專利名稱：用于同步整流器的驅(qū)動器以及采用該驅(qū)動器的功率轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及功率電子器件，并且更具體地涉及功率轉(zhuǎn)換器以及為可操作為功率轉(zhuǎn)換器中的同步整流器的開關(guān)生成驅(qū)動信號的方法。
背景技術(shù)：
開關(guān)模式的功率轉(zhuǎn)換器(也稱為“功率轉(zhuǎn)換器”或“調(diào)節(jié)器”)是將輸入電壓波形轉(zhuǎn)換成特定輸出電壓波形的功率供給電路或功率處理電路。DC-DC功率轉(zhuǎn)換器將直流(“dc”) 輸入電壓轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓。與功率轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)的控制器通過控制其中采用的功率開關(guān)的導(dǎo)通周期來管理其操作。一般而言，控制器以反饋環(huán)路配置(也稱為“控制環(huán)路”或“閉合控制環(huán)路”)耦合在功率轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出之間。通常，控制器測量功率轉(zhuǎn)換器的輸出特性(例如，輸出電壓、輸出電流或輸出電壓和輸出電流的組合)，并基于此修改功率轉(zhuǎn)換器的功率開關(guān)的占空比。占空比是功率開關(guān)的導(dǎo)通周期與其開關(guān)周期的比率。因而，如果功率開關(guān)在半個開關(guān)周期上導(dǎo)通，則該功率開關(guān)的占空比將為0. 5(或50% )。附加地，當通過功率轉(zhuǎn)換器供電的諸如微處理器之類的系統(tǒng)的電壓或電流動態(tài)變化時(例如，當微處理器上的計算負載變化時)，控制器應(yīng)當配置為動態(tài)增加或減小其中功率開關(guān)的占空比以將諸如輸出電壓之類的輸出特性維持在期望值。為了產(chǎn)生直流輸出電壓，功率轉(zhuǎn)換器經(jīng)常采用二極管來對跨變壓器的次級繞組產(chǎn)生的交流電壓進行整流。功率轉(zhuǎn)換器也可以采用二極管來提供用于為諸如輸出濾波電感器之類的電感器中的電流提供連續(xù)性的電流路徑。上述二極管通常稱為“續(xù)流二極管”。整流器件和續(xù)流器件會由于跨二極管的正向電壓降而在功率轉(zhuǎn)換器中(特別是在產(chǎn)生5伏或更少的輸出電壓的功率轉(zhuǎn)換器中)引入功率損耗分量。具有相對低的正向電壓降的肖特基二極管通常被用在低電壓功率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中以減少二極管正向電壓降。然而，諸如肖特基二極管之類的無源整流器件通常無法實現(xiàn)小于約0. 35伏的正向電壓降，由此限制了功率轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。為了實現(xiàn)可接受的效率水平，提供低輸出電壓(例如，1伏)的功率轉(zhuǎn)換器通常采用具有小于約0. 1伏的正向電壓降的整流器件。為了提供對由于二極管中的正向電壓降引起的功率損耗的進一步減少，通常采用提供電阻性電壓降的諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(“M0SFET”)之類的有源半導(dǎo)體開關(guān)來替換二極管。然而，必須與交流(“ac”)電壓(例如，跨變壓器的次級繞組產(chǎn)生的交流電壓)的周期性波形同步地將有源半導(dǎo)體開關(guān)周期性地驅(qū)動為導(dǎo)通和非導(dǎo)通模式或狀態(tài)。有源半導(dǎo)體開關(guān)由此可以避免無源整流器件中固有的較高正向電壓降。通過有源半導(dǎo)體開關(guān)替代二極管所引入的設(shè)計問題在于，需要為此提供驅(qū)動信號，該驅(qū)動信號與功率轉(zhuǎn)換器的操作精確同步，以控制有源半導(dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通和非導(dǎo)通模式或狀態(tài)。在功率轉(zhuǎn)換器中替代二極管的有源半導(dǎo)體開關(guān)一般稱為“同步整流器”或“同步整流器開關(guān)”。本領(lǐng)域中已知多種電路設(shè)計技術(shù)來為同步整流器提供驅(qū)動信號。例如，通過參考引入于此的 1994年4月 12 日授于Rozman 的標題為“Low Loss Synchronous Rectifier for Application to Clamped-Mode Power Converters，，的美國專利No. 5，303，138公開了可以通過變壓器的次級繞組的端子來驅(qū)動應(yīng)用于功率轉(zhuǎn)換器的有源箝位的同步整流器的柵極。 如通過參考引入于此的2001年9月11日授于Jacobs等人的標題為“Drive Compensation Circuit for Synchronous Rectifier and Method of Operating the Same，，白勺美國專禾 No. 6，288，920所述，可以構(gòu)建采用與變壓器的次級繞組串聯(lián)耦合的電容器和二極管的驅(qū)動電路來驅(qū)動同步整流器的柵極。如通過參考引入于此的2004年12月14日授于Perry的標題為"Synchronous Rectifier Drive Circuit and Power Supply Including Same，，的美國專利No. 