具体实施方式

本文中描述双电源门驱动器拓扑及相关系统。在一些实例中，一种双电源门驱动器包含耦合到第一输入电压节点的第一调节器电路及耦合到第二输入电压节点的第二调节器电路。所述双电源门驱动器还包含耦合到所述第一调节器电路的输出节点的第一驱动器电路。所述双电源门驱动器还包含耦合到所述第二调节器电路的输出节点的第二驱动器电路。所述双电源门驱动器还包含耦合到所述第一驱动器电路及所述第二驱动器电路的驱动器控制器。所述双电源门驱动器还包含耦合到所述第一驱动器电路的输出节点及所述第二驱动器电路的输出节点的驱动信号节点。

在一些实例中，双电源门驱动器被商业化为独立集成电路(IC)或芯片。在其它实例中，双电源门驱动器与IC、芯片、多裸片模块(MDM)或印刷电路板(PCB)中的其它电路(转换器电路的电源开关及/或感测开关、负载)组合。在所描述的双电源门驱动器拓扑下，在无外部电容器(用于提供驱动电流)的情况下高效提供切换转换器的开关的驱动信号。在一些实例中，双电源门驱动器用于驱动切换转换器的低侧开关，同时提供相较于其它门驱动器的效率、小尺寸及低成本。下文将描述各种双电源门驱动器选项及相关问题。

图1是展示根据一些实例的系统100的框图。如展示，系统100包括第一调节器电路102及第二调节器电路104。第一调节器电路102接收第一输入电压(V1)且基于V1提供第一输出电压(VO1)。第二调节器电路104接收第二输入电压(V2)且基于V2提供第二输出电压(VO2)。如展示，VO1经提供到第一驱动器电路108。当由驱动器控制器112指导时，第一驱动器电路108经配置以基于VO1将驱动信号提供到开关114。同时，当由驱动器控制器112指导时，第二驱动器电路110经配置以基于VO2将驱动信号提供到开关114。

在一些实例中，驱动器控制器112基于来自电压监测电路106的信号124来选择第一驱动器电路108或第二驱动器电路110以将驱动信号提供到开关114。而且，来自PWM控制器(未展示)的信号(例如图5中的接通信号)用于确定驱动器控制器112何时断言CS1或CS2。在图1的实例中，电压监测电路106经配置以监测V2。当信号124指示V2大于阈值时，驱动器控制器112选择第二驱动器电路110(使用控制信号“CS2”)来将驱动信号提供到开关114。另一方面，当信号124指示V2小于或等于阈值时，驱动器控制器112选择第一驱动器电路108(使用控制信号“CS1”)来将驱动信号提供到开关114。

在图1的实例中，驱动信号经由驱动信号节点122提供到开关114。在一些实例中，驱动信号节点122对应于包含第一调节器电路102、第二调节器电路104、电压监测电路106、第一驱动器108、第二驱动器110及驱动器控制器112的双电源门驱动器IC或芯片的输出引脚。

开关114的接通/关断操作改变节点120处的电压，节点120对应于开关节点。在图1的实例中，输出组件116经耦合到节点120。输出组件116的实例包含输出电感器及输出电容器。耦合到输出组件116的是由基于开关114的操作的输出电压(VOUT)供电的负载118。在一些实例中，系统100对应于汽车系统。在此情况中，第一调节器电路102从电池或调节组件(例如滤波器及/或调节器)接收V1(例如5V到40V)。同时，V2可为基于VOUT的偏压电压或较低电压辅助供应。在一些实例中，图1的双电源门驱动器组件是用于指导低侧切换操作的降压转换器或降压转换器控制器的部分，其中VOUT小于V1。实例VOUT电平包含5V、3.3V、1.8V或1.2V。根据需要，多个切换转换器在汽车系统或其它电气系统中用于对具有不同输入电压要求的不同负载供电。汽车系统的实例负载包含(但不限于)微处理器、传感器、致动器、显示器、信息娱乐接口及智能电源模块(IPM)。在图1的双电源门驱动拓扑下，驱动信号效率在小芯片大小及低成本下高于仅使用V1或使用外部电容器来产生驱动信号的其它门驱动拓扑。

