CN206313660U - 开关模式电源系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及开关模式电源系统。该开关模式电源SMPS系统包括：接收输入电压的电压输入；SMPS电路，配置为根据输入电压而产生电压输出；以及将至少一个HEMT的衬底耦接到高电压节点的电路。SMPS电路包括：电感、电容和开关元件，配置为利用开关元件的高切换速率生成电压输出；开关元件还包括至少一组共源共栅耦接的器件，每组包括高电子迁移率晶体管HEMT以及与HEMT共源共栅耦接的二极管和场效应晶体管FET中的一者，每个HEMT包括衬底；以及控制器，配置为产生发送到各组的FET和HEMT中至少一者的栅极端子的信号。本实用新型解决的技术问题是防止电源转换器电路中大的电压尖峰或快速变化的电压电平，实现的技术效果是提供一种电压变化率降低的开关模式电源系统。

Description

开关模式电源系统
技术领域
本公开整体涉及电压源电路，更具体地讲，涉及利用高电子迁移率晶体管(HEMT)的电压源电路和系统。
背景技术
电源转换器电路或电压转换器电路用于将电压源与一种类型的电力(例如交流电(AC)或直流电(DC))相互转换。此类AC源可包括发电机或电力网电源。此类DC源可包括电池或DC电源。其他类型的电源转换器电路包括仅改变电压电平的电路。例如，可根据负载器件的需要来有利地升高或降低DC电压电平。通常，电源转换器电路提供的输出电压电平与输入电压电平不同。
直流到直流(DC到DC)电路是一种常见类型的电源转换器。DC到DC电源转换器存储来自电源的输入电能，然后以不同的电压电平(通常以高频率)将该电能释放给输出负载。DC到DC转换器电路通常在功率效率上比线性稳压器要高，这是因为DC到DC转换器电路将较少的功率耗散为热量。通常希望在较高频率下操作开关模式电源转换器电路，因为可通过例如去除低频变压器来减小此类电路的部件尺寸和重量。
近年来，随着高频半导体元件的功率的提高，在此类电源转换器中经常使用场效应晶体管(FET)的高频特性和可靠性。具体地讲，包含GaN作为主要成分的基于GaN的半导体，由于其高饱和电子速度和高电压击穿特性而常常被使用。
基于GaN的开关器件例如异质结场效应晶体管(FET)优于其他类型的常规FET解决方案，原因在于基于GaN的开关器件具有更高的功率密度、更高的击穿电压和更低的导通电阻。GaN FET通常形成为常开耗尽型器件。对于诸如电源应用的某些应用，常开型器件可能比不上诸如标准FET器件的常关型器件，因为常开型器件通常在操作效率上低于常关型器件，并且常开型器件的驱动电路通常比常关型器件更复杂和昂贵。因此，已知以具有硅FET(Si-FET)的共源共栅配置来配置耗尽型GaN FET以提高效率。
GaN-HEMT/Si-FET共源共栅器件可用于此类电源转换器电路中，但它们是有问题的，因为它们通常具有大的电压尖峰或快速变化的电压电平(dv/dt)。例如，电压的变化率可超过100V/ns。在一些应用中，常常发现通用技术的控制是困难的。在同步DC/DC转换器中，大的dv/dt例如由于EMI问题和驱动器不兼容性而成为问题。在一些电路中，期望的最大电压变化率为50V/ns。因此，由于GaN-HEMT/Si-FET共源共栅器件在高电压高功率转换器中的优点，需要降低由流入电路电容器的高电流电平产生的大电压尖峰(dv/dt)以及解决可能会遇到的相关问题。
实用新型内容
本实用新型解决的一个技术问题是防止电源转换器电路中大的电压尖峰或快速变化的电压电平(dv/dt)。
