本公開總體上涉及用于操作或驅動場效應晶體管(fet)的柵極驅動器裝置，并且更具體地涉及將電阻裝置與限流裝置并聯地結合來驅動fet的柵極，并且當柵極信號短路到某一電壓電位時防止不期望的操作。

背景技術：

為了正確地操作場效應晶體管(fet)來控制例如內燃機的燃料噴射器或點火線圈，已經提出了利用防護和檢測故障的各種方案的先進柵極驅動器。獨立操作fet的多個實例的柵極驅動器的一些已知示例簡單地將每個fet的柵極連接到來自柵極驅動器電源的電壓。然而，如果由柵極驅動器輸出的一個或多個柵極信號經歷至接地電位或一些其他電源電壓的強烈短路，一個或多個其他fet可被禁用，例如被困在導通狀態或斷開狀態，這取決于短路的性質和柵極驅動器的配置。所需要的是一種如果來自柵極驅動器的柵極信號中的一個或多個短路到地電位或其他電源電壓則保護柵極驅動器電源的柵極驅動器。

技術實現要素：

根據一個實施例，提供了一種用于操作場效應晶體管(fet)的柵極驅動器裝置。該裝置包括拉低模塊和拉高模塊。拉低模塊可操作用于將fet的柵極驅動到低電壓。拉高模塊可操作用于將fet的柵極驅動到高電壓。拉高模塊包括電阻式拉高器件和電流拉高器件，電阻式拉高器件可操作為導通狀態和斷開狀態以經由上部電阻元件將柵極可切換地耦合到高電壓，電流拉高器件與電阻式拉高器件并聯設置。電流拉高器件可操作為導通狀態和斷開狀態以控制施加到柵極的電流源。

根據一個實施例，提供了一種用于操作場效應晶體管(fet)的柵極驅動器裝置。該裝置包括拉高模塊和拉低模塊。拉高模塊可操作用于將fet的柵極驅動到高電壓。拉低模塊可操作用于將fet的柵極驅動到低電壓。拉低模塊包括電阻式拉低器件和電流拉低器件，電阻式拉低器件可操作為導通狀態和斷開狀態以經由下部電阻元件將柵極可切換地耦合到低電壓，電流拉低器件與電阻式拉低器件并聯設置。電流拉低器件可操作為導通狀態和斷開狀態以控制施加到柵極的電流吸收器。

通過閱讀以下僅通過非限制性的方式給出的示例優選實施例的詳細描述，并且參照附圖，其他特征和優點將更加顯而易見。

附圖說明

本發明將參照附圖通過示例的方式進行描述，其中：

圖1是根據一個實施例的柵極驅動器的示意圖；

圖2是根據一個實施例的存在于圖1的柵極驅動器中的信號的示圖；以及

圖3是根據一個實施例的柵極驅動器的另一種配置。

具體實施方式

圖1示出了柵極驅動器裝置10的非限制性示例，以下稱為裝置10。裝置10有利地非常適合用于操作場效應晶體管12，以下稱為fet12。fet12可以用于控制電功率(b+，gnd)施加到電力負載14，諸如燃料噴射器、螺線管、或其他機電裝置。雖然在圖1中所示的非限制性示例僅示出了fet12的單一實例，但是可以預期的是，裝置10可以包括多個圖1所示的電路，使得多個fet可以被單獨且獨立地操作。當裝置10被配置為獨立地操作fet12的多個實例時，由本文所述的短路保護所提供的益處是特別有利的。本領域技術人員將認識到的是，裝置10優選是集成電路的形式，但是這不是要求的。

裝置10可以包括輸入端(圖1中未示出，參見圖3)，其被配置用于接收來自例如通用微處理器或其他內置邏輯(未示出)的控制信號。本領域技術人員還將認識到的是，裝置10可以包括電荷泵以提供必要的電壓以便于操作裝置10內的各種開關裝置(諸如金屬氧化物半導體fet(mosfet))，并且可以連接到裝置10外部的一個或多個電部件，例如電容或電阻。雖然裝置10和fet12的組合被示出配置為作為所謂的低側驅動器進行操作，但是可以預期的是，本文所提出的教導也適用于高側驅動器配置。

