同步降壓dc-dc轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】實(shí)施例提供了同步降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)及其控制方法，該系統(tǒng)包括連接到電源的高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)配置成從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到關(guān)斷狀態(tài)和從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換到接通狀態(tài)，以向電感器和負(fù)載傳遞電流。這個(gè)實(shí)施例還包括低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)，該低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)配置成控制該低側(cè)開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，并且配置成在一操作模式期間利用第一柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)該低側(cè)開關(guān)，并且在第二操作模式期間利用第二柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)該低側(cè)開關(guān)。該第一柵極驅(qū)動(dòng)電壓比該第二柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)強(qiáng)，并且該第二柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)配置成與該第一柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)相比使該低側(cè)開關(guān)較慢地進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換。
【專利說(shuō)明】同步降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)洌⑶?，更具體地涉及具有動(dòng)態(tài)可調(diào)低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器的同步降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹?br> 【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)負(fù)載的功率需求，同步降壓轉(zhuǎn)換器既可用于連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)又可用于間斷導(dǎo)通模式(DCM)。在某些情況下，負(fù)載狀況可發(fā)生改變，使得該負(fù)載需要減少電流消耗和/或增大/減小輸出電壓，這可導(dǎo)致同步降壓轉(zhuǎn)換器開始從該負(fù)載汲取電流并且暫時(shí)操作在“升壓”模式。在這種狀態(tài)下，通過(guò)輸出電感器的電流可為負(fù)，這可能導(dǎo)致負(fù)電流流過(guò)(漏極到源極電流)電源的低側(cè)開關(guān)。在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間，這樣的負(fù)電流可在低側(cè)開關(guān)導(dǎo)致不可接受的電壓尖峰。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在一個(gè)示例中，提供一種同步降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，包括:連接到電源的高側(cè)開關(guān)以及低側(cè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)配置成從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到關(guān)斷狀態(tài)以及從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換到接通狀態(tài)，以向電感器以及負(fù)載傳遞電流；低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)，其配置成控制所述低側(cè)開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，并且配置成在第一操作模式期間利用第一柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述低側(cè)開關(guān)，以及在第二操作模式期間利用第二柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述低側(cè)開關(guān)；其中所述第一柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)比所述第二柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)強(qiáng)，并且所述第二驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)配置成與所述第一柵極控制信號(hào)相比使所述低側(cè)開關(guān)較慢地進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換。
[0004]在另一示例中，提供一種同步降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，包括:連接到電源的高側(cè)開關(guān)以及低側(cè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)配置成從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到關(guān)斷狀態(tài)以及從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換到接通狀態(tài)，以向連接到所述高側(cè)開關(guān)以及所述低側(cè)開關(guān)的電感器以及負(fù)載傳遞電流；低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)，所述低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)配置成至少部分地基于所述負(fù)載的功率需求，生成開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)以可變地控制所述低側(cè)開關(guān)的接通和/或關(guān)斷速度。
[0005]在另一示例中，提供一種一種控制同步降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器電源的方法，包括:至少部分地基于連接到所述電源的負(fù)載的功率需求，確定所述電源的操作模式；確定一連接到所述電源的電感器的電感器電流相對(duì)于所述負(fù)載為正還是為負(fù)；如果所述電感器電流為正，則利用第一開關(guān)控制信號(hào)來(lái)控制所述電源的低側(cè)開關(guān)；以及
[0006]如果所述電感器電流為負(fù)，則利用第二開關(guān)控制信號(hào)來(lái)控制所述電源的所述低側(cè)開關(guān)；其中，所述第一開關(guān)控制信號(hào)比所述第二開關(guān)控制信號(hào)強(qiáng)，并且所述第二開關(guān)控制信號(hào)配置成與所述第一開關(guān)控制信號(hào)相比，使所述低側(cè)開關(guān)較慢地進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]請(qǐng)求保護(hù)的主題的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)可從隨后應(yīng)參考附圖來(lái)考慮的對(duì)實(shí)施例的詳細(xì)描述中顯現(xiàn)出來(lái)，在附圖中:[0008]圖1示出了符合本申請(qǐng)的多種實(shí)施例的電源系統(tǒng)；
[0009]圖2示出根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的電源的多種操作模式的電感器電流信號(hào)圖；
[0010]圖3A示出根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的在該電源的連續(xù)導(dǎo)通模式且電感器電流為正期間功率開關(guān)的信號(hào)圖；
[0011]圖3B示出根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的在該電源的連續(xù)導(dǎo)通模式且電感器電流為負(fù)期間功率開關(guān)的信號(hào)圖；
[0012]圖4A示出根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的在該電源的非連續(xù)導(dǎo)通模式期間的時(shí)序圖；
[0013]圖4B示出根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的在該電源的連續(xù)導(dǎo)通模式且電感器電流為負(fù)期間的時(shí)序圖；
[0014]圖5示出了常規(guī)同步降壓轉(zhuǎn)換器在連續(xù)導(dǎo)通模式期間的仿真信號(hào)圖；
[0015]圖6示出了常規(guī)同步降壓轉(zhuǎn)換器在連續(xù)導(dǎo)通模式且電感器電流為負(fù)期間的仿真信號(hào)圖；
[0016]圖7示出根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的同步降壓轉(zhuǎn)換器在連續(xù)導(dǎo)通模式且電感器電流為負(fù)期間的仿真信號(hào)圖；以及
[0017]圖8示出符合本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的操作流程圖。
[0018]盡管將參照例示性實(shí)施例來(lái)進(jìn)行以下具體描述，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其許多替代、修改和變型將是明顯的。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1示出了符合本申請(qǐng)多種實(shí)施例的電源系統(tǒng)100。在圖1中描繪的該電源系統(tǒng)100可包括在專用和/或通用或定制集成電路系統(tǒng)(IC)中，或者形成為該專用和/或通用或定制IC的一部分，其中該專用和/或通用或定制IC例如為半導(dǎo)體集成電路芯片、片上系統(tǒng)(SoC)、多芯片模塊(MCM)等。此處描述的該電源系統(tǒng)100為同步降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，配置成驅(qū)動(dòng)電感器電路系統(tǒng)102向負(fù)載104提供功率。至少一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)100包括高側(cè)開關(guān)106 (例如功率MOSFET器件等)和低側(cè)開關(guān)108 (例如功率MOSFET器件等)，該高側(cè)開關(guān)106和該低側(cè)開關(guān)108連接到輸入電壓Vin并且配置成進(jìn)行切換以驅(qū)動(dòng)該電感器電路系統(tǒng)102。該開關(guān)106/108可包括例如體二極管電路系統(tǒng)(未示出)和/或其它特性熟知的功率開關(guān)。該系統(tǒng)100還包括配置成驅(qū)動(dòng)該高側(cè)功率開關(guān)106的高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)110以及配置成驅(qū)動(dòng)該低側(cè)功率開關(guān)108的低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)112。眾所周知，開關(guān)106和108通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)被控制為驅(qū)動(dòng)該電感器電路系統(tǒng)102，從而可控制地向該負(fù)載電路系統(tǒng)104傳遞功率。該系統(tǒng)100還包括:聞側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)110，配直成控制該聞偵關(guān)106的柵極；低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)112，配置成控制該低側(cè)開關(guān)108的柵極；PMW電路系統(tǒng)114，配置成向該高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)110供應(yīng)可控的PWM信號(hào)115 ;和PMW電路系統(tǒng)116，配置成向該低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)112供應(yīng)互補(bǔ)的PWM信號(hào)117。PWM輸入信號(hào)113可由例如PWM控制器(未示出)生成，該P(yáng)WM控制器可包括熟知的反饋控制機(jī)構(gòu)，以對(duì)輸入PWM信號(hào)113的占空周期提供控制。另外，此處描述的多個(gè)實(shí)施例中，該電源100還可包括:過(guò)零檢測(cè)器電路系統(tǒng)118，配置成確定通過(guò)該電感器電路系統(tǒng)102的電流Il何時(shí)跨過(guò)大約0安培；保持電路系統(tǒng)120，配置成將過(guò)零事件的狀態(tài)保持選定的PWM周期數(shù)；邏輯電路系統(tǒng)122，配置成控制該低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)112的各種狀態(tài)；和延遲電路系統(tǒng)124，配置成延遲高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)110的操作。該圖1的多個(gè)實(shí)施例的這些和其它特性將在下文詳細(xì)描述。
[0020]該負(fù)載電路系統(tǒng)104可配置成生成表不該負(fù)載的功率需求的負(fù)載控制信號(hào)127(SM0D_EN)。例如，特定負(fù)載(例如，微處理器、復(fù)合負(fù)載等)可要求該電源系統(tǒng)100向該負(fù)載104供應(yīng)功率并且從該負(fù)載104汲取功率。眾所周知，同步降壓轉(zhuǎn)換器可操作為供應(yīng)功率，以及當(dāng)該負(fù)載通過(guò)請(qǐng)求要求該電源允許通過(guò)該低側(cè)開關(guān)108的Il獲得負(fù)值時(shí)，汲取功率(例如升壓模式)。在模式I期間，該電源100可向該負(fù)載104供應(yīng)功率并且Il保持為正(例如CCM和DCM操作)。在模式2期間，該電源100可從該負(fù)載汲取功率，并且Il可因此被允許在一些或所有PWM周期(例如升壓模式)變?yōu)樨?fù)。如文中按照慣例使用的，當(dāng)負(fù)載控制信號(hào)127被使能或?yàn)楦邥r(shí)，這表示該負(fù)載104需要從該電源100供應(yīng)電流，并且當(dāng)控制信號(hào)被去使能或?yàn)榈蜁r(shí)，這表示該負(fù)載104需要電源100從負(fù)載104通過(guò)低側(cè)開關(guān)108汲取電流。當(dāng)然，這僅是針對(duì)負(fù)載控制信號(hào)127的控制狀態(tài)的一個(gè)示例，并且該電源系統(tǒng)100可配置成負(fù)載控制信號(hào)127的狀態(tài)與上述狀態(tài)相反的情況。
[0021]過(guò)零檢測(cè)器電路系統(tǒng)118可包括磁滯比較器電路系統(tǒng)136和鎖存電路系統(tǒng)138。該鎖存電路系統(tǒng)138可包括例如觸發(fā)器電路系統(tǒng)(例如D型觸發(fā)電路系統(tǒng),如圖所示)。該比較器電路系統(tǒng)136可包括輸入開關(guān)140和142,并且輸入開關(guān)140和142的該導(dǎo)通狀態(tài)可分別通過(guò)PWM信號(hào)117和115控制。該比較器電路系統(tǒng)136的正輸入端可連接到開關(guān)106和108之間的SW節(jié)點(diǎn)，以提供表示Il的信號(hào)。該比較器電路系統(tǒng)136的輸出可用于為該鎖存電路系統(tǒng)138計(jì)時(shí)，并且該鎖存電路系統(tǒng)138的D輸入端可連接到穩(wěn)態(tài)直流電源(例如VCC)。由于比較器電路系統(tǒng)136的輸入端為SW節(jié)點(diǎn)，從該SW節(jié)點(diǎn)接收到的信號(hào)相對(duì)嘈雜，因此，鎖存電路系統(tǒng)138可避免在比較器電路系統(tǒng)136的輸出端處的“顫振(chatter)”。電路系統(tǒng)118還可包括鎖存延遲電路系統(tǒng)144，該鎖存延遲電路系統(tǒng)144配置成基于PWM信號(hào)115延遲鎖存電路系統(tǒng)138的鎖存狀態(tài)。該過(guò)零檢測(cè)器電路系統(tǒng)118配置成生成表示Il狀態(tài)的過(guò)零控制信號(hào)139 (Z⑶)。例如，如果Il為正，控制信號(hào)139可被去使能(例如為低)，并且如果Il為負(fù)，控制信號(hào)139可被使能(例如為高)。保持電路系統(tǒng)120通常配置成將該過(guò)零控制信號(hào)139的狀態(tài)保持一個(gè)或多個(gè)PWM周期。該保持電路系統(tǒng)120可包括鎖存電路系統(tǒng)134 (例如D型觸發(fā)器電路系統(tǒng)，如圖所示)，該鎖存電路系統(tǒng)134配置成鎖存信號(hào)139的狀態(tài)，并且生成經(jīng)鎖存的過(guò)零控制信號(hào)135 (ZCD_保持)。
