MOS栅控功率器件的栅极控制方法

背景技术

汽车、消费和工业应用中的现代装置的许多功能，例如转换电能和驱动电动机或电机，都依赖于功率半导体器件。例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和二极管(仅举几例)已被用于各种应用，包括但不限于电源和功率转换器中的开关。

功率半导体器件(例如，功率晶体管)通常包括被配置为沿着器件的两个负载端子结构之间的负载电流路径传导负载电流的半导体结构。此外，负载电流路径可以通过控制电极(有时称为栅电极)来控制。例如，当从例如驱动器单元接收到相应的控制信号时，控制电极可以将功率半导体器件设置为传导状态和阻断状态之一。因此，功率半导体器件的行为类似于具有导通和关断状态(即，分别为传导和阻断状态)的开关。

IGBT将双极晶体管的原理与MOSFET的无功驱动相结合。电子电流通过横向或垂直MOS沟道传导以驱动IGBT。该电子电流导致空穴从形成于IGBT后部并沿正向极化的pn结注入。结果，通过注入电子空穴等离子体，可以在IGBT导通状态下将电压接受层的低电导率提高几个数量级。然而，当IGBT关断时，必须从有源区去除这种导电等离子体，这必然会导致关断损耗，因为在IGBT的发射极和集电极之间的电压上升期间，用于去除电子空穴等离子体的耗尽电流或部分电流继续流动。去饱和会导致IGBT内电子和空穴的载流子浓度降低。换句话说，通过从器件的有源区去除电子空穴等离子体来使晶体管去饱和。等离子体密度越高，器件去饱和所需的去饱和时间就越长。

随着器件朝着低传导损耗方向发展，单元密度和跨导不断增加，这导致传导期间的等离子体密度急剧增加以及关断时的开关损耗增加。诸如“去饱和脉冲”、“双栅极IGBT”或“MOS控制二极管”的MOS栅控功率器件的先进的栅极控制技术可以有助于改善传导损耗和开关损耗之间的权衡。通过选择执行去饱和的优化的去饱和时间，可以最小化一次关断事件期间的总功率损耗。

去饱和时间仅针对功率晶体管的一个操作点或操作条件进行优化。操作点取决于以下参数：施加的DC链路电压VDC、集电极电流I

因此，可能期望通过针对实际应用的变化的操作条件自动地改变去饱和时间来优化诸如功率晶体管的功率半导体器件的开关过程，以实现针对任何操作条件的优化的去饱和时间。传导损耗和开关损耗之间的最佳权衡可以在相应应用的整个操作范围内实现。

发明内容

一个或多个实施例提供了一种栅极驱动器系统，包括：被配置为在开关状态之间受到驱动的晶体管；栅极驱动器电路，耦合到晶体管的栅极端子，并被配置为控制栅极端子处的栅极电压，以便在开关状态之间驱动晶体管，其中栅极驱动器电路被配置为生成在关断晶体管的多个关断开关事件中的每一个期间控制栅极电压的栅极控制信号，其中晶体管被配置为根据在多个关断开关事件中的每一个期间的去饱和时间来关断；测量电路，被配置为测量晶体管参数，该晶体管参数指示在晶体管从导通状态转变到关断状态的第一关断开关事件内，晶体管的电压转换速率；以及控制电路，被配置为接收测量的晶体管参数并基于测量的晶体管参数调节去饱和时间的持续时间。

一个或多个实施例提供了一种栅极驱动器系统，包括：晶体管，被配置为在开关状态之间受到驱动，其中，晶体管被配置为在多个开关事件中的每个开关事件期间被关断；与晶体管反并联耦合的栅极控制续流二极管，其中栅极控制续流二极管被配置为在多个开关事件中的每个开关事件期间被导通；栅极驱动器电路，耦合到晶体管的第一栅极端子和栅极控制续流二极管的第二栅极端子，其中栅极驱动器电路被配置为控制第一栅极端子处的第一栅极电压，以便在开关状态之间驱动晶体管，其中栅极驱动器电路被配置为在第一触发时间在多个开关事件中的每一个期间触发第一栅极电压从第一电压电平到第二电压电平的第一转变，其中第二电压电平小于第一电压电平，其中栅极驱动器电路被配置为控制第二栅极端子处的第二栅极电压，以便在导通状态之间驱动栅极控制续流二极管，其中栅极驱动器电路被配置为在第二触发时间在多个开关事件中的每一个期间触发第二栅极电压从第三电压电平到第四电压电平的第二转变，其中第四电压电平大于第三电压电平，并且其中第二触发时间被偏移为比第一触发时间早了去饱和时间；测量电路，被配置为测量晶体管参数，该晶体管参数指示在晶体管从导通状态转变到关断状态的第一关断开关事件内，晶体管的电压转换速率；以及控制电路，被配置为接收测量的晶体管参数并基于测量的晶体管参数调节去饱和时间的持续时间。

一个或多个实施例提供了一种栅极驱动器系统，包括：半桥电路，其包括第一晶体管和第二晶体管，其中在多个开关事件中的每个开关事件期间，第一晶体管被配置为导通并且第二晶体管被配置为关断：与第二晶体管反并联耦合的栅极控制续流二极管，其中，栅极控制续流二极管被配置为在多个开关事件中的每个开关事件期间导通；栅极驱动器电路，耦合到第二晶体管的第一栅极端子和栅极控制续流二极管的第二栅极端子，其中，栅极驱动器电路被配置为控制第一栅极端子处的第一栅极电压，以便在开关状态之间驱动第二晶体管，其中栅极驱动器电路被配置为在第一触发时间在多个开关事件中的每一个期间触发第一栅极电压从第一电压电平到第二电压电平的第一转变，其中第二电压电平小于第一电压电平，其中栅极驱动器电路被配置为控制第二栅极端子处的第二栅极电压，以便在导通状态之间驱动栅极控制续流二极管，其中栅极驱动器电路被配置为在第二触发时间在多个开关事件中的每一个期间触发第二栅极电压从第三电压电平到第四电压电平的第二转变，其中第四电压电平大于第三电压电平，并且其中，第二触发时间被偏移为比第一触发时间早了去饱和时间；测量电路，被配置为测量晶体管参数，该晶体管参数指示在第一晶体管从关断状态转变到导通状态的第一开关事件内，第一晶体管的电压转换速率；以及控制电路，被配置为接收测量的晶体管参数并基于测量的晶体管参数调节去饱和时间的持续时间。

一个或多个实施例提供了一种在开关状态之间驱动晶体管的方法。该方法包括在多个关断开关事件中的每一个期间控制晶体管的栅极端子处的栅极电压的转变以关断晶体管，其中晶体管被配置为根据在多个关断开关事件中的每一个期间的去饱和时间来关断；测量晶体管参数，该晶体管参数指示在晶体管从导通状态转变到关断状态的第一关断开关事件内，晶体管的电压转换速率；以及基于测量的晶体管参数调节用于下一个关断开关事件的去饱和时间的持续时间。

附图说明

本文参考附图描述实施例。

图1是根据一个或多个实施例的具有去饱和控制的栅极驱动器系统的示意性框图；

图2是根据一个或多个实施例的调节去饱和时间的方法的流程图；

图3A是根据一个或多个实施例的栅极驱动器系统的示意图；

图3B是根据一个或多个实施例的在功率晶体管的关断期间由栅极驱动器系统的驱动器生成的栅极控制信号的波形图；

图4A是根据一个或多个实施例的栅极驱动器系统的示意图；

图4B是根据一个或多个实施例的在功率晶体管的关断期间由栅极驱动器系统的驱动器生成的栅极控制信号的波形图；

图5A是根据一个或多个实施例的栅极驱动器系统的示意图；

图5B是根据一个或多个实施例的在功率晶体管的关断期间由栅极驱动器系统的驱动器生成的栅极控制信号的波形图；

图6A是根据一个或多个实施例的栅极驱动器系统的示意图；以及

图6B是根据一个或多个实施例的在功率晶体管的关断期间由栅极驱动器系统的驱动器生成的栅极控制信号的波形图。

具体实施方式

下面，阐述细节以提供示例性实施例的更彻底的解释。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在没有这些具体细节的情况下也可以实践实施例。在其他实例中，公知的结构和器件以框图形式或以示意图的形式示出，而不是详细地示出，以避免使实施例难以理解。另外，除非另有特别说明，否则下文描述的不同实施例的特征可以彼此组合。

此外，在下面的描述中用等同或相似的附图标记来表示等同或相似的元件或者具有等同或相似功能的元件。由于在附图中相同或功能等同的元件被赋予相同的附图标记，因此可以省略对被提供有相同附图标记的元件的重复描述。因此，对具有相同或相似附图标记的元件所提供的描述是可以相互互换的。

在这方面，方向术语，例如“顶部”、“底部”、“下方”、“上方”、“前面”、“后面”、“背面”、“前导”、“尾随”等，可以参考所描述的附图的取向来使用。因为实施例的部分可以以许多不同的取向定位，所以方向术语用于说明的目的。应当理解，在不脱离权利要求所限定的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，下面的详细描述不应被视为限制性意义。权利要求中使用的方向术语可以帮助定义一个元件与另一元件或特征的空间或位置关系，而不限于特定取向。

应当理解，当元件被称为“连接”或“耦合”至另一元件时，其可以直接连接或耦合至另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间的关系的其他词语应该以类似的方式解释(例如，“之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。

在本文描述的或附图中示出的实施例中，任何直接电连接或耦合，即，没有附加的中间元件的任何连接或耦合，也可以通过间接连接或耦合来实施，即，通过与一个或多个附加的中间元件的连接或耦合来实施，或者反之亦然，只要基本上保持连接或耦合的一般目的，例如传输某种类型的信号或传输某种类型的信息。来自不同实施例的特征可以组合以形成另外的实施例。例如，除非有相反说明，否则针对实施例之一描述的变化或修改也可以适用于其他实施例。

本文可以使用术语“基本上”和“大致”来说明在工业中被认为可接受的小制造公差(例如，在5％内)，而不脱离本文描述的实施例的各方面。例如，具有近似电阻值的电阻器实际上可能具有该近似电阻值的5％以内的电阻。

在本公开中，包括序数词(例如“第一”、“第二”等)的表达可以修饰各种元件。然而，这些元件不受以上表达的限制。例如，以上表述不限制元件的顺序和/或重要性。上述表述仅用于将一个元件与其他元件区分开的目的。例如，第一框和第二框指示不同的框，尽管两者都是框。对于进一步的示例，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件也可以被称为第一元件，而不脱离本公开的范围。

本公开的一个或多个方面可以被实施为一种非暂时性计算机可读记录介质，其上记录有体现用于指示处理器执行方法/算法的方法/算法的程序。因此，非暂时性计算机可读记录介质可以具有存储在其上的电子可读控制信号，该控制信号与可编程计算机系统协作(或能够协作)，使得执行相应的方法/算法。非暂时性计算机可读记录介质可以是例如CD-ROM、DVD、蓝光光盘、RAM、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、FLASH存储器或电子存储器件。

本公开的每个元件可以通过在存储器上实施控制处理器执行任何部件或其组合的功能的专用硬件或软件程序来构造。任何部件都可以被实施为从诸如硬盘或半导体存储器件的记录介质读取并执行软件程序的中央处理单元(CPU)或其他处理器。例如，指令可以由一个或多个处理器执行，例如一个或多个CPU、数字信号处理器(DSP)、通用微处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他现场可编程逻辑阵列、可编程逻辑控制器(PLC)或其他等同的集成或分立逻辑电路系统。

因此，本文所使用的术语“处理器”是指任何前述结构或适合于实施本文所描述的技术的任何其他结构。包括硬件的控制器也可以执行本公开的技术中的一项或多项。包括一个或多个处理器的控制器可以使用电信号和数字算法来执行其接收、分析和控制功能，其还可以包括校正功能。这样的硬件、软件和固件可以在同一装置内或在单独的装置内实施以支持本公开中描述的各种技术。控制器可以是例如微控制器、FPGA或PLC、或其他等同的集成或分立逻辑电路系统。它可以包括上述处理器中的任何一种或其他等同的集成或分立逻辑电路系统。

信号处理电路和/或信号调节电路可以以原始测量数据的形式从一个或多个部件接收一个或多个信号(即，测量信号)，并且可以从测量信号导出进一步的信息。信号处理电路可以包括一个或多个处理器，反之亦然。如本文所使用的，信号调节是指以使得信号满足下一阶段的要求以进行进一步处理的方式操纵模拟信号。信号调节可以包括从模拟到数字的转换(例如，通过模数转换器)、放大、滤波、转换、偏置、范围匹配、隔离以及使信号适合在调节后进行处理所需的任何其他过程。

汽车、消费和工业应用中的现代装置的许多功能，例如转换电能和驱动电动机或电机，都依赖于功率半导体器件。例如，绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和二极管(仅举几例)已用于各种应用，包括但不限于电源、功率模块和功率转换器中的开关。

功率半导体器件通常包括半导体结构，该半导体结构被配置为沿着器件的两个负载端子结构或负载电极(例如，源极/发射极和漏极/集电极)之间的负载电流路径传导负载电流。此外，负载电流路径可以通过控制电极(有时称为栅电极)来控制。例如，当从例如驱动器单元接收到相应的控制信号时，控制电极可以将功率半导体器件设置为传导状态或阻断状态之一。控制信号可以是具有受控值的电压信号或电流信号。

例如，MOSFET的栅极-源极电压Vgs通常被向下驱动至0V或负电压以关断器件，并且通常被驱动至该技术的最大值(例如，3.3V)以完全导通器件。在负载端子之间创建导电路径所需的MOSFET的阈值电压(Vth)介于这两个Vgs电压电平之间。因此，MOSFET的栅极-源极电压Vgs可以被称为控制电压。因此，MOSFET的行为类似于具有导通和关断状态(即，分别为传导和阻断状态)的开关。

类似地，IGBT通过激活和去激活其栅极端子而被“导通”或“关断”。在栅极和发射极两端施加正输入电压信号将使器件保持在“导通”状态，而使输入栅极信号为零或稍为负值将导致其变为“关断”。存在用于将功率晶体管切换为导通和关断的导通过程和关断过程，分别称为导通开关事件和关断开关事件。因此，功率晶体管也可以被称为可以用于驱动负载电流的功率开关或晶体管开关。

功率晶体管的栅极是电容性负载，其可以被充电和放电以调制栅极电压。根据脉宽调制(PWM)方案，可以从栅极驱动器输出电压脉冲作为控制信号。因此，控制信号可以在用于控制功率晶体管的PWM周期期间在导通电压电平(例如，VH)和关断电压电平(VL)之间切换。这反过来又对栅极电压进行充电和放电，以分别导通和关断功率晶体管。

替代地，栅极驱动器可以使用拉电流和灌电流作为控制信号来接通和关断功率晶体管。例如，在导通过程期间，栅极驱动器可以向功率晶体管的栅极提供(拉入)导通电流，以便将栅极充电到足够的电压来导通器件。相反，在关断过程期间，栅极驱动器IC用于从功率晶体管的栅极汲取(吸收)关断电流，以便将栅极电压放电至足够的电压来关断器件。在关断事件期间，经过一小段时间(与PWM时段相比较小)后，栅极电流减小，并且在栅极达到大致0V或负驱动值时达到零值。在导通事件期间，经过一小段时间(与PWM时段相比较小)后，栅极电流减小，并且在栅极达到高侧电源电平时达到零值。

晶体管可以包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)(例如，Si MOSFET或SiC MOSFET)。应当理解，MOSFET可以替代IGBT，反之亦然。在该上下文中，在本文描述的任一示例中，当用MOSFET代替IGBT时，MOSFET的漏极可以代替IGBT的集电极，MOSFET的源极可以代替IGBT的发射极，并且MOSFET的漏极-源极电压VDS可以代替IGBT的集电极-发射极电压VCE。因此，任何IGBT模块可以被MOSFET模块替代，反之亦然。IGBT是一种功率晶体管，其组合了输入MOSFET和输出双极晶体管。因此，IGBT是MOS栅控功率器件，因为是MOSFET的栅极控制器件的状态。

本说明书中描述的具体实施例涉及但不限于可以在功率转换器或电源内使用的功率半导体器件。因此，在实施例中，功率半导体器件可以被配置为分别承载将被供应到负载和/或由电源提供的负载电流。例如，半导体器件可以包括一个或多个功率半导体单元，例如单片集成的二极管单元和/或单片集成的晶体管单元。这样的二极管单元和/或这样的晶体管单元可以集成在功率半导体模块中。

