[发明专利]功率转换器驱动级中的电荷恢复

说明书

技术领域

本申请涉及功率转换器驱动级，特别是功率转换器驱动级中的电荷恢复。

背景技术

开关功率转换器由于其高效率和小尺寸而被广泛用于高功率应用。转换器效率在低功率水平和中等功率水平处日益重要。例如，降压转换器尤其非常适合于在由现有技术的高性能集成电路(诸如微处理器、图形处理器和网络处理器)所需要的低电压下提供高电流。通常，典型地利用有源组件(诸如脉冲宽度调制控制器(PWM)、驱动器、功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管))和无源组件(诸如电感器、变压器或耦合电感器、电容器和电阻器)来实施降压转换器。

大多数传统降压转换器使用直接驱动以用于接通功率级的MOSFET。典型地，用于栅极驱动过程的能量然后被消耗。一些传统的方法试图通过在外部电容器中存储能量来恢复栅极驱动能量的一部分，这增加了驱动器的复杂度，因为需要附加的管脚和外部组件。存储电容可以改为被集成在驱动器内，但是这样做增加了驱动电路的尺寸和成本。

发明内容

根据本文中所描述的实施例，功率级驱动电路的高侧晶体管的栅极电荷被恢复并且被用于直接对该驱动电路的低侧晶体管进行预充电。没有附加的外部或内部电容器被用于存储高侧晶体管的栅极电荷。相反，高侧晶体管的栅极电容被用于直接将低侧晶体管预充电到低于其接通阈值的安全水平。

根据功率转换器的实施例，功率转换器包括：第一晶体管，其可操作成当被接通时向负载提供(source)电流；第二晶体管，其可操作成当被接通时回转(freewheel)电感器电流或从负载吸收电流；以及驱动电路。所述驱动电路可操作成在第一时期期间接通第一晶体管并且断开第二晶体管，在第一时期之后的第三时期期间断开第一晶体管并且接通第二晶体管，以及在第一和第三时期之间的高侧晶体管和低侧晶体管的栅极浮置时的第二时期期间将第一晶体管的栅极连接到第二晶体管的栅极。

根据操作功率转换器的方法的实施例，所述方法包括：通过电感器将高侧晶体管耦合到负载；通过电感器将低侧晶体管耦合到负载；在第一时期期间接通高侧晶体管并且断开低侧晶体管；在第一时期之后的第三时期期间断开高侧晶体管并且接通低侧晶体管；以及在第一和第三时期之间的高侧晶体管和低侧晶体管的栅极浮置时的第二时期期间将高侧晶体管的栅极连接到低侧晶体管的栅极。

根据功率转换器的另一实施例，所述功率转换器包括：高侧晶体管，其用于通过电感器耦合到负载；低侧晶体管，其用于通过电感器耦合到负载；以及驱动电路。所述驱动电路可操作成在不同时期接通和断开高侧晶体管和低侧晶体管以向负载供应功率，以及在高侧晶体管和低侧晶体管的栅极浮置时的时期期间将高侧晶体管的栅极连接到低侧晶体管的栅极，使得存储在高侧晶体管的栅极至源极电容中的能量被直接传输到低侧晶体管的栅极至源极电容。

根据同步降压转换器的实施例，所述同步降压转换器包括：输出电感器，其用于耦合到负载；第一晶体管，其可操作成当被接通时通过输出电感器向负载提供电流；第二晶体管，其可操作成当被接通时回转电感器电流或通过电感器从负载吸收电流；以及驱动电路。所述驱动电路可操作成在第一时期期间接通第一晶体管并且断开第二晶体管，在第一时期之后的第三时期期间断开第一晶体管并且接通第二晶体管，以及在第一和第三时期之间的高侧晶体管和低侧晶体管的栅极浮置时的第二时期期间将第一晶体管的栅极连接到第二晶体管的栅极。

根据功率级驱动器的实施例，所述功率级驱动器包括：电路，其可操作成在不同时期接通和断开高侧晶体管和低侧晶体管以向负载供应功率，以及在高侧晶体管的栅极浮置并且低侧晶体管的栅极至源极电压低于低侧晶体管阈值电压时的时期期间将高侧晶体管的栅极连接到低侧晶体管的栅极，使得存储在高侧晶体管的栅极至源极电容中的能量被直接传输到低侧晶体管。

本领域中的技术人员将在阅读以下详细描述时并且在查看附图时认识到附加的特征和优点。

附图说明

附图的元素不必相对于彼此按比例缩放。同样的附图标记表明对应的类似部分。各种说明的实施例的特征可以被组合，除非它们互相排斥。在附图中描绘实施例并且在以下的描述中详述实施例。

图1图示了具有电荷恢复的功率转换器的框图。

图2图示了具有电荷恢复的功率转换器的另一框图。

图3图示了用于具有电荷恢复的功率转换器的信号时序图。

图4图示了用于功率转换器的电荷恢复的实施例的流程图。

具体实施方式