[0022]眾所周知，同步降壓轉(zhuǎn)換器通?？刹僮饔谶B續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)和非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)，以向該負(fù)載104傳遞功率。在CCM期間，電感器電流11可保持為正(例如，當(dāng)電源100作為負(fù)載104的電流源進(jìn)行操作時(shí))，或者Il可被允許變?yōu)樨?fù)(例如，當(dāng)電源100作為負(fù)載104的電流宿進(jìn)行操作時(shí))。在DCM期間，Il通常不被允許變?yōu)樨?fù)，相反，在Il可能要變?yōu)樨?fù)的時(shí)候Il被迫接近于零。簡(jiǎn)要的參考圖2，描繪了在多個(gè)操作模式期間的電感器電流信號(hào)圖。信號(hào)圖202描繪了在CCM模式期間當(dāng)該電感器電流總為正時(shí)的電感器電流II，信號(hào)圖204描繪了在DCM模式期間當(dāng)該電感器電流接近于零(否則將為負(fù))時(shí)的電感器電流II，信號(hào)圖206描繪了在CCM模式期間當(dāng)電感器電流被允許為負(fù)時(shí)的電感器電流II。
[0023]在下文的詳細(xì)描述中，在Il總為正(或接近于零)時(shí)的CCM和DCM模式在這里應(yīng)被稱為“模式1”，在Il被允許為負(fù)時(shí)的CCM模式在這里應(yīng)被稱為“模式2”。在模式I下，通過(guò)該電感器102的電流為正(或零)，并且低側(cè)開關(guān)108操作在“第三象限”，這意味著該電流從開關(guān)108的源極流到漏極。在模式2下，當(dāng)Il為負(fù)時(shí)，該低側(cè)開關(guān)108操作在“第一象限”，這意味著電流從開關(guān)108的漏極流到源極。對(duì)于常規(guī)同步降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)?，在模?期間，在開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，在開關(guān)106和108上可能會(huì)發(fā)生過(guò)大的瞬變電壓尖峰，并且這樣的電壓尖峰可能會(huì)超過(guò)容限，例如，封裝引腳容限。
[0024]相應(yīng)地，本申請(qǐng)的教導(dǎo)提供了多種機(jī)制來(lái)減小或最小化在模式2期間的切換瞬變電壓尖峰。為使能對(duì)該低側(cè)開關(guān)108的控制并且減少或消除開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間的尖峰(低到高和高到低)，該低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)112配置成至少部分地基于該系統(tǒng)100的操作模式可變地控制該低側(cè)開關(guān)108的該接通/關(guān)斷速度。在一個(gè)實(shí)施例中，該低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)112包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路，例如第一驅(qū)動(dòng)器電路126 (LDRVl)和第二驅(qū)動(dòng)器電路128(LDRV2)。驅(qū)動(dòng)器電路124和126各自可配置成生成使低側(cè)開關(guān)108轉(zhuǎn)換狀態(tài)所需的柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)125的一部分。因此，驅(qū)動(dòng)器電路124的輸出151供應(yīng)該柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)125的一部分,驅(qū)動(dòng)器電路126的輸出153供應(yīng)該柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)125的另一部分。驅(qū)動(dòng)器電路124和126配置成接收互補(bǔ)的PWM信號(hào)117。驅(qū)動(dòng)器電路124還可連接到邏輯電路系統(tǒng)122 (如下所述)，并且可在控制信號(hào)129為邏輯低時(shí)被使能，在控制信號(hào)129為邏輯高時(shí)被去使能。相似地，驅(qū)動(dòng)電路126還可連接到邏輯電路系統(tǒng)122 (如下所述)，并且可在控制信號(hào)129為低且控制信號(hào)131為低時(shí)被使能，在控制信號(hào)129和/或控制信號(hào)131為高時(shí)被去使能。當(dāng)然，這僅是對(duì)驅(qū)動(dòng)器電路124和126的邏輯控制的一個(gè)示例，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到在不脫離本申請(qǐng)的教導(dǎo)的情況下也可使用其它的邏輯控制機(jī)制。
[0025]在模式I期間(CCM)，驅(qū)動(dòng)器電路124和126兩者可被使能生成該柵極控制信號(hào)125 (由信號(hào)151和153的總和表示)，以(通過(guò)控制信號(hào)125 (LDRV))控制低側(cè)開關(guān)108的導(dǎo)通狀態(tài)。在這種狀況下，柵極控制信號(hào)125 (由信號(hào)151和153的總和表示)可具有足以使低側(cè)開關(guān)108 “快速”(例如，正常)切換(高到低以及低到高)的強(qiáng)度。例如，當(dāng)柵極控制信號(hào)125由信號(hào)151和153的總和表不時(shí),組合的驅(qū)動(dòng)器電路124和126的輸出電阻可相對(duì)較低(例如。為0.5歐姆)，使得柵極控制信號(hào)125可以相對(duì)較快的速率(例如，上升/下降時(shí)間〈10-15納秒來(lái)驅(qū)動(dòng)低側(cè)開關(guān)108的容性輸入。在模式2期間，低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)112的一部分可被去使能，使得柵極控制信號(hào)125較弱，也就是說(shuō)，與當(dāng)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)112在模式I中被完全使能時(shí)相比，受到更大的電阻且具有減小的輸出電流。去使能低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)的一部分可操作為增大低側(cè)開關(guān)108的上拉和下拉電阻，并且因此在Il為負(fù)時(shí)使低側(cè)開關(guān)108從低到高和/或從高到低的轉(zhuǎn)換狀態(tài)變慢。因此，本文中使用的，“較強(qiáng)的”柵極控制信號(hào)125意味著與“較弱的”柵極控制信號(hào)125相比，該柵極控制信號(hào)125能夠以較快的速度(更快的上升/下降時(shí)間)驅(qū)動(dòng)低側(cè)開關(guān)108。減弱柵極控制信號(hào)125的強(qiáng)度會(huì)減慢低側(cè)開關(guān)108在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間的漏-源邊緣。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，第一驅(qū)動(dòng)器電路124配置成生成約為柵極控制信號(hào)125的強(qiáng)度的25%，第二驅(qū)動(dòng)器電路126配置成生成約為柵極控制信號(hào)125的強(qiáng)度的75%，并且在這樣的配置中，當(dāng)?shù)诙?qū)動(dòng)器電路126在模式2中被去使能時(shí)，低側(cè)開關(guān)108的開關(guān)轉(zhuǎn)換的上升和下降時(shí)間是驅(qū)動(dòng)器電路124/126在模式I中都被使能時(shí)的1/3至2/3。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到這些百分比僅為示例，第一驅(qū)動(dòng)器電路124與第二驅(qū)動(dòng)器電路126的強(qiáng)度比可基于例如特定配置、負(fù)載要求、開關(guān)特性等而變化。