CN117424589A - 隔离栅极驱动器 - Google Patents

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CN117424589A CN202310891387.3A CN202310891387A CN117424589A CN 117424589 A CN117424589 A CN 117424589A CN 202310891387 A CN202310891387 A CN 202310891387A CN 117424589 A CN117424589 A CN 117424589A
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S·阿夫纳
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Abstract

本公开涉及隔离栅极驱动器。一种包括输入级的装置，输入级包括第一输入端、第二输入端、第一AC耦合器和第二AC耦合器。第一AC耦合器耦合在第一输入端和第三输入端之间。第二AC耦合器耦合在第二输入端和第四输入端之间。比较器耦合到第三输入端、第四输入端和输出端。比较器基于第三输入端处的第一电压的电平与第四输入端处的第二电压的电平之间的比较而在输出端处提供输出信号。反馈电路耦合到输出端、第三输入端和第四输入端。反馈电路接收输出信号，并且基于输出信号向第三输入端提供第一反馈电压。

Description

隔离栅极驱动器
技术领域
本公开总体上涉及光伏电力系统。更具体地，本公开提供了一种用于调节光伏电力系统中的电源之间的电力产生的系统和方法。
背景技术
在电子领域中，可以采用驱动器电路(也称为“栅极驱动器”)来提供用于使电子开关在状态之间(例如，在开关导通的“接通状态”和开关不导通的“断开状态”之间)转变的信号。这种开关的示例可以包括晶体管，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、氮化镓晶体管、或碳化硅(SiC)晶体管。无论所采用的开关的类型如何，都需要驱动信号来使开关在状态之间转变。栅极驱动器可以被配置为向开关的控制端子(例如，MOSFET中的栅极端子、BJT中的基极端子)提供信号。例如，在开关是MOSFET的情况下，MOSFET包括源极端子、栅极端子和漏极端子。可以通过相对于源极向栅极端子施加电压来控制MOSFET的状态。这样的栅极电压的量级可以是几伏(例如，3V、5V、10V、12V、15V)。
其中可以采用一个或多个栅极驱动器的电子设备的示例可以是晶体管半桥，其包括在开关连接点处串联耦合的两个晶体管。连接点(例如，也可以称为节点)可以是两个或更多个电气组件(例如，电阻器、晶体管、电容器、电感器、二极管等)之间的连接。两个晶体管的串联耦合可以跨电压连接。例如，在采用n型MOSFETS的情况下，第一晶体管(也称为“高侧”晶体管)的源极可以与第二晶体管(也称为“低侧”晶体管)的漏极耦合。低侧晶体管的源极可以耦合到参考(例如，接地)，并且高侧晶体管的漏极可以与电压电平(例如，相对于参考)耦合。在一些情况下，该电压电平可以是数十伏、数百伏或甚至数千伏。这样，虽然相对于开关节点驱动高侧MOSFET所需的电压电平可能是几伏的量级，但是相对于参考驱动高侧MOSFET所需的电压电平可能是几十或几百伏的量级。
用于控制开关的控制信号可以例如以相对于参考的几伏的电平(例如，相对于地的3.3V、5V、10V或12V)生成。高侧栅极驱动器可以基于控制信号生成相对于开关节点控制高侧开关所需的电压。然而，如上所述，开关节点(例如，其可以是高侧栅极驱动器的参考)可以在零伏与相对于参考的数十或数百伏之间转变。这种转变可能潜在地损坏栅极驱动器或先前电路(例如，由于电流和/或电压高于电路组件的额定值)。因此，高侧栅极驱动器可以与先前电路隔离(例如，以降低栅极驱动器或先前电路的故障概率)。术语‘隔离’、AC耦合或DC阻断在本文中可互换使用。例如，可以使用变压器、光耦合器、电容器或哈尔效应传感器来实现高侧栅极驱动器的隔离。隔离栅极驱动器可以改变控制信号的参考(例如，使得开关节点是控制信号的参考节点)，并且可以进一步放大控制信号的功率。
发明内容
下文给出了本公开内容的简要概述，以便提供对本公开内容的一些方面的基本理解。本发明内容不是本公开的广泛概述。其不旨在标识本公开的关键或重要元素或描绘本公开的范围。以下概述仅以简化形式呈现本公开内容的一些概念，作为下面提供的更详细描述的序言。
本公开的第一方面提供了一种隔离栅极驱动器，其被配置为向开关的控制端子提供控制信号。根据本文的公开内容的隔离栅极驱动器可以包括用于为栅极驱动器提供DC隔离的输入级、比较器和反馈电路。比较器可以将第一电压的电平与第二电压的电平进行比较。在进入比较器的第一输入电压可以包括两个或更多个电压电平的情况下，来自比较器的输出可以包括两个或更多个状态，至少两个状态中的每个状态可以对应于至少两个电压电平中的一个电压电平。反馈电路可以被配置为接收输出信号，并且基于输出信号的状态将第一反馈电压的电平设置为输入电压的至少两个电压电平中的一个电压电平。
本公开的第二方面提供了一种用于隔离栅极驱动器的方法。在第一步骤中，通过比较器将第一输入端处的第一电压的电平与第二输入端处的第二电压的电平进行比较。在第二步骤中，由反馈电路选择第一反馈电压。在第三步骤中，将第一反馈电压施加到比较器的第一输入端。
附图说明
通过参考考虑附图的以下描述，可以获得对本公开及其优点的更完整的理解，在附图中，相同的附图标记指示相同的特征，并且其中：
图1示出了根据本公开的方面的装置的示意图；
图2A示出了根据本文描述的方面的隔离电路；
图2B至2D示出了根据本文描述的各方面的与电路相关的图的示例；
图3A至3D示出了根据本文公开的方面的电压电平发生器的示例；
图4示出了根据本文公开的方面的隔离电路；
图5示出了根据本文公开的方面的装置；
图6示出了根据本文公开的方面的装置；
图7示出了根据本文公开的方面的方法；
图8示出了根据本文公开的方面的方法；
图9A和9B示出了使用IC金属层实现电容器的示例；
图10A至10D示出了根据本文公开的方面的AC耦合器的示例；
图11A至11F示出了根据本文公开的方面的波形的示例；
图12A至12L示出了根据本文公开的方面的波形的示例；以及
图13A至13E示出了根据本文公开的各方面的时序图和模型。
具体实施方式
在各种实施例的以下描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中通过图示的方式示出了可以实践本公开的各种实施例。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构和功能修改。
本文描述的各方面涉及一种隔离栅极驱动器，其被配置为向开关的控制端子(例如，MOSFET或IGBT的栅极、BJT的基极)提供控制信号。根据本文描述的栅极驱动器是隔离的，并且可以包括比较器和反馈电路。反馈电路可以控制比较器的输入端处的电压电平，使得输入信号的电压电平的变化可以导致比较器的输出端中的电压电平的变化(例如，反馈电路可以控制比较器的输入端处的差分电压、共模电压或差分和共模电压两者)。反馈电路基于来自比较器的输出信号设置比较器的输入端子处的反馈电压，如下面进一步解释的。例如，进入比较器的第一输入电压可以包括两个或更多个电压电平。来自比较器的输出可以包括两个或更多个状态，至少两个状态中的每个状态可以对应于至少两个电压电平中的一个电压电平。反馈电路可以被配置为接收输出信号，并且基于输出信号的状态将第一反馈电压的电平设置为输入电压的至少两个电压电平中的一个电压电平。
现在参考图1，图1是根据本公开的方面的装置(总体上标记为100)的示意图。装置100可以包括栅极驱动器102、信号发生器104和开关106。栅极驱动器102可以是隔离栅极驱动器，并且可以包括隔离器108和输出级110。隔离器108可以包括输入级112、比较器114和反馈电路116。信号发生器104的输出可以与栅极驱动器100的第一输入端1071和第二输入端1072耦合。输入级112的输出可以耦合到比较器114的第三和第四输入端1091和1092。比较器114的输出端111可以耦合到输出级110的输入端。输出级110可以耦合到开关106(例如，耦合到开关106的控制端子)。反馈电路116可以耦合到比较器114的输出端111和输入级114。开关106、隔离器108和输出级110可以参考驱动器参考118。信号发生器104可以参考信号参考120。驱动器参考118可以与信号参考120不同。输入级112可以包括一个或多个AC耦合器，其被配置为将栅极驱动器102至少与信号参考120进行DC隔离。
信号发生器104可以生成输入信号(例如，用于控制开关106)。输入信号可以包括栅极驱动器100的第一输入端1071和第二输入端1072之间的两个或更多个输入电压电平。两个或更多个输入电压电平可以对应于开关106的至少两个状态(例如，导通状态或非导通状态)。输入信号经由输入级112在比较器114的第三输入端1091和第四输入端1092处被提供给比较器114。第三输入端1091和第四输入端1092处的信号可以包括第三输入端1091处的相对于驱动器参考118的第一电压的电平，以及第四输入端1092处的相对于驱动器参考118的第二电压的电平。下面结合图2A至图2D、图3A至图3D和图4进一步详细阐述输入级112。比较器114可以比较第三输入端1091处的第一电压的电平和第四输入端1092处的第二电压的电平，并且基于该比较在输出端111处提供输出信号。节点111处的输出信号可以包括至少两个状态，对应于第三输入端1091和第四输入端1092之间的至少两个电压电平。在一些情况下，第三输入端1091处的第一电压电平和第四输入端1092处的第二电压电平都可以在至少两个电平之间转变。在一些情况下，第三输入端1091处的第一电压电平可以在至少两个电平之间转变，并且第四输入端1092处的第二电压电平可以保持恒定。
输出级110可以放大(例如，电压或功率)来自比较器114的输出信号，并且将放大的输出信号提供给开关106的控制端子。放大的输出信号还可以包括用于控制开关106的至少两个状态(例如，在导通状态和非导通状态之间、或反之亦然、或保持开关106的当前状态)。可以在下面结合图6进一步详细阐述输出级110。
比较器114的输出111处的输出信号也可以被提供给反馈电路116。反馈电路116可以控制第三输入端1091处的第一电压的电平和第四输入端1092处的第二电压的电平，使得输入信号的电压电平的变化可以导致比较器114的输出中的电压电平的变化。例如，反馈电路116可基于输出信号将至少第一反馈电压提供到输入级112。例如，反馈电路可以向第三输入端1091提供第一反馈电压，如下面结合图2A至2D、图3A至3D和图4进一步详细阐述的。反馈电路116可以向第四输入端1092提供第二反馈电压，也如下面结合图2A至图2D、图3A至图3D和图4进一步详细阐述的。例如，相对于参考118，第一反馈电压的电平可以对应于第三输入端1091处的第一电压的至少两个电平中的一个电平。相对于参考118，第二反馈电压的电平可以对应于第四输入端1092处的第二电压的电平。
在一些情况下，电路100可以在采用例如CMOS技术和片上金属连接的集成电路(IC)上实现(例如，如下文结合图9A和图9B所阐述的)。
参考图2A至2D，其示出了根据本文描述的方面的隔离电路(总体上标记为200)和相关的图。电路200可以包括隔离器202和信号发生器204。隔离器202可以是栅极驱动器(例如，栅极驱动器102——图1)的一部分，并且可以对应于隔离器108(图1)。隔离器202可以包括输入级206、比较器208和反馈电路210。信号发生器204的输出端可以耦合到隔离器202的输入端2241和2242。信号发生器204可以参考信号参考222。
