本申請要求享有于2015年10月5日提交的美國臨時申請No.62/237,318的權(quán)益。該申請以全文引用的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容總體上涉及一種開關(guān)電源，并且更具體而言，涉及在非連續(xù)導(dǎo)通模式下使用耦合電感器來提高多相開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輕負載功率效率。

背景技術(shù)：

這里提供的背景技術(shù)描述是出于概括地呈現(xiàn)本公開內(nèi)容的背景的目的。當前發(fā)明人的工作，至本背景技術(shù)部分中所描述的程度，以及在提交時可能未被稱為現(xiàn)有技術(shù)的本說明書的方面，既不明確地也不暗示承認作為相對于本公開內(nèi)容的現(xiàn)有技術(shù)。

多相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器在輸出功率需求為高時在連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)下進行操作，而在輸出功率需求為低時在非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)下進行操作。輸送高電流的大多數(shù)DC-DC轉(zhuǎn)換器在CCM下進行操作，其中DC-DC轉(zhuǎn)換器的高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)交替地接通和關(guān)斷，并且DC-DC轉(zhuǎn)換器的耦合電感器中的電流連續(xù)地上升和下降。CCM使得DC-DC轉(zhuǎn)換器能夠以高效率來輸送高電流。

在DCM下，DC-DC轉(zhuǎn)換器僅在需要時向負載輸送能量。當需要能量時，高側(cè)開關(guān)被接通一定量的時間。在高側(cè)開關(guān)被關(guān)斷后，低側(cè)開關(guān)被接通。當電感器電流下降到零時，低側(cè)開關(guān)被關(guān)斷。當不需要能量時，DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)停止切換并保持關(guān)斷直到需要能量為止。當開關(guān)被關(guān)斷時，電感器電流保持為零；并且當開關(guān)兩者都關(guān)斷時，輸出濾波電容器維持電流。因此，在DCM下，開關(guān)損耗和AC電流相關(guān)的損耗隨著負載電流的降低而減小，并且DC-DC轉(zhuǎn)換器即使在輕負載時也維持高效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括：包括耦合在一起的第一電感器和第二電感器的耦合電感器；包括連接到第一電感器的第一高側(cè)開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)的第一相；包括連接到第二電感器的第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的第二相；以及驅(qū)動第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)以及第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)以在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作DC-DC轉(zhuǎn)換器的控制器。貫穿本公開內(nèi)容，第一相和第二相僅用作示例，并且本公開內(nèi)容的教導(dǎo)適用于包括多于兩相的多相轉(zhuǎn)換器。類似地，雖然所描述的示例包括以正輸出電流操作的降壓(步降)轉(zhuǎn)換器，但本公開內(nèi)容的教導(dǎo)同樣適用于具有負輸出電流或高側(cè)體二極管導(dǎo)通的降壓轉(zhuǎn)換器，并且適用于升壓轉(zhuǎn)換器、升降壓轉(zhuǎn)換器以及耦合電感器可適用的其它拓撲結(jié)構(gòu)。響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通并且第二低側(cè)開關(guān)被關(guān)斷，控制器基于第二低側(cè)開關(guān)的體二極管是否導(dǎo)通，來判斷第一電感器與第二電感器之間的耦合是強還是弱。還可以基于當?shù)谝幌喔邆?cè)開關(guān)被接通并且第二相低側(cè)開關(guān)被接通時第二相低側(cè)開關(guān)中的電感器電流為正極性或負極性來檢測強耦合或弱耦合。控制器取決于耦合是強還是弱來執(zhí)行以下功能：如果耦合為強，如果第一相的高側(cè)開關(guān)被接通并且第二相的低側(cè)開關(guān)被關(guān)斷，則接通第二相的低側(cè)開關(guān)；如果第二相的低側(cè)開關(guān)被接通，則保持其接通。如果耦合為弱，如果第一相的高側(cè)開關(guān)被接通并且第二相的低側(cè)開關(guān)被關(guān)斷，則不接通第二相的低側(cè)開關(guān)；如果第一相的高側(cè)開關(guān)被接通并且第二相的低側(cè)開關(guān)被接通，則保持第二相的低側(cè)開關(guān)被接通。該操作擴展到相之間的耦合是一個問題的以下公開的所有情況。

在另一特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器包括：包括耦合在一起的第一電感器和第二電感器的耦合電感器；包括連接到第一電感器的第一高側(cè)開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)的第一相；以及包括連接到第二電感器的第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的第二相。第三開關(guān)連接在第一高側(cè)開關(guān)與第一低側(cè)開關(guān)之間，其中，第三開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)的體二極管背對背連接。第四開關(guān)連接在第二高側(cè)開關(guān)與第二低側(cè)開關(guān)之間，其中，第四開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管背對背連接?？刂破黩?qū)動第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)以及第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)，以在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作DC-DC轉(zhuǎn)換器?？刂破鲀H響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通而接通第四開關(guān)，并且僅響應(yīng)于第二高側(cè)開關(guān)被接通而接通第三開關(guān)，其中，第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通。此外，控制器可檢測第一相與第二相之間的耦合是強還是弱，并且如果耦合為弱，則可在每相中添加總是接通的第三開關(guān)，從而在弱耦合的情況下節(jié)省切換功率。

在另一特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器包括：包括耦合在一起的第一電感器和第二電感器的耦合電感器；包括連接到第一電感器的第一高側(cè)開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)的第一相；以及包括連接到第二電感器的第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的第二相。第三開關(guān)跨接第二低側(cè)開關(guān)的體端子和漏極端子。第四開關(guān)跨接第二低側(cè)開關(guān)的體端子和源極端子?？刂破黩?qū)動第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)以及第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)，以在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作DC-DC轉(zhuǎn)換器?？刂破黜憫?yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通并且第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的結(jié)點處的電壓具有第一極性而接通第四開關(guān)?？刂破黜憫?yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通并且第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的結(jié)點處的電壓具有與第一極性相反的第二極性而接通第三開關(guān)。第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通。此外，控制器可以檢測第一相與第二相之間的耦合是強還是弱，并且如果耦合為弱，則可以在每相中添加總是關(guān)斷的第三開關(guān)和總是接通的第四開關(guān)，以在弱耦合的情況下節(jié)省切換功率。

在另一特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器包括：包括耦合在一起的第一電感器和第二電感器的耦合電感器；包括連接到第一電感器的第一高側(cè)開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)的第一相，其中，第一低側(cè)開關(guān)包括串聯(lián)連接的第一多個開關(guān)；以及包括連接到第二電感器的第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的第二相，其中，第二低側(cè)開關(guān)包括串聯(lián)連接的第二多個開關(guān)?？刂破黩?qū)動第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)以及第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)，以在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作DC-DC轉(zhuǎn)換器。第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通。此外，控制器可以檢測第一相與第二相之間的耦合是強還是弱，并且如果耦合為弱，則控制器保持第二多個開關(guān)總是接通，以在弱耦合的情況下節(jié)省切換功率。

在另一特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器包括：包括耦合在一起的第一電感器和第二電感器的耦合電感器；包括連接到第一電感器的第一高側(cè)開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)的第一相；以及包括連接到第二電感器的第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的第二相。第三開關(guān)跨接第二低側(cè)開關(guān)的體端子和源極端子。第四開關(guān)跨接第二低側(cè)開關(guān)的體端子和電壓源?？刂破黩?qū)動第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)以及第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)，以在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作DC-DC轉(zhuǎn)換器。控制器響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通而關(guān)斷第三開關(guān)并且接通第四開關(guān)。第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通。此外，控制器可以檢測第一相與第二相之間的耦合是強還是弱，并且如果耦合為弱，則在每相中可以添加總是接通的第三開關(guān)和總是關(guān)斷的第四開關(guān)，以在弱耦合的情況下節(jié)省切換功率。

在另一特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器包括：包括耦合在一起的第一電感器和第二電感器的耦合電感器；以及未耦合到第一電感器和第二電感器的第三電感器。DC-DC轉(zhuǎn)換器的第一相和第二相分別連接到第一電感器和第二電感器。DC-DC轉(zhuǎn)換器的第三相連接到第三電感器?？刂破黜憫?yīng)于在連續(xù)導(dǎo)通模式下操作DC-DC轉(zhuǎn)換器而選擇第一相和第二相，并且響應(yīng)于在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作DC-DC轉(zhuǎn)換器而選擇第三相。

在另一特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器包括：包括第一電感器和多個電感器的耦合電感器，其中，第一電感器耦合到多個電感器中的每一個電感器。DC-DC轉(zhuǎn)換器的第一相和多個相分別連接到第一電感器和多個電感器。控制器響應(yīng)于在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作DC-DC轉(zhuǎn)換器而選擇第一相，并且響應(yīng)于在連續(xù)導(dǎo)通模式下操作DC-DC轉(zhuǎn)換器而選擇第一相和多個相中的一個或多個。

在另一特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器包括：包括多個電感器的耦合電感器，每個電感器耦合到兩個相鄰電感器或者耦合到其余電感器。DC-DC轉(zhuǎn)換器的多個相分別連接到多個電感器。控制器在連續(xù)導(dǎo)通模式和非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作DC-DC轉(zhuǎn)換器。當DC-DC轉(zhuǎn)換器在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作時，多個相中的開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通。

