同步整流器控制方法以及驱动同步整流器的电路技术

本发明专利技术提供一种控制同步整流器(包括多个晶体管)的方法以及驱动同步整流器的电路。其中所述方法包括：侦测同步整流器的至少一个操作条件；以及根据至少一个操作条件修正用以导通晶体管的至少一个的电压电平。实施本发明专利技术，可提高同步整流器的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路领域，尤其涉及同步整流器控制方法及驱动同步整流器的电路。
技术介绍
同步整流器为由晶体管而非二极管所构成的整流器。控制电路根据接收到的交流波形以控制切换晶体管的时间，以模拟传统整流器中二极管的导通(switching on)以及关闭(switching off)。由于导通期间其跨压较低，使得同步整流器的效率高于由二极管所构成的整流器。以无线或者无连接器的方式传递功率的无线功率传输系统(Wireless Power Transfer System,WPTS)日益普及。无线功率传输系统于工业中的发展主要可分为两个类别：磁感应(magnetic induction)系统以及磁共振(magnetic resonance)系统。两种类型的系统皆包括无线功率传输器以及无线功率接收器。所述的系统可对移动式电池供电设备进行供电或者充电，例如智能型手机、或者平板计算机，或者包括其它的应用。磁感应式无线功率传输系统的功率控制机制通常操作于数百千赫的频率范围中。而磁共振式无线功率传输系统通常利用以输入电压进行调节的单一频率进行操作以控制输出功率。于典型的应用中，磁共振式无线功率传输系统的操作频率为6.78MHz。而多个工业委员会，例如Wireless Power Consortium(WPC)、Power Matters Alliance(PMA)、以及Alliance for Wireless Power(A4WP)致力于制定基于无
线功率传输的消费产品的国际标准。
技术实现思路
本专利技术一些实施例提供一种控制同步整流器(包括多个晶体管)的方法以及驱动同步整流器的电路，以提高同步整流器的效率。本专利技术提供的一种同步整流器控制方法，包括：侦测所述同步整流器的至少一个操作条件；以及根据所述至少一个个操作条件修正用以导通所述晶体管的至少一个的电压电平。本专利技术提供的一种用以驱动同步整流器的电路，包括：控制器，用以侦测所述同步整流器的至少一个操作条件；以及驱动电路，用以根据所述至少一个操作条件修正用以导通所述晶体管的至少一个的一电压电平。通过实施上述方法及电路本专利技术实施例可提高同步整流器的效率。前述的说明仅为本专利技术的实施例，但并不以此为限。【附图说明】图1显示晶体管的导通电阻(on-resistance)对应于Vgs的函数；图2显示同步整流器的切换损耗(switching loss)对应于Vgs的函数；图3显示根据本专利技术一些实施例所述的同步整流器电路的示例；图4显示根据本专利技术一些实施例所述的同步整流器电路的详细示例；图5显示根据本专利技术一些实施例所述的同步整流器的示例，其中晶体管T2以及T4为PMOS晶体管；图6显示根据本专利技术一些实施例所述通过映射一个或者多个侦测到的操作条件与驱动电压以控制同步整流器的驱动电压的方法的流程图；图7显示根据本专利技术一些实施例所述的同步整流器的驱动电压控制方法的流程图，所述方法系根据映射一个或者多个侦测到的操作条件以选择初始驱动
电压并透过最优化算法以收敛到可最大化或者可提高效率的驱动电压；图8显示无线电力系统的电力链，其中无线功率接收器具有同步整流器。【具体实施方式】如前所述，相较于具有二极管的整流器，同步整流器可提供更好的效率。然而，主要由于两种不同的机制，使得同步整流器仍具有功率损耗。第一种损耗机制为因晶体管的导通电阻所造成的导通损耗。晶体管中的电阻功率损耗等于I2R，其中I为通过晶体管的电流以及R为晶体管的导通电阻。第二种损耗机制为切换损耗。切换损耗发生于当晶体管的寄生电容(例如金属氧化物半导体场效应管的栅极-源极电容)充电或者放电时。切换损耗系与切换频率、电容值以及电压的平方(例如栅极-源极电压)成正比，并等于fCV2+(产生电压的供应损耗)，其中f为频率、C为电容值、以及V为导通/关断晶体管的电压(例如栅极-源极电压Vgs)。同步整流器中的总功率损耗为导通损耗以及切换损耗的总和。如图1所示，通过增加金属氧化物半导体场效应管的栅极-源极电压Vgs可降低其导通电阻。然而，通过增加Vgs以改善导通电阻仍有其限制，使得即使后续将Vgs提高仍无法对导通电阻Ron有显著的影响。于图1所示的示例中，晶体管的导通电阻Ron于Vgs为5V时仅略低于Vgs为3V时。图2显示增加Vgs时切换损耗的增加。如前所述，切换损耗系与Vgs的平方成正比。由于当Vgs增加时导通损耗会降低但切换损耗会增加，因此Vgs的选择必须折衷于导通损耗以及切换损耗之间。当切换损耗等于导通损耗时，可达到最小总功率损耗。然而，专利技术人理解的是尽管同步整流器被设计在切换损耗以及导通损耗间取得平衡，若操作条件改变则又会破坏此平衡。