CN110165872B - 一种开关控制电路及其控制方法 - Google Patents

一种开关控制电路及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110165872B
CN110165872B CN201910458319.1A CN201910458319A CN110165872B CN 110165872 B CN110165872 B CN 110165872B CN 201910458319 A CN201910458319 A CN 201910458319A CN 110165872 B CN110165872 B CN 110165872B
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch
low
signal
bootstrap capacitor
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910458319.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110165872A (zh
Inventor
邝乃兴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd filed Critical Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority to CN201910458319.1A priority Critical patent/CN110165872B/zh
Publication of CN110165872A publication Critical patent/CN110165872A/zh
Priority to US15/930,434 priority patent/US11245324B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN110165872B publication Critical patent/CN110165872B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/157Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators with digital control
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/01Modifications for accelerating switching
    • H03K19/017Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits
    • H03K19/01707Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits in asynchronous circuits
    • H03K19/01714Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits in asynchronous circuits by bootstrapping, i.e. by positive feed-back
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/38Means for preventing simultaneous conduction of switches
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/538Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a push-pull configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于功率开关管的开关控制电路及其控制方法。所述开关控制电路将电容耦接至功率开关管的控制端,并通过控制电容两端的电压,使功率开关管在负压条件下关断,以避免寄生器件导致的功率开关管控制端的电压毛刺误触发功率开关管。本发明所提出的开关控制电路,电路结构简单,控制可靠,并可适用于隔离、非隔离、单相、多相、半桥及全桥等多类型开关电路。

Description

一种开关控制电路及其控制方法
技术领域
本发明主要涉及一种电子电路,尤其涉及一种控制开关器件的控制电路及控制方法。
背景技术
通常情况下,应用于开关电源电路中的可控半导体开关通过开关占空比的变化来控制电压的转换。我们知道,可控半导体开关具有阈值电压。当控制电压高于阈值电压时,可控半导体开关导通,当控制电压低于阈值电压时,可控半导体开关关断。随着半导体技术的发展,可控半导体开关的阈值电压越来越低。
