阅读说明：本技术 栅极接口电路 (Gate interface circuit ) 是由 A·穆里埃 P·瓦奎特 于 2019-05-31 设计创作，主要内容包括：一种电路,包括第一前馈路径和第一反馈路径,第一前馈路径被配置为使用来自栅极驱动器的第一栅极控制电压和第一功率开关的源极电压来确定第一功率开关的状态,并且基于第一功率开关的所确定的状态向第一功率开关的栅极施加栅极驱动电压,第一反馈路径被配置为向栅极驱动器提供第一功率开关的漏极电压的缩放值和第一功率开关的源极电压的缩放值,其中,第一前馈路径和第一反馈路径被配置为提供被耦合在栅极驱动器与第一功率开关之间的双向栅极接口。(a circuit includes a first feed-forward path configured to determine a state of a first power switch using a first gate control voltage from a gate driver and a source voltage of the first power switch, and to apply a gate drive voltage to a gate of the first power switch based on the determined state of the first power switch, and a first feedback path configured to provide a scaled value of a drain voltage of the first power switch and a scaled value of a source voltage of the first power switch to the gate driver, wherein the first feed-forward path and the first feedback path are configured to provide a bidirectional gate interface coupled between the gate driver and the first power switch.)

栅极接口电路

技术领域

本公开总体上涉及电子电路和系统，并且尤其涉及用于在栅极驱动器与功率开关之间提供栅极接口的电路和方法。

背景技术

电源系统可以包括功率控制电路、被耦合到功率控制电路并且由功率控制电路控制的多个功率开关(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))和被耦合到功率开关并且由功率开关驱动的负载(例如，电机)。

功率控制电路可以包括功率管理电路、驱动电路、控制逻辑、诊断逻辑或其他电路。功率管理电路可以被用于生成和/或调节电源电压。控制逻辑可以包括监测和控制电源系统的操作的微控制器。电机驱动器可以具有生成脉冲宽度调制信号的控制器，该脉冲宽度调制信号被用于产生用于电机的不同相的功率开关的驱动信号。

功率控制电路可以在半导体基底上被实现为集成电路(IC)芯片，诸如功率控制IC(也可以被称为栅极驱动器，或栅极驱动器IC)。由于栅极驱动器IC的小覆盖区和能量效率，栅极驱动器IC被广泛用于不同行业的各种应用和产品，例如消费电子、工业控制、医疗设备、航空和汽车。

根据电源系统的具体应用，电源系统的各种负载(例如，不同电机)可以在不同的电压下操作，并且可能需要与栅极驱动器IC不同的驱动能力。然而，栅极驱动器IC可能无法适应不同应用的所有不同要求(例如，驱动电压、驱动电流)。然而，为不同应用重新设计(例如，定制)栅极驱动器IC可能是昂贵且耗时的。本领域需要能够在使用同一栅极驱动器IC的同时适应各种应用的电源系统。

发明内容

根据本发明的实施例，一种电路包括第一前馈路径和第一反馈路径，第一前馈路径被配置为使用来自栅极驱动器的第一栅极控制电压和第一功率开关的源极电压来确定第一功率开关的状态，并且基于第一功率开关的所确定的状态向第一功率开关的栅极施加栅极驱动电压，第一反馈路径被配置为向栅极驱动器提供第一功率开关的漏极电压的缩放值和第一功率开关的源极电压的缩放值，其中第一前馈路径和第一反馈路径被配置为提供被耦合在栅极驱动器与第一功率开关之间的双向栅极接口。

根据本发明的实施例，一种电源系统包括栅极驱动器集成电路(IC)；多个功率开关；以及在栅极驱动器IC与多个功率开关中的第一功率开关之间的第一栅极接口，其中第一栅极接口被配置为：使用第一处理电路通过比较在栅极驱动器IC的第一输出引脚处提供的第一栅极控制电压和在栅极驱动器IC的第一输入引脚处的第一电压来确定是闭合还是断开第一功率开关，第一电压与第一功率开关的源极处的电压成比例；使用第一电平移位器将第一处理电路的输出电压移位到与第一处理电路的输出电压不同的第一电平移位器的输出电压；使用第一驱动电路在第一功率开关的栅极处提供驱动电压；以及使用第一电压适配电路向栅极驱动器IC发送第一功率开关的源极电压的值和漏极电压的值。

根据本发明的实施例，一种操作电源系统的方法，该电源系统包括被配置为被耦合在栅极驱动器集成电路(IC)与第一功率开关之间的第一栅极接口，该方法包括：由第一栅极接口从栅极驱动器IC接收第一栅极控制电压；由第一栅极接口通过比较第一栅极控制电压和与第一功率开关的源极电压成比例的电压来确定是闭合还是断开第一功率开关；由第一栅极接口基于是闭合还是断开第一功率开关的确定来在第一栅极接口的输出处生成栅极驱动电压；由第一栅极接口向第一功率开关的栅极施加栅极驱动电压；由第一栅极接口缩放第一功率开关的源极处的电压以生成经缩放的源极电压；以及由第一栅极接口向栅极驱动器IC发送经缩放的源极电压的值。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图的描述，在附图中：

