双向开关转换器及其操作方法、电子设备技术

本发明专利技术的概念提供了一种双向开关转换器及其操作方法、电子设备。双向开关转换器包括：第一功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，将输入电压节点连接到开关节点；第二功率MOSFET，将开关节点连接到接地节点；和零电流检测(ZCD)自动校准电路，被配置为执行根据操作模式产生用于改变第一功率MOSFET的导通时间的第一偏移的操作和根据操作模式产生用于改变第二功率MOSFET的导通时间的第二偏移的操作中的一个。偏移的操作中的一个。偏移的操作中的一个。

【技术实现步骤摘要】
双向开关转换器及其操作方法、电子设备
[0001]相关应用的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年2月8日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10
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2021
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0017870号和于2021年10月22日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10
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2021
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0141981号的优先权，其公开内容通过引用整体结合于此。


[0003]本专利技术的概念涉及转换器，更具体地，涉及双向开关转换器和/或双向开关转换器的操作方法。

技术介绍

[0004]随着电子技术的发展，已经使用了各种类型的电子设备。移动电子设备可以由包括在其中的电池设备驱动。根据电子设备功耗的增加，电池容量已经增加，因此，电池可以根据充电器提供的电压幅度以各种速度充电，例如快速充电方法或一般充电方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术概念提供了一种双向开关转换器，其能够实时跟踪电感器电流为零的时间点。
[0006]根据本专利技术构思的一个方面，提供了一种双向开关转换器，包括：将输入电压节点连接到开关节点的第一功率MOSFET；将开关节点连接到接地节点的第二功率MOSFET；以及零电流检测(ZCD)自动校准电路，被配置为执行根据操作模式产生用于改变第一功率MOSFET的导通时间的第一偏移的操作和根据操作模式产生用于改变第二功率MOSFET的导通时间的第二偏移的操作中的一个，其中ZCD自动校准电路可以基于开关节点的电压的差分值和正向偏置检测结果来改变第一偏移的值和第二偏移的值中的一个。
[0007]根据本专利技术构思的另一方面，提供了一种电子设备，包括：电池；双向开关转换器；第一接口，向电池提供从外部设备提供的电力；以及向外部设备提供来自电池的电力输出的第二接口。该双向开关转换器包括：将输入电压节点连接到开关节点的第一功率MOSFET；将开关节点连接到接地节点的第二功率MOSFET；以及零电流检测(ZCD)自动校准电路，被配置为执行根据操作模式产生用于改变第一功率MOSFET的导通时间的第一偏移的操作和根据操作模式产生用于改变第二功率MOSFET的导通时间的第二偏移的操作中的一个。其中ZCD自动校准电路可以基于开关节点的电压的差分值和正向偏置检测结果来改变第一偏移值和第二偏移值之一。
[0008]根据本专利技术构思的另一方面，提供了一种操作双向开关转换器的方法，包括：设置初始偏移；识别双向开关转换器的操作模式；根据所识别的操作模式，确定在第一功率MOSFET的第一端子和第二端子之间或者在第二功率MOSFET的第一端子和第二端子之间是否检测到正向偏置电压；以及当没有检测到正向偏置电压时，确定开关节点的电压的差分值的绝对值是否大于阈值。其中第一功率MOSFET可以将输入电压节点连接到开关节点，并
且第二功率MOSFET可以将开关节点连接到接地节点。
附图说明
[0009]从以下结合附图的详细描述中将更清楚地理解本专利技术概念的实施例，其中:
[0010]图1是示意性示出根据本专利技术构思的示例性实施例的包括充电器集成电路的电子设备的框图；
[0011]图2是根据本专利技术构思的示例实施例的双向开关转换器的示意图；
[0012]图3A是示出根据本专利技术构思的示例实施例，当第二功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)截止的时间点早于降压模式下开关电流为零的时间点时的时序图；
[0013]图3B是示出根据本专利技术构思的示例实施例，当第二功率MOSFET的截止时间晚于降压模式下开关电流为零的时间点时的时序图；
[0014]图4是示出根据本专利技术构思的示例实施例的操作零电流检测(ZCD)自动校准电路的方法的流程图；
[0015]图5A是示出根据本专利技术构思的示例实施例的降压模式下ZCD自动校准电路的操作的时序图；
[0016]图5B是示出根据本专利技术构思的另一示例实施例的降压模式下ZCD自动校准电路的操作的时序图；
[0017]图6A是示出根据本专利技术构思的示例实施例的升压模式下ZCD自动校准电路的操作的时序图；
[0018]图6B是示出根据本专利技术构思的另一示例实施例的升压模式下ZCD自动校准电路的另一操作的时序图；
[0019]图7示出了根据本专利技术概念的示例实施例的检测开关节点的零电流的蒙特卡罗模拟结果；
[0020]图8示出了示出通过使用根据本专利技术构思的示例实施例的ZCD自动校准电路获得的效率提高的曲线图；和
[0021]图9示出了根据本专利技术构思的示例实施例的ZCD自动校准电路的另一示例。
具体实施方式
[0022]在下文中，将参考附图详细描述本专利技术概念的实施例。
[0023]图1是示意性示出根据本专利技术构思的示例性实施例的包括充电器集成电路的电子设备的框图。
