CN108173538B - 有源栅极偏置驱动器 - Google Patents

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Abstract

本公开描述了一种器件，包括：栅极驱动器，被配置为响应于接收到激活开关的指示而向开关的栅极输出用于激活开关的导通电压；以及有源栅极偏置驱动器，被配置为响应于接收到将开关去激活的指示，将开关栅极处的电压有源地驱动为偏置电压。偏置电压小于导通电压，并且其中偏置电压大于栅极驱动器的接地电压。

Description

有源栅极偏置驱动器
技术领域
本公开涉及用于驱动半导体器件的栅极驱动器。
背景技术
在诸如场效应晶体管(FET)的开关中，体二极管提供续流能力并允许反向恢复行为。例如，在开关的关断间隔期间，体二极管变为正向偏置，并且反向恢复电荷在开关中积累。在开关的导通间隔开始时，开关中积累的反向恢复电荷重新组合。在开关周期期间，该重新组合导致开关的开关功率损耗。
发明内容
整体地，描述了用于有源地驱动开关栅极处的电压的电路和技术，使得开关中的反向恢复电荷减少，从而减少了该开关中以及互补开关中的开关损耗。栅极驱动器可以有源地将开关栅极的电压驱动到偏置电压，而不是向开关的栅极提供接地电压来使开关去激活。例如，栅极驱动器可以在空载时间期间有源地将开关的栅极的电压驱动到小于阈值电压的偏置电压，以减少开关的体二极管传导。附加地，栅极驱动器可以通过跟踪阈值电压的温度系数来有源地调整偏置电压，以避免诸如击穿和不期望的导通的温度相关的动态效应。通过这种方式，减少了在该开关以及互补开关中的反向恢复电荷，从而减少了开关中的开关损耗。
在一个示例中，本公开涉及器件，该器件包括：栅极驱动器，被配置为响应于接收到激活开关的指示而向开关的栅极输出用于激活开关的导通电压；以及有源栅极偏置驱动器，被配置为响应于接收到将开关去激活的指示而将开关的栅极处的电压有源地驱动到偏置电压。偏置电压小于导通电压，并且其中偏置电压大于栅极驱动器的接地电压。
在另一示例中，本公开涉及方法，方法包括：响应于接收到激活开关的指示，向开关的栅极输出用于激活开关的导通电压；以及响应于接收到将开关去激活的指示，将开关的栅极处的电压驱动到偏置电压。偏置电压小于导通电压，并且其中偏置电压大于开关的接地电压。
在另一示例中，本公开涉及包括栅极驱动器和有源栅极偏置驱动器的系统。栅极驱动器被配置为响应于接收到激活开关的指示而生成第一控制信号，第一控制信号被配置为激活第一开关元件，使得栅极驱动模块向开关的栅极输出用于激活开关的导通电压。栅极驱动器还被配置为响应于接收到将开关去激活的指示而生成第二控制信号，第二控制信号被配置为将第二开关元件去激活，使得栅极驱动模块向开关的栅极输出用于将开关去激活的接地电压。有源栅极偏置驱动器包括定时控制模块和有源栅极偏置模块。定时控制模块被配置为基于第一控制信号和第二控制信号输出提供用于去激活开关的有效栅极偏置电压的指示。有源栅极偏置模块被配置为响应于接收到提供用于去激活开关的有源栅极偏置电压的指示而有源地将开关的栅极处的电压驱动到偏置电压。偏置电压小于导通电压，并且其中偏置电压大于用于将开关去激活的接地电压。
在附图和下面的描述中阐述了一个或多个示例的细节。本公开的其他特征、目的和优点将从说明书和附图以及权利要求中显而易见。
附图说明
图1是示出根据本公开的一个或多个方面的具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的示例系统的框图。
图2是示出根据本发明的一个或多个方面的由具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的示例系统执行的操作的流程图。
图3是示出根据本发明的一个或多个方面的具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的第一示例电路的框图。
图4是示出由图3所示的示例电路输出的信号的图。
图5是示出由图3所示的示例电路执行的操作的流程图。
图6是示出根据本公开的一个或多个方面的具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的第二示例电路的框图。
图7是示出由图6所示的示例电路执行的操作的流程图。
图8是示出根据本发明的一个或多个方面的具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的第三示例电路的框图。
图9是示出由图8所示的示例电路执行的操作的流程图。
图10是示出根据本公开的一个或多个方面的具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的第四示例电路的框图。
图11是示出根据本公开的一个或多个方面的具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的第五示例电路的框图。
图12是示出根据本发明的一个或多个方面的具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的第六示例电路的框图。
图13是示出根据本公开的一个或多个方面的具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的第七示例电路的框图。
图14是示出根据本公开的一个或多个方面的具有用于较少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的示例系统的性能的图表。
图15是示出根据本公开的一个或多个方面的开关能量损耗的图。
图16是根据本公开的一个或多个方面的用于电机应用的示例性电路。
图17是示出根据本公开的一个或多个方面的图16的示例性电路的第一热性能的图表。
图18是示出根据本公开的一个或多个方面的图16的示例性电路的第二热性能的图表。
具体实施方式
在诸如电机驱动应用、直流(DC)到DC功率转换器、太阳能逆变器等的一些应用中，开关可以以构成总损耗的重要部分的开关损耗进行操作。这样的开关可以被配置在逆变器(例如，智能功率模块(IPM))中。例如，栅极驱动器可以交替地激活高电平侧开关和低电平侧开关，使得在开关周期的第一部分期间，高电平侧开关被激活并且低电平侧开关被去激活，以及在开关周期的第二部分期间，高电平侧开关被去激活，并且低电平侧开关被激活。
栅极驱动器可以使用“空载时间”来防止同时激活高电平侧和低电平侧开关。例如，栅极驱动器在开关周期的第一空载时间期间将高电平侧开关和低电平侧开关去激活。在该示例中，在开关周期的第一部分期间，栅极驱动器激活高电平侧开关并将低电平侧开关去激活。在该示例中，栅极驱动器在开关周期的第二空载时间期间，将高电平侧开关和低电平侧开关去激活。在该示例中，栅极驱动器在开关周期的第二部分期间，将高电平侧开关去激活并激活低电平侧开关。然而，在这种应用的开关转换的空载时间部分期间，由于少数载流子的积累引起的恢复损耗可能是开关损耗的主要部分。例如，在使用空载时间并在320V总线电压下操作的逆变器中(其中电机相位电流为200毫安方均根(mArms)，并且脉宽调制(PWM)频率为20kHz)，反向恢复损耗可能占逆变器总功率损耗的63％。
该问题的技术领域可以涉及IPM中针对空调和泵使用的非常低功率电机驱动应用(例如，<200W)的高电压开关。如本文所使用的，高电压开关可以指被配置为在250伏至1200伏之间操作的开关。在这些应用中，电机在绝大部分操作时间可能会在轻负载条件(只能达到设计的最大负载的一小部分)下运行。在这些应用中，IPM可以在6-20kHz的频率范围中操作。在这些应用中，开关的导通开关损耗可能超过传导损耗。开关损耗的主要原因可能是开关内部体二极管的恢复损耗。该恢复损耗可能是由于在开关转换的空载时间部分期间存储少数载流子。例如，利用该IPM的逆变器可以在总线电压VBUS＝320V、电机相位电流Imotor＝200mArms、以及PWM频率fsw＝20kHz的条件下操作，可以发现，常规开关的反向恢复损耗占总逆变器损耗的63％。因此，减少体二极管的恢复损耗来改善开关的导通损耗并提高整个系统的效率可能是非常重要的。
为了减少开关损耗，已经使用电子辐照和铂(Pt)注入。例如在20kHz下操作的风扇驱动逆变器中，即使采取这些干预措施，反向恢复造成的损耗也可能达到总损耗的40％。附加地，一些技术可以专注于使用依赖于二极管(例如，二极管链、二极管和电阻器等)的栅极偏置控制来控制反向恢复体二极管电荷。然而，这样的技术可以在二极管的二极管正向压降(例如，小于0.7V)处将栅极偏置，这对于高电压开关是不够的。例如，这样的技术可能不适用于具有几伏特的栅极阈值的高电压(例如，250-1200V)FET器件，因为在远高于二极管的二极管正向压降(例如，0.7V)的栅极电压下，栅极偏置效应更显著。此外，将隔离的二极管器件添加到现代高电压集成电路制造工艺中可能需要特别的隔离技术和工艺步骤，这会极大地增加所得器件的制造成本。此外，如果使用非隔离二极管，则当非隔离二极管被正向设置时，进位将中断逻辑操作，这可能导致驱动器集成电路中的闭锁。此外，这样的技术可能受到栅极偏置电平随时间与栅极电容和二极管阻抗成反比地下降的影响。因此，这样的技术可能仅适用于以非常小的空载时间(例如，20纳秒(ns))操作的功率转换器。此外，二极管的温度系数(例如，-2.5mV/摄氏度)可能不会跟踪开关的温度系数(例如，-8.5mV/摄氏度)，导致高温操作中的不稳定性。栅极可能会被持续偏置，并且因此随着温度升高，可能会导致亚阈值泄漏。而且，上述技术通常以非常高的频率(例如，高于100kHz)和较低的电压等级(例如，<100V)操作。这些非常高的频率和较低的电压等级可能不适用于在电机驱动中使用的逆变器(可以在较高电压(例如，250-1200V)和较长空载时间(例如，2毫秒(ms))和通常低于100kHz的频率下操作)。
不依赖电子辐射或二极管正向压降，描述了用于有源地驱动开关栅极处的电压使得开关中的反向恢复电荷减少的电路和技术。例如，系统可以有源地驱动开关栅极处的电压，以考虑开关的温度变化或开关中的其他变化并相应地动态调整其驱动能力。这样，系统可以减少在开关中以其他方式发生的损耗。
图1是示出根据本发明的一个或多个方面的具有用于减少开关106中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的示例系统100的框图。图1示出了系统100，系统100包括控制器101、栅极驱动器102、有源栅极偏置驱动器104和开关106。有源栅极偏置驱动器104的栅极驱动输出被电耦合到开关106的栅极110。系统100可以包括所示出的组件之外的附加的组件。在一些示例中，系统100可以被实现为单个或多个集成电路(IC)封装件。
控制器101提供用于将开关106激活和去激活的指令。在一些示例中，控制器101可以是调制(例如，脉宽调制)控制器。例如，控制器101可以在脉宽调制周期的第一部分期间向栅极驱动器102输出高电平信号(例如，逻辑“1”)以指示激活开关106的指令。在该示例中，控制器101可以在脉宽调制周期的第二部分期间向栅极驱动器102输出低电平信号(例如，逻辑“0”)以指示将开关106去激活的指令。然而，在一些示例中，控制器101可以向栅极驱动器102输出低电平信号(例如，逻辑“0”)来指示激活开关106，并向栅极驱动器102输出高电平信号(例如，逻辑“1”)来指示将开关106去激活的指令。
在一些示例中，控制器101可以使用包括空载时间的脉宽调制周期来输出激活开关106的指令。例如，控制器101可以在开关周期的第一部分期间，向栅极驱动器102输出将开关106和对应的高电平侧开关去激活的指令。在开关周期的第二部分期间，控制器101可以向栅极驱动器102输出激活高电平侧开关的指令，并向栅极驱动器102输出将开关106去激活的指令。在开关周期的第三部分期间，控制器101可以向栅极驱动器102输出将高电平侧开关和开关106去激活的指令。在开关周期的第四部分期间，控制器101可以向栅极驱动器102输出将高电平侧开关去激活的指令，并且向栅极驱动器102输出激活开关106的指令。以这种方式，控制器101可以降低高电平侧开关和开关106被无意地一起激活的可能性。
控制器101可以包括硬件、软件、固件或其任何组合的任何合适的布置，以执行归属于本文所描述的控制器101的技术。控制器101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电路或分立逻辑电路、以及这样的组件的任何组合。当控制器101包括软件或固件时，控制器101可以进一步包括用于存储和执行软件或固件的任何必要的硬件(例如，一个或多个存储器以及一个或多个处理器或处理单元)。通常，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电路或分立逻辑电路、以及这些组件的任何组合。
开关106表示被配置为从诸如栅极驱动器102和/或有源栅极偏置驱动器104的驱动器接收栅极驱动器信号的任何可构想的半导体器件。例如，开关106可以是场效应晶体管(FET)。例如，开关106可以是在开关模式电源(SMPS)中使用的金属氧化物半导体FET(MOSFET)。开关的示例可以包括但不限于结型场效应晶体管(JFET)、金属氧化物半导体FET(MOSFET)、双栅极MOSFET、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、任何其他类型的FET或者其任何组合。MOSFETS的示例可以包括但不限于p沟道MOSFET(pMOS)、n沟道MOSFET(nMOS)、双扩散MOSFET(DMOS)、或任何其他类型的MOSFET、或其任何组合。在一些示例中，开关106可以包括高电子迁移率晶体管。而且，在一些情况下，开关106可以包括基于氮化镓(GaN)的晶体管。其他材料也可以用于实现开关106。在一些示例中，开关106可以是高电压开关。如本文所使用的，高电压开关可以指被配置为在250伏至1200伏之间操作的开关。
然而，在其他示例中，开关106包括三个端子，开关106可以包括附加的端子。开关106的栅极110可以被电耦合到有源栅极偏置驱动器104。开关106的端子108A和108B可以被耦合到电压源和/或负载。在操作中，开关106可以在栅极110处从有源栅极偏置驱动器104接收导致开关106改变操作状态的栅极驱动器信号。根据栅极110处的栅极驱动器信号的电压幅度，开关106可以激活(例如，“接通”)或去激活(例如，“关断”)。当被激活时，开关106可以在开关106的端子108A和108B之间传导电流。当被去激活时，开关106可以停止传导电流，并且阻断开关106的端子108A和108B之间的电压。
栅极驱动器102向系统100提供用于驱动开关106的驱动能力。例如，栅极驱动器102可以输出使开关106激活的导通电压或输出使开关106去激活的关断电压。如本文所使用的，导通电压可以指代超过阈值电压的电压，以激活开关106，而关断电压可以指代小于阈值电压的电压，以将开关106去激活。例如，关断电压可以是系统100的接地电压。在一些情况下，关断电压可以是端子108B(例如，开关106的源)处的电压。
栅极驱动器102可以是系统100的独立组件，或者可以是系统100的较大系统或组件的一部分。例如，栅极驱动器102可以是分立组件，或者在其他示例中，栅极驱动器102可以成为控制器101的一部分。在一些示例中，栅极驱动器102可以是高电压栅极驱动器。如本文所使用的，高电压栅极驱动器可以指被配置为在250伏至1200伏之间操作的栅极驱动器。
