多功能三象限电桥制造技术

本发明专利技术涉及多功能三象限电桥。一些装置和相关方法关联产生三象限电桥的降压衍生开关模式电源；该电桥由并联于电感器的旁路开关形成。在一示例中，旁路开关经配置后，可响应平均负载需求的减小，在第一模式下运行，接通旁路开关以在高端和低端开关均断开的情况下使电感器电流流通经过旁路开关。在第二模式下，可以断开旁路开关以使电感器电流流通经过例如输出电容器和低端开关。在三象限电桥的某些实施中，例如可以运行旁路开关，以响应平均负载需求的减小，选择性地将储存在电感器中的受控数量能量转移至输出电容器。

Multifunctional Three Quadrant Bridge

【技术实现步骤摘要】
多功能三象限电桥
本专利技术的各类实施方式通常与开关模式电源的相应元件和方法有关。
技术介绍
电子设备用各种各样的方法接收功率。例如，消费类电子设备可以从壁式插座(例如：主电源)或各类便携式电源(例如：电池、可再生发电源、发电机)处接收功率。电池供电的设备具有操作时限，具体取决于电池容量和平均电流消耗。电池供电设备的制造商可努力降低其产品的平均电池电流，以实现电池更换或者充电操作之间更长的间隔使用时间。在某些示例中，主电源供电设备的制造商可努力提高其产品的功效，以尽量减少热负荷和/或尽量提高消耗每瓦特功率所得到的效能。在某些电子设备中，可以通过各类电压转换电路，将输入电压供给(例如：电池输入、整流主电源、中间直流电源)转换为另一不同的电压。作为电压转换电路的开关模式电源因其高效受到欢迎，从而频繁应用于各类电子设备。开关模式电源应用开关设备转换电压，这些设备在接通时电阻非常低，在断开时电阻非常高。开关模式电源可在一段时间内给输出电感器充电，并在后续期间释放部分或全部电感器能量。输出能量可输送至输出电容器组，后者通过滤波生成直流输出电压。在降压衍生的开关模式电源中，处于稳定状态的输出电压可近似为输入电压乘工作周期；此处的工作周期为导通开关的接通续时间除以其一个开关周期的相应接通续时间与断开时间的总和。
技术实现思路
本专利技术的某些器械和相关方法关联到具有三象限电桥(TQB)的降压衍生开关模式电源；该电桥通过与电感器并联的旁路开关形成。在一示例中，作为对降低平均负载需求的响应，可对旁路开关加以配置，使其以第一种模式运行，在高端开关和低端开关断开的情况下，接通旁路开关以选择性地经过旁路开关流通电感器电流。在第二种模式中，可以断开旁路开关以使电感器电流流通经过(例如)输出电容器和低端开关。在三象限电桥的某些实施中，可以(例如)操作旁路开关，选定时间，将可控的一定量储存于电感器中的能量转移至输出电容器，作为对降低平均负载需求的响应，同时减少瞬态干扰。某些器械和相关方法关联到通过封装电路模块中电感元件主动操作的电导调制器械；该电路模块通过旁路开关，与电感器并联配置形成。在一示例中，旁路开关可以是由(例如)两个反串联连接的金属-氧化物-半导体场效应晶体管所形成的可控双向开关。在某些实施方式中，封装模块可包含一个主开关和/或一个续流整流器(例如：同步整流器)，后者可作为降压衍生开关模式电源运行。在运行中，旁路开关可以选择性地让电感器电流通过它自身，(例如)以控制将能量从电感器转移至负载的定时和/或数量。在某些实施方式中，(例如)可以通过运行旁路开关来动态调节降压衍生开关模式电源中电感器终端上的电导率，从而增强许多运行模式下的电路性能。各种不同的实施方式可实现一项或多项优势。通过降低正负负载瞬态期间将电压电平保持在规格范围内所需的散装电容，可以实现功率密度的改进；例如：处理器负载的瞬态。各种不同的实施方式通过充分降低散装电容实现过度负载电流瞬态期间的电压调节，从而取得体积、成本、重量和电路板面积的大幅降低。经改进的瞬态响应在减弱噪声并提高效率的同时还具有其他一些优势。降低输出电容可以实现一项或多项优势。例如，电容降低可减少成本、所需电路板空间、重量、组装成本、组装时间、产品可靠性和产品耐久性。在某些示例中，三象限电桥(TQB)可提高各类开关模式电源的效率。三象限电桥的各类不同实施方法可以更有效地利用储存在一输出电感器中的能量，例如：经由改变与电感器串联的旁路开关中通过的双向电流流量，导致输出负载需求突然发生变化时。相应地，三象限电桥可大幅降低各类开关模式电源输出电压供给中的瞬态输出电压峰值和谷值。各类三象限电桥可减小各种不同开关模式电源所需的输出电容量。各类三象限电桥还可以减小作用于各种不同开关模式电源输出电压供给的电压抑制器件的大小、重量和成本。某些实施有利于减小或者基本避免过剩能量流入输出电容器，例如在负载突降期间。某些实施方式允许在负载突降后，以预定的速度，选择性地将储存在受控释放用电感器中的能量释放到输出电容器。在某些示例中，能够可控地耗散过剩能量，以处理负载突降效应。某些实施可以保护负载电路，例如：在输出电容器上有过剩电压偏差时，通过对输出电压加以钳位，来保护负载电路。某些实施可以提供电感器旁路，从而加速瞬态响应和/或消除低至高转换期间开关节点的鸣响。更进一步，(例如)在断续导电模式(DCM)期间，三象限电桥运行可包括对鸣响的阻尼。在一示例中，各类实施方式可以在一种运行模式下，于高电流至低电流的负载转移期间流通电感器电流，以限制输出电源上的过电压。在某些示例中，三象限电桥在运行时可以释放和/或耗散经由降压衍生功率变换模块电感器流通的能量。某些器械和相关方法关联到具有三象限电桥(TQB)的降压衍生开关模式电源的多模驱动器；该电桥通过与电感器并联的旁路开关(BPS)形成。例如在一示例中，可以对多模驱动器进行配置，使其对负载条件做出响应，在多个不同模式下运行BPS。在以多个模式运行BPS时，可以任意组合(例如)全开、受控电阻、受控电流和受控电压。在某些示例中，旁路开关驱动器可以在降压开关驱动器外部的独立电路中形成。某些实施方式可以将多模驱动器与BPS一起封装。在各种不同实施中，多模驱动器有利于改进(例如)基于响应负载动态的多模运行的效率和负载瞬态响应性能。附图说明各类实施方式的详情参见附图和下文的说明。其他特性和优势将在具体实施方式、附图以及权利要求中披露。图1描绘了抑制降压衍生开关模式电源(BPS)的瞬态负载响应的典型三象限电桥(TQB)。图2A描绘了在BPS上实施，运行第一后负载突降(PLD1)功能的典型三象限电桥。图2B描绘了在BPS上实施，运行第一后负载突降(PLD1)功能的典型三象限电桥的流程视图。图3A描绘了在BPS上实施，运行第二后负载突降(PLD2)功能的典型三象限电桥。图3B描绘了在BPS上实施，运行第二后负载突降(PLD2)功能的典型三象限电桥的流程视图。图4A描绘了在BPS上实施，运行第三后负载突降(PLD3)功能的典型三象限电桥。图4B描绘了在BPS上实施，运行第三后负载突降(PLD3)功能的典型三象限电桥的流程视图。图5A描绘了没有进行典型三象限电桥实施时BPS响应的图表视图。图5B描绘了进行典型三象限电桥实施时BPS响应的图表视图。图6A描绘了实施于BPS且运行第一输出电压钳位(OVC1)功能的典型三象限电桥。图6B描绘了实施于BPS且运行第一输出电压钳位(OVC1)功能的典型三象限电桥的流程视图。图7A描绘了实施于BPS且运行第二输出电压钳位(OVC2)功能的典型三象限电桥。图7B描绘了实施于BPS且运行第二输出电压钳位(OVC2)功能的典型三象限电桥的流程视图。图8A描绘了实施于BPS且运行瞬态加速(TSU)功能的典型三象限电桥。图8B描绘了实施于BPS且运行瞬态加速(TSU)功能的典型三象限电桥的流程视图。图9A描绘了实施于BPS且运行开关节点鸣响抑制(SNRS)功能的典型三象限电桥。图9B描绘了实施于BPS且运行开关节点鸣响抑制(SNRS)功能的典型三象限电桥的流程视图。图10A描绘了实施于BPS且运行非连续模式(DCM)的典型三象限电桥。图10B描绘了实施于BPS且运行非连续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有三象限电桥配置的降压衍生开关模式电源设备，其特征在于，包括：一主开关，运行时选择性地将输入电压源的第一终端接入中间开关节点；一电感器，其具有的第一终端耦合于中间开关节点，第二终端耦合于输出节点，从而适应传送能量至负载；一续流整流器，耦合用于将电流从输入电压源的第二终端传导至中间开关节点；以及一旁路开关，其设置并联于电感器，且由反串联连接的第一可控半导体开关和第二可控半导体开关形成，配置以响应旁路开关控制信号，调制中间开关节点和输出节点之间的导电性。

【技术特征摘要】
2018.03.14 US 62/642,717;2018.07.06 US 16/029,4071.一种具有三象限电桥配置的降压衍生开关模式电源设备，其特征在于，包括：一主开关，运行时选择性地将输入电压源的第一终端接入中间开关节点；一电感器，其具有的第一终端耦合于中间开关节点，第二终端耦合于输出节点，从而适应传送能量至负载；一续流整流器，耦合用于将电流从输入电压源的第二终端传导至中间开关节点；以及一旁路开关，其设置并联于电感器，且由反串联连接的第一可控半导体开关和第二可控半导体开关形成，配置以响应旁路开关控制信号，调制中间开关节点和输出节点之间的导电性。2.如权利要求1所述的降压衍生开关模式电源设备，其特征在于，所述旁路开关做进一步配置，以致仅在第一可控半导体开关接通时，电流能够按第一方向通过旁路开关；且仅在第二可控半导体开关接通时，电流能够按第二方向通过旁路开关；而当第一可控半导体开关和第二可控半导体开关都接通时，电流能够按第一方向或者第二方向通过旁路开关。3.如权利要求1所述的降压衍生开关模式电源设备，其特征在于，所述第一可控半导体开关和第二可控半导体开关在共漏极配置下串联。4.如权利要求1所述的降压衍生开关模式电源设备，其特征在于，所述第一可控半导体开关和第二可控半导体开关在共源极配置下串联。5.如权利要求1所述的降压衍生开关模式电源设备，其特征在于，进一步包含形成为一个整体的集成电路封装，其中至少旁路开关、主开关和续流整流器安置在集成电路封装内。6.如权利要求1所述的降压衍生开关模式电源设备，其特征在于，进一步包含形成为一个整体的集成电路封装，其中至少旁路开关和电感器安置在集成电路封装内。7.如权利要求1所述的降压衍生开关模式电源设备，其特征在于，进一步包含形成为一个整体的集成电路封装，其仅有三个终端用以连接旁路开关；其中至少旁路开关和闸极驱动器电路安置在集成电路封装内，且其中所述三个终端包含运行时接入中间开关节点的输入终端、运行时接入输出节点的输出终端，以及运行时接入闸极驱动器电路以接收旁路开关控制信号的控制输入终端。8.如权利要求1所述的降压衍生开关模式电源设备，其特征在于，所述旁路开关包含至少一个P-通道沟槽金属-氧化物-半导体场效应晶体管。9.如权利要求1所述的降压衍生开关模式电源设备，其特征在于，所述旁路开关包含至少一个N-通道沟槽金属-氧化物-半导体场效应晶体管。10.如权利要求1所述的降压衍生开关模式电源设备，其特征在于，进一步包含运行时耦合于旁路开关的多模式驱动器电路，配置以生成旁路开关控制信号，从而响应负载条件，在多个不同模式下运行旁路开关。11.如权利要求10所述的降压衍生开关模式电源设备，其特征在于，多个不同模式之一包含生成旁路开关控制信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯·M·杨，
申请(专利权)人：万国半导体开曼股份有限公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛,KY