[0026]邏輯電路系統(tǒng)122配置成控制低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)112的操作。邏輯電路系統(tǒng)122可包括第一與門128，該第一與門128配置成對(duì)負(fù)載控制信號(hào)127 (SM0D_EN)和過(guò)零控制信號(hào)139 (Z⑶)做與運(yùn)算，并且生成第一驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)129。邏輯電路系統(tǒng)122還可包括反相器電路系統(tǒng)150,該反相器電路系統(tǒng)150配置成反轉(zhuǎn)負(fù)載控制信號(hào)127 (SM0D_EN)。邏輯電路系統(tǒng)122還可包括第二與門130，該第二與門130配置成對(duì)反轉(zhuǎn)的負(fù)載控制信號(hào)127和鎖存的過(guò)零控制信號(hào)135做與運(yùn)算，并且生成第二驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)129。第一驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)129可連接到第一驅(qū)動(dòng)器電路124和第二驅(qū)動(dòng)器電路126，并且第二驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)131可連接到第二驅(qū)動(dòng)器電路126。
[0027]高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)110配置成控制高側(cè)開關(guān)106的導(dǎo)通狀態(tài)，并且通常可包括熟知的電路/部件，所述電路/部件配置成基于PWM信號(hào)115生成高側(cè)柵極控制信號(hào)111，以控制高側(cè)開關(guān)106的導(dǎo)通狀態(tài)。例如，高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)110可連接到PWM信號(hào)并且包括電平移位器電路系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器電路(在圖中已示出但未用附圖標(biāo)記來(lái)引用)，所述電平移位器電路系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器電路以熟知的方式配置成控制高側(cè)開關(guān)106。為防止在模式2期間低側(cè)開關(guān)108和高側(cè)開關(guān)106之間的交叉導(dǎo)通(下文將詳細(xì)描述)，本申請(qǐng)的至少一個(gè)實(shí)施例還可包括延遲電路系統(tǒng)124，該延遲電路系統(tǒng)124配置成當(dāng)?shù)蛡?cè)開關(guān)106的轉(zhuǎn)換狀態(tài)被延遲時(shí)延遲高側(cè)開關(guān)106的轉(zhuǎn)換狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，延遲電路系統(tǒng)124可包括延遲緩沖電路154，該延遲緩沖電路154連接到PWM信號(hào)115，且配置成生成經(jīng)延遲的PWM信號(hào)115’。信號(hào)115和信號(hào)115’之間的延遲量可基于例如當(dāng)?shù)蛡?cè)開關(guān)的開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間由于(在模式2期間當(dāng)Il為負(fù)時(shí)由去使能低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)112的一部分導(dǎo)致的)較弱的柵極控制信號(hào)125而變慢時(shí)低側(cè)開關(guān)108的總轉(zhuǎn)換時(shí)間。延遲緩沖電路154可由第二驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)131 (例如當(dāng)?shù)诙?qū)動(dòng)器控制信號(hào)131為高時(shí))使能，使得當(dāng)?shù)蛡?cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)在模式2期間被部分去使能時(shí)，延遲緩沖電路154被使能。經(jīng)延遲的PWM信號(hào)115’可使高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)110提供經(jīng)成比例延遲的柵極控制信號(hào)111。
[0028]下文將結(jié)合多種模式詳細(xì)描述電源系統(tǒng)100的操作。
[0029]樽式 I, CCM, IDO
[0030]在操作中，在模式ICCM期間，系統(tǒng)100在導(dǎo)通狀態(tài)下操作，其中Il為正并且低側(cè)開關(guān)108操作在第三象限。負(fù)載104的負(fù)載控制信號(hào)127 (SM0D_EN)保持為高，表示負(fù)載104要求電源向負(fù)載104供應(yīng)功率。如果Il保持為正，過(guò)零控制信號(hào)139和鎖存的過(guò)零控制信號(hào)135將保持為低，并且因此第一驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)129和第二驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)將保持為低。因此，驅(qū)動(dòng)器電路124和126都被使能，并且柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)125足以控制低側(cè)開關(guān)108進(jìn)行快速開關(guān)轉(zhuǎn)換。PWM信號(hào)115控制高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)110以控制高側(cè)開關(guān)106的導(dǎo)通狀態(tài)，互補(bǔ)的PWM信號(hào)117控制低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)112以控制高側(cè)開關(guān)108的導(dǎo)通狀態(tài)，正如在模式ICCM期間所公知的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，圖3A示出根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的在連續(xù)導(dǎo)通模式期間且電源具有正的電感器電流時(shí)功率開關(guān)的信號(hào)圖300。信號(hào)圖302表示高側(cè)開關(guān)(HS)106的柵極控制信號(hào)(Vffi),信號(hào)304表示低側(cè)開關(guān)(LS)IOS的柵極控制信號(hào)(Vffi)15在柵極控制信號(hào)302中的延遲306為高側(cè)開關(guān)特性中的熟知特征(例如，米勒坪曲線)。由于驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)125 (圖1)足以控制低側(cè)開關(guān)108進(jìn)行快速開關(guān)轉(zhuǎn)換，低側(cè)柵極控制信號(hào)304相對(duì)較快地進(jìn)行切換，如308處標(biāo)出的。