栅极驱动器102可以包括硬件、软件、固件或其任何组合的任何合适的布置，以执行属于本文描述的栅极驱动器102的技术。栅极驱动器102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电路或分立逻辑电路、以及这样的组件的任何组合。当栅极驱动器102包括软件或固件时，栅极驱动器102可以进一步包括用于存储和执行软件或固件的任何必要的硬件(例如，一个或多个存储器以及一个或多个处理器或处理单元)。
有源栅极偏置驱动器104可以是系统100的独立组件，或者可以是系统100的较大系统或组件的一部分。例如，有源栅极偏置驱动器104可以是分立组件，或者在其他示例中，有源栅极偏置驱动器104可以是控制器(例如，控制栅极驱动器102、有源栅极偏置驱动器104、开关106以及系统100的其他组件的调制控制器)的一部分。在一些示例中，有源栅极偏置驱动器104可以是高电压有源栅极偏置驱动器。如本文所使用的，高电压有源栅极偏置驱动器可以指被配置为在250伏至1200伏之间操作的有源栅极偏置驱动器。
有源栅极偏置驱动器104可以包括硬件、软件、固件或其任何组合的任何合适的布置，以执行属于本文描述的有源栅极偏置驱动器104的技术。有源栅极偏置驱动器104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电路或分立逻辑电路、以及这些组件的任何组合。当有源栅极偏置驱动器104包括软件或固件时，有源栅极偏置驱动器104可以进一步包括用于存储和执行软件或固件的任何必要的硬件(例如，一个或多个存储器以及一个或多个处理器或处理单元)。
有源栅极偏置驱动器104为系统100提供有源栅极偏置驱动器能力，以驱动开关106。例如，在不超过阈值电压的情况下，有源栅极偏置驱动器104可以有源地将开关106的栅极110处的电压驱动至偏置电压，以激活开关106。如本文所使用的，偏置电压可以指小于激活开关106的阈值电压且大于系统100的接地电压的电压。
有源栅极偏置驱动器104可以有源地将开关106的栅极110处的电压驱动至偏置电压，而不向开关106的栅极110提供最小电压或接地电压来将开关106去激活。例如，有源栅极偏置驱动器104可以被配置为根据参考电压信号有源地将开关106的栅极110处的电压驱动至偏置电压。附加地或备选地，有源栅极偏置驱动器104可以被配置为根据开关106处的电流(例如，在端子108A和端子108B之间流动)，将开关106的栅极110处的电压有源地驱动到偏置电压。以这种方式，开关106中的反向恢复电荷被减少，从而减少在开关106中以其他方式发生的损耗。
图2是示出根据本发明的一个或多个方面的由具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的示例系统执行的操作的流程图。例如，图1的系统100的栅极驱动器102和有源栅极偏置驱动器104可以执行图2的操作202-206来控制图1的系统100的开关106。下文中，仅用于图示目的，在图1的系统100的上下文中描述图2。
在操作中，响应于接收到激活开关106的指示，栅极驱动器102可以输出用于激活开关106的导通电压(202)。例如，响应于从控制器101接收到用于激活开关106的指示(例如，高电平信号)，栅极驱动器102输出用于激活开关106的导通电压。
在一些示例中，响应于接收到将开关106去激活的指示，栅极驱动器102可以可选地输出用于将开关106去激活的关断电压(204)。例如，响应于从控制器101接收到使开关106去激活的指示(例如，低电平信号)，栅极驱动器102输出用于将开关106去激活的接地电压。在任何情况下，有源栅极偏置驱动器104可以响应于接收到将开关106去激活的指示来将开关106的栅极110处的电压有源地驱动至偏置电压(206)。例如，响应于从控制器101接收到将开关106去激活的指示(例如，低电平信号)，有源栅极偏置驱动器104基于开关106的温度、从108B之间的端子108A流动的电流、在栅极110处的电压、或其组合来将开关106的栅极110处的电压有源地驱动至偏置电压。
图3是示出根据本公开的一个或多个方面的具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的第一示例电路300的框图。图3示出了栅极驱动器302、有源栅极偏置驱动器304和开关306。栅极驱动器302可以是图1的栅极驱动器102的一个示例。有源栅极偏置驱动器304可以是图1的有源栅极偏置驱动器104的一个示例。开关306可以是图1的开关106的一个示例。例如，开关306可以包括栅极310，栅极310可以是栅极110的一个示例。仅出于示例的目的，在图1和图2的上下文中描述图3。
栅极驱动器302可以包括栅极驱动控制装置320以及开关元件322和324。开关元件322和324可以包括但不限于FET。如所示出的，开关元件322可以是p沟道MOSFET，然而在其他示例中，开关元件322可以是不同的。类似地，开关元件324可以是n沟道MOSFET，然而在其他示例中，开关元件324可以是不同的。栅极驱动控制装置320可以被配置为响应于接收到激活开关306的指示而生成第一控制信号。例如，响应于从控制器101在高电平侧输入(例如，HSin)处接收到低电平信号，栅极驱动控制装置320可以生成将开关元件322去激活的第一控制信号(例如，VCC)，以使开关306的栅极310与导通电压327电隔离。然而，响应于在高电平侧输入处从控制器101接收到高电平信号，栅极驱动控制装置320可以生成激活开关元件322的第一控制信号(例如，接地)，以生成将导通电压327电连接到开关306的栅极310的沟道。类似地，栅极驱动控制装置320可以被配置为响应于接收到将开关306去激活的指示而生成第二控制信号。例如，响应于在低电平侧输入(例如，LSin)处从控制器101接收到低电平信号，栅极驱动控制器320可以生成将开关元件324去激活的第二控制信号(例如，接地)，以使开关306的栅极310与接地328电隔离。然而，响应于在低电平侧输入处从控制器101接收到高电平信号，栅极驱动控制装置320可以生成激活开关元件324的第二控制信号(例如，VCC)，以生成将接地328电连接到开关306的栅极310的沟道。以这种方式，栅极驱动器302可以将开关306的栅极310选择性地连接到导通电压327或接地328。
有源栅极偏置驱动器304可以包括定时控制模块330和有源栅极偏置模块331。在一些示例中，定时控制模块330可以是运算跨导放大器。定时控制模块330可以被配置为基于第一和第二控制信号来输出提供用于将开关去激活的有源栅极偏置电压的指示。例如，响应于从栅极驱动控制装置320接收到指示去激活开关元件322的第一控制信号以及指示去激活开关元件324的第二控制信号，定时控制模块330可以使有源栅极偏置模块331向开关306的栅极310提供有源栅极偏置。在该示例中，然而，响应于从栅极驱动控制装置320接收到指示激活开关元件322的第一控制信号，定时控制模块330可以使得有源栅极偏置模块331避免向开关306的栅极310提供有源栅极偏置。类似地，在该示例中，响应于从栅极驱动控制装置320接收到指示激活开关元件324的第二控制信号，定时控制模块330可以使有源栅极偏置模块331避免向开关306的栅极310提供有源栅极偏置。以此方式，定时控制模块330可以在开关306的空载时间开关期间激活有源栅极偏置模块331。
有源栅极偏置模块331可以在开关周期的各个部分处有源地驱动开关306的栅极310处的电压。例如，有源栅极偏置模块331可以在开关306的空载时间期间有源地将开关306的栅极310处的电压驱动到偏置电压。例如，响应于从栅极驱动控制装置320接收到指示去激活开关元件322的第一控制信号(例如，低电平信号)以及指示去激活开关元件324的第二控制信号，定时控制模块330可以确定开关306在空载时间操作，并且响应于确定开关306在空载时间操作，定时控制模块330可以使有源栅极偏置模块331在开关306的空载时间期间将开关306的栅极310处的电压有源地驱动到偏置电压。附加地或备选地，有源栅极偏置模块331可以在开关306的体二极管传导期间，将开关306的栅极310处的电压驱动到偏置电压。附加地或者备选地，有源栅极偏置模块331可以在开关306被去激活时，将开关306的栅极310处的电压有源地驱动到偏置电压。例如，响应于从栅极驱动控制装置320接收到指示去激活开关元件322的第一控制信号以及指示激活开关元件324的第二控制信号，定时控制模块330可以确定开关306被去激活，并且响应于确定开关306被去激活，定时控制模块330可以使得有源栅极偏置模块331在开关306的空载时间期间，将开关306的栅极310处的电压有源地驱动到偏置电压。
在一些示例中，针对开关周期的不同部分，有源栅极偏置模块331可以将开关306的栅极310处的电压有源地驱动到不同的偏置电压。例如，有源栅极偏置模块331可以在开关306被激活之前，在开关306的空载时间期间，将开关306的栅极310处的电压有源地驱动到第一偏置电压。在该示例中，在开关306被去激活之前，在开关306的空载时间期间，有源栅极偏置模块331可以将开关306的栅极310处的电压有源地驱动到第二偏置电压。
有源栅极偏置模块331可以包括差分放大器332、开关元件334和336。开关元件334和336可以包括但不限于FET。在图3的示例中，有源栅极偏置模块331被配置为响应于接收到用于为将开关306去激活而提供有源栅极偏置电压的指示而将开关306的栅极310处的电压有源地驱动到偏置电压。例如，响应于从定时控制模块330接收到用于激活(例如，高电平信号)开关元件334和336、开关元件334和336的信号，在差分放大器332的输出与开关306的栅极310之间生成电沟道，由此将差分放大器332电连接到开关306的栅极310。
在图3的示例中，有源栅极偏置驱动器304被配置为接收参考电压信号。例如，差分放大器332在负输入端子处接收参考电压信号。在该示例中，有源栅极偏置驱动器304被配置为根据参考电压信号将开关306的栅极310处的电压有源地驱动到偏置电压。附加地或备选地，在一些示例中，有源栅极偏置驱动器304被配置为接收开关306的栅极310处的栅极电压的指示，并且根据栅极电压的指示将开关306的栅极310处的电压驱动到偏置电压。例如，差分放大器332将开关306的栅极310处的电压有源地驱动到偏置电压，以将栅极310处的电压与参考电压信号之间的差最小化。
可以从参考电压源326输出参考电压信号，参考电压源326具有与开关306的栅极阈值(Vth)的温度系数对应的温度系数。例如，响应于开关306升温，针对开关306的栅极阈值(Vth)减小。在该示例中，响应于参考电压源326升温，针对开关306的参考电压信号减小。类似地，响应于开关306冷却，针对开关306的栅极阈值(Vth)增大。在该示例中，响应于参考电压源326冷却，针对开关306的参考电压信号增大。参考电压源326和开关306可以在空间上接近，使得开关306中的温度变化转换成参考电压源326中的对应温度变化。附加地或备选地，参考电压源326和开关306可以在空间上接近，使得参考电压源326中的温度变化被转换成开关306中的对应温度变化。以这种方式，有源栅极偏置驱动器304可以匹配开关306的温度响应，以避免温度相关的动态效应(例如，开关306中的击穿和不期望的导通)，由此减少开关306的恢复损耗。
参考电压源326可以在开关306的空载时间切换期间和/或在体二极管传导期间选择最佳的栅极电压形状，以在施加栅极偏置时减小亚阈值泄漏来进一步减少功率损耗。例如，在开关306被激活之前，在开关306的第一空载时间期间，有源栅极偏置模块331可以将开关306的栅极310处的电压有源地驱动至第一偏置电压。在该示例中，在开关306被去激活之前，在开关306的第二空载时间期间，有源栅极偏置模块331可以将开关306的栅极310处的电压有源地驱动至第二偏置电压。以这种方式，在施加栅极偏置时，有源栅极偏置驱动器304可以在空载时间期间减小亚阈值泄漏，由此减少恢复损耗。
图4是示出由图3所示的示例电路输出的信号的图表。仅为了示例性的目的，在图1-图3的上下文中描述图4。在图4的示例中，栅极驱动控制装置320向开关元件322(例如，PMOS)的栅极输出第一控制信号402，并且向开关元件324(例如，NMOS)的栅极输出第二控制信号404。图4示出了被反相作为反相第二控制信号406的第二控制信号404。在图4的示例中，定时控制模块330接收第一控制信号402和第二控制信号404，并且向有源栅极偏置模块331的开关元件334和336输出定时控制信号408。如图所示，定时控制信号408可以指示开关306的空载时间。即，定时控制信号408可以指示其中开关元件322和324被去激活的脉宽调制信号的一部分。在任何情况下，有源栅极偏置模块331根据定时控制信号408有源地驱动开关306的栅极310处的电压410。如图所示，当定时控制信号408指示开关306的空载时间时(例如，当定时控制信号408为高电平时)，有源栅极偏置模块331将开关306的栅极310处的电压410有源地驱动至偏置电压420。
图5是示出由图3所示的示例电路执行的操作的流程图。仅用于示例目的，在图1至图4的上下文中描述图5。在操作中，栅极驱动器302可以确定是否激活开关306(502)。例如，栅极驱动器302可以响应于在高电平输入(例如，HSin)处从控制器101接收到高电平信号及在低电平输入(例如，LSin)处接收到低电平信号来确定激活开关306。响应于确定激活开关306，栅极驱动器302可以输出用于激活开关306的导通电压(520)。例如，响应于从控制器101接收到用于激活开关306的指示(例如，高电平信号)，栅极驱动器302输出用于激活开关306的导通电压。
然而，响应于确定将开关306去激活，栅极驱动器302可以输出用于将开关306去激活的关断电压(504)。例如，响应于从控制器101接收到使开关306去激活的指示(例如，低电平信号)，栅极驱动器302输出将开关306去激活的关断电压。在该示例中，有源栅极偏置驱动器304可以根据参考电压信号以及开关306的栅极310处的栅极电压来将开关306的栅极310处的电压有源地驱动到偏置电压(506)。例如，当定时控制信号408指示开关306的空载时间时，有源栅极偏置驱动器304的差分放大器332将开关306的栅极310处的电压有源地驱动到偏置电压，以将栅极310处的电压和参考电压信号最小化。
图6是示出根据本公开的一个或多个方面的具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的第二示例电路600的框图。图6示出了栅极驱动器602、有源栅极偏置驱动器604和开关606。栅极驱动器602可以是图1的栅极驱动器102的一个示例和/或图3的栅极驱动器302的一个示例。例如，栅极驱动控制装置620可以是图3的栅极驱动控制装置320的一个示例和/或开关元件622和624可以分别是图3的开关元件322和324的示例。有源栅极偏置驱动器604可以是图1的有源栅极偏置驱动器104的一个示例和/或图3的有源栅极偏置驱动器304的一个示例。例如，定时控制模块630可以是定时控制模块330的一个示例，有源栅极偏置模块631可以是有源栅极偏置模块331的一个示例。开关606可以是图1的开关106的一个示例。例如，开关606可以包括栅极610，栅极610可以是栅极610的一个示例。仅用于示例目的，在图1-图5的上下文中描述图6。
在图6的示例中，有源栅极偏置驱动器604可以被配置为接收流过开关606的电流的指示。例如，有源栅极偏置驱动器604可以在电阻元件652处接收电压，该电压指示流过开关606的电流。在一些示例中，信号调节模块638可以可选地调节由电阻元件652输出的电压。在任何情况下，有源栅极偏置驱动器604可以被配置为根据流过开关606的电流的指示将开关606的栅极610处的电压有源地驱动到偏置电压。例如，有源栅极偏置模块631的差分放大器可以将开关606的栅极610处的电压有源地驱动到偏置电压，以将电阻元件652处的电压和参考电压信号(例如，VCS)最小化。
因此，不依赖于内部电压参考，有源栅极偏置驱动器604可以在恢复时间期间感测电流并且通过集成有源钳位进行控制来将恢复时间期间的功率损耗最小化。有源栅极偏置驱动器604可以被配置用于闭环有源栅极控制，以在米勒感应栅极导通期间保持栅极610处的栅极电压。
图7是示出由图6所示的示例电路执行的操作的流程图。仅用于示例性的目的，在图1-图6的上下文中描述图7。在操作中，栅极驱动器602可以确定是否激活开关606(702)。例如，栅极驱动器602可以响应于在高电平输入(例如，HSin)处从控制器101接收到高电平信号及在低电平输入(例如，LSin)处接收到低电平信号而确定激活开关606。响应于确定激活开关606，栅极驱动器602可以输出用于激活开关606的导通电压(720)。例如，响应于从控制器101接收到用于激活开关606的指示(例如，高电平信号)，栅极驱动器602输出用于激活开关606的导通电压。
然而，响应于确定将开关606去激活，栅极驱动器602可以输出用于将开关606去激活的关断电压(704)。例如，响应于从控制器101接收到使开关606去激活的指示(例如，低电平信号)，栅极驱动器602输出关断电压来将开关606去激活。在该示例中，有源栅极偏置驱动器604可以根据流过开关306的电流将开关606的栅极610处的电压有源地驱动到偏置电压(706)。例如，当定时控制信号408指示开关606的空载时间时，有源栅极偏置驱动器604的差分放大器将开关606的栅极610处的电压有源地驱动到偏置电压，以将电阻元件652处的电压和参考电压信号最小化。
图8是示出根据本公开的一个或多个方面的具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的第三示例电路800的框图。图8示出了栅极驱动器802、有源栅极偏置驱动器804和开关806。栅极驱动器802可以是图1的栅极驱动器102的一个示例。栅极驱动器802可以是栅极驱动器303的一个示例。例如，栅极驱动控制装置620可以是图3的栅极驱动控制装置320的一个示例和/或开关元件822和824可以分别是图3的开关元件322和324的示例。栅极驱动器802可以是栅极驱动器602的一个示例。例如，开关元件822和824可以分别是图6的开关元件622和624的示例。有源栅极偏置驱动器804可以是图1的有源栅极偏置驱动器104的一个示例。差分放大器832可以是图3的差分放大器332的一个示例和/或图6的差分放大器632的一个示例。定时控制模块830可以是定时控制模块330的一个示例，有源栅极偏置模块831可以是有源栅极偏置模块331的一个示例。开关806可以是图1的开关106的一个示例。例如，开关806可以包括栅极810，栅极810可以是图1的栅极110的一个示例。电阻元件852可以基本上类似于图6的电阻元件652。仅用于示例目的，在图1-图7的上下文中描述图8。
在图8的示例中，有源栅极偏置驱动器804可以包括缓冲器模块840以及开关元件842和844。开关元件842和844可以包括但不限于FET。缓冲器模块840可以被配置为存储经缓冲的电压(对应于栅极810处所检测的电压)。例如，缓冲器模块840可以包括一个或多个电容元件。定时控制模块830可以被配置为使得当将开关806的栅极810处的电压有源地驱动到偏置电压时，有源栅极偏置驱动器804向开关806的栅极810初始输出经缓冲的电压。例如，定时控制模块830可以激活开关元件844，以在开关周期的空载时间的初始部分(小于20％)中，在缓冲器模块840和开关806的栅极810之间生成电沟道。在一些示例中，有源栅极偏置驱动器804可以被配置为修改经缓冲的电压，以对应于在开关806的栅极810处所检测的电压。在该示例中，可以在初始输出经缓冲的电压之后、且在激活开关806之前，检测所检测的电压。例如，定时控制模块830可以在开关周期的空载时间的最后部分(例如，最后20％)处激活开关元件844，以将开关806的栅极810处所检测的电压存储在缓冲器模块840中。以这种方式，为了改善有源通用扰动(GD)闭环响应速度，先前的恢复循环栅极电压可以被存储在缓冲器模块840的栅极电压感测和保持电路中。在标准栅极驱动时段期间，缓冲器模块840的栅极电压感测和保持电路处的电压可以被缓冲到有源GD输出。在下一恢复周期中，有源GD可以快速建立操作点，以提高恢复期间的速度。
图9是示出由图8所示的示例电路执行的操作的流程图。仅用于示例目的，在图1-图8的上下文中描述图9。在操作中，栅极驱动器802可以确定是否激活开关806(902)。例如，栅极驱动器802可以响应于在高电平输入(例如，HSin)处从控制器101接收到高电平信号及在低电平输入(例如，LSin)处接收到低电平信号而确定激活开关806。响应于确定激活开关806，栅极驱动器802可以输出用于激活开关806的导通电压(920)。例如，响应于从控制器101接收到用于激活开关806的指示(例如，高电平信号)，栅极驱动器802输出用于激活开关806的导通电压。
然而，响应于确定将开关806去激活，栅极驱动器802可以输出用于将开关806去激活的关断电压(904)。例如，响应于从控制器101接收到使开关806去激活的指示(例如，低电平信号)，栅极驱动器802输出用于将开关806去激活的关断电压。在该示例中，有源栅极偏置驱动器804可以将开关806的栅极810处的电压有源地驱动到偏置电压(906)。例如，当定时控制信号408指示开关806的空载时间时，定时控制模块830可以激活开关元件844，以在开关周期的空载时间的初始部分(小于20％)内，在缓冲器模块840与开关806的栅极810之间生成电沟道。在该示例中，有源栅极偏置驱动器804可以修改经缓冲的电压，以对应于栅极处所检测的电压(906)。例如，当定时控制信号408指示开关806的空载时间的最后部分时，定时控制模块830可以激活开关元件844，以在缓冲器模块840与开关806的栅极810之间生成电沟道，以将开关806的栅极810处的电压存储在缓冲器模块840中。
图10是示出根据本公开的一个或多个方面的、具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的第四示例电路1000的框图。图10示出了栅极驱动器1002、有源栅极偏置驱动器1004和开关1006。栅极驱动器1002可以是图1的栅极驱动器102的一个示例。栅极驱动器1002可以是图3的栅极驱动器302的一个示例。例如，开关元件1022和1024可以分别是图3的开关元件322和324的示例。有源栅极偏置驱动器1004可以是图1的有源栅极偏置驱动器104的一个示例。开关1006可以是图1的开关106的一个示例。例如，开关1006可以包括栅极1010，栅极1010可以是图1的栅极110的一个示例。仅用于示例性目的，在图1-图9的上下文中描述图10。
栅极驱动器1002可以被配置为激活开关1006。例如，有源栅极偏置驱动器1004可以接收激活开关元件1022、并且将开关元件1024去激活的信号(例如，“LIN”)。在一些情况下，开关元件1022具有电阻为75欧至2千欧(kΩ)的沟道电阻。在该示例中，二极管1060旁路通过电阻元件1062。
栅极驱动器1002可以被配置为将开关1006去激活。例如，有源栅极偏置驱动器1004可以接收将开关元件1022去激活、并且激活开关元件1024的信号(例如，“HIN”)。在一些情况下，当开关元件1024被激活时，有源栅极偏置驱动器1004根据以下等式偏置栅极1010。
VK＝(RON,N1+R2)/(RON,N1+R2+R1)VCC
在以上等式中，RON,N1是开关元件1024的导通电阻，R1是电阻元件1064的电阻，R2是电阻元件1062的电阻。在上述等式中，可以选择R2，使得当开关元件1024被激活时，VK近似处于最优栅极偏置(例如，2伏)，R2(基本上)大于RP1(即，开关元件1022的电阻)，并且R2大致等于RN1(即，开关元件1024的电阻)。
图11是示出根据本发明的一个或多个方面的、具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的第五示例电路1100的框图。图11示出了栅极驱动器1102、有源栅极偏置驱动器1104和开关1106。栅极驱动器1102可以是图10的栅极驱动器1002的一个示例和/或图3的栅极驱动器302的一个示例。例如，开关元件1122和1124可以分别是图10的开关元件1022和1024的示例。有源栅极偏置驱动器1004可以是图10的栅极偏置驱动器1004的一个示例。开关1106可以是图10的开关1006的一个示例。例如，开关1106可以包括栅极1110，栅极1110可以是图10的栅极1010的一个示例。仅用于示例目的，在图1-图10的上下文中描述图11。
有源栅极偏置驱动器1104可以类似于图10的有源栅极偏置驱动器1004。例如，有源栅极偏置驱动器1104可以包括电阻元件1164，电阻元件1164可以基本上类似于图10的电阻元件1064。然而，与如图10所示的将电阻元件1062包括在有源栅极偏置驱动器1004中不同，有源栅极偏置驱动器1104省略了第二电阻元件，而栅极驱动器1102包括电阻元件1162，电阻元件1162可以基本上类似于电阻元件1062。
图12是示出根据本公开的一个或多个方面的、具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的第六示例电路1200的框图。图12示出了栅极驱动器1202、有源栅极偏置驱动器1204和开关1206。栅极驱动器1202可以是图1的栅极驱动器102的一个示例和/或图3的栅极驱动器302的一个示例。例如，开关元件1222和1224可以分别是图3的开关元件322和324的示例。有源栅极偏置驱动器1204可以是图1的有源栅极偏置驱动器104的一个示例。开关1206可以是图1的开关106的一个示例。例如，开关1206可以包括栅极1210，栅极1210可以是图1的栅极110的一个示例。仅用于示例性的目的，在图1-图11的上下文中描述图12。
有源栅极偏置驱动器1204可以类似于图10的有源栅极偏置驱动器1004。例如，有源栅极偏置驱动器1204可以包括电阻元件1264，电阻元件1264可以基本上类似于图10的电阻元件1064。然而，与图10所示的将电阻元件1062包括在有源栅极偏置驱动器1004中不同，有源栅极偏置驱动器1104包括齐纳二极管1263。
图13是示出根据本公开的一个或多个方面的、具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的第七示例电路1300的框图。图13示出了栅极驱动器1302、有源栅极偏置驱动器1304和开关1306。栅极驱动器1302可以是图1的栅极驱动器102的一个示例和/或图3的栅极驱动器302的一个示例。例如，开关元件1322和1324可以分别是图3的开关元件322和324的示例。有源栅极偏置驱动器1304可以是图1的有源栅极偏置驱动器104的一个示例。开关1306可以是图1的开关106的一个示例。例如，开关1306可以包括栅极1310，栅极1310可以是图1的栅极110的一个示例。仅用于示例目的，在图1-图12的上下文中描述图13。
有源栅极偏置驱动器1304可以类似于图10的有源栅极偏置驱动器1004。例如，有源栅极偏置驱动器1304可以包括电阻元件1364，电阻元件1364可以基本上类似于图10的电阻元件1064。然而，与图10所示的将电阻元件1062包括在有源栅极偏置驱动器1004中不同，有源栅极偏置驱动器1104包括齐纳二极管1365。
图14是示出根据本公开的一个或多个方面的、具有用于减少开关中的反向恢复电荷的有源栅极偏置能力的示例系统的性能的图表。在图14的示例中，逆变器可以在总线电压VBUS＝300V、电机相位电流Imotor＝500mArms下操作。如所示出的，使用本文描述的用于减少开关中的反向恢复电荷的一种或多种技术的系统可以产生电流1402，而不是电流1404。如图14所示，与省略了本文所述的用于减少反向恢复电荷的一种或多种技术的系统相比，电流1402和1404的差导致开关的电荷电平降低39％，从而减少了开关以及所得到的转换器的功耗。
图15是示出根据本公开的一个或多个方面的开关能量损耗(Eon)的图表。在图15的示例中，使用本文描述的用于减少高电压开关中的反向恢复电荷的一种或多种技术的系统产生电压1504、电流1514和开关能量损耗(Eon)1524。附加地，如图所示，省略了本文描述的用于减少高电压开关中的反向恢复电荷的一种或多种技术产生电压1502、电流1512以及开关能量损耗(Eon)1522。在该示例中，电压1502和1504是相似的，但是电流1512和1514是不同的。更具体地，在时间跨度1530期间，电流1514基本上小于电流1512。这样，使用本文描述的用于减少高电压开关中的反向恢复电荷的一种或多种技术的系统可能产生开关能量损耗(Eon)1524，这与省略了本文所述的用于减少高电压开关中的反向恢复电荷的一种或多种技术的系统的开关能量损耗(Eon)1522相比，减少了大约19％。
图16是根据本公开的一个或多个方面的、用于电机应用的示例性电路1600。图16示出了栅极驱动器1602、有源栅极偏置驱动器1604、开关1606以及电机1650。栅极驱动器1602可以是图10的栅极驱动器1002的一个示例和/或图3的栅极驱动器302的一个示例。有源栅极偏置驱动器1604可以是图10的有源栅极偏置驱动器1004的一个示例。开关1606可以是图10的开关1006的一个示例。如图所示，开关1606可以包括M5 1610和M2 1612。仅用于示例目的，在图1-图10的上下文中描述图16。
在图16的示例中，针对电机应用，有源栅极偏置驱动器1604可以将栅极偏置机构仅应用于六个FET的M51610。有源栅极偏置驱动器1604可以在0逻辑被施加到沟道之后施加栅极偏置。换言之，有源栅极偏置驱动器1604可以仅偏置M5 1610(即，相位V上的高电平侧FREDFET)。当HIN2信号是LO时(即，当M5 1610可能经历换向并且减少少数电荷的积累时)，有源栅极偏置驱动器1604施加最佳栅极偏置。有源栅极偏置驱动器1604可以施加栅极偏置来主要影响互补器件M2 1612，以在具有栅极偏置的M2 1612中获得较低的损耗。
图17是示出根据本公开的一个或多个方面的图16的示例性电路1600的第一热性能的图表。图17示出了针对0.2Arms的轻载条件的温度1702和1704。更具体地，图17示出了作为轻载条件期间的时间的函数的M2 1612的温度1702以及作为轻载条件期间的时间的函数的M5 1610的温度1704。在图17的示例中，在不应用本文所述的有源偏置技术的条件下，电机1650最初在参考条件下运行。在该示例中，当M2 1612的温度1702达到稳定状态时，有源栅极偏置驱动器1604在M5 1610上输出栅极偏置。如图所示，温度1702和1704在开关处于参考条件时上升。在时间1706，M2 1612达到稳定状态，并且有源栅极偏置驱动器1604在高电平侧M5 1610上输出栅极偏置。如图所示，低电平侧开关(例如，M2 1612)处的温度1702在时间1706之后下降1.1摄氏度(℃)，这可以对应于开关能量损耗(Eon)减少9％。应理解，在图17的示例中，有源栅极偏置驱动器1604仅将栅极偏置施加到一个开关。然而，有源栅极偏置驱动器1604可以向所有6个开关施加有源偏置，这可以导致更大的温度下降(例如，由于相互加热而超过5摄氏度(℃))。
图18是示出根据本公开的一个或多个方面的图16的示例性电路1600的第二热性能的图表。图18示出了满载条件为0.45Arms的温度1812和1814。更具体地，图18示出了在重载条件期间作为时间的函数的M2 1612的温度1812以及在重载条件期间作为时间的函数的M5 1610的温度1814。在图18的示例中，在不应用本文所述的有源偏置技术的情况下，电机1650最初在参考条件下运行。在该示例中，当M2 1612的温度达到稳定状态时，有源栅极偏置驱动器1604在M51610上输出栅极偏置。如图所示，低电平侧开关(例如，M2 1612)处的温度1812在时间1816之后下降1.3摄氏度(℃)，这可以对应于开关能量损耗(Eon)减少7％。应理解，在图18的示例中，有源栅极偏置驱动器1604仅将栅极偏置施加到一个开关。然而，有源栅极偏置驱动器1604可以向所有6个开关施加有源偏置，这可以导致更大的温度下降(例如，由于相互加热而超过5摄氏度(℃))。
以下“示例”展示了根据本公开的器件和技术的一些具体方面。
示例1.器件，包括：栅极驱动器，被配置为响应于接收到激活开关的指示而向开关的栅极输出用于激活开关的导通电压；以及有源栅极偏置驱动器，被配置为响应于接收到将开关去激活的指示而将开关的栅极处的电压有源地驱动到偏置电压，其中偏置电压小于导通电压，并且其中偏置电压大于栅极驱动器的接地电压。
示例2.根据示例1所述的器件，其中有源栅极偏置驱动器被进一步配置为接收参考电压信号，并且其中有源栅极偏置驱动器还被配置为根据参考电压信号将开关的栅极处的电压有源地驱动到偏置电压。
示例3.根据示例1至2中任一项所述的器件或其组合，其中参考电压信号由参考电压源生成，参考电压源具有与开关的温度系数对应的温度系数。
示例4.根据示例1至3中任一项所述的器件或其组合，其中有源栅极偏置驱动器被进一步配置为接收开关的栅极处的栅极电压的指示，并且其中有源栅极偏置驱动器进一步被配置为根据栅极电压的指示来将开关的栅极处的电压有源地驱动到偏置电压。
示例5.根据示例1至4中任一项所述的器件或其组合，其中有源栅极偏置驱动器被进一步配置为接收流过开关的电流的指示，并且其中有源栅极偏置驱动器被进一步配置为根据流过开关的电流的指示，将开关的栅极处的电压有源地驱动到偏置电压。
示例6.根据示例1至5中任一项所述的器件或其组合，还包括缓冲器模块，缓冲器模块被配置为：使得在将开关的栅极处的电压有源地驱动至偏置电压时，有源栅极偏置驱动器向开关的栅极初始输出经缓冲的电压；以及修改经缓冲的电压，以对应于栅极处所检测的电压，所检测的电压在初始输出经缓冲的电压之后且在激活开关之前被检测。
示例7.根据示例1至6中任一项所述的器件或其组合，其中有源栅极偏置驱动器还被配置为在开关的空载时间期间、在开关的体二极管传导期间、或其组合期间，将开关的栅极有源地驱动至偏置电压。
示例8.根据示例1至7中任一项所述的器件或其组合，其中偏置电压是第一偏置电压，并且其中有源栅极偏置驱动器被进一步配置为：在开关的第一空载时间期间，将开关的栅极处的电压有源地驱动至第一偏置电压，第一空载时间在开关被去激活之前；以及在开关的第二空载时间期间，将开关的栅极处的电压有源地驱动到第二偏置电压，第二空载时间在开关被激活之前，其中第二偏置电压不同于第一偏置电压。
示例9.根据示例1至8中任一项所述的器件或其组合，其中有源栅极偏置驱动器是高电压栅极驱动器，并且开关是高电压开关。
示例10.方法，包括：响应于接收到激活开关的指示，向开关的栅极输出用于激活开关的导通电压；以及响应于接收到将开关去激活的指示，将开关的栅极处的电压有源地驱动到偏置电压，其中偏置电压小于导通电压，并且其中偏置电压大于开关的接地电压。
示例11.根据示例10所述的方法，还包括：接收参考电压信号；以及根据参考电压信号将开关的栅极处的电压有源地驱动到偏置电压。
示例12.根据示例10至11所述的方法或其组合，其中参考电压信号由参考电压源生成，参考电压源具有与开关的温度系数对应的温度系数。
示例13.根据示例10至12所述的方法或其组合，还包括：接收开关的栅极处的栅极电压的指示；以及根据栅极电压的指示，将开关的栅极处的电压有源地驱动到偏置电压。
示例14.根据示例10至13所述的方法或其组合，还包括：接收流过开关的电流的指示；以及根据流过开关的电流的指示，将开关的栅极处的电压有源地驱动到偏置电压。
示例15.根据示例10至14所述的方法或其组合，还包括：通过初始向开关的栅极输出经缓冲的电压，将开关的栅极处的电压有源地驱动至偏置电压；修改经缓冲的电压，以对应于栅极处所检测电压，所检测的电压在初始输出经缓冲的电压之后且在激活开关之前被检测。
示例16.根据示例10至15所述的方法或其组合，还包括：在开关的空载时间期间、在开关的体二极管传导期间、或其组合期间，将开关的栅极有源地驱动至偏置电压。
示例17.根据示例10至16所述的方法或其组合，其中偏置电压是第一偏置电压，方法还包括：在开关的第一空载时间期间，将开关的栅极处的电压有源地驱动至第一偏置电压，第一空载时间在开关被去激活之前；以及在开关的第二空载时间期间，将开关的栅极处的电压有源地驱动到第二偏置电压，第二空载时间在开关被激活之前，其中第二偏置电压不同于第一偏置电压。
示例18.系统，包括：栅极驱动器，被配置为：响应于接收到激活开关的指示而生成第一控制信号，第一控制信号被配置为激活第一开关元件，使得栅极驱动模块向开关的栅极输出用于激活开关的导通电压，并且响应于接收到去激活开关的指示而生成第二控制信号，第二控制信号被配置为将第二开关元件去激活，使得栅极驱动模块向开关的栅极输出用于将开关去激活的接地电压；以及有源栅极偏置驱动器，包括：定时控制模块，被配置为基于第一控制信号和第二控制信号，输出提供用于去激活开关的有源栅极偏置电压的指示；以及有源栅极偏置模块，被配置为响应于接收到提供用于去激活开关的有源栅极偏置电压的指示，将开关的栅极处的电压有源地驱动到偏置电压，其中偏置电压小于导通电压，并且其中偏置电压大于用于将开关去激活的接地电压。
示例19.根据示例18所述的系统，还包括：开关；以及电阻元件，被配置为输出流过开关的电流的指示，其中有源栅极偏置驱动器还被配置为根据流过开关的电流的指示，将开关的栅极处的电压有源地驱动到偏置电压。
示例20.根据示例18至19所述的系统或其组合，还包括缓冲器模块，被配置为：当将开关的栅极处的电压有源地驱动到偏置电压时，使得有源栅极偏置驱动器向开关的栅极初始输出经缓冲的电压；并且修改经缓冲的电压，以对应于栅极处所检测的电压，所检测的电压在初始输出经缓冲的电压之后且在激活开关之前被检测。
在一个或多个示例中，所描述的执行的驱动器功能可以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果以软件实现，则可以将功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或通过其传输，并且由基于硬件的处理单元执行。计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质(对应于诸如数据存储介质的有形介质)或通信介质(包括例如根据通信协议促进将计算机程序从一处传送到另一处的任何介质)。以此方式，计算机可读介质通常可对应于(1)有形计算机可读存储介质或(2)诸如信号或载波的通信介质。数据存储介质可以是可由一个或多个计算机或一个或多个处理器访问以检索用于实现本公开中所描述的技术的指令、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。
