DE102015114366B4

DE102015114366B4 - SYSTEM AND METHOD FOR DRIVING A TRANSISTOR

Info

Publication number: DE102015114366B4
Application number: DE102015114366.6A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Zojer; Matteo-Alessandro Kutschak
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2035-08-29
Also published as: CN105391435A; DE102015114366A1; CN105391435B

Abstract

Schaltung zum Ansteuern eines Schalttransistors (202), die aufweist:einen Treiber (304; 402), der aufweist: einen Ausgang, der dazu ausgebildet ist, mit einem Steueranschluss des Schalttransistors (202) gekoppelt zu werden, einen ersten Leistungsversorgungsanschluss (422), der dazu ausgebildet ist, mit einem ersten Anschluss einer potentialfreien Leistungsversorgung (302) gekoppelt zu werden, einen zweiten Leistungsversorgungsanschluss (424), der dazu ausgebildet ist, mit einem zweiten Anschluss der potentialfreien Leistungsversorgung (302) gekoppelt zu werden, und einen Schalteingangsanschluss (VSW), der dazu ausgebildet ist, ein Schaltsignal zu empfangen, undeine Vorspannungsschaltung (306) mit einem Ausgangsanschluss, der dazu ausgebildet ist, mit einem Gleichtaktsteueranschluss (VCM) der potentialfreien Leistungsversorgung (302) gekoppelt zu werden, wobei die Vorspannungsschaltung (306) dazu ausgebildet ist, eine zeitabhängige Spannung (V(t)) zu liefern.Circuitry for driving a switching transistor (202), comprising: a driver (304; 402) having: an output adapted to be coupled to a control terminal of the switching transistor (202), a first power supply terminal (422), configured to be coupled to a first terminal of a floating power supply (302), a second power supply terminal (424) configured to be coupled to a second terminal of the floating power supply (302), and a switching input terminal (VSW ) configured to receive a switching signal, and a biasing circuit (306) having an output terminal configured to be coupled to a common mode control (VCM) terminal of the floating power supply (302), the biasing circuit (306) configured to do so is to provide a time dependent voltage (V(t)).

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein elektronisches Bauelement und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Ansteuern eines Schalttransistors.The present disclosure relates generally to an electronic device, and more particularly to a system and method for driving a switching transistor.

Hochspannungsschalttransistoren, wie etwa Leistungs-MOSFETs, JFETs (Junction Field Effect Transistor) und Galliumnitrid-High-Electron-Mobility-Transistor (GaN-HEMT), werden üblicherweise als Halbleiterschalter in Hochspannungs- und Hochleistungsbauelementen wie etwa getakteten Leistungswandlern, Motorcontrollern und Hochspannungs- und Hochleistungsschaltkreisen verwendet. Einige dieser Bauelemente wie etwa der GaN-HEMT, besitzen die Fähigkeit, bei sehr hohen Spannungen betrieben zu werden, ohne dass das Bauelement ausfällt oder beschädigt wird.High-voltage switching transistors, such as power MOSFETs, JFETs (Junction Field Effect Transistor) and Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor (GaN-HEMT), are commonly used as semiconductor switches in high-voltage and high-power devices such as switched-mode power converters, motor controllers, and high-voltage and high-voltage devices high performance circuits used. Some of these devices, such as the GaN HEMT, have the ability to operate at very high voltages without device failure or damage.

Einige Bauelemente wie etwa der JFET und GaN-HEMT, können so hergestellt werden, dass sie eine negative Einsatzspannung besitzen, wodurch bewirkt wird, dass das Bauelement leitend ist, wenn eine Spannung von null an der Gateelektrode und der Sourceelektrode dieser Transistoren anliegt. Solche Bauelemente werden entsprechend als „selbstleitende“ Bauelemente oder Transistoren bezeichnet, da diese Bauelemente unter Bedingungen mit einer Vorspannung von null effektiv ein sind. Wenn solche selbstleitenden Bauelemente verwendet werden, werden im Allgemeinen Vorkehrungen getroffen, um sicherzustellen, dass eine Spannung generiert wird, um sicherzustellen, dass das selbstleitende Bauelement ausgeschaltet werden kann. Beispielsweise wird in einer in einem getakteten Leistungswandlung verwendeten Treiberschaltung eine negative Spannung generiert oder bereitgestellt, die eine Spannung besitzt, die ausreichend unter der Einsatzspannung des selbstleitenden Bauelements liegt, um sicherzustellen, dass das Bauelement tatsächlich wie beabsichtigt ausgeschaltet wird.Some devices, such as the JFET and GaN-HEMT, can be fabricated to have a negative threshold voltage, causing the device to conduct when zero voltage is present on the gate and source of these transistors. Such devices are appropriately referred to as "normally on" devices or transistors, since these devices are effectively on under zero-bias conditions. When such normally-on devices are used, provisions are generally made to ensure that a voltage is generated to ensure that the normally-on device can be turned off. For example, in a driver circuit used in a switched-mode power conversion, a negative voltage is generated or provided that is at a voltage sufficiently below the threshold voltage of the normally-on device to ensure that the device actually turns off as intended.

Aus DE 10 2011 087 464 A1 ist eine Treiberschaltung zum Ansteuern eines JFET-Transistors und eines MOSFET-Transistors bekannt. Die Treiberschaltung enthält einen Niederspannungsbereich und einen Hochspannungsbereich, die über einen Corless Transformer gekoppelt sind.Out of DE 10 2011 087 464 A1 a driver circuit for driving a JFET transistor and a MOSFET transistor is known. The driver circuit includes a low voltage section and a high voltage section coupled via a Corless Transformer.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Schaltung zum Ansteuern eines Steueranschlusses eines Schalttransistors: einen Treiber mit einem Ausgang, der dazu ausgebildet ist, mit einem Steueranschluss des Schalttransistors gekoppelt zu werden, einen ersten Leistungsversorgungsanschluss, der dazu ausgebildet ist, an den ersten Anschluss einer potentialfreien Leistungsversorgung gekoppelt zu werden, einen zweiten Leistungsversorgungsanschluss, der dazu ausgebildet ist, mit einem zweiten Anschluss der potentialfreien Leistungsversorgung gekoppelt zu werden, und einen Schalteingangsanschluss, der dazu ausgebildet ist, ein Schaltsignal zu empfangen. Die Schaltung umfasst weiterhin eine Bias-Schaltung mit einem Ausgangsanschluss, der dazu ausgebildet ist, mit einem Gleichtaktsteueranschluss der potentialfreien Leistungsversorgung gekoppelt zu werden, wobei die Bias-Schaltung dazu ausgebildet ist, eine zeitabhängige Spannung zu liefern.According to one embodiment, a circuit for driving a control terminal of a switching transistor includes: a driver having an output configured to be coupled to a control terminal of the switching transistor, a first power supply terminal configured to be coupled to the first terminal of a floating power supply a second power supply terminal configured to be coupled to a second terminal of the floating power supply, and a switch input terminal configured to receive a switch signal. The circuit further includes a bias circuit having an output terminal configured to be coupled to a common mode control terminal of the floating power supply, the bias circuit configured to provide a time dependent voltage.

Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:

1a-c ein herkömmliches Schalteransteuersystem veranschaulichen;
2 ein Schalteransteuersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulichen;
3 ein Schalteransteuersystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
4 ein Schalteransteuersystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel veranschaulicht;
5 ein Ausführungsbeispiel einer Transistorkopie-Schaltung veranschaulicht; und
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

For a more complete understanding of the present invention and the advantages thereof, reference is now made to the following descriptions taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:

1a-c illustrate a conventional switch drive system;
2 illustrate a switch drive system according to an embodiment;
3 12 illustrates a switch drive system according to another embodiment;
4 12 illustrates a switch drive system according to another embodiment;
5 1 illustrates an embodiment of a transistor replica circuit; and
6 FIG. 1 illustrates a flow diagram of a method according to an embodiment.