图1图示了一个实施例中的电源系统的框图；

图2是一个实施例中的栅极驱动器IC的框图；

图3是一个实施例中的图1的电源系统的栅极接口逻辑单元(GILU)的框图；

图4图示了一个实施例中的栅极接口；

图5图示了另一实施例中的栅极接口；

图6图示了另一实施例中的栅极接口；

图7-9图示了各种实施例电源系统的框图；以及

图10是一些实施例中的操作电源系统的方法的流程图。

除非另有指示，否则不同附图中的相应数字和符号通常是指相应的部分。绘制附图是为了清楚地说明所公开的实施例的相关方面，而不一定按比例绘制。

具体实施方式

下面详细讨论当前公开的实施例的制造和使用。然而，应当理解的是，本发明提供了可以在各种具体环境中实现的很多可应用的发明概念。所讨论的具体实施例仅说明制造和使用本发明的具体方式，而非限制本发明的范围。

将结合具体上下文中的示例性实施例(即，电源系统和操作电源系统的方法)来描述本发明。

在本发明的实施例中，公开了一种电路，其提供被耦合在栅极驱动器IC与电源系统的功率开关之间的双向栅极接口。双向栅极接口允许栅极驱动器IC沿着前馈方向(例如，从栅极驱动器IC到功率开关)控制功率开关。双向栅极接口还允许功率开关的状态(例如，漏极电压、源极电压)沿着反馈方向(例如，从功率开关到栅极驱动器IC)被发送回栅极驱动器IC。在一些实施例中，双向栅极接口通过将来自栅极驱动器IC的栅极控制电压与功率开关的源极电压的测量值(例如，源极电压的缩放值)进行比较来确定功率开关的状态(例如，闭合或断开)，将栅极控制电压从第一电压移位到第二电压(例如，更高的电压)，并且向功率开关的栅极施加驱动电压。在一些实施例中，由于关于例如功率开关的源极漏极电压的状态信息经由双向栅极接口被发送回栅极驱动器IC，因此栅极驱动器IC可以监测和控制电源系统的操作。

图1图示了一个实施例中的电源系统100的框图。特别地，图1图示了示例性应用，其中电源系统100被用于控制三相电机111。电源系统100可以被用于例如操作汽车中的电动转向系统或动力制动系统。三相电机应用仅是非限制性示例，因为本文中公开的实施例系统和方法可以被应用于除了电机应用之外的其他应用。另外，本领域普通技术人员将理解，图1的电源系统100内可以存在其他连接和其他功能块。为清楚起见，并非在图1中图示了电源系统100的所有特征。

如图1所示，电源系统100包括栅极驱动器IC 107、栅极接口逻辑单元(GILU)109、功率开关(例如，高侧开关TH1、TH2和TH3以及低侧开关TL1、TL2和TL3)和三相电机111。栅极驱动器IC 107可以由具有电压V1(例如，12V)的第一电源供电，GILU 109和功率开关可以由具有电压V2(例如，48V)的第二电源供电。为了便于讨论，符号TH可以被用于统一指代高侧功率开关TH1、TH2和TH3，并且符号TL可以被用于统一指代低侧功率开关TL1、TL2和TL3。另外，符号THx可以被用于指代高侧功率开关(例如，TH1、TH2或TH3)之一，并且符号TLx可以被用于指代低侧功率开关(例如，TL1、TL2或TL3)之一。

图1还图示了附加特征，诸如位置传感器113(用于感测三相电机111的转子位置)、收发器101和数据总线103(例如，本地互连网络(LIN)总线)。栅极驱动器IC 107可以经由例如电流隔离器件105(例如，变压器或电容性电流器件)与收发器101通信，并且收发器101可以经由数据总线103与另一器件通信。栅极驱动器IC 107和GILU 109的细节在下文中参考图2-6进行讨论。

栅极驱动器IC 107可以包括多个模块，诸如电源模块108、控制器102和预驱动电路128。图2图示了可以在图1的电源系统100中使用的实施例栅极驱动器IC 107的框图。图2所示的示例是说明性的而非限制性的。具有其他结构的其他栅极驱动器IC也可以被用在电源系统100中。

参考图2，栅极驱动器IC 107的电源模块108可以是用于生成和/或调节预驱动电路128的电源电压的功率管理电路。控制器102可以是微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)等。在一些实施例中，控制器102基于来自预驱动电路128的电流感测块的反馈经由PWM信号PWM_H和PWM_L提供电机控制。控制器102还可以用作通信接口的总线主控器(例如，串行外设接口(SPI))。在操作期间，控制器102接收确定用于操作三相电机111的期望速度和方向的输入。PWM信号所基于的输入可以是例如告知控制器102进行以下操作的输入：加速电机，减速电机，停止电机，反转电机的方向，将电机的速度设置为特定速度和方向，等等。例如，在图1的电源系统100中，输入可以从汽车的方向盘轴上的位置传感器113确定。在一些实施例中，PWM信号由控制器102基于该输入并且基于三相电机111的当前状况和状态来创建，其中PWM信号被创建以将三相电机111的状态从第一状态改变到第二状态，其中第二状态是更接近三相电机111的目标状态的状态。

预驱动电路128内部具有若干逻辑块，诸如包含通信接口171(例如，SPI总线接口)、输入控制逻辑173和诊断逻辑175的数字核心块170。诸如电流感测块等反馈块179通过预驱动电路128从三相电机111提供反馈信息并且将其返回到控制器102。配置寄存器177允许配置预驱动电路128中的可配置设置。数字核心块170为三相中的每一相产生两个脉宽调制(PWM)信号(用于高侧MOSFET和低侧MOSFET)，通过三个半桥驱动器提供总共六个PWM开关信号，每个半桥驱动器具有两个驱动电路106，诸如高侧(HS)驱动器和低侧(LS)驱动器。每个驱动电路106的输出(例如，栅极控制电压)被发送到相应输出端口126以用于经由GILU109控制相应功率开关(例如，图1中的高侧功率开关TH之一或低侧功率开关TL之一)。

