DC-DC转换器和控制电路制造技术

在所描述实例中，DC‑DC转换器(100)和控制电路(101)提供高侧驱动器信号HSD和低侧驱动器信号LSD，且根据比较器信号CMP选择性地调整低侧切换装置(S2)断开与高侧切换装置(SI)接通之间的延迟时间。时控比较器电路(130)参考切换节点(104)以响应于所述高侧驱动器信号HSD的第一边缘而对所述高侧切换装置(SI)上的电压进行取样，且产生指示所述所取样高侧切换电压的极性的所述比较器信号CMP以促进所述高侧切换装置(SI)的零电压切换ZVS。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】DC-DC转换器和控制电路
技术介绍
切换DC-DC转换器电路用以将输入DC电压转换为输出DC电压或电流以驱动负载。许多DC-DC转换器电路使用高侧开关和低侧开关，所述高侧开关与所述低侧开关通常以交替方式致动以将输入电压转换为输出电压。在高侧开关上的电压由于与所述高侧开关相关联的电容的放电而为非零时，可能发生切换损耗。为实现高效率，需要在开关上的电压处于或接近于零时接通高侧开关。可针对零电压切换(ZVS)测量高侧开关电压，但高侧开关电压可能非常高。举例来说，高侧开关可连接到电力转换器输入干线和切换节点，所述切换节点可谐振直到或超出谐振转换器的电力转换器输入干线电压。因此，测量高侧开关上的电压以实施零电压切换需要高电压比较器适应到比较器的高输入电压，且高电压比较器通常遭受慢响应时间。就此而言，ZVS检测比较器应为快速的以用于实时切换控制(低传播延迟)，因为必须在低侧装置断开之后切换节点朝向电力转换器输入干线谐振时的短时间间隔期间进行比较。此外，连续时间比较器对于高速操作具有高功率消耗。另一方法是使用减小所检测信号的分压器，但此方法可能需要大的分压器组件，且大小限制通常需要分压器电阻器在控制器集成电路(IC)外部。而且分压器电阻器消耗电力以实施ZVS检测。另一方法使用辅助二极管和参考切换节点的电流镜提供近ZVS检测，但此方法需要额外电路且在大小和功率消耗方面是昂贵的。
技术实现思路
在所描述实例中，DC-DC转换器和控制电路提供高侧驱动器信号和低侧驱动器信号以控制输出电压。比较器电路比较所述高侧切换装置上的电压，且参考所述切换节点以允许使用低电压组件。所述比较器电路根据信号的边缘进行时控，所述信号接通高侧驱动器以对高侧开关上的电压进行取样且产生指示所述高侧开关上的所述电压的极性的比较器信号。所述控制电路根据所述比较器信号选择性地调整低侧切换装置断开与高侧切换装置接通之间的延迟时间以促进零电压切换。在其它实例中，所述比较器电路包含电平移位电路以从所述时控比较器接收所述比较器信号且将经电平移位的比较器信号提供到所述控制电路。附图说明图1是具有控制器集成电路(IC)的DC-DC降压转换器的示意图，所述控制器集成电路包含参考切换节点电压以测量高侧切换装置上的电压的时控比较器和用以将经电平移位的比较器信号提供到控制电路以实施零电压切换的低功率电平移位器电路。图2是展示来自图1中的控制电路的驱动器输出信号和用以操作DC-DC转换器中的高侧开关和低侧开关的切换控制信号的波形图。图3是展示控制电路操作以通过根据比较器信号选择性地调整断开低侧开关与接通高侧开关之间的延迟时间来实施零电压切换的表。图4是展示可用于图1的控制器IC中的实例时控比较器电路的其它细节的示意图。图5是展示可用于图1的控制器IC中的实例低功率电平位移器电路的示意图。图6是展示高侧和低侧切换控制信号以及使用图1中的时控比较器的对应切换电压曲线的波形图，所述时控比较器用以在低侧开关断开与高侧开关接通之间的失效时间期间对高侧开关上的电压进行取样。图7是展示具有控制器集成电路(IC)的另一DC-DC降压转换器的示意图，所述控制器集成电路包含第一辅助开关和第二辅助开关以及辅助电感器和参考切换节点电压以测量高侧切换装置上的电压的时控比较器和用以将经电平移位的比较器信号提供到控制电路以实施零电压切换的低功率电平移位器电路。图8是展示切换控制信号连同图7的DC-DC转换器中的切换操作期间的电压和电流信号曲线的波形图。具体实施方式在图式中，相同附图标号贯穿全文指代相同元件，且各种特征未必是按比例绘制。在此描述中，术语“包含(including、includes)”、“具有(having、has、with)”或其变化形式以类似于术语“包括”的方式是包含性的，且因此应被解释为意味着“包含但不限于…”而且，术语“联接(couple或couples)”包含间接或直接的电或机械连接或其组合。举例来说，如果第一装置联接到第二装置或与第二装置联接，那么所述连接可经由直接电连接或经由一或多个介入装置及连接的间接电连接。图1展示切换DC-DC转换器电路100，其包含在切换电路102中连接于具有输入电压VIN的输入电压节点103与具有参考电压GND的接地或其它参考电压节点105之间的第一切换装置或开关S1和第二切换装置或开关S2。上部或高侧第一切换装置S1联接于输入电压节点103与切换节点104之间，且下部或低侧第二切换装置S2联接于切换节点104与参考电压节点105之间。第一开关S1与第二开关S2的交替切换控制切换节点104处的切换节点电压VSW以便选择性地对连接于切换节点104与输出节点或端子106之间的输出电感器L进行充电和放电。来自电感器L的电流以受控输出电压VO驱动负载108，且输出电容器CO连接于输出节点106与参考电压节点105之间，如图所示。DC-DC转换器电路100还包含用以提供切换控制信号SC1和SC2以操作切换电路102的驱动器电路110以及在线126与128上将高侧驱动器信号HSD与低侧驱动器信号LSD提供到驱动器电路110的控制电路120。为促进控制电路120的零电压切换操作，IC101还包含参考切换节点104的比较器电路130，如下文中进一步描述。而且，IC101包含电力电路或电源140，其从输入电压节点103接收电力且相对于参考电压节点105的参考电压GND在第一供电电压节点142处提供第一供电电压VBIAS。二极管D1具有连接到第一供电电压节点142的阳极和连接到第二供电电压节点144的阴极，以便在连接于节点144与切换节点104之间的电容器C1上提供第二供电电压VBOOT。在所说明的实例中，控制电路120由第一供电电压VBIAS供电，且参考参考节点电压GND。在低侧开关S2接通时，来自第一供应节点142的充电电流流过二极管D1以为电容器C1充电。在相对于切换节点电压VSW的经充电的电容器电压超过第二供电电压VBIAS时，D1反向偏压以阻断电流流出电容器C1。以此方式，第二供电电压VBOOT相对于浮动切换节点104提供低电压供应(例如，3到5伏特)以在适合于根据高侧驱动器信号HSD可靠地接通与断开高侧切换装置S1的电平下为驱动器电路112、114供电。此外，第二供电电压VBOOT独立于输入电压电平VIN。在一个实例中，切换电路102在控制器IC101外部。在其它实施例中，开关S1和S2可在控制器IC101内部。在所说明的实例中，IC101提供用以将第一切换控制信号SC1提供到第一切换装置S1的控制端子113且将第二切换控制信号SC2提供到第二切换装置S2的控制端子117的内部驱动器电路110。在其它实施例中，驱动器电路110可在控制器IC101外部。在图1的实例中，驱动器电路110包含第一驱动器电路，其具有将信号SC1提供到第一开关S1的反相主级驱动器112和根据来自控制电路120的第一驱动器信号HSD将控制信号提供到驱动器112的反相器114。驱动器电路112和114相对于节点104处的切换节点电压VSW将高侧第一开关S1的栅极控制电压控制在合适电平以接通或断开开关S1。驱动器电路112和114参考切换节点104，且由第二供电电压VBOOT供电以提供控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用以控制输出电压信号的DC‑DC转换器电路，其包括：第一切换装置，其联接于输入电压节点与切换节点之间，所述第一切换装置根据第一切换控制信号而操作；第二切换装置，其联接于所述切换节点与参考电压节点之间，所述第二切换装置根据第二切换控制信号而操作；第一供电电压节点，其相对于所述参考电压节点的参考电压提供第一供电电压；第二供电电压节点，其经由二极管连接到所述第一供电电压节点以相对于所述切换节点提供第二供电电压；第一驱动器电路，其参考所述切换节点且由所述第二供电电压供电，所述第一驱动器电路经配置以根据第一驱动器信号提供所述第一切换控制信号；第二驱动器电路，其由所述第一供电电压供电且经配置以根据第二驱动器信号提供所述第二切换控制信号；控制电路，其经配置以提供所述第一驱动器信号和所述第二驱动器信号以根据反馈信号调节输出电压信号且根据比较器信号调整所述第二切换装置断开与所述第一切换装置接通之间的延迟时间；以及比较器电路，其参考所述切换节点且由所述第二供电电压供电，所述比较器电路经配置以响应于所述第一驱动器信号的第一边缘而对所述切换节点的切换节点电压进行取样且产生所述比较器信号，所述比较器信号具有指示阈值电压小于所述切换节点电压的第一状态和指示所述阈值电压大于所述切换节点电压的第二状态。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.13 US 62/321,988;2016.12.01 US 15/366,2641.