绝缘单极性晶体管栅极驱动器的制造方法
【专利说明】绝缘单极性晶体管栅极驱动器
[0001]发明背景1.发明领域
[0002]本文所述的至少一些实施例大体上涉及高速绝缘晶体管栅极驱动器，且更具体地涉及在这些应用中的两个绝缘电路之间的电子脉冲的耦合。
[0003]2.相关技术的讨论
[0004]在不同的应用中，在离线电路中或者类似的高电压电路中使高侧开关绝缘可以是有利的。例如，普通的绝缘晶体管栅极驱动电路包括在栅极驱动电路的输入端和栅极驱动电路的输出端之间提供电绝缘的变压器。变压器的初级绕组被耦合到电路的输入侧以及变压器的次级绕组被耦合到电路的输出侧以提供在输入端和输出端之间的绝缘。一个或多个额外的初级绕组和次级绕组可被包括在变压器中并且可以驱动许多额外的输出侧的开关电路。
[0005]发明概述
[0006]本发明的至少一个方面针对晶体管栅极驱动器。晶体管栅极驱动器包含:被配置为耦合到DC电压源的第一输入端;被配置为接收控制信号的第二输入端;被配置为耦合到接地连接部的第三输入端;具有初级绕组和至少一个次级绕组的变压器，该初级绕组具有第一端和第二端;第一开关，其具有控制输入端并被配置为将第一输入端耦合到初级绕组的第一端以响应接收到具有第一电平的控制信号，以及从初级绕组的第一端去耦合第一输入端以响应接收到具有第二电平的控制信号；第二开关，其具有控制输入端并被配置为将初级绕组的第二侧耦合到第三输入端以响应接收到具有第一电平的控制信号，以及从第三输入端去耦合初级绕组的第二侧以响应接收到具有第二电平的控制信号；第一二极管，其被耦合在第一开关和初级绕组的第一端之间并且还被耦合到第三输入端；以及第二二极管，其被耦合到第一输入端并且还被耦合在第二开关和初级绕组的第二端之间。
[0007]根据一个实施例，第一二极管和第二二极管被配置为提供用于初级绕组的重置的通路。在另外的实施例中，第一开关包括被耦合到第二输入端的控制引脚、被耦合到第一输入端的集电极以及被耦合在第一二极管和变压器的初级绕组之间的发射极。在还有的另外的实施例中，第二开关是具有被耦合在初级绕组和第二二极管之间的漏极和被耦合到第三输入端的源极的M0SFET。
[0008]根据另外的实施例中，初级绕组和次级绕组具有相同的极性。在该实施例中，晶体管栅极驱动器还包含至少一个次级电路，该至少一个次级电路被耦合到变压器的至少一个次级绕组并且具有被配置为基于控制信号的电平来驱动晶体管的控制引脚的输出端。另外，至少一个次级电路可包含关断开关和接通二极管，其中关断开关和接通二极管被并联地与变压器的至少一个次级绕组耦合，并且其中在接通二极管和关断开关之间的连接点被耦合到至少一个次级电路的输出端。此外，至少一个次级电路可包含被耦合在至少一个次级电路的输出端和输出接地连接部之间的下拉式电阻。
[0009]在另外的实施例中，pmi控制器可被耦合到第一开关和第二开关，以及HVM控制器可被配置为产生控制信号。在该实施例中，PWM控制器可被配置为产生具有50%的占空比或者更少占空比的控制信号。另外，占空比可以是基于被提供给PWM控制器的输入信号的可变占空比。
[0010]本发明的另一个方面是针对运行晶体管栅极驱动电路的方法。该方法包含:在晶体管栅极驱动电路的第一输入端处接收DC输入电压;在接通模式下，在晶体管栅极驱动电路的第二输入端处接收控制信号，该控制信号具有第一电平；响应接收到具有第一电平的控制信号，将第一输入端耦合到变压器的初级绕组的第一端；响应接收到具有第一电平的控制信号，将变压器的初级绕组的第二端耦合到接地连接部;在关断模式下，在晶体管栅极驱动电路的第二输入端处接收控制信号，该控制信号具有第二电平；以及响应接收到具有第二电平的控制信号，使变压器放电。
[0011]根据一个实施例，方法还包含:在接通模式下，在变压器的至少一个次级绕组中感生电流；以及利用电流驱动至少一个输出电路的至少一个主开关至接通。
[0012]根据另外的实施例，方法还包含:响应接收到具有第二电平的控制信号，从变压器的初级绕组的第一端去耦合第一输入端；响应接收具有第二电平的控制信号，从接地连接部去耦合变压器的初级绕组的第二端；以及通过第一二极管和第二二极管重置变压器的初级绕组。
[0013]根据一个实施例，重置包括限制在第一开关和第二开关两端的电压。
[0014]根据另外的实施例，方法还包含:响应重置初级绕组，驱动关断开关以接通；以及响应关断开关的接通，将至少一个输出电路的至少一个主开关的控制引脚耦合到第二接地连接部；以及驱动至少一个主开关以关断。
[0015]根据一个实施例，接收还包括接收来自脉冲宽度调制(PWM)控制器的控制信号，该控制信号具有占空比。在该实施例中，方法还包含将控制信号的占空比从第一占空比改变到第二占空比。
[0016]本发明的还有的另外的方面是针对晶体管栅极驱动电路。栅极驱动电路包含:被配置为耦合到DC电压源的第一输入端;被配置为接收控制信号的第二输入端;被配置为耦合到接地连接部的第三输入端;变压器，该变压器具有初级绕组和至少一个次级绕组；以及装置，该装置用于在运行的接通模式下通过将变压器的初级绕组耦合到第一输入端和接地连接部，产生包括变压器的初级绕组的第一电流通路，由此感生次级绕组上的电流，以及在运行的关断模式下通过第二电流通路重置变压器的初级绕组，其中第一电流通路和第二电流通路都不包括电容器。
[0017]在一个实施例中，晶体管栅极还包含在关断模式期间用于限制在第一开关和第二开关之间的电压的装置。
[0018]附图简述
[0019]附图并非旨在按比例进行绘制。在附图中，不同的附图中所示出的每个相同的或几乎相同的组件是用相似的数字来表示的。为了清楚起见，并非在每个附图中都标记了每一个组件。在附图中:
[0020]图1是根据一种方法的晶体管栅极驱动器的示意图；以及
[0021 ]图2是根据一个实施例的单极性绝缘晶体管栅极驱动电路的示意图；
[0022]详细描述
[0023]现在将参考附图详细讨论各种的实施例及其方面。应认识到，本发明并不将其应用限于在下面的描述中提出的或在附图中示出的结构细节和组件布置。本发明能够有其它实施例并能够以各种方式被实施或被执行。另外，本文所使用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。在本文中对“包含(including)”、“包括(comprising)”或“具有(having)”、“含有(containing)”、“涉及(involving)”及其变形的使用旨在包括在其后所列出的项目及其等效形式以及额外的项目。
[0024]如上所讨论的，典型的绝缘晶体管栅极驱动电路包括被耦合在输入侧和输出侧之间的变压器以提供绝缘。图1示出了绝缘晶体管栅极驱动器100的一种现有的方法。该方法可以与脉冲宽度调制(PWM)电流控制器一起用于驱动高侧开关。绝缘晶体管栅极驱动器100将通过变压器110将来自输入侧134的AC信号耦合到输出侧136上。晶体管栅极驱动器100运行在理论上最大为50%的占空比上。这保证了在任何给定的时间段在变压器110两端正向电压的积分加上负向电压的积分将为零。如下文将被讨论的，DC组件的引入可引起变压器110的饱和。另外，非对称的脉冲或者在占空比上的突然变化可以产生在主开关124的栅极122处的电压电平的变动。因此，在典型的现有技术的电路中任何电压变动或者DC组件被阻止或者被过滤。
[0025]绝缘晶体管栅极驱动器100包括输入侧134、输入端108、第一开关102、第二开关104、DC电源(VDR) 116、接地连接部114、隔DC电容器112、初级绕组118、变压器110、输出侧136、次级绕组120、主开关124、栅极122、下拉式电阻126、关断二极管128以及HVM电流控制器 150。
[0026]PWM控制器150的输出端被耦合到输入端108。输入端108被耦合到第一开关102的基极和第二开关104的基极。第一开关102的集电极被耦合到VDR116。如在图1中所示出的，第一开关102和第二开关104被布置在普通的双极性同相图腾柱配置中。在第一开关102和第二开关104之间的交叉点被耦合到变压器110的初级绕组118上。第二开关104的发射极被耦合到接地连接部114并且还被耦合到隔DC电容器112的一端。隔DC电容器112的另一端被耦合到变压器110的初级绕组118上。变压器110的次级绕组120被耦合到关断二极管128的阴极132。二极管128的阳极130被耦合到下拉式电阻126和主开关124的栅极122。尽管在图1中示出了一个特殊的输入侧134开关电路