DE102015119492A1

DE102015119492A1 - Energieversorgungsschaltungen für Gate-Treiber

Info

Publication number: DE102015119492A1
Application number: DE102015119492.9A
Authority: DE
Inventors: Kenneth G. Richardson; Ryan SCHNELL
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2035-11-12
Also published as: DE102015119492B4; US20160142049A1; US9525411B2; CN105610303A; CN105610303B

Abstract

Eine Ausführungsform einer Energieversorgungsschaltung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung für eine Gate-Treiberschaltung kann eine isolierte Energieversorgungsschaltung zum Empfangen einer ersten Spannung in einem ersten isolierten System und Liefern von Energie an eine Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung aufweisen, wobei die Zyklisch-Lade-Energieversorgungschaltung eine Versorgungsspannung an die Gate-Treiberschaltung in einem zweiten isolierten System liefert, wobei die isolierte Energieversorgungsschaltung die Energie an die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung liefert, während die Gate-Treiberschaltung einen Transistor in einen Ein-Zustand treibt. Die isolierte Energieversorgungsschaltung kann eine Steuerschaltung zum Regeln der Energie aufweisen, die zum Aufrechterhalten oder Vergrößern der Versorgungsspannung vorgesehen ist, während die Gate-Treiberschaltung den Transistor in einen Ein-Zustand treibt. Die Energieversorgungsschaltung kann ferner die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung zum Empfangen einer zweiten Spannung in dem zweiten isolierten System und Liefern der Versorgungsspannung an die Gate-Treiberschaltung aufweisen. Die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung kann eine oder mehrere einer Bootstrap-Energieversorgungsschaltung oder einer Ladepumpen-Energieversorgungsschaltung aufweisen.

Description

HINTERGRUNDINFORMATION
Lasttreiberschaltungen werden zum Treiben von Lasten bei einer Vielzahl von Anwendungen, wie z. B. bei Mehrphasensystemen, zum Antreiben von Elektromotoren verwendet. Bei vielen solcher Lasttreiberanwendungen werden galvanische oder andere Formen einer Isolierung zwischen dem Lastsystem und anderen Energie liefernden Systemen, Steuerungs- und Dateneingängen benötigt. Eine Isolierung wird typischerweise aus vielerlei Gründen benötigt, einschließlich aus Gründen der Sicherheit und Zuverlässigkeit in Zusammenhang mit höheren Spannungspegeln, die in dem Lastsystem vorhanden sind.
In einem Fall kann eine Lasttreiberschaltung eine Halbbrückenschaltung mit einem Paar von NMOS-Leistungstransistoren aufweisen, die an entsprechenden Source- und Drain-Anschlüssen mit der Last verbunden sind, um ein entsprechendes Treiben auf der High- und der Low-Seite zu bewirken. Das Verwenden von NMOS-Transistoren zum Bewirken eines Treibens sowohl auf der High- als auch auf der Low-Seite kann aufgrund des typischerweise niedrigeren Ein-Widerstands, der höheren Energiekapazität und des schnelleren Schaltens von NMOS-Transistoren im Vergleich zu PMOS-Transistoren vorteilhaft sein. Das Verwenden von NMOS-Transistoren zum Bewirken eines Treibens auf der High-Seite führt jedoch zu der Notwendigkeit des Lieferns einer funktional isolierten oder elektrisch schwebenden Versorgungsspannung zu einem Gate-Treiber, der den High-seitigen NMOS-Transistor treibt, da die Source des NMOS-Transistors mit der Last verbunden ist.
Eine Schwierigkeit beim Liefern einer elektrisch schwebenden Versorgungsspannung zu einem High-seitigen Gate-Treiber besteht darin, dass der Gate-Treiber beim Treiben der Last Energie aus der Versorgungsspannungsquelle zieht, wodurch potenziell die Versorgungsspannung auf Pegel gesenkt wird, bei denen die Leistung des Gate-Treibers selbst beeinträchtigt wird. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass das Initialisieren der elektrisch schwebenden Versorgungsspannung typischerweise eine unerwünscht verlängerte Startsequenz, in die der Low-seitige Gate-Treiber involviert ist, erforderlich gemacht hat.
Daher besteht ein Bedarf an einer verbesserten Energieversorgungsschaltung zum Liefern von isolierten und/oder elektrisch schwebenden Versorgungsspannungen zu Lasttreiberschaltungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Um die Merkmale der vorliegenden Erfindung besser verständlich zu machen, wird nachstehend eine Anzahl von Zeichnungen beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen sind jedoch nur bestimmte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt, und sie dürfen daher nicht als ihren Schutzumfang einschränkend angesehen werden, da die Erfindung weitere gleichermaßen effektive Ausführungsformen umfassen kann.
1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Systems mit einer erweiterten Energieversorgungsschaltung und einer Halbbrückenschaltung.
2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Systems mit der erweiterten Energieversorgungsschaltung und der Halbbrückenschaltung.
3(a) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer Ausführungsform eines Ausgangssignals einer Gate-Treiberschaltung.
3(b) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Ausgangssignals einer Gate-Treiberschaltung.
3(c) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer Ausführungsform einer Versorgungsspannung einer nicht erweiterten Bootstrap-Energieversorgungsschaltung.
3(d) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer Ausführungsform einer Versorgungsspannung der erweiterten Energieversorgungsschaltung.
3(e) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Versorgungsspannung der erweiterten Energieversorgungsschaltung.
3(f) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Versorgungsspannung der erweiterten Energieversorgungsschaltung.
3(g) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Versorgungsspannung der erweiterten Energieversorgungsschaltung.
3(h) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Versorgungsspannung der erweiterten Energieversorgungsschaltung.
4(a) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Ausgangssignals einer Gate-Treiberschaltung.
4(b) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Ausgangssignals einer Gate-Treiberschaltung.
4(c) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Versorgungsspannung einer nicht erweiterten Bootstrap-Energieversorgungsschaltung.
4(d) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Versorgungsspannung der erweiterten Energieversorgungsschaltung.
5 ist ein Diagramm mit Darstellung von Ausführungsformen von Energiecharakteristiken der erweiterten Energieversorgungsschaltung.
6(a) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Ausgangssignals einer Gate-Treiberschaltung.
6(b) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Ausgangssignals einer Gate-Treiberschaltung.
6(c) ist ein Signaldiagramm mit Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Versorgungsspannung der erweiterten Energieversorgungsschaltung.
7 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Steuerschaltung, die zum Implementieren einer oder mehrerer Steuerschaltungen der erweiterten Energieversorgungsschaltung verwendet werden kann.
8 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Mehrphasensystems mit einer Vielzahl von Halbbrückenmodulen, einschließlich der erweiterten Energieversorgung.
9 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Systems mit der erweiterten Energieversorgungsschaltung und einer Einzelschalter-Lasttreiberschaltung.
10 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Systems mit der erweiterten Energieversorgungsschaltung und einer Einzelschalter-Lasttreiberschaltung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform einer Energieversorgungsschaltung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung für eine Gate-Treiberschaltung kann eine isolierte Energieversorgungsschaltung zum Empfangen einer ersten Spannung in einem ersten isolierten System und Liefern von Energie an eine Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung aufweisen, wobei die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung eine Versorgungsspannung an die Gate-Treiberschaltung in einem zweiten isolierten System liefert, wobei die isolierte Energieversorgungsschaltung die Energie an die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung liefert, während die Gate-Treiberschaltung einen Transistor in einen Ein-Zustand treibt.
Die isolierte Energieversorgungsschaltung kann eine Steuerschaltung zum Regeln der gelieferten Energie aufweisen, um die Versorgungsspannung, die von der Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung geliefert wird, aufrechtzuerhalten oder zu vergrößern, während die Gate-Treiberschaltung den Transistor in den Ein-Zustand treibt. Die Steuerschaltung kann die Energie regeln, die zum Aufrechterhalten oder Vergrößern der Versorgungsspannung zugeführt wird, während der Gate-Treiber den Transistor in den Ein-Zustand treibt, und zwar durch eines oder mehreres von: Begrenzen eines Stroms, der von der isolierten Energieversorgungsschaltung der Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung zugeführt wird, auf einen Strompegel unterhalb eines vorbestimmten Pegels; Begrenzen der Versorgungspannung, die von der isolierten Energieversorgungsschaltung gesteuert wird, auf eine Spannung mit einem vorbestimmten Spannungspegel unterhalb eines Spitzen-Versorgungsspannungspegels, die von der Zyklisch-Lade-Versorgungsspannungsschaltung geliefert wird; Begrenzen der Energie, die von der isolierten Energieversorgungsschaltung geliefert wird, auf unterhalb eines vorbestimmten im Wesentlichen konstanten Energiepegels; Begrenzen der Energie, die als Funktion einer Temperatur der isolierten Energieversorgung geliefert wird; Auswählen einer Impedanz, die die isolierte Energieversorgungsschaltung mit der Zyklisch-Lade-Versorgungsspannungsschaltung verbindet.
Die Energieversorgungsschaltung kann ferner die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung aufweisen. Die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung kann eine zweite Spannung in dem zweiten isolierten System aufnehmen und eine elektrisch schwebende Versorgungsspannung an die Gate-Treiberschaltung liefern, während die Gate-Treiberschaltung den Transistor in den Ein-Zustand treibt. Die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung kann eine oder mehrere einer Bootstrap-Energieversorgungsschaltung oder einer Ladepumpen-Energieversorgungschaltung aufweisen.
Die isolierte Energieversorgung kann Energie an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung liefern, um anfangs einen Kondensator der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung beim Starten oder Rücksetzen der Energieversorgungsschaltung zu laden. Die isolierte Energieversorgung kann diese Energie zum anfänglichen Laden des Kondensators der Bootstrap-Energieversorgung zuführen, während die Gate-Treiber zum Treiben einer Lastschaltung inaktiv sind.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 20 zum Treiben einer Last 36. Das System 20 kann eine erweiterte Energieversorgungsschaltung 24, eine Kanaltreiberschaltung 28, eine Halbbrückenschaltung 32 und die Last 36 aufweisen. Die erweiterte Energieversorgungsschaltung 24 kann eine Versorgungsspannung VAPS einer Gate-Treiberschaltung 40-1 der Kanaltreiberschaltung 28 zuführen. Die Kanaltreiberschaltung 28 kann Gate-Treibersignale an die Halbbrückenschaltung 32 liefern. Die Halbbrückenschaltung 32 kann die Last 36 treiben.
Die erweiterte Energieversorgungsschaltung 24 kann eine isolierte Energieversorgungsschaltung 44 und eine Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung 48 aufweisen. Die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 kann eine erste Spannung V1 in einem isolierten System auf einer ersten Seite einer oder mehrerer Isolationsbarrieren 60 aufnehmen und Energie der Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung 48 in einem isolierten System auf einer zweiten Seite der einen oder mehreren Isolationsbarrieren 60 zuführen. Die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 kann eine Energiesteuerschaltung 52 zum Steuern der Energie, die von der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 an die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung 48 geliefert wird, aufweisen. Die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung 48 kann eine zweite Spannung V2 in dem isolierten System auf einer zweiten Seite der einen oder mehreren Isolationsbarrieren 60 aufnehmen und die Versorgungsspannung VAPS an die Gate-Treiberschaltung 40-1 liefern. Die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung 48 kann die Versorgungsspannung VAPS als Funktion eines zyklischen Ladens eines kapazitiven Energiespeicherelements, wie z. B. eines Kondensators, liefern. Die zweite Spannung V2 kann eine oder mehrere einer erzeugten Versorgungsspannung oder einer Spannung aus einem Knotenpunkt des Systems 20 aufweisen.
Die Kanaltreiberschaltung 28 kann eine erste und eine zweite isolierte Signalkanalschaltung 68-1, 68-2 und eine erste und eine zweite Gate-Treiberschaltung 40-1, 40-2 aufweisen. Die isolierten Signalkanalschaltungen 68-1, 68-2 können jeweilige Eingangsdatensignale aus einer oder mehreren Datenquellen 72-1, 72-2 in einem isolierten System auf einer ersten Seite einer oder mehrerer Isolationsbarrieren 76 empfangen und jeweilige Ausgangsdatensignale zu den entsprechenden Gate-Treiberschaltungen 40-1, 40-2 in einem isolierten System auf einer zweiten Seite der einen oder mehreren Isolationsbarrieren 76 liefern.
Die Gate-Treiberschaltungen 40-1, 40-2 können in Reaktion auf die Ausgangsdatensignale, die aus den isolierten Signalkanalschaltungen 68-1, 68-2 empfangen werden, jeweilige Gate-Treibersignale zu entsprechenden Transistoren N1, N2 der Halbbrückenschaltung 32 liefern. Die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 kann ein Gate eines ersten NMOS-Transistors N1 der Halbbrückenschaltung 32 auf Spannungen treiben, die zwischen der aus der erweiterten Energieversorgungsspannung 60 aufgenommenen Versorgungsspannung VAPS und einer Spannung VL der Last 36 liegen. Die zweite Gate-Treiberschaltung 40-2 kann ein Gate eines zweiten NMOS-Transistors N2 der Halbbrückenschaltung 32 auf Spannungen treiben, die zwischen der zweiten Spannung V2 und einer Masse in dem isolierten System auf der zweiten Seite der einen oder mehreren Isolationsbarrieren 60, 76 liegen.
Die Halbbrückenschaltung 32 kann den ersten und den zweiten NMOS-Transistor N1, N2 zum Treiben der Last 36 aufweisen. Der erste NMOS-Transistor N1 kann ein Gate, das mit dem Gate-Treibersignal aus der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 verbunden ist und dieses empfängt, eine Source, die mit der Last 36 verbunden ist, und ein Drain, das mit einem Energiebus VBUS auf der zweiten Seite der einen oder mehreren Isolationsbarrieren 60, 76 verbunden ist, aufweisen. Der zweite NMOS-Transistor N2 kann ein Gate, das mit dem Gate-Treibersignal aus der zweiten Gate-Treiberschaltung 40-2 verbunden ist und dieses empfängt, eine Source, die mit einer Masse auf der zweiten Seite der einen oder mehreren Isolationsbarrieren 60, 76 verbunden ist, und ein Drain, das mit der Last 36 verbunden ist, aufweisen.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Systems 20 zum Treiben der Last 36, mit Darstellung weiterer Details bezüglich Ausführungsformen der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 und Kanaltreiberschaltungen 28.
In 2 kann die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung 48 eine Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A aufweisen. Die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 kann eine Spannung oder einen Strom an den Versorgungsspannungsknotenpunkt steuern, um eine funktional isolierte und/oder elektrisch schwebende Versorgungsspannung VAPS an die ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 zu liefern, um die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 in die Lage zu versetzen, den ersten NMOS-Transistor N1 der Halbbrückenschaltung 32 zu treiben. Die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A kann einen Bootstrap-Kondensator C1, der zwischen Anschlüssen der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A geschaltet ist, und eine Diode D1 und einen Widerstand R1 aufweisen, die zwischen der zweiten Spannung V2 des isolierten Systems und dem Bootstrap-Kondensator C1 in Reihe geschaltet sind. Die Anschlüsse der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A können mit einem oberen und einem unteren Versorgungsanschluss der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 verbunden sein, wobei der untere Anschluss der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 und der Bootstrap-Kondensator C1 ferner mit der Source des ersten NMOS-Transistors N1 der Halbbrückenschaltung 32 verbunden sind.
Im Betrieb, wenn die zweite Gate-Treiberschaltung 40-2 den zweiten NMOS-Transistor N2 der Halbbrückenschaltung 32 in einen elektrisch leitenden Ein-Zustand treibt, kann die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 den ersten NMOS-Transistor N1 der Halbbrückenschaltung 32 in einen elektrisch nichtleitenden Aus-Zustand treiben, kann die Spannung VL an der Last 36 und dem unteren Anschluss des Bootstrap-Kondensators C1 in Richtung Masse des isolierten Systems getrieben werden und kann ein Strom durch die Diode D1 und den Widerstand R1 der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48 von der zweiten Spannung V2 des isolierten Systems zu dem oberen Anschluss des Bootstrap-Kondensators C1 zum Laden des Bootstrap-Kondensators C1 auf eine Spannung, die sich derjenigen der zweiten Spannung V2 minus eines Diodenspannungsabfalls nähert, fließen.
Anschließend kann dann, wenn die zweite Gate-Treiberschaltung 40-2 den zweiten NMOS-Transistor N2 in einen Aus-Zustand treibt, die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 den ersten NMOS-Transistor N1 in einen Ein-Zustand treiben, kann die Spannung VL der Last 36 nicht länger in Richtung Masse getrieben werden, kann ein Strom nicht länger durch die Diode D1 und den Widerstand R1 der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48 fließen und kann der Bootstrap-Kondensator C1 stattdessen die Versorgungsspannung VAPS liefern, die relativ zu der Spannungsversorgung und Masse funktional isoliert und/oder elektrisch schwebend ist (stattdessen von der Spannung VL an der Last 36, der Source des ersten NMOS-Transistors N1 und dem unteren Anschluss der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 referenziert werden).
Die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A kann somit eine funktional isolierte und/oder elektrisch schwebende Versorgungsspannung VAPS an die ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 liefern, um die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 in die Lage zu versetzen, den ersten NMOS-Transistor N1 in einen Ein-Zustand zu treiben.