再次参考图1，栅极驱动器IC 107经由数据路径119与GILU 109通信。数据路径119可以包括在栅极驱动器IC 107的相应引脚(例如，输入引脚或输出引脚)与GILU 109之间的多个导电路径(例如，铜线)。数据路径119可以从栅极驱动器IC 107向GILU 109传送控制信号(例如，栅极控制电压)，并且还可以从GILU 109向栅极驱动器IC 107传送状态信息(例如，功率开关TH/TL的漏极电压和源极电压)。

GILU 109经由数据路径115与高侧功率开关TH通信，并且经由数据路径117与低侧功率开关TL通信。数据路径115和117中的每个可以包括在GILU 109与功率开关TH/TL之间的多个导电路径(例如，铜线)，这些导电路径可以从GILU 109向功率开关TH/TL传送控制信号(例如，栅极驱动电压)，并且还可以从功率开关TH/TL向GILU 109传送状态信息(例如，功率开关TH/TL的漏极电压和源极电压)。

在图1的示例中，GILU 109包括多个栅极接口150(也可以被称为双向栅极接口)。在所示实施例中，三相电机111的三相中的每一相由相应的高侧功率开关THx和相应的低侧功率开关TLx驱动，并且因此，GILU 109具有总共六个栅极接口150，其中每个栅极接口150被耦合在栅极驱动器IC 107与相应的功率开关THx或TLx之间。功率开关TH/TL可以是任何合适的开关，诸如场效应晶体管(FET)(例如，MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。本文中的讨论可以将功率开关TH/TL称为MOSFET，但是应当理解，可以使用任何合适的功率开关。

在一些实施例中，包括栅极接口150的GILU 109被实现为形成在单片半导体基底(诸如硅基底、锗基底、化合物半导体基底、合金半导体基底或其组合)上的集成电路(IC)。换言之，GILU 109的所有栅极接口150被集成到形成在单片半导体基底上的单个IC中。当然，这是一个示例。其他分割和集成方法是可能的，并且完全旨在被包括在本公开的范围内。例如，图7-9图示了栅极接口150具有不同集成度的其他实施例，其细节在下文中进行讨论。

图3是一个实施例中的图1的电源系统100的GILU 109的框图。为了便于讨论，图3中还图示了HS功率开关TH和低侧功率开关TL，它们位于GILU 109外部(因此不属于GILU109)。在图3的示例中，GILU 109的所有元件都被集成在具有输入引脚和输出引脚的IC中。

如图3所示，GILU 109包括用于驱动六个功率开关TH/TL的六个栅极接口150(参见图4-6中的细节)，并且栅极接口150具有相同或相似的结构。例如，在被配置为被耦合到栅极驱动器IC 107的相应引脚(例如，GH1_IN、SH1_OUT和SDH_OUT)与被配置为被耦合到第一功率开关TH1的相应引脚(例如，GH1_OUT、SH1_IN和SDH_IN)之间形成有第一栅极接口150，第一栅极接口150包括处理电路121、电平移位器123、驱动电路125、电压适配电路127和电压适配电路129。栅极接口150的更多细节在下文中参考图4-6进行讨论。

仍然参考图3，处理电路121的第一输入端子(例如，处理电路121的上部端子)被配置为接受来自栅极驱动器IC 107的栅极控制电压(例如，图2中的相应驱动电路106的输出电压)作为输入。处理电路121的第二输入端子(例如，处理电路121的下部端子)被耦合到电压适配电路127的输出端子，电压适配电路127被耦合到第一功率开关TH1的源极并且在输出端子处提供第一功率开关TH1的源极电压(例如，源极端子处的电压)的缩放值(例如，原始值的分数)。源极电压的缩放值也可以被称为源极电压的测量结果或测量值。处理电路121的第二输入端子还被耦合到GILU 109的输出引脚，GILU 109的输出引脚被耦合到栅极驱动器IC 107的相应输入引脚。

仍然参考图3，电压适配电路129被耦合到第一功率开关TH1的漏极，并且被配置为输出第一功率开关TH1的漏极电压(例如，漏极端子处的电压)的缩放值。漏极电压的缩放值也可以被称为漏极电压的测量结果或测量值。电压适配电路129的输出端子被耦合到GILU109的输出引脚，GILU 109的输出引脚被耦合到栅极驱动器IC 107的相应输入引脚。如图3所示，驱动电路125的输出被耦合到第一功率开关TH1的栅极，并且被配置为向第一功率开关TH1的栅极施加栅极驱动电压。

在图3中，在被耦合到栅极驱动器IC 107的GILU 109的相应引脚与被耦合到功率开关TH/TL的GILU 109的相应引脚之间形成有与上述第一栅极接口150相同或相似的五个附加栅极接口150(图3中未标记)。在一些实施例中，为了节省硬件，五个附加栅极接口中的每个包括电压适配电路127(被耦合到相应功率开关的源极)的实例，但是电压适配电路129(被耦合到相应功率开关的漏极)没有被形成在五个附加栅极接口中的每个内部。这是因为，所有HS功率开关TH的漏极电压相同(例如，等于电源电压V2)，因此来自电压适配电路129的测量值可以被用作所有HS功率开关TH的所测量的漏极电压。另外，每个LS功率开关TLx的漏极电压与相应HS功率开关THx的源极电压相同，因此在一些实施例中，被耦合到HS功率开关THx的源极的电压适配电路127的输出可以被用作LS功率开关TLx的所测量的漏极电压。

图3还示出了GILU 109中的电荷泵133。电荷泵133提供的电压(例如，48V)高于提供给电荷泵133的电池电压。例如，电荷泵133可以生成高于所提供的用于驱动驱动电路125以及驱动功率开关TH/TL的电池电压的电压15V。在一些实施例中，电荷泵133为功率开关TH/TL生成电源电压V2。在一些实施例中，为了保证功率开关的正确电源电压，形成欠压检测块131，欠压检测块131检查电荷泵133的输出电压，并且当电荷泵133的输出电压低于预定阈值时，向GILU 190的输出引脚发送诊断信号。欠压检测块131还可以检查电荷泵133的其他故障状况。在图3的示例中，电荷泵133和欠压检测块131由所有栅极接口150共享(例如，使用)。

在一些实施例中，由欠压检测块131生成的诊断信号是具有若干不同占空比的数字信号，其中每个占空比被用于指示由欠压检测块131检测到的电荷泵133的特定操作状况。例如，10％的占空比可以指示电荷泵133正常工作；20％的占空比可以指示电荷泵133的输出处的欠压状况；30％的占空比可以指示电荷泵133处的过温状况；并且40％的占空比可以指示电荷泵133处的开路故障状况。在一些实施例中，在欠压检测块131与栅极驱动器IC107的控制器102之间使用具有四个引脚的通信接口。上述诊断信号的示例是说明性的而非限制性的。用于生成诊断信号的其他方法是可能的，并且完全旨在被包括在本公开的范围内。

图4图示了一个实施例中的栅极接口150的框图。图4的栅极接口150可以被用作被耦合到图3中的第一功率开关TH1(图4中示出但不是栅极接口150的一部分)的第一栅极接口150，并且因此包括用于测量第一功率开关TH1的漏极电压的电压适配电路129。注意，GILU 109的其他栅极接口150(例如，被耦合到功率开关TH2、TH3、TL1、TL3和TL3的栅极接口150)类似于图4的栅极接口150，但没有电压适配电路129，以用于节省硬件的目的，如前所述。此外，栅极接口150可以可选地包括电荷泵133和欠压检测块131，这在每个栅极接口150独立形成(例如，每个栅极接口150形成在单独的IC中，如图7所示)的情况下是合适的。当多于一个栅极接口150一起被形成在例如同一IC上时，电荷泵133和欠压检测块131可以仅被形成一次并且由所有栅极接口150共享。换言之，在一些实施例中，电荷泵133的单个实例和欠压检测块131的单个实例被形成在IC上(例如，在栅极接口150外部)，并且由IC上的所有栅极接口150共享。在一些实施例中，栅极接口150使用分立组件形成。在其他实施例中，栅极接口150形成为半导体基底上的IC或IC的一部分。

参考图4，处理电路121包括比较器143，比较器143被配置为在比较器143的输入端子处经由栅极接口150的输入引脚(例如，GHx_IN)从栅极驱动器IC 107接收栅极控制电压。处理电路121还包括被耦合在比较器143的输入端子与电压适配电路127的输出端子之间的电容器141。可以包括分压器的电压适配电路127输出功率开关TH1的源极电压的测量值(例如，缩放值)。在一些实施例中，处理电路121通过比较来自栅极驱动器IC 107的栅极控制电压和第一功率开关TH1的源极电压的测量值来确定功率开关TH1的状态(例如，闭合或断开)。例如，处理电路121可以计算来自栅极驱动器IC107的栅极控制电压与第一功率开关TH1的源极电压的测量值之间的电压差，并且基于所计算的电压差来确定是闭合还是断开功率开关TH1。

图4图示了包括电流源(例如，压控电流源)145和147、以及电阻器149的电平移位器123。在一些实施例中，电平移位器123将处理电路121的输出电压移位到电平移位器123的输出电压(例如，电阻器149两端的电压降)，该输出电压可以不同于处理电路121的输出电压。例如，处理电路121的输出可以处于第一电源域(例如，0到12V或0到5V之间的电压)，并且电平移位器123的输出可以处于第二电源域(例如，0到48V之间的电压)。在所示实施例中，电平移位器123可以由电荷泵133的输出驱动(例如，供电)。

电平移位器123的输出电压被发送到驱动电路125，驱动电路125在驱动电路125的输出端子处生成驱动电压。如图4所示，驱动电路125由电荷泵133的输出供电，并且由驱动电路125生成的驱动电压被施加到功率开关TH1的栅极以控制功率开关TH1的切换。每个栅极接口150的处理电路121、电平移位器123和驱动电路125可以被统称为栅极驱动器IC 107与功率开关TH/TL之间的前馈路径。在一些实施例中，电荷泵133、电平移位器123和/或驱动电路125被设计为在驱动电路125的输出处实现适合于驱动功率开关(例如，TH/TL)(例如，匹配功率开关的要求)的目标驱动电压。

