[发明专利]DC-DC转换器、DC-DC功率转换系统及方法

说明书

本发明是关于一种DC‑DC转换器、DC‑DC功率转换系统及方法。本发明公开了包括输出功率级和驱动器电路的DC‑DC转换器。该输出级响应于在顶栅极节点处接收的顶栅极信号而使用第一晶体管将输入电压切换到开关节点，并响应于在底栅极节点处接收到的底栅极信号而使用第二晶体管将开关节点切换到地电位。驱动器电路分别响应于高端开关信号和低端开关信号而提供顶栅极信号和底栅极信号，通过使用来自底栅极节点的电荷将顶栅极节点有源地调节到第一晶体管的阈值电压与击穿电压之间的第一电压而激活顶栅极信号，并通过使用来自顶栅极节点的电荷有源地调节第二晶体管的阈值电压与击穿电压之间的被提供至底栅极节点的第二电压而激活底栅极信号。

技术领域

本公开整体涉及电源转换电路，并且更具体地涉及DC-DC转换器。

背景技术

DC-DC转换器为将一种直流(DC)电压转换成另一种DC电压的电源转换器。虽然存在若干种DC-DC转换器拓扑诸如低压差(LDO)、电容式和迟滞型，但一种常见的方法为开关模式DC-DC转换器。开关模式DC-DC转换器使用与电感元件串联的脉宽调制(PWM)开关并改变该开关的占空比以确定输出电压，并且使用反馈电压来将输出电压调节至所需电平。

如果DC-DC转换器将输入电压从较高电压转换为较低输出电压，则其被称为降压转换器。典型的开关模式降压转换器将电感器的第一端子选择性地连接到输入电压或地电位，以将电感器的第二端子处输出电压调节至所需电平。

希望在较高切换频率下操作开关模式DC-DC转换器，以减小输出滤波器的尺寸。然而，由于与用于切换流过电感器的电流的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)相关联的切换损耗增加，因此在较高切换频率下系统效率会下降。这些切换损耗在低电压电池供电的设备中是尤其不期望的，因为额外的切换损耗会缩短电池寿命。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种DC-DC转换器，包括：死区时间控制电路，所述死区时间控制电路具有用于接收脉宽调制信号的输入端、用于提供高端开关信号的第一输出端、以及用于提供低端开关信号的第二输出端；输出功率级，所述输出功率级用于接收输入电压，并且响应于在顶栅极节点处接收到的顶栅极信号而使用第一晶体管来将所述输入电压切换到开关节点，并且响应于在底栅极节点处接收到的底栅极信号而使用第二晶体管来将所述开关节点切换到地电位；以及驱动器电路，所述驱动器电路用于分别响应于所述高端开关信号和所述低端开关信号而提供所述顶栅极信号和所述底栅极信号，所述驱动器电路通过使用来自所述底栅极节点的电荷将所述顶栅极节点有源地调节到所述第一晶体管的阈值电压与击穿电压之间的第一电压而激活所述顶栅极信号，并且通过使用来自所述顶栅极节点的电荷有源地调节所述第二晶体管的阈值电压与击穿电压之间的被提供至所述底栅极节点的第二电压而激活所述底栅极信号。

本发明的第二方面提供了一种DC-DC功率转换系统，包括：误差放大器，所述误差放大器具有用于接收反馈信号的第一输入端、用于接收参考电压的第二输入端、以及输出端；振荡器，所述振荡器具有用于提供时钟信号的输出端；以及脉宽调制器，所述脉宽调制器具有耦接到所述误差放大器的所述输出端的控制输入端、用于接收所述时钟信号的时钟输入端、以及用于提供脉宽调制器信号的输出端；死区时间控制电路，所述死区时间控制电路具有用于接收脉宽调制信号的输入端、用于提供高端开关信号的第一输出端、以及用于提供低端开关信号的第二输出端；输出功率级，所述输出功率级用于接收输入电压，并且响应于在顶栅极节点处接收到的顶栅极信号而使用第一晶体管来将所述输入电压切换到开关节点，并且响应于在底栅极节点处接收到的底栅极信号而使用第二晶体管来将所述开关节点切换到地电位；以及驱动器电路，所述驱动器电路用于分别响应于所述高端开关信号和所述低端开关信号而提供所述顶栅极信号和所述底栅极信号，所述驱动器电路通过使用来自所述底栅极节点的电荷将所述顶栅极节点有源地调节到所述第一晶体管的阈值电压与击穿电压之间的第一电压而激活所述顶栅极信号，并且通过使用来自所述顶栅极节点的电荷有源地调节所述第二晶体管的阈值电压与击穿电压之间的被提供至所述底栅极节点的第二电压而激活所述底栅极信号。