通过自适应驱动器STAG的开关模式DCDC转换器效率提升制造技术

在一种开关模式感应DCDC转换器中，检测组件检测参数，该开关模式感应DCDC转换器具有经由电感器且经由第一开关传导第一电流路径的第一模式以及经由该电感器且经由第二开关传导第二电流路径的第二模式。检测组件输出延长其中一个开关的切断时间的偏置信号以便减少另一开关上的电压累积。

【技术实现步骤摘要】
通过自适应驱动器STAG的开关模式DCDC转换器效率提升相关专利的交叉引用本申请案主张2013年10月9日提交的美国临时申请案No.61/888,883的优先权，其全部公开内容通过引用合并与此。
本专利技术总体上涉及一种开关模式感应电路。
技术介绍
图1说明常规开关模式感应DCDC转换器100。如图所示，开关模式感应DCDC转换器100包含输入节点102、电感器104、控制组件106、功率级108、电容器110和输出节点112。控制组件106包含驱动组件114、驱动组件116和控制器118。驱动组件114包含开关120和开关122。驱动组件116包含开关124和开关126。功率级108包含开关128和开关130。开关模式感应DCDC转换器100中还示出寄生电感132、134和136。在示例开关模式感应DCDC转换器100中，开关120是p沟道场效应晶体管(p-FET)，开关122是n沟道场效应晶体管(n-FET)，开关124是p-FET，开关126是n-FET，开关128是p-FET，且开关130是n-FET。电感器104被设置在输入节点102与功率级108之间。p-FET128被设置在电感器104与输出节点112之间。n-FET130被设置在电感器104与地之间。电感器104、n-FET130和p-PET128在节点158处连接。电容器110被设置在输出节点112与地之间。p-FET120和n-FET122被设置在输入节点102与地之间，其中p-FET120的源极被连接到输入节点102，且其中n-FET122的源极被连接到地。p-FET120的漏极和n-FET122的漏极经由线路138被连接到功率级108的n-FET130的栅极。p-FET120的栅极和n-FET122的栅极经由线路140被连接到控制器118。p-FET124和n-FET126被设置在输入节点102与地之间，其中p-FET124的源极被连接到输入节点102，且其中n-FET126的源极被连接到地。p-FET124的漏极和n-FET126的漏极经由线路142被连接到功率级108的p-FET128的栅极。p-FET124的栅极和n-FET126的栅极经由线路144被连接到控制器118。输入节点102可操作以接收输入电压Vin。电感器104可操作以在第一状态中输出第一电压V1并在第二状态中输出第二电压V2。控制组件106可操作以控制功率级108。特别地，控制器118可操作以经由线路140上的控制信号146控制驱动组件114，且进一步可操作以经由线路144上的控制信号148控制驱动组件116。控制信号146交替地驱动p-FET120和n-FET122，其进而经由线路138提供偏置信号150以控制功率级108的n-FET130。类似地，控制信号148交替地驱动p-FET124和n-FET126，其进而经由线路142提供偏置信号152以控制功率级108的p-FET128。功率级108以第一模式操作，其中由箭头154表明的电流路径行进穿过电感器104、穿过n-FET130且到达地。功率级108以第二模式操作，其中由箭头156指示的电流路径行进穿过电感器104、穿过p-FET128且到达输出节点112。电容器110充当低通滤波器。在操作中，出于论述的目的，让常规开关模式感应DCDC转换器100以第一模式操作，其中电流沿着电流路径154行进。在该模式中，控制组件106首先控制功率级108使得p-FET128断开且n-FET130导通。在此情况下，输入节点102接收Vin，Vin产生沿着电流路径154穿过电感器104、穿过n-FET130、穿过寄生电感器136且最终到达地的电流。现在，让常规开关模式感应DCDC转换器100从第一模式切换到第二模式，其中在该切换期间不存在电流路径。当在模式之间切换时，控制组件106控制功率级108使得当p-FET128保持断开时，n-FET130被断开。应存在p-FET128和n-FET130均为断开的某一时间，以避免两个开关均导通的情形，这将使输出节点112到地短路。接着，让控制组件106控制功率级108使得p-FET128被导通且n-FET130保持断开。在此情况下，输入节点102接收Vin，Vin产生沿着电流路径156穿过电感器104、穿过p-FET128、穿过寄生电感器132且最终到达输出节点112的电流。常规开关模式感应DCDC转换器100可继续在如上所述的两个模式之间来回切换，其中在切换期间存在p-FET128和n-FET130两者均断开的时段。在任一切换事件时，穿过电感器104的电流需要从电流路径154变化到电流路径156，或反之亦然。这产生切换损失，且因此将电压转换的效率从Vin减小到Vo。如此，尽可能快地进行切换将是有益的。快速切换模式存在的问题是，存在来自接合线、PCB和无源组件的寄生电感(例如，如寄生电感132、134和136所示)。寄生电感不允许电流在零时间从电流路径154快速变化到电流路径156，或反之亦然。当寄生组件中的dI/dt达到过高的高水平时，寄生电感器引起电压振铃(voltageringing)。此外，寄生组件可致使电压在p-FET128或n-FET130中的一个的漏极处累积，这可能会毁坏这些组件。此电压振铃和电压累积现将额外参考图2-4进一步地描述。图2说明当常规开关模式感应DCDC转换器100切换模式时n-FET130与p-FET128之间的节点158处的电压。图形包含曲线200和曲线202。曲线200包含y轴204、x轴206、脉冲208和脉冲210。曲线202包含y轴212、x轴214、函数216和阈值电压Vth(由虚线217指示)。y轴204具有对应于FET断开时的标度零，对应于FET导通时的或1单位。x轴206是时间且以微秒为单位。脉冲208对应于n-FET130导通直到时间t1。线220对应于n-FET130断开，直到其在时间t2完全关闭。因此，在此情况下，n-FET130花费周期Δt1来断开。在稍后某一时间，p-FET128导通。线221对应于p-FET128导通，直到p-FET128完全导通(如线210所示)。y轴212对应于n-FET130的漏极处的电压且以伏特为单位测量。x轴214是时间且以微秒为单位。函数216对应于n-FET130的漏极处作为时间的函数的电压。函数216包含上升部分218、最大部分220和小振铃部分222。虚线217对应于Vth，其中n-FET130有被毁坏的风险。如曲线200中所示，n-FET130不立即断开。其在时间t1处开始断开，且在Δt1之后，在时间t2处完成断开。在该周期断开期间，电流从电流路径154变化到电流路径156，从而产生寄生电压Vpar：Vpar＝L*dI/dt，(1)其中L是寄生电感器132和136的电感，且dI/dt是电流变化量。此Vpar在n-FET130的漏极处累积。电压达到如最大部分220所示的最大值。上升部分218的斜率是n-FET130断开的速率(即，Δt1)的函数。n-FET130中的寄生电容与电路内的寄生电感器谐振以产生振铃部分222。现将参看图3更详细描述振铃部分222的产生。图3说明与图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路，其可操作以接收输入DC电压且输出输出DC电压，所述电路包括：电感器，所述电感器可操作以基于所述输入DC电压产生经转换电压；输出节点，所述输出节点可操作以输出所述输出DC电压；第一场效应晶体管，所述第一场效应晶体管被串联设置在所述电感器与所述输出节点之间；第二场效应晶体管，所述第二场效应晶体管被串联设置在所述电感器与地之间；控制器，所述控制器可操作以产生控制信号来控制所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的一者，所述控制信号能够控制所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的所述一者使其处于第一状态，控制所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的所述一者使其处于第二状态，控制所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的所述一者从所述第一状态切换到所述第二状态，以及控制所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的所述一者从所述第二状态切换到所述第一状态；以及检测组件，所述检测组件可操作以检测与所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的一者相关联的参数，且基于所检测到的参数输出偏置信号，其中，在所述第一状态中，所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的一者时导通的，且所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的另一者是断开的，其中，在所述第二状态中，所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的所述一者是断开的，且所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的所述另一者是导通的，其中所述检测组件与所述控制器一起布置使得所述偏置信号修改所述控制信号以便延长切断时间，且其中切换时间是以下中的一者：所述第一场效应晶体管从所述第一状态切换到所述第二状态时、所述第二场效应晶体管从所述第一状态切换到所述第二状态时、所述第一场效应晶体管从所述第二状态切换到所述第一状态时，以及所述第二场效应晶体管从所述第二状态切换到所述第一状态时。...

【技术特征摘要】
2013.10.09 US 61/888,883;2014.06.04 US 14/295,4101.一种电路，其可操作以接收输入DC电压且输出输出DC电压，所述电路包括：电感器，所述电感器可操作以基于所述输入DC电压产生经转换电压；输出节点，所述输出节点可操作以输出所述输出DC电压；第一场效应晶体管，所述第一场效应晶体管被串联设置在所述电感器与所述输出节点之间；第二场效应晶体管，所述第二场效应晶体管被串联设置在所述电感器与地之间；控制器，所述控制器可操作以产生控制信号来控制所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的一者，所述控制信号能够控制所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的所述一者使其处于第一状态，控制所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的所述一者使其处于第二状态，控制所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的所述一者从所述第一状态切换到所述第二状态，以及控制所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的所述一者从所述第二状态切换到所述第一状态；以及检测组件，所述检测组件可操作以检测与所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的一者相关联的参数，且基于所检测到的参数输出偏置信号，其中，在所述第一状态中，所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的一者时导通的，且所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的另一者是断开的，其中，在所述第二状态中，所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的所述一者是断开的，且所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的所述另一者是导通的，其中所述检测组件与所述控制器一起布置使得所述偏置信号修改所述控制信号以便延长切断时间，且其中切换时间是以下中的一者：所述第一场效应晶体管从所述第一状态切换到所述第二状态时、所述第二场效应晶体管从所述第一状态切换到所述第二状态时、所述第一场效应晶体管从所述第二状态切换到所述第一状态时，以及所述第二场效应晶体管从所述第二状态切换到所述第一状态时。2.根据权利要求1所述的电路，其中所述检测组件可操作以检测与所述第一场效应晶体管相关联的电压。3.根据权利要求2所述的电路，其中所述第一场效应晶体管为p-FET。4.根据权利要求3所述的电路，其中所述p-FET包含漏极、栅极和源极，其中所述源极连接到所述输出节点，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·施梅勒，E·拜耳，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器德国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE