本公开的实施例涉及用于驱动例如电子转换器(诸如降压转换器)的半桥的解决方案。
背景技术：
1、电力供应电路(诸如ac/dc或dc/dc开关模式电力供应)在本领域中是众所周知的。存在许多类型的电子转换器，主要被划分为隔离和非隔离转换器。例如，非隔离电子转换器是“降压”、“升压”、“降压-升压”、“sepic”和“zeta”类型的转换器。代替地，隔离转换器是例如“反激”、“正向”、“半桥”和“全桥”类型的转换器。这些类型的转换器对于本领域技术人员来说是众所周知的，例如，应用笔记an513/0393“用于开关模式电力供应的拓扑”，l.wuidart，1999，stmicroelectronics(通过引用并入本文)证明了这一点。
2、图1是dc/dc电子转换器20的示意图。特别地，通用电子转换器20包括用于接收dc电压vin的两个输入端子200a和200b，以及用于供给dc电压vout的两个输出端子202a和202b。例如，输入电压vin可以由dc电压源10(诸如电池)供给，或者可以借助于整流器电路(诸如桥式整流器)以及可能的滤波电路从ac电压获得。代替地，输出电压vout可以被用于为负载30供电。
3、例如，图2示出了降压转换器20的电路示意图。特别地，降压转换器20包括用于接收dc输入电压vin的两个输入端子200a和200b，以及用于供给调节电压vout的两个输出端子202a和202b，其中输出电压等于或低于输入电压vin。
4、在所考虑的示例中，降压转换器20包括串联连接(例如，直接连接)在输入端子200a与200b之间的两个电子开关q1和q2(以及其电流路径)，其中电子开关q1与q2之间的中间节点表示开关节点lx。具体而言，电子开关q1是连接(例如，直接连接)在(正)端子200a与开关节点lx之间的高侧开关，而电子开关q2是连接(例如，直接连接)在开关节点lx与(负)端子200b之间的低侧开关，(负)端子200b常常表示地gnd。因此，(高侧)开关q1和(低侧)开关q2表示半桥，该半桥被配置为将开关节点lx连接到端子200a(电压vin)或端子200b(地gnd)。
5、开关q1和/或q2常常是晶体管，诸如场效应晶体管(fet)，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)，例如，n沟道fet，诸如nmos。第二电子开关q2经常也仅用二极管实现，其中阳极连接到端子200b并且阴极连接到开关节点lx。
6、在所考虑的示例中，诸如电感器之类的电感l连接(例如，直接连接)在开关节点lx与(正)输出端子202a之间。代替地，(负)输出端子202b连接(例如，直接连接)到(负)输入端子200b。转换器20常常包括连接(例如，直接连接)在输出端子202a与202b之间的电容器cout以稳定输出电压vout。
7、在这个上下文中，图3a-3e示出了这种电子转换器的信号的示例性波形，其中：图3a示出了用于开关电子开关q1的信号drv1；图3b示出了用于开关第二电子开关q2的信号drv2；图3c示出了穿过电子开关q1的电流iq1；图3d示出了开关节点lx处的电压vlx(即，第二开关q2处的电压)；并且图3e示出了穿过电感器l的电流il。
8、特别地，当电子开关q1在时刻t1闭合(导通(on)状态)时，电感器l中的电流il(基本)线性增加。同时，电子开关q2断开。代替地，当电子开关q1在间隔ton1后在时刻t2断开(关断(off)状态)时，电子开关q2闭合，并且电流il(基本)线性减小。最后，开关q1在间隔toff1之后再次闭合。在所考虑的示例中，因此，当开关q1断开时，开关q2闭合，反之亦然。因此，电流il可以被用于对电容器c充电，电容器c在端子202a和202b处供给电压vout。