根据本实用新型的一个方面，提供一种开关模式电源(SMPS)系统，包括：用于接收输入电压的电压输入；SMPS电路，所述SMPS电路被配置为根据所述输入电压而产生电压输出；以及将至少一个HEMT的所述衬底耦接到高电压节点的电路。所述SMPS电路包括：电感元件、电容元件和开关元件，所述电感元件、电容元件和开关元件被配置为利用所述开关元件的高切换速率来生成所述电压输出；所述开关元件还包括至少一组共源共栅耦接的器件，每组共源共栅耦接的器件包括高电子迁移率晶体管(HEMT)，以及与所述HEMT共源共栅耦接的二极管和场效应晶体管(FET)中的一者，其中每个HEMT包括衬底；以及控制器，所述控制器被配置为产生发送到各组共源共栅耦接的器件的FET和HEMT中至少一者的栅极端子的信号。
根据一个实施例，耦接到所述衬底的所述电路包括引线或迹线或导线，所述引线或迹线或导线将所述衬底连续地连接到高电压节点或以下中至少一者：开关，所述开关将所述衬底选择性地连接到所述高电压节点；以及分压器，所述分压器耦接到所述高电压节点并且被配置为将所述衬底连接到降低的高电压。
根据一个实施例，所述SMPS系统还包括至少一个分压器电路，所述至少一个分压器电路连接在所述高电压节点与至少一个HEMT FET衬底之间，以将所述HEMT FET衬底连接到小于在所述高电压节点处呈现的电压的分压。
根据一个实施例，所述SMPS系统还包括开关电路，所述开关电路被配置为将所述至少一个共源共栅耦接的HEMT衬底选择性地耦接到所述高电压节点。
根据一个实施例，所述开关电路被耦接以从所述控制器接收控制信号，其中所述控制器能够被操作成在信号占空比的一部分期间将所述至少一个共源共栅耦接的HEMT衬底选择性地连接到所述高电压节点。
根据一个实施例，所述开关电路和所述控制器被配置为仅当所述共源共栅耦接的HEMT传导电流时，才将所述至少一个共源共栅耦接的HEMT衬底选择性地连接到所述高电压节点。
根据一个实施例，所述开关电路和所述控制器被配置为仅当检测到大电流或电压过冲时，才将所述至少一个共源共栅耦接的HEMT衬底选择性地连接到所述高电压节点。
根据一个实施例，所述开关电路和所述控制器被配置为仅当感测到大的电压变化率(dv/dt)时，才将所述至少一个共源共栅耦接的HEMT衬底选择性地连接到所述高电压节点。
根据本实用新型的一个方面，提供一种开关模式电源(SMPS)系统，包括：直流(DC)电压源，所述DC电压源被配置为生成用于DC-DC电压转换器的输入电压；以及所述DC-DC电压转换器还包括：与所述SMPS系统连接的至少一个共源共栅耦接的高电子迁移率晶体管(HEMT)，其中所述至少一个共源共栅耦接的HEMT包括衬底；控制器，所述控制器被配置为产生发送到所述至少一个共源共栅耦接HEMT的至少一个栅极端子的激活信号，以及发送到开关的至少一个偏置控制信号，以将所述至少一个HEMT衬底选择性地连接至高输出电压；以及其中所述控制器生成所述至少一个偏置控制，以在以下中的至少一者期间将所述至少一个共源共栅耦接的HEMT的衬底连接到所述SMPS系统的高输出电压：信号占空比的正部分；所述信号占空比的负部分；当所述至少一个HEMT传导电流时；当检测到大电流或电压过冲时；以及检测到高dv/dt。
根据一个实施例，所述SMPS系统还包括分压器电路，所述分压器电路连接在所述输出电压和所述至少一个HEMT衬底之间，用于将所述至少一个HEMT衬底连接到小于所述高电压输出的分压。
本实用新型实现的一个技术效果是提供一种电压变化率降低的开关模式电源系统。
附图说明
本领域技术人员参照附图阅读本说明书，可以更好地理解本实用新型，也可以显而易见地认识到本实用新型的多种特征和优点，在附图中：
图1是根据一个实施方案的电源转换器的部分示意图和部分框图。