另外，被适当连接以形成半桥的晶体管通常用于功率电子领域。例如，包括第一功率晶体管和第二互补功率晶体管的半桥可以用于驱动电动机或开关模式电源。第一功率晶体管可以被称为高侧晶体管并且第二功率晶体管可以被称为低侧晶体管。用于驱动功率开关的栅极驱动器由正供电轨提供固定的正电压，并且由负供电轨提供固定的负电压。正供电轨通过高侧开关连接到输出焊盘，以向负载提供负载电流，并且负供电轨通过低侧开关连接到输出焊盘，以吸收来自负载的负载电流。两个互补功率开关互补地导通和关断以避免交叉传导。因此，第一功率晶体管在导通时负责传导负载电流，以便在其互补功率晶体管关断时(即，第二功率晶体管处于阻断模式)将负载电流拉入负载。为了从负载吸收负载电流，两个晶体管的角色互换。这里，第二功率晶体管在导通时负责传导负载电流，以便在其互补功率晶体管关断时(即，第一功率晶体管处于阻断模式)从负载吸收负载电流。

图1是根据一个或多个实施例的具有去饱和控制的栅极驱动器系统100的示意性框图。栅极驱动器系统100包括功率晶体管10、控制电路系统以及实施用于在关断期间对功率晶体管10进行去饱和控制的方案的栅极驱动器电路系统。具体地，可以针对功率晶体管10的关断(即，在开关转变期间)实现不同的去饱和时间Tdesat。功率晶体管可以被实施为半桥电路中的低侧晶体管或高侧晶体管。此外，对于半桥电路，可以提供双份的栅极驱动器系统100，其中为高侧和低侧晶体管两者提供栅极驱动器系统100。

栅极驱动器系统100包括功率晶体管10、控制器12、有源栅极驱动器14和反馈电路16。功率晶体管10是MOS栅控功率器件。控制器12可以是生成用于控制晶体管10的开关状态的控制信号13的微控制器。例如，控制信号13可以是向有源栅极驱动器14提供接通和关闭命令的脉宽调制(PWM)控制信号。替代地，控制信号13可以表示两个单独的控制信号之一，包括一个接通控制信号和一个关闭控制信号。如本文所使用的，当提及接通晶体管时，术语“接通”可以与术语“导通”互换使用。类似地，如本文所使用的，当提及关闭晶体管时，术语“关闭”可以与术语“关断”互换使用。

反馈电路16可以包括测量电路以及评估电路，测量电路测量功率晶体管10的电压转换速率dv/dt或在其关断瞬态期间与dv/dt相关的信号，评估电路评估电压转换速率dv/dt，并基于测量的电压转换速率dv/dt控制由栅极驱动器14实施的用于下一个关断事件的去饱和时间Tdesat的持续时间。换句话说，当前关断事件的dv/dt测量用于调节下一个关断事件的去饱和时间Tdesat。应当理解，评估电路可以集成到栅极驱动器14本身或控制器12中，或者可以是可以包括比较器(例如，用于将电压转换速率dv/dt与阈值进行比较)和用于基于比较结果确定去饱和时间Tdesat的处理器的单独的处理电路。

这里，转换速率可以指功率晶体管的集电极-发射极电压VCE的斜率。还应当理解，转换速率可以指集电极电流I

在一个示例中，用于改变晶体管10的开关状态的控制信号13由栅极驱动器14处理。栅极驱动器14可以包括快速FPGA、微处理器或控制栅极驱动器14的栅极驱动器级的其他栅极驱动器控制器。基于控制信号13，栅极驱动器14生成控制其相应驱动器之一的驱动器控制信号。因此，由驱动器驱动的晶体管10的导通和关断功能可以根据这些驱动器控制信号被激活和去激活。此外，栅极驱动器14可以根据所确定的去饱和时间Tdesat来控制一个或多个附加部件。

有源栅极驱动器14基于从控制器12接收到的控制信号13并且基于由反馈电路16确定的去饱和时间Tdesat来生成一个或多个栅极控制信号15。例如，有源栅极驱动器14可以生成电压信号作为栅极控制信号15，其在两个电压电平VH和VL之间被调制，以便调节栅极的充电或放电。替代地，有源栅极驱动器14可以生成一个或多个栅极控制信号15作为被调制以调节栅极的充电或放电的拉电流信号和灌电流信号。通过在关断期间调节一个或多个栅极控制信号15，有源栅极驱动器14可以调节去饱和时间Tdesat，使得其对于晶体管10的当前操作点和/或操作条件进行优化。换言之，去饱和时间Tdesat是可变的，并且可以根据测量的转换速率进行动态调整。

图2是根据一个或多个实施例的调节去饱和度Tdesat的方法200的流程图。增加去饱和时间Tdesat也会增加关断期间的电压转换速率dv/dt。相反，减少去饱和时间Tdesat会减少关断期间的电压转换速率dv/dt。特别地，MOS栅控功率器件的电压转换速率dv/dt受到其对应应用的限制，例如为6kV/μs，但不限于此。较长的去饱和时间Tdesat会导致更快的开关和更高(更陡)的dv/dt，而较短的去饱和时间Tdesat会导致更慢的开关和更低的dv/dt。因此，电压转换速率dv/dt和去饱和时间Tdesat彼此直接相关。最佳去饱和时间Tdesat可以由反馈电路16以下列方式确定。

在系统启动205之前或之时，可以将去饱和时间Tdesat预设为低去饱和时间T(desat，min)，这可以确保电压转换速率dv/dt在完整的操作范围内不超过应用限制。如果晶体管10的等离子体密度处于最低可能水平，则该去饱和时间Tdesat直接处于最佳设置。如果晶体管10的等离子体密度较高，意味着需要较长的去饱和时间Tdesat，则按照图2所示的流程图进一步优化去饱和时间Tdesat。

在操作210中，栅极驱动器14利用去饱和时间Tdesat的设定值来驱动受控开关以关断。在操作215中，在每次关断开关过程期间，测量、处理电压转换速率dv/dt，并将其与预定义的dv/dt阈值进行比较，该阈值通常接近应用极限(例如，6kV/μs)。dv/dt不大于该dv/dt阈值的最大去饱和时间Tdesat被定义为最佳去饱和时间Tdesat。在操作215中确定的比较结果决定了如何为下一个关断开关事件(即，为下一个关断开关操作)设置去饱和时间Tdesat。

如果测量的电压转换速率dv/dt大于dv/dt阈值，则当前设置的去饱和时间Tdesat超过最佳去饱和时间Tdesat。在这种情况下，用于下一个关断开关操作中的去饱和时间Tdesat被递减(减少)第一预定量的第一适应时间ΔT1(操作220)。例如，在该示例中，去饱和时间Tdesat减少了5ns。另一方面，如果测量的电压转换速率dv/dt没有超过dv/dt阈值(即，等于或小于dv/dt阈值)，则当前设置的去饱和时间Tdesat小于最佳去饱和时间Tdesat。在这种情况下，将用于下一个关断开关操作中的去饱和时间Tdesat增加第二预定量的第二适应时间ΔT2(操作225)。例如，在该示例中，去饱和时间Tdesat增加了5ns。应当理解，第一预定量ΔT1和第二预定量ΔT2可以是相同或不同的量。此外，像减少的适应时间一样，可以设想更长的适应时间。

该过程然后返回到操作210，其中调整后的去饱和时间Tdesat用于下一个关断开关操作。然后再次测量电压转换速率dv/dt并与dv/dt阈值进行比较，并且相应地调整去饱和时间Tdesat以用于进一步的关断开关操作。因此，可以针对每个随后的关断开关操作基于在其之前的关断开关操作中执行的评估来调整去饱和时间Tdesat，使得可以根据实时操作条件动态地调节去饱和时间Tdesat。

还应当理解，代替测量电压转换速率dv/dt，可以在关断开关操作期间测量电流转换速率di/dt并将其与对应的阈值进行比较，作为调整去饱和时间Tdesat的基础。例如，可以将di/dt的绝对值与预设阈值进行比较，并且可以以与上述类似的方式调整去饱和时间Tdesat。

该栅极控制方法的控制环路在测量的关断开关操作之后且在下一个关断开关操作之前进行。因此，由于两个连续的关断开关操作之间有足够的时间，可以实施对去饱和时间Tdesat的调节以对晶体管10的性能产生影响。假设通过这种栅级控制方法，实际去饱和时间Tdesat维持在变化的最佳去饱和时间Tdesat周围的窄带内。

该方法将栅极控制信号的闭环控制用于MOS栅控功率器件。通过将实际测量的dv/dt值与预定义的目标(阈值)值进行比较，可以针对变化的操作条件持续优化栅极控制信号。此外，该方法可以针对器件参数变化自动对不同应用中的控制功能施加准确且响应灵敏的校正。因此，通过实施该方法，栅极驱动器系统100不仅可以针对实际应用的变化的操作条件自动优化栅极控制参数，而且可以针对器件参数变化为MOS栅极控制功率器件实现传导损耗和开关损耗之间的最佳权衡。

该栅极控制方法的优点在于仅需要测量dv/dt信号。无需测量诸如DC链路电压、负载电流和结温的操作参数，也无需实施大型查找表。此外，基于对应的dv/dt测量结果为所测量的器件单独设置最佳去饱和时间，这消除了器件参数变化的影响。因此，校准、测量和硬件工作量显著减少。而且，该栅极控制方法的控制策略简单、成本低。可以克服经典的基于有源栅极控制的控制方法的一些或全部缺点。通过该栅极控制方法，预计在实际应用中的变化的操作条件下可以为所有器件实现开关损耗和传导损耗之间的最佳权衡。

为了实施闭环栅极控制，需要测量dv/dt信号或与dv/dt相关的信号。下图示出了不同类型的栅极驱动器系统，其包括用于测量电压转换速率dv/dt或与dv/dt相关的信号的测量电路，以及用于在关断期间根据所确定的去饱和时间Tdesat调节一个或多个栅极控制信号的去饱和电路。此外，还提供了对应的栅极控制信号图，其示出了每个应用中的经调节的去饱和时间Tdesat的实施。

虽然可以测量实际电压转换速率dv/dt，但是测量与电压转换速率dv/dt成正比的电路参数可以更简单。因此，通常，测量电路测量电压转换速率dv/dt或与电压转换速率dv/dt成正比的参数(例如，ΔV)。在后一种情况下，评估电路将测量的参数与预定阈值进行比较以确定去饱和时间Tdesat。与操作215中使用的dv/dt阈值类似，预定阈值被用作所测量的参数的预定义目标值。当所测量的参数超过预定阈值时，将去饱和时间Tdesat减少第一预定量ΔT1以用于下一次关断开关操作(例如，操作220)，并且当所测量的参数没有超过预定阈值时，将去饱和时间Tdesat减少第二预定量ΔT2以用于下一次关断开关操作(例如，操作225)。

图3A是根据一个或多个实施例的栅极驱动器系统300的示意图。图3B是根据一个或多个实施例的在功率晶体管的关断期间由栅极驱动器系统300的驱动器生成的栅极控制信号的波形图。

栅极驱动器系统300包括作为反馈电路16的部件的测量电路17、比较器18以及控制和驱动器电路19。测量电路17包括并联耦合到晶体管10的探测电容器Cp和串联探测电阻器Rp电路。然而，应当理解，能够测量与电压转换速率成比例的参数的其他测量电路系统也是可能的。例如，这可以包括分压器、电阻电容分压器或测量与晶体管串联耦合的杂散电感两端的电压降的电路。测量电路系统可以包括多于一个的电容器或电阻器，并且电容器和电阻器可以并联而不是串联连接。

比较器18在晶体管10的电流关断开关事件期间测量探测电阻器Rp两端的电压降ΔV。探针P可以用于从电路中分接该参数。电压降ΔV表示关断开关事件期间晶体管10上的电压的时间导数。换句话说，电压降ΔV与晶体管10的电压转换速率dv/dt成比例。比较器18将测量的电压降ΔV与和电压转换速率限制成比例的参考电压ΔVref进行比较，并根据该比较结果生成比较结果(即，逻辑高或低)。例如，当测量的电压降ΔV大于参考电压ΔVref时，比较器18可以在其输出处生成逻辑高信号，并且当测量的电压降ΔV等于或小于参考电压ΔVref时，比较器18可以在其输出处生成逻辑低信号。应当理解，可以使用除比较器18之外的比较器电路系统来执行比较。例如，处理器可以执行比较并生成比较结果。

控制和驱动器电路19以与上面参照操作215描述的类似方式评估比较器18在晶体管10的关断开关事件期间的输出(即，比较结果)，并且基于评估的比较结果(例如，根据操作220和225)确定被用于晶体管10的下一个关断开关事件的去饱和时间Tdesat。

控制和驱动器电路19可以在晶体管10从完全导通转变到完全关断期间的预定测量间隔内执行其评估。如果在预定测量间隔期间的任何时刻，比较器18的输出指示电压转换速率已经超过阈值，则对于下一个关断开关事件减少去饱和时间Tdesat。然而，如果比较器18的输出指示在预定测量间隔期间的任何时刻处，电压转换速率没有超过阈值，则对于下一个关断开关事件增加去饱和时间Tdesat。因此，控制和驱动器电路19基于测量的电压降ΔV调节去饱和时间Tdesat的持续时间。控制和驱动器电路19还基于从控制器12接收的控制信号13生成栅极控制信号VGE(t)(即，栅极控制信号15)。

替代地，晶体管参数可以是在预定义的测量间隔内测量的电压转换速率的函数。例如，可以在晶体管10从完全导通转变到完全关断期间的预定测量间隔内对用作晶体管参数的电压降ΔV进行采样，并且可以计算在预定测量间隔内晶体管参数的平均值。然后可以将晶体管参数的平均值提供给比较器18并将其与和平均电压转换速率限制成比例的参考电压ΔVref进行比较。这种平均电压转换速率的一个示例是与dv/dt_1090值成比例的值，dv/dt_1090值是在施加的DC链路电压的10％和90％之间的电压上升速率期间dv/dt的平均值。另一个示例是在具有预定义长度的特定时间间隔内出现的最大平均电压转换速率。例如，这可以通过如下方式来确定：将电压上升速率的时间间隔分为n个间隔(n≥2)，确定这些间隔中的每个间隔中的平均电压上升速率，并选择这些值中的最大值作为晶体管参数。

控制和驱动器电路19以与上面参考操作215描述的类似方式评估在晶体管10的关断开关事件期间比较器18的输出(即，比较结果)并且基于评估的比较结果(例如，根据操作220和225)确定被用于晶体管10的下一个关断开关事件的去饱和时间Tdesat。

在该示例中，有源栅极驱动器14包括控制和驱动器电路19以及钳位电路20，其基于测量的电压降ΔV协作地调节栅极控制信号VGE(t)。控制和驱动器电路19向钳位电路20提供栅极控制信号VGE(t)和去饱和时间Tdesat。去饱和时间Tdesat被设置为根据紧接在电流关断开关事件之前的先前关断开关事件确定的持续时间。在晶体管10关断期间，控制和驱动器电路19将栅极控制信号VGE(t)从高电压电平VH转变到低电压电平VL。当栅极控制信号VGE(t)达到去饱和电压电平VGE_desat时，钳位电路20将栅极控制信号VGE(t)钳位至去饱和电压电平VGE_desat，并在设置的去饱和时间Tdesat内将栅极控制信号VGE(t)维持在去饱和电压电平VGE_desat。因此，钳位电路20检测栅极控制信号VGE(t)何时达到用于钳位的去饱和电压电平VGE_desat。

通过在设置的去饱和时间Tdesat内将栅极控制信号VGE(t)钳位至去饱和电压电平VGE_desat，对晶体管的去饱和执行了最佳持续时间，以根据其当前操作点充分地使晶体管10去饱和。去饱和电压电平VGE_desat被设置为编程在高电压电平VH和低电压电平VL之间的预定电压，并且更具体地为编程在高电压电平VH和晶体管的导通/关断阈值电压Vth之间的预定电压，其中导通/关断阈值电压Vth通常在0V和5V之间。

结果，钳位电路20基于从先前关断开关事件确定的去饱和时间Tdesat来调整栅极控制信号VGE(t)(即，栅极控制信号15)，并且将调整后的栅极控制信号VGE(t)(即，调整后的栅极控制信号15’)输出到晶体管10的栅极端子，以便优化晶体管10在关断期间的去饱和时段。一旦去饱和时间Tdesat期满或逝去，钳位电路20解除对栅极控制信号VGE(t)的钳位，并允许栅极控制信号VGE(t)从去饱和电压电平VGE_desat转变至低电压电平VL以完全关断晶体管10。

在下一个关断开关事件期间再次评估用作指示电压转换速率的晶体管参数的所测量的电压降ΔV，以调节为下一个后续关断开关事件实施的去饱和时间Tdesat，以此类推。因此，可以基于在紧接在其之前的关断开关事件中执行的评估来针对每个随后的关断开关事件调整去饱和时间Tdesat，使得可以根据晶体管10的实时操作条件动态地调节去饱和时间Tdesat。