在另一特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器包括：包括耦合在一起的第一電感器和第二電感器的耦合電感器；包括連接到第一電感器的第一高側(cè)開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)的第一相；以及包括連接到第二電感器的第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的第二相?？刂破黩?qū)動第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)以及第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)，以操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器。響應(yīng)于在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，并且響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通，控制器通過以下方式來防止第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通：使電流繞過第二低側(cè)開關(guān)體二極管；阻止電流流經(jīng)第二低側(cè)開關(guān)體二極管；或者增大第二低側(cè)開關(guān)體二極管導(dǎo)通的閾值。

在其它特征中，取決于第一電感器與第二電感器之間的耦合的強度，控制器防止第二低側(cè)開關(guān)體二極管導(dǎo)通?？刂破黜憫?yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通并且第二低側(cè)開關(guān)被關(guān)斷，基于第二低側(cè)開關(guān)的體二極管在未被防止導(dǎo)通的情況下是否導(dǎo)通，來判斷第一電感器與第二電感器之間的耦合是強還是弱。當耦合為強時，響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通，控制器防止第二低側(cè)開關(guān)體二極管導(dǎo)通。當耦合為弱時，響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通，控制器不防止第二低側(cè)開關(guān)體二極管導(dǎo)通。

在其它特征中，控制器基于以下各項來判斷第一電感器與第二電感器之間的耦合是強還是弱：流經(jīng)耦合電感器的第一電感器和第二電感器中的一個或多個電感器的電流；或流經(jīng)第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)和/或第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)中的一個或多個開關(guān)的電流；或在第一節(jié)點和第二節(jié)點中的一個或多個節(jié)點處的電壓，其中，在第一節(jié)點處第一電感器連接到第一高側(cè)開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)，在第二節(jié)點處第二電感器連接到第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)。

在其它特征中，控制器基于當?shù)谝桓邆?cè)開關(guān)被接通并且當?shù)诙蛡?cè)開關(guān)被關(guān)斷時第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通，來確定第一電感器與第二電感器之間的耦合為弱。控制器基于當?shù)谝桓邆?cè)開關(guān)被接通并且當?shù)诙蛡?cè)開關(guān)被關(guān)斷時第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通，來確定第一導(dǎo)體與第二導(dǎo)體之間的耦合為強。

在其它特征中，控制器基于當?shù)谝桓邆?cè)開關(guān)被接通并且第二低側(cè)開關(guān)被關(guān)斷時節(jié)點處的電壓未被第二低側(cè)開關(guān)的體二極管鉗位，來確定第一電感器與第二電感器之間的耦合為弱，在該節(jié)點處第二電感器連接到第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)?？刂破骰诋?shù)谝桓邆?cè)開關(guān)被接通并且第二低側(cè)開關(guān)被關(guān)斷時該節(jié)點處的電壓被第二低側(cè)開關(guān)的體二極管鉗位，來確定第一電感器與第二電感器之間的耦合為強。

在其它特征中，當耦合為強時，響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通，控制器接通第二低側(cè)開關(guān)，以防止第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通。當耦合為弱時，響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通，控制器不接通第二低側(cè)開關(guān)，以防止負電流流經(jīng)第二低側(cè)開關(guān)。

在另外的特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器還包括連接在第一高側(cè)開關(guān)與第一低側(cè)開關(guān)之間的第五開關(guān)。第五開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)的體二極管背對背連接。多相DC-DC轉(zhuǎn)換器還包括連接在第二高側(cè)開關(guān)與第二低側(cè)開關(guān)之間的第六開關(guān)。第六開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管背對背連接?？刂破魍ㄟ^響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通而關(guān)斷第六開關(guān)并且通過響應(yīng)于第二高側(cè)開關(guān)被接通而關(guān)斷第五開關(guān)，來降低第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的趨勢，從而第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通。

在其它特征中，響應(yīng)于控制器在連續(xù)導(dǎo)通模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，控制器接通第五開關(guān)和第六開關(guān)。

在其它特征中，第一相和第二相中的每相包括電平移位器，其將來自控制器的第一控制信號從第一電源軌轉(zhuǎn)換到第二電源軌并且輸出第二控制信號以驅(qū)動第五開關(guān)或第六開關(guān)，該第二電源軌包括低于切換節(jié)點電壓的電壓。第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通，而不管第一電感器與第二電感器之間的耦合的強度。

在其它特征中，響應(yīng)于控制器在跳躍模式(Skip mode)下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動第一高側(cè)開關(guān)的第三控制信號和第一控制信號具有相反的極性，其中，在跳躍模式下當?shù)谝桓邆?cè)開關(guān)被接通時第二低側(cè)開關(guān)被接通并且第一相和第二相的電感器電流不重疊。

在另外的特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器還包括跨接第二低側(cè)開關(guān)的體端子和漏極端子的第五開關(guān)以及跨接第二低側(cè)開關(guān)的體端子和源極端子的第六開關(guān)。控制器通過以下方式來降低第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的趨勢：響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通并且具第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的節(jié)點處的電壓具有第一極性而接通第六開關(guān)，以及通過響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通并且第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的節(jié)點處的電壓具有與第一極性相反的第二極性而接通第五開關(guān)。第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通。

在其它特征中，第一相和第二相中的每相包括電平移位器，其將來自控制器的第一控制信號從第一電源軌轉(zhuǎn)換到第二電源軌并且輸出第二控制信號以驅(qū)動第一低側(cè)開關(guān)或第二低側(cè)開關(guān)，該第二電源軌具有低于切換節(jié)點電壓的電壓。第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通，而不管第一電感器與第二電感器之間的耦合的強度。

在其它特征中，響應(yīng)于控制器在連續(xù)導(dǎo)通模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，控制器關(guān)斷第五開關(guān)并且接通第六開關(guān)。

在其它特征中，響應(yīng)于控制器在跳躍模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，基于第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的節(jié)點處的電壓，來接通或關(guān)斷第五開關(guān)和第六開關(guān)，在該跳躍模式下當?shù)谝桓邆?cè)開關(guān)被接通時第二低側(cè)開關(guān)被接通。

在另外的特征中，第一低側(cè)開關(guān)包括串聯(lián)連接的第一多個開關(guān)，并且第二低側(cè)開關(guān)包括串聯(lián)連接的第二多個開關(guān)?？刂破魍ㄟ^控制第一多個開關(guān)和第二多個開關(guān)來降低第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的趨勢。第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通。

在其它特征中，第一多個開關(guān)和第二多個開關(guān)降低了第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的趨勢，并且防止第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通。

在其它特征中，如果大于1的整數(shù)N表示在各第一多個開關(guān)和第二多個開關(guān)中的開關(guān)的數(shù)量，則第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)連接到第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的節(jié)點處的電壓為第一多個開關(guān)和第二多個開關(guān)中的開關(guān)的體二極管的正向壓降的負N倍，以防止第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通。

在其它特征中，第一相和第二相中的每相包括多個電平移位器，其將來自控制器的控制信號從第一電源軌轉(zhuǎn)換到第二電源軌并且輸出多個控制信號以驅(qū)動第一多個開關(guān)和第二多個開關(guān)，該第二電源軌包括低于切換節(jié)點電壓的電壓。第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通，而不管第一電感器與第二電感器之間的耦合的強度。

在另外的特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器還包括跨接第二低側(cè)開關(guān)的體端子和源極端子的第五開關(guān)以及跨接第二低側(cè)開關(guān)的體端子和電壓源的第六開關(guān)。控制器通過響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通而關(guān)斷第五開關(guān)并且接通第六開關(guān)來降低第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的趨勢。第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通。

在其它特征中，電壓源供給與用于開關(guān)的摻雜劑的類型相同的極性的電壓。

在其它特征中，在第一相和第二相中的每相中，響應(yīng)于使用N型摻雜劑的開關(guān)，電壓源供給比切換節(jié)點處的最低電壓更負的負電壓，以防止第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通。

在其它特征中，第一相和第二相中的每相包括電平移位器，其將來自控制器的第一控制信號從第一電源軌轉(zhuǎn)換到第二電源軌并且輸出第二控制信號以驅(qū)動第一低側(cè)開關(guān)或第二低側(cè)開關(guān)，該第二電源軌包括低于切換節(jié)點電壓的電壓。第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通，而不管第一電感器與第二電感器之間的耦合的強度。

在其它特征中，響應(yīng)于控制器在連續(xù)導(dǎo)通模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，控制器接通第五開關(guān)并且關(guān)斷第六開關(guān)。

在其它特征中，響應(yīng)于控制器在跳躍模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，控制器關(guān)斷第五開關(guān)并且接通第六開關(guān)，在該跳躍模式下當?shù)谝桓邆?cè)開關(guān)被接通時第二低側(cè)開關(guān)被接通。

在另外的特征中，耦合電感器的電感矩陣確保體二極管兩端的耦合電壓小于體二極管的正向壓降。

在另外的特征中，在第二低側(cè)開關(guān)兩端的電壓大于體二極管的正向壓降的情況下，控制器阻止電流流經(jīng)體二極管。

在另一特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括：包括耦合在一起的第一電感器和第二電感器的耦合電感器；包括連接到第一電感器的第一高側(cè)開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)的第一相；以及包括連接到第二電感器的第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的第二相?？刂破黩?qū)動第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)以及第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)，以在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器?？刂破黜憫?yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通并且第二低側(cè)開關(guān)被關(guān)斷，基于如果第二低側(cè)開關(guān)的體二極管在未被防止導(dǎo)通的情況下是否導(dǎo)通，來判斷第一電感器與第二電感器之間的耦合為強或弱。當耦合為強時，控制器響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通而防止第二低側(cè)開關(guān)體二極管導(dǎo)通。當耦合為弱時，控制器響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通而不防止第二低側(cè)開關(guān)體二極管導(dǎo)通。

