專利名稱：具有用于改善效率的柵電阻器的電壓調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓調(diào)節(jié)器，具體涉及具有用于改善效率的柵電阻器的電壓調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
電壓調(diào)節(jié)器在電子設(shè)備中用于向負(fù)載提供調(diào)節(jié)的電壓。開關(guān)模式電壓調(diào)節(jié)器使用 一對開關(guān)(例如控制和同步MOSFET開關(guān))來調(diào)節(jié)從調(diào)節(jié)器輸出的電壓。所述開關(guān)交替地 接通和關(guān)斷，并且從諸如連接在開關(guān)之間的電感器之類的能量存儲器件輸出調(diào)節(jié)的電壓。因為當(dāng)關(guān)斷同步MOSFET時，同步MOSFET的本體二極管的反向恢復(fù)電流允許過 度的電流流動，所以當(dāng)接通控制MOSFET時，傳統(tǒng)開關(guān)模式電壓調(diào)節(jié)器經(jīng)歷電壓尖峰。解 決所述電壓尖峰的傳統(tǒng)方法包括使用在同步MOSFET的本體二極管上實現(xiàn)的肖特基 (Schottky)或快速恢復(fù)二極管來減小反向恢復(fù)電流；使用R-C緩沖器；以及在本體二極管 上實現(xiàn)軟恢復(fù)。然而，這些傳統(tǒng)方法相對昂貴和/或低效。

發(fā)明內(nèi)容
更有效的電壓調(diào)節(jié)器將調(diào)諧的柵電阻(gate resistance)結(jié)合到同步開關(guān)的控制 路徑中。調(diào)諧的柵電阻可以減小同步開關(guān)的關(guān)斷時間和控制開關(guān)的接通時間之間的預(yù)期死 時間(dead time)。同樣，調(diào)諧的柵電阻可以減小控制開關(guān)的接通時間期間的預(yù)期電壓尖 峰。通過使用調(diào)諧的柵電阻來減小死時間和/或減小預(yù)期電壓尖峰，電壓調(diào)節(jié)器制造起來 可以更廉價，并且可以使用更小功率來操作。根據(jù)結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述并且作為本發(fā)明原理的示例進行說明，本發(fā)明實施 例的其他方面和優(yōu)點將變得清楚明白。


圖1示出了電壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一個實施例的示意性方框圖。圖2示出了圖1的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)器的示意性方框圖。圖3示出了圖2的電壓調(diào)節(jié)器的一個實施例的更加詳細(xì)的示意圖。圖4示出了圖2的電壓調(diào)節(jié)器的另一個實施例的更加詳細(xì)的示意圖，所述電壓調(diào) 節(jié)器包括作為同步MOSFET開關(guān)的一部分集成的柵電阻器(gate resistor)。圖5示出了圖2的電壓調(diào)節(jié)器的另一個實施例的更加詳細(xì)的示意圖，所述電壓調(diào) 節(jié)器包括作為柵極驅(qū)動器IC的一部分集成的柵電阻器。圖6示出了從關(guān)斷同步開關(guān)到接通控制開關(guān)操作圖2的電壓調(diào)節(jié)器的方法的一個 實施例的流程圖。貫穿描述，類似的參考數(shù)字可以用于標(biāo)識類似的元件。
具體實施例方式應(yīng)該理解的是這里一般描述并且在附圖中說明的實施例的部件可以按照多種不同的結(jié)構(gòu)設(shè)置和設(shè)計。因此，如附圖中所展現(xiàn)的以下對各種實施例的更詳細(xì)描述并非傾向 于限制本發(fā)明公開的范圍，而只是代表不同的實施例。盡管在附圖中展現(xiàn)了實施例的各個 方面，除非另有說明，附圖無需按比例繪制。在不脫離本發(fā)明精神和實質(zhì)性特征的情況下，本發(fā)明可以按照其他特定形式來實 現(xiàn)。所描述的實施例將被認(rèn)為在各個方面都只是說明性而不是限制性的。因此，本發(fā)明的 范圍由所附權(quán)利要求來表示，而不是由這里詳細(xì)的描述來限制。