图4A是根据一个或多个实施例的栅极驱动器系统400的示意图。图4B是根据一个或多个实施例的在功率晶体管关断期间由栅极驱动器系统400的驱动器生成的栅极控制信号的波形图。栅极驱动器系统400类似于栅极驱动器系统300，只是钳位电路20耦合到晶体管10的集电极而不是栅极。控制和驱动器电路19基于从控制器12接收的控制信号13生成栅极控制信号VGE(t)(即，栅极控制信号15)，并将栅极控制信号VGE(t)提供给晶体管10的栅极端子。控制和驱动器电路19还向钳位电路20提供从紧接在当前关断开关事件之前的先前关断开关事件确定的去饱和时间Tdesat。因此，控制和驱动器电路19仍然负责基于方法200动态地配置钳位电路20处的去饱和时间Tdesat。

当集电极-发射极电压VCE(t)或集电极-栅极电压VCG(t)达到去饱和电压电平VCE_desat时，钳位电路20将集电极-发射极电压VCE(t)或集电极-栅极电压VCG(t)钳位至去饱和电压电平VCE_desat，并且在设置的去饱和时间Tdesat内将集电极-发射极电压VCE(t)或集电极-栅极电压VCG(t)维持在去饱和电压电平VCE_desat。具体地，当栅极控制信号VGE(t)从高电压电平VH转变为低电压电平VL时，晶体管关断，这导致集电极电压从低集电极电压VCE(on)上升。钳位电路20检测集电极电压(具体地集电极-发射极电压VCE(t))何时达到用于钳位的去饱和电压电平VCE_desat。当达到去饱和电压电平VCE_desat时，钳位电路将VCE(t)钳位至去饱和电压电平VCE_desat，并在设置的去饱和时间Tdesat内将其维持在去饱和电压电平VCE_desat。一旦去饱和时间Tdesat期满或逝去，钳位电路20解出对VCE(t)的钳位并允许VCE(t)从去饱和电压电平VCE_desat转变到上限(例如，转变到正供电轨的值)。

通过在关断期间在设置的去饱和时间Tdesat内将集电极电压、并且具体地将集电极-发射极电压VCE(t)钳位到去饱和电压电平VCE_desat，对晶体管的去饱和执行了最佳持续时间以根据其当前操作点充分去饱和晶体管10。

图5A是根据一个或多个实施例的栅极驱动器系统400的示意图。图5B是根据一个或多个实施例的在功率晶体管关断期间由栅极驱动器系统500的驱动器生成的栅极控制信号的波形图。栅极驱动器系统500类似于栅极驱动器系统300，只是晶体管10是双栅极晶体管，其开关状态由两个栅极控制信号控制，包括开关栅极控制信号VGs(t)和控制栅极控制信号VGc(t)。在该示例中，没有提供钳位电路。

双栅极晶体管包括两个FET区域，每个FET区域包括其自己的栅极端子。这两个栅极端子被称为由控制栅极控制信号VGc(t)控制的控制栅极Gc和由开关栅极控制信号VGs(t)控制的开关栅极Gs。两个栅极控制信号都在两个相应的电压电平之间切换，但是以交错或延迟的方式。为了导通整个晶体管区域，两个栅极信号通常被设置为相同的高电压电平VH。在这种情况下，两个栅极控制信号在相同的高电压电平VH和相同的低电压电平VL之间切换。然而，应当理解，一个栅极控制信号的一个或两个电压电平可以不同于另一栅极控制信号的电压电平。

在晶体管10关断期间，控制和驱动器电路19首先将控制栅极控制信号VGc(t)从VH切换到VL，然后在去饱和时间Tdesat之后，将开关栅极控制信号VGs(t)从VH切换到VL。在控制栅极控制信号VGc(t)为低并且开关栅极控制信号VGs(t)为高的时间期间对晶体管执行去饱和。基于从紧接当前关断开关事件之前的先前关断开关事件确定的去饱和时间Tdesat，执行去饱和达最佳持续时间，以根据晶体管10的当前操作点充分地使晶体管10去饱和。

控制和驱动器电路19基于来自控制器12的控制信号13生成开关栅极控制信号VGs(t)和控制栅极控制信号VGc(t)，并且调整两个栅极控制信号的下降沿转变之间的时序以与为该关断开关事件确定的设置的去饱和时间Tdesat一致。控制和驱动器电路19被配置为在每个关断开关事件期间在第一触发时间触发控制栅极的栅极电压从VH到VL的转变，并且在每个关断开关事件期间在第二触发时间触发开关栅极的栅极电压从VH到VL的转变，该第二触发时间被偏移为在第一触发时间之后的去饱和时间的持续时间。

图6A是根据一个或多个实施例的用于晶体管半桥的栅极驱动器系统的示意图。图6B是根据一个或多个实施例的在功率晶体管关断期间由栅极驱动器系统600的驱动器生成的栅极控制信号的波形图。特别地，图6B示出了开关事件，在该开关事件期间，高侧晶体管10HS导通(即，高侧晶体管10HS的导通开关事件)，低侧晶体管10LS关断(即，低侧晶体管10LS的关断开关事件，并且低侧栅极控制续流二极管D2被切换为导通并且然后关断。低侧栅极控制续流二极管D2导通并且然后关断的切换可以被认为是低侧晶体管10LS的关断开关事件的部分。当高侧晶体管10HS关断并且低侧晶体管10LS导通时，会发生类似的开关事件，其中高侧栅极控制续流二极管D1以与二极管D2所示的类似方式被切换为导通并且然后关断。高侧续流二极管D1导通并且然后关断的切换可以被认为是高侧晶体管10HS的关断开关事件的部分。

半桥包括低侧功率晶体管10LS和高侧功率晶体管10HS。栅极驱动器系统600包括用于每个功率晶体管的栅极驱动器。具体地，栅极驱动器系统600包括驱动低侧功率晶体管10LS的低侧栅极驱动器电路14LS和驱动高侧功率晶体管10HS的高侧栅极驱动器电路14HS。另外，栅极驱动器系统600包括测量电路17HS和17LS以及比较器18HS和18LS，测量电路17HS和17LS以及比较器18HS和18LS执行与上述类似的操作，以用于测量指示其相应晶体管的电压转换速率的晶体管参数(例如，ΔV)并且将比较结果提供给相应的栅极驱动器电路。这里，测量电路17HS和17LS的探针P1测量相应探测电阻器Rp上的相应电压降ΔV。

因此，栅极驱动器电路14HS和14LS及其相关电路系统被提供双份，具有相似的部件。考虑到图3A、图4A和/或图5A并参考图6A，等同或相似的元件或者具有等同或相似功能的元件用等同或相似的附图标记来表示。由于在附图中相同或功能等同的元件被赋予相同的附图标记，因此可以省略对具有相同附图标记的元件的重复描述。因此，对具有相同或相似附图标记的元件所提供的描述是可以相互互换的。

栅极驱动器电路14HS和14LS在不同的电压域HSS和LSS中操作。因此，它们被隔离区60(也称为终端区)分开。栅极驱动器电路14HS和14LS可以集成在单个管芯上或者可以位于单独的管芯上。栅极驱动器电路14HS和14LS可以均包括对应的收发器(未示出)，以用于跨隔离区60传输和接收信号。例如，比较器18HS的输出可以跨隔离区60通信地耦合以将其比较结果提供给栅极驱动器电路14LS。隔离区60中可以设置一个或多个电平移位器61，用于传输比较结果。电平移位器61被配置为将信号从对应于一个电压域的一个电压电平转换为对应于另一电压域的另一电压电平。类似地，虽然未示出，但是比较器18LS的输出可以以类似的方式跨隔离区60通信耦合以将其比较结果提供给栅极驱动器电路14HS。

还应当注意的是，虽然示出了两个控制器12HS和12LS，但是也可以想到仅提供单个控制器。在这种情况下，单个控制器可以驻留在电压域LSS中，并且可以经由位于隔离区60的相对侧的收发器通过隔离区60将控制信号传输到栅极驱动器电路14HS。

如上所述，图6B示出了开关事件，在该开关事件期间，高侧晶体管10HS导通(即，高侧晶体管10HS的导通开关事件)，低侧晶体管10LS关断(即，低侧晶体管10LS的关断开关事件)，并且低侧续流二极管D2被切换为导通并且然后关断。

在低侧电压域LSS中，栅极控制续流二极管D2反并联耦合到低侧晶体管10LS。例如，栅极控制续流二极管D2和低侧晶体管10LS可以实施在单独的半导体主体中或者实施在同一半导体主体中。类似于低侧晶体管10LS，栅极控制续流二极管D2包括栅极端子Gd，其电压由栅极驱动器电路14LS调节以控制器件的传导状态。栅极控制续流二极管D2在低侧晶体管10LS的关断开关事件期间导通，以为负载电流提供替代的电流路径，从而防止高电压峰值和损耗。这意味着栅极控制续流二极管D2在高侧晶体管10HS的导通开关事件期间导通。因为二极管D2是栅极控制的，所以电子空穴等离子体聚集在二极管的有源区中，该电子空穴等离子体应当通过去饱和来减少，以减少高侧晶体管10HS导通期间的损耗。

低侧栅极驱动器电路14LS耦合到低侧晶体管10LS的栅极端子G和二极管D2的栅极端子Gd两者以提供相应的栅极控制信号。低侧栅极驱动器电路14LS基于控制信号13LS生成栅极控制信号V

栅极驱动器电路14LS在低侧晶体管10LS的每个关断开关事件期间在第一触发时间触发栅极电压V

还应当注意，死区时间Tdead是由栅极驱动器电路14HS和14LS实施的，其中晶体管10HS和10LS都被关断以确保它们不同时传导电流。因此，可以根据互补晶体管的关断时间来计算导通时间。在这种情况下，高侧晶体管的导通时间从低侧晶体管的关断时间延迟或偏移了死区时间Tdead。

低侧栅极驱动器电路14LS还在低侧晶体管10LS的关断开关事件中的每一个期间在第二触发时间触发二极管D2的栅极电压V

根据方法200，低侧测量电路17LS测量指示低侧晶体管10LS在低侧晶体管10LS从导通状态转变为关断状态的当前关断开关事件的低侧晶体管10LS的电压转换速率的晶体管参数(例如，ΔV)，并且低侧比较器18LS将比较结果提供给低侧栅极驱动器电路14LS，以用于调节要用于下一个关断开关事件的去饱和时间的持续时间。以此方式，第一触发时间和第二触发时间之间的时段被调整以用于下一个关断开关事件。

去饱和时间Tdesat的持续时间的调节可以取决于负载电流的电流方向测量。在低侧晶体管10LS关断之前负载电流流过低侧二极管D2的情况下，则晶体管参数指示二极管D2中的等离子体的量或与其成比例并且可以用于将去饱和时间Tdesat设置为用于在下一个关断开关事件中使二极管D2去饱和的最佳持续时间。在这种情况下，控制去饱和时间Tdesat将改变低侧二极管D2内的电荷载流子密度并对高侧晶体管10HS的导通产生影响。在这种情况下，当测量晶体管参数时负载电流流过低侧二极管D2时，低侧二极管D2实际上确定(即，影响)高侧晶体管10HS的即将到来的导通的电压转换速率dv/dt。另一方面，在低侧晶体管10LS关断之前负载电流流过低侧晶体管10LS的情况下，则低侧二极管D2的栅极电压V

因此，测量电路17LS可以包括电流方向测量电路，该电流方向测量电路包括与低侧晶体管10LS串联连接并且负载电流流过其的电压探针P2和电阻器Rpk。电压探针P2测量电阻器Rpk两端的电压降ΔVpk。如果电压降ΔVpk小于0V，则负载电流流过低侧二极管D2，并且MOS栅控二极管D2的去饱和时间Tdesat将基于晶体管参数ΔV来控制。当低侧晶体管10LS的关断开关事件期间电压降ΔVpk小于0V时，可以由栅极驱动器电路14HS执行或触发晶体管参数ΔV的测量或比较结果的采样。如果电压降ΔVpk大于0V，则负载电流流过低侧晶体管10LS，并且MOS栅控二极管D2的去饱和时间Tdesat不应该基于ΔV来控制。

因此，测量电路17LS被配置为测量在低侧晶体管10LS的关断开关事件内在负载电流流过二极管D2时的晶体管参数ΔV或对比较器18LS的比较结果进行采样。测量电路17LS包括电流方向测量电路，其被配置为检测负载电流的电流方向并基于检测到的电流方向确定负载电流何时流过二极管D2。

如上所述，第一触发时间和第二触发时间之间的时段是由栅极驱动器电路14LS根据在低侧晶体管10LS的先前关断开关事件期间进行的测量确定的去饱和时间Tdesat。在去饱和时间期间，栅极控制续流二极管D2内的电子和空穴的载流子浓度降低。结果，降低了用于导通高侧晶体管10HS的损耗。根据从当前关断开关事件之前的先前关断开关事件确定的低侧晶体管10LS的当前操作点，执行去饱和达最佳持续时间以充分地去饱和栅极控制续流二极管D2。

死区时间Tdead紧随去饱和时间Tdesat之后，并且去饱和时间Tdesat和死区时间Tdead的总和可以被称为有效去饱和时间Tdesat,eff。一旦高侧晶体管10HS完全导通，栅极控制续流二极管D2在延迟时间Tdelay之后关断。该延迟时间Tdelay可以在栅极驱动器电路14HS处预先配置，并且被设置为确保高侧晶体管10HS完全导通的持续时间。

转向高侧电压域HSS，栅极控制续流二极管D1反并联耦合到高侧晶体管10HS。例如，栅极控制续流二极管D1和高侧晶体管10HS可以实施在单独的半导体主体中或者实施在同一半导体主体中。与高侧晶体管10HS一样，栅极控制续流二极管D1包括栅极端子，其电压由栅极驱动器电路14HS调节以控制器件的传导状态。栅极控制续流二极管D1在高侧晶体管10HS的关断开关事件期间导通，以为负载电流提供替代的电流路径，从而防止高电压峰值和损耗。这意味着栅极控制续流二极管D1在低侧晶体管10LS的导通开关事件期间导通。因为二极管D1是栅极控制的，所以电子空穴等离子体聚集在二极管的有源区中，应当通过去饱和来减少电子空穴等离子体，以减少低侧晶体管10LS导通期间的损耗。

高侧栅极驱动器电路14HS耦合到高侧晶体管10HS的栅极端子G和二极管D1的栅极端子Gd以提供各自的栅极控制信号。高侧栅极驱动器电路14HS基于控制信号13HS生成栅极控制信号V

栅极驱动器电路14HS在高侧晶体管10HS的每个关断开关事件期间在第一触发时间触发栅极电压V

还应当注意，预定义的死区时间Tdead由栅极驱动器电路14HS和14LS实施，其中晶体管10HS和10LS都被关断以确保它们不同时传导电流。因此，晶体管的导通时间可以使用预定义的死区时间Tdead根据其互补晶体管的关断时间来计算。在这种情况下，低侧晶体管的导通时间从高侧晶体管的关断时间延迟或偏移了死区时间Tdead。

高侧栅极驱动器电路14HS还在高侧晶体管10HS的关断开关事件中的每一个期间在第二触发时间触发二极管D1的栅极电压V

根据方法200，高侧测量电路17HS测量指示在高侧晶体管10HS从导通状态转变到关断状态的电流关断开关事件内高侧晶体管10HS的电压转换速率的晶体管参数(例如，ΔV)，并且高侧比较器18HS将比较结果提供给高侧栅极驱动器电路14HS，以用于调节要用于下一个关断开关事件的去饱和时间的持续时间。以此方式，第一触发时间和第二触发时间之间的时段被调整以用于下一个关断开关事件。

去饱和时间Tdesat的持续时间的调节可以取决于负载电流的电流方向测量。在高侧晶体管10HS关断之前负载电流流过高侧二极管D1的情况下，则晶体管参数指示二极管D1中的等离子体的量或与成比例，并且可以用于将去饱和时间Tdesat设置为用于在下一个关断开关事件中使二极管D1去饱和的最佳持续时间。在这种情况下，去饱和时间Tdesat的控制会改变高侧二极管D1内部的载流子密度，并且影响低侧晶体管10LS的导通。在这种情况下，当测量晶体管参数时负载电流流过高侧二极管D1时，高侧二极管D1实际上确定(即，影响)电压转换速率dv/dt。另一方面，在高侧晶体管10HS关断之前负载电流流过高侧晶体管10HS的情况下，则高侧二极管D1的栅极电压V