对于不同类型的应用，可以使用需要不同驱动能力(例如，驱动电压和/或驱动电流)的不同电机。在栅极接口150使用分立组件形成的实施例中，易于调节栅极接口150的设计以针对不同类型的电机实现不同驱动能力，使得同一栅极驱动器IC 107可以被用于不同应用。在栅极接口150形成在IC中的实施例中，栅极接口150仍然可以提供一定程度的灵活性以适应不同应用。例如，只要所需要的驱动电压小于栅极接口150的击穿电压，栅极接口150就可以被用作栅极驱动器IC 107与功率开关TH/TL之间的接口以提供不同的驱动电压，例如，通过向电荷泵133提供适当的输入电压以生成用于功率开关的目标驱动电压。在一些实施例中，电荷泵133是可重新配置的并且具有控制接口134，控制接口134可以被用于改变电荷泵133的配置以例如生成不同的输出电压。可重新配置的电荷泵提供附加灵活性以适应不同驱动能力要求，同时使用同一栅极驱动器IC 107。

仍然参考图4，电压适配电路127包括被耦合在功率开关TH1的源极与参考电压节点(例如，电接地)之间的分压器。电压适配电路127提供功率开关TH1的源极电压的测量值(例如，缩放值)。在所示实施例中，分压器由两个电阻器154和156形成，并且电阻器154两端的电压降在电压适配电路127的输出端子处被发出。在一些实施例中，电压适配电路127的输出是功率开关TH1的源极电压的三分之一。诸如齐纳二极管等电压限制器件152与电阻器154并联耦合以防止电压适配电路127的输出端子处的过电压。电压适配电路127的输出端子被耦合到栅极接口150的输出引脚(例如，SHx_OUT)，该输出引脚被耦合到栅极驱动器IC107的相应输入引脚。由于功率开关TH/TL可以以比栅极驱动器IC 107更高的电压(例如，48V)操作，所以由电压适配电路127提供的电压缩放可以防止对栅极驱动器IC107的损坏。

图4中的电压适配电路129具有与电压适配电路127相同的结构，并且被用于提供功率开关TH1的漏极电压的测量值(例如，缩放值，诸如1/3)。电压适配电路129的输出被耦合到栅极接口150的输出引脚(例如，SDH_OUT)，该输出引脚被耦合到栅极驱动器IC 107的相应输入引脚。在一些实施例中，通过计算电压适配电路129和127的输出之间的电压差，栅极驱动器IC 107可以因此监测每个功率开关TH/TL的漏极源极电压，该漏极源极电压指示功率开关的状态。每个栅极接口150的电压适配电路127和电压适配电路129(如果被形成)可以被统称为栅极驱动器IC 107与功率开关TH/TL之间的反馈路径。

图5图示了另一实施例中的栅极接口150的框图。栅极接口150类似于图4的栅极接口150，但是其中处理电路121、电平移位器123和驱动电路125的设计不同。在图5中，处理电路121具有第一放大器151和第二放大器153。第一放大器151具有第一输入端子(例如，图5中的第一放大器151的上部端子)和第二输入端子(例如，图5中的第一放大器151的下部端子)，其中第一放大器151的第一输入端子被配置为接受来自栅极驱动器IC 107的栅极控制电压作为输入。如图5所示，电阻器155被耦合在第一放大器151的第一输入端子与第二输入端子之间。

第二放大器153具有第一输入端子(例如，图5中的第二放大器153的上部端子)和第二输入端子(例如，图5中的第二放大器153的下部端子)，其中第二放大器153的第二输入端子被耦合到电压适配电路127的输出端子，并且因此被配置为接受第一功率开关TH1的源极电压的缩放值作为输入。第二放大器153的第二输入端子还被耦合到栅极接口150的输出引脚(例如，SHx_OUT)。如图5所示，电容器157被耦合在第二放大器153的第一输入端子与第二输入端子之间。电容器157在如下节点处被连接到电阻器155：该节点被耦合到第一放大器151的第二输入端子和第二放大器153的第一输入端子。

在一些实施例中，第一放大器151测量来自栅极驱动器IC 107的驱动电流，并且第二放大器153测量来自栅极驱动器IC 107的栅极控制电压。因此，处理电路121能够经由电平移位器123和驱动电路125向功率开关TH/TL传输栅极控制电压的形状和驱动电流的形状。换言之，处理电路121能够测量并且向后续处理块传输当栅极控制电压闭合或断开功率开关时驱动电流的瞬态行为(例如，瞬态电流)和栅极控制电压的瞬态行为(例如，瞬态电压)。

仍然参考图5，栅极控制电压和由处理电路121测量的驱动电流被发送到电平移位器123，电平移位器123是双电平移位器。电平移位器123类似于图4的电平移位器，但是具有附加硬件以支持来自处理电路121的两个测量值。电平移位器123由电荷泵133供电，并且将处理电路121的输出从第一电压电平移位到与第一电压电平不同(例如，更高)的第二电压电平。在一些实施例中，乘法系数(例如，大于1的比例因子)被内置到电平移位器123中以放大由处理电路121测量的驱动电流，使得栅极接口150能够提供改进的驱动能力以驱动大功率开关(例如，大MOSFET)。然后，电平移位器123的输出被发送到驱动电路125并且在驱动电路125的输出处被镜像。在所示实施例中，驱动电路125接受来自电平移位器123的经放大的驱动电流，并且为功率开关提供栅极电流。在一些实施例中，为了提供可缩放栅极电流，驱动电路125包括多个并联连接的基本电流源或电流镜。一个或多个电流源或电流镜根据电平移位器123的输出被激活以提供可缩放栅极电流。如图5所示，驱动电路125的输出被施加到功率开关TH1的栅极。类似于图4，电压适配电路127和129分别提供功率开关TH1的源极电压和漏极电压的测量值，这些测量值可以由栅极驱动器IC 107用来监测功率开关TH1的状态。驱动电路125的优点包括例如在栅极驱动器IC 107中使用可变栅极驱动器来控制功率开关的栅极的充电速度的能力以及在栅极控制电压和驱动电流的特定形状被传递到功率开关的情况下执行栅极驱动信号整形的能力。

