用于驅(qū)動半導(dǎo)體器件的驅(qū)動器電路、系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于驅(qū)動半導(dǎo)體器件的驅(qū)動器電路、系統(tǒng)及方法。所述驅(qū)動器電路包括：降壓轉(zhuǎn)換器，其被配置為生成基線電流；以及，電容器，其耦合在所述降壓轉(zhuǎn)換器的輸出端與地之間，所述電容器被配置為在所述降壓轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷期間儲存電荷，并在所述降壓轉(zhuǎn)換器的接通期間對所儲存的電荷進行放電作為峰值電流；其中，所述基線電流在所述電容器完全放電之前達到電流極限，并且在所述驅(qū)動器電路的輸出端處的輸出電流至少部分地基于所述基線電流和所述峰值電流。
【專利說明】用于驅(qū)動半導(dǎo)體器件的驅(qū)動器電路、系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及驅(qū)動器電路，并且更為具體地，涉及一種用于高效生成在接通期間需要恒定電流的電流驅(qū)動型半導(dǎo)體器件的基極電流的驅(qū)動器電路。
【背景技術(shù)】
[0002]晶體管為一種常用于電子裝置中對電信號和電功率進行放大和/或切換的半導(dǎo)體器件。晶體管由半導(dǎo)體材料組成并具有至少三個用于連接到外部電路上的端子，其中，施加到這些晶體管端子中的一對端子上的電壓或電流改變流過另一對端子的電流。
[0003]例如，雙極性結(jié)型晶體管(BJT)是一類公知的晶體管，該晶體管通常包括至少三個端子，基極、發(fā)射極以及集電極。通常，電流被施加到基極端子以將BJT轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)。一些電流系統(tǒng)可包括用于對該BJT進行控制和驅(qū)動的驅(qū)動器(在下文中被稱為“驅(qū)動器電路”)。驅(qū)動器電路可被用于調(diào)節(jié)流過電路的電流和/或控制在電路中的其他系數(shù)或部件。驅(qū)動器電路可包括電路輸入，該電路輸入被配置為由電壓源驅(qū)動到預(yù)定的正電壓電平，并進一步被配置為通過耦合到該BJT的基極端子上的電阻器來施加電流。然后，該BJT將從其集電極端子到其發(fā)射極端子傳導(dǎo)一電流，該電流多達從基極端子流到發(fā)射極端子的電流的β倍比率。β為與器件及操作條件相關(guān)的參數(shù)，其受工藝偏差制約；電路一般被設(shè)計為與具有β比率范圍的器件一起操作以便于制造。
[0004]當前用于驅(qū)動晶體管(尤其是BJT)的電流系統(tǒng)和方法存在缺點。例如，在如上所述的驅(qū)動器電路系統(tǒng)中，通過電阻器來施加電壓和設(shè)置基極電流以驅(qū)動BJT導(dǎo)致功率耗散。另外，在操作期間，空間電荷聚集在BJT的基極-發(fā)射極結(jié)中，而為關(guān)斷該BJT (S卩，轉(zhuǎn)變到關(guān)斷狀態(tài))，該空間電荷必須被消散。同樣地，當前的系統(tǒng)和方法通常要求耗散，這就導(dǎo)致功率損耗，從而導(dǎo)致低效的功率維護。

【發(fā)明內(nèi)容】

本申請涉及一種用于驅(qū)動半導(dǎo)體器件的驅(qū)動器電路，所述驅(qū)動器電路包括:降壓轉(zhuǎn)換器，其被配置為生成基線電流；以及電容器，其耦合在所述降壓轉(zhuǎn)換器的輸出端與地之間，所述電容器被配置為在所述降壓轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷期間儲存電荷，并在所述降壓轉(zhuǎn)換器的接通期間對所儲存的電荷進行放電作為峰值電流，其中，所述基線電流在所述電容器完全放電之前達到電流極限，并且在所述驅(qū)動器電路的輸出端處的輸出電流至少部分地基于所述基線電流和所述峰值電流。
本申請還涉及一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:降壓轉(zhuǎn)換器，其被配置為生成基線電流；以及電容器，其耦合在所述降壓轉(zhuǎn)換器的輸出端與地之間，所述電容器被配置為在所述降壓轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷期間儲存電荷，并在所述降壓轉(zhuǎn)換器的接通期間對所儲存的電荷進行放電作為峰值電流，其中所述基線電流在所述電容器完全放電之前達到電流極限，輸出電流至少部分地基于所述基線電流和所述峰值電流，以及所述峰值電流大于至少兩倍的所述基線電流的電流極限。 本申請還涉及一種生成輸出電流的方法，所述方法包括:在降壓轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷期間，在電容器中存儲電荷；在所述降壓轉(zhuǎn)換器的接通期間，對所儲存的電荷進行放電作為峰值電流；以及在所述降壓轉(zhuǎn)換器的接通期間，利用降壓轉(zhuǎn)換器來生成基線電流，其中所述基線電流在所述電容器完全放電之前達到電流極限，所述輸出電流為所述基線電流與所述峰值電流之和，以及所述峰值電流大于兩倍的所述基線電流的電流極限。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]隨著下文與所要求保護的主題一致的實施例的詳細描述，這些主題的特征和優(yōu)點將變得顯而易見，下文的描述應(yīng)參照附圖進行考慮，在附圖中:
[0006]圖1示出了與本申請一致的驅(qū)動器電路的一示例性實施例；
[0007]圖2示出了與本申請一致的驅(qū)動器電路的另一示例性實施例；
[0008]圖3示出了與本申請一致的驅(qū)動器電路的一個示例性實施例；
[0009]圖4示出了與本申請一致的驅(qū)動器電路的一示例性實施例；
[0010]圖5為根據(jù)一些示例性實施例的操作流程圖；以及
[0011]圖6示出了根據(jù)一些示例性實施例的波形圖。
[0012]盡管下述【具體實施方式】將參照說明性實施例來進行，但是對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，許多替換、修改和變形都是顯而易見的。
【具體實施方式】
[0013]概括地，本申請針對一種用于高效地驅(qū)動晶體管的系統(tǒng)。特別地，該系統(tǒng)包括:用于驅(qū)動負載的電流控制切換器件(例如雙極性結(jié)型晶體管BJT)，以及被耦合到該BJT上并被配置為高效地驅(qū)動該BJT的驅(qū)動器電路。所述BJT在接通期間會需要恒定的電流驅(qū)動。所述驅(qū)動器電路包括降壓轉(zhuǎn)換器配置，所述降壓轉(zhuǎn)換器配置用于高效地生成用于驅(qū)動所述BJT的基極端子區(qū)的基極電流。所述驅(qū)動器電路的降壓轉(zhuǎn)換器配置被配置為提供一種更高效的生成BJT操作所需的基極電流的方法。
[0014]圖1示出了與本申請一致的用于驅(qū)動晶體管的系統(tǒng)100。圖1中所描述的系統(tǒng)100可以包括在通用的或定制的集成電路(IC)中或組成通用的或定制的集成電路的一部分，所述通用的或定制的集成電路例如半導(dǎo)體集成電路芯片、片上系統(tǒng)(SoC)等等。系統(tǒng)100可包括驅(qū)動器電路102，所述驅(qū)動器電路102被配置為生成電流并將電流施加到BJT104來驅(qū)動負載106。BJT104可包括三個不同摻雜的半導(dǎo)體區(qū):發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。如圖所示，BJT104為NPN配置，并且三區(qū)分別為η型、ρ型和η型，其中，每個半導(dǎo)體區(qū)被連接到一端子，適當?shù)貥擞洖?發(fā)射極(e)、基極(b)和集電極(C)。
