专利名称：结型栅极驱动器的制作方法
结型栅极驱动器关联引用本申请要求⑴2010年5月10日提交的题为“JUNCTION GATE DRIVER(结型栅极驱动器)”的美国临时专利申请No. 61/333，157，(ii)2011年5月10日提交的题为“JUNCTION GATE DRIVER(结型栅极驱动器)”的美国专利申请No. 13/104，656以及
(iii)2011 年 5 月 10 日提交的题为 “JUNCTION GATEDRIVER WITH TRAPPED INDUCTORCURRENT SOURCE (具有抽头式电感器电流源的结型栅极驱动器)”的美国专利申请No. 13/104，809，这些申请中的每一篇的全部公开内容均援引包含于此。背景本公开总体涉及电路，尤其是结型器件的电流驱动器电路。在电路中，例如JFET或双极结型晶体管(BJT)的结型器件的栅极可能需要用增加的最初电流驱动以使结型器件快速切换。这可能由于结型器件中的各种电容必须在器件切换前被充电。提供给结型器件的栅极的电流越大，器件电容的充电越快，由此允许结型器件比被提供较低电流的器件更快地切换。尽管将增加的电流传递给器件可能允许结相对快地切换，然而这种增加的电流传递通常也增加驱动器电路的功耗。例如，为了传递增加的电流以允许结相对快地切换，可使用DC-DC转换器。然而，从高电压源传递高电流可能导致相当大量的功率被电路耗散，这也可能导致大量的生热。这种高功率耗散可能导致需要更大面积的驱动器电路，并阻止将驱动器电路安装在单个集成电路组件中。概述在许多应用中，要求结相对快地切换，例如快速切换功率JFET。此外，这些相同的应用也必须要求具有低功率用途。本文描述的实施例为允许较低功耗的结型器件提供新的驱动器设计，还产生充分的最初电流以得出快速的结切换时间。描述针对新颖栅极驱动器电路的方法、系统和器件。本公开的方面提供与耦合于结型器件(例如JFET或BJT)的栅极的电感器一起使用的电流调节器。电感器可用来产生用以驱动结型器件以使之导通的传导电流，例如驱动JFET的栅极的传导电流。该驱动器电路可允许结型器件更快和更有效的切换。因此，在一个实施例中，提供一种栅极驱动器，该栅极驱动器包括电流调节器、耦合于该电流调节器的电感器以及耦合于电感器的切换模块。电流调节器被配置成产生一电流，并且电感器被配置成存储由电流产生的能量，所述电流通过电流调节器产生。切换模块被配置成控制结型器件的栅极的传导电流。起初，传导电流是从电感器所存储的能量产生的，由此提供相对高的最初电流。随着存储在电感器中的能量被释放，电流电平落至足以将结型器件保持在“导通”状态的较低电平。该栅极驱动器因此有效地提供相对高量级的最初电流以使结型器件以相对低的功耗相对快速地切换。这样的栅极驱动器可能不需要使用DC-DC转换器，可能消耗较低的功率和/或消耗比其他栅极驱动器电路更小的空间。另一实施例提供一种电流驱动装置，该电流驱动装置包括电流调节器、抽头式电感器以及第一和第二切换模块。电流调节器被配置成产生电流，而抽头式电感器耦合于电流调节器并配置成接收电流和存储能量。第一切换模块耦合于抽头式电感器的输出并配置成控制结型器件的传导电流，该传导电流至少部分是从电感器存储的能量中产生的。第二切换模块耦合于抽头式电感器的抽头并配置成改变抽头式电感器的输出处存在的电感。当第一切换模块将抽头式电感器的输出耦合至结型器件时，第二切换模块切换抽头式电感器的输出处存在的电感并由此使得从抽头式电感器提供至结型器件的电流增加。该栅极驱动器因此有效地提供相对高量级的最初电流以允许结型器件以相对低的功耗相对快速地切换。该结型驱动器可能不需要使用DC-DC转换器，可能消耗较少的功率和/或也可能消耗比其他栅极驱动器电路更少的空间。附图简述可通过参照下列附图来实现对本发明的性质和优势的进一步理解。在附图中，相同的组件或特征可具有相同的附图标记。此外，相同类型的各个组件可通过下列用虚线表示的附图标记以及区分相似组件的第二标记来区分。只要在说明书中使用第一附图标记，则描述可适用于具有相同的第一附图标记的任何一种类似组件，不管是否有第二附图标记。
图1是包括根据各实施例配置的组件的驱动器电路的方框图。图2是根据各实施例的结型器件的输入处的电压电平的图。图3是根据各实施例耦合至JFET负载的驱动器电路的方框图。图4是根据各实施例耦合至双极结型晶体管负载的驱动器电路的方框图。图5是根据一个实施例的电流驱动器电路的电路图。图6是根据一个实施例的电流驱动器电路和切换模块的电路图。图7是示出根据各实施例用于将电流提供给结型器件的操作步骤的流程图。图8是示出根据各实施例用于将电流提供给结型器件的操作步骤的流程图。图9是利用根据各实施例配置的抽头式电感器的驱动器电路的方框图。图10是根据一实施例利用抽头式电感器和切换模块的电流驱动器电路的电路图。图11是示出根据各实施例用于将电流提供给结型器件的操作步骤的流程图。图12是示出根据各实施例用于将电流提供给结型器件的操作步骤的另一流程图。
具体实施例方式这段描述给出了一些例子，但不旨在限制本发明的范围、适用性或结构。相反，接下来的描述向本领域内技术人员提供了实现本发明诸实施例的开放式描述。可在要素的功能和配置上作出多种改变。因此，各个实施例可根据需要省去、替换或增加各个步骤或组件。例如，要理解这些方法可以与所描述顺序不同的顺序执行，并可增加、省去或组合各种步骤。另外，针对某些实施例描述的方面和要素可并入到各其他实施例中。应当理解，下面的系统、方法和设备可单独或共同地作为一更大系统的组件，其他步骤可处于优先位置或甚至修改其应用。在一些实施例中，电流驱动器可用来切换结型器件，例如功率晶体管。该功率晶体管是已知的，并可包括例如JFET或双极结型晶体管(BJT)。尽管这里给出的实施例描述了JFET或BJT的驱动器电路，但很容易理解所描述的理念等同地适用于其他器件，所述其他器件要求提供相对高的最初电流以将器件切换至“导通”状态，并随后提供较低的维持电流以将器件维持在导通状态。如前所述，当结型器件在“截止”状态和“导通”状态之间切换时，需要对结型器件的各种电容以及例如与器件引线关联的寄生电感进行充电。在各器件中，这些电容和电感的值可足够大以防止特别快地开关器件。因此，为了快速地切换这类器件，最初增加的电流量可能需要被传递至结型器件的栅极以对结型器件的各种电容和电感充电。一旦这些电容和电感已被充电，则较低的电流可被传递至结型器件的栅极以使器件保持“导通”。尽管将增加量的电流传递至结型器件以快速切换它是合需的，然而使栅极驱动器的功率使用和/或尺寸最小化也是合需的。因此，这里描述了栅极驱动器的新颖架构。在一些实施例中，栅极驱动器可使用电流调节器、电感器和开关电路形成输出信号。图1示出栅极驱动器100的简化方框图。栅极驱动器100可包括电流调节器模块105、电感器模块110以及开关电路模块115。电流调节器模块105可包括多种不同的电流调节器。例如，电流调节器模块105可包括带磁滞反馈的降压电路。电流调节器模块105也可包括电流源。该电流调节器能产生在定义范围内的输出电流。例如，可将两个电压提供给电流调节器模块105中的电流调节器，将合需的最大和最小电流定义成来自电流调节器105的输出。基于这两个信号，电流调节器105可输出一电流，该电流停留在两个定义的电流之间或在两个定义的电流之间振荡。在一些实施例中，电流调节器模块105包含带比较器的反馈环路。在其他实施例中，电流调节器模块105包括与电流传感器耦合的带磁滞的比较器，该电流传感器感测来自电感器的电流。如本领域内技术人员所能理解的，构造能输出定义的电流或输出在某一范围内的电流的电流调节器还有其他方式。电感器模块110可包括无源电感器，该无源电感器能将能量存储在由通过电感器的电流产生的磁场中。尽管电感器能允许电压的瞬间或近瞬间改变，但电感器抵抗电流的变化。电感器模块110可包括多种不同类型电感器中的一种，例如无铁心或铁磁性铁心线圈电感器。电感器t旲块110也可包括带抽头的电感器，该带抽头的电感器能选择其输入以提供存在于电感器的输入和输出侧的不同电感。下面将更详细地描述示出不同电感器配置的若干示例性实施例。图1实施例中的电感器模块110连接于电流调节器模块105的输出。电感器模块110的输出作为栅极驱动器100的输出120提供。输出120可连接于结型器件的栅极。由输出140驱动的结型器件可以是多种不同形式的结型器件，例如JFET或BJT。图1实施例的栅极驱动器100还包括开关电路模块115。开关电路模块115可以是一个或一连串开关或结型器件和驱动器。例如，开关电路模块115可包括更改电感器模块110的电流路径的M0SFET。在一些实施例中，开关电路模块115可确定电感器模块110的电流路径何时经过输出120并通向正被驱动的结型器件。当结型器件不被驱动时，开关电路模块115可允许电流环路以使电感器模块110可由电流调节器模块105供能。该电流环路可具有低电阻，由此使电感器模块110中的电感器保持由小的附加电流供能，该小的附加电流只需由电流调节器模块105提供。这可转换成在结型器件不被驱动的同时由电路消耗的更低的功率。当结型器件不被驱动时，电流调节器105可间歇地将电流提供给电感器以将电流保持在定义的电流电平上或定义的电流范围内。当结型器件被驱动导通时，开关电路模块115更改电感器模块110的电流路径。流过电感器模块110的电流随后经过与输出120相连的结型器件，由此导致与在开关电路模块115更改电感器模块110的电流路径之前经过电感器相同量的经过结型器件的电流。这样的切换也导致施加于输出120和结型器件的电压相对大的摆幅。驱动输出120和结型器件的电流也可由电流调节器模块105通过电感器模块110提供。输出120和结型器件处的电压可逐渐地减小。在一定时间之后，开关电路模块115可被触发以再次更改电感器模块110的电流路径，导致电感器的最初低阻电流路径重建。电流调节器模块105继续对电感器供能(不管开关电路模块115的状态为何)并通过电感器模块110将电流维持在定义的电平上或定义的范围内。为了快速地对各种电容充电或对与诸如JFET之类的结型器件相关联的各种电感供能，可将增加量的电流提供给结型器件的栅极以允许其快速切换。提供给结型器件的栅极的电流量越低，结型器件切换所花的时间越长。图2示出JFET的栅极电压的理想曲线图200。如图所示，JFET的栅极在被驱动至大于零或被拉低至负电位VEE的各个电压之间交替。增加的最初电压被提供给栅极。该增加的电压可演变为通过栅极的增加电流，这允许JFET的电容被相对快速地充电。在最初的较高电压(和伴随的较高电流)被提供给JFET之后，提供较低的电压(和伴随的较低电流)以使JFET保持导通。与连续提供较高电压相反，将较低的电压提供给JFET以使其保持导通导致JFET和/或驱动器减少的功耗和热损耗。现在参见图3，图3示出一示例性实施例，其中可实现如前所述的电流驱动器模块。图3示出电路300，其中电流驱动器模块305将电流提供给JFET功率晶体管310的栅极。功率晶体管310耦合在电源315和负载320之间。电源315可以是任何数量的电源，例如一个或多个太阳能电池板。负载320可以是任何数量的负载，例如配置成将来自一个或多个太阳能电池板的DC功率转换成AC信号的逆变器。各实施例中的功率晶体管310能提供相对高的电流和电压，并在一个例子中能提供1200伏和1700伏之间20安培的电流。JFET功率晶体管310可以是例如基于碳化硅的晶体管。在该实施例中，电流驱动器模块305可包括与前面结合图1描述的相同的电流调节器模块、电感器以及开关电路。各实施例的电流调节器包括带磁滞反馈的降压电路，用于产生在定义范围内的输出电流。与前述相同地，电感器可包括无源电感器，该无源电感器能将能量存储在由通过电感器的电流产生的磁场中。该电感器也可包括抽头式电感器，该抽头式电感器能选择其输入以提供将要存在于电感器输入和输出处的不同电感。电流驱动器模块305的输出被耦合至JFET 310的栅极。当电流驱动器模块中的切换模块将电流驱动器模块305的输出切换至JFET 310的栅极时，JFET被驱动以导通，由此将来自电源315的电流提供至负载320。流过电流驱动器模块305的电感器的电流经过JFET310的栅极，由此导致与切换至耦合于栅极之前经过电感器的电流量相同的经过栅极的电流量。电流驱动器模块305的输出处的电压逐渐减小。如前所述，JFET 310栅极在被驱动至大于零或被拉低至负电位VEE的各个电压之间交替。增加的最初电压被提供给栅极。该增加的电压可演变为通过栅极的增加电流，这允许JFET 310的电容相对快速地被充电。在最初的较高电压(和伴随的较高电流)被提供给JFET 310之后，提供较低的电压(和伴随的较低电流)以使JFET310保持导通。与连续提供较高电压相反，将较低的电压提供给JFET 310以使其保持导通导致JFET 310和/或电流驱动器模块305减少的功耗和热损耗。现在参见图4，图4示出实现如前所述的电流驱动器模块的另一示例性实施例。图4示出一电路400，其中电流驱动器模块405将电流提供给双极结型功率晶体管410的栅极。功率晶体管410耦合在功率源415和负载420之间。功率源415可以是任何数量的功率源，例如一个或多个太阳能电池板。负载420可以是任何数量的负载，例如配置成将来自一个或多个太阳能电池板的DC功率转换成AC信号的逆变器。各实施例中的功率晶体管410能提供相对高的电流和电压，并在一个例子中能提供1200伏和1700伏之间的20安培的电流。双极结型功率晶体管410可以是例如基于碳化硅的晶体管。在该实施例中，电流驱动器模块405可包括与前面结合图1描述的相同的电流调节器模块、电感器以及开关电路。各实施例的电流调节器包括带磁滞反馈的降压电路，用于产生在定义范围内的输出电流。与前述相同地，电感器可包括无源电感器，该无源电感器能将能量存储在由通过电感器的电流产生的磁场中。该电感器也可包括抽头式电感器，该抽头式电感器能选择输入以提供将要存在于电感器的输入和输出处的不同电感。电流驱动器模块405的输出被耦合至功率晶体管410的基极。当电流驱动器模块中的切换模块将电流驱动器模块405的输出切换至功率晶体管410的基极时，功率晶体管410被驱动以导通，由此将来自电源415的电流提供至负载420。流过电流驱动器模块405的电感器的电流经过功率晶体管410的基极，由此导致与切换至耦合于基极之前经过电感器的电流量相同的经过基极的电流量。电流驱动器模块405的输出处的电压逐渐减小。如前所述，功率晶体管410基极在被驱动至大于零或被拉低至负电位VEE的各个电压之间交替。增加的最初电压被提供给基极。该增加的电压可演变为通过基极的增加电流，这允许功率晶体管410的电容相对快速地被充电。在最初的较高电压(和伴随的较高电流)被提供给功率晶体管410之后，提供较低的电压(和伴随的较低电流)以使功率晶体管410保持导通。与连续提供较高电压相反，将较低的电压提供给功率晶体管410以使其保持导通导致功率晶体管410和电流驱动器模块405减少的功耗和热损耗。
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在一个实施例中，驱动器电路使用开关电路、电感器和带磁滞反馈的降压调节器。图5示出利用这样的降压调节器的驱动器电路500的实施例。驱动器电路500可代表与图1的栅极驱动器105相同的电路，或代表某些其他的栅极驱动器。电流调节器模块505可代表与图1的电流调节器模块105相同的电流调节器，或代表不同的电流调节器。电流调节器505包括带磁滞反馈的降压调节器。这样的电流调节器可接收两路信号，在这里图示为“VCC-1SET”以及“ISET-DELTA”。这两路信号可定义具有定义的电流范围的最大电流和最小电流。这样的降压调节器可利用两个比较器和以复位-置位触发器形式出现的两个NAND门。根据由比较器在R2和R3测得的电流，Q4或Q5闭合，由此连接电感器510并将来自电流调节器模块505的电流维持在定义的电流范围内。电感器510可代表图1的电感器模块110的电感器。在图5的例子中，电感器510是470 μ F的电感器。在一些实施例中，电感器510连接于二极管以防止从结型器件的栅极流出的电流被驱动回到电流调节器。电感器510也连接于开关电路515。开关电路515可以是与图1的开关电路模块130相同的开关电路，或代表某些其他的开关电路。在图5中，开关电路是确定电感器510的电流路径的半导体MOSFET器件。在栅极驱动器500中，使用开关电路515的MOSFET来确定电感器510的电流路径是否经过所连接的结型器件负载的栅极。当开关电路515的MOSFET闭合时，电流路径520代表经过电感器510的电流的电流路径。在这种配置中，所连接的结型器件的栅极可被拉低至VEE。可由电流调节器505维持流过电感器510的电流。随着流过电感器510的电流衰弱，电流调节器505可将使电流增加的电压施加于电感器510，由此将流过电感器510的电流保持在电流调节器505所定义的范围内。当开关器件515的MOSFET的栅极被切换以形成断开或截止状态时，电流路径520不再存在。相反，流过电感器510的电流流过至驱动器电路500的输出，并流至附连的结型器件(在图5中表示为“门”)。如业内已知的，流过电感器的电流抵抗变化。这导致与就在开关电路515的MOSFET断开之前存在于电感器510中的电流相同的电流流过结型器件的栅极。在一些实施例中，驱动器电路可包含附加电路以允许增加的电流快速切换所连接的结型器件。图6示出一示例性驱动器电路600，该驱动器电路600被配置成向诸如JFET之类的结型器件的栅极提供增加的电流脉冲以使结型器件快速切换。电流调节器电路605可与图1和图5中的电流调节器电路(分别为110和505)相同。替代地，可使用不同的电流调节器电路。另外，电感器610可与图1和图5中的电感器110、510相同。同样，电感器610也可以是某些其他的电感器。驱动器电路600相比图5的驱动器电路500包含附加电路，该附加电路以电平移动电路620和单稳态电路625的形式出现。电平移动电路620可用来将输入信号转换至对电路逻辑适当的电压。在一些实施例中，电平移动电路620包括比较器、逆变器以及一对电阻器以形成具有适当逻辑电平的输出信号以与单稳态电路625和开关电路615的逻辑相互作用。如本领域内技术人员可以发现的那样，其他电路配置也适于实现电平移动电路。由电平移动电路620接收的输入可规定结型器件的栅极何时导通和何时截止。由电平移动电路620接收的输入可在某些其他电路中发起，这些其他电路可位于与栅极驱动器600相同的或某些其他电路板上。如本领域内技术人员所能发现的那样，电平移动电路620的输入信号可由多个不同的电路形成。此外，如果输入信号的逻辑电平和极性对开关电路615和单稳态625是合适的，则不需要电平移动电路620。单稳态电路625被配置成当从电平移动电路620接收到触发时产生一脉冲。该脉冲可以具有特定时长，该时长是由其电容器值和电阻器值确定的。由此，当信号被提供给电路的输入时，单稳态电路625的输出将产生一“导通”信号。随着电容器被充电，充电量是电容器的电容和相关联电阻器的电阻值的函数，单稳态电路625的第二门将启用，并由此使单稳态电路625的输出回到“截止”，由此终止由单稳态电路625产生的脉冲。可基于与结型器件相关联的寄生电感和电容以及所需的切换时间来选择脉冲时长。如本领域内技术人员能发现的那样，可以找到单稳态电路的其他实施例。当单稳态电路625形成一脉冲时，该脉冲可触发一电压馈给电路630以将结型器件的栅极连结于VCC。电压馈给电路630可允许增加的电流被提供给结型器件的栅极以允许结型器件快速切换。电压馈给电路630可包括驱动器和开关器件，例如M0SFET。在一些实施例中，当接收到来自单稳态电路625的脉冲时，驱动器使MOSFET闭合，由此使结型器件的栅极连结于VEE并由此将栅极拉至负电位，以对与结型器件关联的电感和电容予以更快的放电。电压馈给电路630的其他实施例也是可行的。在由电压馈给电路630提供的增加电流的最初脉冲之后，其操作与图1和图5中的开关电路相同的开关电路615可更改电感器615的电流路径以驱动结型器件使之导通。这里，开关电路615包括驱动器和MOSFET。当MOSFET闭合时，电感器具有与图5的电流环路520相同的电流环路电感器通过电流调节器电路605充电，并在维持通过VEE的电流环路的同时保持充电。当开关电路615的MOSFET断开时，电感器610的电流路径更改以使流过电感器610的电流流至被驱动的结型器件。电流继续从电流调节器电路605被提供给电感器610。因此，这种配置允许电压馈给电路630将最初增加的电流脉冲提供给被驱动的结型器件，并使电感器610继续向结型器件提供电流以使其保持导通。当输入信号再次瞬变时，开关电路615再次通过VEE为电感器形成最初的电流路径，由此使电感器保持被供能，并连结结型器件的栅极使之被驱动至VEE，由此使结型器件截止。现在参见图7，图7示出用于将电流驱动至结型器件的方法700的操作步骤。在该实施例中，一开始能量被存储在耦合于电流调节器模块和结型器件之间的电感器中，如方框705所示。在方框710，电感器的输出被切换至结型器件。所存储的能量从电感器被排放至结型器件以将最初电流提供给结型器件，如方框715所示。最后，在方框720，在电感器放电后，将维持电流从电感器提供至结型器件。图8示出将电流驱动至结型器件的其他实施例的方法800的操作步骤。在该方法中，方框805-820的操作与图7中的方框705-720的步骤相同。图8的方法进一步包括将电感器的输出从结型器件切换至电流调节器模块，如方框830所示。随着电感器输出被切换回到电流调节器，能量被再次存储在电感器中，如方框835所示。在一些实施例中，将能量存储在电感器中是通过将电感器耦合在电流调节器模块和电流调节器的电源之间并将通过电感器的电流保持在定义的范围内来完成的。图7和图8的方法700、800可例如使用图5的驱动器电路500或图6的驱动器电路600实现。如所述那样的驱动器电路的电感器能将能量存储在由通过电感器的电流产生的磁场中。当电流驱动器中的开关模块将电流驱动器的输出切换至结型器件(该结型器件通过增加的最初电压被驱动以导通)时，电感器的输出被耦合至结型器件。驱动器模块的输出处的电压将逐渐地减小。增加的电压可演化成通过结型器件的增加的电流，由此使器件的电容和/或寄生电感相对快速地被充电。在最初的较高电压(和伴随的较高电流)之后，提供较低电压(和伴随的较低维持电流)以使结型器件保持导通。当驱动器电路的输出被截止时，能量再次被存储在电感器中，由此再次对电感器供能以在将输出切换至结型器件的下一实例中提供电流。尽管图6的驱动器电路600产生增加的电流脉冲以一开始驱动结型器件而导通，之后是较低的电流以使结型器件保持在导通状态，然而也可不采用电压馈给电路来达成这个目的。图9示出驱动器电路900的一个简化方框图，该驱动器电路900利用带抽头的电感器以驱动结型器件使其通过增加的最初电流导通并随后通过较低的电流来将结型器件保持在导通状态。图9的驱动器电路900包括电流调节器905、第一开关电路915、第二开关电路920以及与输出925相连接的带抽头电感器910，输出925可以是例如JFET的结型器件。