用于为开关转换器供电的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了用于为开关转换器供电的系统和方法。提出了一种用于调节开关转换器的内部电源的电路和方法。提供了一种开关转换器，其具有经由开关节点耦合到增强型功率开关的耗尽型功率开关和耦合到耗尽型功率开关的能量存储元件。能量存储元件可以适于向开关转换器提供能量。例如，能量存储元件可以是电容器。可选地，开关转换器可以包括耦合到耗尽型晶体管的电感器，该电感器适于提供电感器电流。

Systems and methods for power supply to switching converters

【技术实现步骤摘要】
用于为开关转换器供电的系统和方法
本公开涉及用于为开关转换器供电的系统和方法。特别地，本公开涉及用于对开关转换器的内部电源进行调节的系统和方法。背景功率转换器配备有内部电源，也称为Vcc电源，其允许许多控制功能在其功率级的启动之前全面运转。这种功能可以包括故障检测和调节回路，确保转换器的正确且安全的运行。配备有经调节且稳定的内部电源的电流转换器需要专用的启动电路，这增加了转换器的复杂性和成本。概述本公开的目的是解决上述限制中的一个或更多个。根据本公开的第一方面，提供了一种开关转换器，包括：耗尽型功率开关，其经由开关节点耦合到增强型功率开关；和能量存储元件，其经由第一路径耦合到耗尽型功率开关；其中第一路径包括电阻。例如，耗尽型功率开关可以耦合至正电压并且第二功率开关可以耦合至地。能量存储元件可以适于向开关转换器提供能量。例如，能量存储元件可以是电容器。可选地，开关转换器可以包括耦合到耗尽型晶体管的电感器，该电感器适于提供电感器电流。可选地，第一路径包括第一耦合开关。可选地，电阻包括耦合开关的内部电阻。例如，内部电阻可以是第一耦合开关的导通电阻Ron。可选地，第一耦合开关可以是耗尽型晶体管。例如，第一耦合开关可以基于III/V族半导体。例如，第一耦合开关可以是GaN耗尽型晶体管。可选地，开关转换器包括将耗尽型功率开关耦合到能量存储元件的第二路径，该第二路径包括第二耦合开关。例如，第二耦合开关可以是增强型晶体管。增强型晶体管可以具有彼此耦合的栅极端子和漏极端子。可选地，开关转换器可以适于在第一操作模式下经由第一路径和在第二操作模式下经由第二路径对能量存储元件充电。例如，第一操作模式可以是启动模式，第二操作模式可以是正常模式。可选地，增强型功率开关和耗尽型功率开关被布置成使得关断增强型功率开关将耗尽型功率开关关断，并且导通增强型功率开关将耗尽型功率开关接通。可选地，耗尽型功率开关包括寄生电容，并且当增强型功率开关关断时，与寄生电容相关联的电容电流经由第二路径对能量存储元件充电。可选地，当增强型功率开关导通时，电感器电流经由第二路径对能量存储元件充电。可选地，开关转换器包括并联连接到耗尽型功率开关的电容器。可选地，开关转换器包括耦合到增强型功率开关的控制电路，其中能量存储元件适于向控制电路提供能量。可选地，开关转换器包括适于限制耗尽型功率开关两端的电压的保护电路。可选地，保护电路包括耦合到能量存储元件的齐纳二极管或耗尽型晶体管。可选地，转换器可以至少部分地基于III/V族半导体制成。可选地，耗尽型功率开关基于III/V族半导体。例如，III/V族半导体可以是氮化镓(GaN)。根据本公开的第二方面，提供了一种为包括能量存储元件的开关转换器供电的方法，该方法包括提供经由开关节点耦合到增强型功率开关的耗尽型功率开关；以及经由将耗尽型功率开关耦合到能量存储元件的第一路径对能量存储元件充电，其中第一路径包括电阻。可选地，该方法包括提供将耗尽型功率开关耦合到能量存储元件的第二路径，其中该第二路径包括耦合开关。可选地，该方法包括在第一操作模式下经由第一路径对能量存储元件充电和在第二操作模式下经由第二路径对能量存储元件充电。可选地，耗尽型功率开关包括寄生电容，并且该方法包括关断增强型功率开关以关断耗尽型功率开关，以及经由第二路径使用与寄生电容相关联的电容电流对能量存储元件充电。可选地，该方法包括提供电感器电流并导通增强型功率开关以接通耗尽型功率开关，使得电感器电流经由第二路径对能量存储元件充电。关于本公开的第一方面描述的选项对于本公开的第二方面也是共同的。附图说明在下面通过示例并参考附图来更详细地描述本公开，在附图中：图1是根据现有技术的反驰式转换器(fly-backconverter)的图示；图2是用于对开关转换器供电的方法的流程图；图3是用于实现图2的方法的开关转换器的图示；图4是设置有两个充电路径以用于对转换器的内部电源充电的开关转换器的图示；图5是设置有箝位电路的开关转换器的图示；图6是设置有箝位电路的又一个开关转换器的图示。描述图1示出了用于向负载提供输出电压Vout的传统的返驰式功率转换器100。电路100包括所谓的半桥，该半桥通过经由开关节点LX将高压侧功率开关105耦合至低压侧功率开关110而形成。功率开关105和110由两个N沟道增强型晶体管提供。功率开关105的栅极连接到驱动器107，用于提供大约15V的驱动电压。变压器T1具有磁性耦合至次级绕组120的初级绕组115。初级绕组115在一端处耦合至高压侧功率开关105并且在另一端处耦合至输入电压Vin。次级绕组120并联耦合至输出电容器C2140。二极管D1142被设置在次级绕组120与输出电容器140之间。低压侧电路130被提供用于控制低压侧功率开关110。低压侧电路包括连接到驱动器134的控制器U1132，以及用于为低压侧电路供电的电容器C1136。低压侧功率开关110具有耦合至开关节点LX的第一端子、耦合至地的第二端子以及耦合至低压侧驱动器134的第三端子。第一内部电源电路也称为启动电路150，其由与限流电阻器R1154串联连接的耗尽型晶体管S3152形成。耗尽型晶体管通过控制器U2156进行控制。第二内部电源电路160包括连接到二极管D2164的变压器T1的辅助绕组162。辅助绕组162具有必要的匝数比以提供经调节的电压Vcc。在启动时，电容器C1136首先是被放电的，并且控制器U1由于其需要经调节的电压Vcc而被关断以便正确操作。当输入V_IN被施加到功率转换器100时，晶体管S3152处于导通状态并且电流对C1充电。一旦C1136两端的电压达到启动电压，则控制器U1132开始操作并启动开关周期。控制器U1通过经由驱动器134控制开关晶体管S2110的导通和截止状态来提供输出调节。一旦导通-截止开关周期发生，第二Vcc电路160开始操作，承担在电容器C1136两端提供电压Vcc的主要角色。一旦第二电路160操作，第一电路150通过关断高耗散晶体管S3152而关断。电路100相对复杂且繁琐。图2是对包括能量存储元件的开关转换器供电的方法的流程图。在步骤210处，提供经由开关节点耦合到增强型功率开关的耗尽型功率开关。例如，耗尽型功率开关可以是高压侧功率开关并且增强型功率开关可以是低压侧功率开关。在步骤220处，经由将耗尽型功率开关耦合到能量存储元件的第一路径对能量存储元件充电。能量存储元件可以是用于为开关转换器的能量消耗部分供电的内部电容器。例如，能量存储元件可以是用于向控制增强型功率开关的控制器提供能量的内部电源。第一路径包括电阻。电阻允许以适当的电压给能量存储元件充电。使用这种方法，能够通过减少部件数量来简化开关转换器的设计。第一路径可以包括耦合开关。第一路径的电阻可以包括耦合开关的内部电阻。可选地，第一路径的电阻还可以包括用于保护耦合开关和耗尽开关的附加电阻。图3示出了用于实现图2的方法的开关转换器300的图示。在这个示例中，开关转换器300是反驰式转换器。转换器300包括通过经由开关节点LX将高压侧功率开关305耦合至低压侧功率开关310而形成的半桥。高压侧功率开关由耗尽型晶体管提供，而低压侧功率开关由增强型晶体管提供。变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开关转换器，包括：耗尽型功率开关，其经由开关节点耦合至增强型功率开关；能量存储元件，其经由第一路径耦合到所述耗尽型功率开关；其中所述第一路径包括电阻。

