專利名稱：電源轉換器和方法
技術領域：
本發明一般涉及電源，且更具體地涉及開關模式電源。
背景技術：
開關模式電源(SMPQ用于包括膝上計算機、蜂窩電話、個人數字助手、視頻游戲、 視頻攝像機等的各種電子設備。它們可以將處于一個電平的直流(dc)信號轉換成處于不 同電平的直流信號(這是直流-直流轉換器)，將交變電流(交流(ac))信號轉換成直流信 號(這是交流-直流轉換器)，將直流信號轉換成交流信號(這是直流-交流轉換器)，或 者將交流信號轉換成交流信號(這是交流-交流轉換器)。一般地，開關模式電源通過開 關、電感器、控制和反饋電路的方式將能量從輸入節點傳送到輸出節點。一種類型的開關模 式電源是降壓變壓器，其中出現在輸出節點的電壓從出現在輸入節點上的電壓開始逐漸下 降。降壓轉換器可包括高邊(high side)場效應晶體管(FET)和低邊(low side^ET，其中 高邊FET的漏極被耦合以用于接收輸入信號，高邊FET的源極公共地連接到低邊FET的漏 極和電感器的端子，且低邊FET的源極連接到地。高邊FET和低邊FET的柵極被耦合以用 于接收相應的控制信號。電感器的其他端子連接到負載。為了優化轉換器例如降壓轉換器的效率，希望防止負電流在低邊FET中流動，因 為負電流增加來自FET的傳導損耗，這導致了功率損耗的增加。因此，降壓轉換器一般以不 連續操作模式操作以減小傳導損耗。在這種操作模式中，低邊FET在電感器電流達到零時 關斷。關斷低邊FET的缺點是如果其在電感器電流達到零之前關斷，電流繼續流經低邊FET 的體二極管，這增加了功率損耗。相反地，如果低邊FET關斷得太晚，負電感器電流使電流 流經關斷的高邊FET的體二極管，這導致轉換器電路鳴響(ring)從而產生電磁干擾(EMI)。因此，有用于適應性地調整開關模式電源中的低邊FET的關斷的方法和電路是有 益的。具有成本效益地實現的這種電路和方法將進一步有益。


通過閱讀以下的詳細描述，結合所附的繪圖，本發明將被更好地理解，在附圖中， 相同的參考符號指示相同的元件，且其中圖1是依照本發明的實施方式的轉換器的電路示意圖；圖2是依照本發明的另一個實施方式的轉換器的電路示意圖；圖3是依照本發明的另一個實施方式的轉換器的電路示意圖；圖4是依照本發明的另一個實施方式的轉換器的電路示意圖；圖5是依照本發明的實施方式的具有示出了在不同節點產生的信號的曲線的圖； 以及圖6是依照本發明的實施方式的具有示出了在不同節點產生的信號的曲線的圖。
具體實施例方式一般地，本發明提供用于以不連續模式操作開關晶體管的電路和方法。依照本發 明的實施方式，高邊開關晶體管具有被耦合以用于接收輸入信號的漏極、公共地連接到低 邊開關晶體管的漏極和連接到比較器的輸入以及連接到電感器以形成開關節點的源極。低 邊開關晶體管的源極被耦合以用于接收操作電勢例如操作電勢的源vss。比較器的另一個 輸入被耦合以用于接收閾值電壓，電感器的另一個端子耦合到負載。開關晶體管被耦合以 用于從開關驅動模塊接收控制信號。在開關節點的電壓與閾值電壓比較。如果在開關節點 的電壓為負，則有正電流流經電感器，且零電流檢測器產生升高閾值電壓的控制信號以使 得低邊開關晶體管較晚截止。如果在開關節點上的電壓為正，有負電流流經電感器，且零電 流檢測器產生降低閾值電壓的控制信號以使得低邊開關晶體管較早截止。換句話說，如果 電感器電流為負，低邊開關晶體管關斷得太晚，即，低邊開關打開得太晚，且如果電感器電 流為正，低邊開關晶體管截止得太早，即，低邊開關打開得太早。圖1是適用于與依照本發明的實施方式的電源一起使用的轉換器10的示意圖。轉 換器10包括被耦合以用于從驅動器電路16分別接收控制信號Vhs DKV和Vf的開關12和 開關14。應注意到驅動器電路16還可稱為開關驅動模塊。更具體地，開關12和14具有 連接到驅動器電路16的相應的輸出端的控制端子以用于分別接收高邊驅動信號Vhs dkv和 低邊驅動信號Vu胃。開關12和14具有連接到彼此的傳導端。另外，開關12具有被耦合 以用于接收輸入電壓Vin的電流傳導端，且開關14具有被耦合以用于接收操作電勢的源Vss 的電流傳導端。以舉例的方式，操作電勢的源Vss處于地電勢。能量存儲元件18例如電感 器耦合到開關12和14的公共連接的電流傳導端，這形成了節點20。電流Iu8流經能量存 儲元件18。二極管22可被耦合在節點20和操作電勢的源Vss之間。負載25耦合在轉換 器10的輸出端23和操作電勢的源Vss之間。輸出電壓Vqut出現在輸出端23。轉換器10包括具有反相輸入端46、非反相輸入端和輸出端的零電流檢測(Z⑶)比 較器Μ。Z⑶比較器M的非反相輸入端連接到節點20，以用于接收作為Z⑶比較器M的 參考電壓起作用的開關信號Vs胃，ZCD比較器M的反相輸入端46被耦合以用于接收作為可 調整的閾值信號起作用的信號Vth，且所述輸出端連接到驅動器電路16的輸入端。以舉例 的方式說，開關信號Vswn和可調整閾值信號Vth是電壓信號。轉換器10還包括具有多個輸入端和至少一個輸出端的零電流檢測(Z⑶)控制模 塊30。控制模塊30的輸出端21連接到Z⑶比較器M的反相輸入端46以用于將可調整 的閾值電壓Vth發送到比較器24。Z⑶控制模塊30的輸入端沈和28以及Z⑶比較器M 的非反相輸入端連接到節點20。ZCD控制模塊30的輸入端27被耦合以用于接收參考電壓 Vlseef,且Z⑶控制模塊30的輸入端四被耦合以用于接收參考電壓VHSKEF。圖2是適用于與依照另一個實施方式的電源一起使用的轉換器100的示意圖。在 圖2中所示出的是耦合到開關12和14、Z⑶比較器M和驅動器電路16的Z⑶控制模塊 30A的實施方式。應注意到ZCD控制模塊被圖2中的參考符號30A標識來指示其可被設置 為與參考圖1所描述的ZCD控制模塊30不同。因此，參考符號30被保留以標識ZCD控制 模塊，但是參考符號“A”被附加到參考符號30來指示ZCD控制模塊30和30A的設置可能 是相同的或者它們可能不同。控制模塊30A包括比較器32和34，其中比較器32具有連接 到節點20的非反相輸入端和連接到參考電壓源V^f的反相輸入端，且比較器34具有連接到節點20的反相輸入端和連接到參考電壓源Vhskef的非反相輸入端。因此，比較器32的非 反相輸入端和比較器34的反相輸入端分別作為Z⑶控制模塊30的輸入端沈和觀起作 用，且，比較器32的反相端和比較器34的非反相輸入端分別作為Z⑶控制模塊30的輸入 端27和四起作用。比較器32的輸出端連接到三輸入與門36的輸入端，且比較器34的輸 出端連接到三輸入與門38的輸入端。與門36的第二輸入端連接到與門38的第二輸入端， 這兩個第二輸入端公共地連接到一起以用于接收作為控制信號起作用的信號VBf，且與 門36的第三輸入端連接到與門38的第三輸入端，其公共地連接以用于接收作為另一個控 制信號起作用的信號VBhs DKV。信號VBf指示低邊開關14是關斷還是打開，且信號VBhs DEV指示高邊開關14是關斷還是打開。信號VBhs dev和VBls dev分別是信號Vhs dev和Vls dev的 互補信號。與門36的輸出端連接到計數器40的增量輸入端，且與門38的輸出端通過計時器 42耦合到計數器40的減量輸入端。應注意到計時器42是可選的元件，并且與門38的輸出 端可直接連接到計數器40的減量輸入端。計數器40的輸出端連接到鎖存器44的輸入端。 鎖存器44的輸出端連接到比較器M的反相輸入端46。計數器40和鎖存器44具有被耦合 以用于接收重置信號Vtok的功率的輸入端。鎖存器44具有計時輸入端，其耦合到三輸入與 門48的輸出端，該三輸入與門具有被耦合以用于接收高邊驅動信號Vhs DKV的輸入端、被耦 合以用于接收信號Vsftjjk的輸入端(其指示軟啟動是否正確地完成)，以及被耦合以用于接 收指示在啟動期間或操作期間沒有檢測到錯誤狀況的信號Vto FMM。錯誤狀況的例子包括過 電流事件、過電壓事件、過高功耗等。與門36、38和48可稱為邏輯門。