Entsprechende Zahlen und Symbole in verschiedenen Figuren beziehen sich allgemein auf entsprechende Teile, sofern nichts anderes angegeben ist. Die Figuren wurden gezeichnet, um die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsbeispiele klar zu veranschaulichen, und sie sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet.Corresponding numerals and symbols in different figures generally refer to corresponding parts unless otherwise noted. The figures are drawn to clearly illustrate the relevant aspects of the preferred embodiments and are not necessarily drawn to scale.

Das Herstellen und Verwenden der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele wird unten ausführlich erörtert. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte bereitstellt, die in einer großen Vielzahl spezifischer Kontexte verkörpert werden können. Die erörterten spezifischen Ausführungsbeispiele veranschaulichen lediglich spezifische Wege zum Herstellen und Verwenden der Erfindung und beschränken nicht den Schutzbereich der Erfindung.The making and using of the presently preferred embodiments are discussed in detail below. However, it should be understood that the present invention provides many applicable inventive concepts that can be embodied in a wide variety of specific contexts. The specific embodiments discussed are merely illustrative of specific ways to make and use the invention and do not limit the scope of the invention.

Die vorliegende Erfindung wird bezüglich bevorzugter Ausführungsbeispiele in einem spezifischen Kontext, einem System und Verfahren zum Ansteuern eines selbstleitenden Schalttransistors beschrieben. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können auch auf verschiedene Systeme angewendet werden, die selbstleitende Transistoren nutzen, wie etwa getaktete Leistungswandler, Motorcontroller und andere Schaltungen. Ausführungsbeispiele können auch das Ansteuern von selbstsperrenden Transistoren betreffen.The present invention is related to preferred embodiments in a specific context, system and method for driving a normally-on switching transistor described. Embodiments of the present invention can also be applied to various systems using normally-on transistors, such as switched-mode power converters, motor controllers, and other circuits. Embodiments can also relate to driving normally-off transistors.

Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Schaltung dazu ausgebildet, einen Steueranschluss eines Schalttransistors anzusteuern. Dieser Schalttransistor kann eine negativen Einsatzspannung besitzen, wie etwa ein JFET, ein Galliumnitrid-HEMT (GaN-HEMT), ein Verarmungs-MOSFET oder ein anderer Transistor mit einer negativen Einsatzspannung, oder er kann eine positive Einsatzspannung besitzen, wie etwa ein Anreicherungs- MOSFET. Der Treiber umfasst Leistungsversorgungsanschlüsse, die mit einer potentialfreien Leistungsversorgung gekoppelt sind. Die potentialfreie Leistungsversorgung kann eine positive Spannung und eine negative Spannung erzeugen, die an die Leistungsversorgungsanschlüsse des Treibers gekoppelt sind. Während des Betriebs legt der Treiber die positive Spannung der potentialfreien Leistungsversorgung an, um den Schalttransistor einzuschalten, und legt die negative Spannung der potentialfreien Leistungsversorgung an, um den Schalttransistor auszuschalten. Eine Gleichtakt-Vorspannung-Schaltung ist ebenfalls vorgesehen, um die Gleichtakt- oder mittlere Spannung der potentialfreien Leistungsversorgung vorzuspannen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann diese Gleichtaktspannung eine zeitabhängige Spannung erzeugen, die von verschiedenen Parametern abhängen kann.In one embodiment of the present invention, a circuit is designed to drive a control terminal of a switching transistor. This switching transistor may have a negative threshold voltage, such as a JFET, a gallium nitride HEMT (GaN HEMT), a depletion mode MOSFET, or other transistor with a negative threshold voltage, or it may have a positive threshold voltage, such as an enhancement mode MOSFET . The driver includes power supply terminals that are coupled to a floating power supply. The floating power supply can generate a positive voltage and a negative voltage that are coupled to the power supply terminals of the driver. During operation, the driver applies the positive voltage of the floating power supply to turn on the switching transistor and applies the negative voltage of the floating power supply to turn off the switching transistor. A common mode biasing circuit is also provided to bias the common mode or intermediate voltage of the floating power supply. In some embodiments, this common-mode voltage can produce a time-varying voltage that can depend on various parameters.

Bei einem spezifischen Beispiel kann diese Gleichtaktspannung von der Einsatzspannung des angesteuerten Transistors oder einem Kopiebauelement davon abhängen. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel ist die Gleichtaktspannung auf oder etwa auf die Einsatzspannung des Schalttransistors eingestellt. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können auf das Ansteuern von Schalttransistoren angewendet werden, die negative Einsatzspannungen, positive Einsatzspannungen und/oder Einsatzspannungen von Null besitzen.In a specific example, this common mode voltage may depend on the threshold voltage of the driven transistor or a replica device thereof. In such an embodiment, the common-mode voltage is set at or about the threshold voltage of the switching transistor. Embodiments of the present invention may be applied to driving switching transistors that have negative threshold voltages, positive threshold voltages, and/or zero threshold voltages.

1a veranschaulicht ein herkömmliches Schalteransteuersystem 100 mit einer Spannungsquelle 106, einer Treiberschaltung 104 und einem selbstsperrenden Transistor 102. Wie gezeigt, wird der Treiber 104 mit einer festen Spannung VP von der Spannungsquelle 106 versorgt, die zu dem Sourcepotential S des Transistors 102 in Beziehung steht. Die Einsatzspannung Vth des Transistors 102 ist der Gate-Source-Spannungspegel, der den Übergang zwischen den Zuständen „ein“ und „aus“ definiert. Im Fall einer im „selbstsperrenden“ Transistor 102 vorhandenen positiven Einsatzspannung Vth verwendet das dargestellte Versorgungsschema eine einzelne positive Spannungsquelle 106. Während des Betriebs von System 100 legt der Treiber 104 die Spannung VP an der Gateelektrode G des selbstsperrenden Transistors 102 an. Falls die Spannung VP größer ist als die Einsatzspannung Vth des selbstsperrenden Transistors 102, wird der selbstsperrende Transistor 102 eingeschaltet. Falls gleichermaßen die Spannung am negativen Anschluss der Spannungsquelle 106 am Gateelektrode G des selbstsperrenden Transistors 102 angelegt wird, wird der selbstsperrende Transistor ausgeschaltet. 1a 10 illustrates a conventional switch drive system 100 having a voltage source 106, a driver circuit 104 and a normally-off transistor 102. As shown, the driver 104 is supplied with a fixed voltage VP from the voltage source 106, which is related to the source potential S of the transistor 102. The threshold voltage Vth of transistor 102 is the gate-source voltage level that defines the transition between the "on" and "off" states. In the case of a positive threshold voltage Vth present in "normally-off" transistor 102, the illustrated supply scheme uses a single positive voltage source 106. If the voltage VP is greater than the threshold voltage Vth of the normally-off transistor 102, the normally-off transistor 102 is turned on. Likewise, if the voltage at the negative terminal of voltage source 106 is applied to the gate electrode G of normally-off transistor 102, the normally-off transistor is turned off.

