切换速率监测与控制制造技术

本申请涉及切换速率监测与控制。在一些实施例中，一种监测和控制开关(140)中的切换速率的装置包括微分器电路(100)，该微分器电路包括电容器(105)以及可配置电阻器(115)。微分器电路进一步包括被配置为从开关接收第一电压的电容器的输入端子(95)，以及经配置以接收基于第一电压的微分电压的微分器节点(110)。该装置包括峰值检测器电路(120)，其耦合到微分器节点并且被配置为检测微分电压的峰值。该装置进一步包括的驱动器电路(130)，其耦合到峰值检测器电路并且被配置为响应于所检测的微分电压的峰值来调整对开关的控制信号。

Switching rate monitoring and control

This application involves the monitoring and control of the switching rate. In some embodiments, a device for monitoring and controlling the switching rate in the switch (140) includes a differentiator circuit (100), which includes a capacitor (105) and a configurable resistor (115). The differentiator circuit further includes an input terminal (95) that is configured to receive the first voltage from the switch, and a differentiator node (110) configured to receive a differential voltage based on the first voltage. The device includes a peak detector circuit (120) coupled to the differentiator node and configured to detect the peak value of differential voltage. The device further includes a driver circuit (130), which is coupled to a peak detector circuit and is configured to adjust the control signal to the switch in response to a peak value of the detected differential voltage.