9、在所考虑的实施例中，电子转换器20因此包括控制电路22，该控制电路22被配置为驱动开关q1和开关q2的开关，用于周期性地重复间隔ton1和toff1。例如，降压转换器20通常还包括反馈电路(fbc)24，诸如分压器，该反馈电路被配置为生成指示输出电压vout(并且优选地与其成比例)的反馈信号fb，并且控制电路22被配置为通过将反馈信号fb与参考信号(诸如参考电压vref)进行比较来生成驱动信号drv1和drv2。
10、一般而言，降压转换器可以以连续传导模式(ccm)、非连续传导模式(dcm)或过渡模式(tm)操作。
11、例如，如图4中所示，当控制电路22以ccm操作转换器时，当开关循环tsw结束时，流过电感l的电流il具有不同于零的值。在这种情况下，控制电路22使用两个开关阶段t1和t2，其中tsw＝t1+t2，其中：在阶段t1(t1＝ton1＝toff2)期间，开关q1闭合并且开关/二极管q2断开；并且在阶段t2(t2＝toff1＝ton2)期间，开关q1断开并且开关/二极管q2闭合。
12、相反，如图5中所示，当控制电路22以dcm操作转换器时，当流过电感l的电流il达到零时，电子开关q2断开。因而，在这种情况下，控制电路22实际上使用三个开关阶段t1、t2和t3，其中tsw＝t1+t2+t3，其中：在阶段t1(t1＝ton1)期间，开关q1闭合并且开关/二极管q2断开；在阶段t2(t2＝ton2)期间，开关q1断开并且开关/二极管q2闭合；并且在阶段t3(toff1＝t2+t3和toff2＝t3+t1)期间，开关q1断开并且开关/二极管q2断开。
13、已知有大量的驱动方案用于生成驱动信号drv1和drv2。这些解决方案的共同点在于，能够通过调节间隔ton1和/或间隔toff1的持续时间来调节输出电压vout。例如，控制电路22常常生成脉冲宽度调制(pwm)信号drv1，其中占空比d＝ton1/(ton1+toff1)是可变的。例如，控制电路22常常使用恒定频率pwm调制。例如，在这种情况下，时刻t1可以在恒定时间tsw之后周期性地开始。相反，时刻t2可以根据反馈信号fb和参考信号vref来确定。例如，在这方面，众所周知的控制方法是峰电流模式(pcm)，其中控制电路22被配置为当流过电感l的电流il(或指示这个电流的值)达到阈值ilpk时结束接通间隔ton1(时刻t2)，即，电流il的最大值imax与阈值ilpk对应，即，imax＝ilpk，其中控制电路22包括比例-积分(pi)或比例-积分-微分(pid)调节器，该调节器被配置为改变阈值ilpk以便将反馈信号fb调节至参考信号vref。
14、这种峰电流模式在其他半桥电路中也经常使用。例如，图6和图7示出了半桥电路20的示例。
15、具体而言，半桥电路20包括半桥，该半桥包括串联连接在输入端子200a与200b之间的两个电子开关q1和q2。而且，半桥电路20包括电感28，该电感28连接到电子开关q1与q2之间的中间节点，即，开关节点lx，其中半桥被配置为选择性地将来自输入电压vin的能量传送到电感28。具体而言，电感28是图6中的电感器l和图7中的变压器。一般而言，电感28连接在开关节点lx与地200b之间，或者电感28和电容器cout串联连接在开关节点lx与地200b之间。因而，由于电感负载，当电子开关q1闭合(并且电子开关q2断开)时，提供给电感负载28的电流(基本)线性增加，而当电子开关q2闭合(并且电子开关q1断开)时，提供给电感负载28的电流(基本)线性减小。在这方面，当使用电容器cout时，与电子开关q1和q2的开关频率相比，包括电感28和电容器cout的谐振槽(resonant tank)的谐振频率通常大。
