[發(fā)明專利]開關變換器、操作開關變換器的方法以及箝位電路

有效

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• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN109428492B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設計）人: 霍斯特·克內(nèi)德根;克里斯托夫·N·納格爾;雷伯加·杰拉卡
• 申請（專利權）人: 戴洛格半導體（英國）有限公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京安信方達知識產(chǎn)權代理有限公司 11262
• 代理人: 楊明釗;張瑞

提出了一種變換器和一種在低功率模式中操作開關變換器的方法。本發(fā)明涉及III/V半導體開關變換器。開關變換器包含經(jīng)由開關節(jié)點耦合至第二功率開關的第一功率開關。存在耦合至開關節(jié)點的電感器以及包含并聯(lián)耦合至第一功率開關的第三功率開關的箝位電路。該開關變換器被適配成在識別到該開關變換器提供低水平功率時斷開第一功率開關并且啟用對第三功率開關的控制。

技術領域

本公開涉及低功率開關變換器以及在低功率模式中操作開關變換器的方法。特別地，本公開涉及III/V半導體開關變換器。

背景

基于諸如氮化鎵(GaN)的III/V半導體的晶體管與其基于硅的對應物相比展現(xiàn)出相對低的導通電阻并且能夠實現(xiàn)更高的開關速度。因此，GaN晶體管非常適合用于快速功率開關變換器的設計。然而，當前的基于GaN的開關變換器不適合用于低功率應用。

本公開的目的是解決上文提及的限制中的一個或更多個。

概述

根據(jù)本公開的第一方面，提供了一種開關變換器，包括：第一功率開關，其經(jīng)由開關節(jié)點耦合至第二功率開關；電感器，其耦合至開關節(jié)點；以及箝位電路，其包括并聯(lián)耦合至第一功率開關的第三功率開關；該開關變換器被適配成在識別到所述開關變換器提供低水平功率時，斷開第一功率開關并且啟用對第三功率開關的控制。

例如，第一功率開關可以是高壓側功率開關(high-side power switch)并且第二功率開關可以是低壓側功率開關(low-side power switch)。低水平功率可以是小于參考功率值的水平的功率。參考功率值可以被設定為可以是開關變換器的正常功率的百分比的最小功率值。可替代地，最小值可以由操作運行第一功率開關的驅動器所需的最小功率量來定義。

可選擇地，該開關變換器可以包括耦合至箝位電路的控制器，該控制器被適配成：感測開關變換器的電參數(shù)；并且將該電參數(shù)與閾值進行比較以識別開關變換器的功率水平。

例如，電參數(shù)可以是與由變換器所提供的功率水平(level power)相關聯(lián)的參數(shù)。這樣的參數(shù)可以包括開關變換器的輸出功率、輸出電壓、負載電流和占空比中的一個或更多個。

可選擇地，該第三功率開關可以耦合至電容器，該箝位電路被適配成：在第二功率開關接通時斷開第三功率開關，以對電感器充電；并且在第二功率開關斷開時接通第三功率開關，以對電容器充電。

可選擇地，該第三功率開關包括功率晶體管，該功率晶體管具有經(jīng)由接地隔離開關耦合至大地的第一端子、耦合至開關節(jié)點的第二端子以及耦合至電容器的第三端子。

可選擇地，箝位電路包括并聯(lián)耦合在第三功率開關的第一端子與第二端子之間的控制開關。

可選擇地，箝位電路包括與控制開關并聯(lián)耦合的齊納二極管(Zener diode)。該齊納二極管可以是基于III/V半導體的齊納二極管。例如，齊納二極管可以通過串聯(lián)耦合的三個GaN二極管來實現(xiàn)。

可選擇地，箝位電路包括并聯(lián)耦合在第三功率開關的第一端子與第三端子之間的電阻器。該電阻器可以是基于III/V半導體的電阻器，諸如GaN電阻器。

可選擇地，第三功率開關可以是增強模式功率開關(enhancement mode powerswitch)。

可選擇地，該箝位電路包括并聯(lián)耦合至控制開關的濾波器。

可選擇地，第一功率開關、第二功率開關和第三功率開關中的至少一個是基于III/V半導體的晶體管。例如，III/V半導體可以是GaN半導體。