半桥栅极驱动器控制的制作方法

半桥栅极驱动器控制的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种半桥栅极驱动器控制技术，描述了一种功率电路，该功率电路包括半桥和用于控制半桥的第一开关的驱动器。驱动器被配置为至少部分地基于驱动器信号和在半桥处的电压使第一开关于在第一开关开通状态下运行与在第一开关关断状态下运行之间转换。
【专利说明】半桥栅极驱动器控制

【技术领域】
[0001]本公开涉及功率变换器，更具体地涉及用于控制功率变换器的半桥的技术。

【背景技术】
[0002]一些电路可以使用功率变换器将来自电源的输入电压或电流转换(例如，升高电压(St印-up)或降低电压(St印-down))为经调整的输出电压或电流，用于为部件、电路或其它电气装置提供电力。基于开关的功率变换器可以使用半桥电路和信号调制技术来调整输出。在一些示例中，例如由于寄生电感的作用，当开关开通或关断时，在半桥的开关之上可能会发生电压过冲。为了补偿可能出现的跨过开关的电压过冲，在一些示例中，变换器可以在功率变换器中包括额外的电阻器，以降低通过开关的电流的变化速率并且/或者降低跨过开关的电压的变化速率。在其它示例中，变换器可以还包括可以处理更高电压电平的更高额定(higher rated)开关装置，或者替代地包括可以处理更高电压电平的更高额定开关装置。一些功率变换器可以还利用恒定慢开通时间和/或恒定慢关断时间，或者替代地利用恒定慢开通时间和/或恒定慢关断时间，来降低通过开关的电流的变化速率和/或降低跨过开关的电压的变化速率。上面提及的这些用于补偿电压过冲的技术可能增加功率变换器的成本并且/或者降低功率变换器的总体效率。


【发明内容】

[0003]一般而言，技术和电路被描述为，响应于检测到的反馈，至少部分地基于在半桥处的电压，来动态控制功率变换器的半桥的开关的转换时间(即，开关于在关断状态下运行与开通状态下运行之间转换所需的时间量)。例如，本文所描述的功率变换器可以配置为，响应于该功率变换器检测到的至少一个反馈信号，来修改跨过开关的电压随着时间变换速率(dv/dt)或者通过开关的电流变化速率(di/dt)。在一些示例中，这类检测到的反馈信号可以包括功率变换器的输入电压。在其它示例中，其它反馈可以用于对开关的转换时间进行动态控制。
[0004]功率变换器，无论是降低电压变换器还是升高电压变换器，均可以包括耦合至用于从电源接收输入电压的输入端口的半桥。该半桥可以具有耦合至开关节点的至少一个开关。功率变换器可以使用信号调制技术来使开关开通和/或关断，以将输入电压转换为在耦合至半桥的输出节点处的经调整的输出电压和/或电流。根据本文所描述的技术，功率变换器可以基于在半桥处的电压电平，来修改用于控制半桥的开关的转换时间的驱动强度。通过至少部分地基于在半桥处的电压来修改开关的驱动强度和转换时间，功率变换器可以限制在半桥处可能发生的潜在过冲条件。
[0005]在一个示例中，本公开涉及一种功率变换器，其包括半桥，该半桥包括在开关节点处耦合至的第二开关的第一开关。功率变换器进一步包括用于控制第一开关的驱动器；其中该驱动器耦合至第一开关，并且被配置为使第一开关至少部分地基于驱动器信号和在半桥处的电压，而于在第一开关开通状态下运行与在第一开关关断状态下运行之间转换。
[0006]在另一个示例中，本发明涉及一种方法，该方法包括检测在功率变换器的半桥处的电压，其中该半桥包括在开关节点处耦合至第二开关的第一开关。该方法进一步包括接收用于控制第一开关和第二开关的驱动器信号。该方法进一步包括至少部分地基于驱动器信号和在半桥处的电压来控制半桥的第一开关，其中控制第一开关包括使第一开关于在第一开关开通状态下运行与在第一开关关断状态下运行之间转换。
[0007]在另一个示例中，本发明涉及一种功率变换器，该功率变换器具有用于检测在功率变换器的半桥处的电压的装置，其中该半桥包括在开关节点处耦合至第二开关的第一开关。功率变换器进一步包括用于接收控制第一开关和第二开关的驱动器信号的装置。功率变换器进一步包括，用于至少部分地基于驱动器信号和在半桥处的电压来控制半桥的第一开关的装置；其中该用于控制第一开关的装置包括，使第一开关于在第一开关开通状态下运行与在第一开关关断状态下运行之间转换的装置。
[0008]将在下面的附图和说明中对一个或多个示例的细节进行陈述。本公开的其它特征、目的和优点将由说明和附图以及权利要求书而变得更加显而易见。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1是根据本公开的一个或多个方面的图示了用于转换来自电源的功率的示例系统的框图。
[0010]图2是图示了图1所示的示例系统的功率变换器的一个示例的框图。
[0011]图3是图示了根据本公开的一个或多个方面的用于提供经调整的输出的示例变换器单元的电路图。
[0012]图4是图示了图3所示的示例变换器单元的示例高侧驱动器的电路图。
[0013]图5是图示了根据本公开的一个或多个方面的示例功率变换器的示例操作的流程图。
[0014]图6和图7是图示了图3所示的示例变换器单元的额外部件的电路图。
[0015]图8是图示了图3所示的示例变换器单元的额外部件的电路图。
[0016]图9A至图9B是图示了耦合至图3所示的示例变换器的半桥的负载的示例的电路图。
[0017]图9C至图9E是图示了图9A至图9B所示的负载的示例的电路图。
[0018]图10是图示了图3所示的示例变换器单元的示例操作的一系列定时图。

【具体实施方式】
[0019]在一些应用中，功率变换器(以下称为“变换器”)可以将来自电源的输入电压或电流转换(例如，通过升高电压或者降低电压)为用于装置(例如，负载)的经调整的输出电压或电流。如本文所描述的，术语“升高电压”变换器指的是，被配置为接收具有第一电压电平的输入功率信号并且输出具有大于第一电压电平的第二电压电平的功率信号的功率变换器。如本文也描述的，术语“降低电压”变换器指的是，被配置为接收具有第一电压电平的输入功率信号并且输出具有小于第一电压电平的第二电压电平的功率信号的功率变换器。无论在上述哪种情况下，功率变换器都可以具有包括一个或多个开关(例如，MOS功率开关晶体管、基于氮化镓(GaN)的开关、或者其它类型的开关装置)的半桥。例如，半桥可以包括在开关节点处耦合至低侧开关的高侧开关。通过利用调制技术来控制半桥的开关，变换器可以调整在耦合至半桥的输出节点处正在输出的电流或电压的量。半桥的开关的这种调制可以根据脉冲密度调制(PDM)、脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)、或者其它适当的调制技术来进行。
[0020]当为负载提供电源时，在开关事件(例如，当使开关于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换时)期间，可能会在半桥的开关处发生过冲条件(例如，超过期望电压的电压尖峰，有时称为“振铃”)。这种过冲条件可以是由通过与一个或多个寄生电感和电容相互作用的开关的电流的随时间变化(di/dt)所引起的。这类寄生电感可以是由至开关晶体管的一个或多个连接所引起的。根据被配置为输出具有比在降低电压/降压(step-down/buck)变换器输入处接收到的功率更低的电压电平的功率的降低电压/降压变换器的一个具体示例，在接收12V输入电压的降低电压/降压变换器的开关事件期间，在开关处的电压过冲可以达到接近20V。在相同的降低电压/降压变换器接收21V输入电压的开关事件期间，电压过冲可以超过30V。
[0021]为了补偿潜在的过冲条件，一些功率变换器可以使用，在过冲条件期间可以控制可能跨过半桥的各自的开关而发生的电压过冲的量的开关。例如，如果特定半桥被配置为在O到12伏特(V)之间切换，而非包括额定处理12V的开关，那么这类功率变换器可以包括可以处理大大超过半桥的期望电压电平(例如，25V)的电压电平的开关。更高额定开关装置比更低额定(lower rated)开关装置要贵。因此，用于经受更大过冲电压的、具有更高额定开关装置的变换器，由于高输入电压的缘故，可能成本也更高。
[0022]功率变换器可以根据行业降额准则来表征。也就是说，功率变换器可以使用具有比可能发生在功率变换器内部的最大过冲电压要大一定百分比的最大额定电压的开关装置。例如，当输入电压是12V并且跨过开关的最大过冲条件是20V(例如，25V*80%= 20V)的时，上面描述的使用额定处理25V的开关的降低电压/降压变换器可以满足80%的降额准则。为了满足80 %降额准则，在输入电压是2IV (例如，该输入电压是一些功率变换器诸如膝上型计算机使用的最大输入电压)、并且跨过半桥的开关的最大过冲条件超过30V的情况下，变换器可以使用额定处理至少35.7V(例如，37.5*80%= 30V)的开关。又，更高额定开关比更低额定开关装置要贵，因此，不仅由于高输入电压的缘故而用于经受更大过冲电压、而且还能够满足降额准则的、具有更高额定开关装置的变换器，可能成本也更高。