[0031]樽式 I, DCM, Il ≤ 0[0032]在操作中，在模式IDCM期間，系統(tǒng)100在導(dǎo)通狀態(tài)下操作，其中Il為正和/或接近于O并且低側(cè)開關(guān)108操作于第三象限。負(fù)載104的負(fù)載控制信號(hào)127 (SM0D_EN)保持為高，表示負(fù)載104要求電源向負(fù)載供應(yīng)功率。例如，當(dāng)負(fù)載104要求的功率少于在CCM模式下能夠供應(yīng)的功率時(shí)，可以利用DCM模式。如果Il保持為正，過(guò)零控制信號(hào)139和鎖存的過(guò)零控制信號(hào)135將保持為低，并且因此，第一驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)129和第二驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)將保持為低。因此，驅(qū)動(dòng)器電路124和126都被使能，并且總驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)125足以控制低側(cè)開關(guān)108進(jìn)行快速開關(guān)轉(zhuǎn)換。當(dāng)Il試圖變?yōu)樨?fù)時(shí)，過(guò)零控制信號(hào)139將從低變到高，并且在下一個(gè)高PWM周期，鎖存的過(guò)零控制信號(hào)135將從低變到高。第一驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)129從低變到高，從而去使能低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)112(例如，去使能第一驅(qū)動(dòng)器電路124和第二驅(qū)動(dòng)器電路126)。這將導(dǎo)致低側(cè)開關(guān)108斷開(不導(dǎo)通)，并且電感器電流將“鉗”在大約為零處，也就是說(shuō)，不會(huì)變?yōu)樨?fù)。PWM信號(hào)115控制高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)110以控制高側(cè)開關(guān)106的導(dǎo)通狀態(tài)，互補(bǔ)的PWM信號(hào)117控制低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)112以控制高側(cè)開關(guān)108的導(dǎo)通狀態(tài)，正如在模式IDCM期間所公知的。圖4A示出根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的電源100在DCM期間的時(shí)序圖400。時(shí)序圖402示出了 PWM信號(hào)115，時(shí)序圖404示出了電感器電流II，時(shí)序圖406示出了過(guò)零控制信號(hào)139和第一驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)129。如圖4A所示，并且繼續(xù)參考圖1，當(dāng)11404開始從正跨到負(fù)(過(guò)零并且PWM信號(hào)115為低，互補(bǔ)的PWM信號(hào)117為高)，過(guò)零控制信號(hào)139和第一驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)129從低轉(zhuǎn)換到高，從而去使能低側(cè)驅(qū)動(dòng)器控制電路系統(tǒng)112，以斷開低側(cè)開關(guān)108。過(guò)零控制信號(hào)139和第一驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)129保持高直到PWM信號(hào)402從低轉(zhuǎn)換到高，從而導(dǎo)致11404從大于為零轉(zhuǎn)換到正的電感器電流。
[0033]樽式I, CCM, 11>0 和 / 或 Π〈0
[0034]在操作中，在模式2CCM期間，系統(tǒng)100在導(dǎo)通狀態(tài)下操作，其中Il可為正和/或負(fù)。當(dāng)Il為正時(shí)，低側(cè)開關(guān)108操作在第三象限，并且當(dāng)Il為負(fù)時(shí)，低側(cè)開關(guān)108操作在第一象限。為使能通過(guò)電感器102的負(fù)電流，負(fù)載104可將負(fù)載控制信號(hào)127(SM0D_EN)從高轉(zhuǎn)換到低，表示負(fù)載104要求電源在PWM周期的至少部分期間從負(fù)載104汲取功率。如果Il保持為正，過(guò)零控制信號(hào)139和鎖存的過(guò)零控制信號(hào)135將保持為低，并且因此第一驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)129和第二驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)將保持為低。因此，驅(qū)動(dòng)器電路124和126兩者都被使能，并且總驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)125足以控制低側(cè)開關(guān)108進(jìn)行快速開關(guān)轉(zhuǎn)換(例如，以對(duì)低側(cè)開關(guān)108的Ves進(jìn)行快速充/放電)。如果Il開始變?yōu)樨?fù)，則過(guò)零控制信號(hào)139將從低轉(zhuǎn)換到高，并且在下一個(gè)高PWM信號(hào)上，鎖存的過(guò)零控制信號(hào)135將從低轉(zhuǎn)換到高，并且在Il為負(fù)和在Il變?yōu)檎蟮恼麄€(gè)PWM周期保持鎖存為高。如上所述，當(dāng)過(guò)零控制信號(hào)139和鎖存的過(guò)零控制信號(hào)135為高時(shí)，第二柵極驅(qū)動(dòng)器電路126 (通過(guò)控制信號(hào)129和131)被去使能，并且因此，低側(cè)開關(guān)由第一柵極驅(qū)動(dòng)器電路124控制。由于低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路112的一部分被去使能，柵極控制信號(hào)125不足以使低側(cè)開關(guān)108進(jìn)行快速開關(guān)轉(zhuǎn)換，因此減慢低側(cè)開關(guān)108的開關(guān)轉(zhuǎn)換，從而減小或最小化當(dāng)Il為負(fù)時(shí)(低側(cè)開關(guān)操作在第一象限)由低側(cè)開關(guān)108的快速開關(guān)轉(zhuǎn)換造成的過(guò)沖和激振(ringing)效應(yīng)。同樣，當(dāng)?shù)诙刂菩盘?hào)131從低轉(zhuǎn)換到高(當(dāng)信號(hào)135從低轉(zhuǎn)換到高)，延遲電路系統(tǒng)124被使能，因此導(dǎo)致PWM信號(hào)115的延遲和高側(cè)柵極控制信號(hào)111的延遲。當(dāng)?shù)蛡?cè)開關(guān)的開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間由于(由在模式2期間當(dāng)Il為負(fù)時(shí)去使能低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)112的一部分導(dǎo)致的)較弱的柵極控制信號(hào)125而變慢時(shí)，由延遲電路124產(chǎn)生的延遲可與低側(cè)開關(guān)108的總開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間大約相同或成比例。
[0035]圖3B示出根據(jù)本申請(qǐng)的實(shí)施例的在連續(xù)導(dǎo)通模式期間且電源具有負(fù)的電感器電流時(shí)功率開關(guān)的信號(hào)圖350。信號(hào)圖352表示高側(cè)開關(guān)106的柵極控制電壓(Vffi),信號(hào)圖354表示低側(cè)開關(guān)108的柵極控制信號(hào)(VffiX在柵極控制信號(hào)354中的坪曲線356是通過(guò)減慢低側(cè)開關(guān)108的切換而產(chǎn)生的，如前文所述。另外，在柵極控制信號(hào)352中的延遲358是通過(guò)當(dāng)Il為負(fù)時(shí)延遲高側(cè)開關(guān)106的切換而產(chǎn)生的，如上文所述。同樣，當(dāng)Il為負(fù)時(shí)，低側(cè)開關(guān)108實(shí)質(zhì)上變成“控制”開關(guān)，并且因此，高側(cè)開關(guān)106通常利用相對(duì)較快的開關(guān)轉(zhuǎn)換來(lái)改變狀態(tài)，如圖所示。
[0036]圖4B示出根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的電源100在CCM期間的時(shí)序圖450。在圖4B的示例中，Il為正也為負(fù)。時(shí)序圖452示出了 PWM信號(hào)115，時(shí)序圖454示出了電感器電流II，時(shí)序圖456示出了過(guò)零控制信號(hào)139，以及時(shí)序圖458示出了鎖存的過(guò)零控制信號(hào)135，和第一驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)129。如圖4B所示并且繼續(xù)參考圖1，當(dāng)11454開始從正跨到負(fù)(過(guò)零以及PWM信號(hào)115為低，互補(bǔ)的PWM信號(hào)117為高)時(shí)，過(guò)零控制信號(hào)139從低轉(zhuǎn)換到高，同時(shí)Il保持為負(fù)以及PWM保持為低。在下一個(gè)PWM高轉(zhuǎn)換，鎖存的過(guò)零控制信號(hào)135 (和第一驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)129)從低轉(zhuǎn)換到高，并且保持為高直到Il在整個(gè)PWM周期為正。當(dāng)?shù)谝或?qū)動(dòng)器控制信號(hào)129為“高時(shí)，第二驅(qū)動(dòng)電路126被去使能，因此減慢低側(cè)開關(guān)108的開關(guān)轉(zhuǎn)換，如此處所述。