输入级可以包括两个AC耦合器：第一AC耦合器212和第二AC耦合器214。在图2A的示例中，第一AC耦合器212可以包括耦合在电路200的输入端2241和比较器208的比较器输入端2261之间的第一阻抗(例如，电容器C1)。第一AC耦合器212还可以包括耦合在比较器输入端2261和驱动器参考220之间的第二阻抗(例如，电容器C2)。第一阻抗和第二阻抗在输入端2241和驱动器参考220之间形成第一阻抗分配器。第二AC耦合器214可以包括耦合在电路200的输入端2242和比较器208的比较器输入端2262之间的第三阻抗(例如，电容器C3)。第二AC耦合器214还可以包括耦合在比较器输入端2262和驱动器参考220之间的第四阻抗(例如，电容器C4)。第一阻抗和第二阻抗在输入端2241和驱动器参考220之间形成第二阻抗分配器。AC耦合器的附加示例可以在下文中结合图10A至10D进行描述。比较器208可以耦合在驱动器参考220处的隔离电源电压Vs_iso之间，该隔离电源电压Vs_iso参考参考电压(在图2B至2D中称为“Vref”)。如可以在图2A(和图4)中所示的，使用电容器C2和C3可以减少根据本公开的各方面的栅极驱动器的传播延迟(例如，相对于其中使用电阻器而不是C2和C3的栅极驱动器——由于时间常数减小)。此外，C2与C1之间以及C3与C4之间的比率可以有助于减少输入端2261和2262处的信号中的瞬变。
反馈电路210可以包括电压电平发生器216和控制器218。反馈电路可以包括两个阻抗Z1和Z2。控制器218可以耦合到比较器208的输出端228，并且耦合到电压电平发生器216。电压电平发生器216还可以可选地经由阻抗Z1耦合到比较器输入2261。电压电平发生器216可以可选地经由阻抗Z2耦合到比较器输入端2262。控制器212可以被实现为被配置为执行控制指令集的微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。
比较器208的输出端228可以耦合到诸如开关2321(例如，MOSFET、IGBT、BJT)的开关的控制端子。在图2A的示例中，开关2321可以是半桥转换器230中的高侧开关。半桥转换器230可以包括在开关节点处串联连接的开关2321和开关2322(例如，MOSFET、IGBT、BJT)，开关节点也可以对应于驱动器参考220(例如，栅极驱动器参考可以是开关节点)。开关2321和开关2322的串联连接可以耦合在电源电压之间，电源电压例如如图2A中的标记“V+”和“V-”所示。负载234可以连接在驱动器参考220和功率参考236之间。在开关2321处于导通状态并且开关2322处于非导通状态的情况下，驱动器参考220的电压可以是V+。在开关2321处于非导通阶段并且开关2322处于导通状态的情况下，驱动器参考220的电压可以是V-。在一些情况下，V+和V-之间的差值可以是数十伏、数百伏或数千伏的量级。因此，驱动器参考220的电压可以相对于功率参考236或信号参考222变化数十伏、数百伏或数千伏。根据本文公开的方面，V-可以耦合到电源参考236。在这种情况下，电压电平V-是功率参考236。
信号发生器204可以生成输入信号。例如，输入信号可以是用于控制开关2321的脉冲宽度调制(PWM)信号。PWM信号的占空比可以变化。输入信号可以包括在输入端2241和2242之间的两个或更多个输入电压电平。两个或更多个输入电压电平可以对应于开关2321的至少两个状态(例如，导通状态或非导通状态)。输入端2241和2242之间的输入电压电平可以在0V和几伏之间(例如3.3V、5V、7.5V、10V、12V、15V、小于50V)。信号发生器204可以经由输入级206将输入信号提供给比较器输入端2261和2262。例如，输入2241处的电压可以经由AC耦合器212提供给比较器输入端2261，并且输入端2242处的电压可以经由AC耦合器214提供给比较器输入端2262。
输入级206可以提供驱动器参考220和信号参考222之间的DC隔离。例如，电容器C1和C4将栅极驱动器电路200与模块的其他系统组件隔离，栅极驱动器电路200可以包括隔离器202(例如，也可以称为隔离参考侧或浮动参考侧)。在图2A中，电容器C1和C4将门控驱动器电路200与信号参考侧(例如，与发生器204)隔离。这样，隔离器202中的电压电平可以参考驱动器参考220，来自信号发生器204的电压电平可以参考信号参考222，并且半桥转换器中的电压电平可以参考功率参考236。因此，即使在开关2321处于导通状态并且驱动器参考220的电压相对于功率参考236可以是V+(例如，大于100V、大于1000V)的情况下，信号发生器也可以在输入端2241和2242之间生成在0V和几伏之间的输入电压电平。栅极驱动器的输出端和驱动器参考220之间的电压电平也可以是几伏的量级，例如，用于改变开关2321的状态。
比较器208可以将比较器输入端2261处的电压电平与比较器输入端2262处的电压电平进行比较，并且基于该比较在输出端228处提供输出信号。该输出信号经由输出级(例如，如下面结合图6进一步详细阐述的)或直接提供给开关2321的控制端子。来自比较器208的输出信号可以包括至少两个状态(例如，高状态或低状态)。例如，在比较器输入端2261处的电压电平高于比较器输入端2262处的电压电平的情况下，来自比较器208的输出信号可以处于高状态。在比较器输入端2261处的电压电平低于比较器输入端2262处的电压电平的情况下，来自比较器208的输出信号可以处于低状态。在比较器208是反相比较器的情况下，来自比较器208的输出信号可以处于高状态，而比较器输入端2261处的电压电平低于比较器输入端2262处的电压电平。在比较器输入端2261处的电压电平高于比较器输入端2262处的电压电平的情况下，来自比较器208的输出信号可以处于低状态。基于来自比较器208的输出信号处于高状态，开关2321可以转变到或保持导通状态。基于来自比较器208的输出信号处于低状态，开关2321可以转变到或保持非导通状态。比较器208可以用具有数字门(例如，AND门、OR门、XOR门)或离散电子组件(例如，晶体管、二极管或电阻器)的一个或多个运算放大器(Op-Amp)来实现。
为了降低比较器208的输出端228处的错误概率，电容器C2和C3可以被充电到相对于驱动器参考220的确定的电压电平。这些电压电平旨在使比较器208能够检测比较器输入端2261和比较器输入端2262处的电压电平之间的差异。然而，这些电压电平可能由于各种原因而改变。例如，电荷从电容器C2和C3泄漏或泄漏到电容器C2和C3可能导致这些电压电平改变(例如，参见下面关于图11A至11F的讨论)。例如，在信号发生器204生成具有变化的占空比的信号(例如，PWM信号)的情况下，比较器输入端2261和比较器输入端226处的电压电平可能改变。在具有变化的占空比的信号的情况下，电容器C2和C3相对于驱动器参考220的电压电平可以基于占空比而变化。参考图2B至2D，这些图示出了来自信号发生器208的信号240、242和246。信号240、242和246具有不同的占空比。信号240具有50％的占空比，信号242具有大于50％的占空比，并且信号246具有小于50％的占空比。图2B至2D进一步描绘了相对于驱动器参考220处的电压电平的信号240、242和246。图2B至2D进一步描绘了相对于比较器208处的输入端2261和2262之间的电压差的正阈值电压‘+Vth’和负阈值电压‘-Vth’的信号240、242和246。+Vth和-Vth涉及比较器输入端2261和比较器输入端2262处的电压电平之间的电压差，其分别在输出端228处生成输出信号的高状态或低状态。例如，+Vth可以涉及比较器输入端2261处的电压电平高于比较器输入端2262处的电压电平(例如，可以被称为电压电平之间的正差)的情况。-Vth可以涉及比较器输入端2261处的电压电平低于比较器输入端2262处的电压电平(例如，可以被称为电压电平之间的负差)的情况。
在图2B中，信号240具有50％的占空比。信号242可以上升到+Vth以上，或者下降到-Vth以下。因此，比较器208可以检测比较器输入端2261和比较器输入端2262之间的电压差。在图2C中，信号242具有大于50％的占空比。信号242可以下降到-Vth以下，但不上升到+Vth以上。在这种情况下，比较器208可以检测负差，但是可能无法检测正差。在图2D中，信号246具有小于50％的占空比。信号246可以上升到+Vth以上，但不下降到-Vth以下。在这种情况下，比较器208可以检测正差，但可能无法检测负差。在图2C和2D中，占空比的影响被描绘为Vref的调制。在图2C中，Vref被描绘为相对于2261增加。在图2D中，Vref被描绘为相对于2261减小。例如，Vref的这种调制可能是由于PWM信号在电容器C2和C3上的平均。
根据本文公开的方面的电路可以通过从反馈电路210提供反馈电压来减小变化的占空比对Vref的调制的影响以及来自电容器C1、C2、C3或C4的电荷泄漏。反馈电路210可以控制输入端2261处的第一电压的电平、输入端2262处的第二电压的电平或两者，使得输入信号的电压电平的变化可以导致比较器208的输出端228的对应变化中的电压电平的变化(例如，具有确定的传播延迟)。例如，反馈电路210可以控制输入端2261和2262处的差分电压、共模电压或差分和共模电压两者。参考图2A，基于比较器208的输出，反馈电路210可以为比较器输入端2261提供相对于Vref的第一反馈电压电平“V-1”。反馈电路210可以为比较器输入端2262提供相对于Vref的第二反馈电压电平“V_2”。根据本文公开的方面，控制器218可以基于比较器208的输出端228处的输出信号生成用于电压电平发生器216的控制信号。电压电平发生器216基于来自控制器218的控制信号生成V_1、V_2或V_1和V_2两者。V_1、V_2或V_1和V_2两者基于比较器208的输出状态(例如，高状态或低状态)锁存比较器208的输入电压。例如，在来自比较器208的输出信号处于高状态的情况下，控制器218可以生成用于电压电平发生器216的控制信号以生成V_1、V_2或V_1和V_2两者，使得比较器输入端2261处的电压高于比较器输入端2262处的电压(例如，通过经由相应的阻抗Z1和Z2对C2、C3或两者充电或放电)。在来自比较器208的输出信号处于低状态的情况下，控制器218可以生成用于电压电平发生器216的控制信号以生成V_1、V_2或V_1和V_2两者，使得比较器输入端2261处的电压低于比较器输入端2262处的电压(例如，通过经由相应的阻抗Z1和Z2对C2、C3或两者充电或放电)。因此，参考图2C和2D，可以在输入信号的不同占空比下相对于输入端2261和输入端2262维持Vref，如分别由虚线244和248所描绘的。
根据本文公开的方面，电压电平发生器216可以生成第一反馈电压电平V_1或第二反馈电压电平V_2以对应于比较器输入端2261和2262处的输入电压，这导致输出信号的状态。例如，输入端2242可以与信号参考222耦合，并且输入端2241处的电压可以相对于输入端2242在至少两个电平之间变化(例如，在0V和3.3V或5V之间)。在这种情况下，输入端2262处的电压可以是相对于驱动器参考220处的Vref的恒定电压电平。相对于输入端2262处的电压，输入端2261处的电压可以对应于两个电平中的一个(例如，如可以由C1、C2、C3和C4的电容值确定的)。例如，在输入端2262处的电压恒定的情况下，该电压可以被称为“公共电压”，Vcm。输入端2261处的电压可以是高于或低于公共电压的差分电压Vd。例如，输入端2261处的电压可以是Vcm+Vd或Vcm-Vd。
电压电平发生器216可以生成V_1，以对应于相对于驱动器参考220处的Vref的输入端2261处的电压电平，这导致来自比较器208的输出信号的状态(例如，比较器输出228的状态)。例如，在输入端2262处的电压相对于驱动器参考220处的Vref为0.5V的常数(例如，Vcm＝0.5)的情况下，电压电平发生器216可以生成相对于Vref为0.5V的V_2。在对应于比较器输出端228处的高状态的输入2261处的电压电平相对于Vref为0.65V(例如，Vd＝V_2之上0.15V)的情况下，电压电平发生器216可以基于比较器输出端228处的输出信号的状态处于高状态而将V_1生成为相对于Vref为0.65V。在对应于比较器输出端228处的低状态的输入2261处的电压电平相对于Vref为0.35V(例如，Vd＝V_2之下0.15V)的情况下，电压电平发生器216可以基于比较器输出端228处的输出信号的状态处于低状态而将V_1生成为相对于Vref为0.35V。例如，反馈电路210锁存生成输出信号的状态的输入电压，直到输入信号中可能发生变化。如下面结合图12A至12L和图13A至13E进一步解释的，反馈电路210可以产生调制反馈电压(例如，基于输入信号调制的)以控制输入端2261和输入端2262处的电压电平。