[0024]参考图1，电子设备10可以包括充电器集成电路(IC)100和电池200。除此之外，电子设备10还可以包括主处理器和外围设备。例如，电子设备10可以包括移动设备，例如智能手机、平板个人计算机(PC)、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、膝上型电脑、可穿戴设备、全球定位系统(GPS)设备、电子书终端、数字广播终端、运动图像专家组(MPEG)第三层(MP3)播放器或数码相机。例如，电子设备10可以包括电动车辆。
[0025]电池200可以安装在电子设备10中。在一个实施例中，电池200可以从电子设备10上拆卸下来。电池200可以包括一个或多个电池单元。多个电池单元可以彼此串联或并联连接。当外部充电设备没有连接到电子设备10时，电池200可以向电子设备10供电。
[0026]充电器IC 100可以给电池200充电，并且可以被称为“电池充电器”。此外，充电器IC 100可以基于电池200中充电的电压向连接到充电器IC 100的外部设备(例如，有线接口或无线接口)供电。例如，充电器IC 100可以实现为集成电路芯片，并且可以安装在印刷电路板上。
[0027]充电器IC 100可以包括双向开关转换器110和充电控制器120。双向开关转换器110可以被实现为直流(DC
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DC)转换器，并且可以通过降低或升高输入电压来产生输出电压。当降低双向开关转换器110的输入电压时，即，在降压转换操作期间，可以在第一方向上形成第一功率路径，并且当升高输入电压时，即，在升压转换操作期间，可以在与第一方向相反的第二方向上形成第二功率路径。
[0028]双向开关转换器110可以工作在降压模式(也称为降压单模式)、升压模式(或称为升压单模式)或降压
‑
升压模式(也称为降压
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升压组合模式)。
[0029]在降压模式中，双向开关转换器110可以通过第一开关操作执行降压转换操作来降低输入电压，并且可以基于降低的电压对电池200充电。
[0030]在升压模式下，双向开关转换器110可以通过第二开关操作执行升压转换操作来升高从电池200本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向开关转换器，包括:第一功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，将输入电压节点连接到开关节点；第二功率MOSFET，将开关节点连接到接地节点；和零电流检测(ZCD)自动校准电路，被配置为执行根据操作模式产生用于改变第一功率MOSFET的导通时间的第一偏移的操作和根据操作模式产生用于改变第二功率MOSFET的导通时间的第二偏移的操作中的一个，其中所述ZCD自动校准电路被配置为基于所述开关节点的电压的差分值和正向偏置检测结果来改变所述第一偏移的值和所述第二偏移的值中的一个。2.根据权利要求1所述的双向开关转换器，其中，所述ZCD自动校准电路还包括差分器，所述差分器被配置为对所述开关节点的电压进行差分以获得所述差分值；比较器，被配置为从差分器接收差分值，将差分值与第一阈值进行比较，并输出用于增加第一偏移和第二偏移中的一个的偏移增加信号；二极管检测器，被配置为根据所述操作模式检测所述第一功率MOSFET的第一端子和第二端子之间的正向偏置电压和所述第二功率MOSFET的第一端子和第二端子之间的正向偏置电压中的一个，并且根据检测结果输出用于减小所述第一偏移和所述第二偏移中的一个的偏移减小信号；和计数器，被配置为接收偏移增加信号和偏移减少信号，并改变第一偏移和第二偏移之一。3.根据权利要求2所述的双向开关转换器，其中，所述二极管检测器还被配置为当所述操作模式对应于降压模式时，检测所述第二功率MOSFET的所述第一端子和所述第二端子之间的正向偏置电压，并且当操作模式对应于升压模式时，检测第一功率MOSFET的第一端子和第二端子之间的正向偏置电压。4.根据权利要求3所述的双向开关转换器，其中，当所述差分值大于所述第一阈值时，所述比较器还被配置为向所述计数器生成所述偏移增加信号。5.根据权利要求4所述的双向开关转换器，其中当所述操作模式是所述降压模式并且所述偏移增加信号被输入到所述计数器时，所述第二功率MOSFET被配置为具有响应于所述偏移增加信号上移的截止时间。6.根据权利要求4所述的双向开关转换器，其中当所述操作模式是所述升压模式并且所述偏移减小信号被输入到所述计数器时，所述第一功率MOSFET被配置为具有响应于所述偏移减小信号延迟的截止时间。7.根据权利要求4所述的双向开关转换器，其中，当所述操作模式是升压模式并且所述偏移增加信号被输入到所述计数器时，所述第一功率MOSFET被配置为具有响应于所述偏移增加信号上移的截止时间。8.根据权利要求4所述的双向开关转换器，其中，所述ZCD自动校准电路还包括附加比较器，所述附加比较器从所述差分器接收所述差分值，并将所述差分值与第二阈值进行比较，以及其中，当所述差分值大于所述第一阈值和所述第二阈值时，所述计数器还被配置为将
偏移量的增量增加到更大。9.一种电子设备，包括:电池；双向开关转换器，包括：第一功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，将输入电压节点连接到开关节点；第二功率MOSFET，将开关节点连接到接地节点；和零电流检测(ZCD)自动校准电路，被配置为执行根据操作模式产生用于改变第一功率MOSFET的导通时间的第一偏移的操作和根据操作模式产生用于改变第二功率MOSFET的导通时间的第二偏移的操作中的一个；第一接口，向电池提供从外部设备供应的电力；和第二接口，向外部设备提供来自电池的电力输出，其中，所述ZCD自动校准电路还被配置为基于所述开关节点的电压的差分值和正向偏置检测结果来改变所述第一偏移的值和所述第二偏移的值之一。10.根据权利要求9所述的电子设备，其中，所述ZCD自动校准电路包...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹启硕，高慧逢，苏津愚，吴亨锡，赵大雄，许晸旭，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：