圖3是適合于與依照另一個實施方式的電源一起使用的轉換器150的示意圖。轉換 器150除了開關12和14使用η溝道場效應晶體管102和104實現之外與轉換器100相似。 場效應晶體管102和104具有被耦合以用于從驅動器電路16接收控制信號的柵電極。場效 應晶體管102具有被耦合以用于接收輸入信號Vin的漏電極和耦合到場效應晶體管104的漏 電極的源電極。場效應晶體管104的源電極被耦合以用于接收操作電勢的源Vss。應注意到 場效應晶體管的柵電極可稱為控制電極，且場效應晶體管的漏電極可稱為電流傳導電極。圖4是與依照另一個實施方式的電源一起使用的轉換器200的示意圖。轉換器 200包括Z⑶比較器24，比較器32和；34、驅動器電路16、場效應晶體管102和104、電感器 18和二極管22。類似于轉換器10、100和150，二極管22是可選的元件。應注意到開關例 如開關12和14可分別替換晶體管102和104使用。圖4中示出的是耦合到晶體管102和 104、Z⑶比較器M和驅動器電路16的Z⑶控制模塊30B的實施方式。應注意到Z⑶控制 模塊被圖4中的參考符號30B標識，來指示其可被設置為與參考圖1中所描述的ZCD控制 模塊30不同。因此，參考符號30被保留以標識ZCD控制模塊，但是參考符號“B”被附加到 參考符號30以指示ZCD控制模塊30和30B的設置可能是相同的或者它們可能不同。控制 模塊30B包括比較器32和34，其中比較器32具有連接到三輸入與門202的輸入端的輸出 端，且比較器34具有連接到三輸入與門204的輸入端的輸出端。延遲元件206具有被耦合 以用于接收控制信號HSLS_0FF的輸入端和公共地連接到與門204的第二輸入端和延遲元 件208的輸入端的輸出端。控制信號HSLS_0FF指示晶體管102和104是導通還是截止，即， 開關是關閉還是打開。延遲元件208具有連接到三輸入與門202的第二輸入端的輸出端。 與門202的輸出端連接到觸發器210的計時輸入端。另外，觸發器210具有被耦合以用于接收操作電勢的源例如Vrc的置入端(set input terminal)、被耦合以用于接收脈沖寬度 調制(PWM)信號Vpwm的邊緣觸發數據輸入端，以及連接到計數器214的增量輸入端的數據 輸出端。與門204的輸出端連接到觸發器212的計時輸入端。另外，觸發器212具有被耦 合以用于接收操作電勢的源例如\c的置入端、被耦合以用于接收PWM信號Vpwm的邊緣觸發 數據輸入端，以及連接到計數器214的減量輸入端的數據輸出端。計數器214具有被耦合以用于接收η位輸入信號DATA的一組η數據輸入端(其中 η是整數)，和用于發送η位輸出信號到數字到模擬轉換器(DAC) 216的一組η輸出端。DAC 216還包括狀態輸入端，其耦合到計數器214的狀態輸入端并被耦合以用于接收指示在系 統啟動期間是否有錯誤的或軟啟動錯誤的控制信號PG00D。DAC 216還包括耦合到兩輸入 與門218的輸出端的計時輸入端，其中與門218的一個輸入端被耦合以用于接收輸入信號 PG00D，且另一個輸入端被耦合以用于接收指示晶體管102是導通還是截止的控制信號HS_ OFF。轉換器200還包括設置為加法器的運算放大器220。更具體地，運算放大器220具 有反相輸入端，非反相輸入端和輸出端，其中反相輸入端通過電阻器222耦合到輸出端。運 算放大器220的輸出端還連接到Z⑶比較器M的反相輸入端46。運算放大器220的反相 輸入端被耦合以用于通過電阻器224接收閾值偏置電壓Vtiuwset,并通過電阻器2 耦合到 DAC216的輸出端。圖5是依照本發明的實施方式的示出了處于操作過程中的轉換器10、100、150和 200(分別在圖1、2、3和4中示出)的不同節點的電信號的時序圖250。更具體地，時序圖 250示出了在開關電壓Vswn為負且電感器電流Iu8為正的情況下，開關晶體管102的控制端 的電壓Vhs DKV、開關晶體管104的控制端的電壓、胃、流經電感器18的電流Iu8和開關節 點20的電壓Vswno在這種情況下，開關晶體管104在電感器電流Iu8達到零之前截止。因 此，希望升高出現在Z⑶比較器M的輸入端46的閾值電壓Vth以使得開關晶體管104較晚 截止，即，延遲開關晶體管104的截止。因此，轉換器10、100、150和200操作以增加出現在 Z⑶比較器M的輸入端46的閾值電壓VTH。驅動器電路16提供了導通和截止開關晶體管102和104即關閉和打開開關晶體 管的開關信號。應注意到在使用開關例如開關12而非開關晶體管102和104的實施方式 中，驅動器電路16分別提供關閉和打開開關12和14的開關信號。優選地，驅動器電路16 產生驅動信號Vhs dkv和\S DKV以使得它們不在相同的時間為邏輯高電平，從而確保晶體管 102和104不在相同的時間導通，S卩，開關不在相同的時間關閉。這排除了輸入電壓Vin被 短路到一般處于地電勢的操作電勢的源Vss上。可選地，驅動器電路16可被設置為產生作 為驅動信號Vhs DKV和VLs DKV的互補信號的驅動信號。在時間、，驅動器電路16產生控制信號Vhs DKV和、胃，其通過截止或導通開關晶 體管102和104來改變這兩個開關晶體管的操作狀態。在這個例子中，驅動器電路產生了 在時間、截止開關晶體管102和104的控制信號，即，控制信號Vhs DKV和V。DKV是邏輯低電 平。電感器電流Iu8為零且開關電壓Vswn處于標稱電平VSWN—M。標稱電平Vswnjtom使用開關 晶體管102和104、輸入電壓Vin以及電壓Vss中的分壓器關系獲得。在時間t1;高邊驅動信號Vhs DKV從邏輯低電平轉換到邏輯高電平，而低邊驅動信號 Vlsjiev保持在邏輯低電平。響應于高邊驅動信號Vhs DKV轉換到邏輯高電平和低邊驅動信號胃保持處于邏輯低電平，在開關節點20的電壓Vswn轉變到電平Vs胃I，其大于參考電壓 Vlseef和Vhskef并接近輸入電壓Vin的值。正電感器電流Iu8從節點20流經電感器18和負載 25。在時間t2，驅動器電路16產生將FET102截止的控制信號和使FET104保持截止的 控制信號。特定地，開關晶體管102的柵電壓Vhs DKV轉變到邏輯低電平且開關晶體管104的 柵電壓\SDKV保持處于邏輯低電平。響應于高邊驅動信號Vhsdkv在時間t2的變化，輸出電 壓Vot降低，這導致節點20的開關節點電壓Vswn降低到電平Vs^且電感器電流Iu8開始 下降。開關節點電壓Vsffl小于參考電壓Vhskef和、KEF，其使被輸入到計數器214的減量信號 Vdec和增量信號Vinc以及出現在比較器M的輸入端46的閾值電壓Vth不改變。在時間t3，低邊驅動信號^ dkv轉變到邏輯高電平，導通開關晶體管104即關閉開 關，這產生了開關晶體管104中的漏極-源極導通電壓，且導致節點20的開關節點電壓Vsffl 增加到電平Vs胃—m。電感器電流Iu8繼續降低。在時間t4，高邊驅動信號Vhs DKV保持處于邏輯低電平且低邊驅動信號DKV從邏輯 高電平轉變到邏輯低電平。處于邏輯低電平的低邊驅動信號DKV截止開關晶體管104，這 導致節點20的開關節點電壓Vswn下降到電平Vswn ui之下。這導致電感器電流Iu8以較快的 速度下降，如圖5中時間t4和t5之間的電感器電流曲線的部分的斜率的變化。在時間t5，電感器電流Iu8達到零值，即，電流Iu8停止流動。電壓Vsffl在其標稱電 壓周圍擺動，然后穩定在其標稱電壓V 。在時間t5之后，節點20的信號Vswn和脈沖寬度調制信號Vpwm使得觸發器210和 212產生使計數器214減量和調整閾值電壓Vth的減量信號，以使得開關晶體管104較早截 止，且優選地當開關電流Iu8達到零時截止。在這個例子中，雖然出現在Z⑶比較器M的 輸入端46的閾值電壓Vth增加，其未增加得足以使得當低邊開關晶體管104截止時電感器 電流Iu8為零或實質上為零。因此，在時間t6，高邊驅動信號Vhs DKV從邏輯低電平轉變到邏 輯高電平，而低邊驅動信號L dkv保持處于邏輯低電平。響應于高邊驅動信號Vhs DKV轉變到 邏輯高電平且低邊驅動信號DKV保持處于邏輯低電平，開關節點20的開關節點電壓Vsffl 轉變到電平Vs胃I，其大于參考電壓\SKEF和Vhskef且接近于輸入電壓Vin的值。正電感器電 流Il18從節點20流經電感器18和負載25。在時間t7，驅動器電路16產生截止FET102的控制信號和使FET104保持截止的控 制信號。特定地，開關晶體管102的柵電壓Vhs DKV轉變到邏輯低電平且開關晶體管104的 柵電壓\S DKV保持處于邏輯低電平。響應于高邊驅動信號Vhs DKV在時間t7的改變，輸出電 壓Vot下降，這導致了節點20的開關節點電壓Vswn下降到電平Vs胃&且電感器電流Iu8開 始下降。開關節點電壓Vsffl小于參考電壓Vhskef和、KEF，其使被輸入到計數器214的減量信 號Vdec和增量信號Vinc以及出現在比較器M的輸入端46的閾值電壓Vth不改變。在時間t8，低邊驅動信號^ dkv轉變到邏輯高電平，導通開關晶體管104即關閉開 關，這產生了開關晶體管104中的漏極-源極導通電壓，且導致節點20的開關節點電壓Vsffl 增加到電平Vswoh。電感器電流Iu8繼續下降。在時間t9，高邊驅動信號Vhs DKV保持處于邏輯低電平且低邊驅動信號DKV從邏輯 高電平轉變到邏輯低電平。處于邏輯低電平的低邊驅動信號DKV截止開關晶體管104，這 導致節點20的開關節點電壓Vswn下降到電平Vswn ui之下。這使得電感器電流Iu8以較快的速度下降，如圖5中時間t4和t5之間的電感器電流曲線的部分的斜率的變化。在時間t1(1，電感器電流Iu8達到零值，即電流Iu8停止流動。電壓Vswn在其標稱電 壓周圍擺動，然后穩定在其標稱電壓V 。這個過程繼續，即，使用信號Vsffl和Vpwm產生計數器減量信號，直到出現在比較器 M的輸入端46的閾值電壓Vth充分增加以使得當電感器電流Iu8達到零或實質上為零時低 邊開關晶體管104截止。圖6是依照本發明的實施方式的示出了處于操作過程中的轉換器10、100、150和 200(分別在圖1、2、3和4中示出)的不同節點的電信號的時序圖300。更具體地，時序圖 300示出了在開關電壓Vsffl為正、電感器電流Iu8為負以及開關晶體管104在電感器電流 Iu8達到零之后截止的情況下，開關晶體管102的控制端的電壓Vhs DKV、開關晶體管104的控 制端的電壓DKV、流經電感器18的電流Iu8和開關節點20的電壓Vs胃。因此，轉換器10、 100、150和200操作以降低出現在Z⑶比較器M的輸入端46的閾值電壓Vth以使得開關 晶體管104較早截止。如以上所討論，驅動器電路16提供了導通或截止開關晶體管102和104即關閉和 打開開關晶體管的開關信號。優選地，驅動器電路16產生驅動信號Vhs DKV和V。DKV以使得 它們不在相同的時間處于邏輯高電平從而確保晶體管102和104不在相同的時間導通，即， 開關不在相同的時間關閉。這排除了輸入電壓Vin被短路到一般處于地電勢的操作電勢的 源Vss上。雖然未示出，驅動器電路16還可產生作為驅動信號Vhs DKV和、胃的互補信號的 驅動信號。在時間、，驅動器電路16產生通過截止或導通開關晶體管102和104來改變這兩 個開關晶體管的操作狀態的控制信號Vhs DKV和DKV。在這個實施方式中，驅動器電路16產 生了在時間、截止開關晶體管102和104的控制信號，即，處于邏輯低電平的控制信號Vhs DEV和DKV。電感器電流Iu8為零且開關電壓Vswn處于標稱電平V 。標稱電平V 使 用開關晶體管102和104、輸入電壓Vin以及電壓Vss中的分壓器關系獲得。在時間t1;高邊驅動信號Vhs dkv從邏輯低電平轉變到邏輯高電平而低邊驅動信號 Vlsjiev保持處于邏輯低電平。響應于高邊驅動信號Vhs DKV轉變到邏輯高電平和低邊驅動信 號DKV保持處于邏輯低電平，開關節點20的電壓Vsffl轉變到電平Vs胃I，其大于參考電壓 Vlseef和Vhskef并接近于輸入電壓Vin的值。正的電感器電流Iu8從節點20流經電感器18和 負載25。在時間t2，驅動器電路16產生使FET102截止的控制信號和使FET104保持截止的 控制信號。具體地，開關晶體管102的柵電壓Vhs DKV轉變到邏輯低電平且開關晶體管104的 柵電壓\SDKV保持處于邏輯低電平。響應于高邊驅動信號Vhsdkv在時間t2的改變，輸出電 壓Vot下降，這導致節點20的開關節點電壓Vswn下降到電平Vs胃&且電感器電流Iu8開始 下降。開關節點電壓Vsffl小于參考電壓Vhskef和、KEF，其使被輸入到計數器214的減量信號 Vdec和增量信號Vinc以及出現在比較器M的輸入端46的閾值電壓Vth不改變。在時間t3，低邊驅動信號、DKV轉變到邏輯高電平，導通開關晶體管104即關閉開 關，這產生了開關晶體管104中的漏極-源極導通電壓且導致節點20上的開關節點電壓 Vswn增加到電平VSWN—m。電感器電流Iu8繼續下降。在時間t4，高邊驅動信號Vhs DKV保持處于邏輯低電平，低邊驅動信號V。DKV保持處于邏輯高電平，且電感器電流Iu8轉變到成為負電流。在時間t5,高邊驅動信號Vhs DKV保持處于邏輯低電平，且低邊驅動信號、DKV從邏 輯高電平轉變到邏輯低電平。處于邏輯低電平的低邊驅動信號DKV使晶體管104截止， 這使得節點20的開關節點電壓Vswn增加到電平Vs胃ι。這導致電感器電流Iu8變為較小負 值。在時間t6，電感器電流Iu8變為零，使得開關節點電壓Vsffl在其標稱電壓周圍擺動， 然后穩定在其標稱電壓V 。在時間t6之后，節點20的信號Vswn和脈沖寬度調制信號Vpwm使得觸發器210和 212產生使計數器214增量和調整閾值電壓Vth的增量信號，以使得開關晶體管104較晚截 止，且優選地當開關電流Iu8達到零時截止。在這個例子中，雖然出現在Z⑶比較器M的 輸入端46的閾值電壓Vth下降，但其下降得并不足以使得當低邊開關晶體管104截止時電 感器電流Iu8為零或實質上為零。因此，在時間t7，高邊驅動信號Vhs DKV從邏輯低電平轉變 到邏輯高電平，而低邊驅動信號L dkv保持處于邏輯低電平。響應于高邊驅動信號Vhs DKV轉 變到邏輯高電平且低邊驅動信號\S DKV保持處于邏輯低電平，開關節點20的開關節點電壓 Vswn轉變到電平Vsffl m,其大于參考電壓\SKEF和Vhskef且接近于輸入電壓Vin的值。正電感器 電流Il18從節點20流經電感器18和負載25。在時間t8，驅動器電路16產生使FET102截止的控制信號和使FET104保持截止的 控制信號。具體地，開關晶體管102的柵電壓Vhs DKV轉變到邏輯低電平且開關晶體管104的 柵電壓\SDKV保持處于邏輯低電平。響應于高邊驅動信號Vhsdkv在時間t2的改變，輸出電 壓Vot下降，這導致節點20的開關節點電壓Vswn下降到電平Vs胃&且電感器電流Iu8開始 下降。開關節點電壓Vsffl小于參考電壓Vhskef和、KEF，其使被輸入到計數器214的減量信號 Vdec和增量信號Vinc以及出現在比較器M的輸入端46的閾值電壓Vth不改變。在時間t9，低邊驅動信號^ dkv轉變到邏輯高電平，導通開關晶體管104即關閉開 關，這產生了開關晶體管104中的漏極-源極導通電壓且導致節點20上的開關節點電壓 Vswn增加到電平VSWN—m。電感器電流Iu8繼續下降。在時間t1(1，高邊驅動信號Vhs DKV保持處于邏輯低電平，低邊驅動信號Vf保持處 于邏輯高電平，且電感器電流Iu8轉變到成為負電流。在時間tn，高邊驅動信號Vhs DKV保持處于邏輯低電平，且低邊驅動信號Vf從邏 輯高電平轉變到邏輯低電平。處于邏輯低電平的低邊驅動信號DKV使晶體管104截止， 這使得節點20的開關節點電壓Vswn增加到電平Vs胃ι。這導致電感器電流Iu8變為較小負 值，即，增加。在時間t12，電感器電流Iu8變為零使得開關節點電壓Vs■在其標稱電壓周圍擺動， 然后穩定在其標稱電壓V 。過程繼續，即，使用信號Vs■和Vpwm產生計數器增量信號，直到出現在比較器M的 輸入端46的閾值電壓Vth足夠低以致于當電感器電流Iu8達到零或實質上為零時低邊開關 晶體管104截止。應注意到所述操作使用信號Vsffl和Vpwm改變即增加或下降、閾值電壓Vth來描述。 但是，類似的思想適用于例如圖1-3中示出的那些實施方式，其中信號Vhs dkv、VBhs DW、Vf、 VBls dev, Vpor、Vsft ok和Vto fauu用于替代脈沖寬度調制信號Vpwm以改變閾值電壓VTH。
到現在為止應認識到電源轉換器電路和用于調整其操作的方法被提供。轉換器電 路監控節點20的電壓信號Vswn或流自節點20的電流Iu8以確定電壓或電流是正、負還是 零。如果電壓信號VsWN或電流信號Iu8為非零，出現在ZCD比較器M的輸入端或節點46的 閾值電壓Vth被向上或向下調整。如果電壓Vsffl為負或電流Iu8為正則閾值電壓Vth被向上 調整或增加，且如果電壓VsWN為正或電流Iu8為負則閾值電壓Vth被向下調整或降低。除了 其他方面外，這改善了電源轉換器電路的效率。雖然本文中公開了具體的實施方式，并非意圖是本發明限于所公開的實施方式。 本領域技術人員將認識到可作出修改和變型而不偏離本發明的精神。例如，開關網絡可與 其他類型的轉換器例如升壓轉換器、降壓升壓轉換器等一起使用。意圖是本發明包括落進 所附的權利要求的范圍內的所有這樣的修改和變型。
權利要求
1.一種電源轉換器，包括第一開關(12)，其具有控制端、第一電流傳導端和第二電流傳導端； 第二開關(14)，其具有控制端、第一電流傳導端和第二電流傳導端，其中所述第一開關 的第二電流傳導端耦合到所述第二開關的第一電流傳導端以形成第一節點00)；第一比較器(M)，其具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端被耦合以 用于接收第一參考信號且所述第二輸入端被耦合以用于接收可調整的閾值電壓，其中所述 第一比較器04)監控從所述第一節點OO)、所述第一開關(1 和所述第二開關(14)流走 的電流；以及控制模塊(30)，其具有輸入端和輸出端，所述輸出端耦合到所述第一比較器06)的第 一輸入端以發送所述第一參考信號。
2.如權利要求1所述的電源轉換器，其中所述控制模塊(30)還包括第二比較器(32)，其具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端耦合到所 述第一節點(20)，且所述第二輸入端被耦合以用于接收第二參考信號；以及第三比較器(34)，其具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，所述第一輸入端被耦合以 用于接收第三參考信號，且所述第二輸入端耦合到所述第一節點OO)。
3.如權利要求2所述的電源轉換器，其中所述控制模塊(30)還包括第一邏輯門(36、202)，其具有多個輸入端和一輸出端，所述多個輸入端的第一輸入端 耦合到所述第二比較器(3 的輸出端；以及第二邏輯門(38、204)，其具有多個輸入端和一輸出端，所述第二邏輯門的第一輸入端 耦合到所述第三比較器(34)的所述輸出端。
4.如權利要求3所述的電源轉換器，其中所述第一邏輯門(36)包括第二輸入端和第三 輸入端，且所述第二邏輯門(38)包括第二輸入端和第三輸入端，所述第一邏輯門和所述第 二邏輯門的第二輸入端被耦合以用于接收第一控制信號，且所述第一邏輯門和所述第二邏 輯門的第三輸入端被耦合以用于接收第二控制信號，且其中所述控制模塊還包括計數器(40)，其具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，以及控制端，所述計數器00) 的第一輸入端耦合到所述第二比較器(3 的輸出端，且所述計數器的第二輸入端耦合到 所述第三比較器(34)的輸出端；鎖存器(44)，其具有數據輸入端、時鐘輸入端、重置端，以及輸出端，所述鎖存器的輸出 端耦合到所述第一比較器04)的第二輸入端；第三邏輯門(48)，其具有多個輸入端和一輸出端，所述輸出端耦合到所述鎖存器04) 的時鐘輸入端。
5.如權利要求3所述的電源轉換器，其中所述控制模塊還包括第一觸發器010)，其具有耦合到所述第一邏輯門(20 的輸出端的計時輸入端； 第二觸發器012)，其具有耦合到所述第二邏輯門(204)的輸出端的計時輸入端，其 中所述第一邏輯門(20 包括第二輸入端和第三輸入端，且所述第二邏輯門(204)包括第 二輸入端和第三輸入端，所述第一邏輯門(20 和第二邏輯門(204)的第二輸入端被耦合 以用于接收第一控制信號，且所述第一邏輯門(20 的第三輸入端耦合到所述第二觸發器 (212)的輸出端，且所述第二邏輯門(204)的第三輸入端耦合到所述第一觸發器(210)的輸 出端；計數器014)，其具有增量輸入端、減量輸入端和輸出端；以及數字到模擬轉換器016)，其具有耦合到所述計數器014)的輸出端的輸入端和耦合 到所述第一比較器O20)的第二輸入端的輸出端。
6.一種用于調整半導體部件的操作的方法，包括改變具有耦合到第一節點OO)的電流傳導端的第一半導體設備(102、104)的操作狀態；監控所述第一節點OO)處的第一信號；以及如果所述第一信號為非零信號，則調整第二節點G6)處的第二信號。
7.如權利要求6所述的方法，其中如果所述第一信號為非零信號則調整所述第二節點 (46)處的所述第二信號的操作包括如果所述第一信號小于零則增加所述第二信號；且其 中如果所述第一信號為非零信號則調整所述第二節點G6)處的所述第二信號的操作包 括如果所述第一信號為非零信號則降低所述第二信號。
8.如權利要求6所述的方法，其中如果所述第一信號是非零信號則調整所述第二節 點G6)處的所述第二信號的操作包括以下兩個操作之一如果所述第一信號是正的電感 器電流則增加所述第二信號，或者如果所述第一信號是負的電感器電流則降低所述第二信 號。
9.如權利要求6所述的方法，其中監控所述第一節點OO)處的所述第一信號的操作包 括監控所述第一節點OO)處的開關電壓，且其中如果所述第一信號是非零信號則調整所 述第二節點G6)處的所述第二信號的操作包括調整所述第二節點G6)處的閾值電壓。
10.一種用于調整閾值電壓的方法，包括提供具有控制端、第一電流傳導端和第二電流傳導端的開關晶體管(102、104)，所述第 一電流傳導端耦合到能量存儲元件(18)；在所述控制端提供使所述開關晶體管(102、104)截止的第一電壓；確定在所述第一電流傳導端的第二電壓是否為非零電壓，包括通過確定所述第一電流傳導端處的所述第二電壓是負的還是正的來確定流經所述能 量存儲元件(化)的電流是正電流還是負電流；以及確定所述開關晶體管(102、104)是在流經所述能量存儲元件(18)的電流為零之前還 是之后截止；以及進行以下兩個操作中的一個如果所述第二電壓小于零則增加第一節點G6)處的閾 值電壓，或者如果所述第二電壓大于零則降低所述第一節點G6)處的所述閾值電壓。
全文摘要
一種電源轉換器和用于調整電源轉換器中的閾值電壓的方法。電路包括具有公共地連接到一起以形成節點的電流傳導端的第一開關和第二開關。能量存儲元件可連接到所述節點，且零電流檢測比較器可連接到所述節點。可在第一開關的控制端提供將該第一開關關斷的第一電壓。在第一開關關斷之后，確定第一開關是在能量存儲元件中的電流達到零之前還是之后關斷。這可通過確定第一節點的電壓是正的還是負的來實現。如果第一節點的電壓是負的，則閾值電壓增加，且如果第一節點的電壓是正的，則閾值電壓降低。
文檔編號H02M1/36GK102104323SQ20101054748
公開日2011年6月22日 申請日期2010年11月17日 優先權日2009年12月17日
發明者B·P·強生, T·斯基夫 申請人:半導體元件工業有限責任公司