CN115224670A - 用于功率转换器的安全切断电路 - Google Patents

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Abstract

本公开的各实施例总体上涉及用于功率转换器的安全切断电路。描述了一种被配置为保护功率转换器的保护电路。该保护电路可以被配置为确定功率转换器何时以三态模式操作，并且在确定功率转换器以三态模式操作时，基于功率转换器的开关节点上的开关节点电压与功率转换器的输出节点上的反馈节点电压的比较来禁用功率转换器的电源。

Description

用于功率转换器的安全切断电路
技术领域
本公开涉及DC/DC功率转换器，并且更具体地涉及用于断开DC/DC功率转换器以提高安全性并且保护电路组件免受短路事件或其他问题影响的电路和技术。
背景技术
在很多***和设备中，DC/DC功率转换器用于控制***或设备内的电压和/或电流电平。通常，DC/DC功率转换器可以将直流(DC)源从一个电压电平转换为另一电压电平。DC/DC功率转换器可以包括降压转换器、升压转换器、降压/升压转换器或其他类型。例如，一些降压转换器可以包括连接到开关节点的电感器电容器(“LC”)电路，其中开关节点位于高侧电源开关与低侧电源开关之间。所谓的“自举电容器”(通常是DC/DC转换器的外部组件)可以用于提供驱动电路控制高侧开关所需要的电荷。高侧电源开关和低侧电源开关由驱动电路经由调制控制信号来控制，诸如脉冲宽度调制(PWM)信号、脉冲频率调制(PFM)信号、脉冲持续时间调制信号、脉冲密度调制信号或其他类型的调制控制信号。
具体地，调制控制信号可以被施加到高侧电源开关和低侧电源开关的栅极以控制电源开关的开/关切换。电源开关的开/关切换有效地控制向位于高侧开关与低侧开关之间的开关节点的功率输送。以这种方式，通过控制DC/DC转换器的高侧开关和低侧开关，可以从DC/DC转换器输出期望电平的电流或电压，以便为负载或***的其他组件提供电力。
诸如降压转换器等功率转换器有时以连续导通模式(CCM)操作，在这种情况下，存储在电感器中的能量在降压转换器的操作期间连续流动。例如，在CCM中，高侧开关和低侧开关可以以基本同步方式操作，使得当高侧被命令断开时，低侧立即被命令接通，反之亦然。
然而，在其他情况下，功率转换器可以不同地操作，例如，以非CCM方式。当以非CCM方式操作时，无论高侧开关的开/关状态如何，低侧开关都可以保持断开。此外，功率转换器还可以以所谓的三态模式操作，其中低侧开关和高侧开关都断开。更具体地，在三态模式下，高侧开关和低侧开关可以在一个或多个开关周期期间同时断开。
当非常小的负载连接到DC/DC功率转换器时，DC/DC功率转换器的非CCM控制可能是有用的。然而，当DC/DC功率转换器以非CCM或三态操作时，DC/DC功率转换器的故障监测是有挑战性的。
发明内容
本公开描述了用于DC/DC功率转换器的故障监测的电路和技术。特别地，本公开描述了当DC/DC功率转换器以三态操作时用于故障监测的电路和技术，其中低侧开关和高侧开关都断开一个或多个开关周期。例如，这些技术可以包括确定DC/DC功率转换器是否以三态模式操作。如果是这样，则可以进行一个或多个电压或电流比较以确定保护晶体管是否应当禁用DC/DC功率转换器以保护电路组件。此外，除了监测三态，这些技术还可以执行与DC/DC转换器是否以三态操作无关的附加保护步骤，诸如当保护晶体管之上的电压降大于电压阈值时保护DC/DC功率转换器和/或当通过保护晶体管的电流大于电流阈值时保护DC/DC功率转换器。
在一个示例中，本公开描述了一种被配置为保护功率转换器的保护电路。该保护电路可以被配置为确定功率转换器何时以三态模式操作，并且在确定功率转换器以三态模式操作时，基于功率转换器的开关节点上的开关节点电压与功率转换器的输出节点上的反馈节点电压的比较来禁用功率转换器的电源。
在另一示例中，本公开描述了一种方法，该方法包括确定功率转换器何时以三态模式操作，其中功率转换器包括高侧开关、低侧开关以及被配置为高侧开关和低侧开关的开/关切换的控制电路，其中功率转换器还包括电感器和输出电容器，其中电感器连接到高侧开关与低侧开关之间的开关节点，并且其中输出电容器在功率转换器的输出节点处连接到电感器。在确定功率转换器以三态模式操作时，该方法还可以包括基于开关节点上的开关节点电压与输出节点上的反馈节点电压的比较来禁用功率转换器的电源。
