阅读说明：本技术 用于开关氮化镓（GaN）器件的驱动器 (Driver for switching gallium nitride (GaN) devices ) 是由 R·彭佐 M·加尔瓦诺 于 2019-07-31 设计创作，主要内容包括：本公开的实施例提供了用于开关氮化镓(GaN)器件的驱动器。一种用于开关氮化镓(GaN)器件的设备包括高侧驱动器、低侧驱动器、以及高侧充电电路。高侧驱动器适于使用高侧电源来控制高侧GaN器件。低侧驱动器适于使用低侧电源来控制低侧GaN器件。高侧充电电路适于当低侧驱动器激活低侧GaN器件时,利用低侧电源来对高侧电源充电。(Embodiments of the present disclosure provide drivers for switching gallium nitride (GaN) devices. An apparatus for switching a gallium nitride (GaN) device includes a high-side driver, a low-side driver, and a high-side charging circuit. The high-side driver is adapted to control the high-side GaN device using a high-side power supply. The low-side driver is adapted to control the low-side GaN device using the low-side power supply. The high-side charging circuit is adapted to charge the high-side power supply with the low-side power supply when the low-side driver activates the low-side GaN device.)

用于开关氮化镓(GaN)器件的驱动器

技术领域

本公开涉及用于驱动氮化镓(GaN)器件、特别是半桥开关应用中的GaN器件的电路。

背景技术

氮化镓(GaN)器件具有期望的特性，这使得GaN器件与半桥开关应用中的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)相比较更为合适，特别是当需要高频率和高效率时。例如，与MOSFET相比较，GaN器件可以具有更快的开关速度和/或更小的封装。而且，GaN器件可以省略寄生体二极管，这不会产生反向恢复损耗。进一步地，GaN器件能够反向导通。如此，GaN器件可以省略外部反并联二极管。

发明内容

一般而言，本公开涉及一种用于氮化镓(GaN)器件的驱动器，该驱动器具有利用低侧电源来充电的高侧电源。例如，驱动器可以适于当低侧驱动器激活低侧GaN器件时，利用低侧电源来对高侧电源充电。这样，驱动器可以将高侧电源充电到期望的浮动电压，而不必依赖于用于对由高侧电源输出的电压进行后调节或者将由高侧电源输出的电压进行钳位的附加部件。

在一个示例中，一种用于开关GaN器件的设备包括：高侧驱动器，适于使用高侧电源来控制高侧GaN器件；低侧驱动器，适于使用低侧电源来控制低侧GaN器件；以及高侧充电电路，适于当低侧驱动器激活低侧GaN器件时，利用低侧电源来对高侧电源充电。

在另一示例中，一种用于驱动GaN器件的方法包括：使用高侧电源来控制高侧GaN器件；使用低侧电源来控制低侧GaN器件；以及当低侧驱动器激活低侧GaN器件时，使用低侧电源来对高侧电源充电。

在另一示例中，一种用于控制功率转换器的系统包括：高侧GaN器件；低侧GaN器件；高侧驱动器，适于使用高侧电源来控制高侧GaN器件；低侧驱动器，适于使用低侧电源来控制低侧GaN器件；以及高侧充电电路，适于当低侧驱动器激活低侧GaN器件时，利用低侧电源来对高侧电源充电。

在附图和以下描述中阐述了这些示例和其他示例的细节。根据说明书和附图以及权利要求，其他特征、目的和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是图示了根据本发明的一种或多种技术的用于具有利用低侧电源充电的高侧电源的氮化镓(GaN)器件的驱动器的框图。

图2是图示了根据本公开的一种或多种技术的图1的驱动器的第一示例的电路图。

图3是图示了根据本公开的一种或多种技术的图1的驱动器的第二示例的电路图。

图4是图示了根据本公开的一种或多种技术的图1的驱动器的第三示例的电路图。

图5是图示了根据本公开的一种或多种技术的图1的驱动器的第四示例的电路图。

图6是根据本公开的一种或多种技术的图1的驱动器的性能的第一图示。

图7是根据本公开的一种或多种技术的图1的驱动器的性能的第二图示。

图8是根据本公开的一种或多种技术的图1的驱动器的性能的第三图示。

图9是根据本公开的一种或多种技术的用于驱动GaN器件的方法的流程图。

具体实施方式

驱动氮化镓(GaN)增强型高电子迁移率晶体管(e-HEMT)时的困难在于，GaN e-HEMT与金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)相比的栅极电压范围窄(通常为-4V/+6V)。GaN e-HEMT的另一特性是栅极-源极电压“V_GS”小于零(例如，V_GS≤0V)的反向电流是“二极管状(diode-like)”并且当相对于漏极的栅极电压超过GaN e-HEMT的电压阈值“V_th”时被建立。源极-漏极电压“V_SD”的示例如下。

V_SD＝V_SG+V_GD＝-V_GS+V_th+I*R_{rev_ON} (等式1)

其中“V_SG”是源极-栅极电压，“V_GD”是栅极-漏极电压，“I”是GaN e-HEMT处的电流，并且“Rrev_ON”是GaN e-HEMT的电阻。

假设电压阈值“V_th”在1.5V-2V的范围内，则源极-漏极电压“V_SD”通常高于硅功率MOSFET的电压阈值。对于高电压和高dV/dt的kW应用，GaN e-HEMT可能利用负的栅极-源极电压“V_GS”被关断，从而进一步增加GaN e-HEMT器件反向操作所需的源极-漏极电压“V_SD”。

在使用低侧续流的应用中，诸如但不限于在使用高侧GaN e-HEMT器件和低侧GaNe-HEMT器件的半桥开关应用中，这种GaN e-HEMT特性可能是不合需要的。例如，当高侧GaNe-HEMT“T_H”关断时，正的电感器电流被迫在低侧上流动，低侧进入反向导通，这导致在死区开关期间开关节点电压等于低侧GaN e-HEMT“T_L”的源极-漏极电压“V_DS”电压。在基于自举(bootstrap)电容器的高侧驱动器中，开关节点处的负电压(例如，高侧驱动器浮动接地)可能将自举电容器过充电至高于GaN源极-漏极电压“V_GS”的最大额定值，这可能导致损坏高侧GaN e-HEMT器件。

在一些系统中，附加的后调节电路被用来调节自举电压，以在保留驱动能力的同时避免损坏GaN e-HEMT。在其他系统中，附加的外部(或内部)齐纳二极管(加上电阻器)被用于钳位自举电压，以在保留驱动能力的同时避免损坏GaN e-HEMT。在其他系统中，当低侧GaN e-HEMT器件关闭时(例如，在开路状态下操作)，其体二极管背靠背连接到自举二极管的附加串联开关被用于切断再充电路径。

根据本文中所描述的一种或多种技术，驱动器可以包括高侧充电电路，高侧充电电路适于当低侧驱动器激活低侧GaN器件时，利用低侧电源来对高侧电源充电。例如，驱动器可以适于将自举二极管连接到低侧GaN e-HEMT栅极，从而重新使用已经存在的栅极上拉pMOS作为阻塞开关，优化低侧GaN e-HEMT接通和与自举电容器再充电路径激活之间的同步，因此保护应用免受自举过充电的影响，无需额外的引脚和硅成本。包括这种高侧充电电路的一些优点可以包括但不限于例如低侧接通与自举电容器再充电路径激活之间的最佳时序、没有附加外部或内部部件、以及没有附加驱动器引脚。

图1是图示了根据本发明的一种或多种技术的具有利用低侧电源充电的高侧电源的GaN器件的驱动器的框图。图1示出了系统100，系统100包括低侧电源102、低侧驱动器104、低侧GaN器件106、高侧充电电路110、高侧电源112、高侧驱动器114、高侧GaN器件116、以及转换器元件124。系统100可以包括除所示那些部件之外的其他部件。在一些示例中，系统100可以实现为单个或多个集成电路(IC)封装。

低侧电源102可以被配置为向系统100的一个或多个其他部件提供电力。例如，低侧电源102可以被配置为在低侧GaN器件106的栅极处供应电荷。在一些示例中，低侧电源102可以是功率转换器、功率逆变器、调节器或其他功率转换电路的输出。例如，低侧电源102可以是直流(DC)到DC功率转换器、交流(AC)到DC功率转换器、DC到AC功率逆变器、线性调节器或其他功率转换电路的输出。

低侧驱动器104可以适于使用低侧电源102来控制低侧GaN器件106。例如，低侧驱动器104可以包括将低侧GaN器件106的栅极耦合到低侧电源102的正端子或低侧电源102的负端子(例如，接地)的开关元件。开关元件的示例可以包括但不限于结型场效应晶体管(JFET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、双栅极MOSFET、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、任何其他类型的FET、或者开关元件的任何组合。MOSFET的示例可以包括但不限于p沟道MOSFET(pMOS)、n-沟道MOSFET(nMOS)、双扩散MOSFET(DMOS)、或者任何其他类型的MOSFET、或者它们的任何组合。在一些示例中，开关元件可以包括高电子迁移率晶体管、基于GaN的晶体管、或者另一开关元件。其他材料也可以用于实现开关元件。