所述權(quán)利要求的等價意思 和范圍內(nèi)的所有變化均包含在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。貫穿該說明書對特征、優(yōu)點或類似語言的參考并沒有暗示本發(fā)明可以實現(xiàn)的所有 特征和優(yōu)點應(yīng)該在或就在本發(fā)明的任一個單獨的實施例中。相反，可以將提及特征和優(yōu)點 的語言理解為意味著與實施例相結(jié)合而描述的特定特征、優(yōu)點或特性包括在本發(fā)明的至少 一個實施例中。因此，貫穿該說明書，對于特征、優(yōu)點和類似語言的討論可以但是不必指的 是相同的實施例。另外，可以在一個或更多實施例中按照合適的方式組合本發(fā)明的所述特征、優(yōu)點 和特性。根據(jù)這里的描述，相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到本發(fā)明可以在無需具體實 施例的一個或更多特定特征和優(yōu)點的情況下進行實踐。在其他示例中，可以在特定實施例 中認(rèn)識到并不是在本發(fā)明的所有實施例中都存在的附加的特征和優(yōu)點。貫穿該說明書提及“一個實施例”、“實施例”或者類似語言意味著與所指示實施例 相結(jié)合而描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，貫穿該說 明書的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”和類似語言可以但是不必全都指的是相同的 實施例。盡管這里描述了許多實施例，至少一些所述實施例實現(xiàn)了同步MOSFET開關(guān)的串 聯(lián)柵電阻器，用于在電壓調(diào)節(jié)器中主動抑制(“緩沖”)電壓尖峰和改善效率。具體地，特定 的實施例通過允許同步MOSFET在發(fā)生電壓尖峰期間傳導(dǎo)電流來減小電壓尖峰。更具體地， 串聯(lián)柵電阻器的實施例允許同步MOSFET開關(guān)接通和吸收或耗盡在開關(guān)帶電路內(nèi)作為寄生 電感而存儲的額外能量。在一些實施例中，諸如電路設(shè)計者之類的用戶可以通過選擇合適的電阻器值來調(diào) 整傳導(dǎo)量。通過例如在DC-DC電壓調(diào)節(jié)器的同步MOSFET的柵極處使用串聯(lián)柵電阻器，可以 顯著減小控制MOSFET接通期間的電壓尖峰。電壓尖峰的減小也允許設(shè)計者使用低額定電 壓的開關(guān)器件，這進一步改善了系統(tǒng)的效率和/或成本。除了抑制電壓尖峰之外，柵電阻器也延遲了同步MOSFET開關(guān)的信號的關(guān)斷，這延 長了同步MOSFET開關(guān)的導(dǎo)通時間，并且因此有效地至少少量減小了所述電路的死時間(同 步MOSFET開關(guān)關(guān)斷之后直到控制MOSFET接通為止的時間)。死時間的這種有效減小減少 了會在死時間期間發(fā)生的電損耗。因此，通過減小電流流過同步MOSFET開關(guān)的本體二極管 所用的死時間，可以對柵電阻器的電阻值進行調(diào)諧以顯著地改善電壓調(diào)節(jié)器的效率，其中 所述死時間由于二極管的正向電壓降而產(chǎn)生更多損耗。換句話說，通過選擇串聯(lián)柵電阻器 的合適值，可以調(diào)整接通時間和電流傳導(dǎo)的量，并且可以實現(xiàn)改善和優(yōu)化的操作條件。調(diào)諧的串聯(lián)電阻可以位于柵極控制路徑的任意地方。例如，可以在位于柵極驅(qū)動 器電路的輸出和同步MOSFET開關(guān)的柵極節(jié)點之間任何位置的分立電阻器中實現(xiàn)調(diào)諧的串 聯(lián)電阻。作為其他示例，可以在同步MOSFET開關(guān)(例如，作為增大的內(nèi)部柵電阻)或者柵極驅(qū)動器IC(例如，作為增大的輸出阻抗)內(nèi)部實現(xiàn)柵電阻。另外，這里描述的實施例可以用于實現(xiàn)一個或更多優(yōu)點。例如，一些實施例促進了 使用傳統(tǒng)開關(guān)減小典型電壓尖峰。一些實施例通過減小死時間減小了功率損耗。一些實施 例允許用戶針對特定需要或目的選擇串聯(lián)柵電阻器的計算值和/或優(yōu)化值。一些實施例允 許用戶使用低額定電壓的開關(guān)器件，這將甚至更進一步改善系統(tǒng)的效率和/或成本。