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TWI824705B - 閘極驅動器裝置及其操作方法 - Google Patents

閘極驅動器裝置及其操作方法 Download PDF

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TWI824705B
TWI824705B TW111134006A TW111134006A TWI824705B TW I824705 B TWI824705 B TW I824705B TW 111134006 A TW111134006 A TW 111134006A TW 111134006 A TW111134006 A TW 111134006A TW I824705 B TWI824705 B TW I824705B
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闕強 林
雷恩 里基烏蒂
雷扎 阿赫邁迪
碩凡 宋
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美商格蘭電子公司
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Abstract

一種具有主動箝位重置及主動驅動同步整流之用於電力轉換器之抗輻射閘極驅動器為了高效率及寬輸入範圍使用整合式邏輯驅動器。一保活電路防止動力系統電晶體在一暫態或一欠壓鎖定(UVLO)事件之後保持接通達延長持續時間。該等整合式邏輯驅動器之各者包含兩個閘極驅動器電路，其中該等閘極驅動器電路之一者按照該整合式邏輯驅動器之一邏輯表使用該等閘極驅動器電路之另一者之輸出作為輸入以確保當該等各自動力系統電晶體接通及關斷時無擊穿。

Description

閘極驅動器裝置及其操作方法
本申請案係關於脈衝寬度調變(PWM)控制器，且更特定言之，係關於使用具有主動驅動同步整流之用於一主動箝位重置正向拓撲之一抗輻射閘極驅動方案之PWM控制器。
可使用可執行主動箝位重置之整合式PWM控制器以便達成90%或更大之效率。此等PWM控制器通常需要輸出側上之一伴隨控制器以提供主動同步整流。又，此等控制器通常在操作頻率上限於不多於500kHz。另外，此等控制器不抗輻射。
例如，本發明可應用至用於印刷電路板(PCB)及混合直流(DC)轉DC轉換器之整合式PWM控制器。相較於習知整合式PWM控制器，本發明提供一改良。例如，本發明實現執行主動箝位重置以在500kHz以上操作之整合式PWM控制器。又，本發明實現執行主動箝位重置以抗輻射之整合式PWM控制器。
根據本發明之具有主動箝位重置及主動驅動同步整流之用於電力轉換器之一抗輻射閘極驅動器為了高效率及一寬輸入範圍使用整合式邏輯驅動器。各整合式邏輯驅動器包含兩個閘極驅動器電路，且各閘極驅動器電路按照整合式邏輯驅動器之一邏輯表使用另一閘極驅動器電路之輸出作為一輸入以確保當各自開關接通及關斷時無擊穿。根據本發明之保活電路系統防止動力系統開關在一暫態或欠壓鎖定(UVLO)事件之後保持接通達延長持續時間。保活電路系統可用於向一DC轉DC轉換器之動力系統命令一三態條件。
根據本發明之基於輸入至一閘極驅動器裝置之一信號輸出複數個驅動信號之該閘極驅動器裝置可特性化為包含：一第一閘極驅動器電路，其包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第一閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第一閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準；一第二閘極驅動器電路，其包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第二閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第二閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第一驅動信號之一第一節點，其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第二驅動信號之一第二節點，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該輸入端子，其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第一閘極驅動器電路之該輸入端子，且其中該第一閘極驅動器電路之該致能端子電耦合至輸入至該閘極驅動器裝置之該信號；及一第三閘極驅動器電路，其包含 一輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第三閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第三閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準；一第四閘極驅動器電路，其包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第四閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第四閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第三驅動信號之一第三節點，其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第四驅動信號之一第四節點，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該輸入端子，其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第三閘極驅動器電路之該輸入端子，且其中該第三閘極驅動器電路之該致能端子電耦合至輸入至該閘極驅動器裝置之該信號。
在操作中，該第一閘極驅動器電路可引起該第一閘極驅動器電路之該輸出端子具有一第一電壓位準或大於該第一電壓位準之一第二電壓位準，該第一閘極驅動器電路可引起該第一閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第一閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第一閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準，在操作中，該第二閘極驅動器電路可引起該第二閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準或該第二電壓位準，該第二閘極驅動器電路可引起該第二閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第二閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第二閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準，在操作中，該第三閘 極驅動器電路可引起該第三閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準或該第二電壓位準，該第三閘極驅動器電路可引起該第三閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第三閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第三閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準，且在操作中，該第四閘極驅動器電路可引起該第四閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準或該第二電壓位準，該第四閘極驅動器電路可引起該第四閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第四閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第四閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準。
該閘極驅動器裝置可進一步包含：一第一保活電路，其包含一第一二極體、一第一電容器及一第一電阻器，其中該第一二極體之一第一端子電耦合至該第一閘極驅動器電路之該輸出端子，且該第一二極體之一第二端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該致能端子，其中該第一電容器之一第一端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該致能端子，且該第一電容器之一第二端子電耦合至該第一閘極驅動器電路之一接地端子，且其中該第一電阻器之一第一端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該致能端子，且該第一電阻器之一第二端子電耦合至該第一閘極驅動器電路之該接地端子。該閘極驅動器裝置可進一步包含：一第二保活電路，其包含一第二二極體、一第二電容器及一第二電阻器，其中該第二二極體之一第一端子電耦合至該第三閘極驅動器電路之該輸出端子，且該第二二極體之一第二端子電耦合至該第三閘極驅動器電路之該致能端子，其中該第二電容器之一第一端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該致能端子，且該第二電容器之一第二端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之一接地端子，且 其中該第二電阻器之一第一端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該致能端子，且該第二電阻器之一第二端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該接地端子。
該閘極驅動器裝置可進一步包含：一第一變壓器，其包含電耦合至輸入至該閘極驅動器裝置之該信號及該第一閘極驅動器電路之該致能端子之一初級線圈，及電耦合至該第三閘極驅動器電路之該致能端子之一次級線圈；及一第二變壓器，其包含電耦合至該第二閘極驅動器電路之該輸出端子之一初級線圈，及電耦合至輸出該第二驅動信號之該第二節點之一次級線圈。
該閘極驅動器裝置可進一步包含：一正向轉換器動力系統，其包含一變壓器、一主電晶體、一主動重置電晶體、一正向同步電晶體及一捕捉同步電晶體，其中該變壓器包含一初級線圈及一次級線圈，其中該主電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該初級線圈之一第一端子，該主電晶體之一源極端子電耦合至一參考電位，且該主電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第一驅動信號之該第一節點，其中該主動重置電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該初級線圈之一第二端子，該主動重置電晶體之一源極端子電耦合至該變壓器之該初級線圈之該第一端子，且該主動重置電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第二驅動信號之該第二節點，其中該正向同步電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該次級線圈之一第一端子，且該正向同步電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第三驅動信號之該第三節點，且其中該捕捉同步電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該次級線圈之一第二端子，該捕捉同步電晶體之一源極端子電耦合至該正向同步電晶體之一源極端子，且該捕捉同步電晶體之一閘極端子 電耦合至輸出該第四驅動信號之該第四節點。該主電晶體、該主動重置電晶體、該正向同步電晶體及該捕捉同步電晶體之各者可係一相同類型之電晶體。
該第一閘極驅動器電路及該第二閘極驅動器電路可包含於設置於一第一積體電路晶片中之一第一整合式邏輯驅動器中，且該第三閘極驅動器電路及該第四閘極驅動器電路可包含於設置於一第二積體電路晶片中之一第二整合式邏輯驅動器中。
根據本發明之基於輸入至一閘極驅動器裝置之一信號輸出複數個驅動信號之該閘極驅動器裝置可特性化為包含：一第一閘極驅動器電路，其包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第一閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第一閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，且其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第一驅動信號之一第一節點；一第二閘極驅動器電路，其包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第二閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第二閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，且其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第二驅動信號之一第二節點；一第三閘極驅動器電路，其包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第三閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第三閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，且其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第三驅動信號之一第三節點；一第四閘極驅動器電路，其包含一 輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第四閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第四閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，且其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第四驅動信號之一第四節點；一第一保活電路，其包含一第一二極體、一第一電容器及一第一電阻器，其中該第一二極體之一第一端子電耦合至該第一閘極驅動器電路之該輸出端子，且該第一二極體之一第二端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該致能端子，其中該第一電容器之一第一端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該致能端子，且該第一電容器之一第二端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之一接地端子，且其中該第一電阻器之一第一端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該致能端子，且該第一電阻器之一第二端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該接地端子；及一第二保活電路，其包含一第二二極體、一第二電容器及一第二電阻器，其中該第二二極體之一第一端子電耦合至該第三閘極驅動器電路之該輸出端子，且該第二二極體之一第二端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該致能端子，其中該第二電容器之一第一端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該致能端子，且該第二電容器之一第二端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之一接地端子，且其中該第二電阻器之一第一端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該致能端子，且該第二電阻器之一第二端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該接地端子。
該第一閘極驅動器電路之該輸出端子可電耦合至該第二閘極驅動器電路之該輸入端子，該第二閘極驅動器電路之該輸出端子可電耦合至該第一閘極驅動器電路之該輸入端子，該第三閘極驅動器電路之該輸 出端子可電耦合至該第四閘極驅動器電路之該輸入端子，且該第四閘極驅動器電路之該輸出端子可電耦合至該第三閘極驅動器電路之該輸入端子。
該閘極驅動器裝置可進一步包含：一第一變壓器，其包含電耦合至輸入至該閘極驅動器裝置之該信號及該第一閘極驅動器電路之該致能端子之一初級線圈，及電耦合至該第三閘極驅動器電路之該致能端子之一次級線圈；及一第二變壓器，其包含電耦合至該第二閘極驅動器電路之該輸出端子之一初級線圈，及電耦合至輸出該第二驅動信號之該第二節點之一次級線圈。
該閘極驅動器裝置可進一步包含：一正向轉換器動力系統，其包含一變壓器、一主電晶體、一主動重置電晶體、一正向同步電晶體及一捕捉同步電晶體，其中該變壓器包含一初級線圈及一次級線圈，其中該主電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該初級線圈之一第一端子，該主電晶體之一源極端子電耦合至一參考電位，且該主電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第一驅動信號之該第一節點，其中該主動重置電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該初級線圈之一第二端子，該主動重置電晶體之一源極端子電耦合至該變壓器之該初級線圈之該第一端子，且該主動重置電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第二驅動信號之該第二節點，其中該正向同步電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該次級線圈之一第一端子，且該正向同步電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第三驅動信號之該第三節點，且其中該捕捉同步電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該次級線圈之一第二端子，該捕捉同步電晶體之一源極端子電耦合至該正向同步電晶體之一源極端子，且該捕捉同步電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第四驅動信號之該第四節點。該主電晶體、該主動重置電 晶體、該正向同步電晶體及該捕捉同步電晶體之各者可係一相同類型之電晶體。
一種根據本發明之操作一閘極驅動器裝置之方法可特性化為包含：將一輸入信號提供至包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子之一第一閘極驅動器電路，其中該輸入信號經提供至該第一閘極驅動器電路之該致能端子，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第一閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第一閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子之一第二閘極驅動器電路，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該致能端子，其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第二閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第二閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第一閘極驅動器電路之該輸入端子，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至一第一節點，且其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至一第二節點；自該第一節點輸出一第一驅動信號；自該第二節點輸出一第二驅動信號；將該輸入信號提供至包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子之一第三閘極驅動器電路，其中該輸入信號經提供至該第三閘極驅動器電路之該致能端子，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第三閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第三閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子之一第四閘極驅動器電 路，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該輸入端子，其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第四閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第四閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第三閘極驅動器電路之該輸入端子，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至一第三節點，且其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至一第四節點；自該第三節點輸出一第三驅動信號；及自該第四節點輸出一第四驅動信號。
該方法可進一步包含：引起該第一閘極驅動器電路之該輸出端子具有一第一電壓位準或大於該第一電壓位準之一第二電壓位準，包含引起該第一閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第一閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第一閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準；引起該第二閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準或該第二電壓位準，包含引起該第二閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第二閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第二閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準；引起該第三閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準或該第二電壓位準，包含引起該第三閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第三閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第三閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準；及引起該第四閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準或該第二電壓位準，包含引起該第四閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第四閘極驅動器電路之該致能端子具有 該第二電壓位準且該第四閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準。
該第一驅動信號可具有一第一電壓位準而該第二驅動信號具有不同於該第一電壓位準之一第二電壓位準。該第一驅動信號可具有該第二電壓位準而該第二驅動信號具有該第一電壓位準。該第三驅動信號可具有該第一電壓位準而該第四驅動信號具有該第二電壓位準。該第三驅動信號可具有該第二電壓位準而該第四驅動信號具有該第一電壓位準。該第一驅動信號可具有一第一電壓位準而該第二驅動信號具有不同於該第一電壓位準之一第二電壓位準，該第一驅動信號可具有該第二電壓位準而該第二驅動信號具有該第一電壓位準，該第三驅動信號可具有該第一電壓位準而該第四驅動信號具有該第二電壓位準，且該第三驅動信號可具有該第二電壓位準而該第四驅動信號具有該第一電壓位準。
10:抗輻射閘極驅動器電路/抗輻射閘極驅動器裝置
20:正向轉換器動力系統
C2:電容器
C3:電容器
C7:電容器
C12:電容器
C14:電容器
C15:電容器
C16:電容器
C35:電容器
C36:電容器
C37:電容器
C46:電容器
C47:電容器
C52:電容器
C53:電容器
C57:電容器
C58:電容器
C66:電容器
C92:電容器
C93:電容器
CG:節點
D1:齊納二極體
D6:齊納二極體
D7:齊納二極體
D8:二極體
D9:二極體
D46:二極體
D47:二極體
D48:二極體
D53:二極體
ENA:第一致能端子
ENB:第二致能端子
FG:節點
GND:接地端子
INA:第一輸入端子
INB:第二輸入端子
KA11:保活電路
KA16:保活電路
L3:電感器
M4:電晶體
M5:電晶體
M6:電晶體
M7:電晶體
MG:節點
OUTA:第一輸出端子
OUTB:第二輸出端子
P1:初級線圈
P2:初級線圈
P3:初級線圈
PWM:輸入端子
R1:電阻器
R13:電阻器
R16:電阻器
R17:電阻器
R18:電阻器
R19:電阻器
R34:電阻器
R53:電阻器
R58:電阻器
R59:電阻器
R61:電阻器
R62:電阻器
R73:電阻器
R79:電阻器
R80:電阻器
R81:電阻器
R94:電阻器
R95:電阻器
R97:電阻器
R98:電阻器
R101:電阻器
R103:電阻器
R104:電阻器
R105:電阻器
S1:次級線圈
S2:次級線圈
S3:次級線圈
T1:變壓器
T2:變壓器
T3:變壓器
TG:節點
TS:節點
U11:整合式邏輯閘極驅動器
U16:整合式邏輯閘極驅動器
VDD:電力供應端子
VIN:電壓
Vout:輸出電壓
圖1展示根據本發明之一或多項實施例之一抗輻射閘極驅動器之一電路圖。
圖2展示根據本發明之一或多項實施例之一直流(DC)轉DC電力轉換器之一正向轉換器動力系統之一電路圖。
圖3A、圖3B、圖3C及圖3D展示根據本發明之一或多項實施例之包含於圖1中展示之抗輻射閘極驅動器中之信號之模擬曲線圖。
圖1展示根據本發明之一或多項實施例之一抗輻射閘極驅動器電路或裝置10(「閘極驅動器」)之一電路圖。抗輻射閘極驅動器可用於驅動圖2中展示之一正向轉換器動力系統20以便提供一DC轉DC電力轉 換器。
正向轉換器動力系統20執行主動箝位重置及同步整流。如圖2中展示，一電壓VIN電耦合至一電容器C7之一第一端子、一電容器C3之一第一端子及一變壓器T3之一初級線圈P3之一第一端子。電容器C3之一第二端子電耦合至一電阻器R101之一第一端子，電阻器R101具有電耦合至電容器C7之一第二端子、一電晶體M4之一汲極端子及一二極體D53之一陰極端子之一第二端子。電晶體M4之一源極端子電耦合至二極體D53之一陽極端子、變壓器T3之初級線圈P3之一第二端子及一電晶體M5之一汲極端子，電晶體M5具有電耦合至一接地端子(其電耦合至一參考電位)之一源極端子。
變壓器T3亦包含一次級線圈S3，次級線圈S3具有電耦合至一電晶體M6之一汲極端子、一電阻器R73之一第一端子、一二極體D48之一陽極端子及一電感器L3之一第一端子之一第一端子。電感器L3之一第二端子電耦合至一電阻器R97之一第一端子及一電容器C46之一第一端子。電容器C46之一第二端子電耦合至一電容器C92之一第一端子、一電容器C66之一第一端子、電晶體M6之一源極端子、一電容器C47之一第一端子及一電晶體M7之一源極端子。應注意，變壓器T3之次級側上之接地端子不一定具有與變壓器T3之初級側上之接地端子相同之參考電位。一輸出電壓Vout自正向轉換器動力系統20輸出至一負載。電容器C92之一第二端子電耦合至電阻器R97之一第二端子及二極體D48之一陰極端子。電容器C66之一第二端子電耦合至電阻器R73之一第二端子。電容器C47之一第二端子電耦合至一電阻器R94之一第一端子，電阻器R94具有電耦合至電晶體M7之一汲極端子及變壓器T3之次級線圈S3之一第二端子之一第 二端子。
電晶體M5用作正向轉換器動力系統20之一主電力開關。當電晶體M5接通且正在傳導時，電晶體M5引起電力至變壓器T3之次級線圈S3之一正向傳送。電晶體M4用作正向轉換器動力系統20之一主動重置開關。電晶體M4重置變壓器T3之一核心以防止飽和(即，在電晶體M5之關斷週期期間使變壓器T3之一磁化電流放電)。當電晶體M4關斷時，電晶體M5接通且反之亦然。變壓器T3中之磁化能量經傳送至電容器C3及C7，電容器C3及C7用作與一磁化電感諧振之箝位電容器以維持重置電壓之一所需位準。此主動箝位重置提供變壓器T3之一非耗散重置及穩態條件下電晶體M5上之最小電壓應力，此係因為死區時間幾乎為零。
電晶體M6及M7用於執行正向轉換器動力系統20中之同步整流。電晶體M6及M7在一二極體將已自陽極傳導至陰極時偏壓以傳導且相反地，在一二極體將已阻擋自陰極至陽極時閘控以阻擋電流。電晶體M6用作正向轉換器動力系統20之一捕捉開關。當電晶體M5關斷且不導電時，電晶體M6接通且導電。電晶體M7用作正向轉換器動力系統20之一正向同步開關。當電晶體M5接通且導電時，電晶體M7接通且導電。在一或多項實施例中，抗輻射閘極驅動器10及正向轉換器動力系統20以類似於美國專利第9,293,999號之圖5中展示之具有自動增強自驅動同步整流之主動箝位正向轉換器之一方式起作用，該專利之全文以引用的方式併入本文中。
再次參考圖1，一脈衝寬度調變(PWM)輸入信號PWM經提供至抗輻射閘極驅動器10之一輸入端子。如下文描述，抗輻射閘極驅動器10使用輸入信號PWM以產生作為控制信號提供至圖2中展示之正向轉換器 動力系統20之電晶體M4至M7之各自閘極端子之四個閘極驅動信號。
更特定言之，抗輻射閘極驅動器10之輸入端子PWM電耦合至一電容器C12之一第一端子，電容器C12具有電耦合至一電阻器R13之一第一端子之一第二端子。電阻器R13之一第二端子電耦合至一電容器C15之一第一端子、電阻器R17之一第一端子及一變壓器T1之一初級線圈P1之一第一端子。變壓器T1之初級線圈P1之一第二端子電耦合至一接地端子，該接地端子電耦合至一參考電位。變壓器T1亦包含一次級線圈S1，次級線圈S1具有電耦合至一電容器C14之一第一端子及一電阻器R16之一第一端子之一第一端子。變壓器T1之次級線圈S1之一第二端子電耦合至一齊納(Zener)二極體D6之一陽極端子、一電容器C35之一第一端子、一電阻器R53之一第一端子及一整合式邏輯閘極驅動器U16之一接地端子GND。電容器C35之一第二端子電耦合至一二極體D47之一陰極端子、電阻器R53之一第二端子及整合式邏輯閘極驅動器U16之一第二致能端子。二極體D47之一陽極端子電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U16之一第一輸出端子OUTA。
整合式邏輯閘極驅動器U16包含兩個閘極驅動器電路。整合式邏輯閘極驅動器U16之一個閘極驅動器電路用於產生自一節點CG輸出之一捕捉同步開關驅動信號，節點CG電耦合至用作圖2中展示之正向轉換器動力系統20之捕捉同步開關之電晶體M6之一閘極端子。整合式邏輯閘極驅動器U16之另一閘極驅動器電路用於產生自一節點FG輸出之一正向同步開關驅動信號，節點FG電耦合至用作圖2中展示之正向轉換器動力系統20之正向同步開關之電晶體M7之一閘極端子。
齊納二極體D6之一陰極端子電耦合至電容器C14之一第二 端子、電阻器R16之一第二端子、一電阻器R19之一第一端子及整合式邏輯閘極驅動器U16之一第一致能端子ENA。電阻器R19之一第二端子電耦合至一二極體D9之一陰極端子及整合式邏輯閘極驅動器U16之一第二輸入端子INB。二極體D9之一陽極端子電耦合至一電容器C57之一第一端子及一電阻器R104之一第一端子，電阻器R104具有電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U16之一第一輸出端子OUTA及一電阻器R80之一第一端子之一第二端子。電容器C57之一第二端子電耦合至一接地端子，該接地端子電耦合至一參考電位。電阻器R80之一第二端子電耦合至節點FG，節點FG電耦合至用作圖2中展示之正向轉換器動力系統20之正向同步開關之電晶體M7之一閘極端子。
整合式邏輯閘極驅動器U16之一電力供應端子VDD電耦合至一電容器C36之一第一端子及一電阻器R62之一第一端子。電容器C36之一第二端子電耦合至一接地端子，該接地端子電耦合至一參考電位。一電容器C58之一第一端子電耦合至一接地端子，該接地端子電耦合至一參考電位，且電容器C58之一第二端子電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U16之一第一輸入端子INA及一電阻器R105之一第一端子。電阻器R105之一第二端子電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U16之一第二輸出端子OUTB及一電阻器R81之一第一端子。電阻器R81之一第二端子電耦合至節點CG，節點CG電耦合至用作圖2中展示之正向轉換器動力系統20之捕捉開關之電晶體M6之一閘極端子。
現參考圖1之上部分，抗輻射閘極驅動器10包含含有兩個閘極驅動器電路之一整合式邏輯閘極驅動器U11。整合式邏輯閘極驅動器U11之一個閘極驅動器電路用於產生自一節點MG輸出之一主電力開關驅 動信號，節點MG電耦合至用作正向轉換器動力系統20之主電力開關之電晶體M5(圖2中展示)之一閘極端子。整合式邏輯閘極驅動器U11之另一閘極驅動器電路用於產生自一節點TG輸出之一主動箝位重置開關驅動信號，節點TG電耦合至用作正向轉換器動力系統20之主動箝位重置開關之電晶體M4(圖2中展示)之一閘極端子。
如上文提及，變壓器T1之初級線圈P1之第一端子電耦合至電阻器R17之第一端子及電容器C15之第一端子。電容器C15之第二端子電耦合至電阻器R17之一第二端子、一齊納二極體D7之一陰極端子、一電阻器R18之一第一端子及整合式邏輯閘極驅動器U11之一第一致能端子ENA。齊納二極體D7之一陽極端子電耦合至一接地端子，該接地端子電耦合至一參考電位、一電容器C93之一第一端子、一電阻器R95之一第一端子、整合式邏輯閘極驅動器U11之一接地端子GND及一變壓器T2之一初級線圈P2之一第一端子。電容器C93之一第二端子電耦合至電阻器R95之一第二端子、整合式邏輯閘極驅動器U11之一第二致能端子ENB及一二極體D46之一陰極端子。二極體D46之一陽極端子電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U11之一第一輸出端子OUTA及一電阻器R79之一第一端子。
電阻器R79之一第二端子電耦合至節點MG，節點MG電耦合至用作正向轉換器動力系統20之主電力開關之電晶體M5之閘極端子。電阻器R18之一第二端子電耦合至一二極體D8之一陰極端子及整合式邏輯閘極驅動器U11之一第二輸入端子INB。二極體D8之一陽極端子電耦合至一電容器C53之一第一端子及一電阻器R103之一第一端子，電阻器R103具有電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U11之第一輸出端子OUTA之一第二端子。電容器C53之一第二端子電耦合至一接地端子，該接地端子電耦合 至一參考電位。
變壓器T2之初級線圈P2之一第二端子電耦合至一電容器C16之一第一端子，電容器C16具有電耦合至一電阻器R59之一第一端子之一第二端子。電阻器R59之一第二端子電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U11之一第二輸出端子OUTB及一電阻器R98之一第一端子。電阻器R98之一第二端子電耦合至一電容器C52之一第一端子及整合式邏輯閘極驅動器U11之一第一輸入端子INA。電容器C52之一第二端子電耦合至一接地端子，該接地端子電耦合至一參考電位。整合式邏輯閘極驅動器U11之一電力供應端子VDD電耦合至一電容器C37之一第一端子及一電阻器R61之一第一端子。電容器C37之一第二端子電耦合至一接地端子，該接地端子電耦合至一參考電位。
變壓器T2亦包含一次級線圈S2，次級線圈S2具有電耦合至一電容器C2之一第一端子及一電阻器R34之一第一端子之一第一端子。電容器C2之一第二端子電耦合至電阻器R34之一第二端子及一電阻器R58之一第一端子。電阻器R58之一第二端子電耦合至一電阻器R1之一第一端子、一齊納二極體D1之一陰極端子且至節點TG，節點TG電耦合至用作正向轉換器動力系統20之主動箝位重置開關之電晶體M4(圖2中展示)之閘極端子。變壓器T2之次級線圈S2之一第二端子電耦合至電阻器R1之一第二端子、齊納二極體D1之一陽極端子及一節點TS，節點TS電耦合至圖2中展示之正向轉換器動力系統20之電晶體M4之源極端子、二極體D53之陽極端子、電晶體M5之汲極端子及變壓器T3之初級線圈P3之第二端子。
在一或多個實施方案中，整合式邏輯閘極驅動器U11及U16之各者係設置於一積體電路晶片中之一整合式邏輯驅動器，雖然本發 明之實施方案不限於此。例如，整合式邏輯閘極驅動器U11及U16之各者可為來自Infineon Technologies之一2EDN7523型整合式邏輯閘極驅動器，其具有反相輸入邏輯及輸出反相邏輯。在一或多個實施方案中，電晶體M4至M7在電路系統中係對稱的以確保電晶體M4至M7之各者中之一類似傳播延遲。例如，電晶體M4至M7之各者係一相同類型之電晶體，諸如來自Efficient Power Conversion Corporation(EPC)之一N通道、氮化鎵(GaN)電力電晶體EPC2024。