[0023]在一些示例中，可以以牺牲效率为代价，而制得满足降额准则的更低成本的变换器。即，一些变换器不使用更高额定而且往往更贵的开关装置来处理潜在的大过冲电压电平，而是可以通过使用慢的开关转换时间(例如，增加了开关于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换的时间量，以便使通过开关的di/dt和/或跨过开关的dv/dt变慢)来防止潜在的过冲条件。例如，在12V输入电压的情况下，降低电压/降压变换器可以使用具有30V额定电压的开关装置，并且使用开关的恒定低开关转换时间来防止潜在的最大过冲电压超过24V (例如，30V*80 % = 24V)。
[0024]恒久地使用低开关转换时间可以降低跨过半桥的开关的潜在过冲电平，因此，变换器通过可以使用更低额定并且比较便宜的开关，来满足向上达到最大限定运行电压的降额准则。然而，当功率变换器在低于最大电压的电压下运行时，恒久地使用低开关转换时间会不必要地降低变换器的效率。在一些示例中，在与栅极驱动器的电源相关联的至少一个电流通路中、或者在驱动器与基于晶体管的开关装置的栅极之间的电流通路内，可以使用一个或多个电阻器，以便减慢开关的转换时间。利用在驱动器与基于晶体管的开关装置的栅极之间的电阻器，开关装置的开通时间和关断时间均得以减慢。而利用与电源相关联的至少一个电流通路中的电阻器，只有基于晶体管的开关装置的开通时间或者关断时间得以减慢。尽管如此，即使是利用在栅极驱动器的电源的通路中的这类电阻、或者在基于晶体管的开关装置的栅极的电流通路中的这类电阻，无论上述两种情况中的哪种情况下，比起使用更高额定开关装置并且从开通转换为关断和从关断转换为开通的转换时间更快的、成本更高的变换器，上述变换器依然可能效率更低。
[0025]一般而言，本公开的电路和技术可以使得功率变换器(无论是降低电压变换器还是升高电压变换器)能够，通过至少部分地基于检测到的指示在半桥处(诸如，在一些示例中在半桥的输入处)的一个或多个电压电平的反馈来整形(shape)半桥的开关的转换时间，来使跨过开关的潜在的电压过冲最小化。变换器可以将在半桥处的电压用于调节驱动器的“驱动强度”，从而调节开关于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换所用的时间量。在半桥处检测到的更高电压可以使变换器降低驱动强度，从而使开关的转换时间增加，以便抑制可能的电压过冲。在半桥处检测到的更低电压可以导致，当不太可能或者将要发生过冲条件时，变换器增加驱动强度，从而减少开关的转换时间。通过防止在半桥的开关处发生过冲条件，在各种不同运行电压下，可以使用更低额定的并且更便宜的开关，而且可以提高功率变换器的效率。
[0026]不是如其它功率变换器那样使用更高额定开关装置、恒定慢开关转换时间和/或额外电阻器来处理过冲条件，根据本文所描述的电路和技术的变换器，可以通过基于在半桥处的电压测量(例如，在一些示例中是功率输入的电压电平，而在一些示例中则是功率输出的电压电平)而精确地控制半桥的开关的转换时间，来满足降额准则。通过基于在半桥处检测到的电压来整形驱动器的驱动强度和开关的转换时间，变换器可以在过冲导致开关和变换器损坏之前将跨过半桥的开关的电压过冲最小化，与此同时对于宽的电压范围提供高效率且低成本的功率变换器解决方案。根据本文所描述的电路和技术的变换器可以在不以牺牲成本和/或效率为代价的情况下处理行业降额准则。
[0027]图1是根据本公开的一个或多个方面的图示了用于转换来自电源2的功率的系统I的框图。虽然图1示出了系统I具有三个独立存在的不同部件，如图所示的电源2、功率变换器6和装置4，但是系统I可以还包括附加的或更少的部件。例如，电源2、功率变换器6和装置4可以是三个单独的部件，或者可以代表提供本文所描述的系统I的功能的一个或多个部件的组合。
[0028]系统I包括为系统I提供功率形式的电能的电源2。存在众多电源2的示例，并且这些示例可以包括但不限于:电网、发电机、功率变压器、电池、太阳能电池板、风车、退化性制动系统、水力发电机、或者能够为系统I提供电能的其它电力设备。
[0029]系统I包括功率变换器6，该功率变换器6用作基于开关的功率变换器，其将电源2提供的电能转换为可为装置4所用形式的电力。功率变换器6可以是升高电压变换器，其输出具有比在升高电压变换器的输入处接收到的功率的电压电平更高的电压电平的功率。这种升高电压变换器的一个示例可以称为升压(buck)变换器。功率变换器6可以替代地包括降低电压变换器，其被配置为输出具有比在降低电压变换器的输入处接收到的功率的电压电平更低的电压电平的功率。这种降低电压变换器的一个示例可以称为降压变换器。在其它示例中，功率变换器6可以是升高电压和降低电压变换器(例如，升压-降压变换器)，其能够输出具有比输入电压电平更高或更低的电压电平的功率的。功率变换器6的示例可以包括电池充电器、微处理器电源等等。功率变换器6可以用作DC至DC、DC至AC、或AC至DC变换器。系统I包括接收由功率变换器6转换的电力(例如，电压、电流等)的装置4，并且在一些示例中装置4使用该电力来执行功能。存在装置4的众多示例，并且这些示例可以包括但不限于:计算装置及其相关部件，诸如微处理器、电气部件、电路、膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、移动电话、电池、扬声器、照明单元、汽车/船只/航空/火车相关的部件、电机、变压器、或者接收来自功率变换器的电压或电流的任何其它类型的电气装置和/或电路系统。
[0030]电源2可以通过链路8提供具有第一电压电平的电力，而装置4可以通过链路10接收由功率变换器6转换的具有第二电压电平的电力。链路8和10代表任何能够将电力从一个位置传到另一位置的介质。链路8和10的示例包括但不限于物理和/或无线的电气传输介质，诸如电线、电迹线、导电气体管(conductive gas tube)、双绞线等等。链路10在功率变换器6与装置4之间提供电耦合，而链路8在电源2与功率变换器6之间提供电耦合。装置4电耦合至功率变换器6，该功率变换器6电耦合至电源2。
[0031]在系统I的示例中，电源2输送的电力可以转换为具有适合装置4使用的、经调整的电压等级和/或电流等级。例如，在链路8处，电源2可以输出并且功率变换器6可以接收，具有第一电压电平的功率。功率变换器6可以将具有第一电压电平的功率转换为具有装置4所要求的第二电压电平的功率。在链路10处，功率变换器6可以输出并且装置4可以接收，具有第二电压电平的功率。装置4可以使用具有第二电压电平的功率执行功能(例如，为微处理器提供电力)。
[0032]图2是图示了图1所示的系统I的功率变换器6的一个示例的框图。例如，图2示出了图1中的系统I的功率变换器6以及分别由链路8和10提供的与电源2和装置4的电连接的更加详细的示例性视图。
[0033]图中示出了功率变换器6具有两个电气部件、控制器单元12和变换器单元14。该功率变换器6用于将具有一定电压电平和/或电流电平的电力转换为具有不同电压电平和/或电流电平的电力。功率变换器6可以包括比图中所示的电气部件更多或更少的电气部件。例如，在一些示例中，控制器单元12和变换器单元14是单个的半导体裸片、电气部件或者电路；而在其它示例中，两个以上的裸片、部件和/或电路为功率变换器6提供控制器单元12和变换器单元14的功能。
[0034]变换器单元14代表功率变换器6的基于开关的功率变换元件，该功率变换元件升高和/或降低在耦合至链路8的输入端口处接收到的功率的电压电平，并且提供具有升高或降低的电压电平的功率作为在耦合至链路10的输出端口处的输出。下面将对变换器单元14进行更详细地描述，然而一般而言，变换器单元14可以在耦合至链路8的连接(例如，输入端口)处接收输入电压电平下的功率。变换器单元14可以经由链路16，从变换器单元14用于对接收到的功率进行转化以在链路10处提供输出电压电平下的功率的控制器单元12，接收驱动器信号或驱动指令，诸如脉冲密度调制(PDM)信号、脉冲宽度调制(PWM)信号、脉冲频率调制(PFM)信号或者其它适当的调制技术。变换器单元14可以基于驱动器信号，在链路10处在需要的时间提供具有期望幅度(例如，电压电平)的功率。