其他 實施例可以展現(xiàn)或者導(dǎo)致超過傳統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)器的其他優(yōu)點。圖1示出了電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)100的一個實施例的示意性方框圖。所示電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 100包括電源102、電壓調(diào)節(jié)器104和負(fù)載106。盡管示出和描述了具有特定部件和功能的 電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)100，電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)100的其他實施例可以包括更少或更多部件來實現(xiàn)更少 或更多功能。電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)100的實施例可以在多種類型的電子設(shè)備和系統(tǒng)中實現(xiàn)。例如，許 多微處理器使用電壓調(diào)節(jié)器從交流(AC)電壓源提供調(diào)節(jié)的直流(DC)電壓。其他實施例使 用DC電源和/或產(chǎn)生調(diào)節(jié)的AC電壓。電壓調(diào)節(jié)器也用于傳統(tǒng)計算機母板和計算機處理上 的處理器核心電壓。此外，許多類型的移動設(shè)備使用電壓調(diào)節(jié)器來控制從電池電源到內(nèi)部 電路的電壓供應(yīng)。通常，電源102向電壓調(diào)節(jié)器104提供已知的電壓。所述電壓調(diào)節(jié)器104可以包 括將所提供的電壓轉(zhuǎn)換為不同電壓電平的功能。所述電壓調(diào)節(jié)器104向負(fù)載106輸出調(diào)節(jié) 的電壓，所述負(fù)載106使用調(diào)節(jié)的電壓來操作。圖2示出了圖1的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)100的電壓調(diào)節(jié)器104的示意性方框圖。通常， 電壓調(diào)節(jié)器140在輸入線路108處接收電源電壓Vin并且在輸出線路110處產(chǎn)生調(diào)節(jié)的電 壓Vout。具體地，圖2示出了可以在開關(guān)模式電源(或者轉(zhuǎn)換器)中實現(xiàn)的電壓調(diào)節(jié)器104 的一個實施例。所示的電壓調(diào)節(jié)器104包括控制開關(guān)112、能量存儲器件114和同步開關(guān)116。電 壓調(diào)節(jié)器104還包括驅(qū)動器電路118，所述驅(qū)動器電路118接收輸入線路120上的脈寬調(diào)制 輸入信號PWM。通常，驅(qū)動器電路118控制所述控制開關(guān)112和所述同步開關(guān)116的操作， 以在輸出線路110處產(chǎn)生實質(zhì)上恒定的調(diào)節(jié)電壓。更具體地，驅(qū)動器電路118發(fā)送驅(qū)動信 號以交替地接通控制開關(guān)112和同步開關(guān)116，將開關(guān)112和116驅(qū)動到導(dǎo)通狀態(tài)。接通每 一個開關(guān)112和116(同時另一個開關(guān)關(guān)斷)的時間量依賴于PWM輸入信號。所述PWM輸 入信號的值或特征可以至少部分地依賴于調(diào)制電壓信號Vout的監(jiān)測值。在這種實現(xiàn)中，控 制開關(guān)112用作調(diào)節(jié)所述電壓的開關(guān)，并且同步開關(guān)116用作同步整流器。作為參考，控制開關(guān)112和同步開關(guān)116的控制影響電壓調(diào)節(jié)器104的效率。如 果允許開關(guān)112和116同時導(dǎo)通，則形成了從輸入線路118通過控制開關(guān)112和同步開關(guān) 116到參考地(未示出)的直流電流路徑，這允許“急流(shoot-through) ”電流流過。相 反，控制開關(guān)112和同步開關(guān)116同時都不導(dǎo)通的時間稱作“死時間”。