6，831，847所述，可以利用導(dǎo)通開關(guān)、截止開關(guān)、電荷泵和脈沖變壓器來形成用于同步整流器的驅(qū)動電路。在通過參考引入于此的由Marty Brown第二次編輯的“Power Supply Cookbook” 中描述了更多已知的同步整流器。如Brown在其中的第3. 6. 2節(jié)中所述，圖(a)和圖(c)示出了通過如圖(a)中直接連接的初級側(cè)開關(guān)電路驅(qū)動的同步整流器以及借助于圖(c)中的變壓器驅(qū)動的同步整流器。Brown的圖(b)示出了通過變壓器的輸出電壓直接驅(qū)動的同步整流器。因而，如參考文獻中所述，可以采用包括有源箝位的特定功率轉(zhuǎn)換拓撲來驅(qū)動用作同步整流器的有源半導(dǎo)體開關(guān)的控制端子，或者可以采用附加的變壓器繞組來驅(qū)動它。然而，這些方法中的每一個方法都提供限制或以其它方式降低同步整流器在許多應(yīng)用中的使用的效率和/或成本限制。因此，本領(lǐng)域中所需要的是一種用于功率轉(zhuǎn)換器中的同步整流器的驅(qū)動器以及避免現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷的有關(guān)方法。

發(fā)明內(nèi)容
通過本發(fā)明的有利實施例一般解決或者規(guī)避這些以及其它問題并且一般實現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢，本發(fā)明的有利實施例包括用于開關(guān)的驅(qū)動器、用于驅(qū)動開關(guān)的方法以及采用該驅(qū)動器的功率轉(zhuǎn)換器。在一個實施例中，用于開關(guān)的驅(qū)動器包括耦合到開關(guān)的端子的第一驅(qū)動器開關(guān)。該驅(qū)動器還包括關(guān)于第一驅(qū)動器開關(guān)反向并且耦合到開關(guān)的另一端子的第二驅(qū)動器開關(guān)，其中第一驅(qū)動器開關(guān)和第二驅(qū)動器開關(guān)配置為向開關(guān)的控制端子提供驅(qū)動信號。在另一方面中，本發(fā)明提供一種用于開關(guān)的驅(qū)動器，該驅(qū)動器包括耦合到開關(guān)的端子的驅(qū)動器開關(guān)。該驅(qū)動器還包括耦合到驅(qū)動器開關(guān)的控制端子以及開關(guān)的另一端子的二極管，其中驅(qū)動器開關(guān)和二極管配置為向開關(guān)的控制端子提供驅(qū)動信號。以上相當寬泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)勢，以便可以更好地理解隨后對本發(fā)明的具體描述。以下將描述構(gòu)成本發(fā)明的權(quán)利要求的主題的本發(fā)明的附加特征和優(yōu)勢。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認識到，所公開的概念和特定實施例可以容易地用作修改或設(shè)計用于實現(xiàn)本發(fā)明相同目的的其它結(jié)構(gòu)或過程的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)認識到，這樣的等同構(gòu)造并不脫離所附權(quán)利要求所闡明的本發(fā)明的精神和范圍。


為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)勢，現(xiàn)在參考以下結(jié)合附圖進行的描述，其中圖1圖示了提供本發(fā)明應(yīng)用環(huán)境的功率轉(zhuǎn)換器的部分的實施例的示意圖；以及圖2至圖10圖示了包括根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的用于開關(guān)的驅(qū)動器的實施例的功率轉(zhuǎn)換器的部分的示意圖。
具體實施例方式下面詳細討論本示例性實施例的制造和使用。然而應(yīng)認識到，本發(fā)明提供可以在各種各樣的特定上下文中實施的許多可應(yīng)用的發(fā)明構(gòu)思。所討論的特定實施例只是說明用于制造和使用本發(fā)明的特定方式，而不限制本發(fā)明的范圍。將關(guān)于特定上下文中的示例性實施例來描述本發(fā)明，該示例性實施例即包括利用反向開關(guān)(例如晶體管)或二極管構(gòu)造的驅(qū)動器以驅(qū)動開關(guān)(例如同步整流器開關(guān))的控制端子的功率轉(zhuǎn)換器以及其操作方法。盡管將在功率轉(zhuǎn)換器的環(huán)境中描述本發(fā)明的原理， 但可以受益于驅(qū)動器的諸如功率放大器或馬達控制器之類的任何應(yīng)用都完全在本發(fā)明的寬廣范圍內(nèi)?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，圖示的是提供本發(fā)明應(yīng)用環(huán)境的功率轉(zhuǎn)換器(例如回掃功率轉(zhuǎn)換器)的部分的實施例的示意圖。該功率轉(zhuǎn)換器的功率傳動機構(gòu)(power train)包括功率開關(guān)S1，該功率開關(guān)S1耦合到提供輸入電壓Vin的電功率源(也稱為輸入功率源，諸如直流輸入功率源)。電功率源將輸入功率供給到隔離的變壓器Tl。變壓器Tl具有初級匝數(shù)Np和次級匝數(shù)Ns，選擇該初級匝數(shù)Np和次級匝數(shù)Ns以提供輸出電壓V。ut，其中考慮所產(chǎn)生的占空比和對功率傳動機構(gòu)組件的應(yīng)力。