用于生成备用电压的系统和方法技术方案

本公开提供了用于生成备用电压的系统和方法。根据实施例，一种电路包括：具有耦合到第一开关输出节点的漏极的第一常导通晶体管；具有耦合到第一常导通晶体管的源极的漏极的常关断晶体管；配置成接收开关信号的驱动器电路，该驱动器电路具有耦合到第一常导通晶体管的栅极的输出；以及具有耦合到供电节点的漏极端子、耦合到驱动器电路的输出的栅极端子和配置成提供备用电压的源极端子的第二常导通晶体管。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请涉及如下共同待决共同转让的专利申请：2014年8月29日提交的、序列号为14/473300、代理人案号为INF2014P50932；以及2014年8月29日提交的、序列号为14/473207、代理人案号为INF2014P50928，将该申请通过引用整体并入本文。
本公开一般地涉及电子设备，并且更具体地涉及用于生成备用电压的系统和方法。
技术介绍
诸如功率MOSFET、结型场效应晶体管(JFET)以及氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)之类的高电压开关晶体管通常在诸如开关式电源、电机控制器以及高电压大功率开关电路之类的高电压大功率设备中用作半导体开关。这些器件中的一些，诸如GaNHEMT具有在很高的电压下操作而不使该器件击穿或损坏的能力。诸如JFET和GaNHEMT之类的一些器件可以制作成具有负阈值电压，从而使得器件在跨这些晶体管的栅极和源极为零电压时导通。因此，这种器件被称作“常导通(normally-on)”器件或晶体管，因为这种器件在零偏置条件下有效地导通。当使用这种常导通器件时，一般做预备以确保生成用于保证该常导通器件可以关断的电压。例如，在开关式电源中使用的驱动器电路中，生成或提供具有比常导通器件的阈值足够低的电压的负电压，以确保该器件按照预期确切地关断。与使用常导通器件相关的另一个问题是在使用常导通器件的系统的启动期间高电流瞬变的可能性。例如，如果常导通器件耦合在高电压电源的端子之间，则当功率施加到系统时，可能导致大电流。为了避免这些大启动电流，诸如增强型MOSFET之类的常关断(normally-off)器件可以与常导通器件串联耦合。一旦配置成向常导通器件提供关断电压的电源已达到足以关断该常导通器件的电压，则常关断器件可以被接通。然而，在一些情况中，随着功率的施加，系统在上电期间的排序利用各种电路来控制系统的时序和行为。在这种情况中，可以使用备用电源向启动电路提供功率。
技术实现思路
根据实施例，一种电路包括：具有耦合到第一开关输出节点的漏极的第一常导通晶体管；具有耦合到第一常导通晶体管的源极的漏极的常关断晶体管；配置成接收开关信号的驱动器电路，该驱动器电路具有耦合到第一常导通晶体管的栅极的输出；以及具有耦合到供电节点的漏极端子、耦合到驱动器电路的输出的栅极端子以及配置成提供备用电压的源极端子的第二常导通晶体管。附图说明为了更完整的理解本专利技术及其优点，现在参考下面结合附图的描述，其中：图1a-图1c图示了常规的开关驱动系统以及备用电压生成器；图2图示了具有备用电压生成器的开关驱动系统的实施例；图3图示了开关式电源的实施例；以及图4图示了方法的实施例的流程图。除非另有说明，不同附图中的对应的数字和符号一般指对应部分。附图被绘制用于清楚地说明优选实施例的有关方面并且不一定成比例绘制。为了更清楚地说明某些实施例，指示同一结构、材料或者工艺步骤的变形的字母可以跟随图号。具体实施方式下面详细地讨论目前优选的实施例的制作和使用。然而，应当理解，本专利技术提供很多可以在各种各样的特定背景中实施的可应用的专利技术构思。所讨论的特定实施例仅仅说明制作和使用本专利技术的特定方式，而不限制本专利技术的范围。本专利技术将结合在开关电路中提供备用供电电压的系统和方法的特定背景中的优选实施例进行描述。本专利技术的实施例也可以应用于例如在开关电路的背景中使用备用电源的各种系统，诸如开关式电源、电机控制器电路、高电压系统以及其他电路和系统。在实施例中，使用具有耦合到主供电电压的漏极和耦合到开关信号的栅极的常导通晶体管来生成备用电压。该备用电压在该常导通晶体管的源极处输出并且可以使用电容器进行滤波。在一些实施例中，常导通晶体管的栅极进一步耦合到在电路中用来起开关功能的第二常导通晶体管的栅极。例如，第二常导通晶体管可以耦合到开关式电源中的电感器并且配置成将该电感器磁化和消磁。诸如结型场效应晶体管(JFET)和氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)之类的某些类型的功率晶体管表现为“常导通”器件，因为当零伏特施加在晶体管的栅极和源极之间时，它们处于导通状态。为了将这些晶体管关断，足够高的负栅极电压施加在该晶体管的栅极和源极之间。例如，在GaNHEMT的情况下，该反向电压可以在大约-5V和大约-8V之间，然而，在一些器件中也可以出现超出该范围的关断电压。因此，在一些系统中，诸如利用电荷泵产生负偏置电压的那些系统中，在电荷泵具有足够的时间产生足够高的负电压以关断常导通器件之前，存在常导通器件可能导致器件的电源轨之间短路的风险。此外，在各种故障的情况下，也存在短路的风险。如在图1a中图示的，处理该问题的一种方式是通过将常导通器件与诸如增强型MOSFET器件之类的常关断器件以共源共栅(cascode)配置串联耦合。如图所示，在节点Vx处，常导通晶体管102的源极耦合到常关断晶体管104的漏极，并且常关断晶体管104的栅极G由驱动器电路106驱动。二极管110代表常关断晶体管104的体二极管。这里，常关断晶体管104的栅极G作为由驱动器电路106驱动的控制端子，而常导通晶体管102的栅极连接到常关断晶体管104的源极S。在启动期间，串联结合的常导通器件和常关断器件是不导通的。一旦所需的供电电压变得可用，常关断器件就可以由输入信号驱动，使得该常导通器件作为共源共栅器件起作用。如果通过该开关的电流流动被强迫为在反向方向上，则常关断晶体管104的体二极管BD变成正向偏置。具有电压VP的电压源108向驱动器电路106提供电源。因此，当驱动器电路106的输出高时，可以向常关断晶体管104的栅极提供近似VP的电压。另一方面，当驱动器电路106的输出低时，在晶体管104的栅极和源极之间提供零伏特，因此将常关断晶体管104关断。图1b图示了常规的开关电路130，其中常导通晶体管102的源极节点Vx耦合到二极管D以及电容器C。在工作期间，常导通晶体管102的源极节点Vx在地电势和高于常导通晶体管102的阈值电压的反数-Vth的峰值电压Vpk之间转换。例如，如果常导通晶体管102的阈值是-5V，则源极节点Vx的峰值电压Vpk高于+5V。Vx的实际值取决于开关动力学并且可以显著地高于-Vth(例如20V)。二极管D对在源极节点Vx处的电压进行整流并且电容器C对在二极管D的输出处的电压纹波进行滤波。二极管D进一步防止电容器C在常关断晶体管104接通时放电。因此，在输出Vaux处提供备用电压，在电路的启动期间和/或在电压源108不能提供足够的电压以开关常关断晶体管104的时间段期间，该备用电压可以用于对驱动器电路106供电。备用电压Vaux取决于许多因素，包括晶体管102的阈值电压、开关动力学、二极管D的二极管电压、电路寄生效应以及其他因素。图1c图示了开关电路150，其中备用电压从与常导通晶体管102共享漏极节点和栅极节点的第二常导通晶体管152的源极取得。晶体管152通常通过将大的功率晶体管102的一小部分的源极连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路，包括：第一常导通晶体管，具有耦合到第一开关输出节点的漏极；常关断晶体管，具有耦合到所述第一常导通晶体管的源极的漏极；驱动器电路，配置成接收开关信号，所述驱动器电路具有耦合到所述第一常导通晶体管的栅极的输出；以及第二常导通晶体管，具有耦合到供电节点的漏极端子、耦合到所述驱动器电路的所述输出的栅极端子以及配置成提供备用电压的源极端子。