在另一示例中，本公开描述了一种包括功率转换器和保护电路的设备。功率转换器可以包括高侧开关、低侧开关以及被配置为控制高侧开关和低侧开关的开/关切换的控制电路。功率转换器还可以包括电感器和输出电容器，其中电感器连接到高侧开关与低侧开关之间的开关节点，并且输出电容器在功率转换器的输出节点处连接到电感器。保护电路可以被配置为：确定功率转换器何时以三态模式操作，并且在确定功率转换器以三态模式操作时，基于开关节点上的开关节点电压与输出节点上的反馈节点电压的比较来禁用功率转换器的电源。
这些和其他示例的细节在附图和以下描述中阐述。从描述和附图以及从权利要求中，其他特征、目的和优点将是很清楚的。
附图说明
图1是示出根据本公开的示例DC/DC功率转换器和保护电路元件的框图；
图2是示出根据本公开的DC/DC功率转换器和保护电路元件的一个示例的电路图；
图3是示出可以用于实现保护电路的方面的一些示例逻辑的电路图；
图4是示出示例电荷泵的电路图，该示例电荷泵可以用于使用DC/DC功率转换器的自举电容器来控制保护开关；
图5是示出使用有源二极管的电荷泵的另一示例的电路图；
图6是示出可以用于实现保护电路的方面的一些示例逻辑的电路图；以及
图7是根据本公开的示例流程图。
具体实施方式
本公开描述了用于DC/DC功率转换器的故障监测的电路和技术。特别地，本公开描述了当DC/DC功率转换器以非CCM操作时用于故障监测的电路和技术。例如，这些技术可以包括确定DC/DC功率转换器是否以三态模式操作。如果是这样，则可以进行一个或多个电压或电流比较以确定保护晶体管是否应当禁用DC/DC功率转换器以保护电路组件。此外，除了监测三态，这些技术还可以执行与DC/DC转换器是以CCM还是以非CCM模式操作无关的附加保护步骤，诸如当保护晶体管之上的电压降大于电压阈值时保护DC/DC功率转换器和/或当通过保护晶体管的电流大于电流阈值时保护DC/DC功率转换器。
图1是示出根据本公开的示例设备100的框图，设备100包括DC/DC功率转换器102和保护电路元件(例如，监测电路108、驱动电路106和保护电路104)。DC/DC功率转换器102可以包括高侧开关、低侧开关以及被配置为控制高侧开关和低侧开关的开/关切换的控制电路。此外，DC/DC功率转换器102可以包括电感器和输出电容器，其中电感器连接到高侧开关与低侧开关之间的开关节点，并且输出电容器在功率转换器的输出节点处连接到电感器。外部电容器(“Cboot”)110可以用于输送电荷以控制DC/DC功率转换器102的高侧开关。
如下文更详细描述的，为了保护DC/DC功率转换器102免受短路事件或其他电路问题的影响，保护电路(例如，监测电路108、驱动电路106和保护电路104)可以被配置为确定DC/DC功率转换器102何时以三态模式操作，并且在确定DC/DC功率转换器102以三态模式操作时，基于DC/DC功率转换器102的开关节点上的开关节点电压(SW)与DC/DC功率转换器102的输出节点上的反馈节点电压(FB)的比较来禁用DC/DC功率转换器102的电源。更具体地，在图1的示例中，监测电路108可以被配置为确定DC/DC功率转换器102何时以三态模式操作，并且在确定DC/DC功率转换器102以三态模式操作时，监测电路108可以被配置为比较DC/DC功率转换器102的开关节点上的开关节点电压(SW)与DC/DC功率转换器102的输出节点上的反馈节点电压(FB)。基于开关节点电压(SW)与反馈节点电压(FB)的这个比较，驱动电路106可以被配置为通过控制保护电路104从而断开DC/DC功率转换器102的电源电压(Vbat)来禁用DC/DC功率转换器102的电源。更具体地，当监测电路108确定DC/DC功率转换器102以三态操作时，驱动电路106可以被配置为控制保护电路104，以便响应于开关节点电压(SW)超过反馈节点电压(FB)大于定义阈值而禁用DC/DC功率转换器102的电源(Vbat)。
DC/DC功率转换器102有时可以以连续导通模式(CCM)操作，在这种情况下，存储在电感器中的能量在DC/DC功率转换器的操作期间连续流动。例如，在CCM中，高侧开关和低侧开关可以以基本同步方式操作，使得当高侧被命令断开时，低侧立即被命令接通，反之亦然。
然而，在其他情况下，DC/DC功率转换器102可以不同地操作，例如，以非CCM方式。在这种情况下，有时，半桥被控制以使得低侧开关保持断开，而不管高侧开关的开/关状态如何。在这种非CCM控制中，DC/DC功率转换器102有时会处于三态(本文中称为三态模式)，从而高侧开关和低侧开关可以在DC/DC功率转换器102的一个或多个开关周期期间同时断开。DC/DC功率转换器102的这种非CCM控制在非常小的负载连接到DC/DC转换器时可能是有用的。然而，当DC/DC功率转换器以三态操作时，DC/DC功率转换器的故障监测是有挑战性的，本公开的技术可以解决这些挑战。
保护电路104可以包括保护晶体管(诸如NMOS晶体管)。将保护晶体管截止可以禁用电源电压(Vbat)。在一些示例中，保护电路104还可以包括所谓的“切断开关(killswitch)”。保护晶体管可以被配置为在切断开关接通时截止。驱动器106可以控制保护晶体管。然而，这可能需要相当大的栅极到源极电压，例如，在使用NMOS晶体管进行保护的情况下。因此，驱动电路106可以利用现有自举电容器(“CBoot”)110，DC/DC功率转换器102使用该自举电容器110来控制DC/DC功率转换器的高侧开关。特别地，除了连接到DC/DC功率转换器102，自举电容器110还可以连接到驱动电路106，使得驱动电路106可以使用自举电容器上的电荷来控制保护电路104内的保护晶体管。电路106可以被配置为包括电荷泵，并且驱动电路106的电荷泵可以被配置为提供电荷以控制保护电路104内的保护晶体管。
自举电容器110可以形成驱动电路106的电荷泵的一部分。驱动电路106的电荷泵可以包括位于自举电容器110与保护电路104内的保护晶体管的栅极之间的二极管。驱动电路106内的电荷泵的这个二极管可以包括无源二极管或有源二极管(例如，具有体二极管的可控晶体管)。在电荷泵中使用有源二极管或无源二极管的不同示例的附加细节在下面更详细地讨论。
除了监测三态，图1的监测电路108还可以执行独立于DC/DC功率转换器102是以CCM还是以非CCM操作的附加监测。在一些示例中，保护电路元件(例如，监测电路108、驱动电路106和保护电路104)还可以被配置为当保护电路104内的保护晶体管之上的电压降大于电压阈值时保护DC/DC功率转换器102。备选地或另外地，保护电路元件(例如，监测电路108、驱动电路106和保护电路104)还可以被配置为当通过保护电路104的保护晶体管的电流大于电流阈值时保护DC/DC功率转换器102。根据本公开，对DC/DC功率转换器102的电源的监测和禁用可以基于在小于100微秒内发生的比较，这可能足以保护DC/DC功率转换器免受短路事件的影响，否则该短路事件可能会将过多电荷输送到电感器并且最终输送到负载。
图2是示出根据本公开的设备200的一个示例的电路图，该设备200包括DC/DC功率转换器220和多个保护电路元件。DC/DC功率转换器220可以包括高侧开关Q2、低侧开关Q1以及被配置为控制高侧开关Q2和低侧开关Q1的开/关切换的控制电路(例如，半桥控制器“HBCTRL”)218。此外，DC/DC功率转换器220可以包括电感器(Lind)224和输出电容器226。电感器224可以连接到位于高侧开关Q2与低侧开关Q1之间的开关节点，并且输出电容器226可以在功率转换器的输出节点处连接到电感器224。外部电容器(“Cboot”)222可以用于输送电荷以控制DC/DC功率转换器220的高侧开关Q2。高侧开关和低侧开关(Q2和Q1)可以包括功率晶体管(诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
为了保护DC/DC功率转换器220免受短路事件或其他电路问题的影响，可以实现设备200的保护电路元件。在图2的示例中，保护电路元件可以包括三态单元215、比较器216、逻辑208、切断开关210、保护晶体管Q3、比较器212和电流感测单元214，尽管其他示例可以使用更多或更少的保护元件。还可以包括控制电压单元202、电荷泵204和电阻器206以促进对保护元件的控制。
三态单元215可以包括在半桥控制器218内实现的单独的逻辑组件或元件。三态单元215可以被配置为确定DC/DC功率转换器220何时以三态模式操作，并且如果是这样，则三态单元可以向比较器216发送控制信号。例如，三态单元215可以通过标识Q1和Q2在一个或多个开关周期内都被断开来确定三态。响应于确定DC/DC功率转换器220以三态操作，比较器216可以将DC/DC功率转换器220的开关节点上的开关节点电压与DC/DC功率转换器220的输出节点上的反馈节点电压(FB)进行比较。开关节点可以对应于高侧开关Q2与低侧开关Q1之间的节点。
更具体地，比较器216可以将开关节点电压与反馈节点电压进行比较以确定开关节点电压是否超过反馈节点电压大于定义阈值。如果是这样，则比较器216可以向逻辑208发送信号，该信号最终可以引起切断开关210和保护晶体管Q3禁用DC/DC功率转换器220的电源。为了禁用电源，逻辑208可以向切断开关210发送信号以接通切断开关210。接通切断开关210继而可以引起保护晶体管Q3截止，这将电源电压(VBat)与DC/DC功率转换器220断开。
