自适应死区时间控制的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年3月4日提交的美国临时申请No. 61/947, 575的优先权的权 益。通过引用的方式将W上引用的申请的全部内容并入本文中。
技术领域
[0003] 本公开内容总体上设及开关模式电源，并且更具体地设及开关模式电源中的自适 应死区时间控制。
【背景技术】
[0004] 此处提供的背景描述是出于总体上呈现本公开内容的语境的目的。在该背景部分 中所描述的程度上的目前指定的发明人的工作、W及说明书的在提交时未被描述为现有技 术的各方面被既不明示也不暗示地作为本公开内容的现有技术而被纳入。
[0005] 开关模式电源（SMP巧是包括用于有效转换电功率的开关调节器的电子电源。和 其它电源类似，SMI^S通过转换由电源提供的功率的电压和电流特性而将功率从源（例如， AC电源）传输到负载（例如，个人电脑）。不同于线性电源，SMPS的（多个）旁路元件在 低消耗接通与关断状态之间不断切换，并且很少处于高消耗过渡状态，该使得能量的浪费 最小化。电压调节是通过改变（多个）旁路元件的接通-关断时间比来实现的。相反，线 性电源通过不断消耗旁路元件中的功率来调节输出电压。因此，较高功率转换效率是SMPS 的重要优势。
【发明内容】
[0006] 系统包括死区时间检测器、第一和第二电路、W及控制器。死区时间检测器检测死 区时间何时出现并且基于死区时间的持续时间来产生输出信号，其中死区时间是开关调节 器的高侧开关和低侧开关被关断的时间段。第一电路响应于脉冲宽度调制脉冲的第一沿而 基于输出信号来产生用于接通高侧开关的第一接通信号W及用于关断低侧开关的第一关 断信号。第二电路响应于脉冲宽度调制脉冲的第二沿而基于输出信号来产生用于接通低侧 开关的第二接通信号W及用于关断高侧开关的第二关断信号。控制器基于第一接通信号和 第一关断信号W及第二接通信号和第二关断信号来产生用于驱动高侧开关的第一口驱动 信号W及用于驱动低侧开关的第二口驱动信号。
[0007] 在其它特征中，死区时间的持续时间是第一和第二口驱动信号的函数，并且死区 时间的持续时时间与开关调节器的开关频率无关。
[0008] 在其它特征中，第一和第二电路通过分别使第一和第二接通信号的定时提前或使 第一和第二关断信号的定时延迟来控制死区时间的持续时间。
[0009] 在另一特征中，死区时间检测器包括比较器，其将阔值电压与高侧开关和低侧开 关被串联连接的节点处的电压进行比较，并且基于比较结果来产生包括电流脉冲的输出信 号。
[0010] 在其它特征中，死区时间检测器包括电压放大器和跨导放大器。电压放大器基于 阔值电压W及高侧开关和低侧开关被串联连接的节点处的电压来产生差分电压。在死区时 间出现时，跨导放大器基于差分电压来产生正电流脉冲作为输出信号。
[0011] 在另一特征中，根据死区时间检测器的期望的速度来设定电压放大器的增益。
[0012] 在另一特征中，在未出现死区时间的情况下，跨导放大器输出负电流脉冲作为输 出信号。
[0013] 在其它特征中，第一电路包括定时器、积分器和差分电压-时间转换器。定时器响 应于脉冲宽度调制脉冲的第一沿而产生具有预定脉冲宽度的脉冲。积分器执行死区时间检 测器的输出信号在等于预定脉冲宽度的时间段上的加权时间积分并且产生输出电压。差分 电压-时间转换器将参考电压与积分器的输出电压进行比较并且基于比较结果来产生第 一接通信号和第一关断信号。
[0014] 在其它特征中，第二电路包括定时器、积分器和差分电压-时间转换器。定时器响 应于脉冲宽度调制脉冲的第二沿而产生具有预定脉冲宽度的脉冲。积分器执行死区时间检 测器的输出信号在等于预定脉冲宽度的时间段上的加权时间积分并且产生输出电压。差分 电压-时间转换器将参考电压与积分器的输出电压进行比较并且基于比较结果而产生第 二接通信号和第二关断信号。
[0015] 在其它特征中，系统还包括第一驱动器和第二驱动器。第一驱动器基于第一口驱 动信号来驱动高侧开关并且产生第一反馈信号。第二驱动器基于第二口驱动信号来驱动低 侧开关并且产生第二反馈信号。控制器接收第一和第二反馈信号W防止高侧开关和低侧开 关被同时接通。控制器通过重写第一和第二反馈信号来控制死区时间。
[0016] 在另一特征中，控制器包括传输延迟控制电路，其通过在脉冲宽度调制脉冲改变 状态时关断高侧和低侧开关来控制开关调节器的传输延迟。