【技术特征摘要】
2014.08.29 US 14/473,3771.一种电路，包括：
第一常导通晶体管，具有耦合到第一开关输出节点的漏极；
常关断晶体管，具有耦合到所述第一常导通晶体管的源极的漏
极；
驱动器电路，配置成接收开关信号，所述驱动器电路具有耦合到
所述第一常导通晶体管的栅极的输出；以及
第二常导通晶体管，具有耦合到供电节点的漏极端子、耦合到所
述驱动器电路的所述输出的栅极端子以及配置成提供备用电压的源
极端子。
2.根据权利要求1所述的电路，进一步包括电容器，所述电容
器耦合在所述第二常导通晶体管的源极和所述常关断晶体管的源极
之间。
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述驱动器电路进一步包
括耦合到所述第一常导通晶体管的源极的第一电源端子以及配置成
耦合到驱动器参考电压节点的第二电源端子。
4.根据权利要求3所述的电路，进一步包括电源电路，所述电
源电路耦合在所述驱动器电路的所述第一电源端子和所述驱动器电
路的所述第二电源端子之间。
5.根据权利要求4所述的电路，其中所述常关断晶体管的源极
配置成耦合到地。
6.根据权利要求1所述的电路，进一步包括开关，所述开关耦
合在所述供电节点和所述开关输出节点之间。
7.根据权利要求1所述的电路，其中所述供电节点配置成具有
至少100V的电压。
8.根据权利要求1所述的电路，其中所述常导通晶体管包括氮
化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)。
9.根据权利要求1所述的电路，其中所述常关断晶体管包括增

\t强型MOSFET器件。
10.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一常导通晶体管和
所述第二常导通晶体管布置在同一半导体衬底上。
11.根据权利要求1所述的电路，其中所述备用电压耦合到启动
电路。
12.一种操作开关电路的方法，所述开关电路包括具有耦合到第
一开关输出节点的漏极端子的第一常导通晶体管、具有耦合到所述第
一常导通晶体管的源极端子的漏极端子的常关断晶体管、具有耦合到
所述第一常导通晶体管的栅极端子的输出的驱动器电路、具有耦合到
...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·佐杰，
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