用于操作開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的電路和方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明包含用于控制開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器操作的電路和方法。可以控制高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，使得在兩個(gè)開(kāi)關(guān)均關(guān)斷時(shí)電感電流可以用于對(duì)中間開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)充電和/或放電。在一個(gè)實(shí)施例中，AC級(jí)的低電平到高電平的轉(zhuǎn)變和高電平到低電平的轉(zhuǎn)變之間延時(shí)可以在DC級(jí)的多個(gè)周期內(nèi)循環(huán)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于操作開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的電路和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2013年11月26日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)案61/909，041的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容在此以引用的方式全部并入本文。本申請(qǐng)要求于2014年6月26日提交的美國(guó)非臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)案14/315,768的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容在此以引用的方式全部并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及電子系統(tǒng)和方法，特別地，涉及用于操作開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的電路及方法。
【背景技術(shù)】
[0004]開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器通常包含高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)。這些開(kāi)關(guān)的操作方式會(huì)影響調(diào)節(jié)器的效率。舉例而言，電壓調(diào)節(jié)器的同步輸出級(jí)的最佳利用可以取決于調(diào)節(jié)功率FET柵極信號(hào)的能力。因?yàn)轶w二極管導(dǎo)通和體二極管反向恢復(fù)而導(dǎo)致的過(guò)長(zhǎng)的死區(qū)時(shí)間(FET均關(guān)斷的時(shí)間)可以引起效率損耗?；蛘?，如果死區(qū)時(shí)間太短(或者反向)，兩個(gè)功率FET的同步導(dǎo)通也會(huì)降低效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明包含用于操作開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的電路及方法。本發(fā)明包含用于控制開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器操作的電路及方法?？梢钥刂聘邆?cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷，使得在兩個(gè)開(kāi)關(guān)均關(guān)斷時(shí)電感電流可以用于對(duì)中間開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)充電和/或放電。在一個(gè)實(shí)施例中，AC級(jí)的低電平到高電平的轉(zhuǎn)變期間和高電平到低電平的轉(zhuǎn)變期間之間的延遲可以在DC級(jí)的多個(gè)周期內(nèi)循環(huán)。
[0006]以下具體描述和附圖提供了對(duì)本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)更好的理解。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1示出了對(duì)與開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的寄生電容充電和放電。
[0008]圖2顯示了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的波形。
[0009]圖3示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包含死區(qū)時(shí)間控制的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。
[0010]圖4示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖3中的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的波形。
[0011]圖5示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖3中的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的額外的波形。
[0012]圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖3中的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的額外的波形。
[0013]圖7示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于控制死區(qū)時(shí)間的示例性電路。
[0014]圖8示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于產(chǎn)生高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電路。
[0015]圖9示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖8中的電路的波形。
[0016]圖10示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例性可編程延遲電路。
[0017]圖11顯示了用于控制正向和負(fù)向(重疊)死區(qū)時(shí)間的示例性電路，包含額外的可編程延遲元件以控制負(fù)向死區(qū)時(shí)間。
[0018]圖12示出了負(fù)向死區(qū)時(shí)間的波形。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器。在以下描述中，出于解釋的目的，闡述了大量示例和具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，如在權(quán)利要求中所表達(dá)的本發(fā)明顯然可以?xún)H僅包括這些示例中的一些或者所有特征或者與下文所描述的其它特征相組合，并且可以進(jìn)一步包括本文所描述的特征和概念的修改和等效。
[0020]本發(fā)明的實(shí)施例包括用于操作開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的電路和方法。圖1示出了對(duì)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中的電容充電和放電。開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器100包含在第一供電電壓Vin和中間節(jié)點(diǎn)SW之間的高側(cè)開(kāi)關(guān)101和在節(jié)點(diǎn)SW和第二供電電壓(此處為地)之間的低側(cè)開(kāi)關(guān)102。舉例而言，可以使用MOS晶體管實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)1I和102。因?yàn)镸OS器件的源極或者漏極電容，節(jié)點(diǎn)SW可以具有相關(guān)的寄生電容Cp。此外，可以在地和節(jié)點(diǎn)SW之間形成二極管D(例如，在MOS器件的本體中)ο 二極管D可以提供節(jié)點(diǎn)SW的寄生電容。
[0021]在操作期間，高側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)HS可以關(guān)斷和導(dǎo)通開(kāi)關(guān)101并且低側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)LS可以關(guān)斷和導(dǎo)通開(kāi)關(guān)102。通常，當(dāng)開(kāi)關(guān)101導(dǎo)通時(shí)，Vin耦合至節(jié)點(diǎn)SW以增大電感L 122中的電流。在該時(shí)間段內(nèi)，開(kāi)關(guān)102關(guān)斷。同樣地，當(dāng)開(kāi)關(guān)102導(dǎo)通時(shí)，節(jié)點(diǎn)SW耦合至地以減小電感L122中的電流。在該時(shí)間段內(nèi)，開(kāi)關(guān)101關(guān)斷。
[0022]圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的波形。圖2顯示了高側(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)HS為高(開(kāi)關(guān)101導(dǎo)通)，如220所示，而低側(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)LS為低(開(kāi)關(guān)102關(guān)斷)，如221所示。當(dāng)LS為高時(shí)(開(kāi)關(guān)102導(dǎo)通)，HS為低(開(kāi)關(guān)101關(guān)斷)。圖2進(jìn)一步示出了時(shí)間段210和211，在此被稱(chēng)為“死區(qū)時(shí)間”。時(shí)間210表示當(dāng)開(kāi)關(guān)101導(dǎo)通(且開(kāi)關(guān)102關(guān)斷)時(shí)的狀態(tài)和當(dāng)開(kāi)關(guān)102導(dǎo)通(且開(kāi)關(guān)101關(guān)斷)時(shí)的狀態(tài)之間的時(shí)間段。同樣地，時(shí)間211表示當(dāng)開(kāi)關(guān)102導(dǎo)通(且開(kāi)關(guān)101關(guān)斷)時(shí)的狀態(tài)和當(dāng)開(kāi)關(guān)101導(dǎo)通(且開(kāi)關(guān)102關(guān)斷)時(shí)的狀態(tài)之間的時(shí)間段。這些時(shí)間段可以影響系統(tǒng)的性能。舉例而言，如果這些死區(qū)時(shí)間太短(或者為負(fù))，兩個(gè)開(kāi)關(guān)可能同時(shí)導(dǎo)通，使得Vin直接耦合到地，導(dǎo)致引起功率損耗的“直通”電流產(chǎn)生。
[0023]圖1和2示出了涉及死區(qū)時(shí)間的另一個(gè)問(wèn)題。如圖2所示，當(dāng)HS為高時(shí)，如222所示，節(jié)點(diǎn)SW在Vin處，并且如223所示，電感中的電流增大。當(dāng)HS變?yōu)榈蜁r(shí)，由于正向電感電流Ilpos對(duì)SW放電，Vin開(kāi)始下降。如果死區(qū)時(shí)間太長(zhǎng)，正向電感電流可能對(duì)電容Cp放電并導(dǎo)通二極管D，導(dǎo)致SW上的電壓下降到低于地電位。如果SW上的電壓低于地電位，則當(dāng)LS變?yōu)楦邥r(shí)，必須通過(guò)地對(duì)Cp (包含二極管D的結(jié)電容)充電，其進(jìn)一步產(chǎn)生了功率損耗。
[0024]本發(fā)明的實(shí)施例包含在高電平到低電平的轉(zhuǎn)變期間(S卩，關(guān)斷開(kāi)關(guān)101和導(dǎo)通開(kāi)關(guān)102的轉(zhuǎn)變期間)使用正向電感電流對(duì)中間節(jié)點(diǎn)SW的電容放電或者在低電平到高電平的轉(zhuǎn)變期間(即，關(guān)斷開(kāi)關(guān)102和導(dǎo)通開(kāi)關(guān)101的轉(zhuǎn)變期間)使用負(fù)向電感電流對(duì)中間節(jié)點(diǎn)SW的電容充電。本發(fā)明的實(shí)施例可以設(shè)置高側(cè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷和低側(cè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通之間的時(shí)間段，使得在該時(shí)間段內(nèi)，正向電流對(duì)中間節(jié)點(diǎn)SW放電至一個(gè)電壓(例如，Vsw = gnd)，其中低側(cè)開(kāi)關(guān)上的電壓為0V。同樣地，本發(fā)明的實(shí)施例可以設(shè)置低側(cè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷和高側(cè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通之間的時(shí)間段，使得在該時(shí)間段內(nèi)，負(fù)向電流對(duì)中間節(jié)點(diǎn)SW充電至一個(gè)電壓(例如，Vsw = Vin)，其中高側(cè)開(kāi)關(guān)上的電壓為0V。舉例而言，當(dāng)開(kāi)關(guān)上的電壓(例如，源極-漏極電壓)為OV時(shí)，導(dǎo)通低側(cè)開(kāi)關(guān)和/或尚側(cè)開(kāi)關(guān)可以減小功率損耗并提尚開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的效率。
[0025]圖2示出了示例性開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的操作。當(dāng)HS為高且LS為低時(shí)，節(jié)點(diǎn)SW在Vin處且電感電流為正并增大。當(dāng)HS變?yōu)榈?，開(kāi)關(guān)101關(guān)斷，并且由于正向電感電流對(duì)節(jié)點(diǎn)SW和Cp放電，SW上的電壓減小。在SW上的電壓減小到低于輸出電壓Vo后，電感中的電流開(kāi)始減小。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)SW接近OV時(shí)(例如，在二極管D變?yōu)檎蚱貌㈤_(kāi)始傳導(dǎo)電流時(shí))，電路被配置為驅(qū)動(dòng)LS為高。同樣地，當(dāng)LS為高且HS為低時(shí)，節(jié)點(diǎn)SW接地(OV)且電感電流為負(fù)并減小。當(dāng)LS變?yōu)榈?，開(kāi)關(guān)102關(guān)斷，并且由于負(fù)向電感電流流入節(jié)點(diǎn)SW和Cp，SW上的電壓開(kāi)始增大。在SW上的電壓增大到高于輸出電壓Vo后，電感中的電流開(kāi)始增大。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)SW接近Vin時(shí)，電路被配置為驅(qū)動(dòng)HS為高。應(yīng)當(dāng)理解的是在不同電路中可以單獨(dú)使用上述技術(shù)，其中如上面所述的一個(gè)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器可以產(chǎn)生時(shí)間段210以對(duì)SW放電而不是對(duì)SW充電，并且其中如上面所述的另一個(gè)開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器可以產(chǎn)生時(shí)間段211以對(duì)SW充電而不是對(duì)SW放電。在下面所述的一個(gè)示例性實(shí)施例中，舉例而言，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器可以包括用于產(chǎn)生時(shí)間段210和211的電路以對(duì)SW充電和放電，并提高系統(tǒng)的效率。
[0026]上述技術(shù)的一個(gè)示例性應(yīng)用是在如圖3所示的具有AC級(jí)(或階段)和DC級(jí)(或階段)的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中。在共同擁有的發(fā)明名稱(chēng)為“SWITCHING REGULATOR CIRCUITS ANDMETHODS，，，發(fā)明人為David Christian Gernard Tournatory和Kevin Kennedy Johnstone的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案14/144，169中描述了具有AC和DC級(jí)的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的操作，該案內(nèi)容在此以引用的方式全部并入本文。在一些buck調(diào)節(jié)器應(yīng)用中，其中Vin大于Vout，電路通常是正的。因此，使用上述充電和放電技術(shù)可能是不切實(shí)際的。然而，在一些實(shí)施例中，在中載和重載時(shí)AC級(jí)可以消除DC級(jí)紋波，并且在輕載時(shí)DC級(jí)可以關(guān)閉且AC級(jí)可以用于為負(fù)載提供電流(例如，而不需要執(zhí)行紋波消除)，如共同擁有且同時(shí)申請(qǐng)的發(fā)明名稱(chēng)為“SWITCHINGRE⑶LATOR CIRCUITS AND METHODS”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案14/315,682中所描述的，該案的內(nèi)容在此以引用的方式全部并入本文。在這些情況下，電感電流可以為正也可以為負(fù)。
[0027]圖4示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖3中的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的波形。在這個(gè)示例中，AC級(jí)用于主動(dòng)消除DC級(jí)的紋波電流。在這個(gè)情況下，舉例而言，AC級(jí)不提供任何負(fù)載電流并且其電感電流以零為中心并可以用于在兩個(gè)轉(zhuǎn)變期間對(duì)AC級(jí)的輸出節(jié)點(diǎn)充電或放電。因此，在一些實(shí)施例中，AC級(jí)中的電流ILAC可以為正也可以為負(fù)。因此，舉例而言，一些實(shí)施例可以包含電路，以建立高側(cè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷和低側(cè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通之間的死區(qū)時(shí)間，以使用正向電感電流對(duì)節(jié)點(diǎn)SW放電至0V，并建立低側(cè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷和高側(cè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通之間的死區(qū)時(shí)間，以使用負(fù)向電感電流對(duì)節(jié)點(diǎn)SW充電至Vin。
[0028]圖5示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖3中的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的額外波形。當(dāng)在SWAC節(jié)點(diǎn)從高電平到低電平轉(zhuǎn)變的期間，電感電流為正時(shí)，正向電感電流對(duì)SWAC節(jié)點(diǎn)放電至地，如501-504所示。另一方面，當(dāng)在SWAC節(jié)點(diǎn)從低電平到高電平轉(zhuǎn)變的期間，電感電流為負(fù)時(shí)，負(fù)向電感電流對(duì)SWAC節(jié)點(diǎn)充電至VIN，如505-508所示。圖5示出了從高電平到低電平(H2L)的死區(qū)時(shí)間，以將SWAC從Vin減小到地，以及從低電平到高電平(L2H)的死區(qū)時(shí)間，以將SWAC從地增大到Vin，其可以提高開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的效率，舉例而言。
[0029]圖6示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖3中的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的額外波形。在一些應(yīng)用中，AC級(jí)可以不提供DC電流并可以以零為中心。如圖6所示，其分別在610顯示了高側(cè)DC開(kāi)關(guān)，在611顯示了DC周期內(nèi)的DC電流，在612顯示了DC周期內(nèi)的AC電流，以及在613和614顯示了AC級(jí)的HS和LS開(kāi)關(guān)。舉例而言，在重載或滿(mǎn)載期間，AC級(jí)執(zhí)行紋波消除，其中電感電流可以變?yōu)檎蛞部梢宰優(yōu)樨?fù)向。如圖6所示，對(duì)于整個(gè)周期內(nèi)不同的轉(zhuǎn)變期間，電感電流ILAC可以是不同的。在這個(gè)示例中，電感電流在DC級(jí)的多個(gè)完整周期內(nèi)呈現(xiàn)重復(fù)的正值和負(fù)值，以消除DC紋波。因此，對(duì)于每個(gè)周期，預(yù)測(cè)對(duì)于不同HS/LS轉(zhuǎn)變期間的最佳死區(qū)時(shí)間是可能的。舉例而言，可以通過(guò)模擬或者特征化發(fā)生預(yù)測(cè)，并且可以存儲(chǔ)針對(duì)特定轉(zhuǎn)變期間用于設(shè)置不同受控時(shí)間段所得到的參數(shù)用于操作期間的使用。因此，用于產(chǎn)生這些重復(fù)電流的PWM信號(hào)也在DC級(jí)的完整周期之后重復(fù)。舉例而言，圖6示出了高側(cè)PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)HSAC 613，其在DC級(jí)的周期之后以每循環(huán)為6個(gè)PffM周期重復(fù)。同樣地，圖6示出了低側(cè)PffM驅(qū)動(dòng)信號(hào)LSAC 614，其在DC級(jí)的周期之后以每循環(huán)為6個(gè)P麗周期重復(fù)，舉例而言。因?yàn)锳C電感電流保持以O(shè)為中心而不管DC電感承載的電流量，可以預(yù)測(cè)在DC級(jí)周期內(nèi)的每個(gè)轉(zhuǎn)變期間的最佳死區(qū)時(shí)間。可以在DC級(jí)的多個(gè)周期內(nèi)存儲(chǔ)和重復(fù)死區(qū)時(shí)間，以?xún)?yōu)化SWAC節(jié)點(diǎn)上的并聯(lián)電容的充電和放電。舉例而言，當(dāng)DC級(jí)主動(dòng)且AC級(jí)用于消除DC級(jí)的電流紋波時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)死區(qū)時(shí)間的循環(huán)。
[0030]在一個(gè)實(shí)施例中，可以存儲(chǔ)和循環(huán)對(duì)于高-低和低-高轉(zhuǎn)變期間預(yù)定的時(shí)間段(死區(qū)時(shí)間)，以產(chǎn)生一系列死區(qū)時(shí)間值(例如，延遲)以?xún)?yōu)化轉(zhuǎn)變。在圖6所示的示例中，電路經(jīng)設(shè)計(jì)具有在啟動(dòng)階段編程并獨(dú)立調(diào)整的12個(gè)參數(shù)，以?xún)?yōu)化死區(qū)時(shí)間減小損耗。存儲(chǔ)并循環(huán)這些最佳值。舉例而言，針對(duì)在615所顯示的低-高轉(zhuǎn)變(L2H_DT)，可以循環(huán)6個(gè)不同的死區(qū)時(shí)間值。同樣地，針對(duì)在616所顯示的高-低轉(zhuǎn)變(H2L_DT)，可以循環(huán)6個(gè)不同的死區(qū)時(shí)間值。在LSAC信號(hào)的下降沿(例如，當(dāng)?shù)蛡?cè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷且SW變?yōu)楦邥r(shí))，L2H_DT值可以是有效的，以及在HSAC信號(hào)的下降沿(例如，當(dāng)高側(cè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷且SW變?yōu)榈蜁r(shí))，H2L_DT值可以是有效地。如圖6所示的，不同的低-高轉(zhuǎn)變期間具有對(duì)應(yīng)的死區(qū)時(shí)間值并且不同的高-低轉(zhuǎn)變期間具有對(duì)應(yīng)的死區(qū)時(shí)間值。在下面具體描述的一個(gè)示例性實(shí)施例中，死區(qū)時(shí)間值是用于延遲編程的數(shù)字值。從圖6可以看出四種情形:(I)正向電感電流650的H2L延遲(延遲>0)，(2)負(fù)向電感電流651的H2L延遲(延遲接近但是大于零以防止直通電流)，(3)正向電感電流652的L2H延遲(延遲接近但是大于零以防止直通電流)，以及(4)負(fù)向電感電流653的L2H延遲(延遲>0)。
[0031]圖7示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的控制死區(qū)時(shí)間的示例性電路。在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器可以包括驅(qū)動(dòng)比較器702產(chǎn)生HVM信號(hào)的反饋環(huán)路701(FB環(huán)路)。舉例而言，Pmi信號(hào)可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制電路703耦合以分別產(chǎn)生高側(cè)HS和低側(cè)LS開(kāi)關(guān)信號(hào)HASC和LSAC。驅(qū)動(dòng)控制電路703可以包括如下面所具體描述的可編程延遲。在這個(gè)示例中，第一多路復(fù)用器(MUX)721接收低-高死區(qū)時(shí)間的N個(gè)預(yù)定值，其可以用于控制驅(qū)動(dòng)控制703中的可編程延遲。使用通過(guò)HSAC信號(hào)的下降沿鎖定的L2H_DT計(jì)數(shù)器720將死區(qū)時(shí)間值依次提供至驅(qū)動(dòng)控制電路703的輸入端。HSAC信號(hào)的下降沿指示對(duì)應(yīng)于高-低轉(zhuǎn)變，高側(cè)開(kāi)關(guān)何時(shí)關(guān)斷，其是低-高死區(qū)時(shí)間不需要且可以改變序列中的下一個(gè)數(shù)值的時(shí)間。使用高側(cè)DC級(jí)的上升沿重置L2H_DT計(jì)數(shù)器720，其指示序列的重新開(kāi)始。
[0032]同樣地，第二多路復(fù)用器(MUX)731接收高-低死區(qū)時(shí)間的另外N個(gè)預(yù)定值，其可以用于控制驅(qū)動(dòng)控制703中的可編程延遲。使用通過(guò)HSAC信號(hào)的上升沿鎖定的H2L_DT計(jì)數(shù)器730可以依次提供死區(qū)時(shí)間值至驅(qū)動(dòng)控制電路703的輸入端。HSAC信號(hào)的上升沿指示對(duì)應(yīng)于低-高轉(zhuǎn)變，高側(cè)開(kāi)關(guān)何時(shí)導(dǎo)通，其是高-低死區(qū)時(shí)間不需要且可以改變序列中的下一個(gè)數(shù)值的時(shí)間。使用高側(cè)DC級(jí)的上升沿重置H2L_DT計(jì)數(shù)器720，其指示序列的重新開(kāi)始。在一個(gè)示例性實(shí)現(xiàn)方式中，各自針對(duì)H2L_DT和L2H_DT死區(qū)時(shí)間延遲，使用4位提供死區(qū)時(shí)間的12個(gè)數(shù)值。此外，舉例而言，針對(duì)負(fù)死區(qū)時(shí)間，可以使用標(biāo)記位，以消除通過(guò)低側(cè)驅(qū)動(dòng)器且長(zhǎng)于高側(cè)驅(qū)動(dòng)器的延遲。
[0033]圖8示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的用于產(chǎn)生高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電路。圖8中的電路是具有用于控制低-高死區(qū)時(shí)間和高-低死區(qū)時(shí)間的可編程延遲電路的驅(qū)動(dòng)控制電路的一個(gè)示例。在這個(gè)示例中，P麗信號(hào)HS_CTRL通過(guò)高側(cè)通道耦合以產(chǎn)生高側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)HS和通過(guò)低側(cè)通道耦合以產(chǎn)生低側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)LS。高側(cè)通道包括接收L2H_DT的第一可編程延遲模塊810，其延遲了高側(cè)信號(hào)HS導(dǎo)通的時(shí)間，其導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)SW從低到高的轉(zhuǎn)變。在這個(gè)示例中，HS_CTRL耦合至與門(mén)811的一個(gè)輸入端。HS_CTRL的延遲版本(表示為“HS.d” )耦合至與門(mén)811的另一個(gè)輸入端。因此，HS僅僅在與門(mén)811同時(shí)接收HS_CTRL和HS.d時(shí)變?yōu)楦?。如上所述，L2H_DT包括死區(qū)時(shí)間(或延遲)值。因此，L2H_DT可以用于控制HS_CTRL和HS.d之間的延遲，其控制HS和高側(cè)開(kāi)關(guān)的時(shí)刻。
[0034]同樣地，低側(cè)通道包括反相器822和接收H2L_DT的第一可編程延遲模塊820，其延遲了低側(cè)信號(hào)LS導(dǎo)通的時(shí)間，其導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)SW從高到低的轉(zhuǎn)變。在這個(gè)示例中，HS_CTRL*(HS_CTRL的反相)耦合至與門(mén)821的一個(gè)輸入端。HS_CTRL*的延遲版本(表示為“LS.d”)耦合至與門(mén)821的另一個(gè)輸入端。因此，LS僅僅在與門(mén)821同時(shí)接收肥_(^此*和1^.d時(shí)變?yōu)楦?。如上所述，H2L_DT包括死區(qū)時(shí)間(或延遲)值。因此，H2L_DT可以用于控制HS_CTRL*和LS.d之間的延遲，其控制LS和低側(cè)開(kāi)關(guān)的時(shí)刻。
[0035]圖9示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖8中電路的波形。如圖9所示，通過(guò)L2H_DT的可編程值控制LS的下降沿(低側(cè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷)和HS的上升沿(高側(cè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通)之間一一即，低-高轉(zhuǎn)變的時(shí)間延遲。同樣地，通過(guò)H2L_DT的可編程值控制HS的下降沿(高側(cè)開(kāi)關(guān)關(guān)斷)和LS的上升沿(低側(cè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通)之間一一即，高-低轉(zhuǎn)變的時(shí)間延遲。
[0036]圖10示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的示例性可編程延遲電路。在這個(gè)示例中，反相器1001-1008可以用作延遲元件。如圖所示配置反相器。開(kāi)關(guān)SW(0-3)可以被配置為增大或減小該延遲。舉例而言，最小延遲可以導(dǎo)通SW(O)和關(guān)斷所有其它開(kāi)關(guān)。通過(guò)導(dǎo)通SW(I)和關(guān)斷所有其它開(kāi)關(guān)可以獲得逐步延長(zhǎng)的延遲。信號(hào)路徑中的反相器的數(shù)量和對(duì)應(yīng)的延遲可以相應(yīng)地增加。更多的延遲可以提高效率，因?yàn)殡娐肥褂秒姼兄械碾娏鲗?duì)SW節(jié)點(diǎn)充電，而不使用SW節(jié)點(diǎn)上的電荷。短延遲產(chǎn)生較短的死區(qū)時(shí)間，并且電路僅僅使用延遲電路實(shí)際需要的死區(qū)時(shí)間。舉例而言，較短的延遲使用較少的反相器和較少的功率。
[0037]圖11顯示了用于控制正向和負(fù)向(重疊)死區(qū)時(shí)間的示例性電路，其包括額外的可編程延遲元件以控制負(fù)向死區(qū)時(shí)間。為了建立負(fù)向(或者重疊)H2L死區(qū)時(shí)間，延遲H2L_DT等于零(H2L_DT = O)并且延遲H2L_N_DT不等于零(H2L_N_DT! = O)。為了建立正向(或者重疊)L2H死區(qū)時(shí)間，延遲L2H_DT = O并且延遲L2H_N_DT != O。圖12示出了負(fù)向死區(qū)時(shí)間的波形。舉例而言，上述電路可以提供正向和負(fù)向延遲控制，以將邊沿配置為最大效率。
[0038]其它示例性實(shí)施例
[0039]本發(fā)明的不同實(shí)施例和示例性實(shí)現(xiàn)方式可以采取不同形式。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種方法，其包括關(guān)斷開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中的第一開(kāi)關(guān)，在第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷后導(dǎo)通開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中的第二開(kāi)關(guān)，其中第二開(kāi)關(guān)在一個(gè)受控時(shí)間段之后導(dǎo)通，其中電感中的電流改變第一開(kāi)關(guān)的第一端和第二開(kāi)關(guān)的第一端之間的節(jié)點(diǎn)上的電壓，以及其中配置受控時(shí)間段使得當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，在受控時(shí)間段之后，第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)上的電壓大致等于第二開(kāi)關(guān)的第二端上的電壓。
[0040]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其包括第一開(kāi)關(guān)，其具有耦合至第一電壓的第一端和耦合至開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的第二端;第二開(kāi)關(guān)，其具有耦合至開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的第一端和耦合至第二電壓的第二端；電感，其具有耦合至開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的第一端和耦合至開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器輸出節(jié)點(diǎn)的第二端；以及驅(qū)動(dòng)電路，用于產(chǎn)生使第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷的第一信號(hào)和產(chǎn)生使第二開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷的第二信號(hào)，其中第二開(kāi)關(guān)在第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷后導(dǎo)通，其中在第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷和第二開(kāi)關(guān)導(dǎo)通之間的時(shí)間段是一個(gè)受控時(shí)間段，其中電感中的電流改變開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上的電壓，以及其中配置受控時(shí)間段使得當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)在受控時(shí)間段后，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上的電壓大致等于第二開(kāi)關(guān)的第二端上的電壓。
[0041]在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路進(jìn)一步包括可編程延遲電路以產(chǎn)生受控時(shí)間段。
[0042]在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器包括AC級(jí)和DC級(jí)，AC級(jí)包括第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)，并且其中在第一操作模式中，AC級(jí)消除DC級(jí)的紋波，以及進(jìn)一步包括在DC級(jí)的周期內(nèi)的多個(gè)受控時(shí)間段，其中不同受控時(shí)間段對(duì)應(yīng)于在多個(gè)轉(zhuǎn)變期間內(nèi)AC級(jí)中的不同電感電流。
[0043]在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)第一受控時(shí)間段對(duì)應(yīng)于AC級(jí)中的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)高電平到低電平轉(zhuǎn)變期間內(nèi)AC級(jí)中的不同電感電流，以及其中多個(gè)第二受控時(shí)間段對(duì)應(yīng)于AC級(jí)中的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)低電平到高電平轉(zhuǎn)變期間內(nèi)AC級(jí)中的不同電感電流，所述高電平到低電平轉(zhuǎn)變期間為第一轉(zhuǎn)變，所述低電平到高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙D(zhuǎn)變。
[0044]在一個(gè)實(shí)施例中，在低電平到高電平的轉(zhuǎn)變期間配置多個(gè)第一受控時(shí)間段，以及其中在高電平到低電平的轉(zhuǎn)變期間配置多個(gè)第二受控時(shí)間段。
[0045]在一個(gè)實(shí)施例中，在DC級(jí)的多個(gè)周期內(nèi)重復(fù)多個(gè)受控時(shí)間段。
[0046]在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)受控時(shí)間段存儲(chǔ)為多個(gè)數(shù)字值。
[0047]在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)數(shù)字值用于多個(gè)延遲的編程。
[0048]在一個(gè)實(shí)施例中，第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)是MOS晶體管。
[0049]在一個(gè)實(shí)施例中，第一開(kāi)關(guān)是高側(cè)開(kāi)關(guān)且第二開(kāi)關(guān)是低側(cè)開(kāi)關(guān)，以及其中電感中的電流使節(jié)點(diǎn)上的電壓減小。
[0050]在一個(gè)實(shí)施例中，第一開(kāi)關(guān)是低側(cè)開(kāi)關(guān)且第二開(kāi)關(guān)是高側(cè)開(kāi)關(guān)，以及其中電感中的電流使節(jié)點(diǎn)上的電壓增大。
[0051 ]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種方法，其包括關(guān)斷開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器中的第一開(kāi)關(guān)，在第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷后導(dǎo)通開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的第二開(kāi)關(guān)，其中第二開(kāi)關(guān)在一個(gè)受控時(shí)間段之后導(dǎo)通，其中電感中的電流改變第一開(kāi)關(guān)的第一端和第二開(kāi)關(guān)的第一端之間的節(jié)點(diǎn)上的電壓，以及其中配置受控時(shí)間段使得當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，在受控時(shí)間段之后，第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)上的電壓大致等于第二開(kāi)關(guān)的第二端上的電壓。
[0052]在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器包括AC級(jí)和DC級(jí)，AC級(jí)包括第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)，并且其中受控時(shí)間段包括在DC級(jí)的周期內(nèi)的多個(gè)時(shí)間段。
[0053]在另一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)受控時(shí)間段在DC級(jí)的每個(gè)周期內(nèi)重復(fù)。
[0054]在另一個(gè)實(shí)施例中，第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)是MOS晶體管。
[0055]在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括一種包括開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的電路，該開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器包括第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、電感和驅(qū)動(dòng)電路，以產(chǎn)生第一信號(hào)以導(dǎo)通和關(guān)斷第一開(kāi)關(guān)，以及產(chǎn)生第二信號(hào)以導(dǎo)通和關(guān)斷第二開(kāi)關(guān)，以及可編程延遲電路以產(chǎn)生可控時(shí)間段。第二開(kāi)關(guān)在第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷后導(dǎo)通，并且第二開(kāi)關(guān)在受控時(shí)間段后導(dǎo)通。電感中的電流改變第一開(kāi)關(guān)的第一端和第二開(kāi)關(guān)的第一端之間的節(jié)點(diǎn)上的電壓，并且當(dāng)?shù)诙_(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，在受控時(shí)間段后，受控時(shí)間段被配置為使得第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)上的電壓大致等于第二開(kāi)關(guān)的第二端上的電壓。
[0056]以上描述示出了本發(fā)明的各種實(shí)施例以及具體實(shí)施例的各方面如何實(shí)施的示例。上述示例不應(yīng)被認(rèn)為是唯一的實(shí)施例，并且被呈現(xiàn)以示出通過(guò)以下的權(quán)利要求所定義的各種實(shí)施例的靈活性和優(yōu)點(diǎn)?；谏鲜龉_(kāi)的內(nèi)容和以下的權(quán)利要求，并且可以在不脫離由權(quán)利要求所定義的實(shí)施例的精神和范圍的情況下采用其它配置、實(shí)施例、實(shí)施方案和等效。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種方法，包括: 關(guān)斷開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器第一級(jí)中的第一開(kāi)關(guān)，所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器進(jìn)一步包括第二級(jí)； 在所述第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷后導(dǎo)通所述開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的所述第一級(jí)中的第二開(kāi)關(guān)， 其中所述第二開(kāi)關(guān)在多個(gè)受控時(shí)間段中的一個(gè)時(shí)間段之后導(dǎo)通，其中電感中的電流改變所述第一開(kāi)關(guān)的第一端和所述第二開(kāi)關(guān)的第一端之間的節(jié)點(diǎn)上的電壓，以及其中所述受控時(shí)間段根據(jù)不同輸出電流配置，使得當(dāng)所述第二開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，在每個(gè)受控時(shí)間段之后，所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)之間的所述節(jié)點(diǎn)上的所述電壓大致等于所述第二開(kāi)關(guān)的第二端上的電壓。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在第一操作模式中，所述第一級(jí)消除所述第二級(jí)中的紋波，以及其中所述多個(gè)受控時(shí)間段發(fā)生在所述第二級(jí)的周期內(nèi)，其中不同受控時(shí)間段對(duì)應(yīng)于在多個(gè)轉(zhuǎn)變期間所述第一級(jí)內(nèi)的不同電感電流。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中多個(gè)第一受控時(shí)間段對(duì)應(yīng)于所述第一級(jí)中的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)高電平到低電平轉(zhuǎn)變期間內(nèi)所述第一級(jí)中的不同電感電流，以及其中多個(gè)第二受控時(shí)間段對(duì)應(yīng)于所述第一級(jí)中的所述開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)低電平到高電平轉(zhuǎn)變期間內(nèi)所述第一級(jí)中的不同電感電流，所述高電平到低電平轉(zhuǎn)變期間為第一轉(zhuǎn)變，所述低電平到高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙D(zhuǎn)變。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中在低電平到高電平的轉(zhuǎn)變期間配置所述多個(gè)第一受控時(shí)間段，以及其中在高電平到低電平的轉(zhuǎn)變期間配置所述多個(gè)第二受控時(shí)間段。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述第二級(jí)的多個(gè)周期內(nèi)重復(fù)所述多個(gè)受控時(shí)間段。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個(gè)受控時(shí)間段存儲(chǔ)為多個(gè)數(shù)字值。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述多個(gè)數(shù)字值用于多個(gè)延遲的編程。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)是MOS晶體管。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一開(kāi)關(guān)是高側(cè)開(kāi)關(guān)且所述第二開(kāi)關(guān)是低側(cè)開(kāi)關(guān)，以及其中所述電感中的所述電流使所述節(jié)點(diǎn)上的所述電壓減小。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一開(kāi)關(guān)是低側(cè)開(kāi)關(guān)且所述第二開(kāi)關(guān)是高側(cè)開(kāi)關(guān)，以及其中所述電感中的所述電流使所述節(jié)點(diǎn)上的所述電壓增大。11.一種開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，包括第一級(jí)和第二級(jí)，所述第一級(jí)包括: 第一開(kāi)關(guān)，其具有耦合至第一電壓的第一端和耦合至開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的第二端； 第二開(kāi)關(guān)，其具有耦合至所述開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的第一端和耦合至第二電壓的第二端； 電感，其具有耦合至所述開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的第一端和耦合至開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器輸出節(jié)點(diǎn)的第二端；以及 驅(qū)動(dòng)電路，用于產(chǎn)生使所述第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷的第一信號(hào)和產(chǎn)生使所述第二開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷的第二信號(hào)， 其中所述第二開(kāi)關(guān)在所述第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷后導(dǎo)通，其中在所述第一開(kāi)關(guān)關(guān)斷和所述第二開(kāi)關(guān)導(dǎo)通之間的時(shí)間段是多個(gè)受控時(shí)間段中的一個(gè)，其中所述電感中的電流改變所述開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上的電壓，以及其中根據(jù)多個(gè)不同輸出電流配置所述受控時(shí)間段，使得當(dāng)所述第二開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)在所述受控時(shí)間段后，所述開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上的所述電壓大致等于所述第二開(kāi)關(guān)的所述第二端上的電壓。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，進(jìn)一步包括可編程延遲電路以產(chǎn)生所述受控時(shí)間段。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其中在第一操作模式中，所述第一級(jí)消除所述第二級(jí)的紋波，以及其中不同受控時(shí)間段對(duì)應(yīng)于在多個(gè)轉(zhuǎn)變期間內(nèi)所述第一級(jí)的不同電感電流。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其中多個(gè)第一受控時(shí)間段對(duì)應(yīng)于在所述第一級(jí)中的所述開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)高電平到低電平轉(zhuǎn)變期間內(nèi)所述第一級(jí)中的不同電感電流，以及其中多個(gè)第二受控時(shí)間段對(duì)應(yīng)于在所述第一級(jí)中的所述開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)低電平到高電平轉(zhuǎn)變期間內(nèi)所述第一級(jí)中的不同電感電流，所述高電平到低電平轉(zhuǎn)變期間為第一轉(zhuǎn)變，所述低電平到高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙D(zhuǎn)變。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其中在低電平到高電平的轉(zhuǎn)變期間配置所述多個(gè)第一受控時(shí)間段，以及其中在高電平到低電平的轉(zhuǎn)變期間配置所述多個(gè)第二受控時(shí)間段。16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其中在所述第二級(jí)的多個(gè)周期內(nèi)重復(fù)所述多個(gè)受控時(shí)間段。17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其中所述多個(gè)受控時(shí)間段存儲(chǔ)為多個(gè)數(shù)字值。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其中所述多個(gè)數(shù)字值用于多個(gè)延遲的編程。19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其中所述第一開(kāi)關(guān)和所述第二開(kāi)關(guān)是MOS晶體管。20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其中所述第一開(kāi)關(guān)是高側(cè)開(kāi)關(guān)且所述第二開(kāi)關(guān)是低側(cè)開(kāi)關(guān)，以及其中所述電感中的所述電流使所述節(jié)點(diǎn)上的所述電壓減小。21.根據(jù)權(quán)利要求11所述的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器電路，其中所述第一開(kāi)關(guān)是低側(cè)開(kāi)關(guān)且所述第二開(kāi)關(guān)是高側(cè)開(kāi)關(guān)，以及其中所述電感中的所述電流使所述節(jié)點(diǎn)上的所述電壓增大。
【文檔編號(hào)】G06F1/20GK105917564SQ201480064522
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2014年11月17日
【發(fā)明人】尼古拉斯·斯蒂芬·莫里爾, 戴維·克里斯蒂安·杰勒德·托恩拉托瑞
【申請(qǐng)人】矽力杰半導(dǎo)體技術(shù)(杭州)有限公司