图6图示了又一实施例中的栅极接口150的框图。图6的栅极接口150类似于图5的栅极接口，但是电压适配电路127的设计不同。具体地，图6的电压适配电路127具有被耦合在电阻器156与功率开关TH1之间的放大器159。在一些实施例中，当功率开关(例如，TH1、TL1)闭合时，功率开关TH1的源极电压可以很小(例如，小于1V)，当与分压器的比例因子(例如，1/3)耦合时，这在电压适配电路127的输出处产生甚至更小的电压。由于电压适配电路127的输出处的小电压可能导致低准确度，例如，当由电压适配电路127测量时。在一些实施例中，放大器159增加电压适配电路127的输出处的电压以提高测量准确度。在一些实施例中，电压限制器件152(例如，齐纳二极管)钳位电压适配电路127的输出处的电压以防止在功率开关关闭时的过电压。

各种实施例栅极接口150支持栅极驱动器IC 107与功率开关TH/TL之间的双向通信。来自栅极驱动器IC 107的控制信号(例如，栅极控制电压)经由栅极接口150被中继到功率开关，并且反馈信息(例如，功率开关的栅极电压和源极电压)经由栅极接口150被发送回栅极驱动器IC 107。由于栅极接口150可以通过使用栅极驱动器IC107与功率开关之间的栅极接口来移位电压并且改善驱动能力，所以同一栅极驱动器IC 107可以与具有不同驱动能力要求(例如，驱动电压)的不同功率开关一起使用。这极大地降低了用于为各种应用设计电源系统的产品开发成本和时间，并且允许在选择电源系统的组件(例如，栅极驱动器IC107、功率开关、三相电机)方面有更大的灵活性。栅极接口150的另一优点在于，它在栅极驱动器IC 107与功率开关TH/TL之间提供安全隔离。例如，如果功率开关TH/TL之一在操作期间发生故障(例如，短路)，则栅极驱动器IC 107将由于由栅极接口150提供的隔离而不会被损坏，尽管被耦合到损坏的功率开关的栅极接口150可能损坏。另外，由于栅极接口150的使用，栅极驱动器IC 107可以位于与功率开关TH/TL不同的电路板(例如，印刷电路板(PCB))上。这允许针对不同PCB板使用不同封装和/或不同技术，从而增加了设计选项的灵活性并且提供划分优化。

在图1所示的实施例中，GILU 109是将所有栅极接口150集成在一个单片半导体基底上的IC。这仅是示例而非限制。其他划分或实现是可能的，并且完全旨在被包括在本公开的范围内。图7-9图示了另外的实施例。

在图7中，每个栅极接口150被集成到单独的IC(形成在单独的单片半导体基底上)上，并且每个IC(包括栅极接口150)被用作栅极驱动器IC 107与相应功率开关之间的双向接口。通过将栅极接口150形成为单独的IC，增加了电源系统的稳健性。例如，如果功率开关发生故障，则只有包括被耦合到损坏的功率开关的栅极接口150的IC易于损坏，而其他IC中的其余栅极接口150继续起作用。因此，栅极驱动器IC 107可以能够检测损坏的功率开关(例如，通过监测功率开关的所测量的漏极源极电压并且将其与期望值进行比较)，报告错误状态，并且可以通过未损坏的栅极接口来控制未损坏的功率开关以在跛行回家模式下操作，直到例如停止电机是安全的。

在图8中，三个栅极接口150(每个被集成到单独的IC中)被用于驱动高侧功率开关TH，而低侧功率开关TL由栅极驱动器IC 107的驱动电路106(参见图2)经由数据路径104来驱动。数据路径104是双向路径，其例如从栅极驱动器IC 107向低侧功率开关TL传送控制信号并且从低侧功率开关TL向栅极驱动器IC 107传送状态信息。

在图9中，三个栅极接口150被集成到同一IC中以形成GILU109，并且GILU 109被用于驱动高侧功率开关TH。低侧功率开关TL由栅极驱动器IC 107的驱动电路106(参见图2)经由数据路径104来驱动。

对所公开的实施例的变型和修改是可能的，并且完全旨在被包括在本公开的范围内。例如，在不背离本公开的精神的情况下，电源系统中使用的栅极接口150的数目、栅极接口150的位置(例如，要耦合到哪个功率开关)以及栅极接口150成为一个或多个IC的划分可以被改变。作为另一示例，除了测量功率开关的漏极源极电压，功率开关的漏极源极电流还可以由栅极接口150测量并且作为栅极接口150的输出被发送到栅极驱动器IC 107。这可以通过例如在功率开关TH1的漏极与电源节点(例如，图4中具有标签V2的节点)之间耦合分流电阻器并且将两个电压适配电路耦合到分流电阻器的两端来实现，其中两个电压适配电路中的每个与图4中的电压适配电路127相同或相似。两个电压适配电路的输出之间的差值与功率开关的漏极源极电流成比例。并且可以被发送回栅极驱动器IC 107。

实施例可以实现优点。例如，栅极接口150允许同一栅极驱动器IC 107被用于具有不同驱动能力要求的各种应用，因此大大减少了产品开发时间和成本。栅极接口150提供功率开关与栅极驱动器IC 107之间的隔离，并且防止了当一个或多个功率开关在操作期间损坏时栅极驱动器IC 107被损坏。栅极接口150的处理电路可以被设计为支持向功率开关传输栅极控制电压的形状和驱动电流的形状以用于栅极整形。栅极接口150还允许栅极驱动器IC 107位于与功率开关不同的PCB上，从而增加了设计选项的灵活性并且提供划分优化。

图10图示了根据一些实施例的操作电源系统的方法1000的流程图，其中电源系统包括被配置为被耦合在栅极驱动器IC与第一功率开关之间的第一栅极接口。应当理解，图10所示的实施例方法仅仅是很多可能的实施例方法的示例。本领域普通技术人员将认识到很多变化、替代和修改。例如，可以添加、移除、替换、重新布置和重复如图10所示的各种步骤。

参考图10，在步骤1010，由电源系统的第一栅极接口从栅极驱动器IC接收第一栅极控制电压。在步骤1020，第一栅极接口通过将第一栅极控制电压和与第一功率开关的源极电压成比例的电压进行比较来确定是闭合还是断开第一功率开关。在步骤1030，第一栅极接口基于是闭合还是断开第一功率开关的确定来在第一栅极接口的输出处生成栅极驱动电压。在步骤1040，第一栅极接口向第一功率开关的栅极施加栅极驱动电压。在步骤1050，第一栅极接口缩放第一功率开关的源极处的电压以生成经缩放的源极电压。在步骤1060，第一栅极接口向栅极驱动器IC发送经缩放的源极电压的值。

本文中总结了本发明的示例实施例。从本文中提交的整个说明书和权利要求书中还可以理解其他实施例。

示例1.在一个实施例中，一种电路包括：第一前馈路径，被配置为使用来自栅极驱动器的第一栅极控制电压和第一功率开关的源极电压来确定所述第一功率开关的状态，并且基于所述第一功率开关的所确定的状态向所述第一功率开关的栅极施加栅极驱动电压；以及第一反馈路径，被配置为向所述栅极驱动器提供所述第一功率开关的漏极电压的缩放值和所述第一功率开关的源极电压的缩放值，其中所述第一前馈路径和所述第一反馈路径被配置为提供耦合在所述栅极驱动器与所述第一功率开关之间的双向栅极接口。

示例2.根据示例1所述的电路，其中所述第一前馈路径包括处理电路、驱动电路和耦合在所述处理电路与所述驱动电路之间的电平移位器，其中所述处理电路被配置为使用所述第一栅极控制电压和所述第一功率开关的源极电压来确定所述第一功率开关的状态；所述电平移位器被配置为将所述处理电路的第一输出电压移位到第二输出电压；以及所述驱动电路被配置为基于所述第二输出电压生成所述栅极驱动电压，并且向所述第一功率开关的栅极施加所述栅极驱动电压。

示例3.根据示例2所述的电路，其中所述处理电路被配置为测量来自所述栅极驱动器的驱动电流，并且其中所述电平移位器被配置为放大所测量的驱动电流。

示例4.根据示例2所述的电路，还包括耦合到所述处理电路和所述电平移位器的电荷泵，所述电荷泵被配置为向所述处理电路和所述电平移位器提供电源电压。

示例5.根据示例4所述的电路，还包括欠压检测块，所述欠压检测块被配置为：将由所述电荷泵提供的驱动电压与预定阈值进行比较，以及响应于检测到由所述电荷泵提供的驱动电压低于所述预定阈值，在输出端子处生成诊断信号。

示例6.根据示例4所述的电路，其中所述电荷泵是可重新配置的，并且所述电荷泵的输出电压根据所述第一功率开关的操作电压来配置。

示例7.根据示例2所述的电路，其中所述第一反馈路径包括：第一电压适配电路，耦合到所述第一功率开关的漏极并且被配置为在第一输出端子处提供所述第一功率开关的漏极电压的缩放值；以及第二电压适配电路，耦合到所述第一功率开关的源极并且被配置为在第二输出端子处提供所述第一功率开关的源极电压的缩放值。

示例8.根据示例7所述的电路，其中所述处理电路包括：比较器，具有被配置为从所述栅极驱动器接收所述第一栅极控制电压的第一端子；以及电容器，耦合在所述比较器的第一端子与所述第二电压适配电路的输出之间。

示例9.根据示例7所述的电路，其中所述处理电路包括：第一放大器，具有第一输入端子和第二输入端子，所述第一放大器的第一输入端子被配置为接受来自所述栅极驱动器的第一栅极控制电压作为输入；电阻器，耦合在所述第一放大器的第一输入端子与所述第一放大器的第二输入端子之间；第二放大器，具有第一输入端子和第二输入端子，所述第二放大器的第二输入端子被配置为接受所述第一功率开关的源极电压的缩放值作为输入，所述第二放大器的第二输入端子耦合到所述第二输出端子；以及电容器，耦合在所述第二放大器的第一输入端子与所述第二放大器的第二输入端子之间，所述电容器在第一节点处连接到所述电阻器，所述第一放大器的第二输入端子和所述第二放大器的第一输入端子连接到所述第一节点。