1b veranschaulicht ein herkömmliches Schalteransteuersystem 120 mit einer Spannungsquelle 126, einer Treiberschaltung 124 und einem selbstleitenden Transistor 122. Wie gezeigt wird die Treiberschaltung 124 mit einer festen Spannung VN von der Spannungsquelle 126 versorgt, die zu dem Sourcepotential S des Transistors 122 in Beziehung steht. Ähnlich dem in 1b gezeigten selbstsperrenden Transistor 102 ist die Einsatzspannung Vth des Transistors 122 der Gate-Source-Spannungspegel, der den Übergang zwischen den Zuständen „ein“ und „aus“ definiert. Im Fall des selbstleitenden Transistors 122 jedoch ist diese Einsatzspannung Vth eine negative Spannung, was bedeutet, dass die Spannung der Gateelektrode G des selbstleitenden Transistors 122 auf ein Spannungspotential gebracht wird, das unter der Spannung des Sourceknotens S liegt, um den selbstleitenden Transistor 122 auszuschalten. Falls das Spannungspotential VN der Spannungsquelle 126 die negative Einsatzspannung Vth des selbstleitenden Transistors 122 übersteigt, kann dementsprechend der selbstleitende Transistor ausgeschaltet werden durch Anlegen der Spannung an den negativen Anschluss der Spannungsquelle 126. Wenn jedoch die Gate-Source-Spannung des selbstleitenden Transistors 122 eine Spannung von Null ist, wird der selbstleitende Transistor 122 leitend. 1b 12 illustrates a conventional switch drive system 120 having a voltage source 126, a driver circuit 124 and a normally on transistor 122. As shown, the driver circuit 124 is supplied with a fixed voltage VN from the voltage source 126 which is related to the source potential S of the transistor 122. Similar to the in 1b In the normally-off transistor 102 shown, the threshold voltage Vth of transistor 122 is the gate-source voltage level that defines the transition between the "on" and "off" states. In the case of normally-on transistor 122, however, this threshold voltage Vth is a negative voltage, which means that the voltage of the gate electrode G of the normally-on transistor 122 is brought to a voltage potential that is below the voltage of the source node S in order to turn the normally-on transistor 122 off. Accordingly, if the voltage potential VN of voltage source 126 exceeds the negative threshold voltage Vth of normally-on transistor 122, the normally-on transistor can be turned off by applying the voltage to the negative terminal of voltage source 126. However, if the gate-source voltage of normally-on transistor 122 is a voltage is zero, normally on transistor 122 becomes conductive.

In Fällen, in denen die Einsatzspannung Vth des angesteuerten Transistors eine niedrige positive oder niedrige negative Spannung nahe an Masse ist, kann ein bipolares Ansteuerschema verwendet werden, um sicherzustellen, dass der Transistor eingeschaltet und ausgeschaltet wird. 1c veranschaulicht ein herkömmliches bipolares Schalteransteuersystem 130 mit einer positiven Spannungsquelle 134, einer negativen Spannungsquelle 136, einer Treiberschaltung 138 und einem Transistor 132. Wenn der Transistor 132 eingeschaltet ist, wird die durch die positive Spannungsquelle 134 erzeugte Spannung VP an den Gateanschluss G des Transistors 132 angelegt. Gleichermaßen wird, wenn der Transistor 132 ausgeschaltet ist, die durch die negative Spannungsquelle 136 erzeugte Spannung VN an den Gateanschluss G des Transistors 132 angelegt. Das Verwenden eines derartigen bipolaren Ansteuerschemas kann die Schaltleistung verbessern, wenn die Einsatzspannung Vth eine niedrige Spannung ist, und kann einen Spielraum bereitstellen, um sicherzustellen, dass der Transistor 132 ordnungsgemäß schaltet. Falls beispielsweise die Einsatzspannung Vth des Transistors 132 etwa 1 V beträgt, kann das Ansteuern des Transistors 132 mit einer positiven Leistungsversorgung von 12 V eine asymmetrische Ansteuerspannung bereitstellen. In solchen Fällen hilft das Verwenden einer negativen Spannungsquelle 136 sicherzustellen, dass der Transistor 132 mit ausreichender Übersteuerung ausgeschaltet wird.In cases where the threshold voltage Vth of the transistor being driven is a low positive or low negative voltage close to ground, a bipolar drive scheme can be used to ensure that the transistor turns on and off. 1c 13 illustrates a conventional bipolar switch drive system 130 having a positive voltage source 134, a negative voltage source 136, a driver circuit 138 and a transistor 132. When the transistor 132 is on, the voltage VP generated by the positive voltage source 134 is applied to the gate terminal G of the transistor 132 . Likewise, when transistor 132 is off, the voltage VN produced by negative voltage source 136 is applied to the gate terminal G of the transistor gate 132 created. Using such a bipolar drive scheme can improve switching performance when the threshold voltage Vth is a low voltage and can provide margin to ensure that transistor 132 switches properly. For example, if the threshold voltage Vth of transistor 132 is about 1V, driving transistor 132 with a positive 12V power supply may provide an asymmetric drive voltage. In such cases, using a negative voltage source 136 helps ensure that transistor 132 is turned off with sufficient overdrive.

Weil sich die Einsatzspannung Vth eines Transistors über eine Temperaturvariation, Prozessvariation, statistische Variationen, Drifteffekte und andere Ursachen hinweg ändern kann, werden solche Änderungen oftmals während des Designs herkömmlicher Treiberschaltungen berücksichtigt. Falls beispielsweise die Einsatzspannung Vth eines selbstleitenden Transistors einer Variation zwischen -5 V und -9 V unterworfen ist, liefert eine negative Versorgungsspannung in einem herkömmlichen System eine negative Spannung, die zum Bereitstellen von ausreichender Übersteuerung, um den Transistor auszuschalten, ausgebildet ist. In diesem Beispiel liefert eine negative Spannung von -11 V eine Übersteuerung von 2 V, um den Transistor in dem Worst-Case-Szenarium auszuschalten, wenn sich die Einsatzspannung Vth des selbstleitenden Transistors auf -9 V befindet.Because the threshold voltage Vth of a transistor can change over temperature variation, process variation, statistical variations, drift effects, and other causes, such changes are often taken into account during the design of conventional driver circuits. For example, if the threshold voltage Vth of a normally-on transistor is subject to a variation between -5V and -9V, a negative supply voltage in a conventional system provides a negative voltage designed to provide sufficient overdrive to turn off the transistor. In this example, a negative voltage of -11V provides a 2V overdrive to turn off the transistor in the worst case scenario when the Vth threshold voltage of the normally-on transistor is at -9V.

Bei einem Ausführungsbeispiel stehen Versorgungsspannungen für einen Gatetreiber zu einem Gatepotential in Beziehung, das einem Schaltschwellenwert entspricht, beispielsweise VG = VS + Vth. Mit anderen Worten stehen die Ansteuerpegel zu VS + Vth in Beziehung, anstatt direkt zu VS. Somit kann ein positiver Gateansteuerpegel („ein“) als Vth + VP (positive Übersteuerung) ausgedrückt werden, und der negative Pegel („aus“) kann als Vth - VN ausgedrückt werden. Unter realen Arbeitsbedingungen jedoch kann sich die momentane Einsatzspannung Vth aufgrund von Änderungen der Temperatur und anderen Drifteffekten im Laufe der Zeit ändern.In one embodiment, supply voltages for a gate driver are related to a gate potential that corresponds to a switching threshold, for example VG=VS+Vth. In other words, the drive levels are related to VS + Vth instead of directly to VS. Thus, a positive (“on”) gate drive level can be expressed as Vth + VP (positive overdrive), and the negative (“off”) level can be expressed as Vth - VN. However, under real working conditions, the instantaneous threshold voltage Vth may change over time due to changes in temperature and other drift effects.

2 veranschaulicht ein Schalteransteuersystem 200, das eine positive Spannungsquelle 206 und eine negative Spannungsquelle 208, eine Ansteuerschaltung 204 und einen Transistor 202 umfasst. Der Transistor 202 kann unter Verwendung verschiedener Arten von Transistoren implementiert werden. Beispielsweise kann der Transistor unter anderem einen Leistungs-MOSFET-Transistor, einen GaN-HEMT, einen JFET, einen Anreicherungs-MOSFET, einen Verarmungs-MOSFET oder einen Bipolarsperrschichttransistor (BJT) umfassen. 2 12 illustrates a switch drive system 200 that includes a positive voltage source 206 and a negative voltage source 208, a drive circuit 204, and a transistor 202. FIG. Transistor 202 can be implemented using different types of transistors. For example, the transistor may include a power MOSFET transistor, a GaN HEMT, a JFET, an enhancement mode MOSFET, a depletion mode MOSFET, or a bipolar junction transistor (BJT), among others.

Bei einigen Ausführungsbeispielen bildet die Kombination aus positiver Spannungsquelle 206 und negativer Spannungsquelle 208 eine potentialfreie Leistungsversorgung, deren Gleichtaktspannung durch Anlegen einer Spannung an einem gemeinsamen Knoten 220 eingestellt werden kann, der zwischen die positive Spannungsquelle 206 und die negative Spannungsquelle 208 gekoppelt ist. Durch Koppeln der Spannungsquelle 210 zwischen den gemeinsamen Knoten 220 und den Sourceknoten S des Transistors 202 kann der Gleichtaktausgang der Treiberschaltung 204 entsprechend der zeitabhängigen Einsatzspannung V_th(t) des Transistors 202 oder einer beliebigen anderen zeitabhängigen Spannung eingestellt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen, bei denen die Ausgänge der Spannungsquelle 206 und 208 der Einsatzspannung des Transistors 202 nachlaufen (engl.: track), können die Spannung VP der positiven Spannungsquelle 206 und die Spannung VN der negativen Spannungsquelle 208 gewählt werden, ohne dass eine Variation der Einsatzspannung des Transistors 202 berücksichtigt werden muss. Bei solchen Ausführungsbeispielen können die Mindestwerte von VP und VN gemäß einer Schaltdynamik gewählt werden.In some embodiments, the combination of positive voltage source 206 and negative voltage source 208 forms a floating power supply whose common-mode voltage can be adjusted by applying a voltage to a common node 220 coupled between positive voltage source 206 and negative voltage source 208. By coupling voltage source 210 between common node 220 and the source node S of transistor 202, the common mode output of driver circuit 204 can be adjusted according to the time-varying threshold voltage V _th (t) of transistor 202 or any other time-varying voltage. In some embodiments in which the outputs of voltage sources 206 and 208 track the threshold voltage of transistor 202, the voltage VP of the positive voltage source 206 and the voltage VN of the negative voltage source 208 can be selected without a variation in the The threshold voltage of the transistor 202 must be taken into account. In such embodiments, the minimum values of VP and VN can be chosen according to switching dynamics.

Beispielsweise werden bei einem Ausführungsbeispiel die Spannungsquellen 206 und 208 jeweils so eingestellt, dass sie etwa 3 V erzeugen, und die Spannungsquelle 210 ist dazu ausgebildet, eine Spannung zu liefern, die sich der Einsatzspannung des Transistors 202 annähert. Falls die Approximation der Einsatzspannung des Transistors 202 etwa -5 V beträgt, liefert die Spannungsquelle 210 somit etwa -5 V, der positive Anschluss der Spannungsquelle 206 liefert etwa -2 V und der negative Anschluss der Spannungsquelle 208 liefert etwa -8 V. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können je nach dem bestimmen System und seinen Spezifikationen andere Spannungspegel verwendet werden.For example, in one embodiment, voltage sources 206 and 208 are each set to generate approximately 3V and voltage source 210 is configured to provide a voltage that approximates the threshold voltage of transistor 202 . Thus, if the approximation of the threshold voltage of transistor 202 is about -5V, voltage source 210 provides about -5V, the positive terminal of voltage source 206 provides about -2V and the negative terminal of voltage source 208 provides about -8V. In alternatives In other embodiments, other voltage levels may be used depending on the particular system and its specifications.

Die Spannungsquellen 206 und 208 können unter Verwendung von in der Technik bekannten Leistungsschaltungen implementiert werden. Beispielsweise können getaktete Leistungsversorgungen, Spannungsregler, Batterien und andere Leistungsversorgungsschaltungen und -systeme zum Implementieren der Spannungsquelle 206 und 208 verwendet werden. Beispielsweise kann die Spannungsquelle 210 unter Verwendung verschiedener Vorspannungs-Schaltungen und/oder Leistungsversorgungsschaltungen, die in der Technik bekannt sind, implementiert werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Spannungsquelle 210 unter Verwendung einer Kopie des Transistors 202 implementiert werden, um eine Spannung zu erzeugen, die sich der Einsatzspannung Vth des Transistors 202 annähert. Die Treiberschaltung 204 kann unter Verwendung von in der Technik bekannten Treiberschaltungen implementiert werden, wie etwa einem Treiber aus der Familie Infineon EiceDRIVER oder einem Treiber aus der Serie Texas Instruments UCC27x.Voltage sources 206 and 208 can be implemented using power circuits known in the art. For example, switched mode power supplies, voltage regulators, batteries, and other power supply circuits and systems may be used to implement voltage sources 206 and 208 . For example, voltage source 210 may be implemented using various biasing circuits and/or power supply circuits known in the art. In some embodiments, voltage source 210 may be implemented using a replica of transistor 202 to generate a voltage that approximates the threshold voltage Vth of transistor 202 . The driver circuit 204 may be configured using any known in the art Driver circuits are implemented, such as a driver from the Infineon EiceDRIVER family or a driver from the Texas Instruments UCC27x series.

3 veranschaulicht ein Schalteransteuersystem 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt, generiert die Transistorkopie-Schaltung 306 eine zeitabhängige Spannung V(t), die an den Gleichtaktanschluss VCM der potentialfreien Stromquelle 302 gekoppelt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel erzeugt die potentialfreie Leistungsversorgung 302 eine Spannung am Anschluss VP, die auf einem Spannungspotential liegt, das größer ist als die Spannung am Anschluss VCM, und erzeugt eine Spannung am Anschluss VN, die auf einem Spannungspotential ist, das unter der Spannung am Anschluss VCM liegt. Effektiv verfolgen die Spannungen an den Anschlüssen VP und VN die durch die Transistorkopie-Schaltung 306 erzeugte Spannung V(t). 3 FIG. 3 illustrates a switch drive system 300 according to an embodiment of the present invention. As shown, the transistor copy circuit 306 generates a time dependent voltage V(t) that is coupled to the common mode terminal VCM of the floating current source 302 . In one embodiment, floating power supply 302 generates a voltage at terminal VP that is at a voltage potential that is greater than the voltage at terminal VCM and generates a voltage at terminal VN that is at a voltage potential that is below the voltage at the terminal VCM lies. Effectively, the voltages at terminals VP and VN track the voltage V(t) generated by transistor copy circuit 306.