在其它特征中，控制器基于流經(jīng)耦合電感器的第一電感器和第二電感器中的一個或多個電感器的電流或者流經(jīng)第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)和/或第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)中的一個或多個開關(guān)的電流，或者基于在第一節(jié)點和第二節(jié)點中的一個或多個節(jié)點處的電壓來判斷第一電感器與第二電感器之間的耦合為強或弱，在該第一節(jié)點處第一電感器連接到第一高側(cè)開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)，在該第二節(jié)點處第二電感器連接到第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)。

在其它特征中，控制器基于當?shù)谝桓邆?cè)開關(guān)被接通并且當?shù)诙蛡?cè)開關(guān)被關(guān)斷時第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通，來確定第一電感器與第二電感器之間的耦合為弱?？刂破骰诋?shù)谝桓邆?cè)開關(guān)被接通并且當?shù)诙蛡?cè)開關(guān)被關(guān)斷時第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通，來確定第一電感器與第二電感器之間的耦合為強。

在其它特征中，控制器基于當?shù)谝桓邆?cè)開關(guān)被接通并且當?shù)诙蛡?cè)開關(guān)被關(guān)斷時第二電感器連接到第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的節(jié)點處的電壓沒有被第二低側(cè)開關(guān)的體二極管箝位，來確定第一電感器與第二電感器之間的耦合為弱。控制器基于當?shù)谝桓邆?cè)開關(guān)被接通并且當?shù)诙蛡?cè)開關(guān)被關(guān)斷時該節(jié)點處的電壓被第二低側(cè)開關(guān)的體二極管所箝位，來確定第一電感器與第二電感器之間的耦合為強。

在其它特征中，當耦合為強時，控制器響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通而接通第二低側(cè)開關(guān)，以防止第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通，并且當耦合為弱時，響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通而不接通第二低側(cè)開關(guān)，以防止負電流流經(jīng)第二低側(cè)開關(guān)的體二極管。

在另一特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括：包括耦合在一起的第一電感器和第二電感器的耦合電感器；包括連接到第一電感器的第一高側(cè)開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)的第一相；以及包括連接到第二電感器的第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的第二相。多相DC-DC轉(zhuǎn)換器還包括：連接在第一高側(cè)開關(guān)與第一低側(cè)開關(guān)之間的第三開關(guān)，其中，第三開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)的體二極管背對背連接；以及連接在第二高側(cè)開關(guān)與第二低側(cè)開關(guān)之間的第四開關(guān)，其中，第四開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管背對背連接。控制器驅(qū)動第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)以及第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)，以操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器。響應(yīng)于控制器在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，控制器響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通而僅接通第四開關(guān)，并且響應(yīng)于第二高側(cè)開關(guān)被接通而僅接通第三開關(guān)。第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通。

在其它特征中，第一相和第二相中的每相包括電平移位器，其將來自控制器的第一控制信號從第一電源軌轉(zhuǎn)換到第二電源軌并且輸出第二控制信號以驅(qū)動第三開關(guān)或第四開關(guān)，該第二電源軌具有低于切換節(jié)點電壓的電壓。第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通，而不管第一電感器與第二電感器之間的耦合的強度。

在其它特征中，響應(yīng)于控制器在連續(xù)導(dǎo)通模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，控制器接通第三開關(guān)和第四開關(guān)。

在其它特征中，響應(yīng)于控制器在跳躍模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動第一高側(cè)開關(guān)的第三控制信號和第一控制信號具有相反的極性，其中，在該跳躍模式下當?shù)谝桓邆?cè)開關(guān)被接通時第二低側(cè)開關(guān)被接通并且第一相和第二相的電感器電流不重疊。

在另一特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器包括：包括耦合在一起的第一電感器和第二電感器的耦合電感器；包括連接到第一電感器的第一高側(cè)開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)的第一相；以及包括連接到第二電感器的第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的第二相。多相DC-DC轉(zhuǎn)換器還包括跨接第二低側(cè)開關(guān)的體端子和漏極端子的第三開關(guān)以及跨接第二低側(cè)開關(guān)的體端子和源極端子的第四開關(guān)?？刂破黩?qū)動第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)以及第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)，以操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器。響應(yīng)于控制器在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，控制器響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通并且第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的結(jié)點處的電壓具有第一極性而接通第四開關(guān)，并且響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通并且第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的結(jié)點處的電壓具有與第一極性相反的第二極性而接通第三開關(guān)。第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通。

在其它特征中，第一相和第二相中的每相包括電平移位器，其將來自控制器的第一控制信號從第一電源軌轉(zhuǎn)換到第二電源軌并且輸出第二控制信號以驅(qū)動第一低側(cè)開關(guān)或第二低側(cè)開關(guān)，該第二電源軌具有低于切換節(jié)點電壓的電壓。第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通，而不管第一電感器與第二電感器之間的耦合的強度。

在其它特征中，響應(yīng)于控制器在連續(xù)導(dǎo)通模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，控制器關(guān)斷第三開關(guān)并且接通第四開關(guān)。

在其它特征中，響應(yīng)于控制器在跳躍模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，基于第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的結(jié)點處的電壓來接通或關(guān)斷第三開關(guān)和第四開關(guān)，在該跳躍模式下當?shù)谝桓邆?cè)開關(guān)被接通時第二低側(cè)開關(guān)被接通。

在另一特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括：包括耦合在一起的第一電感器和第二電感器的耦合電感器；包括連接到第一電感器的第一高側(cè)開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)的第一相，其中，第一低側(cè)開關(guān)包括串聯(lián)連接的第一多個開關(guān)；以及包括連接到第二電感器的第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的第二相，其中，第二低側(cè)開關(guān)包括串聯(lián)連接的第二多個開關(guān)?？刂破黩?qū)動第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)以及第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)，以在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器。第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通。

在其它特征中，第一多個開關(guān)和第二多個開關(guān)降低第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的趨勢，并且防止第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通。

在其它特征中，如果大于1的整數(shù)N表示各第一多個開關(guān)和第二多個開關(guān)中的開關(guān)的數(shù)量，則在第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)連接到第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的節(jié)點處的電壓為第一多個開關(guān)和第二多個開關(guān)中的開關(guān)的體二極管的正向壓降的負N倍，以防止第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通。

在其它特征中，第一相和第二相中的每相包括多個電平移位器，其將來自控制器的控制信號從第一電源軌轉(zhuǎn)換到第二電源軌并且輸出多個控制信號以驅(qū)動第一多個開關(guān)和第二多個開關(guān)，該第二電源軌包括低于切換節(jié)點電壓的電的。第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通，而不管第一電感器與第二電感器之間的耦合的強度。

在另一特征中，多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括：包括耦合在一起的第一電感器和第二電感器的耦合電感器；包括連接到第一電感器的第一高側(cè)開關(guān)和第一低側(cè)開關(guān)的第一相；以及包括連接到第二電感器的第二高側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的第二相。多相DC-DC轉(zhuǎn)換器還包括跨接第二低側(cè)開關(guān)的體端子和源極端子的第三開關(guān)以及跨接第二低側(cè)開關(guān)的體端子和電壓源的第四開關(guān)?？刂破黩?qū)動第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)以及第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)，以操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器。響應(yīng)于控制器在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，控制器驅(qū)動第一高側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)以及第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)以在非連續(xù)導(dǎo)通模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，并且響應(yīng)于第一高側(cè)開關(guān)被接通而關(guān)斷第三開關(guān)并且接通第四開關(guān)。第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通。

在其它特征中，電壓源供給與用于開關(guān)的摻雜劑的類型相同的極性的電壓。

在其它特征中，在第一相和第二相中的每相中，響應(yīng)于使用N型摻雜劑的開關(guān)，電壓源供給比切換節(jié)點處的最低電壓更負的負電壓，以防止第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通。

在其它特征中，第一相和第二相中的每相包括電平移位器，其將來自控制器的第一控制信號從第一電源軌轉(zhuǎn)換到第二電源軌并且輸出第二控制信號以驅(qū)動第一低側(cè)開關(guān)或第二低側(cè)開關(guān)，該第二電源軌包括低于切換節(jié)點電壓的電壓。第一低側(cè)開關(guān)和第二低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通，而不管無論第一電感器與第二電感器之間的耦合的強度。

在其它特征中，響應(yīng)于控制器在連續(xù)導(dǎo)通模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，控制器接通第三開關(guān)并且關(guān)斷第四開關(guān)。

在其它特征中，響應(yīng)于控制器在跳躍模式下操作多相DC-DC轉(zhuǎn)換器，控制器關(guān)斷第三開關(guān)并且接通第四開關(guān)，在該跳躍模式下當?shù)谝桓邆?cè)開關(guān)被接通時第二低側(cè)開關(guān)被接通。

根據(jù)具體實施方式、權(quán)利要求和附圖，本公開內(nèi)容的其它應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊蔑@而易見。具體實施方式和具體示例僅旨在用于說明的目的，而并非旨在限制本公開內(nèi)容的范圍。

附圖說明

根據(jù)具體實施方式和附圖將可以更充分地理解本公開內(nèi)容，在附圖中：

圖1是兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的示意圖；

圖2是示出了圖1的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器在非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)下的操作的時序圖；

圖3-5示出了在DCM下輕負載時操作圖1的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的不同方式；

圖6是兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的示意圖，該兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器檢測耦合電感器的耦合強度并且當耦合在DCM下弱時繞過低側(cè)開關(guān)的體二極管；

圖7是示出了圖6的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器在DCM下的操作的時序圖；

圖8是當耦合電感器的耦合強度在DCM下弱時，阻止體二極管電流流動的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的示意圖；

圖9是示出了圖8的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器在DCM下的操作的時序圖；

圖10是使用包括背對背串聯(lián)連接開關(guān)的低側(cè)開關(guān)來防止在DCM下的體二極管導(dǎo)通的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的示意圖；

圖11是示出了圖10的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器在DCM下的操作的時序圖；

圖12是通過切換低側(cè)開關(guān)的體端子連接(bulk connection)來防止在DCM下的體二極管導(dǎo)通的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的示意圖；

圖13是示出了圖12的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器在DCM下的操作的時序圖；

圖14是使用包括多個串聯(lián)連接開關(guān)的低側(cè)開關(guān)來防止在DCM下的體二極管導(dǎo)通的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的示意圖；

圖15是通過將低側(cè)開關(guān)的體端子偏置至較負的電壓來防止在DCM選的體二極管導(dǎo)通的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的示意圖；

圖16是示出了圖15的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器在DCM下的操作的時序圖；

圖17是使用經(jīng)改型的耦合電感器拓撲和/或連接來防止在DCM下的體二極管導(dǎo)通的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的示意圖；

圖18是示出了圖17的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器在DCM下的操作的時序圖；

圖19和圖20示出了可以用在圖17的兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器中的經(jīng)改型的耦合電感器拓撲和/或連接的示例；

圖21示出了通過檢測強或弱耦合來防止在DCM下以輕負載操作的耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的方法的流程圖；

圖22示出了通過使用包括背對背串聯(lián)連接的開關(guān)的低側(cè)開關(guān)，來防止在DCM下以輕負載操作的耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的方法的流程圖；

圖23示出了通過切換低側(cè)開關(guān)的體端子連接，來防止在DCM下以輕負載操作的耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的方法的流程圖；

圖24示出了通過使用包括多個串聯(lián)連接的開關(guān)的低側(cè)開關(guān)，來防止在DCM下以輕負載操作的耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的方法的流程圖；以及

圖25示出了通過使用電壓源來偏置低側(cè)開關(guān)的體端子，來防止在DCM下以輕負載操作的耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的方法的流程圖。

在附圖中，可以重復(fù)使用附圖標記來指示類似和/或相同的元件。

具體實施方式

圖1示出了兩相耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器100的示例。轉(zhuǎn)換器100的每相包括高側(cè)(HS)開關(guān)和低側(cè)(LS)開關(guān)。兩相連接到耦合電感器，耦合電感器包括耦合在一起的兩個電感器L1和L2。耦合電感器具有磁化電感Lm。電感器L1和L2中的每一個具有相對應(yīng)的漏電感Lk。耦合電感器連接到負載。濾波電容器連接在負載兩端?？刂破?02生成脈沖寬度調(diào)制(PWM)脈沖，以驅(qū)動如圖2中所示的兩相的HS和LS開關(guān)?？刂破?02如下基于功率需求在CCM或DCM下操作轉(zhuǎn)換器100。

在CCM下，控制器102監(jiān)測電容器處的輸出電壓Vout?？刂破?02生成PWM脈沖以交替地接通第一高側(cè)開關(guān)HS1或第二高側(cè)開關(guān)HS2，其形成流經(jīng)耦合電感器的相關(guān)聯(lián)的繞組L1或L2的電流。隨著電流的形成，磁耦合產(chǎn)生流經(jīng)耦合電感器的未被驅(qū)動的繞組L2或L1的電流，并且相關(guān)聯(lián)的低側(cè)開關(guān)LS2或LS1被接通，以使得流經(jīng)耦合電感器的繞組L1和L2兩者的電流可對電容器進行充電。

在周期的該部分的最后，高側(cè)開關(guān)HS1或HS2被關(guān)斷，并且相關(guān)聯(lián)的低側(cè)開關(guān)LS1或LS2被接通，以使得低側(cè)開關(guān)LS1和LS2兩者被接通。流經(jīng)耦合電感器的繞組L1和L2的電流減小并可能相反。隨著電流減小，控制器102可接通高側(cè)開關(guān)HS2或HS1中不同的一個高側(cè)開關(guān)同時關(guān)斷相對應(yīng)的低側(cè)開關(guān)LS2或LS1。這形成了流經(jīng)耦合電感器的相關(guān)聯(lián)的繞組L2或L1的電流。隨著電流形成，磁耦合產(chǎn)生流經(jīng)耦合電感器的當前未被驅(qū)動的繞組L1或L2的電流，并且相關(guān)聯(lián)的低側(cè)開關(guān)LS1或LS2被接通，以使得流經(jīng)耦合電感器的繞組L1和L2兩者的電流可對電容器進行充電。當轉(zhuǎn)換器100在CCM下操作時，該周期重復(fù)。

每個低側(cè)開關(guān)LS1和LS2具有體二極管。為了在低操作電壓下的高效率，以避免體二極管中的功率耗散，低側(cè)開關(guān)LS1和LS2被接通。通過改變每個高側(cè)開關(guān)HS1和HS2保持接通的持續(xù)時間來控制輸出電壓Vout，以維持適當?shù)妮敵鲭妷?。可使用電壓模式控制、電流模式控制或任何其它控制方法來控制輸出電壓Vout。

在DCM操作下，控制器102監(jiān)測輸出電壓Vout。當Vout下降到閾值Vth以下時，開始能量輸送脈沖。在第一能量輸送脈沖期間，高側(cè)開關(guān)HS1被接通，并且用于電感性耦合的相對相的低側(cè)開關(guān)LS2接通。隨著在與高側(cè)開關(guān)HS1相關(guān)聯(lián)的繞組L1中的電流的形成，在與低側(cè)開關(guān)LS2相關(guān)聯(lián)的繞組L2中感應(yīng)出類似的電流。在高側(cè)開關(guān)HS1已經(jīng)接通脈沖寬度Tpw之后，高側(cè)開關(guān)HS1關(guān)斷，并且相對應(yīng)的低側(cè)開關(guān)LS1接通。在流經(jīng)耦合電感器的繞組L1和L2的電流衰減到零之后，低側(cè)開關(guān)LS1和LS2關(guān)斷。隨著控制器102對Vout進行監(jiān)測，該周期重復(fù)。

貫穿本公開內(nèi)容，在DCM下，術(shù)語耦合電感器的電感器之間的強耦合和弱耦合用于表示如下含義。在DCM下，當?shù)谝幌嗟母邆?cè)開關(guān)被接通并且第二相的低側(cè)開關(guān)被關(guān)斷時，如果低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通則耦合電感器的電感器之間的耦合是強的，而如果低側(cè)開關(guān)的體二極管未導(dǎo)通，則是弱的。

圖3-5示出了在DCM下以輕負載操作轉(zhuǎn)換器100的不同方式。在圖3中，在DCM下，低側(cè)開關(guān)LS2的體二極管被簡單地允許導(dǎo)通。當高側(cè)開關(guān)HS1接通時，低側(cè)開關(guān)LS2保持關(guān)斷。在強耦合的情況下(高Lm/Lk比率和低轉(zhuǎn)換器占空比)，相2的切換節(jié)點LX2處的電壓可小于低側(cè)開關(guān)LS2的體二極管的正向壓降。因此，低側(cè)開關(guān)LS2的體二極管將導(dǎo)通并生成額外的體二極管導(dǎo)通損耗，這可使轉(zhuǎn)換器效率降低5-20％。

在圖4中，在DCM下，當高側(cè)開關(guān)HS1接通時，低側(cè)開關(guān)LS2也接通；并且當高側(cè)開關(guān)HS2接通時，低側(cè)開關(guān)LS1也接通。當高側(cè)開關(guān)HS1接通并且低側(cè)開關(guān)LS2也接通時，對于強耦合，流經(jīng)相2的電感器電流IL2將具有正斜率(如箭頭所示的方向)；并且對于弱耦合，流經(jīng)相2的電感器電流IL2將具有負斜率(與箭頭所指示的方向相反)，這降低了轉(zhuǎn)換器效率。當高側(cè)開關(guān)HS2接通并且低側(cè)開關(guān)LS1也接通時，將獲得類似的結(jié)果。

在圖5中，在DCM下，并聯(lián)地接通和關(guān)斷相。對于每相，等效電感等于漏電感，漏電感是低的。如果開關(guān)的接通時間保持與在CCM下是相同的，則由于低漏電感，DCM下的峰值電感器電流將非常高，這增加了紋波并降低了效率。如果在DCM下接通時間減少，則由于在每個周期中將輸送少量的能量，切換頻率將會很高。

本公開內(nèi)容消除了在DCM下操作的DC-DC轉(zhuǎn)換器的耦合相中的低側(cè)開關(guān)的體二極管的不期望的導(dǎo)通或者低側(cè)開關(guān)的不期望的導(dǎo)通，從而提高了效率。具體地，在一個實施方式中，通過檢測強耦合或弱耦合，本公開內(nèi)容在強耦合下通過接通低側(cè)開關(guān)來消除體二極管導(dǎo)通，并且在弱耦合下通過關(guān)斷低側(cè)開關(guān)來消除負的體二極管電流，這將在下面進行詳細解釋。

本公開內(nèi)容提出了三類解決方案以防止低側(cè)開關(guān)的體二極管的導(dǎo)通：在需要時使電流繞過低側(cè)開關(guān)的體二極管以減少導(dǎo)通損耗；阻止電流流經(jīng)低側(cè)開關(guān)的體二極管；以及將低側(cè)開關(guān)的體二極管兩端的電壓限制至小于體二極管的正向壓降。亦即，對于具有在輕負載下(即，在DCM下)操作的耦合電感器的多相開關(guān)DC-DC轉(zhuǎn)換器，當?shù)谝幌嗟母邆?cè)開關(guān)被接通時，第二相的低側(cè)開關(guān)的體二極管被適應(yīng)性地繞過(如果需要)、由特定設(shè)計阻止或通過減小體二極管兩端的正向電壓來防止導(dǎo)通。

盡管本公開內(nèi)容僅僅將兩相DC-DC轉(zhuǎn)換器用作示例，但是本公開內(nèi)容的教導(dǎo)可以擴展到包括多于兩相的DC-DC轉(zhuǎn)換器。此外，貫穿本公開內(nèi)容，雖然僅作為示例描述了關(guān)于當相1被接通時如何控制相2的操作，但是當相2被接通時也可以被類似地控制相1。此外，雖然僅僅作為示例示出了NMOS開關(guān)，但是可以替代地使用PMOS(或任何其它適當?shù)拈_關(guān))，其中在下面示出和描述的電壓和電流的極性和方向以及信號的邏輯電平可以相應(yīng)地相反。此外，盡管所提出的解決方案將注意力集中于DCM和輕負載操作，但是本文所公開的控制器和轉(zhuǎn)換器被設(shè)計為并且實際上可以在輕負載、中負載和重負載條件下在CCM和DCM下進行操作。

圖6示出了控制轉(zhuǎn)換器100的控制器104?？刂破?04檢測耦合電感器的電感器之間的耦合是強還是弱，并且取決于耦合電感器的耦合強度來繞過低側(cè)開關(guān)的體二極管?？刂破?04可以以多種方式來檢測耦合電感器的耦合強度。例如，控制器104可以通過感測流經(jīng)耦合電感器的電感器L1和/或L2的電流IL1和IL2；通過感測轉(zhuǎn)換器100的相的切換節(jié)點LX1和/或LX2處的電壓等等來檢測耦合電感器的耦合強度。

例如，如果當?shù)蛡?cè)開關(guān)LS2關(guān)斷并且高側(cè)開關(guān)HS1接通時低側(cè)開關(guān)LS2的體二極管未導(dǎo)通，則控制器104確定耦合為弱。替代地，如果當?shù)蛡?cè)開關(guān)LS2關(guān)斷并且高側(cè)開關(guān)HS1接通時相2的切換節(jié)點LX2處的電壓為正(對于NMOS開關(guān)，或者對于PMOS開關(guān)為負)，則控制器104確定耦合為弱。

相反，如果當?shù)蛡?cè)開關(guān)LS2關(guān)斷并且高側(cè)開關(guān)HS1接通時低側(cè)開關(guān)LS2的體二極管導(dǎo)通；或者，如果當?shù)蛡?cè)開關(guān)LS2關(guān)斷并且高側(cè)開關(guān)HS1接通時相2的切換節(jié)點LX2處的電壓為負(對于NMOS開關(guān)，或者對于PMOS開關(guān)為正)，則控制器104確定耦合為強。強耦合與弱耦合之間的閾值有可能未被精確地選擇在如果不阻止低側(cè)體二極管的話低側(cè)體二極管將導(dǎo)通的邊界處。

在DCM下，當高側(cè)開關(guān)HS1接通時，控制器104基于耦合電感器的耦合強度來控制低側(cè)開關(guān)LS2，如下：如果耦合為強，控制器104接通低側(cè)開關(guān)LS2以防止體二極管導(dǎo)通，并且如果耦合為弱，則控制器104不接通低側(cè)開關(guān)LS2，以防止負電流流經(jīng)體二極管。因此，當耦合電感器的耦合強度為強和弱時，通過接通和關(guān)斷低側(cè)開關(guān)LS2，消除了在DCM下輕負載時流經(jīng)低側(cè)開關(guān)LS2的體二極管的任何電流。圖7示出雖然圖1的控制器102在耦合為弱時接通低側(cè)開關(guān)LS2，但是圖6的控制器104在耦合為弱時未接通低側(cè)開關(guān)LS2，而是在耦合為弱時繞過低側(cè)開關(guān)LS2的體二極管。

在圖1中，對于2個耦合的相，當相1的高側(cè)開關(guān)HS1接通時，相2保持在高阻抗(HS2和LS2兩者關(guān)斷)。如果兩相之間的耦合為強，則耦合相(相2)的切換節(jié)點電壓LX2將為負并且足以正向偏置相2的低側(cè)開關(guān)LS2的體二極管，并且正電流將流經(jīng)相2的漏電感器，引起額外的功率損耗。為了減少由于體二極管導(dǎo)通而導(dǎo)致的損耗，當HS1接通時，控制器102接通低側(cè)開關(guān)LS2。然而，如果耦合為弱，當HS1接通時低側(cè)開關(guān)LS2的接通則可能生成流經(jīng)低側(cè)開關(guān)LS2的體二極管的負電流。

相比之下，在圖6中，當相1的高側(cè)開關(guān)HS1接通時，僅在耦合為強時控制器104才接通相2的低側(cè)開關(guān)LS2。如果耦合為弱，則當相1的高側(cè)開關(guān)HS1接通時，控制器104不接通相2的低側(cè)開關(guān)LS2。分別在耦合電感器的耦合強度為強和弱時，接通和關(guān)斷低側(cè)開關(guān)LS2消除了在DCM下輕負載時流經(jīng)低側(cè)開關(guān)LS2的體二極管的任何電流。

在低占空比應(yīng)用中，在DC-DC轉(zhuǎn)換器的整個Vin/Vout操作范圍內(nèi)，相之間的耦合足夠強；并且在跳躍模式下，當相1的高側(cè)開關(guān)HS1接通時，相2的低側(cè)開關(guān)LS2總是接通。因此，如果相之間的耦合為強，則控制器104在相1的高側(cè)開關(guān)HS1接通時接通相2的低側(cè)開關(guān)LS2。

然而，在手持電力應(yīng)用中，在Vin/Vout范圍內(nèi)，相之間的耦合可以為強也可以為弱。如果耦合為強，則當相1的高側(cè)開關(guān)HS1接通時，控制器104接通相2的低側(cè)開關(guān)LS2。如果耦合為弱，則當相1的高側(cè)開關(guān)HS1接通時，控制器104不接通相2的低側(cè)開關(guān)LS2。

用于繞過體二極管的另一種方法包括僅在CCM下使用耦合電感器。一旦轉(zhuǎn)換器進入DCM，控制器將禁用具有耦合電感器的所有相。只有具有非耦合電感器的相用于DCM?？刂破髟贑CM模式下可啟用或禁用非耦合相。

圖8示出了DC-DC轉(zhuǎn)換器200和控制器202的示例，其中使用不同的阻止技術(shù)來防止DCM下的體二極管導(dǎo)通(如圖9中所示)。使用這些阻止技術(shù)，即使當轉(zhuǎn)換器202的低側(cè)開關(guān)LS2兩端的電壓大于體二極管正向電壓時，低側(cè)開關(guān)LS2的體二極管也不會接通。如下面將參考圖10-16進行詳細解釋的，可使用以下技術(shù)在DCM下防止低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通，這增加了低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通閾值：使用包括背對背串聯(lián)連接的開關(guān)的低側(cè)開關(guān)，切換低側(cè)開關(guān)的體端子連接，使用包括多個串聯(lián)連接的開關(guān)的低側(cè)開關(guān)，或者將低側(cè)開關(guān)的體端子偏置到較負的電壓(如果使用NMOS開關(guān)，或者如果使用PMOS開關(guān)的話則偏置到較大的正電壓)。

使用這些技術(shù)，當耦合為強時，相2的切換節(jié)點電壓LX2可以為負，并且二極管正向電壓可以低于地電位(GND)。當耦合為弱時，體二極管以如下所述方式自動地被阻止導(dǎo)通。因此，不需要控制邏輯或電路來判斷耦合是弱還是強。

圖10示出了DC-DC轉(zhuǎn)換器200-1和控制器202-1的示例，其中使用包括背對背串聯(lián)連接的開關(guān)的低側(cè)開關(guān)來在DCM下防止體二極管導(dǎo)通。例如，在每相中，低側(cè)開關(guān)包括第一和第二背對背串聯(lián)連接的開關(guān)，其中第一開關(guān)連接到切換節(jié)點(LX1或LX2)并且連接到第二開關(guān)，并且第二開關(guān)連接到第一開關(guān)和地，如圖所示。如圖11所示，控制器202-1生成驅(qū)動相1和2中的開關(guān)的控制信號HS1、LS1b、LS1、HS2、LS2b和LS2。

每相包括電平移位器(level shifter)和驅(qū)動器以及低電壓選擇器，如圖所示其連接到每相的低側(cè)開關(guān)的第一開關(guān)。這些部件的操作將使用相2作為示例在下面進行描述(并且在圖11中示出)。當相2接通并且相1關(guān)斷時，針對相1獲得類似的解釋?？梢允褂镁哂蓄愃乒δ艿钠渌考蜻壿媮泶孢@些部件，以防止體二極管導(dǎo)通，如下所述。

在相2中，電平移位器和驅(qū)動器通過將信號LS2b(來自控制器202-1)從VDD-GND電源軌(supply rail)轉(zhuǎn)換到VDD-PL2電源軌來驅(qū)動低側(cè)開關(guān)的第一開關(guān)。PL2等于切換節(jié)點電壓LX2或GND中的較低者。低電壓選擇器自動地將電平移位器和驅(qū)動器輸出的PL2連接到切換節(jié)點電壓LX2或GND中的較低者，如圖所示。低側(cè)開關(guān)的第二開關(guān)由來自控制器202-1的信號LS2驅(qū)動，如圖11所示。

在CCM和非跳躍DCM操作中，信號LS2b總是為高(低側(cè)級聯(lián)開關(guān)保持接通)。在其中每相的電感器電流不重疊(overlap)(例如，在圖11中，在IL1零交叉處LS1關(guān)斷之后HS2接通)的輕負載跳躍模式操作中，僅在HS1為高時LS2b為低。因此，不同于圖6，不需要控制邏輯或電路來判斷耦合是弱還是強，并且無論耦合強度如何，都防止體二極管導(dǎo)通。

圖12示出了DC-DC轉(zhuǎn)換器200-2和控制器202-2的示例，其中通過切換低側(cè)開關(guān)的體端子連接來防止DCM下體二極管導(dǎo)通。在每相中用于切換低側(cè)開關(guān)的體端子連接的結(jié)構(gòu)布置是相同的；因此，僅描述了用于切換相2的低側(cè)開關(guān)的體端子連接的結(jié)構(gòu)布置。

在相2中，如圖所示，低側(cè)開關(guān)LS2包括連接到低側(cè)開關(guān)的體端子和漏極(和切換節(jié)點LX2)的第一開關(guān)S2a；以及連接到低側(cè)開關(guān)的體端子和源極(即，連接到地)的第二開關(guān)S2b。如圖13所示，控制器202-2生成驅(qū)動相1和相2中的開關(guān)的控制信號HS1、LS1、BS1a、BS1b、HS2、LS2、BS2a和BS2b。

除了用于切換低側(cè)開關(guān)的體端子連接的開關(guān)之外，如圖所示，每相還包括連接到每相的低側(cè)開關(guān)的低電壓選擇器和電平移位器和驅(qū)動器。這些部件的操作將以相2為示例在下面進行描述(并且在圖13中示出)。當相2接通并且相1關(guān)斷時，針對相1獲得類似的解釋?？梢允褂镁哂蓄愃乒δ艿钠渌考蜻壿媮泶孢@些部件，以防止體二極管導(dǎo)通，如下所述。

在相2中，電平移位器和驅(qū)動器通過將信號LS2(來自控制器202-2)從VDD-GND電源軌轉(zhuǎn)換到VDD-PL2電源軌來驅(qū)動低側(cè)開關(guān)。PL2等于切換節(jié)點電壓LX2或GND中的較低者。低電壓選擇器將電平移位器和驅(qū)動器輸出的PL2自動地連接到切換節(jié)點電壓LX2或GND中的較低者，如圖所示。如圖13所示，控制器202-2生成體端子切換控制信號BS2a和BS2b，以操作開關(guān)S2a和S2b。

在CCM和非跳躍DCM操作中，BS2a為低，BS2b為高，S2a關(guān)斷，并且S2b導(dǎo)通(體端子和源極短接在一起)。在跳躍模式操作中，當HS1為高時，BS2a和BS2b的狀態(tài)由切換節(jié)點LX2處的電壓電平來確定。如果LX2＞＝0、BS2a為低、BS2b為高、并且S2b導(dǎo)通，將體端子和源極短接在一起。如果LX2＜0、BS2a為高、BS2b為低、并且S2a導(dǎo)通，將體端子和漏極短接在一起。因此，不同于圖6，不需要控制邏輯或電路來確定耦合是弱還是強，并且無論耦合強度如何，都防止體二極管導(dǎo)通。

圖14示出了DC-DC轉(zhuǎn)換器200-3和控制器202-3的示例，其中使用包括多個串聯(lián)連接的開關(guān)的低側(cè)開關(guān)來在DCM下防止體二極管導(dǎo)通。例如，每相中的低側(cè)開關(guān)包括至少第一和第二串聯(lián)連接的開關(guān)，其中第一開關(guān)連接到切換節(jié)點(LX1或LX2)并且連接到第二開關(guān)，并且第二開關(guān)連接到第一開關(guān)和地，如圖所示?？刂破?02-3生成驅(qū)動相1和相2中的開關(guān)的控制信號HS1、LS1、HS2和LS2。

如圖所示，在每相中，第一電平移位器和驅(qū)動器連接到低側(cè)開關(guān)的第一開關(guān)；第二電平移位器和驅(qū)動器連接到低側(cè)開關(guān)的第二開關(guān)；等等。第一電平移位器和驅(qū)動器的輸入、第二電平移位器和驅(qū)動器等的輸入被連在一起，并且由來自控制器202-3的切換信號LS1或LS2驅(qū)動，如圖所示。

在低側(cè)開關(guān)中使用多個串聯(lián)連接的開關(guān)增加了低側(cè)開關(guān)中體二極管導(dǎo)通的閾值電壓，并防止低側(cè)開關(guān)中的體二極管導(dǎo)通。例如，切換節(jié)點電壓LX2可以是低側(cè)開關(guān)中的串聯(lián)連接的開關(guān)的體二極管的正向壓降的負N倍，其中N是大于1的整數(shù)并表示在低側(cè)開關(guān)中串聯(lián)連接的開關(guān)的數(shù)量。因此，不同于圖6，不需要控制邏輯或電路來判斷耦合是弱還是強，并且無論耦合強度如何，都防止體二極管導(dǎo)通。

圖15示出了DC-DC轉(zhuǎn)換器200-4和控制器202-4的示例，其中通過將低側(cè)開關(guān)的體端子偏置到較負的電壓(如果使用NMOS開關(guān)，或者如果使用PMOS開關(guān)，則偏置到較正的電壓)來防止DCM下體二極管導(dǎo)通。用于偏置低側(cè)開關(guān)的體端子的結(jié)構(gòu)布置在每相中是相同的；因此，僅描述了用于偏置相2的低側(cè)開關(guān)的體端子的結(jié)構(gòu)布置。

在相2中，低側(cè)開關(guān)LS2包括連接到低側(cè)開關(guān)的體端子和源極(即，連接到地)的第一開關(guān)S2a，如圖所示；以及連接到低側(cè)開關(guān)的體端子和負電壓源(如果使用NMOS開關(guān)；或如果使用PMOS開關(guān)，則連接到正電壓源)的第二開關(guān)S2b。如圖16所示，控制器202-4生成驅(qū)動相1和相2中的開關(guān)的控制信號HS1、LS1、BS1a、BS1b、HS2、LS2、BS2a和BS2b。

除了用于偏置低側(cè)開關(guān)的體端子的開關(guān)之外，如圖所示，每相還包括連接到每相的低側(cè)開關(guān)的低電壓選擇器和電平移位器和驅(qū)動器。這些部件的操作將以相2為示例在下面進行描述(并且在圖16中示出)。當相2接通并且相1關(guān)斷時，針對相1獲得類似的解釋?？梢允褂镁哂蓄愃乒δ艿钠渌考蜻壿媮泶孢@些部件，以防止體二極管導(dǎo)通，如下所述。

在相2中，電平移位器和驅(qū)動器通過將信號LS2(來自控制器202-4)從VDD-GND電源軌轉(zhuǎn)換到VDD-PL2電源軌來驅(qū)動低側(cè)開關(guān)。PL2等于切換節(jié)點電壓LX2或GND中的較低者。低電壓選擇器將電平移位器和驅(qū)動器輸出的PL2自動地連接到切換節(jié)點電壓LX2或GND中的較低者，如圖所示。控制器202-4生成控制信號BS2a和BS2b以操作開關(guān)S2a和S2b，如圖16所示。

當使用NMOS開關(guān)時，Vneg是由DC-DC轉(zhuǎn)換器200-4生成的負電壓，其比切換節(jié)點LX2處可以達到的最低電壓更負。因此，當?shù)蛡?cè)開關(guān)的體端子通過S2b連接到Vneg時，低側(cè)開關(guān)的體二極管兩者無法導(dǎo)通。

在CCM和非跳躍DCM操作中，BS2a為高，BS2b為低，S2a接通，并且S2b關(guān)斷(即，低側(cè)開關(guān)的體端子和源極短接在一起)。在跳躍模式操作中，當HS1為高時，BS2a為低，BS2b為高，S2a關(guān)斷，并且S2b接通(即，低側(cè)開關(guān)的體端子連接到負偏置電壓Vneg)。因此，不同于圖6，不需要控制邏輯或電路來判斷耦合是弱還是強，并且無論耦合強度如何，都防止體二極管導(dǎo)通。

