CN110235365A - 电源电路切换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电源电路切换装置(1)，其包括：两个切换端子(2a、2b)；串联布置在所述两个切换端子(2a、2b)之间的高压耗尽型晶体管(5)和低压增强型晶体管(6)；控制电路(8)，其具有接收切换信号的第一输入端(9)以及接收激活装置(1)的激活信号的第二输入端(10)，该控制电路(8)被配置为将切换装置(1)置于非激活状态或激活状态；驱动电路(4)，其将切换信号施加到高压晶体管(5)的栅极，该驱动电路(4)被提供来自第一电压源(VDR+)的第一电压和来自第二电压源(VDR‑)的第二电压，该第一电压和第二电压分别高于和低于高压晶体管(5)的阈值电压；以及与驱动电路(4)关联的至少一个编程模块，被配置为对高压晶体管(5)的栅极处注入的输入电流以及从所述栅极汲取的输出电流进行编程；编程模块能够连接到第一无源组件和第二无源组件，以分别对输入电流和输出电流进行编程。
Description
本发明领域
本发明涉及一种对双控电源电路进行切换的装置，该装置包括与低压晶体管串联的高压晶体管。
本发明的技术背景
文献“A dual-mode Driver IC with Monolithic Negative Drive-VoltageCapability and Digital Current-Mode Controller for Depletion-Mode GaN HEMT”(Yue Wen和Al，IEEE Transaction on Power Electronic，2016)具体描述了一种切换装置，其包括与增强型低压晶体管串联的高压耗尽型晶体管，各个晶体管都是单独进行控制。
该装置包括接收切换信号的第一端子，该第一端子经由驱动电路电连接到高压耗尽型晶体管的栅极。高压耗尽型晶体管的截止状态是通过在该晶体管的栅极与源极之间施加低于其阈值电压的负电压来获得的。由于该负电压可能不可用(例如，当开启切换装置时或者当切换装置操作于降级模式时)，所以该装置配备有与高压晶体管串联连接的低压增强型晶体管。
现有技术的切换装置还包括接收控制信号的第二端子，该第二端子电连接到低压晶体管的栅极。即使在没有负电压施加到高压晶体管的栅极的情况下，控制信号也使得可将低压晶体管切换到截止状态并检查切换装置的断开状态。
通过在“双控制”中单独地控制串联连接的高压晶体管和低压晶体管的每一个，可规定切换电路的断开或闭合状态。
应该记住，切换装置可具有与“正常”操作模式相对应的“激活”操作模式，其中，装置的断开或闭合状态由切换信号来控制。切换装置还可具有与“低功率”模式(休眠装置)或装置调试模式(启动“激活”操作模式)相对应的“非激活”操作模式。
在该“非激活”操作模式下，切换装置处于断开状态并且装置的各个有源元件未通电。例如，连接到高压晶体管的栅极的驱动电路就是这种情况。如果没有供电，则该电路具有高阻抗输出，然后施加到高压晶体管的栅极的电压浮动并且不受控制。然后，高压晶体管的漏极上可能的过电压可通过漏极与栅极之间的耦合效应而将高压晶体管维持在导通状态或切换到导通状态，而不管切换装置的去激活。在这种情况下，整个切换的电压被施加到低压晶体管的端子。该电压可以相当大(例如，大于600V)，超过该晶体管可承受的雪崩电压，从而导致装置损坏。
另外，从一个操作模式改变为另一操作模式可能导致装置的切换端子之间的瞬态电压或瞬态电流通路。如果没有完美地控制从一个操作模式到另一操作模式的改变，则这些电压或电流很可能会损坏高压晶体管或低压晶体管。
更一般地，希望有一种驱动电路，其可被配置为被完美地调整至电路的其它元件及其环境，以便限制当从一个操作模式切换到另一操作模式时或者当操作装置时可能会发生的瞬态现象的影响。
本发明的目的
本发明旨在至少部分地改进上面提及的至少一个问题。具体地，其旨在提供一种切换装置，该切换装置可选择性地从非激活模式切换到激活模式(反之亦然)，而不会损坏构成该切换装置的晶体管。通常，其旨在提供一种切换装置，该切换装置的操作限制了在从一个模式切换到另一模式的激活、非激活或过渡阶段损坏构成该切换装置的晶体管的风险。
本发明的简要描述
为了实现这些目的之一，本发明的主题在其最广泛的意义上提出了一种对电源电路进行切换的装置，该装置包括：
·两个切换端子；
·串联布置在两个切换端子之间的高压耗尽型晶体管和低压增强型晶体管；控制电路，其具有接收切换信号的第一输入以及接收激活该装置的激活信号的第二输入。该控制电路被配置为：
-当激活信号具有第一电平时，将切换装置置于非激活状态，其中，低压晶体管和高压晶体管各自切换到截止状态；并且
-当激活信号具有不同于第一电平的第二电平时，将切换装置置于激活状态，其中，低压晶体管处于导通状态并且切换信号被施加到高压晶体管的栅极。
·驱动电路，其将切换信号施加到高压晶体管的栅极，该驱动电路被提供来自第一电压源的第一电压和来自第二电压源的第二电压，第一电压和第二电压分别高于和低于高压晶体管的阈值电压；
·与驱动电路(4)关联的至少一个编程模块，驱动电路(4)被配置为能够对在高压晶体管(5)的栅极处注入的输入电流(I+)和从所述栅极汲取的输出电流(I-)进行编程；编程模块分别能够连接到第一无源组件和第二无源组件，以对输入电流(I+)和输出电流(I-)进行编程。
根据本发明的其它有利且非限制的特性(单独或按照任何技术上可行的组合)：
-包括在驱动电路(4)中的至少一个编程模块(15a、15'a、15b、15'b)；
-在驱动电路(4)外部并连接到驱动电路(4)的至少一个编程模块(15a、15'a、15b、15'b)；
·切换装置包括两个编程模块(15a、15'a、15b、15'b)，一个编程模块能够连接到第一无源组件并对输入电流(I+)进行编程，另一个编程模块能够连接到第二无源组件并对输出电流(I-)进行编程；
·第一无源组件和第二无源组件是电阻器(Ron、Roff)；
·第一电压源和第二电压源是可编程的；
·该装置包括连接到驱动电路的瞬态信号生成模块，所述瞬态信号生成模块被配置为控制高压晶体管的栅极处的输入栅极电流和输出栅极电流的瞬态演变。
本发明还涉及一种控制切换装置的方法，所述切换装置包括：
-两个切换端子；
-串联布置在两个切换端子之间的高压晶体管和增强型低压晶体管；
-控制电路，其具有接收切换信号的第一输入以及接收激活该装置的信号的第二输入；
以受控方式，此处理
-当激活信号具有第一电平时，将切换装置置于非激活状态，其中，低压晶体管和高压晶体管各自切换到截止状态；并且
-当激活信号具有不同于第一电平的第二电平时，将切换装置置于激活状态，其中，低压晶体管切换到导通状态并且切换信号被施加到高压晶体管的栅极。
根据本发明的其它有利且非限制的特性(单独或按照任何技术上可行的组合)：
·切换装置包括由电压源供应的电有源组件，并且其中，在非激活状态下，电压源的至少部分被关闭；
·从非激活状态到激活状态的转变包括第一电压源和第二电压源的建立；
·第一电压源和第二电压源的建立包括对施加到高压晶体管的栅极的电压电平进行编程，以控制高压晶体管以使得它处于导通状态或截止状态；
·第一电压源和第二电压源的建立包括确定分别在高压晶体管的栅极处注入或从高压晶体管的栅极汲取的电流的强度，以控制高压晶体管以使得它处于导通状态或截止状态；
·从非激活状态到激活状态的切换是仅在正确地建立第一电压源和第二电压源的电压的情况下实现的；
·从激活状态切换到非激活状态包括第一步骤，在第一步骤中，高压晶体管切换到截止状态；
·从激活状态切换到非激活状态包括第一步骤之后的第二步骤，在第二步骤中，低压晶体管切换到截止状态；
·从激活状态切换到非激活状态包括第二步骤之后的第三步骤，在第三步骤中，控制切换装置的有源元件的供电电压源的至少一部分切断。
附图简要说明
本发明的其它特性和优点将从随后参照附图的本发明的详细描述显现，附图中：
-图1示出根据本发明的切换装置；
-图2示出根据本发明的切换装置的激活和非激活模式之间的转变的图；
-图3示出本发明的第一示例性实施方式；
-图4a、图4b和图4c示出根据本发明的特定实施方式的切换装置的一部分的框图；
-图5示出根据本发明的另一实施方式的切换装置的一部分的框图；
-图6示出高压晶体管栅极电流的时间演变图的示例。
本发明的具体说明
图1示出根据本发明的切换装置1。在该图中以虚线示出构成连接到装置1的两个切换端子2a、2b的电源电路的负载P和发电机G。
发电机G可具有高电压(例如，600V或更高)，并且电源电路中和切换装置1中流动的电流可以是高强度电流(例如，超过1A)。如本身所公知的，切换装置1使得可以选择性地将发电机G的电压施加到负载P。因此，其可以作为通过大约几伏的相对小幅值的切换信号来控制的电源切换。
切换装置1具有接收该切换信号的第一端子3。该第一端子3通过驱动电路4电连接到高压晶体管5的栅极。
为了消除任何歧义，本说明书中的术语“电连接”或“电链接”用于表示两个元件彼此直接或间接连接。
“高压晶体管”意指包括漏极、源极和栅极的晶体管，施加到栅极的低幅值电压(大约几伏)使得在导通状态下或截止状态下在漏极和源极之间能够电连接。在截止状态下，漏极与源极之间产生的电压可为高幅值(例如，600V或更高)，且不会损坏晶体管。
耗尽型(D型)高压晶体管具有负阈值电压(通常介于-6V至-2V之间)。因此，栅极与源极之间的电压必须为负值(低于该阈值电压)，以将该晶体管切换到截止状态。根据本发明的切换装置对于D型高压晶体管来说特别有利，即使在负电压没有施加到所述高压晶体管的栅极的情况下(例如，当开启切换装置时)也能控制切换装置的断开状态。
高压晶体管可以是HEMT，例如基于GaN或SiC的晶体管。这种类型的晶体管具有高幅值的雪崩电压(即，在没有损坏的情况下能够在晶体管漏极与源极之间施加的最大电压，可以是击穿电压)，因此被选择为高于电源电路发电机的电压(例如，超过600V)。
在切换装置的正常或激活操作模式下，高压晶体管的源极为0V。为了使得能够根据切换信号的性质将高压晶体管控制在截止状态或导通状态下，驱动电路4连接到第一电压源VDR+和第二电压源VDR-。向驱动电路供应来自第一源VDR+的第一电压，其大小大于高压晶体管的阈值电压。例如，在D型高压晶体管的情况下，其可以是2V的电压。还向驱动电路供应来自第二源VDR-的第二电压，其大小低于高压晶体管的阈值电压。例如，在D型高压晶体管的情况下，其可以是-8V。根据施加到第一输入端子3的切换信号的值，将第一电压或第二电压施加到高压晶体管的栅极，以选择性地将其切换到导通状态或截止状态。
根据在图1中的切换装置1的描述，高压晶体管5与低压晶体管6串联布置在两个切换端子2a、2b之间。换言之，高压晶体管5的漏极电连接到两个切换端子中的一个切换端子2a，高压晶体管5的源极连接到低压晶体管6的漏极，并且低压晶体管6的源极连接到两个切换端子中的另一个切换端子2b。
有利地，低压晶体管是具有正阈值电压的增强型晶体管。因此，栅极与源极之间的电压必须为正并且高于该阈值电压，以将该晶体管切换到导通状态。在本发明的上下文中将理解，低压晶体管6的雪崩电压低于高压晶体管5的雪崩电压。
低压晶体管可以是基于硅的MOSFET晶体管。低压晶体管的雪崩电压低于高压晶体管的雪崩电压。例如，该低压晶体管的雪崩电压可以等于大约30V。
切换装置1的第二端子7连接到低压晶体管6的栅极。该第二端子7被设计为接收控制信号。
如图1中的示意图所示，施加到第二端子7的、对应于正电压并高于低压晶体管6的阈值电压的控制信号将低压晶体管6切换到导通状态，低压晶体管6的源极连接到电路接地。在此第一操作模式(对应于装置1的正常激活操作状态)下，切换装置1的断开或闭合状态取决于施加到第一端子3的切换信号；实际上，经由驱动电路4，切换信号可选择性地将高压晶体管5切换到导通状态模式或截止状态模式。
相反，当具有低于低压晶体管6的阈值电压的电压的控制信号被施加到第二端子7时，低压晶体管6切换到截止状态模式。在此非激活操作模式下，不管施加到第一输入端子3的切换信号的值如何，切换装置1均处于断开状态。应该提醒的是，当装置1处于该断开状态时，利用具有低于低压晶体管的阈值电压的电压的控制信号，该晶体管的漏极具有浮动电压(该浮动电压是通过高压晶体管的泄漏电流汲取)建立于低压晶体管的雪崩电压(如上所述，可为30V)处。
切换装置1还包括控制电路8，控制电路8根据切换装置1的激活或非激活操作模式来处理控制信号和/或发送切换信号。控制电路8具有分别电连接到第一端子3和第二端子7的两个输出端。控制电路8还包括接收切换信号的第一输入端9以及接收激活信号以激活装置1的第二输入端10。
为了使得控制电路8能够检查电压源VDR+、VDR-的开启、关闭和适当操作，控制电路8经由电连接(示出于图1)连接到这些电源。
根据本发明的一个方面，控制电路8形成状态机，以将装置1置于“激活”或“非激活”操作模式之一，并且完全安全地控制这些模式之间的转变。控制电路8可按照集成方式实现(例如，实现为可编程逻辑门系统，或者分立组件，或者甚至适当编程以再现下面详述的行为的微控制器)。
控制电路8电连接到高压晶体管5和低压晶体管6的栅极以控制这些晶体管的截止状态或导通状态，特别是当装置1从一个操作模式切换到另一操作模式时。通过单独地且直接地控制晶体管栅极，可避免会产生并损坏晶体管之一的瞬态效应。这也防止了装置的不安全操作。
