续流电压的控制的制作方法
本公开涉及开关单元，诸如包括金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)或其他类型开关的单元。
背景技术：
开关单元可用于激活和去激活负载。例如，开关单元可被切换以在闭合状态下操作，以激活诸如继电器或螺线管的电感元件。在某些情况下，开关单元可切换成在打开状态下操作以去激活电感分量。
技术实现要素：
总体而言，本公开涉及用于去激活负载的技术。例如，续流二极管(freewheelingdiode)可使存储在负载中的功率重定向，以减少开关单元中的功率损耗，而非导致开关单元中高功率损耗的有源齐纳方法(例如有源钳位)。例如，续流二极管可使存储在负载中的功率重定向以参与电压的生成。在一些情况下，续流二极管可将存储在负载中的功率以远离开关元件的方式重定向，例如重定向到开关元件的集成电路外部的电阻元件。
在一个实例中，电路包括电压源、电感负载、电容器、开关单元和负载单元。开关单元被配置为在第一状态和第二状态下操作。在第一状态期间，开关单元将电感负载耦合到电压源。在第二状态期间，开关单元将电感负载耦合到电容器。负载单元被配置为基于电容器的电压与参考电压的比较，从电容器接收能量。
在另一实例中，电路包括电压源、电感负载、电容器、第一开关单元、第二开关单元以及负载单元。电压源包括第一节点和第二节点。电感负载包括第一节点和第二节点。电容器包括第一节点和第二节点。第一开关单元被配置为在第一状态和第二状态下操作。在第一状态期间，第一开关单元将电感负载的第一节点耦合到电压源的第一节点。在第二状态期间，第一开关单元将电感负载的第一节点耦合到电压源的第二节点。第二开关单元被配置为在第一状态和第二状态下操作。在第一状态期间，第二开关单元将电感负载的第二节点耦合到电容器的第一节点。在第二状态期间，第二开关单元将电感负载的第二节点耦合到电容器的第二节点。负载单元被配置为基于电容器的电压与参考电压的比较，从电容器接收能量。
在另一实例中，方法包括通过电路的开关单元选择性地将电容器耦合到电感负载，并且基于电容器的电压与参考电压的比较通过电路的负载单元从电容器接收能量。
这些和其他实例的细节在附图和下面的描述中阐述。其他特征、目的和优点将从说明书和附图以及权利要求书中变得显而易见。
附图说明
图1是示出了根据本公开的一种或多种技术的第一实例开关系统的框图。
图2是示出了根据本公开的一种或多种技术的实例开关单元和实例电压源的电路图。
图3是示出了根据本公开的一种或多种技术的第二实例开关系统的框图。
图4是示出了根据本公开的一种或多种技术的实例转换器单元的电路图。
图5是示出了根据本公开的一种或多种技术的实例反激式功率转换器的电路图。
图6是示出了根据本公开的一种或多种技术的实例放电模块的电路图。
图7是示出了根据本公开的一种或多种技术的实例集成电路的电路图。
图8是与可由根据本公开的电路执行的技术一致的第一流程图。
图9是示出了根据本公开的一种或多种技术的第三实例开关系统的框图。
图10是示出了根据本公开的一种或多种技术的实例第一和第二集成电路的电路图。
图11是示出了根据本公开的一种或多种技术的第四实例开关系统的框图。
图12是与可由根据本公开的电路执行的技术一致的第二流程图。
具体实施方式
一些系统可使用齐纳二极管来允许开关单元去激活电感负载(例如继电器、螺线管等)。然而，这样的技术可将存储在负载的磁场中的能量释放到开关单元自身中，从而在封装(例如包括开关单元的集成电路)以及将封装限制到负载的最大电感值方面需要热量考虑。此外，由于负载电流的变化率可由负载的电阻、负载的电感以及电源电压限定，因此可能不能控制去激活电感负载的延迟。
根据本公开的一种或多种技术，一些实例可使用续流二极管将存储在负载的磁场中的功率以远离开关单元的方式重定向，而非使用齐纳二极管以释放开关单元自身中的能量。例如，续流二极管可使存储在负载中的功率重定向，以参与电压(例如电源电压、升压电压等)生成。以这种方式，可提高所得系统的效率，因为存储在负载中的能量能够被恢复而非作为热量排放。另外或可替代地，续流二极管可将存储在负载中的功率以远离开关单元的方式重定向，例如重定向到开关单元的集成电路外部的电阻元件。以这种方式，更多开关单元可结合到单个集成电路(例如片上系统(soc))中，这是因为开关单元自身(以及包含开关的集成电路)的热损失可大大降低。此外，续流二极管可配置为使存储在负载磁场中的功率重定向，以精确控制负载电流的变化率，从而改善开关单元的开关特性(例如减小延迟、精确控制延迟等)。例如，续流二极管可将功率重定向到调节到升压电压的电容器，该升压电压被选择以精确地控制负载的放电率。在一些应用(例如汽车)中，可已经包括这样的升压电压，例如以提供用于启动内燃机的电压。这样，可以成本和复杂性的最小增加来实现本公开的一种或多种技术。
图1是示出根据本公开的一种或多种技术的第一实例开关系统的框图。如图1的实例所示，开关系统1可包括电压源10、电容器12、电压轨14、电压轨24、接地轨16、电容器20、电压源22、负载32a-n(统称为“负载32”)、二极管34a-n(统称为“二极管34”)以及开关单元36a-n(统称为“开关单元36”)。在一些实例中，开关系统1可包括负载单元27。尽管接地轨16在某些情况下可涉及接地或与保护性接地导体的连接，然而应当理解，在其他情况下，接地轨16可为与接地和/或与保护接地导体的连接不同的参考节点。
电压源10可配置为向开关系统1的一个或多个其他部件提供电力。例如，电压源10可配置为向负载32提供电力。更具体地，电压源10可调节电压轨14与接地轨16之间的电压以提供额定电压(例如12vdc至14vdc)。在一些实例中，电压源10可为一个或多个电池单元的输出。在一些实例中，电压源10可为诸如整流器的功率转换器的输出。例如，电压源10可为整流交流输出。实例整流器可包括但不限于单相整流器(例如半波、全波等)，三相整流器(例如半波、全波、桥等)等。在一些实例中，电压源10可表示与电网的连接。例如，电压源10可为从电网接收vac的ac至dc功率转换器的整流输出(例如60hz的120vac、50hz的230vac等)。在一些情况下，电容器12可配置为使由电压源10供应以提供直流(dc)电压的电压平滑。在一些实例中，电压源10可包括开关模式功率转换器。开关模式功率转换器的实例可包括但不限于反激、降压-升压、降压、升压、丘克
电容器12可包括配置为将电能存储在电场中的电气部件。在一些实例中，电容器12可配置为减小电压轨14与接地轨16之间的电压纹波。配置为将电能存储在电场中的电气部件的实例可包括但不限于陶瓷电容器，膜电容器，电解电容器(例如铝、钽、铌等)，超级电容器(例如双层、准电容器(pseudocapacitor)、混合电容器)，云母电容器等。尽管电容器12可被描述为单个电容器，然而电容器12可为电容元件的阵列。例如，电容器12可为并联和/或串联耦合的电容元件的阵列。在一些情况下，每个电容元件可为分立元件，而在其他情况下，每个电容元件可包含在单个封装(例如电容器阵列)中。
负载32可包括电感负载。例如，负载32a可包括继电器、螺线管、电机、泵、变压器等。在一些实例中，负载32可包括电阻负载。例如，负载32a可包括发光二极管和/或发光二极管阵列。在一些实例中，负载32可包括电容性负载。例如，负载32a可包括电容元件或者串联或并联连接的电容元件组。负载32可为不同的。例如，负载32a可具有比负载32b更高(或更低)的电感、电流、电压等。在一些实例中，负载32可为类似的。例如，负载32a可具有与负载32b相等的电感、电流、电压等。
二极管34可包括配置为主要在一个方向上传导电流的电气部件。在一些实例中，二极管可为双端子电子部件。例如，二极管34a可允许电流从阳极流到阴极，但防止电流从阴极流到阳极。在一些情况下，二极管34中的一个或多个可为分立元件。在一些情况下，二极管34中的一个或多个可包含在集成电路或soc内。例如，二极管34可包括在包括开关单元36的单个集成电路或soc中。
开关单元36可配置为选择性地将负载32切换到接地轨16。例如，开关单元36a可配置为在第一状态和第二状态下操作，其中在第一状态期间，开关单元36a将负载32a耦合到电压源10，并且其中在第二状态期间，开关单元36a将负载32a耦合到电容器20。更具体地，开关单元36a可配置为在开关单元36a的第一状态期间将负载32a的第二节点耦合到接地轨16，并且在开关单元36a的第二状态期间将负载32a的第二节点与地轨16分离。开关单元36可包括电压控制电路元件。电压控制电路元件的实例可包括但不限于场效应晶体管(fet)、晶闸管以及双极结型晶体管(bjt)。fet的实例可包括但不限于结型场效应晶体管(jfet)、金属氧化物半导体fet(mosfet)、双栅极mosfet、绝缘栅双极晶体管(igbt)、任何其他类型的fet、或其任意组合。mosfet的例子可包括但不限于pmos、nmos、dmos、或任何其他类型的mosfet、或其任意组合。晶闸管的实例可包括但不限于硅可控整流器(scr)、半导体可控整流器、用于交流电的三极管(triac)、或任何其他类型的可控硅、或其任意组合。bjt的实例可包括但不限于pnp、npn、异质结、或任何其他类型的bjt、或其任意组合。
电压源22可配置为向开关系统1的一个或多个部件提供电力。例如，电压源22可配置为向与负载32不同的配置为用于电压的负载(例如，诸如用于内燃机的喷射元件)提供电力。在一些实例中，电压源22可配置为将电容器20调节到比电压轨14的电压更高的电压。在一些实例中，电压源22可调节电容器20的电压以实现用于开关单元36的开关特性(例如去激活负载32的时间)。例如，电压源22可根据流过负载32a的负载电流来调节电容器20的电压，从而调节电容器20的电压以控制负载32a中负载电流的变化率。更具体地，电压源22可配置为调节电容器20的电压以控制从负载32a流出的负载电流的变化率，从而允许开关单元36a在期望的时间内去激活负载32a。例如，电压源22可响应于负载32a的负载电流的增加而增加电容器20的电压，并且电压源22可响应于负载32a的负载电流的降低而降低电容器20的电压，以便控制负载32a以具有恒定的去激活时间。在一些实例中，电压源22可包括参照电压源10所描述的开关模式功率转换器。在一些实例中，电压源22可将电压轨24与接地轨16之间的dc电压调节为比电压轨14与接地轨16之间电压更高的电压。例如，电压源10可调节电压轨14与接地轨16之间的电压以提供约13vdc(例如，12vdc至14vdc)的额定电压，并且电压源22可调节电压轨24与接地轨16之间的电压以提供约65vdc(例如，60vdc至70vdc)的额定电压。
电容器20可包括配置为在电场中存储电能的电气部件。在一些实例中，电容器20可配置为减少电压轨24与接地轨16之间的电压纹波。尽管电容器20可被描述为单个电容器，然而电容器20可为电容元件的阵列。例如，电容器20可为并联和/或串联耦合的电容元件阵列。在一些情况下，每个电容元件可为分立元件，而在其他情况下，每个电容元件可包含在单个封装(例如电容器阵列)内。
负载单元27可配置为从电容器20接收能量。在一些实例中，负载单元27可配置为基于电压从电容器20接收能量。例如，负载单元27可比较电容器20的电压与由负载32中的一个或多个的电流分布限定的参考电压，并且在电容器20的电压超过参考电压时从电容器20接收能量。更具体地，参考电压可由个人用户选择以实现期望的电流，以在期望的时间内释放负载32中的一个或多个的感应电流。在一些实例中，负载单元27可包括放电模块26。放电模块26可配置为使电容器20放电以防止电容器20具有超过预定电压(例如电容器20的额定电压的一个百分比)的电压。例如，放电模块26可配置为选择性地切换与电容器20并联的电阻元件。在一些实例中，放电模块26可配置为使用电阻元件而使电容器20放电，该电阻元件与包括开关单元36的集成电路间隔开。在一些实例中，负载单元27可包括转换器单元。
尽管以下描述了使用开关单元36a、二极管34a以及负载32a的一种或多种技术，然而应当理解，开关单元36a、二极管34a以及负载32a的描述可适于开关单元36、二极管34和负载32。例如，开关单元36、二极管34以及负载32可为基本相同的。在一些实例中，开关单元36、二极管34以及负载32可为不同的。例如，相比于开关单元36n，开关单元36a可配置为用于更高的电压和/或电流。
