控制高側柵極驅動器的電源電壓的製作方法

2024-03-10 23:38:15

本發明涉及電路，且更特定來說，涉及電源轉換器。

背景技術：

汽車負荷突降(load dump)是指當電池正充電時交通工具電池與交流發電機斷開。此斷開可致使在汽車電子器件的電源轉換電路中出現高電壓，這又可損壞電源轉換電路中的組件。

技術實現要素：

在所述實例中，一種集成電路包含：輸入電壓引線；高側柵極驅動輸出引線；第一電荷泵電容器引線；第二電荷泵電容器引線；及參考電壓引線。所述集成電路進一步包含電荷泵電路，其具有輸入及耦合到所述第二電荷泵電容器引線的輸出。所述集成電路進一步包含柵極驅動器，其具有控制輸入、耦合到所述電荷泵電路的所述輸出的電力供應器以及耦合到所述高側柵極驅動輸出引線的輸出。所述集成電路進一步包含開關電路，其具有控制輸入、耦合到所述參考電壓引線的第一端子、耦合到所述輸入電壓引線的第二端子及耦合到所述第一電荷泵電容器引線的第三端子。所述集成電路進一步包含過電壓檢測電路，其具有耦合到所述輸入電壓引線的輸入及耦合到所述開關電路的所述控制輸入的輸出。

在其它所述實例中，一種方法包含基於是否針對輸入電壓引線檢測到過電壓狀況而將電荷泵電容器引線選擇性地耦合到輸入電壓引線或參考電壓。所述輸入電壓引線耦合到柵極驅動器的電力供應器。

在更多所述實例中，一種汽車系統包含一或多個汽車電子組件。所述汽車系統進一步包含汽車電池。所述汽車系統進一步包含耦合到所述電池的交流發電機。所述汽車系統進一步包含耦合到所述交流發電機的電源軌。所述汽車系統進一步包含耦合在所述電源軌與所述汽車電子組件之間的電源轉換器。所述電源轉換器包含通路電晶體。所述電源轉換器進一步包含耦合到所述通路電晶體的柵極驅動器。所述電源轉換器進一步包含電容器，其具有耦合到所述柵極驅動器的電力輸入的第一端子。所述電源轉換器進一步包含電路，其經配置以響應於在所述電源軌上檢測到過電壓狀況而將所述電容器的第二端子與所述電源軌解耦，且響應於在所述電源軌上檢測到過電壓狀況而將所述第二電容器的所述第二端子耦合到參考電壓引線。

在進一步所述實例中，一種集成電路包含輸入電壓引線、高側柵極驅動輸出引線及低側柵極驅動輸出引線。所述集成電路進一步包含高側柵極驅動器，其具有輸入及耦合到所述高側柵極驅動輸出引線的輸出。所述集成電路進一步包含低側柵極驅動器，其具有輸入及耦合到所述低側柵極驅動輸出引線的輸出。所述集成電路進一步包含控制電路，其具有輸入、耦合到所述高側柵極驅動器的所述輸入的第一輸出及耦合到所述低側柵極驅動器的所述輸入的第二輸出。所述集成電路進一步包含過電壓檢測電路，其具有耦合到所述輸入電壓引線的輸入及耦合到所述控制電路的所述輸入的輸出。所述控制電路經配置以響應於針對由所述輸入電壓引線載送的電壓檢測到過電壓狀況而經由所述第一輸出來輸出第一控制信號，且響應於針對由所述輸入電壓引線載送的電壓檢測到過電壓狀況而經由所述第二輸出來輸出第二控制信號，所述第一控制信號致使高側開關電晶體關斷，且所述第二控制信號致使低側開關電晶體關斷。

在另外所述實例中，一種方法包含檢測開關模式電源轉換器的輸入電壓引線上的過電壓狀況，所述開關模式電源轉換器包含高側開關電晶體及低側開關電晶體。所述方法進一步包含響應於檢測到過電壓狀況而關斷所述高側開關電晶體及所述低側開關電晶體。

附圖說明

圖1是根據本發明的包含實例電源轉換器控制電路的實例電源轉換器的框圖。

圖2是包含可在圖1的電源轉換器中使用的電源轉換器控制電路的實例集成電路的框圖。

圖3是根據本發明的具有進一步細節的圖1的實例電源轉換器的框圖。

圖4是包含可在圖3的電源轉換器中使用的電源轉換器控制電路的實例集成電路的框圖。

圖5是根據本發明的包含實例電源轉換器控制電路的另一實例電源轉換器的框圖。

圖6是包含可在圖5的電源轉換器中使用的電源轉換器控制電路的實例集成電路的框圖。

圖7是可包含根據本發明的技術設計的電源轉換器的實例汽車的框圖。

圖8是根據本發明的用於控制高側柵極驅動器的電源電壓的實例技術的框圖。

圖9是根據本發明的用於控制高側柵極驅動器的電源電壓的另一實例技術的框圖。

圖10是根據本發明的包含實例電源轉換器控制電路的另一實例電源轉換器的框圖。

具體實施方式

本發明描述了用於控制在電源轉換器中使用的高側柵極驅動器的電源電壓的技術。所述控制技術可響應於發生在電源轉換器的輸入電壓引線上的過電壓狀況而改變電源轉換器控制電路的配置及/或操作，以相對於原本將在正常操作狀況期間供應的電壓電平減小供應到高側柵極驅動器的電壓電平。以此方式，供應到高側柵極驅動器的電壓可限於即使在電源轉換器中存在過電壓狀況的情況下也不會引起對柵極驅動器或其它電路的損壞的電平。

減小在過電壓狀況期間供應到高側柵極驅動器的電壓電平可減小實施電源轉換器的組件及/或半導體製造工藝所需要的電壓順應要求。這可允許使用現有組件及工藝來實施針對相對較高輸入電壓的電源轉換器，其在未經修改的柵極驅動器電壓的情況下將是不可能的。以此方式，支持相對較高輸入電壓的電源轉換器可在不需要專業、極高順應電壓組件及/或工藝的情況下獲得。

此外，減小組件及工藝的電壓順應要求可允許使用更便宜及/或更具面積效率的組件及/或工藝來實施電源轉換器。以此方式，可減小電源轉換器的成本及大小。

在一些實例中，電源轉換器控制電路可包含電荷泵電路，其使用耦合在電源轉換器的輸入電壓與柵極驅動器電源之間的電容器。電荷泵電路可使用電荷泵電容器來將電壓疊加在輸入電壓的頂部上。在此類實例中，本發明的技術可響應於電源轉換器的輸入電壓引線上出現過電壓狀況而將電荷泵電容器的端子與輸入電壓引線解耦，且將電容器的端子耦合到參考電壓引線。參考電壓引線可攜載參考電壓，其小於或等於在過電壓狀況期間由輸入電壓引線攜載的電壓與電荷泵經配置以給電荷泵電容器充電所要達到的最大電壓之間的差值。

以此方式選擇性地將電容器與所述輸入電壓引線解耦及將電容器耦合到參考電壓可防止電荷泵將高側柵極驅動器的電源軌上升到比在過電壓狀況期間由輸入電壓引線攜載的電壓甚至更大的電壓。以此方式，供應到高側柵極驅動器的電壓可被限於即使在電源轉換器的輸入電壓引線上存在過電壓狀況的情況下也不會引起對柵極驅動器或其它電路的損壞的電平。