如上文論述，整合式邏輯閘極驅動器U11及U16之各者包含一第一輸入端子INA、一第一致能端子ENA、一第二輸入端子INB、一第二致能端子ENB、一第一輸出端子OUTA、一第二輸出端子OUTB、一電力供應輸入端子VDD及一接地端子GND。又，整合式邏輯閘極驅動器U11及U16之各者包含兩個閘極驅動器電路，即，包含第一輸入端子INA、第一致能端子ENA及第一輸出端子OUTA之一第一閘極驅動器電路及包含第二輸入端子INB、第二致能端子ENB及第二輸出端子OUTB之一第二閘極驅動器電路，其中電力供應輸入端子VDD及接地端子GND由第一及第二閘極驅動器電路共用。第一輸出端子OUTA處之一電壓位準取決於第一輸入端子INA處之一電壓位準及第一致能端子ENA處之一電壓位準。類似地，第二輸出端子OUTB處之一電壓位準取決於第二輸入端子INB處之一電壓位準及第二致能端子ENB處之一電壓位準。
Figure 111134006-A0305-02-0023-3
Figure 111134006-A0305-02-0024-2
更特定言之，整合式邏輯閘極驅動器U11及U16根據在表1中展示之一邏輯表操作。「L」之一值指示一低邏輯位準，「H」之一值指示一高邏輯位準，且「x」之一值指示任何邏輯位準。低邏輯位準L小於高邏輯位準H。例如，低邏輯位準L介於零伏特與二伏特之間，且高邏輯位準H介於三伏特與五伏特之間。整合式邏輯閘極驅動器U11及U16具有一欠壓鎖定(UVLO)功能，此確保僅在供應電壓超過UVLO臨限電壓之情況下將輸出切換至高位準H。歸因於電力供應輸入端子VDD處之低電壓，一致能輸入端子(即，ENA、ENB)處之一低邏輯位準L或一欠壓鎖定(UVLO)事件引起整合式邏輯閘極驅動器U11及U16之各自輸出亦具有低邏輯位準L而無關於輸入信號。「非作用中」之一值意謂供應電壓高於UVLO臨限電壓，「作用中」之一值意謂UVLO停用在作用中。
如自表1可見，整合式邏輯閘極驅動器U11及U16之各者引起第一輸出端子OUTA具有低邏輯位準L(例如，低電壓位準)或高邏輯位準H(例如，高電壓位準)。更特定言之，整合式邏輯閘極驅動器U11及U16之各者引起第一輸出端子OUTA具有低邏輯位準L，除非第一致能端子ENA具有高邏輯位準H(例如，高電壓位準)且第一輸入端子INA同時具有低邏輯位準L(例如，低電壓位準)。類似地，整合式邏輯閘極驅動器U11及U16之各者引起第二輸出端子OUTB具有低邏輯位準L(例如，低電 壓位準)或高邏輯位準H(例如，高電壓位準)。更特定言之，整合式邏輯閘極驅動器U11及U16之各者引起第二輸出端子OUTB具有低邏輯位準L，除非第二致能端子ENB具有高邏輯位準H(例如，高電壓位準)且第二輸入端子INB同時具有低邏輯位準L(例如，低電壓位準)。
參考圖1及圖2，整合式邏輯閘極驅動器U11之第一輸出端子OUTA經由電阻器R79電耦合至輸出主電力開關驅動信號之節點MG，節點MG電耦合至用作正向轉換器動力系統20之主電力開關之電晶體M5之閘極端子。整合式邏輯閘極驅動器U11之第二輸出端子OUTB經由變壓器T2電耦合至輸出主動箝位重置開關驅動信號之節點TG，節點TG電耦合至用作正向轉換器動力系統20之主動重置開關之電晶體M4之閘極端子。整合式邏輯閘極驅動器U11之第一致能端子ENA經由電容器C15、電阻器R13及電容器C12電耦合至輸入至閘極驅動器10之輸入信號PWM。整合式邏輯閘極驅動器U11之第一輸出端子OUTA經由電阻器R103及二極體D8電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U11之第二輸入端子INB。整合式邏輯閘極驅動器U11之第二輸出端子OUTB經由電阻器R98電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U11之第一輸入端子INA。
由於整合式邏輯閘極驅動器U11之各閘極驅動器電路按照整合式邏輯閘極驅動器U11之邏輯表使用另一驅動器電路之輸出，故在任何給定時間，僅整合式邏輯閘極驅動器U11之輸出端子OUTA及OUTB之一者具有高邏輯位準H，此確保在任何給定時間僅接通電晶體M4及M5之一者。例如，ENA=H、ENB=H、INA=L、INB=L之一輸入狀態(其導致OUTA=H且OUTB=H之一輸出狀態)無法發生，此係因為OUTA及OUTB分別耦合至INB及INA。此一組態確保不存在由電晶體M4及M5兩者同時 接通引起之所謂擊穿。亦即，電晶體M4及M5未有效地將電壓VIN短路至電耦合至一參考電位之接地端子，此係因為在任何給定時間僅接通電晶體M4及M5之一者。
另外，整合式邏輯閘極驅動器U16之第一輸出端子OUTA經由電阻器R80電耦合至輸出正向同步開關驅動信號之節點FG，節點FG電耦合至用作正向轉換器動力系統20之正向同步開關之電晶體M7之閘極端子。整合式邏輯閘極驅動器U16之第二輸出端子OUTB經由電阻器R81電耦合至輸出捕捉同步開關驅動信號之節點CG，節點CG電耦合至用作正向轉換器動力系統20之捕捉開關之電晶體M6之閘極端子。整合式邏輯閘極驅動器U16之第一致能端子ENA經由變壓器T1電耦合至輸入至閘極驅動器10之輸入信號PWM。整合式邏輯閘極驅動器U16之第一輸出端子OUTA經由電阻器R104及二極體D9電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U16之第二輸入端子INB。整合式邏輯閘極驅動器U16之第二輸出端子OUTB經由電阻器R105電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U16之第一輸入端子INA。
由於整合式邏輯閘極驅動器U16之各閘極驅動器電路按照整合式邏輯閘極驅動器U16之邏輯表使用另一驅動器電路之輸出，故在任何給定時間，僅整合式邏輯閘極驅動器U16之輸出端子OUTA及OUTB之一者具有高邏輯位準H，此確保在任何給定時間僅接通電晶體M6及M7之一者。此一組態確保不存在由電晶體M6及M7兩者同時接通引起之所謂擊穿。亦即，電晶體M6及M7未有效地將變壓器T3之次級線圈S3之兩個端子短路至電耦合至一參考電位之接地端子，此係因為在任何給定時間僅接通電晶體M6及M7之一者。
再次參考圖1，抗輻射閘極驅動器10包含用於整合式邏輯閘極驅動器U11之一保活電路KA11以限制用作正向轉換器動力系統20之主動重置開關之電晶體M4之最後最大接通時間。亦即，當發生其中輸入信號PWM變低且停止切換之一事件(例如，一UVLO事件)時，用於整合式邏輯閘極驅動器U11之保活電路KA11限制用作正向轉換器動力系統20之主動重置開關之電晶體M4之最大接通時間。又，抗輻射閘極驅動器10包含用於整合式邏輯閘極驅動器U16之一保活電路KA16以限制用作正向轉換器動力系統20之捕捉開關之電晶體M6之最後最大接通時間。亦即，當發生其中輸入信號PWM變低且停止切換之一事件(例如，一UVLO事件)時，用於整合式邏輯閘極驅動器U16之保活電路KA16限制用作正向轉換器動力系統20之捕捉開關之電晶體M6之最大接通時間。在一或多項實施例中，電晶體M4及M6之最大接通時間被設定至一有用持續時間，諸如正向轉換器動力系統20之切換週期之兩倍。
在無保活電路KA11及保活電路KA16之情況下，當用作正向轉換器動力系統20之主電力開關之電晶體M5及用作正向同步開關之電晶體M7關斷時，用作正向轉換器動力系統20之捕捉開關之電晶體M6保持接通達延長時間，此引起一大的負電感器電流(例如，在正向轉換器動力系統20之電感器L3中)及用作正向轉換器動力系統20之捕捉開關之電晶體M6上之經增加電壓應力。若電流變得非常負，則亦可存在經增加電壓應力，接著電晶體M6關斷。一實例將係一UVLO條件，其中電晶體M6接通達一非常長時間，直至整合式邏輯閘極驅動器U16之UVLO被觸發且電晶體M6關斷。非常大的負電流現引起電晶體M6之汲極上升且使電晶體M6之汲極電壓過應力。
更特定言之，保活電路KA11包含二極體D46、電容器C93及電阻器R95。二極體D46之陽極端子電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U11之第一輸出端子OUTA，且二極體D46之陰極端子電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U11之第二致能端子ENB、電容器C93之第二端子及電阻器R95之第二端子。電容器C93之第一端子電耦合至電阻器R95之第一端子及整合式邏輯閘極驅動器U11之GND。
如上文描述，僅在整合式邏輯閘極驅動器U11之第二致能端子ENB具有高邏輯位準H且整合式邏輯閘極驅動器U11之第二輸入端子INB同時具有低邏輯位準L時，整合式邏輯閘極驅動器U11之第二輸出端子OUTB具有高邏輯位準H。在整合式邏輯閘極驅動器U11之第一輸出端子OUTA處之電壓自高邏輯位準H改變至低邏輯L時，保活電路KA11設定整合式邏輯閘極驅動器U11之第二致能端子ENB具有高邏輯位準H之最大時間量。在電容器C95透過電阻器R95放電時，由電容器C95儲存之電壓降低，此引起整合式邏輯閘極驅動器U11之第二致能端子ENB處之電壓位準自高邏輯位準H降低至低邏輯位準L。因此，保活電路KA11設定整合式邏輯閘極驅動器U11之第二輸出端子OUTB具有高邏輯位準H之最大時間量。在整合式邏輯閘極驅動器U11之第二輸出端子OUTB具有高邏輯位準H時，電晶體M4接通。因此，保活電路KA11設定電晶體M5接通之最大時間量。
類似地，保活電路KA16包含二極體D47、電容器C35及電阻器R53。二極體D47之陽極端子電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U16之第一輸出端子OUTA，且二極體D47之陰極端子電耦合至整合式邏輯閘極驅動器U16之第二致能端子ENB、電容器C35之第二端子及電阻器R53之 第二端子。電容器C35之第一端子電耦合至電阻器R53之第一端子及整合式邏輯閘極驅動器U16之接地端子GND。
如上文描述，僅在整合式邏輯閘極驅動器U16之第二致能端子ENB具有高邏輯位準H且整合式邏輯閘極驅動器U16之第二輸入端子INB同時具有低邏輯位準L時，整合式邏輯閘極驅動器U16之第二輸出端子OUTB具有高邏輯位準H。在整合式邏輯閘極驅動器U16之第一輸出端子OUTA處之電壓自高邏輯位準H改變至低邏輯L時，保活電路KA16設定整合式邏輯閘極驅動器U16之第二致能端子ENB具有高邏輯位準H之最大時間量。在電容器C35透過電阻器R53放電時，由電容器C35儲存之電壓降低，此引起整合式邏輯閘極驅動器U16之第二致能端子ENB處之電壓位準自高邏輯位準H降低至低邏輯位準L。因此，保活電路KA16設定整合式邏輯閘極驅動器U16之第二輸出端子OUTB具有高邏輯位準H之最大時間量。在整合式邏輯閘極驅動器U16之第二輸出端子OUTB具有高邏輯位準H時，電晶體M6接通。因此，保活電路KA16設定電晶體M6接通之最大時間量。
圖3A、圖3B、圖3C及圖3D展示根據本發明之一或多項實施例之包含於圖1中展示之抗輻射閘極驅動器10中之信號之模擬曲線圖。更特定言之，圖3A展示自抗輻射閘極驅動器10外部之PWM控制器輸入至抗輻射閘極驅動器10中之輸入信號PWM之一電壓位準(以伏特為單位)之一模擬曲線圖。圖3B展示自電耦合至用作正向轉換器動力系統20之主電力開關之電晶體M5之閘極端子之節點MG輸出之主電力開關驅動信號之一電壓位準(以伏特為單位)之一模擬曲線圖。圖3B中展示之主電力開關驅動信號具有類似於圖3A中展示之輸入信號PWM之波形之波形，惟相較於輸 入信號PWM，主電力開關驅動信號稍微延遲且在電壓位準上降低除外。
圖3C展示自電耦合至用作正向轉換器動力系統20之主動重置開關之電晶體M4之閘極端子之節點TG輸出之主動箝位重置開關驅動信號之一電壓位準(以伏特為單位)之一模擬曲線圖。應注意，圖3C之TG(V)之振幅由圖2中展示之電壓VIN修改。圖3B中展示之主電力開關驅動信號及圖3C中展示之主動箝位重置開關驅動信號係互補信號，其中一者具有一非零電壓位準而另一者具有一零電壓位準，且反之亦然。因此，當電晶體M4及M5之一第二者關斷時，電晶體M4及M5之一第一者接通。
圖3D展示自電耦合至用作正向轉換器動力系統20之捕捉同步開關之電晶體M6之閘極端子之節點CG輸出之捕捉同步開關驅動信號之一電壓位準(以伏特為單位)之一模擬曲線圖。又，圖3D展示自電耦合至用作正向轉換器動力系統20之正向同步開關之電晶體M7之閘極端子之節點FG輸出之正向同步開關驅動信號之一電壓位準(以伏特為單位)之一模擬曲線圖。捕捉同步開關驅動信號及正向同步開關驅動信號係互補信號，其中一者具有一非零電壓位準而另一者具有一零電壓位準，且反之亦然。因此，當電晶體M6及M7之一第二者關斷時，電晶體M6及M7之一第一者接通。
另外，圖3B中展示之主電力開關驅動信號之波形類似於圖3D中展示之正向同步開關驅動信號之波形。因此，用作正向轉換器動力系統20之主電力開關之電晶體M5及用作正向轉換器動力系統20之捕捉同步開關之電晶體M6同時接通及關斷。又，圖3C中展示之主動箝位重置開關驅動信號之波形類似於圖3D中展示之捕捉同步開關驅動信號之波形。因此，用作正向轉換器動力系統20之主動箝位重置開關之電晶體M4及用 作正向轉換器動力系統20之正向同步開關之電晶體M7同時接通及關斷。
再次參考圖1及圖2，本發明解決使用離散組件之高效能、高效率抗輻射DC-DC電力轉換器之若干同時發生的問題。例如，保活電路KA11設定自節點TG輸出之主動箝位重置開關驅動信號引起電晶體M4接通之一最大時間量，且保活電路KA16設定自節點CG輸出之捕捉同步開關驅動信號引起電晶體M6接通之最大時間量，此防止在極端暫態事件(諸如UVLO)中對正向轉換器動力系統20之損害。又，整合式邏輯閘極驅動器U11及整合式邏輯閘極驅動器U16之各者按照驅動器之邏輯表使用一個驅動器之輸出作為至另一者之輸入以確保當各自開關接通時，不存在擊穿。例如，用作正向轉換器動力系統20之主電力開關之電晶體M5必須在接通用作正向轉換器動力系統20之主動重置開關之電晶體M4之前關斷。
歸因於組件選擇，本發明藉由設計提供經增強抗輻射。更特定言之，電晶體M4、M5、M6、M7被實施為GaN FET，其等比MOSFET更抗輻射。本發明不需要一雙控制器解決方案，藉此降低整體成本。另外，本發明具有少於習知設計之組件。
可組合上文描述之各項實施例以提供進一步實施例。在本說明書中提及及/或在申請案資料表中列舉之全部美國專利、美國專利申請公開案、美國專利申請案、外國專利、外國專利申請案及非專利公開案之全文以引用的方式併入本文中。可視需要修改實施例之態樣以採用各種專利、申請案及公開案之概念以提供又進一步實施例。
鑑於上文詳細描述，可對實施例進行此等及其他改變。一般言之，在以下發明申請專利範圍中，所使用之術語不應被解釋為將發明申請專利範圍限於說明書及發明申請專利範圍中揭示之特定實施例，但應 被解釋為包含全部可能實施例以及此等發明申請專利範圍所授權之等效物之全範疇。因此，發明申請專利範圍不受本發明限制。
10:抗輻射閘極驅動器電路/抗輻射閘極驅動器裝置
C2:電容器
C12:電容器
C14:電容器
C15:電容器
C16:電容器
C35:電容器
C36:電容器
C37:電容器
C52:電容器
C53:電容器
C57:電容器
C58:電容器
C93:電容器
CG:節點
D1:齊納二極體
D6:齊納二極體
D7:齊納二極體
D8:二極體
D9:二極體
D46:二極體
D47:二極體
ENA:第一致能端子
ENB:第二致能端子
FG:節點
GND:接地端子
INA:第一輸入端子
INB:第二輸入端子
KA11:保活電路
KA16:保活電路
MG:節點
OUTA:第一輸出端子
OUTB:第二輸出端子
P1:初級線圈
P2:初級線圈
PWM:脈衝寬度調變(PWM)輸入信號/輸入端子
R1:電阻器
R13:電阻器
R16:電阻器
R17:電阻器
R18:電阻器
R19:電阻器
R34:電阻器
R53:電阻器
R58:電阻器
R59:電阻器
R61:電阻器
R62:電阻器
R79:電阻器
R80:電阻器
R81:電阻器
R95:電阻器
R98:電阻器
R103:電阻器
R104:電阻器
R105:電阻器
S1:次級線圈
S2:次級線圈
T1:變壓器
T2:變壓器
TG:節點
TS:節點
U11:整合式邏輯閘極驅動器
U16:整合式邏輯閘極驅動器
VDD:電力供應端子

Claims (20)

  1. 一種閘極驅動器裝置，其基於輸入至該閘極驅動器裝置之一信號輸出複數個驅動信號，該閘極驅動器裝置包括：一第一閘極驅動器電路，其包含一輸入端子、一致能(enable)端子及一輸出端子，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第一閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第一閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準；一第二閘極驅動器電路，其包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第二閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第二閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第一驅動信號之一第一節點，其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第二驅動信號之一第二節點，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該輸入端子，其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第一閘極驅動器電路之該輸入端子，且其中該第一閘極驅動器電路之該致能端子電耦合至輸入至該閘極驅 動器裝置之該信號；及一第三閘極驅動器電路，其包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第三閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第三閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準；一第四閘極驅動器電路，其包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第四閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第四閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第三驅動信號之一第三節點，其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第四驅動信號之一第四節點，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該輸入端子，其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第三閘極驅動器電路之該輸入端子，且其中該第三閘極驅動器電路之該致能端子電耦合至輸入至該閘極驅動器裝置之該信號。
  2. 如請求項1之閘極驅動器裝置，其中： 在操作中，該第一閘極驅動器電路引起該第一閘極驅動器電路之該輸出端子具有一第一電壓位準或大於該第一電壓位準之一第二電壓位準，該第一閘極驅動器電路引起該第一閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第一閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第一閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準，在操作中，該第二閘極驅動器電路引起該第二閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準或該第二電壓位準，該第二閘極驅動器電路引起該第二閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第二閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第二閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準，在操作中，該第三閘極驅動器電路引起該第三閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準或該第二電壓位準，該第三閘極驅動器電路引起該第三閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第三閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第三閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準，且在操作中，該第四閘極驅動器電路引起該第四閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準或該第二電壓位準，該第四閘極驅動器電路引起該第四閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第四閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第四閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準。
  3. 如請求項1之閘極驅動器裝置，其進一步包括：一第一保活(keep alive)電路，其包含一第一二極體、一第一電容器 及一第一電阻器，其中該第一二極體之一第一端子電耦合至該第一閘極驅動器電路之該輸出端子，且該第一二極體之一第二端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該致能端子，其中該第一電容器之一第一端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該致能端子，且該第一電容器之一第二端子電耦合至該第一閘極驅動器電路之一接地端子，且其中該第一電阻器之一第一端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該致能端子，且該第一電阻器之一第二端子電耦合至該第一閘極驅動器電路之該接地端子。
  4. 如請求項3之閘極驅動器裝置，其進一步包括：一第二保活電路，其包含一第二二極體、一第二電容器及一第二電阻器，其中該第二二極體之一第一端子電耦合至該第三閘極驅動器電路之該輸出端子，且該第二二極體之一第二端子電耦合至該第三閘極驅動器電路之該致能端子，其中該第二電容器之一第一端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該致能端子，且該第二電容器之一第二端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之一接地端子，且其中該第二電阻器之一第一端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該致能端子，且該第二電阻器之一第二端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該接地端子。
  5. 如請求項1之閘極驅動器裝置，其進一步包括：一第一變壓器，其包含電耦合至輸入至該閘極驅動器裝置之該信號及該第一閘極驅動器電路之該致能端子之一初級線圈，及電耦合至該第三閘極驅動器電路之該致能端子之一次級線圈；及一第二變壓器，其包含電耦合至該第二閘極驅動器電路之該輸出端子之一初級線圈，及電耦合至輸出該第二驅動信號之該第二節點之一次級線圈。
  6. 如請求項1之閘極驅動器裝置，其進一步包括：一正向轉換器動力系統，其包含一變壓器、一主電晶體、一主動重置電晶體、一正向同步電晶體及一捕捉同步電晶體(catch synchronous transistor)，其中該變壓器包含一初級線圈及一次級線圈，其中該主電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該初級線圈之一第一端子，該主電晶體之一源極端子電耦合至一參考電位，且該主電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第一驅動信號之該第一節點，其中該主動重置電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該初級線圈之一第二端子，該主動重置電晶體之一源極端子電耦合至該變壓器之該初級線圈之該第一端子，且該主動重置電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第二驅動信號之該第二節點，其中該正向同步電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該次級線圈之一第一端子，且該正向同步電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第三 驅動信號之該第三節點，且其中該捕捉同步電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該次級線圈之一第二端子，該捕捉同步電晶體之一源極端子電耦合至該正向同步電晶體之一源極端子，且該捕捉同步電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第四驅動信號之該第四節點。
  7. 如請求項6之閘極驅動器裝置，其中：該主電晶體、該主動重置電晶體、該正向同步電晶體及該捕捉同步電晶體之各者係一相同類型之電晶體。
  8. 如請求項1之閘極驅動器裝置，其中：該第一閘極驅動器電路及該第二閘極驅動器電路包含於設置於一第一積體電路晶片中之一第一整合式邏輯驅動器中，且該第三閘極驅動器電路及該第四閘極驅動器電路包含於設置於一第二積體電路晶片中之一第二整合式邏輯驅動器中。
  9. 一種閘極驅動器裝置，其基於輸入至該閘極驅動器裝置之一信號輸出複數個驅動信號，該閘極驅動器裝置包括：一第一閘極驅動器電路，其包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第一閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第一閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，且 其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第一驅動信號之一第一節點；一第二閘極驅動器電路，其包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第二閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第二閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，且其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第二驅動信號之一第二節點；一第三閘極驅動器電路，其包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第三閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第三閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，且其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第三驅動信號之一第三節點；一第四閘極驅動器電路，其包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子，其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第四閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第四閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，且其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至輸出一第四驅動信號之一第四節點； 一第一保活電路，其包含一第一二極體、一第一電容器及一第一電阻器，其中該第一二極體之一第一端子電耦合至該第一閘極驅動器電路之該輸出端子，且該第一二極體之一第二端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該致能端子，其中該第一電容器之一第一端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該致能端子，且該第一電容器之一第二端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之一接地端子，且其中該第一電阻器之一第一端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該致能端子，且該第一電阻器之一第二端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該接地端子；及一第二保活電路，其包含一第二二極體、一第二電容器及一第二電阻器，其中該第二二極體之一第一端子電耦合至該第三閘極驅動器電路之該輸出端子，且該第二二極體之一第二端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該致能端子，其中該第二電容器之一第一端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該致能端子，且該第二電容器之一第二端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之一接地端子，且其中該第二電阻器之一第一端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該致能端子，且該第二電阻器之一第二端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該接地端子。