低侧驱动器104可以包括低侧驱动电路，低侧驱动电路适于选择性地驱动开关元件，以将低侧GaN器件106的栅极耦合到低侧电源102的正端子或低侧电源102的负端子(例如，接地)。低侧驱动电路可以包括调制(例如，脉冲宽度调制)控制器。例如，低侧驱动电路可以在脉冲宽度调制周期的第一部分期间向开关元件输出高信号(例如，逻辑‘1’)，以使开关元件将低侧GaN器件的栅极耦合到低侧电源102的正端子。在该示例中，低侧驱动电路可以在脉冲宽度调制周期的第二部分期间向开关元件输出低信号(例如，逻辑‘0’)，以使开关元件将低侧GaN器件106的栅极耦合到低侧电源102的负端子。在一些示例中，低侧驱动电路可以在脉冲宽度调制周期的第三部分期间向开关元件输出一个或多个死区时间信号，以使开关元件将低侧GaN器件106的栅极与低侧电源102解耦。

低侧驱动电路可以包括硬件、软件、固件或其任何组合的任何合适布置。低侧驱动电路可以包括任何一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或任何其他等效的集成或离散逻辑电路、以及这些部件的任何组合。当低侧驱动电路包括软件或固件时，低侧驱动电路还可以包括用于存储和执行软件或固件的任何必要硬件，诸如一个或多个存储器以及一个或多个处理器或处理单元。一般而言，处理单元可以包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC、FPGA或者任何其他等效的集成或离散逻辑电路、以及这些部件的任何组合。

高侧电源112可以适于向系统100的一个或多个其他部件提供电力。例如，高侧电源112可以适于在高侧GaN器件116的栅极处供应电荷。在一些示例中，高侧电源112可以是浮动的。例如，高侧电源112可以具有负端子，该负端子具有与系统100的接地(例如，低侧电源102的负端子)不同的电压。在一些示例中，高侧电源112包括电容器。电容器可以包括适于在电场中存储电能的电气部件。被配置为在电场中存储电能的电气部件的示例可以包括但不限于陶瓷电容器、薄膜电容器、电解电容器(例如，铝、钽、铌等)、超级电容器(例如，双层、准电容器(pseudocapacitor)、混合电容器)、云母电容器或其他电容器。尽管本公开的示例可以将电容器称为单个电容器，但是在一些示例中，电容器可以为电容元件阵列。在一些实例中，高侧电源112可以包括由并联和/或串联耦合的电容元件阵列形成的电容器。在一些实例中，每个电容元件可以是分立部件，而在其他实例中，每个电容元件可以被包含在单个封装(例如，电容器阵列)内。

高侧驱动器114可以包括高侧驱动电路，高侧驱动电路适于选择性地驱动开关元件，以将高侧GaN器件116的栅极耦合到高侧电源112的正端子或高侧电源112的负端子。高侧驱动电路可以包括调制(例如，脉冲宽度调制)控制器。例如，高侧驱动电路可以在脉冲宽度调制周期的第一部分期间向开关元件输出高信号(例如，逻辑‘1’)，以使开关元件将高侧GaN器件116的栅极耦合到高侧电源112的正端子。在该示例中，高侧驱动电路可以在脉冲宽度调制周期的第二部分期间向开关元件输出低信号(例如，逻辑‘0’)，以使开关元件将高侧GaN器件116的栅极耦合到高侧电源112的负端子。在一些示例中，高侧驱动电路可以在脉冲宽度调制周期的第三部分期间向开关元件输出一个或多个死区时间信号，以使开关元件将高侧GaN器件116的栅极与高侧电源112解耦。

高侧驱动电路可以包括硬件、软件、固件或其任何组合的任何合适布置。高侧驱动电路可以包括任何一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或任何其他等效的集成或离散逻辑电路、以及这些部件的任何组合。当高侧驱动电路包括软件或固件时，低侧驱动电路还可以包括用于存储和执行软件或固件的任何必要硬件，诸如一个或多个存储器以及一个或多个处理器或处理单元。

高侧充电电路110可以适于当低侧驱动器104激活低侧GaN器件106时，利用低侧电源102来对高侧电源112充电。在一些示例中，高侧充电电路110可以适于防止电流从高侧电源112流动到低侧驱动器104、并且准许电流从低侧驱动器104流动到高侧电源112。例如，高侧充电电路110可以被配置为生成通道，当低侧驱动器104激活低侧GaN器件106时，该通道将低侧电源102电子地耦合到高侧电源112。例如，高侧充电电路可以耦合到低侧驱动器104的输出和/或低侧GaN器件106的栅极。在一些示例中，高侧充电电路110可以包括二极管，该二极管防止电流从高侧电源112流动到低侧电源102、并且准许电流从低侧电源102流动到高侧电源112。在一些示例中，高侧充电电路110可以包括开关，该开关被选择性地激活，以防止电流从高侧电源112流动到低侧电源102、并且准许电流从低侧电源102流动到高侧电源112。

