開關(guān)電路的制作方法
【專利摘要】一種開關(guān)電路及其操作方法。開關(guān)電路包括：開關(guān)晶體管，用于根據(jù)施加到開關(guān)晶體管的控制端的控制信號來控制開關(guān)電路的操作；調(diào)整電路，用于產(chǎn)生控制信號；以及檢測電路，用于在開關(guān)晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)時檢測控制端的電壓，并根據(jù)檢測到的電壓產(chǎn)生驅(qū)動信號。調(diào)整電路用于基于所產(chǎn)生的驅(qū)動信號來產(chǎn)生控制信號。
【專利說明】開關(guān)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及開關(guān)電路，如轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]在自激振蕩轉(zhuǎn)換器中，例如邊界導(dǎo)通模式的降壓轉(zhuǎn)換器，需要通過檢測電壓擺幅中的最低電壓來決定何時打開開關(guān)，以便盡量減少硬開關(guān)。硬開關(guān)會使開關(guān)產(chǎn)生很大的功率損耗。在漏極電壓擺幅的最低值打開場效應(yīng)晶體管(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor, BP MOSFET)開關(guān)可以降低功率損耗，因此有助于提高操作效率。
[0003]為能夠更好地理解，圖1A示出了傳統(tǒng)的臨界導(dǎo)通模式的降壓轉(zhuǎn)換器10的電路圖。圖1B示出了在一個開關(guān)周期持續(xù)時間內(nèi)場效應(yīng)晶體管開關(guān)12的柵極11和漏極13的電壓和輸出電流15的變化。
[0004]在周期的第一部分中(即在第一行程中)，柵極電壓11處于高值，并且場效應(yīng)晶體管開關(guān)12是打開的。電感器中的電流15被檢測到線性上升到預(yù)定的峰值，然后開關(guān)關(guān)閉，并且進入周期的第二部分(即第二行程)。在第二行程中，場效應(yīng)晶體管開關(guān)12的柵極電壓11處于低值，電感器中的電流線性下降，直至達到零。當電感器中的電流達到零時，場效應(yīng)晶體管開關(guān)12的漏極13的電壓由于漏極電容和電感間的諧振而擺動。當柵極電壓回復(fù)到高值(場效應(yīng)晶體管開關(guān)12因此切換至打開)，對場效應(yīng)晶體管12的漏極電容器充電消失，電流15再次線性上升。
[0005]如上文所述，在漏極電壓擺幅的低值(即在電壓的谷值)打開場效應(yīng)晶體管開關(guān)12以便降低至場效應(yīng)晶體管開關(guān)12的功率損耗被認為是優(yōu)選的。
[0006]在常規(guī)的實施方式中，通過檢測集成電路(IC)中的電容器的一端來檢測電壓谷值，電容器的另一端與漏極相連。這種公知的檢測電壓谷值的方法如圖2所示。這就需要:
(I)可從集成電路訪問的漏極節(jié)點，和(2) IC內(nèi)部的高壓電容器。
[0007]對于僅靠控制器控制的集成電路，這是不可行的，因為漏極節(jié)點是無法訪問的。此夕卜，這將需要與內(nèi)部的高電壓(HV)電容器相連的額外的引腳(則集成電路就必須要具備高壓器件)，或者與外部的高電壓電容器相連的額外的引腳。這將導(dǎo)致成本的增加和準確性的降低。
[0008]一種已知的可替代方式是使用從場效應(yīng)晶體管漏極到控制器的檢測引腳的電容來檢測電壓谷值。然而，這樣做的缺點是需要額外的高壓電容器和高壓電阻器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種根據(jù)獨立權(quán)利要求的開關(guān)電路。
[0010]實施例中介紹的電壓谷值檢測的概念，只使用被電路控制器驅(qū)動的開關(guān)的控制部分(例如，場效應(yīng)晶體管開關(guān)的柵極，或者雙極型晶體管的基極)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種開關(guān)電路，包括開關(guān)晶體管，用于根據(jù)施加到開關(guān)晶體管的控制端的控制信號來控制開關(guān)電路的操作；調(diào)整電路，用于產(chǎn)生控制信號；檢測電路，用于在開關(guān)晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)時檢測控制端的電壓，并根據(jù)檢測到的電壓產(chǎn)生驅(qū)動信號；其中調(diào)整電路用于根據(jù)所產(chǎn)生的驅(qū)動信號來產(chǎn)生控制信號。
[0012]因此，實施例可以檢測場效應(yīng)晶體管開關(guān)的柵極電壓，該場效應(yīng)晶體管開關(guān)的柵極與控制器集成電路的驅(qū)動引腳相連，以檢測電壓的谷值。因此，控制器引腳提供雙重功能，從而不再需要使用專門的電壓谷值檢測引腳。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種控制開關(guān)電路的方法，該開關(guān)電路包括具有控制端的開關(guān)晶體管，該方法包括:產(chǎn)生控制信號；向開關(guān)晶體管的控制端施加控制信號；在開關(guān)晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)時檢測控制端的電壓；根據(jù)檢測到的電壓產(chǎn)生驅(qū)動信號；其中，所述控制信號是根據(jù)產(chǎn)生的驅(qū)動信號而產(chǎn)生的。
[0014]因此，實施例可以通過檢測與外部場效應(yīng)晶體管開關(guān)的柵極相連的集成電路控制器引腳的電壓或電流，以檢測電壓谷值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1A是傳統(tǒng)的臨界導(dǎo)通模式的降壓轉(zhuǎn)換器的電路圖；
[0016]圖1B示出的是圖1A中轉(zhuǎn)換器在一個開關(guān)周期內(nèi)柵極電壓，漏極電壓和輸出電流的變化；
[0017]圖2示出的是應(yīng)用公知的方法在開關(guān)電路中檢測電壓谷值的電路；
[0018]圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的開關(guān)電路的電路圖；
[0019]圖3B示出的是圖3A中的開關(guān)電路的漏極電壓，米勒電容電流和驅(qū)動電壓的變化；
[0020]圖4示出的是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的開關(guān)電路的模擬結(jié)果。
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明的實施例使用從開關(guān)的控制端得到的信息來檢測電壓擺幅中的最低電壓(即電壓的谷值)。提供一種具有雙重功能的控制端，因而不需要專用的谷值檢測端。
[0022]圖3A示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的開關(guān)電路50的電路圖。該開關(guān)電路50包括連接到場效應(yīng)晶體管54的柵極的調(diào)整電路52。調(diào)整電路52適用于產(chǎn)生施加到場效應(yīng)晶體管54的柵極的驅(qū)動信號DRIVER。該驅(qū)動信號因而作為場效應(yīng)晶體管54的控制操作控制信號。因此，場效應(yīng)晶體管54適用于根據(jù)施加到場效應(yīng)晶體管54的柵極的驅(qū)動信號DRIVER來控制開關(guān)電路50的操作。
[0023]開關(guān)電路50還包括檢測電路，該檢測電路適用于在場效應(yīng)晶體管54處于關(guān)閉狀態(tài)時檢測場效應(yīng)晶體管的柵極端的電壓。基于檢測到的電壓，開關(guān)電路50產(chǎn)生驅(qū)動信號VGATENEGSNS。
[0024]這里所述的檢測電路包括與調(diào)整電路52的晶體管58串聯(lián)的電阻器56。檢測電路還包括比較器60，該比較器60具有與場效應(yīng)晶體管54的柵極端連接的第一輸入端60a和與基準電壓(在本實施方式中，基準電壓為-1OOmV)連接的第二輸入端。因此，比較器60適用于比較場效應(yīng)晶體管54的柵極端的電壓與基準電壓，并基于比較結(jié)果生成驅(qū)動信號VGATENEGSNS。
[0025]驅(qū)動信號VGATENEGSNS被提供至調(diào)整電路52，調(diào)整電路52根據(jù)驅(qū)動信號VGATENEGSNS產(chǎn)生控制信號DRIVER。
[0026]因此，所描述的實施例適用于檢測場效應(yīng)晶體管54的柵極的驅(qū)動信號DRIVER的電壓。使用該柵極電壓，通過確定柵極電壓在往上的方向上穿過預(yù)定負值的時間，來檢測電壓谷值。值得注意的是，漏柵極電容器62存在于場效應(yīng)晶體管的漏極和柵極之間。這被稱為米勒電容器62，在高壓場效應(yīng)晶體管開關(guān)中通常具有較高的電容值。通過米勒電容器(Miller Capacitor)62的電流可被用來識別驅(qū)動信號DRIVER中谷值電壓發(fā)生的時間。
[0027]作為說明，圖3B示出的是圖3A中的開關(guān)電路在開關(guān)周期的第二行程中的漏極電壓、米勒電容電流和驅(qū)動電壓的變化。
[0028]在開關(guān)周期的第二行程中，場效應(yīng)晶體管54被關(guān)閉，柵極電壓V (DRIVER) 64 (通過低側(cè)場效應(yīng)晶體管)被驅(qū)動到接地(O伏)。
[0029]這里，場效應(yīng)晶體管54被設(shè)計為具有較大下拉電流的能力，來確?？焖訇P(guān)閉。這種較大下拉電流的能力是通過與電阻器56并聯(lián)的二極管62維持的。
[0030]輸出電流線性下降，直至達到零。當輸出電流變?yōu)榱悖O電壓V (DRAIN) 66開始向下擺動，場效應(yīng)晶體管向柵-漏米勒電容UMiller Cap)68提供正電流(而不是下拉)。
[0031]通過用電阻器56，至柵-漏米勒電容168的電流的變化可以被看作是負電壓擺幅/柵極電壓V (DRIVER) 64的變化。值得注意的是，柵極電壓V (DRIVER) 64在漏極電壓
V(DRAIN) 66的電壓谷值/擺幅時達到零伏。因此，可以通過檢測柵極電壓V (DRIVER) 64達到零或從負值穿過零的時間來檢測電壓谷值。
[0032]在圖3A的實施例中，檢測電路中的比較器60適用于比較柵極電壓V (DRIVER) 64與基準電壓，基準電壓是-100mV。因此，可以理解的是，這樣的布置可以表示就在柵極電壓
V(DRIVER) 64達到零或從負值穿過零之前的一個實例。
[0033]在可替代的實施例中，參考電壓的取值范圍可為-0.5伏到0.5伏，優(yōu)選為-0.25伏到0.25伏，并且更為優(yōu)選為-0.1伏到0.1伏。因此，可以理解的是，根據(jù)時間和/或精度的要求，基準電壓選擇的值應(yīng)接近零(O)伏。
[0034]至于圖4，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的開關(guān)電路的仿真結(jié)果。開關(guān)電路適用于通過檢測施加到場效應(yīng)晶體管柵極(參照3A和3B相關(guān)所述)的驅(qū)動信號VN(DRIVER)的電壓，來檢測電壓谷值(發(fā)生在場效應(yīng)晶體管開關(guān)的漏極電壓VN(DRAIN)內(nèi))。
[0035]在此，VN(GATENEGSNS)信號是檢測電路的比較器輸出的控制信號。該控制信號標識施加到場效應(yīng)晶體管的柵極的驅(qū)動信號VN(DRIVER)電壓值為負(即具有負的值)的時間。
[0036]發(fā)生在場效應(yīng)晶體管的漏極電壓VN (DRAIN)上的電壓谷值在控制信號VN(GATENEGSNS)處于下降沿時被檢測到，因為它是在驅(qū)動信號VN(DRIVER)變?yōu)檎禃r發(fā)生的。此時，場效應(yīng)晶體管開關(guān)打開(可以通過驅(qū)動信號VN(DRIVER)和場效應(yīng)晶體管的漏極電壓VN(DRAIN)的變化看出)。
[0037]應(yīng)當理解，實施例可以適用于其他使用在連接到開關(guān)控制端的引腳檢測電壓/電流電壓谷值的思想來檢測電壓谷值的開關(guān)電路中。因此，實施例可以用于具有控制器芯片的電路，該控制器芯片驅(qū)動外部開關(guān)，其中，電壓谷值檢測被用于控制開關(guān)的開關(guān)。使用控制器的“驅(qū)動”引腳，可以確定開啟開關(guān)的時刻。因此，實施例可以提供具有雙重功能的“驅(qū)動”引腳，從而不需要單獨的/專用的電壓谷值檢測引腳。[0038]各種修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。
[0039]如果需要的話，可平行放置另一個NMOS與上述驅(qū)動NMOS-電阻-二極管(NMOS-Resistance-diode)并聯(lián)，以確保在關(guān)閉開關(guān)期間有足夠的驅(qū)動。這第二個NMOST可以被設(shè)置為僅當開關(guān)關(guān)閉的時候處于打開狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種開關(guān)電路，其特征在于，包括: 開關(guān)晶體管，用于根據(jù)施加到所述開關(guān)晶體管的控制端的控制信號來控制所述開關(guān)電路的操作； 調(diào)整電路，用于產(chǎn)生所述控制信號； 檢測電路，用于在所述開關(guān)晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)時檢測所述控制端的電壓，并根據(jù)檢測到的電壓產(chǎn)生驅(qū)動信號； 其中，所述調(diào)整電路用于基于所產(chǎn)生的驅(qū)動信號來產(chǎn)生所述控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電路，其特征在于，所述檢測電路用于在所述開關(guān)晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)時，基于所述檢測到的電壓與基準電壓的比較結(jié)果來產(chǎn)生所述驅(qū)動信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)電路，其特征在于，所述基準電壓的取值范圍為-0.5伏到0.5伏。
4.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的開關(guān)電路，其特征在于，所述檢測電路包括與調(diào)整電路中的晶體管串聯(lián)連接的電阻器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開關(guān)電路，其特征在于，所述檢測電路還包括與所述電阻器并聯(lián)連接的二極管。
6.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的開關(guān)電路，其特征在于，所述開關(guān)電路是開關(guān)轉(zhuǎn)換器。
7.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的開關(guān)電路，其特征在于，所述開關(guān)晶體管是場效應(yīng)晶體管，所述控制端包括所述場效應(yīng)晶體管的柵極。
8.—種控制開關(guān)電路的方法，所述開關(guān)電路包括具有控制端的開關(guān)晶體管，其特征在于，所述方法包括: 產(chǎn)生控制信號； 向所述開關(guān)晶體管的所述控制端施加所述控制信號； 在所述開關(guān)晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)時檢測所述控制端的電壓； 根據(jù)檢測到的電壓產(chǎn)生驅(qū)動信號； 其中，所述控制信號是基于產(chǎn)生的所述驅(qū)動信號而產(chǎn)生的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生驅(qū)動信號的步驟包括: 在所述開關(guān)晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)時，比較檢測到的電壓與基準電壓；和 基于比較的結(jié)果產(chǎn)生驅(qū)動信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述開關(guān)電路是開關(guān)轉(zhuǎn)換器。
【文檔編號】G01R19/00GK103427604SQ201310181123
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月18日
【發(fā)明者】博比·雅各布·丹尼爾, 威廉默斯·朗厄塞格 申請人:Nxp股份有限公司