16、例如，关于图6，电感器l可以直接是负载，诸如马达绕组。相反，在降压转换器的情况下，电容器cout处的电压连接到降压转换器的输出端子202a和202b。
17、相反，如图7中所示，在典型的半桥电子转换器中，电感28包括变压器，其中初级绕组t1连接到开关节点lx(即，初级绕组t1连接在开关节点lx与地200b之间，或者初级绕组t1和电容器c串联连接在开关节点lx与地200b之间)，并且次级绕组t2通常经由整流器电路27连接到电子转换器的输出端子202a和202b。例如，美国专利no.10,770,980公开了各种类型的半桥转换器和相应的整流器电路，该专利的内容通过引用并入本文。在典型的半桥转换器中，与电子开关q1和q2的开关频率相比，谐振槽(包括变压器28和可能的其他电抗组件(reactive component)，诸如电容器c)的谐振频率通常大。
18、而且在这种情况下，半桥20包括控制电路22，该控制电路22被配置为生成用于电子开关q1和q2的驱动信号drv1和drv2，以便控制从输入电压vin到电感28的能量传送。具体而言，当使用峰电流模式时，控制电路22接收指示在电子开关q1的接通时段t1期间提供给电感负载28的电流的信号，诸如由电流传感器26a提供的信号cs1，该电流传感器26a被配置为直接监视提供给电感负载28的电流il。电流传感器26a还可以用电流传感器26b代替，该电流传感器26b被配置为提供指示流过开关q1的电流iq1(并且优选地与其成比例)的信号cs2，该电流iq1在间隔t1期间与提供给电感负载28的电流对应。
19、而且，如前所述，控制电路22包括pi或pid调节器，该调节器被配置为通过将反馈信号fb与参考电压vref进行比较来生成用于信号cs1或cs2的阈值。一般而言，反馈信号fb指示要调节的输出量(并且优选地与其成比例)。例如，在被配置为电压源的电子转换器中，反馈信号fb指示端子202a和202b处的输出电压vout。相反，在电流源的情况下，反馈信号fb指示经由端子202a和202b提供的输出电流iout。相反，在马达的情况下，反馈信号fb可以指示马达的旋转速度。
20、如前所述，控制电路可以用ccm或dcm驱动电子开关q1和q2。因而，控制电路22可以被配置为：在时间tsw之后周期性地开始新的开关循环，例如，响应于时钟信号，通过闭合开关q1并断开开关q2(时刻t1)；响应于确定流过电感28的电流il(或者指示这个电流的值，诸如信号c2)达到阈值ilpk，断开开关q1并且闭合开关q2(时刻t2)；并且可选地(即，当使用dcm时)，响应于确定电流il达到零，维持断开的开关q1并且断开开关q2(时刻t3)。
21、因而，当使用dcm时，控制电路22还可以包括或连接到零电流检测电路(zcdc)26，该零电流检测电路zcdc 26被配置为生成零电流信号zc，该零电流信号zc(至少)指示提供给电感28的电流达到零时的时刻t3，特别是至少在间隔t2期间。例如，这种零电流检测电路26可以接收由电流传感器26a提供的信号cs1。替代地，可以用电流传感器26c代替电流传感器26a，该电流传感器26c被配置为提供指示流过开关q2的电流iq2(并且优选地与其成比例)的信号cs3，该电流iq2与间隔t2期间提供给电感28的电流对应。例如，零电流信号zc可以经由比较器26(所谓的零电流比较器)来确定，例如，该比较器被配置为确定被监视的信号cs1或cs3是否降至低于给定阈值(其通常接近于零)。例如，在图5中示出了零电流信号zc的示例，当测得的电流小于阈值(接近于零)时，该零电流信号zc被设置为高。
22、在驱动信号的开关之间常常也可以引入(通常固定的)死区时间，例如，在信号drv1的下降沿与信号drv2的上升沿之间，以及类似地(在ccm模式下)在信号drv2的下降沿与信号drv1的上升沿之间。由于与持续时间ton1和toff1相比这些间隔通常短，因此在下文中将不再具体考虑这些间隔。
23、流过(高侧)电子开关q1的电流的峰值(其进而指示流过电感28的电流的峰值)对于其他目的也可以是有用的。例如，这个值对于例如连同其他参数(诸如占空比d)一起确定电子转换器20的操作状态可以是有用的。例如，基于这些值，控制电路22可以决定是否以高功率模式(例如，使用ccm)或低功率模式(例如，使用带pcm的dcm或突发模式)操作电子转换器。
24、而且，如例如在美国专利申请no.18/767,557(与意大利专利申请no.102023000014532对应)中所述，其内容通过引用并入本文，流过电子开关的电流的峰值也可以用于所谓的功率级分区或分段，其中电子开关被替换为包括以下的功率级：并联连接的多个电子开关(诸如fet)，和/或fet，其中可以选择性地控制有源通道的宽度，从而实际上实现并联连接的多个电子开关。
25、例如，图8示出了其中功率级q用并联连接的多个场效应晶体管(fet)(诸如四个fet s1、s2、s3和s4)实现的示例。在这种情况下，多个fet s1-s4的漏极端子连接到第一节点/端子n1，而多个fet s1-s4的源极端子连接到第二节点/端子n2。相反，多个fet s1-s4的栅极端子中的每一个连接到相应的端子以接收相应的驱动信号，例如，驱动信号d1、d2、d3和d4。一般而言，也可以使用具有相应驱动信号的任何其他数量的并联连接的电子开关，诸如2、3、5、6、7、8或更多个电子开关。
26、因而，在这种情况下，半桥电路的控制电路22可以被配置为生成用于电子开关s1-s4的驱动信号d1-d4，以便选择应当同时闭合的电子开关的数量。事实上，fet的主要损耗源通常随不同的负载电流而变化。例如，在高电流下，主导的损耗源是跨fet的电阻转换成热量的功率，即，欧姆损耗。在低电流下，主导的源得自fet的接通和关断，即，诸如开关和驱动之类的动态损耗。例如，在任何负载下，接通和关断fet的栅极所需的功率通常都相当恒定，但是随着负载汲取更多的电流，用于开关栅极的功率变成转换的总功率中一个不太显著的部分。因此，当将功率级q拆分成多个(物理和/或虚拟的)并联fet时，可以控制功率开关的有效尺寸，并且电子转换器的控制电路可以平衡：总接通电阻rds,on，其在增加闭合的电子开关的数量时减小；以及开关损耗，其在减少闭合的电子开关的数量时减小。
27、例如，控制电路22可以被配置为：在高电流流动时，闭合更多的电子开关s1-s4，从而减少接通电阻rds,on中的功率损耗，并且在低电流流动时，闭合较少的电子开关s1-s4，从而减少闭合电子开关s1-s4所需的开关损耗。
28、例如，为了决定应当被闭合的电子开关s1-s4(即，功率级q的分区或分段)的数量，控制电路可以确定指示流过功率级q的电流的峰值(并且优选地与其成比例)的值，即，流过电子开关s1-s4的总电流。例如，在已知的解决方案中，控制电路被配置为使用给定的电流阈值监视流过功率级q的峰值电流并设置有源fet的数量，该电流阈值可以是静态的或根据操作条件确定的。
29、鉴于上述内容，本领域需要提供用于获得电流的峰值的解决方案。
技术实现思路
1、一个或多个实施例包括半桥驱动器电路。
2、而且，实施例涉及相关的集成电路、半桥电路和方法。
3、本公开的各种实施例涉及用于被配置为向电感负载供电的半桥的半桥驱动器电路。例如，半桥电路可以包括串联连接在被配置为接收输入电压的两个输入端子之间的第一fet和第二fet，其中第一fet与第二fet之间的中间节点表示被配置为向电感负载供电的开关节点。
4、具体而言，在各种实施例中，半桥驱动器电路(例如，在集成电路中实现)包括被配置为向表示半桥的高侧电子开关的第一fet的栅极端子提供第一驱动信号的第一端子，以及被配置为向表示半桥的低侧电子开关的第二fet的栅极端子提供第二驱动信号的第二端子。而且，半桥驱动器电路包括被配置为接收指示要调节的量的反馈信号的反馈端子。例如，当半桥电路是电子转换器(诸如降压转换器)时，反馈信号可以指示由电子转换器生成的输出电压或输出电流。
5、在各种实施例中，半桥驱动器电路被配置为通过以下来周期性地重复开关循环：在每个开关循环开始时经由第一驱动信号闭合第一fet，检测流过第一fet的电流达到阈值的时刻，以及响应于检测到该时刻而经由第一驱动信号断开第一fet并经由第二驱动信号闭合第二fet。而且，当以ccm操作时，半桥驱动器电路在每个开关循环开始时经由第二驱动信号断开第二fet。相反，当以dcm操作时，半桥驱动器电路检测流过第二fet的电流达到零的另外的时刻，以及响应于检测到该另外的时刻而经由第二驱动信号断开第二fet。
6、在各种实施例中，半桥驱动器电路包括被配置为根据控制电压生成第一电流的可变电流发生器，以及被配置为通过将反馈信号与参考信号进行比较来生成控制电压的误差放大器，其中误差放大器包括具有比例和积分组件的调节器。在各种实施例中，半桥驱动器电路还包括被配置为生成第二电流的斜率补偿电路，其中第二电流是在每个开关循环开始时复位的斜坡信号，并且其中阈值是通过从第一电流中减去第二电流而生成的。因而，在各种实施例中，半桥驱动器电路使用峰电流模式。
7、例如，为了检测流过第一fet的电流达到阈值的时刻，半桥驱动器电路可以包括被配置为被与第一电流和第二电流之间的差对应的第三电流穿过的参考fet，以及被配置为通过将参考fet处的电压降与第一fet处的电压降进行比较来生成指示该时刻的信号的比较器。
8、在各种实施例中，半桥驱动器电路被配置为响应于检测到流过第一fet的电流达到阈值的时刻，在该时刻对第二电流进行采样，并通过从第一电流中减去所采样的第二电流来生成指示阈值的信号。因而，代替直接监视流过第一fet的电流的峰值，本公开的各种实施例通过对由斜率补偿电路提供的电流进行采样并由误差放大器从经由可变电流发生器生成的电流中减去所采样的电流来生成指示流过第一fet的电流的峰值的信号。
9、例如，在各种实施例中，半桥驱动器电路通过以下来对第二电流进行采样：获得指示该时刻的第二电流的电压，以及响应于检测到该时刻而将获得的电压存储到电容中。因而，半桥驱动器电路可以根据电容处的电压生成第四电流。例如，在各种实施例中，斜率补偿电路包括被配置为生成斜坡信号的电流源，并且半桥驱动器电路包括被配置为由斜坡信号穿过的fet，其中fet的栅极端子连接到fet的漏极端子。因而，在这种情况下，指示第二电流的电压可以与fet的栅极端子处的电压对应。因而，半桥驱动器电路可以包括被配置为提供第四电流的另外的fet，其中该另外的fet的栅极端子经由电容处的电压被驱动。
10、在各种实施例中，可变电流发生器包括被配置为生成与控制电压成比例的第五电流的电流源，以及被配置为通过镜像第五电流生成第一电流的电流镜。在这种情况下，电流镜还可以生成与第一电流对应的第六电流，并且半桥驱动器电路可以通过从第六电流中减去第四电流(即，所采样的电流)生成指示阈值的信号。
11、附加地或替代地，半桥驱动器电路可以包括运算放大器，其中运算放大器的反相输入端连接到第四电流，运算放大器的非反相输入端连接到控制电压，并且运算放大器的输出端子经由电阻连接到运算放大器的反相输入端，其中运算放大器的输出端子处的电压与指示阈值的信号对应。