一般地，裝置10包括拉低模塊(pull-down-block)16和拉高模塊(pull-up-block)22，所述拉低模塊16可操作用于將fet12的柵極18驅動到低電壓20，例如地電位(gnd＝0伏)，所述拉高模塊22可操作用于將fet12的柵極18驅動到高電壓32，例如信號電源電壓(vcc＝5伏)。如將在下面更詳細地說明，出于兩個原因，本文所述的裝置10是對現有技術的改進。首先，如果連接到柵極18的裝置10的輸出端意外地或非預期地短路到某一電壓電位(諸如，gnd、b+)或任何其他低源電阻電壓，裝置10則防止過量電流進入裝置10或從裝置10離開。通過當裝置10的一個或多個輸出端(僅示出一個)短路到例如地電位(gnd)時防止過量的電流消耗，那么獨立于fet12由裝置10控制或操作的其他fet(未示出)將不受影響，因為vcc沒有由于短路而被拉低。此外，雖然所示的拉高模塊22和拉低模塊16具有類似的配置，但是可以預期的是，在某些情況下，拉高模塊22和拉低模塊16中的僅一個可能需要具有限流特征，這將進行更詳細地描述。其次，裝置10極大地增強了檢測柵極18處的故障條件的能力，因為對于大部分開關周期，裝置10的輸出電阻相比于典型的短路的電阻較高，如將在后面進行描述。

拉高模塊22可以包括電阻式拉高器件(resistive-pull-up)24(sw1)，所述電阻式拉高器件24(sw1)可操作為導通狀態和斷開狀態以經由上部電阻元件26將柵極18可切換地耦合到高電壓32，所述上部電阻元件26是電阻式拉高器件24的一部分。電阻式拉高器件24可以是具有導通電阻rds(導通)的mosfet，該導通電阻等于上部電阻元件的期望值，例如2歐姆(2ω)?？商娲?，上部電阻元件26可以是連接到開關sw1的單獨電阻部件(未示出)，其中開關sw1的導通電阻遠小于單獨電阻部件的電阻值。上述限流特征由電流拉高器件(current-pull-up)28來提供，所述電流拉高器件28與電阻式拉高器件24并聯設置。電流拉高器件28可類似地操作為導通狀態和斷開狀態以控制施加到柵極18的電流源30。在所示的非限制性示例中，電流源30通過開關sw3選擇性地連接到柵極18?？商娲?，電流源30可以由可變電流源來提供，所述可變電流源可選擇性地操作為從零電流(即，開路)到期望的電流值(例如1毫安(1ma))。

圖2示出了存在于裝置10中的信號的非限制性示例，現在將用于進一步說明當柵極18短路到某電壓時，裝置10如何防止裝置10的不期望的操作，特別是當fet的多個實例由多個圖1所示的柵極驅動電路的實例進行操作時。在時刻t1，開關sw1和開關sw3都從斷開狀態(即，打開狀態)操作或轉變到導通狀態(即，閉合狀態)。最初，電阻式拉高器件24的較低電阻快速地充電fet12的柵極18，以將fet12從斷開狀態較快地操作到導通狀態。雖然圖2示出了拉高模塊22同時將電阻式拉高器件24從斷開狀態操作到導通狀態以及將電流拉高器件28從斷開狀態操作到導通狀態(即在同一時刻或瞬間(t1))，可以預期的是，sw3的操作可被延遲。也就是說，電阻式拉高器件24和電流拉高器件28在同一瞬間從斷開狀態操作到導通狀態不是必須的。