如图2中的转变模型示意性地表示的，装置1的操作模式是通过施加到控制电路8的第二输入端10的激活信号的电平确定的。当该激活信号具有第一电平(例如，5V)时，在正常(即激活)操作下控制切换装置1。
在此操作模式下，控制电路8向第二端子7施加具有高于低压晶体管6的阈值电压的电压的控制信号以使得它处于导通状态。同时，控制电路8将施加到所述控制电路8的第一输入端9的切换信号发送到第一端子3，以便经由驱动电路4控制高压晶体管5的切换。在此操作模式下，由控制电路8控制装置1的有源元件的供电电压源VDR+、VDR-进行操作(即，传送这样的第一电压和第二电压：所述第一电压和第二电压与所述电压源的设定电压相差不超过10％)。
也在此操作模式下，保护电路11(下面更详细描述的)是非激活的(即，其被控制为断开)。
当激活信号具有不同于第一电平的第二电平(例如，0V)时，装置1处于非激活操作(“待命”)模式。在此操作模式下，控制电路8以低于低压晶体管6的阈值电压的电压向第二端子7施加控制信号以便将它切换到截止状态。同时，控制电路8将零或足够低的阻断电压施加到第一端子3以使得高压晶体管5经由驱动电路4处于截止状态。在此非激活操作模式下，控制电路控制向装置的有源元件、特别是向驱动电路4供电的电压源关闭。为此，如上所述，控制电路8连接到第一电源VDR+和第二电源VDR-(图1)，以控制它们打开和关闭。该连接可以是连接装置1的特定供电电压源(例如，驱动电路4的第一源VDR+和第二源VDR-)的通信总线。该通信总线还可用于激活驱动电路4的其它特征，如本公开中稍后详细描述的。
由控制电路8在激活信号的上升沿检测到切换装置1的激活(即，从非激活改变为激活模式)。在该上升沿，控制电路8开始建立向装置的有源元件供电的电压源。
当这些很好地建立时，控制电路8将装置1置于激活操作模式，如上所述。如果这些电压无法正确地建立，则控制电路8将装置1保持在非激活模式，即，控制高压晶体管5和低压晶体管6二者处于截止状态。控制电路8可通过附加信号(图1中未示出)来指示此故障。
“正确地建立电压源”意指所述电压源传送这样的电压：所述电压与所述电压源的设定电压相差不超过10％。控制电路8连接到电压源VDR+、VDR-，这允许其接收这些源实际传送的电压并将它们与设定电压进行比较。因此，控制电路能够检测这些源的良好的操作环境。
由控制电路8在激活信号的下降沿检测到切换装置1的去激活(即，从激活模式切换到非激活模式)。在该下降沿，控制电路8在第一步骤中触发将零或足够低的阻断电压施加在第一端子3上以经由驱动电路4将高压晶体管5切换到截止状态。然后，在第二步骤中，控制电路8向第二端子7施加电压，从而将低压晶体管6切换到截止状态。然后，控制电路8控制向装置1的有源元件供电的电压源的消失，因此不再能够保证由第一源VDR+和第二源VDR-传送的电压。
可通过激活信号的下降沿以外的事件来使切换装置1去激活。例如，这可以是指示故障的事件或可导致切换装置故障的事件。例如，如果当切换装置1处于激活模式时，控制电路8检测到由驱动电路4的电压源VDR+、VDR-传送的第一电压和/或第二电压偏离其设定值超过10％，则可导致装置1切换到非激活状态。
由于在激活期间正确地建立来自第一电压源VDR+和第二电压源VDR-的电压，并且在去激活期间在电压源关闭之前将高压晶体管切换到阻断模式，根据本发明的装置1的激活和去激活使得可限制或者甚至消除装置1的切换端子之间的瞬态电压或瞬态电流通路的出现。
作为已公开内容的另选方案，可在控制信号的下降沿执行切换装置1的激活，并且在该信号的上升沿执行其去激活。
如在本申请的前文中所看到的，在切换装置1的非激活模式下，高压晶体管5的栅极具有浮动电压，其可由于耦合效应而受到高压晶体管5的漏极上产生的电压影响。该晶体管然后可不受控制地从截止状态移动到导通状态，这可损坏切换装置1，特别是低压晶体管6。
为了防止这一现象，根据本发明的另一方面，切换装置1包括保护电路11，其通常处于导通状态并且电连接于第二端子7与高压晶体管5的栅极之间。
保护电路11的功能在于当驱动电路4未通电时使得高压晶体管5处于并保持在截止状态。保护电路11通常处于导通状态，不需要通电以执行其功能，即使在其被去激活时没有装置1的供电电压的情况下也可操作。当切换装置处于激活操作模式时，控制保护电路被去激活。其因此构成集成安全(“故障安全”)保护电路.
当切换装置1处于非激活时，驱动电路4的输出具有高阻抗。高压晶体管5的栅极电压因此而浮动并且不受控制。因此，保护电路11旨在使该电压处于给定值，因此将高压晶体管5切换到截止状态。这避免了将发电机G的整个电压施加到低压晶体管6的端子(这可能使其损坏)。
图3示出本发明的第一实施方式。在该图中可见关于本发明的一般描述已经描述的两个切换端子2a、2b、高压晶体管5、低压晶体管6、驱动电路4、控制电路8和两个端子3、7。
保护电路11由PNP双极型晶体管12以及置于双极型晶体管12的发射极中的电阻器13组成。双极型晶体管12的基极电连接到第二端子7。集电极被接地至装置1并且电阻器13连接到高压晶体管5的栅极。
保护电路还包括介于装置1的第二输入端子7与地之间的第二电阻器14。
当装置1的控制信号高于低压晶体管6的阈值电压时，并且因此当切换装置1处于激活操作模式时，双极型晶体管12断开并且保护电路11对高压晶体管5的操作没有影响，因此对整个切换装置1的操作没有影响。
更确切地，当双极型晶体管12基极的电压高于其发射极的电压时满足此条件。基极电压对应于低压晶体管6的栅极的控制。发射极电压交替地等于由驱动电路的电压源VDR+、VDR-传送的第一电压和第二电压。为了确保双极型晶体管12在装置的正常操作期间有效地断开，低压晶体管6的控制电压被选择为高于由驱动电路4的电压源VDR+传送的第一电压。
另一方面，如果切换装置1的控制信号低于低压晶体管6的阈值电压，因此当切换装置1处于非激活操作模式时，双极型晶体管12在第一接地电阻器13上闭合。然后形成的电路导致高压晶体管5的栅极的电压接近0V。当低压晶体管6处于截止状态模式时，高压晶体管5的源极基本上被置于该低压晶体管的雪崩电压(可为大约30V)。因此在高压晶体管5的栅极与源极之间施加低于其阈值电压的电压，从而保证其截止状态。
尽管呈现了组合了保护电路11和控制电路8的切换装置1，但是可在具有与刚刚所描述的架构不同的架构的切换装置中单独地操作这些元件中的每一个。
在根据本发明的切换装置1的特定实施方式中，驱动电路4具有适应性配置，即，其可被配置为驱动具有不同阈值电压的不同类型的高压晶体管。
应该记住，高压晶体管可具有不同的阈值电压，这些差异可能源于产品本身的规格或者制造工艺的不可避免的可变性。
具有适应性配置的驱动电路4具有不管选择并入切换装置1中的高压晶体管的类型如何均可使用的优点。第一电压源VDR+和第二电压源VDR-可被编程以提供适于所选择的高压晶体管5类型的第一电压值和第二电压值。由于高压晶体管的栅极被认为是易损的，所以具有适应性配置的驱动电路4具有能够与所选择的高压晶体管5配对的优点，因此限制了由于瞬态电压而使所述晶体管损坏的风险。因此，驱动电路4的第一电压源VDR+和第二电压源VDR-可被配置为使得其所生成的电压与所选择的晶体管的特定阈值电压具有足够的裕度。
有利地，对第一源VDR+和第二源VDR-的电压电平的编程通过在各个电压源VDR+、VDR-的存储器单元中存储的二进制字(binary word)来进行。
优选地，使用至少三个比特(即，8个电平)来以足够的分辨率对第二源VDR-的第二电压的值进行编程。例如，这些值将包括在[-5V；-15V]范围内，其对应于第二电压的范围，该第二电压能够阻断例如阈值电压包括在该范围内的不同类型的高压晶体管(D型)。
类似地，可使用至少三个比特来以足够的分辨率对第一源VDR+的第一电压的值进行编程。例如，这些值可包括在[+2V；+8V]范围内，其对应于能够将不同类型的高压晶体管切换到导通状态的第一电压的范围。
另选地，可使用至少两个比特(4个电平)来以足够的分辨率相对于第一参考电压或第二参考电压对电压偏移值进行编程。
例如，考虑第二3比特VDR可编程源(这里对应于参考电压)，第一源VDR+的第一电压的值将从第二电压值与电压偏移值之和来导出。根据另选实施方式，参考电压可以是第一电压，然后第二电压将由第一电压与负偏移值之和来规定。
根据电压值和期望的电压分辨率，当然可使用更少比特数或更多比特数来对电压源VDR+、VDR-进行编程。
如前所述，控制电路8通过通信总线连接到驱动电路4，从而允许配置第一电压源VDR+和第二电压源VDR-中的每一个并分别选择第一电压和第二电压的电平。可在装置1的制造完成时(例如，在测试和配置阶段期间)确定最合适的电平以及关联的二进制字。与所选择的电压电平对应的二进制字可被存储在控制电路8的非易失性存储器中。当切换装置1从非激活状态切换到激活状态时，在电压源的建立期间，可使用通信总线来进行驱动电路4的第一电压源VDR+和第二电压源VDR-的配置。另选地，在装置1的制造完成时，与所选择的电压电平对应的二进制字可被一劳永逸地保存在驱动电路4的第一电压源VDR+和第二电压源VDR-的非易失性存储器中。