[0035]变换器单元14可以包括一个或多个栅极驱动器、半桥电路、h桥电路、输入滤波器、输出滤波器、或其组合，以便基于在链路8处的功率和在链路16处的驱动器信号在链路10处提供输出电压。变换器单元14可以包括用于在链路10处提供具有升高或降低的电压电平的功率的一个或多个开关装置、电容器、电阻器、晶体管、变压器、电感器、和/或设置在变换器单元14内的其它电气部件或电路系统。
[0036]例如，变换器单元14可以包括与功率变换器6的输入端口并联设置的半桥，该半桥包括在开关节点处耦合至第二开关的第一开关。一个或多个栅极驱动器可以耦合至半桥的第一开关和/或第二开关，并且被配置为基于驱动器信号(例如，PDM、PWM、PFM等)和在半桥处的电压电平来控制半桥。此外，变换器单元14可以包括设置在半桥的开关节点与输入端口的端子之间的并且耦合至半桥的开关节点和输出端口的端子的输出滤波器，在该输出端口处负载可以在链路10处耦合至功率变换器6。输出滤波器对在开关节点处的电压电平以及/或者在半桥的开关节点与在链路10处耦合至功率变换器6的负载之间流动的电流进行过滤并且在一些情况下进行平均。
[0037]功率变换器6的控制器单元12可以经由链路16向变换器单元14提供驱动器信号，以便控制变换器单元14在什么时间以多少幅度在链路10处提供功率输出。例如，控制器单元12可以基于在链路8处的功率输入的电压电平和/或在链路10处的功率输出的电压电平生成调制信号(例如，PWM信号、PDM信号、PDM信号、或者基于一些其它调制技术的其它调制信号)。换言之，控制器单元12可以向变换器单元14提供驱动器信号，该驱动器信号用于控制发送至变换器单元14的半桥的开关的开通和/或关断信号，以使变换器单元14在链路10处提供功率输出。
[0038]例如，控制器单元12可以通过链路16提供PWM信号，该PWM信号使变换器单元14的驱动器使半桥的开关于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换。响应于在链路8处的功率输入的电压电平和/或在链路10处的功率输出的电压电平，控制器单元12可以改变PWM信号的占空比。通过改变PWM信号的占空比，控制器单元12可以改变变换器单元14在链路10处提供的功率输出的电压电平的幅度。
[0039]在其它示例中，控制器单元12可以通过链路16提供PDM信号，该PDM信号使变换器单元14的驱动器使半桥的开关于在开通状态下运行与关断状态下运行之间转换。响应于在链路8处的功率输入的电压电平和/或在链路10处的功率输出的电压电平，控制器单元12可以改变PDM信号的占空比。通过改变PDM信号的占空比，控制器单元12可以改变变换器单元14在链路10处提供的功率输出的电压电平的幅度。
[0040]控制器单元12可以包括硬件、软件、固件或其任何组合的任何适当布置，以执行归因于本文所描述的控制器单元12的技术。例如，控制器单元12可以包括数字电路系统、模拟电路系统或其任何组合，以控制并且调整开关模式功率变换器。控制器单元12可以包括任何一个或多个数字或模拟微处理器、数字信号处理器(DSP)、模拟信号处理器(ASP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、比较器、运算放大器、或者任何其它等效的集成或分立的数字或模拟电路、及其这类部件的任何组合。当控制器单元12包括软件或固件时，控制器单元12进一步包括用于储存并且执行软件或固件的硬件，诸如一个或多个数字或模拟处理器或者处理单元。一般而言，处理单元可以包括一个或多个数字或模拟微处理器、DSP、ASP、ASIC、FPGA、比较器、运算放大器、或者任何其它等效的集成或分立的数字或模拟电路系统、以及这类部件的任何组合。虽然图2中未示出，但是控制器单元12可以包括被配置为储存数据的存储器。该存储器可以包括任何易失性或非易失性介质，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性RAM(NRAM)、电可擦除可编程ROM (EEPROM)、闪速存储器等。在一些示例中，存储器可以在控制器单元12和/或功率变换器6外部，例如可以在装有控制器单元12和/或功率变换器6的封装外部。
[0041]图3是根据本发明的一个或多个方面的图示了用于提供经调整的输出的变换器单元14的电路图。例如，图3示出了图2的功率变换器6的变换器单元14的更详细的示例视图。下面将在图1的系统I的背景下对图3进行描述。
[0042]出于图示之目的，下面主要将变换器单元14描述为提供具有相对于功率输入的电压电平的经降低电压的电压电平的功率输出。然而应明白，本文针对变换器单元14所描述的技术和电路系统同样也适用于变换器单元14提供具有相对于功率输入的电压电平的经升高电压的电压电平的功率输出的情况。换言之，变换器单元14可以提供具有在功率输入的电压电平的基础上经升高电压的电压电平的功率输出、以及/或者相对于功率输入的电压电平的经降低电压的电压电平的功率输出。
[0043]变换器单元14包括端口 18、端口 20、半桥26、驱动器输入信号单元28、驱动器40和驱动器42。半桥26包括在开关节点52处耦合至的开关32的开关30。半桥26与端口18并联设置，其中开关30的第一端子耦合至节点50并且开关32的第二端子耦合至节点54。
[0044]存在开关30和开关32的很多示例，并且这些示例可以是任何类型的开关装置。当这些开关装置设置在半桥配置中时，适用于对功率输入的电压电平进行降低电压/降压或升高电压/升压。例如，开关30和开关32的一些示例可以包括基于硅(Si)、氮化镓(GaN)和/或碳化硅(SiC)的一个或多个开关装置、GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)、基于金属氧化物半导体(MOC)的开关装置、场效应晶体管(FET)、基于N型MOSFET的开关装置、基于P型MOSFET的开关装置、二极管、HEMT FET (GaN)、JFET (SiC，常通或常断)、IGBT开关装置、或者任何其它类型的功率开关晶体管或开关装置。
[0045]在变换器单元14用作提供经降低电压的电压电平的降低电压/降压变换器的情况下，变换器单元14可以在端口 18处接收通过链路8传输的功率输入，并且在端口 20处和通过链路10提供功率输出。相反地，在变换器单元14用作提供经升高电压的电压电平的升高电压/升压变换器的情况下，变换器单元14可以在端口 20处接收通过链路8传输的功率输入，并且在端口 18处提供通过链路10传输的功率输出。
[0046]端口 18包括耦合至变换器单元14的节点50和54的两个端子。当变换器单元14用作降低电压/降压变换器时，端口 18可以充当功率输入端口 ；而当变换器单元14用作升高电压/升压变换器时，端口 18可以充当功率输出端口。端口 20包括两个端子，其中一个端子耦合至半桥26的开关节点52而另一个端子在节点54处耦合至GND。当变换器单元14用作降低电压/降压变换器时，端口 20可以充当功率输出端口 ；而当变换器单元14用作升高电压/升压变换器时，端口 20可以充当功率输入端口。
[0047]在一些示例中，当端口 20用作输出端口时，变换器单元14可以包括在端口 20的端子处的输出滤波器。换言之，滤波器(例如，LC滤波器)可以设置在开关节点52与端口20的端子之间以平均在开关节点52处的信号，以便在端口 20的输出处产生具有经降低电压的电压电平的功率输出。在一些示例中，当端口 18用作输出端口时，变换器单元14可以包括在端口 18的端子处的输出滤波器。换言之，滤波器(例如，电容器、LC滤波器、或者一些其它滤波器)的电感性元件可以设置在节点50与端口 18的端子之间，而滤波器的电容性元件可以设置在节点50和54之间，以平均在端口 18处的功率输出的经降低电压的电压电平。此外，当端口 18用作输出端口时，无论在端口 18处是否放置有滤波器，电感性元件都可以放置在端口 20处。
[0048]驱动器40和驱动器42是用于控制开关30和开关32的栅极驱动器。驱动器40耦合至开关30，从而使由驱动器40产生的输出信号可以使开关30于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换。驱动器42耦合至开关32，从而使由驱动器42产生的输出信号可以使开关32于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换。
[0049]虽然下面将对驱动器输入信号单元28进行更加详细地描述，但是一般而言，驱动器输入信号单元28被变换器单元14用于提供驱动强度信号和适当的驱动器信号，用于使驱动器40和42使开关30和开关32开通和/或关断，以便控制在开关节点52处的电流电平和/或电压电平。在一些示例中，驱动器输入信号单元28和驱动器40和/或驱动器42是变换器单元14的单个部件并且存在于相同的封装中、在相同的裸片上、或在变换器单元14的相同电气部件内。驱动器输入信号单元28可以包括驱动强度单元34、电平位移器单元36和死区时间控制单元38。驱动器输入信号单元28可以检测在半桥26处的电压电平(例如，在节点50与54之间的电位)并且经由链路16接收驱动器信号。驱动器输入信号单元28可以通过链路44B向驱动器40提供驱动强度信号(至少部分地基于在半桥26处的电压电平)。驱动器输入信号单元28可以通过链路46B向驱动器40以及通过链路48向驱动器42提供驱动强度信号(至少部分地基于通过链路16接收到的驱动器信号)。驱动器输入信号单元28经由链路44B和46B输出的信号可以使驱动器40使开关30于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换，而驱动器输入信号单元28经由链路48输出的信号可以使驱动器42使开关32于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换。
[0050]电平位移器单元36代表了驱动器输入信号单元28的一个可选部件或特征，其可以执行电平位移操作，以便在通过链路44B和46B向驱动器40发送来自驱动器输入信号单元28的驱动器控制信号之前，修改驱动器控制信号。换言之，电平位移器单元36可以被配置为，在向驱动器输出驱动器信号和/或驱动强度信号之前，对由驱动器输入信号单元28产生的驱动器信号和/或驱动强度信号进行电平位移。例如，电平位移器单元36可以经由链路46A接收驱动强度信号，该驱动强度信号具有相对于一个接地(例如，在节点54处)的电压电平，该接地不同于驱动器40使用的共模接地(common mode ground)或参考接地、并且由通常由驱动器40接收的信号所参考。在经由链路46B输出驱动强度信号之前，电平位移器单元36可以将驱动强度信号转换为与驱动器40使用的逻辑相一致的另一电压电平。相似地，电平位移器单元36可以经由链路44A接收具有与驱动器40接收的信号的电压电平不一致的电压电平的驱动器信号，并且在经由链路44B输出驱动器信号之前，电平位移器单元36可以将驱动器信号转换为与驱动器40使用的逻辑相一致的电压电平。
[0051]死区时间控制单元38可以控制与驱动器输入信号单元28经由链路44B和48输出驱动器信号的时间相关联的定时。在一些示例中，死区时间控制单元38可以被配置为使驱动器信号延迟传送至驱动器40和驱动器42，以防止驱动器40和驱动器42使开关30和开关32同时以在开通状态下运行，或者至少防止它们同时在状态之间转换，以便防止半桥26发生短路(例如，防止在半桥26处发生“直通(shoot-through)”条件)。换言之，死区时间控制单元38可以确保变换器单元14的部件的正确定时。例如，死区时间控制单元38可以将与驱动器40相关联的原本可以使开关30在开通状态下运行的驱动器信号延迟直到经过一个时间量，以允许驱动器42使开关32从在开通状态下运行转换至在关断状态下运行。
[0052]驱动强度单元34可以检测在半桥26处的电压电平(例如，在端口 18处的功率输入或功率输出的电压电平)，并且基于检测到的电压产生“驱动强度信号”，该信号供驱动器40用于调节开关30于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换所需的时间量。换言之，驱动强度单元34可以被配置为，至少部分地基于在半桥26处的电压来生成供驱动器40用于修改与开关30相关联的转换时间的驱动强度信号。当变换器单元14用作降低电压/降压变换器时，驱动强度单元34可以被配置为至少部分地基于在端口 18处的功率输入的电压电平来生成供驱动器40用于修改与开关30相关联的转换时间的驱动强度信号。当变换器单元14用作升高电压/升压变换器时，驱动强度单元34可以被配置为至少部分地基于在端口 18处的功率输出的经升高电压的电压电平来生成供驱动器40用于修改与开关30相关联的转换时间的驱动强度信号。
[0053]驱动强度信号可以影响供驱动器40在驱动开关30中使用的使开关30于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换的电流量。驱动器40可以使用更大的电流来驱动具有增大的驱动强度等级的开关30，并且可以使用更小的电流来驱动具有减小的驱动强度等级的开关30。驱动强度信号可以是在驱动器40使开关30 “开通”或“关断”时驱动器40通过链路46B接收到的改变开关30的转换时间的逻辑信号。驱动强度信号可以是线性信号、数字信号、模拟信号、或包括两种或多种分立电平或状态的一组数字或模拟信号。
[0054]通过根据基于在半桥26处的电压的电压强度来改变转换时间，当开关30开通时，当电流在开关节点52与耦合至端口 20的负载之间流动时、或者当电流在节点50与耦合至端口 18的负载之间流动时，变换器单元14可以在潜在的过冲条件发生之前或发生期间抑制跨过开关32的电压的量。
[0055]驱动器输入信号单元28可以基于在半桥26处的电压向驱动器40输出驱动强度信号，从而使驱动器40可以整形或控制驱动器40的转换强度。换一种说法，驱动器40可以使用从驱动器输入信号单元28输出的驱动强度信号来改变开关30于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换所需的时间量。通过整形开关30的转换时间，驱动器40可以精确控制开关30，以防止或处理潜在的或者正发生在半桥26处的电压过冲。换言之，基于在半桥26处的电压的驱动强度信号可以为变换器单元14提供限制或防止跨过半桥26的一个或多个开关30和32的电压达到潜在的破坏电平，并且确保半桥26的开关30和32根据开关30和32的各自的额定电压运行。
[0056]例如，驱动强度单元34可以确定在半桥26处的电压电平，并且可以基于该电压电平生成与开关30相关联的驱动强度信号。驱动强度单元34通过链路46A输出的驱动强度信号可以具有与在半桥26处检测到的电压电平接近成比例的特定逻辑电平。例如，如果在半桥26处的电压小于变换器单元14可以基于开关30和开关32的额定电压以及给定的降额准则(例如，80%)安全地在端口 18进行处理的最大电压，那么驱动强度单元34可以产生O电平或低电平的驱动强度信号。
[0057]替代地，如果在半桥26处检测到的电压接近或超过了变换器单元14可以根据开关30和开关32的额定电平以及特定的降额准则安全地进行处理的期望电压限度，那么驱动强度单元34可以产生大于O电平或高电平的驱动强度信号。换言之，如果在半桥26或开关节点52处的电压小于期望电压，那么驱动强度信号可以具有低值(例如，I);如果该电压等于或超过期望电压(例如，在半桥26处的电压电平发生变化的情况下)，那么驱动强度信号可以具有高值(例如，大于I)。
[0058]在一些示例中，如果30伏特的开关装置用作开关30和开关32并且变换器单元14满足80%的降额准则，那么在半桥26处的期望电压可以小于21伏特。在其它示例中，如果25伏特的开关装置用作高侧开关30和低侧开关32并且变换器单元14满足80%的降额准贝U，那么期望电压可以小于或等于20伏特。驱动强度单元34可以产生驱动强度信号，该驱动强度信号可以使驱动器40将与开关30相关联的转换时间增加或减少与检测到的电压接近呈比例的时间量。通过使用驱动强度信号，驱动器输入信号单元28和驱动器40可以使开关30具有随着检测到的电压增加而变慢的转换时间，以便抑制过冲。当在半桥26处检测到的电压指示跨过开关30和32的潜在电压电平可以保持在包括开关30和32的降额准则的额定电压的范围内时，驱动器输入信号单元28和驱动器40可以使开关30具有更快的转换时间。
[0059]驱动器输入信号单元28可以通过链路16接收(例如，来自控制器单元12的)驱动器信号(例如，PDM信号、PWM信号、PFM信号等)，用于控制开关30和开关32。死区时间控制单元38可以基于通过链路16接收到的驱动器信号来生成用于控制在链路44A处的开关30的驱动器信号，并且可以基于通过链路16接收到的驱动器信号来进一步生成用于控制在链路48处的开关32的驱动器信号。换言之，控制器单元12可以产生用于控制半桥26的驱动器信号，而死区时间控制单元38可以延迟至少部分地基于该驱动器信号的驱动器控制信号以控制变换器单元14的定时，从而在任何时候都只有其中一个开关30和32中在开通状态下运行。
[0060]驱动器42可以在链路48处接收由死区时间控制单元38生成的驱动器信号。驱动器42可以基于该驱动器信号来控制开关32，以使开关32在开通状态下运行或在关断状态下运行。驱动器40可以经由链路44B接收由死区时间控制单元38和电平位移器单元36生成的经电平移位的驱动器信号，并且经由链路46B接收由驱动强度单元34和电平位移器单元36生成的经电平移位的驱动强度信号。驱动器40接收到的驱动强度信号可以基于或者指示在半桥26处的电压电平。
[0061]基于接收到的驱动器信号和驱动强度信号，驱动器40可以控制开关30而驱动器42可以控制开关32，以便控制在开关节点52处的信号。驱动器40可以使开关30于在关断状态下运行与在开通状态下运行之间转换一个时间量，该时间量基于输入电压(例如，由驱动强度信号指示的输入电压)并且进一步基于在链路44B处的驱动器信号；而驱动器42可以使开关32基于接收到的驱动器信号于在关断状态下运行与在开通状态下运行之间转换。这样，在针对施加在半桥26处的运行电压的大范围内保持高效额定的同时，当变换器14为耦合至端口 18或端口 20的负载提供电力时，驱动器40和驱动器42可以防止即将发生在半桥26处的过电压情况或者处理实际发生在半桥26处(例如，跨过一个或多个开关30和32)的过电压条件。
[0062]图4是图示了图3所示的变换器单元14的驱动器40的更详细视图的电路图。下面将结合图3的变换器单元14、图1的系统1、和图2的功率变换器6对图4进行描述。图4图示了驱动器40的仅一个示例，而驱动器40的其它示例将在下文中关于其它附图进行描述。
[0063]图4的驱动器40包括驱动器输出信号单元60、关断单元64、和开通单元62。驱动器40的驱动器输出信号单元60耦合至链路44B和46B，用于接收来自驱动器输入信号单元28的驱动器信号和驱动强度信号。驱动器40在节点68处耦合至开关30。驱动器40的驱动器输出信号单元60可以使驱动器40通过链路76输出从开通单元62和/或关断单元64传送来的使开关30 “开通”或“关断”的电流。基于从驱动器输入信号单元28接收到的驱动器信号和驱动强度信号，驱动器输出信号单元60可以通过链路72提供指令或信号以控制开通单元62和关断单元64。驱动器输出信号单元60可以通过链路72发送指令或信号，以使开通单元62将在节点68处的电压电平拉高至在节点66处的电压电平(例如，VCC)；或者禁用开通单元62并且激活关断单元64，以将在节点68处的电压电平拉低至在节点70处的电压电平(例如，VEE)。
[0064]出于图示之目的，下面假设开关30是NMOS开关装置来对驱动器40的技术和电路进行描述。然而应明白，如果开关30是PMOS开关装置，那么驱动器40可以使用相似的电路系统和技术来驱动开关30。在开关30是PMOS开关装置的情况下，至VCC的连接和VEE的连接是相反的。换言之，当开关30是PMOS开关装置时，驱动器输出信号单元60可以通过链路72发送指令或信号，以使开通单元62将在节点68处的电压电平拉低至在节点66处的电压电平(例如，VEE);或者禁用开通单元62并且激活关断单元64，以将在节点68处的电压电平拉高至在节点70处的电压电平(例如，VCC)。
[0065]开通单元62和关断单元64可以是任何一种或多种可变电压源、可变电流源、可变电阻器、开关装置、运算放大器、或者可以根据本文所描述的技术和电路系统由驱动器40控制以提供在节点68处的可变电平输出电压和/或经过链路76的可变电流电平的其它电路或电子部件的组合。开通单元62和关断单元64可以是单独的电路或电子部件，也可以是图4的驱动器40的单个电路或电子部件。例如，开通单元62和关断单元64可以是可变电阻器兀件。
[0066]驱动器输出信号单元60可以通过链路72发送指令，以单独控制开通单元62和关断单元64的内部电阻，从而影响晶体管30的栅极的充电速度。开通单元62和关断单元64可以是可变电压源和/或可变电流源，并且驱动器输出信号单元60可以通过链路72发送指令，以单独控制开通单元62和关断单元64中的一个跨过链路76提供的电流量和/或电压量。开通单元62和关断单元64可以是由开关装置或晶体管组成的装置，并且驱动器输出信号单元60可以通过链路72发送指令，以单独开通或关断单独的开关装置或晶体管，以便控制开通单元62和关断单元64中的一个跨过链路76提供的电流量和/或电压量，并且/或者控制在节点66 (例如，VCC)与节点68与节点70 (例如，VEE)之间的电阻。在一些示例中，开通单元62和关断单元64的功能可以由被配置为充当电压和/或电流图形发生器(shape generator)的运算放大器来执行。驱动器输出信号单元60可以通过链路72向电压和/或电流图形发生器发送指令(例如，特定电压和/或电流电平下的信号)。响应于通过链路72接收到的信号或指令，运算放大器可以使在节点68处的电压和在链路76处输出的电流量发生变化。
[0067]图4的驱动器40可以经由链路46B接收由驱动器输入信号单元28基于在半桥26处的电压生成的驱动强度信号。除了驱动强度信号以外，驱动器40还可以经由链路44B接收，由驱动器输入信号单元28基于并且响应于经由链路16接收到的驱动器信号(例如，PDM、PWM、PFM等)而输出的驱动器信号。基于经由链路44B接收到的驱动器信号的逻辑电平，驱动器输出信号单元60可以使开关30在开通状态下或在关断状态下运行。为了使开关30在开通状态下运行，驱动器输出信号单元60可以通过链路72发送指令，以禁用开通单元62并且激活关断单元64，以将在节点68处的电压电平拉至在节点66处的电压电平(例如，VCC)。为了使开关30在关断状态下运行，驱动器输出信号单元60可以通过链路72发送指令，以禁用开通单元62并且激活关断单元64，以将在节点68处的电压电平拉至在节点70处的电压电平(例如，VEE)。
[0068]通过使用通过链路46B接收到的驱动强度信号，驱动器输出信号单元60可以随着开通和关断的转换时间主动地改变开通单元62或关断单元64的可变电阻、电流或电压，以更好地整形开关30的转换。例如，驱动器输出信号单元60可以随着开通和关断的转换时间使开通单元62或关断单元64的可变电阻、电流或电压变化，以便更好地控制在节点68处的电压和/或在链路76处的电流。通过精确控制或整形在节点68处的电压和到达开关30的电流量，驱动器40可以控制开关30的转换时间。换言之，驱动器40可以基于在半桥26处的电压来控制开关30于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换所需的时间量。通过整形在节点68处的电压和在链路76处的电流电平，驱动器40可以防止可能会在开关30和开关32处发生的过冲条件。
[0069]图5是图示了根据本发明的一个或多个方面的示例功率变换器的示例操作的流程图。下面将结合图3的变换器单元14、图1的系统I和图2的功率变换器6对图5进行描述。
[0070]功率变换器6可以检测在半桥处的电压(100)，该半桥包括在开关节点处耦合至第二开关的第一开关。例如，当变换器单元14用作在端口 20处具有滤波器的降低电压/降压变换器时，电源2可以在系统I的链路8处施加功率变换器6作为在变换器单元14的端口 18处的功率输入而接收的功率；或者，当变换器单元14用作在端口 18处具有滤波器并且在端口 20处具有电感性元件的升高电压/升压变换器时，电源2可以在系统I的链路8处施加功率变换器6作为在变换器单元14的端口 20处的功率输入而接收的功率。驱动器输入信号单元28的驱动强度单元34可以检测在半桥26处的电压电平并且基于在半桥处的电压电平在链路46A处生成驱动强度信号。
[0071]功率变换器6可以接收用于控制第一开关和第二开关的驱动器信号(110)。例如，功率变换器6的控制器单元12可以向链路16施加PDM、PWM, PFM或其它适合的驱动器信号，该链路16可供变换器单元14用于提供具有经降低电压的电压电平或经升高电压的电压电平的功率输出。驱动器输入信号单元28可以接收驱动器信号，并且可以基于PDM、PWM、PFM或其它合适的驱动信号在链路44B和48处产生驱动器信号，以供驱动器40和驱动器42用于分别控制开关30和开关32。换言之，控制器单元12可以向变换器单元14提供驱动器信号，以使变换器单元14将来自电源2的功率输入的电压电平降低或升高到用于装置4的功率输出的特定电压电平。
[0072]通过使第一开关于在第一开关的开通状态下运行与在第一开关的关断状态下运行之间转换，功率变换器6可以至少部分地基于驱动器信号和在半桥处的电压来控制半桥的第一开关(120)。例如，驱动器40可以接收由驱动强度单元34在链路46B处提供的并且至少部分地基于在半桥26处的电压的驱动强度信号。此外，驱动器40可以在链路44B处接收由驱动器输入信号单元28基于通过链路16接收到的驱动器信号而产生的经电平位移的和/或经死区时间延迟的驱动器信号。驱动器40可以使开关30至少部分地基于通过链路44B接收到的驱动器信号和通过链路46B接收到的指示在半桥26处的电压的驱动强度信号，于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换。当驱动器信号指示应该开通开关30时，驱动器40可以使开关30从关断状态转换至开通状态；而当驱动器信号指示应该关断开关30时，驱动器40可以使开关30从开通状态转换至关断状态。驱动器40可以使开关30经过与驱动强度信号所指示的驱动强度相对应的时间量，转换至开通状态或关断状态。换一种说法，为了不使开关30马上开通或关断，驱动器40可以基于在半桥26处的电压来调节开关30的转换时间。
[0073]在一些示例中，由功率变换器6执行的操作可以进一步包括:至少部分地基于在半桥26处的电压(例如，在降低电压/降压变换器情况下的功率输入的电压电平，或者在升高电压/升压变换器情况下的功率输出的电压电平)，修改供第一开关于在开关开通状态下运行与在开关关断状态下运行之间转换所需的时间量。例如，驱动器40可以基于通过链路46B接收到的驱动强度信号向开关30输出更小的电流量或更小的电压，以增加开关30于在关断状态下运行与在开通状态下运行之间转换所需的时间量，以增加转换时间。换言之，驱动器40可以基于在半桥26处的电压所指示的跨过开关的潜在过冲电压来减慢开关30的转换时间。相反地，驱动器40可以基于通过链路46B接收到的驱动强度信号，向开关30输出更大的电流量或更大的电压，以减少开关30于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换所需的时间量，以使得转换时间减少。换言之，如可能由在半桥26处的电压所指示的，当不太可能跨过开关产生过冲电压时，驱动器40可以加快开关30的转换时间。
[0074]在一些示例中，由功率变换器6执行的操作可以进一步包括:通过确定在半桥处的电压来检测跨过开关发生过冲条件的可能性，并且基于在半桥处检测到的发生过冲条件的可能性来增加时间量。例如，驱动强度单元34可以将在半桥26处的电压与期望电压电平进行比较。如果在半桥26处的电压超过了期望电压电平至少一个阈值，那么驱动强度单元34可以确定正在发生或者将要发生过冲条件。例如，如果期望电压是12V而在半桥26处测得的电压超过了 20V，那么驱动强度单元34可以确定在半桥26处正在发生或者将要发生过冲条件并且可以减小向驱动器40提供的驱动强度，从而增加开关30的转换时间并且进一步降低功率变换器6的效率。
[0075]在一些示例中，由功率变换器6执行的操作可以进一步包括:通过确定在半桥处的电压检测在开关上发生过冲条件的可能性的更小风险，并且基于在半桥处检测到的过冲条件的可能性的更小风险减少时间量。例如，驱动强度单元30可以将在半桥26处的电压与期望电压电平进行比较。如果在半桥26处的电压没有超过期望电压电平至少一个阈值，那么驱动强度单元34可以确定在半桥26处没有发生或者不太可能会发生过冲条件。例如，如果期望电压是12V而在半桥26处测得的电压接近15V，那么驱动强度单元34可以确定在半桥26处没有发生或者不太可能会发生过冲条件，并且可以增加向驱动器40提供的驱动强度，从而减少开关30的转换时间并且进一步提高功率变换器6的效率。例如，如果期望电压是12V而在半桥26处测得的电压超过了 20V，那么驱动强度单元34可以确定在半桥26处正在发生或者将要发生过冲条件并且可以减小向驱动器40提供的驱动强度，从而增加开关30的转换时间并且进一步降低功率变换器6的效率。
[0076]图6和图7是图示了图3的变换器单元14的额外部件的电路图。下面将结合图3的变换器单元14、图1的系统1、和图2的功率变换器6对图6和图7进行描述。图6和图7图示了示例降低电压/降压变换器，其用于基于在节点50和54处接收到的具有更高DC电压电平，在端口 20处输出具有经降低电压的DC或AC电压电平的功率。
[0077]在图6的示例中，半桥26包括作为开关32 (例如，半桥26的低侧开关)的二极管，以便图示可以被变换器单元14使用的开关30和开关32的组合和布置以及半桥的许多示例。此外，图6进一步图示了 LC输出滤波器200，其耦合至开关节点52并且串联设置在开关节点52与输出端口 20之间，以产生流过耦合至端口 20的负载的正负载电流。驱动器40可以经由链路46B和44B接收来自驱动器输入信号单元28的驱动强度信号和驱动器信号，用于在负载电流流过在端口 20处的负载时控制高侧开关(例如，开关30)从关断状态转换至开通状态(或者从开通状态转换为关断状态)的时间和所需时间量，以便防止在低侧开关(例如，开关32)处可能发生或正发生的过冲。
[0078]在图7所示的示例中，半桥26包括作为开关30 (例如，半桥26的高侧开关)的二极管，以便图示可以为变换器单元14使用的开关30和开关32的组合和布置以及半桥的许多示例。与图6 —样，图7进一步图示了耦合至开关节点52并且串联设置在开关节点52与输出端口 20之间的LC输出滤波器200，以及流过耦合至端口 20的负载的负载电流。在图7的示例中的开关30是二极管，而且驱动器40耦合至像半桥的高侧开关一样图示的开关32 (例如，半桥36的低侧开关)，驱动器40可以经由链路46B和44B接收来自驱动器输入信号单元28的驱动强度信号和驱动器信号，用于根据本文所描述的技术控制半桥的低侧开关。驱动器40可以接收驱动器信号，驱动器40使用该驱动器信号在正负载电流流过负载时控制低侧开关(例如，开关32)从关断状态转换为开通状态的时间和所需时间量，以防止可能发生的过冲或者处理可能发生或正发生在高侧开关(例如，开关30)处的实际的过冲。
[0079]图8是图示了图3所示的变换器单元14的额外部件的电路图。下面将结合图3的变换器单元14、图1的系统I和图2的功率变换器6对图8进行描述。图8是图示了用于在端口 18处输出经升高电压/升压的DC电压的示例升高电压/升压变换器，在该示例中的端口 18充当耦合至节点50和54的输出端口，以便基于在端口 20处接收到的功率输入的更小的AC或DC电压电平来提供具有经升高电压的电压电平的功率输出。在这种情况下，端口 20是耦合至开关节点52的输入端口。
[0080]在图8的示例中，半桥26包括串联设置在端口 20的其中一个端子与开关节点52之间的电感器210，半桥26还包括并联设置在端口 18的端子之间的电容器212。此外，图8进一步图示了与驱动器40相似配置的驱动器42，用于接收用于控制开关32于在开通状态下运行与在关断状态下运行之间转换所需的转换时间的驱动强度信号。驱动器42可以经由链路46C接收基于驱动器输入信号单元28在节点50和54处检测到的在半桥26处的电压的驱动强度信号。驱动器42可以控制开关32，并且可以耦合至开关32并且被配置为，使开关32基于通过链路48接收到的驱动器信号和通过链路46C接收到的指示在半桥26处的电压的驱动强度信号，于在开关32开通状态下运行与在开关32关断状态下运行之间转换。驱动器40和驱动器42可以基于在半桥26处的电压控制高侧开关(例如，开关30)和低侧开关(例如，开关32)两者从关断状态转换为开通状态以及从开通状态转换为关断状态的时间量，以防止可能发生或正发生在低侧开关(例如，开关32)或者高侧开关(例如，开关30)处的过冲。
[0081]图9A至图9B是图示了耦合至图3所示的示例变换器单元的半桥的开关节点的负载222的示例的电路图。下面将结合图1的系统I和图2的功率变换器6对图9A至图9C进行描述。
[0082]图9A示出了具有两个驱动器的系统220A，一个驱动器用于控制高侧开关而第二个驱动器用于控制低侧开关，高侧开关和低侧开关在半桥的开关节点处耦合在一起。图9A进一步示出了耦合至半桥的开关节点的负载222。电流可以在负载222与系统220A的开关节点之间流动。根据本文所描述的技术和电路，当电流在系统220A的开关节点与负载222之间流动时，系统220A的每一个驱动器可以基于在系统220A的半桥处的电压来控制系统220A的闻侧开关和系统220A的低侧开关两者从关断状态转换为开通状态和从开通状态转换为关断状态的时间量，以防止可能发生在系统220A的低侧开关或系统220A的高侧开关处的过冲。
[0083]图9B示出了包括耦合至负载222的h桥的系统220B。系统220B的h桥由两个半桥电路组成，该两个半桥电路在其各自的开关节点处耦合至负载222。换言之，系统220B的h桥包括:第一驱动器和第二驱动器，分别用于控制在第一半桥的第一开关节点处耦合至第二开关的第一开关；以及第三和第四驱动器，用于控制在第二半桥的第二开关节点处耦合至第四开关的第三开关。系统220B的h桥的第一开关节点和第二开关节点形成输出端口。输出端口的第一端口对应第一开关节点，而输出端口的第二端子对应第二开关节点。负载222在输出端口的第一端子和第二端子处耦合至第一半桥的第一开关节点和第二半桥的第二开关节点。电流可以在负载222与系统220B的第一开关节点之间流动，并且可以进一步在负载222与系统220B的第二开关节点之间流动。
[0084]根据本文所描述的技术和电路，当电流在系统220B的第一开关节点与负载222之间流动时，系统220B的第一半桥的驱动器可以基于在系统220B的第一半桥处的电压来控制系统220B的第一开关和系统220B的第二开关两者从关断状态转换为开通状态和从开通状态转换为关断状态的时间量，以防止可能发生在系统220B的第一开关或者系统220B的第二开关处的过冲。作为替代方案或者附加地，根据本文所描述的技术和电路，当电流在系统220B的第二开关节点与负载222之间流动时，系统220B的第二半桥的驱动器可以基于在系统220B的第二半桥处的电压来控制系统220B的第三开关和系统220B的第四开关两者从关断状态转换为开通状态和从开通状态转换为关断状态的时间量，以防止可能发生在系统220B的第三开关或者系统220B的第四开关处的过冲。
[0085]图9C至图9E是图示了图9A和图9B所示的负载222的示例的电路图。下面将结合图9A所示的系统220A对图9C至图9E中的每一幅图进行描述。图9C至图9E仅代表负载222的一些示例，还可以存在负载222的许多其它示例。例如，负载222的示例至少包括关于图1的系统I所描述的装置4的全部示例。此外，负载222可以进一步包含未在图中示出的滤波元件(例如，电感器、电容器等)。
[0086]图9C图示了负载222，作为耦合至具有耦合至系统220A的开关节点的初级侧绕组的变压器的次级侧绕组的负载。在系统220A的驱动器根据本文所描述的技术运行以控制在系统220A的开关节点处的信号时，变压器的初级侧绕组可以接收交流电压和电流，以便为在变压器的次级侧绕组处的负载提供电力。例如，当电流在系统220A的开关节点与负载222之间流动时，系统220A的驱动器可以基于在系统220A的半桥处的电压来控制系统220A的高侧开关和系统220A的低侧开关从关断状态转换为开通状态和从开通状态转换为关断状态的时间量，以防止在系统220A的低侧开关或系统220A的高侧开关处可能发生的过冲。
[0087]图9D图示了用作耦合至系统220A的开关节点的电机的负载222。在系统220A的驱动器根据本文所描述的技术运行以调制在系统220A的开关节点处的信号以便控制电机时，该电机可以接收电流。例如，当电流在系统220A的开关节点与负载222之间流动时，系统220A的驱动器可以基于在系统220A的半桥处的电压来控制系统220A的高侧开关和系统220A的低侧开关从关断状态转换为开通状态以及从开通状态转换为关断状态的时间量，以防止在系统220A的低侧开关或系统220A的高侧开关处可能发生的过冲。
[0088]图9E图示了用作耦合至系统220A的开关节点的扬声器的负载222。当系统220A的驱动器根据本文所描述的技术运行以调制在系统220A的开关节点处的信号以控制扬声器时，该扬声器可以接收电流。例如，当电流在系统220A的开关节点与负载222之间流动时，系统220A的驱动器可以基于在系统220A的半桥处的电压来控制系统220A的高侧开关和系统220A的低侧开关两者从关断状态转换为开通状态以及从开通状态转换为关断状态的时间量，以防止在系统220A的低侧开关或系统220A的高侧开关处可能发生的过冲。
[0089]图10是图示了图3所示的示例变换器单元的示例操作的一系列定时图。下面将结合图1的系统1、图2的功率变换器6、图3的变换器单元14和图4的驱动器40对图10进行描述。
[0090]图10示出了四个曲线图:曲线图300、曲线图310和曲线图320。曲线图300对应于，在驱动器40接收基于变换器14从控制器单元12接收到的驱动器信号的驱动器信号时，在图4中的链路44B处的电压。曲线图300示出了驱动器信号，作为随时间的接收的单个脉冲，并且指示来自控制单元12的以使驱动器40使开关30从开关30的关断状态转换为开通状态的指令。
[0091]曲线图310示出了在驱动器40的节点68与图4的开关30之间的链路76处的随时间的电流。曲线图310示出驱动器40可以使得跨过链路76的用于驱动开关30的电流的波形被根据用作一个或多个理想电流源的驱动器40整形。曲线图320示出了在图4的驱动器40的节点68 (例如，开关30的栅极)处的随时间的栅极电压的替代示例。
[0092]在一些示例中，由功率变换器6执行的操作可以进一步包括:使第一开关在开通状态下运行第一时间量，并且使第一开关在关断状态下运行第二时间量。第一和第二时间量可以基于第一与第二时间量之比，该比值由驱动器信号限定。例如，由控制器单元12提供的驱动器信号可以基于用于使开关30和开关32在开关节点52处循环，以产生PDM、PWM、PFM或其它调制信号的调制技术。驱动器信号可以处在一个逻辑电平下一定时间量，以使驱动器40使开关30关于该时间量转换为开通状态。驱动器信号可以处在不同逻辑电平下不同时间量，以使驱动器40使开关30关于不同时间量转换为关断状态。在一些示例中，驱动器40使开关40保持开通和关断的时间量，由通过链路16接收到的驱动器信号所指示的比值来限定。驱动器42相似地可以使开关32在开关32的开通状态与开关32的关断状态之间循环；然而，当开关32循环至开通状态时，驱动器40可以使开关30循环至关断状态；反之亦然。
[0093]在一些示例中，由功率变换器6执行的操作可以进一步包括:通过至少使第二开关于在第二开关开通状态下运行与在第二开关关断状态下运行之间转换，至少部分地基于驱动器信号和在半桥处的电压来控制半桥的第二开关。例如，在驱动器40正使开关30至少部分地基于在半桥26处的电压和通过链路16接收到的驱动器信号在开关30的开通状态与开关30的关断状态之间循环时，驱动器42可以也使开关32至少部分地基于通过链路16接收到的驱动器信号，在一些不例中也基于驱动器输入信号单兀28基于在半桥26处的电压而获得的驱动强度信号，来在关断状态与开通状态之间循环。在一些示例中，死区时间控制单元38可以确保变换器14的正确定时，以确保驱动器40和42不会同时接收相同逻辑电平驱动器信号，以防止开关30和32均在开通状态下运行。
[0094]在一些示例中，功率变换器包括:半桥，该半桥包括耦合至开关节点处的第二开关的第一开关；以及用于控制第一开关的驱动器，其中该驱动器耦合至第一开关，并且被配置为使第一开关至少部分地基于驱动器信号和在半桥处的电压于在第一开关开通状态下运行与在第一开关关断状态下运行之间转换。在一些示例中，功率变换器包括降压变换器，以及其中在半桥处的电压包括半桥的输入电压。在一些示例中，功率变换器包括升压变换器，以及其中在半桥处的电压包括半桥的输出电压。
[0095]在一些示例中，功率变换器的驱动器进一步被配置为修改第一开关于在开关关断状态下运行与在开关开通状态下运行之间转换所需的时间量，其中该时间量至少部分地基于在半桥处的电压。在一些示例中，功率变换器的驱动器进一步被配置为，如果在半桥处的电压超过了至少一个阈值，那么增加该时间量。在一些示例中，功率变换器的驱动器进一步被配置为，如果在半桥处的电压没有超过阈值，那么减少该时间量。在一些示例中，功率变换器的驱动器进一步被配置为，响应于在半桥处的电压变化，至少部分地基于在半桥处的电压修改该时间量。在一些不例中，功率变换器的驱动器进一步被配置为使第一开关在开通状态下运行第一时间量，其中该驱动器进一步被配置为使第一开关在关断状态下运行第二时间量，以及其中该第一时间量与第二时间量基于第一时间量与第二时间量之间的比值，该比值由驱动器信号限定。
[0096]在一些示例中，功率变换器的第一开关是半桥的高侧开关，而第二开关是半桥的低侧开关。在一些示例中，功率变换器的第一开关是开关晶体管，而第二开关是二极管。在一些示例中，功率变换器的驱动器信号包括脉冲密度调制信号、脉冲宽度调制信号、和脉冲频率调制信号中的至少一个。
[0097]在一些示例中，功率变换器的驱动器是第一驱动器，并且该功率变换器进一步包括用于控制第二开关的第二驱动器，其中第二驱动器耦合至第二开关并且被配置为基于驱动器信号和在半桥处的电压使第二开关于在第二开关开通状态下运行与在第二开关关断状态下运行之间转换。在一些示例中，功率变换器的半桥是第一半桥，并且该功率变换器进一步包括:用于连接负载的输出端口 ；以及h桥，该h桥包括在输出端口处耦合至第二半桥的第一半桥，其中该第二半桥包括在第二开关节点处耦合至第四开关的第三开关，其中输出端口的第一端子耦合至第一开关节点，而输出端口的第二端子耦合至第二开关节点。
[0098]在一些示例中，一种方法包括:检测在功率变换器的半桥处的电压，其中该半桥包括在开关节点处耦合至第二开关的第一开关；接收用于控制第一开关和第二开关的驱动器信号；以及至少部分地基于驱动器信号和在半桥处的电压控制半桥的第一开关，其中控制第一开关包括使第一开关于在第一开关开通状态下运行与在第一开关关断状态下运行之间转换。在一些不例中，该方法进一步包括，至少部分地基于在半桥处的电压修改第一开关于在开关开通状态下运行与在开关关断状态下运行之间转换所需的时间量。
[0099]在一些示例中，该方法进一步包括:将电压与至少一个阈值进行比较；以及如果在半桥处的电压超过了该至少一个阈值，那么增加第一开关于在开关关断状态下运行与在开关开通状态下运行之间转换所需的时间量。在一些示例中，该方法进一步包括:将电压与阈值进行比较；以及如果在半桥处的电压没有超过阈值，那么减小第一开关于在开关关断状态下运行与在开关开通状态下运行之间转换所需的时间量。
[0100]在一些示例中，该方法进一步包括:使第一开关在开通状态下运行第一时间量；以及使第一开关在关断状态下运行第二时间量，其中该第一时间量与第二时间量基于在第一时间量与第二时间量之间的比值，该比值由驱动器信号限定。
[0101]在一些示例中，该方法进一步包括，至少部分地基于驱动器信号和在半桥处的电压控制半桥的第二开关，其中控制第二开关包括使第二开关于在第二开关开通状态下运行与在第二开关关断状态下运行之间转换。
[0102]在一些示例中，一种功率变换器包括:用于检测在功率变换器的半桥处的电压的装置，其中该半桥包括在开关节点处耦合至第二开关的第一开关；用于接收用于控制第一开关和第二开关的驱动器信号的装置；以及用于至少部分地基于驱动器信号和在半桥处的电压控制半桥的第一开关的装置，其中用于控制第一开关的装置包括使第一开关于在第一开关开通状态下运行与在第一开关关断状态下运行之间转换的装置。
[0103]本公开的技术可以在各种各样的装置或设备中实施，这些装置或设备包括集成电路(IC)或IC组(例如，芯片集)。在本公开中描述各种部件、模块、或单元，以强调被配置为执行所公开的技术的装置的功能方面，并不一定要求通过不同的硬件单元来实现。而是，如上所描述的，各种单元可以在硬件单元中组合或者通过可交互操作的硬件单元集合结合合适的软件和/或固件提供，这类硬件单元包括如上所描述的一个或多个处理器。
[0104]上面已经描述了各种示例。这些示例和其它示例均落入下面权利要求书的范围内。
【权利要求】
1.一种功率变换器，包括: 半桥，包括在开关节点处耦合至的第二开关的第一开关；以及 驱动器，用于控制所述第一开关，其中所述驱动器耦合至所述第一开关，并且被配置为至少部分地基于驱动器信号和在所述半桥处的电压使所述第一开关于在所述第一开关的开通状态下运行与在所述第一开关的关断状态下运行之间进行转换。
2.如权利要求1所述的功率变换器，其中所述功率变换器包括降压变换器，并且其中在所述半桥处的所述电压包括所述半桥的输入电压。
3.如权利要求1所述的功率变换器，其中所述功率变换器包括升压变换器，并且其中在所述半桥处的所述电压包括所述半桥的输出电压。
4.如权利要求1所述的功率变换器，其中所述驱动器进一步被配置为修改所述第一开关的在所述开关的所述关断状态下运行与在所述开关的所述开通状态下运行之间进行转换用的时间量，其中所述时间量至少部分地基于在所述半桥处的所述电压。
5.如权利要求4所述的功率变换器，其中所述驱动器进一步被配置为如果在所述半桥处的所述电压超过至少一个阈值，则将所述时间量增加。
6.如权利要求4所述的功率变换器，其中所述驱动器进一步被配置为如果在所述半桥处的所述电压不超过阈值，则将所述时间量减少。
7.如权利要求4所述的功率变换器，其中所述驱动器进一步被配置为响应于在所述半桥处的所述电压的变化而至少部分地基于在所述半桥处的所述电压来修改所述时间量。
8.如权利要求4所述的功率变换器，其中所述驱动器进一步被配置为使所述第一开关在所述开通状态下运行第一时间量，其中所述驱动器进一步被配置为使所述第一开关在所述关断状态下运行第二时间量，并且其中所述第一时间量与所述第二时间量基于所述第一时间量与所述第二时间量之间的比值，所述比值由所述驱动器信号限定。
9.如权利要求1所述的功率变换器，其中所述第一开关是所述半桥的高侧开关，而所述第二开关是所述半桥的低侧开关。
10.如权利要求1所述的功率变换器，其中所述第一开关是开关晶体管，而所述第二开关是二极管。
11.如权利要求1所述的功率变换器，所述驱动器信号包括脉冲密度调制信号、脉冲宽度调制信号和脉冲频率调制信号中的至少一种。
12.如权利要求1所述的功率变换器，其中所述驱动器是第一驱动器，所述功率变换器进一步包括: 用于控制所述第二开关的第二驱动器，其中所述第二驱动器耦合至所述第二开关并且被配置为基于所述驱动器信号和在所述半桥处的所述电压使所述第二开关于在所述第二开关的开通状态下运行与在所述第二开关的关断状态下运行之间进行转换。
13.如权利要求1所述的功率变换器，其中所述半桥是第一半桥，所述功率变换器进一步包括: 用于连接负载的输出端口 ；以及 h桥，包括在所述输出端口处耦合至第二半桥的所述第一半桥，其中所述第二半桥包括在第二开关节点处耦合至第四开关的第三开关，其中所述输出端口的第一端子耦合至所述第一开关节点，而所述输出端口的第二端子耦合至所述第二开关节点。
14.一种方法,包括: 检测在功率变换器的半桥处的电压，其中所述半桥包括在开关节点处耦合至第二开关的第一开关； 接收用于控制所述第一开关和所述第二开关的驱动器信号；以及 至少部分地基于所述驱动器信号和在所述半桥处的所述电压来控制所述半桥的所述第一开关，其中控制所述第一开关包括使所述第一开关于在所述第一开关的开通状态下运行与在所述第一开关的关断状态下运行之间进行转换。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括: 至少部分地基于在所述半桥处的所述电压来修改所述第一开关的于在所述开关的所述关断状态下运行与在所述开关的所述开通状态下运行之间进行转换用的时间量。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括: 将所述电压与至少一个阈值进行比较；以及 如果在所述半桥处的所述电压超过至少一个所述阈值，那么将所述第一开关的于在所述开关的所述关断状态下运行与在所述开关的所述开通状态下运行之间进行转换用的所述时间量增加。
17.如权利要求15所述的方法，进一步包括: 将所述电压与阈值进行比较；以及 如果在所述半桥处的所述电压不超过所述阈值，那么将所述第一开关的于在所述开关的所述关断状态下运行与在所述开关的所述开通状态下运行之间进行转换用的所述时间量减少。
18.如权利要求14所述的方法，进一步包括: 使所述第一开关在所述开通状态下运行第一时间量；以及 使所述第一开关在所述关断状态下运行第二时间量，其中所述第一时间量和所述第二时间量基于所述第一时间量与所述第二时间量之间的比值，所述比值由所述驱动器信号定义。
19.如权利要求14所述的方法，进一步包括: 至少部分地基于所述驱动器信号和在所述半桥处的所述电压来控制所述半桥的所述第二开关，其中控制所述第二开关包括使所述第二开关于在所述第二开关的开通状态下运行与在所述第二开关的关断状态下运行之间进行转换。
20.—种功率变换器，包括: 用于检测在所述功率变换器的半桥处的电压的装置，其中所述半桥包括在开关节点处耦合至第二开关的第一开关； 用于接收用于控制所述第一开关和所述第二开关的驱动器信号的装置；以及 用于至少部分地基于所述驱动器信号和在所述半桥处的所述电压来控制所述半桥的所述第一开关的装置，其中用于控制所述第一开关的所述装置包括用于使所述第一开关于在所述第一开关的开通状态下运行与在所述第一开关的关断状态下运行之间转换的装置。
【文档编号】H02M1/08GK104518647SQ201410521474
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2013年10月2日
【发明者】K·诺林 申请人:英飞凌科技奥地利有限公司