转换器元件124可以适于在负载处提供目标电压、电流或功率。转换器元件124可以包括例如电容器、电感器、电阻器、变压器、传感器或者另一转换器元件中的一个或多个。在一些示例中，负载耦合到转换器元件124，该转换器元件124被配置为接收由转换器元件124输出的目标电压、电流或功率。

与依赖于专用电路以用于调节高侧电源112处的电压相反，高侧充电电路110适于当低侧驱动器104激活低侧GaN器件106时，利用低侧电源102来对高侧电源112充电。例如，当低侧驱动器104将低侧GaN器件106的栅极耦合到低侧驱动器104的正端子时，高侧充电电路110可以将高侧电源112的正端子耦合到低侧驱动器104的正端子。在该示例中，低侧GaN器件106形成将低侧电源102的负端子和高侧电源112耦合的通道，使得低侧电源102对高侧电源112充电。例如，低侧GaN器件106形成将低侧电源102的负端子和高侧电源112耦合的通道，使得高侧电源112对高侧电源112的电容器充电。

图2是图示了根据本公开的一种或多种技术的图1的驱动器的第一示例的电路图。如所示出的，系统200包括低侧电源202、低侧驱动器204、低侧GaN器件206、高侧充电电路210、高侧电源212、高侧驱动器214、高侧GaN器件216、以及转换器元件224。系统200可以包括除所示部件之外的附加部件。在一些示例中，系统200可以实现为单个或多个IC封装。低侧电源202、低侧驱动器204和低侧GaN器件206可以分别是低侧电源102、低侧驱动器104、低侧GaN器件106的示例。高侧电源212、高侧驱动器214和高侧GaN器件216分别是高侧电源112、高侧驱动器114和高侧GaN器件116的示例。如所示出的，高侧电源212可以包括电容元件(例如，电容器)。高侧充电电路210是高侧充电电路110的示例，并且转换器元件224是转换器元件124的示例。例如，转换器元件224可以包括电感器。仅出于示例性目的，在图1的上下文中对图2进行了描述。

如所示出的，高侧GaN器件216包括耦合到高侧驱动器214的控制节点、耦合到功率转换器电源的正端子215的第一节点、以及耦合到用于功率转换器的一个或多个转换器元件224的第二节点，该功率转换器适于从功率转换器电源接收功率、并且输出调节后的电压或调节后的电流。在该示例中，低侧GaN器件206包括耦合到低侧驱动器204的控制节点、耦合到一个或多个转换器元件224的第一节点、以及耦合到功率转换器电源的负端子217的第二节点。功率转换器电源可以是线性稳压器、功率转换器、功率逆变器或另一稳压电源的输出。例如，功率转换器电源可以是直流(DC)到DC功率转换器、交流(AC)到DC功率转换器、DC到AC功率逆变器或另一稳压电源的输出。功率转换器电源可以包括电池，该电池可以被配置为存储电能。电池的示例可以包括但不限于镍镉、铅酸、镍金属氢化物、镍锌、氧化银、锂离子、锂聚合物、任何其他类型的可充电电池、或者电池的任何组合。

低侧电源202包括与电容器232并联耦合的稳压电源230。稳压电源230可以是线性稳压器、功率转换器、功率逆变器或另一稳压电源的输出。例如，稳压电源230可以是直流(DC)到DC功率转换器、交流(AC)到DC功率转换器、DC到AC功率逆变器或另一稳压电源的输出。稳压电源230可以包括电池，该电池可以被配置为存储电能。

低侧驱动器204包括第一低侧开关元件234、第二低侧开关元件236、以及低侧驱动电路238。第一低侧开关元件234包括耦合到低侧电源202的正端子的第一节点、耦合到低侧GaN器件206的控制节点的第二节点、以及控制节点。第二低侧开关元件236包括耦合到低侧GaN器件206的控制节点的第一节点、耦合到低侧电源202的负端子的第二节点、以及控制节点。第一低侧开关元件234的控制节点和/或第二低侧开关元件236的控制节点可以耦合到低侧驱动电路238。

低侧驱动电路238可以适于在第一低侧开关元件234的控制节点处生成第一控制信号，以使第一低侧开关元件234在低侧电源202的正端子与低侧GaN器件206的控制节点之间建立第一低侧通道来激活低侧GaN器件206。在一些示例中，低侧驱动电路238可以适于在第二低侧开关元件236的控制节点处生成第二控制信号，以使第二低侧开关元件236在低侧电源202的负端子与低侧GaN器件206的控制节点之间建立第二低侧通道来去激活低侧GaN器件206。

高侧驱动器214包括第一高侧开关元件244、第二高侧开关元件246、以及高侧驱动电路248。第一高侧开关元件244包括耦合到高侧电源212的正端子的第一节点、耦合到高侧GaN器件216的控制节点的第二节点、以及控制节点。第二高侧开关元件246包括耦合到高侧GaN器件216的控制节点的第一节点、耦合到高侧电源212的负端子的第二节点、以及控制节点。第一高侧开关元件244的控制节点和/或第二高侧开关元件246的控制节点可以耦合到高侧驱动电路248。

高侧驱动电路248可以适于在第一高侧开关元件244的控制节点处生成第一控制信号，以使第一高侧开关元件244在高侧电源212的正端子与高侧GaN器件216的控制节点之间建立第一高侧通道来激活高侧GaN器件216。在一些示例中，高侧驱动电路248可以适于在第二高侧开关元件246的控制节点处生成第二控制信号，以使第二高侧开关元件246在高侧电源212的负端子与高侧GaN器件216的控制节点之间建立第二高侧通道来去激活高侧GaN器件216。

高侧充电电路210包括二极管250。如所图示的，二极管250包括耦合到低侧驱动器204的阳极以及耦合到高侧电源212的阴极，以防止电流从高侧电源212流动到低侧驱动器204、并且准许电流从低侧驱动器204流动到高侧电源212。

与依赖于专用电路以用于调节高侧电源212处的电压相反，高侧充电电路210适于当低侧驱动器204激活低侧GaN器件206时，利用低侧电源202来对高侧电源212充电。例如，当低侧驱动器204将低侧GaN器件206的栅极耦合到低侧电源202的正端子时，二极管250可以将低侧驱动器204耦合到高侧电源212的正端子。在该示例中，低侧GaN器件206形成将低侧电源202的负端子和高侧电源212的负端子耦合的沟道，使得低侧电源202对高侧电源212充电。例如，低侧GaN器件206形成将低侧电源202的负端子和高侧电源212的负端子耦合的沟道，使得低侧电源202对高侧电源212的电容器充电。

图3是图示了根据本公开的一种或多种技术的图1的驱动器的第二示例的电路图。如所图示的，系统300包括低侧电源302、低侧驱动器304、低侧GaN器件306、高侧充电电路310、高侧电源312、高侧驱动器314、高侧GaN器件316、以及转换器元件324，它们可以分别基本上类似于低侧电源202、低侧驱动器204、低侧GaN器件206、高侧充电电路210、高侧电源212、高侧驱动器214、高侧GaN器件216、以及转换器元件224。而且，系统300还包括低侧放电电路308和高侧放电电路318。系统300可以包括除了所示部件之外的附加部件。在一些示例中，系统300可以实现为单个或多个IC封装。仅出于示例性目的，在图1的上下文中对图3进行了描述。

低侧放电电路308适于减少从低侧驱动器304到低侧GaN器件306的电流流动，并且抑制从低侧GaN器件306到低侧驱动器304的电流流动的减少。低侧放电电路308可以包括电阻器352、二极管354、以及电阻器356。如所示出的，低侧放电电路308的第一侧耦合到低侧驱动器304，而低侧放电电路308的第二侧耦合到低侧GaN器件306。低侧放电电路308的第一侧耦合到二极管354的阴极和电阻器352的第一节点。二极管354的阳极耦合到电阻器356的第一节点。低侧放电电路308的第二侧耦合到电阻器356的第二节点和电阻器352的第二侧。

高侧放电电路318可以适于减少从高侧驱动器314到高侧GaN器件316的电流流动，并且抑制从高侧GaN器件316到高侧驱动器314的电流流动的减少。高侧放电电路318可以包括与低侧放电电路308类似布置的第一电阻器、二极管、以及第二电阻器。

在图3的示例中，高侧充电电路310适于当低侧驱动器304激活低侧GaN器件306时，利用低侧电源302来对高侧电源312充电。例如，当低侧驱动器304将低侧GaN器件306的栅极耦合到低侧电源302的正端子时，高侧充电电路310可以将低侧GaN器件306的栅极耦合到高侧电源312的正端子。在该示例中，低侧GaN器件306形成将低侧电源302的负端子和高侧电源312的负端子耦合的沟道，使得低侧电源302对高侧电源312充电。

图4是图示了根据本公开的一种或多种技术的图1的驱动器的第三示例的电路图。如所示出的，系统400包括低侧电源402、低侧驱动器404、低侧GaN器件406、高侧电源412、高侧驱动器414、高侧GaN器件416、以及转换器元件424，它们可以分别基本上类似于低侧电源202、低侧驱动器204、低侧GaN器件206、高侧电源212、高侧驱动器214、高侧GaN器件216、以及转换器元件224。系统400还包括高侧充电电路410。系统400可以包括除了所示那些部件之外的附加部件。在一些示例中，系统400可以实现为单个或多个IC封装。仅出于示例性目的，在图1的上下文中对图4进行了描述。

