降压转换器中功率晶体管的降压额定值制造技术

本申请公开降压转换器中功率晶体管的降压额定值。一种器件(200)包括：降压转换器(201)，该降压转换器耦合至输入节点(106)和输出节点(208)；以及线性电压调节器(226)，该线性电压调节器耦合至输入节点并耦合至输出节点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
降压转换器中功率晶体管的降压额定值

技术介绍

[0001]降压型直流(DC)
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DC电压转换器调节输出电压，其中输出电压的值小于电源提供的输入电压。降压转换器拓扑表示一类DC
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DC电压转换器，该电压转换器具有开关器件以控制流经电感器(通常还包括电容器)的电流以调节输出电压。降压转换器包括：高压侧开关器件，该高压侧开关器件将电感器耦合至电源；以及低压侧开关器件，该低压侧开关器件在高压侧开关器件被截止时提供从接地节点到电感器的电流路径。在某些降压转换器中，高压侧开关器件为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，称为高压侧FET，而低压侧器件为MOSFET，称为低压侧FET。

技术实现思路

[0002]根据本公开的至少一个示例，一种器件包括：降压转换器，该降压转换器耦合至输入节点和输出节点；以及线性电压调节器，该线性电压调节器耦合至输入节点并耦合至输出节点。
[0003]根据本公开的另一示例，该器件包括：降压转换器，该降压转换器被配置为基于输入电压生成输出电压；以及端口控制器，该端口控制器耦合至该降压转换器并且被配置为耦合至通道晶体管。端口控制器被配置为接收指示输入电压高于第一阈值电压的第一信号，响应于接收到第一信号而生成用于关断通道晶体管的控制信号，接收指示通道晶体管的栅极电压低于第二阈值电压的第二信号，并响应于接收到第二信号而关断降压转换器。该器件还包括一种线性电压调节器，该线性电压调节器被配置为在降压转换器关断时调节输出电压。
[0004]根据本公开的又一个示例，一种用于操作降压转换器的方法包括：接收指示至降压转换器的输入电压高于第一阈值电压的第一信号；响应于接收到第一信号，生成用于关断耦合至降压转换器的输出的通道晶体管的控制信号；接收指示通道晶体管的栅极电压低于第二阈值电压的第二信号；响应于接收到第二信号，关断降压转换器；并且在关断降压转换器后，调节降压转换器的输出的电压。
[0005]根据本公开的又一示例，一种器件包括：汽车电池，该汽车电池被配置为提供输入电压；降压转换器，该降压转换器被耦合至汽车电池并被配置为基于输入电压生成输出电压；第一比较器，该第一比较器具有耦合至汽车电池并被配置为响应于输入电压高于第一阈值电压而断言第一输出信号的输入端，以及端口控制器，该端口控制器被耦合至降压转换器并被配置为耦合至通道晶体管。该端口控制器包括：第二比较器，该第二比较器具有耦合至通道晶体管的控制端子并且被配置为响应于控制端子的电压低于第二阈值电压而断言第二输出信号的输入端；以及与非门，该与非门具有被配置为接收第一和第二输出信号的输入端。降压转换器被配置为响应于与非门的输出被去断言而关断。该器件还包括一种线性电压调节器，该线性电压调节器被配置为在降压转换器关断时调节输出电压。
102耦合至输入节点106和开关节点110，而低压侧FET 104耦合至开关节点110和接地节点108。尽管未在图1中示出，但是降压转换器100由脉冲宽度调制(PWM)调制器和栅极驱动器控制，这将在下面进一步详细说明。
[0017]为了提供一致的数值示例，在汽车应用的背景下描述了降压转换器100，其中，降压转换器100将汽车电池供应的DC输入电压转换为通用串行总线(USB)C型电力输送(PD)器件的DC输出电压。然而，应当理解，本文所描述的示例类似地适用于其他情况，诸如工业或其他应用，以通过利用相对于其他情况下额定电压更低的高压侧FET 102来降低降压转换器100的开关损耗而无需偏置开关节点110。在汽车环境中，降低降压转换器100的开关损耗允许降压转换器100向其负载(例如USB C型PD器件)输送更多的功率。
[0018]继续该汽车示例，正常工作条件下的典型电池电压或输入电压(VIN)约为13
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15V DC，而耦合至开关节点110的输出节点处的输出电压约为5V DC。然而，在示例性甩负载故障状况期间，VIN上升至约40V。尽管在甩负载故障状况期间不必继续操作降压转换器100(例如，为连接的USB C型PD器件供电)，如上所述，高压侧FET 102应该能够承受由甩负载故障情况导致的电压升高。
[0019]按惯例，降压转换器100响应于甩负载故障状况而关断，甩负载故障状况将开关节点110放电到接地节点108(例如，由于结或其他泄漏源)，这继而导致高压侧FET 102需要承受约40V的电压。在一个示例中，这要求高压侧FET 102为额定电压较高的FET(例如，额定为36V，绝对最大电压约为43V)，这将高压侧FET 102推入具有Rsp*Qg因数增加的中压过程节点。Rsp*Qg因数增加导致的开关损耗增加使常规降压转换器无法支持更高的功率电平(例如30W)，特别是对于更高频率下的多端口(例如多负载)USB C型PD应用而言。
[0020]本公开的示例将开关节点110偏置到大于接地节点处的电压的电压。即使在降压转换器100和/或相关联的通道晶体管未导通的情况下，本文所指的具体示例包括将开关节点110偏置至5V。结果，在甩负载故障状况期间，高压侧FET 102两端的电压减小到35V的说明性电压(例如，在40V处的VIN减去在5V处的偏置开关节点110)。因此，在一个示例中，高压侧FET 102为额定电压较低的FET(例如，额定为30V，具有约36V的绝对最大电压)，这导致低电压过程节点高压侧FET的Rsp*Qg因数减小。由减小的Rsp*Qg因数引起的减小的开关损耗使得本文描述的降压转换器100能够支持更高的功率电平(例如30W)，特别是对于在较高频率下的多端口(例如多负载)USB C型PD应用而言。
[0021]转到图2，该图示出了系统200，系统200包括上述的高压侧FET 102和低压侧FET 104。如下面将进一步说明的，图2包括相对于图1的其他部件，以实现降压转换器201。如在图1中，低压侧FET 104耦合至接地节点108并耦合至开关节点110。类似地，高压侧FET 102耦合至开关节点110并耦合至输入节点106。电压源202(例如汽车电池)将输入电压VIN提供给降压转换器201。
[0022]在某些降压转换器201拓扑中，PWM用于控制相对于输入电压(VIN)的输出电压(VOUT)的调节。PWM调制器204改变高压侧FET 102和低压侧FET 104的占空比。占空比增加导致相对于输入电压的输出电压更高，而占空比减小导致相对于输入电压的输出电压更低。因此，系统200还包括耦合至栅极驱动器206的PWM调制器204。在一些示例中，栅极驱动器206包括电荷泵。PWM调制器204通过栅极驱动器206耦合至高压侧FET 102和低压侧FET 104。一些示例可包括除PWM调制器204和栅极驱动器206之外的其他模块(未示出)。为了简
单起见，假设PWM调制器204通过栅极驱动器206，控制或使降压转换器201响应于接收到断言的使能信号(EN)而导通，或者响应于接收到去断言使能信号而关断。
[0023]高压侧FET 102包括栅极、源极和漏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种器件，包括：降压转换器，所述降压转换器耦合至输入节点和输出节点；以及线性电压调节器，所述线性电压调节器耦合至所述输入节点并耦合至所述输出节点。2.根据权利要求1所述的器件，进一步包括比较器，所述比较器具有耦合至所述输入节点的第一输入端和被配置为耦合至参考电压源的第二输入端。3.根据权利要求1所述的器件，进一步包括：第一通道晶体管，其耦合至所述输出节点并耦合至第一端口；以及第二通道晶体管，其耦合至所述输出节点并耦合至第二端口。4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述电压调节器进一步包括：齐纳二极管，其耦合至接地节点；第一晶体管，所述第一晶体管耦合至所述输入节点，并具有耦合至所述齐纳二极管的控制端子；电阻器，所述电阻器耦合至所述第一晶体管并耦合至所述输出节点；以及第二晶体管，所述第二晶体管耦合至所述第一晶体管的所述控制端子并耦合至所述输出节点，并且具有耦合至所述电阻器和所述第一晶体管的控制端子。5.根据权利要求1所述的器件，进一步包括：脉宽调制调制器即PWM调制器；以及栅极驱动器，所述栅极驱动器耦合至所述PWM调制器并且耦合至所述降压转换器的高压侧晶体管的控制端子并且耦合至所述降压转换器的低压侧晶体管的控制端子。6.根据权利要求5所述的器件，进一步包括：电感器，所述电感器耦合至所述高压侧晶体管和所述低压侧晶体管之间的开关节点并耦合至所述输出节点；以及电容器，所述电容器耦合至所述输出节点并耦合至接地节点。7.根据权利要求5所述的器件，其中，所述高压侧晶体管的额定电压小于汽车甩负载电压。8.一种器件，包括：降压转换器，所述降压转换器被配置为基于输入电压生成输出电压；端口控制器，所述端口控制器耦合至所述降压转换器并被配置为耦合至通道晶体管，所述端口控制器被配置为：接收指示所述输入电压高于第一阈值电压的第一信号；响应于接收到所述第一信号而生成用于关断所述通道晶体管的控制信号；接收指示所述通道晶体管的栅极电压低于第二阈值电压的第二信号；以及响应于接收到所述第二信号而关断所述降压转换器；以及线性电压调节器，所述线性电压调节器被配置为在所述降压转换器关断时调节所述输出电压。9.根据权利要求8所述的器件，进一步包括比较器，所述比较器被配置为生成所述输入电压高于第一阈值电压的所述第一信号。10.根据权利要求8所述的器件，进一步包括：第一通道晶体管，其耦合至所述降压转换器和所述端口控制器；以及
第二通道晶体管，其耦合至所述降压转换器并耦合至所述端口控制器，其中，所述第一通道晶体管和所述第二通道晶体管被配置为分别选择性地将第一负载和第二负载耦合至所述降压转换器。11.根据权利要求10所述的器件，其中，所述端口控制器进一步被配置为：接收指示所述第一通道晶体管和所述第二通道晶体管中的每个通道晶体管的栅极电压低于所述第二阈值电压的第三信号；以及响应于接收到所述第三信号而关...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
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：