非隔离DC/DC控制电路及转换器制造技术

本发明专利技术公开了一种非隔离ＤＣ／ＤＣ控制电路及转换器，以解决传统非隔离ＤＣ／ＤＣ控制电路采用随机无序的方式设置死区时间，造成非隔离ＤＣ／ＤＣ转换器中的开关损耗随着开关频率的增大而剧增的问题。该电路包括：电压检测单元，用于检测每一开关器件两端的压差信号；内部控制逻辑单元，用于提供指示每一开关器件开通和关断的逻辑控制信号，其中在提供指示其中一个开关器件关断的逻辑控制信号后，根据另一开关器件两端的压差信号确定开始提供指示该另一开关器件开通的逻辑控制信号的时刻；驱动单元，用于根据所述逻辑控制信号提供驱动两个开关器件交替开通和关断的驱动信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子器件控制领域，尤其涉及一种非隔离DC (DirectCurrent) /DC (Direct Current)控制电路及其提供逻辑控制信号的时序控制方法，及非 隔离DC (Direct Current) /DC (Direct Current)转换器。
技术介绍
金属氧化层半导体场效晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)筒称金氧半场效晶体管，是一种可以广泛使用在类比电 路与数位电路的场效晶体管(field-effecttransistor )。 MOSFET依照其"通道" 的极性不同，可分为N型与P型的MOSFET，通常又称为NMOS与PMOS。非隔离DC ( Direct Current) /DC (Direct Current)转换器是一种将某种直 流电压DC转换成另外一种直流电压DC的电路。在非隔离DC/DC转换器中 应用比较广泛的是NMOS，如图1所示，非隔离DC/DC转换器包括依次连接 的内部控制逻辑单元101、驱动单元102、转换单元103、输出单元104,其中 内部控制逻辑单元101用于提供逻辑控制信号，驱动单元102根据所述逻辑控 制信号为转换单元103提供驱动信号，所述转换单元103在驱动信号的驱动下 将输入直流电压转换为输出直流电压，将经DC/DC转换后得到的输出直流电 压输入到输出单元104。如图2所示为传统的非隔离DC/DC转换器示意图，转换单元采用串联连 接的NMOS器件Ql和Q2,驱动单元102包括为Ql提供驱动信号的第一驱动 单元1021和为Q2提供驱动信号的第二驱动单元1022, Al、 A2和A3分别为 Ql的源极、漏极和栅极，Bl、 B2和B3分别为Q2的源极、漏极和栅极。如 果在栅极和漏极之间施加一定的正向电压，源极和漏极之间的电阻就会接近于0,此时，NMOS器件处于开通状态；反之，如果不施加这个正向电压，源极 和漏才及之间的电阻就嶺^接近于无穷大，此时，NMOS器件处于关断状态。因此， NMOS具备开关特性。本文又将NMOS器件Ql和Q2分别称为开关管Ql和 Q2。输出单元为并联连接在Q2两端，包括串联连接的电感元件L和电容元件 C，电容元件C的两端接入负载。对非隔离DC/DC转换器的控制的非隔离DC/DC控制电路包括内部控制逻 辑单元101和驱动单元102，由内部控制逻辑单元101 4是供逻辑控制信号到第 一驱动单元1021和第二驱动单元1022，第一驱动单元1021才艮据逻辑控制4言号 提供第一驱动信号到开关管Q1，第二驱动单元1022根据逻辑控制信号提供第 二驱动信号到开关管Q2,进而控制开关管Ql和Q2的开通和关断。图中>^^贵 到第一驱动单元1021的虚线部分表示第一驱动单元1021采用的基准电压。图 中反馈到第二驱动单元1022的虚线部分表示第二驱动单元1022采用的基准电 压。Ql的源极电压和Q2的漏极电压反馈到内部控制逻辑单元101供其提供逻 辑控制信号时作参考。同时，对输出的直流电压进行釆样并电压反馈单元反馈 到内部控制逻辑单元101,将采样输出直流电压与内部参考比较，然后通过控 制第一驱动单元1021和第二驱动单元1022输出有效驱动信号的时间长短来调 整开关管开通和关断的时间长短，实现输出直流电压的调整。通常第一驱动单元1021输出的第一驱动信号和第二驱动单元1022输出的 第二驱动信号不会同时有效， 一般第一驱动信号有效时，第二驱动信号为无效； 第二驱动信号有效时，第一驱动信号为无效。本文所述驱动信号有效是指在此驱动信号的驱动下开关管栅极和漏极之间达到正向电压而使其处于开通状态， 本文所述无效是指在此驱动信号的驱动下开关管栅极和漏极之间达不到正向 电压而使其处于关断状态。从第一驱动信号有效结束到第二驱动信号有效开 始，或者第二驱动信号有效结束到第一驱动信号有效开始的时间差称为死区时 间，如图3中的tl，又可以称为MOSFET开关时间。由于输出单元中一般连 接有储能元件如电感、电容，在其中一个MOSFET关断的情况下，由于电感中的电流不能立刻改变，因此电感中电流的变化会产生压降，导致回流，设置死区时间的目的是保证在其中一个MOSFET关断的情况下，使另一 MOSFET 的源极和漏极压差逐渐趋于零后才开通，否则可能导致烧坏电路。通常， MOSFET的开通时间(如图3中的t3)比开通时间(如图3中的t3)与关断时 间(如图3中的t2 )之和称为占空比。上述传统的非隔离DC/DC控制电路有一个明显的缺陷就是它只负责调整 输出直流电压，为了达到此目的，内部控制逻辑单元通过控制第一驱动信号和 第二驱动信号来调整Ql、 Q2开通和关断的时间长短，但是它不能精确确定"什 么时刻"来开通或关断MOSFET，即在关断其中一个MOSFET后，对开通另 一 MOSFET经历的死区时间控制是无序控制，是随机无序地设定死区时间的， 因此，MOSFET开通和关断瞬间总是存在着开关损耗。开关损耗是指非隔离DC/DC转换器中的MOSFET在开通和关断过程中所 产生的多余热量，这部分热量对于整个非隔离DC/DC转换器来说是无用的。 下面结合传统的非隔离DC/DC转换器，分析图2中MOSFET ( Ql)在一个开 关周期的工作状态来说明无用功是怎么产生的问题。如图4所示为MOSFET (Ql)工作时的电流电压波形图，也代表DC/DC 转换器中典型的MOSFET的电流电压波形图，^为Ql的源才及和漏极之间的 电压波形，/^为流过Q1的电流波形，在死区时间(包括开通时间f。，和关断时 间/&)内，它们交汇于^和/9。可以看到，Ql开通时，Ql的源极和漏极之间的电压尚未完全下降到零， 流过Q1的电流已经开始上升，最终达到最大值时，此时Q1的源极和漏极之 间的电压变为零。关断时，源极和漏极电压首先上升，然后电流才开始下降。 假定电压、电流上升和下降都是线性的。可以得到开关损耗i)^为其中r为Ql的开关周期，/为Ql的开关频率。对于非隔离DC/DC转换器，由于关断时间可以忽略不计，即G。M—般为零，所以可以认为MOSFET关断都 是零电压关闭的，而/，在通常情况下不为零，由式(l)得出，开关损耗总是存在的，它与开关频率，开关时间长短成正比，与占空比没有关系。因此DC/DC 变换电路中，开关频率越高，开关损耗就越大。随着非隔离DC/DC转换器朝着小型化、低电压、大电流的方向发展的趋 势越来越明显，为达到DC电路体积越来越小，很多电源芯片供应厂商极大提 高控制器的开关频率，从最先的40千赫兹提高到几百千赫兹，甚至上兆赫兹， 与此同时，传统的开关损耗一下子就提升了 10倍，甚至几十倍数，这个在传 统非隔离DC/DC转换器中并不突出问题的一下子变得尖4兌起来。例如一个300 千赫兹左右开关频率，效率能做到85%已经非常不容易了，而且随着输出电流 越大，开关频率越高，传统的非隔离DC/DC转换器由于其自身固有缺陷，在 提升效率时越发捉襟见肘，越发不能适应这种趋势。
技术实现思路
本专利技术提供了一种非隔离DC/DC控制电路及其提供逻辑控制信号的时序 控制方法及非隔离DC/DC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非隔离ＤＣ／ＤＣ控制电路，用于控制两个开关器件交替开通和关断来进行ＤＣ／ＤＣ转换，其特征在于，该电路包括：　电压检测单元，用于检测每一开关器件两端的压差信号；　内部控制逻辑单元，用于提供指示每一开关器件开通和关断的逻辑控制信 号，其中在提供指示其中一个开关器件关断的逻辑控制信号后，根据另一开关器件两端的压差信号确定开始提供指示该另一开关器件开通的逻辑控制信号的时刻；　驱动单元，用于根据所述逻辑控制信号提供驱动两个开关器件交替开通和关断的驱动信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈林峰，
申请(专利权)人：福建星网锐捷网络有限公司，
类型：发明
国别省市：35[中国|福建]