DE112018002324T5 - Totzonenfreie steuerschaltung - Google Patents

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David Gammie
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Microchip Technology Inc
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Abstract

Eine Schaltung und ein Verfahren zum Steuern eines Leistungswandlers mit einem High-Side- und einem Low-Side-Schalter werden bereitgestellt. Die Schaltung kann einen Komparator einschließen, der konfiguriert ist, um eine Referenzspannung an einem ersten Eingang und eine Rampenspannung an einem zweiten Ausgang zu empfangen und ein Verzögerungssignal basierend auf einem Vergleich der Referenzspannung und der Rampenspannung auszugeben. Das Verzögerungssignal kann konfiguriert sein, um einen oder mehrere der High-Side- und Low-Side-Schalter einzuschalten. Die Schaltung kann eine Referenzspannung erhöhen oder verringern basierend auf der Totzeit, die einer Zeitspanne entspricht, in der der High-Side-Schalter und der Low-Side-Schalter ausgeschaltet sind. Die Schaltung kann einen ersten Schalter einschließen, der zum Verringern der Referenzspannung gesteuert wird, wenn eine Totzeit einen ersten Schwellenwert überschreitet, und einen zweiten Schalter, der zum Erhöhen der Referenzspannung gesteuert wird, wenn das Totzeitverzögerungssignal unter einem zweiten Schwellenwert liegt.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 3. Mai 2017 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/500,744 , die hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine totzeitfreie Steuerung für den Einsatz in Schaltleistungswandlern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Bei Schaltleistungswandlern, wie dem in 1 dargestellten Synchronabwärtswandler, besteht die Befürchtung, dass der High-Side-Schalter Q1 und der Low-Side-Schalter Q2 gleichzeitig eingeschaltet sein könnten, was dazu führen würde, dass eine große Menge Momentanstrom durch die beiden Schalter Q1 und Q2 fließt. 2 veranschaulicht dieses Szenario mit Pfeilen, die anzeigen, dass der große Strom ,I‘ durch den High-Side-Schalter Q1 und den Low-Side-Schalter Q2 fließt. Solch ein großer Momentanstrom, der von der Spannungsversorgung VIN zur Masse fließt, kann zu einem Verlust an Leistung und Effizienz führen und die Geräte möglicherweise zerstören.
  • Um diesen Momentanstromfluss oder diese „Durchzündung“ zu verhindern, kann mit einer vorprogrammierten Verzögerung eine „Totzeit“ erzeugt werden, in der beide Schalter ausgeschaltet werden. Alternativ kann eine adaptive Zeitschaltung verwendet werden, bei der überprüft wird, ob der High-Side-Schalter Q1 ausgeschaltet ist, bevor der Low-Side-Schalter Q2 eingeschaltet werden kann, und umgekehrt. 3 zeigt ein Beispiel für eine adaptive Gateansteuerung, die sicherstellt, dass die Schalter Q1 und Q2 nicht gleichzeitig eingeschaltet werden.
  • Obwohl die Verwendung einer Verzögerung dazu beitragen kann, Durchzündungsströme zu vermeiden, führt sie auch zu einer Totzeit, in der sowohl der High-Side-Schalter Q1 als auch der Low-Side-Schalter Q2 ausgeschaltet werden. Unter Bezugnahme auf 1 muss der Induktor L1, wenn der Induktor L1 Strom geführt hat, während der Totzeit auch weiterhin Strom führen. Da jedoch die beiden Schalter Q1 und Q2 während der Totzeit ausgeschaltet werden, verläuft der einzige Leitungsweg durch die Dioden. Da der Spannungsabfall über die Dioden größer ist als über die Schalter, verursacht der durch die Dioden fließende Strom Ineffizienzen und Verluste. So kommt es beispielsweise zu einem Leistungsverlust sowie zu einem Ladungsverlust bei der Sperrverzögerung der Diode. Da die Wandler immer schnellere Schaltgeschwindigkeiten entwickeln, ist die Totzeit ein wesentliches Kriterium in Bezug auf Benutzerfreundlichkeit und Effizienz. Daher ist eine Lösung erforderlich, bei der Durchzündungsströme verhindert werden, aber Totzeiten begrenzt oder vermieden werden.
  • 4 zeigt mehrere Wellendiagramme, die das High-Side-Schaltsignal und das Low-Side-Schaltsignal zeigen. Wellenform (a) zeigt das High-Side-Schaltsignal HS, Wellenform (b) zeigt das Low-Side-Schaltsignal LS und Wellenform (c) zeigt das High-Side-Schaltsignal HS und das Low-Side-Schaltsignal LS überlagert. Unter Bezugnahme auf Wellenform (c) schalten sich das High-Side-Schaltsignal und das Low-Side-Schaltsignal abwechselnd ein und aus, wobei die Lücken zwischen den „Ein“-Zuständen die Totzeit DT darstellen, in der keiner der beiden Schalter eingeschaltet ist.
  • Gemäß einem Aspekt einer oder mehrerer beispielhafter Ausführungsformen ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die im Wesentlichen die Wellenform (d) erzeugt, bei der die Totzeit DT nahezu Null ist. Gemäß einer oder mehreren exemplarischen Ausführungsformen ist es möglich, eine fast Null-Totzeit zu erzeugen, die zu überlappenden „Ein“-Zuständen führen könnte, die zu einem Durchzündungsstrom führen. Durch Rückmeldung soll jedoch verhindert werden, dass diese Überschneidung auftritt, aber ein negativer Zeitpotentialwert ist erreichbar, um eine Null-Totzeit zu erreichen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann eine kleine Phasenverzögerung, d. h. Überlappung, eingestellt werden, und dann kann eine größere Menge an Totzeit hinzugefügt werden, um diese Überlappung zu kompensieren. Diese Totzeit wird anschließend dekrementiert, bis das Nettoergebnis eine fast Null-Totzeit ist. Wenn die Totzeit gegen Null geht, reduziert sich der dekrementierende Wert gemeinsam asymptotisch auf einen Wert, der auf der Rückmeldung des Systems basiert.
  • Figurenliste
    • 1 veranschaulicht einen Synchronabwärtswandler gemäß dem Stand der Technik.
    • 2 veranschaulicht einen Synchronabwärtswandler gemäß dem Stand der Technik, bei dem sowohl High-Side- als auch Low-Side-Schalter leitend sind.
    • 3 veranschaulicht eine adaptive Gateansteuerungsschaltung gemäß dem Stand der Technik.
    • 4 veranschaulicht die Wellenformen von High-Side-Schaltsignalen und Low-Side-Schaltsignalen gemäß dem Stand der Technik und gemäß einer oder mehrerer beispielhafter Ausführungsformen.
    • 5 veranschaulicht eine Schaltung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 6 veranschaulicht eine Wellenform der Referenzspannung der Schaltung gemäß 5.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es wird nun ausführlich auf die folgenden beispielhaften Ausführungsformen Bezug genommen, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind, wobei sich gleichartige Bezugszeichen durchgängig auf gleichartige Elemente beziehen. Die beispielhaften Ausführungsformen können in verschiedenen Formen ausgeführt werden, ohne sich auf die hierin dargelegten exemplarischen Ausführungsformen zu beschränken. Beschreibungen von wohlbekannten Teilen werden der Klarheit halber ausgelassen.
  • 5 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zur Reduzierung der Totzeit zwischen Low-Side- und High-Side-Schaltsignalen. Gemäß der beispielhaften Ausführungsform wird eine dynamische oder sich ändernde Referenzspannung Vref in den negativen Eingang eines Komparators 50 und ein Rampensignal Vramp in den positiven Anschluss des Komparators 50 eingespeist. Das Rampensignal kann eine feste Periode aufweisen. Der Komparator gibt ein Verzögerungssignal basierend auf der Zeitdauer aus, die das Vramp -Signal benötigt, um die Referenzspannung Vref zu erreichen, was Verlängerung der Totzeit bewirkt. Insbesondere kann das Ausgangsverzögerungssignal, wenn es direkt mit dem Einschaltsignal UNDiert wird, verwendet werden, um die Verzögerung des Gatesignals eines oder mehrerer High-Side-Schalter und Low-Side-Schalter zu steuern, was sich auf die Höhe der Totzeit zwischen den „Ein“-Zuständen des High-Side-Schalters und des Low-Side-Schalters auswirkt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann für jeden der Low-Side-Schalter und der High-Side-Schalter eine der in 5 dargestellten Schaltungen vorgesehen werden. Diese sich dynamisch ändernde Referenzspannung Vref kann auf einen hohen Anlaufwert eingestellt werden, um die voreingestellte Totzeit zunächst auf einen hohen Wert einzustellen. Dadurch wird sichergestellt, dass der High-Side-Schalter und der Low-Side-Schalter beim Start nicht gleichzeitig eingeschaltet werden.
  • Dann wird die Totzeit gemessen und der Schalter S2 wird basierend auf der gemessenen Totzeit gesteuert. So kann beispielsweise die Totzeit durch Messen der Gate-Spannungen des High-Side-Schalters und des Low-Side-Schalters und der Spannung eines Schaltknotens zwischen dem High-Side-Schalter und dem Low-Side-Schalter gemessen werden. Wenn die gemessene Totzeit einen eingestellten Schwellenwert überschreitet, wird der Schalter S2 geschlossen, was dazu führt, dass ein gepulster dekrementierender Strom mit der gleichen Zeitdauer wie die Totzeit Ladung vom Vref -Kondensator abzieht (nicht dargestellt), wodurch sich die Referenzspannung Vref verringert. So kann beispielsweise eine erste zeitbasierte Stromquelle 51 die Referenzspannung Vref dekrementieren, wenn der Schalter S2 geschlossen ist. Der Schalter S2 kann durch ein Eingangssignal 52 gesteuert werden, das den Schalter S2 für eine gewisse Zeit schließt, basierend auf der gemessenen Totzeit und der Rate, mit der die erste zeitbasierte Stromquelle 51 die Referenzspannung Vref dekrementiert.
  • Die niedrigere Referenzspannung wird dann in den Komparator 50 eingespeist, der eine verringerte Verzögerung entsprechend der verringerten Referenzspannung Vref ausgibt. Mit jeder weiteren Totzeit wird die Totzeit durch Absenken der Referenzspannung langsam reduziert. Mit abnehmender Totzeit verringert sich auch die Zeitspanne, in der der gepulste Strom dekrementiert, bis er einen Fluchtpunkt erreicht, der eine fast Null-Überlappung aufweist oder eine fast-Null-Totzeit erreicht wird. Wie in 6 dargestellt, beginnt die Referenzspannung Vref bei einem relativ hohen Wert und wird langsam dekrementiert, bis eine konstante Referenzspannung erreicht ist. Insbesondere beträgt die Referenzspannung Vref in der beispielhaften Ausführungsform von 6 zunächst etwa 3,3 V, nimmt aber ab, bis sie eine relativ konstante Referenzspannung von etwa 1,7 V erreicht. Die in 6 dargestellten anfänglichen und konstanten Referenzspannungen und deren Änderungsraten sind jedoch nur beispielhaft, und diese Werte können variieren. Die Werte werden durch die Rückmeldung des Systems bestimmt.
  • Um negative Überlappungen zu vermeiden, wird die Überlappung vom High-Side- und Low-Side-Schalter gemessen und zur Steuerung des Schalters S3 verwendet. So kann beispielsweise die Überlappung durch Messen der Gate-Spannungen des High-Side-Schalters und des Low-Side-Schalters und der Spannung eines Schaltknotens zwischen dem High-Side-Schalter und dem Low-Side-Schalter gemessen werden. Alternativ kann die Totzeit gemessen und mit einem Schwellenwert verglichen werden, um zu bestimmen, ob die Totzeit kleiner als der Schwellenwert ist. Wird die gemessene Überlappung zu groß oder die Totzeit zu kurz, schließt der Schalter S3, was einen gepulsten inkrementierenden Strom verursacht, der den Vref -Kondensator auflädt und die Referenzspannung erhöht und damit die Verzögerung oder Totzeit erhöht. So kann beispielsweise eine zweite zeitbasierte Stromquelle 53 die Referenzspannung Vref inkrementieren, wenn der Schalter S3 geschlossen ist. Der Schalter S3 kann durch ein Eingangssignal 54 gesteuert werden, das den Schalter S3 für eine gewisse Zeit schließt, basierend auf der gemessenen Überlappung und der Rate, mit der die zweite zeitbasierte Stromquelle 53 die Referenzspannung Vref inkrementiert. Durch die Verhinderung, dass die Totzeit zu niedrig oder negativ wird, kann ein Durchzündungsstrom, der das Gerät beschädigen könnte, verhindert werden.
  • Obwohl die erfinderischen Konzepte der vorliegenden Offenbarung beschrieben und in Bezug auf deren beispielhaften Ausführungsformen veranschaulicht wurden, ist sie nicht auf die hierin offenbarten beispielhaften Ausführungsformen beschränkt, und Änderungen können darin vorgenommen werden, ohne vom Umfang der erfinderischen Konzepte abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 62500744 [0001]

Claims (17)

  1. Schaltung zum Steuern eines Leistungswandlers mit einem High-Side-Schalter und einem Low-Side-Schalter, wobei die Schaltung umfasst: einen Komparator, der konfiguriert ist, um eine Referenzspannung an einem ersten Eingang und eine Rampenspannung an einem zweiten Ausgang zu empfangen und ein Verzögerungssignal basierend auf einem Vergleich der Referenzspannung und der Rampenspannung auszugeben, wobei das Verzögerungssignal konfiguriert ist, um einen oder mehrere des High-Side-Schalters und des Low-Side-Schalters einzuschalten; und einen ersten Schalter, der gesteuert wird, um die Referenzspannung zu senken, wenn eine Totzeit einen ersten Schwellenwert überschreitet; und einen zweiten Schalter, der gesteuert wird, um die Referenzspannung zu erhöhen, wenn das Totzeitverzögerungssignal unter einem zweiten Schwellenwert liegt; wobei die Totzeit einer Zeitspanne entspricht, in der der High-Side-Schalter und der Low-Side-Schalter ausgeschaltet sind.
  2. Schaltung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine erste zeitbasierte Stromquelle, die konfiguriert ist, um über den ersten Schalter mit dem ersten Eingang des Komparators gekoppelt zu werden.
  3. Schaltung nach Anspruch 2, wobei der erste Schalter konfiguriert ist, um nach dem Bestimmen, dass die Totzeit den ersten Schwellenwert überschreitet, zu schließen, wodurch die Referenzspannung verringert wird, indem die erste zeitbasierte Stromquelle mit dem ersten Eingang des Komparators gekoppelt wird.
  4. Schaltung nach Anspruch 3, wobei der erste Schalter durch ein erstes Eingangssignal gesteuert wird, das den ersten Schalter basierend auf der Totzeit schließt.
  5. Schaltung nach Anspruch 4, wobei das erste Eingangssignal den ersten Schalter basierend auf einer Rate schließt, bei der die erste zeitbasierte Stromquelle die Referenzspannung verringert.
  6. Schaltung nach Anspruch 2, ferner umfassend eine zweite zeitbasierte Stromquelle, die konfiguriert ist, um über den ersten Schalter mit dem zweiten Eingang des Komparators gekoppelt zu werden; wobei der zweite Schalter konfiguriert ist, um nach dem Bestimmen, dass die Totzeit kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, zu schließen, wodurch die Referenzspannung erhöht wird, indem der zweite zeitbasierte Strom an den ersten Eingang des Komparators gekoppelt wird.
  7. Schaltung nach Anspruch 6, wobei der zweite Schalter durch ein zweites Eingangssignal gesteuert wird, das den zweiten Schalter basierend auf einer Rate schließt, mit der die zweite zeitbasierte Stromquelle die Referenzspannung erhöht.
  8. Vorrichtung, umfassend: einen Leistungswandler mit einem High-Side-Schalter und einem Low-Side-Schalter; einen Komparator, der konfiguriert ist, um eine Referenzspannung an einem ersten Eingang und eine Rampenspannung an einem zweiten Ausgang zu empfangen und ein Verzögerungssignal basierend auf einem Vergleich der Referenzspannung und der Rampenspannung auszugeben, wobei das Verzögerungssignal konfiguriert ist, um einen oder mehrere des High-Side-Schalters und des Low-Side-Schalters einzuschalten; und einen ersten Schalter, der gesteuert wird, um die Referenzspannung zu senken, wenn eine Totzeit einen ersten Schwellenwert überschreitet; und einen zweiten Schalter, der gesteuert wird, um die Referenzspannung zu erhöhen, wenn das Totzeitverzögerungssignal unter einem zweiten Schwellenwert liegt; wobei die Totzeit einer Zeitspanne entspricht, in der der High-Side-Schalter und Low-Side-Schalter ausgeschaltet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, ferner umfassend eine erste zeitbasierte Stromquelle, die konfiguriert ist, um über den ersten Schalter mit dem ersten Eingang des Komparators gekoppelt zu werden.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste Schalter konfiguriert ist, um nach dem Bestimmen, dass die Totzeit den ersten Schwellenwert überschreitet, zu schließen, wodurch die Referenzspannung verringert wird, indem die erste zeitbasierte Stromquelle mit dem ersten Eingang des Komparators gekoppelt wird.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der erste Schalter durch ein erstes Eingangssignal gesteuert wird, das den ersten Schalter basierend auf der Totzeit schließt.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das erste Eingangssignal den ersten Schalter basierend auf einer Rate schließt, bei der die erste zeitbasierte Stromquelle die Referenzspannung verringert.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 9, ferner umfassend eine zweite zeitbasierte Stromquelle, die konfiguriert ist, um über den ersten Schalter mit dem zweiten Eingang des Komparators gekoppelt zu werden; wobei der zweite Schalter konfiguriert ist, um nach dem Bestimmen, dass die Totzeit kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, zu schließen, wodurch die Referenzspannung erhöht wird, indem der zweite zeitbasierte Strom an den ersten Eingang des Komparators gekoppelt wird.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der zweite Schalter durch ein zweites Eingangssignal gesteuert wird, das den zweiten Schalter basierend auf einer Rate schließt, mit der die zweite zeitbasierte Stromquelle die Referenzspannung erhöht.
  15. Verfahren zum Steuern eines Leistungswandlers mit einem High-Side-Schalter und einem Low-Side-Schalter, wobei das Verfahren umfasst: Vergleichen einer Referenzspannung und einer Rampenspannung; Ausgeben eines Verzögerungssignals basierend auf dem Vergleich der Referenzspannung und der Rampenspannung; Einschalten mindestens eines des High-Side-Schalters und des Low-Side-Schalters basierend auf dem Verzögerungssignal; Messen einer Totzeit, wobei die Totzeit einer Zeitspanne entspricht, wenn der High-Side-Schalter und der Low-Side-Schalter ausgeschaltet sind; und Steuern der Referenzspannung basierend auf der gemessenen Totzeit.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Steuern der Referenzspannung umfasst: Bestimmen, ob die gemessene Totzeit einen ersten Schwellenwert überschreitet; und nach dem Bestimmen, dass die gemessene Totzeit den ersten Schwellenwert überschreitet, Verringern der Referenzspannung.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Steuern der Referenzspannung umfasst: Bestimmen, ob die gemessene Totzeit unter einem zweiten Schwellenwert liegt; und nach dem Bestimmen, dass die gemessene Totzeit unter dem zweiten Schwellenwert liegt, Erhöhen der Referenzspannung.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3087305A1 (fr) 2018-10-15 2020-04-17 Stmicroelectronics (Rousset) Sas Alimentation a decoupage
FR3089723A1 (fr) * 2018-12-11 2020-06-12 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Circuit retardateur
CN209545428U (zh) * 2019-03-20 2019-10-25 力智电子股份有限公司 电源切换电路
KR102182886B1 (ko) * 2019-11-11 2020-11-25 주식회사 솔루엠 컨버터의 데드타임 가변 시스템 및 데드타임 가변 방법
US11081963B2 (en) * 2019-11-27 2021-08-03 Infineon Technologies Austria Ag Slope detection and correction for current sensing using on-state resistance of a power switch
CN111884516B (zh) * 2020-07-27 2022-02-08 深圳市航嘉驰源电气股份有限公司 频率控制芯片及开关电源
CN111884517B (zh) * 2020-07-27 2021-12-10 深圳市航嘉驰源电气股份有限公司 控制芯片及开关电源

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7372238B1 (en) * 2004-04-29 2008-05-13 National Semiconductor Corporation Apparatus and method for step-down switching voltage regulation
US7800350B2 (en) * 2007-05-11 2010-09-21 Freescale Semiconductor, Inc. Apparatus for optimizing diode conduction time during a deadtime interval
US7888925B2 (en) * 2007-07-23 2011-02-15 Intersil Americas Inc. Load current compensation in synchronous power converters
WO2009015205A1 (en) * 2007-07-23 2009-01-29 Intersil Americas Inc. Dead-time transition adjustments for synchronous power converters
JP4438879B2 (ja) * 2008-03-19 2010-03-24 Ｔｄｋ株式会社 同期整流型ｄｃ／ｄｃコンバータ
US8749209B2 (en) * 2008-05-05 2014-06-10 Infineon Technologies Austria Ag System and method for providing adaptive dead times
CN102377357B (zh) * 2010-08-09 2014-06-18 尼克森微电子股份有限公司 次级侧同步整流控制器及其电源转换电路
JP2012186987A (ja) * 2011-02-17 2012-09-27 Ricoh Co Ltd スイッチング電源装置、ａｃ電源装置、及び画像形成装置
TWI535177B (zh) * 2014-10-24 2016-05-21 財團法人工業技術研究院 轉換器的電壓補償方法
WO2016065504A1 (en) * 2014-10-27 2016-05-06 Texas Instruments Incorporated Dc-dc converter with temperature, process and voltage compensated dead time delay
US9729061B2 (en) * 2015-07-08 2017-08-08 Qualcomm Incorporated Boost regulator having adaptive dead time
CN105024529B (zh) * 2015-07-28 2018-08-31 金学成 一种智能功率模块自适应死区时间产生电路及应用方法

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