專利名稱：在半橋組態(tài)中減少mosfet體二極管傳導(dǎo)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率開關(guān)器件。更準(zhǔn)確的說，本發(fā)明提供在半橋組態(tài)中高端與低端器件之間轉(zhuǎn)換的改進技術(shù)。
傳統(tǒng)的集成電路半橋驅(qū)動器，典型地使用非重疊功率MOSFET柵控制信號，以保證當(dāng)高端和低端功率MOSFET都處在高阻抗?fàn)顟B(tài)時最小的時間間隔。這個間隔一般稱為“停滯時間”。停滯時間間隔僅僅發(fā)生在從一個開關(guān)器件至另一個開關(guān)器件電流換向之前，必需保證沒有同時傳導(dǎo)電流通過這兩個轉(zhuǎn)換開關(guān)器件，即沒有貫穿電流。停滯時間間隔常常必須大于期望值，以確保在IC操作溫度和過程變化范圍內(nèi)維持最小的停滯時間。
在停滯時間期間，當(dāng)兩個功率開關(guān)器件都是高阻抗時，感性負(fù)載的任何輸出電流，均被強制地流過或者高端或者低端開關(guān)器件的寄生體二極管。當(dāng)半橋驅(qū)動器和功率MOSFET共享同一硅襯底時，流過功率MOSFET體二極管的電流可激活I(lǐng)C襯底上另外的寄生晶體管。激活的這些寄生晶體管能夠成為不希望的功率耗散源，以及干擾半橋控制電路的正常操作。而且，激活的這些寄生晶體管，甚至能經(jīng)由眾所周知的稱為鎖定的機制毀壞IC。
這個問題一般的解決辦法是增設(shè)外肖特基二極管與功率MOSFET體二極管并聯(lián)。外肖特基二極管具有較低的正向電壓，因此在停滯時間內(nèi)引走了本應(yīng)流入體二極管的大部分電流。但是，伴隨肖特基二極管產(chǎn)生的串聯(lián)感抗和半橋IC組裝，當(dāng)在高頻下?lián)Q接大電流時，常常限制了這個技術(shù)的有效性。這個解決辦法還得考慮系統(tǒng)要增加成本，因此不理想。
附

圖1描述了現(xiàn)有技術(shù)的半橋轉(zhuǎn)換開關(guān)功率放大器。V1和V2是典型的5V至10V電壓源。功率MOSFET管M1和M2的柵極被驅(qū)動，使得當(dāng)M1和M2都閉合沒有傳導(dǎo)電流時，產(chǎn)生一個時間間隔。在這里這個時間間隔已被稱為停滯時間。在停滯時間內(nèi)，當(dāng)電流由于感性負(fù)載流進或流出轉(zhuǎn)換功率放大器輸出端時，體二極管D1或D2其中之一傳導(dǎo)電流。這引起輸出上升超過VDD或下降低于GND。其量取決于體二極管的正向電壓。
圖1轉(zhuǎn)換(開關(guān))功率放大器的柵極驅(qū)動，輸出電壓和輸出電流波形示于圖2中。圖3和圖4為按現(xiàn)有技術(shù)圖1中的半橋功率放大器兩步轉(zhuǎn)換過程的簡略圖示。柵極轉(zhuǎn)換開關(guān)為簡化已經(jīng)從圖1中刪掉了，功率MOSFET分別以它們的工作區(qū)電阻表示。圖3顯示電流流入放大器輸出級的情況，圖4顯示電流流出放大器輸出級的情況。
圖3a至3c顯示圖1中半橋功率放大器電流流入放大器輸出級，即圖2中的t0-t5間隔時轉(zhuǎn)換過程的三種狀態(tài)。在圖3a中，負(fù)載電流流入M2，M2作用如同開關(guān)將電流傳導(dǎo)至GND(狀態(tài)1)。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換過程的第一步是M2柵極的完全放電。這引起兩個輸出MOSFET都是處在高阻抗?fàn)顟B(tài)如圖3b中所示(狀態(tài)2)。在這個停滯時間內(nèi)(圖2的間隔t1-t2)，輸出電流保持相對的恒定，所以流動幾乎完全通過D1返回進入電源VDD。在圖2中可以看到，D1端電壓降導(dǎo)致在此間隔期間輸出電壓Vout上升高出VDD。轉(zhuǎn)換過程的第二步是，M1柵極的充電，然后如圖3c所示使D1電流換向(狀態(tài)3)。程序3a-3b-3c描述了輸出電壓由低到高的轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸出電壓由高到低轉(zhuǎn)換即3c-3b-3a時這個過程是可逆的。
圖4a至4c示出圖1中半橋功率放大器電流流出放大器輸出級，即圖2中t5-t9間隔時，轉(zhuǎn)換過程的三種狀態(tài)。
IC功率器件體二極管的傳導(dǎo)按傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換時，對于IC可能會有災(zāi)難性的后果。所以期望提供的技術(shù)使半橋組態(tài)的轉(zhuǎn)換可以實現(xiàn)而功率器件的體二極管傳導(dǎo)電流最小。
按照本發(fā)明，控制電路已被組合到半橋柵極驅(qū)動器中，以使體二極管傳導(dǎo)和半橋功率MOSFET的貫穿電流最小。本發(fā)明的控制電路達到這一點是靠將半橋的兩個功率MOSFET中的一個作為電流源來工作，即在電流換向期間在飽和區(qū)而不是在線性區(qū)。
該MOSFET作為電流源操作使在停滯時間間隔期間通常流入兩個功率MOSFET體二極管中的一個的電流換向和傳導(dǎo)。于是，當(dāng)一個功率MOSFET提供要求的輸出負(fù)載電流時，另外一個功率MOSFET作為開關(guān)可以或者開啟，轉(zhuǎn)換輸出至期望的電壓，或者閉合。
在轉(zhuǎn)換開關(guān)MOSFET開啟以轉(zhuǎn)換輸出時，一旦輸出被轉(zhuǎn)換，電流源MOSFET即閉合。在MOSFET轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合時，電流源MOSFET則完全增強，并轉(zhuǎn)換輸出至期望的電壓。
為了將功率MOSFET作為電流源操作，柵極驅(qū)動電路必須能使功率MOSFET柵極部分地充電和放電。使柵極必須充電的電壓由輸出電流確定。根據(jù)一個具體的實施方案，電流源的量值基本上等于輸出電流的量值，從而防止兩個功率MOSFET之間交叉?zhèn)鬏敗?br> 因此，本發(fā)明提供的方法和裝置用于在半橋組態(tài)中配置的第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)的操作。第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)分別在第一和第二柵極上的第一和第二柵極電壓是這樣控制的，即第一轉(zhuǎn)換開關(guān)開啟而第二轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合。第一和第二柵極電壓其中之一是這樣控制的，即將相應(yīng)的第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)其中之一作為恒定電流源操作。在第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)其中之一已經(jīng)作為恒定電流源進行操作之后，控制第二柵極電壓使第二轉(zhuǎn)換開關(guān)開啟，和控制第一柵極電壓使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合。
根據(jù)另一個具體實施方案，控制第一和第二柵極電壓使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)開啟和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合。控制第一柵極電壓使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)以恒定電流源進行操作。當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)換開關(guān)作為恒定電流源進行操作時，控制第二柵極電壓使第二轉(zhuǎn)換開關(guān)開啟。第二轉(zhuǎn)換開關(guān)開啟之后，控制第一柵極電壓使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合。
按照另外一個具體實施方案，控制第一和第二柵極電壓使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)開啟和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合。然后控制第二柵極電壓使第二轉(zhuǎn)換開關(guān)作為恒定電流源操作。當(dāng)?shù)诙D(zhuǎn)換開關(guān)作為恒定電流源操作時，控制第一柵極電壓使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合。第一轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合之后，控制第二柵極電壓使第二轉(zhuǎn)換開關(guān)開啟。
參閱本說明書的剩余部分和附圖可進一步理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點。
圖1是傳統(tǒng)半橋開關(guān)功率放大器電路圖。開關(guān)S1至S4控制著功率MOSFET M1和M2的柵極充電和放電。二極管D1和D2是與功率MOSFET相聯(lián)系的寄生體二極管。
圖2為開關(guān)時序圖，描述了圖1中功率MOSFET柵極控制波形。還示出了輸出電流方向正和負(fù)時輸出電壓和電流的波形。
圖3a至3c示出圖1中現(xiàn)有技術(shù)的半橋功率放大器，在電流流入放大器輸出級情況下，轉(zhuǎn)換過程的三種狀態(tài)。為了簡化柵極轉(zhuǎn)換開關(guān)已從圖1中刪除，功率MOSFET分別以其工作區(qū)電阻表示。
圖4a至4c示出圖1中現(xiàn)有技術(shù)的半橋功率放大器，在電流流出放大器輸出級情況下，轉(zhuǎn)換過程的三種狀態(tài)。為了簡化柵極轉(zhuǎn)換開關(guān)已從圖1中刪除，功率MOSFET分別以其工作區(qū)電阻表示。
圖5為簡化電路圖，描述了本發(fā)明附加?xùn)艠O控制電路的一種實施方案。開關(guān)S1至S4和跨導(dǎo)級GM1和GM2控制著功率MOSFET M1和M2柵極的充電和放電。二極管D1和D2是與功率MOSFET相聯(lián)系的寄生體二極管。
圖6為開關(guān)時序圖，描述了按照新發(fā)明控制圖5中功率MOSFET柵極的方法。還示出了輸出電流方向為正和負(fù)時的輸出電壓和電流的波形圖。
圖7a至7d顯示本發(fā)明半橋功率放大器電流流入放大器輸出級轉(zhuǎn)換過程四種狀態(tài)的一般情況。柵極轉(zhuǎn)換開關(guān)和跨導(dǎo)級為了簡化已從圖5中刪除，功率MOSFET分別以其工作區(qū)電阻表示。
圖8a至8d顯示本發(fā)明半橋功率放大器電流流出放大器輸出級轉(zhuǎn)換過程四種狀態(tài)的一般情況。柵極轉(zhuǎn)換開關(guān)和跨導(dǎo)級為了簡化已從圖5中刪除，功率MOSFET分別以其工作區(qū)電阻表示。
圖9顯示本發(fā)明更具體的實施方案電路圖。
現(xiàn)在參照圖5-9進行討論。附加的柵極控制電路已經(jīng)加到圖1基本的轉(zhuǎn)換(開關(guān))功率放大器組態(tài)中，以便控制體二極管停滯時間傳導(dǎo)電流。兩個跨導(dǎo)級GM1和GM2，當(dāng)用信號EN1和EN2觸發(fā)時，檢測MOSFET中的一個上的端電壓，以便設(shè)置另一個MOSFET的柵極電壓。當(dāng)未觸發(fā)時，GM1和GM2的輸出為高阻抗。GM1和GM2允許MOSFET如同電流源工作而不僅僅是開關(guān)。開關(guān)S1-S4允許M1和M2快速充電和放電。圖5的轉(zhuǎn)換功率放大器的柵極驅(qū)動，輸出電壓和輸出電流波形示于圖6中。描述于圖7和圖8中的本發(fā)明的三步轉(zhuǎn)換(開關(guān))過程，其中柵極轉(zhuǎn)換和跨導(dǎo)級為了簡化已從圖5中刪除了，功率MOSFET分別以其工作區(qū)電阻表示。圖7顯示的是電流輸進放大器輸出級的情況。圖8顯示的是電流流出放大器輸出級的情況。
按照本發(fā)明的一個具體實施方案，圖3b和4b的停滯時間開關(guān)狀態(tài)，每一個分別由示于圖7b和7c，圖8b和8c的兩種狀態(tài)所代換。在這個實施方案中，充當(dāng)電流源的那個MOSFET換向負(fù)載電流，它在停滯時間間隔期間本應(yīng)流過另一個MOSFET的體二極管。圖7a描述半橋功率放大器一種可能的初始狀態(tài)，其負(fù)載電流正流進放大器輸出端且充當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)的M2傳導(dǎo)電流至GND(狀態(tài)1)。M2的柵源電壓于是降低，使M2如同電流源工作，其量值等于輸出電流I0，如圖7b所示(狀態(tài)2)。然后，M1的柵極完全充電以箝制至VDD的端出，如圖7c所示(狀態(tài)3)。最后，M2的柵極完全放電使之進入高阻抗?fàn)顟B(tài)，如圖7d中Roff所示(狀態(tài)4)。注意，在這個轉(zhuǎn)換過程的任意時間里，電流都不流經(jīng)體二極管D1或D2。
按程序7a-7b-7c-7d所述的轉(zhuǎn)換過程完全是可逆的。當(dāng)半橋輸出的初始狀態(tài)為如圖7d所示的狀態(tài)4時，就可進行逆轉(zhuǎn)步驟，將半橋恢復(fù)至狀態(tài)1，亦即7 d-7 c-7 b-7 a。
輸出電流方向必須在轉(zhuǎn)換程序開始之前認(rèn)定，以確定哪一個器件，高端或低端，將充當(dāng)電流源。例如，圖7a中，負(fù)載電流正流入輸出端，其將從低向高轉(zhuǎn)換。在這種情況下M2就成為電流源。相反，在圖8a中，負(fù)載電流正流出輸出端，其將從低向高轉(zhuǎn)換，M1成為電流源。例如可通過測量在輸出轉(zhuǎn)換之前傳導(dǎo)MOSFET上的電壓極性來確定出輸出電流的方向。
為了使轉(zhuǎn)換過程時間最小，在下一個狀態(tài)變化之前應(yīng)確定輸出功率MOSFET的傳導(dǎo)狀態(tài)。例如，在圖7c中，在決定閉合如圖7d中的電流源之前應(yīng)確定M1的傳導(dǎo)狀態(tài)。按照一個具體的實施方案，所述的MOSFET棚源電壓即用于產(chǎn)生此決定。
為了進一步闡明本發(fā)明的操作，圖7和8中描述的轉(zhuǎn)換條件現(xiàn)應(yīng)用于圖5所示本發(fā)明的具體實施方案中，圖6示出時序波形圖。
首先考慮的條件是，電流Iout正流進圖5的M2中，輸出將從低向高轉(zhuǎn)換，如圖6所示(時間間隔t1-t6)。M2初始是在線性工作區(qū)，傳導(dǎo)電流至GND。這形成M2的Rdson上小的正電壓。這個條件與圖7a所示狀態(tài)1等效，相當(dāng)于圖6中時間間隔t0-t1。為了轉(zhuǎn)換輸出從GND至VDD,GM2被觸發(fā)，M2的柵極開始放電(時間間隔t1-t2)。當(dāng)Vout上升(時間間隔t2-t3)，M2離開線性工作區(qū)。與M2聯(lián)系的密勒電容轉(zhuǎn)換在此間隔期間GM2提供的任何柵極放電電流，從而保持住Vgs2(間隔t2-t3)。一旦Vout達至VDD,GM2保持Vgs2在期望的水平以維持D1開啟(間隔t3-t4)。然后，用S1開啟M1。但是，由于為0V跨接故M1中沒有電流流過(間隔t3-t4)。一旦M1完全地增強，則GM2不觸發(fā)，S4激發(fā)使電流源M2閉合(間隔t4 t5)。于是Iout完全流過M1(間隔t5-t7)。
現(xiàn)在考慮條件電流Iout正流進M1，輸出變換將從高到低如圖6所示(時間間隔t7-t11)。M1初始是在線性工作區(qū)中傳導(dǎo)Iout至VDD。這樣就形成了M1的Rdson上的一個小的正電壓(相對于VDD)。這種情況等效于圖7d所示的狀態(tài)4，相當(dāng)于圖6中時間間隔t5-t7。為了使輸出從VDD轉(zhuǎn)換到GND,GM2被觸發(fā)并充電使Vgs2至期望的電壓，使M2的漏電流等于Iout。M1仍然開啟，輸出電壓被箝在VDD(間隔t7-t8)。然后，M1的柵極經(jīng)由S2放電(間隔t8-t9)。一旦Vgs1充分放電，則GM2不觸發(fā)，S3激發(fā)以使M2的柵極完全充電(間隔t9-t11)。于是輸出轉(zhuǎn)換為從高到低。
下面考慮條件電流Iout正流出M2和輸出變換將從低到高，如圖6所示(時間間隔t13-t17)。M2初始是在線性工作區(qū)，Iout源自GND。這樣就形成了M2的Rdson上的一個小的負(fù)電壓。這種情況等效于圖8中所示的狀態(tài)1，和相當(dāng)于圖6中時間間隔t12-t14。為使Iout自M2換向，于是GM1被觸發(fā)并充電使Vgs1至期望的電壓，使M1的源電流等于Iout,M2上的電壓至零(間隔t13-t14)。一旦電流源M1適當(dāng)設(shè)定，則Vgs2經(jīng)由S4放電(間隔t14-t15)。一旦M2的柵極完全放電，GM1不觸發(fā)，S1被激發(fā)以使M1的柵極充分地充電(間隔t15-t17)，因而輸出上升至VDD。
最后，考慮條件是電流Iout正流出M1和輸出轉(zhuǎn)換為從高到低如圖6所示，時間間隔t18-t23。M1初始在線性工作區(qū)內(nèi)，Iout源自VDD。這樣就形成了M1的Rdson上的一個小的負(fù)電壓(相對VDD)。這種情況等效于圖8d中的狀態(tài)4，相當(dāng)于圖6中時間間隔t16-t19。為了使輸出從VDD轉(zhuǎn)換到GND,GM1被觸發(fā)，Vgs1放電達到期望的電壓使M1的源電流等于Iout(間隔t18-t19)。當(dāng)Vgs1下降低于需要保持輸出電流的水平，負(fù)載電流拉低Vout(間隔t19-t20)。然后GM1維持Vgs1在合適的電壓值以維持Iout(間隔t19-t21)。之后由于M2為0V跨接，M2可以充分地增強。一旦M2足夠?qū)?，則M1即閉合，輸出電流整個流過M2(間隔t21-t22)。
圖9示出本發(fā)明更具體的一種實施方案的電路圖?？梢愿鶕?jù)各種半導(dǎo)體處理器如雙極型，CMOS,DMOS,IGBT等等任一種制作電路。而且應(yīng)該理解，可以采用這些處理器不同的組合繪制電路。比較器(comp)901和902監(jiān)控M1和M2的柵極源電壓，使得可以知道M1和M2的傳導(dǎo)狀態(tài)。比較器903和904監(jiān)控每一個FET M1和M2上的跨接電壓，輸出電流的方向便可確定。無論是傳導(dǎo)狀態(tài)還是輸出電流方向的信息都輸進柵極充電控制邏輯模塊905中。這個模塊中的邏輯按照前述開關(guān)程序可確定M1和M2的柵極充電和放電的各元件的狀態(tài)，亦即S1,S2,S3,S4,GM1和GM2。應(yīng)該理解，控制邏輯模塊905可以有廣泛的多種方法實施而不違反本發(fā)明的范圍。還應(yīng)該理解，因為控制邏輯模塊905的實施完全在邏輯設(shè)計師的能力之內(nèi)，所以此處沒有包含具體實施的描述，以防止對本發(fā)明原理的不必要困惑。
參看圖9，現(xiàn)在介紹本發(fā)明工作的一個例子。在此例中，電流正流入轉(zhuǎn)換放大器的輸出以及M1正傳導(dǎo)電流至VDD。輸出電壓(Vout)稍許高于VDD(Vout=(Iout×Rdson)+VDD)。半橋輸入信號走低表明M1應(yīng)當(dāng)閉合，M2應(yīng)當(dāng)開啟。柵極充電控制邏輯905以指令順序行事以阻止體二極管傳導(dǎo)。它經(jīng)由比較器903感知輸出電流的方向。它觸發(fā)S2從而使M1的柵極開始放電。它觸發(fā)GM2從而使M2的柵極開始部分充電。M2的柵極充電至輸出下降到VDD，然后保持。當(dāng)Vout等于VDD時，充當(dāng)電流源的M2傳導(dǎo)所有的輸出電流，M1只是箝制Vout至VDD。一旦比較器901檢測到M1柵源電壓下降至預(yù)定的參照電壓(Vref)，表明M1再也不能有效傳導(dǎo)電流了，則柵極充電控制邏輯905令GM2不觸發(fā)，并觸發(fā)S3。S3使M2的柵極完全充電至V2，當(dāng)M2完全增強輸出下降使電壓稍許高于0V(Vout=Iout×Rdson)，于是開關(guān)操作完成。本例描述的控制程序情況為電流正流入輸出和輸出電壓由高到低變換。在其它三種情況下，柵極充電控制邏輯905提供類似的程序，包括電流流進輸出，Vout從低向高變換，電流流出輸出Vout由低向高變換，和電流流出輸出Vout從高向低變換。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照其具體的實施方案進行了詳細(xì)的展示和描述，但是那些本專業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以改變已公開的實施方案的形式和細(xì)節(jié)而不違反本發(fā)明的精神和范圍。例如，在這里描述的實施方案中，功率MOSFET用來作為轉(zhuǎn)換和電流源器件，但是應(yīng)該理解，還有多種其它類型的功率轉(zhuǎn)換器件可以使用。包括其中的任一型器件均可同時配置為電流源和轉(zhuǎn)換開關(guān)，例如，IGBT，雙極晶體管，PMOS器件等等。而且，按照某些實施方案，電壓輸出可用跨導(dǎo)級代替。另外，跨導(dǎo)級可以有其輸入轉(zhuǎn)換開關(guān)，允許這些級執(zhí)行S1-S4的功能從而免除對S1-S4的需求。所以本發(fā)明的范圍應(yīng)參照權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1．一種用于操作配置于半橋組態(tài)中第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)的方法，第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)分別具有第一和第二柵極，包括分別控制第一和第二柵極上的第一和第二柵極電壓，使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)開啟，第二轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合；控制第一和第二柵極電壓中之一使對應(yīng)的第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)中之一作為恒定電流源工作；第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)中之一作為恒定電流源工作之后，控制第二柵極電壓使第二轉(zhuǎn)換開關(guān)開啟；和控制第一柵極電壓使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將第一轉(zhuǎn)換開關(guān)作為恒定電流源工作。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，將第二轉(zhuǎn)換開關(guān)作為恒定電流源工作。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，第一轉(zhuǎn)換開關(guān)為高端轉(zhuǎn)換開關(guān)和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)為低端轉(zhuǎn)換開關(guān)，并且其中，輸出電流具有的方向與半橋組態(tài)有關(guān)，該方法進一步包括檢測輸出電流方向；當(dāng)輸出電流指向進入半橋組態(tài)時，使第二轉(zhuǎn)換開關(guān)按恒定電流源工作；和當(dāng)輸出電流指向離開半橋組態(tài)時，使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)按恒定電流源工作。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，第一轉(zhuǎn)換開關(guān)為低端轉(zhuǎn)換開關(guān)和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)為高端轉(zhuǎn)換開關(guān)，并且其中，輸出電流具有的方向與半橋組態(tài)有關(guān)，該方法進一步包括檢測輸出電流方向；當(dāng)輸出電流指向進入半橋組態(tài)時，使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)按恒定電流源工作；和當(dāng)輸出電流指向離開半橋組態(tài)時，將第二轉(zhuǎn)換開關(guān)按恒定電流源工作。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進一步包括檢測與半橋組態(tài)有關(guān)的輸出電壓，根據(jù)輸出電壓控制第一和第二柵極電壓。
7．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，輸出電壓包括跨接第一轉(zhuǎn)換開關(guān)的第一電壓。
8．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，輸出電壓包括跨接第二轉(zhuǎn)換開關(guān)的第一電壓。
9．根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，輸出電壓包括半橋組態(tài)輸出電壓。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，恒定電流源有一個與其有關(guān)聯(lián)的第一量值，并且其中第二量值的輸出電流與半橋組態(tài)有關(guān)聯(lián)，第一和第二量值基本上相同。
11．一種用于操作配置在半橋組態(tài)中第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)的方法，第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)分別具有第一和第二柵極，包括分別控制第一和第二柵極上的第一和第二柵極電壓，使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)開啟，第二轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合；控制第一柵極電壓使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)按恒定電流源工作；在第一轉(zhuǎn)換開關(guān)按恒定電流源工作時控制第二柵極電壓使第二轉(zhuǎn)換開關(guān)開啟；和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)開啟之后控制第一柵極電壓使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合。
12．一種用于操作在半橋組態(tài)中第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)的方法，第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)分別具有第一和第二柵極，包括分別控制第一和第二柵極上的第一和第二柵極電壓，使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)開啟，第二轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合；控制第二柵極電壓使第二轉(zhuǎn)換開關(guān)按恒定電流源工作；在第二轉(zhuǎn)換開關(guān)按恒定電流源工作時控制第一柵極電壓使第一轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合；和第一轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合之后控制第二柵極電壓使第二轉(zhuǎn)換開關(guān)開啟。
13．一種轉(zhuǎn)換電路包括在半橋組態(tài)中配置的第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)，第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)分別具有第一和第二柵極端，半橋組態(tài)具有一個輸出端；和柵極控制電路耦合于輸出端和第一與第二柵極端，其可操作為控制第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)交替地按恒定電流源工作，便于使電流在第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)之間換向。
14．根據(jù)權(quán)利要求13的轉(zhuǎn)換電路，其中，柵極控制電路包括耦合到第一柵極端口的第三和第四轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于觸發(fā)和禁止第一轉(zhuǎn)換開關(guān)，第一放大器耦合至第一柵極端口，用以控制第一轉(zhuǎn)換開關(guān)按恒定電流源工作，第五和第六轉(zhuǎn)換開關(guān)耦合到第二柵極端口，用以觸發(fā)和禁止第二轉(zhuǎn)換開關(guān)，第二放大器耦合到第二柵極端口，用以控制第二轉(zhuǎn)換開關(guān)按恒定電流源工作，以及控制邏輯用來選擇性地觸發(fā)第三，第四，第五和第六轉(zhuǎn)換開關(guān)和第一和第二放大器。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的轉(zhuǎn)換電路，其中，控制電路進一步包括耦合到第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸出檢測電路，用以向控制邏輯指示與半橋組態(tài)相關(guān)聯(lián)的輸出電流的方向。
16．根據(jù)權(quán)利要求14的轉(zhuǎn)換電路，進一步包括耦合到第一和第二柵極端口的柵極傳感電路，用以向控制邏輯指示其狀態(tài)。
17．一種集成電路包括在半橋組態(tài)中配置的第一和第二晶體管，第一和第二晶體管分別具有第一和第二柵極端口，半橋組態(tài)具有輸出結(jié)點；柵極控制電路耦合到輸出結(jié)點和第一和第二柵極端口，其可操作為控制第一和第二晶體管交替地按恒定電流源工作，便于使電流在第一和第二晶體管之間換向。
18．根據(jù)權(quán)利要求17的集成電路，其中，第一和第二晶體管包括MOSFET。
19．根據(jù)權(quán)利要求17的集成電路，其中，第一和第二晶體管和柵極控制電路采用CMOS技術(shù)生成。
20．根據(jù)權(quán)利要求17的集成電路，其中，第一和第二晶體管和柵極控制電路采用DMOS技術(shù)生成。
21．根據(jù)權(quán)利要求17的集成電路，其中，第一和第二晶體管和柵極控制電路采用雙極型技術(shù)生成。
22．根據(jù)權(quán)利要求17的集成電路，其中，第一和第二晶體管和柵極控制電路采用IGBT技術(shù)生成。
23．根據(jù)權(quán)利要求17的集成電路，其中，第一和第二晶體管和柵極控制電路采用選自CMOS,DMOS，雙極型和IGBT構(gòu)成的組的組合技術(shù)生成。
全文摘要
本發(fā)明描述了配置于半橋組態(tài)的第一(M1)和第二(M2)轉(zhuǎn)換開關(guān)操作的方法和裝置?？刂频谝缓偷诙艠O電壓之一使得相應(yīng)的第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)之一作為恒定電流源操作。
文檔編號H03K17/082GK1320298SQ99811475
公開日2001年10月31日 申請日期1999年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月28日
發(fā)明者史蒂文·K·伯格, 卡里·L·德萊諾 申請人:特里帕斯科技公司