[0015]如圖所示，驅(qū)動器電路102包括降壓轉(zhuǎn)換器配置，所述降壓轉(zhuǎn)換器配置用于生成基極電流Ib并將基極電流Ib施加到BJT104的基極端子b。然后，基極電流Ib被放大以產(chǎn)生大的集電極和發(fā)射極電流。例如，當從發(fā)射極e到基極b測量到正的電勢差(即，當基極b相對于發(fā)射極e為高)時，BJT104為正向激活(或簡單地，“激活”)或處于飽和。如果在集電極端子處的電壓高于在基極端子處的電壓，則BJT104處于激活模式。如果在基極端子處的電壓高于在集電極端子處的電壓，則BJT104處于飽和，這相當于邏輯的“接通”或者說閉合的開關(guān)。在接通狀態(tài)下，電流在BJT104的集電極c和發(fā)射極e之間流動。[0016]一些電流驅(qū)動類的半導(dǎo)體器件(例如，諸如BJT104)以及一些電壓驅(qū)動類的器件(例如，結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JEFT))在接通期間需要恒定的電流驅(qū)動。驅(qū)動器電路102的降壓轉(zhuǎn)換器配置被配置為高效地生成用于BJT104的基極電流IB，所述基極電流在驅(qū)動器電路102的操作期間是連續(xù)的。如圖所示，BJT104具有耦合到驅(qū)動器電路102的輸出端的基極bo驅(qū)動器電路102可包括電感器L和輸出電容器C。電感器L可經(jīng)由切換器件110 f禹合到電壓源108。如圖所示，切換器件110為場效應(yīng)晶體管(FET)，更加具體地為P溝道單柵極增強型FET。切換器件110可由控制電路112來進行控制。正如通常所理解的，控制電路112可被配置為對切換器件110在斷開與閉合狀態(tài)之間進行控制。例如，如果切換器件110斷開，則電壓源108從電路中移除并與電感器L斷開連接，然而，如果切換器件110閉合，則電壓源108被耦合到電感器L上?？刂齐娐?12可包括脈寬調(diào)制(PWM)電路、電源開關(guān)驅(qū)動器電路以及電源開關(guān)電路，所述電源開關(guān)電路至少包括一個電源開關(guān)器件(例如，PMOS, NM0S,
C1- r 坐坐、
DU，J O
[0017]電感器L可進一步被耦合到二極管114，以在切換器件110的關(guān)斷期間為電感電流提供通路。如圖所示，二極管114可包括肖特基二極管114。應(yīng)該注意的是，二極管114可包括:以與切換器件110互補的方式進行控制的其他已知類型的二極管或同步整流器解決方案(例如，諸如金屬氧化物半導(dǎo)體FET即M0SFET)，其被配置為與高頻電路一起使用并提供正向上的低電壓降以及快速切換行為。
[0018]在一些示例性實施例中，BJT104可包括碳化硅(SiC)或為SiC器件。SiC具有對于諸如BJT之類的半導(dǎo)體功率器件有利的材料特性。例如，SiC具有高擊穿電場，這使得其能夠用于制造小尺寸、低阻抗并可快速切換的高電壓、高功率器件。SiC的擊穿場大約比硅的擊穿場高十倍。SiC還具有比硅高近三倍的熱導(dǎo)率。因此，SiC器件能夠在極高的功率電平下操作，同時高效地消散生成的余熱。SiC的寬帶隙為SiC器件開辟了在極高溫下的應(yīng)用，而這對于實現(xiàn)例如井下鉆探或制作緊湊、輕質(zhì)電力電子裝置來說極為重要。
[0019]由于以上所述的特性，具有SiC的晶體管的電魯棒極高。在高溫下操作的能力使其能夠更長時間的經(jīng)受短路操作或過度負載狀態(tài)。由SiC制造的功率晶體管具有正溫度系數(shù)，這使其免于麻煩的二次擊穿，并使其易于并聯(lián)。SiC的高的飽和電子漂移速度允許SiC器件在高頻下操作，這也有利于減小無源裝置的尺寸。
[0020]如果BJT104包括SiC，則BJT104可具有以下特性。BJT104可具有寬帶隙，因此，BJT104的基極發(fā)射極電壓Vbe在導(dǎo)通期間可以為?3伏。BJT104具有的基極阻抗Rb明顯低于通常在MOSFET中提供的柵極阻抗Re。BJT104在導(dǎo)通期間通常需要直流(DC)基極電流Ibo最后，包括SiC的BJT104可具有“與MOSFET類似”的電容Cbe和Cb。，所述電容需要被快速充電以實現(xiàn)快速切換速度。因此，BJT104在快速切換間隔期間可以被認為是電荷控制器件即，該器件的切換性能由電荷可多快地進出電容來決定。
[0021]盡管圖1-4示出了對BJT104進行驅(qū)動的驅(qū)動器電路102，但是示例性實施例可以變化并且不限于此。例如，驅(qū)動器電路102被配置為生成高峰值電流，然后生成較低的穩(wěn)態(tài)電流，這可以被用于驅(qū)動除SiC的BJT之外的其他器件。因此，驅(qū)動器電路102可以被用于驅(qū)動任一具有與SiC BJT相似的電流分布的器件(例如高電流晶閘管或SiC金屬氧化物半導(dǎo)體FET即M0SFET)。盡管高電流晶閘管或SiC MOSFET的操作可以不同于針對SiC BJT所公開的操作，但是示例性實施例可以被配置為生成所需要的電流。[0022]典型的電流驅(qū)動器電路系統(tǒng)包括連接到BJT的基極上的電阻器。相反地，示例性實施例可包括用于驅(qū)動器電路102的降壓轉(zhuǎn)換器配置，這比常規(guī)使用的電阻器更加有效。然而，示例性實施例不限于此，而是可以包括不同于圖1所示的降壓轉(zhuǎn)換器的配置。由于驅(qū)動器電路102生成的基極電流Ib (在電流極限內(nèi))與源電壓Vdc和基極-發(fā)射極電壓Vbe都相獨立，因此驅(qū)動器電路102可導(dǎo)致多達75%的功率節(jié)省(假設(shè)15伏偏置，SiC BJT以及80%有效的降壓轉(zhuǎn)換)，即功率損耗為1/4。
[0023]例如，典型的電流驅(qū)動器電路可生成用于BJT的恒定的穩(wěn)態(tài)基極電流。由于基極電流Ib為BJT必須攜帶的最大集電極電流的函數(shù)，故而典型的驅(qū)動電路必須基于初始的高峰值電流來生成恒定的穩(wěn)態(tài)基極電流以使BJT能夠轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)。
[0024]與此相反，驅(qū)動器電路102可被配置為提供初始的峰值電流用于將BJT104轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)，并且還在接通期間以更高的效率來提供穩(wěn)態(tài)基極電流IB。為了提供該初始的峰值電流，驅(qū)動器電路102可以在輸出電容器C中儲存電荷。在BJT104接通的情況下，儲存在輸出電容C中的電荷可被放電到BJT104的基極端子b以提供快速切換行為通常所需要的初始的高峰值電流。
[0025]為了以改進的效率來提供穩(wěn)態(tài)基極電流Ib，驅(qū)動器電路102可被配置為在BJT104的接通期間工作在電流極限設(shè)置值。由于輸出電容器C可提供BJT104所需要的用于轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)的初始的高峰值電流，所以驅(qū)動器電路102可工作在電流極限設(shè)置值，并在轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)之后，僅基于BJT104所需要的穩(wěn)態(tài)基極電流Ib來生成電流。因此，驅(qū)動器電路102可將基極電流Ib從BJT104所需要的用于轉(zhuǎn)變到接通狀態(tài)的最大值減少到稍高于BJT104所需要的用于操作的最小的穩(wěn)態(tài)基極電流IB。因此，正接通電壓可變?yōu)閂be+Ib*Rsw，這是實現(xiàn)理想效率的最佳電壓。由于降壓轉(zhuǎn)換器配置的高頻操作，驅(qū)動器電路102將通過輸出電容C被放電的時間來達到電流極限，從而在驅(qū)動器電路102的操作期間提供不間斷的、連續(xù)的基極電流Ib。
[0026]由于驅(qū)動器電路102可被配置為在BJT104的導(dǎo)通時段期間減少基極電流Ib，故而驅(qū)動器電路102可減少驅(qū)動器功率損耗或使驅(qū)動器功率損耗最小。如上所述，基極電流Ib為器件必須攜帶的最大的集電極電流的函數(shù)，因此，如果BJT從12伏軌中需要I安的基極電流，那么這可導(dǎo)致12瓦的驅(qū)動器功率損耗，該功率損耗中僅3瓦是由于BJT(由于IB*VBE)導(dǎo)致的。當驅(qū)動器電路102不通過電阻器為BJT104加電時，驅(qū)動器功率損耗可被減少。另夕卜，由于驅(qū)動器電路102可減少所需要的穩(wěn)態(tài)基極電流IB，故而驅(qū)動器電路102可進一步減少在BJT104的導(dǎo)通時段期間的驅(qū)動器功率損耗。為此，驅(qū)動器電路102可被配置為在接通和關(guān)斷時發(fā)送附加的峰值電流，來向BJT104的電容Cbe和Cb。進行充電和放電。為了實現(xiàn)受益于BJT104的極快的切換速度，峰值電流應(yīng)處于兩倍到四倍的基極電流Ib的范圍內(nèi)。
[0027]驅(qū)動器電路102可被配置為減輕源電感的負反饋效應(yīng)。例如，接通和關(guān)斷的峰值電流必須來源于適當?shù)碾妷弘娖?例如，在接通時為+10伏或更高，并且在關(guān)斷時為-10伏或更低)。驅(qū)動器電路102可被配置為高效地提供在BJT104的接通期間的正的、高電壓的初始峰值電流，以及穩(wěn)態(tài)基極電流。例如，驅(qū)動器電路102可被配置為提供接近于利用以下等式所計算的最小電壓，VMIN=VBE+IB*RDRV，其中IB*RDRV為驅(qū)動器電路102的輸出阻抗兩端的電壓降。驅(qū)動器電路102還可以被配置為實現(xiàn)所期望的(從BJT104的基極端子b流出的)關(guān)斷電流的振幅。[0028]參照圖2，用于驅(qū)動晶體管的系統(tǒng)200的另一示例性實施例被示出在圖2中。如圖所示，系統(tǒng)200可包括圖1的驅(qū)動器電路102和BJT104。系統(tǒng)200進一步包括電流變壓器216和二極管218，電流變壓器216和二極管218耦合到驅(qū)動器電路102、BJT104以及負載106以提供成比例的基極驅(qū)動配置。系統(tǒng)200可被配置為進一步提高驅(qū)動器電路102的效率。例如，驅(qū)動器電路102的電流極限可被設(shè)置為較低值，目的在于提供剛好的驅(qū)動電流以使得集電極電流開始流動。
[0029]圖3示出了根據(jù)一些示例性實施例的用于驅(qū)動晶體管的系統(tǒng)300。除圖3中添加了由信號325控制的受控開關(guān)320外，圖3中所示的系統(tǒng)300與圖1中所示的系統(tǒng)100相似。根據(jù)一些示例性實施例，驅(qū)動器電路102的輸出端和BJT104的基極端子b可被受控開關(guān)320分隔。受控開關(guān)320可在BJT104的關(guān)斷期間允許輸出電容器C充電至更高電壓，由此，驅(qū)動器電路102可以在所述更高電壓處(例如，12伏左右)閑置。在BJT104的接通情況下，儲存在輸出電容器C中的更高的電壓可被放電到BJT104的基極端子b以提供快速切換行為通常所需要的初始的高峰值電流。
[0030]圖4示出了根據(jù)一些示例性實施例的用于驅(qū)動晶體管的系統(tǒng)400。除圖4中添加了由信號425控制的受控開關(guān)420外，圖4中所示的系統(tǒng)400與圖2中所示的系統(tǒng)200相似。根據(jù)一些示例性實施例，驅(qū)動器電路102的輸出端和BJT104的基極端子b可被受控開關(guān)420分隔。受控開關(guān)420可在BJT104的關(guān)斷期間允許輸出電容器C充電至更高電壓，由此，驅(qū)動器電路102可以在所述更高電壓處(例如，12伏左右)閑置。在BJT104的接通情況下，儲存在輸出電容器C中的更高的電壓可被放電到BJT104的基極端子b以提供快速切換行為通常所需要的初始的高峰值電流。
[0031]圖5示出了根據(jù)一些示例性實施例的操作的流程圖。在步驟510處，在BJT104的關(guān)斷期間，電荷可被儲存在電容器中。在步驟520處，在BJT104的接通期間，所儲存的電荷可被放電作為峰值電流。在步驟530處，在BJT104的接通期間，可以利用降壓轉(zhuǎn)換器生成基線電流，該基線電流在電容器被完全放電之前達到電流極限。因此，輸出電流在由電容器提供的峰值電流與由降壓轉(zhuǎn)換器生成的基線電流之間可以是連續(xù)的。