根据本公开的一种或多种技术，与使用齐纳二极管将负载34a的能量释放到开关单元36a自身中不同，一些实例可使用二极管34a将存储在负载32a磁场中的功率以远离开关单元36a的方式重定向。例如，二极管34a可将存储在负载32a中的功率以远离开关单元36a的方式重定向，以增加存储在电容器20的电场中的能量，从而参与电压轨24与接地轨16之间的电压生成。以这种方式可改进开关系统1的效率，因为存储在负载32a中的能量可被恢复而非作为热量释放到开关单元36a中。另外或可替代地，二极管34a可将存储在负载32a中的功率以远离开关单元36a的方式重定向，例如重定向到放电模块26的电阻元件。以这种方式，可在单个集成电路(例如片上系统(soc))中合并更多个开关以降低成本，因为可显著减少开关单元36a(以及包含开关单元36a的集成电路)中的热损失。
图2是示出根据本公开的一种或多种技术的实例开关单元136和实例电压源122的电路图。下面在图1的开关系统1的背景下描述图2。然而，下面描述的技术可与电压源10、电容器12、电压轨14、接地轨16、电容器20、电压源22、负载32、二极管34以及开关单元36以任意排列和任意组合使用，以允许开关单元36在打开状态下操作以去激活负载32。如图2的实例所示，开关系统100可包括负载132、二极管134、开关单元136、电压源122以及负载140。
二极管134可基本上类似于二极管34。例如，二极管134可允许电流从阳极流到阴极并防止电流从阴极流到阳极。如所示出的，二极管134的阴极耦合到电容器20的第一节点(例如正侧)。
开关单元136可配置为选择性地将负载132切换到接地轨16。如所示出的，开关单元136可包括电压控制电路元件150、栅极驱动器152以及开关控制器154。在一些实例中，可省略栅极驱动器152。例如，开关控制器154的输出可直接耦合到电压控制电路元件150的控制节点(例如栅极)。
开关单元136可基本上类似于开关单元36。尽管mosfet符号在图2中示出为电压控制电路元件150，然而可使用由控制节点控制的任何电气设备来代替mosfet。如图2所示，电压控制电路元件150包括耦合到二极管134阳极的第一节点(例如漏极)、耦合到接地轨16的第二节点(例如源极)以及控制节点。
栅极驱动器152可为任何合适的装置，其接受输入并且产生能够驱动电压控制电路元件150在打开状态或闭合状态下操作的输出。例如，栅极驱动器152可为隔离(或浮置/电平移位)栅极驱动器。
开关控制器154可配置为控制电压控制电路元件150以激活和去激活负载132。在一些实例中，开关控制器154可包括一个或多个模拟部件。在一些实例中，开关控制器154可包括一个或多个模拟部件。例如，开关控制器154可在包含处理器核心、存储器、输入以及输出的单个集成电路上包括微控制器。更具体地，开关控制器154可包括一个或多个处理器(包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(dsp))、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、或任何其他等效的集成或分立逻辑电路、以及这些部件的任意组合。术语“处理器”或“处理电路”通常可单独指代前述逻辑电路中的任一者或者可指代其与其他逻辑电路或任何其他等效电路的组合。在一些实例中，开关控制器154可包括模拟部件与数字部件的组合。如所示出的，开关控制器154可包括耦合到栅极驱动器152输入的输出，该栅极驱动器具有耦合到电压控制电路元件150控制节点的输出。在一些实例中，开关控制器154可包括直接耦合到电压控制电路元件150控制节点的输出。
电压源122可配置为将电容器20充电到比电压轨14与接地轨16之间电压更高的电压。在一些实例中，电压源122可调节电容器20的电压以实现用于开关单元136的开关特性(例如去激活负载132的时间)。例如，电压源122可根据流过负载132的负载电流来调节电容器20的电压，使得电容器20的电压被调节以控制负载132中负载电流的变化率。更具体地，电压源122可配置为调节电容器20的电压以控制从负载132流出的负载电流的变化率，以允许开关单元136在期望的时间内去激活负载132。例如，电压源122可响应于负载132的负载电流的增加而增加电容器20的电压，并且电压源122可响应于负载132的负载电流的降低而降低电容器20的电压，以控制负载132以具有恒定的去激活时间。如所示出的，电压源122可包括开关模式功率转换器162和二极管164。开关模式功率转换器162可为任何合适的开关模式功率转换器，例如反激式功率转换器。
二极管164可基本上类似于二极管134。例如，二极管164可允许电流从阳极流到阴极并防止电流从阴极流到阳极。如所示出的，二极管164的阴极耦合到电容器20的第一节点(例如正侧)，并且二极管164的阳极耦合到开关模式功率转换器162的输出。
负载140可为任何合适的负载，其配置为使用电压轨24的电压进行操作。在一些实例中，负载140可配置为在比由电压轨14提供的电压更高的电压下操作。例如，负载140可配置为在约65vdc下工作，而电压轨14可配置为在约13vdc下工作。负载140可包括电感负载、电阻性负载或电容性负载中的一者或多者。例如，负载140可包括用于内燃机的喷射单元。
根据本公开的一种或多种技术，一些实例可使用二极管134将存储在负载132的磁场中的功率重定向，而非使用齐纳二极管将负载132的能量重定向到开关单元136自身中。例如，二极管134可将存储在负载132中的功率重定向，以增加存储在电容器20的电场中的能量，从而参与电压轨24与接地轨16之间的电压生成。另外，可将能量存储在电容器20中以支持电压轨24的电压并且操作负载140，而非将能量释放到开关单元136中。此外，电压源122可配置为调节电压轨24的电压以实现期望的电流变化率以使负载132放电。更具体地，负载132的负载电流的下降时间可取决于电压轨24与电压轨14的电压差，该电压差可被精确控制，使得开关单元136的切换延迟可被控制和/或最小化。
图3是示出根据本公开的一种或多种技术的第二实例开关系统200的框图。下面将在图1的开关系统1的背景下描述图3。然而，下面描述的技术可与电压源10、电容器12、电压轨14、接地轨16、电容器20、电压源22、负载32、二极管34以及开关单元36以任意排列和任意组合使用，以允许开关单元36在打开状态下操作以使负载32去激活。如图3的实例所示，开关系统200可省略图1的电压源22，并且负载单元27可包括转换器单元228并且可选地包括放电模块26。
转换器单元228可为配置为从电容器20接收能量的任何合适的器件。在一些实例中，转换器单元228还可配置为向电压轨14或另一电路提供能量。在一些实例中，转换器单元228可配置为选择性地使电容器20放电，从而调节电容器20以基于电容器20的电压和/或通过负载32中一个或多个的电流来实现开关单元36的开关特性。例如，开关系统200的设计工程师或用户可将转换器单元228配置为从电容器20接收功率，从而调节电容器20的电压以控制负载32a中负载电流的变化率。更具体地，转换器单元228可配置为选择性地降低电容器20的电压，以控制从负载32a流出的电流的变化率以在期望的时间内使负载32a去激活。例如，当负载32a的负载电流增大时，转换器单元228可允许电容器20的电压增大，以便控制负载32a具有恒定的去激活时间。在一些情况下，当电容器20的电压增大时，转换器单元228可增加从电容器20获取的能量的量，使得电容器20的电压与被选择为的目标电压匹配，以具有用于开关单元36的恒定去激活时间。在一些实例中，转换器单元228可配置为从电容器20接收能量，使得电容器20的电压高于电压轨14的电压。例如，电压轨24可在比电压轨14更高的电压下操作。转换器单元228可包括一个或多个开关模式功率转换器，所述功率转换器包括但不限于反激、降压-升压、降压、
图4是示出根据本公开的一种或多种技术的实例功率转换器的电路图。下面在图1的开关系统200的背景下描述图4。然而，下面描述的技术可与电压源10、电容器12、电压轨14、接地轨16、电容器20、转换器单元228、负载32、二极管34以及切换单元36以任意排列和任意组合使用，以允许切换单元36在打开状态下操作以使负载32去激活。如图4的实例所示，开关系统300可包括图2所示开关单元136、图2所示负载132、图2所示二极管134以及转换器单元328。
转换器单元328可为任何合适的装置，其配置为从电压轨24接收功率并在电压轨14上输出功率。例如，转换器单元328可包括一个或多个开关模式功率转换器，所述功率转换器包括但不限于反激、降压-升压、降压、
二极管340可基本上类似于二极管134。例如，二极管340可允许电流从阳极流到阴极并防止电流从阴极流到阳极。如所示出的，二极管340的阴极耦合到电容器12的第一节点(例如正侧)，二极管340的阳极耦合到开关模式功率转换器342的输出。
如所示出的，开关模式功率转换器342可为续流功率转换器。然而，如本文所述，可使用任何合适的开关模式功率转换器，例如降压-升压转换器、降压转换器等。如所示出的，开关模式功率转换器342包括耦合到二极管340阳极的第一节点(例如输出)以及耦合到二极管134阴极和电压轨24的第二节点(例如输入)。以这种方式，转换器单元328可使用二极管340和开关模式功率转换器342将从负载132输出的能量反馈到电容器12，以支持电压轨414的电压并且操作负载132，而非将能量释放到开关单元136中。
图5是示出根据本公开的一种或多种技术的实例反激式功率转换器428的电路图。下面在图3的开关系统200的背景下描述图5。然而，下面描述的技术可与电压源10、电容器12、电压轨14、接地轨16、电容器20、转换器单元228、负载32、二极管34以及开关单元36以任意排列和任意组合使用，以允许开关单元36在打开状态下操作以使负载32去激活。
反激式功率转换器428可为任何合适的装置，其配置为从电压轨24接收功率并在电压轨414上输出功率。在一些实例中，反激式功率转换器428可配置为选择性地使电容器20放电，从而调节电容器20以实现开关单元36a的开关特性。例如，开关系统400的设计工程师或用户可将反激功率转换器428配置为从电容器20接收功率，从而调节电容器20的电压以控制负载32a中的负载电流的变化率。更具体地，反激式功率转换器428可配置为选择性地降低电容器20的电压，以控制从负载32a流动的电流的变化率以在期望的时间内使负载32a去激活。例如，当负载32a的负载电流增大时，反激功率转换器428可允许电容器20的电压增大，以便控制负载32a具有恒定的去激活时间。如图5的实例所示，反激式功率转换器428可包括变压器432、二极管434、反激控制462、电压控制电路元件464、电阻元件440、电阻元件442、电阻元件450以及电阻元件452。在一些实例中，反激控制462和电压控制电路元件464可形成在单个集成电路430(例如片上系统)上。
在一些实例中，反激控制462可包括一个或多个模拟部件。在一些实例中，反激控制462可包括一个或多个数字部件。例如，反激控制462可在包含处理器核心、存储器、输入以及输出的单个集成电路上包括微控制器。更具体地，反激控制462可包括一个或多个处理器(包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(dsp))、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、或者任何其他等效的集成或分立逻辑电路、以及这些部件的任意组合。术语“处理器”或“处理电路”通常可单独指代前述逻辑电路中的任一者或者可指代其与其他逻辑电路或任何其他等效电路的组合。在一些实例中，反激控制462可包括模拟部件和数字部件的组合。在一些实例中，反激控制462可包括耦合到栅极驱动器的输入的输出，该栅极驱动器具有耦合到电压控制电路元件464的控制节点的输出。如所示出的，反激控制462可包括直接耦合到电压控制电路元件464的控制节点的输出、参考设定输入、第一输入以及第二输入。
变压器432可提供磁场以在反激功率转换器428的切换期间存储电能。在一些情况下，变压器432可通过选择变压器432的绕组432a与绕组432b之间的比例使电压增大或减小。在一些实例中，变压器432可在绕组432a与绕组432a之间提供电隔离，从而在电压轨24与电压轨414之间产生电隔离。如所示出的，变压器374的绕组432a可包括耦合到电压轨24的第一节点以及耦合到电压控制电路元件464的第一节点(例如漏极)的第二节点。变压器474的绕组474b可包括耦合到二极管434的阳极的第一节点以及耦合到接地轨16的第二节点。
二极管434可基本上类似于二极管34。例如，二极管434可允许电流从阳极流到阴极并防止电流从阴极流到阳极。如所示出的，二极管434的阴极耦合到电容器412的第一节点(例如正侧)，而二极管434的阳极耦合到变压器432的绕组432b的第一节点。
电压控制电路元件464可配置为选择性地切换以调节电压轨414与接地轨16之间的电压。在一些实例中，电压控制电路元件464可配置为选择性地切换以降低电容器20的电压。例如，如图5所示，当电压控制电路元件464在闭合状态下工作时，能量可从电容器20传送到变压器432。尽管mosfet符号在图5中示出为电压控制电路元件464，然而可使用由控制节点控制的任何电气设备来代替mosfet。如图5所示，电压控制电路元件464包括耦合到绕组432a的第二节点的第一节点(例如漏极)、耦合到接地轨16的第二节点(例如源极)以及耦合到反激控制462的输出的控制节点(例如栅极)。
反激式功率转换器428可配置为选择性地操作电压控制电路元件464，以控制电压轨24与接地轨16之间的电压。例如，反激控制462可使在参考设置处接收的参考电压与在第一输入处接收的电压之间的差异最小化。更具体地，在第一输入处接收的电压可为由电阻元件440和电阻元件442形成的分压器的输出，其指示电压轨24与接地轨16之间的电压。如所示出的，电阻元件440包括耦合到电压轨24的第一节点以及耦合到反激控制462的第一输入的第二节点，并且电阻元件442包括耦合到反激控制462的第一输入的第一节点以及耦合到接地轨16的第二节点。如所示出的，反激控制462的第二输入可接收由电阻元件450和电阻元件452形成的分压器的输出，其指示电压轨414与接地轨16之间的电压。如所示出的，电阻元件450包括耦合到电压轨414的第一节点以及耦合到反激控制462的第二输入的第二节点，并且电阻元件452包括耦合到反激控制462的第一节点的第二输入端以及耦合到接地轨16的第二节点。在一些实例中，电压轨414可耦合到电压轨14，并且电容器412可与电容器12相同。在一些实例中，电压轨414处的电压和电压轨14处的电压可为不同的。
图6是示出根据本公开的一种或多种技术的实例放电模块526的电路图。下面将在图1的开关系统1的背景下描述图6。然而，下面描述的技术可与电压源10、电容器12、电压轨14、接地轨16、电容器20、电压源22、负载32、二极管34以及开关单元36以任意排列和任意组合使用，以允许开关单元36在打开状态下操作以使负载32去激活。如图6所示，开关系统500可包括放电模块526。
当电容器20的电压超过预定电压(例如电容器20的额定电压的一个百分比)时，放电模块526可将电阻元件542与电容器20并联耦合。在一些实例中，放电模块526可基本上类似于图1的放电模块26。如所示出的，放电模块526可包括电阻元件542、栅极驱动器554以及电压控制电路元件550。
电压控制电路元件550可配置为选择性地切换以维持电压轨24与接地轨16之间的电压。例如，当电容器20的电压超过预定值(例如，电容器20的额定电压的一个百分比)时，电压控制电路元件550可在闭合状态下操作；否则电压控制电路元件在打开状态下操作。在一些实例中，电压控制电路元件550可配置为选择性地切换以降低电容器20的电压。例如，当电压控制电路元件550在闭合状态下操作时，能量可从电容器20转移到电阻元件542中。尽管mosfet符号在图6中示出为电压控制电路元件550，然而可使用由控制节点控制的任何电气设备来代替mosfet。如图6所示，电压控制电路元件550包括耦合到电阻元件542的第二节点的第一节点(例如漏极)、耦合到接地轨16的第二节点(例如源极)以及耦合到栅极驱动器554的输出的控制节点(例如栅极)。
栅极驱动器554可为任何合适的装置，其接受输入并产生能够驱动电压控制电路元件550在打开状态或闭合状态下操作的输出。例如，栅极驱动器554可为隔离(或浮置/电平移位)栅极驱动器。如所示出的，栅极驱动器554可根据在栅极驱动器554的参考设置输入处接收的参考设置以及在栅极驱动器554的输入处接收的分压器的输出来控制电压控制电路元件550，该分压器由电阻元件556和电阻元件558形成，分压器的输出指示电压轨24与接地轨16之间的电压。在一些实例中，栅极驱动器554的参考设置输入可接收信号，该信号选择为使得当电容器20的电压超过电容器20的额定电压的一个百分比(例如90％、80％等等)时，电压控制电路元件550在闭合状态下操作。如所示出的，电阻元件556包括耦合到电压轨24的第一节点以及耦合到栅极驱动器554的输入的第二节点，并且电阻元件558包括耦合到栅极驱动器554的输入端的第一节点以及耦合到接地轨16的第二节点。
图7是示出根据本公开的一种或多种技术的实例集成电路的电路图。下面在图1的开关系统1的背景下描述图7。然而，下面描述的技术可与电压源10、电容器12、电压轨14、接地轨16、电容器20、电压源22、负载32、二极管34以及开关单元36以任意排列和任意组合使用，以允许开关单元36在打开状态下操作以使负载32去激活。如图7的实例所示，开关系统600可包括开关单元636a-n(统称为“开关单元636”)(除了使用单个开关控制638之外，这些开关单元可基本上与图2的开关单元136类似)、图4的转换器单元328、图6的电阻元件542、图6的开关单元540、二极管634a-n(可基本上类似于图1的二极管34)、负载632a-n(统称为“负载632”)(这些负载可基本上类似于图1的负载32)。应当理解，除了开关控制638可控制多个开关单元636之外，开关控制638可基本上类似于开关控制154。
如所示出的，开关控制638、开关单元636、二极管634以及开关单元540可形成在单个集成电路640上。以这种方式，二极管634可将存储在负载632中的功率以远离开关单元636的方式重定向到位于单个集成电路640外部的转换器单元328和/或电阻元件542中，而非将能量释放到开关单元636中。在一些实例中，续流二极管而非齐纳二极管的使用可允许单个集成电路640还包括系统600的部件以减小系统600的尺寸和成本。例如，单个集成电路640可包括转换器单元328的开关单元，该开关单元配置为选择性地切换以控制电容器20的电压。
图8是与可由根据本公开的电路执行的技术一致的第一流程图。仅为了说明的目的，下面在如图1所示的开关系统1的背景下描述实例操作。然而，下面描述的技术可与电压源10、电容器12、电压轨14、接地轨16、电容器20、电压源22、负载32、二极管34以及开关单元36以任意排列和任意组合使用，以允许开关单元36在打开状态下操作以使负载32去激活。尽管下面描述了开关单元36a，然而应当理解，开关单元36a的描述可适用于开关单元36中的每一个。此外，在一些实例中，开关系统1可仅包括开关单元36中的一个(例如开关单元36a)，而在其他情况下，开关系统1可包括多个开关单元36(例如开关单元36a-b、开关单元36a-c、开关单元36a-n等)。
根据本公开的一种或多种技术，电压源22可控制续流电容器(例如电容器20)的电压以匹配目标电压(702)。例如，可选择目标电压以实现使负载32a放电的期望时间。在一些实例中，图3的转换器单元228可释放续流电容器(例如电容器20)的电压以对应于目标电压。
放电模块26可确定续流电容器(例如电容器20)的电压是否超过电压阈值(704)。例如，图5的栅极驱动器554可将由电阻元件556和电阻元件558形成的分压器的电压与选择用于防止电容器20超过电容器20额定电压的参考输入进行比较。响应于确定续流电容器的电压超过电压阈值，图5的栅极驱动器554可选择性地将电阻元件542与续流电容器(706)并联耦合。
图9是示出根据本公开的一种或多种技术的第三实例开关系统800的框图。下面在图1的开关系统1的背景下描述图9。然而，下面描述的技术可与电压源10、电容器12、电压轨14、接地轨16、电容器20、电压源22、负载32、二极管34以及开关单元36以任意排列和任意组合使用，以允许开关单元36在打开状态下操作以使负载32去激活。如图9所示，开关系统800可包括开关单元838a-n(统称为“开关单元838”)。
开关单元838可配置为选择性地将负载32a的第一节点耦合到电压轨14，以进一步确保负载32出于安全目的而被断开。例如，可根据控制参数(例如继电器的脉冲宽度调制切换)切换开关单元838a或开关单元36a中的一者，并且开关单元838a或开关单元36a中的另一者可在根据控制参数切换的过程中保持切换闭合。更具体地，在一些实例中，开关单元838a可配置为在第一状态和第二状态下操作，其中开关单元838a在第一状态期间将负载32a的第一节点耦合到电压源10的第一节点，并且开关单元838a在第二状态期间将负载32a的第一节点耦合到电压源10的第二节点。类似地，在一些实例中，开关单元38a可配置为在第一状态和第二状态下操作，其中开关单元38a在第一状态期间将负载32a的第二节点耦合到电容器20的第一节点，并且开关单元38a在第二状态期间将负载32a的第二节点耦合到电容器20的第二节点。以这种方式，可在切换期间根据控制参数保持闭合的开关可在另一个开关不能在打开状态下操作时通过在打开状态下操作而用作安全开关。开关单元838可包括一个或多个电压控制电路元件。
在一些实例中，开关单元838可配置为选择性地将负载32a的第一节点耦合到接地轨16。例如，当脉冲宽度调制(pwm)信号为高电平时，开关单元838a将负载32a的第一节点(例如高侧)切换到电压轨14，当脉冲宽度调制(pwm)信号为低电平时，开关单元将负载32a的第一节点(例如高侧)切换到接地轨16。以这种方式，开关单元838可通过将负载32切换到接地轨16的参考电压来提供对负载32的增强的控制。更具体地，开关单元838a可将负载32a的第一节点切换到地，以使负载32a放电，因为负载32a将不再从电压轨14接收能量。
图10是示出根据本公开的一种或多种技术的实例第一集成电路950和第二集成电路952的电路图。下面将在图1的开关系统1的背景下描述图10。然而，下面描述的技术可与电压源10、电容器12、电压轨14、接地轨16、电容器20、电压源22、负载32、二极管34以及开关单元36以任意排列和任意组合使用，以允许开关单元36在打开状态下操作以使负载32去激活。
第一集成电路950可配置为通过将负载32的高侧切换到地来去激活负载32，并且通过将负载的高侧切换到电压轨14来激活负载32。如所示出的，第一集成电路950包括开关单元。应当理解，开关单元938的描述可适用于开关单元838中的一个或多个。开关单元938可配置为选择性地将负载32a的第一节点耦合到电压轨14或接地轨16中的一者。如所示出的，开关单元938可包括控制单元940、电压控制电路元件951以及电压控制电路元件956。尽管具有体二极管的mosfet符号在图1中示出为电压控制电路元件954和电压控制电路元件956，然而可使用由控制节点控制的任何电气设备来代替mosfet。在一些实例中，二极管可代替电压控制电路元件956。
控制单元940可配置为控制电压控制电路元件954和电压控制电路元件956以激活和去激活负载32a。在一些实例中，控制单元940可包括一个或多个模拟部件。在一些实例中，控制单元940可包括一个或多个数字部件。例如，控制单元940可在包含处理器核心、存储器、输入以及输出的单个集成电路上包括微控制器。更具体地，控制单元940可包括一个或多个处理器(包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(dsp))、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、或任何其他等效的集成或分立逻辑电路、以及这些部件的任意组合。术语“处理器”或“处理电路”通常可单独指代前述逻辑电路中的任一者或者可指代其与其他逻辑电路或任何其他等效电路的组合。在一些实例中，控制单元940可包括模拟部件与数字部件的组合。在一些实例中，控制单元940可包括耦合到第一栅极驱动器(该第一栅极驱动器具有耦合到电压控制电路元件954的控制节点的输出)的输入的第一输出以及耦合到第二栅极驱动器(该第二栅极驱动器具有耦合到电压控制电路元件956的控制节点的输出)的输入的第二输出。如所示出的，控制单元940可包括直接耦合到电压控制电路元件954的控制节点的第一输出以及直接耦合到电压控制电路元件956的控制节点的第二输出。在一些实例中，控制单元940可配置为第一状态(例如当pwm信号为高时)或第二状态(例如当pwm信号为低时)下操作，在第一状态下，电压控制电路元件954在闭合状态下操作并且电压控制电路元件956在打开状态下操作，在第二状态下，电压控制电路元件954在打开状态下操作并且电压控制电路元件956在闭合状态下操作。
第二集成电路952可配置为提供额外的安全性。如所示出的，第二集成电路952包括开关单元936。应当理解，开关单元936的描述可适用于开关单元36中的一个或多个。开关单元936可配置为选择性地将负载32a的第二节点(例如低侧)耦合到接地轨16。如所示出的，开关单元936可包括控制单元942和电压控制电路元件944。尽管具有体二极管的mosfet符号在图10中示出为电压控制电路元件944，然而可使用由控制节点控制的任何电气设备来代替mosfet。
控制单元942可配置为在第一集成电路950不能去激活负载32a时控制电压控制电路元件944去激活负载32a。在一些实例中，控制单元942可包括一个或多个模拟部件。在一些实例中，控制单元942可包括一个或多个数字部件。例如，控制单元942可在包含处理器核心、存储器、输入以及输出的单个集成电路上包括微控制器。更具体地，控制单元942可包括一个或多个处理器(包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(dsp))、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、或任何其他等效的集成或分立逻辑电路、以及这些部件的任意组合。术语“处理器”或“处理电路”通常可单独指代前述逻辑电路中的任一者或者可指代其与其他逻辑电路或任何其他等效电路的组合。在一些实例中，控制单元942可包括模拟部件与数字部件的组合。在一些实例中，控制单元942可包括耦合到栅极驱动器的输入的输出，该栅极驱动器具有耦合到电压控制电路元件944的控制节点的输出。如所示出的，控制单元942可包括直接耦合到电压控制电路元件944的控制节点的输出。
根据本公开的一种或多种技术，一些实例可使用开关单元936来确保去激活负载32a的安全性。例如，当开关单元936在闭合状态下操作并且负载32a被激活时，开关单元938可通过例如通过由控制单元940施加给电压控制电路元件954和/或电压控制电路元件956的脉冲宽度调制方案来控制通过负载32a的负载电流。更具体地，当电压控制电路元件954在闭合状态(例如脉冲宽度调制方案的高周期)下操作时，通过负载32a的负载电流可增大，而当电压控制电路元件954在打开状态(例如脉冲宽度调制方案的低周期)下操作时，负载电流可流过电压控制电路元件956的固有体二极管或者电压控制电路元件956可在闭合状态下操作，以进一步最小化电压控制电路元件956中的损耗。然后，控制单元940和/或控制单元942可通过使电压控制电路元件954和电压控制电路元件944在打开状态下操作而去激活负载32a。在去激活负载32a时，负载电流可流过电压控制电路元件956的固有体二极管或者控制单元940可使电压控制电路元件956在闭合状态下操作，以进一步最小化电压控制电路元件956中的损耗。因此，当电压控制电路元件956处于闭合状态时，负载32a上的电压可为电容器20的电压减去二极管34a上的电压降，或者当电压控制电路元件956处于打开状态时，负载32a上的电压可为电容器20的电压减去二极管34a上的电压降和电压控制电路元件956的固有体二极管上的电压降。此外，通过在第二集成电路952而非第一集成电路950上提供开关单元936，实现了进一步的安全性，因为多个集成电路(例如soc)可能不能去激活负载32a的情况是不大可能的。
图11是示出根据本公开的一种或多种技术的第四实例开关系统1000的框图。下面将在图1的开关系统1的背景下描述图11。然而，下面描述的技术可与电压源10、电容器12、电压轨14、接地轨16、电容器20、电压源22、负载32、二极管34以及开关单元36以任意排列和任意组合使用，以允许开关单元36在打开状态下操作以使负载32去激活。如图11所示，开关系统1000可包括图3的转换器单元228和图9的开关单元838。在系统1000包括转换器单元228的情况下，电压轨14和电压轨24的电压可为不同的。例如，电压轨24的电压可选择为实现用于去激活负载32的期望放电速率。在系统1000省略转换器单元228的情况下，电压轨14和电压轨24的电压可为相同的。例如，电容器20的第一节点可耦合到电压轨14。
根据本公开的一种或多种技术，可将由转换器单元228馈送的能量存储到电容器12中用于支持电压轨14的电压，而非将能量释放到开关单元36中。另外，与提供单个开关元件以去激活负载32不同，开关单元838或开关单元36中的一者可提供安全开关以提高所得设备的安全性和可靠性。
图12是与可由根据本公开的电路执行的技术一致的第二流程图。仅为了说明的目的，下面在图9所示开关系统800的背景下描述实例操作。然而，下面描述的技术可与电压源10、电容器12、电压轨14、接地轨16、电容器20、电压源22、负载32、二极管34以及开关单元36以任意排列和任意组合使用，以允许开关单元36在打开状态下操作以使负载32去激活。尽管下面描述开关单元36a和开关单元838a，然而应当理解，开关单元36a和开关单元838a的描述可适用于每个开关单元36和每个开关单元838。此外，在一些实例中，开关系统800可仅包括开关单元36中的一个(例如开关单元36a)，而在其他情况下，开关系统800可包括多个开关单元36(例如开关单元36a-b、开关单元36a-c、开关单元36a-n等)。类似地，在一些实例中，开关系统800可仅包括开关单元838中的一个(例如开关单元838a)，而在其他情况下，开关系统800可包括多个开关单元838(例如开关单元838a-b、开关单元838a-c、开关单元838a-n等)。
根据本公开的一种或多种技术，开关单元838a接收用于对负载32a进行解耦的指令(1102)。例如，图10的控制单元940可确定pwm信号的周期指示用于对负载32a进行解耦的信号。接下来，开关单元838a使耦合到负载32a高侧的开关在打开状态下操作(1104)。例如，控制单元940使电压控制电路元件954在打开状态下操作。此外，开关单元838a可以可选地使耦合到负载32a低侧的第一开关在打开状态下操作(1106)。例如，控制单元940使电压控制电路元件956在打开状态下操作。接下来，开关单元36a使耦合到负载32a低侧的第二开关在打开状态下操作(1108)。例如，控制单元942使电压控制电路元件944在打开状态下操作。
以下实例可说明本公开的一个或多个方面。
实例1.一种电路，包括：电压源；电感负载；电容器；开关单元，配置为在第一状态和第二状态下操作，其中所述开关单元在所述第一状态期间将所述电感负载耦合到所述电压源，并且所述开关单元在所述第二状态期间将所述电感负载耦合到所述电容器；以及负载单元，配置为基于所述电容器的电压与参考电压的比较，从所述电容器接收能量。
实例2.根据实例1的电路，其中，所述参考电压由所述电感负载的电流分布限定。
实例3.根据实例1-2的任意组合的电路，其中，所述负载单元包括转换器单元，所述转换器单元配置为向所述电压源供应能量。
实例4.根据实例1-3的任意组合的电路，还包括：第二电容器，其中所述负载单元包括配置为向所述第二电容器提供能量的转换器单元。
实例5.根据实例1-4的任意组合的电路，还包括：第二电感负载；以及第二开关单元，配置为在第一状态和第二状态下操作，其中所述第二开关单元在所述第二开关单元的第一状态期间将所述第二电感负载耦合到所述电压源，并且所述第二开关单元在所述第二开关单元的第二状态期间将所述第二电感负载耦合到所述电容器。
实例6.根据实例1-5的任意组合的电路，其中，所述负载单元包括放电模块，所述放电模块配置为选择性地切换与所述电容器并联的电阻元件。
实例7.根据实例1-6的任意组合的电路，包括第一节点和第二节点的二极管；其中所述开关单元包括与所述电感负载串联连接的开关；并且其中所述二极管的第一节点连接到所述电感负载与所述开关之间的节点，并且其中所述二极管的第二节点连接到所述电容器。
实例8.根据实例1-7的任意组合的电路，其中，所述二极管的第一节点为阳极，并且其中所述二极管的第二节点为阴极。
实例9.根据实例1-8的任意组合的电路，其中，所述负载单元还配置为从所述电容器接收能量，使得所述电容器的电压大于由所述电压源提供的电压。
实例10.一种电路，包括：电压源，包括第一节点和第二节点；电感负载，包括第一节点和第二节点；电容器，包括第一节点和第二节点；第一开关单元，配置为在第一状态和第二状态下操作，其中所述第一开关单元在所述第一状态期间将所述电感负载的第一节点耦合到所述电压源的第一节点，并且所述第一开关单元在所述第二状态期间将所述电感负载的第一节点耦合到所述电压源的第二节点；第二开关单元，配置为在第一状态和第二状态下操作，其中所述第二开关单元在所述第一状态期间将所述电感负载的第二节点耦合到所述电容器的第一节点，并且所述第二开关单元在所述第二状态期间将所述电感负载的第二节点耦合到所述电容器的第二节点；以及负载单元，配置为基于所述电容器的电压与参考电压的比较而从所述电容器接收能量。
实例11.根据实例10的电路，其中，所述参考电压由所述电感负载的电流分布限定。
实例12.根据实例10-11的任意组合的电路，其中，所述负载单元包括转换器单元，所述转换器单元配置为向所述电压源供应能量。
实例13.根据实例10-12的任意组合的电路，其中，所述电感负载为第一电感负载，所述电路还包括：第二电感负载，包括第一节点和第二节点；以及第三开关单元，配置为在第一状态和第二状态下操作，其中所述第三开关单元在所述第一状态期间将所述第二电感负载的第一节点耦合到所述电压源的第一节点，并且所述第三开关单元在所述第二状态期间将所述第二电感负载的第一节点耦合到所述电压源的第二节点，其中所述第二电感负载的第二节点耦合到所述第一电感负载的第二节点。
实例14.根据实例10-13的任意组合的电路，还包括：第四开关单元，配置为在第一状态和第二状态下工作，其中所述第四开关单元在所述第一状态期间将所述第二电感负载的第二节点耦合到所述电容器的第一节点，并且所述第四开关单元在所述第二状态期间将所述第二电感负载的第二节点耦合到所述电容器的第二节点。
实例15.一种方法，包括：通过电路的开关单元选择性地将电容器耦合到电感负载；以及基于所述电容器的电压与参考电压的比较，通过所述电路的负载单元从所述电容器接收能量。
实例16.根据实例15的方法，其中，所述参考电压由所述电感负载的电流分布限定。
实例17.根据实例15-16的任意组合的方法，其中，选择性地将所述电容器耦合到所述电感负载包括：在所述开关单元的第一状态期间，通过所述开关单元将所述电感负载耦合到电压源；以及在所述开关单元的第二状态期间，通过所述开关单元将所述电感负载耦合到所述电容器。
实例18.根据实例15-17的任意组合的方法，其中：
所述电容器为第一电容器；基于所述第一电容器的电压与所述参考电压的比较而从所述第一电容器接收能量包括：通过所述负载单元的转换器单元从处于第一电压的所述第一电容器接收能量；以及通过所述转换器单元将能量提供给与所述电压源并联耦合的处于第二电压的第二电容器，其中所述第一电压与所述第二电压不同。
实例19.根据实例15-18的任意组合的方法，其中，基于所述电容器的电压与所述参考电压的比较而从所述电容器接收能量包括：基于所述电容器的电压与所述参考电压的比较，通过所述负载单元的放电模块选择性地切换与所述电容器并联的电阻元件。
实例20.根据实例15-19的任意组合的方法，其中，所述开关单元为第一开关单元，并且所述电感负载为第一电感负载，所述方法还包括：通过所述电路的第二开关单元选择性地将所述电容器耦合到第二电感负载。
本公开描述的技术可至少部分地以硬件、软件、固件或其任意组合来实现。例如，所描述的技术的各个方面可在一个或多个处理器(包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(dsp))、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、或任何其他等效的集成或分立逻辑电路、以及这些部件的任意组合内实现。术语“处理器”或“处理电路”通常可单独指代前述逻辑电路中的任一者或者可指代其与其他逻辑电路或任何其他等效电路的组合。包括硬件的控制单元也可执行本公开的一种或多种技术。
这样的硬件、软件和固件可在相同设备内或在单独的设备内实现，以支持本公开描述的各种技术。此外，所描述的单元、模块或部件中的任一者可一起实现或单独实现为分立的但可互操作的逻辑设备。将不同特征描述为模块或单元旨在突出不同的功能方面，并不必然意味着这些模块或单元必须通过单独的硬件、固件或软件部件来实现。相反，与一个或多个模块或单元相关联的功能可由单独的硬件、固件或软件部件来执行，或者集成在公共或单独的硬件、固件或软件部件中。
在本公开中已描述了各个方面。这些和其他方面在所附权利要求的范围内。
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