用于开关晶体管驱动器的系统和方法技术方案

技术编号:14010103 阅读:73 留言:0更新日期:2016-11-17 10:47
本发明专利技术涉及用于开关晶体管驱动器的系统和方法。根据实施例,一种驱动开关晶体管的方法包括接收激活信号用于开关晶体管并生成随机值序列。在接收到激活信号时,用基于随机值序列的随机值的驱动强度来驱动开关晶体管的控制节点。

【技术实现步骤摘要】

本公开一般地涉及电子器件,并且更特别地涉及用于开关晶体管驱动器的系统和方法
技术介绍
电源系统在从计算机到汽车的许多电子应用中是普遍的。一般地,通过经由操作装载有电感器或变压器的开关来执行DC-DC、DC-AC和/或AC-DC转换而生成电源系统内的电压。此类系统的一个类别包括开关式电源(SMPS)。SMPS通常包括至少一个开关和电感器或变压器。一些特定的拓扑尤其包括降压转换器、升压转换器以及逆向变换器。一般地使用控制电路来打开和闭合开关以使电感器充电和放电。在一些应用中,经由反馈回路来控制供应给负载的电流和/或供应给负载的电压。一般地,SMPS的效率随着开关的速度增加而提高,因为开关损耗减少。因此,SMPS已经利用更高级的功率半导体部件,诸如超结金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT),以增加SMPS中的开关速度。这些高级功率半导体部件由于低的内部寄生电容和高开关速度而具有非常低的开关损耗。然而,高开关速度的副作用中的一个是增加的电磁发射,这提出关于设计即功率高效又符合相关电磁干扰(EMI)标准和要求的SMPS的挑战。
技术实现思路
根据实施例,一种驱动开关晶体管的方法包括接收激活信号用于开关晶体管以及生成随机值序列。在接收到激活信号时,用基于随机值序列的随机值的驱动强度来驱动开关晶体管的控制节点。附图说明为了更全面理解本专利技术及其优点,现在对结合附图进行的以下描述进行参考,在所述附图中:图1图示出常规开关晶体管驱动系统;图2a和2b图示出其中改变输出阻抗的实施例开关晶体管驱动系统;图3a-3b图示出供在实施例开关晶体管驱动系统中使用的实施例随机信号发生器的示意图;图4图示出其中改变输出电压的实施例开关晶体管驱动系统;图5图示出其中改变输出电流的实施例开关晶体管驱动系统;以及图6图示出实施例方法的框图。不同图中的相应数字和符号一般地指代相应部分,除非另外指示。附图被绘制以清楚地图示出优选实施例的相关方面且不一定被绘制成比例。为了更清楚地图示出某些实施例,指示同一结构、材料或过程步骤的变化的字母可遵循图号。具体实施方式下面详细地讨论目前优选实施例的制作和使用。然而,应领会到的是本专利技术提供可以在多种特定情境下体现的许多适用专利技术概念。所讨论的特定实施例仅仅说明了制作和使用本专利技术的特定方式,而未限制本专利技术的范围。将关于用于开关晶体管驱动器的特定情境、系统和方法中的优选实施例来描述本专利技术。本专利技术的实施例也可应用于其它电路,其包括但不限于开关式电源、马达控制系统、通信系统以及由于开关电路而潜在地产生杂散发射的其它电路。在本专利技术的实施例中,使用可变强度驱动电路来操作开关晶体管驱动器,可变强度驱动电路的驱动强度根据随机和/或伪随机序列而改变。通过改变开关晶体管驱动器的驱动强度,从开关循环到开关循环调制开关斜率的陡度,从而使电磁发射(EMI)的频谱中的尖峰衰减。在各种实施例中,可由栅极驱动电路独立于由控制单元提供的选通信号而执行调制驱动电路的强度。这使得能够在不必替换其它系统部件的情况下通过栅极驱动器的“即插即用”替换来实现现有应用中的EMI的改善。在其它示例中,可将实施例系统和方法与使杂散发射衰减的其它已知系统和方法组合。图1图示出包括驱动IGBT开关晶体管112的栅极驱动电路101的示例性开关晶体管驱动系统100。如所示,栅极驱动电路101包括由缓冲器102驱动的晶体管108和由反相缓冲器104驱动的晶体管110。栅极驱动电路101的输出经由串联电阻器Rs耦合到晶体管112。在操作期间,输入信号被分别驱动晶体管108和110的栅极的缓冲器102和104缓冲。随着输入(INPUT)节点处的信号变为高,缓冲器102的输出也变为高,这驱动晶体管108的栅极。随着晶体管108接通,晶体管112的栅极变为高并经由栅极电阻器Rs接通晶体管112。当输入节点处的信号变为低时,缓冲器102的输出变为低并关闭晶体管108,同时反相缓冲器104的输出变为高并接通晶体管110。随着晶体管110接通,晶体管112的栅极通过电阻器Rs放电并关闭晶体管112。在晶体管112的接通和关断期间,由晶体管112的器件电容的周期性快速充电和放电而引起的陡峭瞬变现象可引起EMI。在过去,通过调制开关信号本身的开关频率和/或占空比来解决由开关产生的EMI。通过这样做,基频及其边带的杂散功率遍布在更宽的频带,从而使杂散信号的峰值量值衰减。在本专利技术的实施例中,通过随机地和/或伪随机地调整开关晶体管驱动系统的驱动强度来使杂散发射衰减。图2a图示出实施例开关晶体管驱动系统200,其通过例如在逐个循环的基础上调整驱动器的输出阻抗来调整实施例开关晶体管驱动系统200的驱动强度。如所示,开关晶体管驱动系统200包括随机信号发生器202,随机信号发生器202随机地激活经由相应缓冲器204_1至204_n的n个高侧晶体管208_1至208_n和经由相应缓冲器206_1至206_n的n个低侧晶体管210_1至210_n中的一个或多个。在实施例中,使用NMOS晶体管来实现n个高侧晶体管208_1至208_n和n个低侧晶体管。替换地,可使用其它晶体管类型,例如,PMOS晶体管、NPN双极晶体管以及PNP双极晶体管或其任何组合。应理解的是可修改实施例控制逻辑,以便驱动此类替换实施例的晶体管。例如,可使用PMOS晶体管来实现高侧晶体管,或者可使用一起工作的PMOS和NMOS晶体管的组合来实现高侧开关。在此类实施例中,用来激活高侧PMOS晶体管的信号相对于用来激活高侧NMOS器件的信号是反相的。在实施例中,输出引脚输出1和输出2处的开关晶体管驱动系统220的输出阻抗与所选的高侧和低侧晶体管的数目成反比。通过在逐个循环的基础上修改输出晶体管的选择,开关晶体管驱动系统200的输出处的变化用于使频率响应中的杂散峰值衰减。在实施例中,开关晶体管驱动系统200可包括任何数目的随机选择晶体管输出级。在一些实施例中,通过将相应晶体管关闭而将取消选择的晶体管级完全去激活。例如,当晶体管208_1和210_1未被选择时,两个晶体管都被关闭。如所示,高侧晶体管208_1至208_n以及低侧晶体管210_1至210_n中的每一个可分别经由高侧控制信号A1H至AnH和低侧控制信号A1L至AnL分离地且独立地寻址。在一些实施例中,随机地相互独立选择各种高侧和低侧晶体管。在其它实施例中,由随机信号发生器202来选择晶体管对。开关晶体管驱动系统200包括集成电路222,在集成电路222上设置各种驱动元件,以及经由电阻器Rs耦合到IGBT开关晶体管212。替换地,可使用诸如功率MOSFET和双极晶体管之类的基于半导体的开关的其它晶体管类型来实现晶体管212。如所示,引脚输出1和输出2在集成电路222外部被连接在一起。在替换实施例中,可实现诸如在输出1处具有一个电阻器且在输出2处具有另一电阻器的其它外部连接配置。图2b图示出包括经由电阻器Rs1、Rs2和Rs3耦合到IGBT开关晶体管244的集成电路232的开关晶体管驱动系统230。集成电路232包括随机信号发生器202,随机信号发生器202被配置成经由缓冲器234_1至234_n来驱动高侧晶体管238_1至23本文档来自技高网...
用于开关晶体管驱动器的系统和方法

