控制同步整流晶体管开关的输出驱动器和开关模式电源制造技术

本实用新型专利技术涉及控制同步整流晶体管开关的输出驱动器和开关模式电源。在某些实施例中，开关模式电源包含含有栅极的同步整流晶体管开关，并且它还包含与栅极耦接且给栅极提供驱动信号的输出驱动器。驱动信号基于可动态控制的箝位信号和先前驱动信号来确定。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及用于对开关模式电源中的同步整流开关电压进行精确动态控制的系统。更切确的说，涉及用于与开关模式电源(SMPS)中的同步整流(SR)晶体管开关耦接并对其进行控制的输出驱动器。
技术介绍
开关模式电源(SMPS)是转换功率比传统电源更有效率的电子电源。与其他电源不同，SMPS使用开关稳压器来在低功耗的开启和关闭状态之间反复切换，并完全避免高功耗状态，由此节约能源。例如，用于执行电压整流的SMPS的功率级可以使用代替传统的标准二极管或肖特基整流器的一个或多个金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)开关(或者将它们级联起来使用)，从而利用与MOSFET关联的相对较低的电压降来提高能源效率。MOSFET在SMPS功率级中的这种使用被称为“同步整流”(SR)。尽管其卓越的能源效率，但是SR MOSFET的使用由于MOSFET栅极被施加不合适的电压而仍然存在多重困难。例如，在轻负载条件下，从SMPS引出的电流是低的，并且在这样的条件下，停止MOSFET切换或者至少降低MOSFET的栅极输入电压会是有利的。但是，当前的SMPS不提供将MOSFET的栅极输入电压动态调整至适当的电平并随后保持该电平的能力。类似地，如果SMPS的功率级将SR MOSFET与传统的二极管或肖特基整流器级联地使用，则在标准整流与同步整流之间的转换应当受到小心的控制，使得它是渐进的且平滑的，从而避免会导致系统不稳定的突增的电压尖峰。这同样可以通过精确地且动态地控制MOSFET的栅极输入电压来实现。这样的精确的、动态的电压控制还可以防止MOSFET(例如，具有很低的使电流在源 极和漏极之间流过所需的阈值电压的氮化镓FET)开关的损坏。但是，如上所述，目前还没有用于在SMPS功率级的环境中精确地且动态地调整给SR MOSFET提供的栅极输入电压并随后保持该电压的合适技术。
技术实现思路
本技术解决了现有技术的至少一个方面的技术问题。根据一个方面的实施例，本技术提供一种用于控制同步整流晶体管开关(52)的输出驱动器(100)，其特征在于包含：控制器逻辑(102)，所述控制器逻辑在第一时间实例接收并使用可动态控制的设定点信号、先前驱动信号和先前调节信号来生成被存储于存储元件(122)内的新的调节信号；以及输出级逻辑(104)，所述输出级逻辑在下一时间实例接收并使用来自所述存储元件的所述新的调节信号和脉冲信号来生成可用来控制所述同步整流晶体管开关的新的驱动信号。根据上述输出驱动器的一个单独的实施例，其特征在于所述控制器逻辑包括第一运算放大器(500)、第二运算放大器(502)、第三运算放大器(504)和电阻器(514)，其中所述电阻器(514)形成在所述第一运算放大器(500)的输出节点(516)与反相输入节点之间，所述第一运算放大器的输出节点(516)耦接至所述第三运算放大器(504)的反相输入节点，所述第二运算放大器(502)的输出节点(530)耦接至所述第三运算放大器(504)的所述反相输入节点，所述可动态控制的设定点信号输入到所述第一运算放大器(500)的非反相输入节点，所述先前调节信号输入到所述第二运算放大器(502)的反相输入节点，在所述第三运算放大器(504)的输出节点生成存储于存储元件内的新的调节信号。根据上述输出驱动器的一个单独的实施例，其特征在于所述输出级逻辑包括：耦接在一起的第一反相器(400)、第二反相器(402)和第一晶体管(408)；与所述第一反相器、第二反相器和第一晶体管耦接的第三反相器(412)和第二晶体管(410)；以及耦接在所述第二反相器(402)与所述第一晶体管(408)之间的第三晶体管(406)，其中来自 所述存储元件的所述新的调节信号输入到所述第三晶体管(406)的栅极，所述脉冲信号输入到所述第一反相器(400)和所述第三反相器(412)，在所述第一晶体管(408)与所述第二晶体管(410)之间输出控制所述同步整流晶体管开关的所述新的驱动信号。根据上述输出驱动器的一个单独的实施例，其特征在于还包含限制器逻辑(134)，所述限制器逻辑用于接收并使用可动态控制的箝位信号和轨电压信号来生成所述设定点信号，所生成的设定点信号与所述箝位信号和轨电压信号中的较小者关联。根据上述输出驱动器的一个单独的实施例，其特征在于所述限制器逻辑包括差分晶体管对(600，602)和与供电轨耦接的电阻器(604)，其中所述差分晶体管对中的一个晶体管(602)与所述箝位信号耦接，在所述差分晶体管对的输出节点生成所述设定点信号。根据上述输出驱动器的一个单独的实施例，其特征在于所述设定点信号是可动态控制的箝位信号。根据上述输出驱动器的一个单独的实施例，其特征在于所述输出驱动器还包含用于分别存储所述先前驱动信号及先前调节信号的第二存储元件及第三存储元件(120，124)。根据另一个方面的实施例，本技术提供一种开关模式电源(50)，其特征在于包含：包含栅极(54)的同步整流晶体管开关(52)；以及根据上述方面的任何一个单独实施例所述的输出驱动器(100)，其中所述输出驱动器与所述栅极耦接且给所述栅极提供驱动信号，所述驱动信号基于可动态控制的箝位信号和先前驱动信号来确定。根据上述开关模式电源的一个单独的实施例，其特征在于所述输出驱动器包含提供所述先前驱动信号的存储元件(120)。根据上述开关模式电源的一个单独的实施例，其特征在于所述箝位信号基于所述晶体管开关的电特性来确定。根据上述开关模式电源的一个单独的实施例，其特征在于所述箝位信号基于在所述栅极处的阈值电压范围来确定。根据上述开关模式电源的一个单独的实施例，其特征在于所述箝位 信号基于所述电源的输出电流来确定。根据上述开关模式电源的一个单独的实施例，其特征在于所述输出驱动器生成调节信号，所述调节信号与脉冲信号级联地使用来生成所述驱动信号。本文所公开的实施例中的至少一些针对开关模式电源，包含：包含栅极的同步整流晶体管开关；以及与所述栅极耦接并给栅极提供驱动信号的输出驱动器，所述驱动信号基于可动态控制的箝位信号和先前驱动信号来确定。这样的实施例可以用各种方式来补充，包括通过按任意顺序和按照任意组合来添加下列概念中的任意项：其中输出驱动器包含用于提供所述先前驱动信号的存储元件；其中箝位信号基于晶体管开关的电特性来确定；其中箝位信号基于在所述栅极处的阈值电压范围来确定；其中箝位信号基于电源的输出电流来确定；其中输出驱动器生成与脉冲信号级联地使用(used in tandem with)以生成驱动信号的调节信号；其中输出驱动器使用箝位信号、所述先前驱动信号和先前调节信号来生成所述调节信号；其中先前驱动信号和调节信号使用基于所述脉冲信号而断开及闭合的开关从存储元件中获得；其中，为了生成调节信号，输出驱动器确定先前调节信号与一个乘积之和，所述乘积通过将某个常数乘上箝位信号与所述先前驱动信号之差而获得；以及其中所述箝位信号和所述驱动信号具有比给输出驱动器提供的电源轨电压小的电压。至少一些实施例针对用于控制同步整流晶体管开关的输出驱动器，包含：控制器逻辑，该控制器逻辑在第一时间实例接收并使用可动态控制的设定点信号、先前驱动信号和先前调节信号来生成被存储于存储元件内的新的调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制同步整流晶体管开关(52)的输出驱动器(100)，其特征在于包含：控制器逻辑(102)，所述控制器逻辑在第一时间实例接收并使用可动态控制的设定点信号、先前驱动信号和先前调节信号来生成被存储于存储元件(122)内的新的调节信号；以及输出级逻辑(104)，所述输出级逻辑在下一时间实例接收并使用来自所述存储元件的所述新的调节信号和脉冲信号来生成可用来控制所述同步整流晶体管开关的新的驱动信号。

【技术特征摘要】
2015.01.14 US 14/596,9801.一种用于控制同步整流晶体管开关(52)的输出驱动器(100)，其特征在于包含：控制器逻辑(102)，所述控制器逻辑在第一时间实例接收并使用可动态控制的设定点信号、先前驱动信号和先前调节信号来生成被存储于存储元件(122)内的新的调节信号；以及输出级逻辑(104)，所述输出级逻辑在下一时间实例接收并使用来自所述存储元件的所述新的调节信号和脉冲信号来生成可用来控制所述同步整流晶体管开关的新的驱动信号。2.根据权利要求1所述的输出驱动器，其特征在于所述控制器逻辑包括第一运算放大器(500)、第二运算放大器(502)、第三运算放大器(504)和电阻器(514)，其中所述电阻器(514)形成在所述第一运算放大器(500)的输出节点(516)与反相输入节点之间，所述第一运算放大器的输出节点(516)耦接至所述第三运算放大器(504)的反相输入节点，所述第二运算放大器(502)的输出节点(530)耦接至所述第三运算放大器(504)的所述反相输入节点，所述可动态控制的设定点信号输入到所述第一运算放大器(500)的非反相输入节点，所述先前调节信号输入到所述第二运算放大器(502)的反相输入节点，在所述第三运算放大器(504)的输出节点生成存储于存储元件内的新的调节信号。3.根据权利要求1所述的输出驱动器，其特征在于所述输出级逻辑包括：耦接在一起的第一反相器(400)、第二反相器(402)和第一晶体管(408)；与所述第一反相器、第二反相器和第一晶体管耦接的第三反相器(412)和第二晶体管(410)；以及耦接在所述第二反相器(402)与所述第一晶体管(408)之间的第三晶体管(406)，其中来自所述存储元件的所述新的调节信号输入到所述第三晶体管 (406)的栅极，所述脉冲信号输入到所述第一反相器(400)和所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·普塔斯克，T·蒂奇，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国;US