举例来说，当同步整流器的输出电流增加时，导通损耗增加，使得导通损耗大于切换损耗，而总功率损耗增加。相反地，当输出电流减少时，导通损耗减少，使得导通损耗小于切换损耗，而总功率损耗增加。本专利技术所提出的同步整流器在操作条件改变时可通过重新平衡电阻损耗以及切换损耗来管理功率损耗。所述操作条件可包括同步整流器的负载条件，例如输出电流、输出电压、输出功率、负载阻抗、或者电阻以及其它操作条件(例如同步整流器的温度)。于一些实施例中，同步整流器可根据侦测到的操作条件平衡电阻损耗以及切换损耗以将效率最大化。于一些实施例中，当侦测到同步整流器的一操作条件时，用以驱动同步整流器的晶体管的控制终端(例如栅极)的电压电平根据侦测到的操作条件进行修正。举例来说，可透过侦测到的负载条件(例如输出电流)修正用以导通同步整流器的一个或者多个晶体管的栅极-源极电压Vgs。因此，因同步整流器的操作条件的改变，可动态地重新平衡导通损耗以及切换损耗，并可降低总功率损耗。所述的技术可于大范围的操作条件下改善同步整流器的效率。于一示例中，若同步整流器的负载电流增加，将使得导通损耗大于切换损耗，控制器将控制驱动电路产生增加的栅极-源极电压Vgs以驱动同步整流器的晶体管。增加栅极-源极电压Vgs将减少导通电阻并降低导通损耗，但会增加切换损耗。相反地，若负载电流减少，将使得切换损耗大于导通损耗，控制同步整流器的控制器将控制驱动电路产生降低的栅极-源极电压Vgs。降低栅极-源极电压Vgs将增加导通电阻以及导通损耗，但会降低切换损耗。因此，可动态地根据负载电流减少或者最小化总功率损耗。图3显示根据本专利技术一些实施例所述的同步整流器电路1的示例。同步整流器电路1包括同步整流器2、控制器4以及驱动电路6。于操作时，同步整流器2接收以及调整交流输入讯号10以产生提供至负载的调整过后的直流电压12。控制器4接收有关于同步整流器的至少一个操作条件8的信息。控制器4根据操作条件8控制驱动电路6以产生被选择的电压电平以驱动同步整流器2的至少一个晶体
管T的控制终端。驱动电路6可包括多个驱动电路。于一些实施例中，驱动电路6可包括多个驱动电路，每一驱动电路分别用以驱动每个晶体管。控制电路4可为单一的控制器用以控制所有的驱动电路，或者多个控制电路(例如多个控制电路中的每一个分别用以控制每个驱动电路)。图4显示根据本专利技术一些实施例所述的同步整流器电路的详细示例。图4的同步整流器2A为全桥同步整流器，包括晶体管T1～T4以及输出电容C。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步整流器控制方法，其中，所述同步整流器具有多个晶体管，其特征在于，所述控制方法包括：侦测所述同步整流器的至少一个操作条件；以及根据所述至少一个个操作条件修正用以导通所述晶体管的至少一个的电压电平。

【技术特征摘要】
2015.03.06 US 62/129,115;2016.01.27 US 15/007,8191.一种同步整流器控制方法，其中，所述同步整流器具有多个晶体管，其特征在于，所述控制方法包括：侦测所述同步整流器的至少一个操作条件；以及根据所述至少一个个操作条件修正用以导通所述晶体管的至少一个的电压电平。2.如权利要求1所述的同步整流器控制方法，其特征在于，所述至少一个操作条件包括下列的至少一个：所述同步整流器的输出电流；所述同步整流器的输出电压；所述同步整流器的输出功率；所述同步整流器的负载阻抗或者电阻；以及所述同步整流器的温度。3.如权利要求1所述的同步整流器控制方法，其特征在于，还包括：至少一部分通过利用所述至少一个操作条件于查找表中查找电压电平以决定所述电压电平，或者至少一部分通过计算电压电平作为所述至少一个操作条件的函数以决定所述电压电平。4.如权利要求1所述的同步整流器控制方法，其特征在于，决定所述电压电平的步骤至少一部份还包括：映像至少一个第一操作条件至映像电压电平；以及利用所述映像电压电平根据至少一个第二操作条件改变所述电压电平。5.如权利要求1所述的同步整流器控制方法，其特征在于，所述至少一个操作条件包括所述同步整流器的输出电流，当所述同步整流器的所述输出电流增加时，所述电压电平的所述修正包括增加所述电压电平。6.如权利要求1所述的同步整流器控制方法，其特征在于，所述至少一个操作条件包括所述同步整流器的输出电流，当所述同步整流器的所述输出电流减
\t少时，所述电压电平的所述修正包括降低所述电压电平。7.如权利要求1所述的同步整流器控制方法，其特征在于，所述至少一个操作条件包括所述同步整流器的温度，所述的同步整流器控制方法还包括：根据所述同步整流器的所述温度改变所述电压电平。8.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈斯南·阿克拉姆，帕特里克·史丹利·里尔，
申请(专利权)人：联发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71