尽管图示为图9中的第一和第二开关电路915、920，然而应当理解这两种开关电路的功能可合并在一个开关电路模块中，例如图1的开关电路模块115。电流调节器905可与之前描述的电流调节器电路(例如图1、图5和图6中的电流调节器电路110、505和605)中的任何一个相同地工作。例如，电流调节器905可包括带磁滞控制的降压调节器。替代地，电流调节器905可以是与前述例子不同的某些其他电流调节器电路。电感器910可以是与图1、图5和图6中的电感器110、510和610相同的电感器。电感器910也可包括抽头以允许将电感器910用来形成多个不同的电感。例如，当电感器的第一端子和第二端子用于电流路径中时，电感器910可具有一具体的电感，但当第二端子和可能位于第一端子和第二端子之间的第三端子用于电流路径时可具有一不同的电感。在图9的实施例中，第一开关电路910用来更改电感器910的电流路径。电流路径可通过电感器存在，这允许电流调节器电路905将流过电感器的电流流维持在一接近恒定的电流，或维持在一定义的范围内，如之前描述的那样。第一开关电路910可更改电感器910的电流路径以使其经过被驱动的结型器件。第二开关电路920用来使电感器910产生一增加的电流信号，该增加的电流信号能驱动输出920以对结型器件的各种电容快速地充电，这允许结型器件相对快速地切换。当电感器910将增加的电流信号传递至被驱动的结型器件的栅极时，第二开关电路920也可禁用电流调节器905。这种配置可使电感器910既产生最初增加的电流脉冲以使结型器件导通，又随后产生减小的电流信号以使结型器件保持导通。图10示出驱动器电路1000的一个实施例，该驱动器电路1000使用电感器以既产生增加的电流脉冲以使结型器件导通，又随后产生减小的电流信号以使结型器件维持在导通模式。在该示例性实施例中，电流调节器电路1005接收一信号，该信号确定电流调节器电路1005的驱动器何时处于三态模式，并且MOSFET Q4和Q5均断开。电平移动电路1020可代表与图6的电平移动电路620相同的电平移动电路。替代地，电平移动电路1020可代表某些其他形式的电平移动电路。同样在这里，如果栅极驱动器电路1000的输入信号已被标准化为适当的逻辑电压电平，则不需要电平移动电路1020。单稳态电路1025可代表与图6的单稳态电路625相同 的单稳态电路。替代地，单稳态电路1025可代表单稳态电路的一些其它实现。与前面描述相似地，由单稳态电路1025产生的脉冲的时长可通过其电阻器值和电容器值确定。电感器1010是具有三个端子的抽头式电感器连接至电流调节器电路1005的第一端子、连接至结型器件的第二端子以及作为电感器1005上的抽头的第三端子。电感器1005可随同三条电流路径使用通过电感器1010的第一端子和第二端子和开关器件1015的第一电流路径、通过电感器1010的第一端子和第二端子以及被驱动的结型器件的第二电流路径以及通过电感器1010的第二端子和第三端子以及被驱动的结型器件的第三电流路径。第一开关电路1015包含驱动器电路和M0SFET，与之前描述的开关电路相同。也可使用开关电路1015的各个其它实施例。第二开关电路1030允许电感器1010形成增加的电流信号以驱动结型器件，以允许结型器件快速地切换。为了产生增加的电流脉冲，使用电感器1010上的抽头。一般来说,存储在电感器中的能量可表述为ε = l/2Li2在该公式中，ε表示由电感器存储的能量，i表示通过电感器的电流，而L表示电感器以亨利为单位的电感。因此，如果电感器1010的电流路径在电感器已被供能后更改，则存储在电感器中的能量一开始保持相同，电感器的电感根据抽头的位置减小，并且电流必须由此增加，因此l/2Li2 = l/2Lt · it2
这里，L代表电感器的电感而i代表在电流路径(例如通过电感器的端子I和2)更改前电感器中的电流。Lt代表抽头式电感器的电感，而it代表在电流路径(例如通过电感器的端子2和3)更改后抽头式电感器中的电流。由于在电流路径更改之前和之后存储在电感器中的能量一开始保持不变，且因为抽头式电感器的电感低于完整电感器的电感，抽头式电感器的最初电流必定大于电流路径更改前电感器的电流。继续参见图10，在栅极驱动器电路的输入处接收到触发输入之前，电感器可由电流调节器电路1005供能。在这种状态下，第一开关电路1015可包含闭合的结(这里是MOSFET)，由此形成与图5的电流路径520相同的通过第一开关器件1015的电流路径。该电流路径经过电感器的端子1、2，经过第一开关器件1015的结至VEE并通过电流调节器1005回到电感器。在经过一定时间后，栅极驱动器电路1000的输入接收触发信号。该触发信号可通过电平移动电路1020标准化至合适的逻辑电平。在该例中，电平移动电路1020的输出触发单稳态电路1025以产生预定时长的脉冲。电平移动电路1020的输出也通过断开其结而使第一开关电路1015更改电感器1010的电流路径，由此断开通过电感器的端子1、2并通过第一开关元件1015的结至VEE并通过电流调节器1005回到电感器而建立的电流环路。通过单稳态电路1025产生的脉冲也触发电流调节器电路1005的驱动器以使其进入三态模式。进入三态模式的驱动器则使电流调节器电路1005切换器件，所述器件在这种情形下是与驱动器相连接以断开的两个MOSFET。因此，电感器1010的端子I保持非连接，而电感器仍然被供能。由单稳态电路1025产生的脉冲也触发第二开关电路1030以产生通过电感器1010的抽头的电流路径(例如通过电感器1010的端子2、3的电流路径)。该电流路径根据前面描述的公式产生增加的电流，该电流被驱动至结型器件。一旦已得出由单稳态电路1025产生的脉冲，第二开关电路1030就断开并且电流调节器1005的驱动器被带出三态模式。这导致电流调节器电路1005将电流提供至电感器1010和结型器件的栅极。在通过电感器1010上的抽头的电流路径被启用的同时，该电流电平小于被提供给结型器件的栅极的电流。然而，该电流足以使结型器件维持在导通模式。一旦在栅极驱动器件1000的输入处接收的触发指示结型器件的栅极不应再被驱动成导通，第一开关器件1015就反复切换以重建经过电感器端子1、2、经过第一开关器件1015的结至VEE并通过电流调节器1005回到电感器的电流路径，由此使电感器1010通过电流调节器1005被充电并使结型器件的栅极被拉至VEE并截止。现在参见图11，图11示出用于将电流驱动至结型器件的方法1100的操作步骤。在该实施例中，如方框1105所示，一开始将能量存储在耦合于电流调节器模块和结型器件之间的抽头式电感器中。在方框1110，电感器的输出被切换至结型器件。如方框1115所示，存在于电感器输出处的电感改变。所存储的能量从电感器被排放至结型器件以将最初电流提供给结型器件，如方框1120所示。最后，在方框1125，在电感器在较高电流下放电之后，将维持电流从电感器提供至结型器件。图12示出将电流驱动至结型器件的又一实施例的方法1200的操作步骤。在该方法中，方框1205-1225的操作与通过图11的方框1105-1125所述的操作相同。图12的方法还包括将电感器的输出从结型器件切换至电流调节器模块，如方框1230所示。随着电感器输出切换回到电流调节器，能量再次被存储在电感器中，如方框830所示。在一些实施例中，将能量存储在电感器中是通过将电感器耦合在电流调节器模块和电流调节器的电源之间并将通过电感器的电流维持在一定义范围内而完成的。存在于电感器输出处的电感可改变以使相对较低的电流被提供给电感器以维持电感器处的能量存储，并由此减少维持电感器处的能量存储所需的功率。图11和图12的方法1100、1200可例如使用图10的驱动器电路1000实现。如所
述的驱动器电路的带抽头电感器能将能量存储在由经过电感器的电流产生的磁场中。当电流驱动器中的开关模块将电流驱动器的输出切换至结型器件时，电感器的输出被耦合至结型器件，所述结型器件被驱动以通过增加的最初电压而导通。通过利用抽头更改电容，结型器件的电压进一步增加而不需要在驱动器电路中引入大量的额外组件或电路。驱动器模块的输出处的电压将逐渐减小，并且用来耦合电感器的端子再次被切换以提供不同的电感并由此将维持电流提供给结型器件。最初增加的电压可演变为通过结型器件的增加的电流，这允许相对快速地对器件的电容和/或寄生电感充电。在起初的较高电压(和伴随的较高电流)之后，提供较低电压(和伴随的较低维持电流)以使结型器件保持导通。当驱动器电路的输出截止时，能量再一次被存储在电感器中，由此重新对电感器供能以在输出被切换至结型器件的下一实例中提供电流。该再次供能可通过抽头式电感器的连接端子完成，该连接端子提供供能所需的相对少量的能量并维持电感器中的存储。应当注意，前述方法、系统和设备仅旨在作为示例。必须强调可根据需要省去、替换或增加各种步骤或组件。例如应当理解，在替代实施例中，这些方法可以与前述不同的顺序执行，并可增加、省去或组合各种步骤。另外，针对某些实施例描述的特征可在各个其它实施例中结合。实施例的不同方面和要素可以相同方式组合。另外要强调的是，技术会发展并因此许多要素本质上是示例性的并且不应当解释成对本发明的范围构成限制。说明书中给出的具体细节提供对实施例的透彻理解。然而，本领域内技术人员应当理解，这些实施例没有这些具体细节也可实现。例如，已示出许多公知的电路、进程、算法、结构和技术而没有不必要的细节以避免使这些实施例变得晦涩难懂。另外要注意，可将这些实施例表述为由流程图或方框图描述的一个进程。尽管可将这些操作表述为一个连续的进程，但许多这样的操作可并列地或同时地执行。另外，可重新安排操作的顺序。进程可具有附图中未曾包括的附加步骤。尽管已描述了一些实施例，但本领域内技术人员应当理解，可使用许多修正、替代结构以及等效物而不脱离本发明的精神。例如，前述要素可仅仅是较大系统的一个组件，其中可优先地采用其它规则或对本发明的应用予以改进。另外，可在考虑前述要素之前、之中或之后采用许多步骤。因此，前面的描述不应当认为对本发明的范围构成限制。
权利要求
1.一种栅极驱动器装置，包括 配置成产生一电流的电流调节器模块； 与所述电流调节器模块耦合并配置成接收所述电流并存储由所述电流产生的能量的电感器；以及 与所述电感器耦合并配置成控制结型器件的栅极的传导电流的开关模块，其中所述传导电流至少部分地产生自所述电感器所存储的能量。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当从所述电流产生的能量被存储在所述电感器中时，所述开关模块将所述电感器的输出切换至所述结型器件的栅极。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流调节器模块产生在定义范围内的电流。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电流调节器模块包括配置成接收第一输入电压和第二输入电压的一对比较器，其中所述第一电压和所述第二电压用来定义所述电流调节器|吴块的定义电流范围内的最大电流和最小电流。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电流调节器模块包括带磁滞的比较器，所述带磁滞的比较器耦合于感测来自所述电感器的电流的电流传感器。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关模块包括与所述电流调节器模块的电源的连接。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述结型器件是JFET。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述器件的栅极耦合的电平移动电路模块，电压馈给模块配置成使比所述电流调节器的电流更大的电流通过所述结型器件的栅极。
9.一种电流驱动器装置，包括 配置成产生一电流的电流调节器模块； 与所述电流调节器模块耦合并配置成接收所述电流并存储由所述电流产生的能量的电感器；以及 与所述电感器耦合并配置成切换所述电流驱动器装置的输出以控制至所述结型器件的电流的开关模块，至所述结型器件的电流具有最初电流值和维持电流值，所述最初电流值至少部分地产生自所述电感器所存储的能量并当所述电感器的所存储能量被释放时下降至所述维持电流值。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述开关模块切换所述结型器件和所述电流调节器模块之间的电感器的输出。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，当所述电感器的输出被切换至所述电流调节器模块时，所述电流驱动器装置将能量存储在所述电感器中，并且当所述电感器的输出被切换至所述结型器件时，所述电流驱动器装置将所存储的能量从所述电感器释放至所述结型器件，以使启用所述结型器件所需的时间量相对于仅使用所述维持电流启用所述结型器件所需的时间量减少。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述电流调节器模块产生一定义范围内的电流。
13.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述电流调节器模块包括配置成接收第一输入电压和第二输入电压的一对比较器，其中所述第一电压和所述第二电压用来定义所述电流调节器|吴块的定义电流范围内的最大电流和最小电流。
14.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述开关模块包括与电源的连接。
15.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述结型器件是JFET。
16.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述结型器件是双极结型晶体管。
17.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括与所述器件的栅极耦合的电压馈给模块，所述电压馈给模块配置成使比所述电流调节器的电流更大的电流通过所述结型器件的栅极。
18.一种将电流驱动至结型器件的方法，包括 将能量存储在耦合于电流调节器模块和结型器件之间的电感器中； 将所述电感器的输出切换至所述结型器件； 将所述存储的能量从所述电感器放电至所述结型器件以将最初电流提供给所述结型器件；以及 在所述放电后，将维持电流从所述电感器提供至所述结型器件。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括 将所述电感器的输出从所述结型器件切换至所述电流调节器模块；以及 再次将能量存储在所述电感器中。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述存储包括 将所述电感器耦合在所述电流调节器模块和所述电流调节器的电源之间； 将通过所述电感器的电流维持在一定义的范围内。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述结型器件包括JEFT和双极结型晶体管中的一个或多个。
22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述电流调节器模块产生在定义范围内的电流。
23.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述电流调节器模块包括配置成接收第一输入电压和第二输入电压的一对比较器，其中所述第一电压和所述第二电压用来定义所述电流调节器|吴块的定义电流范围内的最大电流和最小电流。
24.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括使所述器件的结处存在的电压电平移动。
25.一种电流驱动器装置，包括 配置成产生一电流的电流调节器； 与所述电流调节器耦合并配置成接收所述电流并存储能量的抽头式电感器； 耦合至所述抽头式电感器的输出并配置成控制结型器件的传导电流的第一开关模块，其中所述传导电流至少部分地产生自所述电感器所存储的能量；以及 与所述抽头式电感器的抽头耦合并配置成改变在所述抽头式电感器的输出处存在的电感的第二开关模块。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述第一开关模块被进一步配置成将所述抽头式电感器和所述结型器件的输出切换至所述电流调节器模块的电源，并由此对所述栅极放电并基本终止至所述结型器件的电流。
27.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述第二开关模块被配置成当所述第一开关模块一开始将所述带抽头电感器的输出耦合至所述结型器件时将所述带抽头电感器的输出处存在的电感改变为较低电感。
28.如权利要求27所述的装置，其特征在于，所述第二开关模块被配置成在所述第一开关模块将所述带抽头电感器的输出耦合至所述结型器件之后将所述带抽头电感器的输出处存在的电感改变为较高电感。
29.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述第一和第二开关模块被配置成当所述电感器的输出不耦合至所述结型器件时维持流过所述电感器的电流低于所述传导电流。
30.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述第一开关电路模块被进一步配置成将所述结型器件偏压至负电位。
31.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述结型器件是JFET。
32.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述结型器件是双极结型晶体管。
33.一种栅极驱动器装置，包括 配置成产生一电流的电流调节器模块； 耦合于所述电流调节器模块并配置成从所述电流调节器模块接收电流并存储由所接收的电流产生的能量的电感器； 耦合于所述电感器的开关模块，所述开关模块被配置成i)切换所述电感器的输出使其耦合至结型器件以及ii)利用所述电感器上的抽头切换存在于所述电感器输出处的电感， 其中所述电感器被配置成将比由所述电流调节器模块产生的电流更大的第一电流提供给所述结型器件，并将比所述第一电流量级更小的第二电流提供给所述结型器件，其中所述第一电流至少部分地产生自所述电感器所存储的能量。
34.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述开关模块被进一步配置成将所述电感器的输出和所述结型器件切换至所述电流调节器模块的电源，并由此对所述结型器件放电并基本终止至所述结型器件的电流。
35.如权利要求33所述的装置，其特征在于，当从所述电流产生的能量被存储在所述电感器中时，所述开关模块将所述电感器的输出切换至所述结型器件。
36.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述电流调节器模块产生在定义范围内的电流。
37.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述电流调节器模块包括配置成接收第一输入电压和第二输入电压的一对比较器，其中所述第一电压和第二电压用来定义所述电流调节器|吴块的定义电流范围内的最大电流和最小电流。
38.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述电流调节器模块包括带磁滞的比较器，所述带磁滞的比较器耦合至感测来自所述电感器的电流的电流传感器。
39.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述开关模块包括与电源的连接。
40.如权利要求33所述的装置，其特征在于，所述结型器件是JFET。
41.如权利要求33所述的装置，其特征在于，还包括与所述器件的栅极耦合的电平移动电路模块，所述电压馈给模块被配置成使比所述电流调节器的电流更大的电流传递至所述结型器件。
42.一种将电流驱动至结型器件的方法，包括 将能量存储在耦合于电流调节器模块和结型器件之间的抽头式电感器中； 将所述电感器的输出耦合至所述结型器件并改变存在于所述电感器输出处的电感； 将所存储的能量从所述电感器放电至所述结型器件以将最初电流提供给所述结型器件；以及 在所述放电后，将维持电流从所述电感器提供至所述结型器件。
43.如权利要求42所述的方法，其特征在于，还包括 将所述电感器的输出从所述结型器件切换至所述电流调节器模块的电源；以及 再次将能量存储在所述电感器中。
44.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述提供维持电流包括 改变所述电感器输出处存在的电感；以及 将流过所述电感器的电流维持在定义的范围内。
45.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述结型器件包括JFET和双极结型晶体管中的一个或多个。
46.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述存储包括 将所述电感器耦合在所述电流调节器模块和所述电流调节器的电源之间； 将通过所述电感器的电流维持在一定义的范围内。
47.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述电流调节器模块产生在定义范围内的电流。
48.如权利要求42所述的方法，其特征在于，所述电流调节器模块包括配置成接收第一输入电压和第二输入电压的一对比较器，其中所述第一电压和所述第二电压用来定义所述电流调节器|吴块的定义电流范围内的最大电流和最小电流。
49.如权利要求42所述的方法，其特征在于，还包括使存在于所述器件的结处的电压电平移动。
50.如权利要求42所述的方法，其特征在于，当放出所存储的能量时，所述电流调节器模块被切换以基本不提供电流输出。
全文摘要
提供一种结型器件驱动器，该结型器件驱动器包括电流调节器、与电流调节器耦合的电感器以及与电感器耦合的开关模块。该电流调节器被配置成产生一电流，并且电感器被配置成存储由通过电流调节器产生的电流产生的能量。开关模块被配置成控制结型器件的栅极的传导电流。一开始，从电感器所存储的能量产生传导电流，由此提供一相对高的最初电流。随着存储在电感器中的能量被放电，电流电平下降至足以将结型器件维持在“导通”状态的低电平。
文档编号H03K17/04GK103039002SQ201180028547
公开日2013年4月10日 申请日期2011年5月10日 优先权日2010年5月10日
发明者C·科尔曼 申请人:美高森美公司