根据本文公开的方面，并且如下面结合图3D进一步详细阐述的，电压电平发生器216可以包括阻抗，例如Z1和Z2。阻抗Z1和Z2可以与电容器C1、C2、C3和C4一起限定一个或多个时间常数。这样的时间常数可以与输入端2261和2262处的电压的变化率相关，这可以导致输入端2261和2262处的电压对电压电平发生器216生成V_1和V_2的响应时间。例如，参考图2C和2D，虚线244和248示出了基于所施加的反馈电压以及阻抗Z1和Z2的、驱动器参考220处的电压Vref相对于输入端2261处的电压的响应。如图2C和2D所示，Vref可以在响应时间内响应于所施加的反馈电压。
类似于如上所述，在一些情况下，隔离器202可以在采用例如CMOS技术和片上金属连接的集成电路(IC)上实现。例如，电容器C1、C2、C3和C4可以由IC中采用的金属实现，如图9A和9B中的示例中那样。
现在参考图3A至3D，其示出了电压电平发生器的示例，例如电压电平发生器216(图2A)，并且仍然参考图2A。图3A示出了电压电平发生器，总体上标记为300，其可以包括电压电平发生器302和双刀多掷开关304。电压电平发生器302可以耦合在隔离电源电压Vs_iso和参考306之间。电压电平生成器302可以生成多个电压V1-VN。控制器218(图2A)可以基于比较器208在比较器输出端228处的输出来操作双刀多掷开关304以选择V_1和V_2。
图3B示出了电压电平发生器，总体上标记为310，其可以包括电压电平发生器312和单刀多掷开关314。电压电平发生器312可以耦合在隔离电源电压VS_ISO和参考316之间。在V_2恒定的情况下，可以采用电压电平发生器310。在这种情况下，电压电平发生器312可以生成V_2以及多个电压V1-VN。控制器218可以操作单刀多掷开关314以选择V_1。例如，V_2可以被设置为公共电压Vcm，并且V_1可以被选择为高于或低于Vcm的各种值。
图3C示出了电压电平生成器(总体上标记为320)的示例。电压电平发生器320可以包括电压电平发生器322和单刀双掷开关324。在图3C中，电压电平发生器322可以由阻抗分配器实现。电压电平发生器322可以包括串联耦合的四个阻抗Z1、Z2、Z3和Z4。Z1可以在连接点326处耦合到Z2。Z2可以在连接点327处耦合到Z3，并且Z3可以在连接点328处耦合到Z4。阻抗Z1至Z4的串联耦合可以耦合在隔离电源电压“Vs_iso”和参考325(例如，其可以对应于参考220)之间。电压电平发生器322可以在Z2和Z3之间的连接点327处生成恒定V_2。电压电平发生器322可以生成V_1，以作为Z1和Z2之间的连接点326处的V1，或者在Z3和Z4之间的连接点328处的V2。连接点326可以耦合到单刀双掷开关324的第一输入端。连接点328可以耦合到单刀双掷开关324的第二输入端。控制器218可以控制开关324选择V1或V2作为第一反馈电压V_1。
图3D示出了电压电平发生器(总体上标记为330)的示例。电压电平发生器330可以包括电压电平发生器332和单刀双掷开关334。在图3D中，电压电平发生器332可以由阻抗分配器实现，并且单刀双掷开关334可以用开关338和340(在图3D中描绘为两个MOSFET)实现。电压电平发生器332可以包括串联耦合的四个阻抗Z1、Z2、Z3和Z4。Z1可以在连接点336处耦合到Z2。Z2可以在连接点337处耦合到Z3，并且Z3可以在连接点338处耦合到Z4。阻抗Z1至Z4的串联耦合可以耦合在隔离电源电压“Vs_iso”和参考连接点335(例如，其可以对应于参考220)之间。电压电平发生器332可以从Z2和Z3之间的连接点337处的电压生成恒定V_2，其施加在耦合到连接点337的阻抗Z6上。阻抗Z6可以对应于图2A中的阻抗Z2。电压电平发生器332可以生成V_1，以作为Z1和Z2之间的连接点336处的V1，或者在Z3和Z4之间的连接点338处的V2，其施加在耦合到开关334的输出的阻抗Z5上。阻抗Z5可以对应于图2A中的阻抗Z1。连接点336可以耦合到单刀双掷开关334的第一输入端。连接点338可以耦合到单刀双掷开关334的第二输入端。控制器218可以通过将开关338控制为处于导通状态并且将开关340控制为处于非导通状态，来控制开关334选择在Z5上施加的V1。控制器218可以通过将开关338控制为处于非导通状态并且将开关340控制为处于导通状态，来控制开关334以选择施加在Z5上的V2作为V_1。
根据本发明的方面，例如上文结合图1、图2A、图3A至图3D所描述的电压电平产生器可以被实施为数模转换器。
根据本公开的方面的栅极驱动器可以包括用于感测驱动器参考(例如，参考220——图2A)与功率参考(例如，功率参考236——图2)或信号参考(例如，信号参考222——图2)或与两者之间的电压的传感器。在一些情况下，功率参考和信号参考可以是一个并且相同。感测驱动器参考与功率参考或信号参考中的至少一个之间的电压可以提供例如与比较器的输出端的状态与信号发生器或半桥转换器的状态之间的差异有关的信息。
现在参考图4，其示出了根据本文描述的各方面的隔离电路，总体上标记为400。电路400可以类似于电路200(图2A)，并且可以是隔离栅极驱动器的一部分。电路400可以包括隔离器402和信号发生器404。隔离器402可以包括输入级406、比较器408、反馈电路410和传感器411。信号发生器404的输出端可以耦合到隔离器402的输入端4241和4242。信号发生器404可以参考信号参考422。
输入级可以包括两个AC耦合器，第一AC耦合器412和第二AC耦合器414。在图4的示例中，第一AC耦合器412和第二AC耦合器414类似于第一AC耦合器212和第二AC耦合器214(图2A)。AC耦合器的附加示例可以在下文中结合图10A至10D进行描述。第一AC耦合器412可以包括耦合在电路400的输入端4241和比较器408的比较器输入端4261之间的第一阻抗(例如，电容器C1)。第一AC耦合器412还可以包括耦合在比较器输入端4261和驱动器参考420之间的第二阻抗(例如，电容器C2)。第一阻抗和第二阻抗在输入端4241和驱动器参考420之间形成第一阻抗分配器。第二AC耦合器414可以包括耦合在电路400的输入端4242和比较器408的比较器输入端4262之间的第三阻抗(例如，电容器C3)。第二AC耦合器414还可以包括耦合在比较器输入端4262和驱动器参考420之间的第四阻抗(例如，电容器C4)。第一阻抗和第二阻抗在输入端4241和驱动器参考420之间形成第二阻抗分配器。比较器408可以耦合在驱动器参考420处的隔离电源电压Vs_iso之间，该隔离电源电压Vs_iso参考参考电压(在图4中称为“Vref”)。
反馈电路410可以包括电压电平发生器416和控制器418。反馈电路可以包括两个阻抗Z1和Z2。控制器418可以耦合到比较器408的比较器输出端428，并且耦合到电压电平发生器416。电压电平发生器416还可以可选地经由阻抗Z1耦合到比较器输入端4261。电压电平发生器416可以可选地经由阻抗Z2耦合到比较器输入端2262。电压电平发生器416可以类似于上面结合图3A至图3D描述的电压电平发生器300、310、320或330。控制器412可以被实现为被配置为执行控制指令集的微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。
比较器输出端428可以耦合到诸如开关4321(例如，MOSFET、IGBT、BJT)的开关的控制端子。类似于图2A中的示例，开关4321可以是半桥转换器430中的高侧开关。半桥转换器430可以包括在开关节点处串联连接的开关4321和开关4322(例如，MOSFET、IGBT、BJT)，开关节点也可以对应于驱动器参考420。开关4321和开关4322的串联连接可以耦合在电源电压之间，电源电压例如如由标签“V+”和“V-”所指示的。负载434可以连接在驱动器参考420和功率参考436之间。在开关4321处于导通状态并且开关4322处于非导通状态的情况下，驱动器参考420的电压可以是V+。在开关4321处于非导通状态并且开关4322处于导通状态的情况下，驱动器参考420的电压可以是V-。在一些情况下，V+和V-之间的差值可以是数十伏、数百伏或数千伏的量级。因此，驱动器参考420的电压可以相对于功率参考436或信号参考422变化数十伏、数百伏或数千伏。根据本文公开的方面，V-可以耦合到电源参考436。在这种情况下，电压电平V-是功率参考436。
信号发生器404可以生成输入信号。例如，输入信号可以是用于控制开关4321的脉冲宽度调制(PWM)信号。PWM信号的占空比可以变化。输入信号可以包括输入端4241和4242之间的两个或更多个输入电压电平。两个或更多个输入电压电平可以对应于开关4321的至少两个状态(例如，导通状态或非导通状态)。输入端4241和4242之间的输入电压电平可以在0V和几伏之间(例如3.3V、5V、7.5V、10V、12V、15V、小于50V)。信号发生器404可以经由输入级406将输入信号提供给比较器输入端4261和4262。例如，输入端4241处的电压可以经由AC耦合器412提供给比较器输入端4261，并且输入端4242处的电压可以经由AC耦合器414提供给比较器输入端4262。
输入级406可以提供驱动器参考420和信号参考422之间的DC隔离。例如，电容器C1和C4将可以包括隔离器402(例如，也可以称为隔离参考侧或浮动参考侧)的栅极驱动器电路与模块的其他系统组件隔离。在图4中，电容器C1和C4将栅极驱动器电路400与信号参考侧(例如，与发生器404)隔离。这样，隔离器402中的电压电平可以参考驱动器参考420，来自信号发生器404的电压电平可以参考信号参考422，并且半桥转换器中的电压电平可以参考功率参考436。因此，即使在开关4321处于导通状态并且驱动器参考420的电压相对于功率参考436可以是V+(例如，大于100V、大于1000V)的情况下，信号发生器也可以在输入端4241和4242之间生成在0V和几伏之间的输入电压电平。栅极驱动器的输出端和驱动器参考420之间的电压电平也可以是几伏的量级，例如，用于改变开关4321的状态。
比较器408可以将比较器输入端4261处的电压电平与比较器输入端4262处的电压电平进行比较，并且基于该比较在比较器输出端228处提供输出信号。该输出信号经由输出级(例如，如下面结合图6进一步详细阐述的)或直接提供给开关4321的控制端子。来自比较器408的输出信号可以包括至少两个状态(例如，高状态或低状态)。例如，在比较器输入端4261处的电压电平高于比较器输入端4262处的电压电平的情况下，来自比较器408的输出信号可以处于高状态。在比较器输入端4261处的电压电平低于比较器输入端4262处的电压电平的情况下，来自比较器408的输出信号可以处于低状态。在比较器408是反相比较器的情况下，来自比较器408的输出信号可以处于高状态，而比较器输入端4261处的电压电平低于比较器输入端4262处的电压电平。在比较器输入端4261处的电压电平高于比较器输入端4262处的电压电平的情况下，来自比较器408的输出信号可以处于低状态。基于来自比较器408的输出信号处于高状态，开关4321可以转变到或保持导通状态。基于来自比较器408的输出信号处于低状态，开关4321可以转变到或保持非导通状态。
类似于上面结合图2A至2D所描述的，为了降低比较器408的比较器输出端428处的错误概率，电容器C2和C3可以被充电到相对于驱动器参考420的确定的电压电平。反馈电路410可以控制输入端4261处的第一电压的电平和输入端4262处的第二电压的电平，使得输入信号的电压电平的变化可以导致比较器408的输出端428中的电压电平的对应变化(例如，具有确定的传播延迟)。例如，反馈电路410可以控制输入端4261和4262处的差分电压、共模电压或差分和共模电压两者。这些电压电平旨在使比较器408能够检测比较器输入端4261和比较器输入端4262处的电压电平之间的差异。然而，这些电压电平可能由于各种原因而改变(例如，电荷从电容器C2和C3泄漏或泄漏到电容器C2和C3，或者来自信号发生器404的改变的PWM信号)。根据本文公开的方面的电路可以通过提供来自反馈电路410的反馈电压来减小变化的占空比对Vref的调制的影响以及来自电容器C1、C2、C3或C4的电荷泄漏。例如，基于比较器408的输出，反馈电路410可以为比较器输入端4261提供相对于Vref的第一反馈电压电平“V_1”。反馈电路410可以为比较器输入端4262提供相对于Vref的第二反馈电压电平“V_2”。根据本文公开的方面，控制器418可以基于比较器输出端428处的输出信号生成用于电压电平生成器416的控制信号。电压电平发生器416基于来自控制器418的控制信号生成V_1、V_2或V_1和V_2两者。V_1、V_2或V_1和V_2两者基于比较器208的输出状态(例如，高状态或低状态)锁存比较器408的输入电压。例如，在来自比较器408的输出信号处于高状态的情况下，控制器418可以生成用于电压电平发生器416的控制信号以生成V_1、V_2或V_1和V_2两者，使得比较器输入端4261处的电压高于比较器输入端4262处的电压。在来自比较器408的输出信号处于低状态的情况下，控制器418可以生成用于电压电平发生器416的控制信号以生成V_1、V_2或V_1和V_2两者，使得比较器输入端4261处的电压低于比较器输入4262处的电压。
类似于上面结合图2A所描述的，电压电平发生器416可以生成第一反馈电压电平V_1或第二反馈电压电平V_2，以对应于比较器输入端4261和4262处的输入电压，这导致输出信号的状态。例如，输入4242可以与信号参考422耦合，并且输入端4241处的电压可以相对于输入4242在至少两个电平之间变化(例如，在0V和3.3V或5V之间)。在这种情况下，比较器输入端4262处的电压可以是相对于驱动器参考420处的电压的恒定电压电平。比较器输入端4261处的电压可以对应于相对于比较器输入端4262处的电压的两个电平中的一个(例如，如可以由C1、C2、C3和C4的电容值确定的)。电压电平发生器416可以生成V_1，以对应于相对于驱动器参考420处的电压的比较器输入端4261处的电压电平，这导致来自比较器408的输出信号的当前状态。例如，在比较器输入端4262处的电压相对于驱动器参考420处的电压为0.5V的常数的情况下，电压电平发生器416可以生成相对于Vref为0.5V的V_2。在对应于比较器输出端428处的高状态的比较器输入端4261处的电压电平相对于驱动器参考420处的电压为0.75V的情况下，电压电平发生器416可以基于比较器输出端428处的输出信号的状态处于高状态，而生成相对于驱动器参考420处的电压为0.75V的V_1。在对应于比较器输出端428处的低状态的比较器输入端4261处的电压电平相对于Vref为0.25V的情况下，电压电平发生器416可以基于比较器输出端428处的输出信号的状态处于低状态，而生成相对于Vref为0.25V的V_1。例如，反馈电路410锁存生成输出信号的状态的输入电压。
如上所述，电路400可以包括耦合到控制器418和驱动器参考420的传感器411。传感器411还可以耦合到功率参考436或信号参考422或两者。在一些情况下，功率参考436和信号参考422可以是一个且相同。根据本文公开的实施例，传感器411可以耦合在比较器输入端4261和驱动器参考420之间(例如，跨电容器C2)。传感器411可以是电压传感器，并且可以通过采用电阻或电容分配器、电阻或电容桥、比较器(例如，采用运算放大器)等来实现。传感器411可以被配置为测量驱动器参考420与功率参考436之间、驱动器参考420与信号参考422之间、或者驱动器参考420与功率参考436和信号参考422两者之间的电压。
感测(例如，通过传感器411)驱动器参考420与功率参考436或信号参考422中的至少一个之间的电压可以提供例如与比较器408的输出端的状态与信号发生器404或半桥转换器430的状态之间的差异有关的信息。例如，基于来自传感器411的驱动器参考420和功率参考436之间的电压的测量，控制器418可以检测到比较器408的输出端处于高状态，但是驱动器参考420和功率参考436之间的电压可以指示比较器408的输出端应该处于低状态(反之亦然)。在控制器418检测到驱动器参考420和信号参考422的电压之间、或驱动器参考420和功率参考436之间的差异或意外变化的情况下，控制器418可以输出先前确定的控制信号。
可以示出为：
其中‘Vp’是比较器输入端4261处的电压，Vref是驱动器参考420处的电压(例如，相对于信号参考422)，并且‘Vp，0’是在时间t＝0时比较器输入端4261处的电压。‘Vn’是比较器输入端4262处的电压，并且‘Vn，0’是在时间t＝0时比较器输入端4262处的电压。从等式(1)可以看出，Vp-Vref可以取决于Vref和C2而增加或减少。从等式(2)可以看出，Vn-Vref可以取决于Vref和C3而增加或减少。根据等式(1)和(2)，Vp-Vn(例如，比较器402的输入)取决于C2、C3和Vref。Vref的变化可能影响比较器408的输出(例如，在一些情况下，Vp-Vn电压降低到比较器408不响应的电平)。在图4的示例中，Vref可以改变为半桥转换器430的V-或V+。可以选择C2或C3以允许Vref的这种变化，同时将Vn-Vp保持在比较器408可以响应的范围内。
根据本文公开的各方面，可以基于Vref的变化来选择公共电压Vcm。基于Vref调整公共电压可以允许选择C2和C3，使得Vp-Vn可以增加(例如，从而改善信噪比)。根据本文公开的方面，传感器411可以测量参考420和信号参考422之间的电压。控制器418可以控制电压电平发生器416以基于该测量的电压来设置比较器输入端4262处的电压。例如，控制器418可以控制电压电平发生器416以将比较器输入端4262处的电压设置为相对于Vref的两个电压电平之一(例如，Vcm被设置为相对于Vref的两个电平Vcm1或Vcm2之一)。控制器418可以控制电压电平发生器416以将比较器输入端4261处的差分电压设置为相对于Vref的两个电压电平之一(例如，Vd高于Vcm1或Vcm2，或者Vd低于Vcm1或Vcm2)。例如，参考图3A，控制器418可以控制电压电平生成器300基于来自比较器408的输出、并且基于来自传感器411的驱动器参考420和信号参考422之间的电压的测量，来生成V_1和V_2。基于驱动器参考420和信号参考422之间的测量电压来控制Vcm可以允许选择C2和C3，使得Vp-Vn增加(例如，在一些情况下，Vp-Vn可以增加两倍)。
根据本文公开的方面，可以基于比较器408的输出端的状态来控制Vcm。在这种情况下，比较器输入端4261和4262处的电压可以被初始化为预定值，以对应于比较器408的输出端的初始状态。例如，电容器C2和C3可以在电路的操作开始之前被预充电(例如，通过最初将比较器408的输出端设置为预定状态，这使得电压发生器416最初基于该预定状态生成电压V_1和V_2)。可以基于信号发生器404的已知初始状态将比较器输入端4261和4262处的电压初始化为预定值。
以上示例涉及隔离栅极驱动器，其可以被配置为控制半桥转换器中的高侧开关的转变。根据本文公开的方面的隔离栅极驱动器也可以被配置为控制其他类型的转换器中的开关的转变。现在参考图5，其示出了根据本文公开的各方面的装置，总体上标记为500。装置500可以包括反激转换器502、隔离栅极驱动器504和信号发生器506。反激转换器502可以包括变压器510、开关512、二极管514和电容器516。开关512被例示为n型MOSFET。
变压器510的初级侧可以耦合在隔离的电源电压(在图5中标记为“Vs_iso”)与开关512的漏极之间。电容器516可以在二极管514的阴极处与二极管514串联耦合。二极管514和电容器516的串联连接可以跨变压器510的次级侧的变压器输出端5221和5222耦合(例如，使得二极管514的阳极耦合到变压器输出端5221)。输出端子5241可以耦合到二极管514的阴极，并且输出端子5242可以耦合到变压器输出端5222。开关512的源极可以耦合到驱动器参考518。负载520可以跨输出端子5241和5242耦合。
信号发生器506可以类似于信号发生器104(图1)、信号发生器204(图2A)或信号发生器404(图4)，并且可以耦合到隔离栅极驱动器504的输入端。隔离栅极驱动器504可以类似于上面结合图4描述的隔离栅极驱动器400，并且可以包括传感器508。隔离栅极驱动器504的输出端可以耦合到开关512的栅极。信号发生器506和负载520可以参考参考526。隔离栅极驱动器504和反激转换器502的初级侧可以参考驱动器参考518。传感器508可以与参考526耦合，并且与驱动器参考518耦合。传感器508可以被配置为测量参考526和驱动器参考518之间的电压。感测驱动器参考518、参考526之间的电压提供了例如与隔离栅极驱动器504的输出端的状态与开关512的状态之间的差异相关的信息，或者可以用于控制Vcm以增加信噪比。
如上面结合图1所提到的，根据本公开的隔离栅极驱动器可以包括输出级。现在参考图6，其示出了根据本文公开的各方面的装置，总体上标记为600。装置600可以包括两个栅极驱动器，高侧栅极驱动器608和低侧栅极驱动器609。例如，高侧栅极驱动器608可以驱动半桥602的高侧开关6041。低侧栅极驱动器609可以驱动半桥602的低侧开关6042。高侧栅极驱动器608可对应于隔离栅极驱动器102(图1)。在图6的示例中，低侧开关6042可以与高侧开关6041互补地操作。因此，来自信号发生器603的提供给低侧栅极驱动器609的信号可以被反相。
高侧栅极驱动器可以包括耦合到输出级610的隔离器611。隔离器611可以对应于隔离器108(图1)、隔离器202(图2A)或隔离器402(图4)。输出级610可以对应于输出级110(图1)，并且包括电平移位器6141和6142、预驱动器6161和6162以及推拉对(push pullpair)612。推拉对612可以包括在驱动连接点615处串联耦合的两个开关6131和6132。在图6的示例中，开关6131被示出为p型MOSFET，并且开关6132被示出为n型MOSFET。推拉对612可以耦合在隔离电源“Vs_sup”和驱动器参考618之间。
半桥转换器602可以包括在开关连接点处串联连接的开关6041和开关6042，开关连接点也是驱动器参考618。开关6041和开关6042的串联连接可以耦合在电源电压之间，电源电压例如如图6中的标签“V+”和“V-”所示。负载622可以连接在驱动器参考618和功率参考624之间。
信号发生器603可以耦合到隔离器611。信号发生器603可以参考信号参考620。隔离器611可以耦合到电平移位器6141和电平移位器6142。电平移位器6141可以耦合到预驱动器6161，并且电平移位器6142可以耦合到预驱动器6162。预驱动器6161可以耦合到推拉对612的开关6131的控制端子。预驱动器6162可以耦合到推拉对612的开关6132的控制端子。驱动连接点615可以耦合到开关6041的控制端子。隔离器611、电平移位器6141、电平移位器6142、预驱动器6161和预驱动器6162都可以参考驱动器参考618。
信号发生器603可以生成用于控制开关6041的状态的信号，并将该信号提供给隔离器611。类似于上面结合图1、图2A或图4所描述的，隔离器611可以基于来自信号发生器603的信号生成输出信号，该输出信号可以包括至少两个状态，高状态和低状态。例如，在低状态下，来自隔离器611的输出信号的电压电平相对于驱动器参考618可以是0V。例如，在高状态下，来自隔离器611的输出信号的电压电平相对于驱动器参考618可以是3.3V、5V、7.5V或12V。隔离器611可以将输出信号从其提供给电平移位器6141和电平移位器6142。电平移位器6141可以相对于驱动连接点615将输出信号的电压电平移位为对应于高状态或低状态。电平移位器6142可以相对于驱动器参考618将输出信号的电压电平移位为对应于高状态或低状态。在一些情况下，电平移位器6142可以是冗余的，并且可以从输出级610中省略。在一些情况下，可以采用电平移位器6142来平衡从隔离器611到推拉对612的信号延迟。