在另外實例中，電源轉換器控制電路可包含耦合在高側柵極驅動器電路的低電壓電源軌與高電壓電源軌之間的電容器，及耦合在柵極驅動器電路的高電壓電源軌與電壓源之間的二極體。當電源轉換器的輸出電壓正增大時，二極體及電容器可一起操作以維持跨高側柵極驅動器的電壓。在此類實例中，本發明的技術可響應於電源轉換器的輸入電壓引線上出現的過電壓狀況而關斷高側及低側電源轉換器開關。

關斷高側及低側電源轉換器開關可防止二極體及電容器將高側柵極驅動器的電源軌上升到比在過電壓狀況期間由輸入電壓引線攜載的電壓甚至更大的電壓。以此方式，供應到高側柵極驅動器的電壓可被限於即使在電源轉換器的輸入電壓引線上存在過電壓狀況的情況下也不會引起對柵極驅動器或其它電路的損壞的電平。

汽車負荷突降可指代當電池正充電時交通工具電池與交流發電機斷開。此斷開可致使電源轉換電路的輸入電壓引線中出現高電壓，其又可致使高側柵極驅動器的電源軌增大到更高電壓。這可引起對柵極驅動器或電源轉換器集成電路上的其它組件的損壞。

本發明的技術可改變電源轉換器控制電路的配置及/或操作以減小供應到高側柵極驅動器的電壓電平使得其小於或等於最大指定汽車負荷突降電壓。以此方式，供應到高側柵極驅動器的電壓可被限於即使在存在歸因於汽車負荷突降引起的過電壓狀況的情況也不會引起對柵極驅動器或其它電路的損壞的電平。

圖1是根據本發明的包含實例電源轉換器控制電路的實例電源轉換器10的框圖。電源轉換器10包含高側開關電晶體12、低側開關電晶體14、低側柵極驅動器16、電晶體18、20、控制器22、電荷泵電路24、過電壓檢測器26、開關28、30、電荷泵電容器32、電感器36、引線38、40、42、44及導體46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66。

高側開關電晶體12的源極電極經由導體54耦合到低側開關電晶體14的漏極電極。高側開關電晶體12的漏極電極耦合到輸入電壓引線42。低側開關電晶體14的源極電極耦合到接地軌68。開關電晶體12、14可被認為布置成圖騰柱(totem-pole)配置，且可形成半橋電路，其中輸入電壓引線42形成輸入電壓端子，低側開關電晶體14的源極形成接地迴路端子，且導體54形成輸出電壓端子。輸入電壓引線42經配置以耦合到輸入電壓源，例如(例如)汽車電池及/或汽車交流發電機。

在圖1的實例中，由導體54形成的輸出電壓端子經由電感器36耦合到輸出引線44，且輸出引線44可形成電源轉換器10的輸出端子。輸出引線44經配置以耦合到一或多個電子負載組件，例如(例如)一或多個汽車電子組件。在一些實例中，由導體54形成的輸出電壓端子可耦合到電動機，且電感器36可表示電動機的內部電感。

開關電晶體12、14中的每一者的柵極電極耦合到相應的柵極驅動器電路。具體來說，高側開關電晶體12的柵極電極經由導體52耦合到由電晶體18、20形成的高側柵極驅動器的輸出。低側開關電晶體14的柵極電極經由導體58耦合到低側柵極驅動器16的輸出。

開關電晶體12、14中的每一者的背柵電極經由導體耦合到它們的相應源極電極。包含在開關電晶體12、14中的每一者中的內部二極體耦合在開關電晶體12、14的相應背柵與漏極電極之間，其中陽極耦合到相應的背柵電極且陰極耦合到相應的漏極電極。

電晶體18的漏極電極經由導體52耦合到電晶體20的漏極電極。電晶體20的源極端子經由導體54耦合到由開關電晶體12、14形成的半橋電路的電壓輸出。電晶體18的源極電極經由導體46耦合到電荷泵電容器32及電荷泵電路24的輸出。電晶體18、20可共同形成高側柵極驅動器，其在一些實例中可為反相器。

由電晶體18、20形成的高側柵極驅動器包含由電晶體18的源極形成且耦合到導體46的高電壓電力輸入(在本文稱為高側柵極驅動器高電壓電源軌)。高側柵極驅動器進一步包含由電晶體20的源極形成且耦合到半橋電路的電壓輸出的低電壓電力輸入(在本文稱為高側柵極驅動器低電壓電源軌)。

電晶體18、20的柵極電極分別經由導體60、62耦合到控制器22的相應輸出。導體60、62中的每一者可形成高側柵極驅動器的輸入，且可統稱為高側柵極驅動器的控制輸入。電晶體18、20中的每一者的背柵電極經由導體耦合到它們的相應源極電極。

低側柵極驅動器16的輸入經由導體56耦合到控制器22的另一輸出。在一些實例中，低側柵極驅動器16可為反相器。

電荷泵電路24的控制輸入耦合到電荷泵控制引線40。電荷泵電路24的電壓輸入耦合到輸入電壓引線42。電荷泵電路24的輸出經由導體46耦合到電荷泵電容器32的第一端子及高側柵極驅動器的高電壓電源輸入。

開關28耦合在電荷泵電容器32的第二端子與輸入電壓引線42之間。開關30耦合在電荷泵電容器32的第二端子與參考電壓引線38之間。具體來說，開關28的第一端子經由導體48耦合到電荷泵電容器32的第二端子，且開關28的第二端子耦合到輸入電壓引線42。開關30的第一端子經由導體48耦合到電荷泵電容器32的第二端子，且開關28的第二端子耦合到參考電壓引線38。開關28、30的第一端子經由導體48彼此耦合。開關28、30的控制端子分別經由導體64、66耦合控制器22的相應輸出。

過電壓檢測器26包含耦合到輸入電壓引線42的輸入(未展示)及經由導體50耦合到控制器22的輸出。圖1的組件中的一或多者可在共同集成電路上實施。

在圖1的實例中，開關電晶體12、14均是n型金屬氧化物半導體(NMOS)功率電晶體。在其它實例中，開關電晶體12、14中的每一者可為具有相同或不同類型的導電率(例如，p型或n型)的不同類型的電晶體(例如，絕緣柵極雙極結型電晶體(IBJT))。開關電晶體12、14不需要相對於彼此為相同類型或極性的電晶體。

電晶體18是PMOS電晶體，且電晶體20是NMOS電晶體。在一些實例中，電晶體18、20可為相對較低電壓的電晶體(即，非功率電晶體)。還可使用經配置以實施反相器及/或高側柵極驅動器的其它電晶體配置。

控制器22及過電壓檢測器26可利用包含(例如)微控制器的模擬或數字電路的任何組合來實施。電荷泵電路24在一些實例中可利用一或多個二極體來實施。

參考電壓引線38經配置以耦合到參考電壓源。電荷泵控制引線40經配置以耦合到電荷泵控制器的輸出。

電源轉換器10可經配置以按照正常操作模式及過電壓保護操作模式操作。在正常操作模式期間，控制器22經由導體64、66控制開關28、30使得開關28閉合且開關30斷開。這致使電荷泵電容器32的下部端子耦合到輸入電壓引線42且與參考電壓引線38斷開。

在正常操作模式期間，電荷泵電路24基於由輸入電壓引線42攜載的輸入電壓且基於由電荷泵控制引線40攜載的電荷泵控制信號給電荷泵電容器32充電。電荷泵電路24可給電荷泵電容器32充電直到跨電荷泵電容器32的電壓等於目標電壓為止。在一些實例中，目標電壓可大於或等於高側開關電晶體12的柵極-源極導通閾值電壓。

在正常操作模式期間，控制器22向由電晶體18、20形成的高側柵極驅動器以及低側柵極驅動器16提供控制信號(例如，脈寬調製(PWM)控制信號)。在圖1的實例中，控制器22可經由導體60向電晶體18提供高側控制信號且經由導體62向電晶體20提供高側控制信號。由電晶體18、20形成的高側柵極驅動器可產生足夠大電壓及電流以基於由控制器22提供的高側控制信號而接通及關斷高側開關電晶體12。控制器22可經由導體56向低側柵極驅動器16提供低側控制信號。低側柵極驅動器16可產生足夠大電壓及電流以基於由控制器22提供的低側控制信號而接通及關斷低側開關電晶體14。

電晶體18、20可充當具有浮動接地電源(即，導體54)的反相器。例如，響應於接收到導體60、62上的高邏輯電平電壓，電晶體20可接通且電晶體18可關斷。這可致使導體52耦合到導體54，由此關斷高側開關電晶體12。響應於接收到導體60、62上的低邏輯電平電壓，電晶體20可關斷且電晶體18可接通。這可致使導體52耦合到高側柵極驅動器高電壓電源軌，由此接通高側開關電晶體12。

控制器22可產生適用於電源轉換器10的期望使用的控制信號。例如，電源轉換器10可產生控制信號(例如，PWM控制信號)，其致使開關電晶體12、14、電感器36及耦合在輸出引線44與接地之間的額外電容器(未展示)用作同步降壓轉換器。在此類實例中，電源轉換器10可基於指示相對於目標電壓電平的輸出電壓電平的反饋信號而產生控制信號。作為另一實例，電源轉換器10可產生經配置以驅動多相電動機的單相的控制信號(例如，PWM控制信號)。其它類型的控制信號及應用也是可行的。

在正常操作模式期間，過電壓檢測器26可監測由輸入電壓引線42攜載的電壓電平且確定輸入電壓引線42上是否已出現過電壓狀況。在一些實例中，過電壓檢測器26可響應於檢測到由輸入電壓引線42攜載的電壓大於閾值電壓而確定已出現過電壓狀況。

在一些實例中，閾值電壓可小於或等於電源轉換器10中的組件中的一或多者的最大順應電壓。在另外實例中，閾值可小於指定用於輸入電壓引線42的峰值過電壓減去電荷泵電容器32經配置以給電荷泵電容器32所要達到的最大電壓。在一些實例中，峰值過電壓可對應於指定汽車負荷突降電壓電平。過電壓檢測器26可產生指示輸入電壓引線42上是否已出現過電壓狀況的信號，且經由導體50向控制器22提供所述信號。

響應於檢測到過電壓狀況，電源轉換器10可從正常操作模式轉變為過電壓保護操作模式。為了從正常模式轉變為過電壓保護模式，控制器22可斷開開關28且閉合開關30，由此將電荷泵電容器32的下部端子與輸入電壓引線42解耦，且將電荷泵電容器32的下部端子耦合到參考電壓引線38。

在過電壓保護模式期間，控制器22在一些實例中可禁止將控制信號傳遞到由電晶體18、20形成的高側柵極驅動器以及低側柵極驅動器16。在另外實例中，控制器22可繼續將控制信號傳遞到由電晶體18、22形成的高側柵極驅動器以及低側柵極驅動器16。

過電壓檢測器26可繼續監測在過電壓保護模式期間由輸入電壓引線42攜載的電壓電平，且確定過電壓狀況何時已停止。在一些實例中，過電壓檢測器26可響應於檢測到由輸入電壓引線42攜載的電壓小於閾值電壓而確定過電壓狀況已停止。

響應於檢測到過電壓狀況已停止，電源轉換器10可從過電壓保護操作模式轉變回到正常操作模式。為了從過電壓保護操作模式轉變回到正常操作模式，控制器22可斷開開關30且閉合開關28，由此將電荷泵電容器32的下部端子與參考電壓引線38解耦，且將電荷泵電容器32的下部端子耦合到輸入電壓引線42。

參考電壓引線38可攜載參考電壓，其小於或等於在過電壓狀況期間由輸入電壓引線42攜載的電壓與電荷泵電容器32經配置以給電荷泵電容器32充電所要達到的最大電壓之間的差值。在一些實例中，參考電壓可等於在過電壓狀況期間由輸入電壓引線42攜載的電壓與電荷泵電容器32經配置以給電荷泵電容器32充電所要達到的最大電壓之間的差值。在一些情況中，在過電壓狀況期間由輸入電壓引線42攜載的電壓可為在過電壓狀況期間由輸入電壓引線42攜載的電壓的估計值。例如，電壓可對應於指定最大汽車負荷突降電壓。

以此方式選擇性地將電荷泵電容器32的端子與輸入電壓引線42解耦及將電荷泵電容器32的端子耦合到參考電壓可防止電荷泵電路24將高側柵極驅動器的電源軌上升到比在過電壓狀況期間由輸入電壓引線42攜載的電壓甚至更大的電壓。以此方式，供應到高側柵極驅動器的電壓可被限於即使在電源轉換器10的輸入電壓引線42上存在過電壓狀況的情況下也不會引起對柵極驅動器或其它電路的損壞的電平。

減小在過電壓狀況期間供應到高側柵極驅動器的電壓電平可減小實施電源轉換器10的組件及/或半導體製造工藝所需要的電壓順應要求。這可允許使用現有組件及工藝來實施針對相對較高輸入電壓的電源轉換器，其在未經修改的柵極驅動器電壓的情況下將是不可能的。以此方式，支持相對較高輸入電壓的電源轉換器可在不需要專業、極高順應電壓組件及/或工藝的情況下獲得。

此外，減小組件及工藝的電壓順應要求可允許使用更便宜及/或更具面積效率的組件及/或工藝來實施電源轉換器。以此方式，可減小電源轉換器10的成本及大小。

圖2是包含可在圖1的電源轉換器10中使用的電源轉換器控制電路的實例集成電路70的框圖。集成電路70包含低側柵極驅動器16、電晶體18、20、控制器22、電荷泵電路24、電荷泵控制器72、過電壓檢測器26、開關28、30、引線38、42、74、76、78、80、82及導體46、48、50、52、54、56、58、60、62、64、66、84。

除以下項之外，集成電路70類似於圖1的電源轉換器10：(a)開關電晶體12、14、電荷泵電容器32及電感器36是不包含在集成電路70中的片外組件；(b)高側柵極驅動引線74、低側柵極驅動引線76及電荷泵電容器引線80、82包含在內以容納片外組件；及(c)電荷泵控制器72包含在內以控制電荷泵電路24。以相同的參考數字標記圖1與2之間的相同或類似組件。

電晶體18的漏極電極經由導體52耦合到電晶體20的漏極電極。電晶體18、20可形成高側柵極驅動器。電晶體18、20的漏極可形成柵極驅動器的輸出，其經由導體52耦合到高側柵極驅動引線74。導體58經配置以耦合到高側開關裝置(例如，高側NMOS功率電晶體)的柵極電極。

電晶體18、20的柵極電極中的每一者可形成高側柵極驅動器的輸入，且可統稱為高側柵極驅動器的控制輸入。電晶體18、20的柵極電極分別經由導體60、62耦合控制器22的相應輸出。電晶體18、20中的每一者的背柵電極經由導體耦合到它們的相應源極電極。

