TWI277296B - Method and apparatus for determining the switching state of a transistor - Google Patents

Description

1277296 五、發明說明（1) 本發明係有關 (MOSFET)或絕 電晶體開關狀 亦被稱為電壓 導體場效電晶 極端，及金屬 源極端之一及 之控制 關閉電 電電流 態關鍵 產生之 因驅動 部施加 裝於外 該具有 蜂巢方 來達到 示該電 關閉之 域中之 啟及關 串聯於 了避免 電壓而 晶體終 係流至 係流至 内部驅 電極作 驅動電 殼中之 絕緣電 式建構 南電流 源開關 閘極電 閘極電 閉瞬間 兩供電 開關損 決定具有如 緣閘雙載子 態之方法及 控制電晶體 體及絕緣閘 氧化半導體 絕緣閘雙載 定被開啟及 端時，該終 閘極來充電 閘極之電荷 動電壓，其 用於開啟操 壓。此内部 電晶體晶片 極之電晶體 且其中複數 運載能力及 被用以開啟 壓或其位於 壓。半橋例 點，其中兩 電位及附在 失且特別為 金屬氧 電晶體 裝置。 之此類 雙載子 場效電 子電晶 關閉。 端可外 後者。 或已被 因驅動 作期間 驅動電 而不可 係特別 個被相 介電強 之外部 開啟狀 中係需 半導體 被連接 了避免 化半導體 (IGBT)之 電晶體， 電晶體例 晶體例中 體例中之 當該電壓 部存取於 此例中， 流至驅動 電極導棒 被當做電 壓僅可被 用於量測 被當作電 同建構之 度。該組 施加閘極 態或關閉 精確獲取 電源開關 至之共用 短路，該 場效電晶體 絕緣控制電極之 係視金 中之驅 之負載 發射端 被施加 電晶體 電晶體 電極之 中之寄 容器而 直接分 屬氧化半 動端及閘 路徑端， 之間出現 至最初被 外殼，充 之開關狀 該電荷所 生電阻及 不同於外 接於被封 源開關，其被以 電晶體係被並聯 件之資料片係揭 電壓，其被用以 狀態間之開關區 該電源開關之開 之負載路徑係被 負載端之間。為 應用例中必須確

第5頁 1277296 五、發明說明（2) 保各例中之兩電源開關僅有一個開啟。為了最佳化兩半導 體電源開關之驅動時序，必須特別精確決定電源開關之關 閉瞬間點使該電源開關之一僅於個別其他電源開關可靠地 關閉時才開啟。 為了決定電源開關之開關狀態或為了決定開關瞬間點，已 知依據何電源開關之驅動電極經由驅動器電路被充電及放 電來使用各驅動信號，例如該驅動信號中之位準改變，來 等待固定存續時間直到電源開關改變藉由適當狀態信號標 示為止。此等待時間係被裁製使電源開關得於等待時間消 逝後可以可靠地開啟或關閉。此例中具優勢者係為開關操 作被終止之實際瞬間點並不被決定。再者，等待時間之大 量裁製會造成開關損失。 再者，可從外加驅動電壓來驅動開關狀態。此例中具優勢 者為決定開關狀態之内部驅動電壓係落後於該外加驅動電 壓，所以此方法並不精確地足以決定開啟及/關閉之精確 瞬間點。再者，由於連接線及外殼之寄生效應，被外加至 組件之驅動電壓基礎上之内部驅動電壓係不能被精確地決 定。再者，評估金屬氧化半導體場效電晶體例中之閘極源 極電壓時，由於已知M i 1 1 e r效應，當驅動電壓被施加時， 閘極源極電壓首先上升，接著再進一步上升之前維持近似 固定位準一段特定存續時間。開啟操作發生於此極源極電 壓維持所謂M i 1 1 er高原之固定位準期間，所以難以將該閘 極源極電壓及為了決定開啟瞬間點盡可能位於該高原之上 一點點之參考值，及為了決定關閉瞬間點盡可能位於該高

第6頁 1277296 ------- 五、發明說明（3) 丨原之下一點點之參考值做比較。 電源開關之開關狀態亦可在跨越電 基礎上來決定。然而，被電源開關⑵之負載=電壓 十至幾百伏特範圍之間。該電壓盔蕤^電壓通*"於幾 評估，使，依序增加評估成本之i應ϋ ^傳統邏輯電路來 本發明目的係提供一種決定具有絕緣：m牌 I關狀態之方法…，預期確保獲；；，極體開 關狀態。 m確及有效成本之開 丨此目的係藉由依據申請專利範圍第^ 專利範圍第8項之裝置來達成。申請專方法及依據申請 本發明具優勢之改進。 明寻利範圍子項係有關 依據本發明用於決定具有絕緣驅動電極 之方法，係提供可評估驅動電極之、之電晶體開關狀態 廓或被儲存於驅動電極上之電荷之，及玫電電流時間輪 關狀態之狀態信號係被提供。 、θ輪廓，明確界定開 相對於已知方法，依據本發明之方 之變數，亦即被儲存於驅動電極上之二=:決定開關狀態 其可在流動於驅動電極上 、何係被直接評估， 荷。再者’依據本發明之方法係】：流來決定該電 J開啟狀態、&電晶胃關閉狀態之二電電ί二=為用於電晶 I充電及放電電流之驅動 電電机係奴經通常提供 丨電極上電荷而定之信號 丄所以使用視被儲存於驅動 |儲存於驅動電極上“震湯、二開關狀態之優點係包含被 丨負载路徑電壓或驅動電； = 部分接之電晶體 1277296 五、發明說明（4) 依據本發明之 之電流量測信 電信號給被與 之狀態信號係 較佳是，不同 閉操作而被選 電晶體可靠地 操作之參考信 號到達參考信 提供狀態信號 較佳是，充電 電流最大值係 及關閉操作， 提供當被儲存 時之開啟事件 電荷僅對應全 之狀態信號。 電晶體驅動週 數I電荷被 荷被儲存於驅 持續期間可於 電荷被儲存於 視被決定之持 改變被產生且 方法一實 號，電流 參考信號 視此比較 參考信號 擇，用於 開啟於充 號係被選 號時。較 之評估單 電流流動 被決定， 則參考信 於驅動電 中之位準 電荷之預 期期間， 儲存於驅 動電極之 接續驅動 驅動電極 續期間而 開關狀態 施例係 量測信 相比較 結果而 係針對 開啟操 電信號 擇使得 佳是， 處。 至控制 且若不 號係視 極上之 改變， 定比例 該方法 動電極 第二瞬 週期期 來決定 定之持 改變因 提供視充電及放電電流而定 號針對時間被整合來提供充 之充電信號，表示關閉狀態 疋被提供。 電晶體開啟操作及電晶體關 作之參考信號係被選擇使得 到達參考信號時，用於關閉 電晶體可靠地關閉於充電信 參考信號係被外部調整於可 電極之開啟週期期間，充電 同參考信號被用於開啟操作 該最大值而定被設定。此可 電荷對應全電荷之預定比例 及當被错存於驅動電極上之 時之關閉事件中之位準改變 進一步實施例係提供決定第 之第一瞬間點及第二數量電 間點間之第一持續期間。該 間被用來藉由決定第一數量 狀態信號，及此瞬間點等待 續期間值到狀態信號之位準 而被標示為止。