电平移位器6141可以将经电平移位的输出信号提供给预驱动器6161。电平移位器6142可以将经电平移位的输出信号提供给预驱动器6162。预驱动器6161和6162可以预放大来自相应电平移位器6141或6142的功率或电压。预驱动器6161和6162可以反转来自相应电平移位器6141或6142的信号的状态。例如，在来自隔离器的输出信号处于高状态的情况下，预驱动器6161和6162可以将对应的经电平移位的信号反转为低状态。
推拉对612可以采用来自预驱动器6161和6162的信号，并且放大来自隔离器611的输出信号的功率。例如，在来自预驱动器6161和6162的预驱动器信号处于低状态(来自隔离器611的输出信号处于高状态)的情况下，开关6131可以转变到或保持导通状态，并且开关6132可以转变到或保持非导通状态。因此，驱动连接点615处的电压电平可以对应于“Vs_iso”，其可以对应于驱动连接点615的高状态。例如，在驱动连接点615的高状态下，开关6041可以转变到或保持导通状态。例如，在来自预驱动器6161和6162的预驱动器信号处于高状态(来自隔离器611的输出信号处于低状态)的情况下，开关6131可以转变到或保持非导通状态，并且开关6132可以转变到或保持导通状态。因此，驱动连接点615处的电压电平可以对应于驱动器参考618的电压电平，其可以对应于驱动连接点615的低状态。例如，在驱动连接点615的低状态下，开关6041可以转变到或保持非导通状态。
在一些情况下，可以不采用预驱动器6161和6162。然而，应当注意，在这种情况下，高侧栅极驱动器可以是反相驱动器，其中驱动连接点615的状态与来自信号发生器603的输入信号的状态互补。此外，在一些情况下，低侧栅极驱动器609可以类似于高侧栅极驱动器608。
现在参考图7，其示出了根据本文公开的方面的用于隔离栅极驱动器的方法。在步骤700中，将比较器的第一输入端处的第一电压的电平与比较器的第二输入端处的第二电压的电平进行比较。第一电压的电平和第二电压的电平可以对应于来自信号发生器的输入信号(例如，具有变化占空比的PWM信号)。参考图1，比较器114可以将来自输入级112的在输入端1091处的第一电压电平的电平与来自输入级112的在输入端1092处的第二电压的电平进行比较。参考图2A，比较器208可以将来自输入级206的在比较器输入端2261处的第一电压电平与来自输入级206的在比较器输入端2262处的第二电压的电平进行比较。参考图4，比较器408可以将来自输入级406的在比较器输入端4261处的第一电压电平与来自输入级406的在比较器输入端4262处的第二电压的电平进行比较。
在步骤702中，基于第一电压的电平与第二电压的电平之间的比较，选择相对于参考的反馈电压电平。参考图1，反馈电路116可以基于比较器114在比较器输入端1091处的第一电压的电平与比较器输入端1092处的第二电压的电平之间的比较来选择相对于参考的反馈电压电平。参考图2A，控制器218可以基于来自比较器208的输出信号生成用于电压电平发生器216的控制信号。电压电平发生器216基于来自控制器218的控制信号生成V_1(例如，如上文结合图3A至3D所述)。参考图4，控制器418可以基于来自比较器408的输出信号生成用于电压电平生成器416的控制信号。电压电平发生器416基于来自控制器418的控制信号生成V_1(例如，如上文结合图3A至3D所述)。
在步骤704中，将所选择的反馈电压电平提供给比较器的第一输入端。参考图1，反馈电路116将所选择的反馈电压施加到输入级112(例如，施加到比较器输入端1091)。参考图2A，电压电平发生器216将V_1施加到比较器输入端2261。参考图4，电压电平发生器416将V_1施加到比较器输入端4261。
如上面结合图4和图5所提到的，传感器可以感测根据本文公开的栅极驱动器的参考与功率参考或信号参考或这两者之间的电压。反馈电路可以基于该一个或多个测量来设置比较器的输入端处的电压。现在参考图8，其示出了根据本文公开的用于隔离栅极驱动器的方法。在步骤800中，通过传感器测量第一参考与第二参考之间的电压。例如，参考图4，传感器411测量驱动器参考420和信号参考422之间的电压。例如，参考图5，传感器508测量驱动器参考518和参考526之间的电压。
在步骤802中，基于第一参考与第二参考之间的测量电压确定第一反馈电压电平和第二反馈电压电平。例如，控制器418可以控制电压电平发生器416以将比较器输入端4262处的电压设置为相对于Vref的两个电压电平之一(例如，Vcm被设置为相对于Vref的两个电平Vcm1或Vcm2之一)。控制器418可以控制电压电平发生器416以将比较器输入端4261处的差分电压设置为相对于Vref的两个电压电平之一(例如，Vd高于Vcm1或Vcm2，或者Vd低于Vcm1或Vcm2)。
在步骤804中，将所确定的第一反馈电压电平提供给比较器的第一输入端，并将所确定的第二反馈电压电平提供给比较器的第二输入端。例如，参考图4和图3A，控制器418可以控制电压电平生成器300基于来自传感器411的对参考420和信号参考422之间的电压的测量来生成V_1和V_2。
如上所述，在一些情况下，根据本文公开的方面的隔离器和栅极驱动器可以在采用例如CMOS技术和片上金属连接的集成电路(IC)上实现。例如，电容器C1、C2、C3和C4(图2A或图4)可以由IC中采用的金属实现。现在参考图9A和图9B，图9A和图9B示出了使用IC中的金属实现的电容器的示例，总体上分别标记为900和950。在图9A中，IC电容器900可以包括第一电极902和第二电极904。第二电极904与第一电极902隔离(例如，通过诸如二氧化硅或碳化硅的介电材料)。在图9A的示例中，第一电极902可以包括通过诸如通孔912的通孔连接在其间的三个金属层906、908和910。第二电极904可以包括通过通孔连接的两个金属层908和910。可以通过选择第一电极902和第二电极904之间的水平间隔914来选择电容器900的电容。
在图9B中，IC电容器950可以包括第一电极952和第二电极954。第二电极954与第一电极942隔离(例如，通过诸如二氧化硅或碳化硅的介电材料)。在图9B的示例中，第一电极942可以包括通过通孔(诸如通孔962)连接在其间的三个金属层956、958和960。在图9B的示例中，第二电极904可以包括一个金属层960。可以通过省略金属层来选择电容器950的电容，从而增加第一电极952和第二电极954之间的垂直间隔964。
上文结合图2A和图4描述的隔离栅极驱动器的AC耦合器包括电容分配器。然而，根据本文公开的隔离器可以与其他类型的AC耦合器一起使用。现在参考图10A、图10B、图10C和图10D，其示出了根据本文公开的方面的各种类型的AC耦合器，总体上分别标记为1000、1010、1020和1030。AC耦合器1000、1010、1020或1030中的每一个可以用作图2A的AC耦合器212或AC耦合器214中的一个。AC耦合器1000、1010、1020或1030中的每一个可以用作图4的AC耦合器412或AC耦合器414中的一个。
参考图10A，AC耦合器1000可以包括阻抗分配器，其可以包括串联连接在隔离电源电压“Vs_iso”和参考1006之间的两个阻抗10011和10012。阻抗10011可以包括与电阻器10041并联耦合的电容器10021。阻抗10012可以包括与电阻器10042并联耦合的电容器10022。
参考图10B，AC耦合器1010可以包括变压器1012。变压器的初级侧可以耦合在隔离电源电压“Vs_iso”和参考1014之间。变压器1012的次级侧可以耦合在输出端10161和10162之间。变压器1012可以包括在变压器1012的初级绕组和次级绕组之间的寄生电容1010。
参考图10C，AC耦合器1020可以包括电阻分配器，其可以包括串联连接在隔离电源电压“Vs_iso”和参考1024之间的两个电阻器10221和10222。电阻分配器可以包括寄生电容1026。
参考图10D，AC耦合器1030可以包括电容分配器，其可以包括串联连接在隔离电源电压“Vs_iso”和参考1034之间的两个电容器10321和10322。电容式分配器可以包括寄生电容1026。
现在参考图11A至11F，其示出了根据本文公开的方面的波形的示例。在图11A至11F中，“Vp”涉及比较器的第一输入端(例如，图1的第一输入端1091、图2A的第一输入端2261、图4的第一输入端4261)处的电压。“Vn”涉及比较器的第二输入端(例如，图1的第二输入端1092、图2A的第二输入端2262、图4的第二输入端4262)处的电压。“Vref”涉及驱动器参考(例如，图1的驱动器参考118、图2A的驱动器参考220、图4的驱动器参考420、图5的驱动器参考518、图6的驱动器参考618)处的电压。在图11A-11F的描述中，为了解释起见，还参考图2A。然而，应当理解，图11A至11F中的图示涉及隔离栅极驱动器，如本文公开的任何附图中所描述的。
图11A至11F示出了在比较器208的比较器输出端228和第一输入端2261之间不使用反馈的示例。图11A至11C示出了PWM输入信号的占空比D为0.3(D＝0.3)的示例。图11D至11F示出了PWM输入信号的占空比D为0.7(D＝0.7)的示例。在图11A至11F的示例中，AC耦合器212和214的电容器C2和C3分别已经被预充电以对应于输入PWM信号的低状态，并且因此对应于比较器208的输出端处的低状态。例如，C3可以被预充电到(Vs_iso-Vref)/2，并且C2可以被预充电到(Vs_iso-Vref-Viso_pwm)/2。在PWM信号改变状态的情况下，Viso_pwm对应于C2上的电压电平的变化。例如，Viso_pwm可以取决于C1和C2的电容值(例如，C1和C2可以形成电容分配器)。例如，在Vs_iso-Vref＝5V且Viso_pwm＝0.05V的情况下，C2可以被预充电至2.475V并且C3可以被预充电至2.5V。因此，比较器208的第一输入端2261处的初始电压相对于Vref可以是2.475V，并且比较器208的第二输入端2262处的初始电压相对于Vref可以是2.5V。
图11A示出了在D＝0.3的情况下，比较器208的第一输入端2261处的电压Vp与比较器208的第二输入端2262处的电压Vn之间的电压差Vp-Vn的示例。图11B示出了在D＝0.3的情况下，第一输入端2261处的电压Vp与驱动器参考220处的电压Vref之间的电压差Vp-Vref的示例。图11C示出了在D＝0.3的情况下，第二输入端2262处的电压Vn和Vref之间的电压差Vn-Vref的示例。
如图11A所示，Vp-Vn最初可以超过比较器的上阈值和下阈值(例如，图11A中的+Vth和-Vth)。然而，随着时间的推移，电容器C2或C3或两者的泄漏可能由于PWM信号的占空比D低于0.5而导致Vref的调制，并且可能导致Vp-Vn相对于Vref上升。Vp-Vn可以上升到Vp-Vn不低于比较器208的负阈值电压-Vth的电平。在这种情况下，比较器208可以锁存到高输出状态。电压电平VpVn的上升可以被认为是Vref的调制(例如，在D<0.5的情况下，Vref减小)。如图11B和图11C所示，最初，Vp-Vref和Vn-Vref分别可以在驱动器参考220处的电压Vref和隔离电源电压Vs_iso之间。然而，随着时间的推移，电容器C2或C3或两者的泄漏可能导致Vp-Vref、Vn-Vref或两者下降到Vref以下。
图11D示出了在D＝0.7的情况下，比较器208的第一输入端2261处的电压Vp与比较器208的第二输入端2262处的电压Vn之间的电压差Vp-Vn的示例。图11E示出了在D＝0.7的情况下，第一输入端2261处的电压Vp与驱动器参考220处的电压Vref之间的电压差Vp-Vref。图11F示出了在D＝0.7的情况下，第二输入端2262处的电压Vn和Vref之间的电压差Vn-Vref的示例。