在切換節(jié)點處防止負電壓(如果使用NMOS開關(guān)，或者如果使用PMOS開關(guān)則防止正電壓)以防止體二極管導(dǎo)通的另一種方法涉及調(diào)節(jié)相之間的耦合。耦合電感器可以被設(shè)計為在DCM下在有源相之間具有較多的互耦合。耦合電感器可以被設(shè)計為將低側(cè)開關(guān)的體二極管兩端的耦合電壓減小至小于體二極管的正向壓降，以防止體二極管導(dǎo)通。

圖17和圖18示出了DC-DC轉(zhuǎn)換器300和控制器302的示例，其中使用經(jīng)改型的耦合電感器拓撲和/或連接來在DCM下防止體二極管導(dǎo)通。下面參考圖19和圖20，示出和描述了經(jīng)改型的耦合電感器拓撲和/或連接的示例。經(jīng)改型的耦合電感器拓撲和/或連接用于防止關(guān)斷的低側(cè)開關(guān)兩端的電壓大于關(guān)斷的低側(cè)開關(guān)的體二極管的正向壓降。

圖19和圖20示出了經(jīng)改型的耦合電感器拓撲和/或連接的示例。這些經(jīng)改型的耦合電感器拓撲和/或連接可以防止DCM下的體二極管導(dǎo)通。經(jīng)改型的耦合電感器拓撲和/連接可提供不同類型的耦合。例如，該不同類型的耦合可以包括相的選擇性耦合、耦合因子(弱/強)的調(diào)節(jié)、多相耦合(耦合兩個或更多個相)以及相的非對稱耦合。經(jīng)改型的耦合電感器拓撲和/或連接以及不同類型的耦合將在下面進行描述。

在設(shè)計耦合電感器的過程中，可以向某些相添加更多的耦合相；或者對于某些相可以改變磁化電感和漏電感；并且這些相可以僅在跳躍模式期間使用。這些專門設(shè)計的相的切換節(jié)點電壓將不會變?yōu)榈陀诘蛡?cè)開關(guān)體二極管的正向壓降的負值(對于NMOS開關(guān)，或者對于PMOS開關(guān)不會變?yōu)楦哂谄涞恼?，并且低側(cè)開關(guān)體二極管將不會導(dǎo)通。

在一些實施方式中，耦合電感器(或者與非耦合電感器一起的耦合電感器)可在CCM下使用，而非耦合電感器僅可以在DCM下使用。對于具有耦合電感器的相可以實施相屏蔽。例如，包括在CCM下選擇耦合電感器(或者與非耦合電感器一起的耦合電感器)、僅在DCM下選擇非耦合電感器以及相位屏蔽的這些操作可以由控制器302來執(zhí)行，如圖18所示。

在N相轉(zhuǎn)換器(其中，N＞3)中，耦合電感器可以被設(shè)計為具有非對稱的耦合結(jié)構(gòu)。例如，在相鄰耦合的情況下，每一相耦合到相鄰的兩相。為了防止輕負載時體二極管導(dǎo)通，可以將相A設(shè)計為耦合到所有其它相，并且在輕負載操作期間僅使用相A。在相A與其它相之間具有較多的互耦合的情況下，當相A的高側(cè)開關(guān)被接通時，可以大大減小其它相的低側(cè)開關(guān)兩端的電壓，以防止低側(cè)開關(guān)體二極管的導(dǎo)通。

耦合電感器可以被設(shè)計為具有特定的磁化電感(Lm)和漏電感(Lk)值。針對轉(zhuǎn)換器的所設(shè)計的Vin/Vout操作范圍可以選擇磁化電感(Lm)和漏電感(Lk)值，以確保低側(cè)開關(guān)的體二極管兩端的耦合電壓不會高至足以使體二極管導(dǎo)通。

電感可以以被稱為電感矩陣的矩陣的形式(使用線性代數(shù))來表示，其捕獲每個繞組與每個其它繞組相關(guān)的耦合的細節(jié)，并且是在存在多于兩個繞組或者在耦合在相之間不相同時適用的更一般的情況。磁化電感和漏電感通常用于描述用于兩相應(yīng)用的耦合電感器。為了充分地描述N相耦合電感器結(jié)構(gòu)，通常使用電感矩陣。對于N＝2，矩陣等效于磁化電感和漏電感形式。

下面示出了電感矩陣的一個示例。

L-矩陣定義(根據(jù)降壓轉(zhuǎn)換器拓撲來定義，以便于后續(xù)討論)：

對于N＝2這與磁化電感(L_M)和漏電感(L_K)相關(guān)如下：

L₁₁＝L₂₂＝L_M+L_K

L₂₁＝L₁₂＝-L_M

對于N＝2，以下過程可以確保耦合在體二極管兩端的電壓小于體二極管的正向壓降：

首先，對這個方程組求解以得到V_LX2

第二，選擇L_M和L_K，以使得VLX2不會接通體二極管：

V_LX2＞-|V_diode|

對于普遍的N相，遵循相同的過程。首先，對方程組求解以得到V_LX，i，其中i是處于不由高側(cè)或低側(cè)開關(guān)驅(qū)動的相集合中。例如，假設(shè)相1被驅(qū)動，而相2-N不被驅(qū)動。

第二，選擇L_ik，其中i＝[1至N]并且k＝[1至N]，以使得對于i＝[2至N]的V_LX，V_LX，i不小于體二極管電壓。對于被驅(qū)動的相的任何組合都可以遵循該過程。被驅(qū)動的相的數(shù)量不必為1。

在N相轉(zhuǎn)換器(N＞2)中，耦合電感器可被設(shè)計為具有耦合在一起的更多的相，例如相鄰耦合(每相耦合到相鄰兩相)或互耦合(每相耦合到所有其它相)，這可以降低低側(cè)開關(guān)兩端的耦合電壓并且防止低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通。此外，在轉(zhuǎn)換器中添加更多的相并將相耦合在一起可以進一步降低低側(cè)開關(guān)兩端的耦合電壓并且防止低側(cè)開關(guān)的體二極管在輕負載時導(dǎo)通。

圖21示出了通過檢測強耦合或弱耦合來防止在DCM下以輕負載操作的耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的方法400。在402處，控制判斷轉(zhuǎn)換器是否在DCM下進行操作。在404處，如果轉(zhuǎn)換器在DCM下進行操作，則控制檢測耦合電感器的電感器之間的耦合是強還是弱。在408處，如果耦合為強，則如果第一相的高側(cè)開關(guān)被接通并且第二相的低側(cè)開關(guān)被關(guān)斷，則接通第二相的低側(cè)開關(guān)；如果第二相的低側(cè)開關(guān)被接通，則保持其接通。在410處，如果耦合為弱，則如果第一相的高側(cè)開關(guān)被接通并且第二相的低側(cè)開關(guān)被關(guān)斷，則不接通第二相的低側(cè)開關(guān)；如果第一相的高側(cè)開關(guān)被接通并且第二相的低側(cè)開關(guān)被接通，則保持第二相的低側(cè)開關(guān)被接通。

圖22示出了通過使用包括背對背串聯(lián)連接的開關(guān)的低側(cè)開關(guān)來防止在DCM下以輕負載操作的耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的方法450。在452處，轉(zhuǎn)換器的每一相中的低側(cè)開關(guān)包括背對背串聯(lián)連接的第一開關(guān)和第二開關(guān)。在454處，第一開關(guān)連接到相的切換節(jié)點，并且第二開關(guān)連接到地。在456處，控制使用第一信號驅(qū)動第一開關(guān)，并且使用第二信號控制第二開關(guān)。

在458處，控制將第一信號從轉(zhuǎn)換器的電源電平轉(zhuǎn)換到較低功率電平(例如，從VDD-GND電源軌轉(zhuǎn)換到VDD-PL2電源軌，其中，PL2等于切換節(jié)點電壓或GND中的較低者)。此外，控制將電平移位器輸出(PL2)自動地連接到切換節(jié)點電壓或GND中的較低者。在460處，在CCM和非跳躍DCM操作中，控制保持第一信號總是高。在462處，在輕負載跳躍模式操作中，為了防止低側(cè)開關(guān)體二極管導(dǎo)通，控制僅在耦合相的高側(cè)開關(guān)被接通時才將第一信號保持為低。

圖23示出了通過切換低側(cè)開關(guān)的體端子連接來防止在DCM下以輕負載操作的耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的方法500。在502處，在每相中，第一開關(guān)跨接低側(cè)開關(guān)的漏極和體端子，并且第二開關(guān)跨接低側(cè)開關(guān)的體端子和源極。在504處，控制使用第一信號驅(qū)動第一開關(guān)，并且使用第二信號驅(qū)動第二開關(guān)。

在506處，控制將低側(cè)切換信號(例如，LS2)從轉(zhuǎn)換器的電源電平轉(zhuǎn)換到較低功率電平(例如，從VDD-GND電源軌轉(zhuǎn)換到VDD-PL2電源軌，其中，PL2等于切換節(jié)點電壓或GND中的較低者)。此外，控制將電平移位器輸出(PL2)自動地連接到切換節(jié)點電壓或GND中的較低者。

在508處，在CCM和非跳躍DCM操作中，控制關(guān)斷第一開關(guān)并且接通第二開關(guān)以使低側(cè)開關(guān)的體端子和源極短接。在510處，在輕負載跳躍模式操作中，當?shù)谝幌嗟母邆?cè)開關(guān)被接通時，為了防止第二相的低側(cè)開關(guān)體二極管導(dǎo)通，控制取決于切換節(jié)點電壓來如下對與第二相的低側(cè)開關(guān)相關(guān)聯(lián)的第一開關(guān)和第二開關(guān)進行操作：如果第二相中的切換節(jié)點電壓大于等于0，則控制關(guān)斷第一開關(guān)并且接通第二開關(guān)以短接第二相中的低側(cè)開關(guān)的體端子和源極；并且如果第二相中的切換節(jié)點電壓小于0，則控制接通第一開關(guān)并且關(guān)斷第二開關(guān)以短接第二相中的低側(cè)開關(guān)的體端子和漏極。

圖24示出了使用包括多個串聯(lián)連接的開關(guān)的低側(cè)開關(guān)來防止在DCM下在使用耦合電感器的轉(zhuǎn)換器中在輕負載時低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的方法550。在552處，在每相中，多個串聯(lián)連接的開關(guān)(例如，與第二開關(guān)串聯(lián)連接的第一開關(guān))被布置為低側(cè)開關(guān)。在554處，控制使用LS切換信號來驅(qū)動多個串聯(lián)連接的開關(guān)(例如，第一開關(guān)和第二開關(guān))。在556處，每相中的切換節(jié)點電壓可以是低側(cè)開關(guān)中串聯(lián)連接的開關(guān)的體二極管的正向壓降的負N倍，這增大了低側(cè)開關(guān)中體二極管導(dǎo)通的閾值電壓，并且防止低側(cè)開關(guān)中的體二極管導(dǎo)通。

圖25示出了通過將低側(cè)開關(guān)的體端子偏置到較負的電壓(如果使用NMOS開關(guān)，或者如果使用PMOS開關(guān)則偏置到較正的電壓)來防止在DCM下以輕負載操作的耦合電感器DC-DC轉(zhuǎn)換器的低側(cè)開關(guān)的體二極管導(dǎo)通的方法600。在602處，在轉(zhuǎn)換器的每相中，第一開關(guān)跨接低側(cè)開關(guān)的體端子和源極，并且第二開關(guān)跨接低側(cè)開關(guān)的體端子和電壓源。電壓源取決于轉(zhuǎn)換器的開關(guān)是NMOS還是PMOS而提供負電壓或正電壓。

在604處，控制使用第一信號驅(qū)動第一開關(guān)，并且使用第二信號驅(qū)動第二開關(guān)。在606處，控制將低側(cè)切換信號(例如，LS2)從轉(zhuǎn)換器的電源電平轉(zhuǎn)換到較低功率電平(例如，從VDD-GND電源軌轉(zhuǎn)換到VDD-PL2電源軌，其中，PL2等于切換節(jié)點電壓或GND中的較低者)。此外，控制將電平移位器輸出(PL2)自動地連接到切換節(jié)點電壓或GND中的較低者。

在608處，在CCM和非跳躍DCM操作中，控制接通第一開關(guān)并且關(guān)斷第二開關(guān)，以使低側(cè)開關(guān)的體端子和源極短接。在610處，在輕負載跳躍模式操作中，當?shù)谝幌嗟母邆?cè)開關(guān)被接通時，為了防止第二相中的低側(cè)開關(guān)體二極管接通，控制關(guān)斷第一開關(guān)并且接通第二開關(guān)以將低側(cè)開關(guān)的體端子連接到第二相中的電壓源。

參考低側(cè)開關(guān)體二極管描述的本公開內(nèi)容的教導(dǎo)也可以適用于高側(cè)開關(guān)體二極管。此外，雖然在一些應(yīng)用中，所描述的轉(zhuǎn)換器可以在其中高側(cè)體二極管從未導(dǎo)通的電壓范圍內(nèi)操作，但是存在高側(cè)體二極管接通的其它應(yīng)用。本公開內(nèi)容的教導(dǎo)也同樣適用于每相具有多于2個開關(guān)的多電平轉(zhuǎn)換器。

前面的描述本質(zhì)上僅僅是說明性的，并且絕非旨在限制本公開內(nèi)容、其應(yīng)用或用途。本公開內(nèi)容的寬泛教導(dǎo)可以以各種形式實現(xiàn)。因此，盡管本公開內(nèi)容包括特定示例，但是本公開內(nèi)容的真實范圍不應(yīng)當被如此限制，因為根據(jù)對附圖、說明書和所附權(quán)利要求的研究，其它變型將變得顯而易見。應(yīng)當理解，在不改變本公開內(nèi)容的原理的情況下，可以以不同的順序(或同時)執(zhí)行方法內(nèi)的一個或多個步驟。此外，雖然每個實施例在上面被描述為具有某些特征，但是關(guān)于本公開內(nèi)容的任何實施例描述的這些特征中的任何一個或多個特征可以在任何其它實施例中實現(xiàn)和/或與任何其它實施例的特征組合，即使該組合沒有被明確描述。換言之，所描述的實施例不是相互排斥的，并且一個或多個實施例與彼此的置換依然在本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)。

元件之間(例如，在模塊、電路元件、半導(dǎo)體層等之間)的空間和功能關(guān)系使用各種術(shù)語來描述，包括“連接”、“接合”、“耦合”、“相鄰”、“靠近”、“在...頂部”、“在...上方”、“在...下方”和“設(shè)置”。除非明確地描述為“直接”，否則當在上述公開內(nèi)容中描述第一元件與第二元件之間的關(guān)系時，該關(guān)系可以是其中在第一元件與第二元件之間不存在其它中間元件的直接關(guān)系，但也可以是其中在第一元件與第二元件之間存在(在空間上或功能上)一個或多個中間元件的間接關(guān)系。如本文所使用的，短語A、B和C中的至少一個應(yīng)當使用非排他性邏輯或被解釋為表示邏輯(A或B或C)，并且不應(yīng)被解釋為表示“至少一個A，至少一個B，和至少一個C”。

在本申請中，包括以下定義，術(shù)語“模塊”或術(shù)語“控制器”可以利用術(shù)語“電路”來代替。術(shù)語“模塊”或術(shù)語“控制器”可以指代以下各項、可以是以下各項的部分、或者可以包括以下各項：專用集成電路(ASIC)；數(shù)字、模擬或混合的模擬/數(shù)字離散電路；數(shù)字、模擬或混合的模擬/數(shù)字集成電路；組合邏輯電路；現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)；執(zhí)行代碼的處理器電路(共享、專用或組)；存儲由處理器電路執(zhí)行的代碼的存儲器電路(共享、專用或組)；提供所述功能的其它適當?shù)挠布考换蛘咭陨现械囊恍┗蛉康慕M合，例如在片上系統(tǒng)中。

如上所使用的，術(shù)語代碼可以包括軟件、固件和/或微代碼，并且可以指代程序、例程、函數(shù)、類、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和/或?qū)ο?。術(shù)語共享處理器電路包含執(zhí)行來自多個模塊的一些或全部代碼的單個處理器電路。術(shù)語群組處理器電路包含處理器電路，其與另外的處理器電路組合而執(zhí)行來自一個或多個模塊的一些或所有代碼。關(guān)于多個處理器電路，其包括在離散管芯上的多個處理器電路、單個管芯上的多個處理器電路、單個處理器電路的多核、單個處理器電路的多個線程或上述的組合。術(shù)語共享存儲器電路包含存儲來自多個模塊的一些或所有代碼的單個存儲器電路。術(shù)語群組存儲器電路包含與另外的存儲器組合而存儲來自一個或多個模塊的一些或全部代碼的存儲器電路。

術(shù)語存儲器電路是術(shù)語計算機可讀介質(zhì)的子集。如本文所使用的，術(shù)語計算機可讀介質(zhì)不包含通過介質(zhì)(例如，在載波上)傳播的暫時性電信號或電磁信號；術(shù)語計算機可讀介質(zhì)因此可以被認為是有形的和非暫時性的。非暫時性有形計算機可讀介質(zhì)的非限制性示例是非易失性存儲器電路(例如，閃存存儲器電路、可擦除可編程只讀存儲器電路、或掩模式只讀存儲器電路)、易失性存儲器電路(例如，靜態(tài)隨機存取存儲器電路或動態(tài)隨機存取存儲器電路)、磁存儲介質(zhì)(例如，模擬或數(shù)字磁帶或硬盤驅(qū)動器)和光學(xué)存儲介質(zhì)(例如，CD、DVD或藍光光盤)。

在本申請中描述的裝置和方法可以部分地或完全由通過配置通用計算機來執(zhí)行在計算機程序中具體化的一個或多個特定功能而創(chuàng)建的專用計算機來實現(xiàn)。上述功能塊、流程部件和其它元件用作軟件規(guī)范，其可以通過熟練的技術(shù)人員或程序員的例行工作被翻譯成計算機程序。

計算機程序包括存儲在至少一個非暫時性的有形計算機可讀介質(zhì)上的處理器可執(zhí)行指令。計算機程序還可以包括或依賴于所存儲的數(shù)據(jù)。計算機程序可以包含與專用計算機的硬件交互的基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)、與專用計算機的特定設(shè)備交互的設(shè)備驅(qū)動程序、一個或多個操作系統(tǒng)、用戶應(yīng)用程序、后臺服務(wù)、背景應(yīng)用程序等。

權(quán)利要求中所敘述的元件都并非旨在為35U.S.C.§112(f)的含義內(nèi)的功能模塊元件，除非該元件明確地使用短語“用于...的模塊”或在方法權(quán)利要求的情況下使用短語“用于...的操作”或“用于...的步驟”來進行敘述。