[发明专利]用于驱动开关晶体管的系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及半导体器件和方法并且更具体地涉及一种驱动开关晶体管的系统和方法。

背景技术

电源系统在从计算机到汽车的许多电子应用中无处不在。一般地，电源系统内的电压通过以下操作来产生：通过对加载有电感器或变压器的开关进行操作来执行DC-DC、DC-AC和/或AC-DC转换。在使用多个电源的系统中使用DC-DC转换器（诸如降压转换器）。例如，在汽车系统中，标称上操作于5V电源电压的微控制器可以使用降压转换器来从12V车用蓄电池产生本地5V电源。这种降压转换器可以通过使用与DC电源耦合的高侧开关晶体管对电感器进行驱动来操作。降压转换器的输出电压可以通过改变开关晶体管处于传导状态所在期间的时间的脉冲宽度来控制。

在一些降压转换器实现方式中，开关晶体管是由开关驱动器集成电路驱动的分立开关晶体管，或者包括在包括开关驱动器和开关晶体管两者的集成电路上。由于通常将高侧驱动器参考至高电压，因此一些开关驱动器电路使用电平移位器和自举电容器以便利用足以接通或关断器件的电压电平来驱动开关晶体管的栅极。

开关电源一般比其他电源技术（诸如线性电压调节器）更高效，但是它们仍易于出现某些低效情况（inefficiency）。这些低效情况可能因由开关晶体管中的开关功率损耗、在驱动开关晶体管时引发的驱动损耗、以及传导损耗所消耗的过量功率引起。

发明内容

在一个实施例中，一种驱动开关晶体管的方法包括：通过在第一持续时间内以第一充电率（charging rate）对所述开关晶体管的控制节点进行充电，激活所述开关晶体管。在以所述第一充电率对所述开关晶体管的控制节点进行充电之后，以第二充电率对所述开关晶体管的控制节点进一步充电，直到所述开关晶体管的控制节点达到目标信号电平为止，其中所述第二充电率小于所述第一充电率。

前面相当宽泛地概述了本发明的实施例的特征，以使得可以更好地理解本发明的以下详细描述。在下文中将描述本发明的实施例的附加特征和优势，其形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应当认识到，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作用于修改或设计其他结构或过程以实现本发明的相同目的的基础。本领域技术人员还应当意识到，这种等效构造并不脱离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优势，现在参照结合附图进行的以下描述，在附图中：

图1a-1b示意了实施例电源系统的框图；

图2示意了实施例系统的效率曲线图；

图3示意了示出MOS器件在接通期间的开关行为的波形图；

图4示意了实施例驱动器电路；

图5示意了实施例驱动器电路的时序图；

图6示意了实施例关断阶段；

图7a-7b示意了实施例驱动器电路；

图8示意了实施例脉冲生成块；

图9示意了实施例自举充电器电路；

图10示意了实施例自举充电器电路的波形图；

图11示意了根据另外实施例的实施例驱动器电路；以及

图12示意了在100%占空比条件下操作的实施例驱动器电路的波形图。

具体实施方式

下面详细讨论当前优选实施例的实现和使用。然而，应当认识到，本发明提供了可以体现在广泛的各种具体背景中的许多可适用的发明概念。所讨论的具体实施例仅示意了用于实现和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。

将在具体背景（即，一种用于在开关式电源中驱动开关晶体管的系统和方法）中关于优选实施例来描述本发明。然而，本发明还可以适用于其他类型的电路（例如，如开关电路）和电动机控制器。

在一个实施例中，通过在两个阶段中对开关晶体管的栅极进行充电来驱动开关晶体管。第一充电阶段是快速充电阶段，其中将开关晶体管的栅极充电至最终值的某百分比。第二充电阶段是更慢且更准确的充电阶段，其中开关晶体管的栅-源电压逼近最终值。通过将充电划分为两个阶段，可以既快速又准确地对开关晶体管的栅极进行充电。第一阶段中的快速充电可以降低开关损耗，而第二阶段中的栅电压的准确设置可以通过以下操作来降低传导损耗：将开关晶体管的栅-源电压设置为使得导通电阻保持为低并且开关晶体管正在安全区中操作。在一些实施例中，可以在第二阶段期间使用反馈回路。