高側半導體開關低功率驅動電路和方法技術

本發明專利技術涉及高側半導體開關低功率驅動電路和方法。一種高側半導體開關驅動方法包括生成用于控制高側半導體開關的功率。高側半導體開關具有控制端子并且所述功率允許電流流入高側半導體開關的控制端子以切換高側半導體開關。量化高側半導體開關的控制端子處的電壓。控制依賴于高側半導體開關的控制端子處的電壓的功率，以便當控制端子處的電壓指示電流不足夠切換高側半導體開關時，增加提供的電流。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及。一種高側半導體開關驅動方法包括生成用于控制高側半導體開關的功率。高側半導體開關具有控制端子并且所述功率允許電流流入高側半導體開關的控制端子以切換高側半導體開關。量化高側半導體開關的控制端子處的電壓。控制依賴于高側半導體開關的控制端子處的電壓的功率，以便當控制端子處的電壓指示電流不足夠切換高側半導體開關時，增加提供的電流。【專利說明】
本專利技術一般地涉及電子器件以及在具體實施例中涉及。
技術介紹
高側開關，例如η溝道增強模式金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，由于其低導通電阻而被廣泛使用，但是需要電荷泵用于生成充足的控制電壓。這些電荷泵需要具有低功率消耗但應提供高輸出電流-其是沖突的要求。例如，在汽車應用中，一些高側開關甚至當承載開關的汽車被關閉時打開。這意味著高側開關所消耗的功率汲取自具有有限容量的汽車電池。大部分功率消耗在高側開關打開時發生，因為在這個階段，通常存在于高側半導體開關驅動器電路中的電荷泵是活動的并且從供電電壓生成用于控制高側開關的高于供電電壓的電壓。供電電壓由汽車電力網提供，所述汽車電力網包括當汽車關閉時作為唯一功率源的汽車電池。因此，期望的是提供改進的驅動電路和方法來控制這些開關。
技術實現思路
根據本專利技術實施例的高側半導體開關驅動器電路包括:可控電荷泵電路，可操作用于控制高側半導體開關，其中高側半導體開關具有控制端子并且電荷泵電路提供電流給高側半導體開關的控制端子用于切換高側半導體開關。評估電路連接至電荷泵電路并且可操作用于量化高側半導體開關的控制端子處的電壓并且依賴于高側半導體開關的控制端子處的電壓來控制電荷泵電路，以便當由來自電荷泵電路的電流生成的電壓不足夠切換高側半導體開關時，增加由電荷泵電路提供的電流。根據本專利技術另一實施例的高側半導體開關驅動方法包括:生成用于控制高側半導體開關的功率，其中高側半導體開關具有控制端子并且該功率允許電流流入高側半導體開關的控制端子以切換高側半導體開關；確定高側半導體開關的控制端子處的電壓；以及依賴于高側半導體開關的控制端子處的電壓來控制功率，以便當控制端子處的電壓指示電流不足夠切換高側半導體開關時，增加所提供的電流。本專利技術的其它特征和優點將從本專利技術的參考附圖的下面的描述中變得顯而易見。【專利附圖】【附圖說明】更完全地理解本專利技術及其優點，現在參考下面的聯合附圖一起采取的描述，其中:圖1為圖示了在不同溫度下的η溝道增強模式場效應晶體管的測量的漏電流相對于柵-源電壓的圖；圖2為根據本專利技術的第一實施例的驅動器電路的框圖；圖3為用于在圖2的高側半導體開關驅動器電路中使用的電平移位器的框圖；圖4為根據本專利技術的第二實施例的檢測器電路的電路圖；以及圖5為根據本專利技術的第三實施例的驅動器電路的框圖。【具體實施方式】用于使高側半導體開關驅動器電路的功率消耗保持為低的通常方法為優化電荷泵的效率。然而，(a)當對高側半導體開關的輸入電容(例如，金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)或者絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的柵電容)充電時，以及(b)在高溫時，電荷泵應該提供足夠的電流。在任何其它時間，電荷泵需要遞送僅小量的電流。為了在“低”電流和“高”電流之間切換或反之，當高側半導體開關(下文中也稱為“開關”)需要較低或較高電流時，必須進行估計。如果例如，柵電容充分充電，較低電流是足夠的。維持這個電荷比從例如已放電狀態對電容充電(諸如例如從“斷開”狀態到“導通”狀態的瞬變過程)所需要的電流低得多。