Bei einem Ausführungsbeispiel erzeugt die Transistorkopie-Schaltung 306 eine Spannung V(t), die sich der Einsatzspannung des Transistors 202 annähert und/oder zu ihr in Beziehung steht, indem ein Transistor mit einer ähnlichen Struktur und/oder einer ähnlichen Bauelementgeometrie wie der Transistor 202 verwendet wird. Die Spannung V(t) kann über der Zeit variieren, um Änderungen der Einsatzspannung bezüglich Temperatur, Drifteffekten und Änderungen bei anderen Parametern zu verfolgen, die die Einsatzspannung des Transistors und des Kopiebauelements in der Transistorkopie-Schaltung 306 beeinflussen können. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Spannung V(t) neben der Transistorkopie-Schaltung 306 durch andere Arten von Schaltungen erzeugt werden.In one embodiment, transistor copy circuitry 306 generates a voltage V(t) that approximates and/or is related to the threshold voltage of transistor 202 by using a transistor having a similar structure and/or device geometry as transistor 202 is used. Voltage V(t) may vary over time to track changes in threshold voltage with respect to temperature, drift effects, and changes in other parameters that may affect the threshold voltage of the transistor and replica device in transistor replica circuit 306 . In alternative embodiments, voltage V(t) may be generated by other types of circuitry besides transistor copy circuitry 306 .

Die Treiberschaltung 304 besitzt Versorgungsanschlüsse, die an die Anschlüsse VP und VN der potentialfreien Leistungsversorgung 302 gekoppelt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel legt die Treiberschaltung abwechselnd die Spannungen an den Anschlüssen VP und VN der potentialfreien Leistungsversorgung 302 gemäß einem Schaltsignal am Eingang VSW der Treiberschaltung 304 an den Gateanschluss G des Transistors 202 an. Beispielsweise legt bei einem Ausführungsbeispiel die Treiberschaltung 304 die Spannung am Anschluss VP der potentialfreien Leistungsversorgung 302 an, wenn das Signal am Eingang VSW ein logisches H ist, und legt die Spannung am Anschluss VN der potentialfreien Leistungsversorgung 302 an, wenn das Signal am Eingang VSW ein logisches L ist. Alternativ kann die Beziehung zwischen dem logischen Sinn des Eingangs VSW und der an die Gateelektrode des Transistors 202 angelegten Spannung umgedreht werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Ausgang der Treiberschaltung 304 zwischen seinen Leistungsversorgungsverbindungen und seinem Ausgangsanschluss einen Spannungsabfall einführen.Driver circuit 304 has supply terminals coupled to floating power supply 302 terminals VP and VN. In one embodiment, the driver circuit alternately applies the voltages at terminals VP and VN of floating power supply 302 to the gate terminal G of transistor 202 according to a switching signal at input VSW of driver circuit 304 . For example, in one embodiment, driver circuit 304 applies the voltage to terminal VP of floating power supply 302 when the signal at input VSW is a logic high, and applies the voltage to terminal VN of floating power supply 302 when the signal at input VSW is on is logical L. Alternatively, the relationship between the logic sense of the VSW input and the voltage applied to the gate electrode of transistor 202 can be reversed. In some embodiments, the output of driver circuit 304 may introduce a voltage drop between its power supply connections and its output terminal.

4 veranschaulicht ein Schalteransteuersystem 400 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei der die potentialfreie Leistungsversorgung unter Verwendung von Wicklungen 416 und 418 des Transformators 414 mit Mittenabgriff implementiert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Wicklungen 416 und 418 Sekundär- und/oder Hilfswicklungen eines Transformators eines getakteten Leistungswandlers wie etwa eines Sperrwandlers sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Transformator 414 eine Primärwicklung 430 enthalten, die mit einer primärseitigen Schaltnetzteilschaltungsanordnung gekoppelt ist, die zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt ist. Die Realisierung und der Betrieb einer derartigen primärseitigen getakteten Leistungsversorgungsschaltung können unter Verwendung von in der Technik bekannten Schaltungen und Verfahren erfolgen. 4 FIG. 4 illustrates a switch drive system 400 in accordance with another embodiment of the present invention in which the floating power supply is implemented using windings 416 and 418 of center-tapped transformer 414. FIG. In one embodiment, windings 416 and 418 may be secondary and/or auxiliary windings of a transformer of a switched mode power converter, such as a flyback converter. In some embodiments, the transformer 414 may include a primary winding 430 coupled to primary-side switched-mode power supply circuitry, which is not shown to simplify the illustration. The implementation and operation of such a primary-side switched-mode power supply circuit can be accomplished using circuits and methods known in the art.

Das Schalteransteuersystem 400 umfasst den Transistor 202 und die Ansteuerschaltung 402, die dazu ausgebildet ist, ein Schaltsignal VSW an die Gateelektrode des Transistors 202 anzulegen. Der Transistor 202 kann eine beliebige Art von Transistor sein, der beispielsweise eine positive Einsatzspannung oder eine negative Einsatzspannung besitzt. Der positive Leistungsversorgungsanschluss 422 der Treiberschaltung 402 ist über eine Diode 410 an die Wicklung 416 des Transformators 414 gekoppelt und der negative Leistungsversorgungsanschluss 424 der Treiberschaltung 402 ist über die Diode 412 an die Wicklung 418 des Transformators 414 gekoppelt. Die Dioden 410 und 412 richten den Strom in den Wicklungen 416 und 418 des Transformators 414 gleich. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Dioden 410 und 412 unter Verwendung von Schalttransistoren implementiert werden, die als Synchrongleichrichter betrieben werden. Die an die Dioden 410 und 412 gekoppelten Kondensatoren 406 und 408 sorgen für eine Filterung und dämpfen die Versorgungswelligkeit.The switch drive system 400 comprises the transistor 202 and the drive circuit 402 which is designed to apply a switching signal VSW to the gate electrode of the transistor 202 . Transistor 202 may be any type of transistor that has a positive threshold voltage or a negative threshold voltage, for example. The positive power supply terminal 422 of the driver circuit 402 is coupled to the winding 416 of the transformer 414 via a diode 410 and the negative power supply terminal 424 of the driver circuit 402 is coupled to the winding 418 of the transformer 414 via the diode 412 . Diodes 410 and 412 rectify the current in windings 416 and 418 of transformer 414 . In some embodiments, diodes 410 and 412 may be implemented using switching transistors that operate as synchronous rectifiers. Capacitors 406 and 408 coupled to diodes 410 and 412 provide filtering and dampen supply ripple.

Ein Pufferverstärker 404 mit einer Verstärkung von Eins (engl.: unity gain buffer amplifier) ist dazu ausgebildet, die Spannung V(t) zum Mittenabgriff 432 des Transformators 414 zu puffern. Die Spannung V(t) kann beispielsweise eine Spannung darstellen, die sich der Einsatzspannung des Transistors 202 annähert. Alternativ kann die Spannung V(t) eine beliebige zeitabhängige Spannung sein. Bei vielen Ausführungsbeispielen ist die zeitliche Variation von V(t) langsam im Vergleich zu den Schalttransienten. Dann blockiert der Kondensator C, der zwischen den Sourceknoten S des Transistors 202 und den Ausgang des Pufferverstärkers 404 mit einer Verstärkung von Eins gekoppelt ist, die Gleichtaktversorgungskomponente V(t), liefert aber einen Pfad mit niedriger Impedanz für die schnellen Schalttransienten.A unity gain buffer amplifier 404 is configured to buffer the voltage V(t) to the center tap 432 of the transformer 414 . For example, voltage V(t) may represent a voltage that approximates the threshold voltage of transistor 202 . Alternatively, the voltage V(t) can be any time-varying voltage. In many embodiments, the time variation of V(t) is slow compared to the switching transients. Then capacitor C, coupled between the source node S of transistor 202 and the output of unity gain buffer amplifier 404, blocks the common mode supply component V(t), but provides a low impedance path for the fast switching transients.

Der Verstärker 404, der in einer Rückkopplungskonfiguration mit Verstärkung Eins (engl.: unity gain feedback configuration) gezeigt ist, kann unter Verwendung eines Transkonduktanzverstärkers, eines Operationsverstärkers oder einer anderen, in der Technik bekannten Art von Verstärker realisiert werden. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können andere Verstärkerkonfigurationen neben einer Eins-Konfiguration verwendet werden. Beispielsweise kann ein Verstärker mit einem Leistungsfaktor kleiner eins oder größer als eins verwendet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Verstärker 404 entfallen. Es versteht sich, dass das System 400 nur eines von vielen Ausführungsbeispielen ist, die verwendet werden können, um ein Ausführungsbeispiel von Transistoransteuerschaltungen und -systemen zu implementieren. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können andere Schaltungsarchitekturen und -topologien verwendet werden.Amplifier 404, shown in a unity gain feedback configuration, may be implemented using a transconductance amplifier, an operational amplifier, or any other type of amplifier known in the art. In alternative embodiments, other amplifier configurations besides a unity configuration can be used. For example, an amplifier with a power factor less than one or greater than one can be used. In some embodiments, amplifier 404 may be omitted. It is understood that the system 400 is just one of many embodiments that can be used to implement an embodiment of transistor drive circuits and systems. In alternate embodiments, other circuit architectures and topologies may be used.

5 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung, mit der eine zeitabhängige Spannung V(t) auf der Basis einer Kopie des anzusteuernden Schalttransistors generiert wird. Wie gezeigt, ist der Kopietransistor 508 als Diode verschaltet, wobei seine Drainelektrode an seine Gateelektrode gekoppelt ist. Die Spannungsquelle 506 kann zwischen die Drainelektrode und die Gateelektrode des Kopietransistors 508 gekoppelt sein, um negative Einsatzspannungen für selbstleitende Bauelemente zu berücksichtigen. Die Stromquelle 504 ist an den Kopietransistor 508 gekoppelt und liefert einen Vorstrom. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der Sourceknoten S des Kopietransistors 508 an den gleichen Knoten wie die Sourceelektrode des Schalttransistors gekoppelt, der angesteuert wird (z.B. Transistor 202 in 3 und 4), oder ist mit einem Knoten mit einer gleichen oder ähnlichen Spannung wie die Sourceelektrode des Schalttransistors gekoppelt. 5 FIG. 12 illustrates one embodiment of a circuit for generating a time dependent voltage V(t) based on a replica of the switching transistor to be driven. As shown, the copy transistor 508 is diode-connected with its drain electrode coupled to its gate electrode. Voltage source 506 may be coupled between the drain and gate of copy transistor 508 to account for negative threshold voltages for normally-on devices. Current source 504 is coupled to copy transistor 508 and provides a bias current. According to various embodiments, the source node S of the copy transistor 508 is coupled to the same node as the source electrode of the switching transistor that is being driven (e.g., transistor 202 in 3 and 4 ), or is coupled to a node with an equal or similar voltage as the source electrode of the switching transistor.

Bei einem Ausführungsbeispiel besitzt der Kopietransistor 508 eine ähnliche Struktur wie der angesteuerte Schalttransistor. Falls beispielsweise der Schalttransistor ein GaN-HEMT ist, ist auch der Kopietransistor 508 ein GaN-HEMT. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann auch die Geometrie des Kopietransistors der Geometrie des Schalttransistors entsprechen. Beispielsweise kann der Schalttransistor unter Verwendung von n Einheitsbauelementen konstruiert werden, während der Kopietransistor unter Verwendung von einem oder von zwei des Einheitsbauelements realisiert werden kann. Bei solchen Ausführungsbeispielen muss der Strom der Stromquelle 504 nur in der Größenordnung von 1/n des Stroms des Schalttransistors liegen, damit V(t) die Einsatzspannung des Schalttransistors verfolgen kann. Bei einigen Ausführungsbeispielen können sich die Einheitsbauelemente des Kopietransistors 508 an der gleichen Stelle wie der Schalttransistor befinden, um eine angepasste Leistung zu verbessern. Durch Anordnen des Kopietransistors 508 am gleichen Ort wie dem Hauptschalttransistor werden Änderungen bei der Temperatur beim Schalttransistor auf den Kopietransistor 508 angewendet.In one embodiment, copy transistor 508 has a similar structure as the driven switching transistor. For example, if the switching transistor is a GaN HEMT, then the copy transistor 508 is also a GaN HEMT. In some embodiments, the geometry of the copy transistor can also correspond to the geometry of the switching transistor. For example, the switching transistor can be constructed using n unit devices, while the copy transistor can be realized using one or two of the unit devices. In such embodiments, the current of the current source 504 need only be on the order of 1/n of the current of the switching transistor for V(t) to track the threshold voltage of the switching transistor. In some embodiments, the unitary components of the copy transistor 508 may be in the same location as the switching transistor to improve matched performance. By placing the copy transistor 508 in the same location as the main switching transistor, changes in temperature at the switching transistor are applied to the copy transistor 508.

Es versteht sich, dass die Schaltung von 5 lediglich eine von vielen Beispielen von Schaltungen ist, die verwendet werden können, um eine Approximation einer Einsatzspannung eines Schalttransistors zu erzeugen. Bei alternativen Ausführungsbeispielen Schaltungen und Systeme, die in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit der laufenden US-Nummer 14/473,377 beschrieben werden.It is understood that the circuit of 5 is just one of many examples of circuits that can be used to generate an approximation of a threshold voltage of a switching transistor. In alternative embodiments, circuits and systems described in co-pending application co-pending with the current US number 14/473,377 to be discribed.

6 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 600 zum Ansteuern eines Schalttransistors. Dieses Verfahren kann beispielsweise in Verbindung mit verschiedenen, hierin offenbarten dargestellten Ausführungsbeispielen verwendet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Gleichtaktsteueranschluss einer potentialfreien Leistungsversorgung mit einer auf einer Einsatzspannung des Schalttransistors basierenden Spannung in Schritt 602 vorgespannt. In Schritt 604 wird der Schalttransistor durch Ansteuern eines Steueranschlusses des Schalttransistors mit einer ersten Spannung der potentialfreien Leistungsversorgung eingeschaltet, und in Schritt 606 wird der Schalttransistor durch Ansteuern des Steueranschlusses des Schalttransistors mit einer zweiten Spannung der potentialfreien Leistungsversorgung ausgeschaltet. 6 FIG. 6 illustrates a flow diagram of one embodiment of a method 600 for driving a switching transistor. This method may be used, for example, in connection with various illustrated embodiments disclosed herein. In one embodiment, a common mode control terminal of a floating power supply is biased with a voltage based on a threshold voltage of the switching transistor in step 602 . In step 604 the switching transistor is turned on by driving a control terminal of the switching transistor with a first floating power supply voltage, and in step 606 the switching transistor is turned off by driving the control terminal of the switching transistor with a second floating power supply voltage.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Schaltung zum Ansteuern eines Steueranschlusses eines Schalttransistors: einen Treiber mit einem Ausgang, der dazu ausgebildet ist, mit einem Steueranschluss des Schalttransistors gekoppelt zu werden, einen ersten Leistungsversorgungsanschluss, der dazu ausgebildet ist, mit einem ersten Anschluss einer potentialfreien Leistungsversorgung gekoppelt zu werden, einen zweiten Leistungsversorgungsanschluss, der dazu ausgebildet ist, mit einem zweiten Anschluss der potentialfreien Leistungsversorgung gekoppelt zu werden, und einen Schalteingangsanschluss, der dazu ausgebildet ist, ein Schaltsignal zu empfangen. Die Schaltung umfasst weiterhin eine Vorspannungs-Schaltung mit einem Ausgangsanschluss, der dazu ausgebildet ist, mit einem Gleichtaktsteueranschluss der potentialfreien Leistungsversorgung gekoppelt zu werden, wobei die Vorspannungs-Schaltung dazu ausgebildet ist, eine zeitabhängige Spannung zu liefern. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Schaltung weiterhin die potentialfreie Leistungsversorgung.According to one embodiment, a circuit for driving a control terminal of a switching transistor includes: a driver having an output configured to be coupled to a control terminal of the switching transistor, a first power supply terminal configured to be coupled to a first terminal of a floating power supply a second power supply terminal configured to be coupled to a second terminal of the floating power supply, and a switch input terminal configured to receive a switch signal. The circuit further includes a bias circuit having an output terminal configured to be coupled to a common mode control terminal of the floating power supply, the bias circuit configured to do so det is to provide a time dependent voltage. In some embodiments, the circuit further includes the floating power supply.

Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die potentialfreie Leistungsversorgung eine erste Spule, eine erste Diode, die zwischen den ersten Anschluss der potentialfreien Leistungsversorgung und die erste Spule gekoppelt ist, eine zweite Spule, die an die erste Spule an dem Gleichtaktsteueranschluss und an den zweiten Anschluss der potentialfreien Leistungsversorgung gekoppelt ist, und eine zweite Diode, die zwischen die zweite Spule und den zweiten Anschluss der potentialfreien Leistungsversorgung gekoppelt ist. Die zweite Spule ist magnetisch an die erste Spule gekoppelt.In one embodiment, the floating power supply includes a first coil, a first diode coupled between the first terminal of the floating power supply and the first coil, a second coil coupled to the first coil at the common mode control terminal, and to the second terminal of the floating power supply and a second diode coupled between the second coil and the second terminal of the floating power supply. The second coil is magnetically coupled to the first coil.

Bei einem Ausführungsbeispiel beinhaltet der Schalttransistor einen selbstleitenden Transistor, der Teil der Schaltung sein kann. Der selbstleitende Transistor kann unter Verwendung eines GaN-HEMT-Bauelements implementiert werden, und der Steueranschluss des selbstleitenden Transistors kann eine Gateelektrode des GaN-HEMT sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die zeitabhängige Spannung eine auf einer Einsatzspannung des Schalttransistors basierende Spannung. Diese Spannung kann auf der Einsatzspannung des Schalttransistors basieren und kann eine Spannung sein, die im Wesentlichen gleich der Einsatzspannung des Schalttransistors ist. Bei einem Ausführungsbeispiel besitzt die Bias-Schaltung eine Kopie des Schalttransistors.In one embodiment, the switching transistor includes a normally-on transistor, which may be part of the circuit. The normally on transistor can be implemented using a GaN HEMT device and the control terminal of the normally on transistor can be a gate electrode of the GaN HEMT. In some embodiments, the time-varying voltage is a voltage based on a threshold voltage of the switching transistor. This voltage may be based on the threshold voltage of the switching transistor and may be a voltage substantially equal to the threshold voltage of the switching transistor. In one embodiment, the bias circuit has a copy of the switching transistor.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Treiber dazu ausgebildet, den Schalttransistor durch Koppeln einer Spannung des ersten Leistungsversorgungsanschlusses an den Steueranschluss des Transistors einzuschalten, und den Schalttransistor durch Koppeln einer Spannung des zweiten Leistungsversorgungsanschlusses an den Steueranschluss des Schalttransistors auszuschalten.In one embodiment, the driver is configured to turn on the switching transistor by coupling a voltage of the first power supply terminal to the control terminal of the transistor and to turn off the switching transistor by coupling a voltage of the second power supply terminal to the control terminal of the switching transistor.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Verfahren zum Steuern eines Schalttransistors: Einschalten des Schalttransistors durch Ansteuern eines Steueranschlusses des Schalttransistors mit einer ersten Spannung einer potentialfreien Leistungsversorgung, Ausschalten des Schalttransistors durch Ansteuern eines Steueranschlusses des Schalttransistors mit einer zweiten Spannung der potentialfreien Leistungsversorgung, und Vorspannen eines Gleichtaktsteueranschlusses der potentialfreien Leistungsversorgung mit einer auf einer Einsatzspannung des Schalttransistors basierenden Spannung, die im Wesentlichen gleich der Einsatzspannung des Schalttransistors sein kann. Das Vorspannen des Gleichtaktsteueranschlusses der potentialfreien Leistungsversorgung kann das Bereitstellen einer Einsatzspannung einer Kopie des Schalttransistors beinhalten.According to another embodiment, a method of controlling a switching transistor includes: turning on the switching transistor by driving a control terminal of the switching transistor with a first floating power supply voltage, turning off the switching transistor by driving a control terminal of the switching transistor with a second floating power supply voltage, and biasing a common mode control terminal the floating power supply with a voltage based on a threshold voltage of the switching transistor, which may be substantially equal to the threshold voltage of the switching transistor. Biasing the common mode control terminal of the floating power supply may include providing a turn-on voltage to a copy of the switching transistor.

Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Schritte des Einschaltens und Ausschaltens gemäß einem Schaltsignal durchgeführt. Der Schalttransistor kann einen selbstleitenden Transistor beinhalten, und der Schalttransistor beinhaltet ein GaN-HEMT-Bauelement, so dass der Steueranschluss des Schalttransistors eine Gateelektrode des GaN-HEMT ist.In one embodiment, the steps of turning on and off are performed according to a switching signal. The switching transistor may include a normally-on transistor, and the switching transistor includes a GaN HEMT device such that the control terminal of the switching transistor is a gate electrode of the GaN HEMT.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein Schaltkreis eine potentialfreie Leistungsversorgung mit einem positiven Anschluss, einem negativen Anschluss und einem Gleichtaktanschluss. Der Schaltkreis umfasst weiterhin eine Treiberschaltung mit einem ersten Leistungsversorgungsanschluss, der an den positiven Anschluss der Leistungsversorgung gekoppelt ist, einem zweiten Leistungsversorgungsanschluss, der an den negativen Anschluss der Leistungsversorgung gekoppelt ist, und einem Ausgangsanschluss, der dazu ausgebildet ist, mit einem Steueranschluss eines Schalttransistors gekoppelt zu werden. Der Schaltkreis umfasst weiterhin eine Gleichtakt-Bias-Schaltung mit einem Ausgang, der an den Gleichtaktanschluss der potentialfreien Leistungsversorgung gekoppelt ist, so dass die Gleichtakt-Bias-Schaltung dazu ausgebildet ist, eine auf einer Einsatzspannung des Schalttransistors basierenden Spannung am Ausgang der Gleichtakt-Bias-Spannung bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst der Schaltkreis den Schalttransistor.According to another embodiment, a circuit includes a floating power supply having a positive terminal, a negative terminal, and a common mode terminal. The circuit further includes a driver circuit having a first power supply terminal coupled to the positive terminal of the power supply, a second power supply terminal coupled to the negative terminal of the power supply, and an output terminal configured to be coupled to a control terminal of a switching transistor to become. The circuit further includes a common mode bias circuit having an output coupled to the common mode terminal of the floating power supply, such that the common mode bias circuit is configured to output a voltage based on a threshold voltage of the switching transistor at the output of the common mode bias - Provide tension. In some embodiments, the switching circuit includes the switching transistor.