一种用以控制输出电压信号的DC-DC转换器电路，其包括：第一切换装置，其联接于输入电压节点与切换节点之间，所述第一切换装置根据第一切换控制信号而操作；第二切换装置，其联接于所述切换节点与参考电压节点之间，所述第二切换装置根据第二切换控制信号而操作；第一供电电压节点，其相对于所述参考电压节点的参考电压提供第一供电电压；第二供电电压节点，其经由二极管连接到所述第一供电电压节点以相对于所述切换节点提供第二供电电压；第一驱动器电路，其参考所述切换节点且由所述第二供电电压供电，所述第一驱动器电路经配置以根据第一驱动器信号提供所述第一切换控制信号；第二驱动器电路，其由所述第一供电电压供电且经配置以根据第二驱动器信号提供所述第二切换控制信号；控制电路，其经配置以提供所述第一驱动器信号和所述第二驱动器信号以根据反馈信号调节输出电压信号且根据比较器信号调整所述第二切换装置断开与所述第一切换装置接通之间的延迟时间；以及比较器电路，其参考所述切换节点且由所述第二供电电压供电，所述比较器电路经配置以响应于所述第一驱动器信号的第一边缘而对所述切换节点的切换节点电压进行取样且产生所述比较器信号，所述比较器信号具有指示阈值电压小于所述切换节点电压的第一状态和指示所述阈值电压大于所述切换节点电压的第二状态。2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器电路：其中所述比较器电路包含：时控比较器电路，其包含连接到所述控制电路以接收所述第一驱动器信号的时钟输入端和用以提供参考所述切换节点的所述比较器信号的输出端；以及电平移位电路，其包含连接到所述时控比较器电路以接收所述比较器信号的输入端和用以提供参考所述参考电压节点的经电平移位的比较器信号的输出端；且其中所述控制电路参考所述参考电压节点且由所述第一供电电压供电，且其中所述控制电路经配置以根据所述经电平移位的比较器信号调整所述延迟时间。3.根据权利要求2所述的DC-DC转换器电路，其中所述时控比较器电路包含：差分对电路，其包含经联接以接收所述阈值电压的第一输入端和与所述切换节点联接的第二输入端；第一晶体管，其经配置以响应于所述第一驱动器信号的所述第一边缘而选择性地联接所述差分对电路与所述第二供电电压节点；以及CMOS锁存电路，其联接到所述差分对电路，所述CMOS锁存电路包含用以响应于所述第一驱动器信号的所述第一边缘而提供表示所述差分对电路的状态的锁存器输出电压信号的输出端。4.根据权利要求3所述的DC-DC转换器电路，其中所述时控比较器电路进一步包含触发器，所述触发器包含用以接收所述锁存器输出电压信号的输入端和用以提供由所述第一驱动器信号的第二边缘时控且参考所述切换节点的所述比较器信号的输出端。5.根据权利要求3所述的DC-DC转换器电路，其中所述电平移位电路参考所述参考电压节点且由所述第二供电电压节点供电。6.根据权利要求2所述的DC-DC转换器电路，其中所述控制电路经配置以响应于前一控制循环中的所述比较器信号指示所述第一状态而减小给定控制循环中的所述延迟时间，且响应于所述前一控制循环中的所述比较器信号指示所述第二状态而增大所述给定控制循环中的所述延迟时间。7.根据权利要求1所述的DC-DC转换器电路，其中所述控制电路经配置以响应于前一控制循环中的所述比较器信号指示所述第一状态而选择性地减小给定控制循环中的所述延迟时间，且响应于所述前一控制循环中的所述比较器信号指示所述第二状态而选择性地增大所述给定控制循环中的所述延迟时间。8.根据权利要求1所述的DC-DC转换器电路，其中所述控制电路与所述比较器电路是在单个集成电路中制造。9.根据权利要求8所述的DC-DC转换器电路，其中所述第一驱动器电路与所述第二驱动器电路是在所述集成电路中制造。10.根据权利要求9所述的DC-DC转换器电路，其中所述第一切换装置与所述第二切换装置是在所述集成电路中制造。11.根据权利要求9所述的DC-DC转换器电路，其进一步包括电感器，所述电感器连接于所述切换节点与负载之间以形成降压转换器来控制所述负载处的所述输出电压信号。12.一种用以操作联接于输入电压节点与参考电压节点之间的第一切换装置和第二切换装置以控制DC-DC转换器的输出电压信号的DC-DC控制器，所述控制器包括：第一供电电压节点，其相对于所述参考电压节点的参考电压提供第一供电电压；二极管，其包含连接到所述第一供电电压节点的阳极和连接到第二供电电压节点的阴极以相对于所述DC-DC转换器的切换节点提供第二供电电压；控制电路，其经配置以提供第一驱动器信号与第二驱动器信号以分别操作所述第一切换装置与所述第二切换装置以控制所述输出电压信号，且根据比较器信号调整所述第二切换装置断开与所述第一切换装置接通之间的延迟时间；以及比较器电路，其参考所述切换节点且由所述第二供电电压供电，所述比较器电路经配置以响应于所述第一驱动器信号的第一边缘而对连接到所述第一切换装置的所述切换节点的切换节点电压进行取样，且产生所述比较器信号，所述比较器信号具有指示阈值电压小于所述切换节点的切换节点电压的第一状态和指示所述阈值电压大于所述切换节...

【专利技术属性】
技术研发人员：绍拉夫·班迪奥帕迪亚雅，R·A·内伊多尔夫，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US