软开关直流-直流转换器及其高压域控制方法

本公开涉及集成电路，尤其涉及一种软开关直流-直流转换器高压域控制方法。

背景技术：

1、现有的直流-直流转换器工作在硬开关模式，由于开关节点存在较大的寄生电容，功率开关在死区时间内对寄生电容充电产生的开关损耗严重限制了系统转换效率。为了提高转换效率，通常将功率开关工作在软开关状态，以消除功率开关在死区时间内的开关损耗。然而现有的低压域阈值检测软开关控制方法，采样和控制信号在高低压域间转换，传输延时长，无法及时导通功率开关，使其偏离了理想的软开关状态，限制了转换效率的提升。电流采样方案需要高精度电流采样电路，结构复杂，实现成本高。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一，本公开提供了一种软开关直流-直流转换器及其高压域控制方法。

2、为了实现上述目的，本公开的技术方案如下：

3、根据本公开一个方面的实施例，提供了一种软开关直流-直流转换器高压域控制方法，包括：操作s1：在死区时间内利用功率开关栅极驱动信号直接高压域采样开关节点和输入电压处的电压信息后保持；操作s2：将保持信息作差得到误差信息；以及操作s3：根据所述误差信息产生控制信号，以在下一周期控制死区时间内输出电荷量，实现不同输入输出条件下功率开关的软开关状态。

4、根据本公开实施例，操作s1包括：将功率开关的栅极控制信号进行逻辑处理，产生死区时间信号；以及根据死区时间信号控制实现死区时间内对开关节点和输入电压处的电压信息进行直接采样及保持。

5、根据本公开实施例，操作s2包括：对保持信息进行钳位后作差得到误差电压；将误差电压转换为误差电流，以在不同电压域间无延时传递。

6、根据本公开实施例，通过基于二极管的电平钳位电路对保持信息进行钳位，将保持信息的电压最小值钳位在vin-vdiode，使得输入后级电路的电压范围由0至vin+vdiode，降低为vin-vdiode至vin+vdiode，其中vin为输入电压值，vdiode为二极管的导通压降。

7、根据本公开实施例，将开关节点电压和输入电压在所在高电压域直接进行软开关判断。

8、根据本公开实施例，操作s1中，通过控制采样开关分别在高压域采样开关节点电压和输入电压；通过控制保持开关分别将采样信息保持在保持电容上。

9、根据本公开实施例，适用于自降压型软开关直流-直流转换器、升压型软开关直流-直流转换器、或升降压型软开关直流-直流转换器。

10、本公开的另一方面，提供一种执行以上所述的高压域控制方法的软开关直流-直流转换器，包括功率级电路，软开关电路，软开关高压域控制电路；其中，通过软开关高压域控制电路在死区时间内利用功率开关栅极驱动信号直接在高压域采样开关节点和输入电压处的电压信息后保持，并将保持信息作差得到误差信息，从而根据所述误差信息产生控制信号，以在下一周期控制死区时间内输出电荷量，实现不同输入输出条件下功率开关的软开关状态。

11、根据本公开实施例，软开关高压域控制电路包括：高压域采样保持电路，被配置为用于在死区时间内利用功率开关栅极驱动信号直接在高压域采样开关节点和输入电压处的电压信息后保持；高压域软开关判断电路，被配置为用于将保持信息作差得到误差信息；以及软开关控制时序产生电路，被配置为根据所述误差信息产生控制信号。

12、根据本公开实施例，高压域软开关判断电路采用误差放大器形式，比较器及时域的数字延时链路形式。

13、本公开提出的软开关直流-直流转换器及其高压域控制方法能够消除采样及控制信号在不同电压域间传递的传输延时，大幅提升采样精度，使功率开关工作在近乎理想的软开关状态，实现效率提升。电路结构简单，成本低，适用于各类软开关直流-直流转换器。

技术特征：

1.一种软开关直流-直流转换器高压域控制方法，包括：

2.根据权利要求1所述的软开关直流-直流转换器高压域控制方法，操作s1包括：

3.根据权利要求1所述的软开关直流-直流转换器高压域控制方法，操作s2包括：

4.根据权利要求3所述的软开关直流-直流转换器高压域控制方法，通过基于二极管的电平钳位电路对保持信息进行钳位，将保持信息的电压最小值钳位在vin-vdiode，使得输入后级电路的电压范围由0至vin+vdiode，降低为vin-vdiode至vin+vdiode，其中vin为输入电压值，vdiode为二极管的导通压降。

5.根据权利要求1所述的软开关直流-直流转换器高压域控制方法，将开关节点电压和输入电压在所在高电压域直接进行软开关判断。

6.根据权利要求1所述的软开关直流-直流转换器高压域控制方法，操作s1中，通过控制采样开关分别在高压域采样开关节点电压和输入电压；通过控制保持开关分别将采样信息保持在保持电容上。

7.根据权利要求1所述的软开关直流-直流转换器高压域控制方法，适用于自降压型软开关直流-直流转换器、升压型软开关直流-直流转换器、或升降压型软开关直流-直流转换器。

8.一种执行权利要求1-7任一项所述的高压域控制方法的软开关直流-直流转换器，包括功率级电路，软开关电路，软开关高压域控制电路；其中，通过软开关高压域控制电路在死区时间内利用功率开关栅极驱动信号直接在高压域采样开关节点和输入电压处的电压信息后保持，并将保持信息作差得到误差信息，从而根据所述误差信息产生控制信号，以在下一周期控制死区时间内输出电荷量，实现不同输入输出条件下功率开关的软开关状态。

9.根据权利要求8所述的软开关直流-直流转换器，所述软开关高压域控制电路包括：

10.根据权利要求8所述的软开关直流-直流转换器，所述高压域软开关判断电路采用误差放大器形式，比较器及时域的数字延时链路形式。

技术总结
本公开提供了一种软开关直流‑直流转换器高压域控制方法，包括：操作S1：在死区时间内利用功率开关栅极驱动信号直接在高压域采样开关节点和输入电压处的电压信息后保持；操作S2：将保持信息作差得到误差信息；以及操作S3：根据所述误差信息产生控制信号，以在下一周期控制死区时间内输出电荷量，实现不同输入输出条件下功率开关的软开关状态。还提供一种执行上述高压域控制方法的软开关直流‑直流转换器。

技术研发人员：程林,苑竞艺,吴枫
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/4