[发明专利]开关转换器控制

说明书

本发明的各个实施例涉及开关转换器控制。公开了一种用于操作开关功率转换器的装置和方法。在一个实施例中，电路包括开关功率转换器，该开关功率转换器具有：半桥，包括连接至低侧半导体开关的高侧半导体开关；以及电感器，耦合至半桥输出节点。该电路进一步包括：控制电路，配置为生成驱动信号，以导通和断开高侧半导体开关和低侧半导体开关，其中生成驱动信号以保证在低侧开关的断开与后续的高侧开关的导通之间的死区时间，并且其中当在切换之时电感器电流为负时，死区时间设置为第一值，而当在该切换之时电感器电流为正时，死区时间设置为小于第一值的第二值。

技术领域

本公开涉及开关转换器和开关模式电源领域。

背景技术

开关模式电源(SMPS)被普遍使用，并且逐渐取代由变压器和线性稳压器组成的“经典”电源。SMPS使用开关功率转换器将一个电压(例如，由电池提供的DC电压)转换为另一个电压，该另一个电压可以用作用于电气装置或电子电路的电源电压。例如，开关功率转换器广泛用于将例如12V的较高电池电压转换为例如3.3V的更低电压。需要这种低电压来给用在汽车或移动装置(诸如，移动电话、便携式计算机等)中的数字电路系统和信号处理器供电。

在许多应用中，期望在遍及宽的输出电流范围内实现高能量转换效率。在高输出电流下，损耗的主要原因是在开关功率转换器中使用的半导体开关(功率晶体管)的导通状态电阻。导通状态电阻与功率晶体管的有源面积基本上呈反比。对于具体应用，可以针对给定的期望导通状态电阻、或者针对期望能量转换效率，来计算最小芯片面积。

一般而言，更大的晶体管(具有更大的有源面积)具有更低的导通状态电阻，并且因此允许对于高输出电流的更高的能量转换效率。然而，更大的晶体管引起更高的固有电容，其对能量转换效率有负面影响。在低输出电流下，损耗的主要原因是功率晶体管的固有电容的充电和放电。结果，电路设计者面临目标冲突，这是由于在高输出电流下(即，在全负载下)的高能量转换效率不利于在低输出电流下(即，在轻负载下)的高能量转换效率；并且许多电路大多数时候在低电流下(待机、节电模式等)操作。

对于具有同步整流器的开关转换器，在低侧开关的断开与随后的高侧开关的导通(反之亦然)之间的死区时间也与功率损耗有关，并且由此，现代驱动器电路可以控制开关功率转换器的操作，从而使得所提及的死区时间(接近)处于最小。然而，需要最小死区时间来避免桥臂贯通(cross-conduction)。

发明内容

描述了一种用于控制开关功率转换器的操作的控制电路。开关功率转换器包括：高侧半导体开关和低侧半导体开关，高侧半导体开关和低侧半导体开关连接为形成半桥；以及电感器，耦合至半桥的输出节点。根据本发明的一个示例，控制电路配置为生成驱动信号以根据给定控制规则切换这两个高侧半导体开关和低侧半导体开关导通和断开。生成驱动信号以保证在低侧开关的断开与后续的高侧开关的导通之间的死区时间。当在切换之时电感器电流为负时，死区时间设置为大于或等于第一值；而当在切换之时电感器电流为正时，死区时间设置为小于第一值的第二值。

低侧半导体开关可以由低侧晶体管和并联耦合至该低侧晶体管的辅助晶体管组成。根据本发明的另一示例，控制电路配置为：生成驱动信号以根据给定控制规则切换高侧半导体开关和低侧晶体管导通和断开，以在以下模式中的至少一种模式下操作开关功率转换器：连续导通模式(CCM)和不连续导通模式(DCM)。当在CCM下时，生成驱动信号以保证在低侧晶体管的断开与后续的高侧开关的导通之间的死区时间。当在切换之时电感器电流为负时，死区时间设置为大于或等于第一值，而当在切换之时电感器电流为正时，死区时间设置为小于第一值的第二值。可替代地，当在DCM下操作并且电感器电流基本为零时，生成驱动信号以导通辅助晶体管达给定时间间隔，由此使电感器电路变为负。生成驱动信号以保证在辅助晶体管的断开与后续的高侧开关的导通之间的为大于或等于第一值的死区时间。