Außerhalb einer erweiterten Operation in Zusammenhang mit der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 kann jedoch eine Operation einer Bootstrap-Energieversorgungsschaltung einige Einschränkungen mit sich bringen. Zum Beispiel kann sich eine Versorgungsspannung, die von einer Bootstrap-Energieversorgung geliefert wird, welche allein arbeitet, um eine Gate-Treiberschaltung mit Energie zu versorgen, mit der Zeit verringern, da die Gate-Treiberschaltung Energie aus einen Bootstrap-Kondensator abzieht, um eine Halbbrückenschaltung zu treiben. Dadurch kann wiederum die Tastverhältnisveränderung der Halbbrückenschaltung eingeschränkt werden, da die Gate-Treiberschaltung nicht länger in der Lage sein kann, die Halbbrückenschaltung zu treiben, wenn die Bootstrap-Kondensatorspannung unter einen bestimmten Schwellwert fällt. Bei einem weiteren Beispiel kann bei einer allein arbeitenden Bootstrap-Energieversorgung ferner eine unerwünscht lange Startsequenz erforderlich sein, bevor die Bootstrap-Energieversorgung in der Lage ist, eine geeignete Versorgungsspannung einer High-seitigen Gate-Treiberschaltung zuzuführen, wobei bei der Sequenz eine Low-seitige Gate-Treiberschaltung und entsprechende Datenkanalschaltungen aktiviert und betrieben werden, um einen Low-seitigen Transistor der Halbbrückenschaltung einzuschalten, bevor das Laden des Bootstrap-Kondensators beginnen kann.
Die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 kann eine Operation der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A innerhalb der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 erweitern, um die Versorgungsspannung VAPS auf eine verbesserte Weise an die der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 zu liefern, um neben anderen Vorteilen sowohl ein frei wählbares Tastverhältnis der Halbbrückenschaltung 32 als auch eine beschleunigte Startzeit des Systems 20 zu ermöglichen.
Die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 kann eine Energielieferschaltung 82 und die Energiesteuerschaltung 52 aufweisen. Die Energielieferschaltung 82 kann Energie an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A, einschließlich dem Bootstrap-Kondensator C1, von der ersten Spannung V1 auf der ersten Seite der einen oder mehreren Isolationsbarrieren 60 über die eine oder mehreren Isolationsbarrieren 60 und wahlweise über eine oder mehrere Komponenten der Energiesteuerschaltung 52 liefern. Die Energiesteuerschaltung 52 kann die Energie steuern, die der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A von der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 zugeführt wird.
Die Energieversorgungsschaltung 82 kann eine Treiberschaltung 86, eine Isolatorvorrichtung 90 und eine Gleichrichterschaltung 94 aufweisen. Die Treiberschaltung 86 kann die Isolatorvorrichtung 90 als Funktion eines Oszillationssignals treiben. Die Treiberschaltung 86 kann einen Oszillator zum Liefern des Oszillationssignals aufweisen. Die Isolatorvorrichtung 90 kann eine Kommunikation über die eine oder mehreren Isolationsbarrieren 60 ermöglichen. Bei einer Ausführungsform kann die Isolatorvorrichtung 90 eine induktive Isolatorvorrichtung aufweisen, wie z. B. einen oder mehrere eines Transformators oder eines gekoppelten Paars von Induktivitäten (die sich überlappende Kategorien von Vorrichtungen sein können). Die eine oder mehreren Isolationsbarrieren 60 können eine galvanische Isolierung zwischen den Systemen auf beiden Seiten der Isolationsbarrieren 60 bieten und können eine Schicht aus Material, wie z. B. Polyimid, aufweisen. Die Gleichrichterschaltung 94 kann ein Signal, das aus der Isolatorvorrichtung 90 empfangen wird, gleichrichten, um eine gleichgerichtete Spannung zu liefern. Die Gleichrichterschaltung 94 kann eine oder mehrere Dioden zum Durchführen der Gleichrichtung aufweisen. Die Energielieferschaltung 82 kann ferner wahlweise eine (nicht gezeigte) Filterschaltung aufweisen, die das gleichgerichtete Signal filtern kann. Das Filter kann einen Kondensator aufweisen. Das Filter kann alternativ entfallen oder in einer Ausgangsschaltung 122 der Energiesteuerschaltung 52 vorgesehen sein.
Die Energiesteuerschaltung 52 kann eine oder mehrere einer primärseitigen Energiesteuerschaltung 98 oder einer sekundärseitigen Energiesteuerschaltung 102 aufweisen. Die primärseitige Energiesteuerschaltung 98 kann die Energie, die von der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A geliefert wird, durch Steuern der Operation der Treiberschaltung 86 auf der ersten Seite der einen oder mehreren Isolationsbarrieren 60 steuern. Die sekundärseitige Energiesteuerschaltung 102 kann die Energie, die von der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A geliefert wird, durch Steuern der Operation einer Ausgangsschaltung 122 der sekundärseitigen Energiesteuerschaltung 102 auf der zweiten Seite der einen oder mehreren Isolationsbarrieren 60 steuern.
Die primärseitige Energiesteuerschaltung 98 kann eine Sendeschaltung 106, eine Isolatorvorrichtung 110, eine Empfangsschaltung 114 und eine Steuerschaltung 118 aufweisen. Die Sendeschaltung 106 kann das gleichgerichtete Signal aus der Gleichrichterschaltung 94 empfangen und ein Signal auf der Basis des gleichgerichteten Signals auf die Isolatorvorrichtung 110 treiben. Wahlweise kann die Sendeschaltung ein Abtastsignal aus einer (nachstehend diskutierten) Abtastschaltung 126 der sekundärseitigen Energiesteuerschaltung 102 empfangen und ein Signal auf der Basis des Abtastsignals zusätzlich zu dem oder anstelle des gleichgerichteten Signal(s) auf die Isolatorvorrichtung 110 treiben. Die Sendeschaltung 106 kann eine oder mehrere Komponenten zum Kodieren und/oder Modulieren des gleichgerichteten Signals zum Produzieren des Treibersignals aufweisen. Die Isolatorvorrichtung 110 kann eine Kommunikation über die eine oder mehreren Isolationsbarrieren 60 ermöglichen. Die Isolatorvorrichtung 110 kann eine induktive Isolationsvorrichtung, wie z. B. einen oder mehrere eines Transformators oder eines gekoppelten Paars von Induktivitäten, aufweisen. Die Empfangsschaltung 114 kann ein Signal aus der Isolatorvorrichtung 110 empfangen und ein Signal auf der Basis des empfangenen Signals an die Steuerschaltung 118 liefern. Die Empfangsschaltung 114 kann eine oder mehrere Komponenten zum Dekodieren und/oder Demodulieren des empfangenen Signals zum Produzieren des Signals aufweisen, das an die Steuerschaltung 118 geliefert wird. Die Steuerschaltung 118 kann die Operation der Treiberschaltung 86 in Reaktion auf das Signal, das von der Empfangsschaltung 114 geliefert wird, steuern, um die Energie zu steuern, die von der Energielieferschaltung 82 an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A geliefert wird, wie nachstehend diskutiert wird. Die Steuerschaltung 118 kann in einer Vielzahl von Formen ausgeführt sein und z. B. eine Schaltungsanordnung aufweisen, die so ausgebildet ist, dass sie die Operation der Treiberschaltung 86 steuert.
Die sekundärseitige Energiesteuerschaltung 102 kann eine Ausgangsschaltung 122, eine Abtastschaltung 126 und eine Steuerschaltung 130 aufweisen. Die Ausgangsschaltung 122 kann ein Ausgangssignal zur Lieferung an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A auf der Basis des gleichgerichteten Signals und eines Steuersignals, das aus der Steuerschaltung 130 empfangen wird, bereitstellen. Die Ausgangschaltung 122 kann gemäß der hier diskutierten Ausführungsform einen oder mehrere eines Kondensators, eines Widerstands, eines Transistors oder anderer Schaltungskomponenten aufweisen. Die Abtastschaltung 126 kann einen oder mehrere eines Spannungspegels oder eines Strompegels des Ausgangssignals abtasten, das von der Ausgangsschaltung 122 geliefert wird, und ein Signal, das für das abgetastete Ausgangssignal charakteristisch ist, an die Steuerschaltung 130 liefern. Die Abtastschaltung 126 kann gemäß hier diskutierten Ausführungsformen einen oder mehrere eines Leiters, eines Spannungssensors oder eines Stromsensors aufweisen. Die Steuerschaltung 130 kann die Operation der Ausgangsschaltung 122 in Reaktion auf das Signal, das von der Abtastschaltung 126 bereitgestellt wird, steuern, um die Energie zu steuern, die von der Ausgangsschaltung 122 an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A geliefert wird. Die Steuerschaltung 130 kann in einer Vielzahl von Formen ausgeführt sein und z. B. eine Schaltungsanordnung aufweisen, die so ausgebildet ist, dass sie die Operation der Ausgangsschaltung 122 als Funktion des Abtastsignals steuert.
Ausführungsformen der Energiesteuerschaltung 52 können wahlweise nur die primärseitige Energiesteuerschaltung 98, nur die sekundärseitige Energiesteuerschaltung 102 oder sowohl die primär- als auch die sekundärseitige Energiesteuerschaltung 98, 102 aufweisen. Die Funktionalität der Energiesteuerschaltung 52 zum Steuern der Energie, die von der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48 geliefert wird, kann entsprechend vollständig von der primärseitigen Energiesteuerschaltung 98, vollständig von der sekundärseitigen Energiesteuerschaltung 102 ausgeführt werden oder selektiv zwischen der primär- und der sekundärseitigen Energiesteuerschaltung 98, 102 verteilt werden.
Die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 kann die Operation der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A erweitern, um ein Liefern der Versorgungsspannung VAPS an die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 auf verbesserte Weise zu ermöglichen, und zwar durch selektives Zuführen von Energie an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A, um die Energie zu vergrößern, die von der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A hervorgebracht und zugeführt wird.
Die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 kann die Operation der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A erweitern durch Zuführen von Energie an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A während einer und in Reaktion auf eine Phase der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 zum Treiben des ersten NMOS-Transistors N1 der Halbbrückenschaltung 32 in einen Ein-Zustand. Die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 kann ferner keine Energie an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A während einer und in Reaktion auf eine Phase der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 zum Treiben des ersten NMOS-Transistors N1 der Halbbrückenschaltung 32 in einen Aus-Zustand liefern. Die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 kann Energie an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A liefern während der Phase der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 zum Treiben des ersten NMOS-Transistors N1 der Halbbrückenschaltung 32 in den Ein-Zustand als Funktion der Versorgungsspannung VAPS während dieser Phase und wie nachstehend beschrieben wird.
3 ist eine grafische Darstellung, die Ausführungsformen von Signalen der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 und der Gate-Treiberschaltungen 40-1, 40-2 zeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass 3 sowie 4 und 6, die nachstehend diskutiert werden, Spannungspegelbeziehungen von und/oder zwischen verschiedenen gezeigten Signalen nicht maßstabgetreu zeigen können und stattdessen bestimmte Spannungspegelbeziehungen zu Veranschaulichungszwecken übertrieben darstellen können.
3(a) zeigt eine Ausführungsform einer logischen Darstellung einer Ausgangsspannung VA der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1, und 3(b) zeigt eine Ausführungsform einer logischen Darstellung einer Ausgangsspannung VB der zweiten Gate-Treiberschaltung 40-2.
Zu einer Zeit t1 gibt die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 eine Spannung aus, die ein logisches High-Signal darstellt, wodurch der erste NMOS-Transistor N1 der Halbbrückenschaltung 32 eingeschaltet wird, und gibt die zweite Gate-Treiberschaltung 40-2 eine Spannung aus, die ein logisches Low-Signal darstellt, wodurch der zweite NMOS-Transistor N2 der Halbbrückenschaltung 32 ausgeschaltet bleibt. Zu einer Zeit t2 gibt die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 eine Spannung aus, die ein logisches Low-Signal darstellt, wodurch der erste NMOS-Transistor N1 ausgeschaltet wird. Somit treibt zwischen den Zeiten t1 und t2 der erste NMOS-Transistor N1 die Last 36 und wird der zweite NMOS-Transistor N2 deaktiviert. Zu einer Zeit t3 gibt die zweite Gate-Treiberschaltung 40-2 eine Spannung aus, die ein logisches High-Signal darstellt, wodurch der zweite NMOS-Transistor N2 eingeschaltet wird, und gibt die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 weiterhin eine Spannung aus, die ein logisches Low-Signal darstellt, wodurch der erste NMOS-Transistor N1 ausgeschaltet bleibt. Zu einer Zeit t4 gibt die zweite Gate-Treiberschaltung 40-2 eine Spannung aus, die ein logisches Low-Signal darstellt, wodurch der zweite NMOS-Transistor N2 ausgeschaltet wird. Somit treibt zwischen den Zeiten t3 und t4 der zweite NMOS-Transistor N2 die Last 36 und wird der erste NMOS-Transistor N1 deaktiviert. Dieser Zyklus kann zum Beispiel zu Zeiten t5, t6, t7 und t8 periodisch wiederholt werden.
Die Tastverhältnisse und/oder Ein-Zeiten der Ausgänge der ersten und der zweiten Gate-Treiberschaltung 40-1, 40-2 und der Halbbrückenschaltung 32 können im Betrieb der Halbbrückenschaltung 32 variieren, um die Last 36 zu treiben. Bei der Ausführungsform von 3(a) und 3(b) sind die Tastverhältnisse der Ausgänge der ersten und der zweiten Gate-Treiberschaltung 40-1, 40-2 relativ gleich. 4 ist eine schematische Darstellung, die weitere Ausführungsformen von Signalen der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 und der Gate-Treiberschaltungen 40-1, 40-2 zeigt. 4(a) und 4(b) zeigen Ausführungsformen von logischen Darstellungen von Ausgangsspannungen der ersten bzw. der zweiten Gate-Treiberschaltung 40-1, 40-2, bei denen die Tastverhältnisse der Ausgänge der ersten und der zweiten Gate-Treiberschaltung 40-1, 40-2 ziemlich ungleich sind, wobei der Ausgang der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 ein viel höheres Tastverhältnis aufweist als der Ausgang der zweiten Gate-Treiberschaltung 40-2.
Die Operation einer Bootstrap-Energieversorgungsschaltung ohne Erweiterung durch die isolierte Energieversorgung 44 kann Einschränkungen bei der Variabilität des Tastverhältnisses einer Gate-Treiberschaltung und einer Halbbrückenschaltung mit sich bringen. In 3 zeigt 3(c) eine Ausführungsform einer Versorgungsspannung VS, die von einer Bootstrap-Energieversorgungsschaltung ohne Erweiterung durch die isolierte Energieversorgungsschaltung geliefert wird. Vor der Zeit t1 hat die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung eine Versorgungsschaltung VS erzeugt. Zu der Zeit t1 beginnt eine Gate-Treiberschaltung, Energie aus einem Bootstrap-Kondensator der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung zu ziehen, um eine Halbbrückenschaltung zu treiben, und die Versorgungsspannung VS, die von der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung zugeführt wird, erfährt entsprechend einen unmittelbaren steilen Abfall, gefolgt von einem allmählicheren weiteren Abfall über die Zeit. Durch einen Abfall der Versorgungsspannung VS unter eine Schwellspannung VTH wird die Operation der Gate-Treiberschaltung zum Treiben der Halbbrückenschaltung auf unerwünschte Weise verschlechtert, wie z. B. dadurch, dass der Gate-Treiberschaltung eine ausreichend hohe elektrisch schwebende Versorgungsspannung zum geeigneten Einschalten eines entsprechenden Transistors der Halbbrückenschaltung entzogen wird. In 3(c) fällt die Versorgungsspannung VS aufgrund des gezeigten relativ niedrigeren Tastverhältnisses nicht unter die Schwellspannung VTH. In 4 zeigt 4(c) jedoch eine weitere Ausführungsform einer Versorgungsspannung VS, die von einer Bootstrap-Energieversorgungsschaltung ohne Erweiterung durch die isolierte Energieversorgungsschaltung geliefert wird, bei der die Versorgungsspannung VS aufgrund des gezeigten relativ höheren Tastverhältnisses nicht unter die Schwellspannung VTH fällt, wodurch die Operation der Gate-Treiberschaltung und der Brückenschaltung beeinträchtigt wird.
Die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 kann so arbeiten, dass sie selektiv Energie an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A liefert, um die Versorgungsspannung VAPS aufrechtzuerhalten oder zu vergrößern, die an die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 geliefert wird, und eine Änderung des frei wählbaren Tastverhältnisses und/oder einer frei wählbaren Ein-Zeit der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 und der Halbbrückenschaltung 32 zu ermöglichen. Zum selektiven Liefern von Energie durch die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A kann die Energiesteuerschaltung 52 in verschiedenen unterschiedlichen Energiesteuermodi arbeiten, die einen oder mehrere eines Stromregelmodus, eines Spannungsregelmodus, eines Energieregelmodus, eines Temperaturregelmodus, eines Impedanzregelmodus oder eines Start-/Rücksetzmodus umfassen.
Beim Stromregelmodus kann die Energiesteuerschaltung 52 so arbeiten, dass sie die Energie steuert, die von der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 als Funktion eines Ausgangsstroms IO geliefert wird, der von der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A zugeführt wird. Der Stromregelmodus kann die Operation der Energiesteuerschaltung 52 zum Steuern des Zuführens von Energie auf Energiepegel, die einem Ausgangsstrom IO bei oder unter einem ausgewählten vorbestimmten Strompegel entsprechen, umfassen.
In 3 zeigen 3(d), 3(e) und 3(f) Ausführungsformen der Versorgungsspannung VAPS, die durch eine Operation der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A, welche durch die in dem Stromregelmodus arbeitende isolierte Energieversorgungsschaltung 44 erweitert ist, geliefert wird. In 3(d) beginnt in Reaktion darauf, dass die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 den ersten NMOS-Transistor der Halbbrückenschaltung 32 in den Ein-Zustand treibt, die isolierte Energieversorgung 44 mit der Lieferung von Energie an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A bei einem Ausgangsstrom, der auf einen ausgewählten Strompegel begrenzt ist. Folglich verhindert die isolierte Energieversorgungsschaltung 44, dass die Versorgungsspannung VAPS abfällt, wenn die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 Energie entzieht, und sie führt sogar ausreichend Energie zu, um die Versorgungsspannung VAPS allmählich zu vergrößern, während die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 den ersten NMOS-Transistor N1 in den Ein-Zustand treibt. 3(e) und 3(f) zeigen im Wesentlichen gleiche Szenarien, wobei in 3(e) die Energie auf die gleiche Weise, jedoch bei einer höheren vorbestimmten Stromgrenze zugeführt wird und in 3(f) die Energie auf eine strombegrenzende Weise mit einer Zeitkonstantencharakteristik zugeführt wird, wie sie aus spezifischen Formen der Ausgangsschaltung 122 resultieren kann.
Im Spannungsregelmodus kann die Energiesteuerschaltung 52 so arbeiten, dass sie die Energie steuert, die von der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 als Funktion der Ausgangsschaltung VO geliefert wird, welche von der isolierte Energieversorgungsschaltung 44 der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A zugeführt wird. Der Spannungsregelmodus kann die Operation der Energiesteuerschaltung 52 zum Steuern der Zufuhr von Energie auf die Energiepegel umfassen, die einer Ausgangsspannung VO auf einem ausgewählten vorbestimmten Spannungspegel entsprechen.
3(g) und 3(h) zeigen Ausführungsformen der Versorgungsspannung VAPS, die durch die Operation der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48 geliefert wird, welche durch die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 erweitert ist, die im Spannungsregelmodus arbeitet. In 3(g) liefert in Reaktion darauf, dass die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 den ersten NMOS-Transistor N1 der Halbbrückenschaltung 32 in den Ein-Zustand treibt, die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 Energie an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A bei einem Pegel zum Vergrößern der Versorgungsspannung VAPS, bis die Versorgungsspannung VAPS eine ausgewählte vorbestimmte Spannungsgrenze VLIM1 erreicht, an welchem Punkt die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 Energie an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A bei einem Pegel nur zum Aufrechterhalten der Versorgungsspannung VAPS auf dem vorbestimmten Spannungspegel liefert. 3(h) zeigt ein im Wesentlichen gleiches Szenario, jedoch mit einer relativ höheren ausgewählten vorbestimmten Spannungsgrenze VLIM2.
Der vorbestimmte Spannungspegel, bei dem die Energiesteuerschaltung 52 die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 so steuern kann, dass sie Energie liefert, kann so ausgewählt sein, dass er eine vorbestimmte Beziehung zu dem Spitzenpegel der Versorgungsspannung VAPS aufweist, die von der Bootstrap-Energieversorgungschaltung 48A zu Beginn der Phase geliefert wird, bei der die Gate-Treiberschaltung 40-1 den Transistor N1 in den Ein-Zustand treibt. Bei einer Ausführungsform kann der vorbestimmte Spannungspegel so ausgewählt sein, dass er niedriger ist als der Spitzenpegel der Versorgungsspannung VAPS, die von der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A geliefert wird, wodurch die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A in die Lage versetzt werden kann, als Primärquelle der Versorgungsenergie für die Gate-Treiberschaltung 40-1 zu fungieren, und die isolierte Energieversorgungsschaltung in die Lage versetzt werden kann, als zusätzliche Versorgungsenergiequelle für die Gate-Treiberschaltung 40-1 zu fungieren. Bei einer solchen Unterteilung in primäre und zusätzliche Versorgungsenergielieferung können in einigen Fällen auf vorteilhafte Weise die Stärken beim Betrieb der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 genutzt und die Schwächen ausgeglichen werden, wie z. B. durch Vermeiden einer Überhitzung der isolierten Energieversorgungsschaltung 44, die eine Begleiterscheinung einer übermäßigen Energielieferung durch die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 sein kann.
Bei einer Ausführungsform kann die Energiesteuerschaltung 52 ein Negativ-Feedback-Sollwert-Steuerkonzept mit dem ausgewählten vorbestimmten Spannungspegel als Sollwert implementieren.
Im Energieregelmodus kann die Energiesteuerschaltung 52 so arbeiten, dass sie die Energie steuert, die von der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 als Funktion der Ausgangsenergie geliefert wird, welche von der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A zugeführt wird. Der Stromregelmodus kann die Operation der Energiesteuerschaltung 52 zum Steuern der Zufuhr von Energie bei Energiepegeln bei oder unter einem ausgewählten vorbestimmten Pegel der Ausgangsenergie umfassen.
5 ist ein Diagramm mit Darstellung von Ausführungsformen von Energiecharakteristiken der isolierten Energieversorgungsschaltung 44. In 5 stellen die x- und die y-Achse den Ausgangsstrom IO bzw. die Ausgangsspannung VO der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 dar. Eine erste Auftragung zeigt eine Ausführungsform der Energieübertragungscharakteristik 150 der isolierten Energieversorgung 44 ohne Regelung. Eine zweite Auftragung zeigt eine Ausführungsform einer ersten Konstantenergiecharakteristik 154, die Kombinationen der Ausgangsspannungen und Ausgangsströme, welche zu einem ersten konstanten Energiepegel führen, darstellt. Eine dritte Auftragung zeigt eine Ausführungsform einer zweiten Konstantenergiecharakteristik 158, die Kombinationen der Ausgangsspannungen und Ausgangsströme darstellt, welche zu einem zweiten konstanten Energiepegel führen, der größer ist als der erste konstante Energiepegel.
Zum Steuern des Zuführens von Energie durch die Energielieferschaltung 52 auf Energiepegel bei oder unterhalb eines ausgewählten vorbestimmten Energiepegels kann die Energiesteuerschaltung 52 die Ausgangsspannung VO und den Ausgangsstrom IO auf Pegel unterhalb einer Konstantenergiecharakteristik, der dem ausgewählten vorbestimmten Energiepegel entspricht, begrenzen. Zum Beispiel kann zum Zuführen von Energie bei Energiepegeln bei oder unterhalb des ersten konstanten Energiepegels, der in 5 gezeigt ist, die Energiesteuerschaltung 52 die Ausgangsspannung VO auf Pegel unterhalb eines ersten Konstantenergie-Spannungspegels VCP1 und den Ausgangsstrom IO auf Pegel unterhalb eines ersten Konstantenergie-Strompegels ICP1 begrenzen. Auf im Wesentlichen gleiche Weise kann zum Zuführen von Energie bei Energiepegeln bei oder unterhalb des zweiten konstanten Energiepegels, der in 5 gezeigt ist, die Energiesteuerschaltung die Ausgangsspannung VO auf Pegel unterhalb eines zweiten Konstantenergie-Spannungspegels VCP2 und den Ausgangsstrom IO auf Pegel unterhalb eines zweiten Konstantenergie-Strompegels ICP2 begrenzen.
Die Energiesteuerschaltung 52 kann den vorbestimmten Energiepegel zum Zweck des Begrenzens der Energie, die von der isolierten Energieversorgung 44 als Funktion verschiedener Faktoren zugeführt wird, auswählen. Zum Beispiel kann die Energiesteuerschaltung 52 den vorbestimmten Energiepegel zum Zweck des Begrenzens der Energie, die von der isolierten Energieversorgung 44 als Funktion einer tatsächlichen oder geschätzten Betriebstemperatur der isolierten Energieversorgung 44 zugeführt wird, auswählen. Bei einem solchen Szenario kann die Energiesteuerschaltung 52 eine oder mehrere relativ höhere vorbestimmte Energiepegelgrenzen für relativ niedrigere Temperaturen der isolierten Energieversorgung 44 und eine oder mehrere relativ niedrigere vorbestimmte Energiepegelgrenzen für relativ höhere Temperaturen der isolierten Energieversorgung 44 auswählen.
Im Temperaturregelmodus kann die Energiesteuerschaltung 52 so arbeiten, dass sie die Energie steuert, welche von der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 als Funktion einer tatsächlichen oder geschätzten Betriebstemperatur der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 geliefert wird. Der Temperaturregelmodus kann die Operation der Energiesteuerschaltung 52 zum Steuern der Zufuhr von Energie auf Energiepegel, die den Betriebstemperaturen der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 bei oder unterhalb einer ausgewählten vorbestimmten Temperatur entsprechen, umfassen.
Die erweiterte Energieversorgungsschaltung 24 oder eine andere Komponente des Systems 20 kann wahlweise einen Temperatursensor oder eine Temperaturschätzschaltung zur Verwendung beim Messen oder Schätzen der Temperatur der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 aufweisen, wie oben diskutiert worden ist.
Im Impedanzregelmodus kann die Energiesteuerschaltung 52 so arbeiten, dass sie die Energie steuert, die von der isolierten Energiesteuerschaltung 44 als Funktion einer Impedanz der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 geliefert wird. Der Impedanzregelmodus kann eine Operation der Energiesteuerschaltung 52 zum Steuern der Zufuhr von Energie durch Verwendung und/oder Auswahl einer Impedanz in der Ausgangsschaltung 122 in dem Verbindungsweg der Energielieferschaltung 82 mit der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A umfassen. Zum Beispiel kann der Impedanzregelmodus Verwendung, Auswahl oder Steuerung, durch die Energiesteuerschaltung, einer Impedanz in der Ausgangsschaltung 122 mit einem relativ höheren Impedanzpegel, wie z. B. einem relativ höheren Widerstand, zum Zuführen von Energie bei einem relativ niedrigeren Energiepegel umfassen; und Verwendung, Auswahl oder Steuerung, durch die Energiesteuerschaltung 52, einer Impedanz in der Ausgangsschaltung 122 mit einem relativ niedrigeren Impedanzpegel, wie z. B. einem relativ niedrigeren Widerstand, zum Zuführen von Energie bei einem relativ höheren Energiepegel umfassen.
Bei Ausführungsformen der Energie-, Temperatur- und Impedanzregelmodi können Versorgungsspannungen VAPS mit Charakteristiken produziert werden, die den in 3(d)–3(h) gezeigten in gewisser Hinsicht ähnlich sind.
Die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 kann so arbeiten, dass sie die Energie begrenzt, die der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A für relativ große Tastverhältnisse und/oder Ein-Zeiten der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 und der Halbbrückenschaltung 32 zugeführt wird. Das Begrenzen der Energie, die unter solchen Umständen zugeführt wird, kann ferner frei gewählte Tastverhältnisse der Gate-Treiberschaltungen 40-1, 40-2 und der Halbbrückenschaltung 32 durch Verhindern des Hervorbringens einer zu großen Versorgungsspannung ermöglichen. In 4 zeigt 4(d) eine Ausführungsform der Versorgungsspannung VAPS, die von der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 für ein relativ großes Tastverhältnis und/oder Ein-Zeit der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 und des ersten NMOS-Transistors N1 zugeführt wird. In 4(d) vergrößert sich anfangs dann, wenn die erste Gate-Treiberschaltung 40-1 den ersten NMOS-Transistor N1 in den Ein-Zustand treibt, die Versorgungsspannung VAPS, erreicht jedoch nach einer Zeitperiode einen Maximalpegel VMAX und vergrößert sich nicht mehr. Die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 kann den maximalen Energieversorgungspegel VMAX entweder als konfigurierte natürliche Grenze der isolierten Energieversorgungsschaltung 44 zum Erweitern der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A zum Verstärken der Versorgungsspannung VAPS oder durch Verwenden eines der oben diskutierten Betriebsmodi der Energiesteuerschaltung 52, wie z. B. des Spannungsregelmodus, implementieren.
Die erweiterte Energieversorgungsschaltung 24 kann ferner so arbeiten, dass sie eine verbesserte Startsequenz des Systems 20 durch Liefern einer Anfangsladung des Bootstrap-Kondensators C1 der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A durch die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 beim Starten, Rücksetzen oder bei anderen Betriebsszenarien des Systems 20 ermöglicht.
6 ist ein Signaldiagramm mit Darstellung von Ausführungsformen der Gate-Treiberschaltungen 40-1, 40-2 und der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24. 6(a) zeigt eine Ausführungsform einer logischen Darstellung einer Ausgangsspannung VA der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1, 6(b) zeigt eine Ausführungsform einer logischen Darstellung einer Ausgangsspannung VB der zweiten Gate-Treiberschaltung 40-2, und 6(c) zeigt eine Ausführungsform der Versorgungsspannung VAPS, die von der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 geliefert wird.
Zu einer Zeit ts1 wird das System 20 aus einem deaktivierten Zustand aktiviert, und zu dieser Zeit bleiben die Ausgänge VA, VB sowohl der ersten als auch der zweiten Gate-Treiberschaltung 40-1, 40-2 in einem logischen Low-Zustand, bleiben der erste und der zweite NMOS-Transistor N1, N2 der Halbbrückenschaltung 32 aus und befindet sich der Bootstrap-Kondensator C1 in einem im Wesentlichen ungeladenen Zustand. Zu einer Zeit ts2, einer relativ kurzen Zeit nach der Zeit ts1, wird die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 voll aktiv und beginnt, Energie der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A zuzuführen und den Bootstrap-Kondensator C1 zu laden, und somit beginnt die Versorgungspannung VAPS zu steigen, während die Ausgänge VA, VB sowohl der ersten als auch der zweiten Gate-Treiberschaltung 40-1, 40-2 in einem logischen Low-Zustand bleiben und der erste und der zweite NMOS-Transistor N1, N2 aus bleiben. Zu einer Zeit ts3 erreicht der Bootstrap-Kondensator C1 einen Vollladepegel und erreicht die Versorgungsspannung VAPS einen Vollaktivierungswert, wobei auch hier die Ausgänge VA, VB sowohl der ersten als auch der zweiten Gate-Treiberschaltung 40-1, 40-2 in einem logischen Low-Zustand bleiben und der erste und der zweite NMOS-Transistor N1, N2 aus bleiben. Zu einer Zeit ts4 kann der Ausgang VA der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 zu einem logischen High-Wert übergehen, wodurch der erste NMOS-Transistor N1 zum ersten Mal nach dem Starten oder Rücksetzen aktiviert wird.
Im Gegensatz dazu kann, wie oben diskutiert worden ist, bei einer Bootstrap-Energieversorgung, die allein arbeitet, eine unerwünscht lange Startsequenz erforderlich sein, bevor die Bootstrap-Energieversorgung in der Lage ist, eine geeignete Versorgungsspannung einer High-seitigen Gate-Treiberschaltung zuzuführen, da eine Low-seitige Gate-Treiberschaltung und entsprechende Datenkanalschaltungen aktiviert und betrieben werden müssen, um einen Low-seitigen Transistor der Halbbrückenschaltung einzuschalten, bevor das Laden des Bootstrap-Kondensators beginnen kann.
Die Energiesteuerschaltung 52 der isolierten Energieversorgung 44 kann auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Arten konfiguriert sein, um eine oder mehrere der oben diskutierten Funktionen der isolierten Energieversorgung 44 zu bieten. Zum Beispiel kann die Energiesteuerschaltung 52 festverdrahtet sein, um eine oder mehrere dieser Funktionen zu bieten. Alternativ kann die Energiesteuerschaltung 52 programmierbar sein, um eine oder mehrere dieser Funktionen zu bieten.
7 zeigt eine Ausführungsform einer Steuerschaltung 162, die zum Implementieren einer oder beider der Steuerschaltungen 118, 130 der primären und der sekundären Steuerschaltung 98, 102 verwendet werden kann. In 7 kann die Steuerschaltung 162 ein oder mehrere eines Stromregelmoduls 166 zum Implementieren des Stromregelmodus, eines Spannungsregelmoduls 170 zum Implementieren des Spannungsregelmodus, eines Energieregelmoduls 174 zum Implementieren des Energieregelmodus, eines Temperaturregelmoduls 178 zum Implementieren des Temperaturregelmodus, eines Impedanzregelmoduls 182 zum Implementieren des Impedanzregelmodus oder eines Start-/Rücksetzmoduls 186 zum Implementieren von Startfunktionen aufweisen.
Die Energiesteuerschaltung 52 kann ferner so ausgebildet sei, dass sie eine Minimalform annimmt, die nur zum Bieten ausgewählter oben diskutierter Funktionen erforderlich ist. Zum Beispiel kann bei einer Ausführungsform die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 im Wesentlichen ungeregelt sein, wie z. B. durch Weglassen einer Feedback-Regelung, und kann die Energiesteuerschaltung 52 eine Schaltungsanordnung aufweisen, die so ausgebildet ist, dass sie die Vorwärts-Energielieferschaltung in einem ausgewählten, im Wesentlichen ungeregelten Zustand betreibt, wie z. B. eine Ausführungsform der Steuerschaltung 118 der primärseitigen Steuerschaltung 98 oder einer äquivalenten Schaltung, wobei andere Komponenten entfallen.
Die erweiterte Energieversorgungsschaltung 24 kann die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 so auslösen, dass sie der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A Energie auf unterschiedliche Arten zuführt. Zum Beispiel kann die isolierte Energieversorgungsschaltung 44 das Zuführen von Energie an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48A in Reaktion auf ein Auslöseereignis, wie z. B. ein oder mehrere eines Starts des isolierten Systems 20, einer Veränderung des Logikpegelausgangs der ersten Gate-Treiberschaltung 40-1 oder eines Werts der Versorgungsspannung VAPS, die einen vorbestimmten Logikpegelausgang überschreitet, beginnen und/oder stoppen.
Die erweiterte Energieversorgungsschaltung kann sowohl in einem Ein- als auch in einem Mehrphasensystem verwendet werden. Zum Beispiel können Ausführungsformen des in 1 oder 2 gezeigten Systems 20 als Einphasensystem verwendet werden. 8 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 188, das als Mehrphasensystem verwendet werden kann. Das System 188 kann eine Vielzahl von Halbbrückenmodulen 190-1, 190-2, 190-3 aufweisen, wobei jedes der Halbbrückenmodule 190-1, 190-2, 190-3 Ausführungsformen der erweiterten Energieversorgung 24, Kanaltreiberschaltung 28 und Halbbrückenschaltung 32 aufweist, die in 1 und 2 gezeigt sind. Jedes der Halbbrückenmodule 190-1, 190-2, 190-3 kann mit einer Last 194 verbunden sein, um eine einzelne Phase eines Mehrphasensystems zu bilden. Obwohl 8 eine Ausführungsform des Systems 188 zeigt, das drei Halbbrückenmodule 190-1, 190-2, 190-3 aufweist und daher zur Verwendung als Dreiphasensystems geeignet sein kann, können andere Ausführungsformen des Systems 188 jede Anzahl von Halbbrückenmodulen 190-1, 190-2, 190-3 ... zum Bilden eines Mehrphasensystems mit einer frei wählbaren Anzahl von Phasen aufweisen.
Gemäß 2 können die isolierten Signalkanalschaltungen 68-1, 68-2 jeweils eine Sendeschaltung 134-1, 134-2, eine Isolatorvorrichtung 138-1, 138-2 und eine Empfangsschaltung 142-1, 142-2 aufweisen. Die Sendeschaltung 134-1, 134-2 kann das Eingangsdatensignal aus der Datenquelle 72-1, 72-2 empfangen und ein Signal auf der Basis des Eingangsdatensignals auf die Isolatorvorrichtung 138-1, 138-2 treiben. Die Sendeschaltung 134-1, 134-2 kann eine oder mehrere Komponenten zum Kodieren und/oder Modulieren des Eingangsdatensignals zum Produzieren des Treibersignals aufweisen. Die Isolatorvorrichtung 138-1, 138-2 kann eine Kommunikation über die eine oder mehreren Isolationsbarrieren 76 ermöglichen und kann eine induktive Isolatorvorrichtung, wie z. B. einen oder mehrere eines Transformators oder eines gekoppelten Paars von Induktivitäten, aufweisen. Die eine oder mehreren Isolationsbarrieren 76 können eine galvanische Isolierung zwischen den Systemen auf jeder Seite der Isolationsbarrieren 76 bilden und können eine Schicht aus einem Material, wie z. B. Polyimid, aufweisen. Die Empfangsschaltung 142-1, 142-2 kann ein Signal aus der Isolatorvorrichtung 138-1, 138-2 empfangen und ein Signal auf der Basis des empfangenen Signals an die jeweiligen Gate-Treiberschaltung 40-1, 40-2 liefern. Die Empfangsschaltung 142-1, 142-2 kann eine oder mehrere Komponenten zum Dekodieren und/oder Demodulieren des empfangenen Signals zum Produzieren des Signals aufweisen, das an die Gate-Treiberschaltung 40-1, 40-2 geliefert wird.
Gemäß 1 kann die gezeigte Masseverbindung auf verschiedenen Seiten der einen oder mehreren Isolationsbarrieren 60, 76 vorhanden sein. Zum Beispiel kann die Masseverbindung mit der ersten Spannung V1 auf der ersten Seite (links, wie gezeigt) einer oder mehrerer der einen oder mehreren Isolationsbarrieren 60, 76 vorhanden sein. Die Masseverbindung mit der der zweiten Spannung V2 kann entweder auf der ersten Seite oder einer zweiten Seite (rechts, wie gezeigt) einer oder mehrerer der einen oder mehreren Isolationsbarrieren 60, 76 vorhanden sein. Die Masseverbindung mit dem Transistor N2 kann entweder auf der ersten Seite oder der zweiten Seite einer oder mehrerer der einen oder mehreren Isolationsbarrieren 60, 76 vorhanden sein. Die Anzahl von isolierten Systemen und Isolationsbarrieren kann variieren. Die Allokation von hier diskutierten Schaltungen und/oder Systemen zu Halbleiterchips kann ebenfalls variieren.
Die erweiterte Energieversorgungsschaltung 24 kann ferner mit Einzelschalter-Lasttreiberlastschaltungen und anderen Ausführungsformen von Mehrschalter-Lasttreiberschaltungen verwendet werden. 9 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 200, das die erweiterte Energieversorgungsschaltung 24 und eine Einzelschalter-Lasttreiberschaltung aufweist. Die Einzelschalter-Lasttreiberschaltung kann einen einzelnen Low-seitigen NMOS-Transistor N3 zum Treiben einer Last 204 aufweisen. Der einzelne NMOS-Transistor N3 kann ein Gate, das mit einem Gate-Treibersignal aus einer Gate-Treiberschaltung 40-3 verbunden ist und dieses empfängt, ein Drain, das mit der Last 204 verbunden ist, und eine Source, die mit Masse verbunden ist, aufweisen. Eine Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48B der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 kann einen Bootstrap-Kondensator C2, eine Diode D3, einen Kondensator C3, einen Widerstand R2, eine Diode D3 und einen Shunt-Regler 208 aufweisen.
Im Betrieb kann die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48B den Bootstrap-Kondensator C2 laden, während der Transistor N3 von dem Gate-Treiber 40-3 über einen Weg von der Lastspannung VLA, der den Widerstand R2, den Kondensator C3 und die Diode D2 aufweist, in einen Ein-Zustand getrieben wird, so dass die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48B eine funktional isolierte und/oder elektrisch schwebende Versorgungsspannung VAPSA an die Gate-Treiberschaltung 40-3 liefern kann, wenn die Gate-Treiberschaltung 40-3 den NMOS-Transistor N3 als Funktion der Lastspannung VLA in den Ein-Zustand treibt, was als eine Selbst-Bootstrap-Operation bezeichnet werden kann. Die isolierte Energieversorgungsspannung 44 der erweiterten Energieversorgungsspannung 24 kann Energie an die Bootstrap-Energieversorgungsschaltung 48B liefern, während die Gate-Treiberschaltung 40-3 den NMOS-Transistor N3 in den Ein-Zustand treibt, um anfangs den Kondensator C2 beim Starten oder Rücksetzen der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 zu laden, wie hier verschiedentlich diskutiert worden ist.
Die erweiterte Energieversorgungsschaltung 24 kann ferner mit anderen Ausführungsformen von Einzelschalter-Lasttreiberschaltungen verwendet werden. Solche Einzelschalter-Lasttreiberschaltungen können einen oder mehrere eines einzelnen Low-seitigen NMOS-Transistors, der mit einer Last verbunden ist und diese treibt (wie z. B. die oben diskutierte Konfiguration eines einzelnen Low-seitigen NMOS-Transistors, die in 9 gezeigt ist), eines einzelnen High-seitigen NMOS-Transistors, der mit einer Last verbunden ist und diese treibt (wie z. B. die nachstehend diskutierte Konfiguration eines einzelnen High-seitigen NMOS-Transistors, die in 10 gezeigt ist), oder eines einzelnen Floating-NMOS-Transistors zum Ermöglichen eines bidirektionales Treibens einer ersten und einer zweiten Last (wie z. B. eines einzelnen Floating-NMOS-Transistors, der ein Gate, das mit einem Gate-Treibersignal aus einer Gate-Treiberschaltung verbunden ist und dieses empfängt, ein Drain, das mit der ersten Last verbunden ist, und eine Source, die mit der zweiten Last verbunden ist, aufweist).
Die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung 48 der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 kann eine oder mehrere einer Bootstrap-Energieversorgungsschaltung, einer Ladepumpen-Energieversorgungsschaltung oder anderer Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltungen aufweisen. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Systems 212, das die erweiterte Energieversorgungsschaltung 24 und eine Einzelschalter-Lasttreiberschaltung aufweist. Die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung 48 kann eine kombinierte Bootstrap- und Ladepumpen-Energieversorgungsschaltung 48C aufweisen. Die kombinierte Bootstrap- und Ladepumpen-Energieversorgungsschaltung 48C kann einen Bootstrap-Kondensator C4, eine Diode D4, einen Ladepumpen-Kondensator C5, eine Diode D5, eine Diode D6, einen Kondensator C6, einen Widerstand R3 und einen Shunt-Regler 220 aufweisen. Die Einzelschalter-Lasttreiberschaltung kann einen einzelnen High-seitigen NMOS-Transistor N4 zum Treiben einer Last 216 aufweisen. Der einzelne NMOS-Transistor N4 kann ein Gate, das mit einem Gate-Treibersignal aus einer Gate-Treiberschaltung 40-4 verbunden ist und dieses empfängt, ein Drain, das mit dem Energiebus VBUS verbunden ist, und eine Source, die mit der Last 216 verbunden ist, aufweisen.
Im Betrieb kann die kombinierte Bootstrap- und Ladepumpen-Energieversorgungsschaltung 48C den Ladepumpen-Kondensator C5 laden, während der Transistor N4 von der Gate-Treiberschaltung 40-4 über einen Weg von der Lastspannung VLB, der den Widerstand R3, den Kondensator C6 und die Diode D5 aufweist, in einen Ein-Zustand getrieben wird. Der Bootstrap-Kondensator C4 kann geladen werden, während der Transistor N4 von der Gate-Treiberschaltung 40-4 über einen Weg von dem Kondensator C5 durch die Diode 4 in einen Aus-Zustand getrieben wird. Die kombinierte Bootstrap- und Ladepumpen-Energieversorgungsschaltung 48C kann eine funktional isolierte und/oder elektrisch schwebende Versorgungsspannung VAPSB an die Gate-Treiberschaltung 40-4 liefern, wenn die Gate-Treiberschaltung 40-4 den NMOS-Transistor N4 als Funktion der Lastspannung VLB in den Ein-Zustand treibt, wenn sich der NMOS-Transistor N4 im Aus-Zustand befindet. Die isolierte Energieversorgungsspannung 44 der erweiterten Energieversorgungsspannung 24 kann Energie an die kombinierte Bootstrap- und Ladepumpen-Energieversorgungsschaltung 48C liefern, während die Gate-Treiberschaltung 40-4 den NMOS-Transistor N4 in den Ein-Zustand treibt, und um anfangs den Kondensator C4 beim Starten oder Rücksetzen der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 zu laden, wie hier verschiedentlich diskutiert worden ist.
Transistoren, die in Lasttreiberschaltungen enthalten sind, welche durch Verwendung der erweiterten Energieversorgungsschaltung, wie z. B. der Halbbrückenschaltung 32 von 1, 2 und 8, und der Einzelschalter-Lasttreiberschaltungen N3, N4 von 9 und 10, die hier diskutiert worden sind, betrieben werden, können unterschiedliche Typen von Transistoren sein, wie z. B. einer oder mehrere von Feldeffekttransistoren (FETs) (wie in diesen Figuren gezeigt ist), Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (insulated gate bipolar transistors – IGBTs), bipolare Flächentransistoren (bipolar junction transistors – BJTs) oder andere Typen von Transistoren. Transistoren bei Ausführungsformen dieser Lasttreiberschaltungen können ferner einen oder mehrere von NMOS-, PMOS-, n-Kanal-IGBT-, p-Kanal-IGBT-, NPN-BJT- oder PNP-BJT-Transistoren umfassen.
Die hier diskutierten Figuren sind schematischer Natur, und Details und Komponenten, die nicht direkt mit den Aspekten der hier diskutierten Systeme in Beziehung stehen oder zur Erläuterung derselben erforderlich sind, können weggelassen werden.
Weitere Ausführungsformen der Systeme und der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 sind möglich. Zum Beispiel kann jedes Merkmal jeder der hier beschriebenen Ausführungsformen der Systeme und der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24, wahlweise bei jeder anderen Ausführungsform der Systeme und der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 verwendet werden. Ferner können Ausführungsformen der Systeme und der erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 wahlweise jeden Teilsatz oder jede Ordnung der Komponenten oder Merkmale der hier beschriebenen Systeme und erweiterten Energieversorgungsschaltung 24 aufweisen.

Claims

Energieversorgungsschaltung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung für eine Gate-Treiberschaltung, wobei die Energieversorgungsschaltung umfasst: eine isolierte Energieversorgungschaltung zum Empfangen einer ersten Spannung in einem ersten isolierten System und Liefern von Energie an eine Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung, wobei die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung die Versorgungsspannung an eine Gate-Treiberschaltung in einem zweiten isolierten System liefert, wobei die isolierte Energieversorgungsschaltung die Energie an die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung liefert, während die Gate-Treiberschaltung einen Transistor in einen Ein-Zustand treibt.
Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die isolierte Energieversorgungsschaltung eine Steuerschaltung zum Regeln der Energie aufweist, die von der isolierten Energieversorgungsschaltung geliefert wird, um die Versorgungsspannung aufrechtzuerhalten oder zu vergrößern, welche von der Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung geliefert wird, während die Gate-Treiberschaltung den Transistor in den Ein-Zustand treibt.
Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 2, wobei die Steuerschaltung die gelieferte Energie durch Begrenzen eines Stroms, der der Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung zugeführt wird, auf einen Strompegel unterhalb eines vorbestimmten Pegels regelt.
Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Steuerschaltung die gelieferte Energie durch Begrenzen der Versorgungsspannung auf eine Spannung mit einem vorbestimmten Spannungspegel unterhalb eines Spitzen-Versorgungsspannungspegels, die von der Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung geliefert wird, regelt.
Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Steuerschaltung die gelieferte Energie durch Begrenzen der gelieferten Energie auf unterhalb eines vorbestimmten Energiepegels regelt.
Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5, wobei die Steuerschaltung die gelieferte Energie durch Begrenzen der gelieferten Energie als Funktion einer Temperatur der isolierten Energieversorgung regelt.
Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 2, 3, 4, 5, oder 6, wobei die Steuerschaltung die gelieferte Energie durch Auswählen einer Impedanz, die die isolierte Energieversorgungsschaltung mit der Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung verbindet, regelt.
Energieversorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung zum Empfangen einer zweiten Spannung in dem zweiten isolierten System und Liefern der Versorgungsspannung an die Gate-Treiberschaltung umfasst, wobei die Versorgungsspannung relativ zu der zweiten Spannung elektrisch schwebend ist, während die Gate-Treiberschaltung den Transistor in den Ein-Zustand treibt.
Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung eine Bootstrap-Energieversorgungsschaltung ist, die einen Kondensator aufweist, der mindestens über eine Diode mit einer zweiten Spannung verbunden ist.
Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 9, wobei die isolierte Energieversorgungsschaltung die Energie zum anfänglichen Laden des Kondensators der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung beim Starten oder Rücksetzen der Energieversorgungsschaltung liefert.
Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 10, wobei die isolierte Energieversorgungsschaltung die Energie zum anfänglichen Laden des Kondensators der Bootstrap-Energieversorgungsschaltung liefert, während die Gate-Treiberschaltungen inaktiv sind.
Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsspannung für eine Gate-Treiberschaltung, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen einer ersten Spannung in einem ersten isolierten System durch eine isolierte Energieversorgungsschaltung; und Liefern von Energie durch die isolierte Energieversorgungsschaltung an eine Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung, wobei die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung eine Versorgungsschaltung an eine Gate-Treiberschaltung in einem zweiten isolierten System liefert, wobei die isolierte Energieversorgungsschaltung die Energie an die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung liefert, während die Gate-Treiberschaltung einen Transistor in einen Ein-Zustand treibt.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Regeln, durch eine Steuerschaltung der isolierten Energieversorgungsschaltung, der Energie umfasst, die von der isolierten Energieversorgungsschaltung geliefert wird, um die Versorgungsspannung aufrechtzuerhalten oder zu vergrößern, welche von der Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung geliefert wird, während die Gate-Treiberschaltung den Transistor in den Ein-Zustand treibt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Steuerschaltung die gelieferte Energie durch Begrenzen eines Stroms, der der Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung zugeführt wird, auf einen Strompegel unterhalb eines vorbestimmten Pegels regelt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Steuerschaltung die gelieferte Energie durch Begrenzen der Versorgungsspannung, die von der isolierten Energieversorgungsschaltung geliefert wird, auf eine Spannung mit einem vorbestimmten Spannungspegel unterhalb eines Spitzen-Versorgungsspannungspegels, die von der Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung geliefert wird, regelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Steuerschaltung die gelieferte Energie durch Begrenzen der gelieferten Energie auf unterhalb eines vorbestimmten Energiepegels regelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Steuerschaltung die gelieferte Energie durch Begrenzen der gelieferten Energie als Funktion einer Temperatur der isolierten Energieversorgung regelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei die Steuerschaltung die gelieferte Energie durch Auswählen einer Impedanz, die die isolierte Energieversorgungsschaltung mit der Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung verbindet, regelt.
Verfahren nach Anspruch 12 bis 18, das ferner umfasst: Empfangen einer zweiten Spannung in dem zweiten isolierten System durch die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung; und Liefern der Versorgungsspannung durch die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung an die Gate-Treiberschaltung, wobei die Versorgungsspannung relativ zu der zweiten Spannung elektrisch schwebend ist, während die Gate-Treiberschaltung den Transistor in den Ein-Zustand treibt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung eine Bootstrap-Energieversorgungsschaltung mit einem Kondensator aufweist, der mindestens über eine Diode mit der zweiten Spannung verbunden ist.
Energieversorgungsschaltung zum Erzeugen einer Versorgungsspannung für eine Gate-Treiberschaltung, wobei die Energieversorgungsschaltung umfasst: eine Einrichtung zum Liefern von Energie an eine Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung, wobei die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung die Versorgungsspannung an eine Gate-Treiberschaltung in einem zweiten isolierten System liefert, wobei die Einrichtung zum Liefern von Energie die Energie als Funktion einer empfangenen ersten Spannung in einem ersten isolierten System liefert, während die Gate-Treiberschaltung einen Transistor in einen Ein-Zustand treibt; und eine Einrichtung zum Regeln der gelieferten Energie zum Aufrechterhalten oder Vergrößern der Versorgungsspannung, die von der Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung geliefert wird, während die Gate-Treiberschaltung den Transistor in einen Ein-Zustand treibt
Energieversorgungsschaltung nach Anspruch 21, die ferner die Zyklisch-Lade-Energieversorgungsschaltung zum Empfangen einer zweiten Spannung in dem zweiten isolierten System und Liefern der Versorgungsspannung an die Gate-Treiberschaltung umfasst, wobei die Versorgungsspannung relativ zu der zweiten Spannung elektrisch schwebend ist, während die Gate-Treiberschaltung den Transistor in den Ein-Zustand treibt.