CN1606237A - 半导体切换组件之切换驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明与驱动半导体切换组件的方法有关，其切换状态为储存于一驱动电极上的电荷之函数，该方法包括下述的步骤：施加驱动信号以切换该半导体组件，其系被选择以使得一储存于驱动电极上的电荷随时间而产生改变，为了进行切换操作，信号参数所定义的该驱动信号时间曲线，系被永久预定的；决定该半导体切换组件(M)的理想切换时刻，其系参考该驱动信号或与其相关信号的时间曲线；决定参考该驱动信号(Ig)或与其相关的该信号(Vgs)的时间曲线之半导体切换组件(M)的实际切换时刻，是否与该理想切换时刻有差异，并在一差异被决定接下来，为了接下来的切换操作，至少改变该驱动信号的一参数。

Description

半导体切换组件之切换驱动方法

技术领域

本发明与一种半导体切换的切换驱动方法有关。

背景技术

半导体切换，像是例如金属-氧化层-半导体场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)或是绝缘栅极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transi stors，IGBT)系被广泛的使用为切换负荷的电荷切换器。像是在半桥式转换器(Half-Bridge)或桥式电路的例子之中，特别是为了驱动电荷马达或是功率供应交换模式，其中存在一切换器来调整该功率消耗，其系利用一连串的感应储存组件来进行切换。

在这种切换操作的情况中，首先的目标是尽可能达到一最短的激活(turn-on)时间，其意指该半导体切换器，由完全的关闭状态到完全的激活状态瞬间之时间期间，以及一最短的关闭(turn-off)时间，其意指指该半导体切换器，由完全的激活状态到完全的关闭状态瞬间之时间期间，以将所产生的切换损失最小化。其次，不管如何，在负载电流或是负载之间的电压中，所产生的该切换器边界(switching edges)以及该半导体切换器系被是适宜的平坦化(flattened off)，以用来限制该电磁杂散辐射(electromagnetic stray radiation)的频率频谱。其特别是施加在该电压尚未以一种像是金属箱笼的电磁屏蔽方式来保护的切换施加之中。于此状况中，有一特别目标系该边界时距(edge duration)需在50毫微秒(ns)至100毫微秒之间。于此情况中所产生的散射，其频率则可较优的低于30百万赫兹(MHz)，并因此以一种传导方式传播。此散射可利用滤波电流的方式加以过滤，因此不需要其它昂贵的机械保护方式。

DE 197 25 837 C2公开了一种为了金属氧化物半导体晶体管(MOStransistor)的驱动电流，以提供一驱动信号给该金属氧化物半导体晶体管，其包含三个部分，而位于第二个部分之中的该驱动信号，与第一与第三部分相比之下，系被减速的。此状况中，该驱动信号也使用一与该单元有关的特定数值-这是说该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的栅源电压-该金属-氧化层-半导体(MOS)晶体管系处于关闭状态，而因此该驱动信号可快速的抬升到此值，而不需要改变该切换状态的结果，而是在该负载沟道电压或是该负载电流之中的改变。在一结合的第二阶段之中，该单元察看由该关闭状态至该激活状态的过程，因此该驱动信号的抬升，在此阶段中被降速，以降低在该第二阶段所发生的切换边界尖锐度。在该驱动阶段之一随后的第三部分，该单元已经是激活的，而因此该驱动信号可于此阶段中快速的抬升至其最大值。大体上来说，其可能利用一种三阶段(three-stage)的驱动方式，对该切换器行为的切换边界尖锐度与该切换速度进行最佳化。

为了要实作这样的一种三阶段驱动方式，其于DE 198 55 604 C1中被提议，利用激活一功率金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)，以在一第一阶段之中，提供一第一充电电流给该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的驱动电极，直到该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的漏极电流(drain current)超过一电流阈值，并且在一随后的第二阶段之中，提供一第二、较小的充电电流至该驱动电极，直到该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的漏极电压下降到一预定的、用以标示该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的激活状态阈值之下。在一随后的第三阶段，该第一、较大的充电电流则于一预定的期间中，再一次提供给该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的驱动电极。当该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)系要被关闭时，此方法则以逆向序列被实作。

一般被知道的方法，为对于由一驱动阶段至下一驱动阶段的转换标准，系被永久的调整至该各自的单元中，因此一驱动电路系被调整来驱动一半导体切换器的特定种类，而不能再被其它例如具有其它电压阈值的种类所使用。甚至一半导体切换器的单元参数于制造上产生振荡，其可具有对于该转换至另一驱动阶段的预定阈，而不能导致至该半导体切换器有一最佳切换操作之结果。

发明内容

本发明的目标系提供一种驱动一半导体切换器的最佳化方法，其中特别是上述中的缺点并不会发生。此目标可利用符合权利要求第1至18项特征的方式达成。本发明的有利实施例则以该子权利要求的主题内容来叙述。