  10. 如請求項9之閘極驅動器裝置，其中：該第一閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該輸入端子，該第二閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第一閘極驅動器電路之該輸入端子，該第三閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第四閘極驅動器電路之該輸入端子，且該第四閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第三閘極驅動器電路之該輸入端子。
  11. 如請求項9之閘極驅動器裝置，其進一步包括：一第一變壓器，其包含電耦合至輸入至該閘極驅動器裝置之該信號及該第一閘極驅動器電路之該致能端子之一初級線圈，及電耦合至該第三閘極驅動器電路之該致能端子之一次級線圈；及一第二變壓器，其包含電耦合至該第二閘極驅動器電路之該輸出端子之一初級線圈，及電耦合至輸出該第二驅動信號之該第二節點之一次級線圈。
  12. 如請求項9之閘極驅動器裝置，其進一步包括：一正向轉換器動力系統，其包含一變壓器、一主電晶體、一主動重置電晶體、一正向同步電晶體及一捕捉同步電晶體，其中該變壓器包含一初級線圈及一次級線圈，其中該主電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該初級線圈之一 第一端子，該主電晶體之一源極端子電耦合至一參考電位，且該主電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第一驅動信號之該第一節點，其中該主動重置電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該初級線圈之一第二端子，該主動重置電晶體之一源極端子電耦合至該變壓器之該初級線圈之該第一端子，且該主動重置電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第二驅動信號之該第二節點，其中該正向同步電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該次級線圈之一第一端子，且該正向同步電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第三驅動信號之該第三節點，且其中該捕捉同步電晶體之一汲極端子電耦合至該變壓器之該次級線圈之一第二端子，該捕捉同步電晶體之一源極端子電耦合至該正向同步電晶體之一源極端子，且該捕捉同步電晶體之一閘極端子電耦合至輸出該第四驅動信號之該第四節點。
  13. 如請求項12之閘極驅動器裝置，其中：該主電晶體、該主動重置電晶體、該正向同步電晶體及該捕捉同步電晶體之各者係一相同類型之電晶體。
  14. 一種操作一閘極驅動器裝置之方法，該方法包括：將一輸入信號提供至包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子之一第一閘極驅動器電路，其中該輸入信號經提供至該第一閘極驅動器電路之該致能端子，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該 第一閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第一閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子之一第二閘極驅動器電路，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第二閘極驅動器電路之該致能端子，且其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第二閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第二閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第一閘極驅動器電路之該輸入端子，其中該第一閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至一第一節點，且其中該第二閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至一第二節點；自該第一節點輸出一第一驅動信號；自該第二節點輸出一第二驅動信號；將該輸入信號提供至包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子之一第三閘極驅動器電路，其中該輸入信號經提供至該第三閘極驅動器電路之該致能端子，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第三閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第三閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至包含一輸入端子、一致能端子及一輸出端子之一第四閘極驅動器電路，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第四閘極驅動 器電路之該輸入端子，其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子處之一電壓位準取決於該第四閘極驅動器電路之該輸入端子處之一電壓位準及該第四閘極驅動器電路之該致能端子處之一電壓位準，其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至該第三閘極驅動器電路之該輸入端子，其中該第三閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至一第三節點，且其中該第四閘極驅動器電路之該輸出端子電耦合至一第四節點；自該第三節點輸出一第三驅動信號；及自該第四節點輸出一第四驅動信號。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包括：引起該第一閘極驅動器電路之該輸出端子具有一第一電壓位準或大於該第一電壓位準之一第二電壓位準，包含引起該第一閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第一閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第一閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準；引起該第二閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準或該第二電壓位準，包含引起該第二閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第二閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第二閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準；引起該第三閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準或該第二電壓位準，包含引起該第三閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一 電壓位準，除非該第三閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第三閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準；及引起該第四閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準或該第二電壓位準，包含引起該第四閘極驅動器電路之該輸出端子具有該第一電壓位準，除非該第四閘極驅動器電路之該致能端子具有該第二電壓位準且該第四閘極驅動器電路之該輸入端子同時具有該第一電壓位準。
  16. 如請求項14之方法，其中：該第一驅動信號具有一第一電壓位準，而該第二驅動信號具有不同於該第一電壓位準之一第二電壓位準。
  17. 如請求項16之方法，其中：該第一驅動信號具有該第二電壓位準，而該第二驅動信號具有該第一電壓位準。
  18. 如請求項16之方法，其中：該第三驅動信號具有該第一電壓位準，而該第四驅動信號具有該第二電壓位準。
  19. 如請求項18之方法，其中：該第三驅動信號具有該第二電壓位準，而該第四驅動信號具有該第一電壓位準。
  20. 如請求項16之方法，其中：該第一驅動信號具有該第二電壓位準而該第二驅動信號具有該第一電壓位準，該第三驅動信號具有該第一電壓位準而該第四驅動信號具有該第二電壓位準，且該第三驅動信號具有該第二電壓位準而該第四驅動信號具有該第一電壓位準。
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