【技术实现步骤摘要】
切换速率监测与控制相关申请的交叉引用本申请要求于2017年2月1日提交的名称为“TechniqueandCircuitstoAchievedV/dTMonitoringAndClosed-LoopControl”的美国临时专利申请号62/453,223的优先权，并且因此通过引用其全文被并入到本文中。
技术介绍
电路通常包含向电路内各种组件提供电压或电流的电压源或电流源。在一些情况下，电路接收来自外部供应的电压或电流，并且外部提供的电压或电流被路由到电路中的组件。电路允许向特定电路组件提供电压或电流的情况通常使用一个或多个开关进行控制。例如，闭合的开关允许电流流经开关并且断开的开关防止电流流经开关。诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的晶体管是常见类型的电路开关。
技术实现思路
根据实施例，一种装置包含微分器电路，微分器电路进一步包括在微分器节点处耦合到电阻器的电容器。电容器被配置为从开关接收第一电压并且微分器节点被配置为接收基于该第一电压的微分电压。该装置还包括耦合到微分器节点的峰值检测器电路。在一些实施例中，峰值检测器电路被配置为检测微分电压的峰值。该装置还包括驱动器电路，该驱动器电路耦合到峰值检测器，并且响应于所检测的微分电压的峰值，峰值检测器被配置为调整对开关的控制信号。在另一个实施例中，一种装置包含微分器电路。微分器电路进一步包含在微分器节点处耦合到电阻器的电容器，并且电容器被配置为从开关接收第一电压。在一些实施例中，微分器节点被配置为接收微分电压。该装置还包含峰值检测器电路，该峰值检测器电路耦合到微分器节点并且配置为检测微分电压的峰值以提供所检测的峰值。该装置进一步包括比较器，该比较器被配置为将检测的微分电压的峰值与参考电压比较，并且基于该比较生成比较器输出信号。该装置包含数字控制器，该数字控制器耦合到比较器并且被配置为基于比较器输出信号来调整对开关的控制信号。在又一个实施例中，一种方法包括通过微分器电路接收来自开关的电压。该方法还包括从电压导出微分电压并且检测微分电压的峰值。响应于微分电压的峰值大于第一阈值，该方法进一步包括调整对开关的控制信号。附图说明为了详细描述各种示例，现在将参考附图，其中：图1根据各种示例描绘一种图示说明性切换速率控制传感器电路。图2根据各种示例示出图1的图示说明性开关驱动器的更详细的图。图3根据各种示例示出图2的图示说明性迟滞比较器的详细图。图4根据各种示例示出图1中描绘的图示说明性切换速率控制传感器电路的修改版本。图5根据各种示例示出一种图示说明性驱动器选择电路。图6根据各种示例描绘一种调整对开关的控制信号的图示说明性方法。具体实施方式晶体管的期望切换速度很大程度上取决于应用。例如，针对用于高电流或高电压负载系统(诸如工业电机)的功率晶体管开关，在第一状态(例如逻辑高)和第二状态(例如逻辑低)之间的切换可能相对缓慢。然而缓慢的切换速度经常导致切换损耗。在其它应用中(诸如电子设备(例如智能手机)的电池充电器)，切换速度明显更快，但导致其他不良影响。例如，在金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的情况下，当切换速度快时，在MOSFET的漏极端子可能发生电压过冲/下冲(overshoot/undershoot)与振铃(ringing)。高频和高幅度电压振铃产生影响系统可靠性并且降低该系统的效率的电磁干扰。电磁感应干扰(EMI)噪声和大的切换损耗与切换速率有关，切换速率是在开关(例如晶体管)从一种状态(例如逻辑高)转变到另一种状态(例如逻辑低)的速度。晶体管可以用于电子应用(例如电压调节器、充电电路、智能手机等)中，其中晶体管被反复地接通和关断。在相对快速的切换速度的情况下，不需要的能量被储存在电路中存在的寄生阻抗中。不需要的能量应当随后被驱散；否则，它会导致过电压的压力(stress)、降低总的系统寿命以及EMI噪声。在本文中公开的至少一些实施例针对一种配置为测量微分电压的峰值的切换速率控制传感器电路，该微分电压的峰值反映晶体管开关两端的电压在切换期间变化的速率的峰值。响应于所测量的峰值微分电压，切换速率控制传感器电路调整驱动晶体管开关的控制信号的大小。因为控制信号的大小影响切换速度，并且进一步因为切换速度影响切换损耗和EMI噪声，因此调节控制信号的大小减轻切换损耗和EMI噪声。图1示出了切换速率控制传感器电路90，其配置为控制开关140从第一状态转变到第二状态的速率。在一些实施例中，当开关140接通时，开关140两端的电压从较高的电压电平(例如1000V)转变到较低的电压(例如0V)。EMI干扰、系统效率以及其它性能指标取决于发生这种从较高电压电平落到较低电压电平的速率。该转变不是瞬时的并且因此随时间发生，使得涉及电压对时间的曲线的斜率为负，这是因为发生从高电压到低电压的切换。类似地，在一些实施例中，当开关140关断时，开关140两端的电压从较低电压电平转变到较高电压电平，并且在这种情况下电压曲线的斜率为正。前述的性能指标取决于发生这种转变的速率。在图1的示例中，开关140为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。开关140包括漏极141、源极143以及栅极142。栅极142为控制开关140的操作的控制输入端。在其它实施例中，开关140为双极型晶体管，在这种情况下，控制开关140的操作的控制输入端可以是基极。在其它实施例中，开关140包括碳化硅(SiC)晶体管，并且在另外其它示例中，开关140是具有与晶体管或任何其它半导体开关器件的特性类似的特性的器件。在图1的实施例中，切换速率控制传感器电路90包含微分器电路100、偏置电压源116、峰值检测器120以及驱动器电路130。开关140的漏极141在输入端子95处耦合到微分器电路100，并且源极143耦合到地。在该实施方式中，微分器电路100包含串联连接到微分器电阻器(Rdiff)115的微分器电容器(Cdiff)105。在一些实施例中，Cdiff105和/或Rdiff115是可编程的并且可以根据需要选择Cdiff和Rdiff两者的值。当开关140在状态之间转变(例如从高到低)时，微分器电路100在微分器节点110处生成与在输入端子95处从开关140接收的输入电压的dV/dt变换直接成比例的电压。更具体地，微分器电路100在微分器节点110处生成电压Rdiff*Cdiff*dV/dt(被称为微分电压)，其中dV/dt为输入端子95处的输入电压变化的速率。在该示例中，输入端子95处的输入电压包括开关140的漏极141处的漏极电压。在一些实施例中，图1的峰值检测器120包含在微分器节点110处耦合到微分器电路100的一个端子。如在下面进一步描述的，峰值检测器120在连接131上输出指示在微分器节点110处检测的微分电压的峰值的DC电压。该连接131将峰值检测器120耦合到驱动器电路130，该驱动器电路130被配置为调整施加(asserted)到开关140的栅极142的控制信号139。调整控制信号139导致开关140的dV/dt改变，即控制信号139越高，开关140在状态之间的转变越快，并且因此在该实施方式中dV/dt的绝对值越高。类似地，控制信号139越低，开关在状态之间的转变越慢，由此导致更低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种监测和控制开关中的切换速率的装置，其包括：微分器电路，其包括在微分器节点处耦合到电阻器的电容器，其中所述电容器被配置为从开关接收第一电压，并且其中所述微分器节点被配置为接收基于所述第一电压的微分电压；峰值检测器电路，其耦合到所述微分器节点并且被配置为检测所述微分电压的峰值；以及驱动器电路，其耦合到所述峰值检测器电路并且被配置为响应于所检测的所述微分电压的峰值调整对所述开关的控制信号。