示例10.根据示例9所述的电路，其中所述处理电路被配置为向所述电平移位器传输所述第一栅极控制电压的瞬态行为和与所述第一栅极控制电压相对应的第一栅极控制电流的瞬态行为。

示例11.根据示例7所述的电路，其中所述第一电压适配电路包括耦合在所述第一功率开关的漏极与参考电压节点之间的第一分压器，并且所述第二电压适配电路包括耦合在所述第一功率开关的源极与所述参考电压节点之间的第二分压器，其中所述第一分压器和所述第二分压器中的每个分压器包括：第一电阻器；第二电阻器，耦合在所述第一电阻器与所述参考电压节点之间，其中所述第一电阻器与所述第二电阻器之间的节点耦合到所述处理电路；以及电压限制器件，与所述第二电阻器并联耦合。

示例12.根据示例11所述的电路，其中所述电压限制器件是齐纳二极管。

示例13.根据示例11所述的电路，其中所述第二电压适配电路还包括耦合在所述第二分压器与所述第一功率开关之间的放大器，其中所述放大器的第一输入端子耦合到所述第一功率开关的漏极，所述放大器的第二输入端子耦合到所述第一功率开关的源极，并且所述放大器的输出端子耦合到所述第二分压器。

示例14.根据示例1所述的电路，还包括：所述第一功率开关，耦合到所述第一前馈路径和所述第一反馈路径；以及所述栅极驱动器，耦合到所述第一前馈路径和所述第一反馈路径。

实施例15.一种电源系统，包括：栅极驱动器集成电路(IC)；多个功率开关；以及第一栅极接口，在所述栅极驱动器IC与所述多个功率开关中的第一功率开关之间，其中所述第一栅极接口被配置为：使用第一处理电路通过比较在所述栅极驱动器IC的第一输出引脚处提供的第一栅极控制电压和在所述栅极驱动器IC的第一输入引脚处的第一电压来确定是闭合还是断开所述第一功率开关，所述第一电压与所述第一功率开关的源极处的电压成比例；使用第一电平移位器将所述第一处理电路的输出电压移位到与所述第一处理电路的输出电压不同的所述第一电平移位器的输出电压；使用第一驱动电路在所述第一功率开关的栅极处提供驱动电压；以及使用第一电压适配电路向所述栅极驱动器IC发送所述第一功率开关的源极电压的值和漏极电压的值。

示例16.根据示例15所述的电源系统，其中所述第一处理电路被配置为向所述第一电平移位器传输所述第一栅极控制电压的形状，其中所述第一栅极控制电压的形状包括当所述第一栅极控制电压闭合或断开所述第一功率开关时的瞬态电压。

示例17.根据示例15所述的电源系统，还包括在所述栅极驱动器IC与所述多个功率开关中的第二功率开关之间的第二栅极接口，其中所述第二栅极接口被配置为：使用第二处理电路通过比较在所述栅极驱动器IC的第二输出引脚处提供的第二栅极控制电压和在所述栅极驱动器IC的第二输入引脚处的第二电压来确定是闭合还是断开所述第二功率开关，所述第二电压与所述第二功率开关的源极处的电压成比例；使用第二电平移位器将所述第二处理电路的输出电压移位到与所述第二处理电路的输出电压不同的所述第二电平移位器的输出电压；使用第二驱动电路在所述第二功率开关的栅极处提供驱动电压；以及使用第二电压适配电路向所述栅极驱动器IC发送所述第二功率开关的源极电压的值和漏极电压的值。

示例18.根据示例17所述的电源系统，其中所述第一栅极接口在第一单片半导体基底上实现，并且所述第二栅极接口在与所述第一单片半导体基底物理分离的第二单片半导体基底上实现。

示例19.根据示例17所述的电源系统，其中所述第一栅极接口和所述第二栅极接口在同一单片半导体基底上实现。

示例20.一种操作电源系统的方法，所述电源系统包括被配置为耦合在栅极驱动器集成电路(IC)与第一功率开关之间的第一栅极接口，所述方法包括：由所述第一栅极接口从所述栅极驱动器IC接收第一栅极控制电压；由所述第一栅极接口通过比较所述第一栅极控制电压和与所述第一功率开关的源极电压成比例的电压来确定是闭合还是断开所述第一功率开关；由所述第一栅极接口基于是闭合还是断开所述第一功率开关的确定来在所述第一栅极接口的输出端子处生成栅极驱动电压；由所述第一栅极接口向所述第一功率开关的栅极施加所述栅极驱动电压；由所述第一栅极接口缩放所述第一功率开关的源极处的电压以生成经缩放的源极电压；以及由所述第一栅极接口向所述栅极驱动器IC发送所述经缩放的源极电压的值。

示例21.根据示例20所述的方法，还包括：由所述第一栅极接口向所述栅极驱动器IC发送所述第一功率开关的漏极电压的值。

示例22.根据示例20所述的方法，还包括：由所述第一栅极接口向所述栅极驱动器IC发送分流电阻器两端的电压降的值，其中所述分流电阻器耦合在所述第一功率开关的漏极与耦合到所述第一功率开关的漏极的电源节点之间。

虽然已经参考说明性实施例描述了本发明，但是本说明书并不旨在以限制意义来解释。参考说明书，本领域技术人员将清楚说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例。因此，所附权利要求旨在涵盖任何这样的修改或实施例。