[發明專利]開關轉換器控制

有效

• 申請號: 201510547643.2
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN105391298B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: G·諾鮑爾
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱

本發明的各個實施例涉及開關轉換器控制。公開了一種用于操作開關功率轉換器的裝置和方法。在一個實施例中，電路包括開關功率轉換器，該開關功率轉換器具有：半橋，包括連接至低側半導體開關的高側半導體開關；以及電感器，耦合至半橋輸出節點。該電路進一步包括：控制電路，配置為生成驅動信號，以導通和斷開高側半導體開關和低側半導體開關，其中生成驅動信號以保證在低側開關的斷開與后續的高側開關的導通之間的死區時間，并且其中當在切換之時電感器電流為負時，死區時間設置為第一值，而當在該切換之時電感器電流為正時，死區時間設置為小于第一值的第二值。

技術領域

本公開涉及開關轉換器和開關模式電源領域。

背景技術

開關模式電源(SMPS)被普遍使用，并且逐漸取代由變壓器和線性穩壓器組成的“經典”電源。SMPS使用開關功率轉換器將一個電壓(例如，由電池提供的DC電壓)轉換為另一個電壓，該另一個電壓可以用作用于電氣裝置或電子電路的電源電壓。例如，開關功率轉換器廣泛用于將例如12V的較高電池電壓轉換為例如3.3V的更低電壓。需要這種低電壓來給用在汽車或移動裝置(諸如，移動電話、便攜式計算機等)中的數字電路系統和信號處理器供電。

在許多應用中，期望在遍及寬的輸出電流范圍內實現高能量轉換效率。在高輸出電流下，損耗的主要原因是在開關功率轉換器中使用的半導體開關(功率晶體管)的導通狀態電阻。導通狀態電阻與功率晶體管的有源面積基本上呈反比。對于具體應用，可以針對給定的期望導通狀態電阻、或者針對期望能量轉換效率，來計算最小芯片面積。

一般而言，更大的晶體管(具有更大的有源面積)具有更低的導通狀態電阻，并且因此允許對于高輸出電流的更高的能量轉換效率。然而，更大的晶體管引起更高的固有電容，其對能量轉換效率有負面影響。在低輸出電流下，損耗的主要原因是功率晶體管的固有電容的充電和放電。結果，電路設計者面臨目標沖突，這是由于在高輸出電流下(即，在全負載下)的高能量轉換效率不利于在低輸出電流下(即，在輕負載下)的高能量轉換效率；并且許多電路大多數時候在低電流下(待機、節電模式等)操作。

對于具有同步整流器的開關轉換器，在低側開關的斷開與隨后的高側開關的導通(反之亦然)之間的死區時間也與功率損耗有關，并且由此，現代驅動器電路可以控制開關功率轉換器的操作，從而使得所提及的死區時間(接近)處于最小。然而，需要最小死區時間來避免橋臂貫通(cross-conduction)。

發明內容

描述了一種用于控制開關功率轉換器的操作的控制電路。開關功率轉換器包括：高側半導體開關和低側半導體開關，高側半導體開關和低側半導體開關連接為形成半橋；以及電感器，耦合至半橋的輸出節點。根據本發明的一個示例，控制電路配置為生成驅動信號以根據給定控制規則切換這兩個高側半導體開關和低側半導體開關導通和斷開。生成驅動信號以保證在低側開關的斷開與后續的高側開關的導通之間的死區時間。當在切換之時電感器電流為負時，死區時間設置為大于或等于第一值；而當在切換之時電感器電流為正時，死區時間設置為小于第一值的第二值。

低側半導體開關可以由低側晶體管和并聯耦合至該低側晶體管的輔助晶體管組成。根據本發明的另一示例，控制電路配置為：生成驅動信號以根據給定控制規則切換高側半導體開關和低側晶體管導通和斷開，以在以下模式中的至少一種模式下操作開關功率轉換器：連續導通模式(CCM)和不連續導通模式(DCM)。當在CCM下時，生成驅動信號以保證在低側晶體管的斷開與后續的高側開關的導通之間的死區時間。當在切換之時電感器電流為負時，死區時間設置為大于或等于第一值，而當在切換之時電感器電流為正時，死區時間設置為小于第一值的第二值?？商娲兀斣贒CM下操作并且電感器電流基本為零時，生成驅動信號以導通輔助晶體管達給定時間間隔，由此使電感器電路變為負。生成驅動信號以保證在輔助晶體管的斷開與后續的高側開關的導通之間的為大于或等于第一值的死區時間。