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再者，可決定第一數 及第二數量 續期間，並將 點可藉由比較 考值，該第一 值之瞬間點。 參考值係被 定。此操作係 值被設定為止 持續期間~預 參考值係被選 數量電荷值 於進一步電路 中，且若進一 時間所造成之 等於此延遲時 達驅動電極上 電荷被 其與參 被儲存 及第二 視比較 增加或 於接續 ’其被 定值之 擇使得 時，電 組件視 步電路 延遲時 間。此 之第一 荷間之第一持續期間 1電荷 儲存於 考持續 於驅動 瞬間點 結果而 降低且 驅動週 指派至 第一持 右間極 晶體係 被到達 組件驅 間，則 方法例 參考電 係對應 被儲存 驅動電 期間相 電極之 係對應 定，下 第一持 期期間 對應參 續期間 已於關 被可靠 電晶體 動中， 參考持 中，第 荷及驅 該延遲 於驅動電 極之第二 比較。例 電荷值及 被儲存電 極之第 瞬間點 瞬間 一個 續期 内被 考持 。第 閉週 地關 關閉 必須 續期 一參 動電 時間 驅動 間值 重複 續期 二數 期期 閉。 狀態 考慮 間係 考值 極上 ，則 間之持 些瞬間 第一及第二參 該參考 間，第 新決 如，這 荷對應 週期期 係被重 直到第 間或偏 量電荷 間被放 若電晶 來驅動 如因閘 有利地 係被建 之第二 可於接 一參考 移參考 或第二 電至第 體被用 之電路 極傳輸 被選擇 立使到 參考電 續驅動 週期期間内產生標示到達第一參考電荷時之開關狀態改變 之狀態信號緣來驅動其他電路組件之驅動。由於延遲時 間’後者僅於驅動電極上之電荷被降低至電晶體可靠地關 閉之第二參考值時才被實際驅動。 依據本發明之進一步實施例係特別針對電流量測信號之第 二峰值被達到時提供視充電及放電電流而被直接評估之電

第9頁 1277296 五、發明說明 流量測信 別穩定來 位及負載 載。當該 相位而產 洞悉電晶 瞬間點。 與參考信 藉由計數 ‘次改變 決定具有 含可提供 測信號被 輪廊而定 (6)號，以 識別被 間之電 高側開 生兩階 體可靠 例如， 號做比 器裝置 位準之 絕緣驅 視充電 饋送至 之狀態 依賴其 當做高 源開關 關關閉 段放電 地被關 為了評 較，此 來計數 瞬間點 動電極 及放電 之評估 信號。 方式 側開 之開 時， 操作 閉於 估此 比較 ，且 處具 之電 電流 單元 關’也就是 關狀態，言亥 驅動電拯之 。為了決定 放電電流第 時域輪靡， 所產生之比 狀態信號係 有位準改變 晶體之開關 而定之電流 ，及提供視 號。此 被連接 開關可 電荷係 開關狀 一峰值 電流量 較信號 以其於 之方式 狀態之 量測裝 電流量 類評估係特 於正供電電 驅動電感負 被分散為兩 態，此例係 被達到時之 剩信號係被 位準改變係 比較信號第 來產生。 裝置，係包 置及電流量 測信號時域

二實施例中，評估單元包含電流量測信號被饋送至之整合 單元，及提供視被儲存於驅動電極之電荷而定之充電信。 號充電彳s號及弟一參考信號係被饋送至比較單元，、該比 較單元可提供視充電信號及第一參考信號比較而定之狀離 信號。 ^ 评估單元較佳包含充電信號被饋送至及提供最大值信號之 最大值獲取單元’第一參考信號依賴該最大值信號。 1二實施例中’評估單元包含電流量測信號被饋送至之整 合單元’及提供視被儲存於驅動電極之電荷而定之充電信 號。評估單元再包含充電信號或第一參考信號被饋送至且

1277296 五、發明說明（7) 提供第一比較信號之第—比較單元，及充電信 考信號被饋送至且提供第二比較信號之第二比較—二 一及第二比較信號係被饋送至時間獲取單52。第 第一比較信號位準改變及第二比較信號位準改;D:2 距離而定，時間信號。該時間信號及第一比較信ς】二 送至組合單元，其可提j妓視第一比較_缺 b 貝 之狀態信號。 虎及時間信號而定 若時間信號小於預定值，則第二比較信號亦較佳被饋送至 組合單元，該組合單元係被設計輸出第二比較信號為狀態 信號。

進一步實施例中，評估單元係包含電流量測信號及第三比 較信號被饋送至且提供比較信號之比較單元。比較單元之 下游連接係為計數器裝置，其被設計來計數比較信號之位 準改變且提供視計數器讀取而定之計數器信號。計數器裝 下，連接係為計數器信號被饋送至且提供視該計數器 信號而定之狀態信號之計數器信號評估單元。計數器裝置 係較佳被設計假設計數器信號被依賴之第一及第二計數器 讀取’該計數器評估單元可提供狀態信號，其具有若計數 器讀取從兩計數器讀取之一特定計數器讀取改變為其他計 數器讀取之位準改變。也就是說，無論比較信號之兩位準 改變何時被決定，狀態信號之位準改變均被產生。 本發明係參考附圖被詳細解釋於以下實施例中，其中： 圖中’除非明確規定，相同參考符號係標示相同部件及具 有相同意義之信號。

第11頁 1277296 五、發明說明（8) ' 第1圖顯示具有被當作低側開關之金屬氧化半導體場效電 晶體之電路裝置’其 >及極源極路挫 D - S係被與供電電位V c c 極參考接地電位GND間之負載串聯。金屬氧化半導體場效 電晶體 T係經由驅動器電路1 0依據驅動信號I N來驅動，驅 動器電路1 0可轉換具有邏輯位準之控制信號I N為具有適當 位準之信號來驅動金屬氧化半導體場效電晶體 T。針對開 啟狀態驅動，充電電流I g係流至可當作金屬氧化半導體場 效電晶體 T之驅動極之閘極G。為了關閉金屬氧化半導體 場效電晶體 放電電流係從閘極流動’或負充電電流 I g 〇 第3 A及3 B圖藉由例子顯示驅動信號I N之時域輪廓及視驅動 信號I N而定之閘極充電電流I g之時域輪廓。該圖示事先假 設若金屬氧化半導體場效電晶體 T被預期驅動於開啟狀 態，則驅動信號I N為高位準。針對開啟狀態驅動，正充電 電流I g係流至閘極，其電流係藉由驅動器電路1 0施加正驅 動電壓於金屬氧化半導體場效電晶體閘極端G及源極端Si 間所引起。相對地，若金屬氧化半導體場效電晶體被預期 被關閉，則驅動信號I N假設為高位準，則負閘極充電電流 I g或放電電流流動。例如，該放電電流係藉由驅動器電路 1 0將金屬氧化半導體場效電晶體 T之閘極端G及源極端S短 路之事實所引起。 可決定金屬氧化半導體場效電晶體 T之開關狀態及提供視 該開關狀態而定之狀態信號ST之電路裝置係包含電流獲取 單元2 0，其被連接於驅動器電路1 0及閘極端G之間。電流

第12頁 1277296 五、發明說明（9) 獲 取f = f 〇可提供視閘極充電電流I g而定之電流量測信號 f 1 ’ ^ ^被係被饋送至評估單元3 0，其可評估電流量測信 #b s 1之時域輪廓及提供視該時域輪廓而定之狀態信號ST。 f $八圖顯=提供來自電流量測信號S 1之狀態信號ST之評估 ^ 實細*例。此評估單元3 0係包含電流量測信號S 1被饋 5 5且ί ί共充電信號S 2之積體單元3 1，其於時間上對應電 /氣嚴測L號s 1之整合，因而與被儲存於閘極G上之金屬氧 ，半導體場效電晶體T之電荷成比例。 第3圖_示該充電信號S2或被儲存於閘極G上之電荷Qg對 時間，時域輪廓例。當充電電流I g下降至零且金屬氧化半 導體场效電晶體内部閘極源極電壓幾乎對應被驅動器電路 1 0外=施加於閘極端G及源極端S間之電壓時，該電荷Qg或 充電信號S2係於充電操作結論後到達最大值S2max。 依，第2圖之評估單元3〇再包含充電信號S2及被參考電壓 源提供之第一參考信號Vref 1被饋送至之比較器單元32。 狀態信號ST係可得於比較器裝置32輸出處，第3(：圖描繪視 被描繪於第3B圖中之充電信號S2及同樣被描繪於第3β圖中 之參考信號Vref 1而定之該狀態信號時域輪廓。實施例 中’狀態信號ST係被選擇使若充電信號S2大於參考信號 Vref 1 ’則其假設高位準，使若充電信號S2小於參 值Vrefl，則其假設低位準。 ^ 3儿 針對許多應用，獲取金屬氧化半導體場效電晶體被關閉之 瞬間點係特別重要，此瞬間點係藉由第3(：圖中之狀熊信號 S T之下降邊緣來辨識。參考信號v r e f 1係較佳相對充電信

第13頁 1277296 m

號S2或閘極電荷Qg被選擇 值Vren，則金屬氧化電^就82下降至參考信號 閉。 丰導體场效電晶體可被可靠地關 ί: ΐ π: m 效電晶體可靠開啟及關閉之瞬 匕丨。βϊγ被提供做開啟狀態们則或關閉狀

圖顯示針對此被修改且具有各提供第-及第 一多考電S /ef 11，Vref 12之兩參考電壓源之電路。再 者，開關SW係被提供，#可視驅動信號服定將該兩參考 電壓源之一連接至被設計為比較器之比較器裝置32之反向 輸入，使驅動信號IN具有高位準之開啟操作期間，第一參 考電壓Vref 11係針對產生狀態信號ST目的被與充電信號μ 比較，且當驅動信號IN具有低位準之關閉操作期間，第二 參考電壓Vref 12係針對產生狀態信號st目的被與充電信號 S 2比較。該弟一及第一參考信號Vrefll，2係以虛線 方式被描緣於弟3B圖。相對地，最終狀態信號grp同' 樣地以 虛線方式被描繪於第3C圖。如第3B圖所示，第一及第二參 考"ί吕號Vrefll’ Vrefl 2之位準不同’第一參考信號Vrefll 與充電信號S 2係明確界定開啟瞬間點’而第二來考彳*號 Vref 12與充電信號S2係明確界定關閉瞬間點。

參考值Vrefl或參考值Vrefll，Vrefl2係較佳維持充電信 號S2之最大值S2max之固定比率，該最大值S2max之係與金 屬氧化半導體場效電晶體 T最大閘極電荷成比例關係。當 充電信號S2到達與最大充電信號S2max成固定比例之參考 值時，開啟狀態或關閉狀態係被假設被到達，所以此程序

第14頁 1277296 五、發明說明（11) |可考慮閘極源極電容中之命令製造波動極從此產生之 閘極電荷。充電信冑S2被與比較關閉瞬間 號Vref，係較佳被選擇使1介 7凋之 > 考仏 L 9,0/^ „ $ . 评优，丨於最大充電信號S2max之15% 二之間。再者’此例中可針對具有不同閘極源極電容 之不同電晶體使用評估單元，其具有當達到 1定比例時開啟或關閉之共同特徵。 π ^ 第4圖顯示提供參考信號Vrefl之評估單元3〇，其對最大充 電信號S2max為固定比例。評估單元3〇係包含最大 單元33,其可評估充電信號S2 一段預定持續期間，並1供 此持續期間被決定於輸出處之最大值。最大值獲取單元33 可評估電信號S2之評估間隔係較佳藉由驅動信號丨n來指 定，評估間隔之持續期間較佳對應驅動信號IN具有高位準 之持續期間。被最大值獲取單元33決定之最大值以㈣嫌 被饋送至加權單元34,其可以加權因子以來加權此最大信 丨號，該加權單元3 4之輸出信號係可設定參考信號值 口