在实际半导体电路中,半导体开关及其他电路元件通常具有寄生电感、寄生电容等寄生器件影响其开关特性。图1示出了常见的半桥电路10的电路结构。所述半桥电路10包括串联耦接的高边功率开关管PM1和低边功率开关管PM2。高边驱动信号PWM_H和低边驱动信号PWM_L互补,并且通过开关控制电路来分别控制高边功率开关管PM1和低边功率开关管PM2的交替通断。如图1所示,当高边功率开关管PM1的栅源电压Vgsh跳变为高电平时,高边功率开关管PM1导通,此时低边功率开关管PM2应保持关断,开关电压Vsw随即拉高,该电压通过低边功率开关管PM2的漏栅电容Cgd_L耦合至低边功率开关管PM2的栅极,导致低边功率开关管PM2的栅源电压Vgdl产生尖刺。
当高边功率开关管PM1和低边功率开关管PM2采用阈值电压较低的半导体器件时,例如GaN器件,则栅源电压Vgdl的尖刺有可能导通低边功率开关管PM2,在瞬时形成高边功率开关管PM1和低边功率开关管PM2同时导通的情形,导致电源Vbus和地之间的直通通路,产生大电流,烧坏功率开关管PM1和PM2。
发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题,本发明提供了一种可负压关断的开关控制电路,用于控制可控半导体开关,该开关控制电路电路结构简单,性能可靠,并可适用于半桥、全桥、单相、多相、隔离及非隔离等各类型开关电路。
根据本发明一实施例,提出一种开关控制电路,包括:逻辑电路,接收高边驱动信号和低边驱动信号,并基于高边驱动信号和低边驱动信号,输出高边自举电容控制信号组和低边自举电容控制信号组;高边自举电容控制电路,耦接在高边电源和高边参考地之间,接收高边自举电容控制信号组,输出高边控制信号提供至高边功率开关管的控制端;高边自举电容,具有第一端和第二端,所述第一端耦接至高边功率开关管的控制端,所述第二端耦接至高边自举电容控制电路;低边自举电容控制电路,耦接在低边电源和低边参考地之间,接收低边自举电容控制信号组,输出低边控制信号提供至低边功率开关管的控制端;以及低边自举电容,具有第一端和第二端,所述第一端耦接至低边功率开关管的控制端,所述第二端耦接至低边自举电容控制电路。
根据本发明一实施例,提出一种开关电源电路,包括前述开关控制电路,还包括:高边功率开关管,耦接在输入电压和开关端之间,所述高边功率开关管具有控制端耦接至高边自举电容的第一端;以及低边功率开关管,耦接在开关端和参考地之间,所述低边功率开关管具有控制端耦接至低边自举电容的第一端;其中所述高边参考地耦接至开关端,所述低边参考地耦接至参考地。
根据本发明一实施例,提出一种开关控制方法,用于控制功率开关管,所述开关控制方法包括:将电容的第一端耦接至功率开关管的控制端;箝位电容两端的电压;在死区时间内,将电容的第二端耦接至电流源充电;在功率开关管导通时间内,将电容的第二端耦接至相应的供电电源;以及在功率开关管关断时间内,将电容的第二端耦接至相应的参考地。
附图说明
为了更好的理解本发明,将根据以下附图对本发明进行详细描述:
图1示出了常见的半桥电路10的电路结构;
图2示出了根据本发明一实施例的开关控制电路20的电路结构示意图;
图3示出了根据本发明一实施例的高边驱动信号PWM_H、低边驱动信号PWM_L、高边控制信号GH和低边控制信号GL的波形示意图;
图4示出了根据本发明一实施例的高边功率开关管PM1与高边自举电容C1在单个开关周期不同时段内的电路连接示意图;
图5示出了根据本发明一实施例的低边功率开关管PM2与低边自举电容C2在单个开关周期不同时段内的电路连接示意图;
图6示出了根据本发明一实施例的开关控制电路60的电路结构示意图;
图7示出了根据本发明一实施例的各信号的开关波形示意图;
图8示出了根据本发明一实施例的逻辑电路601的框图示意图;
图9示出了根据本发明一实施例的逻辑电路901的框图示意图;
图10示出了根据本发明一实施例的开关控制电路控制方法100的流程示意图。
具体实施方式
下面详细说明本发明实施例的半导体开关器件的开关控制电路和控制方法。在接下来的说明中,一些具体的细节,例如实施例中的具体电路结构和这些电路元件的具体参数,都用于对本发明的实施例提供更好的理解。本技术领域的技术人员可以理解,即使在缺少一些细节或者其他方法、元件、材料等结合的情况下,本发明的实施例也可以被实现。此外,本文所称“耦接”的含义为直接连接,或通过其他电路元件,间接连接。
下面描述的实施例将以具体的实施电路和应用背景为例对本发明各实施例的负压开关控制电路和控制方法进行阐述,以使本领域技术人员能够更好地理解本发明。然而本领域的技术人员应当理解,这些说明只是示例性的,并不用于限定本发明的范围。
