控制方法和控制设备与流程

1.本公开内容涉及穿过隔离屏障(isolation barrier)来操作开关的领域。


背景技术：

2.各种类型的装置可以利用开关例如固态开关。可以通过装置的电源域(power domain)控制开关。可以相对于装置中开关所处的区域来隔离电源域。通过使用光学隔离屏障来实现隔离。光学隔离屏障在装置的包括电源域的第一侧与装置的包括开关的第二侧之间被定位在装置内。为了穿过光学隔离屏障来控制开关，必须跨光学隔离屏障发送信息和/或能量。不幸的是，与制造光学隔离开关相关联的制造成本过高。
3.许多现有解决方案例如使用电流隔离作为光学隔离的替选方案，电流隔离基于均需要集成能力的电容耦合或变压器耦合，这些解决方案具有各种缺点。这样的缺点之一是在隔离屏障的一侧或更多侧需要附加的专用供电引脚。另一缺点是不能将隔离屏障和固态开关集成到同一封装件中。又一缺点是不能提供与用于驱动固态开关的其他隔离装置例如光耦合器或固态继电器的引脚到引脚的兼容性。此外，现有的隔离解决方案并不总是能够在隔离屏障的输出侧(例如，开关所在的第二侧)生成高于隔离屏障的输入侧(例如，电源域所在的第一侧)的电压。这极大地约束和限制了可以使用的开关的类型，这是因为这样的开关将必须具有与输入电压范围兼容的阈值电压，该阈值电压相对于用于操作开关的电压而言可能过低。电容隔离的一个缺点是隔离屏障两侧之间的共模瞬变抗扰性，共模瞬变抗扰性会使隔离屏障两侧的电势沿相反的方向快速移动。尽管一些产品可以结合这些隔离解决方案和/或其特征中的一个或更多个，但是目前不存在可以同时解决上述所有缺陷的产品。


技术实现要素：

4.提供本发明内容用于以简化形式介绍一系列构思，这些构思将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
5.在本文提出的技术的实施方式中，提供一种方法。该方法包括：根据频率和占空比操作隔离装置的输入侧的一个或更多个输入开关，以在一系列切换周期期间穿过隔离装置将能量传递至隔离装置的输出侧用于激活开关。电压转换装置将能量从输入侧的输入电压转换成输出电压以控制开关。在能量传递有效(active)时，无源关断装置(turn off device)被禁止去激活(deactive)开关。在能量传递无效(inactive)时，无源关断装置无源地去激活开关。
6.在本文提出的技术的实施方式中，提供一种设备。该设备包括用于根据频率和占空比操作隔离装置的输入侧的一个或更多个输入开关以在一系列切换周期期间穿过隔离装置将能量传递至隔离装置的输出侧以用于激活开关的装置。该设备包括用于将能量从输入侧的输入电压转换成输出电压以控制开关的装置。该设备包括用于在能量传递无效时无源地去激活开关的装置。该设备包括用于在能量传递有效时禁止去激活开关的装置。
7.在本文提出的技术的实施方式中，提供一种设备。该设备包括能量传递装置，该能量传递装置被配置成：根据频率和占空比来操作隔离装置的输入侧的一个或更多个输入开关，以在一系列切换周期期间穿过隔离装置将能量传递至隔离器的输出侧以用于激活开关。该设备包括电压转换装置，该电压转换装置被配置成在能量传递有效时将能量从输入侧的输入电压转换成输出电压以控制开关。该设备包括无源关断装置，该无源关断装置被配置成在能量传递无效时无源地去激活开关。该设备包括负电荷泵，该负电荷泵被配置成在能量传递有效时禁止无源关断装置去激活开关。
8.在本文提出的技术的实施方式中，提供一种设备。该设备包括能量传递装置，该能量传递装置被配置成操作隔离装置的输入侧的一个或更多个输入开关，以穿过隔离装置将能量传递至隔离装置的输出侧以用于激活开关。该设备包括电压转换装置，该电压转换装置被配置成在能量传递有效时将能量从输入侧的输入电压转换成输出电压以控制开关。该设备包括无源关断装置，该无源关断装置被配置成在能量传递无效时无源地去激活开关，其中，在能量传递有效时，该无源关断装置被禁止去激活开关。
9.为了实现前述目的和相关目的，以下描述和附图阐述了一些说明性方面和实现方式。这些说明性方面和实现方式仅指示可以采用一个或更多个方面的各种方式中的一些方式。当结合附图考虑时，本公开内容的其他方面、优点和新颖特征将根据下面的详细描述变得明显。
附图说明
10.图1是根据本文提出的技术的穿过隔离装置操作开关的示例方法的图示。
11.图2是示出根据本文提出的技术的用于穿过隔离装置操作开关的设备的部件框图。
12.图3是示出根据本文提出的技术的具有反激式转换器、用于穿过隔离装置操作开关的变压器、由该设备控制的开关、负电荷泵以及作为无源关断装置的耗尽型nmos的设备的组成框图。
13.图4a是示出根据本文提出的技术的具有电压倍增器、用于穿过隔离装置操作开关的变压器、由该设备控制的开关、负电荷泵以及作为无源关断装置的耗尽型nmos的设备的组成框图。
14.图4b是示出根据本文提出的技术的具有电压倍增器、用于穿过隔离装置操作开关的电容耦合装置、由该设备控制的开关、负电荷泵以及作为无源关断装置的耗尽型nmos的设备的组成框图。
具体实施方式
15.现在参照附图描述所要求保护的主题，其中，相似的附图标记始终用于指代相似的元件。在以下描述中，出于说明的目的，阐述了大量具体细节以便提供对所要求保护的主题的透彻理解。然而，明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践所要求的保护的主题。在其他实例中，以框图形式示出公知的结构和装置以便于描述所要求的保护的主题。
16.在电子领域中，装置包括要通过该装置的的与所述开关隔离的区域(诸如装置的电源域区域)控制的开关。通过使用电隔离(例如通过利用电容耦合装置、变压器例如有芯
变压器或无芯变压器或任何其他类型的变压器、或者其他电隔离屏障)来提高操作开关的能力。可以以不在装置中引入拓扑差异或拓扑损失的方式使用电隔离屏障，并且因此能够容易地将该装置与其他现有装置互换，而不会在例如装置尺寸、封装或引出线方面引入显著差异。例如，提供引脚到引脚的兼容性，这因为不需要以其他方式被用于在电隔离屏障的任一侧上提供专用电源的附加引脚。
17.本文提供的技术和设备能够将足够量的能量从装置的第一侧(例如，电源域区域所处的侧)穿过电隔离屏障传输至开关所位于的装置的第二侧。在一系列切换周期期间传递能量使得能够以足够的速度正确且可靠地接通开关(例如，固态开关)，并且不需要来自第二侧的额外能量。此外，以足够的速度安全地关断至开关的电力，而不必跨电隔离屏障传递能量并且也不需要外部部件。
18.在实施方式中，提供跨隔离屏障例如电隔离屏障进行的集成能量传递过程。能量从隔离屏障的输入侧传输至隔离屏障的输出侧，以确保正确、完全且安全地接通位于输出侧的开关(例如，固态开关)。在一系列切换周期期间传递能量，在此期间能量传递是有效的或无效的。以足够的速度接通开关并且无需来自输出侧的额外能量。这可以通过执行开关键控(on
‑
off keying)技术来实现，开关键控技术被用于跨隔离屏障存储和释放电磁能用于以与隔离屏障所允许的能量损耗兼容的方式进行至输出侧的传输。开关键控包括输入侧的高频脉冲驱动，在输入侧，利用切换模式将输入电源与输入地之间的驱动应用于隔离屏障的输入端子。为了中断能量传递过程，停止切换模式使得在隔离屏障内不发生电流流动。可以利用各种类型的能量传递装置来执行集成能量传递过程。
19.在实施方式中，能够在输出侧上产生足够高的输出电压以确保能够使用各种类型的开关，例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、绝缘栅双极型晶体管(igbt)或其他类型的开关。输出电压可以比输入侧使用的输入电压相对高。这可以通过利用可以耦接至输出侧的各种升压整流拓扑来实现，例如反激式转换器、电压倍增器(例如，考克罗夫特
‑
沃尔顿(cockroft
‑
walton)电压倍增器)或其他类型的电压转换装置。可以使用电压转换装置来达到能够驱动开关的栅极的输出电压，该输出电压可以是比在输入侧使用的电压更高的电压。根据初级侧的开关键控来激活和控制电压转换装置的电力转换过程的激活。在实施方式中，可以在输出侧通过由电压转换装置提供的输出电压为一些辅助功能(例如，针对开关进行电流感测或温度感测)供电。
20.在实施方式中，为开关的栅极提供可靠的无源关断路径。这可以通过利用各种集成技术选项来实现，例如耗尽型mosfet(例如，n沟道耗尽型mosfet或p沟道耗尽型mosfet)或即使在不能被有源驱动的情况下(例如，在不有源地提供电力的情况下)也具有导电沟道的其他类型的无源关断装置。无源关断装置能够在没有执行从输入侧到输出侧的能量传递的情况下将开关可靠地无源关断。
21.在实施方式中，只要能量传递过程开始，就可以快速且可靠地去激活无源关断装置。无需来自输入侧或输出侧的额外能量即可进行无源关断装置的激活和去激活。可以通过开关键控过程来实现对无源关断装置的去激活，开关键控过程借助于耦接至隔离屏障(例如，耦接至被用作隔离屏障的变压器的次级绕组)的负电荷泵在输出侧产生负电压。在实施方式中，借助于负电荷泵，只要开关键控过程开始，无源关断装置例如耗尽型mosfet(例如，耗尽型n沟道mosfet)的栅极就可以被有源驱动至低于其源极，以防止耗尽型mosfet
导通。以这种方式，将耗尽型mosfet去激活。这使得驱动开关的上升电压接通开关。一旦开关键控过程停止，则负电荷泵的负载应当在输出处释放负电压并且再次允许耗尽型mosfet导通。特别地，无源放电元件(例如，连接耗尽型mosfet的源极和栅极的电阻器)将使耗尽型mosfet的源极和栅极达到相同的电压，从而将耗尽型mosfet激活。一旦能量传递停止，则无源放电元件就会以适当的时间常数将负电荷泵先前产生的电压归零。在实施方式中，与耗尽型n沟道mosfet相反，可以利用电荷泵来产生正电压以控制耗尽型p沟道mosfet。
22.以这种方式，以允许对开关(例如，固态开关)进行可靠、安全且快速的控制而不引入拓扑差异或拓扑损失的方式为装置提供电隔离。
23.图1的示例性方法100示出跨隔离屏障控制开关的实施方式并且结合图2至图4b进一步描述该实施方式。诸如图2中的装置200的设备包括隔离装置208，隔离装置208将装置200的输入侧202与装置200的输出侧216隔离。隔离装置208可以包括在装置200的输入侧202与输出侧216之间提供电隔离的电隔离装置。在实施方式中，隔离装置208包括变压器，例如无芯变压器或有芯变压器(例如，图3中的变压器310和图4a中的变压器404)。在实施方式中，隔离装置208包括电容耦合装置(例如，图4b中的电容耦合装置456)。隔离装置208在输入侧202与输出侧216之间提供电流隔离。
24.输入侧202包括输入源204。输入源204可以与对输入侧202提供输入电压的输入电源域相关联。输入侧202可以包括一个或更多个输入开关218(例如，图3中的单个输入开关sw
in 304或图4a和图4b中的第一输入开关sw1a 418、第二输入开关sw1b 422、第三输入开关sw2a 420和第四输入开关sw2b 424)。输入侧202包括能量传递装置206，能量传递装置206被配置成操作一个或更多个输入开关218以执行多个切换周期，以穿过隔离装置208将能量传递至输出侧216从而用于控制位于装置200的输出侧216处的开关212。多个切换周期对应于能量传递为有效或无效的一系列切换周期。能量传递装置206可以根据频率(例如，切换频率)和占空比来操作一个或更多个开关218以在切换周期期间将能量穿过隔离装置208传递以用于激活开关212。在实施方式中，能量传输装置206利用开关键控技术来执行多个切换周期以穿过隔离装置208传递能量以用于操作开关212。
25.相应地，在102处，根据频率和占空比操作一个或更多个输入开关218以在一系列切换周期期间将能量穿过隔离装置208传递，用于激活开关212。在实施方式中，通过根据所确定的频率和占空比操作一个或更多个输入开关218来应用开关键控。可以将频率设置为足够高的值，以便限制在切换周期内流过隔离装置208(例如，变压器)的初级绕组的电流。取决于是将反激式转换器(例如，图3)还是将电压倍增器(例如，图4a和图4b)用作输出侧216处的电压转换装置210，可以利用不同的占空比。例如，对于电压倍增器，可以将占空比设置为50％，其中，能量传递装置206根据推挽方式来驱动能量。在该示例中，切换周期包括输入电流从隔离装置208的顶部端子向隔离装置208的底部端子流动的第一阶段。切换周期包括输入电流从所述底部端子向所述顶部端子流动的第二阶段。对于反激式转换器，可以基于切换频率来设置占空比，使得隔离装置208两端的电感不会达到饱和点或不会发生可靠性问题。
26.如果通过能量传递装置206使一个或更多个输入开关218保持关断，则不发生能量传递。如果通过能量传递装置206将一个或更多个开关218接通，则穿过(through)隔离装置208将能量传递至输出侧216以接通开关212。以这种方式，执行能量传递为有效或无效的一
系列切换周期。
27.装置200包括位于装置200的输出侧216处的电压转换装置210。电压转换装置210可以包括反激式转换器(例如，图3)、电压倍增器(例如，图4a和图4b)例如考克罗夫特
‑
沃尔顿电压倍增器、或者其他电压转换装置。电压转换装置210可以被配置成将通过能量传递装置206传递的能量从与输入源204相关联的输入电压转换成能够控制(例如，接通)开关212的输出电压。在实施方式中，电压转换装置210可以将输入电压转换成相对较高的电压，作为能够接通开关212(例如，接通固态开关的栅极)的输出电压。以这种方式，可以使用各种类型的开关212，否则将不能以与和输入源204相关联的相对较低的输入电压进行操作/不能与和输入源204相关联的相对较低的输入电压兼容。电压转换装置210在通过能量传递装置206进行的能量传递有效时输出输出电压。因此，在104处，当能量传递有效时，将能量从输入侧202的输入电压转换成输出电压以控制开关212。
28.装置200包括在装置200的输出侧216的无源关断装置214(例如，图3中的无源关断装置318以及图4a和图4b中的无源关断装置428)。在实施方式中，无源关断装置214包括耗尽型mosfet(例如，耗尽型n沟道mosfet或耗尽型p沟道mosfet)。在能量传递装置206没有执行能量传递而以其他方式激活开关212的情况下，无源关断装置214无源地(例如，在不需要向无源关断装置214供应电力的情况下)去激活开关212以将开关212关断。例如，当不存在能量传递时，输出侧216上的电容器放电，并且由此无源关断装置214的源极和栅极处于相同/相似的电势，这样在无源关断装置214的源极与漏极之间建立导电沟道。导电沟道充当根据无源关断装置214的尺寸来确定尺寸的电阻器，导电沟道在开关212的栅极与源极之间施加关断强度(turn off strength)(例如，通过将开关212的栅极与开关212的源极短路)以关断开关212。以这种方式，在不执行能量传递时，无源关断装置214无源地去激活开关212，而不用利用电力来有源地驱动。
29.在能量传递有效时，可以禁止无源关断装置214无源地去激活开关212。在实施方式中，可以利用电荷泵220(例如，用于耗尽型p沟道mosfet的正电荷泵，或者用于耗尽型n沟道mosfet的负电荷泵(例如，图3中的负电荷泵324))以在能量传递有效时禁止无源关断装置214无源地去激活开关212。对于耗尽型n沟道mosfet，在能量传递有效时，利用负电荷泵来使用负电压有源地向下驱动(drive down)耗尽型n沟道mosfet的栅极以禁止耗尽型n沟道mosfet无源地去激活开关212。以这种方式，在106处，在能量传递有效时，禁止无源关断装置214无源地去激活开关212。在能量传递无效时，负电荷泵的输出处的负载使负电压放电以使得耗尽型n沟道mosfet能够无源地去激活开关212。当不存在切换活动时，负电荷泵无效。以这种方式，在108处，在能量传递无效时，无源关断装置214能够无源地去激活开关212。
30.图3示出了用于穿过隔离屏障来操作开关320的设备300的实施方式。设备300包括变压器310，变压器310作为隔离屏障操作以将设备300的输入侧312与设备300的输出侧314隔离，例如电隔离。开关320位于设备300的输出侧314。输入源302和输入开关304位于设备300的输入侧312。开关320、无源关断装置318(例如，耗尽型p沟道mosfet)、电压转换装置(例如，利用二极管d1 316的反激式转换器，二极管d1 316基于是否发生能量传递而被正向偏置或反向偏置)以及负电荷泵324位于设备300的输出侧314。负电荷泵324可以包括电阻r1(电阻器r1)、等效电容c
g1
和/或二极管d2。
31.在输入侧312执行开关键控用于操作输入开关304执行一系列切换周期，以将能量(例如，由输入源302产生的能量)从输入侧312传递至输出侧314用于操作开关320。在实施方式中，输入开关304在切换周期开始时被接通以驱动变压器310的初级侧306的下端子。这样产生了流入变压器310的等效磁化电感lm的磁化电流im 326。只要输入开关304被接通，则变压器310的磁化电流im 326将持续增加。基于切换频率来设置用于将输入开关304切换为接通和关断的占空比，使得磁化电流im 326不会达到变压器饱和或不会引起针对变压器310的变压器可靠性问题。在输入开关304被接通并且保持磁化电流im 326流入变压器310的初级绕组的同时，变压器310的次级绕组(其相对于施加至初级绕组的电压提供反向电压)保持二极管d1 316被反向偏置使得没有电流流动开关320的栅极。在该占空比阶段之后，输入开关304被关断并且变压器310的初级侧306的下端子悬空。
32.存储在变压器310内的磁能(例如，对应于在输入开关304被接通的前一阶段达到的峰值磁化电流im)通过变压器310的次级侧308输出，从而引起退磁电流。因此，所存储的磁能通过出现在变压器310的次级侧308的减小的idm(例如，存储在变压器310中的磁能)被释放，而次级侧308的电压被反映至初级侧的初级电压。二极管d1 316被正向偏置，并且开关320的栅极被等效电容c
g2 322(例如，表示为开关320的栅极电容)充电直至idm消失或下一切换周期开始。从变压器310的初级侧306到次级侧308的每个电荷包(charge packet)将使等效电容c
g2 322两端的电压增加直至达到c
g2
两端的电压阈值，这将不允许二极管d1316进一步正向偏置。
33.在实施方式中，可以改变变压器310的绕组比用于较高的输出电压。以这种方式，在能量传递开始时，存在通过二极管d1 316的能量以及通过二极管d2的灌电流，这两者将上拉等效电容c
g2
322的顶板(top plate)的电压(例如，输出电压)并且下拉等效电容c
g1
(例如，耗尽型n沟道mosfet处的栅极电容)的底板的电压，使得在等效电容c
g2 322两端的电压随通过二极管d1 316的能量传递增加时，无源关断装置318被禁止去激活开关320(例如，在能量传递期间禁用无源关断装置318)。等效电容c
g1
表示无源关断装置318的栅极电容。当对初级侧的切换有效(例如，开关键控有效)时，电阻r1(电阻器r1)被用作将不会不利地影响负电荷泵324充分泵送无源关断装置318的等效栅极电容c
g1
的能力的特定量的负载(例如，低于阈值负载的负载)，使得无源关断装置318的栅极电压比无源关断装置318的源极电压更负(more negative)。也就是说，在对负电荷泵324加负载时，电阻r1不会阻止负电荷泵324禁用无源关断装置318，这是因为可以将电阻r1设置用作低于负载阈值的负载以便不使负电荷泵324过载。一旦初级侧的切换停止(例如，开关键控无效)，负电荷泵324就不能再泵送无源关断装置318的比源极电压更负的栅极电压。因此，电阻r1可以开始使等效电容c
g1
放电，从而使等效电容c
g1
的栅极和源极再次达到相同的电压。
34.电阻r1与设计参数相对应，这是因为电阻r1应该至少具有阈值电阻使得负电荷泵324不会在初级侧的切换有效(例如，开关键控有效)时过载，防止和/或阻止由于负电荷泵324以其他方式过载而导致无源关断装置318的栅极相对于源极下拉的不良后果。同时，在对初级侧的切换停止(例如，开关键控无效)的情况下，电阻r1应该足够低以在合理的时间内对等效电容c
g1
放电。由电阻r1确定的等效电容c
g1
的放电时间将确定开关320的关断速度。因此，对电阻r1尺寸的确定取决于对无源关断装置318的去激活效率与开关320的关断速度之间的权衡。
35.为了避免变压器310饱和，反激式转换器以非连续导通模式(dcm)操作，使得idm(例如，存储在变压器310中的磁能)在每个切换周期之后放电至0，而不会在切换周期之间积累能量。因此，设置输入开关304的占空比，使得im在输入开关304被接通的时间内不会变得太高，并且idm在输入开关304关断时被完全放电。由于在二极管d1 316被反向偏置时，流入正向偏置的二极管d1 316的所有电流均消失，所以这避免了二极管d1 316的反向恢复损耗。
36.反激式转换器被用作电压转换装置。反激式转换器将能量从输入电压转换成输出电压以控制开关320。以这种方式，等效电容c
g2 322两端的电压(例如，输出电压)可以比输入源302的输入电压相对更大。
37.将无源关断装置318(例如，耗尽型n沟道mosfet)与等效电容的c
g2 322并行使用以确保开关320的无源关断。在没有有效的能量传递且输入开关304关断的静稳态下，电容器(例如，等效电容)放电。因此，耗尽型n沟道mosfet的源极和栅极处于相同电势并且在源极与漏极之间存在导电沟道。该导电沟道充当基于耗尽型n沟道mosfet的尺寸来确定尺寸的电阻器从而将开关320去激活(例如，在开关320的栅极与源极之间施加关断强度)。耗尽型n沟道mosfet在开关键控开始接通输入开关304以开始能量传递时被去激活，使得等效电容c
g2 322处的电压可以从0增加到可靠地接通开关320所需的电压。
38.当输入开关304接通时，二极管d1 316被反向偏置并且二极管d2被正向偏置，从而引起等效电容c
g1
(例如，耗尽型n沟道mosfet的栅极电容)的负电荷。当输入开关304关断时，二极管d1 316被正向偏置并且二极管d2 316被反向偏置，同时等效电容c
g1
继续保持/维持电荷和电压与由无源放电元件例如电阻r1引起的放电速率相适应。因此，一个切换周期接着一个切换周期，可以将耗尽型n沟道mosfet(无源关断装置318)的栅极负向泵送至低于源极电势，以与电阻r1的负载相适应，从而致使耗尽型n沟道mosfet(无源关断装置318)的去激活以及开关320的驱动电压的增加，然后将开关320接通。一旦将开关键控开关活动停止以关断输入开关304，则电阻r1对耗尽型n沟道mosfet(无源关断装置318)放电，使得耗尽型n沟道mosfet(无源关断装置318)变得导通以关断开关320。
39.图4a示出了用于穿过被用作隔离屏障的变压器404操作开关432的设备400的实施方式，并且图4b示出了用于穿过被用作隔离屏障的电容耦合装置456来操作开关432的设备400的实施方式。图4a中的变压器404包括连接至设备400的输入侧402的初级侧412以及连接至设备400的输出侧406的次级侧410。图4b中的电容耦合装置456包括一个或更多个电容器，例如被定位在设备400的输入侧402与输出侧406之间的第一电容器452和第二电容器454。这些隔离屏障在设备400的输入侧402与输出侧406之间的提供电隔离。
40.设备400利用电压倍增器414(例如，考克罗夫特
‑
沃尔顿倍增器)作为电压转换装置将能量(例如，从输入源416通过隔离屏障传递至输出侧406的能量)从输入侧402的输入电压转换成输出电压以控制开关432。电压倍增器414包括一个或更多个级。每一级都包括二极管和电容器/电容(例如，电容器cp1和二极管d2作为第一级，电容器cp2和二极管d3作为第二级，电容器cp3和二极管d4作为第三级等)。电压倍增器414将输入电压转换成输出电压，该输出电压可以是比输入电压高的电压以便接通开关432。
41.设备400可以包括位于输入侧402的一个或更多个输入开关，例如第一输入开关sw1a 418、第二输入开关sw1b 422、第三输入开关sw2a420和第四输入开关sw2b 424，这些
输入开关受开关键控的控制而执行一系列切换周期，以将能量从输入侧402传递至输出侧406用于控制例如接通在输出侧406的开关432。
42.以推挽方式驱动隔离屏障的输入侧402(例如，图4a中的变压器404的初级侧412或图4b中的电容耦合装置456的第一电容器452和第二电容器454的输入侧)的方法来操作一个或更多个输入开关。在切换周期的第一阶段期间，输入电流从隔离屏障的顶部端子(例如，输入侧402上的至变压器404的初级侧412的顶部端子的连接或者输入侧402上的至电容耦合装置456的第一电容器452的连接)向隔离屏障的底部端子(例如，输入侧402上的至变压器404的初级侧412的底部端子上的连接或者输入侧402上的至电容耦合装置456的第二电容器454的连接)流动。特别地，顶部端子被上拉并且底部端子被下拉。电容器cp1、电容器cp3和电容器cp5通过二极管d2、二极管d4和二极管d6充电，而二极管d3和二极管d5被反向偏置。在切换周期的第二阶段期间，电流从隔离屏障的底部端子向顶部端子流动。特别地，顶部端子被下拉并且底部端子被上拉。电容器cp2和电容器cp4通过二极管d3和二极管d5充电，而二极管d2、二极管d4和二极管d6被反向偏置。为了对称，可以将占空比设置为50％。可以在每个阶段期间将切换频率设置为不会导致隔离屏障达到/超过饱和并且/或者不会引起可靠性问题的频率值。
43.与图3中的设备300，图4a和图4b中设备400包括位于设备400的输出侧的开关432、无源关断装置428(例如，耗尽型n沟道mosfet)、等效电容c
g2 430(例如，开关432的栅极电容的表示)以及电荷泵408，电荷泵408包括等效电容c
g1
例如耗尽型n沟道mosfet处的栅极电容、无源放电元件例如电阻r1、以及类似于图3中的二极管d2的二极管d1。设备400的这些部件/元件可以与设备300的对应部件/元件类似地操作以便接通和关断开关432。
44.本文提供的方法和设备能够跨隔离屏障控制开关，例如固态开关或其他类型的开关。可以在开关所处的隔离屏障的输出侧没有额外的能量消耗的情况下接通和关断开关。隔离屏障在隔离屏障的输入侧与隔离屏障的输出侧之间提供电隔离。提供电隔离，而不会引入拓扑差异或拓扑损失。由于具有电隔离的设备将具有相似/相同的尺寸、封装和/或引出线，因此使得能够进行这些设备与其他设备的简单更换。可以理解的是，这些方法和设备可以被实现用于任何类型的装置例如计算机、移动装置、电子装置、利用开关的装置等。
45.本公开技术的实施方式包括一种方法。该方法包括根据频率和占空比操作隔离装置的输入侧的一个或更多个输入开关以在一系列切换周期期间穿过隔离装置将能量传递至隔离装置的输出侧以用于激活开关，其中，电压转换装置将能量从输入侧的输入电压转换成输出电压以控制开关，并且在能量传递有效时，无源关断装置被禁止去激活开关，其中，在能量传递无效时，无源关断装置无源地去激活开关。
46.根据一些实施方式，该方法包括：在能量传递有效时，利用输出侧的负电荷泵以使用负电压来有源地向下驱动无源关断装置的栅极以禁止无源关断装置去激活开关。
47.根据一些实施方式，负电荷泵将无源关断装置的栅极泵送至低于无源关断装置的源极以将无源关断装置去激活，并且其中，无源放电元件对负电荷泵加负载至使源极和栅极达到相同的电压。
48.根据一些实施方式，操作一个或更多个输入开关包括利用开关键控技术来执行多个切换周期，以穿过隔离装置传递能量用于操作开关。
49.根据一些实施方式，无源关断装置包括耗尽型mosfet。
50.根据一些实施方式，电压转换装置包括电压倍增器。
51.根据一些实施方式，电压转换装置包括反激式转换器。
52.根据一些实施方式，电压转换装置产生高于输入电压的输出电压。
53.根据一些实施方式，隔离装置包括变压器。
54.根据一些实施方式，隔离装置包括电容耦合装置。
55.本公开内容的技术的实施方式包括一种设备，该设备包括根据频率和占空比操作隔离装置的输入侧的一个或更多个输入开关以在一系列切换周期期间穿过隔离装置将能量传递至隔离装置的输出侧以用于激活开关的装置，其中，电压转换装置将能量从输入侧的输入电压转换成输出电压以控制开关，并且在能量传递有效时，无源关断装置被禁止去激活开关，其中，在能量传递无效时，无源关断装置无源地去激活开关。
56.本公开技术的实施方式包括一种设备。该设备包括：能量传递装置，其被配置成根据频率和占空比来操作隔离装置的输入侧的一个或更多个输入开关以在一系列切换周期期间穿过隔离装置将能量传递至隔离装置的输出侧，以用于激活开关；电压转换装置，其被配置成在能量传递有效时将能量从输入侧的输入电压转换成输出电压以控制开关；无源关断装置，其被配置成在能量传递无效时无源地去激活开关；以及负电荷泵，其被配置成在能量传递有效时禁止无源关断装置去激活开关。
57.根据一些实施方式，能量传递装置位于隔离装置的输入侧，并且无源关断装置、负电荷泵和开关位于隔离装置的输出侧。
58.根据一些实施方式，电压转换装置包括电压倍增器，并且隔离装置包括变压器。
59.根据一些实施方式，电压转换装置包括电压倍增器，并且隔离装置包括电容耦合装置。
60.根据一些实施方式，电压转换装置包括反激式转换器，并且隔离装置包括变压器。
61.根据一些实施方式，电压转换装置包括电压倍增器，并且能量传递装置被配置成以推挽方式将能量驱动至隔离装置，其中，切换周期包括输入电流从隔离装置的顶部端子向隔离装置的底部端子流动的第一阶段以及输入电流从所述底部端子向所述顶部端子流动的第二阶段。
62.本公开技术的实施方式包括一种设备。该设备包括：能量传递装置，其被配置成操作隔离装置的输入侧的一个或更多个输入开关以穿过隔离装置将能量传递至隔离装置的输出侧，以用于激活开关；电压转换装置，其被配置成在能量传递有效时将能量从输入侧的输入电压转换成输出电压以控制开关；以及无源关断装置，其被配置成在能量传递无效时无源地去激活开关，其中，在能量传递有效时，无源关断装置被禁止去激活开关。
63.根据一些实施方式，隔离装置在输入侧与输出侧之间提供电流隔离。
64.根据一些实施方式，能量传递装置被配置成操作第一开关、第二开关、第三开关和第四开关来执行多个切换周期以穿过隔离装置传递能量。
65.根据一些实施方式，电压转换装置包括一个或更多个级，其中，所述一个或更多个级中的每个级包括二极管和电容器。
66.虽然已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解的是，在所附权利要求中限定的主题不必限于以上所描述的特定特征或动作。而是，以上所描述的特定特征和动作作为实现权利要求的示例形式而被公开。
67.如在本技术中使用的，术语“部件”、“模块”、“系统”等通常旨在表示与计算机有关的实体，硬件、硬件和软件的组合、软件、或执行中的软件。一个或更多个部件可以位于一个计算机上和/或分布在两个或更多个计算机之间。
68.此外，所要求保护的主题可以被实现为方法、设备或使用标准编程和/或工程技术的制品，以产生用于控制计算机来实现所公开的主题的软件、固件、硬件或其任何组合。如本文中所使用的，术语“制品”旨在包括能够从任何计算机可读装置、载体或介质访问的计算机程序。当然，本领域技术人员将认识到，在不脱离所要求保护的主题的范围或精神的情况下，可以对该配置进行许多修改。
69.本文提供了实施方式的各种操作。在一个实施方式中，所描述的操作中的一个或更多个操作可以构成存储在一个或更多个计算机可读介质上的计算机可读指令，如果通过计算装置来执行，则这些计算机可读指令将使计算装置执行所描述的操作。描述一些或所有操作的顺序不应被解释为暗指这些操作必须依赖于顺序。受益于本说明书的本领域技术人员将理解替选排序。此外，将理解的是，并非所有操作都必须存在于本文提供的每个实施方式中。
70.在本文中被描述为“示例”的任何方面或设计不一定被解释为比其他方面或设计有利。而是，词语“示例”的使用旨在呈现可能与本文所呈现的技术有关的一个可能的方面和/或实现方式。这样的示例对于这样的技术不是必需的或者不旨在进行限制。这样的技术的各种实施方式可以包括单独的或与其他特征组合的这样的示例，并且/或者可以改变和/或省略所示出的示例。
71.如本技术中使用的，术语“或”旨在意指包含性的“或”而非排他性的“或”。也就是说，除非另有指定或根据上下文是清楚的，否则“x采用a或b”旨在意指任何自然的包含性排列。也就是说，如果x采用a、x采用b或者x采用a和b二者，则在任何前述情况下都满足“x采用a或b”。另外，除非另有指定或根据上下文清楚地针对单数形式，否则在本技术和所附权利要求中所使用的冠词“一”和“一个”通常应当被解释为意指“一个或更多个”。此外，除非另外指定，否则“第一”、“第二”等不旨在暗指时间方面、空间方面、排序等。相反，这样的术语仅用作特征、元件、项等的标识符、名称等。例如，第一元件和第二元件通常对应于元件a和元件b或两个不同或两个相同的元件或同一元件。
72.此外，虽然已经关于一个或更多个实现方式示出和描述了本公开内容，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将想到等效的变更和修改。本公开内容包括所有这样的修改和变更并且仅由所附权利要求的范围限定。特别地，关于由以上描述的部件(例如，元件、源等)执行的各种功能，除非另有指示，否则用于描述这样的部件的术语旨在与执行所描述的部件(例如，在功能上等同的部件)的指定功能的任何部件相对应，即使在执行本公开内容在本文中所示出的示例实现方式中的功能的在结构上不等同于所公开结构的情况下也是如此。另外，尽管可能仅针对若干实现方式中的一个实现方式公开了本公开内容的特定特征，但是这样的特征可以如对于任何给定的或特定的应用可以期望并且有利的那样与其他实现方式的一个或更多个其他特征组合。此外，就详细描述和权利要求书中使用的术语“包括(includes)”、“具有(having)”、“具有(has)”、“有(with)”或其变型而言，这样的术语旨在以类似于术语“包括(comprising)”的方式为包含性的。