开关转换器制造技术

本公开的实施例涉及开关转换器。在实施例中，一种开关转换器包括：开关级，其包括用于接收输入电压并且用于提供输出电压的第一开关器件和第二开关器件；驱动级，其包括用于分别驱动第一开关器件和第二开关器件的第一驱动器件和第二驱动器件；电流感测器件，其用于感测由开关级提供的输出电流；电压生成装置，其被配置为生成用于对驱动级供电的电源电压，该电压生成装置被配置为根据所感测的输出电流来调节电源电压；以及电荷恢复级，其被配置为在第一开关器件的驱动期间存储从第一驱动器件丢失的第一电荷，并且在第二开关器件的驱动期间将存储的第一电荷至少部分地释放到第二驱动器件。驱动器件。驱动器件。

【技术实现步骤摘要】
开关转换器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年11月24日提交的意大利专利申请No.102020000028178的权益，该申请通过引用并入本文。
[0003]本申请涉及与本申请同一天提交的、名称为“开关转换器Switching Converter”的共同未决的美国专利申请17/532,867，该申请与代理人案号为ST
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CA
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0481US01的申请相关，并且要求于2020年11月24日提交的意大利专利申请No.102020000028199的权益，该申请通过引用并入本文。


[0004]本公开总体上涉及一种电子系统和方法，并且在特定实施例中，涉及一种开关转换器。

技术介绍

[0005]DC
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DC开关转换器可以用在包括电源(诸如电池)和一个或多个电子/机电部件的任何电子系统中，每个电子/机电部件以相应的电压操作。在这样的电子系统中，DC
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DC开关转换器可以被配置为从由电源提供的(单)输入电压生成多个受控输出电压。这允许节省空间，这是因为避免了在电子系统内使用多个电源来对其不同的部件供电。
[0006]在开关转换器中，输出电压等于或低于输入电压的开关转换器(也称为压降转换器或降压转换器)被广泛使用。
[0007]常规的降压转换器包括开关级(例如，CMOS开关级)和用于驱动开关级的驱动级。
[0008]根据共同的实施方式，开关级包括高侧开关器件(诸如PMOS晶体管)和低侧开关器件(诸如NMOS晶体管)，该低侧开关器件根据相应的驱动信号交替地接通和关断。
[0009]根据共同实施方式，驱动级包括用于接收振荡信号(例如，脉宽调制(PWM)信号)并且用于将对应驱动信号提供到高侧开关器件的高侧驱动器件(例如，锥形缓冲器装置)以及用于接收振荡信号并且用于将对应驱动信号提供到低侧开关器件的低侧驱动器件(例如，锥形缓冲器装置)。
[0010]高侧和低侧驱动器件通常以相应的电源电压供电。
[0011]为高侧驱动器件供电的电源电压通常包括高或相对高的电源电压(通常是输入电压)和低或相对低的电源电压。
[0012]为低侧驱动器件供电的电源电压通常包括高或相对高电源电压和低或相对低电源电压(通常为接地电压)。

技术实现思路

[0013]本专利技术的一些实施例总体上涉及开关转换器的领域。一些实施例涉及用于将直流输入电压转换为直流输出电压的DC
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DC开关转换器。一些实施例涉及一种开关转换器，诸如降压转换器，其中输出电压等于或低于输入电压。
[0014]本专利技术人已经理解，常规的开关转换器(诸如传统的降压转换器)对于现代技术要求可能不是令人满意的，并且特别是对于期望或需要高效率的应用。
[0015]实际上，专利技术人已经认识到，在现有技术的解决方案中，为高侧驱动器件供电的低或相对低电源电压以及为低侧驱动器件供电的高或相对高电源电压是固定的(例如，它们可以是内部生成或外部提供的)，并且因此，它们无法被用于实现功率损耗优化。
[0016]因此，在常规的开关转换器中，通常通过对开关器件的设计参数采取措施来优化驱动损耗。仅作为示例，为开关设备引入模块性或改变开关频率是通常用于实现功率损耗优化的方法。
[0017]然而，为开关器件引入模块化可意味着用于驱动器件的高设计复杂性，并且改变开关频率可以暗示用于管理开关器件的更高的系统复杂性和作用于状态机的巨大影响。
[0018]专利技术人已经经历上述问题，并且已经设计了具有优化的功率损耗和降低的复杂度的开关转换器的实施例。为了实现它，专利技术人已经设计了开关转换器的实施例，其中为高侧驱动器件供电的低或相对低的电源电压以及为低侧驱动器件供电的高或相对高的电源电压是可变的，并且根据开关转换器的输出电流是可调节的，并且其中从高侧驱动器件丢失的电荷被至少部分地恢复以至少部分地补偿从低侧驱动器件丢失的电荷。
[0019]在独立权利要求中阐述了本专利技术的一些实施例的一个或多个方面，其中在从属权利要求中指示了一些实施例的有利特征，其措辞在本文通过引用被逐字对应(其中参考本专利技术的一些实施例的特定方面提供了任何有利特征，该特定方面以必要的变更适用于任何其它方面)。
[0020]更具体地，本专利技术的一些实施例的一个方面涉及一种用于将直流输入电压转换为直流输出电压的开关转换器。所述开关转换器可以包括开关级，所述开关级包括第一开关器件和第二开关器件，第一开关器件和第二开关器件用于接收所述直流输入电压并且用于根据所述直流输入电压提供所述直流输出电压。所述开关转换器可以包括驱动级，所述驱动级包括第一驱动器件和第二驱动器件，第一驱动器件和第二驱动器件用于分别驱动所述第一开关器件和所述第二开关器件。开关转换器可以包括用于感测由开关级提供的输出电流的电流感测器件。所述开关转换器可以包括电压生成装置，所述电压生成装置被配置为生成用于为所述驱动级供电的至少一个电源电压；所述电压生成装置可以被配置为根据由所述感测器件感测的所述输出电流来调节所述至少一个电源电压。所述开关转换器可以包括电荷恢复级，所述电荷恢复级被配置成在所述第一开关器件的驱动期间存储从所述第一驱动器件丢失的第一电荷并且在所述第二开关器件的驱动期间将至少部分地存储的第一电荷释放到所述第二驱动器件，以便至少部分地补偿在所述第二开关器件的驱动期间从所述第二驱动器件丢失的第二电荷。
[0021]根据实施例，其特征是前述实施例的任何特征的附加或备选，所述电压生成装置包括第一电压生成级和第二电压生成级，所述第一电压生成级被配置为根据所述输出电流生成用于为所述第二驱动器件供电的第一电源电压，并且所述第二电压生成级被配置为根据对应于所述第一电源电压的参考电压来生成用于为所述第一驱动器件供电的第二电源电压。电荷恢复级可以被配置为根据在第一电源电压和第二电源电压之间的比较来选择性地存储第一电荷。
[0022]根据实施例，其特征是前述实施例的任何特征的附加或备选，第一电源电压和第
二电源电压为第一驱动器件和第二驱动器件提供相同的电源电压降。电荷恢复级可以被配置为：如果第二电源电压高于第一电源电压，则允许存储第一电荷，或者如果第二电源电压低于第一电源电压，则防止存储第一电荷。
[0023]根据实施例，其特征对前述实施例的任何特征是附加的或备选的，电荷恢复级包括以下中的至少一者：
[0024]存储电容器，被配置为存储所述第一电荷；
[0025]开关单元，用于选择性地允许或防止所述第一电荷流入所述存储电容器；
[0026]比较器单元，用于根据第一电源电压和第二电源电压之间的比较来操作开关单元。
[0027]根据实施例，其特征是前述实施例的任何特征的附加或备选，所述第一电压生成级包括去耦级，所述去耦级被配置为接收所述参考电压并且向第一电源端子提供所述第一电源电压，同时将所述第一电压生成级和所述第二驱动器件彼此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关转换器，用于将直流输入电压转换为直流输出电压，所述开关转换器包括：开关级，包括第一开关器件和第二开关器件，所述第一开关器件和所述第二开关器件被配置为接收所述直流输入电压，并且根据所述直流输入电压来提供所述直流输出电压；驱动级，包括第一驱动器件和第二驱动器件，所述第一驱动器件和所述第二驱动器件分别被配置为驱动所述第一开关器件和所述第二开关器件；电流感测电路，被配置为感测由所述开关级提供的输出电流；电压生成电路，被配置为生成被配置为对所述驱动级供电的至少一个电源电压，所述电压生成电路被配置为根据由所述电流感测电路感测的所述输出电流来调节所述至少一个电源电压；以及电荷恢复级，被配置为在所述第一开关器件的驱动期间存储从所述第一驱动器件丢失的第一电荷，并且在所述第二开关器件的驱动期间将存储的所述第一电荷至少部分地释放到所述第二驱动器件，以便至少部分地补偿在所述第二开关器件的驱动期间从所述第二驱动器件丢失的第二电荷。2.根据权利要求1所述的开关转换器，其中所述电压生成电路包括第一电压生成级和第二电压生成级，所述第一电压生成级被配置为根据所述输出电流来生成被配置为对所述第二驱动器件供电的第一电源电压，并且所述第二电压生成级被配置为根据对应于所述第一电源电压的参考电压来生成被配置为对所述第一驱动器件供电的第二电源电压，所述电荷恢复级被配置为根据在所述第一电源电压与所述第二电源电压之间的比较而选择性地存储所述第一电荷。3.根据权利要求2所述的开关转换器，其中所述第一电源电压和所述第二电源电压被配置为提供对所述第一驱动器件和所述第二驱动器件供电的相同的电源电压降，并且其中所述电荷恢复级被配置为当所述第二电源电压高于所述第一电源电压时允许所述第一电荷被存储，或者所述电荷恢复级被配置为当所述第二电源电压低于所述第一电源电压时防止所述第一电荷被存储。4.根据权利要求2所述的开关转换器，其中所述电荷恢复级包括：存储电容器，被配置为存储所述第一电荷；开关电路，被配置为选择性地允许或防止所述第一电荷流入所述存储电容器；以及比较器电路，被配置为根据在所述第一电源电压与所述第二电源电压之间的比较来操作所述开关电路。5.根据权利要求4所述的开关转换器，其中所述电荷恢复级还包括保护二极管，所述保护二极管具有耦合到所述开关电路的阳极以及耦合到所述存储电容器的阴极。6.根据权利要求4所述的开关转换器，其中所述比较器电路具有迟滞。7.根据权利要求4所述的开关转换器，其中所述第一电压生成级包括去耦级，所述去耦级被配置为接收所述参考电压，并且向第一电源端子提供所述第一电源电压，同时将所述第一电压生成级与所述第二驱动器件彼此电去耦，所述存储电容器电耦合到所述第一电源端子。8.根据权利要求7所述的开关转换器，其中所述第二电压生成级包括：第一阻抗网络，被配置为接收所述第一电源电压，并且提供对应的另外的参考电流；第二阻抗网络，与所述第一阻抗网络相同，所述第二阻抗网络被配置为接收所述直流电输入电压以及所述另外的
参考电流，并且向第二电源端子提供所述第二电源电压，所述开关电路将所述第二电源端子电耦合到所述第一电源端子或将所述第二电源端子从所述第一电源端子电去耦，以分别允许或防止所述第一电荷流入所述存储电容器中。9.根据权利要求8所述的开关转换器，其中所述第一电压生成级包括参考电流生成器和参考电压生成器，所述参考电流生成器被配置为生成根据所述输出电流可调节的参考电流，并且所述参考电压生成器被配置为根据所述参考电流来生成所述参考电压，并且其中所述参考电压生成器包括第三阻抗网络，所述第二电压生成级与所述第一电压生成级的所述参考电压生成器共享所述第一阻抗网络。10.根据权利要求1所述的开关转换器，其中所述开关转换器是降压转换器、升压转换器或降压
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升压转换器。11.一种电子系统，包括：控制器；电源；以及开关转换器，包括：开关级，包括：第一开关器件和第二开关器件，被配置为接收输入电压，并且提供输出电压，驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：