到二极管142的阳极。二极管142的阴极经由导体154耦合到控制器134的电源输入、高侧控制器136的高电压电源输入、由晶体管128、130形成的高侧栅极驱动器的高电压电力输入及电容器132的第一端子。
过电压检测器138包含耦合到导体150的输入(未展示)及经由控制器156耦合到控制器134的输出。图5的组件中的一或多者可在共同集成电路上实施。
在图5的实例中，开关晶体管122、124均是n型金属氧化物半导体(NMOS)功率晶体管。在其它实例中，开关晶体管122、124中的每一者可为MOS功率晶体管或具有相同或不同类型的导电率(例如，p型或n型)的不同类型的晶体管(例如，绝缘栅极双极结型晶体管(IBJT))。开关晶体管122、124不需要相对于彼此为相同类型或极性的晶体管。
晶体管128是PMOS晶体管，且晶体管130是NMOS晶体管。在一些实例中，晶体管128、130可为相对较低电压的晶体管(即，非功率晶体管)。还可使用经配置以实施反相器及/或高侧栅极驱动器的其它晶体管配置。
控制器134、高侧控制器136及过电压检测器138可利用包含(例如)一或多个微控制器的模拟或数字电路的任何组合来实施。
电源转换器120可经配置以按照正常操作模式及过电压保护操作模式操作。在正常操作模式期间，电源转换器120可提供控制信号以根据同步降压转换器控制技术及/或电机控制技术而交替地接通及关断开关晶体管122、124。
例如，控制器134可向由晶体管128、130形成的高侧栅极驱动器(经由高侧控制器136)以及低侧栅极驱动器126提供控制信号(例如，脉宽调制(PWM)控制信号)。在图5的实例中，控制器134可向高侧控制器136提供高侧控制信号。高侧控制器136可经由导体162向晶体管128提供高侧控制信号且经由导体164向晶体管130提供高侧控制信号。由过电压检测器138形成的高侧栅极驱动器可产生足够大电压及电流以基于由控制器134提供的高侧控制信号而接通及关断高侧开关晶体管122。控制器134可经由导体160向低侧栅极驱动器126提供低侧控制信号。低侧栅极驱动器126可产生足够的电压及电流以基于由控制器134提供的低侧控制信号而接通及关断低侧开关晶体管124。
晶体管128、130可用作具有浮动接地电力供应器(即，导体152)的反相器。例如，响应于接收到导体162、164上的高逻辑电平电压，晶体管130可接通且晶体管128可关断。这可致使导体166耦合到导体152，由此关断高侧开关晶体管122。响应于接收到导体162、164上的低逻辑电平电压，晶体管130可关断且晶体管128可接通。这可致使导体166耦合到高侧栅极驱动器高电压电源轨，由此接通高侧开关晶体管122。
控制器134可产生适用于电源转换器120的期望使用的控制信号。例如，电源转换器120可产生控制信号(例如，PWM控制信号)，其致使开关晶体管122、124、额外电感器及额外电容器充当同步降压转换器。在此类实例中，电源转换器120可基于指示相对于目标电压电平的输出电压电平的反馈信号而产生控制信号。作为另一实例，电源转换器120可产生经配置以驱动多相电动机的单相的控制信号(例如，PWM控制信号)。其它类型的控制信号及应用也是可行的。
电压源140可提供跨电压源140的端子的固定电压。在一些实例中，固定电压可大于或等于高侧开关晶体管122的栅极-源极接通阈值电压。在正常操作模式期间，当低侧开关晶体管124接通且高侧开关晶体管122关断时，二极管142可正向偏置，由此致使电压源140通过由二极管142、电容器132及低侧开关晶体管124形成的电流环对电容器132充电。在一些实例中，如果且当跨电容器132的电压达到约等于跨电压源140的电压的电压时，二极管142可关断，由此致使对电容器132的充电停止。当低侧开关晶体管124关断且高侧开关晶体管122接通时，二极管142可反向偏置。因此，当导体152处的输出电压增大时，存储在电容器132上的电荷将高侧栅极驱动器高电压电源轨上的电压上升到大于输出电压的电压。这可允许由晶体管128、130形成的高侧栅极驱动器提供足够的栅极电压用于接通高侧开关晶体管122。
在正常操作模式期间，过电压检测器138可监测由输入电压引线(例如，导体150)携载的电压电平且确定输入电压引线上是否已出现过电压状况。在一些实例中，过电压检测器138可响应于检测到由输入电压引线携载的电压大于阈值电压而确定已出现过电压状况。在一些情况中，阈值电压可小于或等于电源转换器120中的组件中的一或多者的最大顺应电压。
在一些实例中，阈值电压可小于或等于电源转换器120中的组件中的一或多者的最大顺应电压。在另外实例中，阈值可小于指定用于输入电压引线(例如，导体150)的峰值过电压减去电容器132所要充电到的最大电压。在额外实例中，阈值电压可小于指定用于输入电压引线(例如，导体150)的峰值过电压减去跨电压源140的电压。在一些实例中，峰值过电压可对应于指定汽车负荷突降电压电平。过电压检测器138可产生指示输入电压引线上是否已出现过电压状况的信号，且经由导体156向导体134提供所述信号。
响应于检测到过电压状况，电源转换器120可从正常操作模式转变为过电压保护操作模式。在过电压保护模式期间，控制器134在一些实例中可关断开关晶体管122、124两者。耦合到导体152的外部导体(未展示)可在开关晶体管122、124两者关断之后的一段时间内汲取电流，这可将开关晶体管124中的内部二极管正向偏置，由此将导体152拉到接地且防止高侧栅极驱动器的高电压电源轨增大到高于由输入电压引线携载的电压的电压。在其它实例中，控制器134可关断高侧开关晶体管122且接通低侧开关晶体管124。
在一些实例中，开关晶体管124可由二极管取代，所述二极管的阳极耦合到接地轨148且阴极耦合到由导体152形成的输出电压引线。在此类实例中，响应于检测到过电压状况，控制器134及/或控制器136可关断开关晶体管122。
过电压检测器138可继续监测在过电压保护模式期间由输入电压引线携载的电压电平，且确定过电压状况何时停止。在一些实例中，过电压检测器138可响应于检测到由输入电压引线携载的电压小于阈值电压而确定过电压状况已停止。响应于检测到过电压状况已停止，电源转换器120可恢复根据如上所述的一或多种控制技术交替地接通及关断开关晶体管122、124。
关断高侧电源转换器开关122及低侧电源转换器开关124可防止二极管142及电容器132将高侧栅极驱动器的电源轨上升到比在过电压状况期间由输入电压引线携载的电压甚至更大的电压。以此方式，供应到高侧栅极驱动器的电压可被限于即使在电源转换器120的输入电压引线上存在过电压状况的情况下也不会引起对栅极驱动器或其它电路的损坏的电平。
减小在过电压状况期间供应到高侧栅极驱动器的电压电平可减小实施电源转换器120的组件及/或半导体制造工艺所需要的电压顺应要求。这可允许使用现有组件及工艺来实施针对相对较高输入电压的电源转换器，其在未经修改的栅极驱动器电压的情况下将是不可能的。以此方式，支持相对较高输入电压的电源转换器可在不需要专业、极高顺应电压组件及/或工艺的情况下获得。
此外，减小组件及工艺的电压顺应要求可允许使用更便宜及/或更具面积效率的组件及/或工艺来实施电源转换器。以此方式，可降低电源转换器120的成本及大小。
图6是包含可在图5的电源转换器中使用的电源转换器控制电路的实例集成电路170的框图。集成电路170包含低侧栅极驱动器126、晶体管128、130、控制器134、高侧控制器136、过电压检测器138、电压源140、导体152、154、156、158、160、162、164、166、168及引线172、174、176、178、180、182。
除以下项之外，图6中的集成电路170类似于图5的电源转换器120：(a)开关晶体管122、124、电容器132、二极管142、电感器144及电池146是不包含在集成电路170中的片外组件；及(b)引线172、174、176、178、180、82包含在内以容纳片外组件。以相同的参考数字标记图5与6之间的相同或类似组件。