在給定當(dāng)每一個開 關(guān)112和116導(dǎo)通時可能影響的多種制造參數(shù)的情況下，典型地將驅(qū)動器電路118編程或 者設(shè)計用于實現(xiàn)守恒的死時間，所述守恒的死時間足夠長以至于可以適應(yīng)若干類型的開關(guān) 112和116，使得不會非故意地允許開關(guān)112和116同時導(dǎo)通。如上所述，對于給定設(shè)計過 度守恒的死時間值可能是低效率的。所示電壓調(diào)節(jié)器104還包括柵電阻器122，Rgate，位于驅(qū)動器電路118和同步開關(guān)116之間。圖3-5中示出了并且在下文中描述了柵電阻器122的若干可能實現(xiàn)。其他實 施例可以使用定位于一個或更多個位置的一個或更多柵電阻器122的其他實現(xiàn)來實現(xiàn)類 似的結(jié)果。 在一個實施例中，選擇柵電阻器122的值以調(diào)諧電壓調(diào)節(jié)器104的性能。具體地， 可以將柵電阻器122的值調(diào)諧為解決與由驅(qū)動器電路118實現(xiàn)的死時間相關(guān)的低效率。例 如，可以調(diào)諧所述柵電阻器122的電阻值，使得延長同步開關(guān)116的導(dǎo)通時間，并且因此有 效地減小了由驅(qū)動器電路118強加的死時間。死時間的這種有效減小減少了在所述死時間 會發(fā)生的電損耗。
在一個實施例中，將控制開關(guān)112和同步開關(guān)116實現(xiàn)為MOSFET器件(參考圖3_5 如下所述)。當(dāng)電感器114電流流過同步MOSFET 116時，同步MOSFET 116兩端的電壓降與 同步MOSFET 116的溝道電阻成比例。通過使用具有非常低溝道電阻的同步MOSFET 116，同 步MOSFET 116兩端的電壓降非常低，導(dǎo)致較低或最小化的損耗。然而在其中同步MOSFET 116關(guān)斷而電感器114電流流過同步MOSFET 116的本體二極管的死時間期間，同步MOSFET 116兩端的電壓降與二極管電壓降相同，所述電壓降明顯大于溝道電阻兩端的電壓降。例 如，在同步MOSFET 116導(dǎo)通時間期間，在電感器114電流為IOA的情況下，使用具有1毫歐 溝道電阻的MOSFET導(dǎo)致同步MOSFET 116兩端0. OlV的電壓降，而在死時間期間導(dǎo)致約IV 的電壓降。因此在該示例中，死時間期間的損耗大約是同步MOSFET 116導(dǎo)通時間期間的損 耗的約100倍。通過簡單地減小死時間的長度，減小了這種損耗并且改善了效率。為了方便起見，這里將沒有柵電阻器122時由驅(qū)動器電路118典型地強加的死時 間稱作缺省死時間、預(yù)期死時間或者期望死時間。相反，將由驅(qū)動器電路118和柵電阻器 122的組合產(chǎn)生的計算或?qū)嶋H死時間稱作實際死時間或有效死時間。因此，在同步開關(guān)116 的控制路徑中包括柵電阻器122將驅(qū)動器電路118的缺省死時間減小到較短的有效死時 間。因此，由于有效死時間小于缺省死時間，電壓調(diào)節(jié)器104的效率改善了。此外，可以調(diào)諧柵電阻器122的值以解決在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間發(fā)生的電壓尖峰。在 死時間結(jié)束時，驅(qū)動器電路118接通控制MOSFET 112，這提供了從輸入線路108通過控制 MOSFET 112到電感器114的電流路徑。同步MOSFET 116處電感器114的中斷電流在同步 MOSFET 116的漏極兩端產(chǎn)生電壓尖峰。通常，將這種電壓尖峰感應(yīng)至同步MOSFET 116的 柵極，但是由于柵極驅(qū)動電路118的同步MOSFET驅(qū)動線路(例如圖3所示的驅(qū)動線路LG) 的較低電阻，這種感應(yīng)電壓非常小。通過在同步MOSFET柵極驅(qū)動路徑中提供適當(dāng)?shù)淖杩梗?同步MOSFET 116柵極處的感應(yīng)電壓允許同步MOSFET 116適當(dāng)?shù)亟油ǎ瑥亩试S電流流過 所述阻抗，這吸收了雜散能量，并且因此有效地減小了電壓尖峰。具體地，柵電阻器122允 許同步開關(guān)116接通并且吸收或耗盡在電壓調(diào)節(jié)器114內(nèi)作為電感而存儲的額外能量。因 此，柵電阻器122主動地抑制(“緩沖”)了可能降低電壓調(diào)節(jié)器104可靠性的電壓尖峰。