驱动一半导体切换器的方法，其切换状态系一种在一驱动电极上所储存电荷的函数，并且除有一负载沟道外，具有一为了施加一驱动信号的驱动终端，其包含了一施加的被选择驱动信号，使得在驱动电极上的储存电荷，会随时间而改变，为了一切换操作，信号参数所定义的该驱动信号时间曲线，系永久被预定的。此方法亦提供来决定该半导体切换器的一理想切换时刻，其参考该驱动信号或是一种与信号立即相关的时间曲线，并决定该参考该驱动信号的半导体切换器之实际切换时刻，是否与该理想切换时刻相异。如果这样的一种预定切换时刻系与该理想切换时刻相异，至少有一该驱动信号的参数，为了该随后的切换操作而被改变。

该驱动信号只有在该实际切换时刻与该理想切换时刻相异时，以一种多于预定的参考时间期间被较佳的校正。

根据本发明的方法之中，该驱动信号的曲线，系随着切换操作所调整，直到参考该驱动信号的时间曲线之实际切换时刻，不再与该理想切换时刻相异，或是小于该预定时间期间。

为了决定该切换时刻，例如，该半导体切换器的负载沟道上的电压值系被评估的，该切换时刻系与该负载沟道电压值达到一与最大负载沟道电压值有关的时刻所相当的，例如设定为50％的最大负载沟道电压值。其也可能评估该负载电流通过该半导体切换组件的曲线，以用来决定该切换时刻。

提供为了激活或关闭一具有驱动电极的半导体切换器之驱动信号，特别是为了一种金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)或绝缘栅极晶体管(IGBT)，系以一种驱动电流来对该驱动电极充电，以激活该半导体切换器，并将其放电以关闭该半导体切换器。该理想切换时刻可在与此驱动电流，以及与此驱动电流有关之信号的时间曲线的情况中所确定，例如存在于该驱动终端的该驱动电压，或是在该驱动电极上的电荷。

其是被提供的，在一实施例之中，一为了该半导体切换器的切换驱动之驱动电流，至少时间上连续的带有一第一振幅的第一时间期间之第一片段，以及带有一第二振幅的第二时间期间之第二片段。这些片段的该个别的振幅以及该个别的时间期间，既然系该驱动信号的可调整参数，因此其可为了校正该实际切换时刻至该理想切换时刻而变化。

这样的方法基本上适合于在激活与关闭一半导体切换器的两种情况中，该驱动电流的电流方向，对于激活操作与关闭操作来说，当然是不同的。

该理想切换时刻可被选择为一种个别要求的方法，其系除有与该驱动信号的时间曲线有关的要求而被执行的。如果该驱动电极，最初于该激活操作的期间中被缓慢的充电，例如在该第一驱动阶段之中，直到激活的转换是已经被实作的，并于接下来被快速的充电，该理想切换时刻便被选择于位于该第一驱动阶段之中，例如在开始接下来与该第一驱动阶段结束之前的一预定的时间期间。然而，如果该实际切换时刻在一切换操作期间系于该第二阶段之中，该第一时间期间便被延长，例如，为了置换该实际切换时刻于该第一驱动阶段之中。

相比之下，如果该驱动电极最初于关闭的期间被快速的充电，而接下来则更慢的充电，则该理想切换时刻被选择来减少该电磁电流(EMC)杂散辐射，因此其便位于该第二驱动片段中。然而，如果该实际切换时刻于一切换操作期间，系位于该第一阶段之中，该第一时间期间便被减少，例如，以用来置换该实际切换时刻于该第二驱动阶段之中。

该驱动电流的时间曲线，较佳的系包括三个片段，两别的连续片段之振幅，而该第二片段与该第一与第三片段相比之下具有一较低的振幅。既然如此，于该驱动电极为了激活比该第二与第三片段，所带有辅助的较低充电电流之切换组件而充电的期间，以及在该驱动电极为了关闭比该第一与第三片段，所带有辅助的较低放电电流之切换组件而放电的期间，该理想切换时刻，系较佳的暂时位于此时间曲线的第二片段之中。如果该实际切换时刻系位于此第二片段之中，该半导体组件可达到一平坦的切换边界，而在该第一与该第三片段之中，对该驱动电极的快速充电或放电系为了获得一尽可能短的全面性切换期间而达成的。

利用此方法同样地也可能对于该时间期间或位于该第一片段的驱动电流振幅，在该实际切换时刻与该理想切换时刻相异时，可以如参数般的变化。

在另外一实施例的情况中，其系可能被提供的，该驱动信号系被选择的，因此对于一切换操作而言，该驱动电压的时间曲线具有至少两不同梯度的片段，该第一与第二片段的时间期间及/或这些片段的梯度系可根据该驱动信号而调整的参数。

如果，在此方法的情况之下，该实际切换时刻与该理想切换时刻相异的程度大于该预定的时间期间，则例如于本方法中的该第一片段的时间期间便被改变。为了调整该驱动电压的第一与至少依第二片段之时间期间，该驱动电压较佳的系以一第一与第二参考数值相比较，至少两数值之一，系除有该实际切换时刻与该理想切换时刻之间的时间间隔之函数所变化。

该驱动电压的时间曲线，较佳地系包括至少三个片段，其中每个情况的连续片段具有一不同的梯度，该第二片段较佳地系相较于该第一与第三片段，具有一较小的梯度。在此方法的情况之中，该理想切换时刻系被较佳的选择为位于该第二片段，以为了由此得到一平坦的切换边界，也对关于其全面性期间进行最佳化。