图2是根据一个实施方案的电源转换器的部分示意图和部分框图，其中HEMT衬底连续地连接到高电压输出。
图3是根据一个实施方案的电源转换器的部分示意图和部分框图，其中HEMT衬底在占空比部分期间连接到高电压输出。
图4是根据一个实施方案的电源转换器的部分示意图和部分框图，其中HEMT衬底在占空比部分期间连接到高电压输出。
图5是示出根据一个实施方案的方法的流程图。
在不同附图中使用相同的参考符号来指示相同或类似的元件。除非另有说明，否则词语“耦接”及其相关动词形式包括直接连接以及通过本领域已知的方式的间接电连接两者；而且除非另有说明，否则对直接连接的任一描述暗示采用适宜间接电连接形式的替代实施方式。
具体实施方式
图1是根据一个实施方案的电源转换器的部分示意图和部分框图。开关模式电源(SMPS)电路系统包括电源10，该电源还包括交流(AC)电压发生器12，该AC电压发生器被连接以将交流电压信号传递到在14处示出的全波整流器的一对输入。全波整流器在一对输出节点处产生全波整流输出。电容器16跨接在全波整流器14的该对输出节点两端。因此，跨全波整流器14的该对输出节点，出现经整流且经滤波的直流(DC)电压信号。这些输出节点也是电源10的输出节点。
电源10产生到DC-DC转换器20的输出。电源10的第一输出节点连接到电感器22，该电感器又连接到高电压肖特基二极管24和HEMT 26。肖特基二极管24又连接到HEMT 28。HEMT 26还连接到FET 30的漏极端子。FET 30的源极端子连接到地线或电路公共端。这里，地线或电路公共端又连接到电源10的第二输出节点。
HEMT 28的栅极端子连接到肖特基二极管24的输入端子，该肖特基二极管还连接到电感器22。HEMT 26的栅极端子连接到FET 30的源极端子，该FET还连接到地线或电路公共端。HEMT 26和HEMT 28以共源共栅配置连接。HEMT 28和肖特基二极管24形成第一共源共栅耦接的器件32，并且HEMT 26和FET 30形成第二共源共栅耦接的器件34。
控制器连接到FET 30的栅极端子以选择性地激活FET 30。GaN HEMT 28的输出端子连接到第一电阻器38，该第一电阻器串联地连接到第二电阻器40。第二电阻器40连接到地线或电路公共端。控制器36还连接到将电阻器38与电阻器40连接的节点，以感测跨电阻器40的电压。将HEMT 28的输出与电阻器38连接的节点是DC-DC转换器20的输出节点，并且该节点还连接到电容器42和负载44。电容器42还连接到地线或电路公共端并且用于对产生到负载44的输出电压进行滤波。负载44还连接到地线或电路公共端并连接到DC-DC转换器20的第二输出节点。
图1的系统的一个方面是DC-DC转换器20通常产生到负载42的高电压输出。图1的系统还包括开关电路，用于将HEMT 26的衬底和HEMT 28的衬底选择性地耦接到高电压输出，以通过减小dv/dt来改善电路性能。更具体地讲，HEMT 26的衬底连接到开关46，该开关还连接到DC-DC转换器20的输出节点。开关46还被连接以从控制器36接收控制信号来激活开关，从而将HEMT 26的衬底选择性地连接到高电压输出。
类似地，GaN HEMT 28的衬底连接到开关48，该开关又连接到DC-DC转换器20的高电压输出。在所述实施方案中，开关48还被连接以从控制器36接收控制信号来激活开关，从而将HEMT 28的衬底选择性地耦接到高电压输出。这里，开关46和开关48中的每一者接收单独的控制信号。或者，两个开关可以接收相同的控制信号。具有不同的控制信号允许控制器36独立地选择性地耦接HEMT衬底。应当理解，因为该电路配置的高电压在输出处，所以开关46和开关48将衬底连接到输出。在高电压输出呈现在不同节点处的不同配置中，开关将连接到承载高电压的那个节点。例如，如果DC-DC转换器被配置为将高电压降低到较低电压并且被连接以接收高电压，则开关将被连接到电路的输入，以将HEMT FET 26的衬底和HEMTFET 28的衬底选择性地耦接到DC-DC转换器的输入。