功率開(例如η溝道M0SFET)通過控制器(例如， 脈寬調(diào)制控制器，未示出)控制，該控制器控制功率開關(guān)S1針對占空比導(dǎo)通。因而，功率開關(guān)S1響應(yīng)于由脈寬調(diào)制控制器按照開關(guān)頻率fs產(chǎn)生的柵極驅(qū)動信號GD1來導(dǎo)通。占空比通過脈寬調(diào)制控制器來調(diào)整以調(diào)節(jié)功率轉(zhuǎn)換器的輸出的特性，諸如輸出電壓、輸出電流或者二者的組合。在變壓器Tl的次級繞組上出現(xiàn)的交流電壓通過二極管Dsl來整流，并且所得到的整流波形耦合到輸出濾波電容器Cout以產(chǎn)生輸出電壓V。ut。在占空比的第一部分D期間，流過變壓器Tl的磁化電感的電流增加，并且二極管 DSl阻止變壓器次級電壓施加到輸出濾波電容器Cout。在占空比的互補部分(一般與功率開關(guān)S1的互補占空比“1-D”共同存在)期間，響應(yīng)于柵極驅(qū)動信號GD1的功率開關(guān)S1轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍?dǎo)通狀態(tài)，并且流過變壓器Tl的磁化電感的電流按照變壓器Tl的匝數(shù)比反向縮減并且通過二極管Dsl耦合到輸出濾波電容器Cout。在占空比的互補部分I-D期間，流過變壓器Tl的磁化電感的電流減少。一般而言，在占空比的第一部分D期間，可以調(diào)整功率開關(guān) S1的占空比以維持功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓V。ut的調(diào)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解到，可以將電壓尖峰緩沖器連接到節(jié)點N1以對在功率開關(guān)S1轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍?dǎo)通狀態(tài)時可能跨功率開關(guān)S1 產(chǎn)生的電壓尖峰進行箝位。為了調(diào)節(jié)輸出電壓V。ut，通常使用誤差放大器將通過跨功率轉(zhuǎn)換器的輸出端子耦合的分壓器網(wǎng)絡(luò)(未示出)產(chǎn)生的輸出電壓v。ut的縮放值與脈寬調(diào)制控制器中的參考電壓相比較。誤差放大器的輸出和鋸齒電壓信號饋送到比較器。比較器的輸出控制功率開關(guān)S1 的占空比。這構(gòu)成了負反饋布置，用于將輸出電壓V。ut調(diào)節(jié)為參考電壓的縮放值。較大占空比暗示著功率開關(guān)S1在功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)周期的較長部分上閉合。諸如MOSFET之類的有源開關(guān)可以替代二極管Dsl作為同步整流器以提高功率轉(zhuǎn)換效率。如這里所介紹的，用于可用作同步整流器開關(guān)的開關(guān)的驅(qū)動器為此產(chǎn)生驅(qū)動信號，有利地，無需電流變壓器或變壓器上的附加繞組，并且無需來自脈寬調(diào)制控制器的控制功率轉(zhuǎn)換器的初級側(cè)上的功率開關(guān)的信號。跨用作同步整流器開關(guān)的開關(guān)的漏極到源極端子的電壓通過驅(qū)動器中的兩個開關(guān)(例如晶體管)來感測。兩個晶體管之一可以按照反向配置耦合在驅(qū)動器中。有利地，采用合理數(shù)量的開關(guān)(例如晶體管或二極管)來驅(qū)動同步整流器開關(guān)?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2至圖10，圖示了包括根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的用于開關(guān)(例如同步整流器開關(guān))的驅(qū)動器的實施例的功率轉(zhuǎn)換器的部分的示意圖。以圖2開始，功率轉(zhuǎn)換器的功率傳動機構(gòu)的初級側(cè)圖示為其中變壓器Tl的初級繞組的一個端子耦合到第一功率開關(guān) S10初級繞組的另一端子耦合到提供輸入電壓Vin的電功率源(例如輸入功率源，諸如直流輸入功率源)。第一電阻器Rl表示變壓器Tl的初級繞組的電阻和與功率傳動機構(gòu)的初級側(cè)串聯(lián)的其它附帶電阻。如本領(lǐng)域中完全理解的那樣，在變壓器Tl的初級側(cè)上一般包括其它組件(未示出)以在占空比的互補部分I-D期間使變壓器Tl的磁通量復(fù)位。如下所述， 功率轉(zhuǎn)換器可操作為正向、回掃和其它開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器拓撲。功率傳動機構(gòu)的次級側(cè)在圖2中圖示為耦合到由具有輸出電壓V。ut的電池表示的負載。第二電阻器R2和第三電阻器R3表示變壓器Tl的次級繞組的電阻和諸如功率轉(zhuǎn)換器的輸出端子的電阻之類的其它附帶電路電阻。應(yīng)注意的是，變壓器Tl的初級繞組和次級繞組的匝數(shù)分別表示為Np、Ns?？缤秸髌鏖_關(guān)SR的電壓由形成有第一驅(qū)動器開關(guān)Ql和第二驅(qū)動器開關(guān) Q2(例如η型雙極晶體管)的驅(qū)動器來感測，該同步整流器開關(guān)SR在圖2中圖示為具有源極“S”、漏極“d”和柵極“g”的η溝道M0SFET。第一驅(qū)動器開關(guān)Ql和第二驅(qū)動器開關(guān)Q2 構(gòu)成差分放大器的至少一部分。第一驅(qū)動器開關(guān)Ql的集電極電壓控制至同步整流器開關(guān) SR的驅(qū)動信號SRGD的電壓。