本公开的技术可以在各种设备或装置(包括无线手持机、集成电路(IC)或IC集合(例如，芯片集合))中实现。在本公开中描述了各种组件、模块或单元来强调被配置为执行所公开的技术的器件的功能方面，但是各种组件、模块或单元不一定需要通过不同的硬件单元来实现。相反，如上所述，可以将各个单元组合在硬件单元中，或者通过包括如上所述的一个或多个处理器的互操作硬件单元的集合、结合合适的软件和/或固件来提供各个单元。
已经描述了各种示例。这些示例和其他示例在所附权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种半导体器件，包括：
栅极驱动器，被配置为接收参考电压信号并且响应于接收到激活开关的指示，向所述开关的栅极输出用于激活所述开关的导通电压，其中所述参考电压信号由参考电压源生成，所述参考电压源具有与所述开关的温度系数对应的温度系数；以及
有源栅极偏置驱动器，被配置为响应于接收到将所述开关去激活的指示，根据所述参考电压信号，将所述开关的所述栅极处的电压有源地驱动到偏置电压；
其中所述偏置电压小于所述导通电压，并且其中所述偏置电压大于所述栅极驱动器的接地电压。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述有源栅极偏置驱动器被进一步配置为接收所述开关的所述栅极处的栅极电压的指示，并且其中所述有源栅极偏置驱动器进一步被配置为根据所述栅极电压的所述指示，将所述开关的所述栅极处的所述电压有源地驱动到所述偏置电压。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述有源栅极偏置驱动器被进一步配置为接收流过所述开关的电流的指示，并且其中所述有源栅极偏置驱动器进一步被配置为根据流过所述开关的所述电流的所述指示，将所述开关的所述栅极处的所述电压有源地驱动到所述偏置电压。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括缓冲器模块，所述缓冲器模块被配置为：
使得在将所述开关的所述栅极处的所述电压有源地驱动至所述偏置电压时，所述有源栅极偏置驱动器向所述开关的所述栅极初始输出经缓冲的电压；以及
修改经缓冲的电压，以对应于所述栅极处所检测的电压，所检测的电压在初始输出经缓冲的电压之后、且在激活所述开关之前被检测。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述有源栅极偏置驱动器进一步被配置为在所述开关的空载时间期间、在所述开关的体二极管传导期间、或其组合期间，将所述开关的所述栅极有源地驱动至所述偏置电压。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述有源栅极偏置驱动器是高电压栅极驱动器，并且所述开关是高电压开关。
7.一种半导体器件，包括：
栅极驱动器，被配置为响应于接收到激活开关的指示，向所述开关的栅极输出用于激活所述开关的导通电压；以及
有源栅极偏置驱动器，被配置为响应于接收到将所述开关去激活的指示，将所述开关的所述栅极处的电压有源地驱动到第一偏置电压；
其中所述第一偏置电压小于所述导通电压，并且其中所述第一偏置电压大于所述栅极驱动器的接地电压，以及
其中所述有源栅极偏置驱动器进一步被配置为：
在所述开关的第一空载时间期间，将所述开关的所述栅极处的所述电压有源地驱动至所述第一偏置电压，所述第一空载时间在所述开关被去激活之前；以及
在所述开关的第二空载时间期间，将所述开关的所述栅极处的所述电压有源地驱动到第二偏置电压，所述第二空载时间在所述开关被激活之前，
其中所述第二偏置电压不同于所述第一偏置电压。
8.一种用于运行半导体器件的方法，包括：
接收参考电压信号；
响应于接收到激活开关的指示，向所述开关的栅极输出用于激活所述开关的导通电压，其中所述参考电压信号由参考电压源生成，所述参考电压源具有与所述开关的温度系数对应的温度系数；以及
响应于接收到将所述开关去激活的指示，根据所述参考电压信号，将所述开关的所述栅极处的电压有源地驱动到偏置电压，其中所述偏置电压小于所述导通电压，并且其中所述偏置电压大于所述开关的接地电压。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
接收所述开关的所述栅极处的栅极电压的指示；以及
根据所述栅极电压的所述指示，将所述开关的所述栅极处的所述电压有源地驱动到所述偏置电压。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括：
接收流过所述开关的电流的指示；以及
根据流过所述开关的所述电流的所述指示，将所述开关的所述栅极处的所述电压有源地驱动到所述偏置电压。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括：
通过初始向所述开关的所述栅极输出经缓冲的电压，将所述开关的所述栅极处的电压有源地驱动至所述偏置电压；
修改经缓冲的电压，以对应于所述栅极处所检测的电压，所检测的电压在初始输出经缓冲的电压之后、且在激活所述开关之前被检测。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括：
在所述开关的空载时间期间、在所述开关的体二极管传导期间、或其组合期间，将所述开关的所述栅极有源地驱动至所述偏置电压。
13.一种用于运行半导体器件的方法，包括：
响应于接收到激活开关的指示，向所述开关的栅极输出用于激活所述开关的导通电压；以及
响应于接收到将所述开关去激活的指示，根将所述开关的所述栅极处的电压有源地驱动到第一偏置电压，其中所述第一偏置电压小于所述导通电压，并且其中所述偏置电压大于所述开关的接地电压；
在所述开关的第一空载时间期间，将所述开关的所述栅极处的所述电压有源地驱动至所述第一偏置电压，所述第一空载时间是在所述开关被去激活之前；以及
在所述开关的第二空载时间期间，将所述开关的所述栅极处的所述电压有源地驱动到第二偏置电压，所述第二空载时间是在所述开关被激活之前，
其中所述第二偏置电压不同于所述第一偏置电压。
14.一种半导体系统，包括：
栅极驱动器，被配置为：
响应于接收到激活开关的指示，生成第一控制信号，所述第一控制信号被配置为激活第一开关元件，使得栅极驱动模块向所述开关的栅极输出用于激活所述开关的导通电压；以及
响应于接收到将所述开关去激活的指示，生成第二控制信号，所述第二控制信号被配置为将第二开关元件去激活，使得所述栅极驱动模块向所述开关的所述栅极输出用于将所述开关去激活的接地电压；以及
有源栅极偏置驱动器，包括：
定时控制模块，被配置为基于所述第一控制信号和所述第二控制信号，输出提供用于去激活所述开关的有源栅极偏置电压的指示；以及
有源栅极偏置模块，被配置为响应于接收到提供用于去激活所述开关的所述有源栅极偏置电压的所述指示，将所述开关的所述栅极处的电压有源地驱动到偏置电压，
其中所述偏置电压小于所述导通电压，并且其中所述偏置电压大于用于将所述开关去激活的所述接地电压。
15.根据权利要求14所述的半导体系统，还包括：
开关；以及
电阻元件，被配置为输出流过所述开关的电流的指示，
其中所述有源栅极偏置驱动器还被配置为根据流过所述开关的所述电流的所述指示，将所述开关的所述栅极处的所述电压有源地驱动到所述偏置电压。
16.根据权利要求14所述的半导体系统，还包括缓冲器模块，所述缓冲器模块被配置为：
当将所述开关的所述栅极处的所述电压有源地驱动到所述偏置电压时，使得所述有源栅极偏置驱动器向所述开关的所述栅极初始输出经缓冲的电压；以及
修改经缓冲的电压，以对应于所述栅极处所检测的电压，所检测的电压在初始输出经缓冲的电压之后并且在激活所述开关之前被检测。
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