Vref 1。參考信號值Vref 1較佳對應加權因子§1及最大值 S 2 max之乘積，也就是說：Vrefl = · gi I最大值S2max之獲取係需完整開啟循環，最大值S2jx於該 開啟循環期間尚未獲取用來設定參考信號值Vre f丨。因、以 此’參考電壓源車父佳被形成使其於第一驅動循環期間提供 |預設參考值Vrefl’設定信號尚未獲取於加權單元34之輸、 出處。如針對關閉狀悲偵測，該參考值係為零，所以無# |定信號獲取之驅動循環期間’僅當充電信號S2被下降U |且驅動電極被完全放電時’狀態信號ST之下降邊緣才標示 第15頁 1277296

關閉狀態。實際被達到之關閉狀態及狀離 間之最終時間延遲，係於設定信號尚；‘ ^ 士下降邊緣 環期間因安全因素而可容許。 w又取之這些驅動循 依據第4圖之電路裝置當然依據如 改，以提供開啟操作及關閉操作之θ電路裝置來修 以如加權因子gl之第一加權因子加二考h號，藉由被 成之第一參考信號，及藉由被以第一 Y大彳5號S2max形 信號S2max形成之第二參考信號，兩表權、因s子加權之最大 係藉由依據驅動信號I N開關提供多考電壓源間之轉換 號。 仏如弟2B圖描綠之參考信 第5圖顯示電流獲取單元2 0及被與電~ 接且提供充電信號S2之整合單元/丨之'獲取單元20下游連 中，電流獲取單元2 0係被形成為電、、☆電路實施例。實施例 金屬氧化半導體場效電晶體之間極二獲取電阻Rs，其被與 電電流I g可流過。參考第11圖，電^ 2上游連接且閘極充 針對驅動或短4閘極及源極而*間以且Rs特別可為 導體開關之負載路徑電阻。實施例中一 ^電電位連接之半 對應跨越被該充電電流I g引起之電、電流量測信號s 1係 降。整合單元31包含運算放大器0ρΤ，獲取電阻Rs之電壓 輸入上游連接之電阻器Rl，R2，緩’=破與該運算放大器 放大器OPV之跨越電流獲取電阻$該輸入被饋达至運算 opv之反向輸入係以充分已知方式難二壓S1。運异放大器 運算放大器OPV之輸出。對應電淹^ ，容器C1被連接至 之充電信號S2係可獲得於運算玫大里$號S1整，對時間 次裔OPV之輸出處。

1277296 五 第 導 單 值 、發明說明（13) 6圖顯示評估單一 體場效雷曰驊+凡3 〇進一步實施例以提供視金屬氧化半 亓qL日日-之開關狀態而定之狀態信號ST。除了整人 d 1之外，含举/4· πσ ° 赛 早元30尚包含第二比較器單元34,最大 又，早兀33,加權單元34及比較器單元32。第一比較 :可比較充電信號S2及第一參考信號Vref丨，其係以 耳，釋之方式藉由加權因子§1與最大值32[11以呈固定比 例。第一比較态單元3 4可比較充電信號s 2及第二參考信號 Vref2，其係以已被解釋之方式藉由加權因子g2與最大值儿 S2max呈固定比例。第一比較信號ST32可獲得於第一比較 器單元32之輸出’第二比較信號ST34可獲得於第二比較器 單元3 4之輸出，其信號係被饋送至時間獲取單元3 5之第二 及第二輸入3 5 1，3 5 2。時間獲取單元3 5係被設計來獲得第 一比較信號ST32之預定邊緣及第二比較信號ST34之預定邊 緣間之持續期間，並提供視該持續期間而定之輪出處之時 間信號TS。 第7 B圖顯示被描緣於第7 A圖之驅動信號I N之充電信號s 2之 時域輪廓及被描緣於第7β圖之充電電流ig。第7C圖進一步 描繪第一及第二參考信號Vrefl，Vref2之位準。第7C圖顯 示第一及第二參考信號Vref 1，Vref2與充電信號32比較後 產生之第一及第二比較信號ST32，ST34之時域輪廓。 被描繪於第6圖之電路裝置係被設計來彳貞測金屬氡化半導 體場效電晶體之關閉瞬間點及提供對應狀態信號ST。實施 例中，時間獲取單元3 5係被設計來決定第一比較信號s τ 3 2 之下降邊緣及第二比較信號$ T 3 4之下降邊緣間之時域距

第17頁 1277296 五、發明說明（15) 之狀態信號來消除該閘極傳輸時間。狀態信號改變其位準 以標示金屬氧化半導體場效電晶體關閉狀態之瞬間點係如 藉由從時間信號TS扣除閘極傳輸時間，或藉由添加藉此被 獲得之持續期間至第一電荷量仍被儲存於閘極上之瞬間點 來決定。 為了提供視時間信號TS及第一比較信號ST32而定之狀態信 號ST，評估單元30係包含第一比較信號ST 3 2及時間信號TS 可被饋送至之組合電路3 6。此組合電路3 6較佳地具有設定 參數P可被饋送至之參數輸入，其可明確界定第一比較信 號3 2之下降邊緣已被達到之後，可辨識關閉瞬間點之狀態 信號ST邊緣被產生為止需等待多久。此例中，參數可決定 時間信號TS之特定百分比以等待如第一及第二比較信號 ST3 2，ST3 4之下降邊緣間之一半時間，直到可辨識關閉瞬 間點之狀態信號ST邊緣被產生為止。參數亦可界定將從時 間信號TS扣除之時間價值，可辨識關閉瞬間點之狀態信號 ST邊緣接著於第一比較信號ST3 2下降邊緣之後被產生預定 持續期間，該預定持續期間係對應時間信號TS及被參數P 規定之時間價值間之差異。 參考第6圖被解釋之方法例中，同樣需等待至少一關閉週 期直到獲得對應時間信號TS為止。為了於第一關閉週期期 間儘早正確產生狀態信號ST，第二比較信號ST3 4係於第6 圖中再被饋送至組合電路36，若時間信號TS假設不等於零 之值，則該組合電路3 6係被設計以上述方式之第一比較信 號ST32及時間信號TS基礎來產生狀態信號ST。時間獲取單

第19頁 1277296 五、發明說明（16) |元3 5係較佳被驅動信號丨1^賦予時脈，且於各例中關閉週期 末端處較佳提供用於下一關閉週期之時間信號TS。時間信 |號於第一驅動週期期間内尚未可得。因此，若時間信號TS |於第一驅動週期為零，則組合電路3 6係被設計來輸出第二 比車父信號ST34當做狀態信號sT。 |可於接縯驅動週期期間使用該時域距離來提供狀態信號， 第一及第二閘極電荷呈現間之時域距離被決定之方法係以 I電路裝置基礎被解釋於第6及7圖以決定金屬氧化半導體場 效電晶體關閉瞬間點。不用說，若參考信號Vref丨，vref 2 被適當選擇且可決定第一及第二比較信號ST32，ST34上升 |邊、緣間t時域距離時間之獲取單元係被選擇，則對應電路 |裝置亦可被用來偵測開啟狀態。 第1 2 A圖顯示第β圖所示之電路修改，其實施提供標示開關 |狀悲之狀態信號S Τ之被修改方法。如第1 2圖之電路裝置係 |被饋运f考時間信號Tre f，其被與時間比較單元3 7中之時 間獲取單tl 3 5之時間信號丁 s做比較。以上解釋方式中，該 ^間=號ts係代表充電信號S2到達第一參考信號Vrefk Ξ 及充電信號S2到達第二參考信號Vref 2之第 |7 j ”、曰之時域距離。比較單元37可設定第一參考值 因1^ gl。、對此，第12圖中之比較單元37係提供第一加權 Ιί ϊ Ϊ 該比較單元37包含如具有時間信號咖參 口 υ 7饋送至之開關磁滯之比較器3 7 1，豆可_ 丨三個不同輸出佶—]n , , 1 e ^ ^ 『假口又 值1 ’ 0 + 1且计數器3 7 1係被下游連接，其

第2〇胃 1277296 五、發明說明（〗7) ___ |計數器讀取係依據之比較器輪、 相同。計數器輪出信號係被以加=被增加，降低或維持 因子gl。此電路裝置之操作方因子S3加權以提供加權 丨態信號ST被產生之假設下被 =在可標示闕閉狀態之狀 丨示，第7C圖中，Vren，描述被 ^。如第7C及7D圖所 述下一關閉週期期間内之第—間h參考值，而tl，描 置，若時間信號TSA於參考 7點U之最終時域位 領先若第二瞬間點t2一段 ^ ’且若第一瞬間點tl 1間，則計數器372可藉由比^号^考/寺續期間Tref之持續期 參考值Vrefl, 出信號來減量以降低第 I，τ^,,,,""Ts 數為372因而增加第一參考值Vrefi。甚笛_ n+ 里汁 參考信號Tref間之差里你认、士 u ± 弟時間信號TS及 门之差異位於被比較器3 7丨 嶋，則計數器讀取保持不變且規定增加二降☆之 j考值Vrefl之門檻值。 飞降低弟一參 I第:t ί時間Tref係可外部調整且對應消逝於狀離# _ ST 下降邊緣及預期視狀態信號STT降邊緣出現而= = ^ 進一步電路組件驅動（不被特定描繪）之間之延遲古 1些延遲時間係藉由如評估電路之閘極傳送時間來管理。= |大約對應參考時間Tre&第一持續期間τ她建立時，參: 時間Tref係依據該延遲時間來選擇，則可產生具一〃 信號ST32下降邊緣之狀態信號srf降邊緣。由於上述延^ 1時間，此例中之進一步電路組件僅於延遲時間已消逝後才

第21頁 1277296 五、發明說明（18) 被驅動，閘極電荷接著下降至可對應第二參考值Vref 2且 被選擇使若此參考電荷被達到後，電晶體可被可靠關閉之 值。 第一比較信號ST32，第二比較信號ST34及時間比較信號 ST 3 8係被饋送至組合電路3 8以產生狀態信號ST。例如，组 合電路3 8係被設計當做多工器，其可依據時間比較信號 ST38輸出第一比較信號ST32或第二比較信號ST34#做狀態 信號ST。例如，時間比較信號st3 8對應比較器輪出传护女 2，若第一時間信號TS及參考信號Tref間之=== 器之開關磁滯，也就是若第一時間信號Ts及參考信號Tref 彼此明顯偏離，則此大小值可藉由單元373形成且等於1q 此例中’狀態信號ST輸出係為第二比較信號st34，僅當充 電=號S2下降至第二參考值Vref2，其才具有下降邊緣。 右第一時間信號TS及參考信號Tref彼此之間僅些許不同， 則0為當做時間比較信號ST38之輸出，而第一比較信號 ST32為當做對組合電路之輸出之狀態信號st輸出。此例中 ::動Ϊ上電荷對應第一參考，Vref 1之•間點及電荷 一參考值！^以2且金屬氧化半導體場效電晶體工可 罪關=t 2間點之間:持續期間係對應參考時間Tref而消 逝“ ^時間Tref係被選擇使依據狀態信號ST之預定邊 ^ ^ 、， ^ 、、件係因電路延遲時間於該參考時 間T r e f 1已消逝之後最早被驅動。 為了完整起見’應指出除了上述實施例中之兩比較器32及 34之外，亦可以未被描述之方式使用第一及第二參考信號

1277296 五、發明説明（19)