導(dǎo)通電流通過第三驅(qū)動器開關(guān)Q3放大，以減小同步整流器開關(guān)SR的導(dǎo)通時間，該第三驅(qū)動器開關(guān)Q3耦合在第一驅(qū)動器開關(guān)Ql的集電極端子與同步整流器開關(guān)SR的柵極之間。本領(lǐng)域中公知類似的差分放大器，其中使用諸如第二驅(qū)動器開關(guān) Q2的發(fā)射極之類的端子作為對該差分放大器的輸入。在所示實施例中，第二驅(qū)動器開關(guān)Q2 關(guān)于第一開關(guān)驅(qū)動器開關(guān)Ql反向(即，第二驅(qū)動器開關(guān)Q2的開關(guān)端子或發(fā)射極和集電極端子相比于第一驅(qū)動器開關(guān)Ql的開關(guān)端子或發(fā)射極和集電極端子為反向)。第二驅(qū)動器開關(guān)Q2的集電極端子用作差分放大器輸入以提供驅(qū)動器的耐高壓能力。附加地，第一驅(qū)動器開關(guān)Ql和第二驅(qū)動器開關(guān)Q2的反向關(guān)系產(chǎn)生差分放大器的小的偏移電壓，因為在同一電流水平上，通常的基極到集電極電壓Vb。稍高于基極到發(fā)射極電壓Vbe。第一驅(qū)動器開關(guān)Ql 和第二驅(qū)動器開關(guān)Q2優(yōu)選地為同一類型的開關(guān)，諸如匹配晶體管，以確保在至差分放大器的輸入處的可預(yù)測的偏移電壓，其中第二驅(qū)動器開關(guān)Q2由于其反向配置而仿效低β晶體管。當其漏極到源極電壓為負或接近于零時，減少的差分放大器偏移電壓能夠使得同步整流器開關(guān)SR可靠地關(guān)斷。同步整流器的操作可以進一步說明如下。為描述的目的，功率轉(zhuǎn)換器被示出為具
8有次級側(cè)接地gnds。在占空比的第一部分D中，當變壓器Tl的次級繞組的上端子關(guān)于其下端子為正時，整流電流順時針流過由次級繞組形成的功率轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)、表示負載的具有輸出電壓V。ut的電池以及同步整流器開關(guān)SR。作為結(jié)果，同步整流器開關(guān)SR的漏極通過關(guān)于次級側(cè)接地gnds可能為幾百毫伏而變?yōu)樨?。這使得第一驅(qū)動器開關(guān)Ql的基極關(guān)于其發(fā)射極稍微變?yōu)樨?，或者?yōu)選地至少非正，由此使第一驅(qū)動器開關(guān)Ql截止。第一驅(qū)動器開關(guān)Ql的集電極的電壓通過第四電阻器R4拉高，這又使第三驅(qū)動器開關(guān)Q3導(dǎo)通。使第三驅(qū)動器開關(guān)Q3 (其耦合到功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓V。ut的正端子)導(dǎo)通，提升了同步整流器開關(guān)SR的柵極(與驅(qū)動信號SRGD —致)的電壓，由此使同步整流器開關(guān)SR導(dǎo)通。當變壓器Tl的次級繞組的上端子關(guān)于其下端子為負時，在占空比的互補部分I-D 期間，在同步整流器開關(guān)SR處電流被阻止流過功率轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)。同樣，功率轉(zhuǎn)換器的次級側(cè)通過次級繞組、表示具有輸出電壓V。ut的負載的電池以及同步整流器開關(guān)SR形成。 在這種情況下，同步整流器開關(guān)SR的漏極關(guān)于次級側(cè)接地gnds為正。第二驅(qū)動器開關(guān)Q2 截止，使得第五電阻器R5能夠向第一驅(qū)動器開關(guān)Ql供給電流，由此使第一驅(qū)動器開關(guān)Ql 導(dǎo)通。這拉低第三驅(qū)動器開關(guān)Q3的基極的電壓，由此使第三驅(qū)動器開關(guān)Q3截止。在開關(guān)周期的這部分期間，必要時，第一二極管Dl (耦合到第一驅(qū)動器開關(guān)Ql的集電極端子以及第三驅(qū)動器開關(guān)Q3的發(fā)射極端子)拉低同步整流器開關(guān)SR的柵極，由此使同步整流器開關(guān)SR截止。因而，包括形成有第一驅(qū)動器開關(guān)Ql和第二驅(qū)動器開關(guān)Q2的差分放大器的驅(qū)動器能夠耐受跨同步整流器開關(guān)SR產(chǎn)生的電壓，同時利用少量簡單且不昂貴的電路組件生成用于同步整流器開關(guān)SR的驅(qū)動信號SRGD。因而，用于同步整流器開關(guān)SR的驅(qū)動器包括第一驅(qū)動器開關(guān)Q1、第二驅(qū)動器開關(guān) Q2、第三驅(qū)動器開關(guān)Q3、第一二極管Dl以及第四電阻器R4、第五電阻器R5和第六電阻器 R6。第六電阻器R6耦合到第二驅(qū)動器開關(guān)Q2的端子(例如發(fā)射極)并且跨第五電阻器R5 耦合。第一驅(qū)動器開關(guān)Ql耦合到同步整流器開關(guān)SR的端子(例如源極)，并且第二驅(qū)動器開關(guān)Q2關(guān)于第一驅(qū)動器開關(guān)Ql反向且耦合到同步整流器開關(guān)SR的另一端子(例如漏極)。 第一驅(qū)動器開關(guān)Ql和第二驅(qū)動器開關(guān)Q2配置為向同步整流器開關(guān)SR的控制端子(例如柵極)提供驅(qū)動信號SRGD。當然，盡管所示實施例提供用于同步整流器開關(guān)SR的驅(qū)動器， 但驅(qū)動器可應(yīng)用于任何開關(guān)，包括但不限于功率轉(zhuǎn)換器的任何功率開關(guān)，或其它開關(guān)。