估計輸入電容的充電狀態(如果期望切換)的一種方法是測量開關的負載路徑上的電壓，負載路徑可以是例如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的漏-源路徑或者絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的集電極-發射極路徑。開關的負載路徑上的電壓可以非常低，例如大約IOmV或更低，使得負載路徑處的電壓測量受測量電路的噪聲和偏移電壓嚴重影響，其使得測量不準確。另外，開關的負載路徑上的電壓依賴于流經負載路徑的電流，使得所測量的電壓自身不足以估計開關的輸入電容的充電狀態。開關的負載路徑上的電壓也沒有給出開關在什么偏置點處操作的指示。圖1圖示了針對三種不同溫度(即高溫HT、中溫MT和低溫LT)的相對于其柵-源電壓Vgs的η溝道增強模式MOSFET的漏電流Id。對于高電流開關，柵源電壓Vgs高于溫度補償點TCP上的電壓是必需的。如果在高電流時柵源電壓Vgs小于溫度補償點TCP處的電壓，開關將由于電流絲形成而被損壞或者甚至被損毀。因此，需要電荷泵遞送大電流。本文中所描述的驅動器電路估計開關輸入端處的相關輸入電壓。例如，導通狀態中MOSFET的柵-源電壓可以在柵極和供電電壓源的高側(其為與MOSFET的漏極相同的電勢)之間獲取。然而，漏-源電壓(幾毫伏)相較于切換MOSFET必需的柵電壓(幾伏)是可忽略的，使得柵-源電壓Vgs和柵漏電壓Vgd是基本上相同的(Vgs?Vgd)。柵電壓Vgis的動態特性由來自(一個或多個)電荷泵的電流(即柵電流)直接影響。另外，柵電壓Vg量化(測量，確定，評估)MOSFET的偏置點，MOSFET的偏置點對于MOSFET的溫度行為是重要的。柵電壓是幾伏(V)，使得評估電路的偏移和噪聲(處于幾毫伏(mV))基本上不相關。現在參考圖2，示例性η溝道高側半導體開關布置包括高側半導體開關，其在本示例中為η溝道M0SFET1，但可以是任何其它適當的半導體開關，諸如IGBT等。M0SFET1具有漏極D，漏極D連接至具有供電電壓源2的(正)供電電壓VS的正極P，供電電壓源2的另一個(負)極N連接至地M并且通過負載3連接至M0SFET1的源極S。MOSFETI的柵極G連接至驅動電路，該驅動電路包括兩個電荷泵4和5，兩個電荷泵的輸出端連接至柵極G并且其供電線連接供電電壓源2的正極VS和負極Μ。電荷泵4汲取較低的供電電流并且提供較低的電流IL給M0SFET1的柵極G。電荷泵5汲取較高的供電電流并且提供較高的電流IH給M0SFET1的柵極G，其中IL < ΙΗ。至少電荷泵5是可控的。因此，如果期望接通M0SFET1 (導電狀態)，在本示例中有兩個選項:(a)每次或者接通電荷泵4或者電荷泵5(活動的)，S卩，流入柵極G的電流IG( “柵電流”)為IL或IG;或者(b)電荷泵4永久地接通(活動的)并且視情況而定電荷泵5接通(活動的)和關斷(不活動的)，即柵極電流IG為IL或者IL+IH。柵極電流IG生成MOSFETI的柵極G和源極S之間的柵-源電壓Ugs以及M0SFET1的柵極G和漏極D之間的柵-漏電壓Vgd，由此當M0SFET1接通(導電狀態)時Vgd?Vgs。電荷泵4和5旨在提供超過電壓VS達柵-源電壓Vgs (參考至地M)的預期大小的輸出電壓，并且可以有任何適合的類型，諸如例如自舉類型，電容類型或電感類型變換器或其組合。電平移位器6被供應柵-漏電壓Vgd，并且將這個柵-漏電壓Vgd移位為電壓UlS，電壓Ul S參考至參考電勢諸如內部生成的較低供電電壓(這里稱為內部供電電壓R)，其在本情況中是電壓VS以下的特定量(例如5V)。表示柵-漏電壓Vgd并且因此表示柵-源電壓Vgs的電壓Vls被供應給可以展示或可以未展示遲滯行為的比較器7(如例如施密特觸發本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高側半導體開關驅動器電路，包括：可控電荷泵電路，可操作用于控制高側半導體開關，其中高側半導體開關具有控制端子并且電荷泵電路提供電流給高側半導體開關的控制端子用于切換高側半導體開關；以及耦合至電荷泵電路的評估電路，評估電路可操作用于量化高側半導體開關的控制端子處的電壓并且依賴于高側半導體開關的控制端子處的電壓來控制電荷泵電路，以便當控制端子處的電壓指示電流不足夠切換高側半導體開關時，增加由電荷泵電路提供的電流。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：M·阿薩姆，H·赫爾曼，
申請(專利權)人：英飛凌科技奧地利有限公司，
類型：發明
國別省市：奧地利;AT