場效應電晶體驅動器的製作方法

2023-07-28 03:11:16 1

本公開一般地涉及電晶體。更具體地，本公開涉及場效應電晶體驅動器（driver）。

背景技術：

針對使用零電勢觸點（potential free contact）的常規應用，常常實現PhotoMOS或固態繼電器。然而，這些繼電器可能對於場的某些應用而言過慢或者可能要求其自己的隔離電源。在某些應用中，標準場效應電晶體（FET）驅動器可以被實現為替換物。然而，標準FET驅動器向場添加直流。因此，針對其中不能向場添加直流的應用，標準FET驅動器不能被用作PhotoMOS或固態繼電器的替換物。

技術實現要素：

本公開提供一種場效應電晶體（FET）驅動器。

在第一實施例中，FET驅動器包括輸入調製器和隔離電容器。輸入調製器被配置成輸出交流（AC）信號。隔離電容器被配置成接收AC信號作為輸入、基於AC信號在濾波電容器中存儲電荷、以及基於所存儲的電荷來驅動電容器驅動的FET。

在第二實施例中，FET驅動器包括放大器、隔離電容器和濾波電容器。放大器被配置成接收時鐘信號和數位訊號並且被配置成基於時鐘信號和數位訊號生成經放大的輸出。隔離電容器被配置成基於經放大的輸出在濾波電容器中存儲電荷。濾波電容器被配置成基於所存儲的電荷來驅動電容器驅動的FET。

在第三實施例中，場設備（field device）包括電容器驅動的FET、負載和FET驅動器。負載和FET驅動器被分別耦合到電容器驅動的FET的第一和第二節點。FET驅動器包括隔離電容器並且被配置成驅動電容器驅動的FET而不改變負載的直流值。

從以下圖、描述和權利要求，其他技術特徵對於本領域技術人而言可以是容易顯而易見的。

附圖說明

為了對本公開的更徹底的理解，現在參考結合附圖所產生的以下描述，在所述附圖中：

圖1圖示根據本公開的實施例的包括電容器驅動的場效應電晶體（FET）和FET驅動器的場設備；

圖2A和2B圖示根據本公開的實施例的圖1的電容器驅動的FET和FET驅動器；以及

圖3A和3B圖示根據本公開的實施例的圖1的FET驅動器。

具體實施方式

在本專利文檔中用來描述本發明的原理的各種實施例和下面討論的圖1到3B僅作為例證並且無論如何不應該被解釋成限制本發明的範圍。本領域那些技術人員將理解，可以以任何類型的適當布置的設備或系統來實現本發明的原理。

圖1圖示根據本公開的實施例的包括電容器驅動的場效應電晶體（FET）102和FET驅動器104的場設備100。在圖1中示出的場設備100的實施例僅用於例證。可以在不脫離本公開的範圍的情況下使用場設備100的其他實施例。

除電容器驅動的FET 102和FET驅動器104之外，場設備100還包括負載和驅動級（driver stage）。針對某些實施例，負載可以被耦合到高壓V+，而驅動級被耦合到地或0V。針對其他實施例，驅動級可以被耦合到高壓，而負載被耦合到地。因此，所圖示的實施例包括負載/驅動級106和負載/驅動級108的表示，用以指示這些部件106和108中的一個是負載並且另一個是驅動級。因此，負載/驅動器功能位置是自由的並且可以在使用期間交換位置。

FET驅動器104被配置成使用隔離電容器（在圖1中未示出）來驅動電容器驅動的FET 102。隔離電容器阻止直流（DC）信號到達電容器驅動的FET 102以及，因此到達負載106或108。因此，代替對電容器驅動的FET 102的光學開/關控制，FET驅動器104被配置成實現對電容器驅動的FET 102的電容器耦合的開/關控制。相應地，代替接收光子，FET驅動器104可以被配置成接收AC信號，諸如時鐘信號，並且配置成通過施加或者不施加AC信號到隔離電容器來接通和斷開電容器驅動的FET 102。

以該方式，與PhotoMOS相比，對於電容器驅動的FET 102所實現的開關速度高得多（例如，速度可以是其的多於10倍），並且開關行為和定時被更好地控制並且是可重複的。另外，因為隔離電容器將FET驅動器104耦合到電容器驅動的FET 102，所以FET驅動器104被配置成驅動電容器驅動的FET 102而不影響場環路（field loop）的直流（DC）值，其可以被用作返迴路徑。這在工業的場設備或在使用場環路上的DC值來傳達信息的其他設備的情況下可以是特別有用的。

儘管圖1圖示場設備100的一個示例，但是可以對圖1的實施例做出各種改變。例如，可以組合、進一步細分、移動或省略場設備100的各種部件，並且可以根據特定需要來添加附加部件。

圖2A和2B圖示根據本公開的實施例的電容器驅動的FET 102和FET驅動器104。在圖2A和2B中示出的電容器驅動的FET 102和FET驅動器104的實施例僅用於例證。可以在不脫離本公開的範圍的情況下使用電容器驅動的FET 102和FET驅動器104的其他實施例。

針對圖2A中圖示的實施例，FET驅動器104包括輸入調製器（IM）202、隔離電容器204和緩衝器206。輸入調製器202（其可以包括與門（AND gate））被配置成接收數位訊號Sx、時鐘信號Clk和低壓信號V-。數位訊號起開/關信號（On/Off signal）的作用，並且時鐘信號提供AC信號。當數位訊號為開時，輸入調製器202的輸出隨著時鐘信號的頻率而上下振蕩。類似地，當數位訊號為關時，輸入調製器202的輸出為關或零。因此，當數位訊號為開時，能量被傳送到隔離電容器204，並且當數位訊號為關時，沒有能量被傳送到隔離電容器204。隔離電容器204被配置成將AC信號從輸入調製器202傳送到FET源極側。緩衝器206被配置成整流和存儲AC信號並且被配置成驅動電容器驅動的FET 102。

同樣針對在圖2A中圖示的實施例，電容器驅動的FET 102包括以雙極開關配置的兩個串聯耦合的FET 208和210。因此，FET 208的一個節點被耦合到負載/驅動級106，並且FET 210的一個節點被耦合到負載/驅動級108。與PhotoMOS繼電器相比，使用FET驅動器104中的輸入調製器202和隔離電容器204允許電容器驅動的FET 102更快地開關並且還允許其不太昂貴。

針對在圖2B中圖示的實施例，FET驅動器104被配置成與圖2A的FET驅動器104相同。然而，該實施例中的電容器驅動的FET 102包括以單極開關配置的單個FET 212。因此，FET 212的一個節點被耦合到負載/驅動級106，並且FET 212的另一個節點被耦合到負載/驅動級108。

儘管圖2A和2B圖示電容器驅動的FET 102和FET驅動器104的示例，但是可以對圖2A和2B的實施例做出各種改變。例如，可以組合、進一步細分、移動或省略各種部件，並且可以根據特定需要來添加附加部件。作為具體示例，緩衝器206可以包括用以減小實際接通和/或斷開傳送時間的附加部件。

圖3A和3B圖示根據本公開的實施例的FET驅動器104。在圖3A和3B中示出的FET驅動器104的實施例僅用於例證。可以在不脫離本公開的範圍的情況下使用FET驅動器104的其他實施例。

針對在圖3A中圖示的實施例，FET驅動器104包括與門302、放大器306、隔離電容器304、整流器308、濾波電容器310和放電電阻器312。放大器306包括電晶體314、電阻器316和電阻器318。整流器308包括兩個二極體320和322。

與門302被配置成起輸入調製器的作用。放大器306被配置成通過使用基於比率R2/R1的放大因子來放大與門302的輸出，這裡R1是電阻器316的電阻並且R2是電阻器318的電阻。以該方式，可以使濾波電容器310上的經整流的電壓高到足以驅動電容器驅動的FET 102的柵極。整流器308被配置成對從隔離電容器304輸出的振蕩信號進行整流並且被配置成使用經整流的信號對濾波電容器310進行充電。當足夠的電壓被存儲在濾波電容器310上時，電容器驅動的FET 102被接通。為了斷開電容器驅動的FET 102，斷開到與門302的開/關信號使得隔離電容器304不接收電荷。在該情況下，放電電阻器312被配置成對存儲在濾波電容器310上的電壓進行放電。

以該方式，AC信號（諸如時鐘信號Clk）可以利用與門302處的開/關信號來被接通或斷開、被傳送通過隔離電容器304以移除任何DC電流、被整流器308整流，以及被存儲在濾波電容器310上以驅動電容器驅動的FET 102的柵極而不改變場電流的DC值。因此，當期望速度時，可以將FET驅動器104實現成提供相對快的開關而不幹擾流過負載106或108的DC電流。

針對在圖3B中圖示的實施例，FET驅動器104類似於圖3A的FET驅動器104。然而，針對該實施例，從FET驅動器104省略與門302。針對該示例，施加開/關信號到電晶體314的基極而不是到與門。而且，代替施加時鐘信號到與門和施加低壓信號V-到電阻器316，施加時鐘信號到電阻器316。

儘管圖3A和3B每個圖示FET驅動器104的一個示例，但是可以對圖3A和3B的實施例做出各種改變。例如，可以組合、進一步細分、移動或省略這些FET驅動器104中的任一個的各種部件，並且可以根據特定需要來添加附加部件。特別地，針對一個示例，濾波電容器310可以是可選的。電容器驅動的FET 102的柵極到源極電容可以提供由濾波電容器310另外提供的電容。另外，為了對接通延遲和/或斷開延遲的更多控制，可以將附加部件包括在隔離電容器304的電容器驅動的FET側上。

闡述貫穿本專利文檔使用的某些詞和短語的定義可以是有利的。術語「包括」和「包含」及其衍生物意味著包括而不限制。術語「或」是包括的，意味著和/或。短語「與……相關聯」以及其衍生物可以意味著包括、被包括在……內、與……互連、包含、被包含在……內、連接到或與……連接、耦合到或與……耦合、可與……傳遞的、與……協作、交織、並置、接近於、被束縛在……上或被與……束縛、具有、具有……的屬性、具有與……的關係、或諸如此類。短語「……中的至少一個」當與項的列表一起使用時意味著可以使用列出的項中的一個或多個的不同組合併且僅可能需要列表中的一個項。例如，「A、B和C中的至少一個」包括以下組合中的任何：「A、B、C、A和B、A和C、B和C、以及A和B和C。

雖然本公開已經描述某些實施例以及一般相關聯的方法，但是這些實施例和方法的變更和置換對於本領域那些技術人員而言將是顯而易見的。相應地，示例實施例的上面的描述不限定或約束本公開。在不脫離如由所附權利要求限定的本公開的精神和範圍的情況下，其他改變、代替和變更也是可能的。