在操作中，电源10根据所接收的输入电压来产生到DC-DC转换器20的具有第一幅值或电压电平的DC电压。DC-DC转换器20通过以高频率切换器件28和30的导通和关断状态，使得所产生的到负载42的输出电压增大(或在替代实施方案中减小)。例如，输入电压可以在12V至1.7kV的范围内，输出电压可以在12V至1.7kV的范围内。HEMT FET衬底所连接到的高电压节点包括用于降压转换器的输入或用于升压转换器的输出。在所述实施方案中，SMPS系统从电压源10接收相对低的DC电压并且在输出端处产生400V DC电压。
控制器36在反馈回路中对跨电阻器40的电压进行采样，以确定是否调节切换的频率，以及导通持续时间速率对关断持续时间速率，从而调节输出电压电平。另外，控制器36产生控制信号以断开和闭合开关46和开关48，以将HEMT 26的衬底和HEMT 28的衬底选择性地连接到高电压输出从而减小dv/dt。通常，衬底的高压偏置有助于减小电路内的电压尖峰。虽然图1示出了两个HEMT FET的衬底选择性地连接到高电压输出，但在替代设计中，仅一个衬底将被配置为连接到高电压输出。控制器36可被操作成在占空比的一部分期间、当HEMT FET传导电流时、当检测到大的dv/dt(超过阈值)时、或当HEMT FET关断或导通时，将衬底连接到高电压节点。
图2是根据一个实施方案的电源转换器的部分示意图和部分框图，其中HEMT衬底连续地连接到高电压输出。电源10包括电压发生器13，该电压发生器被连接以将电压信号传递到跨接在成对输出节点两端的电容器16。该实施方案可与图1的实施方案类似或不同。
电源10产生到DC-DC转换器20的输出。电源10的第一输出连接到电感器22，该电感器又连接到高电压肖特基二极管24和HEMT 26。肖特基二极管24又连接到HEMT 28，而HEMT26还被连接以将电流传导到FET 30的漏极端子，该漏极端子被连接以将电流从源极端子传导到地线或电路公共端。这里，地线或电路公共端也连接到电源10的第二输出。HEMT 28的栅极端子连接到肖特基二极管24的输入端子，该肖特基二极管还连接到电感器22。HEMT 26的栅极端子连接到FET 30的源极端子，该FET还连接到地线或电路公共端。HEMT 26和HEMT28被连接为共源共栅器件。HEMT 28和肖特基二极管24形成第一共源共栅耦接的器件32，并且HEMT 26和FET 30形成第二共源共栅耦接的器件34。
控制器连接到FET 30的栅极端子以选择性地激活FET 30。GaN HEMT 28的输出端子连接到第一电阻器38，该第一电阻器串联地连接到第二电阻器40。第二电阻器40连接到地线或电路公共端。控制器36还连接到将电阻器38与电阻器40连接的节点，以感测跨电阻器40的电压。将HEMT 28的输出与电阻器38连接的节点是DC-DC转换器20的输出节点，并且该节点还连接到电容器42和负载44。电容器42还连接到地线或电路公共端并且用于对产生到负载44的输出电压进行滤波。负载44还连接到地线或电路公共端并连接到DC-DC转换器20的第二输出节点。
图2的系统的一个方面是DC-DC转换器20通常产生到负载42的高电压输出。图2的系统还包括将HEMT 26的衬底和HEMT 28的衬底连接到高电压输出以改善电路性能的电路。更具体地讲，HEMT 26的衬底连接到线路50，该线路还被连接到产生高电压输出的DC-DC转换器20的输出节点。类似地，GaN HEMT 28的衬底连接到线路50，该线路连接到DC-DC转换器20的高电压输出。
在操作中，电源10产生到DC-DC转换器20的具有第一幅值或电压电平的DC电压。DC-DC转换器20通过以高频率切换器件28和30的导通和关断状态，使得所产生的到负载42的输出电压增大。控制器36在反馈回路中对跨电阻器40的电压进行采样，以确定是否调节切换的频率，以及导通持续时间速率对关断持续时间速率，从而调节输出电压电平。线路50将HEMT 26的衬底和HEMT 28的衬底连接到高电压输出，以始终减小dv/dt。
图3是根据一个实施方案的电源转换器的部分示意图和部分框图，其中HEMT衬底在占空比部分期间连接到高电压输出。电源10包括电压发生器13，该电压发生器被连接以将电压信号传递到跨接在成对输出节点两端的电容器16。该实施方案可与图1的实施方案类似或不同。
电源10产生到DC-DC转换器20的输出。电源10的第一输出连接到电感器22，该电感器又连接到高电压肖特基二极管24和HEMT 26。肖特基二极管24又连接到HEMT 28，而HEMT26还被连接以将电流传导到FET 30的漏极端子，该漏极端子被连接以将电流从源极端子传导到地线或电路公共端。这里，地线或电路公共端也连接到电源10的第二输出。HEMT 28的栅极端子连接到肖特基二极管24的输入端子，该肖特基二极管还连接到电感器22。HEMT 26的栅极端子连接到FET 30的源极端子，该FET还连接到地线或电路公共端。HEMT 26和HEMT28被连接为共源共栅器件。HEMT 28和肖特基二极管24形成第一共源共栅耦接的器件32，并且HEMT 26和FET 30形成第二共源共栅耦接的器件34。
控制器连接到FET 30的栅极端子以选择性地激活FET 30。GaN HEMT 28的输出端子连接到第一电阻器38，该第一电阻器串联地连接到第二电阻器40。第二电阻器40连接到地线或电路公共端。控制器36还连接到将电阻器38与电阻器40连接的节点，以感测跨电阻器40的电压。将HEMT 28的输出与电阻器38连接的节点是DC-DC转换器20的输出节点，并且该节点还连接到电容器42和负载44。电容器42还连接到地线或电路公共端并且用于对产生到负载44的输出电压进行滤波。负载44还连接到地线或电路公共端并连接到DC-DC转换器20的第二输出节点。
图3的系统的一个方面是DC-DC转换器20通常产生到负载42的高电压输出。图3的系统还包括将HEMT 26的衬底和HEMT 28的衬底连接到第一共源共栅耦接的器件32的高电压输入以改善电路性能的电路。更具体地讲，HEMT 26的衬底连接到反相器52，该反相器又连接到第一共源共栅耦接的器件32的输入节点。类似地，GaN HEMT 28的衬底连接到反相器54，该反相器又连接到第一共源共栅耦接的器件32的输入节点。
在操作中，电源10产生到DC-DC转换器20的具有第一幅值或电压电平的DC电压。DC-DC转换器20通过以高频率切换器件28和30的导通和关断状态，使得所产生的到负载42的输出电压增大以及使得到第一共源共栅耦接的器件32的输入节点的输入电压增大。控制器36在反馈回路中对跨电阻器40的电压进行采样，以确定是否调节切换的频率，以及导通持续时间速率对关断持续时间速率，从而调节输出电压电平。线路50在D或1-D(占空比的一部分)期间将HEMT 26的衬底和HEMT 28的衬底连接到高电压以减小dv/dt。
图4是根据一个实施方案的电源转换器的部分示意图和部分框图，其中HEMT衬底在占空比部分期间连接到高电压输出。电源10包括电压发生器13，该电压发生器被连接以将电压信号传递到跨接在成对输出节点两端的电容器16。该实施方案可与图1的实施方案类似或不同。
电源10产生到DC-DC转换器20的输出。电源10的第一输出连接到电感器22，该电感器又连接到高电压肖特基二极管24和HEMT 26。肖特基二极管24又连接到HEMT 28，而HEMT26还被连接以将电流传导到FET 30的漏极端子，该漏极端子被连接以将电流从源极端子传导到地线或电路公共端。这里，地线或电路公共端也连接到电源10的第二输出。HEMT 28的栅极端子连接到肖特基二极管24的输入端子，该肖特基二极管还连接到电感器22。HEMT 26的栅极端子连接到FET 30的源极端子，该FET还连接到地线或电路公共端。HEMT 26和HEMT28被连接为共源共栅器件。HEMT 28和肖特基二极管24形成第一共源共栅耦接的器件32，并且HEMT 26和FET 30形成第二共源共栅耦接的器件34。
控制器连接到FET 30的栅极端子以选择性地激活FET 30。GaN HEMT 28的输出端子连接到第一电阻器38，该第一电阻器串联地连接到第二电阻器40。第二电阻器40连接到地线或电路公共端。控制器36还连接到将电阻器38与电阻器40连接的节点，以感测跨电阻器40的电压。将HEMT 28的输出与电阻器38连接的节点是DC-DC转换器20的输出节点，并且该节点还连接到电容器42和负载44。电容器42还连接到地线或电路公共端并且用于对产生到负载44的输出电压进行滤波。负载44还连接到地线或电路公共端并连接到DC-DC转换器20的第二输出节点。
图4的系统的一个方面是DC-DC转换器20通常产生到负载42的高电压输出。图4的系统还包括分压器电路，用于将HEMT 26的衬底和HEMT 28的衬底连接到在第一共源共栅耦接的器件32的高电压输入和高电压输出之间的分压，以提高电路性能。更具体地讲，两个串联耦接的电阻器60和62共同跨接在高电压输出和地线或电路公共端的两端。HEMT 26的衬底连接到电阻器60和62之间的节点。类似地，两个串联耦接的电阻器64和66共同跨接在高电压输出和肖特基二极管24的输入端子的两端，该肖特基二极管还连接到电感器22。GaNHEMT 28的衬底连接到电阻器64和66之间的节点。
在一个实施方案中，电阻器60-66是不可调节的标准电阻元件或电阻器。在替代实施方案中，电阻器60和62的至少一个电阻器，以及电阻器64和66的至少一个电阻器是可调节的。因此，在该实施方案中，控制器36被连接以调节电阻器60-66的可调电阻器。在所示的实施方案中，所有四个电阻器60-66都是可调节的。因此，控制器36可被操作成调节电阻器之间的电压和节点从而调节衬底的偏置电压。在一个实施方案中，各可调电阻器均包括电阻梯，该电阻梯的元件可选择以调节电阻。还可使用其他调节电阻的配置。
在操作中，电源10产生到DC-DC转换器20的具有第一幅值或电压电平的DC电压。DC-DC转换器20通过以高频率切换器件28和30的导通和关断状态，使得所产生的到负载42的输出电压增大以及使得到第一共源共栅耦接的器件32的输入节点的输入电压增大。控制器36在反馈回路中对跨电阻器40的电压进行采样，以确定是否调节切换的频率，以及导通持续时间速率对关断持续时间速率，从而调节输出电压电平。控制器36产生发送到可调电阻器的电阻器调节信号，以将施加到HEMT 26的衬底和HEMT 28的衬底的偏置电压调节到高电压以减小dv/dt。
