柵極驅(qū)動器啟動的零電壓開關(guān)的接通的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及零電壓切換(ZVS)，并且更特別地涉及與零電壓切換的控制相關(guān)聯(lián)的技術(shù)和電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在一些應(yīng)用中，使用零電壓切換(ZVS)來執(zhí)行功率開關(guān)的接通。與傳統(tǒng)的硬切換功率變換器相比，例如在功率變換器中使用ZVS可以增加效率。使用ZVS的功率變換器可以消除漏極電路切換損耗以及一些柵極電路切換損耗。使用ZVS的功率變換器還可以消除整流器反向恢復(fù)效應(yīng)并且在一些情況下可以消除溝道導(dǎo)通損耗。
[0003]ZVS接通通常通過到與被接通的開關(guān)并聯(lián)的二極管的電流換向來實現(xiàn)。在一些情況下，二極管中的電流的流動可以將跨開關(guān)的電壓鉗位為大致IV的值，其可以足夠接近零從而被認(rèn)為是過零點。在一些情況下，跨開關(guān)的電壓可以是負(fù)的。在接通期間的近似零電壓產(chǎn)生為零的接通損耗或者接近零的接通損耗，其結(jié)合關(guān)斷損耗的減小產(chǎn)生非常低的切換損耗并且因此有可能實現(xiàn)高的操作頻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]—般而言，描述可以確定跨開關(guān)的二極管何時導(dǎo)通的技術(shù)和電路。跨開關(guān)的二極管的導(dǎo)通可以用于確定零電壓切換(ZVS)應(yīng)當(dāng)何時出現(xiàn)。
[0005]在一些示例中，本公開內(nèi)容涉及一種監(jiān)測過電流和零電壓的方法，包括:監(jiān)測電子設(shè)備的輸入/輸出引腳以確定沒有執(zhí)行對電子設(shè)備的輸入/輸出引腳的過電流的監(jiān)測的時間段，并且將在沒有執(zhí)行對電子設(shè)備的輸入/輸出引腳的過電流的監(jiān)測的時間段期間的第一輸入電壓與第一參考電壓相比較以確定二極管何時傳導(dǎo)電流，二極管跨被監(jiān)測零電壓狀態(tài)的開關(guān)而定位，其中二極管傳導(dǎo)電流表明開關(guān)處于零電壓狀態(tài)。
[0006]在一個示例中，本公開內(nèi)容涉及一種電子設(shè)備，包括:用于監(jiān)測電子設(shè)備的輸入/輸出引腳以確定沒有執(zhí)行對電子設(shè)備的輸入/輸出引腳的過電流的監(jiān)測的時間段的電路；以及被配置成將在沒有執(zhí)行對電子設(shè)備的輸入/輸出引腳的過電流的監(jiān)測的時間段期間的第一輸入電壓與第一參考電壓相比較以確定二極管何時傳導(dǎo)電流的第一比較器，二極管跨被監(jiān)測零電壓狀態(tài)的開關(guān)而定位，其中二極管傳導(dǎo)電流表明開關(guān)處于零電壓狀態(tài)。
[0007]在另一示例中，本公開內(nèi)容涉及一種電子設(shè)備，包括:用于監(jiān)測電子設(shè)備的輸入/輸出引腳以確定沒有執(zhí)行對所述電子設(shè)備的所述輸入/輸出引腳的過電流的監(jiān)測的時間段的裝置；以及用于將在沒有執(zhí)行對電子設(shè)備的輸入/輸出引腳的過電流的監(jiān)測的時間段期間的第一輸入電壓與第一參考電壓相比較以確定二極管何時傳導(dǎo)電流的裝置，二極管跨被監(jiān)測零電壓狀態(tài)的開關(guān)而定位，其中二極管傳導(dǎo)電流表明開關(guān)處于零電壓狀態(tài)。
[0008]下面在附圖和描述中給出一個或多個示例的細(xì)節(jié)。本公開內(nèi)容的其他特征、目的和優(yōu)點根據(jù)描述和附圖并且根據(jù)權(quán)利要求將很清楚。
【附圖說明】
[0009]圖1是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個或多個方面的一個示例的電路圖。
[0010]圖2是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個或多個方面的電路的示例電流函數(shù)的時序圖。
[0011]圖3是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個或多個方面的實現(xiàn)零電壓切換(ZVS)接通和去飽和(DESAT)的系統(tǒng)的組合的框圖和電路圖。
[0012]圖4是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個或多個方面的低側(cè)驅(qū)動器的一個示例的框圖。
[0013]圖5是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個或多個方面的能夠使用的低側(cè)驅(qū)動器的另一示例的框圖。
[0014]圖6是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個或多個方面的監(jiān)測過電流和零電壓的示例方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]—般而言，描述可以在其中使用零電壓切換(ZVS)來執(zhí)行例如功率變換器中的功率開關(guān)的接通的應(yīng)用中使用的技術(shù)和電路。如以上所描述的，ZVS接通通?？梢允褂门c被接通的開關(guān)并聯(lián)的二極管通過電流換向來實現(xiàn)。二極管中的電流的流動將跨開關(guān)的電壓鉗位為大致IV的值，其可以足夠接近零從而被認(rèn)為是過零點。在一些情況下，跨金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管的電壓可以是負(fù)電壓。例如，在電流從連接到MOS晶體管的二極管的陽極向陰極流動時跨MOS晶體管的電壓可以是負(fù)電壓，其中二極管的陰極在MOS的漏極處并且二極管的陽極在MOS的源極處。出于這一應(yīng)用的目的，可以使用ZVS來指代零電壓切換和近似零電壓切換二者，包括低的正電壓和低的負(fù)電壓。例如，如果二極管導(dǎo)通，則其上通常具有小的電壓。對于硅二極管，這一電壓通?？梢允谴蠹s0.7伏特。在本公開內(nèi)容中，ZVS可以被用于指代與一個或少量二極管壓降相關(guān)的零電壓切換和近似零電壓切換二者。二極管壓降的數(shù)目可以與跨針對ZVS而被監(jiān)測的開關(guān)串聯(lián)使用的二極管的數(shù)目直接相關(guān)。通常，在一些示例中，跨開關(guān)使用單個二極管。
[0016]因為功率⑵等于電流⑴乘以電壓(V) (P = IV)，所以在接通期間的零電壓或近似零電壓可以產(chǎn)生為零的接通損耗或者接近零的接通損耗。低的功率損耗結(jié)合關(guān)斷損耗的減小可以產(chǎn)生非常低的切換損耗。在低的切換損耗的情況下，在一些情況下可以實現(xiàn)更高的操作頻率。例如，更高的操作頻率可以是有可能的，因為需要耗散更少功率，即因為用于每個接通-關(guān)斷或關(guān)斷-接通轉(zhuǎn)變的熱量對應(yīng)于功率損耗而出現(xiàn)。
[0017]在本公開內(nèi)容中所描述的系統(tǒng)和方法的一個實例中，可以使用現(xiàn)有的監(jiān)測引腳來提供多個功能。例如，單個監(jiān)測引腳可以具有包括一個或多個原始操作功能的增強的功能性以及以上提及的ZVS的另外的實現(xiàn)，以便重復(fù)使用現(xiàn)有的外部電路用于原始功能和附加功能。因此，減小了復(fù)雜性和面積消耗。
[0018]在使用ZVS技術(shù)的一些示例功率變換器設(shè)計中，接通時刻可以由控制器來掌控?？刂破魍ǔ？梢赃\行所討論的功率變換器的模型。模型可以用于使用所測量的參數(shù)來計算開關(guān)定時。模型通常是計算密集型的并且結(jié)果對精確的部件值敏感。由于所有部件以某些容限來制造并且精確值可以更多或更少地受到變換器操作(例如操作參數(shù))的影響，所以可能更難確保在所有操作條件下使用模型的最佳功率變換器操作。因此，系統(tǒng)可以有利地使用簡化的控制器結(jié)合根據(jù)電路的操作狀態(tài)來得到接通時刻的電路。
[0019]在另一示例中，根據(jù)本文中所描述的系統(tǒng)和方法，然而，例如由控制器來執(zhí)行的計算可以是不必要的，因為可以使用其他電路來檢測指示一個或多個零電壓開關(guān)的切換應(yīng)當(dāng)何時出現(xiàn)的各種電路的狀態(tài)。例如，可以使用確定二極管導(dǎo)通來根據(jù)ZVS條件確定一個或多個開關(guān)的切換應(yīng)當(dāng)何時出現(xiàn)。確定二極管導(dǎo)通以根據(jù)ZVS條件來判定何時接通開關(guān)可以減小控制器中所需要的計算，因為使用對應(yīng)的電路的驅(qū)動器可以控制先前由控制器來執(zhí)行的操作的方面。在一個示例中，可以在控制器外部執(zhí)行根據(jù)ZVS條件來接通開關(guān)，而可以由控制器來執(zhí)行關(guān)斷。當(dāng)控制器不需要執(zhí)行確定何時接通開關(guān)的處理時，即因為在控制器外部進(jìn)行何時接通開關(guān)的確定，所以控制器不需要具有描述應(yīng)當(dāng)何時接通開關(guān)的信息。描述應(yīng)當(dāng)何時接通開關(guān)的信息可以被稱為開關(guān)的接通的分析描述。開關(guān)的接通的分析描述可以表征何時接通開關(guān)。使用本文中所描述的系統(tǒng)和方法來確定二極管導(dǎo)通可以簡化或消除對于開關(guān)的接通的分析描述的需要，因為在一些示例中，幾乎或者完全不需要用于確定何時根據(jù)ZVS接通開關(guān)的計算，因為可以在控制器外部進(jìn)行確定。相反，可以關(guān)于可以指示應(yīng)當(dāng)何時根據(jù)ZVS條件來接通開關(guān)(例如如本文中所描述地通過確定電流何時流經(jīng)二極管)的一個或多個電路部件的條件進(jìn)行確定。例如，在一些情況下，可以監(jiān)測二極管的導(dǎo)通情況以確定應(yīng)當(dāng)何時接通開關(guān)?？梢允褂秒娮釉O(shè)備的驅(qū)動器中的模擬電路來檢測二極管的接通，如下面更詳細(xì)地描述的。在一些示例中，可以監(jiān)測二極管的導(dǎo)通情況以確定應(yīng)當(dāng)何時根據(jù)ZVS條件來接通開關(guān)并且可以使用微控制器來確定應(yīng)當(dāng)何時關(guān)斷開關(guān)。可以基于時間和電流或電壓來確定應(yīng)當(dāng)關(guān)斷開關(guān)的時間。例如，可以在啟動時和/或在被監(jiān)測的電路上的負(fù)載很低的時間期間關(guān)斷開關(guān)。在功率變換器操作中，可以在來自電感器的能量撤回能夠用通過開關(guān)的電流來補償時在某個負(fù)載處確定關(guān)斷。關(guān)斷可以基于特定電路來變化并且可以與輸出功率相關(guān)。
[0020]如本文中所描述的，在本公開內(nèi)容中所描述的系統(tǒng)和方法的一個示例中，可以使用現(xiàn)有的監(jiān)測引腳來提供多個功能。例如，單個監(jiān)測引腳可以具有包括一個或多個原始操作功能的增強的功能性以及以上提及的ZVS的另外的實現(xiàn)，以便重復(fù)使用現(xiàn)有的外部電路用于原始功能和附加功能二者。在一個示例中，可以使用設(shè)備上的相同的引腳并且重復(fù)使用其中一些或全部電路提供原始操作功能來監(jiān)測二極管的過電流和導(dǎo)通條件。例如，本文中所描述的DESAT電路可以提供過電流保護(hù)(即原始操作功能)和ZVS條件的檢測二者?？梢允褂枚O管的導(dǎo)通條件來確定應(yīng)當(dāng)何時根據(jù)ZVS條件來接通開關(guān)。通常，可以在幾乎或完全沒有對電子設(shè)備外部的電路的變化的情況下來實現(xiàn)本文中所描述的系統(tǒng)和方法。在一些示例中，可以添加外部電容器或者可以改變外部電容器的電容值。
[0021]圖1是圖示根據(jù)本公開內(nèi)容的一個或多個方面的一個示例的電路圖。使用圖1的示例電路來討論ZVS電流換向。術(shù)語“電流換向”用于描述由一個部件承載的電流移動為由另一部件來承載的情況，例如通過二極管的電流被轉(zhuǎn)移為流過開關(guān)的情況或者由開關(guān)承載的電流被轉(zhuǎn)移為