[0032]圖6示出了根據(jù)一些示例性實施例的波形圖。信號610為命令BJT104接通或關(guān)斷的控制信號，其中數(shù)字高信號對應(yīng)于BJT104處于接通狀態(tài)。信號620為BJT104的基極電流的示例。信號620中所示的初始的峰值電流是由向BJT104放電的輸出電容器C引起的。信號630為驅(qū)動器電路102中的降壓電感器電流的示例，并且在BJT104的接通期間，將經(jīng)輸出電容器C濾波而成為基極電流。最后，信號640為降壓輸出電壓的示例。
[0033]這里所描述的某些實施例可以在系統(tǒng)中實現(xiàn)，該系統(tǒng)包括以獨立或組合的方式存儲有指令的一個或多個存儲介質(zhì)，所述指令在由一個或多個處理器執(zhí)行時實現(xiàn)這里所描述的方法和/或操作。處理器可以包括例如系統(tǒng)CPU (例如，核心處理器)和/或可編程電路。因此，根據(jù)這里所描述的方法的操作旨在可以分布在多個物理裝置上，比如在幾個不同的物理位置上的處理結(jié)構(gòu)。
[0034]存儲介質(zhì)可以包括任何類型的有形介質(zhì)，例如，任何類型的磁盤(包括軟盤、光盤、壓縮光盤只讀存儲器(⑶-R0M)，可擦寫壓縮光盤(⑶-RW)，數(shù)字多用光盤(DVD)和磁光盤)，半導(dǎo)體裝置(比如只讀存儲器(ROM)，諸如動態(tài)和靜態(tài)的RAM之類的隨機存取存儲器(RAM)，可擦除可編程只讀存儲器(EPR0M)，電可擦除可編程只讀存儲器(EEPR0M)，閃存，磁卡或光卡)，或者適合于存儲電子指令的任一類型的介質(zhì)。
[0035]這里所描述的各種示例性實施例可以利用硬件元件，軟件元件，或其任意組合來實現(xiàn)。硬件元件的示例可包括處理器、微處理器、電路、電路元件(例如，晶體管、電阻器、電容器，等等)、集成電路、特定用途集成電路(ASIC)、可編程邏輯裝置(PLD)、數(shù)字信號處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、邏輯門、寄存器、半導(dǎo)體裝置、芯片、微芯片、芯片集，等
坐寸ο
[0036]在這里的任一實施例中所使用的“電路系統(tǒng)”或“電路”可以以單個或以任一組合的方式包括例如硬線電路、可編程電路、狀態(tài)機電路，存儲由可編程電路系統(tǒng)執(zhí)行的指令的固件，和/或包括在更大系統(tǒng)中的電路，例如，包括在一部分集成電路中的分立元件。另外，這里所描述的任一開關(guān)裝置可包括已知的或后開發(fā)的開關(guān)電路的任一類型，例如，諸如MOS晶體管、BJT、SiC等等。
[0037]在整個說明書中提及的“一個示例性實施例”或“示例性實施例”意味著所描述的與示例性實施例有關(guān)的特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在至少一個示例實施例中。因此，在整個說明書的不同位置出現(xiàn)的短語“在一個示例性實施例中”或“在示例性實施例中”不需要全部涉及相同的示例性實施例。此外，所述特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以在一個或多個示例性實施例中以任一適當?shù)姆绞浇M合。
[0038]這里所使用的術(shù)語和表述被用做描述而不是限制，并且在使用這些術(shù)語和表述時無意于排除所示和所描述特征(或其部分的)的任何等同物，并且應(yīng)該認識到，各種變化可能包含在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。因此，該權(quán)利要求旨在涵蓋所有此類等同物。各種特征、方面、以及示例性實施例在這里已經(jīng)被描述，該特征、方面以及示例性實施例可相互結(jié)合并且可變型和修改，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所能理解的那樣。因此，本發(fā)明公開內(nèi)容應(yīng)該被認為包括了這些組合、變型和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種用于驅(qū)動半導(dǎo)體器件的驅(qū)動器電路，所述驅(qū)動器電路包括: 降壓轉(zhuǎn)換器，其被配置為生成基線電流；以及 電容器，其耦合在所述降壓轉(zhuǎn)換器的輸出端與地之間，所述電容器被配置為在所述降壓轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷期間儲存電荷，并在所述降壓轉(zhuǎn)換器的接通期間對所儲存的電荷進行放電作為峰值電流， 其中，所述基線電流在所述電容器完全放電之前達到電流極限，并且在所述驅(qū)動器電路的輸出端處的輸出電流至少部分地基于所述基線電流和所述峰值電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器電路，其中，所述半導(dǎo)體器件為雙極性結(jié)型晶體管，并且其中，所述驅(qū)動器電路被配置為將所述輸出電流輸出到所述雙極性結(jié)型晶體管的基極端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的驅(qū)動器電路，其中，所述雙極性結(jié)型晶體管為碳化硅器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器電路，進一步包括: 受控開關(guān)，其耦合在所述降壓轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述驅(qū)動器電路的輸出端之間，所述受控開關(guān)被配置為在所述降壓轉(zhuǎn)換器的接通期間導(dǎo)通， 其中，所述電容器被配置為:與所述受控開關(guān)導(dǎo)通時相比，所述電容器在所述受控開關(guān)不導(dǎo)通時充電至更高的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的驅(qū)動器電路，其中，所述電容器被配置為:當所述受控開關(guān)開始導(dǎo)通時，將所述更高的電壓放電到所述半導(dǎo)體器件中的雙極性結(jié)型晶體管的基極端子?！?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器電路，其中，所述峰值電流大于至少兩倍的所述基線電流的電流極限。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器電路，其中，所述降壓轉(zhuǎn)換器包括: 電感器，所述電感器耦合在輸入電壓源與所述降壓轉(zhuǎn)換器的輸出端之間；以及 第一開關(guān)，所述第一開關(guān)耦合在所述電壓源與所述電感器之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的驅(qū)動器電路，其中，所述降壓轉(zhuǎn)換器進一步包括: 控制電路，所述控制電路被配置為控制所述第一開關(guān)導(dǎo)通來增加所述基線電流，并控制所述第一開關(guān)不導(dǎo)通來減少所述基線電流；以及 二極管，所述二極管具有耦合到地的第一端和耦合在所述電感器與所述第一開關(guān)之間的第二端，所述二極管被配置為在所述控制電路的關(guān)斷期間為電感器電流提供通路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器電路，進一步包括: 變壓器，所述變壓器被配置為基于外部電流來生成變壓器電流， 其中，在所述驅(qū)動器電路的輸出端處的所述輸出電流至少部分地基于所述變壓器電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的驅(qū)動器電路，進一步包括: 二極管，所述二極管具有耦合到所述降壓轉(zhuǎn)換器的輸出端上的第一端；以及 