其被假定为于该方法的情况中，到目前为止所解释的，一在该实际切换时刻与一别理想切换时刻之间的时间间隔系被决定的，该驱动信号的参数之中，至少有一系随此时间间隔的函数所变化。在一简化实施例的情况中，代替这样的一时间差异量测，其也可能于一预定的时刻来决定，例如在每个状况中之第二驱动期间的结束处，不管是被称为激活或是关闭的切换操作被执行，其按照一顺序作用，以改变该驱动电流或该驱动电压的对应参数。

附图说明

本发明可以下的示范实施例，配合图说的协助，加以更细部的解释，其中：

第1图说明一种具有半导体切换组件的线圈配置，其为了切换以一连串的负载沟道相接的负载，被设计为一种金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的形式，并具有一驱动线圈，

第2图描绘一示范实施例，其将该驱动电压的电磁(EMC)散射减低之三阶段时间曲线方法以及因此导致的该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的负载沟道电压之时间曲线视为目标，

第3图描绘该施加于本发明方法的迭代步骤，以校正根据第2图的激活操作之要求时间曲线，

第4图描绘该施加于本发明方法的迭代步骤，以校正根据第2图的关闭操作之要求时间曲线，

第5图描绘该驱动电压的曲线(第5a图)以及一为了激活该半导体切换器的两阶段驱动方法之充电电流(第5b图)，以及

第6图描绘该驱动电压的曲线(第5a图)以及一为了关闭该半导体切换器的两阶段驱动方法之充电电流(第5b图)。

具体实施方式

为了以下所说明的驱动方法提供较佳的了解，第1图说明种具有半导体切换组件M的线圈配置，其被设计除有金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)且其负载沟道或漏-源沟道(drain-source path)D-S，系在一正向供应电压V+的终端与一负向供应电压的终端或参考电压GND之间，以一连串的负载Z所连接。该描绘的金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)系以一种低侧(low-Side)切换器的方式连接，其负载沟道D-S因此为于该负载Z与参考电压GND之间。

该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)M具有一栅极G，其因此形成该驱动电极。该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)M激活与关闭的方法，系被一般所充分知道的利用位于该栅极G以及该源极终端S之间的一驱动电压Vgs做为函数，其形成该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的一负载终端，此驱动电压Vgs系以储存在栅源电容器(gate-Source capacitor)之上或是在该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的栅极电容Cgs之上的电荷做为函数。

提供驱动该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)M的目的，系以一驱动线圈10，其根据存在于一输入终端IN的输入信号Sin，来切换该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)M为激活或关闭。

利用范例的方式，第2b图描绘该驱动电压Vgs的时间曲线，其系被要求以在第2a图中的该输入信号Sin做为函数，以达到一种电磁最佳的(EMC-optimized)切换行为。起因于该驱动电压Vgs，该漏-源(drain-source)电压Vds的时间曲线，其重现该切换曲线，被描绘在第2c图中。

该驱动电压Vgs具有一三阶段的曲线以进行激活操作，其于该示范实施例中所描绘的，于时刻t1开始。在该激活操作的开始时刻，该驱动电压Vgs首先以一第一梯度上升至该驱动电压Vgs达到一第一电压值V1，接下来以一较该第一梯度为小的第二梯度继续上升，直到该驱动电压Vgs达到一第二电压值V2，并继续以一第三梯度上升，直到达到一例如与该正向供应电压V+有关的第三参考数值V3。

参考第2b图，该关闭操作于个别的激活操作之间发生，也理想地于三阶段中执行，在这样的情况中，由该第三参考电压V3开始，该驱动电压Vgs首先以一第四梯度降低，直到达到一第四参考数值V4，接着继续以一较该第四梯度为小的第五梯度降低，直到一第五参考数值V5，并继续以一例如与该第四梯度相同的第六梯度降低，直到达到于本范例中，一与驱动电压Vgs＝0有关的一最终值。于此关闭操作期间，该理想切换时刻系于该关闭操作的第二驱动片段之中，与该时刻有关的激活时刻，其负载沟道电压Vds已经尽可能的上升到该较佳的与最大负载沟道电压的50％相关的阈电压的数值Vt。

随时间的该驱动电压Vgs的梯度，系一金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的输入电容有关之函数，其包括该栅-源(gate-source)电容与该漏-栅(drain-gate)电容。于该激活操作的该第三片段中，以及该关闭操作的该第一片段中，该传统金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的输入电容，系较该激活操作的该第一片段中，以及该关闭操作的该第三片段中为大的，因为该漏-栅(drain-gate)电容系为该现有电压的函数。这样的结果系在该激活操作的第一与第三片段给予相同的充电电流，该驱动电压会较于该第一片段中更快速的上升，因为其较于该第三片段中有较小的输入电容。该第一片段的充电电流，系被较佳地选择，因此此片段的一预定时间期间便不会降低，且该驱动电压Vgs也不会太快的上升，以为了在该第一参考电压V1达到的时候，可以尽可能精确的侦测。在关闭操作时，给予该第一与第三片段一相同的充电电流，一较大的梯度会在该第三片段产生，因为其具有较该第一片段为小的输入电容。

该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)M的激活时刻，于该示范实施例中系以实际状况加以定义，该漏-源(drain-source)电压Vds已经降低至一阈值Vt，于该激活操作的期间中，系暂时的存在于该驱动电压Vgs的第二驱动片段中。该阈值Vt较佳地系与该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)M的负载沟道之上的线有最大电压的50％相关，于本说明的情况中，为与该正向供应电压V+的50％有关。一激活期间系定义为于该时刻t1的激活操作开始时，与由该阈电压Vt所定义的实际激活时刻Tson之间的时间期间。

所描述的该驱动电压Vgs的三阶段时间曲线，其在该驱动电压Vgs的第一与第三片段具有较快的上升速度，而于第二片段中较为平坦，其中该激活时刻Tson系被发现的，首先以确保一激活操作系根据该激活边界的尖锐度以及由此形成的负载电流Id或该负载沟道电压Vds而最佳化，而接下来，一足够高的切换速度系被确保的。该切换速度系由实际状况所达成，该驱动电压在该切换时刻Tson之前与接下来快速的上升，实际状况中，该栅-源(gate-source)电容Cgs系于该第一与第三片段中，相较于第二片段中被快速的充电。

关于该驱动电压Vgs，于该描绘的示范实施例中，该激活时刻系于该驱动电压Vgs上升到一数值Von时所达成。

为了获得此理想激活曲线，该第一与参考电压V1，V2系被调整为该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)M的激活电压Von。在根据本发明的方法之情况中，此参考数值的调整系以由激活操作至关闭操作的迭代所实行的，除有以第3图的协助，于接下来所描述的激活操作。

第3a图说明该激活电压Vgs，根据该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)M的三个时间上连续激活操作之三个时间曲线，这些时间曲线系个别的描述，以对根据本发明的方法有较佳的了解。由(1)所标注的连续曲线，表示为了一第一激活操作的该驱动电压Vgs曲线，由(2)所标注的长破折点线，表示为了一第二激活操作的该驱动电压Vgs曲线，由(3)所标注的破折线，表示为了一第三激活操作的该驱动电压Vgs曲线。

在该第一激活操作期间，该驱动电压Vgs以一第一梯度上升至该第一参考电压V1(1)，接着以一较小的第二梯度，上升至该第二参考电压V2(1)，并继续以一可较佳地设定为与该第一梯度相等的第三梯度，上升到该第三参考数值V3。该激活电压Von最初系高于该第二参考电压V2(1)，而所以与该驱动电压Vgs的时间曲线有关的实际激活时刻Ton，系此驱动电压Vgs的第三片段。其可能设定成为了进一步的说明，与该驱动电压Vgs有关的该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)M的理想激活时刻，系于该第二片段之中，以为了达到一平坦的切换边界。此为了该第一激活操作的理想切换时刻于第3a图中以Tid(1)来标注。

该理想切换时刻Tid(1)于与该第二驱动片段结束处有关的描述示范实施例中，系被定义的，并且系位于此第二驱动片段结束或是该第三驱动片段开始之前的一预定时间期间。

当该驱动电压已经上升至一数值Von时，该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)便激活。此数值系为了在该激活时刻Tson(1)的第一激活操作而达成的。根据本发明的方法，则被提供以决定于该实际激活时刻Tson(1)与该理想激活时刻Tid(1)之间的时间间隔，其于第3a图中以ΔT(1)加以标注，而此时间差异系与一参考数值相比，当此时间间隔较该预定参考数值为大时，所再次激活操作的期间，以改变该激活信号Vgs的时间曲线参数。

在第3a图中所描述的方法中，其于此情况之下提供改变该第一驱动片段的期间，除有该驱动电极Vgs的时间曲线参数外，并且其藉由增加或减少该第一参考电压来达成，该第二驱动片段的期间，较佳地系维持一定值。为了脱离于第二驱动片段定值的期间，该第二参考数值于范例中，系与该第一参考数值相同的延伸方式而增加或减少。

在此范例中，在该第一激活操作期间，该实际激活时刻Tson(1)与该理想激活时刻Tid(1)之间的时间间隔，系较该时间参考数值(并未进一步详细描述)为大的，其系与像是该数值Δt有关，且于时序上系位于该理想切换时刻Tid(1)接下来。该第一参考数值则因此为了接着的激活操作而增加，就除有曲线(2)所表示的。在此激活操作期间，该驱动电压Vgs于该第一片段期间上升至一被增加的第一参考数值V1(2)。在该接下来的第二片段，该驱动电压上升至一被增加的第一参考数值V2(2)，并且在接下来的第三片段，继续上升至该第三参考数值V3。与该第一激活操作相反的，该第一片段的期间系被延长的，该第二片段的期间维持相同，而该第三片段的期间系被缩减。关于该第二驱动片段结束的理想切换时刻Tid(2)系被定义的，其在该第一激活操作的期间，利用对照该激活操作开始的方式，于后取代了该理想切换时刻Tid(1)，且因此在该驱动电压Vgs到达该激活电压Von的时候，其更接近于该实际切换时刻Tson(2)。在第3a图描述的此激活操作期间中，该激活时刻Tson(2)也位于该第三驱动片段中，并且于该理想切换时刻Tid(2)与该实际接换时刻Tson(2)之间的时间差异ΔT(2)，系较该预定时间参考数值为大的，所以该第一电压参考数值，以及该第二电压参考数值，被进一步上升到下一激活操作，就像曲线(3)所表示的。

在进一步的激活操作期间，该驱动电压Vgs于该第一驱动片段期间上升到一第一参考数值V1(3)，其与之前的激活操作情况之中的参考数值V1(2)相比更为增加。在一接续的第二驱动片段期间中，该驱动电压Vgs上升到一已增加的第二参考数值V2(3)，该驱动电压Vgs接着继续于该后续的第三片段期间中，上升到该第三参考数值V3。在此第三切换操作期间，该驱动电压Vgs现在则上升到该第一片段的范围之中，而该激活电压Von则于该更平坦的第二驱动片段中达成。一以该时间期间Δt，再一次的位于该第二驱动片段结束处之前的该理想切换时刻Tid(3)，与该实际切换时刻Tson之间的时间间隔系被记做ΔT(3)。其可能被设定为此数值ΔT(3)系比该预定的时间参考数值为小，而因此为了校正该驱动电压Vgs的时间曲线之迭代步骤的结束便可达成。此关于参考数值V1(3)、V2(3)的校正，为了后续的激活操作系被永久的维持，该实际激活时刻Tson的时间点总是参考该固定、理想切换时刻而决定，以在适当的时候，收集该驱动电压Vgs的时间曲线的信息。

除有由第3a图中可能看到的，其设定该驱动电压的梯度，于第一驱动片段之中，系比第二与第三片段驱动片段中为陡峭的，于该第一参考数值的每个增加，导致该激活时间的减少，其标示出在该激活操作开始与达到该激活电压Von之间的时间期间。

于实际切换时刻与该理想切换时刻之间的时间间隔，可间接的例如藉由该个别的切换操作的开始与该实际切换时刻之间的时间期间而决定。举例而言，如果该理想切换时刻系参考该第二驱动片段的开始或结束所定义的，并且如果该驱动系被实行的，则该第二驱动片段总会具有相同的长度，其因此可能直接的带出该实际切换时刻之相对时间位置的结论，其系与该切换操作的开始与该实际切换时刻之间的时间期间有关。

第3b图说明以范例的方法中，为了达成如第3a图中所描述的驱动电压Vgs时间曲线，该驱动电流Ig的时间曲线。该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的栅极G系个别以在该第一驱动片段期间的第一充电电流Ig1，以及在该第二驱动片段期间的较该第一充电电流为小的第二充电电流Ig2，以及在该第三片段期间中，与如范例中的第一充电电流Ig1有关之第三充电电流来充电。在所描述的范例之中，其实际切换时刻Tson于时间上系为于该要求的理想切换时刻接下来，该第一驱动片段则以所解释的方式延伸-于该第二驱动片段维持定值-直到该实际切换时刻落于一时间窗的范围中，其利用该时间参考数值预定，于该理想切换时刻附近。

该驱动电压的时间曲线，于之前解释过的迭代控制方法之情况中系被考虑的，该第一参考数值V1(.)系以该实际切换时刻Tson与该理想切换时刻Tid(.)的时间间隔为函数而变化的。

参考于第3b图中所描述的驱动电流Ig之时间曲线，其也可能以变化该第一片段的时间期间的方式，于该第一驱动电流Ig1流向该栅极的期间，增加或减少该激活操作，就除有以一种参考该理想切换时刻的实际激活时刻Tson之时间位置为函数外。就为了该第一、第二与第三描述激活操作的驱动电流Ig时间曲线而论，假设该理想切换时刻系于该第二驱动片段结束之前的一预定时间期间，该第一驱动片段系

在该第三激活操作的期间，从激活操作到关闭操作的过程中被增加的，直到该实际激活时刻Tson系位于该第二驱动片段的范围，其中该栅极Ig系以该第二、较小的充电电流Ig2来充电的。

如果该实际切换时刻于时间上系在该理想切换时刻之前，当以一种未被系为描述的方法调整该切换行为，而评估该驱动电压Vgs时，该第一电压参考数值系于激活操作到激活操作的过程中逐渐减少的，直到该实际切换时刻系位于该理想切换时刻附近，一预定时间窗的范围之中。

在此情况中，当考量该驱动电流Ig，该第一驱动片段以一种相同的方法随时间逐渐的减少，直到该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的实际切换时刻系位于该理想切换时刻附近，一预定时间窗的范围之中。

除有已经指出的该理想切换时刻相对该驱动电压Vgs的时间曲线或是该驱动电流Ig的时间曲线而言系固定的，例如由实际状况中，该理想切换时刻系位于该第二驱动片段的开始接下来或结束之前的一预定时间期间。其可能系需要考虑到在决定该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)的实际激活时刻之信号传递延迟，其系被执行的，例如比较该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)M的负载沟道电压Vds与一参考电压。因此在一评估线圈指指示该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)进行激活之时刻，该实际激活时刻可以已经由该发生的信号传递延迟所拖延。这些信号传递延迟可能由该要求理想切换点的适当取代所考虑。举例而言，如果于该第二驱动片段期间，其实际上要求在一该第二驱动片段结束之前的预先决定时间期间，以考虑该信号传递延迟的情况下，激活该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)，该理想切换时刻便以这些信号传递延迟的数值而向后取代，并且接下来可以适当的，系已经位于该驱动电压Vgs时间曲线或该驱动电流Ig时间曲线的第三驱动片段之中。如果该切换时刻系由该理想切换时刻所支配的，该实际切换时刻系已经藉由这些信号传递延迟，位于该以想切换时刻之前，并因此仍就位于该第二信号片段之中。

该第一电压参考数值V1(1)与如果适当的该第二电压参考数值V2(2)，或是于该第一驱动片段的时间期间中的变化，系在该实际切换时刻并位于该理想切换时刻附近，一预定时间窗的范围之中时，利用与从激活操作到激活操作的情况中，完全相同的步骤所实行。更进一步的，当改变该第一电压参考数值或是该第依驱动片段的时间期间时，其也可能考虑到该实际切换时刻与该理想切换时刻之间的时间间隔，这是说增加该电压参考数值或是该第一驱动片段的时间期间，与之前的数值相比之下，愈大的该实际切换时刻与该理想切换时刻之间的时间间隔，系愈良好的。

为了调整该第一电压参考数值，例如，其可能在每个激活操作接下来，提供一整合的控制器，其系被供给一与该实际切换时刻与该理想切换时刻之间的时间间隔的有关数值，并且其为了该接下来的激活操作，提供第一电压参考数值。该第二电压参考数值，较佳地系以依预定的偏移，与该第一电压参考数值相异，因此该第二驱动片段的期间，维持与从该激活操作至激活操作之间相同。

第4图描述该发明中，该驱动电压Vgs的时间曲线之迭代校正操作，以为了在关闭操作之中的三阶段方法的关闭操作。该个别的关闭时刻，则在该控制电压Vgs下降到一关闭电压Voff的时候，参考于第4a图中所描述的所达成。第4a图中以(1)所标注的连续曲线，说明该第一关闭操作的驱动电压Vgs之时间曲线。V4(1)1u1标注为了此第一关闭操作的一第四参考电压，而V5(1)标注为了此第一关闭操作的一第五参考电压。该关闭电压Voff系较于该第五参考电压V5(1)为低，而因此在该第一关闭操作期间，该实际关闭时刻Tsoff(1)在此关闭操作期间之中，系位于该驱动电压Vgs的第三时间片段之中。为了达成该实际关闭时刻Tsoff系位于该驱动电压Vgs时间曲线的第二时间片段之中，该第四参考数值于此示范实施例中系可以变化的，该第五参考数值系对应的被改变，以达成一该第二驱动片段的固定时间期间。在该后续的第二关闭操作期间之中，该驱动电压Vgs下降至一于该第一驱动片段期间之中，被减少的第四参考数值V4(2)，并继续下降至一于该第二驱动片段期间之中，被减少的第五参考数值V5(2)。该第五参考数值V5(2)仍旧大于该关闭电压Voff，且该实际关闭时刻Tsoff(2)与该理想关闭时刻Ta(2)之间的时间间隔，也仍旧大于该预定的参考期间，因此在该后续的第三关闭操作期间，该第四参考数值系被相对的进一步减少至一数值V4(3)，而该第五参考数值V5(3)也相对的减少。在此第三关闭操作期间，该实际关闭时刻Tsoff(3)便位于该第二驱动片段，并且更进一步的，系位于理想关闭时刻Ta(3)附近，一预定的时间窗之中，而具有该参考数值V4(3)，并以(3)所标注的该描绘时间曲线，其V5(3)系为了后续关闭操作而被维持的。

第4b图说明为了达到于第4a图中所描述，该驱动电压Vgs时间曲线的驱动电流Ig时间曲线，在此情况之中，该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)M的栅极G系于该第一驱动片段期间，以一第四放电电流Ig4所放电的，于该第二驱动片段期间，以一第五放电电流Ig5所放电的，并于该第三片段期间，更好地以一与该第四放电电流Ig4有关之第六放电电流。与该激活期间一致的步骤，代替该驱动电压Vgs，其系可能考虑该驱动电流Ig的时间曲线，以为了该关闭操作的最佳化目的，在这样的情况中，如果参考由该驱动电流Ig时间曲线所定义的理想关闭时刻之实际关闭时刻Tsoff系有差异的，该第一驱动期间的时间期间便被改变。

除了在该激活操作与关闭操作期间的该第一及/或第二驱动片段之时间期间的变化之外，其可能进一步的存在于该第一驱动片段期间，该充电电流或放电电流的振幅改变，且其系与于该第一驱动片段期间，该驱动电压Vgs的梯度改变所相等的。

在符合第3与第4图的描述中，该驱动电压Vgs与该驱动电流Ig的时间曲线，在各自的驱动片段之间都具有”困难(hard)”的转变，这是指在各自的驱动片段之间，该驱动电压Vgs梯度突然地改变，且该驱动电流Ig的振幅也相对应的突然改变。当然，在各自的驱动片段之间，其可能设定成较柔和的转换，且其系可能达成的，例如，利用在各自的驱动片段之间，缓慢的增加或减少该驱动电流的方式。

总体来说，一实际切换时刻与一理想切换时刻之间的之差异，系利用之前叙述的三阶段方式所决定，且当该实际切换时刻系于该理想切换时刻接下来时，该第一驱动片段的时间期间便被延伸，而当该实际切换时刻系于该理想切换时刻之前时，该第一驱动片段的时间期间便被缩减。该第一驱动片段的期间可利用调整一电压参考数值的方式调整，其驱动电压Vgs为了调整该第一驱动片段的期间，系被比较的。

该切换操作也可能仅利用一两阶段的方式来处理驱动与关闭，而其于第5与第6图中所描绘。

第5a图说明一两阶段激活方式之中，该驱动电压Vgs的时间曲线，其中该驱动电压Vgs首先于第一片段中，较平滑的上升至一参考数值V2，接下来于后续的第二片段中较急遽的上升。在此驱动方法中，该理想切换时刻系较佳的位于该第一片段结束的些许前方。如果于此方法中，该实际切换时刻系与该理想切换时刻分离的，该参考数值V2便于该激活操作至激活操作之间被校正，直到在该实际与理想切换时刻之间没有任何的时间差异，或直到该差异小于一预定的参考数值。

第5b图说明为了达成如第5a图中所描述的驱动电压Vgs时间曲线，该驱动电流Ig的时间曲线。

第6a图说明一种两阶段关闭方式之中，该驱动电压Vgs的时间曲线，其中该驱动电压Vgs首先于第一片段中，较急遽的下降至一参考数值V4，接下来于后续的第二片段中较平缓的下降。在此驱动方法中，该理想切换时刻系较佳的位于该第二片段开始的些许前方。如果于此方法中，该实际切换时刻系与该理想切换时刻分离的，该参考数值V4便于激活操作至激活操作之间被校正，直到在该实际与理想切换时刻之间没有任何的时间差异，或直到该差异小于一预定的参考数值。

第6b图说明为了达成如第6a图中所描述的驱动电压Vgs时间曲线，该驱动电流Ig的时间曲线。

其也可能在已解释的该激活与关闭的三阶段方法之中，选择该驱动电流，使得在该第一与第三驱动片段期间，该驱动电压Vgs理想地上升到接近于垂直的程度。更进一步的，其可能选择该驱动电流，使得在该第二驱动片段期间，该驱动电压Vgs以一非常平缓的方式执行，因此该驱动电压Vgs的初始数值与该最后数值，系于此第二驱动片段中相等的。每个金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)具有一附带栅极阻抗系列(parasitic gate series resistance)。由于一来自于该栅极阻抗系列与该栅极电容、栅极电压的时间常数(RC time constant)，其系位于该实际晶体管单元，并且无法从外面存取，所以如果一稍微大于该激活电压Von的固定电压为了激活的目的，而被施加到该外部栅极终端时，其系延迟的，并且会以足够缓慢的上生速率，激活该金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)。

于所说明的方法中，有一点系被假设的，一时间间隔系在该实际切换时刻Tson(于第3a图中)或Tsoff(于第4a图中)与一别的理想切换时刻之间所决定，该驱动电流Ig或该驱动电压Vgs的至少一参数，系已经以一函数方式被改变的。取代了这样的一时间差异量测，其可能于一简化的实施例之中，预定一时刻，使该切换操作应该被最后执行。例如，此时刻是一于该个别切换操作开始接下来的预定时间期间。与此方法中，该驱动电流Ig或驱动电压Vgs个别的参数，系根据一切换操作，其可能是激活或关闭，是否在该预定时刻所执行而变化的。

参考符号列表

10驱动线圈

Cgs栅源电容

D漏极终端

G栅极终端

GND参考电压

Id负载电流

Ig1、Ig2充电电流

Ig3、Ig4放电电流

M金属-氧化层-半导体场效晶体管(MOSFET)

S源极终端

Sin输入信号

Ta(.)理想关闭时刻

Tid(.)理想激活时刻

Tsoff(.)实际关闭时刻

Tson(.)实际激活时刻

V+供应电压

V1(.)、V2(.)参考电压

V3参考电压

V4(.)、V5(.)参考电压

Vgs驱动电压，栅源电压

Voff关闭电压

Von激活电压

Vt阈电压

Z负载

Claims (18)

1.一用来驱动一半导体切换组件(M)的方法，其切换状态为一储存于一驱动电极上的电荷之函数，且其除有一负载沟道(D-S)外，具有一驱动终端(G)以施加一驱动信号(Ig)，该方法包括下述的步骤：

-施加一驱动信号(Ig)以切换该半导体组件(M)，其系被选择以使得一储存于该驱动电极上的电荷随时间而产生改变，为了进行切换操作，信号参数所定义的该驱动信号(Ig)时间曲线，系被永久预定的，

-决定该半导体切换组件(M)的理想切换时刻(Tid(1)、Tid(2)、Tid(3))，其系参考该驱动信号(Ig)或一与其相关之信号(Vgs)的时间曲线，

-决定参考该驱动信号(Ig)或与其相关的该信号(Vgs)的该的时间曲线之半导体切换组件(M)的实际切换时刻，是否与该理想切换时刻有差异，

-当差异产生于该半导体驱动组件(M)的实际切换时刻(Tson、Tsoff)以及该理想切换时刻之间，为了接下来的切换操作，改变至少该驱动信号(Ig)的一参数。

2.如权利要求第1项的方法，其中当已判知多于一预定时间参考数值的差异产生于该半导体驱动组件(M)的实际切换时刻(Tson、Tsoff)以及该理想切换时刻之间，为了接下来的切换操作，改变该驱动信号(Ig)的至少一参数。

3.如权利要求第1或第2项的方法，其中该驱动信号(Ig)系为该驱动电极的一充电或放电电流。

4.如上述权利要求之一的方法，其中与该驱动信号(Ig)有关的信号，系为在该控制电极的一驱动电压，或是一储存于该驱动电极的电荷之时间曲线。

5.如上述权利要求之一的方法，其中一跨越该负载沟道(D-S)的电压(Vds)，系为了决定该实际切换时刻(Tson、Tsoff)所评估的。

6.如权利要求第5项的方法，其中该实际切换时刻(Tson、Tsoff)系与该负载沟道电压(Vds)达到与一最大负载沟道电压有关的一规定数值(Vt)之一时刻。

7.如上述权利要求之一的方法，其中该驱动信号(Ig)系被选择的，因此其于时间上连续，且至少具有一带有第一振幅(Ig1；Ig3)的第一时间期间之第一片段，以及一带有第二振幅(Ig2；Ig4)的第二时间期间之第二片段，该个别的振幅及/或该个别片段的时间期间，系为该驱动信号(Ig)的可调整参数。

8.如权利要求第7项的方法，其中该第一片段的时间期间，在该实际切换时刻(Tson；Tsoff)与该理想切换时刻(Tid(1)、Tid(2)、Tid(3))有差异的时候，是被改变的。

9.如权利要求第6项的方法，其中该第一片段的振幅(Ig1；Ig3)，在该实际切换时刻(Tson；Tsoff)与该理想切换时刻(Tid(1)、Tid(2)、Tid(3))有差异的时候，是被改变的。

10.如上述权利要求第1至第5任一项的方法，其中该驱动信号系被选择的，因此为了一切换操作的进行，该驱动电压(Vgs)的时间曲线至少具有两不同梯度的片段，该第一与第二片段的时间期间及/或该片段的梯度，系为该驱动电压(Vgs)的参数，而可根据该驱动信号调整

11.如权利要求第10项的方法，其中该理想切换时刻系被选择的，因此其系位于该驱动电压(Vgs)时间曲线的第二片段之中。

12.如权利要求第10或第11项的方法，其中该第一片段的时间期间，在该理想切换时刻(Tid(1)、Tid(2)、Tid(3))与该实际切换时刻(Tson；Tsoff)有差异的时候，是被改变的。

13.如上述权利要求第10至第12项之一的方法，其中，为了校正该至少两片段的时间期间，该驱动电压至少系与一第一与第二参考数值(V1、V2)所比较，至少该参考数值(V1、V2)的其中之一，在该实际切换时刻(Tson；Tsoff)与该理想切换时刻(Tid(1)、Tid(2)、Tid(3))有差异的时候，系为了接下来的切换操作被改变。

14.如上述权利要求第6至第13项之一的方法，其中该理想切换时刻(Tid(1)、Tid(2)、Tid(3))系参考该片段之一的开始或结束所定义的。

15.如权利要求第10项的方法，其中该驱动电压(Vgs)的时间曲线至少具有三个片段，在每个情况之中，此连续片段具有不同的梯度

16.如权利要求第15项的方法，其中该第二片段相较于该第一与第三片段，具有一较小的梯度。

17.如上述权利要求第15或第16项的方法，其中该理想切换时刻(Tid(1)、Tid(2)、Tid(3))系被选择的，因此其位于该第二片段之中。

18.一用来驱动一半导体切换组件(M)的方法，其切换状态为一储存于一驱动电极上的电荷之函数，且其除有一负载沟道(D-S)外，具有一驱动终端(G)以施加一驱动信号(Ig)，该方法包括下述的步骤：

-施加一驱动信号(Ig)以切换该半导体组件(M)，其系被选择以使得一储存于一驱动电极上的电荷随时间而产生改变，为了进行切换操作，信号参数所定义的该驱动信号(Ig)时间曲线，系被永久预定的，

-决定该半导体切换组件的切换操作，是否已在一参考该驱动信号(Ig)或与其相关之一信号之时间曲线的预定时刻所实行，

当于该预定时刻并没有任何切换操作被实行时，为了一接下来的切换操作，改变该驱动信号(Ig)的至少一参数。

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