晶体管128的源极电极经由导体154耦合到电源轨引线172。晶体管130的源极电极经由导体152耦合到输出电压引线176。高侧控制器136的高电压电源输入经由导体154耦合到电源轨引线172。控制器134的电源输入经由控制器134耦合到电源轨引线172。电压源140的接地回路端子耦合到接地引线180。控制器134的接地回路端子耦合到接地引线180。低侧栅极驱动器126的输出端子经由导体168耦合到低侧栅极驱动引线178。由晶体管128、130形成的高侧栅极驱动器的输出经由导体166耦合到高侧栅极驱动引线174。
引线172、176经配置以耦合到电容器的相应端子。引线172、182经配置以耦合到二极管的相应端子。具体来说，二极管引线182经配置以耦合到二极管的阳极，且电源轨引线172经配置以耦合到二极管的阴极。
当适当的外部组件连接到集成电路170时，所得系统可以类似于上文已经关于图5的电源转换器120描述的方式的方式操作。
图7是可包含根据本发明的技术设计的电源转换器的实例汽车200的框图。汽车200包含汽车电子器件系统202。汽车电子器件系统202包含交流发电机204、汽车电池206、电源转换器208、汽车电子器件210及引线212、214、216。
交流发电机204、汽车电池206及电源转换器208经由输入电压引线212及接地回路引线214各自彼此并联耦合。汽车电子器件210的电源输入经由输出电压引线216耦合到电源转换器208的电源输出(例如，电压输出)。电源转换器208可包含本发明中关于图1到6描述的电源转换器中的任一者或采用本发明中描述的技术的任何其它电源转换器。
汽车电子器件210可包含适用于在汽车中使用的电子器件的任何组合。举例来说，汽车电子器件210可包含汽车娱乐信息集群的组件、语音辨识组件、头戴式显示器投影组件、音频组件、多媒体组件、无线电组件、相机组件、配件组件、加热组件、空气调节组件、电动机、照明系统、安全系统、电池充电系统、安全系统、安全气囊系统等。
图8是根据本发明的用于控制高侧栅极驱动器的电源电压的实例技术的框图。关于本发明的图1到4描述的电源转换器中的任一者可使用图8的技术。
电源转换器10开始电源转换操作(300)。电源转换器10确定输入电压引线42上是否已出现过电压状况(302)。响应于确定已出现过电压状况，控制器22将电荷泵电容器32的下部端子与输入电压引线42解耦(304)，且将电荷泵电容器32的下部端子耦合到参考电压引线38(306)。在一些实例中(例如，其中电荷泵电容器32是片外电容器)，控制器22可将电荷泵电容器引线80与输入电压引线42解耦(304)，且将电荷泵电容器引线80耦合到参考电压引线38(306)。
响应于确定未出现过电压状况或过电压状况已停止，控制器22将电荷泵电容器32的下部端子与参考电压引线38解耦(308)，且将电荷泵电容器32的下部端子耦合到输入电压引线42(310)。在一些实例中(例如，其中电荷泵电容器32是片外电容器)，控制器22可将电荷泵电容器引线80与参考电压引线38解耦(308)，且将电荷泵电容器引线80耦合到输入电压引线42(310)。
图9是根据本发明的用于控制高侧栅极驱动器的电源电压的另一实例技术的框图。关于本发明的图5及6描述的电源转换器中的任一者可使用图9的技术。
电源转换器120开始电源转换操作(320)。电源转换器120确定输入电压引线42上是否已出现过电压状况(322)。响应于确定已出现过电压状况，控制器134关断开关晶体管122、124两者(324)。在其它实例中，控制器134可关断高侧开关晶体管122且接通低侧开关晶体管124。响应于确定未出现过电压状况或过电压状况已停止，控制器134可根据控制技术而交替地切换开关晶体管122、124(例如，交替地接通及关断开关晶体管122、124)(326)。
图10是根据本发明的包含实例电源转换器控制电路的另一实例电源转换器400的框图。除以下项之外，图10中的电源转换器400类似于图1的电源转换器10：(a)省略开关28、30、参考电压引线38及导体64、68；(b)电荷泵电容器32耦合在导体46与输入电压引线42之间；(c)额外开关402耦合在导体46与输入电压引线42之间；及(d)控制引线404耦合在控制器22与开关402之间。以相同的参考数字标记图1与10之间的相同或类似组件。
类似于本发明中所述的其它电源转换器，电源转换器400可以正常模式及过电压保护模式操作。在正常操作模式期间，控制器22可断开开关402。这可允许电荷泵电路40以类似于上文关于图1中的电源转换器10的正常操作模式描述的方式的方式给电荷泵电容器32充电。
响应于检测到由输入电压引线42携载的电压的过电压状况，电源转换器400可转变为过电压保护模式。为了执行此转变，控制器22可闭合开关402，由此给电荷泵电容器32放电。给电荷泵电容器32放电可防止由晶体管18、20形成的栅极驱动器的高电压电源轨超过在过电压状况期间由输入电压引线42携载的输入电压的电平。以此方式，电源转换器400可响应于检测到过电压状况而选择性地给电荷泵电容器32放电。
响应于检测到由输入电压引线42携载的电压的过电压状况已停止，电源转换器400可转变为正常操作模式。为了执行此转变，控制器22可断开开关402，由此允许电荷泵电路24给电荷泵电容器32充电。
在一些实例中，控制器22可基于是否针对由输入电压引线42携载的电压检测到过电压状况而选择性地闭合及断开开关402。例如，控制器22可响应于检测到过电压状况而闭合开关402，且响应于未检测到过电压状况及/或响应于检测到过电压状况已停止而断开开关402。
如图2中所示，集成电路70包含电源转换器120、高侧栅极驱动引线74、电荷泵电容器引线80、电荷泵电容器引线82及参考电压引线38。集成电路70进一步包含电荷泵电路(例如，电荷泵电路24)、栅极驱动器(例如，晶体管18、20)、开关电路(例如，开关28、30)及过电压检测器26。电荷泵电路具有输入(例如，输入电压引线42)及耦合到电荷泵电容器引线82的输出。栅极驱动器具有控制输入(例如，导体60、62)、耦合到电荷泵电路的输出的电力供应器(例如，晶体管18的源极)及耦合到高侧栅极驱动引线74的输出。开关电路具有控制输入(例如，导体64、66)、耦合到参考电压引线38的第一端子(例如，开关30的下部端子)、耦合到输入电压引线42的第二端子(例如，开关28的下部端子)及耦合到电荷泵电容器引线80的第三端子。过电压检测器26具有耦合到输入电压引线42的输入，及耦合到开关电路的控制输入(例如，经由控制器22耦合到导体64、66)的输出。
在一些实例中，电荷泵电路的输入耦合到输入电压引线42及开关电路的第二端子(例如，开关28的下部端子)。在另外实例中，电荷泵电容器耦合在电荷泵电容器引线80、82之间。
在额外实例中，栅极驱动器是高侧栅极驱动器(例如，晶体管18、20)且集成电路进一步包含低侧栅极驱动器16。在此类实例中，集成电路可进一步包含控制电路(例如，控制器22)，其具有耦合到高侧栅极驱动器的控制输入的第一输出(例如，导体60、62)及耦合到低侧栅极驱动器16的控制输入的第二输出(例如，导体56)。
在一些实例中，如图4中所示，电荷泵包含串联连接在电荷泵电路的输入(例如，输入电压引线42)与输出(例如，导体46)之间的至少两个二极管86、88。
在另外实例中，如图4中所示，开关电路包含晶体管94，其具有耦合到输入电压引线42的第一电流传导电极、耦合到电荷泵电容器引线80的第二电流传导电极，以及耦合到开关电路的控制输入(例如，导体64)的控制电极。在此类实例中，开关电路进一步包含晶体管96，其具有耦合到参考电压引线38的第一电流传导电极、耦合到电荷泵电容器引线80的第二电流传导电极，以及耦合到开关电路的控制输入(例如，导体66)的控制电极。在此类实例中，开关电路在一些实例中可进一步包含电阻器100，其耦合在晶体管96的第二电流传导电极与电荷泵电容器引线80之间。
在一些实例中，开关电路可配置以在将电荷泵电容器引线80耦合到输入电压引线42的第一状态中操作，及在将电荷泵电容器引线80耦合到参考电压引线38的第二状态中操作。在此类实例中，开关电路在一些实例中可经配置以基于过电压检测器26的输出而选择性地在第一或第二状态操作。在另外实例中，开关电路经配置以基于是否针对参考电压引线38检测到过电压状况而将电荷泵电容器引线80选择性地耦合到输入电压引线42或参考电压引线38。
在一些实例中，开关电路经配置以响应于在输入电压引线42上检测到过电压状况而将电荷泵电容器引线80与输入电压引线42解耦。在此类实例中，开关电路在一些实例中可进一步经配置以响应于在输入电压引线42上检测到过电压状况而将电荷泵电容器引线80耦合到参考电压引线38。
在一些实例中，电荷泵电路经配置以给电荷泵电容器充电直到跨电容器的电压等于阈值电压为止。在此类实例中，参考电压引线38可经配置以接收参考电压，其小于或等于在过电压状况期间由输入电压引线42携载的电压与阈值电压之间的差值。在一些实例中，参考电压引线38可等于由输入电压引线42携载的电压与阈值电压之间的差值。
如图2、4及8中所示，电源转换器10可基于是否针对参考电压引线38检测到过电压状况而将电荷泵电容器引线80选择性地耦合到输入电压引线42或参考电压引线38。参考电压引线38可耦合到栅极驱动器的电源输入(例如，晶体管18的源极电极)。
在一些实例中，选择性地耦合电荷泵电容器引线80可包含响应于在输入电压引线42上检测到过电压状况而将所电荷泵电容器引线80与输入电压引线42解耦，及响应于在参考电压引线38上检测到过电压状况而将电荷泵电容器引线80耦合到参考电压引线38。在一些实例中，参考电压引线38可接收参考电压，其小于或等于在过电压状况期间由输入电压引线42携载的电压与电荷泵电容器24经配置以给电荷泵电容器32充电所要达到的最大电压之间的差值。在一些实例中，参考电压等于由输入电压引线42携载的电压与最大电压之间的差值。
如图7中所示，汽车系统(例如，汽车电子器件系统202)包含一或多个汽车电子器件210、汽车电池206、耦合到汽车电池206的交流发电机204，以及耦合到交流发电机204的电源轨(例如，输入电压引线212)。汽车系统可进一步包含耦合在电源轨(例如，输入电压引线212)与汽车电子器件210之间的电源转换器208。
电源转换器208可包含(图1到4)通路晶体管(例如，高侧开关晶体管12)、耦合到通路晶体管的栅极驱动器(例如，晶体管18、20)及电容器(例如，电荷泵电容器32)，其具有耦合到栅极驱动器的电源输入(例如，晶体管18的源极电极)的第一端子。电源转换器208可进一步包含电路(例如，控制器22及开关28、30)，其经配置以响应于在电源轨上检测到过电压状况而将电荷泵电容器32的第二端子与电源轨解耦，且响应于在电源轨上检测到过电压状况而将电荷泵电容器32的第二端子耦合到参考电压引线。
如图5及6中所示，集成电路170包含输入电压引线150、高侧栅极驱动输出引线174及低侧栅极驱动输出引线178。集成电路进一步包含高侧栅极驱动器(例如，晶体管128、130)，其具有输入(例如，导体158、162及/或164)及耦合到高侧栅极驱动输出引线的输出(导体166)。集成电路进一步包含低侧栅极驱动器126，其具有输入及耦合到低侧栅极驱动输出引线的输出。集成电路进一步包含控制电路(例如，控制器134、高侧控制136)，其具有输入、耦合到高侧栅极驱动器的输入的第一输出，以及耦合到低侧栅极驱动器的输入的第二输出。集成电路进一步包含过电压检测电路(例如，过电压检测器138)，其具有耦合到输入电压引线的输入及耦合到控制电路的输入的输出。控制电路经配置以经由第一输出来输出第一控制信号，所述第一控制信号致使高侧开关晶体管122响应于针对由输入电压引线携载的电压检测到过电压状况而关断，且经由第二输出来输出第二控制信号，所述第二控制信号致使低侧开关晶体管124响应于针对由输入电压引线携载的电压检测到过电压状况而关断。
在一些实例中，第一及第二控制信号经配置以致使高侧及低侧开关晶体管两者均在过电压事件的持续时间期间保持关断。在另外实例中，电容器132耦合在高侧栅极驱动器的第一电源输入与第二电源输入之间。
如图5、6及9中所示，电源转换器120可在开关模式电源转换器120的输入电压引线上检测到过电压状况，所述开关模式电源转换器120包含高侧开关晶体管及低侧开关晶体管。电源转换器120可响应于检测到过电压状况而关断高侧开关晶体管及低侧开关晶体管。在一些实例中，电源转换器可关断高侧开关晶体管及低侧开关晶体管使得这两个晶体管均在过电压事件的一部分的持续时间中保持关断。
在一些实例中，本发明的技术可限制发生在汽车负荷突降期间的最大电压瞬变及/或限制集成电路中归因于汽车负荷突降而产生的高电压。在另外实例中，本发明的技术可切换电荷泵电容器或自举升压电容器。
在汽车负荷突降中，过电压测试电池电压可上升到指定高电压持续一段时间。归因于电荷泵或自举升压电容器电压及振铃，此可将电荷泵或自举升压引脚上的电压上升到高于负荷突降电压约15V到30V。一种处置电压增大的方式是使用具有用于集成电路(IC)及板、IC内部隔绝及/或内部组件的较高顺应电压的组件。使用具有较高电压顺应额定值的组件在制造成本及装置占据面积方面来说可能是昂贵的。
这在新型48V汽车电池系统中可能更为明显。例如，在70V负荷突降下，电源转换器可取得85V到100V，且因此需要使用90V到105V组件及90V到105V工艺，其可能需要更高电压工艺。对于具有40V负荷突降的12V系统，电源转换器可取得55V到70V，且因此需要55V到70V组件及55V到70V工艺。
本发明的技术可限制电源转换器上的电压。在一些实例中，包含电荷泵及升压引脚的所有引脚上的电压可被限于电池负荷突降电压的最大电压。这可允许IC及板上的电压较低，且可降低系统成本。这还可允许对12V及48V系统使用相同工艺。
本发明中所述的技术及电路在一些实例中可在一或多个集成电路或其它装置的任何组合上实施。
修改在所描述的实施例中是可行的，并且其它实施例在权利要求书的范围内是可行的。

Claims (19)

1.一种集成电路，其包括：
输入电压引线；
高侧栅极驱动输出引线；
第一电荷泵电容器引线；
第二电荷泵电容器引线；
参考电压引线；
电荷泵电路，其具有输入及耦合到所述第二电荷泵电容器引线的输出；
栅极驱动器，其具有控制输入、耦合到所述电荷泵电路的所述输出的电源输入及耦合到所述高侧栅极驱动输出引线的输出；
开关电路，其具有控制输入、耦合到所述参考电压引线的第一端子、耦合到所述输入电压引线的第二端子及耦合到所述第一电荷泵电容器引线的第三端子；及
过电压检测电路，其具有耦合到所述输入电压引线的输入及耦合到所述开关电路的所述控制输入的输出，
其中所述开关电路经配置以基于是否针对所述输入电压引线检测到过电压状况而将所述第一电荷泵电容器引线选择性地耦合到所述输入电压引线或所述参考电压引线。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述电荷泵电路的所述输入耦合到所述输入电压引线及所述开关电路的所述第二端子。
3.根据权利要求1所述的集成电路，其中电荷泵电容器耦合在所述第一电荷泵电容器引线与所述第二电荷泵电容器引线之间。
4.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述栅极驱动器是高侧栅极驱动器，且其中所述集成电路进一步包括低侧栅极驱动器。
5.根据权利要求4所述的集成电路，其进一步包括控制电路，所述控制电路具有耦合到所述高侧栅极驱动器的所述控制输入的第一输出及耦合到所述低侧栅极驱动器的控制输入的第二输出。
6.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述开关电路包含：第一晶体管，其具有耦合到所述输入电压引线的第一电流传导电极、耦合到所述第一电荷泵电容器引线的第二电流传导电极，以及耦合到所述开关电路的所述控制输入的控制电极；及第二晶体管，其具有耦合到所述参考电压引线的第一电流传导电极、耦合到所述第一电荷泵电容器引线的第二电流传导电极，以及耦合到所述开关电路的所述控制输入的控制电极。
7.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述开关电路可配置以在将所述第一电荷泵电容器引线耦合到所述输入电压引线的第一状态中操作，及在将所述第一电荷泵电容器引线耦合到所述参考电压引线的第二状态中操作。
8.根据权利要求7所述的集成电路，其中所述开关电路经配置以基于所述过电压检测电路的所述输出而选择性地在所述第一或第二状态中操作。
9.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述开关电路经配置以响应于在所述输入电压引线上检测到过电压状况而将所述第一电荷泵电容器引线与所述输入电压引线解耦。
10.根据权利要求9所述的集成电路，其中所述开关电路进一步经配置以响应于在所述输入电压引线上检测到过电压状况而将所述第一电荷泵电容器引线耦合到所述参考电压引线。
11.根据权利要求1所述的集成电路，其中：所述电荷泵电路经配置以给电荷泵电容器充电直到跨所述电容器的电压等于阈值电压为止，且所述参考电压引线经配置以接收参考电压，所述参考电压小于或等于在所述过电压状况期间由所述输入电压引线携载的电压与所述阈值电压之间的差值。
12.根据权利要求11所述的集成电路，其中所述参考电压等于由所述输入电压引线携载的电压与所述阈值电压之间的所述差值。
13.根据权利要求1所述的集成电路，其进一步包括：开关，其耦合在所述第一电荷泵电容器引线与所述第二电荷泵电容器引线之间；及控制电路，其经配置以响应于在所述输入电压引线上检测到过电压状况而闭合所述开关。
14.根据权利要求1所述的集成电路，其进一步包括：电荷泵电容器，其耦合在所述第一电荷泵电容器引线与所述第二电荷泵电容器引线之间；及控制电路，其经配置以响应于在所述输入电压引线上检测到过电压状况而给所述电荷泵电容器放电。
15.一种电压控制方法，其包括：
基于是否针对输入电压引线检测到过电压状况而将电荷泵电容器引线选择性地耦合到输入电压引线或参考电压引线，所述输入电压引线耦合到栅极驱动器的电源输入。
16.根据权利要求15所述的电压控制方法，其中选择性地耦合所述电荷泵电容器引线包含：响应于在所述输入电压引线上检测到过电压状况而将第一电荷泵电容器引线与所述输入电压引线解耦；及响应于在所述输入电压引线上检测到所述过电压状况而将所述第一电荷泵电容器引线耦合到所述参考电压引线。
17.根据权利要求15所述的电压控制方法，其进一步包括：
经由所述参考电压引线接收参考电压，其小于或等于在所述过电压状况期间由所述输入电压引线携载的电压与电荷泵经配置以给电荷泵电容器充电所要达到的最大电压之间的差值。
18.根据权利要求17所述的电压控制方法，其中所述参考电压等于由所述输入电压引线携载的所述电压与所述最大电压之间的所述差值。
19.一种汽车系统，其包括：
一或多个汽车电子组件；
汽车电池；
耦合到所述电池的交流发电机；
耦合到所述交流发电机的电源轨；
耦合在所述电源轨与所述汽车电子组件之间的电源转换器，所述电源转换器包含：通路晶体管；
耦合到所述通路晶体管的栅极驱动器；
电容器，其具有耦合到所述栅极驱动器的电源输入第一端子；及
电路，其经配置以响应于在所述电源轨上检测到过电压状况而将所述电容器的第二端子与所述电源轨解耦，且响应于在所述电源轨上检测到所述过电压状况而将所述电容器的所述第二端子耦合到参考电压引线。
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