[0017] 在另一特征中，传输延迟是脉冲宽度调制脉冲的第一沿与高侧开关和低侧开关被 串联连接的节点处的电压响应于脉冲宽度调制脉冲的第一沿而改变时的时间之间的延迟。
[0018] 在另一特征中，传输延迟是脉冲宽度调制脉冲的第二沿与高侧开关和低侧开关被 串联连接的节点处的电压响应于脉冲宽度调制脉冲的第二沿而改变时的时间之间的延迟。
[0019] 在又一特征中，方法包括；检测死区时间何时出现，其中死区时间是开关调节器的 高侧开关和低侧开关被关断的时间段；W及基于死区时间的持续时间来产生输出信号。方 法还包括响应于脉冲宽度调制脉冲的第一沿而基于输出信号来产生用于接通高侧开关的 第一接通信号W及用于关断低侧开关的第一关断信号。方法还包括响应于脉冲宽度调制脉 冲的第二沿而基于输出信号来产生用于接通低侧开关的第二接通信号W及用于关断高侧 开关的第二关断信号。方法还包括基于第一接通和关断信号W及第二接通和关断信号来产 生用于驱动高侧开关的第一口驱动信号W及用于驱动低侧开关的第二口驱动信号。
[0020] 在其它特征中，死区时间的持续时间是第一和第二口驱动信号的函数，并且其中， 死区时间的持续时间与开关调节器的开关频率无关。
[0021] 在其它特征中，方法还包括通过分别使第一和第二接通信号的定时提前或者使第 一和第二关断信号的定时延迟来控制死区时间的持续时间。
[0022] 在其它特征中，方法还包括将阔值电压与高侧开关和低侧开关被串联连接的节点 处的电压进行比较，并且基于比较结果来产生包括电流脉冲的输出信号。
[0023] 在其它特征中，方法还包括基于阔值电压W及高侧开关和低侧开关被串联连接的 节点处的电压来产生差分电压，并且在出现死区时间时，基于差分电压来输出电流作为输 出信号。
[0024] 在其它特征中，方法还包括响应于脉冲宽度调制脉冲的第一沿而产生具有预定脉 冲宽度的脉冲。方法还包括在等于预定脉冲宽度的时间段上对输出信号进行积分并且产生 输出电压。方法还包括将参考电压与输出电压进行比较并且基于比较结果来产生第一接通 和关断信号。
[00巧]在其它特征中，方法还包括响应于脉冲宽度调制脉冲的第二沿而产生具有预定脉 冲宽度的脉冲。方法还包括在等于预定脉冲宽度的时间段上对输出信号进行积分并且产生 输出电压。方法还包括将参考电压与输出电压进行比较并且基于比较结果来产生第二接通 和关断信号。
[0026] 在其它特性中，方法还包括基于第一口驱动信号来驱动高侧开关W及基于第二口 驱动信号来驱动低侧开关。方法还包括产生第一和第二反馈信号W防止高侧开关和低侧开 关被同时接通。方法还包括通过重写第一和第二反馈信号来控制死区时间。
[0027] 在另一特征中，方法还包括通过在脉冲宽度调制脉冲改变状态时关断高侧开关和 低侧开关来控制开关调节器的传输延迟。
[0028] 根据【具体实施方式】、权利要求W及附图，本公开内容的适用性的其它方面将变得 显而易见。【具体实施方式】和具体示例旨在仅用于说明的目的，而不是要限制本公开内容的 范围。
【附图说明】
[0029] 根据【具体实施方式】和附图，本公开内容将得到更全面的理解，附图中：
[0030] 图1是包括开关调节器的开关模式电源（SMP巧的功能框图；
[0031] 图2描绘了图1的SMPS的电压和电流波形；
[0032] 图3是包括死区时间检测器W及用于调节开关调节器的死区时间和传输延迟的 多个自适应定时器的开关调节器的功能框图；
[0033] 图4A是用于图3的开关调节器中的死区时间检测器的功能框图；
[0034] 图4B是用于图4A的死区时间检测器中的跨导放大器的原理图；
[00巧]图4C描绘了图4B的跨导放大器的静态I-V特性；
[0036] 图4D描绘了图4B的跨导放大器的动态特性；
[0037] 图5是用于图3的开关调节器中的自适应定时器的功能框图；
[003引图6描绘了图5的自适应定时器的特性；
[0039] 图7是用于图3的开关调节器中的控制器的原理图；
[0040] 图8描绘了在图3的开关调节器W提前模式进行操作时的自适应死区时间控制的 波形图；
[0041] 图9描绘了在图3的开关调节器W延迟模式进行操作时的自适应死区时间控制的 波形图；W及
[0042] 图10是用于调节开关调节器的死区时间和传输延迟的方法的流程图。
[0043] 在附图中，附图标记可W重复用于标识相似和/或相同的元件。
【具体实施方