如上所述，DC/DC功率转换器(诸如图2的DC/DC功率转换器220)有时可以以CCM操作，在这种情况下，存储在电感器224中的能量在DC/DC功率转换器的操作期间连续流动。例如，在CCM中，高侧开关Q2和低侧开关Q1可以以基本同步方式操作，使得当高侧开关Q2被命令断开时，低侧开关Q1立即被命令接通，反之亦然。CCM中可能存在短暂的“死区时间(deadtime)”，其中低侧开关Q1和高侧开关Q2在短时间内都断开，以帮助确保低侧开关Q1和高侧开关Q2不同时接通，但一般来说，在CCM中，开关Q1或Q2中的一个恰好在任何给定开关周期中接通。
然而，在其他情况下，DC/DC功率转换器220可以不同地操作，例如，以非CCM方式。在这种情况下，有时，半桥被控制以使得低侧开关Q1保持断开，而不管高侧开关Q2的开/关状态如何。此外，当以非CCM方式操作时，有时，半桥可以以三态(例如，三态模式)操作，由此高侧开关Q2和低侧开关Q1可以在DC/DC功率转换器220的一个或多个开关周期内同时断开。如上所述，当非常小的负载连接到DC/DC功率转换器220时，DC/DC功率转换器220的非CCM控制可能是有用的。然而，当DC/DC功率转换器220处于三态模式时，故障监测是有挑战性的，本公开的技术可以解决这些挑战。
设备200的保护电路元件可以包括保护晶体管Q3(其可以包括NMOS晶体管)。截止保护晶体管Q3可以禁用DC/DC功率转换器220的电源电压(Vbat)。切断开关210可以促进保护晶体管Q3的截止。特别地，保护晶体管Q3可以被配置为在切断开关210接通时截止。
电荷泵204可以提供控制保护晶体管Q3所需要的电压，这可能需要相当大的栅极到源极电压，例如，在NMOS晶体管用于保护的情况下。根据本公开的一些技术，电荷泵204可以利用现有自举电容器(“CBoot”)222，该CBoot 222由DC/DC功率转换器220用来控制高侧开关Q2。在这种情况下，除了作为DC/DC功率转换器220的一部分而连接，自举电容器222还可以连接到电荷泵204，使得自举电容器222上的电荷可以用于控制保护晶体管Q3。
电荷泵204可以包括二极管D1和D2，自举电容器电压(BTS)被提供给D1与D2之间的节点。D1可以包括现有二极管，该二极管可用于使用(多个)控制电压元件202对自举电容器222充电。二极管D2可以包括在电路中使用以便保护元件可以利用自举电容器222的附加二极管。二极管D2可以包括无源二极管或有源二极管(例如，具有体二极管的可控晶体管)。有源二极管可能比无源二极管需要更少的电路空间，并且因此，在某些情况下，有源二极管可以提供优于无源二极管的优势。可以包括电阻器206以限制输送到切断开关210的电流。
除了监测三态，图2所示的附加保护元件还可以用于执行独立于DC/DC功率转换器220是以CCM还是以非CCM操作的附加监测。在一些示例中，保护电路元件可以包括VDS比较器212，VDS比较器212可以监测保护晶体管Q3之上的电压降是否大于电压阈值。如果是这样，则VDS比较器212可以向逻辑208发送信号，该信号最终可以引起切断开关210和保护晶体管Q3禁用DC/DC功率转换器220的电源。同样，为了禁用供电，逻辑208可以向切断开关210发送信号以接通切断开关210。接通切断开关210继而可以引起保护晶体管Q3截止，这将电源电压(VBat)与DC/DC功率转换器220断开。
在一些示例中，保护电路元件还可以包括电流感测单元214，电流感测单元214可以用于补充或代替VDS比较器212。电流感测单元214可以被配置为感测保护晶体管Q3与高侧开关Q2之间的节点上的电流，该电流可以指示通过保护晶体管Q3的电流。在这种情况下，逻辑208可以被配置为当通过保护晶体管Q3的电流大于电流阈值时保护DC/DC功率转换器220。与本文所述的其他非CCM监测和CCM监测一样，为了基于电流感测单元214的电流感测来禁用电源，逻辑208可以向切断开关210发送信号以接通切断开关210。接通切断开关210继而可以引起保护晶体管Q3截止，这将电源电压(VBat)与DC/DC功率转换器220断开。同样，根据本公开，对DC/DC功率转换器220的电源的监测和禁用中的任何一个可以基于在小于100微秒内发生的比较，这通常足以保护DC/DC功率转换器220免受短路事件的影响，否则该短路事件可能会将过多电荷输送到电感器并且最终输送到负载。
图3是示出可以用于实现保护电路的方面的一些示例逻辑的电路图。例如，逻辑300可以对应于图2所示的逻辑208、比较器216和比较器212的各个部分。逻辑300可以用于将开关节点监测与跨保护晶体管的电压监测相结合。如果还使用附加电流监测(诸如经由图2的电流感测单元214)，则可以在逻辑300中实现附加的“或”门以解决电流监测问题。
在图3所示的示例逻辑300中，开关节点监测器302用于确定开关节点是否保持高电平，并且VDS比较器312用于确定跨保护晶体管的电压是否超过电压阈值。比较器314可以类似于图2的比较器212，并且可以通过施加到保护晶体管的栅极电压来启用。特别地，比较器314可以在保护晶体管导通时被启用，在NMOS的情况下，这可能需要高于3.4伏(或某个其他VGS阈值)的栅极到源极电压。如果比较器314确定保护电路之上的电压高于阈值，则这可以指示过流情况。在检测到过流情况时，可以通过延迟单元324向信号添加短暂延迟以延长信号。保护电路元件可以响应于过流情况，从而引起保护晶体管(例如，图2的Q3)截止。
比较器304可以类似于图2的比较器216。当检测到三态条件时，可以启用比较器304。在这种情况下，在检测到三态条件时，在由去毛刺单元306去毛刺(例如，大约5微秒以定义干净和稳定的信号)之后，比较器304可以比较开关节点上的电压(例如，在图2的Q2与Q1之间)与反馈节点电压(图2中的FB)。在确定功率转换器以三态操作时，比较器304可以被配置为确定开关节点电压是否超过反馈节点电压大于阈值。如果是这样，则比较器304可以输出指示开关节点保持高电平的信号。因此，当检测到开关节点保持高电平时，在通过延迟单元324向信号添加短暂延迟以延长信号之后，保护电路元件可以响应于高电平情况，从而引起保护晶体管(例如，图2的Q3)截止。“或”门322可以对应于图2的逻辑208的一部分。可以使用“或”门322，使得逻辑300可以响应于过流情况(不管CCM或三态)和开关节点情况(当处于三态时)。在某些示例中，电流传感器监测可以取代VDS监测。此外，在一些示例中，电流传感器监测可以与VDS监测一起使用，在这种情况下，逻辑300可以包括附加的“或”门，使得保护元件可以响应于开关节点问题、由VDS监测检测到的问题、或由电流感测检测到的问题。
图4是示出示例电荷泵电路402的电路图，该示例电荷泵电路402可以用于使用DC/DC功率转换器的自举电容器404来控制保护开关。电荷泵402可以提供控制保护晶体管(例如，图2的Q3)所需要的电压，这可能需要相当大的栅极到源极电压，例如，在NMOS晶体管用于保护的情况下。在图4的示例中，电荷泵电路402利用现有自举电容器(“CBTS”)404，该CBTS 404也可以由DC/DC功率转换器用来控制高侧开关(例如，图2的Q2)。因此，除了作为DC/DC功率转换器的一部分而连接，自举电容器404还形成电荷泵402的一部分，使得自举电容器404上的电荷可以用于控制保护晶体管(例如，图2的Q3)。
在图4中，电荷泵电路402包括无源二极管406和408，自举电容器电压被提供给无源二极管406与408之间的节点。二极管406可以包括作为用于对自举电容器404进行充电的充电电路的一部分的现有二极管，该二极管用于控制DC/DC功率转换器的高侧开关。二极管408可以包括允许保护元件利用自举电容器404的附加二极管。
图5是示出使用有源二极管508的电荷泵的另一示例的电路图，该有源二极管508可以包括由体二极管形成的晶体管。栅极驱动电路510可以通过控制晶体管是导通还是不导通来控制有源二极管508。当不导通时，有源二极管508与无源二极管类似地操作，例如以阻止一个方向上的电流。类似于图4，图5的二极管506可以包括作为与自举电容器504的充电相关联的充电电路的一部分的现有二极管，该二极管用于控制DC/DC功率转换器的高侧开关。相反，有源二极管508可以包括保护元件利用自举电容器504所需要的附加二极管。
无源二极管408(图4所示)可能没有有源二极管508(图5所示)复杂，并且出于这个原因可能是合乎需要的。另一方面，无源二极管408可能需要比有源二极管508更多的电路空间，因此，在某些情况下，与无源二极管408相比，有源二极管508可以提供尺寸和空间节省的优势。
图6是示出一些示例逻辑的电路图，该示例逻辑可以用于实现保护电路的方面，该保护电路包括如图5所示的具有有源二极管的电荷泵。在这种情况下，有源二极管604可以包括由体二极管形成的晶体管。为了控制根据本公开的技术的有源二极管604，可以基于逻辑来控制晶体管的导通状态。图6的示例中的逻辑包括“与”门606、“与”门608和比较器610。例如，比较器610可以包括与图2的比较器216并联设置的比较器，并且这两个比较器可以接收相似的输入SW和FB。
比较器610可以将DC/DC功率转换器的开关节点上的开关节点电压(SW)与DC/DC功率转换器的输出节点上的反馈节点电压(FB)进行比较。如果开关节点电压超过反馈节点电压大于定义阈值，则比较器610可以向“与”门608的右输入发送信号(逻辑＝SW_H＝1)。如果低侧开关处于断开状态，则反相器612引起逻辑信号(逻辑＝1)被发送到“与”门608的左输入。因此，响应于确定低侧开关处于断开状态并且开关节点相对于DC/DC转换器的输出处于升高电压状态，“与”门608可以向“与”门606的右侧输入输出信号(逻辑＝1)。此外，如果DC/DC转换器的高侧开关为接通，则“与”门606的左侧输入可以接收信号(逻辑＝1)，该信号引起“与”门606向有源二极管604的晶体管输出导通信号。总而言之，根据逻辑602，有源二极管604在高侧开关接通、低侧开关断开、并且开关节点相对于DC/DC转换器的输出处于升高电压状态时导通，否则，有源二极管604截止以作为无源二极管操作。
图7是根据本公开的示例流程图。图7将从图2的设备200的角度来描述，尽管该方法中的一些或全部可以由设备200内的一个或多个电路或由另一电路来执行。如图7所示，半桥控制器218控制DC/DC功率转换器220(701)，例如，通过控制到高侧开关Q2和低侧开关Q1的栅极的PWM信号。
三态单元215可以确定DC/DC功率转换器220何时以三态模式操作(702)。例如，三态单元215可以通过标识Q1和Q2在一个或多个开关周期内都被断开来确定三态模式。如果三态单元215确定DC/DC功率转换器220以三态操作(702的“是”分支)，则比较器216将DC/DC功率转换器220的开关节点上的开关节点电压与DC/DC功率转换器220的输出节点上的反馈节点电压(FB)进行比较(703)。开关节点可以对应于高侧开关Q2与低侧开关Q1之间的节点。如果开关节点电压超过反馈节点电压大于阈值(703的“是”分支)，则设备200可以禁用DC/DC功率转换器220的电源(705)。特别地，如果开关节点电压超过反馈节点电压大于阈值(703的“是”分支)，则比较器216可以向逻辑208发送信号，该信号最终可以引起切断开关210和保护晶体管Q3禁用DC/DC功率转换器220的电源。甚至更具体地，为了禁用电源(705)，逻辑208可以向切断开关210发送信号以接通切断开关210。接通切断开关210继而可以引起保护晶体管Q3截止，这将电源电压(VBat)与DC/DC功率转换器220断开。
除了监测三态(702)，图7还可以执行独立于DC/DC功率转换器220是以CCM还是以非CCM操作的附加监测。一个或多个附加保护元件(诸如VDS比较器212和/或电流感测单元214)可以确定通过保护晶体管Q3的电流和/或保护晶体管Q3之上的电压是否高于阈值(704)。如果是这样，则设备200可以禁用DC/DC功率转换器220的电源(705)。特别地，如果通过保护晶体管Q3的电流和/或保护晶体管Q3之上的电压高于阈值(704)，则比较器212或电流感测单元214可以向逻辑208发送信号，该信号最终可以引起切断开关210和保护晶体管Q3禁用DC/DC功率转换器220的电源。如上所述，为了禁用电源(705)，逻辑208可以向切断开关210发送信号以接通切断开关210。接通切断开关210进而可以引起保护晶体管Q3截止，从而将电源电压(VBat)与DC/DC功率转换器220断开。
与图7的示例一致，在一些情况下，一种方法可以包括确定功率转换器何时以三态模式操作(702)，并且在确定功率转换器以三态模式操作时(702的“是”分支)，基于开关节点上的开关节点电压与输出节点上的反馈节点电压的比较来禁用功率转换器的电源(705)。如本文所述，功率转换器可以包括高侧开关、低侧开关以及被配置为控制高侧开关和低侧开关的开/关切换的控制电路，其中功率转换器还包括电感器和输出电容器，其中电感器连接到高侧开关与低侧开关之间的开关节点，并且其中输出电容器在功率转换器的输出节点处连接到电感器。
另外，与图7所示的步骤704一致，一种方法可以包括响应于保护晶体管之上的电压降大于电压阈值而禁用功率转换器的电源，或者响应于通过保护晶体管的电流大于电流阈值而禁用功率转换器的电源。
如上面更详细解释的，控制高侧开关Q2可以基于由自举电容器222提供的电荷。图7的实施例可以利用自举电容器222来禁用功率转换器的电源(705)。特别地，该方法可以包括基于由自举电容器222提供的电荷来控制保护晶体管Q3，其中保护晶体管Q3被配置为截止以禁用电源。此外，禁用功率转换器的电源的过程(705)还可以包括控制电荷泵提供用于控制保护晶体管的电荷，其中自举电容器222是电荷泵的一部分。如图4所示，电荷泵可以包括在自举电容器404与保护晶体管的栅极之间的二极管408。备选地，如图5所示，电荷泵可以包括作为有源二极管508操作的另外的晶体管，其中作为有源二极管508操作的另外的晶体管位于自举电容器504与保护晶体管的栅极之间。
以下条款可以说明本公开的一个或多个方面。
条款1.一种被配置为保护功率转换器的保护电路，其中所述保护电路被配置为：确定所述功率转换器何时以三态模式操作，以及在确定所述功率转换器以所述三态模式操作时，基于所述功率转换器的开关节点上的开关节点电压与所述功率转换器的输出节点上的反馈节点电压的比较来禁用所述功率转换器的电源。
条款2.根据条款1所述的保护电路，其中所述保护电路包括被配置为截止以禁用所述电源的保护晶体管。
条款3.根据条款2所述的保护电路，其中所述保护电路包括被配置为接通以禁用所述电源的切断开关，其中所述保护晶体管被配置为在所述切断开关接通时截止。
条款4.根据条款2或3所述的保护电路，其中所述保护电路还被配置为响应于所述保护晶体管之上的电压降大于电压阈值而禁用所述功率转换器的所述电源。
条款5.根据条款2至4中任一项所述的保护电路，其中所述保护电路还被配置为响应于通过所述保护晶体管的电流大于电流阈值而禁用所述功率转换器的所述电源。
条款6.根据条款2至5中任一项所述的保护电路，其中所述功率转换器包括被配置为提供用于控制所述功率转换器的高侧开关的电荷的自举电容器，并且其中所述保护晶体管从所述自举电容器接收用于控制所述保护晶体管的电荷。
条款7.根据条款6所述的保护电路，还包括电荷泵，所述电荷泵被配置为提供用于控制所述保护晶体管的电荷，其中所述自举电容器是所述电荷泵的一部分。
条款8.根据条款7所述的保护电路，其中所述电荷泵包括在所述自举电容器与所述保护晶体管的栅极之间的二极管。
条款9.根据条款7所述的保护电路，其中所述电荷泵包括作为有源二极管操作的另外的晶体管，其中所述另外的晶体管位于所述自举电容器与所述保护晶体管的栅极之间。
条款10.根据条款1至9中任一项所述的保护电路，其中所述保护电路被配置为确定所述功率转换器以所述三态模式操作并且基于在小于100微秒内的所述比较来禁用所述功率转换器的所述电源。。
条款11.根据条款1至10中任一项所述的保护电路，其中在确定所述功率转换器以所述三态模式操作时，所述保护电路被配置为响应于所述开关节点电压超过所述反馈节点电压大于阈值而禁用所述功率转换器的所述电源。
条款12.根据条款1至11中任一项所述的保护电路，其中所述三态模式是指其中所述高侧开关和所述低侧开关都被断开一个或多个开关周期的操作状态。
条款13.一种方法，包括：确定功率转换器何时以三态模式操作，其中所述功率转换器包括高侧开关、低侧开关以及被配置为控制所述高侧开关和所述低侧开关的开/关切换的控制电路，其中所述功率转换器还包括电感器和输出电容器，其中所述电感器连接到所述高侧开关与所述低侧开关之间的开关节点，并且其中所述输出电容器在所述功率转换器的输出节点处连接到所述电感器；以及在确定所述功率转换器以所述三态模式操作时，基于所述开关节点上的开关节点电压与所述输出节点上的反馈节点电压的比较来禁用所述功率转换器的电源。
条款14.根据条款13所述的方法，还包括：响应于所述保护晶体管之上的电压降大于电压阈值而禁用所述功率转换器的所述电源。
条款15.根据条款13或14所述的方法，还包括：响应于通过所述保护晶体管的电流大于电流阈值而禁用所述功率转换器的所述电源。
条款16.根据条款13至15中任一项所述的方法，还包括：基于由自举电容器提供的电荷来控制所述高侧开关；以及基于由所述自举电容器提供的所述电荷来控制保护晶体管，其中所述保护晶体管被配置为截止以禁用所述电源。
条款17.根据条款16所述的方法，还包括控制电荷泵以提供用于控制所述保护晶体管的电荷，其中所述自举电容器是所述电荷泵的一部分。
条款18.根据条款17所述的方法，其中所述电荷泵包括在所述自举电容器与所述保护晶体管的栅极之间的二极管。
条款19.根据条款17所述的方法，其中所述电荷泵包括作为有源二极管操作的另外的晶体管，其中所述另外的晶体管位于所述自举电容器与所述保护晶体管的栅极之间。
条款20.一种设备，包括：功率转换器，包括高侧开关、低侧开关以及被配置为控制所述高侧开关和所述低侧开关的开/关切换的控制电路，其中所述功率转换器还包括电感器和输出电容器，其中所述电感器连接到所述高侧开关与所述低侧开关之间的开关节点，并且所述输出电容器在所述功率转换器的输出节点处连接到所述电感器；以及保护电路，被配置为：确定所述功率转换器何时以三态模式操作，并且在确定所述功率转换器以所述三态模式操作时，基于所述开关节点上的开关节点电压与所述输出节点上的反馈节点电压的比较来禁用所述功率转换器的电源。
在本公开中已经描述了各个方面。这些和其他方面在以下权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种被配置为保护功率转换器的保护电路，其中所述保护电路被配置为：
确定所述功率转换器何时以三态模式操作，以及
在确定所述功率转换器以所述三态模式操作时，基于所述功率转换器的开关节点上的开关节点电压与所述功率转换器的输出节点上的反馈节点电压的比较来禁用所述功率转换器的电源。
2.根据权利要求1所述的保护电路，其中所述保护电路包括被配置为截止以禁用所述电源的保护晶体管。
3.根据权利要求2所述的保护电路，其中所述保护电路包括被配置为接通以禁用所述电源的切断开关，其中所述保护晶体管被配置为在所述切断开关接通时截止。
4.根据权利要求2所述的保护电路，其中所述保护电路还被配置为响应于所述保护晶体管之上的电压降大于电压阈值而禁用所述功率转换器的所述电源。
5.根据权利要求2所述的保护电路，其中所述保护电路还被配置为响应于通过所述保护晶体管的电流大于电流阈值而禁用所述功率转换器的所述电源。
6.根据权利要求2所述的保护电路，其中所述功率转换器包括被配置为提供用于控制所述功率转换器的高侧开关的电荷的自举电容器，并且其中所述保护晶体管从所述自举电容器接收用于控制所述保护晶体管的电荷。
7.根据权利要求6所述的保护电路，还包括电荷泵，所述电荷泵被配置为提供用于控制所述保护晶体管的电荷，其中所述自举电容器是所述电荷泵的一部分。
8.根据权利要求7所述的保护电路，其中所述电荷泵包括在所述自举电容器与所述保护晶体管的栅极之间的二极管。
9.根据权利要求7所述的保护电路，其中所述电荷泵包括作为有源二极管操作的另外的晶体管，其中所述另外的晶体管位于所述自举电容器与所述保护晶体管的栅极之间。
10.根据权利要求1所述的保护电路，其中所述保护电路被配置为确定所述功率转换器以所述三态模式操作并且基于在小于100微秒内的所述比较来禁用所述功率转换器的所述电源。
11.根据权利要求1所述的保护电路，其中在确定所述功率转换器以所述三态模式操作时，所述保护电路被配置为响应于所述开关节点电压超过所述反馈节点电压大于阈值而禁用所述功率转换器的所述电源。
12.根据权利要求1所述的保护电路，其中所述三态模式是指其中所述高侧开关和所述低侧开关都被断开一个或多个开关周期的操作状态。
13.一种方法，包括：
确定功率转换器何时以三态模式操作，其中所述功率转换器包括高侧开关、低侧开关以及被配置为控制所述高侧开关和所述低侧开关的开/关切换的控制电路，其中所述功率转换器还包括电感器和输出电容器，其中所述电感器被连接到所述高侧开关与所述低侧开关之间的开关节点，并且其中所述输出电容器在所述功率转换器的输出节点处被连接到所述电感器；以及
在确定所述功率转换器以所述三态模式操作时，基于所述开关节点上的开关节点电压与所述输出节点上的反馈节点电压的比较来禁用所述功率转换器的电源。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
响应于所述保护晶体管之上的电压降大于电压阈值而禁用所述功率转换器的所述电源。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括：
响应于通过所述保护晶体管的电流大于电流阈值而禁用所述功率转换器的所述电源。
16.根据权利要求13所述的方法，还包括：
基于由自举电容器提供的电荷来控制所述高侧开关；以及
基于由所述自举电容器提供的所述电荷来控制保护晶体管，其中所述保护晶体管被配置为截止以禁用所述电源。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括控制电荷泵以提供用于控制所述保护晶体管的电荷，其中所述自举电容器是所述电荷泵的一部分。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述电荷泵包括在所述自举电容器与所述保护晶体管的栅极之间的二极管。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述电荷泵包括作为有源二极管操作的另外的晶体管，其中所述另外的晶体管位于所述自举电容器与所述保护晶体管的栅极之间。
20.一种设备，包括：
功率转换器，包括高侧开关、低侧开关以及被配置为控制所述高侧开关和所述低侧开关的开/关切换的控制电路，其中所述功率转换器还包括电感器和输出电容器，其中所述电感器被连接到所述高侧开关与所述低侧开关之间的开关节点，并且所述输出电容器在所述功率转换器的输出节点处被连接到所述电感器；以及
保护电路，被配置为：
确定所述功率转换器何时以三态模式操作，以及
在确定所述功率转换器以所述三态模式操作时，基于所述开关节点上的开关节点电压与所述输出节点上的反馈节点电压的比较来禁用所述功率转换器的电源。
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