如图11D所示，Vp-Vn最初可以超过比较器的上阈值和下阈值(例如，图11D中的+Vth和-Vth)。然而，随着时间的推移，电容器C2或C3或两者的泄漏可能由于PWM信号的占空比D高于0.5而导致Vref的调制，并且可能导致Vp-Vn相对于Vref下降。Vp-Vn可以下降到Vp-Vn不上升到高于比较器208的正阈值电压+Vth的电平。在这种情况下，比较器208可以锁存到低输出状态。电压电平Vp-Vn的减小可以被认为是Vref的调制(例如，在D>0.5的情况下，Vref增加)。如图11E和图11F所示，最初，Vp-Vref和Vn-Vref分别可以在驱动器参考220处的电压和隔离电源电压Vs_iso之间。然而，随着时间的推移，电容器C2或C3或两者的泄漏可能导致Vp-Vref、Vn-Vref或两者下降到Vref以下。
现在参考图12A至12L，其示出了根据本文公开的方面的波形的示例。在图12A至12L中，“Vp”涉及比较器的第一输入端(例如，图1的第一输入端1091、图2A的第一输入端2261、图4的第一输入端4261)处的电压。“Vn”涉及比较器处的第二输入端(例如，图1的第二输入端1092、图2A的第二输入端2262、图4的第二输入端4262)的电压。“Vref”涉及驱动器参考(例如，图1的驱动器参考118、图2A的驱动器参考220、图4的驱动器参考420、图5的驱动器参考节点518、图6的驱动器参考节点618)处的电压。
图12A至12F示出了在比较器的输出端和输入端之间使用反馈(例如，如上结合图1、图2A、图3A至3D或图4所述的反馈电路)的示例。如上面结合图1、图2A和图4所提及的，反馈可以用于控制比较器的输入端处的电压电平，使得输入信号的电压电平的变化可以导致比较器的输出端中的电压电平的变化(例如，降低由于输入信号的变化的占空比或电容器的泄漏引起的误差的概率)。图12A至12C示出了PWM输入信号的占空比D为0.3(D＝0.3)的情况。图12D至12F示出了PWM输入信号的占空比D为0.7(D＝0.7)的情况。图12G至12I示出了PWM输入信号的占空比D为0.95(D＝0.95)的情况，并且图12J至12L示出了PWM输入信号的占空比D为0.05(D＝0.05)的情况。如图12A、图12D、图12G或图12J所示，在使用如上所述的反馈电路的情况下，无论占空比如何，Vp-Vn上升到+Vth以上或下降到-Vth以下。如图12B、12E、12H或12K所示，在使用如上所述的反馈电路的情况下，无论占空比如何，Vp-Vref保持在Vref和Vs_iso之间。如图12C、图12F、图12I或图12L所示，在使用如上所述的反馈电路的情况下，无论占空比如何，Vn-Vref也保持在Vref和Vs_iso之间。
鉴于图12A至12K，根据本文公开的反馈电路(例如，图1的反馈电路116、图1的反馈电路116、图2A的反馈电路216、图4的反馈电路416)可以被配置为将比较器的输入端(例如，图1的比较器114的输入端1091和1092、图1的比较器208的输入端2261和2262、图1的比较器408的输入端4261和4262)处的电压电平控制在确定的值内(例如，在参考电压电平V_ref和电路的电源电压电平Vs_iso之间)。根据本文公开的反馈电路可以被配置为将比较器的输入端处的电压电平之间的差控制为高于或低于比较器的一个或多个阈值电平(例如，+Vth和-Vth)。根据本文公开的反馈电路可以被配置为将比较器的输入端处的电压电平之间的差值的中点控制在预定值内(例如，在容差内将差值中点控制为以值为中心)。例如，反馈电路可以将比较器的输入端处的电压电平之间的差值的中点控制为在确定的容差内约为零。如下文结合图13A至13E进一步解释的，根据本文公开的反馈电路可以被配置为将比较器的输入端处的电压电平之间的差的平均值控制在确定的值内(例如，无论输入信号的占空比如何)。
现在参考图13A至13E，其示出了根据本文公开的各方面的时序图和模型。在随后的图13A至13D的描述中，Vp可以表示比较器的第一输入端(例如，图2A的比较器208的第一输入端2261)处的瞬时电压，并且Vn可以表示比较器的第二输入端(例如，图2A的比较器208的第二输入端2262)处的瞬时电压。<Vp>可以表示比较器的第一输入端处的平均电压，并且<Vn>可以表示比较器的第二输入端处的平均电压。<Vp-Vn>可以表示Vp和Vn之间的差的平均值。
在图13A至13D的示例中，Vp在第一电压电平V1和第二电压电平V2(例如，如图13A所示的脉冲信号)之间转变，并且Vn保持恒定。第一输入端处的信号(例如，脉冲PWM信号)可以在电容器C2(例如，图2A或图4)上以平均值<Vp>平均。在这种情况下，图13A中的面积S1应等于面积S2。该条件可以由以下等式表示：
Ts*D*β＝Ts*(1-D)*α (3)
其中
α+β＝Va (4)
根据等式(3)和(4)以及图13A，可以写出以下等式：
α＝D*Va (5)
β＝(1-D)*Va (6)
V1＝<Vp>-α (7)
V2＝<Vp>+β (8)
其中V1和V2是Vp相对于参考的电压电平。在Vp-Vn在第一电压电平和第二电压电平/>之间切换的情况下，可能需要：
和/>可以写成如下：
将等式(5)-(8)和(10)-(11)与等式(9)一起使用，可以得到下式：
<Vp>-<Vn>＝(Va/2)*(2D-1) (12)
等式12涉及维持<Vp-Vn>＝0(例如，如图12A、图12D、图12G或图12J所示，以Vref为中心)的要求。参考图13C和13D，PWM开关的模型可以表示如下：
Vout＝D*Vx+(1-D)*Vy (13)
Vx和Vy可以分别表示为高于或低于公共电压的差值电压ΔV，如下：
Vx＝Vcom+ΔV (14)
Vy＝Vcom-ΔV (15)
将等式(14)和(15)与等式(13)一起使用，可以示出：
Vout＝Vcom+ΔV*(2D-1) (16)
如果令<Vn>＝Vcom，<Vp>＝Vcom+V*(2D-1)和V＝Va/2，则可以使用PWM开关(例如，产生基于PWM信号调制的反馈电压的反馈电路)来满足等式12的要求。该条件可以例如利用上面结合图3C和图3D描述的电压发生器320或330来实现，其中V1-V2＝Va/2，并且Va＝Vs_iso，并且开关324或334由PWM信号(例如，来自诸如图1、图2A或图4中的比较器114、210或410的比较器的输出)调制。
在Vn也在高状态和低状态之间转变(例如，如图13E所示)的情况下，可以使用类似的推导，采用以下等式：
V3＝<Vn>+α (17)
V4＝<Vp>-β (18)
这可能得出下式：
<Vp>-<Vp>＝Va*(2D-1) (21)
在等式(21)中，V可以等于Va。基于等式(21)与等式(12)之间的比较，在Vn也在高状态与低状态之间转变的情况下，进入比较器的输入信号<Vp>-<Vn>大两倍。这可以导致驱动信号的信噪比(SNR)增加，这可以导致较低的错误概率。
根据本文公开的方面的隔离栅极驱动器的优点可以是隔离栅极驱动器102可以直接耦合到信号发生器，而无需中间电路(例如，反相器、触发器、编码器、偏置电路、振荡器、整流器等)。这可以提供各种附加优点。例如，在一些情况下，C1、C2、C3或C4的电容可能偏离设计值(例如，由于制造过程中的缺陷等)。为了克服这些偏差，可以校准根据本文公开的各方面的隔离栅极驱动器。例如，并且参考图2A，电容器C1、C2、C3或C4中的一个或多个可以是具有可以被控制的电容的变化电容器。输入级206可以在端子2241和2242处接收预定输入信号，每个预定输入信号具有对应的不同电压电平。具有相应的变化的电压电平的这些预定输入信号可以具有来自栅极驱动器200的相应预期输出(例如，高电平信号或低电平信号)。通过测量由预定输入信号产生的输出，并将测量的输出与预期输出进行比较，可以确定来自比较器208的输出的状态相对于预期输出的偏差。因此，可以确定比较器208的输入相对于预期输入(例如，从预定信号和电容器C1、C2、C3和C4的设计值导出)的偏差。在确定这种偏差的情况下，可以调整变化电容器的电容以最小化这些偏差。
所公开的技术的栅极驱动器的另一优点可以涉及质量控制。类似于上面关于校准所描述的，每个具有对应的不同电压电平的预定输入信号可以由输入级206在端子2241和2242处接收。具有预定的变化的电压电平的这些预定输入信号可具有来自栅极驱动器200的相应预期输出(例如，高电平信号或低电平信号)。通过测量由预定输入信号产生的输出，并将测量的输出与预期的输出进行比较，可以确定被测试的栅极驱动器发生故障的电压电平，并且可以相应地对栅极驱动器进行额定。例如，在低电压电平下发生故障的栅极驱动器可以被额定为高于在高电压电平下发生故障的栅极驱动器。
本公开的一个或多个方面可以体现在由一个或多个计算机或其他设备执行的计算机可用数据和计算机可执行指令中，诸如在一个或多个程序模块中。通常，程序模块包括当由计算机或其他设备中的处理器执行时执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。计算机可执行指令可以存储在计算机可读介质上，诸如硬盘、光盘、可移动存储介质、固态存储器、RAM等。如本领域技术人员将理解的，程序模块的功能可以根据需要在各种实施例中组合或分布。另外，功能可以全部或部分地体现在固件或硬件等同物中，诸如集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)等。特定数据结构可以用于更有效地实现本公开的一个或多个方面，并且这样的数据结构被预期在本文描述的计算机可执行指令和计算机可用数据的范围内。
尽管已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中定义的主题不必限于上述特定特征或动作。相反，上述特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而公开的。
将在本文的一组编号的条款中强调各个方面。这些方面不应被解释为限制本发明或发明构思，而是仅被提供以强调如本文所述的一些特征，而不暗示这些方面的重要性或相关性的特定顺序。
条款1：一种装置，包括：
输入级，包括第一输入端、第二输入端、第一交流(AC)耦合器和第二AC耦合器，其中所述第一AC耦合器耦合在所述输入级的所述第一输入端和第三输入端之间，并且所述第二AC耦合器耦合在所述输入级的所述第二输入端和第四输入端之间，其中所述输入级被配置为在所述第一输入端和所述第二输入端处接收输入信号，并且基于所述输入信号向所述第三输入端和所述第四输入端提供第二信号；
比较器，其包括输出端，其中所述比较器被配置为基于所述第三输入端处的第一电压的电平与所述第四输入端处的第二电压的电平之间的比较而在所述输出端处提供输出信号，所述第一电压的所述电平及所述第二电压的所述电平对应于所述第二信号；以及
反馈电路，其耦合到所述比较器的所述输出端，其中所述反馈电路被配置为接收所述输出信号，且基于所述输出信号将第一反馈电压提供到所述第三输入端，其中所述第一反馈电压的电平基于所述第一电压的所述电平以控制所述第一电压的所述电平和所述第二电压的所述电平，使得所述输入信号的电压电平的变化导致所述比较器的所述输出端中的电压电平的变化。
条款2：根据条款1中任一项所述的装置，其中所述反馈电路还被配置为向所述第四输入端提供第二反馈电压。
条款3：根据条款1至2中任一项的装置，其中反馈电路包括电压电平发生器和阻抗，并且
其中，所述电压电平发生器被配置为生成所述第一反馈电压，并且经由所述阻抗将所述第一反馈电压提供给所述第三输入端。
条款4：根据条款3的装置，其中阻抗是寄生阻抗。
条款5：根据条款2至4中任一项所述的装置，其中所述反馈电路被配置为基于所述输出信号生成所述第一反馈电压以对应于所述第一电压。
条款6：根据条款5所述的装置，其中所述输出信号包括至少两个状态中的状态，
其中所述至少两个状态中的每个状态对应于至少两个电压电平中的一个电压电平，
其中，所述反馈电路还被配置为接收所述输出信号，并且基于所述输出信号的状态将所述第一反馈电压的电平设置为所述至少两个电压电平中的一个电压电平。
条款7：根据条款6所述的装置，其中所述至少两个电压电平中的第一电压电平的电平是高于参考电压电平的预定值。
条款8：根据条款7所述的装置，其中所述至少两个电压电平中的第二电压电平的电平是低于所述参考电压电平的预定值。
条款9：根据条款7所述的装置，其中所述至少两个电压电平中的第二电压电平的电平对应于所述参考电压电平。