Vrefl，Vref2經由交換開關被饋送至 |充電信號到達第一參考信號Vref丨時，該六父器，/列如當 較器之輸出信號被交換來饋送第二參考X又、開關係視比 器作進一步比較。 -考4唬hef2至比較 I第8圖顯示具有金屬氧化半導體場效電晶體 |路裝置，其係依據驅動信號j N經由 乂 金屬氧化半導體場效電晶體係被連接味驅動。 具有隨意二極體D之電感負載L間之正供電電位Vcc及 金屬氧化半導體場效‘晶體7之開:二=關。為了決定此 流獲取單元2°係被提供，其提供視閉“電：Ϊ解：之電 氧化半導體場效電晶體瑚關狀態而=〇狀視 第10A-C圖以所述順序顯示驅動信 電電流Ig或電流量測信號S1及閘極對時間，及閘極充 |例。間極充電電流Ig係被驅 對時間之輪廊 壓係因開啟狀態驅動而被施加於金屬夕二:，其中驅動電 |體T之閘極端G及源極端s之間，秋:=匕半導體場效電晶 因金屬氧化半導體場致電晶體…、而閘極端G及源極端s係 i電路1 0短路。應用金愿:曰曰之關閉狀態驅動而被驅動器 載之高側開關特殊特符乳導體場效電晶體作為電感負 充電電流I g中，其中#糸於關閉操作期間被顯現於閘極 是說金屬氧化半導體閘極充電電流1 g具有兩峰值，也就 峰值上升係被簡短解：效電晶體係以兩相位被放電。這兩 1277296 五、發明說明（20) 若金屬氧化半導體場效電晶體被關閉，首先閘極電荷大部 份會流走，產生閘極電流輪廓中之第一峰值。此例中，内 部閘極源極電壓降低至所謂平原電壓，其視金屬氧化半導 體場效電晶體類型而定介於3. 5及5. 5伏特且可從被個別使 用之金屬氧化半導體場效電晶體資料片蒐集。若内部閘極 源極電壓到達該平原電壓，則金屬氧化半導體場效電晶體 之實際關閉操作開始，經由閘極G被控制之該金屬氧化半 導體場效電晶體頻道係被夾止且金屬氧化半導體場效電晶 體之負載路徑係獲得高阻抗。從該點，流經金屬氧化半導 體場效電晶體之負載電流I L係開始降低。跨越電感負載L 之電壓極性係立即改變以抵銷流經該電感負載之電流中之 此降低，因而產生經由隨意二極體D之電流。可持續約1 0 至5 0ns之此π整流時間n期間，金屬氧化半導體場效電晶體 之閘極源極電壓Vgs保持大約固定，也就是幾乎無任何電 荷流出金屬氧化半導體場效電晶體 T之閘極G且閘極電流 I g幾乎為零。僅當流經負載電感L之電流被隨意二極體D單 獨佔用時，也就是整流時間消逝後，金屬氧化半導體場效 電晶體 T之閘極G被完全放電而產生閘極充電電流Tg輪廓 中之第二峰值。被連接至金屬氧化半導體場效電晶體之負 載導棒之寄生電感已充分當作產生此兩階放電效應之π電 感負載π。 第9圖描繪之評估單元4 0實施例係利用此被當作電感負載 之高側開關之金屬氧化半導體場效電晶體關閉操作係以兩 波進行之洞察力。評估單元4 0係包含被參考電壓源4 2提供

1277296

五、發明説明（21) 之電流量測信號S1及參考信號Vref 3係被饋送至之比較器 單元41。比較信號S3係可得於比較器單元41輪出處，X且1被 饋送至邛提供視計數器裝置43之計數器讀取而定之計數信 號S 4之计數單元43。計數器裝置4 3被下游連接者係為評估 單元44，其可提供視計數器讀取及計數器輸出信號以而定 之狀態信號s τ。 ^ 第1 0D圖顯示該比較信號S3之時域輪廓，當電流信號33下 降至參考信號V r e f 3值（負）以下時，各例中其具有上升邊 緣。 實施例中，計數器43係被設計為可假設第一及第二計數器 讀取且於各例中以比較信號S 3之上升邊緣改變其計數器讀 取之二進位制計數器。有了比較信號S3之上升邊緣，第9E 圖描繪之計數器輸出信號S4係假設對應計數器讀取之一之 高位準’且有了比較信號S 3之第二上升邊緣，該計數器輸 出信號係假設對應零之計數器讀取之低位準。被下游連接 計數器4 3之評估單元4 4係被設計為負邊緣觸發r s正反器， 狀悲仏遽ST出現於其反向輸出處’该狀態信號同樣地具有 組輸出處之輸出信號S4下降邊緣。正反器44因此被以比較 信號S 3之每個第二下降邊緣來設定。有了下降邊緣，正反 器4 4係視可標示關閉操作之驅動信號I N而定被重設。 以上述基礎說明之依據本發明之方法及裝置係較佳被運用 具有兩電源開關之半橋電路，其負載路徑係被串聯。第11 圖顯示第一及第二金屬氧化半導體場效電晶體Τ 1，τ 2之該 半橋電路，其汲極源極路徑係被串聯於供電電位Vcc及參

第25頁 1277296 五、發明說明（22) 考接地電位GND之間。實施例中，兩金屬氧化半導體場效 電晶體T 1，T2係為具有包含LC元件之低通濾波器之降壓反 向器部份，其係被連接至共用至金屬氧化半導體場效電晶 體ΤΙ，T2之負載路徑端及被連接負載以供應輸出電壓Vout 之輸出端OUT。低通濾波器LC及負載R被供應形成半橋之電 感負載。 金屬氧化半導體場效電晶體τ 1，T 2係藉由驅動器電路被以 時脈型式驅動，其必須確保金屬氧化半導體場效電晶體並 不會一起開啟，且為了設定輸出電壓Vout，係可以充分已 知方式來改變金屬氧化半導體場效電晶體Τ 1，T 2之驅動週 期之時脈比例。針對此，視輸出電壓Vout而定之信號（以 虛線型式被描繪於第1 1圖）係被饋送至規定金屬氧化半導 體場效電晶體Τ1，T 2之驅動週期之驅動電路11。 為了驅動金屬氧化半導體場效電晶體T 1當作高側開關，係 依據被驅動電路1 1提供之第一驅動信號AS 1來提供具有P傳 :導金屬氧化半導體場效電晶體P 1及η傳導金屬氧化半導體 場效電晶體Ν 1之反向器，施加第一金屬氧化半導體場效電 晶體Τ 1之閘極端G及源極端S間之驅動電壓V1來驅動開啟狀 態中之金屬氧化半導體場效電晶體Τ1，或將閘極端G及源 極端S短路來關閉金屬氧化半導體場效電晶體Τ1。驅動電 壓V1係被充分已知靴帶式電路D 1，C 2提供，驅動電壓V1係 大約對應供電電位V c c值。 當作低側開關之第二金屬氧化半導體場效電晶體Τ 2，係以 依據被驅動電路11提供之第二驅動信號A S 2之對應方式經