图5是示出根据一个实施方案的方法的流程图。在开关模式电源(SMPS)中，该方法开始于接收范围从12V至1.7kV的输入电压(100)。该输入电压例如可以是用于图1至图4的任何实施方案的输入电压。此后，该方法包括产生范围从12V至1.7kV的输出电压，其中输出电压不同于输入电压(102)。该输出电压例如可以是用于图1至图4的任何实施方案的输出电压。为了减小高dv/dt，该方法包括将耦接在SMPS电路内的至少一个共源共栅耦接的高电子迁移率晶体管(HEMT)场效应晶体管(FET)的衬底连接到高电压节点，该高电压节点的幅值基本上大于输入节点或输出节点中的一者的幅值(104)。在一个实施方案中，该连接是永久性的。在另一实施方案中，该连接经由开关或分压器中的至少一者。
根据SMPS系统的配置，该方法可选地包括生成控制信号以选择性地闭合开关(106)，从而将衬底连接到高电压节点或分压器。作为另外一种选择或除此之外，取决于SMPS配置，该方法可包括生成控制信号以选择性地改变分压器的设置从而改变与衬底连接的电压电平(108)。最后，该方法可包括当感测到高电压变化率时、在占空比的一部分期间、当HEMT FET传导电流时、当检测到大的dv/dt(超过阈值)时、或当HEMT FET关断或导通时，将衬底连接到高电压(110)。
上文所公开的主题应被视为示例性的而非限制性的，并且所附权利要求旨在涵盖落在权利要求的真实范围内的所有此类修改、增强和其他实施方案。此外，尽管上述实施方案涉及SMPS系统，但是应当理解，这些概念可应用于升压转换器、降压转换器、单端初级电感转换器或其他类型的转换器。原理和范围限于本文所示的实施方案。此外，本文公开的各个方面可进行修改以及/或者可与其他实施方案的其他方面组合。例如，图4的分压器配置可与关于图1至图3公开的任何方面组合，包括选择性偏置、恒定偏置(如图4所示)或在占空比的一部分期间的偏置。此外，衬底所连接的高电压节点不一定是输出节点。该高电压节点可以是具有高电压的任何节点。因此，对于一些实施方案，该高电压节点可以是输入节点。该高电压节点还可以是电路或系统内既不是输出节点也不是输入节点的节点。
根据所公开的开关模式电源(SMPS)系统的一个方面，该SMPS系统包括升压转换器、降压转换器、单端初级电感转换器中的一者。根据另一方面，输入电压范围从12V到1.7kV，而输出电压范围从12V到1.7kV。根据又一方面，控制器可被操作成当HEMT导通时将至少一个共源共栅耦接的HEMT衬底选择性地连接到高电压以及当HEMT关断时将HEMT断开。根据再一方面，输出电压为400伏输出。根据另一方面，SMPS系统包括DC-DC开关电压转换器。
根据另一方面，公开了一种从开关模式电源(SMPS)系统生成高电压输出的方法。该方法包括接收范围从12V到1.7kV的输入电压，生成范围从12V到1.7kV的输出电压，以及将与SMPS系统连接的至少一个共源共栅耦接的高电子迁移率晶体管(HEMT)的衬底连接到高电压，该高电压的幅值基本上大于输入节点或输出节点中的一者的幅值。根据该另一方面，衬底可连接到分压器电路，该分压器电路产生小于所述高电压的分压。此外，根据信号状态或信号部分中的一者或根据HEMT是否传导电流，可将所述至少一个共源共栅耦接的HEMT衬底选择性地连接到高电压节点。此外，可根据是否检测到大电流或电压过冲或者当感测到超过阈值速率的高dv/dt时，将所述至少一个共源共栅耦接的HEMT衬底选择性地连接到高电压节点。
因而，在法律允许的最大程度上，本实用新型的范围应该由所附权利要求书及其等价内容所容许的最宽泛解释所确定，并且不应受到前述详细说明的约束或限制。

Claims (10)

1.一种开关模式电源SMPS系统，其特征在于包括：
用于接收输入电压的电压输入；