【技术保护点】
一种驱动开关晶体管的方法,所述方法包括:接收激活信号用于开关晶体管;生成随机值序列;以及在接收到激活信号时,用基于随机值序列的随机值的驱动强度来驱动开关晶体管的控制节点。

【技术特征摘要】
2015.05.07 US 14/7065931.一种驱动开关晶体管的方法,所述方法包括:接收激活信号用于开关晶体管;生成随机值序列;以及在接收到激活信号时,用基于随机值序列的随机值的驱动强度来驱动开关晶体管的控制节点。2.权利要求1的方法,其中:驱动开关晶体管的控制节点包括用驱动电路来驱动开关晶体管的控制节点;以及所述方法还包括根据随机值序列的随机值来调整驱动电路。3.权利要求2的方法,其中,调整驱动电路包括调整驱动电路的输出阻抗。4.权利要求3的方法,其中,调整驱动电路的输出阻抗包括选择性地激活多个并行输出驱动器的子集,其中,子集中的输出驱动器的数目基于随机值序列的随机值。5.权利要求4的方法,其中,选择性地激活多个并行输出驱动器的子集包括向查找表的输入施加随机值并基于查找表的输出来确定所述多个并行输出驱动器的子集。6.权利要求2的方法,其中,调整驱动电路包括根据随机值序列的随机值来调整驱动电路的输出电压。7.根据权利要求6所述的方法,其中,驱动开关晶体管的控制节点包括经由至少一个电阻器向开关晶体管的控制节点施加调整的输出电压。8.权利要求6的方法,其中,调整输出电压包括向数模转换器的输入施加随机值,并将数模转换器的输出耦合到开关晶体管的控制节点。9.权利要求2的方法,其中,调整驱动电路包括调整驱动电路的输出电流。10.权利要求1的方法,其中,生成随机值序列包括使用线性反馈移位寄存器。11.权利要求1的方法,其中,用基于随机值序列的随机值的驱动强度来驱动开关晶体管的控制节点被配置成使电磁干扰(EMI)的频谱中的峰值衰减。12.一种电路,包括:随机序列电路,被配置成产生随机值序列;以及可调整驱动电路,具有被配置成耦合到开关晶体管的控制节点的输出,所述可调整驱动电路被配置成在接收到激活信号时产生驱动信号,其中,驱动信号具有基于随机值序列的随机值的驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员:U基尔希纳H科夫勒K诺林
申请(专利权)人:英飞凌科技奥地利有限公司
类型:发明
国别省市:奥地利;AT

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