Bei einem Ausführungsbeispiel beinhaltet der Schalttransistor einen selbstleitenden Transistor, und der selbstleitende Transistor beinhaltet ein GaN-HEMT-Bauelement, so dass der Steueranschluss des Schalttransistors eine Gateelektrode des GaN-HEMT umfasst. Die Gleichtakt-Bias-Schaltung kann einen Spannungspufferverstärker mit einem Ausgang enthalten, der an den Gleichtaktanschluss der potentialfreien Leistungsversorgung gekoppelt ist.In one embodiment, the switching transistor includes a normally on transistor and the normally on transistor includes a GaN HEMT device such that the control terminal of the switching transistor includes a gate electrode of the GaN HEMT. The common mode bias circuit may include a voltage buffer amplifier having an output coupled to the common mode terminal of the floating power supply.

Die Schalt-Schaltung kann einen Kondensator enthalten, der zwischen einem Lastweganschluss des Schalttransistors und den Ausgang des Spannungspufferverstärkers gekoppelt ist, und kann auch einen Kopietransistor enthalten, der mit einem Eingang des Spannungspufferverstärkers gekoppelt ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die potentialfreie Leistungsversorgung einen Transformator, und der Gleichtaktanschluss der potentialfreien Leistungsversorgung umfasst einen Mittenabgriffsanschluss des Transformators.The switching circuit may include a capacitor coupled between a load path terminal of the switching transistor and the output of the voltage buffer amplifier, and may also include a copy transistor coupled to an input of the voltage buffer amplifier. In some embodiments, the floating power supply includes a transformer, and the common mode terminal of the floating power supply includes a center-tapped terminal of the transformer.

Zu Vorteilen einiger Ausführungsbeispiele zählen Leistungseinsparungen aufgrund dessen, dass niedrigere Versorgungsspannungen verwendet werden, um Leistung an Schalttreiber zu liefern. Ein weiterer Vorteil beinhaltet die Fähigkeit zum Verfolgen der Einsatzspannungsvariation über die Zeit und die Fähigkeit zum Liefern symmetrischer Ansteuerspannungen an Schalttransistoren.Advantages of some embodiments include power savings due to using lower supply voltages be used to deliver power to switching drivers. Another advantage includes the ability to track threshold voltage variation over time and the ability to provide symmetrical drive voltages to switching transistors.

Zu weiteren Vorteilen der Ausführungsbeispiele zählt die Fähigkeit zum Variieren der Gateansteuerpegel nicht nur bezüglich der Transistor-Einsatzspannung, sondern auch zum Berücksichtigen anderer Aspekte wie etwa den Transistorarbeitsmodus (Schalter/Diode), die Laststromvariation und die Schaltgeschwindigkeit.Other advantages of the embodiments include the ability to vary gate drive levels not only in terms of transistor threshold voltage, but also to account for other aspects such as transistor operating mode (switch/diode), load current variation, and switching speed.

Claims

Circuit for driving a switching transistor (202), comprising: a driver (304; 402) having: an output configured to be coupled to a control terminal of the switching transistor (202), a first power supply terminal (422) configured to be coupled to a first terminal of a floating power supply (302) to be coupled, a second power supply connection (424), which is designed to be coupled to a second connection of the floating power supply (302), and a switching input connection (VSW), which is designed to receive a switching signal, and a bias circuit (306) having an output terminal configured to be coupled to a common mode control terminal (VCM) of the floating power supply (302), the bias circuit (306) being configured to provide a time dependent voltage (V(t)). deliver.

circuit after claim 1 , which further comprises the floating power supply (302).

circuit after claim 2 , the floating power supply comprising: a first coil (416); a first diode (410) coupled between the first terminal of the floating power supply and the first (416) coil; a second coil (418) coupled to the first coil (416) at the common mode control terminal and to the second terminal of the floating power supply; and a second diode (412) coupled between the second coil (418) and the second terminal of the floating power supply, the second coil (416) being magnetically coupled to the first coil (418).

Circuit after one of Claims 1 until 3 , wherein the circuit further comprises a normally on transistor (202).

circuit after claim 4 , wherein the switching transistor (202) comprises the normally-on transistor.

circuit after claim 4 or 5 , wherein the normally on transistor (202) comprises a GaN HEMT device and the control terminal of the normally on transistor comprises a gate electrode of the GaN HEMT device.

circuit after claim 6 , at which the time-dependent voltage (V(t)) has a voltage based on a threshold voltage of the switching transistor (202).

circuit after claim 7 , wherein the voltage based on the threshold voltage of the switching transistor (202) has a voltage which is substantially equal to the threshold voltage of the switching transistor (202).

circuit after claim 8 wherein the biasing circuit (306) comprises a replica of the switching transistor (202).

Circuit after one of Claims 1 until 9 wherein the driver (304; 402) is adapted to turn on the switching transistor (202) by coupling a voltage at the first power supply terminal to the control terminal of the switching transistor (202); and turn off the switching transistor (202) by coupling a voltage at the second power supply terminal to the control terminal of the switching transistor (202).

A method of controlling a switching transistor (202), the method comprising: turning on the switching transistor (202) by driving a control terminal of the switching transistor (202) with a first voltage of a floating power supply (302); Turning off the switching transistor (302) by driving a control terminal of the switching transistor (202) with a second voltage of the floating power supply (302); and biasing a common mode control (VCM) terminal of the floating power supply with a voltage based on a threshold voltage of the switching transistor (202).

procedure after claim 11 , in which the threshold voltage of the switching transistor (202) based voltage is substantially equal to the threshold voltage of the switching transistor (202).

procedure after claim 12 wherein biasing the common mode control (VCM) terminal of the floating power supply (302) comprises providing a turn-on voltage to a copy of the switching transistor (202).

Procedure according to one of Claims 11 until 13 , in which the steps of turning on and off are performed according to a switching signal.

Procedure according to one of Claims 11 until 14 , wherein the switching transistor (202) comprises a normally on transistor.

procedure after claim 15 , wherein the switching transistor (202) comprises a GaN HEMT component and the control terminal of the switching transistor (202) comprises a gate electrode of the GaN HEMT component.

Switching circuit that has: a floating power supply (302) having a positive terminal (VP), a negative terminal (VN) and a common mode terminal (VCM); a driver circuit (304; 402) having a first power supply terminal (422) coupled to the positive terminal (VP) of the power supply (302), a second power supply terminal (424) coupled to the negative terminal (VN) of the power supply ( 302) and having an output terminal adapted to be coupled to a control terminal of a switching transistor (202); and a common mode biasing circuit (306) having an output coupled to the common mode terminal (VCM) of the floating power supply (302), the common mode biasing circuit (306) being configured to provide a voltage based on a threshold voltage of the switching transistor ( 202) based voltage at the output of the common mode bias circuit (306).

switching circuit after Claim 17 further comprising the switching transistor (202).

switching circuit after Claim 18 wherein the switching transistor (202) comprises a normally on transistor; and the normally on transistor comprises a GaN HEMT device and the control terminal of the switching transistor comprises a gate electrode of the GaN HEMT device.

switching circuit after one of claims 17 until 19 wherein the floating power supply comprises a voltage buffer amplifier (404) having an output coupled to the common mode terminal of the floating power supply.

switching circuit after claim 20 further comprising a capacitor coupled between a load path terminal of the switching transistor (202) and the output of the voltage buffer amplifier (404).

switching circuit after Claim 21 , further comprising a copy transistor (508) coupled to an input of the voltage buffer amplifier.

switching circuit after one of claims 17 until 22 wherein the floating power supply comprises a transformer (414) and the common mode terminal of the floating power supply comprises a center-tapped terminal of the transformer (414).