图2示出了根据本发明一实施例的开关控制电路20的电路结构示意图。所述开关控制电路20用于将高边驱动信号PWM_H和低边驱动信号PWM_L分别提供给高边功率开关管PM1和低边功率开关管PM2,以控制高边功率开关管PM1和低边功率开关管PM2的交替通断。所述开关控制电路20包括:逻辑电路201,接收高边驱动信号PWM_H和低边驱动信号PWM_L,并基于高边驱动信号PWM_H和低边驱动信号PWM_L,输出高边自举电容控制信号组SC1和低边自举电容控制信号组SC2;高边自举电容控制电路202,耦接在高边电源VCCH和高边参考地VSSH之间,接收高边自举电容控制信号组SC1,输出高边控制信号GH提供至高边功率开关管PM1的控制端;高边自举电容C1,具有第一端和第二端,所述第一端耦接至高边功率开关管PM1的控制端,所述第二端耦接至高边自举电容控制电路202;低边开关控制电路203,耦接在低边电源VCCL和低边参考地VSSL之间,接收低边自举电容控制信号组SC2,输出低边控制信号GL提供至低边功率开关管PM2的控制端;以及低边自举电容C2,具有第一端和第二端,所述第一端耦接至低边功率开关管PM2的控制端,所述第二端耦接至低边自举电容控制电路203。在图2实施例中,所述高边参考地VSSH耦接至高边功率开关管PM1和低边功率开关管PM2的连接点,即开关端SW,所述低边参考地VSSL耦接至接地端GND。
应当理解,高边自举电容控制信号组SC1或低边自举电容控制信号组SC2可以包括单个信号,也可以包括多个信号,用于通过高边自举电容控制电路202或低边自举电容控制电路203来控制高边自举电容C1或低边自举电容C2。
图3示出了根据本发明一实施例的高边驱动信号PWM_H、低边驱动信号PWM_L、高边控制信号GH和低边控制信号GL的波形示意图。如图3所示,单个开关周期T包括死区时间td1和td2、高边功率开关管导通时长ton_H以及低边功率开关管导通时长ton_L。
图4示出了根据本发明一实施例的高边功率开关管PM1与高边自举电容C1在单个开关周期不同时段内的电路连接示意图。以下结合图2-图4来具体阐述本发明实施例的开关控制电路的工作过程。
图4(a)示出了根据本发明一实施例的高边功率开关管PM1与高边自举电容C1在死区时间内的电路连接示意图。在死区时间td1或td2内,高边驱动信号PWM_H和低边驱动信号PWM_L均为低电平,即高边功率开关管PM1和低边功率开关管PM2均为关断状态。此时,电容C1的第一端耦接至高边功率开关管PM1的控制端,第二端通过第一电流源电路IS1耦接至高边电源VCCH,第一电流源电路IS1对高边自举电容C1充电。此时,由于高边功率开关管PM1的控制端被连接至高边参考地VSSH,即GH=0,高边功率开关管的栅源电压Vgsh=0。因此,高边功率开关管PM1保持关闭状态。
图4(b)示出了根据本发明一实施例的高边功率开关管PM1与高边自举电容C1在高边功率开关管导通时长ton_H内的电路连接示意图。在高边功率开关管导通时长ton_H内,GH=1,高边功率开关管PM1的栅源电压Vgsh=VCCH-Vc1。
图4(c)示出了根据本发明一实施例的高边功率开关管PM1与高边自举电容C1在低边功率开关管导通时长ton_L内的电路连接示意图。在低边功率开关管导通时长ton_L内,高边功率开关管PM1的控制端通过高边自举电容C1连接至高边参考地VSSH,高边功率开关管PM1的栅源电压GH=Vgsh=-Vc1。也就是说,高边功率开关管PM1是负压关断的。即使高边功率开关管PM1的阈值电压再低,负压关断该功率开关管也使得寄生器件耦合至栅极的电压尖刺对功率开关管的影响减至最低。
图5示出了根据本发明一实施例的低边功率开关管PM2与低边自举电容C2在单个开关周期不同时段内的电路连接示意图。以下结合图2、图3和图5来具体阐述本发明实施例的开关控制电路的工作过程。
图5(a)示出了根据本发明一实施例的低边功率开关管PM2与低边自举电容C2在死区时间内的电路连接示意图。在死区时间td1或td2内,电容C2的第一端通过第二电流源电路IS2耦接至低边电源VCCL,第二端耦接至低边功率开关管PM2的控制端,第二电流源电路IS2对电容C2充电。此时,由于低边功率开关管PM2的控制端被连接至低边参考地VSSL,即GL=0,低边功率开关管的栅源电压Vgsl=0。因此,低边功率开关管PM2保持关闭状态。
图5(b)示出了根据本发明一实施例的低边功率开关管PM2与低边自举电容C2在高边功率开关管导通时长ton_H内的电路连接示意图。在高边功率开关管导通时长ton_H内,低边功率开关管PM2的控制端通过低边自举电容C2连接至低边参考地VSSL,低边功率开关管PM2的栅源电压GH=Vgsl=-Vc2。也就是说,低边功率开关管PM2是负压关断的。即使低边功率开关管PM2的阈值电压再低,负压关断该功率开关管也使得寄生器件耦合至栅极的电压尖刺对功率开关管的影响减至最低。
图5(c)示出了根据本发明一实施例的低边功率开关管PM2与低边自举电容C2在低边功率开关管导通时长ton_L内的电路连接示意图。在低边功率开关管导通时长ton_L内,低边功率开关管PM2的栅源电压Vgsl=VCCL-Vc2。
图6示出了根据本发明一实施例的开关控制电路60的电路结构示意图。所述开关控制电路60包括:逻辑电路601,接收高边驱动信号PWM_H和低边驱动信号PWM_L,并且基于高边驱动信号PWM_H和低边驱动信号PWM_L,输出第一开关信号G1、第二开关信号G2、第三开关信号G3、第四开关信号G4、第五开关信号G5、第六开关信号G6、第七开关信号G7和第八开关信号G8;高边自举电容控制电路602,耦接在高边电源VCCH和高边参考地VSSH之间,具有第一至第四输入端分别接收第一开关信号G1、第二开关信号G2、第三开关信号G3和第四开关信号G4,具有第一输出端和第二输出端,分别耦接至高边自举电容C1的第一端和第二端;高边自举电容C1,具有第一端和第二端分别耦接至高边自举电容控制电路602的第一输出端和第二输出端,并且高边自举电容C1的第一端耦接至高边功率开关管PM1的控制端;低边自举电容控制电路603,耦接在低边电源VCCL和低边参考地VSSL之间,具有第一至第四输入端分别接收第五开关信号G5、第六开关信号G6、第七开关信号G7和第八开关信号G8,具有第一输出端和第二输出端,分别耦接至低边自举电容C2的第一端和第二端;以及低边自举电容C2,具有第一端和第二端分别耦接至低边自举电容控制电路603的第一输出端和第二输出端,并且低边自举电容C2的第一端耦接至低边功率开关管PM2的控制端。
在图6实施例中,所述高边自举电容控制电路602包括:第一开关S1,耦接在高边电源VCCH和高边自举电容C1的第二端之间,其控制端接收第一开关信号G1;第二开关S2,耦接在高边自举电容C1的第二端和高边参考地VSSH之间,其控制端接收第二开关信号G2;第一电流源电路IS1,耦接在高边电源VCCH和高边自举电容C1的第二端之间,其控制端接收第三开关信号G3;第四开关S4,耦接在高边自举电容C1的第一端和高边参考地VSSH之间,其控制端接收第四开关信号G4;以及第一箝位电路604,与高边自举电容C1并联,用于箝位高边自举电容C1两端的电压。在图6实施例中,所述第一电流源电路IS1包括串联的电阻R1和第三开关S3,所述第三开关S3的控制端接收第三开关信号G3。在其他实施例中,所述第一电流源电路IS1也可包括单个具有一定导通电阻的开关。
在图6实施例中,所述低边自举电容控制电路603包括:第五开关S5,耦接在低边电源VCCL和低边自举电容C2的第二端之间,其控制端接收第五开关信号G5;第六开关S6,耦接在低边自举电容C2的第二端和低边参考地VSSL之间,其控制端接收第六开关信号G6;第二电流源电路IS2,耦接在低边电源VCCL和低边自举电容C2的第二端之间,其控制端接收第七开关信号G7;第八开关S8,耦接在低边自举电容C2的第一端和低边参考地VSSL之间,其控制端接收第八开关信号G8;以及第二箝位电路605,与低边自举电容C2并联,用于箝位低边自举电容C2两端的电压。在图6实施例中,所述第二电流源电路IS2包括串联的电阻R2和第七开关S7,所述第七开关S7的控制端接收第七开关信号G7。在其他实施例中,所述第二电流源电路IS2也可包括单个具有一定导通电阻的开关。
图7示出了根据本发明一实施例的各信号的开关波形示意图。下面结合图6和图7说明图6中的高边自举电容控制电路602的工作原理。
在图7实施例中,高电平对应于相应开关导通,低电平对应于相应开关关断。所述逻辑电路601接收高边驱动信号PWM_H和低边驱动信号PWM_L,经过一系列逻辑运算后,输出第一开关信号G1~第八开关信号G8,分别用于控制第一开关S1~第八开关S8。如图7所示,在死区时间t0~t1内,所述第一开关S1和第二开关S2均关断,所述第三开关S3和第四开关S4导通,所述高边控制信号GH被第四开关S4拉至与高边参考地VSSH电平相同,即GH=0。所述高边自举电容C1通过第一电流源电路IS1被充电。在t1~t2时段内,所述第一开关S1导通,所述第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4关断,所述高边功率开关管PM1的控制端通过第一开关S1连接至高边电源VCCH,高边控制信号GH=VCCH-Vc1,高边功率开关管PM1导通。在死区时间t2~t3时段内,所述第一开关S1~第四开关S4的工作情况与在t0~t1时段内相同。在t3~t4时段内,所述第一开关S1、第三开关S3和第四开关S4关断,第二开关S2导通,所述高边自举电容C1的第二端被耦接至高边参考地VSSH,此时,高边控制信号GH=-Vc1,高边功率开关管PM1被负压关断。从t4时刻起,高边自举电容控制电路602开始又一开关周期,工作过程重复。
在一个实施例中,当第四开关S4或第八开关S8包括具有体二极管的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,金属氧化物半导体场效应管)时,所述高边自举电容控制电路602包括单向器件D1,耦接至高边自举电容C1的第一端和第四开关S4之间,其阳极端耦接至高边自举电容C1的第一端,阴极端耦接至第四开关S4,用于防止第四开关S4的体二极管在高边功率开关管PM1的控制端为负压时导通。所述低边自举电容控制电路603包括单向器件D2,耦接至低边自举电容C2的第一端和第八开关S8之间,其阳极端耦接至低边自举电容C2的第一端,阴极端耦接至第八开关S8,用于防止第八开关S8的体二极管在低边功率开关管PM2的控制端为负压时导通。所述单向器件D1和D2可以包括二极管。在其他实施例中,若第四开关S4和第八开关S8不包括体二极管,单向器件D1和D2可省略。
低边自举电容控制电路603的工作原理与高边自举电容控制电路602的工作原理相同,此处不再展开叙述。
图8示出了根据本发明一实施例的逻辑电路601的框图示意图。如图8所示,所述逻辑电路601包括高边逻辑电路6011和低边逻辑电路6012。
所述高边逻辑电路6011包括第一或非门NOR1。如图8所示,所述第一开关信号G1的相位与高边驱动信号PWM_H一致,所述第二开关信号G2的相位与低边驱动信号PWM_L一致,所述第一或非门NOR1接收高边驱动信号PWM_H和低边驱动信号PWM_L,输出第三开关信号G3和第四开关信号G4。
所述低边逻辑电路6012包括第二或非门NOR2。如图8所示,所述第五开关信号G5的相位与低边驱动信号PWM_L一致,所述第六开关信号G6的相位与高边驱动信号PWM_H一致,所述第二或非门NOR2接收高边驱动信号PWM_H和低边驱动信号PWM_L,输出第七开关信号G7和第八开关信号G8。所述第一开关信号G1~第八开关信号G8的波形如图7所示。
应当理解,逻辑电路的具体结构跟实际应用中的信号形式有较大关系,随着输入输出信号的信号形式的改变,逻辑电路也会随之改变。图8所示仅是示意性说明,并不意味着将本发明限于具体电路。本领域普通技术人员也可以本发明实施例为指导,通过硬件描述语言Verilog和VHDL(Very High Speed Integrated Circuits Hardware DescriptionLanguage)等来描述逻辑电路的功能,自动生成相应的逻辑电路。
图9示出了根据本发明一实施例的逻辑电路901的框图示意图。所述逻辑电路901可用于替换逻辑电路601。所述逻辑电路901包括高边逻辑电路9011和低边逻辑电路9012。
所述高边逻辑电路9011包括:第一或非门NOR1,接收高边驱动信号PWM_H和低边驱动信号PWM_L,输出第四开关信号G4;第一比较器CP1,接收高边自举电容电压Vc1和第一参考电压Vref1,输出第一比较信号Vcp1;以及第一与门AND1,接收第四开关信号G4和第一比较信号Vcp1,输出第三开关信号G3;其中,所述第一开关信号G1的相位与高边驱动信号PWM_H一致;所述第二开关信号G2的相位与低边驱动信号PWM_L一致。
所述低边逻辑电路9012包括:第二或非门NOR2,接收高边驱动信号PWM_H和低边驱动信号PWM_L,输出第八开关信号G8;第二比较器CP2,接收低边自举电容电压Vc2和第二参考电压Vref2,输出第二比较信号Vcp2;以及第二与门AND2,接收第八开关信号G8和第二比较信号Vcp2,输出第七开关信号G3;其中,所述第五开关信号G5的相位与低边驱动信号PWM_L一致;所述第六开关信号G6的相位与高边驱动信号PWM_H一致。
在图9实施例中,当高边自举电容电压Vc1达到第一参考电压Vref1的值时,第一比较器CP1翻转,输出低电平的比较信号Vcp1,拉低第三开关信号G3。而在高边自举电容Vc1未达到第一参考电压Vref1的值时,第一比较器CP1输出高电平的比较信号Vcp1,第三开关信号G3的相位与第四开关信号G4的相位一致。当低边自举电容电压Vc2达到第二参考电压Vref2的值时,第二比较器CP2翻转,输出低电平的比较信号Vcp2,拉低第七开关信号G7。而在低边自举电容Vc2未达到第二参考电压Vref2的值时,第二比较器CP2输出高电平的比较信号Vcp2,第七开关信号G7的相位与第八开关信号G8的相位一致。
也就是说,在图9实施例中,第三开关信号G3和第四开关信号G4的波形可能与图7所示不一致,因为在高边自举电容电压Vc1达到第一参考电压Vref1的值时,第三开关信号G3将跳转为低电平,关断第三开关S3,停止对高边自举电容C1的充电。低边自举电容C2的工作情况与高边自举电容C1的工作情况一致,为叙述简明,此处不再展开叙述。其余开关信号的波形则与图7所示保持一致。
在图9实施例中,所述高边自举电容电压Vc1直接与第一参考电压Vref1相比较,所述低边自举电容电压Vc2直接与第二参考电压Vref2相比较。在其他实施例中,所述高边自举电容电压Vc1和所述低边自举电容电压Vc2也可以经由误差放大器进行电压放大后再分别与第一参考电压Vref和第二参考电压Vref2相比较。
图10示出了根据本发明一实施例的开关控制方法100的流程示意图,所述开关控制方法用于驱动功率开关管,所述功率开关管可以是半桥形式连接或者全桥形式连接的开关电路中的功率开关管,所述半桥电路或全桥电路可以应用于单相电路,也可以应用于多相电路,可以是隔离电路,也可以是非隔离电路。
所述开关控制方法100包括:
步骤1001:将电容的第一端耦接至功率开关管的控制端;
步骤1002:箝位电容两端的电压;
步骤1003:在死区时间内,将电容的第二端耦接至电流源充电;
步骤1004:在功率开关管导通时间内,将电容的第二端耦接至相应的供电电源;以及
步骤1005:在功率开关管关断时间内,将电容的第二端耦接至相应的参考地。
上述的一些特定实施例仅仅以示例性的方式对本发明进行说明,这些实施例不是完全详尽的,并不用于限定本发明的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的,其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和保护范围。

Claims (7)

1.一种开关控制电路,包括:
逻辑电路,接收高边驱动信号和低边驱动信号,并基于高边驱动信号和低边驱动信号,输出高边自举电容控制信号组;
高边自举电容控制电路,耦接在高边电源和高边参考地之间,接收高边自举电容控制信号组,输出高边控制信号提供至高边功率开关管的控制端;
高边自举电容,具有第一端和第二端,所述第一端耦接至高边功率开关管的控制端,所述第二端耦接至高边自举电容控制电路;
其中,所述高边自举电容控制信号组包括第一开关信号、第二开关信号、第三开关信号和第四开关信号,所述第一开关信号的相位与高边驱动信号一致,所述第二开关信号的相位与低边驱动信号一致,所述逻辑电路包括:
第一或非门,接收高边驱动信号和低边驱动信号,输出第四开关信号;
第一比较器,接收高边自举电容电压和第一参考电压,输出第一比较信号;以及
第一与门,接收第四开关信号和第一比较信号,输出第三开关信号;
其中,所述高边自举电容控制电路包括:
第一开关,耦接在高边电源和高边自举电容的第二端之间,其控制端接收第一开关信号;
第二开关,耦接在高边自举电容的第二端和高边参考地之间,其控制端接收第二开关信号;
第一电流源电路,耦接在高边电源和高边自举电容的第二端之间,其控制端接收第三开关信号;
第四开关,耦接在高边自举电容的第一端和高边参考地之间,其控制端接收第四开关信号;以及
第一箝位电路,与高边自举电容并联,用于箝位高边自举电容两端的电压。
2.如权利要求1所述的开关控制电路,还包括:
低边自举电容控制电路,耦接在低边电源和低边参考地之间,接收低边自举电容控制信号组,输出低边控制信号提供至低边功率开关管的控制端;以及
低边自举电容,具有第一端和第二端,所述第一端耦接至低边功率开关管的控制端,所述第二端耦接至低边自举电容控制电路;
其中所述逻辑电路进一步输出所述低边自举电容控制信号组。
3.如权利要求2所述的开关控制电路,其中,所述低边自举电容控制信号组包括第五开关信号、第六开关信号、第七开关信号和第八开关信号,所述低边自举电容控制电路包括:
第五开关,耦接在低边电源和低边自举电容的第二端之间,其控制端接收第五开关信号;
第六开关,耦接在低边自举电容的第二端和低边参考地之间,其控制端接收第六开关信号;
第二电流源电路,耦接在低边电源和低边自举电容的第二端之间,其控制端接收第七开关信号;
第八开关,耦接在低边自举电容的第一端和低边参考地之间,其控制端接收第八开关信号;以及
第二箝位电路,与低边自举电容并联,用于箝位低边自举电容两端的电压。
4.如权利要求1所述的开关控制电路,其中,所述第一电流源电路包括第三开关,或包括串联的电阻和第三开关,其中,所述第三开关接收第三开关信号。
5.如权利要求3所述的开关控制电路,其中,所述第二电流源电路包括第七开关,或包括串联的电阻和第七开关,其中,所述第七开关接收第七开关信号。
6.如权利要求3所述的开关控制电路,其中,所述第六开关信号的相位与高边驱动信号一致,所述第五开关信号的相位与低边驱动信号一致,所述逻辑电路包括:
第二或非门,接收高边驱动信号和低边驱动信号,输出第八开关信号;
第二比较器,接收低边自举电容电压和第二参考电压,输出第二比较信号;以及
第二与门,接收第八开关信号和第二比较信号,输出第七开关信号。
7.一种开关电源电路,包括如权利要求2-6任一项所述的开关控制电路,还包括:
高边功率开关管,耦接在输入电压和开关端之间,所述高边功率开关管具有控制端耦接至高边自举电容的第一端;以及
低边功率开关管,耦接在开关端和参考地之间,所述低边功率开关管具有控制端耦接至低边自举电容的第一端;其中
高边参考地耦接至开关端,低边参考地耦接至参考地。
CN201910458319.1A 2019-05-29 2019-05-29 一种开关控制电路及其控制方法 Active CN110165872B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910458319.1A CN110165872B (zh) 2019-05-29 2019-05-29 一种开关控制电路及其控制方法
US15/930,434 US11245324B2 (en) 2019-05-29 2020-05-12 Switching converter and a method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910458319.1A CN110165872B (zh) 2019-05-29 2019-05-29 一种开关控制电路及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110165872A CN110165872A (zh) 2019-08-23
CN110165872B true CN110165872B (zh) 2022-01-11

Family

ID=67630129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910458319.1A Active CN110165872B (zh) 2019-05-29 2019-05-29 一种开关控制电路及其控制方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11245324B2 (zh)
CN (1) CN110165872B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019208122A1 (de) * 2019-06-04 2020-12-10 Audi Ag Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Schaltung, elektrische Schaltung und Kraftfahrzeug
IT201900011544A1 (it) 2019-07-11 2021-01-11 St Microelectronics Srl Circuito di pilotaggio per un semi-ponte
US11205963B2 (en) * 2019-09-18 2021-12-21 Delta Electronics, Inc. Multiphase buck converter with extended duty cycle range using multiple bootstrap capacitors
US11532428B2 (en) 2019-09-18 2022-12-20 Delta Electronics, Inc. Power conversion system and magnetic component thereof
US11205958B2 (en) 2019-09-18 2021-12-21 Delta Electronics, Inc. Power conversion system
US11309878B2 (en) 2019-09-18 2022-04-19 Delta Electronics, Inc. Power conversion system
IT201900023787A1 (it) * 2019-12-12 2021-06-12 St Microelectronics Srl Circuito a semi-ponte
CN114123736B (zh) * 2021-10-29 2023-11-24 广东汇芯半导体有限公司 半导体电路及其应用装置
TWI835264B (zh) * 2022-08-29 2024-03-11 茂達電子股份有限公司 具有多階段上橋驅動機制的電源轉換器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6201717B1 (en) * 1999-09-04 2001-03-13 Texas Instruments Incorporated Charge-pump closely coupled to switching converter
US20050077950A1 (en) 2003-10-14 2005-04-14 Robinson Curtis B. Negative charge pump
JP3912417B2 (ja) * 2005-06-24 2007-05-09 サンケン電気株式会社 駆動回路
CN202094794U (zh) * 2011-05-18 2011-12-28 南京博兰得电子科技有限公司 一种自举型门极驱动控制电路
US8970185B1 (en) * 2011-10-03 2015-03-03 Marvell International Ltd. Method for maintaining high efficiency power conversion in DC-DC switching regulators over wide input supply range
JP5733330B2 (ja) * 2013-03-22 2015-06-10 株式会社デンソー 駆動回路
CN203537223U (zh) * 2013-10-25 2014-04-09 山东大学 一种具有负压的自举供电mosfet/igbt驱动线路
CN105336371B (zh) 2015-11-26 2023-05-09 成都芯源***有限公司 非易失性存储器的电压控制电路及其控制方法
CN107769530B (zh) * 2017-11-29 2020-06-02 上海空间电源研究所 同步整流Buck变换器的SiC开关管驱动电路及方法
CN108539964B (zh) * 2018-08-08 2018-11-20 上海颛芯企业管理咨询合伙企业(有限合伙) 功率开关管的驱动电路及其装置
US20200153427A1 (en) * 2018-11-09 2020-05-14 Psemi Corporation Driving D-Mode FETS in Half-Bridge Driver Configuration
US10784764B2 (en) * 2019-02-01 2020-09-22 Texas Instruments Incorporated Switched-mode DC/DC converter having a bootstrapped high-side driver

Also Published As

Publication number Publication date
US11245324B2 (en) 2022-02-08
CN110165872A (zh) 2019-08-23
US20200381989A1 (en) 2020-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110165872B (zh) 一种开关控制电路及其控制方法
US7459945B2 (en) Gate driving circuit and gate driving method of power MOSFET
US8085083B2 (en) Current-source gate driver
JP4763606B2 (ja) 半導体スイッチの高周波制御
US7612602B2 (en) Resonant gate drive circuits
US7675275B2 (en) DC-DC converter
US7688052B2 (en) Charge pump circuit and method therefor
US20190238129A1 (en) Driver circuit and switching regulator
US9853547B2 (en) Methods and apparatus for adaptive timing for zero voltage transition power converters
US7564704B2 (en) Method of forming a power supply controller and structure therefor
US10903829B2 (en) Switched capacitor driving circuits for power semiconductors
JP2004520794A (ja) 同期式dc−dcコンバータ
CN114629358A (zh) 具有有源钳位器的同步整流栅极驱动器
US11005382B2 (en) Synchronous rectification controlling device, isolated synchronous-rectification DC-DC converter, gate driving device, isolated DC-DC converter, AC-DC converter, power adapter, and electric appliance
US7248093B2 (en) Bipolar bootstrap top switch gate drive for half-bridge semiconductor power topologies
US10673337B1 (en) Switched-mode DC/DC converter having a bootstrapped high-side driver
JPH09285120A (ja) 電源装置の主スイッチ制御回路
JP4319336B2 (ja) Mosスイッチング回路
CN107302309B (zh) 用于零电压转变功率转换器的自适应计时的方法及设备
CN220492852U (zh) 一种驱动电路及开关电源
CN112968611B (zh) 控制电路以及应用其的开关电源
US11804769B2 (en) Power converter control
US20240195404A1 (en) Switched inductive storage element to enhance gate drive at turn-off
US20230318473A1 (en) Synchronous rectification control in llc topology
JP7286295B2 (ja) ゲートドライブ装置、絶縁型dc/dcコンバータ、ac/dcコンバータ、電源アダプタ及び電気機器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant