[發明專利]一種開關電源功率管驅動的死區時間自適應控制電路及其方法

有效

• 申請號: 201510297612.6
• 申請日: 2015-06-03
• 公開（公告）號: CN104901541B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 徐申;徐媛媛;肖哲飛;張力文;孫偉鋒;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所32250
• 代理人: 王斌

1.一種開關電源功率管驅動的死區時間自適應控制電路，包括高端同步整流PMOS管M1、低端同步整流NMOS管M2和LC濾波網絡，PMOS管M1的源極連接輸入電壓V_in，PMOS管M1的漏極與NMOS管M2的漏極以及電感L的輸入端連接在一起，連接點定義為LX點，電感L的輸出端連接電容C的一端并作為開關電源的輸出端V_out，電容C的另一端連接NMOS管M2的源極并接地，定義高端PMOS管的脈寬調制信號為PWM_P，低端NMOS管的脈寬調制信號為PWM_N，PWM_P與PWM_N信號經死區電路和驅動電路后，分別產生高端PMOS管M1的柵極的控制信號PG以及低端NMOS管M2的柵極的控制信號NG；其特征在于：

死區時間自適應控制電路包括兩路控制電路，PWM_P信號經過死區固定電路和反相器鏈驅動電路后輸出控制信號PG，PWM_N信號與經過對LX點電壓進行采樣的檢測及采樣保持電路、誤差比較電路、控制電流產生電路后的輸出信號共同輸入至死區產生及驅動電路后輸出控制信號NG；其中：

死區固定電路包括兩個反相器inv6和inv7、兩輸入或非門nor2、兩輸入與非門nand2，NG信號經過反相器inv6輸出信號再經反相器inv7后輸出信號為NG2，NG2與來自死區產生及驅動電路中反相器inv1的輸出信號NG1作為兩輸入或非門nor2的輸入，兩輸入或非門nor2的輸出信號為PC，PC信號與PWM_P信號作為兩輸入與非門nand2的輸入，兩輸入與非門nand2輸出PG0信號；

反相器鏈驅動電路包括六個反相器inv8～inv13，它們的寬長比以自然底數e為倍數逐級增加，反相器inv8的輸入連接死區固定電路的輸出信號PG0，依次經過反相器inv8至inv13組成的反相器鏈，反相器inv13輸出具有大驅動能力的柵極控制信號PG，其中反相器inv8的輸出為PG1信號，反相器inv9的輸出為PG2信號；

檢測與采樣保持電路包括采樣NMOS管M4、充電開關PMOS管M3、兩個采樣開關PMOS管M5和M6以及三個采樣電容C_sample0、C_sample1和C_sample2，NMOS管M4的源極連接LX點，NMOS管M4的柵極接地，NMOS管M4的漏極與PMOS管M3的漏極、PMOS管M5的源極、PMOS管M6的源極以及采樣電容C_sample0的一端連接在一起，PMOS管M3的源極連接充電電流源I_charge的輸出端，充電電流源I_charge的輸入端連接Vdd，PMOS管M3的柵極連接充電控制信號V_charge，PMOS管M5的漏極連接采樣電容C_sample1的一端并作為檢測與采樣保持電路的一個輸出端輸出電壓信號V_dec1；PMOS管M5的柵極連接采樣控制信號V_sample1，PMOS管M6的漏極連接采樣電容C_sample2的一端并作為檢測與采樣保持電路的另一個輸出端輸出電壓信號V_dec2；PMOS管M6的柵極連接采樣控制信號V_sample2；采樣控制信號V_sample1由低端同步整流NMOS管M2的柵極控制信號NG經延遲反相后和NG相與非后得到，采樣控制信號V_sample2由高端同步整流PMOS管M1的柵控制信號PG經延遲后和PG信號的反相信號經過與非門后得到，充電控制信號V_charge則直接由采樣控制信號V_sample1延遲獲得；

誤差比較電路采用典型的雙輸入單輸出單級差分放大結構，包括NMOS管M7、M8、M11、M12，PMOS管M9、M10和偏置電流源Is，NMOS管M7、M8作為差分輸入管，NMOS管M7的柵極為同相端連接檢測與采樣保持電路的電壓輸出信號V_dec2，NMOS管M8的柵極為反相端連接檢測與采樣保持電路的電壓輸出信號V_dec1，PMOS管M9的漏、柵極短接并與NMOS管M7的漏極和PMOS管M10的柵極連接在一起，PMOS管M9的源極與PMOS管M10的源極以及偏置電流源Is的輸入端連接在一起并連接Vdd，PMOS管M10的漏極與NMOS管M8的漏極連接并作為誤差比較電路的輸出端，輸出控制電壓Vcontrol；NMOS管M7的源極、NMOS管M8的源極以及NMOS管M12的漏極連接在一起，NMOS管M12的源極接地，NMOS管M12的柵極連接NMOS管M11的漏、柵極以及偏置電流源Is的輸出端，NMOS管M11和M12的源極均接地；

控制電流產生電路包括PMOS管M14、M15和NMOS管M13、M16、M17，NMOS管M13的柵極連接誤差比較電路輸出的控制電壓Vcontrol，NMOS管M13的漏極連接PMOS管M14的柵、漏極，PMOS管M14的源極連接PMOS管M15的源極并連接Vdd，NMOS管M13的源極與NMOS管M16、M17的源極連接在一起并接地，NMOS管M16的柵、漏極短接并連接PMOS管M15的漏極和NMOS管M17的柵極，NMOS管M17的漏極作為控制電流產生電路的輸出端，輸出控制電流Icontrol；

死區產生及驅動電路包括NMOS管M18和PMOS管M19構成的反相器inv0，兩輸入或非門nor1，兩輸入與非門nand1，五個反相器inv1～inv5，它們的寬長比以自然底數e為倍數逐級增加；控制電流產生電路輸出的控制電流Icontrol作為放電電流源連接NMOS管M18的源極，放電電流源Icontrol的另一端接地，NMOS管M18和PMOS管M19的柵極互連，作為反相器inv0的輸入端連接反相器鏈驅動電路中反相器inv9輸出的PG2信號，NMOS管M18和PMOS管M19的漏極互連，作為反相器inv0的輸出端輸出信號，信號和來自反相器鏈驅動電路中反相器inv8輸出的PG1信號經兩輸入或非門nor1相或非輸出NC信號，NC信號再與PWM_N信號經兩輸入與非門nand1相與非后輸出NG0信號，NG0信號依次經過反相器inv1～inv5輸出具有大驅動能力的柵極控制信號NG；其中反相器inv1的輸出信號為NG1，連接到死區固定電路中兩輸入或非門nor2的一個輸入端，PMOS管M19的源極連接Vdd。