开关稳压器的电磁干扰缓解制造技术

在一种开关稳压器驱动器(400)中，感测电路(402)具有晶体管电流输入和感测电路输出。逻辑电路(404)具有逻辑电路输入以及第一输出和第二输出。逻辑电路输入耦合到感测电路输出。计数器(406)具有计数器时钟输入、计数器控制输入和计数器输出。计数器时钟输入耦合到第一输出。计数器控制输入耦合到第二输出。计数器(406)被配置为在计数器输出处提供计数值。可编程驱动强度电路(408)具有驱动强度电路输入和晶体管控制输出。驱动强度电路输入耦合到计数器输出。可编程驱动强度电路(408)被配置为基于计数值调整晶体管控制输出处的驱动电流。流。流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】开关稳压器的电磁干扰缓解

技术介绍

[0001]开关稳压器是将输入直流(DC)电压转换为幅值高于或低于输入DC电压的DC输出电压的电子电路。各种类型的开关稳压器可用。示例包括降压转换器、升压转换器、降压
‑
升压转换器等。
[0002]例如，降压转换器包括在开关节点处耦合到低侧晶体管(作为开关进行操作)的高侧晶体管(也作为开关进行操作)。控制器使控制信号变为有效，以使得高侧晶体管和低侧晶体管互易地打开和关闭，从而交替地打开(a)从输入电压流过高侧晶体管并流过开关节点去往电感器和电容器的电流路径和(b)从接地流过低侧晶体管并流过开关节点去往电感器和电容器的电流路径。通过互易地打开和关闭高侧晶体管和低侧晶体管，在开关节点上产生方波电压(在大致输入电压与接地之间切换)。方波的占空比是施加的输入电压和目标输出电压的函数并且由高低侧晶体管的控制器实施。然后，电感器和电容器对方波进行滤波，以生成可以用于为电负载供电的DC输出电压。

技术实现思路

[0003]在一种开关稳压器驱动器中，感测电路具有晶体管电流输入和感测电路输出。逻辑电路具有逻辑电路输入以及第一输出和第二输出。逻辑电路输入耦合到感测电路输出。计数器具有计数器时钟输入、计数器控制输入和计数器输出。计数器时钟输入耦合到第一输出。计数器控制输入耦合到第二输出。计数器被配置为在计数器输出处提供计数值。可编程驱动强度电路具有驱动强度电路输入和晶体管控制输出。驱动强度电路输入耦合到计数器输出。可编程驱动强度电路被配置为基于计数值调整晶体管控制输出处的驱动电流。/>附图说明
[0004]图1图示了根据示例的降压转换器的一部分。
[0005]图2是图示了根据示例的降压转换器的开关节点电压振铃的时序图。
[0006]图3是图示了根据示例的用于减少开关节点电压振铃的驱动器的操作的时序图。
[0007]图4是图示了根据示例的用于减少开关节点电压振铃的晶体管驱动器的示意图。
具体实施方式
[0008]如上所述，开关稳压器将输入电压转化为幅值与输入电压不同(更高或更低)的输出电压。在开关稳压器中，一个或多个晶体管被打开和关闭，以使得在开关节点上产生具有特定占空比的波形。图1图示了降压转换器的一部分，其中，高侧(HS)晶体管在开关节点110处耦合到低侧(LS)晶体管。在该示例中，HS开关和LS开关都是n沟道场效应晶体管(NFET)，但是在其他示例中它们可以被实施为其他类型的晶体管。HS晶体管的漏极耦合到输入电压(Vin)，并且LS晶体管的源极耦合到接地。开关节点110上的电压被指定为Vsw。电感器L1耦合到开关和电容器Cout。电感器L1与电容器Cout之间的连接是稳压器的输出(Vout)。驱动器102具有从控制器101接收数字输入信号HS_EN的输入。驱动器102具有耦合到HS晶体管的
栅极的输出。当HS_EN被控制器101变为有效(例如，逻辑高电平)时，驱动器102通过在其输出上产生电压以导通HS晶体管来响应，并且电流I_hs从Vin流过HS晶体管并流过开关节点110去往电感器L1。类似地，驱动器104具有从控制器接收数字输入信号LS_EN的输入，并且还具有耦合到LS晶体管的栅极的输出。当LS_EN变为有效(例如，逻辑高电平)时，驱动器104通过在其输出上产生电压以导通LS晶体管来响应。当LS晶体管导通时，电流I_ls从接地流过LS晶体管并流过开关节点110去往电感器L1。
[0009]图1还示出了输入电压Vin与HS晶体管的漏极之间的寄生电感Lp_hs。LS晶体管的源极与接地之间还存在另一个寄生电感Lp
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ls。这些寄生电感例如由与其上安装有开关稳压器的电路板的连接和该电路板内的走线造成的。
[0010]为了避免直通电流(shoot
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through current)，控制器101不会命令驱动器102和104同时导通HS晶体管和LS晶体管两者。而是，控制器101在HS晶体管和LS晶体管的导通/关断状态切换之间实施“死区时间”。例如，如果HS晶体管导通(并且LS晶体管关断)，则控制器101首先使HS_EN变为无效(例如，逻辑低电平)，以关断HS晶体管。在经过一段短暂的时间(死区时间)以确保HS晶体管关断后，控制器然后使LS_EN变为有效，以使得驱动器104导通LS晶体管。在关断LS晶体管后和导通HS晶体管前，也强加了死区时间。
[0011]开关稳压器以特定于应用的频率切换HS晶体管和LS晶体管的导通/关断状态。在一个示例中，切换频率在100KHz到1MHz的范围内。在每个切换周期期间，HS晶体管和LS晶体管两者都被导通(虽然不是同时进行)。图2是图示了一个这样的切换周期的一部分的时序图。在201处，LS晶体管导通，并且HS晶体管关断。LS_EN信号变为无效(下降沿202)，并且随后出现死区时间203，在该死区时间内，晶体管都不导通。控制器101使HS_EN有效变为高电平(上升沿204)。
[0012]波形211是流过LS晶体管的电流(I_ls)。波形213是流过HS晶体管的电流(I_hs)。需要有限时间量来使得LS晶体管在LS_EN的下一沿202之后完全关断并且停止传导电流，以及使得HS在HS_EN的上升沿204之后完全导通。电流I_ls迅速下降(如205处所示)，并且电流I_hs迅速增大(如206处所示)。波形211和214图示了当相应晶体管转换状态(HS晶体管导通，并且LS晶体管关断)时，电流I_hs和电流I_ls上可能发生振铃。发生振铃是因为形成了包括Lp_hs、HS晶体管的沟道电阻和开关节点110的寄生电容的谐振电路。波形214示出了开关节点电压Vsw。Vsw最初在LS晶体管导通时为低电平，然后在如221处所示的死区时间203期间，由于LS晶体管的体二极管被强制正向偏置以维持电感器电流的连续流动，它略微下降为负值，然后随着HS晶体管的导通而上升并且还发生振铃。
[0013]开关节点110上的振铃会产生传导性和辐射性的高频电磁干扰(EMI)，不幸的是，该高频电磁干扰可能被例如共享相同电压域Vin的系统中的其他部件接收。例如，在Vin为电池电压的汽车中，汽车中的其他电路可以接收来自稳压器的EMI信号。本文所述的用于减少开关稳压器中的振铃的技术是在导通HS晶体管的过程的一部分期间(在此期间原本会发生较高水平的振铃)减小去往HS晶体管的栅极的驱动电流。
[0014]根据各种示例，本文描述了一种自适应高侧栅极驱动器，该自适应高侧栅极驱动器将进入HS晶体管的栅极的驱动电流分成三个阶段。在第一阶段，向HS晶体管的栅极提供幅值相对较大但持续时间短的驱动电流。该高电流脉冲使得栅极
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源极电压(Vgs)快速达到晶体管的阈值电压。当HS晶体管的Vgs朝阈值电压增大时，HS晶体管仍处于关断状态并且无
法传导任何漏极电流，并且因此在该时间段期间，无法发生开关节点振铃。在随后的第二阶段，驱动电流降低到较低水平以抑制开关节点振铃。当开关节点电压开始上升时，自适应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种开关稳压器驱动器，包括：感测电路，所述感测电路具有晶体管电流输入和感测电路输出；逻辑电路，所述逻辑电路具有逻辑电路输入以及第一输出和第二输出，所述逻辑电路输入耦合到所述感测电路输出；计数器，所述计数器具有计数器时钟输入、计数器控制输入和计数器输出，所述计数器时钟输入耦合到所述第一输出，所述计数器控制输入耦合到所述第二输出，并且所述计数器被配置为在所述计数器输出处提供计数值；以及可编程驱动强度电路，所述可编程驱动强度电路具有驱动强度电路输入和晶体管控制输出，所述可编程驱动强度电路被配置为基于所述计数值调整所述晶体管控制输出处的驱动电流。2.根据权利要求1所述的开关稳压器驱动器，进一步包括解码器，所述解码器耦合在所述计数器输出与所述驱动强度电路输入之间。3.根据权利要求1所述的开关稳压器驱动器，其中，所述逻辑电路被配置为：检测所述晶体管控制输出处的驱动电流的变化率是否高于阈值；并且响应于所述驱动电流的变化率高于所述阈值，调整所述第一输出或所述第二输出以改变所述计数值。4.根据权利要求1所述的开关稳压器驱动器，其中，所述逻辑电路被配置为：检测指示所述晶体管控制输出处的驱动电流的变化率的信号是否高于第一阈值和第二阈值；响应于所述信号高于所述第一阈值和所述第二阈值，调整所述第一输出或所述第二输出以递增所述计数值；并且响应于所述信号低于所述第一阈值和所述第二阈值，调整所述第一输出或所述第二输出以递减所述计数值。5.根据权利要求4所述的开关稳压器驱动器，其中，所述逻辑电路被配置为：响应于所述信号介于所述第一阈值与所述第二阈值之间，调整所述第一输出或所述第二输出以阻止所述计数器递增或递减所述计数值。6.根据权利要求1所述的开关稳压器驱动器，其中，所述感测电路包括高通滤波器。7.根据权利要求1所述的开关稳压器驱动器，其中，所述逻辑电路包括：第一比较器，所述第一比较器具有比较器输出以及第一比较器输入和第二比较器输入，其中，所述比较器输出是所述第二输出；第二比较器，所述第二比较器具有第二比较器输出以及第三比较器输入和第四比较器输入；异或门，所述异或门具有门输出以及第一门输入和第二门输入，所述第一门输入耦合到所述第一比较器输出，并且所述第二门输入耦合到所述第二比较器输出；以及触发器，所述触发器具有触发器输入和触发器输出，其中，所述触发器输出是所述第一输出，并且所述触发器输入耦合到所述门输出。8.根据权利要求1所述的开关稳压器驱动器，其中：所述逻辑电路被配置为：检测所述晶体管控制输出处的驱动电流的变化率是否高于阈值；并且响应于所述驱动电流的变化率高于所述阈值，调整所述第一输出或所述第二输出以改变所述计数值；
所述可编程驱动强度电路被配置为响应于改变后的计数值而减小所述驱动电流；所述开关稳压器驱动器进一步包括晶体管导通检测电路，所述晶体管导通检测电路被配置为：检测晶体管是否已导通；并且响应于检测到所述晶体管已导通，向所述逻辑电路提供信号；并且所述可编程驱动强度电路被配置为响应于所提供的信号而增大所述晶体管处的所述驱动电流。9.根据权利要求1所述的开关稳压器驱动器，其中，所述晶体管电流输入是第一晶体管电流输入，并且所述开关稳压器驱动器进一步包括：比较器，所述比较器具有第二晶体管电流输入和比较器输出；延迟电路，所述延迟电路具有延迟电路输出；以及触发器，所述触发器具有触发器时钟输入、数据输入和触发器输出，所述触发器时钟输入耦合到所述延迟电路输出，并且所述数据输入耦合到所述比较器输出。10.根据权利要求9所述的开关稳压器驱动器，其中，所述计数器是第一计数器，并且所述开关稳压器驱动器进一步包括第二计数器，所述第二计数器具有耦合到所述触发器输出的第二控制输入。11.一种开关稳压器驱动器，包括：感测电路，所述感测电路具有晶体管电流输入和感测电路输出；第一比较器，所述第一比较器具有第一比较器输出以及第一比较器输入和第二比较器输入，所述第一比较器输入耦合到所述感测电路输出，并且所述第二比较器输入耦合到第一参考端子；第二比较器，所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：