用于驅(qū)動(dòng)器電路的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于驅(qū)動(dòng)器電路的系統(tǒng)和方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種操作柵極驅(qū)動(dòng)電路的方法包括：接收基準(zhǔn)定時(shí)脈沖，根據(jù)所述柵極驅(qū)動(dòng)電路的本地時(shí)鐘發(fā)生器來測量接收到的定時(shí)脈沖，以及基于所測量的接收到的定時(shí)脈沖來生成切換控制信號(hào)。
【專利說明】用于驅(qū)動(dòng)器電路的系統(tǒng)和方法
[0001]對臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)要求
本專利申請對在2012年6月30日提交的、題目為“用于驅(qū)動(dòng)器電路的系統(tǒng)和方法”的美國臨時(shí)申請N0.61/666，805要求優(yōu)先權(quán)，該申請由此通過引用被整體結(jié)合于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體電路和方法，并且更特別地涉及用于驅(qū)動(dòng)器電路的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0003]在諸如電源、電動(dòng)機(jī)控制器和配電網(wǎng)之類的電子系統(tǒng)中，在高電流路徑中使用高電壓功率晶體管以切換電流。半導(dǎo)體器件技術(shù)中最近的改進(jìn)已經(jīng)允許高功率晶體管更快地切換并且在操作期間耗散更少的功率。兩個(gè)常見功率晶體管類型是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。雖然這兩個(gè)晶體管類型都可以被制造成處理大量電流，但是在操作所述晶體管時(shí)必須小心以避免在正常操作期間和在靜電放電(ESD)事件期間損壞器件。例如，MOSFET或IGBT的柵極電壓被管理以便防止柵極的過電壓和/或器件的閉鎖。
[0004]MOSFET和IGBT晶體管通常由柵極驅(qū)動(dòng)器電路來驅(qū)動(dòng)，所述柵極驅(qū)動(dòng)器電路接收低功率輸入并且為功率MOSFET或IGBT生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。例如，柵極驅(qū)動(dòng)器可以被用來提供電動(dòng)機(jī)控制電路或開關(guān)模式電源中的脈沖寬度調(diào)制控制器和功率晶體管之間的接口。柵極驅(qū)動(dòng)器可以被實(shí)施為專用集成電路、分立晶體管、或變壓器，或者可以被集成在控制器單元中。然而，在PWM控制器中將柵極驅(qū)動(dòng)分開通過消除以非常高頻率驅(qū)動(dòng)功率MOSFET所需的高峰值電流和熱量耗散而允許所述控制器更冷地運(yùn)行和更穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種操作柵極驅(qū)動(dòng)電路的方法包括:接收基準(zhǔn)定時(shí)脈沖，根據(jù)所述柵極驅(qū)動(dòng)電路的本地時(shí)鐘發(fā)生器來測量所接收到的定時(shí)脈沖，以及基于所測量的接收到的定時(shí)脈沖來生成切換控制信號(hào)。
[0006]在下面的附圖和描述中闡述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。根據(jù)所述描述和附圖以及根據(jù)權(quán)利要求書，本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖所做的下列描述，在附圖中:
圖1示出包括低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)的半橋拓?fù)洌?br> 圖2示出在開關(guān)之間具有空載時(shí)間(dead time)的PWM模式；
圖3a-b示出驅(qū)動(dòng)電路和對應(yīng)波形圖，所述波形圖示出具有TLTO機(jī)制的切換； 圖4示出使用了外部部件的TLTO參數(shù)調(diào)整的實(shí)例；
圖5示出波形圖，所述波形圖示出在正常切換操作之前的學(xué)習(xí)階段期間的實(shí)施例基準(zhǔn)定時(shí)脈沖；
圖6示出與通信信道進(jìn)行接口的實(shí)施例柵極驅(qū)動(dòng)器部件；
圖7示出實(shí)施例數(shù)字控制電路；
圖8示出實(shí)施例時(shí)鐘發(fā)生器；以及 圖9示出實(shí)施例方法的流程圖。
[0008]不同圖中對應(yīng)的數(shù)字和符號(hào)通常指代對應(yīng)的部分，除非另有指示。這些圖被繪制以清楚地示出優(yōu)選實(shí)施例的相關(guān)方面，并且不一定是按比例繪制的。為了更清楚地示出特定實(shí)施例，指示相同結(jié)構(gòu)、材料或過程步驟的變化的字母可以在圖號(hào)后面。
【具體實(shí)施方式】
[0009]在下面詳細(xì)地討論對本優(yōu)選實(shí)施例的做出和使用。然而，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明提供了可以具體化在多種多樣的特定背景中的許多適用的發(fā)明構(gòu)思。所討論的特定實(shí)施例僅僅說明做出和使用本發(fā)明的特定方式，并且不限制本發(fā)明的范圍。
[0010]將關(guān)于在特定背景(即開關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路)中的優(yōu)選實(shí)施例來描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明也可以被應(yīng)用于針對信號(hào)生成和/或校準(zhǔn)的其他類型的電路、系統(tǒng)和方法。
[0011]電子電源開關(guān)(例如MOSFET和IGBT)被用在其中電負(fù)載被驅(qū)動(dòng)的許多應(yīng)用(例如AC電動(dòng)機(jī)、電源、以及其他電路)中。這樣的開關(guān)可以包括MOSFET和IGBT，并且可以由通過切換控制單元(例如微控制器或其他電子部件)生成的脈沖模式來控制。這樣的應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例是圖1中示出的半橋拓?fù)?00。
[0012]半橋拓?fù)?00包括由低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器108驅(qū)動(dòng)的低側(cè)開關(guān)102和由高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器106驅(qū)動(dòng)的高側(cè)開關(guān)104。雖然用于高側(cè)開關(guān)104和低側(cè)開關(guān)102的控制信號(hào)可以最初由切換控制單元110來生成，但是在許多情況下，切換控制單元110未被直接連接到電源開關(guān)102和104的控制節(jié)點(diǎn)。因此，在切換控制單元110與電源開關(guān)104和102之間分別引入柵極驅(qū)動(dòng)器部件106和108。這些柵極驅(qū)動(dòng)器部件將由切換控制單元110遞送的控制信號(hào)的邏輯電平“轉(zhuǎn)換”成由電源開關(guān)102和104所需的電流和電壓電平。在具有高側(cè)開關(guān)的拓?fù)渲?，可以使用電平移位機(jī)構(gòu)112，因?yàn)榍袚Q控制單元110的地電位不同于用于高側(cè)電源開關(guān)104的柵極驅(qū)動(dòng)器部件106的地電位。
[0013]在實(shí)施例中，經(jīng)由輸入Din對于切換控制單元110的接通請求與當(dāng)電源開關(guān)被實(shí)際接通時(shí)的實(shí)際時(shí)間點(diǎn)之間的延遲不同于針對斷開動(dòng)作的延遲。為了避免兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通的直通(shoot through)狀況,一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)的停用(deactivation)與另一開關(guān)控制信號(hào)的激活之間的空載時(shí)間被引入，如圖2中所示，其示出可以被用來控制圖1的半橋拓?fù)?00的典型脈沖模式。如所示，空載時(shí)間120在關(guān)斷高側(cè)信號(hào)124的時(shí)間與接通低側(cè)信號(hào)126的時(shí)間之間引入延遲。同樣，空載時(shí)間122在關(guān)斷低側(cè)信號(hào)126的時(shí)間與接通高側(cè)信號(hào)124的時(shí)間之間引入延遲。在一些實(shí)施例中，空載時(shí)間的寬度可以由切換控制單元110數(shù)字地生成，并且可以獨(dú)立于不同柵極驅(qū)動(dòng)器部件中的本地定時(shí)。
[0014]除了將控制信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成電源開關(guān)電平之外，柵極驅(qū)動(dòng)器部件還可以履行與電源開關(guān)相關(guān)的監(jiān)視和保護(hù)任務(wù)，例如測量電流以及在過電流通過該開關(guān)的情況下的自動(dòng)斷開。這些任務(wù)可以由柵極驅(qū)動(dòng)器部件自主地處理。
[0015]在開關(guān)電流太高的情況下，立即關(guān)斷電源開關(guān)而不用冒著開關(guān)器件的毀壞或損壞的風(fēng)險(xiǎn)可能是不可能的。因此，電源開關(guān)的柵極電壓首先被降低到定義的電平，并且在特定時(shí)間經(jīng)過之后所述開關(guān)被關(guān)斷。該機(jī)制被稱為“二電平關(guān)斷”(2LT0或TLT0)。在一些實(shí)施例中，二電平關(guān)斷方法可以被應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)IGBT開關(guān)以便避免在高電流狀況下開關(guān)晶體管的閉鎖。
[0016]圖3a_b示出電路和對應(yīng)波形圖，所述波形圖示出二電平關(guān)斷操作的操作。圖3a示出具有經(jīng)由晶體管206和208以及電阻器210和212耦合到IGBT開關(guān)204的開關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路202的實(shí)施例開關(guān)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)200。在一個(gè)實(shí)施例中，晶體管204被配置成經(jīng)由耦合到NPN晶體管206的基極的管腳TON以及與晶體管206的發(fā)射極串聯(lián)的電阻器210而被接通。晶體管204還被配置成經(jīng)由耦合到PNP晶體管208的基極的管腳TOFF以及與晶體管208的發(fā)射極串聯(lián)耦合的電阻器212而被關(guān)斷。
[0017]圖3b示出波形圖，所述波形圖示出在具有TLTO機(jī)制的切換期間表示在管腳TON處的電壓的電壓VT0N、表示在管腳TOFF處的電壓的VT0FF、以及表示在晶體管204的柵極處的電壓的VGATE。在一個(gè)實(shí)施例中，TON是接通電源開關(guān)的柵極信號(hào)的控制信號(hào)，以及TOFF是斷開電源開關(guān)的柵極信號(hào)的控制信號(hào)。在可替換實(shí)施例中，信號(hào)TON和TOFF的功能可以被組合成單個(gè)信號(hào)。
[0018]如通過圖3b可見，管腳TON在接通事件220的斷言之后在時(shí)間延遲tTUQ + t_處被斷言，并且在關(guān)斷事件222之后的延遲tPMFF被解除斷言。類似于管腳Τ0Ν，管腳TOFF也在接通事件220的斷言之后的時(shí)間延遲tT_ + tPra被斷言；然而，在關(guān)斷事件222和延遲tPMFF之后，管腳TOFF的電壓在持續(xù)時(shí)間內(nèi)從電壓電平224被降低到電壓電平226(Vtuq)，在這之后，管腳TOFF的電壓被降低到VEE2。在一些實(shí)施例中，可以以受控的轉(zhuǎn)換速率來執(zhí)行電壓電平224與226之間的轉(zhuǎn)變225，這可以是可編程的。在晶體管204的柵極處的電壓表示在管腳TON和TOFF處的電壓的經(jīng)電平移位的和電阻性組合的組合。
[0019]在TLTO時(shí)間(tTLTO)期間，晶體管204的柵極在被切斷之前經(jīng)歷降低的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，使得在沒有器件毀壞和/或損壞的風(fēng)險(xiǎn)的情況下通過開關(guān)晶體管204的電流可以被降低到可以被斷開的電平。固有傳播延遲tPMFF和tPDW表示在切換控制單元將切換事件遞送到柵極驅(qū)動(dòng)器的輸入的時(shí)間點(diǎn)與柵極驅(qū)動(dòng)器可以對該請求作出反應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)之間的延遲。
[0020]在一些情況下，TLTO機(jī)制可以被用于在正常操作狀況下以及在過電流的情況下斷開電源開關(guān)。僅僅在斷開階段期間引入t.可以導(dǎo)致與原始開關(guān)控制信號(hào)相比的電源開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間的修改。為了避免此效應(yīng)，tTm)可以被進(jìn)一步引入以作為在柵極驅(qū)動(dòng)器從切換控制單元接收到導(dǎo)通請求之后在柵極驅(qū)動(dòng)器接通電源開關(guān)之前的等待時(shí)間。
[0021]在一些情況下，t.的確切定時(shí)的精度和可靠性可以影響電源應(yīng)用的質(zhì)量。因此，在一些應(yīng)用中電源橋的柵極驅(qū)動(dòng)器的定時(shí)之間的差異和偏差可以被最小化。在本發(fā)明的實(shí)施例中，獨(dú)立于切換控制單元，在每個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器部件中本地生成tT_的定時(shí)。因此，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中可以實(shí)施對于tT_生成的高的本地精確性。
[0022]圖4示出常規(guī)柵極驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)300，其中柵極驅(qū)動(dòng)器電路302被耦合到開關(guān)晶體管304。這里，使用外部電容器306和齊納二極管308來設(shè)置TLTO的定時(shí)。在其他常規(guī)實(shí)施中，可以使用其他外部部件(例如電阻器)來設(shè)置TLTO的定時(shí)以隨著應(yīng)用而調(diào)整定時(shí)。然而，這些外部部件可以具有限制TLTO參數(shù)的精度的參數(shù)變化。除了外部器件變化之外，內(nèi)部變化(例如由于改變生產(chǎn)參數(shù)、溫度和供電電壓等等而造成的片上變化)在一些實(shí)例中也可以超過10-20%。為了降低這些器件相關(guān)容差，可以在生產(chǎn)和測試過程期間微調(diào)(trim)柵極驅(qū)動(dòng)器。為了實(shí)現(xiàn)這樣的微調(diào)，在生產(chǎn)期間執(zhí)行附加步驟并且可以使用包括用于微調(diào)參數(shù)的存儲(chǔ)器的可調(diào)電路。
[0023]在實(shí)施例驅(qū)動(dòng)器器件中，切換控制單元和柵極驅(qū)動(dòng)器部件之間的通信信道(例如串行總線連接)可以被用來配置器件參數(shù)(例如TLTO定時(shí))以及提供器件監(jiān)視。在一些實(shí)施例中，可以使用在2012年I月23日提交的、題目為“Methods for MonitoringFunctionality of a Switch and Driver Units for Switches” 的美國專利申請 N0.13/356，343中描述的系統(tǒng)和方法(例如與監(jiān)視有關(guān)的那些系統(tǒng)和方法)，該申請已經(jīng)通過引用被整體結(jié)合于此。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，通信信道允許系統(tǒng)控制單元將柵極驅(qū)動(dòng)器部件設(shè)置到學(xué)習(xí)模式中。在該學(xué)習(xí)模式中，諸如TLTO定時(shí)之類的參數(shù)被動(dòng)態(tài)地本地存儲(chǔ)在柵極驅(qū)動(dòng)器部件中，并且因此不需要被永久地存儲(chǔ)?？商鎿Q地，外部部件也可以被認(rèn)為是永久存儲(chǔ)裝置。如果不使用永久存儲(chǔ)器，則該第一步驟已經(jīng)簡化了柵極驅(qū)動(dòng)器部件。如果在切換控制單元和柵極驅(qū)動(dòng)器之間不需要附加信號(hào)連接(例如與正常操作模式相比在學(xué)習(xí)模式中使用的那些)，則可以簡化板設(shè)計(jì)。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器具有它自己的內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器和狀態(tài)機(jī)，其可以被用來生成TLTO定時(shí)以及其他切換相關(guān)定時(shí)。然而，這些本地時(shí)鐘發(fā)生器的未經(jīng)微調(diào)的頻率可能由于生產(chǎn)參數(shù)的變化隨著器件而不同。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，柵極驅(qū)動(dòng)器被設(shè)置為學(xué)習(xí)模式并且接收基準(zhǔn)定時(shí)脈沖?；鶞?zhǔn)定時(shí)脈沖的長度被本地測量,并且由每個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器部件使用例如相對于它自己的本地時(shí)鐘發(fā)生器的本地狀態(tài)機(jī)來捕獲。在每個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器接收到基準(zhǔn)定時(shí)脈沖之后，每個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器部件可以再生與所測量的基準(zhǔn)定時(shí)脈沖有關(guān)的定時(shí)。
[0027]圖5示出波形圖，所述波形圖示出在正常切換操作之前的學(xué)習(xí)階段402期間以及在正常切換操作404期間的實(shí)施例基準(zhǔn)定時(shí)脈沖。波形跡線406表示切換控制輸入，跡線408表示計(jì)數(shù)器或累加器的輸出，以及跡線410表示柵極驅(qū)動(dòng)器輸出。在學(xué)習(xí)階段402期間，計(jì)數(shù)器輸出408在基準(zhǔn)定時(shí)脈沖期間在切換控制輸入處遞增。在基準(zhǔn)定時(shí)脈沖412的結(jié)束時(shí)計(jì)數(shù)器輸出408的值被捕獲，例如通過將計(jì)數(shù)器輸出408存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。在學(xué)習(xí)階段402期間，柵極驅(qū)動(dòng)器輸出410沒有被激活。
[0028]在正常操作階段404期間，計(jì)數(shù)器輸出408開始在切換控制輸入406的上升沿遞增。一旦計(jì)數(shù)器輸出408達(dá)到所捕獲的值414，柵極驅(qū)動(dòng)器輸出410就被激活并且計(jì)數(shù)器輸出408被復(fù)位。在切換控制輸入406的下降沿處，計(jì)數(shù)器輸出408再一次開始遞增。當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出408再次達(dá)到所捕獲的值414時(shí)，停用柵極驅(qū)動(dòng)器輸出410。
[0029]圖6示出實(shí)施例切換系統(tǒng)500。在一個(gè)實(shí)施例中，切換系統(tǒng)具有經(jīng)由切換控制線528和530以及經(jīng)由通信接口線532 (其可以根據(jù)串行接口標(biāo)準(zhǔn)(例如SP1、IIC)或其他串行接口標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)施)耦合到高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器電路504和低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器電路506的系統(tǒng)控制器502。可替換地，還可以使用非標(biāo)準(zhǔn)串行接口。
[0030]高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器電路和低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器電路504和506中的每個(gè)可以由集成電路、或者由混合系統(tǒng)(例如布置在經(jīng)封裝的基板上的多個(gè)電路)、或者由布置在印刷電路板(PCB)上的板級電路來實(shí)施。高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路504的輸出被耦合到開關(guān)晶體管524的柵極，并且低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路506的輸出被I禹合到開關(guān)晶體管526的柵極。在一些實(shí)施例中,輸出柵極驅(qū)動(dòng)器電路504和506可以被直接耦合到晶體管524和526的柵極，或者可以如例如圖3a中所示的那樣經(jīng)由電阻器、晶體管和其他部件被耦合。
[0031]在一個(gè)實(shí)施例中，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器504具有高側(cè)驅(qū)動(dòng)器供電塊512，其為本地狀態(tài)機(jī)和時(shí)鐘發(fā)生器516以及輸出驅(qū)動(dòng)器520生成電源。本地狀態(tài)機(jī)和時(shí)鐘發(fā)生器516為輸出驅(qū)動(dòng)器520提供切換和配置信號(hào)。配置信號(hào)可以包括例如用于上述的二電平關(guān)斷方法的目標(biāo)電壓電平。類似地，低側(cè)驅(qū)動(dòng)器506具有低側(cè)驅(qū)動(dòng)器供電塊514，其為本地狀態(tài)機(jī)和時(shí)鐘發(fā)生器518以及輸出驅(qū)動(dòng)器522生成電源，并且本地狀態(tài)機(jī)和時(shí)鐘發(fā)生器516為輸出驅(qū)動(dòng)器520提供切換和配置信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，本地狀態(tài)機(jī)和時(shí)鐘發(fā)生器塊516和518中的每個(gè)實(shí)施如在這里的實(shí)施例中描述的實(shí)施例學(xué)習(xí)模式、正常操作模式和TLTO生成。
[0032]系統(tǒng)控制電路502具有切換控制單元508，其生成切換控制信號(hào)528和530。在一些實(shí)施例中，切換控制單元將死區(qū)區(qū)域應(yīng)用于這些信號(hào)以避免如上面關(guān)于圖2所描述的直通電流。通信接口 510可以被用來向驅(qū)動(dòng)器電路504和506發(fā)出命令。這樣的命令可以包括配置命令、對接收狀態(tài)的請求(例如誤差消息)、或者將驅(qū)動(dòng)器電路504和506置于各種操作模式(例如如在這里描述的學(xué)習(xí)模式和正常操作模式)的命令。
[0033]在實(shí)施例中，可以使用本領(lǐng)域中已知的電源和輸出驅(qū)動(dòng)器電路和方法來實(shí)施系統(tǒng)控制電路502、高側(cè)驅(qū)動(dòng)器供電512、低側(cè)驅(qū)動(dòng)器供電514和輸出驅(qū)動(dòng)器520和522。
[0034]圖7示出可以被用來實(shí)施圖6中所示的狀態(tài)本地狀態(tài)機(jī)和時(shí)鐘發(fā)生器516和518的實(shí)施例電路540。數(shù)字接口和控制邏輯542被耦合到輸入切換控制，所述輸入切換控制在校準(zhǔn)期間提供切換控制信號(hào)以及在正常操作期間提供基準(zhǔn)定時(shí)脈沖?？商鎿Q地，基準(zhǔn)定時(shí)脈沖和切換控制信號(hào)可以被實(shí)施為兩個(gè)分離的輸入。然而，與使用分離的輸入相比，使用單個(gè)輸入信號(hào)可以使用更少的管腳。I_DATA和I_CLK信號(hào)被配置成被耦合到通信接口。信號(hào)切換和配置被配置成被耦合到較后的輸出驅(qū)動(dòng)器級。
[0035]數(shù)字接口被進(jìn)一步耦合到計(jì)數(shù)器546，計(jì)數(shù)器546可以被用來測量基準(zhǔn)定時(shí)脈沖的寬度以及生成如上所述的延遲tTUQ。數(shù)字接口和控制電路542經(jīng)由計(jì)數(shù)、復(fù)位和C_out信號(hào)被耦合到計(jì)數(shù)器546。在一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字接口和控制電路542在基準(zhǔn)脈沖期間以及在切換控制信號(hào)的邊沿轉(zhuǎn)變之后斷言計(jì)數(shù)信號(hào)，使得計(jì)數(shù)器546如在這里關(guān)于圖5所描述的那樣遞增。在一些實(shí)施例中，在切換控制輸入信號(hào)上的低到高轉(zhuǎn)變使得計(jì)數(shù)器546在切換控制輸入處在高電平的持續(xù)時(shí)間內(nèi)遞增。在切換控制輸入的高到低轉(zhuǎn)變處，計(jì)數(shù)器546被停止并且其內(nèi)容被轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)器548和/或配置寄存器，從而存儲(chǔ)基準(zhǔn)脈沖的寬度。
[0036]在一些實(shí)施例中，在計(jì)數(shù)器已經(jīng)完成遞增之后和/或在計(jì)數(shù)器遞增之前，復(fù)位信號(hào)被斷言以復(fù)位計(jì)數(shù)器546。在正常操作模式期間，數(shù)字接口和控制電路540可以將計(jì)數(shù)器546的輸出C_out與存儲(chǔ)器548中存儲(chǔ)的TLTO值進(jìn)行比較，以便確定何時(shí)停止遞增計(jì)數(shù)器546以及何時(shí)改變切換信號(hào)的狀態(tài)。在一些實(shí)施例中，可以使用數(shù)字接口線I_DATA和1_CLK經(jīng)由命令來修改所存儲(chǔ)的TLTO值。
[0037]本地時(shí)鐘發(fā)生器544可以被實(shí)施在與數(shù)字接口和控制電路542和計(jì)數(shù)器546相同的集成電路上。在一個(gè)實(shí)施例中，本地時(shí)鐘發(fā)生器544向計(jì)數(shù)器546提供本地時(shí)鐘基準(zhǔn)?？梢允褂帽绢I(lǐng)域中已知的電路和方法來實(shí)施本地時(shí)鐘發(fā)生器544。例如，本地時(shí)鐘發(fā)生器544可以是張弛振蕩器、環(huán)形振蕩器、RC振蕩器、或其他振蕩器電路。在一些實(shí)施例中，本地時(shí)鐘發(fā)生器544從數(shù)字接口 542接收時(shí)鐘使能信號(hào)Ck_Enable。因此，本地時(shí)鐘發(fā)生器544可以僅在被系統(tǒng)需要時(shí)被使能，從而降低在其期間本地時(shí)鐘發(fā)生器544處于不活動(dòng)的操作模式中的功率消耗。
[0038]圖8示出具有RC振蕩器的實(shí)施例時(shí)鐘發(fā)生器544的一個(gè)實(shí)例，所述RC振蕩器由電容器550、電阻器552、具有遲滯的放大器554以及NAND門570組成。這里，振蕩器的頻率基于電阻器552和電容器550的RC時(shí)間常數(shù)。NAND門可以被用來在使能信號(hào)為低的情況下停止所述振蕩器。反相器554的輸出可以被饋入到非重疊時(shí)鐘發(fā)生器中，所述非重疊時(shí)鐘發(fā)生器包括NAND門558和564以及反相器556、560、562、566和568。可替換地，可以使用本領(lǐng)域中已知的其他RC振蕩器拓?fù)洹?br> [0039]對于大部分半導(dǎo)體技術(shù)來說，未經(jīng)微調(diào)的時(shí)鐘發(fā)生器可以由于生產(chǎn)參數(shù)的變化而遞送與期望值相比具有10% -30%的容差的頻率。在一些實(shí)施例中，該不確定性可以通過學(xué)習(xí)階段來補(bǔ)償。在一些實(shí)例中，時(shí)鐘頻率可以在相對于溫度和其他效應(yīng)百分之幾的范圍內(nèi)被穩(wěn)定。結(jié)果，一旦已經(jīng)捕獲了基準(zhǔn)脈沖，就可以在一些實(shí)施例中非常準(zhǔn)確地或者在指定范圍內(nèi)再生相關(guān)定時(shí)。
[0040]雖然所捕獲的與基準(zhǔn)定時(shí)脈沖有關(guān)的數(shù)值可能隨著柵極驅(qū)動(dòng)器而不同(由于不同的本地時(shí)鐘發(fā)生器)，但是在一些實(shí)施例中再生的定時(shí)具有足夠的精確性和/或柵極驅(qū)動(dòng)器之間的相對定時(shí)與將在部件之間具有過程變化的情況相比彼此更靠近。在一些實(shí)施例中，如果與本地時(shí)鐘發(fā)生器周期相比基準(zhǔn)定時(shí)脈沖為長的，則由于輸入基準(zhǔn)定時(shí)脈沖的同步效應(yīng)而造成的一個(gè)本地時(shí)鐘周期的固有不準(zhǔn)確性可以被忽略。
[0041]在一個(gè)實(shí)施例中，還可以以與TLTO類似的方式調(diào)整其他切換定時(shí)相關(guān)參數(shù)。例如，可以定義基準(zhǔn)點(diǎn)(其定義何時(shí)檢查柵極電壓處于特定范圍內(nèi)(安全監(jiān)視特征))，以及當(dāng)在電源開關(guān)的切換之后允許或者不允許主動(dòng)箝位時(shí)階段的長度。應(yīng)該理解，這些僅僅是使用實(shí)施例系統(tǒng)和方法可以調(diào)整的許多參數(shù)中的小的數(shù)量。
[0042]在一個(gè)實(shí)施例中，在學(xué)習(xí)階段期間在柵極驅(qū)動(dòng)器部件中引入基準(zhǔn)定時(shí)捕獲機(jī)制，并且在正常操作期間應(yīng)用針對柵極驅(qū)動(dòng)器的切換行為的修改而從捕獲的值中導(dǎo)出的值。
[0043]圖9示出實(shí)施例方法600的流程圖。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，操作柵極驅(qū)動(dòng)電路的方法包括:接收基準(zhǔn)定時(shí)脈沖(步驟604)，根據(jù)所述柵極驅(qū)動(dòng)電路的本地時(shí)鐘發(fā)生器來測量所接收到的定時(shí)脈沖(步驟606)，以及在步驟612中基于所測量的接收到的定時(shí)脈沖來生成切換控制信號(hào)。所述方法還可以包括在步驟608中將所測量的接收到的定時(shí)脈沖存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中和/或在步驟614中將切換控制信號(hào)應(yīng)用于開關(guān)晶體管。在一些實(shí)施例中，在學(xué)習(xí)模式中執(zhí)行步驟604、606和608，所述學(xué)習(xí)模式在步驟604中的接收定時(shí)脈沖之前的步驟602中被進(jìn)入，并且在步驟608中的將所測量的接收到的定時(shí)脈沖存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中之后被退出。
[0044]在一個(gè)實(shí)施例中，基于所測量的接收到的定時(shí)脈沖來生成切換控制信號(hào)包括在正常模式中操作柵極驅(qū)動(dòng)電路。在正常模式中的操作包括:接收從不活動(dòng)狀態(tài)到活動(dòng)狀態(tài)的切換控制信號(hào)轉(zhuǎn)變，在接收到從不活動(dòng)狀態(tài)到活動(dòng)狀態(tài)的切換控制信號(hào)轉(zhuǎn)變之后在第一時(shí)段中激活柵極驅(qū)動(dòng)器輸出，接收從活動(dòng)狀態(tài)到不活動(dòng)狀態(tài)的切換控制信號(hào)轉(zhuǎn)變，以及在接收到從活動(dòng)狀態(tài)到不活動(dòng)狀態(tài)的切換控制信號(hào)轉(zhuǎn)變之后在第一時(shí)段中停用所述柵極驅(qū)動(dòng)器輸出。所述第一時(shí)段基于所測量的接收到的定時(shí)脈沖。
[0045]在一個(gè)實(shí)施例中，基于所測量的接收到的定時(shí)脈沖來生成切換控制信號(hào)包括在高電流狀態(tài)中進(jìn)行操作。在高電流狀態(tài)中進(jìn)行操作包括:接收從活動(dòng)狀態(tài)到不活動(dòng)狀態(tài)的切換控制信號(hào)轉(zhuǎn)變，基于接收到控制信號(hào)轉(zhuǎn)變將柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的輸出電壓從第一電壓變?yōu)榈诙妷?，以及基于所測量的接收到的定時(shí)脈沖在第一時(shí)段之后將所述柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的輸出電壓變?yōu)榈谌妷?。第三電壓被配置成停用開關(guān)晶體管。
[0046]在一個(gè)實(shí)施例中，測量所接收到的定時(shí)脈沖包括使用狀態(tài)機(jī)。接收和測量的步驟可以在學(xué)習(xí)模式中被執(zhí)行，并且生成的步驟可以在正常模式中被執(zhí)行。在一些實(shí)施例中，所述方法還包括:從數(shù)字總線接收學(xué)習(xí)模式激活命令，并且響應(yīng)于學(xué)習(xí)模式激活信號(hào)來在學(xué)習(xí)模式中操作柵極驅(qū)動(dòng)電路。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，測量所接收到的定時(shí)脈沖包括:在所接收到的定時(shí)脈沖的開始時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，根據(jù)本地時(shí)鐘發(fā)生器的頻率來修改所述計(jì)數(shù)器，以及在所接收到的定時(shí)脈沖的結(jié)束時(shí)停止所述計(jì)數(shù)器。所述計(jì)數(shù)器可以例如通過遞增和/或遞減所述計(jì)數(shù)器的值而被修改。在一些實(shí)施例中，所述方法還包括操作本地時(shí)鐘發(fā)生器，這可以包括運(yùn)行張弛振蕩器。
[0048]根據(jù)另一實(shí)施例，一種電路包括時(shí)鐘發(fā)生器、耦合到所述時(shí)鐘發(fā)生器的狀態(tài)機(jī)、以及具有耦合到所述狀態(tài)機(jī)的切換控制信號(hào)輸出的輸入的輸出驅(qū)動(dòng)器。所述狀態(tài)機(jī)被配置成:接收基準(zhǔn)定時(shí)脈沖，根據(jù)時(shí)鐘發(fā)生器測量所接收到的基準(zhǔn)定時(shí)脈沖，以及基于所測量的接收到的基準(zhǔn)定時(shí)脈沖來生成切換控制信號(hào)。所述時(shí)鐘發(fā)生器、狀態(tài)機(jī)和輸出驅(qū)動(dòng)器可以被布置在集成電路上。在一個(gè)實(shí)施例中，所述時(shí)鐘發(fā)生器包括張弛振蕩器。在一些實(shí)施例中，所述輸出驅(qū)動(dòng)器被配置成驅(qū)動(dòng)開關(guān)晶體管，例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。
[0049]在一個(gè)實(shí)施例中，所述狀態(tài)機(jī)包括計(jì)數(shù)器，其被配置成在所接收到的基準(zhǔn)定時(shí)脈沖的開始時(shí)啟動(dòng)修改計(jì)數(shù)器值以及在所接收到的基準(zhǔn)定時(shí)脈沖的結(jié)束時(shí)停止修改所述計(jì)數(shù)器值。在一些實(shí)施例中，可以通過遞增和/或遞減所述計(jì)數(shù)器的值來修改所述計(jì)數(shù)器。所述電路還可以包括耦合到所述計(jì)數(shù)器的輸出的存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)器被配置成存儲(chǔ)所述計(jì)數(shù)器的輸出值。
[0050]在一個(gè)實(shí)施例中，所述輸出驅(qū)動(dòng)器被配置成:接收從活動(dòng)狀態(tài)到不活動(dòng)狀態(tài)的切換控制信號(hào)轉(zhuǎn)變，基于接收到控制信號(hào)轉(zhuǎn)變將柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的輸出電壓從第一電壓變?yōu)榈诙妷?，以及基于所測量的接收到的基準(zhǔn)定時(shí)脈沖在第一時(shí)段之后，將所述柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的輸出電壓從第二電壓變?yōu)榈谌妷?。第三電壓被配置成停用耦合到所述柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的開關(guān)晶體管。
[0051]根據(jù)另一實(shí)施例，一種開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路包括:輸出驅(qū)動(dòng)器，其被配置成耦合到開關(guān)晶體管的控制節(jié)點(diǎn)；以及耦合到所述輸出驅(qū)動(dòng)器的控制電路。所述控制電路被配置成:在第一操作模式中測量來自切換控制輸入的基準(zhǔn)脈沖，以及在第二操作模式中基于測量的基準(zhǔn)脈沖來產(chǎn)生從切換控制輸入到輸出驅(qū)動(dòng)器的輸出的第一定時(shí)延遲。所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路還可以包括耦合到控制電路并且耦合到數(shù)字接口的通信接口。所述通信接口被配置成從數(shù)字接口接收配置命令并且在接收到配置命令時(shí)將所述控制電路置于第一操作模式。所述輸出驅(qū)動(dòng)器可以被配置成驅(qū)動(dòng)IGBT。[0052]在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制電路還被配置成:在切換控制輸入被解除斷言時(shí)將輸出驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓從第一電壓變?yōu)榈诙妷?，并且在第一定時(shí)延遲之后，將所述輸出驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓從第二電壓變?yōu)榈谌妷?。第三電壓被配置成停用開關(guān)晶體管。
[0053]在一個(gè)實(shí)施例中，所述開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路還包括定時(shí)基準(zhǔn)電路，并且所述控制電路被配置成測量關(guān)于定時(shí)基準(zhǔn)電路的輸出的基準(zhǔn)脈沖。在一些實(shí)施例中，所述定時(shí)基準(zhǔn)電路被實(shí)施為張弛振蕩器。
[0054]一些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)包括在制造期間不微調(diào)柵極驅(qū)動(dòng)器的情況下準(zhǔn)確地生成柵極驅(qū)動(dòng)器定時(shí)的能力。一些實(shí)施例的附加優(yōu)點(diǎn)包括在沒有使用附加外部部件的需要和花費(fèi)的情況下，以及在沒有外部部件中的所得到的參數(shù)變化的情況下，準(zhǔn)確地生成柵極驅(qū)動(dòng)器定時(shí)的能力。實(shí)施例的另一優(yōu)點(diǎn)包括補(bǔ)償頻率內(nèi)部本地時(shí)鐘發(fā)生器的部分到部分的變化的能力，這導(dǎo)致對于應(yīng)用關(guān)鍵定時(shí)而言更好的精度。
[0055]雖然已經(jīng)參考說明性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是該描述不打算在限制性意義上來解釋。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，一參考所述描述，說明性實(shí)施例的各種修改和組合以及本發(fā)明的其他實(shí)施例就將是顯而易見的。
【權(quán)利要求】
1.一種操作柵極驅(qū)動(dòng)電路的方法，所述方法包括: 接收基準(zhǔn)定時(shí)脈沖； 根據(jù)所述柵極驅(qū)動(dòng)電路的本地時(shí)鐘發(fā)生器來測量接收到的定時(shí)脈沖；以及 基于所測量的接收到的定時(shí)脈沖來生成切換控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括:將所測量的接收到的定時(shí)脈沖存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括:將所述切換控制信號(hào)應(yīng)用于開關(guān)晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，基于所測量的接收到的定時(shí)脈沖來生成切換控制信號(hào)包括: 在正常模式中進(jìn)行操作包括: 接收從不活動(dòng)狀態(tài)到活動(dòng)狀態(tài)的切換控制信號(hào)轉(zhuǎn)變， 在接收到從活動(dòng)狀態(tài)到不活動(dòng)狀態(tài)的切換控制信號(hào)轉(zhuǎn)變之后在第一時(shí)段中激活柵極驅(qū)動(dòng)器輸出，其中第一時(shí)段基于所測量的接收到的定時(shí)脈沖， 接收從活動(dòng)狀態(tài)到不活動(dòng)狀態(tài)的切換控制信號(hào)轉(zhuǎn)變，以及 在接收到從活動(dòng)狀態(tài)到不活動(dòng)狀態(tài)的切換控制信號(hào)轉(zhuǎn)變之后立即或者在第一時(shí)段中停用所述柵極驅(qū)動(dòng)器輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所`述的方法，其中，基于所測量的接收到的定時(shí)脈沖來生成切換控制信號(hào)包括: 在高電流狀態(tài)中進(jìn)行操作包括: 接收從活動(dòng)狀態(tài)到不活動(dòng)狀態(tài)的切換控制信號(hào)轉(zhuǎn)變， 基于接收到所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)變將柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的輸出電壓從第一電壓變?yōu)榈诙妷海约? 基于所測量的接收到的定時(shí)脈沖在第一時(shí)段之后，將所述柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的輸出電壓從第二電壓變?yōu)榈谌妷?，其中第三電壓被配置成停用所述開關(guān)晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，測量接收到的定時(shí)脈沖包括:使用狀態(tài)機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在學(xué)習(xí)模式中執(zhí)行所述接收和測量的步驟，以及在正常模式中執(zhí)行所述生成的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括: 從數(shù)字總線接收學(xué)習(xí)模式激活命令；以及 響應(yīng)于學(xué)習(xí)模式激活信號(hào)而在所述學(xué)習(xí)模式中操作所述柵極驅(qū)動(dòng)電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，測量接收到的定時(shí)脈沖包括: 在接收到的定時(shí)脈沖的開始時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器； 根據(jù)所述本地時(shí)鐘發(fā)生器的頻率來修改所述計(jì)數(shù)器；以及 在接收到的定時(shí)脈沖的結(jié)束時(shí)停止所述計(jì)數(shù)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括操作所述本地時(shí)鐘發(fā)生器，操作包括運(yùn)行張弛振蕩器。
11.一種電路,包括: 時(shí)鐘發(fā)生器； 耦合到所述時(shí)鐘發(fā)生器的狀態(tài)機(jī)；以及輸出驅(qū)動(dòng)器，其具有耦合到所述狀態(tài)機(jī)的切換控制信號(hào)輸出的輸入，其中所述狀態(tài)機(jī)被配置成: 接收基準(zhǔn)定時(shí)脈沖， 根據(jù)所述時(shí)鐘發(fā)生器來測量所接收到的基準(zhǔn)定時(shí)脈沖，以及 基于所測量的接收到的基準(zhǔn)定時(shí)脈沖來修改切換控制信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，其中，所述時(shí)鐘發(fā)生器、狀態(tài)機(jī)和輸出驅(qū)動(dòng)器被布置在集成電路上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，其中，所述狀態(tài)機(jī)包括計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器被配置成:在所接收到的基準(zhǔn)定時(shí)脈沖的開始時(shí)啟動(dòng)修改計(jì)數(shù)器值，以及在所接收到的基準(zhǔn)定時(shí)脈沖的結(jié)束時(shí)停止修改所述計(jì)數(shù)器值。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，還包括耦合到所述計(jì)數(shù)器的輸出的存儲(chǔ)器，其中所述存儲(chǔ)器被配置成存儲(chǔ)所述計(jì)數(shù)器的輸出值。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中，所述時(shí)鐘發(fā)生器包括張弛振蕩器。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中，所述輸出驅(qū)動(dòng)器被配置成: 接收從活動(dòng)狀態(tài)到不活動(dòng)狀態(tài)的切換控制信號(hào)轉(zhuǎn)變； 基于接收到所述控制信號(hào)轉(zhuǎn)變來將柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的輸出電壓從第一電壓變?yōu)榈诙妷海灰约? 基于所測量的接收到的基準(zhǔn)定時(shí)脈沖在第一時(shí)段之后，將所述柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的輸出電壓從第二電壓變?yōu)榈谌妷海渲械谌妷罕慌渲贸赏Ｓ民詈系剿鰱艠O驅(qū)動(dòng)器輸出的開關(guān)晶體管。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路，其中，所述輸出驅(qū)動(dòng)器被配置成驅(qū)動(dòng)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。
18.一種開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，包括: 輸出驅(qū)動(dòng)器，其被配置成耦合到開關(guān)晶體管的控制節(jié)點(diǎn)；以及 耦合到所述輸出驅(qū)動(dòng)器的控制電路，所述控制電路被配置成: 在第一操作模式中測量來自切換控制輸入的基準(zhǔn)脈沖，以及 在第二操作模式中基于所測量的基準(zhǔn)脈沖來產(chǎn)生從所述切換控制輸入到所述輸出驅(qū)動(dòng)器的輸出的第一定時(shí)延遲。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，還包括耦合到所述控制電路并且耦合到數(shù)字接口的通信接口，其中所述通信接口被配置成從所述數(shù)字接口接收配置命令以及在接收到所述配置命令時(shí)將所述控制電路置于第一操作模式。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，其中，所述控制電路還被配置成: 當(dāng)所述切換控制輸入被解除斷言時(shí)將所述輸出驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓從第一電壓變?yōu)榈诙妷?；以? 在第一定時(shí)延遲之后，將所述輸出驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓從第二電壓變?yōu)榈谌妷海渲械谌妷罕慌渲贸赏Ｓ盟鲩_關(guān)晶體管。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，其中，所述輸出驅(qū)動(dòng)器被配置成驅(qū)動(dòng)絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，還包括定時(shí)基準(zhǔn)電路，其中所述控制電路被配置成測量關(guān)于所述定時(shí)基準(zhǔn)電路的輸出的基準(zhǔn)脈沖。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述`的開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，其中，所述定時(shí)基準(zhǔn)電路包括張弛振蕩器。
【文檔編號(hào)】H02M1/088GK103532355SQ201310267717
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月30日
【發(fā)明者】M.巴赫胡伯, T.巴奇加盧波, J.巴倫希恩, L.博勒諾, M.紐布林 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司