[发明专利]具有功率传输的电隔离低延迟开关驱动电路

说明书

本申请涉及电子器件，具体地涉及开关驱动电路，并且更具体地涉及具有从开关驱动器输入侧到开关侧的功率传输的电隔离开关电路。更具体地，本申请提供了一种开关驱动电路，该开关驱动电路通过使用单个变压器将控制信号传输至次级侧以控制该开关，并向次级侧电路供电以响应于该控制信号来驱动该开关。通过在汲取电流之前先检测控制信号，可以减少变压器中漏感的影响。

技术领域

本申请涉及电子器件，具体涉及一种开关驱动电路，并且更具体地涉及一种具有从开关驱动器输入侧到开关侧的功率传输的电隔离开关电路。

背景技术

在电力电子器件领域，开关驱动电路用于导通和关断开关。

开关广泛用于各种电子系统中。开关通常控制从电源流向负载的电流。例如，与线性放大器和线性调节器中使用的受控电阻器件相比，开关通常完全导通(达到其最低的导通状态电阻)或者完全关断(达到其最高的关断状态电阻)。开关的控制电极，通常称为开关的栅极(或基极)，由开关驱动电路驱动，或者开关驱动电路有时也称为栅极驱动电路。开关通常是电压控制的，当栅极电压(相对于开关的另一个电极，通常称为其源极或发射极)超出制造商规定的阈值电压的一定幅度时，开关导通，而当栅极电压保持低于此阈值电压的一定幅度时，开关关断。本发明主要针对这些电压控制开关的驱动，电压控制开关例如为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、碳化硅(SiC)晶体管、氮化镓(GaN)晶体管或绝缘栅双极晶体管(IGBT)，但本发明也可用于驱动不太常见的电流控制开关，例如双极结型晶体管(BJT)或栅极注入晶体管(GIT)。

开关驱动电路通过一个或多个开关驱动器输入从诸如脉冲宽度调制(PWM)控制器之类的控制器接收其控制指令。开关驱动电路将其驱动信号直接(或间接通过有源和无源部件的网络)传递到开关的各个端子(栅极和源极)。

在非理想开关参数(例如输入门电容)和寄生负反馈(例如米勒效应)存在的情况下，开关驱动器电路的关键性能参数包括其驱动具有低传播延迟的开关的性能。

开关经常用在电子系统中，在电子系统中，必须使用电流隔离来防止不良的直流电流从隔离势垒的一侧流到另一侧。电流隔离通常用于分隔电路，以保护用户避免直接接触危险电压。在隔离势垒的两侧，电流隔离还可用于有意分隔带有危险或安全电压的电路，以简化电路设计，降低成本或改善系统性能。

通常的情况是，控制电路以及开关驱动器的输入位于电隔离势垒的一侧，而由开关驱动器驱动的开关位于隔离势垒的另一侧。换句话说，开关驱动电路越过隔离势垒，因此通常成为安全关键部件。各种传输技术可有助信号越过电隔离势垒而被发送，传输技术可以包括光、磁和电容耦合技术。本发明是针对电隔离开关驱动电路，该电隔离开关驱动电路使用磁耦合越过隔离势垒来传输驱动信号信息。

通常的情况是，控制器以及开关驱动器的输入均以隔离势垒一侧的参考节点作为参考。在整个文档中，第一参考节点称为“主接地”，并在各个图中使用带有附加标签“P”的接地符号进行了说明。开关驱动器输出参考节点以及开关的参考电极在隔离势垒的另一侧相连，在本文档中称为“浮动接地”，并在各个图中使用带有附加标签“F”的接地符号进行说明。如果要在更复杂的电子系统中驱动多个开关，则可以存在多个不同的浮动接地节点(通常每个开关存在一个)，而在该系统中，通常只需要一个主接地节点。

众所周知，隔离开关驱动电路也可以有利地用于实际上并不严格要求电流隔离的电子系统中。在那些情况下，开关驱动电路的电流隔离特性可以简化需要驱动“浮动开关”(即其参考电极未连接至控制器接地的开关)的电路设计。浮动开关有时也被称为“高压侧开关”。本发明的电隔离开关驱动电路也可以用于驱动浮动开关，并且在那些系统中可以被称为“浮动开关驱动电路”或“浮动栅极驱动电路”。