圖3示出了圖2的電壓調(diào)節(jié)器104的一個實施例的更加詳細(xì)的示意圖。盡管圖3 的電壓調(diào)節(jié)器140示出并且描述為具有特定的部件和功能，電壓調(diào)節(jié)器104的其他實施例 可以包括更少或更多的部件以實現(xiàn)更少或更多的功能。在所示實施例中，將控制開關(guān)112和同步開關(guān)116實現(xiàn)為MOSFET器件(控制 MOSFET開關(guān)和同步MOSFET開關(guān))，將能量存儲器件114實現(xiàn)為電感器(Loutput)，以及將驅(qū) 動器電路118實現(xiàn)為柵極驅(qū)動器IC118。輸入線路108與控制MOSFET開關(guān)112的漏極節(jié)點相連，輸出線路110與電感器114的輸出相連。同樣，同步MOSFET開關(guān)116的源極節(jié)點與 參考地IM相連。柵極驅(qū)動器IC 118包括兩個或三個輸入線路和四個輸出線路。輸入線路包括接 收PWM輸入信號的輸入(VI)線路120。輸入線路還包括電壓源(VDDC)電源線路126，并 且在一些實施例中包括柵極電壓源(VDDG)電源線路128。輸出線路包括上柵極(UG)控制 線路、下柵極(LG)控制線路和參考電壓(VSSC)線路，所述參考電壓線路可以被共享為輸 入線路的參考線路。在一些實施例中，輸出線路還包括與柵極驅(qū)動器IC118的傳統(tǒng)電荷泵 (charge pump)功能有關(guān)的其他線路(CB和V0)。這些輸出線路(CB和V0)可以按照傳統(tǒng) 方式，經(jīng)由升壓電阻器(boost resistor) (Rboost) 130和升壓電容器(boost capacitor) (Cboost) 132與電感器114的輸入相連。此外，濾波電容器(Coutput) 134可以連接在電感 器114的輸出和參考地136之間，以對輸出線路110處存在的DC波形濾波。在所示實施例中，柵電阻器(Rgate) 122被示為在同步MOSFET開關(guān)116的控制路 徑中連接的分立電路元件。具體地，柵電阻器122連接在柵極驅(qū)動器IC 118的LG輸出與 同步MOSFET開關(guān)116的柵極節(jié)點端子之間。在一些實施例中，可以有利的使用與柵極驅(qū)動 器IC 118和同步MOSFET開關(guān)116分離的分立電路元件來實現(xiàn)柵電阻器122，使得電路設(shè)計 者可以與其他電路部件無關(guān)地定制或調(diào)諧柵電阻器122的值。按照這種方式，在不需要定 制其他電路部件的情況下，如上所述，電路設(shè)計者可以調(diào)諧柵電阻器122的電阻值，以通過 減小死時間和/或減小電壓尖峰來提高電壓調(diào)節(jié)器104的效率。圖4示出了圖2的電壓調(diào)節(jié)器104的另一個實施例的更加詳細(xì)的示意圖。盡管圖 4所示實施例實質(zhì)上與如上所述圖3所示實施例類似，然而圖4的實施例示出了作為同步 MOSFET開關(guān)166的一部分集成的柵電阻器122。在一個實施例中，柵電阻器122可以是同 步MOSFET 116的封裝內(nèi)部單獨的集成電路部件。在另一個實施例中，柵電阻器122可以是 同步MOSFET 116的增加的內(nèi)部柵電阻。在任一種情況下，有效柵電阻被定位為與柵極驅(qū)動 器IC 118和同步MOSFET開關(guān)116之間的控制路徑串聯(lián)。通過在同步MOSFET 116內(nèi)結(jié)合 柵電阻器122，可以簡化電路設(shè)計的一些實施例，這是因為集成的柵電阻使得同步MOSFET 116的客戶不需要或較少地需要改變板的設(shè)計以從柵電阻器122中受益。圖5示出了圖2的電壓調(diào)節(jié)器的另一個實施例的更加詳細(xì)的示意圖。盡管圖5所 示的實施例與如上所述圖3所示實施例實質(zhì)上類似，圖5的實施例示出了作為柵極驅(qū)動器 IC 118的一部分集成的柵電阻器122。在一個實施例中，柵電阻器122可以是驅(qū)動器IC 118的封裝內(nèi)部單獨的集成電路部件。在另一個實施例中，柵電阻器122可以是柵極驅(qū)動 器IC118地LG輸出線路的增大的輸出阻抗。LG輸出線路的增大的輸出阻抗的值可以是固 定的或者是變化的。在一些實施例中，柵極驅(qū)動器IC 118根據(jù)操作模式動態(tài)地改變LG輸 出線路的阻抗值，使得針對每一種操作模式適配或優(yōu)化輸出阻抗。例如，如果存在用于減小 死時間的柵電阻的優(yōu)選值或最優(yōu)值，以及用于減小電壓尖峰的柵電阻的另一優(yōu)選值或最優(yōu) 值，則柵極驅(qū)動器IC 118可以將阻抗改變?yōu)獒槍γ恳环N操作模式的最優(yōu)值。與柵電阻器 122的位置無關(guān)，有效柵電阻被定位為與柵極驅(qū)動器IC118和同步MOSFET開關(guān)116之間的 控制路徑串聯(lián)。通過在柵極驅(qū)動器IC 118內(nèi)結(jié)合柵電阻器122，可以簡化電路設(shè)計的一些 實施例，這是因為集成的柵電阻使得柵極驅(qū)動器IC 118的客戶不需要或較少地需要改變 板的設(shè)計以從柵電阻器122中受益。
圖6示出了操作圖2的電壓調(diào)節(jié)器104的方法200的一個實施例的流程圖。具體 地，所述方法200示出了在關(guān)斷同步開關(guān)116和接通控制開關(guān)112之間可能發(fā)生的操作。盡 管結(jié)合圖2的電壓調(diào)節(jié)器104描述了方法200，然而可以利用其他類型的電壓調(diào)節(jié)器來實現(xiàn) 方法200的實施例。在塊202，驅(qū)動器電路118驅(qū)動有源同步開關(guān)116處于導(dǎo)通狀態(tài)。在特定的實施例 中，所述有源同步開關(guān)116是MOSFET器件。在塊204，驅(qū)動器電路118確定是否是時候開 始缺省死時間。如上所述，驅(qū)動器電路118的缺省死時間指的是驅(qū)動器電路118停止驅(qū)動 有源同步開關(guān)116與開始驅(qū)動有源控制開關(guān)112之間的時間。驅(qū)動器電路118繼續(xù)驅(qū)動有 源同步開關(guān)116，直到是時候開始缺省死時間段為止。當(dāng)是時候開始缺省死時間段時，在塊 206，驅(qū)動器電路118控制有源同步開關(guān)116的柵極控制路徑以停止驅(qū)動所述有源同步開關(guān) 116。然而，不管驅(qū)動器電路116的缺省操作，在塊208，由于在有源同步開關(guān)116的控制 路徑內(nèi)存在柵電阻，有源同步開關(guān)116繼續(xù)處于導(dǎo)通狀態(tài)。所述柵電阻具有針對有源同步 開關(guān)116和驅(qū)動器電路118的組合操作參數(shù)而調(diào)諧的電阻值。如這里所述，柵電阻器122 的多個實施例可以被實現(xiàn)為提供調(diào)諧的柵電阻。在一些實施例中，柵電阻器122被調(diào)諧為 使有源同步開關(guān)116的導(dǎo)通時間段延長為實質(zhì)上貫穿驅(qū)動器電路118的所有缺省死時間。 柵電阻器122的其他實施例被調(diào)諧為使有源同步開關(guān)166的導(dǎo)通時間段延長為在所述驅(qū)動 器電路118的缺省死時間期間的較短時間段。在任一種情況下，柵電阻器122促進了比驅(qū) 動器電路118的缺省死時間短的有效死時間。在塊210，驅(qū)動器電路118確定是否是時候結(jié)束缺省死時間。在一個實施例中，驅(qū) 動器電路118通過使用計數(shù)器(未示出)或者其他傳統(tǒng)定時機制來確定什么時候開始和結(jié) 束缺省死時間。當(dāng)驅(qū)動器電路118確定是時候結(jié)束缺省死時間時，在塊212驅(qū)動器電路118 驅(qū)動有源控制開關(guān)112處于導(dǎo)通狀態(tài)。在特定的實施例中，有源控制開關(guān)112是MOSFET器 件。然后方法200結(jié)束。在以上描述中，提供了多種實施例的具體細(xì)節(jié)。然而，一些實施例是可以并非以所 有這些具體系列來實踐的。在其他示例中為了簡明和清楚起見，不再比實現(xiàn)本發(fā)明的各種 實施例更加詳細(xì)地描述特定的方法、程序、部件、結(jié)構(gòu)和/或功能。盡管這里按照具體的順序示出和描述了所述方法的操作，然而可以更改每一種方 法的操作順序，使得可以按照相反的順序執(zhí)行特定的操作，或者使得可以至少部分地與其 他操作同時執(zhí)行特定的操作。在另一個實施例中，可以按照間歇和/或交替方式實現(xiàn)不同 操作的指令或者子操作。盡管已經(jīng)描述和說明了本發(fā)明的特定實施例，但是本發(fā)明不局限于這里所述和所 說明的部分的特定形式或結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等價物來限定。
權(quán)利要求
1.一種電壓調(diào)節(jié)器，包括有源控制開關(guān)，連接在輸入電壓線路與能量存儲器件的輸入之間；有源同步開關(guān)，與所述能量存儲器件的所述輸入相連；驅(qū)動器電路，與控制開關(guān)和同步開關(guān)相連，所述驅(qū)動器電路交替地將控制開關(guān)和同步 開關(guān)中的每一個驅(qū)動至導(dǎo)通狀態(tài)，以在所述能量存儲器件的輸出處產(chǎn)生調(diào)節(jié)的電壓；以及柵電阻器，串聯(lián)在同步開關(guān)的控制路徑內(nèi)，其中所述柵電阻器具有被調(diào)諧為減小同步 開關(guān)的關(guān)斷時間與控制開關(guān)的接通時間之間的預(yù)期死時間的電阻值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中所述柵電阻器的電阻值還被調(diào)諧為抑制在 控制開關(guān)的接通時間期間的預(yù)期電壓尖峰事件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中控制開關(guān)和同步開關(guān)包括金屬氧化物半導(dǎo) 體場效應(yīng)晶體管MOSFET開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中所述柵電阻器的電阻值還被調(diào)諧為延遲關(guān) 斷時間并且延長同步MOSFET開關(guān)的導(dǎo)通時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中同步開關(guān)的關(guān)斷時間與控制開關(guān)的接通時 間之間的預(yù)期死時間包括驅(qū)動器電路的缺省死時間，柵電阻器的電阻值還被調(diào)諧為實現(xiàn)比 驅(qū)動器電路的缺省死時間少的有效死時間。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中柵電阻器的電阻值還被調(diào)諧為減少電流流 過同步MOSFET開關(guān)的本體二極管所用的時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中所述柵電阻器位于驅(qū)動器電路的輸出與同 步開關(guān)的柵極輸入之間的控制線路中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中所述驅(qū)動器電路包括集成電路，所述柵電 阻器位于所述集成電路內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中所述柵電阻器被實現(xiàn)在所述驅(qū)動器電路 內(nèi)，作為同步開關(guān)的控制路徑中增大的輸出阻抗。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中同步開關(guān)的控制路徑中的輸出阻抗是可 變的，所述驅(qū)動器電路被配置為針對不同的操作模式動態(tài)地改變輸出阻抗。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓調(diào)諧器，其中所述同步開關(guān)包括具有柵極的MOSFET器 件，所述柵電阻器集成在所述MOSFET器件內(nèi)并且與所述柵極串聯(lián)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中所述柵電阻器被實現(xiàn)在MOSFET器件內(nèi)， 作為同步開關(guān)的控制路徑中增大的內(nèi)部柵電阻。
13.一種操作電壓調(diào)節(jié)器的方法，所述方法包括在開關(guān)模式電壓調(diào)節(jié)器內(nèi)驅(qū)動有源同步開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)；控制所述有源同步開關(guān)的柵極控制路徑，以在與所述有源同步開關(guān)的控制路徑相連的 驅(qū)動器電路的缺省死時間開始時，停止驅(qū)動所述有源同步開關(guān)；經(jīng)由所述有源同步開關(guān)的控制路徑內(nèi)的柵電阻，在所述驅(qū)動器電路的缺省死時間期 間，延長所述有源同步開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)時間，其中所述柵電阻具有針對有源同步開關(guān)和驅(qū) 動器電路的組合操作參數(shù)而調(diào)諧的電阻值；以及在所述驅(qū)動器電路的缺省死時間結(jié)束時，驅(qū)動有源控制開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述柵電阻的電阻值還被調(diào)諧為抑制在控制開關(guān)的接通時間期間的預(yù)期電壓尖峰事件。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述柵電阻是在驅(qū)動器電路的同步開關(guān)驅(qū)動器 輸出與有源同步開關(guān)的柵極之間的分立柵電阻器中實現(xiàn)的。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述柵電阻是在所述驅(qū)動器電路的同步開關(guān)驅(qū) 動器輸出的輸出阻抗內(nèi)實現(xiàn)的，其中所述驅(qū)動器電路的同步開關(guān)驅(qū)動器輸出與所述有源同 步開關(guān)的柵極相連。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述柵電阻是在所述有源同步開關(guān)的內(nèi)部柵電 阻內(nèi)實現(xiàn)的，其中所述有源同步開關(guān)包括同步MOSFET開關(guān)。
18.一種用于電壓調(diào)節(jié)器的同步MOSFET開關(guān)，所述同步MOSFET開關(guān)包括源極節(jié)點，與參考電勢相連；漏極節(jié)點，與相應(yīng)的控制MOSFET開關(guān)的源極節(jié)點相連，并且還與能量存儲器件的輸入 相連，其中控制MOSFET開關(guān)和同步MOSFET開關(guān)被配置為在所述能量存儲器件的輸出處產(chǎn) 生調(diào)節(jié)的電壓；以及柵極節(jié)點，經(jīng)由柵極控制路徑與柵極驅(qū)動器集成電路IC相連，其中所述柵極控制路徑 包括柵電阻，所述柵電阻被調(diào)諧為減小同步MOSFET開關(guān)的關(guān)斷時間與控制MOSFET開關(guān)的接通時間之間的預(yù)期死時間；以及抑制在控制MOSFET開關(guān)的接通時間期間的預(yù)期電壓尖峰事件。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的同步MOSFET開關(guān)，其中調(diào)諧的柵電阻被至少部分地集成在 同步MOSFET開關(guān)的柵極節(jié)點的內(nèi)部柵電阻內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的同步MOSFET開關(guān)，其中所述柵極節(jié)點與具有調(diào)諧的柵電阻 的分立的柵電阻器相連，其中所述分立的柵電阻器連接在所述柵極控制路徑內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電壓調(diào)節(jié)器，包括有源控制開關(guān)、有源同步開關(guān)、驅(qū)動器電路和柵電阻器。所述有源控制開關(guān)連接在輸入電壓線路與能量存儲器件的輸入之間。所述有源同步開關(guān)與所述能量存儲器件的輸入相連。所述驅(qū)動器電路與所述控制開關(guān)和同步開關(guān)相連，以交替地將控制開關(guān)和同步開關(guān)中的每一個驅(qū)動至導(dǎo)通狀態(tài)，從而在所述能量存儲器件的輸出處產(chǎn)生調(diào)節(jié)的電壓。所述柵電阻器串聯(lián)在所述同步開關(guān)的控制路徑內(nèi)。所述柵電阻器具有被調(diào)諧為減小在同步開關(guān)的關(guān)斷時間與控制開關(guān)的接通時間之間的預(yù)期死時間的電阻值。
文檔編號H02M3/07GK102055319SQ201010535038
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者李東浩 申請人:Nxp股份有限公司