由電晶體18、20形成的高側柵極驅動器包含由電晶體18的源極形成且經由導體46耦合到電荷泵電容器引線82的高電壓電力輸入(在本文稱為高側柵極驅動器高電壓電源軌)。由電晶體18、20形成的高側柵極驅動器進一步包含由電晶體20的源極形成且經由導體54耦合到輸出電壓引線78的低電壓電力輸入(在本文稱為高側柵極驅動器低電壓電源軌)。輸出電壓引線78經配置以耦合到由兩個功率電晶體形成的半橋電路的輸出電壓節點。

低側柵極驅動器16的輸入經由導體56耦合到控制器22的另一輸出。低側柵極驅動器16的輸出經由導體58耦合到低側柵極驅動引線76。低側柵極驅動引線76經配置以耦合到低側開關裝置(例如，低側NMOS功率電晶體)的柵極電極。

輸入電壓引線42經配置以耦合到輸入電壓源，例如(例如)汽車電池及/或汽車交流發電機。輸出電壓引線78經配置以耦合到一或多個電子負載組件，例如(例如)一或多個汽車電子組件及/或電動機。

電荷泵電路24的電壓輸入耦合到輸入電壓引線42。電荷泵電路24的輸出經由導體46耦合到電荷泵電容器引線82及高側柵極驅動器的高電壓電源輸入。電荷泵控制器72的輸出經由導體84耦合到電荷泵電路24的控制輸入。

開關28耦合在電荷泵電容器引線80與輸入電壓引線42之間。開關30耦合在電荷泵電容器引線80與參考電壓引線38之間。具體來說，開關28的第一端子經由導體48耦合到電荷泵電容器引線80且開關28的第二端子耦合到輸入電壓引線42。開關30的第一端子經由導體48耦合到電荷泵電容器引線80且開關28的第二端子耦合到參考電壓引線38。開關28、30的第一端子經由導體48彼此耦合。開關28、30的控制端子分別經由導體64、66耦合控制器22的相應輸出。

電荷泵電容器引線80、82中的每一者經配置以耦合到外部電荷泵電容器的相應端子。過電壓檢測器26包含耦合到輸入電壓引線42的輸入(未展示)及經由導體50耦合到控制器22的輸出。

電荷泵控制器72可產生電荷泵控制信號，且經由導體84向電荷泵電路24提供電荷泵控制信號。在一些實例中，電荷泵控制器72可檢測電荷泵電容器引線80、82之間的電壓且致使電荷泵給耦合在電荷泵電容器引線80、82之間的電荷泵電容器充電直到電荷泵電容器引線80、82之間的電壓(即，跨電容器的電壓)等於閾值電壓為止。在一些實例中，閾值電壓可為大於或等於高側開關電晶體12的柵極-源極導通閾值電壓的電壓。

當適當的外部組件連接到集成電路70時，所得系統可以類似於上文已經關於圖1的電源轉換器10描述的方式的方式操作。

圖3是根據本發明的具有進一步細節的圖1的實例電源轉換器10的框圖。除以下項之外，圖3中的電源轉換器10類似於圖1的電源轉換器10：(a)展示了關於實例電荷泵電路24的進一步細節；(b)展示了關於實施圖1中的開關28、30的實例開關電路的進一步細節；及(c)齊納二極體34耦合在高側開關電晶體12的柵極電極與源極電極之間。以相同的參考數字標記圖1與3之間的相同或類似組件。

如圖3中所示，齊納二極體34的陰極經由導體52耦合到高側開關電晶體12的柵極電極，且齊納二極體34的陽極經由導體54耦合到高側開關電晶體12的源極電極。齊納二極體34進一步耦合在電晶體20的漏極電極與源極電極之間。具體來說，齊納二極體34的陰極經由導體52耦合到電晶體20的漏極電極，且齊納二極體34的陽極經由導體54耦合到電晶體20的源極電極。齊納二極體34可防止高側開關電晶體12的柵極-源極電壓超過擊穿電壓。在一些實例中，電源轉換器10中可省略齊納二極體34。

如圖3中所示，電荷泵電路24包含二極體86、88、電容器90及反相器92。二極體86的陽極耦合到輸入電壓引線42。二極體86的陰極耦合到二極體88的陽極及電容器90的第一端子。二極體88的陰極經由導體46耦合到電荷泵電容器32的第一端子及高側柵極驅動器高電壓電源軌。反相器92的輸入耦合到電荷泵控制引線40。反相器92的輸出耦合到電容器90的第二端子。

在操作期間，電荷泵電路24可基於由電荷泵控制引線40攜載的電荷泵控制信號在內部充電階段與電荷傳遞階段之間切換。電荷泵電路24可響應於電荷泵控制信號等於高邏輯電平電壓而在內部充電階段中操作。在內部充電階段期間，反相器92將電荷泵控制信號反相以產生低邏輯電平電壓，且將低邏輯電平電壓施加到電容器90的第二端子。低邏輯電平電壓可小於由輸入電壓引線42攜載的電壓，由此致使二極體86正向偏置且對電容器90充電。二極體88可反向偏置。

電荷泵電路24可響應於電荷泵控制信號轉到低邏輯電平電壓而在電荷傳遞階段中操作。在電荷傳遞階段期間，反相器92將電荷泵控制信號反相以產生高邏輯電平電壓，且將高邏輯電平電壓施加到電容器90的第二端子。高邏輯電平電壓結合存儲在電容器90上的電荷可致使二極體88正向偏置，由此將電荷從電容器90傳遞到電荷泵電容器32。二極體86可反向偏置。電荷泵電路24繼續傳遞電荷直到電荷泵控制信號轉變回到高邏輯電平電壓為止。在一些實例中，電荷泵控制器可致使電荷泵控制信號響應於檢測到跨電荷泵電容器32的電壓已達到閾值電壓(例如，大於或等於高側開關電晶體12的柵極-源極導通閾值電壓的電壓)而轉變回到高邏輯電平電壓。

此外如圖3中所示，電晶體94、96可分別實施圖1中所示的開關28、30。電晶體94、96中的每一者是NMOS電晶體，但是也可使用具有其它導電率的其它類型的電晶體。電晶體94的漏極電極耦合到輸入電壓引線42。電晶體94的源極電極經由導體48耦合到電荷泵電容器32的第二端子。電晶體96的源極電極耦合到參考電壓引線38。電晶體96的漏極電極經由電阻器100及導體48耦合到電荷泵電容器32的第二端子。電阻器100耦合在電荷泵電容器32的第二端子與電晶體96的漏極電極之間。電晶體94、96的柵極電極分別經由導體64、66耦合到控制器22的相應輸出。

當轉變為正常操作模式時，控制器22可經由導體64、66斷言控制信號以接通電晶體94及關斷電晶體96。例如，控制器22可經由導體64輸出高電壓電平且經由導體66輸出低電壓電平。在正常操作模式期間，電晶體94可將電荷泵電容器32的下部端子耦合到輸入電壓引線42。

當轉變到過電壓保護操作模式時，控制器22可經由導體64、66斷言控制信號以關斷電晶體94及接通電晶體96。例如，控制器22可經由導體64輸出低電壓電平且經由導體66輸出高電壓電平。在過電壓保護操作模式期間，電晶體96可將電荷泵電容器32的下部端子耦合到參考電壓引線38。電阻器100可限制電荷泵電容器32的下部端子與參考電壓引線38之間的電流。

圖4是包含可在圖3的電源轉換器10中使用的電源轉換器控制電路的實例集成電路110的框圖。除以下項之外，圖4中的集成電路110類似於圖3的電源轉換器10：(a)開關電晶體12、14、電荷泵電容器32、電感器36及電容器90是不包含在集成電路110中的片外組件；(b)高側柵極驅動引線74、低側柵極驅動引線76、電荷泵電容器引線80、82及內部電荷泵電容器引線112、114包含在內以容納片外組件；及(c)電荷泵控制器72包含在內以控制電荷泵電路24。以相同的參考數字標記圖2、3和4之間的相同或類似組件。

電荷泵控制器72的輸出經由導體84耦合到反相器92的輸入。反相器92的輸出耦合到內部電荷泵電容器引線112。二極體86的陽極耦合到輸入電壓引線42。二極體86的陰極耦合到二極體88的陽極以及內部電荷泵電容器引線114。二極體88的陰極經由導體46耦合到電荷泵電容器引線82以及高側柵極驅動器高電壓電源軌。

電晶體94的漏極電極耦合到輸入電壓引線42。電晶體94的源極電極經由導體48耦合到電荷泵電容器引線80。電晶體96的源極電極耦合到參考電壓引線38。電晶體96的源極電極經由電阻器100及導體48耦合到電荷泵電容器引線80。電阻器100耦合在電荷泵電容器32的第二端子與電晶體96的漏極電極之間。電晶體94、96的柵極電極分別經由導體64、66耦合到控制器22的相應輸出。

電荷泵電容器引線80、82中的每一者經配置以耦合到外部電荷泵電容器的相應端子。內部電荷泵電容器引線112、114中的每一者經配置以耦合到用作電荷泵電路24的內部電荷泵電容器的片外電容器的相應端子。

當適當的外部組件連接到集成電路110時，所得系統可以類似於上文已經關於圖3的電源轉換器10描述的方式的方式操作。

圖5是根據本發明的包含實例電源轉換器控制電路的另一實例電源轉換器120的框圖。電源轉換器120包含開關電晶體122、124、低側柵極驅動器126、電晶體128、130、電容器132、控制器134、高側控制器136、過電壓檢測器138、電壓源140、二極體142、電感器144、電池146、接地軌148及導體150、152、154、156、158、160、162、164、166、168。

高側開關電晶體122的源極電極經由導體152耦合到低側開關電晶體124的漏極電極，所述導體152可形成電源轉換器120的輸出電壓引線。高側開關電晶體122的漏極電極耦合到導體150，所述導體150可形成電源轉換器120的輸入電壓引線。低側開關電晶體124的源極電極耦合到接地軌148。開關電晶體122、124可被認為布置成圖騰柱配置，且可形成半橋電路，其中導體150形成輸入電壓端子、低側開關電晶體124的源極形成接地迴路端子，且導體152形成輸出電壓端子。高側開關電晶體122的漏極電極耦合到輸入電壓源，例如(例如)由電池146表示的汽車電池及/或汽車交流發電機。電感器144耦合在高側開關電晶體122的漏極電極與電池146的正端子之間。電池146的負端子耦合到接地軌148。由導體152形成的輸出電壓端子經配置以耦合到一或多個電子負載組件，例如(例如)一或多個汽車電子組件及/或電動機。

開關電晶體122、124中的每一者的柵極電極耦合到相應的柵極驅動器電路。具體來說，高側開關電晶體122的柵極電極經由導體166耦合到由電晶體128、130形成的高側柵極驅動器的輸出。低側開關電晶體124的柵極電極經由導體168耦合到低側柵極驅動器126的輸出。

開關電晶體122、124中的每一者的背柵電極經由導體耦合到它們的相應源極電極。包含在開關電晶體122、124中的每一者中的內部二極體耦合在開關電晶體122、124的相應背柵與漏極電極之間，其中陽極耦合到相應的背柵電極且陰極耦合到相應的漏極電極。

電晶體128的漏極電極經由導體166耦合到電晶體130的漏極電極。電晶體130的源極端子經由導體152耦合到由開關電晶體122、124形成的半橋電路的電壓輸出。電晶體128的源極電極耦合到電容器132的第一端子及二極體142的陰極。電晶體128、130可共同形成高側柵極驅動器，其在一些實例中可為反相器。

由電晶體128、130形成的高側柵極驅動器包含由電晶體128的源極形成且耦合到導體154的高電壓電力輸入(在本文稱為高側柵極驅動器高電壓電源軌)。高側柵極驅動器進一步包含由電晶體130的源極形成且耦合到半橋電路的電壓輸出的低電壓電力輸入(在本文稱為高側柵極驅動器低電壓電源軌)。電容器132分別經由導體154及152耦合在高側柵極驅動器的高電壓電源軌與低電壓電源軌之間。

電晶體128、130的柵極電極分別經由導體162、164耦合到高側控制器136的相應輸出。導體162、164中的每一者可形成高側柵極驅動器的輸入，且可統稱為高側柵極驅動器的控制輸入。

高側控制器136的輸入經由導體158耦合到控制器134的輸出。低側柵極驅動器126的輸入經由導體160耦合到控制器134的另一輸出。在一些實例中，低側柵極驅動器126可為反相器。

控制器134的電源輸入經由導體154耦合到電容器132的第一端子及二極體142的陰極。控制器134的接地迴路耦合到接地軌148。高側控制器136的高電壓電源輸入經由導體154耦合到電容器132的第一端子及二極體142的陰極。高側控制器136的低電壓電源輸入經由導體152耦合到半橋電路的輸出端子。

電壓源140的第一端子耦合到接地軌148。電壓源140的第二端子耦合到二極體142的陽極。二極體142的陰極經由導體154耦合到控制器134的電源輸入、高側控制器136的高電壓電源輸入、由電晶體128、130形成的高側柵極驅動器的高電壓電力輸入及電容器132的第一端子。

過電壓檢測器138包含耦合到導體150的輸入(未展示)及經由控制器156耦合到控制器134的輸出。圖5的組件中的一或多者可在共同集成電路上實施。

在圖5的實例中，開關電晶體122、124均是n型金屬氧化物半導體(NMOS)功率電晶體。在其它實例中，開關電晶體122、124中的每一者可為MOS功率電晶體或具有相同或不同類型的導電率(例如，p型或n型)的不同類型的電晶體(例如，絕緣柵極雙極結型電晶體(IBJT))。開關電晶體122、124不需要相對於彼此為相同類型或極性的電晶體。

電晶體128是PMOS電晶體，且電晶體130是NMOS電晶體。在一些實例中，電晶體128、130可為相對較低電壓的電晶體(即，非功率電晶體)。還可使用經配置以實施反相器及/或高側柵極驅動器的其它電晶體配置。

控制器134、高側控制器136及過電壓檢測器138可利用包含(例如)一或多個微控制器的模擬或數字電路的任何組合來實施。

電源轉換器120可經配置以按照正常操作模式及過電壓保護操作模式操作。在正常操作模式期間，電源轉換器120可提供控制信號以根據同步降壓轉換器控制技術及/或電機控制技術而交替地接通及關斷開關電晶體122、124。

例如，控制器134可向由電晶體128、130形成的高側柵極驅動器(經由高側控制器136)以及低側柵極驅動器126提供控制信號(例如，脈寬調製(PWM)控制信號)。在圖5的實例中，控制器134可向高側控制器136提供高側控制信號。高側控制器136可經由導體162向電晶體128提供高側控制信號且經由導體164向電晶體130提供高側控制信號。由過電壓檢測器138形成的高側柵極驅動器可產生足夠大電壓及電流以基於由控制器134提供的高側控制信號而接通及關斷高側開關電晶體122。控制器134可經由導體160向低側柵極驅動器126提供低側控制信號。低側柵極驅動器126可產生足夠的電壓及電流以基於由控制器134提供的低側控制信號而接通及關斷低側開關電晶體124。

電晶體128、130可用作具有浮動接地電力供應器(即，導體152)的反相器。例如，響應於接收到導體162、164上的高邏輯電平電壓，電晶體130可接通且電晶體128可關斷。這可致使導體166耦合到導體152，由此關斷高側開關電晶體122。響應於接收到導體162、164上的低邏輯電平電壓，電晶體130可關斷且電晶體128可接通。這可致使導體166耦合到高側柵極驅動器高電壓電源軌，由此接通高側開關電晶體122。

控制器134可產生適用於電源轉換器120的期望使用的控制信號。例如，電源轉換器120可產生控制信號(例如，PWM控制信號)，其致使開關電晶體122、12、額外電感器及額外電容器充當同步降壓轉換器。在此類實例中，電源轉換器120可基於指示相對於目標電壓電平的輸出電壓電平的反饋信號而產生控制信號。作為另一實例，電源轉換器120可產生經配置以驅動多相電動機的單相的控制信號(例如，PWM控制信號)。其它類型的控制信號及應用也是可行的。

電壓源140可提供跨電壓源140的端子的固定電壓。在一些實例中，固定電壓可大於或等於高側開關電晶體122的柵極-源極接通閾值電壓。在正常操作模式期間，當低側開關電晶體124接通且高側開關電晶體122關斷時，二極體142可正向偏置，由此致使電壓源140通過由二極體142、電容器132及低側開關電晶體124形成的電流環對電容器132充電。在一些實例中，如果且當跨電容器132的電壓達到約等於跨電壓源140的電壓的電壓時，二極體142可關斷，由此致使對電容器132的充電停止。當低側開關電晶體124關斷且高側開關電晶體122接通時，二極體142可反向偏置。因此，當導體152處的輸出電壓增大時，存儲在電容器132上的電荷將高側柵極驅動器高電壓電源軌上的電壓上升到大於輸出電壓的電壓。這可允許由電晶體128、130形成的高側柵極驅動器提供足夠的柵極電壓用於接通高側開關電晶體122。

在正常操作模式期間，過電壓檢測器138可監測由輸入電壓引線(例如，導體150)攜載的電壓電平且確定輸入電壓引線上是否已出現過電壓狀況。在一些實例中，過電壓檢測器138可響應於檢測到由輸入電壓引線攜載的電壓大於閾值電壓而確定已出現過電壓狀況。在一些情況中，閾值電壓可小於或等於電源轉換器120中的組件中的一或多者的最大順應電壓。

在一些實例中，閾值電壓可小於或等於電源轉換器120中的組件中的一或多者的最大順應電壓。在另外實例中，閾值可小於指定用於輸入電壓引線(例如，導體150)的峰值過電壓減去電容器132所要充電到的最大電壓。在額外實例中，閾值電壓可小於指定用於輸入電壓引線(例如，導體150)的峰值過電壓減去跨電壓源140的電壓。在一些實例中，峰值過電壓可對應於指定汽車負荷突降電壓電平。過電壓檢測器138可產生指示輸入電壓引線上是否已出現過電壓狀況的信號，且經由導體156嚮導體134提供所述信號。

響應於檢測到過電壓狀況，電源轉換器120可從正常操作模式轉變為過電壓保護操作模式。在過電壓保護模式期間，控制器134在一些實例中可關斷開關電晶體122、124兩者。耦合到導體152的外部導體(未展示)可在開關電晶體122、124兩者關斷之後的一段時間內汲取電流，這可將開關電晶體124中的內部二極體正向偏置，由此將導體152拉到接地且防止高側柵極驅動器的高電壓電源軌增大到高於由輸入電壓引線攜載的電壓的電壓。在其它實例中，控制器134可關斷高側開關電晶體122且接通低側開關電晶體124。

在一些實例中，開關電晶體124可由二極體取代，所述二極體的陽極耦合到接地軌148且陰極耦合到由導體152形成的輸出電壓引線。在此類實例中，響應於檢測到過電壓狀況，控制器134及/或控制器136可關斷開關電晶體122。

過電壓檢測器138可繼續監測在過電壓保護模式期間由輸入電壓引線攜載的電壓電平，且確定過電壓狀況何時停止。在一些實例中，過電壓檢測器138可響應於檢測到由輸入電壓引線攜載的電壓小於閾值電壓而確定過電壓狀況已停止。響應於檢測到過電壓狀況已停止，電源轉換器120可恢復根據如上所述的一或多種控制技術交替地接通及關斷開關電晶體122、124。

關斷高側電源轉換器開關122及低側電源轉換器開關124可防止二極體142及電容器132將高側柵極驅動器的電源軌上升到比在過電壓狀況期間由輸入電壓引線攜載的電壓甚至更大的電壓。以此方式，供應到高側柵極驅動器的電壓可被限於即使在電源轉換器120的輸入電壓引線上存在過電壓狀況的情況下也不會引起對柵極驅動器或其它電路的損壞的電平。

減小在過電壓狀況期間供應到高側柵極驅動器的電壓電平可減小實施電源轉換器120的組件及/或半導體製造工藝所需要的電壓順應要求。這可允許使用現有組件及工藝來實施針對相對較高輸入電壓的電源轉換器，其在未經修改的柵極驅動器電壓的情況下將是不可能的。以此方式，支持相對較高輸入電壓的電源轉換器可在不需要專業、極高順應電壓組件及/或工藝的情況下獲得。

此外，減小組件及工藝的電壓順應要求可允許使用更便宜及/或更具面積效率的組件及/或工藝來實施電源轉換器。以此方式，可降低電源轉換器120的成本及大小。

圖6是包含可在圖5的電源轉換器中使用的電源轉換器控制電路的實例集成電路170的框圖。集成電路170包含低側柵極驅動器126、電晶體128、130、控制器134、高側控制器136、過電壓檢測器138、電壓源140、導體152、154、156、158、160、162、164、166、168及引線172、174、176、178、180、182。

除以下項之外，圖6中的集成電路170類似於圖5的電源轉換器120：(a)開關電晶體122、124、電容器132、二極體142、電感器144及電池146是不包含在集成電路170中的片外組件；及(b)引線172、174、176、178、180、82包含在內以容納片外組件。以相同的參考數字標記圖5與6之間的相同或類似組件。

電晶體128的源極電極經由導體154耦合到電源軌引線172。電晶體130的源極電極經由導體152耦合到輸出電壓引線176。高側控制器136的高電壓電源輸入經由導體154耦合到電源軌引線172。控制器134的電源輸入經由控制器134耦合到電源軌引線172。電壓源140的接地迴路端子耦合到接地引線180。控制器134的接地迴路端子耦合到接地引線180。低側柵極驅動器126的輸出端子經由導體168耦合到低側柵極驅動引線178。由電晶體128、130形成的高側柵極驅動器的輸出經由導體166耦合到高側柵極驅動引線174。

引線172、176經配置以耦合到電容器的相應端子。引線172、182經配置以耦合到二極體的相應端子。具體來說，二極體引線182經配置以耦合到二極體的陽極，且電源軌引線172經配置以耦合到二極體的陰極。

當適當的外部組件連接到集成電路170時，所得系統可以類似於上文已經關於圖5的電源轉換器120描述的方式的方式操作。

圖7是可包含根據本發明的技術設計的電源轉換器的實例汽車200的框圖。汽車200包含汽車電子器件系統202。汽車電子器件系統202包含交流發電機204、汽車電池206、電源轉換器208、汽車電子器件210及引線212、214、216。

交流發電機204、汽車電池206及電源轉換器208經由輸入電壓引線212及接地迴路引線214各自彼此並聯耦合。汽車電子器件210的電源輸入經由輸出電壓引線216耦合到電源轉換器208的電源輸出(例如，電壓輸出)。電源轉換器208可包含本發明中關於圖1到6描述的電源轉換器中的任一者或採用本發明中描述的技術的任何其它電源轉換器。

汽車電子器件210可包含適用於在汽車中使用的電子器件的任何組合。舉例來說，汽車電子器件210可包含汽車娛樂信息集群的組件、語音辨識組件、頭戴式顯示器投影組件、音頻組件、多媒體組件、無線電組件、相機組件、配件組件、加熱組件、空氣調節組件、電動機、照明系統、安全系統、電池充電系統、安全系統、安全氣囊系統等。

圖8是根據本發明的用於控制高側柵極驅動器的電源電壓的實例技術的框圖。關於本發明的圖1到4描述的電源轉換器中的任一者可使用圖8的技術。

電源轉換器10開始電源轉換操作(300)。電源轉換器10確定輸入電壓引線42上是否已出現過電壓狀況(302)。響應於確定已出現過電壓狀況，控制器22將電荷泵電容器32的下部端子與輸入電壓引線42解耦(304)，且將電荷泵電容器32的下部端子耦合到參考電壓引線38(306)。在一些實例中(例如，其中電荷泵電容器32是片外電容器)，控制器22可將電荷泵電容器引線80與輸入電壓引線42解耦(304)，且將電荷泵電容器引線80耦合到參考電壓引線38(306)。

響應於確定未出現過電壓狀況或過電壓狀況已停止，控制器22將電荷泵電容器32的下部端子與參考電壓引線38解耦(308)，且將電荷泵電容器32的下部端子耦合到輸入電壓引線42(310)。在一些實例中(例如，其中電荷泵電容器32是片外電容器)，控制器22可將電荷泵電容器引線80與參考電壓引線38解耦(308)，且將電荷泵電容器引線80耦合到輸入電壓引線42(310)。

圖9是根據本發明的用於控制高側柵極驅動器的電源電壓的另一實例技術的框圖。關於本發明的圖5及6描述的電源轉換器中的任一者可使用圖8的技術。

電源轉換器120開始電源轉換操作(320)。電源轉換器120確定輸入電壓引線42上是否已出現過電壓狀況(322)。響應於確定已出現過電壓狀況，控制器134關斷開關電晶體122、124兩者(324)。在其它實例中，控制器134可關斷高側開關電晶體122且接通低側開關電晶體124。響應於確定未出現過電壓狀況或過電壓狀況已停止，控制器134可根據控制技術而交替地切換開關電晶體122、124(例如，交替地接通及關斷開關電晶體122、124)(326)。

圖10是根據本發明的包含實例電源轉換器控制電路的另一實例電源轉換器400的框圖。除以下項之外，圖3中的電源轉換器400類似於圖1的電源轉換器10：(a)省略開關28、30、參考電壓引線38及導體64、68；(b)電荷泵電容器32耦合在導體46與輸入電壓引線42之間；(c)額外開關402耦合在導體46與輸入電壓引線42之間；及(d)控制引線404耦合在控制器22與開關402之間。以相同的參考數字標記圖1與10之間的相同或類似組件。

類似於本發明中所述的其它電源轉換器，電源轉換器400可以正常模式及過電壓保護模式操作。在正常操作模式期間，控制器22可斷開開關402。這可允許電荷泵電路40以類似於上文關於圖1中的電源轉換器10的正常操作模式描述的方式的方式給電荷泵電容器32充電。

響應於檢測到由輸入電壓引線42攜載的電壓的過電壓狀況，電源轉換器400可轉變為過電壓保護模式。為了執行此轉變，控制器22可閉合開關402，由此給電荷泵電容器32放電。給電荷泵電容器32放電可防止由電晶體18、20形成的柵極驅動器的高電壓電源軌超過在過電壓狀況期間由輸入電壓引線42攜載的輸入電壓的電平。以此方式，電源轉換器400可響應於檢測到過電壓狀況而選擇性地給電荷泵電容器32放電。

響應於檢測到由輸入電壓引線42攜載的電壓的過電壓狀況已停止，電源轉換器400可轉變為正常操作模式。為了執行此轉變，控制器22可斷開開關402，由此允許電荷泵電路24給電荷泵電容器32充電。

在一些實例中，控制器22可基於是否針對由輸入電壓引線42攜載的電壓檢測到過電壓狀況而選擇性地閉合及斷開開關402。例如，控制器22可響應於檢測到過電壓狀況而閉合開關402，且響應於未檢測到過電壓狀況及/或響應於檢測到過電壓狀況已停止而斷開開關402。

如圖2中所示，集成電路70包含電源轉換器120、高側柵極驅動引線74、電荷泵電容器引線80、電荷泵電容器引線82及參考電壓引線38。集成電路70進一步包含電荷泵電路(例如，電荷泵電路24)、柵極驅動器(例如，電晶體18、20)、開關電路(例如，開關28、30)及過電壓檢測器26。電荷泵電路具有輸入(例如，輸入電壓引線42)及耦合到電荷泵電容器引線82的輸出。柵極驅動器具有控制輸入(例如，導體60、62)、耦合到電荷泵電路的輸出的電力供應器(例如，電晶體18的源極)及耦合到高側柵極驅動引線74的輸出。開關電路具有控制輸入(例如，導體64、66)、耦合到參考電壓引線38的第一端子(例如，開關30的下部端子)、耦合到輸入電壓引線42的第二端子(例如，開關28的下部端子)及耦合到電荷泵電容器引線80的第三端子。過電壓檢測器26具有耦合到輸入電壓引線42的輸入，及耦合到開關電路的控制輸入(例如，經由控制器22耦合到導體64、66)的輸出。

在一些實例中，電荷泵電路的輸入耦合到輸入電壓引線42及開關電路的第二端子(例如，開關28的下部端子)。在另外實例中，電荷泵電容器耦合在電荷泵電容器引線80、82之間。

在額外實例中，柵極驅動器是高側柵極驅動器(例如，電晶體18、20)且集成電路進一步包含低側柵極驅動器16。在此類實例中，集成電路可進一步包含控制電路(例如，控制器22)，其具有耦合到高側柵極驅動器的控制輸入的第一輸出(例如，導體60、62)及耦合到低側柵極驅動器16的控制輸入的第二輸出(例如，導體56)。

在一些實例中，如圖4中所示，電荷泵包含串聯連接在電荷泵電路的輸入(例如，輸入電壓引線42)與輸出(例如，導體46)之間的至少兩個二極體86、88。

在另外實例中，如圖4中所示，開關電路包含電晶體94，其具有耦合到輸入電壓引線42的第一電流傳導電極、耦合到電荷泵電容器引線80的第二電流傳導電極，以及耦合到開關電路的控制輸入(例如，導體64)的控制電極。在此類實例中，開關電路進一步包含電晶體96，其具有耦合到參考電壓引線38的第一電流傳導電極、耦合到電荷泵電容器引線80的第二電流傳導電極，以及耦合到開關電路的控制輸入(例如，導體66)的控制電極。在此類實例中，開關電路在一些實例中可進一步包含電阻器100，其耦合在電晶體96的第二電流傳導電極與電荷泵電容器引線80之間。

在一些實例中，開關電路可配置以在將電荷泵電容器引線80耦合到輸入電壓引線42的第一狀態中操作，及在將電荷泵電容器引線80耦合到參考電壓引線38的第二狀態中操作。在此類實例中，開關電路在一些實例中可經配置以基於過電壓檢測器26的輸出而選擇性地在第一或第二狀態操作。在另外實例中，開關電路經配置以基於是否針對參考電壓引線38檢測到過電壓狀況而將電荷泵電容器引線80選擇性地耦合到輸入電壓引線42或參考電壓引線38。

在一些實例中，開關電路經配置以響應於在輸入電壓引線42上檢測到過電壓狀況而將電荷泵電容器引線80與輸入電壓引線42解耦。在此類實例中，開關電路在一些實例中可進一步經配置以響應於在輸入電壓引線42上檢測到過電壓狀況而將電荷泵電容器引線80耦合到參考電壓引線38。

在一些實例中，電荷泵電路經配置以給電荷泵電容器充電直到跨電容器的電壓等於閾值電壓為止。在此類實例中，參考電壓引線38可經配置以接收參考電壓，其小於或等於在過電壓狀況期間由輸入電壓引線42攜載的電壓與閾值電壓之間的差值。在一些實例中，參考電壓引線38可等於由輸入電壓引線42攜載的電壓與閾值電壓之間的差值。

如圖2、4及8中所示，電源轉換器10可基於是否針對參考電壓引線38檢測到過電壓狀況而將電荷泵電容器引線80選擇性地耦合到輸入電壓引線42或參考電壓引線38。參考電壓引線38可耦合到柵極驅動器的電源輸入(例如，電晶體18的源極電極)。

在一些實例中，選擇性地耦合電荷泵電容器引線80可包含響應於在輸入電壓引線42上檢測到過電壓狀況而將所電荷泵電容器引線80與輸入電壓引線42解耦，及響應於在參考電壓引線38上檢測到過電壓狀況而將電荷泵電容器引線80耦合到參考電壓引線38。在一些實例中，參考電壓引線38可接收參考電壓，其小於或等於在過電壓狀況期間由輸入電壓引線42攜載的電壓與電荷泵電容器24經配置以給電荷泵電容器32充電所要達到的最大電壓之間的差值。在一些實例中，參考電壓等於由輸入電壓引線42攜載的電壓與最大電壓之間的差值。

如圖7中所示，汽車系統(例如，汽車電子器件系統202)包含一或多個汽車電子器件210、汽車電池206、耦合到汽車電池206的交流發電機204，以及耦合到交流發電機204的電源軌(例如，輸入電壓引線212)。汽車系統可進一步包含耦合在電源軌(例如，輸入電壓引線212)與汽車電子器件210之間的電源轉換器208。

電源轉換器208可包含(圖1到4)通路電晶體(例如，高側開關電晶體12)、耦合到通路電晶體的柵極驅動器(例如，電晶體18、20)及電容器(例如，電荷泵電容器32)，其具有耦合到柵極驅動器的電源輸入(例如，電晶體18的源極電極)的第一端子。電源轉換器208可進一步包含電路(例如，控制器22及開關28、30)，其經配置以響應於在電源軌上檢測到過電壓狀況而將電荷泵電容器32的第二端子與電源軌解耦，且響應於在電源軌上檢測到過電壓狀況而將電荷泵電容器32的第二端子耦合到參考電壓引線。

如圖5及6中所示，集成電路170包含輸入電壓引線150、高側柵極驅動輸出引線174及低側柵極驅動輸出引線178。集成電路進一步包含高側柵極驅動器(例如，電晶體128、130)，其具有輸入(例如，導體158、162及/或164)及耦合到高側柵極驅動輸出引線的輸出(導體166)。集成電路進一步包含低側柵極驅動器126，其具有輸入及耦合到低側柵極驅動輸出引線的輸出。集成電路進一步包含控制電路(例如，控制器134、高側控制136)，其具有輸入、耦合到高側柵極驅動器的輸入的第一輸出，以及耦合到低側柵極驅動器的輸入的第二輸出。集成電路進一步包含過電壓檢測電路(例如，過電壓檢測器138)，其具有耦合到輸入電壓引線的輸入及耦合到控制電路的輸入的輸出。控制電路經配置以經由第一輸出來輸出第一控制信號，所述第一控制信號致使高側開關電晶體122響應於針對由輸入電壓引線攜載的電壓檢測到過電壓狀況而關斷，且經由第二輸出來輸出第二控制信號，所述第二控制信號致使低側開關電晶體124響應於針對由輸入電壓引線攜載的電壓檢測到過電壓狀況而關斷。

在一些實例中，第一及第二控制信號經配置以致使高側及低側開關電晶體兩者均在過電壓事件的持續時間期間保持關斷。在另外實例中，電容器132耦合在高側柵極驅動器的第一電源輸入與第二電源輸入之間。

如圖5、6及9中所示，電源轉換器120可在開關模式電源轉換器120的輸入電壓引線上檢測到過電壓狀況，所述開關模式電源轉換器120包含高側開關電晶體及低側開關電晶體。電源轉換器120可響應於檢測到過電壓狀況而關斷高側開關電晶體及低側開關電晶體。在一些實例中，電源轉換器可關斷高側開關電晶體及低側開關電晶體使得這兩個電晶體均在過電壓事件的一部分的持續時間中保持關斷。

在一些實例中，本發明的技術可限制發生在汽車負荷突降期間的最大電壓瞬變及/或限制集成電路中歸因於汽車負荷突降而產生的高電壓。在另外實例中，本發明的技術可切換電荷泵電容器或自舉升壓電容器。

在汽車負荷突降中，過電壓測試電池電壓可上升到指定高電壓持續一段時間。歸因於電荷泵或自舉升壓電容器電壓及振鈴，此可將電荷泵或自舉升壓引腳上的電壓上升到高於負荷突降電壓約15V到30V。一種處置電壓增大的方式是使用具有用於集成電路(IC)及板、IC內部隔絕及/或內部組件的較高順應電壓的組件。使用具有較高電壓順應額定值的組件在製造成本及裝置佔據面積方面來說可能是昂貴的。

這在新型48V汽車電池系統中可能更為明顯。例如，在70V負荷突降下，電源轉換器可取得85V到100V，且因此需要使用90V到105V組件及90V到105V工藝，其可能需要更高電壓工藝。對於具有40V負荷突降的12V系統，電源轉換器可取得55V到70V，且因此需要55V到70V組件及55V到70V工藝。

本發明的技術可限制電源轉換器上的電壓。在一些實例中，包含電荷泵及升壓引腳的所有引腳上的電壓可被限於電池負荷突降電壓的最大電壓。這可允許IC及板上的電壓較低，且可降低系統成本。這還可允許對12V及48V系統使用相同工藝。

本發明中所述的技術及電路在一些實例中可在一或多個集成電路或其它裝置的任何組合上實施。

修改在所描述的實施例中是可行的，並且其它實施例在權利要求書的範圍內是可行的。