条款10：根据条款6至9中任一项所述的装置，其中第二反馈电压的电平对应于与输出信号的状态相关的至少两个其他电压电平中的一个。
条款11：根据条款6至10中任一项所述的装置，其中所述电压电平发生器被配置为生成所述至少两个电压电平和所述第二反馈电压的电平。
条款12：根据条款6至11中任一项所述的装置，其中所述反馈电路还包括控制器，所述控制器耦合到所述比较器的输出端并且耦合到所述电压电平发生器，
其中，所述控制器被配置为基于所述输出信号提供控制信号，
其中，所述电压电平发生器用于基于所述控制信号向所述第三输入端提供所述第一反馈电压。
条款13：根据条款12所述的装置，其中所述电压电平发生器包括阻抗分配器和至少一个开关。
其中所述开关耦合在所述分频器和所述第三输入端之间，
其中，所述分配器包括串联耦合的至少四个阻抗，用于生成所述至少两个电压电平和所述第二反馈电压的电平，以及
其中，所述控制器被配置为控制所述至少一个开关以选择所述至少两个电压电平中的一个电压电平。
条款14：根据条款13所述的装置，其中所述至少四个阻抗包括第一阻抗、第二阻抗、第三阻抗和第四阻抗。
其中所述第一阻抗和所述第二阻抗在第一发生器连接处串联耦合，
其中第三阻抗和所述第四阻抗在第二发生器连接处串联耦合，
其中所述第二阻抗在第三发生器连接处与所述第三阻抗耦合。
条款15：根据条款14的装置，其中所述第一阻抗等于所述第四阻抗，并且
其中所述第二阻抗等于所述第三阻抗。
条款16：根据条款14至15中任一项所述的装置，其中所述第一发生器连接处的电压电平对应于所述至少两个电压电平中的第一电压电平。
其中，所述第二发生器连接处的电压电平对应于所述至少两个电压电平中的第二电压电平，
其中，所述第三发生器连接处的电压电平对应于所述第二电压的电平。
条款17：根据条款2至16中任一项所述的装置，其中所述第一AC耦合器包括电容器。
其中，所述阻抗和所述电容器形成时间常数电路，
其中，所述时间常数电路被配置为给所述第一电压的电平设置确定的变化率，并且
其中，所述阻抗被配置为基于所述电容器的值生成时间常数。
条款18：根据条款6至17中任一项所述的装置，其中所述第一输入端和所述第二输入端参考第一参考。
其中，所述第三输入端和所述第四输入端参考第二参考，并且
其中，所述输入级被配置为提供所述第一参考与所述第二参考之间的DC隔离。
条款19：根据条款18所述的装置，其中所述第一AC耦合器包括耦合到所述第一输入端和所述第三输入端的第一电容器，并且
所述第二AC耦合器包括耦合到所述第二输入端和所述第四输入端的第二电容器。
条款20：根据条款19所述的装置，其中所述第一AC耦合器还包括耦合在所述第三输入端和所述第二参考之间的第三电容器，并且
其中，所述第二AC耦合器还包括耦合在所述第四输入端和所述第二参考之间的第四电容器。
条款21：根据条款18至20中任一项所述的装置，其中所述第二参考与所述第三参考之间的电压电平将响应于所述第一输入端与所述第二输入端之间的电压电平而改变。
条款22：根据条款18至21中任一项的装置，其中第一电压、第二电压以及第一和第二反馈电压参考第二参考。
条款23：根据条款18至22中任一项所述的装置，其中所述反馈电路还包括传感器，所述传感器耦合到所述控制器，并且还耦合在所述第二参考和所述第三参考、或所述第二参考和所述第一参考中的一个之间，并且
其中，所述传感器被配置为测量所述第二参考与所述第三参考、或所述第二参考与所述第一参考中的一个之间的电压，并且向所述控制器提供与所测量的电压相关的测量。
条款24：根据条款23所述的装置，其中，基于所述测量高于第一阈值或低于第二阈值，所述控制器被配置为输出先前确定的控制信号。
条款25：根据条款23至24中任一项所述的装置，其中所述第一反馈电压的电平和所述第二反馈电压的电平基于所述第三参考与所述第二参考之间的电压电平。
条款26：根据条款25所述的装置，其中，所述第二反馈电压电平是所述比较器的所述第三输入端处的公共电压。
条款27：根据条款26所述的装置，其中所述公共电压选自两个或更多个电压电平。
条款28：根据条款26至27中任一项所述的装置，其中第一反馈电压电平是高于公共电压的差分电压或低于公共电压的差分电压。
条款29：根据条款18至28中任一项所述的装置，还包括信号发生器，所述信号发生器包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端耦合到所述第一输入端，并且所述第二输出端耦合到所述第二输入端，
其中，所述信号发生器被配置为生成输入信号，
其中，所述输入信号包括在所述第一输出端和所述第二输出端之间的至少两个输入电压电平。
条款30：根据条款29所述的装置，其中所述输入信号包括脉冲宽度调制(PWM)信号。
条款31：根据条款30所述的装置，其中所述PWM信号包括可变占空比。
条款32：条款31的装置，其中第一反馈电压和第二反馈电压基于PWM信号的占空比的变化防止第二参考的电压电平相对于第一电压的电平和相对于第二电压的电平的调制。
条款33：根据条款26至32中任一项所述的装置，其中第二输出节点耦合到所述第一参考。
条款34：根据条款33的装置，其中第一电压的至少两个电压电平对应于第一输出端和第二输出端之间的至少两个输入电压电平。
条款35：根据条款34所述的装置，其中所述第三输入端被配置为从所述第一AC耦合器接收所述第一电压，并且
其中，所述第四输入端被配置为从所述第二AC耦合器接收所述第二电压。
条款36：根据条款18所述的装置，其中所述输出信号被配置为控制第一开关，所述第一开关在开关连接点处与第二开关串联耦合，
其中所述开关连接点对应于所述第二参考。
条款37：根据条款36所述的装置，其中所述输出耦合到所述第一开关的控制端子，并且
其中所述控制端子处的电压电平被配置为控制所述第一开关的导通状态。
条款38：根据条款36至37中任一项所述的装置，其中所述第一开关或所述第二开关中的至少一个是场效应晶体管(FET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)或双极结型晶体管(BJT)中的一个。
条款39：根据条款38所述的装置，其中所述场效应晶体管或所述绝缘栅双极晶体管包括栅极端子。
其中所述BJT包括基极端子，并且
其中所述控制端子是所述栅极端子或所述基极端子。
条款40：根据条款36至39中任一项所述的装置，还包括耦合在所述输出与所述第一开关的所述控制端子之间的输出级，
其中，所述输出级被配置为放大所述输出信号，并且向所述控制端子提供开关控制信号。
条款41：根据条款40所述的装置，其中所述开关控制信号包括第三电压电平或第四电压电平。
其中，所述第一开关被配置为基于所述第一开关的所述控制端子处的第三电压电平在非导通状态和导通状态之间转变，并且
其中，所述第一开关被配置为基于所述第一开关的所述控制端子处的第四电压电平在所述导通状态和所述非导通状态之间转变。
条款42：根据条款40至41中任一项所述的装置，其中所述输出级包括推拉晶体管对。
其中所述输出端与所述推拉晶体管对的输入端耦合，并且
其中所述开关的所述控制端子耦合到所述推拉晶体管对的输出端。
条款43：一种方法，包括以下步骤：
由比较器将所述比较器的第一输入端处的第一电压的电平与所述比较器的第二输入端处的第二电压的电平进行比较；
由反馈电路并基于所述比较来选择第一反馈电压；以及
由所述反馈电路向所述第一输入端提供所述第一反馈电压。
条款44：根据条款43所述的方法，还包括由所述反馈电路向所述第二输入端提供第二反馈电压的步骤。
条款45：根据条款44的方法，还包括由反馈电路基于第一电压的电平确定第一反馈电压的电平的步骤。
条款46：根据条款44至45中任一项所述的方法，还包括检测输出信号的至少两个状态中的状态的步骤，其中输出信号的状态基于第一电压的电平与第二电压的电平之间的比较。
其中所述第一电压包括至少两个电压电平，并且
其中所述至少两个状态中的每个状态对应于所述第一电压的所述至少两个电压电平中的一个电压电平。
条款47：根据条款46所述的方法，还包括基于所述输出信号的状态将所述第一反馈电压的电平设置为所述至少两个电压电平中的一个电压电平的步骤。
条款48：根据条款46至47中任一项所述的方法，其中所述第一输入端和所述第二输入端参考第一参考。
条款49：根据条款48所述的方法，其中所述第一输入端与所述比较器的第三输入端DC隔离。
其中所述第二输入端与所述比较器的第四输入端DC隔离。
条款50：根据条款49所述的方法，其中所述第三输入端和所述第四输入端参考第二参考。
条款51：根据条款50所述的方法，还包括在所述第三输入端和所述第四输入端处从信号发生器接收输入信号的步骤，
其中所述输入信号包括在所述比较器的第一输出端和第二输出端之间的至少两个输入电压电平。
条款52：根据条款51所述的方法，其中所述输入信号包括脉冲宽度调制(PWM)信号。
条款53：根据条款51所述的方法，其中所述PWM信号包括变化的占空比。
条款54：根据条款53所述的装置，其中所述第一反馈电压和所述第二反馈电压基于所述PWM信号的所述占空比的变化防止所述第一参考的所述电压电平相对于所述第一电压的所述电平以及相对于所述第二电压的所述电平的调制。
条款55：根据条款51所述的方法，还包括操作第一开关的步骤，所述第一开关在开关连接点处与第二开关串联耦合，
其中所述开关连接点对应于所述第二参考。
条款56：根据条款55所述的方法，其中所述开关连接点对应于第三参考。
条款57：根据条款55至56中任一项所述的方法，还包括以下步骤：放大所述输出信号以生成开关控制信号，并且将所述开关控制信号提供给所述第一开关的控制端子。
条款58：根据条款57所述的方法，其中所述开关控制信号包括第三电压电平或第四电压电平。
其中，所述第一开关被配置为基于所述第一开关的所述控制端子处的第三电压电平在非导通状态和导通状态之间转变，并且
其中，所述第一开关被配置为基于所述第一开关的所述控制端子处的第四电压电平在所述导通状态和所述非导通状态之间转变。
条款59：根据条款56至58所述的方法，还包括测量所述第一参考与所述第三参考之间的电压差。
条款60：根据条款59所述的方法，其中，基于所述电压差高于第一阈值或低于第二阈值，向所述第一参考施加先前选择的所述第一反馈电压电平的电平。
条款61：根据条款59至60中任一项所述的方法，其中选择所述第一反馈电压电平是基于所述第一参考与所述第二参考之间的电压差的测量。
条款62：一种装置，包括：
输入级，所述输入级包括第一输入端、第二输入端、第一交流(AC)耦合器和第二AC耦合器，其中所述第一AC耦合器耦合在所述输入级的所述第一输入端与第三输入端之间，并且所述第二AC耦合器耦合在所述输入级的所述第二输入端与第四输入端之间；
比较器，其包括输出端，其中所述比较器被配置为基于所述第三输入端处的第一电压的电平与所述第四输入端处的第二电压的电平之间的比较而在所述输出端处提供输出信号；以及
反馈电路，其耦合到所述输出端，其中所述反馈电路包括传感器，其中所述反馈电路被配置为基于第一参考与第二参考之间的测量的电压电平来确定第一反馈电压电平和第二反馈电压电平，以及
其中，所述反馈电路被配置为将所确定的第一反馈电压电平提供给比较器的第一输入端，并且将所确定的第二反馈电压电平提供给所述比较器的第二输入端。
条款63：一种方法，包括：
由传感器测量第一参考与第二参考之间的电压电平；
由反馈电路基于所测量的所述第一参考与所述第二参考之间的电压电平来确定第一反馈电压电平和第二反馈电压电平；以及
由所述反馈电路将所确定的第一反馈电压电平提供给比较器的第一输入端，并将所确定的第二反馈电压电平施加到所述比较器的第二输入端。
条款64：根据条款63所述的方法，其中，所述第二反馈电压电平是所述比较器的所述第二输入节点处的公共电压。
条款65：根据条款64所述的方法，其中所述公共电压选自两个或更多个电压电平。
条款66：根据条款64至65中任一项所述的方法，其中所述第一反馈电压电平是高于所述公共电压的差分电压或低于所述公共电压的差分电压。
条款67：一种装置，包括：
输入级，包括第一输入端、第二输入端、第一交流(AC)耦合器和第二AC耦合器，其中所述第一AC耦合器耦合在所述输入级的所述第一输入端和第三输入端之间，并且所述第二AC耦合器耦合在所述输入级的所述第二输入端和第四输入端之间，其中所述输入级被配置为在所述第一输入端和所述第二输入端处接收输入信号，并且基于所述输入信号在所述第三输入端和所述第四输入端处提供第二信号；
比较器，其包括输出端，其中所述比较器被配置为在所述输出端处提供输出信号，所述输出信号具有基于所述第三输入端处的第一电压的电平与所述第四输入端处的第二电压的电平之间的比较的电平；以及
反馈电路，其耦合到所述输出端，其中所述反馈电路被配置为接收所述输出信号，且基于所述输出信号将第一反馈电压提供到所述第三输入端且将第二反馈电压提供到所述第四输入端，以将所述第三输入端处的所述第一电压的电平与所述第四输入端处的所述第二电压的电平之间的差控制在确定值内。
条款68：根据条款67所述的装置，还包括以上条款1至66中的任何特征。
条款69：条款67的装置，其中将所述第三输入端处的所述第一电压的电平与所述第四输入端处的所述第二电压的电平之间的差控制在确定值内包括：控制所述第三输入端处的所述第一电压的电平与所述第四输入端处的所述第二电压的电平之间的差的平均值。
条款70：根据条款67所述的装置，其中将所述第三输入端处的所述第一电压的电平与所述第四输入端处的所述第二电压的电平之间的差控制在确定值内包括：控制所述第三输入端处的所述第一电压的电平与所述第四输入端处的所述第二电压的电平之间的中点。
条款71：一种装置，包括：
输入级，包括第一输入端、第二输入端、第一交流(AC)耦合器和第二AC耦合器，其中所述第一AC耦合器耦合在所述输入级的所述第一输入端和第三输入端之间，并且所述第二AC耦合器耦合在所述输入级的所述第二输入端和第四输入端之间，其中所述输入级被配置为在所述第一输入端和所述第二输入端处接收输入信号，并且基于所述输入信号在所述第三输入端和所述第四输入端处提供第二信号；
比较器，其包括输出端，其中所述比较器被配置为在所述输出端处提供输出信号，所述输出信号具有基于所述第三输入端处的第一电压的电平与所述第四输入端处的第二电压的电平之间的比较的电平；以及
反馈电路，耦合到所述输出端，其中所述反馈电路被配置为接收所述输出信号，并且基于所述输出信号向所述第三输入端提供第一反馈电压并向所述第四输入端提供第二反馈电压，以将所述第三输入端处的所述第一电压的电平和所述第四输入端处的所述第二电压的电平控制在确定值内。
条款72：根据条款71所述的装置，还包括以上条款1至66中的任何特征。
条款73：条款71的装置，其中将第三输入端处的所述第一电压的电平和所述第四输入端处的所述第二电压的电平控制在确定值内包括：控制所述第三输入端处的所述第一电压的电平和所述第四输入端处的所述第二电压的电平的平均值。
条款74：根据条款71所述的装置，其中将所述第三输入端处的所述第一电压的电平和所述第四输入端处的所述第二电压的电平控制在确定值内包括：控制所述第三输入端处的所述第一电压的电平与所述第四输入端处的所述第二电压的电平之间的中点。
条款75：一种装置，包括：
输入级，其包括DC隔离，被配置为从信号发生器接收输入信号，并且提供包括相对于第一参考的两个电压电平的第二信号；
比较器，其被配置为比较所述两个电压电平且基于所述比较提供输出信号；以及
反馈电路，其被配置为从所述比较器接收所述输出信号且基于所述输出信号将一个或多个反馈电压提供到所述输入级，使得所述输入信号的电压电平的变化导致所述比较器的输出端中的电压电平的变化，
其中所述一个或多个反馈电压的电平对应于所述两个电压电平中的一个或多个电压电平。
条款76：根据条款75所述的装置，其中所述输出信号包括至少两个状态中的状态。
其中所述至少两个状态中的每个状态对应于至少两个电压电平中的一个电压电平，
其中，所述反馈电路还被配置为接收所述输出信号，并且基于所述输出信号的状态将所述一个或多个反馈电压设置为对应于两个电压电平中的一个电压电平。
条款77：根据条款76所述的装置，其中所述至少两个电压电平中的第一电压电平的电平是高于所述第一参考的预定值。
其中所述至少两个电压电平中的第二电压电平的电平是低于所述第一参考的预定值。
条款78：根据条款76至77中任一项所述的装置，其中所述反馈电路包括电压电平发生器和阻抗，并且
其中所述电压电平生成器被配置为生成所述第一反馈电压并且经由所述阻抗将所述第一反馈电压提供给所述输入级。
条款79：根据条款78所述的装置，其中所述电压电平发生器被配置为生成所述至少两个电压电平和第二反馈电压的电平。
条款80：根据条款78至79中任一项所述的装置，其中所述反馈电路还包括控制器，所述控制器耦合到所述比较器的输出端并且耦合到所述电压电平发生器。
其中，所述控制器被配置为基于所述输出信号提供控制信号，
其中，基于所述控制信号，所述电压电平发生器将所述第一反馈电压提供给所述第三输入端。
条款81：根据条款78至80中任一项所述的装置，其中来自所述信号发生器的所述输入信号参考第二参考。
其中所述输入级被配置为提供所述第一参考与所述第二参考之间的DC隔离。
条款82：根据条款81所述的装置，其中，所述DC隔离包括第一AC耦合器和第二AC耦合器，
其中所述第一AC耦合器包括耦合到第一输入端和第三输入端的第一电容器，以及耦合在所述第三输入端和所述第一参考之间的第二电容器，并且
其中所述第二AC耦合器包括耦合到第二输入端和第四输入端的第三电容器，以及耦合在第四输入端和所述第一参考之间的第四电容器。
条款83：根据条款81至82中任一项所述的装置，其中所述反馈电路还包括传感器，所述传感器耦合到所述控制器，并且还耦合在所述第一参考与所述第三参考、或所述第一参考与所述第二参考中的一个之间，并且
其中，所述传感器被配置为测量所述第一参考与所述第三参考、或所述第一参考与所述第二参考中的一个之间的电压，并且向所述控制器提供与所测量的电压相关的测量，
其中所述第一反馈电压的电平和所述第二反馈电压的电平基于所述第三参考与所述第一参考之间的电压电平。
条款84：根据条款81所述的装置，其中所述输出信号被配置为控制第一开关，所述第一开关在开关连接点处与第二开关串联耦合，其中所述开关连接点对应于所述第一参考。

Claims (15)

1.一种装置，包括：
输入级，其包括第一输入端、第二输入端、第一交流AC耦合器和第二AC耦合器，其中所述第一AC耦合器被耦合在所述输入级的所述第一输入端和第三输入端之间，并且所述第二AC耦合器被耦合在所述输入级的所述第二输入端和第四输入端之间，其中所述输入级被配置为在所述第一输入端和所述第二输入端处接收输入信号，并且基于所述输入信号向所述第三输入端和所述第四输入端提供第二信号；
比较器，其包括输出端，其中所述比较器被配置为基于所述第三输入端处的第一电压的电平与所述第四输入端处的第二电压的电平之间的比较而在所述输出端处提供输出信号，所述第一电压的所述电平及所述第二电压的所述电平对应于所述第二信号；以及
反馈电路，其耦合到所述比较器的所述输出端，其中所述反馈电路被配置为接收所述输出信号，且基于所述输出信号将第一反馈电压提供到所述第三输入端，其中所述第一反馈电压的电平基于所述第一电压的所述电平，以控制所述第一电压的所述电平和所述第二电压的所述电平，使得所述输入信号的电压电平的变化导致所述比较器的所述输出端中的电压电平的变化。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述反馈电路还被配置为将第二反馈电压提供到所述第四输入端。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述反馈电路被配置为基于所述输出信号产生所述第一反馈电压以对应于所述第一电压。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述输出信号包括至少两个状态中的状态，
其中所述至少两个状态中的每个状态对应于至少两个电压电平中的一个电压电平，
其中，所述反馈电路还被配置为接收所述输出信号，并且基于所述输出信号的状态将所述第一反馈电压的电平设置为所述至少两个电压电平中的一个电压电平。
5.根据权利要求4中任一项所述的装置，其中，所述反馈电路包括电压电平发生器和阻抗，并且
其中，所述电压电平发生器被配置为生成所述第一反馈电压，并经由所述阻抗将所述第一反馈电压提供给所述第三输入端，
其中，所述电压电平发生器被配置为生成所述至少两个电压电平以及所述第二反馈电压的电平。
6.根据权利要求5中任一项所述的装置，其中所述反馈电路还包括控制器，所述控制器耦合到所述比较器的所述输出端并且耦合到所述电压电平产生器，
其中，所述控制器被配置为基于所述输出信号提供控制信号，
其中，基于所述控制信号，所述电压电平发生器将所述第一反馈电压提供给所述第三输入端。
7.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其中所述第一输入端和所述第二输入端参考第二参考，
其中，所述第三输入端和所述第四输入端参考第一参考，并且
其中，所述输入级被配置为提供所述第一参考与所述第二参考之间的DC隔离。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述第一AC耦合器包括耦合到所述第一输入端和所述第三输入端的第一电容器、耦合在所述第三输入端和所述第一参考之间的第二电容器，并且
所述第二AC耦合器包括耦合到第二输入端和第四输入端的第三电容器以及耦合在第四输入端和所述第一参考之间的第四电容器。
9.根据权利要求7至8中任一项所述的装置，其中，所述反馈电路还包括传感器，所述传感器耦合到所述控制器，并且还被耦合在以下中的一个之间：
所述第一参考和第三参考，或
在所述第一参考与所述第二参考之间，
其中，所述第三参考对应于开关连接点，
其中，所述传感器被配置为测量以下中的一个之间的电压：
所述第一参考和所述第三参考，或
所述第一参考和所述第二参考，
其中，所述传感器被配置为向所述控制器提供与所测量的电压相关的测量，并且
其中，所述第一反馈电压的电平和所述第二反馈电压的电平基于所述第二参考与所述第一参考之间的电压电平。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述输出信号被配置为控制第一开关，所述第一开关在开关连接点处与第二开关串联耦合，
其中，所述开关连接点对应于所述第一参考。
11.一种方法，包括以下步骤：
由比较器将所述比较器的第一输入端处的第一电压的电平与所述比较器的第二输入端处的第二电压的电平进行比较；
由反馈电路并基于所述比较来选择第一反馈电压；
由所述反馈电路向所述第一输入端提供所述第一反馈电压；以及
由所述反馈电路向所述第二输入端提供第二反馈电压，
其中，所述比较器的所述第一输入端与第三输入端DC隔离，并且
其中，所述比较器的所述第二输入端与第四输入端DC隔离。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括由所述反馈电路基于所述第一电压的电平生成所述第一反馈电压的电平的步骤。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，还包括检测输出信号的至少两个状态中的状态，其中所述输出信号的所述状态是基于所述第一电压的所述电平与所述第二电压的所述电平之间的所述比较。
其中，所述第一电压包括至少两个电压电平，并且
其中，所述至少两个状态中的每个状态对应于所述第一电压的所述至少两个电压电平中的一个电压电平，
其中，所述方法还包括：
基于所述输出信号的所述状态，将所述第一反馈电压的所述电平设置为所述至少两个电压电平中的一个电压电平。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第三输入端和所述第四输入端参考第一参考，
其中，所述第一输入端和所述第二输入端参考第二参考。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
在所述第三输入端和所述第四输入端处从信号发生器接收输入信号，其中所述输入信号包括在所述比较器的第一输出端和第二输出端之间的至少两个输入电压电平；以及。
操作第一开关，所述第一开关在开关连接点处与第二开关串联耦合，其中所述开关连接点对应于所述第二参考。
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