高侧充电电路410包括开关元件460和有源开关电路462。开关元件460包括耦合到高侧电源412的第一节点、以及耦合到低侧驱动器404和/或低侧GaN器件406的第二节点。有源开关电路462可以适于选择性地激活开关元件460，以防止电流从高侧电源412流动到低侧驱动器404、并且准许电流从低侧驱动器404流动到高侧电源412。

在图4的示例中，高侧充电电路410适于当低侧驱动器404激活低侧GaN器件406时，利用低侧电源402来对高侧电源412充电。例如，当低侧驱动器404将低侧GaN器件406的栅极耦合到低侧电源402的正端子时，有源开关电路462驱动开关元件460以将低侧GaN器件406的栅极耦合到高侧电源412的正端子。在该示例中，低侧GaN器件406形成将低侧电源402的负端子和高侧电源412的负端子耦合的通道，使得低侧电源402对高侧电源412充电。

图5是图示了根据本公开的一种或多种技术的图1的驱动器的第四示例的电路图。如所示出的，系统500包括低侧电源502、低侧驱动器504、低侧GaN器件506、高侧充电电路510、高侧电源512、高侧驱动器514、高侧GaN器件516、以及转换器元件524，它们可以分别基本上类似于低侧电源402、低侧驱动器404、低侧GaN器件406、高侧充电电路410、高侧电源412、高侧驱动器414、高侧GaN器件416、以及转换器元件424。而且，系统500还包括低侧放电电路508和高侧放电电路518。系统500可以包括除了所示那些部件之外的附加部件。在一些示例中，系统500可以实现为单个或多个IC封装。仅出于示例性目的，在图1和图4的上下文中对图5进行了描述。

低侧放电电路508适于减少从低侧驱动器504到低侧GaN器件506的电流流动，并且抑制从低侧GaN器件506到低侧驱动器504的电流流动的减少。低侧放电电路508可以包括电阻器552、二极管554、以及电阻器556。如所示出的，低侧放电电路508的第一侧耦合到低侧驱动器504，而低侧放电电路508的第二侧耦合到低侧GaN器件506。低侧放电电路508的第一侧耦合到二极管554的阴极和电阻器552的第一节点。二极管554的阳极耦合到电阻器556的第一节点。低侧放电电路508的第二侧耦合到电阻器556的第二节点和电阻器552的第二侧。

高侧放电电路518可以适于减少从高侧驱动器514到高侧GaN器件516的电流流动，并且抑制从高侧GaN器件516到高侧驱动器514的电流流动的减少。高侧放电电路518可以包括与低侧放电电路508类似布置的第一电阻器、二极管、以及第二电阻器。

在图5的示例中，高侧充电电路510适于当低侧驱动器504激活低侧GaN器件506时，利用低侧电源502来对高侧电源512充电。例如，当低侧驱动器504将低侧GaN器件506的栅极耦合到低侧电源502的正端子时，高侧充电电路510可以将低侧GaN器件506的栅极耦合到高侧电源512的正端子。在该示例中，低侧GaN器件506形成将低侧电源502的负端子和高侧电源512的负端子耦合的通道，使得低侧电源502对高侧电源512充电。

图6是根据本公开的一种或多种技术的图1的驱动器的性能的第一图示。图6的横坐标轴(例如，水平)表示时间，而图6的纵轴(例如，竖直)表示转换器元件124的输入处的转换器电压(SWN)602、高侧GaN器件116的栅极处的高侧开关电压(HX-SWN)604、低侧GaN器件106的栅极处的低侧开关电压(LX)606、以及高侧充电电路110处的自举电压608(Bootstrap_Diode)。

如所示出的，转换器电压602例如由于续流电感器电流流动而在死区时间610期间是负的。然而，自举电压608说明了高侧充电电路110在死区时间610期间阻止高侧电源112的充电。这样，高侧充电电路110可以避免在存在低侧续流电感器电流流动的情况下对高侧电源112的过充电。

图7是根据本公开的一种或多种技术的图1的驱动器的性能的第二图示。图7的横坐标轴(例如，水平)表示时间，而图7的纵轴(例如，竖直)表示转换器元件124处的电感器电流702、转换器元件124的输入处的转换器电压704、高侧电源112处的高侧电源电压706、高侧充电电路110处的自举电压708、以及高侧GaN器件116处的栅极-源极电压710。如所示出的，高侧电源电压706保持小于最大GaN电压额定值5伏，从而导致栅极-源极电压710小于最大GaN电压额定值。如此，本文中所描述的技术可以防止高侧电源112的过充电高于GaN源极-栅极电压“V_GS”的最大额定值。