【技术特征摘要】
2018.03.21 US 15/927,2751.一种开关转换器，包括：耗尽型功率开关，其经由开关节点耦合至增强型功率开关；能量存储元件，其经由第一路径耦合到所述耗尽型功率开关；其中所述第一路径包括电阻。2.根据权利要求1所述的开关转换器，包括耦合到所述耗尽型晶体管的电感器，所述电感器适于提供电感器电流。3.根据权利要求1或2所述的开关转换器，其中，所述第一路径包括第一耦合开关。4.根据权利要求3所述的开关转换器，其中，所述电阻包括所述耦合开关的内部电阻。5.根据权利要求3或4所述的开关转换器，其中，所述第一耦合开关是耗尽型晶体管。6.根据权利要求2至5中任一项所述的开关转换器，包括将所述耗尽型功率开关耦合到所述能量存储元件的第二路径，所述第二路径包括第二耦合开关。7.根据权利要求6所述的开关转换器，其中，所述转换器适于在第一操作模式下经由所述第一路径和在第二操作模式下经由所述第二路径对所述能量存储元件充电。8.根据权利要求6或7所述的开关转换器，其中，所述增强型功率开关和所述耗尽型功率开关被布置成使得：关断所述增强型功率开关将所述耗尽型功率开关关断，并且导通所述增强型功率开关将所述耗尽型功率开关接通。9.根据权利要求6至8中任一项所述的开关转换器，其中，所述耗尽型功率开关包括寄生电容，并且其中当所述增强型功率开关被关断时，与所述寄生电容相关联的电容电流经由所述第二路径对所述能量存储元件充电。10.根据权利要求7至9中任一项所述的开关转换器，其中，当所述增强型功率开关导通时，所述电感器电流经由所述第二路径对所述能量存储元件充电。11.根据前述权利要求中任一项所述的开...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍斯特·克内德根，克里斯托夫·N·纳格尔，雷伯加·杰拉卡，
申请(专利权)人：戴洛格半导体英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB