[发明专利]零死区时间控制电路

说明书

本发明题为“零死区时间控制电路”。本发明提供了一种用于控制具有高侧开关和低侧开关的电源转换器的电路和方法。该电路可以包括比较器，该比较器被配置成在第一输入处接收参考电压并在第二输出处接收斜坡电压，并且基于参考电压和斜坡电压的比较来输出延迟信号。该延迟信号可以被配置成导通高侧开关和低侧开关中的一个或多个。电路可以基于死区时间增加或减少参考电压，该死区时间等于高侧开关和低侧开关断开时的时间量。电路可以包括：第一开关，如果死区时间超过第一阈值，则控制第一开关以降低参考电压；以及第二开关，如果死区时间延迟信号低于第二阈值，则控制第二开关以提高参考电压。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年5月3日提交的美国临时专利申请号62/500,744的权益，该申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及用于在开关电源转换器中使用的零死区时间控制器。

发明内容

在开关电源转换器(诸如图1所示的同步降压转换器)中，担心高侧开关Q1和低侧开关Q2可能同时导通，这将导致大量瞬时电流流过开关Q1和Q2。图2示出了这种场景，其中的箭头指示大电流“I”流过高侧开关Q1和低侧开关Q2。从电压源V_IN流到接地的这种大瞬时电流可能导致功率和效率的损耗，并且可能损坏设备。

为了防止这种瞬时电流或“直通”，可以使用预编程的延迟来创建期间两个开关都断开的“死区时间”。可替代地，可以使用自适应定时电路，其中验证了高侧开关Q1在低侧开关Q2可导通之前断开，反之亦然。图3示出了确保开关Q1和Q2不会同时导通的自适应栅极驱动器的示例。

尽管使用延迟可以帮助防止直通电流，但它还会产生期间高侧开关Q1和低侧开关Q2都断开的死区时间。参照图1，如果电感器L1一直在传导电流，则在死区时间期间，电感器L1也必须继续传导电流。但由于在死区时间期间两个开关Q1和Q2都断开，因此唯一传导路径是通过二极管。因为跨二极管的电压降大于跨开关的电压降，因此流过二极管的电流导致效率低下和损耗。例如，关于二极管的反向恢复，存在功率损耗以及电荷损耗。随着转换器朝向更快的开关速度发展，死区时间是相对于可用性和效率的重要问题。因此，需要一种解决方案，由此防止直通电流，但限制或避免死区时间。

图4示出了若干波形图，其示出高侧开关信号和低侧开关信号。波形(a)示出了高侧开关信号HS，波形(b)示出了低侧开关信号LS，并且波形(c)示出了叠加的高侧开关信号HS和低侧开关信号LS。参照波形(c)，高侧开关信号和低侧开关信号交替地导通和断开，其中“导通”状态之间的间隙表示两个开关均未导通的死区时间DT。

根据一个或多个示例性实施方案的一方面，提供了控制电路，该控制电路基本上产生其中死区时间DT接近为零的波形(d)。根据一个或多个示例性实施方案，为了实现接近为零的死区时间，存在产生负死区时间的空间，这可能导致重叠的“导通”状态，从而导致直通电流。然而，通过反馈被设计成防止这种重叠发生，但可实现负时间电势值以创建零死区时间。根据示例性实施方案，可以设置小相位延迟(即重叠)，并且然后可以添加更大量的死区时间以消除该重叠。该死区时间随后缩减，直到最终结果是几乎为零的死区时间。当死区时间接近零时，相应地，缩减值逐渐减小到基于系统反馈的值。

附图说明

图1示出了根据现有技术的同步降压转换器。

图2示出了根据现有技术的同步降压转换器，其中高侧和低侧开关均传导。

图3示出了根据现有技术的自适应栅极驱动电路。

图4示出根据现有技术并且根据一个或多个示例性实施方案的高侧开关信号和低侧开关信号的波形。

图5示出了根据示例性实施方案的电路。

图6示出了根据图5的电路的参考电压的波形。

具体实施方式