第26頁 1277296 五、發明說明（23) 由反向器來驅動，該反向器具有供電電位V c c及第二金屬 氧化半導體場效電晶體T 2之閘極端G間之P傳導金屬氧化半 導體場效電晶體P2及第二金屬氧化半導體場效電晶體T2之 閘極端G及參考接地電位GND間之η傳導金屬氧化半導體場 效電晶體Ν2。第一及第二驅動信號AS 1，AS2係視驅動信號 IN及狀態信號ST1，ST2而定被驅動電路1 1提供，該第一驅 動信號AS 1可具體說明第一金屬氧化半導體場效電晶體T 1 之開關狀態，而該二驅動信號AS2可具體說明第二金屬氧 化半導體場效電晶體T2之開關狀態。第一評估單元3 0 1係 被提供來決定第一狀態信號ST1，而第二評估單元3 0 2係被 提供來決定第-4狀態信號ST2。這些評估單元301，3 0 2係 分別饋送電流量測信號S 1 1，S1 2，其與第一及第二金屬氧 化半導體場效電晶體ΤΙ，T2之閘極充電電流Igl，Ig2成比 例。各例中該電流量測信號S 11，S1 2係對應跨越反向器之 目前開啟電晶體P 1，N 1，P 2，N 2之負載路徑之電壓降。此 例中，為了在反向器之兩電晶體間做交換，開關SW1，SW2 係分別被上游連接至各評估單元3 0 1，3 0 2，其開關係視各 驅動信號A S 1，A S 2而定來驅動來施加目前分別被驅動於開 啟狀態之跨越電晶體之負載路徑之電壓至評估單元3 0 1， 3 0 2 ° 評估單元3 0 1，3 0 2係依據參考前圖解釋之評估單元來設 計，用來決定高侧開關之開關狀態之評估單元3 0 1係較佳 依據第9圖被設計當作評估單元。

第27頁

Claims (1)

1. 六、申請專利範圍

   1.-種決定具有絕緣驅動電極⑹之電晶 去，該驅動電極（G)係基於開啟週期内視驅動f ^態之方 充電，或於關閉週期内基於該驅動信號虎（ΠΟ而 電·晶體係基於該驅動電極（G)而開啟或關閉放電 且該 該驅動電極（G)之充電及敌電電流（Ig)之 係評估 六於該驅動電極（G)之_荷之時域輪廊來 ’且其中基於該開關狀態而提供-狀態信於(：開關狀 2 士口 Φ譆糞刹銘！¥1始j I 1ST) #廓或被儲 步驟 2.如中請專利範圍第说之方法，其1)。 : u s成下列方法 -基於該充電及放電I、、六r τ π、α+上 电甩流CIg)M柃供電流量測信 (51) -對時間整合該電流量測信號（s丨）來提供 (52) ， ' -比較该充電信號（S 2 )及一第一參考信號（v r e f 1 於該比較結果以提供開關狀態之狀態信號（S τ )。 3 ·如申請專利範圍第2項之方法，其中於一開啟週期 期間，一充電電流（I g )係流至該控制電極（G )，該充電作 號（S2)之最大值（S2max)係被決定，且其中該第一參考^ 號（Vrefl)係基於該被決定之最大值（S2max)來設定。 4 ·如申請專利範圍第1項之方法，其具有該下列方法 步驟： -於該電晶體之一驅動週期期間：決定第一電荷量被儲存 於該驅動電極（G )之第一瞬間點（11 )及第二電荷量被館存 於該驅動電極（G)之第二瞬間點（t2)間之第一持續期間 充電信號 基

   fI2772"96 入·' …： ……一…一一… ^3108445_年 月_Θ_修正_ 六、申請專利範圍 (TS)， -於該電晶體之一接續驅動週期期間：決定第一電荷量 (Q g 1 )被儲存於該驅動電極（G )之第三瞬間點， -提供一狀態信號（ST )，其具有第四瞬間點處之一位準改 變，該第四瞬間點係視該第三瞬間點（t 3 )及該第一持續期 間（TS)而定。 5 .如申請專利範圍第4項之方法，其中該第一持續期間 (TS)係於該電晶體關閉週期内被決定。

   6 .如申請專利範圍第1項之方法，其具有該下列方法步 驟： -於該電晶體之一驅動週期期間：決定第一電荷量被儲存 於該驅動電極（G )之第一瞬間點（11 )及第二電荷量被儲存 於該驅動電極（G )之第二瞬間點（12 )間之第一持續期間 (TS)， -比較該第一持續期間（TS)及參考持續期間（Tref)，及基 於該比較結果決定該第一電荷量值，及基於比較結果產生 該狀態信號（ST)。

   7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中當該第一持續期間 (TS)及該參考持續期間（Tref )間之差異小於一預定門檻值 時，該狀態信號之下降邊緣係基於該第一瞬間點（11 )而產 生。 8. 如申請專利範圍第6或7項之方法，其中當該第一持續期 間（TS)及該參考持續期間（Tref )間之差異大於一預定門檻 值時，該狀態信號之下降邊緣係基於該第二瞬間點（ΐ 2 )而

   第31頁 _7娜6 修正

   產生 :·如申請專利範圍第丨項之方法，其具有該下列方法步 0丨）=基於充電及放電電流（ig)提供〜電流量測信號 -於關閉週期期間：比較該電流 η 考信號（Vref3)， Fb CSl)及一參 、提 >供一狀態信號（ST)，其於該關閉週 測仏戒大小超過該參考值ef3)之 點=電流量 準改變，其中n為大於丨之整數。％間點處具有第η次位 1〇·如申請專利範圍第9項之方法，其中η = 2。 i1 Γ/Λ定奈具有絕緣驅動電極（G)之電晶體開關狀能夕 置，、可被連接至該驅動電極（G)且農呈 …之裝 --電流量測裝置（20)，其基於該電晶= 之下，： 電流（I g)以提供一電流量測信號（s 1 )， 電及放電 單元（3〇; 40)，該電流量測信’號（S1)可被饋、、， 態信號（ST)，而定及表示開關狀广扁以“供-開關狀 ϋ如/請專利範圍第u項之裳置，其中該評估單元（30) 係具有以下特徵： 平兀WU) 一整合單7〇 ( 3 1 )，該電流量測信號（s丨）可被饋送至且可 提供充電信號（S 2 )， ——比較器單元（32)，該充電信號（S2)及一第一參考信號 (Vrefl)可被饋送至且基於該充電信號（s2)及該第一參考

   第32頁 際_6 年 月 曰_ 六、申請專利範圍 信號（Vref 1 )之比較而提供一狀態信號（ST)。 1 3 ·如申請專利範圍第丨2項之裝置，其具有一最大值獲取 單元（33)，該充電信號（S2)可被饋送至且可提供最大值信 號（S2max)，其表示在一預定時間間隔内之充電信號（S2) 黾大值，該第一參考信號（Vref 1 )係視該最大值信號 (S2max)而定。 1 4 ·如申請專利範圍第丨丨項之裝置，其中該評估單元（3 〇 ) 係具有以下特徵： ——整合單元（3 1 )，該電流量測信號（s丨）可被饋送至且可 提供一充電信號（S 2 )， ——第一比較器單元（32)，該充電信號（S2)及第一參考信 號（V r e f 1 )可被饋送至且基於該充電信號（s 2 )及該第一參 考信號（V r e f 1 )之比較而提供一第一比較信號（s τ 3 2 )， -一第二比較器單元（3 4 )，該充電信號（s 2 )及第二參考信 號（Vref 2)可被饋送至且基於視該充電信號（S2)及該第二 參考信號（Vref 2)之比較而提供一第二比較信號（ST34)， -一時間獲取單元（3 5 )，該第一及第二比較信號（ST 3 2， ST34)可被饋送至且基於視該第一比較信號（ST32 )之位準 改變及該第二比較信號（ST 3 4 )之位準改變間之時域距離而 提供一時間信號（T S )， -一組合單元（3 5 )，該第一比較信號（st 3 2 )及該時間信號 (T S )可被饋送至且基於該第一比較信號（s τ 3 2)及該時間信 號（TS)而提供一狀態信號（ST)。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項之裝置，其中該第二比較信號

   第33頁 六、申請專利範圍 (ST34)亦被饋送至該組合電路（35)，當該時間信號小於 預定值時，該組合單元（35)係被設計輪出第二比較^俨號 (8丁34)以做為狀態信號（31〇。 " 16·如申請專利範圍第15項之袭置’其具有一最大值獲取 單元（3 3 )，該充電信號（S 2 )可被饋送至且可提供一最大值 信號（S2max)，其表示在一預定時間間隔内之充電信號 (S 2 )之一隶大值，该弟一參考信號（vrefi )及該第二參考 信號（Vref 2)係視該最大值信號（S2max)而定。

   1 7 ·如申请專利範圍第1 1項之裝置，其中該評估單元（3 〇 ) 係具有以下特徵： ——整合單元（3 1 )，該電流量測信號（s 1)可被饋送至且可 提供一充電信號（S 2 )， ——第一比較器單元（32)，該充電信號（S2)及一第一參考 信號（V r e f 1 )可被饋送至且基於視該充電信號（s 2 )及該第 一參考信號（V r e f 1 )之比較而提供一第一比較信號 (ST32)， -一第二比較器單元（3 4 )，該充電信號（s 2 )及一第二參考 信號（V r e f 2 )可被饋送至且基於該充電信號（s 2 )及該第二 參考信號（Vr e f 2 )之比較而提供—第二比較信號（ST 3 4 )， -一時間獲取單元（3 5 )，該第一及第二比較信號（st 3 2， ST34)可被饋送至且基於該第一比較信號（ST32)之位準改 變及该弟一比車父彳§號（S T 3 4 )之位準改變間之一時域距離而 提供一時間信號（TS)， -一比較單元（3 7 )，該時間信號（T S )及一參考信號（T r e f )

   第34頁 —一——·一一〜案號--納_年月曰___ 六、申請專利範圍 可被饋送至且其視該時間信號（TS)及該參考信號（Tref)之 比較來設定該第一參考信號（Vre f 1 )，且其提供一比較信 號（S38)， ―組合單元（38)，該第一比較信號（ST 3 2)及該比較信號 (S3 8)可被饋送至且基於視該第一比較信號（ST 3 2)及該比 較信號而提供狀態信號（ST )。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項之裝置，其中該第二比較信號 (S T 3 4 )亦被饋送至該組合單元（3 8 )，該第一或第二比較信 號（S T 3 2 ’ S T 3 4 )係依據該比較信號（s 3 8 )被輸出當作狀態 信號（ST)。 1 9 ·如申請專利範圍第1 1項之裝置，其中該評估單元（4 〇 ) 係具有以下特徵： ——比較器單元（4 1 )，該電流量測信號（s丨）及一第三參考 信號（Vre f 3)可被饋送至且可提供一比較信號（S3)， 一計數器裝置（43)，其被下游連接至該比較器裝置且被 設計來計數該比較信號（S3)之位準改變，且可基於該計數 器讀取而提供一計數信號（s 4 )， -一計數器信號評估單元（44 )，該計數器信號可被饋送至 且基於該計數器信號（S4)而提供該狀態信號（ST)。 20.如申請專利範圍第19項之裝置，其中該計數器裝置 (43)可假設該計數器信號（S4)依賴之n計數器讀取，且i 中該計數器評估單元（44)可提供一狀態信號（ST)，复告兮 叶數器讀取從該計數器讀取之—特定計數器讀取改變^ ^ 計數器讀取之另一特定計數器讀取時，呈現一位準改變:

   案號一 93士θθ445 Λ：_ 曰 修正 六、申請專利範圍 2 1 .如申請專利範圍第2 0項之裝置，其中該計數器裝置可 假設兩計數言買取。 2 2 .—種驅動具有第一及第二電晶體（Τ 1，Τ 2 )之半橋電路 之第一電晶體（Τ 1，Τ 2 )之方法，其負載路徑係被串聯，該 灰法係具有該下列方法步驟： -使用如申請專利範圍第1至7項之一之方法來決定該第二 電晶體（Τ2，Τ1 )之開關狀態， -基於該該第二電晶體（Τ2，Τ 1 )之該開關狀態來驅動該第 一電晶體（ΤΙ， Τ2)。 2 3 .如申請專利範圍第2 2項之方法，其中該第一電晶體 (丁1，Τ2)之該開關狀態係以如申請專利範圍第1至6項之一 之方法為基礎來決定，且其中該第二電晶體（Τ2，Τ1 )係基 於該第一電晶體（Τ 1，Τ2 )之該開關狀態來驅動。

   第36頁