因此，无论切换装置1中所包括的高压晶体管5的类型和规格如何，控制电路8允许更精确地适应将通过驱动电路4施加的第一电压和第二电压以将其切换到导通状态或截止状态。该特征有助于使得切换装置1特别鲁棒和安全。
根据依据本发明的切换装置1的另一实施方式，连接到高压晶体管5的栅极的驱动电路4被配置为允许控制和优化注入的栅极电流(即，高压晶体管5的栅极处的“输入”电流)以将其切换到导通状态；它还被配置为允许将汲取的栅极电流(即，来自高压晶体管5的栅极的“输出”电流)控制和优化为处于截止状态。
高压晶体管5的栅极电流的控制和优化旨在限制电磁干扰EMC的产生并使切换损耗最小化。实际上，栅极电流的强度越高，切换时间越短；切换时间越短，切换损耗越少，但是电磁干扰越多。
因此，有用的是能够控制和优化输入和输出的栅极电流以便建立在切换损耗、电磁干扰以及瞬态阶段的寄生电压和电流方面的最佳操作。该最佳操作点本身未规定，其可与切换装置1的特定用途有关。因此令人感兴趣的是提供手段来使得用户能够选择装置在其环境中的最佳操作条件。
如上面看到的，驱动电路4由来自第一源VDR+的第一电压和来自第二源VDR-的第二电压供电。
为了确定输入栅极电流和输出栅极电流的强度，驱动电路4与至少一个编程模块关联。该编程模块可被包括在驱动电路4中，或者另选地位于驱动电路4外部并与之连接。
有利地，驱动电路4配备有或连接到第一编程模块15a和第二编程模块15b。各个编程模块15a、15b充当模数转换器以将模拟电压转换为多个选择信号。
各个编程模块15a、15b具有适合于连接到第一无源组件和第二无源组件的输入端子16a、16b；例如，这些无源组件可具有电阻或电容性质，优选布置在切换装置1外部以便用户可访问和修改。
有利地，第一无源组件和第二无源组件由第一外部电阻器Ron和第二外部电阻器Roff形成。这些第一电阻器和第二电阻器可被置于印刷电路上以被集成在切换装置1中。第一电阻器Ron连接到第一输入电流编程模块15a的输入端子16a，并且第二电阻器Roff连接到第二输出电流编程模块15b的输入端子16b。由于可在切换装置1的壳体外部(例如，在印刷电路上)访问电阻器Ron和Roff，所以用户可自由地选择它们。
根据电阻器Ron的值，编程模块15a的输入端子16a由电流源供电，在所述电阻器的端子处产生电压。该(模拟)电压的值由第一编程模块15a的比较器解释并被解码以在所述模块的输出端处建立选择信号S+ n，选择信号S+ n被发送到驱动电路4，以允许对输入电流进行编程。
相同的操作原理适用于第二编程模块15b，以对输出电流进行编程。
根据第一选项，驱动电路4被配置为允许对高压晶体管5的栅极处的输入栅极电流和输出栅极电流进行离散编程(图4a)。
驱动电路4包括多个电流源E+ n，它们并联连接在第一源VDR+与高压晶体管5的栅极之间并且旨在管理输入栅极电流I+；驱动电路4还包括多个电流源E- n，它们并联连接在第二源VDR-与高压晶体管5之间并且旨在管理输出栅极I-。
例如，各个电流源E+ n(各个E- n)可包括切换i+ n(各个i- n)，其与置于所述切换与高压晶体管5的栅极之间的电阻器R+(各个R-)串联连接，如图4a中的框图所示。各个切换i+ n(各个i- n)对应于能够根据端子3所传送的、施加到驱动电路4的输入端的信号和(至少)一个选择信号S+ n(各个S- n)关闭的逻辑门(“AND”)。
该选择信号S+ n、S- n分别设定在输入电流编程模块15a和输出电流编程模块15b的输出端处。
这些编程模块15a、15b可能被包括在控制电路8(未示出)中。在这种情况下，选择信号可经由通信总线被发送到驱动电路4。另选地，如上所述，编程模块15a、15b可适当地集成到驱动电路4中。
现在，按照实施方式的第一选项描述切换装置1的操作。例如，考虑选择信号S+ 1被激活；当切换信号到达端子3时，驱动电路4的电流源E+ 1被激活并且栅极电流I+ 1被供应到高压晶体管5的栅极。该输入电流I+ 1将具有由电阻器R+和来自第一电压源VDR+的第一电压规定的值。如果信号S+ 1和S+ 2已被激活，则更高强度的栅极电流I+ 1+2将被提供给高压晶体管5的栅极。
因此，通过在印刷电路处选择在装置壳体外部可访问的第一电阻器Ron，可控制和优化供应给高压晶体管5的栅极的(输入)栅极电流I+。类似地，根据第二电阻Roff的值，当阻断信号被发送到驱动电路4的输入端以将所述晶体管5切换到截止状态时，在输出电流编程模块15b(其还调制来自高压晶体管5的栅极的电流的强度)的输出端处激活一个或更多个不同的选择信号S- n。
因此，通过在印刷电路处选择在切换装置1的壳体外部可访问的电阻器Roff，可控制和优化吸收的(输出)栅极电流I-。
根据该第一选项的变型，可从单个编程模块15进行针对输入和输出电流的编程，包括适合于连接到第一外部电阻器Ron和第二外部电阻器Roff(或者更一般地，连接到第一无源组件和第二无源组件)的单个输入端子16。
各个电阻器Ron、Roff通过二极管串联连接到输入端子16，两个二极管在相反的方向上连接(图4b)。
在此变型中，编程模块15包括定序器15c，定序器15c将首先允许通过在输入端子16处注入第一电流ion来测量第一电阻Ron；编程模块15对该电阻值的解码然后允许在模块15输出端处对输入电流建立选择信号S+ n。然后，定序器将允许通过在输入端子16处注入与第一离子电流相反符号的第二电流ioff来测量第二电阻Roff；编程模块15对该电阻值的解码允许在模块15输出端处对输出电流建立选择信号S- n。
该操作也与针对第一选项描述的操作相同。
根据该实施方式的第二选项，驱动电路4被配置为允许栅极电流的连续编程。
如先前选项中一样，有利地，对输入电流I+和输出电流I-进行编程的模块15'a、15'b包括在驱动电路4中。另选地，它们可被置于外部和/或包括在控制电路8中；在这种情况下，第一电压源和第二电压源可经由编程模块连接到驱动电路4。
输入电流编程模块15'a和输出电流编程模块15'b由电压源VDR+供电，并且各自具有输入端子16'a、16'b。各个端子16'a、16'b适合于连接到切换装置1外部的第一电阻器和第二电阻器，标记Ron用于输入电流编程模块15'a的输入端子16'a，并且Roff用于输出电流编程模块15'b的输入端子16'b。如上面看到的，用户可自由地选择在限定切换装置1的壳体外部可访问的第一电阻器Ron和第二电阻器Roff。应该注意，尽管这里描述了电阻器Ron、Roff，这些可由能够执行相同功能的不同性质的两个无源组件代替。
驱动电路4包括介于第一源VDR+与高压晶体管5的栅极之间的至少一个切换i+，其旨在管理输入栅极电流I+；它还包括介于第二源VDR-与高压晶体管5的栅极之间的至少一个切换，其旨在管理输出栅极电流I-，如图5中的框图上所示。
在输入电流编程模块15'a处，将根据第一电阻器Ron的值建立给定强度的电流，并且由编程模块15'a中包括的增益电流镜组件G进行解释。电流镜的比率(增益＝G)将有助于调节输入电流编程模块15'a的输出处的电流I+的值。
当切换信号施加到端子3时，在驱动电路4的输入处，切换i+切换到导通状态并在高压晶体管5的栅极处注入电流I+。
因此，通过在印刷电路处选择在装置壳体外部可访问的电阻Ron，可控制和优化供应给栅极的(输入)栅极电流I+。
这同样适用于(输出)汲取栅极电流I-，该(输出)汲取栅极电流I-是由输出电流15'b的编程模块通过例如在印刷电路处选择在切换装置1的壳体外部可访问的第二电阻来控制的。增益电流镜G被参考为VDR-。
在刚刚呈现的两个选项中，在切换装置1的操作期间发射的电磁场可影响编程模块15a、15'a、15b、15'b的操作。具体地，它们可能干扰对第一电阻器Ron和第二电阻器Roff上产生的电压的测量，这可导致生成不合适的输入和输出电流。为了避免此问题，编程模块被配置为当切换装置1从激活状态切换到非激活状态时，在建立第一电压源和第二电压源的步骤期间建立和停止这些电流的强度。
有利地，对于本发明的该实施方式中先前描述的两个选项，切换装置1还使得可在检测切换信号的上升沿或下降之后控制高压晶体管5的栅极处的输入和输出栅极电流的时间演变。
可及时建立(输入和/或输出)栅极电流的不同电平，例如如图6所示。
在切换信号的上升沿，首先在高电平A注入输入栅极电流I+，以快速地达到接近阈值电压的值，因此减少切换到导通状态的时间。栅极电流I+然后减小到中间电平B，以达到高于阈值电压(基本上等于来自第一源VDR+的第一电压，能够将晶体管5维持在导通状态)的栅极电压。最后，栅极电流进一步减小到低电平C，以将高压晶体管5维持在导通状态。
