用于操作开关调节器的电路和方法技术

本发明专利技术包含用于控制开关调节器操作的电路和方法。可以控制高侧和低侧开关的导通和关断，使得在两个开关均关断时电感电流可以用于对中间开关节点充电和/或放电。在一个实施例中，AC级的低电平到高电平的转变和高电平到低电平的转变之间延时可以在DC级的多个周期内循环。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2013年11月26日提交的美国临时专利申请案61/909,041的优先权，其内容在此以引用的方式全部并入本文。本申请要求于2014年6月26日提交的美国非临时专利申请案14/315,768的优先权，其内容在此以引用的方式全部并入本文。
本专利技术涉及电子系统和方法，特别地，涉及用于操作开关调节器的电路及方法。
技术介绍
开关调节器通常包含高侧和低侧开关。这些开关的操作方式会影响调节器的效率。举例而言，电压调节器的同步输出级的最佳利用可以取决于调节功率FET栅极信号的能力。因为体二极管导通和体二极管反向恢复而导致的过长的死区时间(FET均关断的时间)可以引起效率损耗。或者，如果死区时间太短(或者反向)，两个功率FET的同步导通也会降低效率。
技术实现思路
本专利技术包含用于操作开关调节器的电路及方法。本专利技术包含用于控制开关调节器操作的电路及方法。可以控制高侧和低侧开关的导通和关断，使得在两个开关均关断时电感电流可以用于对中间开关节点充电和/或放电。在一个实施例中，AC级的低电平到高电平的转变期间和高电平到低电平的转变期间之间的延迟可以在DC级的多个周期内循环。以下具体描述和附图提供了对本专利技术的特性和优点更好的理解。附图说明图1示出了对与开关调节器中的开关节点相关的寄生电容充电和放电。图2显示了根据一个实施例的开关调节器的波形。图3示出了根据一个实施例的包含死区时间控制的开关调节器。图4示出了根据一个实施例的图3中的开关调节器的波形。图5示出了根据一个实施例的图3中的开关调节器的额外的波形。图6示出了根据一个实施例的图3中的开关调节器的额外的波形。图7示出了根据一个实施例的用于控制死区时间的示例性电路。图8示出了根据一个实施例的用于产生高侧和低侧驱动信号的电路。图9示出了根据一个实施例的图8中的电路的波形。图10示出了根据一个实施例的示例性可编程延迟电路。图11显示了用于控制正向和负向(重叠)死区时间的示例性电路，包含额外的可编程延迟元件以控制负向死区时间。图12示出了负向死区时间的波形。具体实施方式本专利技术涉及开关调节器。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了大量示例和具体细节以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说，如在权利要求中所表达的本专利技术显然可以仅仅包括这些示例中的一些或者所有特征或者与下文所描述的其它特征相组合，并且可以进一步包括本文所描述的特征和概念的修改和等效。本专利技术的实施例包括用于操作开关调节器的电路和方法。图1示出了对开关调节器中的电容充电和放电。开关调节器100包含在第一供电电压Vin和中间节点SW之间的高侧开关101和在节点SW和第二供电电压(此处为地)之间的低侧开关102。举例而言，可以使用MOS晶体管实现开关101和102。因为MOS器件的源极或者漏极电容，节点SW可以具有相关的寄生电容Cp。此外，可以在地和节点SW之间形成二极管D(例如，在MOS器件的本体中)。二极管D可以提供节点SW的寄生电容。在操作期间，高侧驱动信号HS可以关断和导通开关101并且低侧驱动信号LS可以关断和导通开关102。通常，当开关101导通时，Vin耦合至节点SW以增大电感L 122中的电流。在该时间段内，开关102关断。同样地，当开关102导通时，节点SW耦合至地以减小电感L 122中的电流。在该时间段内，开关101关断。图2示出了根据一个实施例的开关调节器的波形。图2显示了高侧开关信号HS为高(开关101导通)，如220所示，而低侧开关信号LS为低(开关102关断)，如221所示。当LS为高时(开关102导通)，HS为低(开关101关断)。图2进一步示出了时间段210和211，在此被称为“死区时间”。时间210表示当开关101导通(且开关102关断)时的状态和当开关102导通(且开关101关断)时的状态之间的时间段。同样地，时间211表示当开关102导通(且开关101关断)时的状态和当开关101导通(且开关102关断)时的状态之间的时间段。这些时间段可以影响系统的性能。举例而言，如果这些死区时间太短(或者为负)，两个开关可能同时导通，使得Vin直接耦合到地，导致引起功率损耗的“直通”电流产生。图1和2示出了涉及死区时间的另一个问题。如图2所示，当HS为高时，如222所示，节点SW在Vin处，并且如223所示，电感中的电流增大。当HS变为低时，由于正向电感电流Ilpos对SW放电，Vin开始下降。如果死区时间太长，正向电感电流可能对电容Cp放电并导通二极管D，导致SW上的电压下降到低于地电位。如果SW上的电压低于地电位，则当LS变为高时，必须通过地对Cp(包含二极管D的结电容)充电，其进一步产生了功率损耗。本专利技术的实施例包含在高电平到低电平的转变期间(即，关断开关101和导通开关102的转变期间)使用正向电感电流对中间节点SW的电容放电或者在低电平到高电平的转变期间(即，关断开关102和导通开关101的转变期间)使用负向电感电流对中间节点SW的电容充电。本专利技术的实施例可以设置高侧开关关断和低侧开关导通之间的时间段，使得在该时间段内，正向电流对中间节点SW放电至一个电压(例如，Vsw＝gnd)，其中低侧开关上的电压为0V。同样地，本专利技术的实施例可
以设置低侧开关关断和高侧开关导通之间的时间段，使得在该时间段内，负向电流对中间节点SW充电至一个电压(例如，Vsw＝Vin)，其中高侧开关上的电压为0V。举例而言，当开关上的电压(例如，源极-漏极电压)为0V时，导通低侧开关和/或高侧开关可以减小功率损耗并提高开关调节器的效率。图2示出了示例性开关调节器的操作。当HS为高且LS为低时，节点SW在Vin处且电感电流为正并增大。当HS变为低，开关101关断，并且由于正向电感电流对节点SW和Cp放电，SW上的电压减小。在SW上的电压减小到低于输出电压Vo后，电感中的电流开始减小。在一个实施例中，当SW接近0V时(例如，在二极管D变为正向偏置并开始传导电流时)，电路被配置为驱动LS为高。同样地，当LS为高且HS为低时，节点SW接地(0V)且电感电流为负并减小。当LS变为低，开关102关断，并且由于负向电感电流流入节点SW和Cp，SW上的电压开始增大。在SW上的电压增大到高于输出电压Vo后，电感中的电流开始增大。在一个实施例中，当SW接近Vin时，电路被配置为驱动HS为高。应当理解的是在不同电路中可以单独使用上述技术，其中如上面所述的一个开关调节器可以产生时间段210以对SW放电而不是对SW充电，并且其中如上面所述的另一个开关调节器可以产生时间段211以对SW充电而不是对SW放电。在下面所述的一个示例性实施例中，举例而言，开关调节器可以包括用于产生时间段210和211的电路以对SW充电和放电，并提高系统的效率。上述技术的一个示例性应用是在如图3所示的具有AC级(或阶段)和DC级(或阶段)的开关调节器中。在共同拥有的专利技术名称为“SWITCHING REGULATOR CIRCUITS AND METHODS”，专利技术人为David Christian Gernard Tournatory和Kevin Kennedy Johnstone的美国专利申请案14/1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：关断开关调节器第一级中的第一开关，所述开关调节器进一步包括第二级；在所述第一开关关断后导通所述开关调节器的所述第一级中的第二开关，其中所述第二开关在多个受控时间段中的一个时间段之后导通，其中电感中的电流改变所述第一开关的第一端和所述第二开关的第一端之间的节点上的电压，以及其中所述受控时间段根据不同输出电流配置，使得当所述第二开关导通时，在每个受控时间段之后，所述第一开关和所述第二开关之间的所述节点上的所述电压大致等于所述第二开关的第二端上的电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.26 US 61/909,041;2014.06.26 US 14/315,7681.一种方法，包括：关断开关调节器第一级中的第一开关，所述开关调节器进一步包括第二级；在所述第一开关关断后导通所述开关调节器的所述第一级中的第二开关，其中所述第二开关在多个受控时间段中的一个时间段之后导通，其中电感中的电流改变所述第一开关的第一端和所述第二开关的第一端之间的节点上的电压，以及其中所述受控时间段根据不同输出电流配置，使得当所述第二开关导通时，在每个受控时间段之后，所述第一开关和所述第二开关之间的所述节点上的所述电压大致等于所述第二开关的第二端上的电压。2.根据权利要求1所述的方法，其中在第一操作模式中，所述第一级消除所述第二级中的纹波，以及其中所述多个受控时间段发生在所述第二级的周期内，其中不同受控时间段对应于在多个转变期间所述第一级内的不同电感电流。3.根据权利要求1所述的方法，其中多个第一受控时间段对应于所述第一级中的开关节点的多个高电平到低电平转变期间内所述第一级中的不同电感电流，以及其中多个第二受控时间段对应于所述第一级中的所述开关节点的多个低电平到高电平转变期间内所述第一级中的不同电感电流，所述高电平到低电平转变期间为第一转变，所述低电平到高电平转变为第二转变。4.根据权利要求3所述的方法，其中在低电平到高电平的转变期间配置所述多个第一受控时间段，以及其中在高电平到低电平的转变期间配置所述多个第二受控时间段。5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二级的多个周期内重复所述多个受控时间段。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个受控时间段存储为多个数字值。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述多个数字值用于多个延迟的编程。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一开关和所述第二开关是MOS晶体管。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一开关是高侧开关且所述第二开关是低侧开关，以及其中所述电感中的所述电流使所述节点上的所述电压减小。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一开关是低侧开关且所述第二开关是高侧开关，以及其中所述电感中的所述电流使所述节点上的所述电压增大。11.一种开关调节器电路，包括第一级和第二级，所述第一级包括：第一开关，其具有耦合至第一电压的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·斯蒂芬·莫里尔，戴维·克里斯蒂安·杰勒德·托恩拉托瑞，
申请(专利权)人：矽力杰半导体技术杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33