一旦在時刻t1后已經過去足夠的時間以使得fet12被完全接通(即，被完全增強(enhanced))，柵極18經由電阻式拉高器件24與高電壓32的連接就可以被斷開，但是電流拉高器件28保持接通以保持fet12完全增強。通過斷開電流拉高器件28，如果柵極18短路到地電位，那么短路將不會朝向地電位拉低高電壓。此外，如果柵極18短路到地電位，拉高模塊22將不會被流過電阻式拉高器件24的過量電流損壞。也就是說，當拉高模塊22將柵極18驅動到高電壓32時，電阻式拉高器件24從斷開狀態操作到導通狀態，電流拉高器件28從斷開狀態操作到導通狀態，并且在電阻式拉高器件24從斷開狀態操作到導通狀態后的導通間隔42(t2-t1)之后，電阻式拉高器件24操作到斷開狀態，同時電流拉高器件28保持在導通狀態。

在此參照圖1，類似于拉高模塊22，拉低模塊16可以包括電阻式拉低器件34，所述電阻式拉低器件34可操作為導通狀態和斷開狀態以經由下部電阻元件36將柵極18可切換地耦合到低電壓20，并且電流拉低器件38與電阻式拉低器件34并聯設置。電流拉低器件38可類似地操作為導通狀態和斷開狀態以控制施加到柵極18的電流吸收器(currentsink)40。電阻式拉低器件34和電流拉低器件38可以包括用于sw2和sw4的mosfet，并且以其他方式配置為類似于拉高模塊22中的對應特征。同樣類似于拉高模塊22，當拉低模塊16將柵極18驅動到低電壓20時，電阻式拉低器件34從斷開狀態操作到導通狀態，電流拉低器件38從斷開狀態操作到導通狀態，并且在電阻式拉低器件34從斷開狀態操作到導通狀態后的斷開間隔44(t4-t3)之后，電阻式拉低器件34操作到斷開狀態，同時電流拉低器件38保持在導通狀態。

在一個實施例中，拉低模塊16同時將電阻式拉低器件34從斷開狀態操作到導通狀態以及將電流拉低器件38從斷開狀態操作到導通狀態(即在同一時刻或瞬間)。可替代地，正如上面對拉高模塊22所建議的，拉低模塊16可以被配置為延遲將開關sw4操作到閉合狀態，直到開關sw2閉合后再立即閉合開關sw4。

圖3示出了裝置10的非限制示例的進一步細節。在該示例中，所示的電阻式拉高器件24和電阻式拉低器件34都是mosfet，其中導通電阻rds(導通)等于期望值，例如2歐姆(2ω)。電阻式拉高器件24是p溝道mosfet，因此由p溝道驅動器(pch驅動器)來驅動。電阻式拉低器件34是n通道mosfet，因此由n溝道驅動器(nch驅動器)來驅動。

因此，提供了用于操作場效應晶體管(fet)的柵極驅動裝置(裝置10)。通過在高電流模式下經由電阻式拉高器件24或電阻式拉低器件34僅在預定時間間隔(t2-t1或t4-t3)內操作柵極驅動電路，可以避免fet12的多個實例的短路型損傷和/或不期望的操作(即，閉鎖)，以及提升檢測這種故障的能力。例如，如果在整個導通周期(t3-t1)或(t5-t3)內裝置10的導通電阻保持在2歐姆，那么如果例如在fet12的柵極18處發生48歐姆電阻短路到地電位，同時裝置10試圖將fet12的柵極拉到vcc(例如，+5伏)，那么裝置10將仍能夠將柵極18電壓拉到+5v電源的200毫伏范圍內，同時從電源vcc吸引100毫安的電流。因此，需要準確的故障檢測電路以便系統來確定已經發生故障。此外，電源以及柵極驅動器(裝置10)的電阻式拉高器件24和電阻式拉低器件34將需要被額定為供應并且承受這種功率消耗，而不使電源崩潰或維持對裝置10的永久損壞。然而，將導通間隔42(t2-t1)和斷開間隔44(t4-t3)限制到完全充電fet12的柵極所需的預定量，這減少短路情況下的功率消耗量，同時增加使用相對簡單的故障檢測電路來檢測到短路發生時的故障的可能性。

雖然已經參照其優選實施例對本發明進行了描述，但是這不是為了限制，而僅限于所附權利要求書所記載的范圍。