電阻器，所述電阻器耦合在所述二極管的第二端與地之間， 其中，所述電流變壓器與所述電阻器并聯(lián)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的驅(qū)動器電路，其中，所述基線電流的電流極限近似等于所述半導(dǎo)體器件中的雙極性結(jié)型晶體管的操作所需的最小電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的驅(qū)動器電路，其中，所述電流變壓器被配置為基于所述外部電流來增加所述變壓器電流。
13.—種系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括: 降壓轉(zhuǎn)換器，其被配置為生成基線電流；以及 電容器，其耦合在所述降壓轉(zhuǎn)換器的輸出端與地之間，所述電容器被配置為在所述降壓轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷期間儲存電荷，并在所述降壓轉(zhuǎn)換器的接通期間對所儲存的電荷進行放電作為峰值電流，其中 所述基線電流在所述電容器完全放電之前達到電流極限， 輸出電流至少部分地基于所述基線電流和所述峰值電流，以及 所述峰值電流大于至少兩倍的所述基線電流的電流極限。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進一步包括: 包括碳化硅的雙極性結(jié)型晶體管，所述雙極性結(jié)型晶體管的基極被配置為接收所述輸出電流。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，進一步包括: 受控開關(guān)，其耦合到所述降壓轉(zhuǎn)換器的輸出端，所述受控開關(guān)被配置為在所述降壓轉(zhuǎn)換器的接通期間導(dǎo)通， 其中，所述電容器被配置為:與所述受控開關(guān)導(dǎo)通時相比，所述電容器在所述受控開關(guān)不導(dǎo)通時被充電至更高的電壓。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述電容器被配置為:當所述受控開關(guān)開始導(dǎo)通時，將所述更高的電壓放電到所述雙極性結(jié)型晶體管的基極端子。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，進一步包括: 電流變壓器，所述電流變壓器被配置為基于外部電流來生成變壓器電流， 其中，所述輸出電流為所述基線電流、所述峰值電流以及所述變壓器電流之和。
18.—種生成輸出電流的方法,所述方法包括: 在降壓轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷期間，在電容器中存儲電荷； 在所述降壓轉(zhuǎn)換器的接通期間，對所儲存的電荷進行放電作為峰值電流；以及 在所述降壓轉(zhuǎn)換器的接通期間，利用降壓轉(zhuǎn)換器來生成基線電流，其中 所述基線電流在所述電容器完全放電之前達到電流極限， 所述輸出電流為所述基線電流與所述峰值電流之和，以及 所述峰值電流大于兩倍的所述基線電流的電流極限。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括: 用所述輸出電流對包括碳化硅的雙極性結(jié)型晶體管進行驅(qū)動。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進一步包括: 基于在所述雙極性結(jié)型晶體管的集電極處的電流來生成變壓器電流，其中，所述輸出電流為所述基線電流、所述峰值電流和所述變壓器電流之和。
【文檔編號】H02M1/08GK103825432SQ201310574509
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月15日
【發(fā)明者】拉斯洛·巴拉夫 申請人:快捷半導(dǎo)體(蘇州)有限公司, 快捷半導(dǎo)體公司