在下面的示例性功率轉(zhuǎn)換器中，為簡潔起見，其類似組件用類似的參考標號表示。而且，以下驅(qū)動器和功率轉(zhuǎn)換器的操作類似于關(guān)于圖2所描述的功率轉(zhuǎn)換器并且以下將不進行描述?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，除了以上關(guān)于圖2提供的許多組件之外，驅(qū)動器還包括第七電阻器 R7，該第七電阻器R7耦合到第二驅(qū)動器開關(guān)Q2的發(fā)射極和基極，以降低其發(fā)射極-基極電壓。第七電阻器R7的添加使得能夠在較高輸出電壓下使用驅(qū)動器和功率轉(zhuǎn)換器。在驅(qū)動器和功率轉(zhuǎn)換器的該實施例以及這里的其它實施例中，特定組件的值可以改變以滿足特定應(yīng)用的需要。附加地，可以根據(jù)其應(yīng)用，諸如具有特定開關(guān)頻率、功率水平或輸出電壓的應(yīng)用，來應(yīng)用驅(qū)動器的備選方案。對于如關(guān)于圖4所示的驅(qū)動器，第二驅(qū)動器開關(guān)Q2的發(fā)射極直接耦合到其基極以將其發(fā)射極_基極電壓降低至基本為零。圖3和圖4所示的驅(qū)動器的備選方案二者產(chǎn)生偏移電壓的變化。因此，同步整流器的效率相比于圖2所示同步整流器的效率可能改變?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，已經(jīng)從上述驅(qū)動器中省略第三驅(qū)動器開關(guān)Q3和第一二極管D1。該備選方案可能是最低成本的，因為已經(jīng)去掉了驅(qū)動器開關(guān)和二極管。根據(jù)該方案，同步整流器開關(guān)SR的導(dǎo)通時間可能比其他備選方案的要長，這可能影響同步整流器以及功率轉(zhuǎn)換器的效率?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6，在驅(qū)動器的先前實施例中示出的第一二極管Dl已經(jīng)替換為第四驅(qū)動器開關(guān)(例如晶體管)Q4，該第四驅(qū)動器開關(guān)Q4耦合在第一驅(qū)動器開關(guān)Ql的集電極端子與第三驅(qū)動器開關(guān)Q3的發(fā)射極端子之間，以減小同步整流器開關(guān)SR的關(guān)斷時間(即，增加關(guān)斷速度)。圖6所示的驅(qū)動器還包括第八電阻器R8，該第八電阻器R8耦合到第一驅(qū)動器開關(guān)Q1、第三驅(qū)動器開關(guān)Q3和第四驅(qū)動器開關(guān)Q4?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖7，除了第四驅(qū)動器開關(guān)Q4(耦合在第一驅(qū)動器開關(guān)Ql的集電極端子與第三驅(qū)動器開關(guān)Q3的基極端子之間)之外，驅(qū)動器還包括跨第三驅(qū)動器開關(guān)Q3的發(fā)射極_基極耦合的第一二極管D1。該驅(qū)動器還包括耦合到所述第四驅(qū)動器開關(guān)Q4的第九電阻器R9。在本實施例中，第四驅(qū)動器開關(guān)Q4用作阻抗轉(zhuǎn)換器(例如高輸入阻抗和低輸出阻抗)，以允許第三驅(qū)動器開關(guān)Q3利用較高基極電流導(dǎo)通，由此使得第三驅(qū)動器開關(guān)Q3更快速地轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂範顟B(tài)。因而，第三驅(qū)動器開關(guān)Q3和第四驅(qū)動器開關(guān)Q4協(xié)作以減小同步整流器開關(guān)SR的關(guān)斷時間(即，增加關(guān)斷速度)。附加地，第四驅(qū)動器開關(guān)Q4驅(qū)動通過第一二極管Dl的較高電流?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖8，驅(qū)動器包括第十電阻器R10，該第十電阻器RlO耦合到第一驅(qū)動器開關(guān)Ql和第三驅(qū)動器開關(guān)Q3、跨第一二極管Dl耦合并耦合到同步整流器開關(guān)SR。第十電阻器RlO的添加降低了同步整流器開關(guān)SR的關(guān)斷電壓，這對于可在提供低輸出電壓V。ut的功率轉(zhuǎn)換器中采用的具有低柵極閾值電壓的M0SFET(用作同步整流器開關(guān)SR)而言可能是必要的。關(guān)于圖9所示的功率轉(zhuǎn)換器的實施例包括與同步整流器開關(guān)SR并聯(lián)的第二二極管(例如肖特基二極管)D2，以進一步提高功率轉(zhuǎn)換器的效率?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖10，圖示的是驅(qū)動器的另一實施例，該驅(qū)動器包括代替關(guān)于用于同步整流器開關(guān)SR的驅(qū)動器的先前實施例所描述和圖示的第二驅(qū)動器開關(guān)Q2的二極管(例如第三二極管D3)。應(yīng)選擇第一驅(qū)動器開關(guān)Ql和第三二極管D3以針對包括由第一驅(qū)動器開關(guān)Ql和第三二極管D3構(gòu)成的差分放大器的驅(qū)動器獲得充分小的偏移電壓。在所示實施例中，驅(qū)動器包括耦合到同步整流器開關(guān)SR的端子(例如源極)的第一驅(qū)動器開關(guān)Ql和耦合到第一驅(qū)動器開關(guān)Ql的控制端子(例如基極)以及同步整流器開關(guān)SR的另一端子(例如漏極)的二極管(例如第三二極管D3)。