输出栅极电流I-具有类似行为。在切换信号的下降沿，首先为了快速放电(以及短切换时间)在高电平A'汲取栅极电流(负电流)，然后在中间电平B'使栅极电压达到基本上等于来自第二源VDR-的第二电压的值(能够将晶体管5维持在截止状态)；最后，在低电平C'汲取栅极电流I-，以将高压晶体管5维持在截止状态。
为了控制输入或输出栅极电流的瞬态演变，根据本发明的此实施方式的切换装置1在第一端子3和驱动电路4之间包括瞬态信号生成模块17，如图4c所示。此瞬态信号生成模块17包括连接到第一端子3的输入端以及电连接到驱动电路4的切换的多个输出端18、18'、18"。来自输出端18、18'、18"的信号SA、SB和Sc充当驱动电路4的切换或截止状态信号，在驱动电路4的输出端处将生成输入I+栅极电流或输出I-栅极电流的不同电平A、B、C或A'、B'、C'。
瞬态信号生成模块17可包括在控制电路8中或驱动电路4中。
根据上述不同实施方式和选项的切换装置1可从非激活模式切换到激活模式(反之亦然)而不会损坏构成该切换装置的晶体管；该切换装置的操作还限制了在激活或非激活模式下或在从一个模式切换到另一模式的过渡阶段期间使构成该切换装置的晶体管损坏的风险。
当然，本发明不限于所描述的实施方式，在不超出由权利要求限定的本发明的范围的情况下可做出另选实施方式。
Claims (7)
1.一种电源电路切换装置(1)，该电源电路切换装置(1)包括：
-两个切换端子(2a、2b)；
-串联布置在所述两个切换端子(2a、2b)之间的高压耗尽型晶体管(5)和低压增强型晶体管(6)；
所述装置(1)的特征在于其包括：
-控制电路(8)，该控制电路(8)具有接收切换信号的第一输入端(9)以及接收用于激活所述装置(1)的激活信号的第二输入端(10)，该控制电路(8)被配置为：
·当所述激活信号具有第一电平时，将所述切换装置(1)置于非激活状态，其中，所述低压晶体管(6)和高压晶体管(5)各自处于截止状态；
·当所述激活信号具有不同于所述第一电平的第二电平时，将所述切换装置(1)置于激活状态，其中，所述低压晶体管(6)处于导通状态，并且所述切换信号被施加到所述高压晶体管(5)的栅极；
-驱动电路(4)，该驱动电路(4)将所述切换信号施加到所述高压晶体管(5)的栅极，向所述驱动电路(4)供应来自第一电压源(VDR+)的第一电压和来自第二电压源(VDR-)的第二电压，所述第一电压和第二电压分别高于和低于所述高压晶体管(5)的阈值电压；
-与所述驱动电路(4)关联的至少一个编程模块(15、15a、15'a、15b、15'b)，所述驱动电路(4)被配置为能够对在所述高压晶体管(5)的栅极处注入的输入电流(I+)以及从所述栅极汲取的输出电流(I-)进行编程；所述编程模块能够连接到第一无源组件和第二无源组件，以分别对输入电流(I+)和输出电流(I-)进行编程。
2.根据前述权利要求所述的电源电路切换装置(1)，其中，所述至少一个编程模块(15、15a、15'a、15b、15'b)被包括在所述驱动电路(4)中。
3.根据权利要求1所述的电源电路切换装置(1)，其中，所述至少一个编程模块(15、15a、15'a、15b、15'b)在所述驱动电路(4)外部并连接到所述驱动电路(4)。
4.根据前述权利要求中的一项所述的电源电路切换装置(1)，该电源电路切换装置(1)包括两个编程模块(15a、15'a、15b、15'b)，其中，一个编程模块能够连接到所述第一无源组件并对所述输入电流(I+)进行编程，并且另一个编程模块能够连接到所述第二无源组件并对所述输出电流(I-)进行编程。
5.根据前述权利要求中的一项所述的电源电路切换装置(1)，其中，所述第一无源组件和所述第二无源组件是电阻器(Ron、Roff)。
6.根据前述权利要求中的一项所述的电源电路切换装置(1)，其中，所述第一电压源和所述第二电压源(VDR+、VDR-)是可编程的。
7.根据前述权利要求中的一项所述的电源电路切换装置(1)，该电源电路切换装置(1)包括连接到所述驱动电路(4)的瞬态信号生成模块(17)，该瞬态信号生成模块(17)被配置为控制所述高压晶体管(5)的栅极处的所述输入栅极电流(I+)和所述输出栅极电流(I-)的瞬态演变。
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