图2是展示根据一些实例的降压转换器系统200的示意图。如展示，降压转换器系统200包含具有输入供应电压(VIN)节点、偏压节点、开关(SW)节点、电压供应(VCC)节点、反馈(FB)节点的降压转换器电路202。更明确来说，降压转换器电路202的SW节点经耦合到输出电感器(LOUT)的第一端。LOUT的第二端经耦合到输出电容器(COUT)的第一(例如上)极板。COUT的第二(例如下)极板经耦合到接地节点。在图2的实例中，降压转换器系统200的VOUT经提供到负载(未展示)及使用R1及R2形成的分压器。R1与R2之间的节点204经耦合到降压转换器电路202的FB节点。降压转换器电路202还在偏压节点处接收VOUT。与图1的系统100相比，图2的降压转换器系统200包含耦合到降压转换器电路202的VCC节点的外部电容器(C1)，其中VCC是驱动器供应。

图3是展示根据一些实例的反激转换器系统300的示意图。如展示，反激转换器系统300包含具有输入供应电压(VIN)节点、开关(SW)节点、偏压节点及VCC节点的反激转换器电路302。更明确来说，开关节点经耦合到变压器304。变压器304的第一绕组经耦合于输入供应电压(VIN)与SW节点之间。变压器403的第二绕组经耦合于另一电压供应节点308与二极管(D1)的阳极之间。D1的阴极经耦合到输出电容器(COUT)的第一(例如上)极板。COUT的第二(例如下)极板经耦合到电压供应节点308及第二绕组。

在图3的实例中，偏压节点经耦合到包含电感耦合到变压器304的偏压线圈306的电路。如展示，第三绕组306经耦合于接地节点与另一二极管(D2)的阳极之间。D2的阴极经耦合到反激转换器电路302的偏压节点。而且，电容器(C3)的第一(例如上)极板经耦合到D2的阴极及偏压节点。C3的第二(例如下)极板经耦合到接地节点。与图1的系统100相比，反激转换器系统300包含耦合到反激转换器电路302的VCC节点的外部电容器(C2)。更明确来说，C2的第一(例如上)极板经耦合到反激转换器300的VCC节点，且C2的第二(例如下)极板经耦合到接地节点。

在图2的降压转换器200下，偏压电压由输出电压驱动。相比之下，在图3的反激转换器300下，偏压电压由偏压绕组306驱动。在任一情况中，提供到降压转换器电路202或反激转换器电路302的偏压电压可通过将高效产生的芯片偏压电流从VIN转移到较低电压供应器来提高效率。在一些实例中，低侧开关驱动器使VCC流出，当可用时，VCC是从VIN或偏压电压导出的经调节供应。一旦偏压电压超过最小所需电压，则VCC调节器将使所有驱动器电流从偏压电压流出。

图4是展示根据一些实例的低侧开关驱动器的电压调节器400的示意图。如展示，电压调节器400包括耦合到VIN节点408的电流源402。电压调节器400还包含具有控制端子、第一电流端子及第二电流端子的晶体管(M1)。而且，电压调节器400还包含二极管(D3)，其中D3的阳极经耦合到电流源402，且D3的阴极经耦合到M1的控制端子。同时，M1的第一电流端子经耦合到VIN节点408。而且，M1的第二电流端子经耦合到比较器404的输入节点。比较器404的另一输入节点是电压参考(Ref)，且比较器404的输出经耦合到D3的阴极及M1的控制端子。如展示，M1的第二电流端子还耦合到驱动器电路412，驱动器电路412由耦合到VCC引脚406(例如图2或3的VCC节点)的外部电容器(Cext)存储的电荷供电。如展示，驱动器电路412包含一系列反相器404，其中由Cext存储的电荷经提供到反相器414。

在图4的实例中，Cext由VIN节点408处的电压通过M1充电或从偏压节点410通过晶体管(M2)充电。如展示，M2包含耦合到电流源402与D3的阳极之间的节点416的控制端子。而且，M3的第一电流端子经由二极管(D4)耦合到偏压节点410，其中D4的阳极经耦合到偏压节点410，且D4的阴极经耦合到M2的第一电流端子。M2的第二电流端子经耦合到驱动器电路412、VCC引脚406及Cext的第一(例如上)极板。Cext的第二(例如下)极板经耦合到接地节点。

在图4的实例中，电压调节器400还包含耦合于驱动器电路412与开关节点(SW)引脚416之间的晶体管(M3)。如展示，M3的控制端子经耦合到驱动器电路412的输出。而且，M3的第一电流端子经耦合到SW引脚416。而且，M3的第二电流端子经耦合到接地节点。

在一些实例中，驱动器电路412是使VCC流出的低侧开关驱动器，VCC是从VIN电压或偏压电压(若存在)导出的经调节供应。一旦偏压电压超过最小所需电压，则VCC调节器将使所有驱动器电流从偏压电压流出。需要Cext来确保在驱动器412切换且从VCC轨汲取十分高峰值电流时VCC轨保持良好调节。

图5是展示根据一些实例的双电源门驱动器电路500的示意图。如展示，双电源门驱动器电路500包括第一驱动器电路514及第二驱动器电路516，其中第一驱动器电路514及第二驱动器电路516的输出节点经耦合到驱动信号节点522。在图5的实例中，功率晶体管(M7)使其控制端子耦合到驱动信号节点522。而且，M7的第一电流端子经耦合到开关节点(SW)引脚518，且M7的第二电流端子经耦合到接地节点。

在一些实例中，双电源门驱动器电路500包括具有驱动器组件(例如第一驱动器电路514及第二驱动器电路516)、驱动器控制组件(例如控制器逻辑512及其它组件)及功率晶体管(例如M7)的单个IC。在其它实例中，针对双电源门驱动器电路500表示的组件对应于多个IC(例如，M7是第一IC的部分，而驱动器组件及驱动器控制组件是第二IC的部分)。

在图5的实例中，双电源门驱动器电路500的控制器逻辑512(图1中的驱动器控制器112的实例)的操作是基于控制信号(“接通”)及偏压电压电平指示信号(“BIAS_ok”)。在一些实例中，BIAS_ok信号由比较器506提供，其中比较器506的输出指示节点508处的偏压电压何时大于阈值。当节点508处的偏压电压大于阈值时，控制器逻辑512使用控制信号(“Tri-stateB”)选择第二驱动器电路516，其中到第二驱动器电路516的输入信号(IN)使用电压供应信号(VCCB)基于节点508处可用的偏压电压缓冲。在图5的实例中，VCCB经由晶体管(M5)提供，M5使其第一电流端子经由二极管(D5)耦合到节点508，D5阻断在启动时返回到节点508的反向路径。如果D5的二极管压降太大，那么另一选项是跨D5使用开关，其中开关在偏压电压足够高时闭合。在跨D5的开关下，可使用较低偏压电压。更明确来说，D5的阳极经耦合到节点508，且D5的阴极经耦合到M5的第一电流端子。而且，M5的第二电流端子经耦合到VCCB节点510。而且，M5的控制端子经耦合到由节点502处的VIN电压供电的电流源504。如展示，M5的控制端子还耦合到齐纳二极管(Z1)的第一端及电容器(C4)的第一(例如上)极板。C4的第二(例如下)极板及Z1的第二端经耦合到接地节点。在图5的布置下，VCCB节点510处的电压电平是基于节点508处的偏压电压且经提供到第二驱动器电路516。当偏压电压足够高时，控制器逻辑512使用第二驱动器电路516来提供M7的驱动信号。

当节点508处的偏压电压等于或小于阈值时，控制器逻辑512使用控制信号(“Tri-stateA”)选择第一驱动器电路514，其中到第一驱动器电路514的输入信号(IN)使用电压供应信号(VCCA)基于节点502处可用的VIN电压缓冲。在图5的实例中，VCCA经由晶体管(M4)提供，M4使其第一电流端子耦合到节点502。而且，M4的第二电流端子经耦合到VCCA节点509。而且，M4的控制端子经耦合到由节点502处的VIN电压供电的电流源504。如展示，M4的控制端子还耦合到Z1及C4的第一(例如上)极板。在至少一些实例中，M4提供相同量的电流，但可处置相对于M5更高的电压。C4的第二(例如下)极板及Z1的第二端经耦合到接地节点。在图5的布置下，VCCA节点509处的电压电平是基于节点502处的VIN电压且经提供到第一驱动器电路514。当偏压电压不够高时，控制器逻辑512使用第一驱动器电路514来提供M7的驱动信号。在图5的布置下，双电源门驱动器电路500比受益于减少低侧开关驱动操作的功耗(通过在偏压电压足够高时使用偏压电压进行功率驱动器操作)的单驱动器布置增加复杂性。而且，双电源门驱动器电路500相较于其它驱动器解决方案而消除外部电容器(以维持VCC)及IC。

