[发明专利]功率高效同步整流器栅极驱动器架构

说明书

描述了一种具有自适应转换控制的同步开关方案，以便绝热地对电容器进行充电和放电，以循环利用电荷并且在同步整流器场效应晶体管(FET)的栅极上产生升压电压。在一个实施例中，一种设备包括耦接到变压器的同步整流器FET以及耦接到同步整流器FET的次级侧控制器。次级侧控制器包括耦接到同步整流器FET的栅极的同步整流器栅极驱动器(SRGD)。SRGD用于使用电容器和自适应转换速率来驱动同步整流器FET并且绝热地对电容器进行充电和放电。

相关申请

本申请是2019年12月19日提交的美国非临时专利申请号16/721,377的国际申请，该美国非临时申请要求于2019年9月20日提交的美国临时专利申请号62/903,548的权益，这两个专利申请都通过引用整体并入本文。

背景技术

各种电子装置(例如，诸如智能电话、平板计算机、笔记本计算机、膝上型计算机、集线器、充电器、适配器等)被配置为根据在通用串行总线(USB)供电(USB-PD)规范的各种修订版中定义的USB供电协议通过USB连接器传输电力。例如，在一些应用中，电子装置可以被配置为耗电方以通过USB连接器接收电力(例如，用于电池充电)，而在其他应用中，电子装置可以被配置为供电方以向通过USB连接器连接到其的另一装置提供电力。然而，USB-PD规范允许供电方和耗电方动态地协商所提供的电压和电流的电平。在某些供电条件下，可以在从供电方提供的电压/电流上发生故障状况，以及可以在由耗电方接收的所提供的电压/电流上发生其他故障状况。

附图说明

在附图的各图中，通过示例而非限制的方式示出本公开。

图1是在一个实施例中的USB-PD电源适配器的示意图，该USB-PD电源适配器具有集成于次级侧控制器(也称为电源适配器次级IC控制器)上的具有自适应转换速率控制的同步整流器栅极驱动器(SRGD)。

图2是根据一个实施例的同步开关方案的时序图，其示出了反激转换器的次级侧上的开关电流和电压波形。

图3是根据一个实施例的集成于次级受控反激转换器中的次级侧控制器上的SRGD的相位和转换控制器电路的示意图。

图4是根据一个实施例的对应于由相位和转换控制器产生的控制信号以实现集成于次级受控反激转换器中的次级侧控制器上的SRGD的操作相位的时序和电压图。

图5是根据一个实施例的集成于次级受控反激转换器中的次级侧控制器上的SRGD的框图。

图6是根据一个实施例的耦接到集成于次级受控反激转换器中的次级侧控制器上的SRGD的相位和转换速率控制器电路的升压电压发生器电路和栅极驱动器电路的实施方式的框图。

图7是示出了根据一个实施例的集成于USB-PD电源适配器的次级侧控制器上的SRGD操作期间栅极电容器和同步整流器FET栅极上的电压的时序图。

图8是根据一个实施例的集成于次级受控反激转换器中的次级侧控制器上的具有基于延迟的相位发生器的SRGD的框图。

图9是示出了根据一个实施例的集成于USB-PD电源适配器的次级侧控制器上的具有基于延迟的相位发生器的SRGD操作期间栅极电容器和同步整流器FET栅极上的电压的时序图。

图10是根据一个实施例的耦接到集成于次级受控反激转换器中的次级侧控制器上的SRGD的相位和转换速率控制器电路的升压电压发生器电路和具有一条上拉路径的栅极驱动器电路的实施方式的框图。

图11是根据一个实施例的耦接到集成于次级受控反激转换器中的次级侧控制器上的具有二极管的SRGD的相位和转换速率控制器电路的升压电压发生器电路和栅极驱动器电路的实施方式的框图。

图12A是根据一个实施例的p型金属氧化物半导体(PMOS)驱动强度跟踪电流发生器的示意图。