第一驅(qū)動器開關(guān)Ql和第三二極管D3配置為向同步整流器開關(guān)SR的控制端子(例如柵極)提供驅(qū)動信號SRGD。驅(qū)動器還包括至少一個附加驅(qū)動器開關(guān)(例如第三驅(qū)動器開關(guān)Q3)，其配置為與第一驅(qū)動器開關(guān)Ql和第三二極管 D3協(xié)作來向同步整流器開關(guān)SR的柵極提供驅(qū)動信號SR⑶。驅(qū)動器還包括耦合在第一驅(qū)動器開關(guān)Ql的集電極端子與第三驅(qū)動器開關(guān)Q3的發(fā)射極端子之間的二極管(例如第一二極管D1)。該驅(qū)動器還包括耦合到第一驅(qū)動器開關(guān)Ql的集電極端子的電阻器(例如第四電阻器R4)以及耦合到第三二極管D3與第一驅(qū)動器開關(guān)Ql的基極之間的節(jié)點的另一電阻器 (例如第五電阻器R5)。同樣，盡管所示實施例提供了用于同步整流器開關(guān)SR的驅(qū)動器，但該驅(qū)動器可應(yīng)用于任何開關(guān)，包括但不限于功率轉(zhuǎn)換器的任何功率開關(guān)，或其它開關(guān)。附加地，可以組合前面圖示和描述的驅(qū)動器的許多變體以及其中的所選組件，以生成用于功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)或用于其它應(yīng)用的驅(qū)動器的更多變體。圖10的驅(qū)動器圖示了先前在上面描述的組件中的
一些組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解到，先前描述的驅(qū)動器和功率轉(zhuǎn)換器以及其相關(guān)操作方法的實施例僅為說明性目的呈現(xiàn)的。此外，各種各樣的功率轉(zhuǎn)換器拓撲完全在本發(fā)明的寬廣范圍內(nèi)。盡管已經(jīng)在包括具有反向驅(qū)動器開關(guān)或二極管來驅(qū)動同步整流器開關(guān)的控制端子以有利地利用提高的效率向負載供電的差分放大器的功率轉(zhuǎn)換器的環(huán)境中描述了驅(qū)動器， 但驅(qū)動器還可以應(yīng)用于其它系統(tǒng)，諸如但不限于功率放大器、馬達控制器以及用于根據(jù)步進馬達或其它電機設(shè)備控制致動器的系統(tǒng)。為了更好地理解功率轉(zhuǎn)換器，參見“Modern DC-to-DC Power Switch-mode Power Converter Circuits"by Rudolph P. Severns and Gordon Bloom,Van Nostrand Reinhold Company, New York, New York(1985)以及"Principles of Power Electronics"by J. G. Kassakian,M. F. Schlecht and G. C. Verghese, Addison-ffesley (1991)。上述參考文獻的全部內(nèi)容通過參考引入于此。而且，盡管已經(jīng)具體描述了本發(fā)明及其優(yōu)勢，但應(yīng)理解到，在此可以在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下進行各種改變、替代和變更。例如，上述許多過程可以按照不同方法來實現(xiàn)并且可以通過其它過程或者其組合來替換。此外，本申請的范圍并不旨在限于說明書中描述的過程、機械、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法和步驟的特定實施例。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員通過本發(fā)明的公開內(nèi)容可以容易地理解的那樣，根據(jù)本發(fā)明可以利用執(zhí)行與本文所描述的對應(yīng)實施例基本相同功能或?qū)崿F(xiàn)基本相同結(jié)果的當前存在或后來將開發(fā)的過程、機械、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟。因而， 所附權(quán)利要求旨在將這些過程、機械、制造、物質(zhì)組成、裝置、方法或步驟包括其范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
1.一種用于開關(guān)的驅(qū)動器，包括第一驅(qū)動器開關(guān)，耦合到所述開關(guān)的端子；以及第二驅(qū)動器開關(guān)，關(guān)于所述第一驅(qū)動器開關(guān)反向并且耦合到所述開關(guān)的另一端子，其中所述第一驅(qū)動器開關(guān)和所述第二驅(qū)動器開關(guān)配置為向所述開關(guān)的控制端子提供驅(qū)動信號。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，其中所述第一驅(qū)動器開關(guān)和所述第二驅(qū)動器開關(guān)構(gòu)成差分放大器的至少一部分。
3.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，其中所述第一驅(qū)動器開關(guān)和所述第二驅(qū)動器開關(guān)是匹配晶體管。
4.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，還包括至少一個附加驅(qū)動器開關(guān)，所述至少一個附加驅(qū)動器開關(guān)配置為與所述第一驅(qū)動器開關(guān)和所述第二驅(qū)動器開關(guān)協(xié)作來向所述開關(guān)的所述控制端子提供所述驅(qū)動信號。
5.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，還包括二極管，所述二極管耦合在所述第一驅(qū)動器開關(guān)的端子和第三驅(qū)動器開關(guān)的端子之間。
6.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，還包括二極管，所述二極管耦合在所述第一驅(qū)動器開關(guān)的端子和第三驅(qū)動器開關(guān)的端子之間；以及電阻器，所述電阻器跨所述二極管耦合。
7.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，還包括電阻器，所述電阻器跨所述第二驅(qū)動器開關(guān)的端子和控制端子耦合。
8.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，其中所述第二驅(qū)動器開關(guān)的端子耦合在一起。
9.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，還包括第三驅(qū)動器開關(guān)，耦合在所述第一驅(qū)動器開關(guān)的端子和所述開關(guān)的所述控制端子之間；以及第四驅(qū)動器開關(guān)，耦合在所述第一驅(qū)動器開關(guān)的所述端子和所述第三驅(qū)動器開關(guān)的端子之間。
10.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動器，還包括二極管，所述二極管與所述開關(guān)并聯(lián)耦合。
11.一種方法，包括向開關(guān)的控制端子提供驅(qū)動信號，所述開關(guān)具有耦合到所述開關(guān)的端子的第一驅(qū)動器開關(guān)和關(guān)于所述第一驅(qū)動器開關(guān)反向且耦合到所述開關(guān)的另一端子的第二驅(qū)動器開關(guān)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括利用耦合在所述第一驅(qū)動器開關(guān)的端子與第三驅(qū)動器開關(guān)的端子之間的二極管使所述開關(guān)截止。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括利用耦合在所述第一驅(qū)動器開關(guān)的端子與第三驅(qū)動器開關(guān)的端子之間的二極管使所述開關(guān)截止，以及利用跨所述二極管耦合的電阻器使所述開關(guān)的關(guān)斷電壓降低。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括利用跨所述第二驅(qū)動器開關(guān)的端子和控制端子耦合的電阻器使跨所述第二驅(qū)動器開關(guān)的電壓降低。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括利用耦合在所述第一驅(qū)動器開關(guān)的端子與所述開關(guān)的所述控制端子之間的第三驅(qū)動器開關(guān)使所述開關(guān)導(dǎo)通；以及利用耦合在所述第一驅(qū)動器開關(guān)的所述端子與所述第三驅(qū)動器開關(guān)的端子之間的第四驅(qū)動器開關(guān)使所述開關(guān)的關(guān)斷時間減少。
16.一種功率轉(zhuǎn)換器，包括功率開關(guān)，耦合到電功率源；同步整流器開關(guān)，配置為提供用于所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓；以及用于所述同步整流器開關(guān)的驅(qū)動器，包括第一驅(qū)動器開關(guān)，耦合到所述同步整流器開關(guān)的端子，以及第二驅(qū)動器開關(guān)，關(guān)于所述第一驅(qū)動器開關(guān)反向且耦合到所述同步整流器開關(guān)的另一端子，其中所述第一驅(qū)動器開關(guān)和所述第二驅(qū)動器開關(guān)配置為向所述同步整流器開關(guān)的控制端子提供驅(qū)動信號。
17.如權(quán)利要求16所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述驅(qū)動器還包括至少一個附加驅(qū)動器開關(guān)，所述至少一個附加驅(qū)動器開關(guān)配置為與所述第一驅(qū)動器開關(guān)和所述第二驅(qū)動器開關(guān)協(xié)作來向所述同步整流器開關(guān)的所述控制端子提供所述驅(qū)動信號。
18.如權(quán)利要求16所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述驅(qū)動器還包括二極管，耦合在所述第一驅(qū)動器開關(guān)的端子和第三驅(qū)動器開關(guān)的端子之間，配置為使所述同步整流器開關(guān)截止；以及電阻器，跨所述二極管耦合，配置為使所述同步整流器開關(guān)的關(guān)斷電壓降低。
19.如權(quán)利要求16所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述驅(qū)動器還包括電阻器，跨所述第二驅(qū)動器開關(guān)的端子和控制端子耦合，配置為使跨所述電阻器的電壓降低。
