[发明专利]改进型栅极钳位

说明书

技术领域

本公开涉及用于开关的栅极钳位技术。

背景技术

一些电路可以使用功率变换器将来自电源的输入电压或电流变换(例如，升压(boost)或降压(buck))为经调整的输出电压或电流，用于为部件、电路或其它电气装置提供电力。基于开关的功率变换器可以使用一个或多个开关和一种或多种信号调制技术来调整输出。杂散电感是一种与功率变换器相关联的寄生效应。功率变换器的布线、功率变换器的连接、功率变换器的电气部件的几何布置、功率变换器的电流路径的长度、以及功率变换器的去耦合电容器的位置等，均可以引起杂散电感。功率变换器的电流路径的电流电平变化可以导致基于寄生或杂散电感的寄生电压脉冲。寄生电压脉冲的幅度可以由杂散电感的大小以及电流随时间变化的梯度(di/dt)限定。寄生电压脉冲增加了正常运行电压，两者之和可能会超过开关的容许电压(例如，额定电压)并且可能会毁坏开关。而且，寄生电压脉冲可能会在功率变换器的其余部分以及相关联的系统中引入基于电磁干扰(EMI)的噪声，并且/或者可能会使测量值或者普通功率变换器和/或系统的行为讹误。例如，寄生效应和杂散电感可以在功率变换器的一个或多个开关处引起过电流、过电压、或者其它类型的故障，尤其是当开关在开关的接通状态下运行与在开关的断开状态下运行之间转换时(例如，当开关接通或断开时)。

一些功率变换器可以包括用于限制寄生效应和杂散电感的特性或特征。虽然寄生效应和杂散电感可以被限制和降低，但是一些寄生效应和杂散电感的存在是不可避免的。此外，一些功率变换器可以使用固定跨接在功率变换器的一个或多个部件的钳位元件，来使这些部件免于被由寄生效应和杂散电感诱发的、在功率变换器的故障模式期间可能会发生或正发生的、潜在的或实际的过电流、过电压或者其它故障条件(failure condition)所损坏。然而，使用固定钳位元件可能会减小功率变换器的运行电压并且/或者会降低功率变换器系统的总效率。

发明内容

总体而言，描述了技术和电路，用于选择性地将在功率变换器的开关处的电压和/或电流钳位，以避免即将发生的或实际的故障条件(例如，过电压和/或过电流)损坏开关。功率变换器(例如，降压或升压变换器、逆变器等)可以包括至少一个开关，并且可以使用信号调制技术来使开关接通和/或断开，以将输入电压变换为经调整的输出电压和/或电流。

功率变换器可以进一步包括可切换钳位元件，用于将跨开关的电压和/或电流钳位，以防止电压和/或电流达到可以损坏开关的电平。当功率变换器检测到的跨开关的电压指示有实际的或可能的故障条件的风险时，功率变换器“启用(enable)”可切换钳位元件(例如，接通可切换钳位元件，并且使可切换钳位元件在接通状态下运行)。通过启用可切换钳位元件，在满足可切换钳位元件的阈值或其它启动准则的情况下，功率变换器配置可切换钳位元件，以产生通过可切换钳位元件的额外的电流路径，以便从开关转移走由故障条件引起的过剩电流。当跨开关的电压没有指示有实际的或可能的故障条件的风险时，功率变换器“禁用(disable)”可切换钳位元件(例如，断开可切换钳位元件)。通过禁用可切换钳位元件，即使满足可切换钳位元件的阈值或其它启动准则，功率变换器也配置可切换钳位元件，以防止产生通过可切换钳位元件的额外的电流路径。

在一个示例中，本公开涉及一种电路，其包括开关、耦合至开关的可切换钳位元件、以及被配置用于至少部分基于驱动器控制信号来控制开关的驱动器。驱动器进一步被配置用于启用或禁用可切换钳位元件。可切换钳位元件被配置为，当可切换钳位元件被驱动器启用时，并且当跨开关的电压或在开关处的电流满足用于启动可切换钳位元件的阈值时，将跨开关的电压钳位。

在另一示例中，本公开涉及一种方法，其包括，通过被配置用于控制开关的驱动器，至少部分基于跨开关的电压或在开关处的电流，来控制耦合至开关的可切换钳位元件；其中可切换钳位元件被配置为，当可切换钳位元件被驱动器启用时，并且当跨开关的电压或在开关处的电流满足用于启动可切换钳位元件的阈值时，将跨开关的电压钳位。

在另一示例中，本公开涉及一种电路，其包括用于至少部分基于跨开关的电压或在开关处的电流来控制耦合至开关的可切换钳位元件的装置；其中可切换钳位元件被配置为，当可切换钳位元件被驱动器启用时，并且当跨开关的电压或在开关处的电流满足用于启动可切换钳位元件的阈值时，将跨开关的电压钳位。