【技术特征摘要】
2017.02.01 US 62/453,223;2017.07.17 US 15/651,8971.一种监测和控制开关中的切换速率的装置，其包括：微分器电路，其包括在微分器节点处耦合到电阻器的电容器，其中所述电容器被配置为从开关接收第一电压，并且其中所述微分器节点被配置为接收基于所述第一电压的微分电压；峰值检测器电路，其耦合到所述微分器节点并且被配置为检测所述微分电压的峰值；以及驱动器电路，其耦合到所述峰值检测器电路并且被配置为响应于所检测的所述微分电压的峰值调整对所述开关的控制信号。2.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括驱动器选择电路，其被配置为响应于所述第一电压和第一阈值电压之间的比较生成驱动器选择输出，其中，响应于所述驱动器选择输出大于所述第一阈值电压，所述驱动器电路被配置为将固定的预定控制信号施加到所述开关，并且其中，响应于所述驱动器选择输出小于第二阈值电压，所述驱动器电路被配置为调整对所述开关的所述控制信号。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述驱动器电路进一步包括：放大器，其耦合到所述峰值检测器电路，其中，响应于所检测的所述微分电压的的峰值，所述放大器被配置为输出第一放大器输出信号和第二放大器输出信号；以及比较器，其被配置为：将所述第一放大器输出与参考电压进行比较以生成高侧位，所述高侧位指示所述微分电压相对于时间的变化的高于期望的速率；以及将所述第二放大器输出与所述参考电压进行比较以生成低侧位，所述低侧位指示所述微分电压关于时间的变化的低于期望的速率。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述电阻器的电阻是可配置的并且由所述参考电压和目标微分电压确定。5.根据权利要求3所述的装置，其中所述驱动器电路进一步包括：多个分段高侧开关；多个分段低侧开关；以及数字控制器，其耦合到所述比较器并且被配置为基于所述高侧位和所述低侧位来调整流经所述多个分段高侧开关和所述多个分段低侧开关的电流。6.根据权利要求5所述的装置，其中所述数字控制器被配置为响应于所述高侧位，通过调整在对所述开关进行充电以接通时所使用的所述多个分段高侧开关的数目来调整流经所述多个分段高侧开关的电流。7.根据权利要求5所述的装置，其中所述数字控制器被配置为响应于所述低侧位，通过调整在对所述开关进行放电以关断时所使用的所述多个分段低侧开关的数目来调整流经所述多个分段低侧开关的电流。8.根据权利要求5所述的装置，其中所述数字控制器进一步被配置为使用对数驱动器即log驱动器来迭代调整在接通所述开关时所使用的所述多个分段高侧开关的数目，以获得所述数量与所述控制信号的电流之间的线性关系。9.根据权利要求5所述的装置，其中所述数字控制器进一步被配置为使用对数驱动器即log驱动器来迭代调整在关断所述开关时所使用的所述多个分段低侧开关的数目，以获得所述数量和所述控制信号的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·伯恩达德，N·舍姆，R·慕克侯帕德海，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US