20.如權(quán)利要求16所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述驅(qū)動器還包括第三驅(qū)動器開關(guān)，耦合在所述第一驅(qū)動器開關(guān)的端子和所述同步整流器開關(guān)的所述控制端子之間，配置為使所述同步整流器開關(guān)導(dǎo)通；以及第四驅(qū)動器開關(guān)，耦合在所述第一驅(qū)動器開關(guān)的所述端子和所述第三驅(qū)動器開關(guān)的端子之間，配置為使所述同步整流器開關(guān)的關(guān)斷時間減少。
21.一種用于開關(guān)的驅(qū)動器，包括驅(qū)動器開關(guān)，耦合到所述開關(guān)的端子；以及二極管，耦合到所述驅(qū)動器開關(guān)的控制端子以及所述開關(guān)的另一端子，其中所述驅(qū)動器開關(guān)和所述二極管配置為向所述開關(guān)的控制端子提供驅(qū)動信號。
22.如權(quán)利要求21所述的驅(qū)動器，其中所述開關(guān)是可在功率轉(zhuǎn)換器中采用的同步整流器開關(guān)。
23.如權(quán)利要求21所述的驅(qū)動器，其中所述驅(qū)動器開關(guān)和所述二極管構(gòu)成差分放大器的至少一部分。
24.如權(quán)利要求21所述的驅(qū)動器，還包括至少一個附加驅(qū)動器開關(guān)，所述至少一個附加驅(qū)動器開關(guān)配置為與所述驅(qū)動器開關(guān)和所述二極管協(xié)作來向所述開關(guān)的所述控制端子提供所述驅(qū)動信號。
25.如權(quán)利要求21所述的驅(qū)動器，還包括二極管，所述二極管耦合在所述驅(qū)動器開關(guān)的端子和另一驅(qū)動器開關(guān)的端子之間。
26.如權(quán)利要求21所述的驅(qū)動器，還包括電阻器，所述電阻器耦合到所述驅(qū)動器開關(guān)的端子。
27.如權(quán)利要求21所述的驅(qū)動器，還包括電阻器，所述電阻器耦合到所述二極管和所述驅(qū)動器開關(guān)的所述控制端子之間的節(jié)點。
28.一種方法，包括向開關(guān)的控制端子提供驅(qū)動信號，所述開關(guān)具有耦合到所述開關(guān)的端子的驅(qū)動器開關(guān)和耦合到所述驅(qū)動器開關(guān)的控制端子以及所述開關(guān)的另一端子的二極管。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括利用至少一個附加驅(qū)動器開關(guān)向所述開關(guān)的所述控制端子提供所述驅(qū)動信號。
30.如權(quán)利要求28所述的驅(qū)動器，還包括利用耦合在所述驅(qū)動器開關(guān)的端子與另一驅(qū)動器開關(guān)的端子之間的二極管使所述開關(guān)截止。
31.一種功率轉(zhuǎn)換器，包括 功率開關(guān)，耦合到電功率源；同步整流器開關(guān)，配置為提供用于所述功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓；以及用于所述同步整流器開關(guān)的驅(qū)動器，包括 驅(qū)動器開關(guān)，耦合到所述開關(guān)的端子，以及二極管，耦合到所述驅(qū)動器開關(guān)的控制端子以及所述開關(guān)的另一端子，其中所述驅(qū)動器開關(guān)和所述二極管配置為向所述開關(guān)的控制端子提供驅(qū)動信號。
32.如權(quán)利要求31所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述驅(qū)動器開關(guān)和所述二極管構(gòu)成差分放大器的至少一部分。
33.如權(quán)利要求31所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述驅(qū)動器還包括至少一個附加驅(qū)動器開關(guān)，所述至少一個附加驅(qū)動器開關(guān)配置為與所述驅(qū)動器開關(guān)和所述二極管協(xié)作來向所述開關(guān)的所述控制端子提供所述驅(qū)動信號。
34.如權(quán)利要求31所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述驅(qū)動器還包括二極管，耦合在所述驅(qū)動器開關(guān)的端子和另一驅(qū)動器開關(guān)的端子之間，配置為使所述開關(guān)截止。
35.如權(quán)利要求31所述的功率轉(zhuǎn)換器，其中所述驅(qū)動器還包括電阻器，所述電阻器耦合在所述二極管與所述驅(qū)動器開關(guān)的所述控制端子之間的節(jié)點。
全文摘要
一種用于開關(guān)(SR)的驅(qū)動器、用于驅(qū)動開關(guān)(SR)的方法以及采用該驅(qū)動器的功率轉(zhuǎn)換器。在一個實施例中，用于開關(guān)(SR)的驅(qū)動器包括耦合到該開關(guān)(SR)的端子的第一驅(qū)動器開關(guān)(Q1)。該驅(qū)動器還包括關(guān)于第一驅(qū)動器開關(guān)(Q1)反向且耦合到該開關(guān)(SR)的另一端子的第二驅(qū)動器開關(guān)(Q2)，其中第一驅(qū)動器開關(guān)(Q1)和第二驅(qū)動器開關(guān)(Q2)配置為向該開關(guān)(SR)的控制端子提供驅(qū)動信號。
文檔編號H02M3/335GK102217181SQ200980145683
公開日2011年10月12日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者R·S·g·貝格黑格 申請人:偉創(chuàng)力國際美國公司