SMPS电路，所述SMPS电路被配置为根据所述输入电压而产生电压输出，所述SMPS电路包括：
电感元件、电容元件和开关元件，所述电感元件、电容元件和开关元件被配置为利用所述开关元件的高切换速率来生成所述电压输出；
所述开关元件还包括至少一组共源共栅耦接的器件，每组共源共栅耦接的器件包括高电子迁移率晶体管HEMT，以及与所述HEMT共源共栅耦接的二极管和场效应晶体管FET中的一者，其中每个HEMT包括衬底；以及
控制器，所述控制器被配置为产生发送到各组共源共栅耦接的器件的FET和HEMT中至少一者的栅极端子的信号；以及将至少一个HEMT的所述衬底耦接到高电压节点的电路。
2.根据权利要求1所述的SMPS系统，其特征在于耦接到所述衬底的所述电路包括引线或迹线或导线，所述引线或迹线或导线将所述衬底连续地连接到高电压节点或以下中至少一者：
开关，所述开关将所述衬底选择性地连接到所述高电压节点；
以及
分压器，所述分压器耦接到所述高电压节点并且被配置为将所述衬底连接到降低的高电压。
3.根据权利要求1所述的SMPS系统，其特征在于还包括至少一个分压器电路，所述至少一个分压器电路连接在所述高电压节点与至少一个HEMT FET衬底之间，以将所述HEMT FET衬底连接到小于在所述高电压节点处呈现的电压的分压。
4.根据权利要求1所述的SMPS系统，其特征在于还包括开关电路，所述开关电路被配置为将所述至少一个共源共栅耦接的HEMT衬底选择性地耦接到所述高电压节点。
5.根据权利要求4所述的SMPS系统，其特征在于所述开关电路被耦接以从所述控制器接收控制信号，其中所述控制器能够被操作成在信号占空比的一部分期间将所述至少一个共源共栅耦接的HEMT衬底选择性地连接到所述高电压节点。
6.根据权利要求4所述的SMPS系统，其特征在于所述开关电路和所述控制器被配置为仅当所述共源共栅耦接的HEMT传导电流时，才将所述至少一个共源共栅耦接的HEMT衬底选择性地连接到所述高电压节点。
7.根据权利要求4所述的SMPS系统，其特征在于所述开关电路和所述控制器被配置为仅当检测到大电流或电压过冲时，才将所述至少一个共源共栅耦接的HEMT衬底选择性地连接到所述高电压节点。
8.根据权利要求4所述的SMPS系统，其特征在于所述开关电路和所述控制器被配置为仅当感测到大的电压变化率(dv/dt)时，才将所述至少一个共源共栅耦接的HEMT衬底选择性地连接到所述高电压节点。
9.一种开关模式电源SMPS系统，其特征在于包括：
直流DC电压源，所述DC电压源被配置为生成用于DC-DC电压转换器的输入电压；以及
所述DC-DC电压转换器还包括：
与所述SMPS系统连接的至少一个共源共栅耦接的高电子迁移率晶体管HEMT，其中所述至少一个共源共栅耦接的HEMT包括衬底；
控制器，所述控制器被配置为产生发送到所述至少一个共源共栅耦接HEMT的至少一个栅极端子的激活信号，以及发送到开关的至少一个偏置控制信号，以将所述至少一个HEMT衬底选择性地连接至高输出电压；以及
其中所述控制器生成所述至少一个偏置控制，以在以下中的至少一者期间将所述至少一个共源共栅耦接的HEMT的衬底连接到所述SMPS系统的高输出电压：
信号占空比的正部分；
所述信号占空比的负部分；
当所述至少一个HEMT传导电流时；
当检测到大电流或电压过冲时；以及
检测到高dv/dt。
10.根据权利要求9所述的SMPS系统，其特征在于还包括分压器电路，所述分压器电路连接在所述输出电压和所述至少一个HEMT衬底之间，用于将所述至少一个HEMT衬底连接到小于所述高电压输出的分压。
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