[0037]對(duì)比仿直
[0038]圖5和圖6分別示出在連續(xù)導(dǎo)通模式期間以及在連續(xù)導(dǎo)通模式且電感器電流為負(fù)期間，具有常規(guī)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)的常規(guī)同步降壓轉(zhuǎn)換器的仿真信號(hào)圖500和600。圖7示出在連續(xù)導(dǎo)通模式且電感器電流為負(fù)期間，根據(jù)本申請(qǐng)一個(gè)實(shí)施例的同步降壓轉(zhuǎn)換器的仿真信號(hào)圖700。圖7的仿真信號(hào)圖表示與圖1的電源100相似的電源的電路仿真。圖5、6和7的仿真是假設(shè)低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)的額定電壓為25伏特。在圖5的常規(guī)電路仿真中，信號(hào)502表不在低側(cè)開關(guān)上的電壓(Vds ),信號(hào)504表不在高側(cè)開關(guān)上的電壓(Vds ),信號(hào)506表示低側(cè)柵極控制電壓(Vffi)并且信號(hào)508表示高側(cè)柵極控制電壓(VffiX如圖5標(biāo)明的，低側(cè)柵極控制信號(hào)506以及高側(cè)柵極控制信號(hào)508配置成使其相應(yīng)開關(guān)以相對(duì)較快的速度切換導(dǎo)通狀態(tài)。因此，在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間，低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)兩者都具有大的瞬變Vds電壓，并且在這個(gè)常規(guī)同步降壓轉(zhuǎn)換器在CCM期間的仿真中，在低側(cè)開關(guān)上的峰值瞬變Vds電壓(Vpk)大約為23伏特并且在高側(cè)開關(guān)的峰值瞬變Vds電壓(Vpk)大約為24伏特。這通常在低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)的電壓容限(25伏特)內(nèi)，并且通常表示常規(guī)同步降壓轉(zhuǎn)換器在CCM期間的常規(guī)操作狀況。
[0039]在圖6的常規(guī)電路仿真中，信號(hào)602表不在低側(cè)開關(guān)上的電壓(Vds),信號(hào)604表不在高側(cè)開關(guān)上的電壓(VDS)，信號(hào)606表示低側(cè)柵極控制電壓(Vffi)并且信號(hào)608表示高側(cè)柵極控制電壓(Vffi)15如圖6所標(biāo)注的，低側(cè)柵極控制信號(hào)606和高側(cè)柵極控制信號(hào)608使其相應(yīng)開關(guān)以相對(duì)較快的速度切換導(dǎo)通狀態(tài)。因此，在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)都具有大的瞬變Vds電壓，并且常規(guī)同步降壓轉(zhuǎn)換器在CCM且電感器電流為負(fù)期間的仿真中，在低側(cè)開關(guān)上的峰值瞬變Vds電壓(Vpk)約為28伏特，并且在高側(cè)開關(guān)上的峰值瞬變Vds電壓(Vpk)大約為26伏特。這大于低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)的電壓容限(25伏特)，并且通常代表了常規(guī)同步降壓轉(zhuǎn)換器在CCM且電感器電流為負(fù)期間的常見操作狀況。由于超過(guò)了低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)的電壓容限，常規(guī)同步降壓轉(zhuǎn)換器會(huì)超過(guò)IC封裝容限，這可對(duì)電源本身以及該IC的其他電路/系統(tǒng)和/或相關(guān)電路系統(tǒng)的操作產(chǎn)生不利的影響。另外，超過(guò)低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)的電壓容限可在開關(guān)處生成電壓應(yīng)力，功率泄露/損耗問題，熱管理問題，和/或限制電源的壽命和準(zhǔn)確度。
[0040]相比于常規(guī)同步降壓轉(zhuǎn)換器，當(dāng)電感器電流為負(fù)時(shí)減慢低側(cè)開關(guān)的轉(zhuǎn)換有利于將在低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)上的瞬變Vds電壓降低到容限內(nèi)。圖7中的電路仿真中，信號(hào)702表不在低側(cè)開關(guān)上的電壓(Vds),信號(hào)704表不在高側(cè)開關(guān)上的電壓(Vds),信號(hào)706表不低側(cè)柵極控制電壓(Vffi)并且信號(hào)708表示高側(cè)柵極控制電壓(Vffi)15如圖7所標(biāo)注的，在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間(高到低和/或低到高)的低側(cè)柵極控制信號(hào)706要慢于圖5和6中的常規(guī)同步降壓轉(zhuǎn)換器的低側(cè)柵極控制信號(hào)506/606的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。高側(cè)柵極控制信號(hào)708基于低側(cè)柵極控制信號(hào)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的速度而具有延遲的狀態(tài)轉(zhuǎn)換(如上文所述，在信號(hào)708的延遲是為避免低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)的交叉導(dǎo)通)。因此，在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間，對(duì)于低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)兩者，在低側(cè)開關(guān)上的峰值瞬變Vds電壓(Vpk)約為22伏特，并且在高側(cè)開關(guān)上的峰值瞬變Vds電壓(Vpk)約為24伏特。這通常在低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)的電壓容限(25伏特)內(nèi)，并且因此，本申請(qǐng)有利地解決了與常規(guī)同步降壓轉(zhuǎn)換器相關(guān)的問題。
[0041]圖8示出符合本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例的操作流程圖800。這個(gè)實(shí)施例的操作可包括至少部分地基于連接到電源802的負(fù)載的功率需求來(lái)確定同步降壓轉(zhuǎn)換器電源的操作模式。操作模式可包括例如CCM或DCM，并且負(fù)載可需要電源供應(yīng)電流(使得通過(guò)輸出電感器的電流為正或零)或汲取電流(使得通過(guò)輸出電感器的電流為負(fù))兩者。這個(gè)實(shí)施例的操作還包括確定負(fù)載是否需要電源汲取電流804。如果不需要，則這個(gè)實(shí)施例的操作包括利用第一柵極控制信號(hào)控制低側(cè)功率開關(guān)以利用CCM和/或DCM操作模式806向負(fù)載供應(yīng)電流。如果負(fù)載需要電源汲取電流(804)，這個(gè)實(shí)施例的操作還可包括確定電感器電流Il是否正在變?yōu)樨?fù)808。如果不是，則這個(gè)實(shí)施例的操作包括利用CCM模式810繼續(xù)電源的操作。如果Il變?yōu)樨?fù)(808)，則這個(gè)實(shí)施例的操作包括利用第二柵極控制信號(hào)控制低側(cè)功率開關(guān)以(相對(duì)于在利用第一柵極控制信號(hào)控制低側(cè)功率開關(guān)時(shí)的轉(zhuǎn)換狀態(tài))減慢低側(cè)開關(guān)的開關(guān)轉(zhuǎn)換812。第二柵極控制信號(hào)比第一柵極控制信號(hào)弱，意味著相比于第一柵極控制信號(hào)，第二柵極控制信號(hào)具有較高的電阻，較低的驅(qū)動(dòng)電流和較慢的邊緣速度。當(dāng)Il為負(fù)時(shí)，減慢低側(cè)開關(guān)的開關(guān)轉(zhuǎn)換可使能對(duì)電壓瞬變尖峰的更強(qiáng)的控制，否則在電源的低側(cè)開關(guān)和高側(cè)開關(guān)上會(huì)觀察到電壓瞬變尖峰。這個(gè)實(shí)施例的操作還可包括利用柵極控制信號(hào)控制高側(cè)開關(guān)以延遲高側(cè)開關(guān)的開關(guān)轉(zhuǎn)換。于此，該延遲可與(在Il為負(fù)時(shí)由于第二柵極控制信號(hào)而放慢的)低側(cè)開關(guān)的總開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間成比例。
[0042]盡管圖8示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的各個(gè)操作，但應(yīng)理解并非所有這些操作都是必須的。的確，這里完全可設(shè)想到，在本申請(qǐng)的其它實(shí)施例中，圖8中描繪的操作可以未在任何附圖中具體示出的方式相結(jié)合，而仍然與本申請(qǐng)相符。因此，即便權(quán)利要求致力于并未在一幅圖中明確示出的特征和/或操作，這些權(quán)利要求仍被視為在本申請(qǐng)的范圍和內(nèi)容之內(nèi)。另外，本文任何實(shí)施例中使用的“電路系統(tǒng)”或“電路”可包括例如單一的硬線電路系統(tǒng)、可編程電路系統(tǒng)、狀態(tài)機(jī)電路系統(tǒng)和/或可用在更大系統(tǒng)中的電路系統(tǒng)(例如，可作為一部分包括在集成電路之內(nèi)的分立元件)，或者上述的任意組合。另外，這里所述的任意開關(guān)器件可以包括任意已知類型或后來(lái)開發(fā)的開關(guān)電路系統(tǒng)，例如MOS晶體管、BJT、SiC等。
[0043]本文中所使用的術(shù)語(yǔ)和表述用于對(duì)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行描述而非限制，而且在使用這些術(shù)語(yǔ)和表述時(shí)，并未意欲排除所示及所述特征(或其部分)的任何等同物，并且應(yīng)認(rèn)識(shí)到可在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)進(jìn)行各種修改。相應(yīng)地，權(quán)利要求意在覆蓋所有這些等同物。本文已對(duì)各個(gè)特征、方面和實(shí)施例進(jìn)行了描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，易于對(duì)這些特征、方面和實(shí)施例進(jìn)行彼此結(jié)合以及變型和修改。因此，本申請(qǐng)應(yīng)被視為涵蓋此類結(jié)合、變型和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種同步降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，包括:連接到電源的高側(cè)開關(guān)以及低側(cè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)配置成從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到關(guān)斷狀態(tài)以及從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換到接通狀態(tài)，以向電感器以及負(fù)載傳遞電流；低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)，其配置成控制所述低側(cè)開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，并且配置成在第一操作模式期間利用第一柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述低側(cè)開關(guān)，以及在第二操作模式期間利用第二柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述低側(cè)開關(guān)；其中所述第一柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)比所述第二柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)強(qiáng)，并且所述第二驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)配置成與所述第一柵極控制信號(hào)相比使所述低側(cè)開關(guān)較慢地進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一操作模式包括當(dāng)通過(guò)所述電感器的電流相對(duì)于所述負(fù)載為正時(shí)的連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)和/或間斷導(dǎo)通模式(DCM)，所述第二操作模式包括當(dāng)通過(guò)所述電感器的電流相對(duì)于所述負(fù)載為負(fù)時(shí)的所述CCM。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括邏輯電路系統(tǒng)，所述邏輯電路系統(tǒng)配置成控制所述低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)的操作；并且其中，所述負(fù)載配置成生成指示需要在所述第一操作模式或所述第二操作模式下操作的負(fù)載控制信號(hào)；并且其中，所述邏輯電路系統(tǒng)進(jìn)一步配置成至少部分地基于所述負(fù)載控制信號(hào)來(lái)控制所述低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)生成所述第一柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)以及所述第二柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括過(guò)零檢測(cè)器電路系統(tǒng)，所述過(guò)零檢測(cè)器電路系統(tǒng)配置成確定所述電感器中的所述電流相對(duì)于所述負(fù)載是否為負(fù)，并且生成指示所述電感器中的所述電流相對(duì)于所述負(fù)載是否為負(fù)的過(guò)零控制信號(hào)，并且其中，所述邏輯電路系統(tǒng)進(jìn)一步配置成至少部分地基于所述過(guò)零控制信號(hào)來(lái)控制所述低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)生成所述第一柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)以及第二柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括保持電路系統(tǒng)，所述保持電路系統(tǒng)配置成至少部分地基于所述傳感器中的所述電流來(lái)鎖存所述過(guò)零控制信號(hào)的狀態(tài)，并且生成具有一狀態(tài)的經(jīng)鎖存的過(guò)零控制信號(hào)。`
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述邏輯電路系統(tǒng)包括第一與門電路系統(tǒng)，所述第一與門電路系統(tǒng)配置成接收所述負(fù)載控制信號(hào)以及所述過(guò)零控制信號(hào)，并且生成第一控制信號(hào)以控制所述低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)生成所述第一柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，第二與電路系統(tǒng)配置成接收反轉(zhuǎn)的負(fù)載控制信號(hào)以及經(jīng)鎖存的過(guò)零控制信號(hào)，并且生成第二控制信號(hào)以控制所述低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)生成所述第二柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)包括第一驅(qū)動(dòng)器電路以及第二驅(qū)動(dòng)器；并且其中，在所述第一操作模式期間，所述第一驅(qū)動(dòng)器電路以及第二驅(qū)動(dòng)器電路被使能生成所述第一柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)；并且其中，在所述第二操作模式期間，所述第二驅(qū)動(dòng)器電路被去使能，所述第一驅(qū)動(dòng)器電路被使能生成所述第二柵極驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)以及延遲電路系統(tǒng)，所述高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)配置成控制所述高側(cè)開關(guān)的所述導(dǎo)通狀態(tài)，所述延遲電路系統(tǒng)配置成在所述第二操作模式期間對(duì)所述高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)進(jìn)行延遲，以使所述高側(cè)開關(guān)的轉(zhuǎn)換延遲。
9.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括延遲電路系統(tǒng)，所述延遲電路系統(tǒng)配置成延遲所述高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)的操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述高側(cè)開關(guān)配置成至少部分地基于脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)來(lái)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，所述低側(cè)開關(guān)配置成至少部分地基于互補(bǔ)的PWM信號(hào)來(lái)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。
11.一種同步降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，包括: 連接到電源的高側(cè)開關(guān)以及低側(cè)開關(guān)，每個(gè)開關(guān)配置成從接通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到關(guān)斷狀態(tài)以及從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換到接通狀態(tài)，以向連接到所述高側(cè)開關(guān)以及所述低側(cè)開關(guān)的電感器以及負(fù)載傳遞電流； 低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)，所述低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)配置成至少部分地基于所述負(fù)載的功率需求，生成開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)以可變地控制所述低側(cè)開關(guān)的接通和/或關(guān)斷速度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)包括第一開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)以及第二開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，并且其中，所述第一開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)比所述第二開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)強(qiáng)，并且所述第二開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)配置成與所述第一開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)相比使所述低側(cè)開關(guān)較慢地進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，第一操作模式包括當(dāng)通過(guò)所述電感器的電流相對(duì)于所述負(fù)載為正時(shí)的連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)和/或間斷導(dǎo)通模式(DCM)，所述第二操作模式包括當(dāng)通過(guò)所述電感器的電流相對(duì)于所述負(fù)載為負(fù)時(shí)的所述CCM。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括:邏輯電路系統(tǒng)，所述邏輯電路系統(tǒng)配置成控制所述低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)的操作；并且其中，所述負(fù)載配置成生成指示需要在第一操作模式或第二操作模式下操作的負(fù)載控制信號(hào)；并且其中，所述邏輯電路系統(tǒng)進(jìn)一步配置成至少部分地基于所述負(fù)載控制信號(hào)來(lái)控制所述低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括:過(guò)零檢測(cè)器電路系統(tǒng)，所述過(guò)零檢測(cè)器電路系統(tǒng)配置成確定所述電感器中的所述電流相對(duì)于所述負(fù)載是否為負(fù)，并且生成指示所述電感器中的所述電流相對(duì)于所述負(fù)載是否為負(fù)的過(guò)零控制信號(hào)，并且其中，所述邏輯電路系統(tǒng)進(jìn)一步配置成至少部分地基于所述過(guò)零控制信號(hào)來(lái)控制所述低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述低側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)包括第一驅(qū)動(dòng)器電路以及第二驅(qū)動(dòng)器；并且其中，在第一操作模式期間，所述第一驅(qū)動(dòng)器電路以及所述第二驅(qū)動(dòng)器電路被使能生成具有第一信號(hào)強(qiáng)度的第一開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)；并且其中，在第二操作模式期間，所述第二驅(qū)動(dòng)器電路被去使能，所述第一驅(qū)動(dòng)器電路被使能生成具有第二信號(hào)強(qiáng)度的第二開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)；其中所述第一信號(hào)強(qiáng)度大于所述第二信號(hào)強(qiáng)度。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)和延遲電路系統(tǒng)，所述高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)配置成控制所述高側(cè)開關(guān)的所述導(dǎo)通狀態(tài)，所述延遲電路系統(tǒng)配置成在至少一種操作模式期間對(duì)所述高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)進(jìn)行延遲，以使所述高側(cè)開關(guān)的轉(zhuǎn)換延遲。
18.—種控制同步降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器電源的方法，包括: 至少部分地基于連接到所述電源的負(fù)載的功率需求，確定所述電源的操作模式； 確定一連接到所述電源的電感器的電感器電流相對(duì)于所述負(fù)載為正還是為負(fù)； 如果所述電感器電流為正，則利用第一開關(guān)控制信號(hào)來(lái)控制所述電源的低側(cè)開關(guān)；以及 如果所述電感器電流為負(fù)，則利用第二開關(guān)控制信號(hào)來(lái)控制所述電源的所述低側(cè)開關(guān); 其中，所述第一開關(guān)控制信號(hào)比所述第二開關(guān)控制信號(hào)強(qiáng)，并且所述第二開關(guān)控制信號(hào)配置成與所述第一開關(guān)控制信號(hào)相比，使所述低側(cè)開關(guān)較慢地進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述操作模式包括第一操作模式和第二操作模式，所述第一操作模式包括當(dāng)通過(guò)所述電感器的電流相對(duì)于所述負(fù)載為正時(shí)的連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)和/或間斷導(dǎo)通模式(DCM)，所述第二操作模式包括當(dāng)通過(guò)所述電感器的電流相對(duì)于所述負(fù)載為負(fù)時(shí)的所述CCM。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括: 如果所述電感器電流為 負(fù)，則控制所述電源的高側(cè)開關(guān)對(duì)所述高側(cè)開關(guān)的開關(guān)轉(zhuǎn)換進(jìn)行延遲。
【文檔編號(hào)】H02M3/158GK103580482SQ201310284590
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月20日
【發(fā)明者】喬恩·格拉迪施, 托馬斯·N·馬西斯, 尚恩·T·塔爾頓 申請(qǐng)人:快捷半導(dǎo)體(蘇州)有限公司, 快捷半導(dǎo)體公司