[发明专利]死区时间自适应控制的开关级电路

说明书

技术领域

本发明涉及自适应死区时间控制的开关级电路，更具体地涉及用于减少带有同步整流的开关电源转换器中开关损耗，提高电源转换效率的死区时间自适应控制的开关级电路。

背景技术

开关电源转换器中，同步整流器尽管控制相对复杂，但可用于降低开关损耗。在带有同步整流器的开关电源转换电路中，造成功率损耗的主要因素之一是高边控制晶体管与低边同步整流管的死区时间不佳。

图1示出了典型的带有同步整流器的降压开关电源转换电路100。所述电路100包括功率开关级，该开关级具有在开关节点处耦合的高边控制功率管10和低边同步整流管11。所述开关级接收输入直流电压Vin，并在输出节点处提供可控的输出直流电压Vout。所述电路100具有控制开关电源转换的调制器12、与所述开关级串联的滤波网络13、连接于输出节点的负载14、以及提供死区时间的延迟单元15，确认连接于所述开关节点为LX、高边控制功率管10的栅信号Pg、低边同步整流管11的栅信号Ng。

所述高边控制管10和低边同步整流管11通常采用以下调制方式控制开关，当整流管11关闭时，控制管10在一段给定时间内处于开启状态，当控制管10关闭后，整流管11处于开启状态。必须谨防控制管10和整流管11的同时开启，这将会造成由功率级高边管到低边管的电流溃通。因此需要在控制管10和整流管11的关断/导通之间提供某一死区时间DT。

死区时间DT限制了控制管10和整流管11不能同时导通，受滤波网络影响。对于较长的死区时间，会使开关节点LX出现负电压，如图2中所示，这将导致整流管11体二极管导通，引入损耗；如图3中所示，对于较短的死区时间，开关节点LX的电压值未下降到零电压时整流管11开启，使整流管11产生正向导通电流。死区时间过长和过短都不利于电源转换效率，最佳死区时间为功率控制管10的关断时间、整流管11的开启时间与节点LX处寄生电容的放电时间Ta之和，记为最优时间T_opt。

特别地，在电源转换输出负载变化范围很大，或者功率管10和11尺寸动态变化等应用下，节点LX处寄生电容放电时间Ta变化较大，引起最优时间T_opt跟随变化。对于固定的死区时间控制，会导致死区时间过长或者过短，引起整流管11的体二极管导通或者所述的低边同步整流管正向导通。更好的设计是控制死区时间随最优时间T_opt的改变动态调整，从而使电源具有更高的转换效率。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种死区时间自适应控制的开关级电路，具有优化的死区时间，以减小开关电源转换器中低边同步整流管的体二极管导通时间和低边同步整流管的正向导通时间，提高开关电源转换效率。本发明的更进一步目的在于避免特定检测电路，自适应负载、功率管尺寸等影响死区时间的因素，可应用于各种控制方式的开关电源转换电路中。

本发明采用如下技术方案：

本发明包含开关电源转换器的功率开关管和同步整流管；连接到开关节点的采样管；收集采样信号的采样电容；对采样电容进行充放电的充电电流和放电电流；用于缓冲和保持采样电压、对采样电压进行一定处理的调节电路；用于收集缓冲和调节后的的采样电压的保持电容；将保持电容电压转换成延迟单元的控制信号的转换电路；以及提供死区时间的控制可调延迟单元。

具体地，本发明通过检测开关电源转换器中低边整流管的体二极管导通时间，反映在采样电容的电压值，并对采样电压进行缓冲和保持，作用于控制可调的延迟单元，决定以后的死区时间，从而实现自适应的死区时间。

本发明的优点及显著效果

本发明可动态调节死区时间，减少或消除任何类型的整流器、功率设备的高边晶体管和低边晶体管的直通损耗、体二极管导通损耗，实现最佳死区时间以降低功率损耗。自适应的死区时间控制电路在很多方面优于目前常用的死区时间控制电路：

1、自适应速度较快，检测到死区时间不佳后第二个工作周期即可对死区时间进行调整，并在3～4个周期后调整到设置的最佳值。

2、自适应控制精度高，由于避免了对影响最佳死区时间因素的间接检测，直接通过体二极管导通时间调整死区时间，使电路在各种工作环境、制造工艺下都可以保证较高精度。

3、本发明结构简单，具有很小的功耗、版图面积和控制复杂程度等优点，以低成本实现自适应死区时间控制。

4、使用场合广泛，本发明检测同步整流管体二极管导通时间，不需要对具体控制方式的开关转化器进行设计调整，可适用于任何带有同步整流管的开关转换器。

附图说明