图5中表示的另一组件是感测晶体管(M6)。如展示，M6的控制端子经耦合到VCCA节点509与VCCB节点510之间的电阻器(R3)。在一些实例中，R3对应于串联耦合的两个电阻器，其中中间节点经耦合到M6的所述者。通过R3，M6的控制端子接收VCCA及VCCB处的电压电平的平均值。同时，M6的第二电流端子经耦合到接地节点，且M6的第一电流端子经耦合到感测节点520。在不同实例中，感测节点520提供用于反馈控制及/或监测切换转换器的操作的信号。在一个实例中，感测节点520处的信号经提供到耦合到图1的驱动器控制器112的脉冲开关调制(PWM)控制器。举例来说，PWM控制器可使用感测节点520处的信号来调整提供到逻辑512的SWITCH_ON信号的工作循环及/或时序。

图6是展示根据一些实例的另一双电源门驱动器600的示意图。如展示，双电源门驱动器电路600包括第一驱动器电路614及第二驱动器电路616，其中第一驱动器电路614及第二驱动器电路616的输出节点经耦合到驱动信号节点620。在图6的实例中，M7使其控制端子经由低侧门引脚618耦合到驱动信号节点620。而且，M7的第一电流端子经耦合到开关节点(SW)引脚622，且M7的第二电流端子经耦合到接地节点。

在一些实例中，双电源门驱动器电路600包括具有驱动器组件(例如第一驱动器电路614及第二驱动器电路616)、驱动器控制组件(例如控制器逻辑612及其它组件)及功率晶体管(例如M7)的单个IC。在其它实例中，针对双电源门驱动器电路600表示的组件对应于多个IC(例如，M7是第一IC的部分，而驱动器组件及驱动器控制组件是第二IC的部分)。

在图6的实例中，双电源门驱动器电路600的控制器逻辑612(图1中的驱动器控制器112的实例)的操作是基于控制信号(“接通”)及偏压电压电平指示信号(“BIAS_ok”)。在一些实例中，BIAS_ok信号由比较器608提供，其中比较器608的输出指示节点610处的偏压电压何时大于阈值。当节点610处的偏压电压大于阈值时，控制器逻辑612使用控制信号(“Tri-stateB”)选择第二驱动器电路616，其中到第二驱动器电路616的输入信号(IN)使用电压供应信号(VCCB)基于节点610处可用的偏压电压缓冲。在图6的实例中，VCCB经提供耦合到节点610的低压差调节器(LDO)电路606在图6的布置下，VCCB电压是基于节点610处的偏压电压且经提供到第二驱动器电路616。当偏压电压足够高时，控制器逻辑612使用第二驱动器电路616来提供M7的驱动信号。

当节点610处的偏压电压等于或小于阈值时，控制器逻辑612使用控制信号(“Tri-stateA”)选择第一驱动器电路614，其中到第一驱动器电路614的输入信号(IN)使用电压供应信号(VCCA)基于节点602处可用的VIN电压缓冲。在图6的实例中，VCCA由耦合到节点602的另一LDO电路604提供。在图6的布置下，VCCA电压是基于节点602处的VIN电压且经提供到第一驱动器电路614。当偏压电压不够高时，控制器逻辑612使用第一驱动器电路614来提供M7的驱动信号。在图6的布置下，双电源门驱动器电路600比受益于减少低侧开关驱动操作的功耗(通过在偏压电压足够高时使用偏压电压进行功率驱动器操作)的单驱动器布置增加复杂性。

图7是展示根据一些实例的双电源门驱动器(例如图5及6的双电源门驱动器电路500或600)的控制器逻辑700的示意图。图7的控制器逻辑700是图1的驱动器控制器112、图5的控制器逻辑512或图6的控制器逻辑612的实例。如展示，控制器逻辑700包含D锁存器702，其中D输入节点接收BIAS_ok信号。而且，D锁存器702的复位节点经由反相器704接收接通信号。控制器逻辑700还包含接收BIAS_ok信号及D锁存器702的输出的AND门708。当BIAS_ok信号呈高态且D锁存器702的输出呈高态时，Tri-stateA信号呈高态以停用驱动器。而且，当D锁存器702的输出呈低态时，Tri-stateB信号由于反相器706而呈高态以停用驱动器。在图7的实例中，AND门708及反相器706具有20ns上升延迟。在其它实例中，上升延迟可改变(延迟确保控制信号的一些重叠以避免未定义状态)。

图8是展示根据一些实例的与双电源门驱动器相关的各个波形的时序图800。如展示，时序图800包含偏压输入波形802、bias_ok波形812、Tri-stateA波形842、Tri-stateB波形832、Switch_ON波形852、Switch_gate波形862(对应于图5中的节点522或图6中的节点620处的M7的栅极信号)、VIN平均电流波形872及偏压平均电流波形882。注意：当在用于提供Switch_gate波形862的驱动器之间切换(例如，在图5中的第一驱动器电路514与第二驱动器电路516之间切换或在图6中的第一驱动器电路614与第二驱动器电路616之间切换)时，遵循Switch_ON波形852的Switch_gate信号不中断。实际上，Switch_gate信号将相对于Switch_ON信号略微延迟。

在时序图800中，当偏压输入达到阈值804时，bias_ok信号的值在间隔814期间转高，如由波形802及812表示。而且，当bias_ok信号转高时，Tri-stateA在间隔834期间转高，如由波形812及832表示。而且，Tri-stateB在间隔814期间保持低态，如由波形812及842表示。在间隔834期间，平均VIN电流在间隔874内下降到零，如由波形832及872表示。在间隔834期间，平均电流在间隔884内增大，如由波形832及882表示。在时间806，偏压输入下降到低于阈值804，从而导致bias_ok信号转低，如由波形802及812表示。如时序图800中表示，Switch_ON波形852展示高值854与低值856之间的转变，其中这些转变不受针对时序图800表示的其它值影响。如展示，Switch_gate波形852遵循Switch_ON波形852的图案。

在一些实例中，偏压电流最大值小于VIN电流最大值(例如，更低数mA)。在所描述的驱动器拓扑中，双驱动器的选择性使用经实施以提高提供驱动信号(例如低侧驱动信号)的效率。效率的提高是由于偏压电流低于VIN电流，此可用于减少双电源门驱动器电路(例如图5及6的双电源门驱动器电路500或600)的功耗以代替单电源门驱动器电路。而且，所描述的驱动器拓扑避免外部电容器用于驱动操作以降低本文中描述的双电源门驱动器电路的大小及成本。

图9是展示驱动器电路900(图5中的第一驱动器电路514、图5中的第二驱动器电路516、图6中的第一驱动器电路614或图6中的第二驱动器电路616的实例)的示意图。如展示，驱动器电路900包括串联于输入节点902与输出节点916之间的多个反相器电路903、905、907及909。更明确来说，第一反相器电路903包含耦合于第一输入供应节点906与接地节点908之间的两个晶体管M8及M9。如展示，M8的第一电流端子经耦合到第一输入供应节点906(例如，以接收1x的输入电压，其中x是参考电压电平)，M8的第二电流端子经耦合到M9的第一电流端子，且M9的第二电流端子经耦合到接地节点908。同时，M8及M9的控制端子经耦合到输入节点902。

如展示，第二反相器电路905包含耦合于第二输入供应节点910与接地节点908之间的两个晶体管M10及M11。更明确来说，M10的第一电流端子经耦合到第二输入供应节点910(例如，以接收nx的输入电压，其中n是大于1的整数值，且其中x是参考电压电平)，M10的第二电流端子经耦合到M11的第一电流端子，且M11的第二电流端子经耦合到接地节点908。同时，M10及M11的控制端子经耦合到第一反相器电路903的输出节点918。

如展示，第三反相器电路907包含耦合于第三输入供应节点912与接地节点908之间的两个晶体管M12及M13。更明确来说，M12的第一电流端子经耦合到第三输入供应节点912(例如，以接收n²x的输入电压，其中n是大于1的整数值，且其中x是参考电压电平)，M12的第二电流端子经耦合到M13的第一电流端子，且M13的第二电流端子经耦合到接地节点908。同时，M12及M13的控制端子经耦合到第二反相器电路905的输出节点920。

如展示，第四反相器电路909包含耦合于第四输入供应节点914与接地节点908之间的两个晶体管M14及M15。更明确来说，M14的第一电流端子经耦合到第四输入供应节点914(例如，以接收n³x的输入电压，其中n是大于1的整数值，且其中x是参考电压电平)，M14的第二电流端子经耦合到M15的第一电流端子，且M15的第二电流端子经耦合到接地节点908。同时，M14及M15的控制端子经耦合到第二反相器电路905的输出节点922。如展示，第四反相器电路909的输出节点924经耦合到驱动器电路916的输出节点916。

在[具体实施方式]中，术语“耦合(couple/couples)意味着间接或直接有线或无线连接。因此，如果第一装置耦合到第二装置，那么所述连接可通过直接连接或通过经由其它装置及连接的间接连接。陈述“基于...”意味着“至少部分基于...”。因此，如果X是基于Y，那么X可为Y及任何数目个其它因子的函数。

在权利要求书的范围内，可修改所描述的实施例，且其它实施例是可能的。