促进开关电源转换器的高侧控制制造技术

在示例装置中，锁存器(108)包括耦合到第一开关(110)的源极的第一节点(128)和耦合到第一开关(110)的栅极的输出端(130)。第一二极管(218)耦合到第一节点(128)和第二节点(224)。第二二极管(220)耦合到第二节点(224)和接地(132)。第二开关(206)耦合到电压源(200)和第二节点(224)。第三开关(212)包括耦合到第二开关(206)的栅极、耦合到第二节点(224)的第三源极以及耦合到锁存器(108)的第三漏极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】促进开关电源转换器的高侧控制
本专利技术总体上涉及电源转换器，并且更具体地涉及促进开关电源转换器的高侧控制的方法、装置和系统。
技术介绍
电源转换器为在各种装置中可用于将输入电压转换为期望的输出电压的电路。例如，降压转换器通过控制晶体管和/或开关以对电感器和/或电容器进行充电和/或放电以维持期望的输出电压，来将输入电压转换为较低的输出电压。一些电源转换器可以包括一个或多个电源开关，该电源开关可以同步地接通和/断开(例如，当一个开关接通时另一开关断开)以改变电源转换器中的电流路径。在一些示例中，诸如在高压电源转换器中，宽带隙器件可以用于实现用于高压和/或高温电源开关应用的电源开关。
技术实现思路
本文描述的示例促进开关电源转换器的高侧控制。示例装置包括：锁存器，其包括耦合到第一开关的第一源极的第一节点和耦合到第一开关的第一栅极的输出端；第一二极管，其耦合到第一节点和第二节点；第二二极管，其耦合到第二节点和接地；第二开关，其耦合到电压源和电阻器；以及第三开关，其包括耦合到电阻器和第二开关的第三栅极、耦合到第二节点的第三源极以及耦合到锁存器的第三漏极。附图说明图1示出了示例开关电源转换器。图2示出了图1的高侧电平移位器的示例电路实施方式。图3示出了图1的高侧电平移位器的替代示例电路实施方式。图4示出了对应于使用图2和/或3的高侧电平移位器的低侧到高侧转变的时序图。图5示出了图1的替代示例高侧电平移位触发器。图6示出了对应于使用图5的替代高侧电平移位触发器的低侧到高侧转变的时序图。图7示出了图1的替代示例高侧电平移位器锁存器。图8示出了对应于使用图8的替代高侧电平移位器锁存器的低侧到高侧转变的时序图。图9示出了图1的示例键合焊盘。图10为代表用以实现图1的电源转换器的可以被执行的示例机器可读指令和/或硬件配置的流程图。图11为代表用以实现图1的电源转换器的可以被执行的示例机器可读指令和/或硬件配置的流程图。图12为构造成执行图10-图11的机器可读指令以实现图1-图3、图5和/或图7的高侧电平移位器的处理器平台的框图。具体实施方式附图未按比例绘制。在任何可能情况下，在整个附图和该说明书中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。电源转换器(例如，降压转换器、升压转换器、交流(AC)-AC转换器、直流(DC)-DC转换器、AC-DC转换器等)可以在将电流从一个路径(例如，从电压源(Vdd)到输出端)切换到另一路径(例如，从输出端到接地)的半桥功率级中包括电源开关(例如，继电器、金属氧化物硅场效应晶体管(MOSFET)等)。在这种半桥开关转换器中，微控制器将控制信号输出到低侧电平移位器和/或高侧电平移位器。低侧电平移位器基于控制信号使低侧开关能够降低电源转换器的输出电压。高侧电平移位器使高侧电平移位器能够使高侧开关/晶体管增加电源转换器的输出电压。微控制器可以将(一个或多个)控制信号输出到电平移位器以在高侧控制(例如，通过启用高侧开关并禁用低侧开关)和低侧控制(例如，通过禁用高侧开关和启用低侧开关)之间以一频率和/或脉冲宽度调制切换以产生期望的输出电压。电源转换器中的电平移位器将接收到的逻辑标准(例如，微控制器的3.3伏(V)或5V输出代表逻辑值“1”)下的数字控制信号转换为对应于足够高以控制高侧开关的电压的第二逻辑标准(例如，另一电压(例如400V)代表逻辑值“1”)。在某些半桥转换器中，高侧电平移位器包括一个或多个锁存器，该锁存器用于保持状态信息(例如，逻辑“1”或逻辑“0”)，以触发足够高以启用高侧开关的输出电压或足够低以禁用高侧开关的输出电压。例如，当微控制器的输出对应于逻辑值“1”(例如3.3V或5V等)时，一个或多个锁存器向高侧开关的栅极输出电压，该电压升至自举(bootstrap)节点电位以启用高侧开关。在这样的示例中，当微控制器的输出对应于逻辑值“0”(例如0V或接地)时，一个或多个锁存器向高侧开关的栅极输出电压，高侧开关的栅极处的电压与开关节点处的电压相同，从而禁用低侧开关。自举节点对应于耦合到开关节点的自举电容器，自举电容器两端的电压对应于自举节点处的电压，该电压高于开关节点处的电压。开关节点对应于耦合到高侧开关的源极、低侧开关的漏极以及电源转换器的输出级的节点。氮化镓(GaN)开关为宽带隙晶体管，该晶体管可以用于实现电源转换器的开关器件。GaN开关(例如，晶体管)具有非常高的击穿电压(例如，可以大于[最小击穿]V的反向偏置击穿电压)、高的电子迁移率和饱和速度。因此，GaN开关用于大功率和/或高频电源转换器或其他高压开关器件中。这样的系统具有寄生电感和寄生电容。GaN晶体管在硅层与晶体管的源极、栅极和漏极之间包含一层厚的高电阻GaN层。一些宽带隙器件(诸如GaN晶体管)缺少固有的体二极管。因此，当在半桥开关转换器中实现GaN晶体管时，开关节点(例如，将半桥连接到输出级的节点)可能变为负。例如，当在低侧控制期间和/或死区时间期间(例如，低侧控制和高侧控制之间的持续时间，此时高侧晶体管和低侧晶体管均被禁用)从接地汲取的电流量足够高(例如，4安培(A)或更高)，则随着电源转换器的电感器通过低侧晶体管/开关汲取负电流，开关节点处的电压可能会变为负。如果开关节点处的电压变得太负(例如，-4V、-5V等)，则电平移位器将无法触发一个或多个锁存器。因此，电源转换器可能无法触发高侧控制。本文所述的示例包括提供移动电平移位接地的电路，当开关电压为负时，该移动电平移位接地跟踪开关节点处的电压，以比开关电压高预设电压。以这种方式，移动电平移位接地处的电压将总是足够低，以确保可以基于对应于移动电平移位接地的电压差来触发锁存器。当开关节点处的电压为正时，当开关电压为正时，移动电平移位接地处的电压跟踪接地，以比接地高预设电压。以这种方式，当开关电压为负时，电平移位器可以控制高侧开关。而且，一些开关转换器包括键合线和/或键合焊盘以将电源转换器的部件耦合在一起。键合线和/或键合焊盘具有固有的寄生电容。这样的电容可以下拉或上拉电源转换器的一个或多个电平移位器中的和/或与其耦合的一个或多个节点(例如，将锁存器的节点上拉到自举节点以上和/或将锁存器的节点下拉到开关节点以下)，从而在电平移位器中的节点处引起不期望的电压偏移。这种不期望的电压偏移可能导致电平移位器中的一个或多个锁存器在应该翻转状态信息时不翻转状态信息或在不应该翻转状态信息时翻转状态信息。此外，某些电源转换器可能具有器件不匹配。器件不匹配对应于电路中的器件之间的差异，理想情况下，这些器件应相同且具有相同的操作参数以准确地起作用。由于在高压反向偏置应力下电压阈值移动，因此基于GaN的电路中的不匹配可能高于基于硅的电路。本文所述的示例包括在电平移位器的锁存器中提供两个单独的迟滞路径的电路。迟滞路径向锁存器的一侧添加电阻，在高转换速率转变之后(例如，当电平移位器中的状态信息被校正和/或丢失时)，该电阻将锁存器的内部节点拉至先前状态。以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：/n锁存器，所述锁存器包括耦合到第一开关的第一源极的第一节点和耦合到第一开关的第一栅极的输出端；/n第一二极管，所述第一二极管耦合到所述第一节点和第二节点；/n第二二极管，所述第二二极管耦合到所述第二节点和接地；/n第二开关，所述第二开关耦合到电压源和所述第二节点；以及/n第三开关，所述第三开关包括耦合到所述第二开关的第三栅极、耦合到所述第二节点的第三源极和耦合到所述锁存器的第三漏极。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180905 US 16/122,6461.一种装置，包括：
锁存器，所述锁存器包括耦合到第一开关的第一源极的第一节点和耦合到第一开关的第一栅极的输出端；
第一二极管，所述第一二极管耦合到所述第一节点和第二节点；
第二二极管，所述第二二极管耦合到所述第二节点和接地；
第二开关，所述第二开关耦合到电压源和所述第二节点；以及
第三开关，所述第三开关包括耦合到所述第二开关的第三栅极、耦合到所述第二节点的第三源极和耦合到所述锁存器的第三漏极。


2.根据权利要求1所述的装置，其中所述电压源耦合到接地。


3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一开关为耦合到所述电源转换器的输出级的高侧开关。


4.根据权利要求3所述的装置，进一步包括耦合到所述电源转换器的所述输出级的低侧开关，所述低侧开关包括比所述高侧开关的第二漏极-源极电阻低的第一漏极-源极电阻。


5.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：
第四开关，所述第四开关耦合到所述电压源；以及
第五开关，所述第五开关包括耦合到所述第四开关的第五栅极、耦合到所述第二节点的第五源极和耦合到所述锁存器的第五漏极。


6.根据权利要求5所述的装置，其中所述第二开关经由第一电阻器耦合到所述第二节点，并且所述第五开关经由第二电阻器耦合到所述第二节点。


7.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一二极管包括第一阳极和第一阴极，其中所述第一阳极耦合到所述第二节点并且所述第一阴极耦合到所述第一节点。


8.根据权利要求7所述的装置，其中所述第二二极管包括第二阳极和第二阴极，其中所述第二阳极耦合到所述第二节点并且所述第二阴极耦合到接地。


9.根据权利要求1所述的装置，进一步包括用以将第二开关耦合到所述锁存器的键合焊盘，所述键合焊盘包括耦合到接触件的二维电子气层，所述接触件耦合到所述第一节点。


10.根据权利要求9所述的装置，其中所述二维电子气层和耦合到所述第一节点的所述接触件减小了寄生电容。


11.一种装置，包括：
锁存器，所述锁存器基于所述锁存器的第一状态或第二状态将对应于第一节点的第一电压或对应于第二节点的第二电压输出至电源转换器的晶体管，所述第二节点耦合到所述晶体管的源极；
第一二极管，当对应于所述第二节点的所述第二电压为负时，所述第一二极管创建从第三节点到所述第二节点的第一电压降，并且当对应于所述第二节点的所述第二电压为正时，所述第一二极管防止第一电流从所述第二节点流到所述第三节点；以及
第二二极管，当所述第三节点处的第三电压为正时，所述第二二极管创建从所述第三节点到接地的第二电压降，并且当所述第三节点处的所述第三电压为负时，所述第二二极管防止第二电流从接地流到所述第三节点。


12.根据权利要求11所述的装置，进一步包括：
第一晶体管，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·卡亚，P·布罗林，M·吕德斯，J·斯特赖敦，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US