因此，测量电路17HS可以包括电流方向测量电路，该电流方向测量电路包括与高侧晶体管10HS串联连接并且负载电流流过其的电压探针P2和电阻器Rpk。电压探针P2测量电阻器Rpk两端的电压降ΔVpk。如果电压降ΔVpk小于0V，则负载电流流过高侧二极管D1，并且MOS栅控二极管D1的去饱和时间Tdesat将基于晶体管参数ΔV来控制。当在高侧晶体管10HS的关断开关事件期间电压降ΔVpk小于0V时，晶体管参数ΔV的测量或比较结果的采样可以由栅极驱动器电路14HS执行或触发。如果电压降ΔVpk大于0V，则负载电流流过高侧晶体管10HS，并且MOS栅控二极管D1的去饱和时间Tdesat不应该基于晶体管参数ΔV来控制。

因此，测量电路17HS被配置为测量在高侧晶体管10HS的关断开关事件内在负载电流流过二极管D1时的晶体管参数ΔV或对比较器18HS的比较结果进行采样。测量电路17HS包括电流方向测量电路，其被配置为检测负载电流的电流方向并基于检测到的电流方向确定负载电流何时流过二极管D1。

如上所述，第一触发时间和第二触发时间之间的时段是由栅极驱动器电路14HS根据在高侧晶体管10HS的先前关断开关事件期间进行的测量所确定的去饱和时间Tdesat。在去饱和时间Tdesat期间，栅极控制续流二极管D1内的电子和空穴的载流子浓度减少。结果，降低了导通低侧晶体管10LS的损耗。根据从当前关断开关事件之前的先前关断开关事件确定的高侧晶体管10HS的当前操作点，执行去饱和达最佳持续时间，以充分地使栅极控制续流二极管D1去饱和。

死区时间Tdead紧随去饱和时间Tdesat之后，并且去饱和时间Tdesat和死区时间Tdead的总和可以被称为有效去饱和时间Tdesat,eff。一旦低侧晶体管10LS完全导通，栅极控制高侧续流二极管D1在延迟时间Tdelay之后关断。该延迟时间Tdelay可以在栅极驱动器电路14HS处预先配置，并且被设置为确保低侧晶体管10LS完全导通的持续时间。

在栅极控制续流二极管的替代控制方案中，可以通过测量位于另一个电压域中的晶体管在其导通开关事件期间的晶体管参数(例如，电压转换速率或ΔV)来确定位于一个电压域中的栅极控制续流二极管的去饱和时间Tdesat。这是因为互补晶体管对的晶体管参数(例如，电压转换速率或ΔV)彼此相关。因此，在同一PWM周期中，高侧晶体管在其导通期间的电压转换速率与低侧晶体管在其关断期间的电压转换速率相关(即，在两个互补晶体管的同一关断/导通过程中)。每个PWM周期包括关断第一晶体管、导通互补的第二晶体管、以及在第一晶体管关断之前切换耦合到第一晶体管的续流二极管为导通、以及在第二晶体管导通之后切换耦合到第一晶体管的续流二极管为关断，例如，如图6B所示。

在该控制方案下，并且以低侧晶体管10LS的关断为例，高侧比较器18HS用于测量并比较高侧晶体管10HS在其导通开关事件期间的电压降ΔV。高侧比较器18HS经由电平移位器61将其比较结果提供给低侧栅极驱动器电路14LS。低侧栅极驱动器电路14LS基于比较结果确定高侧晶体管10HS的电压转换速率是否超过阈值，并且根据操作220和225调整要施加到栅极控制续流二极管D2以用于低侧晶体管10LS的下一个关断开关事件的去饱和时间Tdesat。因此，高侧比较器18HS处的测量用于调节在下一个PWM周期期间施加在低侧电压域处的去饱和时间Tdesat的持续时间。

晶体管参数或比较结果的采样也可以通过电流方向测量电路以与上述类似的方式确定。

总结该替代控制方案，半桥电路包括第一晶体管和第二晶体管，其中在多个开关事件中的每一个期间第一晶体管被配置为导通并且第二晶体管被配置为关断。栅极控制续流二极管反并联耦合到第二晶体管，其中栅极控制续流二极管被配置为在多个开关事件中的每个开关事件期间导通。栅极驱动器电路耦合到第二晶体管的第一栅极端子和栅极控制续流二极管的第二栅极端子。栅极驱动器电路控制第一栅极端子处的第一栅极电压，以便在开关状态之间驱动第二晶体管，其中栅极驱动器电路被配置为在第一触发时间处在多个开关事件中的每一个期间触发第一栅极电压从第一电压电平到第二电压电平的第一转变，其中第二电压电平小于第一电压电平。栅极驱动器电路还控制第二栅极端子处的第二栅极电压，以便在传导状态之间驱动栅极控制续流二极管，其中栅极驱动器电路被配置为在第二触发时间处在多个开关事件中的每一个期间触发第二栅极电压从第三电压电平到第四电压电平的第二转变，其中第四电压电平大于第三电压电平，并且其中第二触发时间被偏移为比第一触发时间早了去饱和时间。测量电路测量指示在第一晶体管从关断状态转变到导通状态的第一开关事件内第一晶体管的电压转换速率的晶体管参数。控制电路接收测量的晶体管参数并基于测量的晶体管参数调节去饱和时间的持续时间。控制电路将测量到的晶体管参数与阈值进行比较以生成比较结果，并基于比较结果调节用于晶体管的下一个关断开关事件的去饱和时间的持续时间。控制电路可以基于比较结果和确定的去饱和时间来调整第二触发时间。

下面提供另外的实施例。

1.一种栅极驱动器系统，包括：

晶体管，被配置为在开关状态之间被驱动；

栅极驱动器电路，耦合到晶体管的栅极端子并且被配置为控制栅极端子处的栅极电压以便在开关状态之间驱动晶体管，其中栅极驱动器电路被配置为生成栅极控制信号，其在多个关断开关事件中的每个关断开关事件期间控制栅极电压以关断晶体管，其中晶体管被配置为在多个关断开关事件中的每个关断开关事件期间根据去饱和时间而被关断；

测量电路，被配置为测量指示在晶体管从导通状态转变到关断状态的第一关断开关事件内晶体管的电压转换速率的晶体管参数；以及

控制电路，被配置为接收测量的晶体管参数并基于测量的晶体管参数调节去饱和时间的持续时间。

2.根据实施例1所述的栅极驱动器系统，其中，晶体管包括第一负载端子和第二负载端子，并且电压转换速率对应于第一负载端子和第二负载端子上的电压。

3.根据实施例1和2中任一项所述的栅极驱动器系统，其中，晶体管参数与电压转换速率成比例。

4.根据实施例1-3中任一项所述的栅极驱动器系统，其中，晶体管参数是在预定义的测量间隔内测量的电压转换速率的函数。

5.根据实施例1-4中任一项所述的栅极驱动器系统，其中，晶体管参数对应于晶体管的基于晶体管的至少一个操作条件而改变的操作点。

6.根据实施例1-5中任一项所述的栅极驱动器系统，其中，在去饱和时间期间，晶体管内的电子和空穴的电荷载流子浓度减少。

7.根据实施例1-6中任一项所述的栅极驱动器系统，其中，控制电路被配置为将测量的晶体管参数与阈值进行比较以生成比较结果并基于比较结果调节用于晶体管的下一个关断开关事件的去饱和时间的持续时间。

8.根据实施例1-7中任一项所述的栅极驱动器系统，其中：

在测量的晶体管参数超过阈值的第一条件下，控制电路被配置为对于下一个关断开关事件减少去饱和时间的持续时间，并且

在测量的晶体管参数不超过阈值的第二条件下，控制电路被配置为对于下一个关断开关事件增加去饱和时间的持续时间。

9.根据实施例1-8中任一项所述的栅极驱动器系统，其中：

在测量的晶体管参数超过阈值的第一条件下，控制电路被配置为将下一个关断开关事件的去饱和时间的持续时间减少第一预定量，并且

在测量的晶体管参数不超过阈值的第二条件下，控制电路被配置为将下一个关断开关事件的去饱和时间的持续时间增加第二预定量。

10.根据实施例1-9中任一项所述的栅极驱动器系统，其中，比较结果指示测量的晶体管参数是否在第一关断开关事件期间的任何时刻超过阈值。

11.根据实施例1-10中任一项所述的栅极驱动器系统，其中:

栅极驱动器电路被配置为在多个关断开关事件中的每一个期间将栅极电压从第一电压电平转变到第二电压电平，

其中，栅极驱动器电路还包括耦合到栅极端子的钳位电路，其中，钳位电路被配置为在去饱和时间的持续时间内将栅极电压钳位到去饱和电压电平，其中，去饱和电压电平在第一电压电平和第二电压电平之间。

12.根据实施例1-11中任一项所述的栅极驱动器系统，其中，去饱和电压电平在第一电压电平和晶体管的导通/关断阈值电压之间。

13.根据实施例1-12中任一项所述的栅极驱动器系统，其中，在多个关断开关事件中的每一个期间在栅极电压从第一电压电平转变到第二电压电平期间，钳位电路被配置为当栅极电压从第一电压电平达到去饱和电压电平时，在去饱和时间的持续时间内将栅极电压钳位到去饱和电压电平。

14.根据实施例1-13中任一项所述的栅极驱动器系统，其中，钳位电路被配置为在去饱和时间期满时允许栅极电压从去饱和电压电平转变到第二电压电平。

15.根据实施例1-14中任一项所述的栅极驱动器系统，其中：

栅极驱动器电路被配置为在多个关断开关事件中的每一个期间将栅极电压从第一电压电平转变到第二电压电平，

晶体管包括第一负载端子和第二负载端子，负载电流被配置为从第一负载端子流向第二负载端子，并且

栅极驱动器系统还包括：

钳位电路，耦合到第一负载端子，其中，钳位电路被配置为在去饱和时间的持续时间内将第一负载端子的端子电压钳位到去饱和电压电平。

16.根据实施例1-15中任一项所述的栅极驱动器系统，其中：

晶体管是双栅极晶体管，包括控制栅极和作为开关栅极的栅极端子，

栅极驱动器电路被配置为在第一触发时间处在多个关断开关事件中的每一个期间触发控制栅极的栅极电压从第一电压电平到第二电压电平的转变，并且

栅极驱动器电路被配置为在第二触发时间处在多个关断开关事件中的每一个期间触发开关栅极的栅极电压从第三电压电平到第四电压电平的转变，第二触发时间被偏移为在第一触发时间之后的去饱和时间的持续时间。

17.一种栅极驱动器系统，包括：

晶体管，被配置为在开关状态之间被驱动，其中，晶体管被配置为在多个开关事件中的每个开关事件期间关断；

与晶体管反并联耦合的栅极控制续流二极管，其中，栅极控制续流二极管被配置为在多个开关事件中的每个期间导通；

栅极驱动器电路，耦合到晶体管的第一栅极端子和栅极控制续流二极管的第二栅极端子，

其中，栅极驱动器电路被配置为控制第一栅极端子处的第一栅极电压，以便在开关状态之间驱动晶体管，其中，栅极驱动器电路被配置为在第一触发时间在多个开关事件中的每一个期间触发第一栅极电压从第一电压电平到第二电压电平的第一转变，其中第二电压电平小于第一电压电平，

其中，栅极驱动器电路被配置为控制第二栅极端子处的第二栅极电压，以便在传导状态之间驱动栅极控制续流二极管，其中栅极驱动器电路被配置为在第二触发时间在多个开关事件中的每一个期间触发第二栅极电压从第三电压电平到第四电压电平的第二转变，其中第四电压电平大于第三电压电平，并且其中第二触发时间被偏移为比第一触发时间早了去饱和时间；

测量电路，被配置为测量晶体管参数，该晶体管参数指示在晶体管从导通状态转变到关断状态的第一关断开关事件内晶体管的电压转换速率；以及

控制电路，被配置为接收测量的晶体管参数并基于测量的晶体管参数调节去饱和时间的持续时间。

18.根据实施例17所述的栅极驱动器系统，其中，在去饱和时间期间，栅极控制续流二极管内的电子和空穴的电荷载流子浓度减少。

19.根据实施例17和18中任一项所述的栅极驱动器系统，其中，控制电路被配置为将测量的晶体管参数与阈值进行比较以生成比较结果并基于比较结果调节用于晶体管的下一个关断开关事件的去饱和时间的持续时间。

20.根据实施例17-19中任一项所述的栅极驱动器系统，其中，控制电路被配置为基于比较结果来调整第二触发时间。

21.根据实施例17-20中任一项所述的栅极驱动器系统，其中：

在测量的晶体管参数超过阈值的第一条件下，控制电路被配置为减少用于下一个关断开关事件的去饱和时间的持续时间，并且

在测量的晶体管参数不超过阈值的第二条件下，控制电路被配置为增加用于下一个关断开关事件的去饱和时间的持续时间。

22.根据实施例17-21中任一项所述的栅极驱动器系统，其中，测量电路被配置为在负载电流流过栅极控制续流二极管时测量第一关断开关事件的晶体管参数。

23.根据实施例17-22中任一项所述的栅极驱动器系统，其中，测量电路包括被配置为检测负载电流的电流方向并基于检测到的电流方向确定负载电流何时流过栅极控制续流二极管的电流方向测量电路。

24.一种栅极驱动器系统，包括：

半桥电路，包括第一晶体管和第二晶体管，其中，在多个开关事件中的每一个期间第一晶体管被配置为导通并且第二晶体管被配置为关断；

与第二晶体管反并联耦合的栅极控制续流二极管，其中，栅极控制续流二极管被配置为在多个开关事件中的每个开关事件期间被导通；

栅极驱动器电路，耦合到第二晶体管的第一栅极端子和栅极控制续流二极管的第二栅极端子，

其中，栅极驱动器电路被配置为控制第一栅极端子处的第一栅极电压，以便在开关状态之间驱动第二晶体管，其中，栅极驱动器电路被配置为在第一触发时间处在多个开关事件中的每一个期间触发第一栅极电压从第一电压电平到第二电压电平的第一转变，其中第二电压电平小于第一电压电平，

其中，栅极驱动器电路被配置为控制第二栅极端子处的第二栅极电压，以便在传导状态之间驱动栅极控制续流二极管，其中，栅极驱动器电路被配置为在第二触发时间处在多个开关事件中的每一个期间触发第二栅极电压从第三电压电平到第四电压电平的第二转变，其中，第四电压电平大于第三电压电平，并且其中，第二触发时间被偏移为比第一触发时间早了去饱和时间；

测量电路，被配置为测量指示在第一晶体管从关断状态转变到导通状态的第一开关事件内第一晶体管的电压转换速率的晶体管参数；以及

控制电路，被配置为接收测量的晶体管参数并基于测量的晶体管参数调节去饱和时间的持续时间。

25.一种在开关状态之间驱动晶体管的方法，该方法包括：在多个关断开关事件中的每一个期间控制晶体管的栅极端子处的栅极电压的转变以关断晶体管，其中，晶体管被配置为在多个关断开关事件中的每个关断开关事件期间根据去饱和时间而被关断；测量晶体管参数，该晶体管参数指示在晶体管从导通状态转变到关断状态的第一关断开关事件内的晶体管的电压转换速率；以及基于测量的晶体管参数调节用于下一个关断开关事件的去饱和时间的持续时间。

虽然已经公开了各种实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改，这将实现本文所公开的概念的一些优点。例如，测量和控制方案可以应用于MOS栅控器件，用于调节MOS栅控器件的去饱和时间的持续时间。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例并且可以进行结构或逻辑改变。应当指出的是，参考特定附图解释的特征可以与其他附图(即使是在那些未明确提及的附图中)的特征组合。对总体发明构思的这种修改旨在由所附权利要求及其合法等同物覆盖。

此外，所附权利要求特此并入详细描述中，其中每个权利要求可以独立地作为单独的示例实施例。虽然每个权利要求可以独立地作为单独的示例性实施例，但要注意的是，尽管从属权利要求在权利要求中可以指代与一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他示例性实施例也可以包括从属权利要求与每个其他从属或独立权利要求的主题的组合。除非陈述了不旨在包含特定组合，否则本文提出此类组合。此外，还旨在将权利要求的特征包括到任何其他独立权利要求，即使该权利要求不直接从属于独立权利要求。

还应当注意，说明书或权利要求中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的各个动作中的每一个的模块的装置来实施。例如，本公开中描述的技术可以至少部分地以硬件、软件、固件或其任意组合来实施，包括计算系统、集成电路和非暂时性计算机可读记录介质上的计算机程序的任意组合。例如，所描述的技术的各个方面可以在一个或多个处理器内实施，包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC、或任何其他等效的集成或分立逻辑电路系统、以及此类部件的任何组合。

此外，应当理解，在说明书或权利要求中公开的多个动作或功能的公开不能被解释为在特定顺序内。因此，多个动作或功能的公开不会将其限制为特定顺序，除非这些动作或功能由于技术原因不可互换。此外，在一些实施例中，单个动作可以包括或者可以分成多个子动作。除非明确排除，否则此类子动作可以被包括并且成为该单个动作的公开内容的一部分。