图8是根据本公开的一种或多种技术的图1的驱动器的性能的第三图示。图8的横坐标轴(例如，水平)表示时间，而图8的纵轴(例如，竖直)表示转换器元件124的输入处的转换器电压802、高侧充电电路110处的自举电压804、低侧GaN器件106的栅极处的低侧开关电压806、以及由低侧驱动器104输出的低侧驱动电压808。如所图示的，当第一低侧开关元件234(例如，上拉pMOS)关闭(例如，去激活)时，第一低侧开关元件234的体二极管阻止来自低侧电源102(例如，VCC)的充电路径。当第一低侧开关元件234(例如，上拉pMOS)导通(例如，激活)时，充电路径有效，但是因为低侧GaN器件106接通(例如，激活)，所以转换器电压802没有危险。这样，即使在栅极驱动路径上存在附加外部部件，系统100也可以帮助实现低侧GaN器件106的低侧接通与自举电容再充电路径激活之间的期望时序。

图9是根据本公开的一种或多种技术的用于驱动GaN器件的方法的流程图。仅出于示例性目的，在图1至图8的上下文中对图9进行了描述。在操作中，低侧驱动器104使用低侧电源102来控制低侧GaN器件106(902)。高侧驱动器114使用高侧电源112来控制高侧GaN器件116(904)。当低侧驱动器104激活低侧GaN器件106时，高侧充电电路110利用低侧电源102来对高侧电源112充电(906)。

虽然已经参考说明性实施例对设备进行了描述，但是该描述并不旨在以限制意义来解释。参考说明书，对于本领域技术人员而言，说明性实施例以及本发明的其他实施例的各种修改和组合将是显而易见的。因此，所附权利要求旨在涵盖任何这样的修改或实施例。

以下示例可以说明本公开的一个或多个方面。

示例1.一种用于开关氮化镓(GaN)器件的设备，该设备包括：高侧驱动器，适于使用高侧电源来控制高侧GaN器件；低侧驱动器，适于使用低侧电源控制低侧GaN器件；高侧充电电路，适于当低侧驱动器激活低侧GaN器件时，利用低侧电源来对高侧电源充电。

示例2.示例1的设备，其中高侧充电电路适于防止电流从高侧电源流动到低侧驱动器、并且准许电流从低侧驱动器流动到高侧电源。

示例3.示例1至2的任何组合的设备，其中高侧充电电路包括二极管，二极管包括耦合到低侧驱动器的阳极以及耦合到高侧电源的阴极，以防止电流从高侧电源流动到低侧驱动器、并且准许电流从低侧驱动器流动到高侧电源。

示例4.示例1至3的任何组合的设备，其中高侧充电电路包括：开关元件，包括耦合高侧电源的第一节点以及耦合到低侧驱动器的第二节点；有源开关电路，适于选择性地激活开关元件，以防止电流从高侧电源流动到低侧驱动器、并且准许电流从低侧驱动器流动到高侧电源。

示例5.示例1至4的任何组合的设备，其中低侧电源包括与电压源并联耦合的电容器；以及其中高侧电源包括电容器。

示例6.示例1至5的任何组合的设备，包括以下项中的一项或多项：低侧放电电路，适于减少从低侧驱动器到低侧GaN器件的电流流动、并且抑制从低侧GaN器件到低侧驱动器的电流流动的减少；或者高侧放电电路，适于减少从高侧驱动器到高侧GaN器件的电流流动、并且抑制从高侧GaN器件到高侧驱动器的电流流动的减少。

示例7.示例1至6的任何组合的设备，其中低侧驱动器适于在低侧电源的正端子与低侧GaN器件之间建立第一低侧通道以激活低侧GaN器件，并且在低侧电源的负端子与低侧GaN器件之间建立第二低侧通道以去激活低侧GaN器件；以及其中高侧驱动器适于在高侧电源的正端子与高侧GaN器件之间建立第一高侧通道以激活高侧GaN器件，并且在高侧电源的负端子与低侧GaN器件之间建立第二高侧通道以去激活高侧GaN器件。

示例8.示例1至7的任何组合的设备，其中低侧驱动器包括：第一低侧开关元件，包括耦合到低侧电源的正端子的第一节点、耦合到低侧GaN器件的第二节点、以及控制节点；第二低侧开关元件，包括耦合到低侧GaN器件的第一节点、耦合到低侧电源的负端子的第二节点、以及控制节点；以及低侧驱动电路，适于在第一低侧开关元件的控制节点处生成第一控制信号，以使第一低侧开关元件在低侧电源的正端子与低侧GaN器件之间建立第一低侧通道来激活低侧GaN器件，并且在第二低侧开关元件的控制节点处生成第二控制信号，以使第二低侧开关元件在低侧电源的负端子与低侧GaN器件之间建立第二低侧通道来去激活低侧GaN器件。

示例9.示例1至8的任何组合的设备，其中高侧驱动器包括：第一高侧开关元件，包括耦合到高侧电源的正端子的第一节点、耦合到高侧GaN器件的第二节点、以及控制节点；第二高侧开关元件，包括耦合到高侧GaN器件的第一节点、耦合到高侧电源的负端子的第二节点、以及控制节点；以及高侧驱动电路，适于在第一高侧开关元件的控制节点处生成第一控制信号，以使第一高侧开关元件在高侧电源的正端子与高侧GaN器件之间建立第一高侧通道来激活高侧GaN器件，并且在第二高侧开关元件的控制节点处生成第二控制信号，以使第二高侧开关元件在高侧电源的负端子与高侧GaN器件之间建立第二高侧通道来去激活高侧GaN器件。

示例10.示例1-9的任何组合的设备，其中高侧GaN器件包括：耦合到高侧驱动器的控制节点、耦合到功率转换器电源的正端子的第一节点、以及耦合到用于功率转换器的一个或多个转换器元件的第二节点，该功率转换器适于从功率转换器电源接收功率、并且输出调节后的电压或调节后的电流；以及其中低侧GaN器件包括：耦合到低侧驱动器的控制节点、耦合到一个或多个转换器元件的第一节点、以及耦合到功率转换器电源的负端子的第二节点。

示例11.一种用于驱动氮化镓(GaN)器件的方法，该方法包括：使用高侧电源来控制高侧GaN器件；使用低侧电源来控制低侧GaN器件；以及当低侧驱动器激活低侧GaN器件时，利用低侧电源来对高侧电源充电。

示例12.示例11的方法，其中对高侧电源充电包括：防止电流从高侧电源流动到低侧驱动器；以及准许电流从低侧驱动器流动到高侧电源。

示例13.示例11至12的任何组合的方法，其中对高侧电压充电包括：选择性地激活开关元件，以防止电流从高侧电源流动到低侧驱动器、并且准许电流从低侧驱动器流动到高侧电源。

示例14.示例11至13的任何组合的器件，其中低侧电源包括与电压源并联耦合的电容器；以及其中高侧电源包括电容器。

示例15.示例11至14的任何组合的方法，其中控制高侧GaN器件包括：减少从高侧驱动器到高侧GaN器件的电流流动，以及抑制从高侧GaN器件到高侧驱动器的电流流动的减少；以及其中控制低侧GaN器件包括：减少从低侧驱动器到低侧GaN器件的电流流动，以及抑制从低侧GaN器件到低侧驱动器的电流流动的减少。

示例16.示例11至15的任何组合的方法，其中控制低侧GaN器件包括：在低侧电源的正端子与低侧GaN器件之间建立第一低侧通道以激活低侧GaN器件，并且在低侧电源的负端子与低侧GaN器件之间建立第二低侧通道以去激活低侧GaN器件；以及其中控制高侧GaN器件包括：在高侧电源的正端子与高侧GaN器件之间建立第一高侧通道以激活高侧GaN器件，并且在高侧电源的负端子与高侧GaN器件之间建立第二高侧通道以去激活高侧GaN器件。

示例17.示例11至16的任何组合的方法，其中控制低侧GaN器件包括：在第一低侧开关元件的控制节点处生成控制信号，以使第一低侧开关元件在低侧电源的正端子与低侧GaN器件之间建立第一低侧通道来激活低侧GaN器件；以及在第二低侧开关元件的控制节点处生成第二控制信号，以使第二低侧开关元件在低侧电源的负端子与低侧GaN器件之间建立第二低侧通道来去激活低侧GaN器件。

示例18.示例11至17的任何组合的方法，其中控制高侧GaN器件包括：在第一高侧开关元件的控制节点处生成第一控制信号，以使第一高侧开关元件在高侧电源的正端子与高侧GaN器件之间建立第一高侧通道来激活高侧GaN器件；以及在第二高侧开关元件的控制节点处生成第二控制信号，以使第二高侧开关元件在高侧电源的负端子与高侧GaN器件之间建立第二高侧通道来去激活高侧GaN器件。

示例19.示例11至18的任何组合的方法，其中高侧GaN器件包括：耦合到高侧驱动器的控制节点、耦合到功率转换器电源的正端子的第一节点、以及耦合到用于功率转换器的一个或多个转换器元件的第二节点，该功率转换器适于从功率转换器电源接收功率并且输出调节后的电压或调节后的电流；以及其中低侧GaN器件包括：耦合到低侧驱动器的控制节点、耦合到一个或多个转换器元件的第一节点、以及耦合到功率转换器电源的负端子的第二节点。

示例20.一种用于控制功率转换器的系统，该系统包括：高侧GaN器件；低侧GaN器件；高侧驱动器，适于使用高侧电源来控制高侧GaN器件；低侧驱动器，适于使用低侧电源来控制低侧GaN器件；以及高侧充电电路，适于当低侧驱动器激活低侧GaN器件时，利用低侧电源来对高侧电源充电。

已经在本公开中描述了各个方面。这些方面和其他方面处于以下权利要求的范围之内。