功率電子開關電路及其死區時間的控制切換方法
2023-05-03 10:21:31
專利名稱：功率電子開關電路及其死區時間的控制切換方法
技術領域：
本發明屬於開關電源技術領域，特別涉及一種功率電子開關及其死區時間的控制切換方法。
背景技術：
功率電子開關的死區時間是影響功率器件的效率和性能的主要因素。在常用的開關電源 技術中，過寬的死區時間會導致功率管寄生二極體的導通，從而減小轉換效率；過窄的死區 時間會使功率管在某些條件下出現同時導通的情況，從而使開關電源轉換器的內部發生--個 短路電流。這些都會影響開關電源電路的轉換效率。而在用於信號功率放大的D類功率放大 器中，死區時間會在輸出的信號中引入失真。
US2006/0012428A1描述了一種D類放大器的，其中有一個死區時間預設單元用來控制輸 出的死區時間。但是死區時間更多的是與功率開關管的寄生電容相關。該發明中的方法不能 直接解決問題。在F. Nyboe， C. Kaya， L. Risbol， P. Andreani, /f 2鄰/Ti/朋o/〃/ /r d"-" /l"c//o/!卿/!丫ie/'ftit/x/t 5Y欲e, ISSCC06, Tech. Papers, Page 344。(尼波，凱亞，尼斯伯， 安德尼亞， 一種能提供240瓦D類音頻放大器，2006年國際固態電子會議技術文集，"1頁) 提出了一種兩步驅動的方法來消除由於驅動功率開關所產生的死區時間的問題。但是該文章 中提出的方法只適用於使用高壓和雙阱的工藝中。不利於將該電路集成到片上系統中。在 Marco Berkhout:， (S7ass " 0〃f/wt 5Ya《e wit/ Zero /teat/ 7Y/we， ISSCC3， Tech. lJaper (馬羅可.伯克特， 一種具有零死區的D類放大器的輸出級，2003年國際固態電子會議技術文 集)中描述了一種用電晶體正反饋的方法來消除死區時間的方法。在這種方法中用於反饋的 電晶體的尺寸對消除死區的效果的影響非常敏感。在實際設計中不易起到很好的效果。
發明內容
本發明的目的在於提供一種功率電子開關電路及其死區時間的控制切換方法，以弱化或 均勻化功率電子開關的死區時間對功率器件的效率和性能的影響。
為達上述目的，本發明採用如下技術方案
一種功率電子開關電路，包括驅動信號分布電路和與之相連的多個並聯的功率管，所述 驅動信號分布電路包括多個用於驅動對應功率管的驅動電路。
較佳的，所述驅動電路產生的驅動信號到達每一功率管時存在均勻的延時。
較佳的，通過每一功率管的電流相等。
一種控制切換功率電子開關的死區時間的方法，將一個功率開關被均勻拆分成多個功率 管，而每一個拆分後的功率管分別被多個對應的驅動電路所驅動。
較佳的，通過每一功率管的電流相等。
較佳的，每個驅動電路產生的驅動信號到達每一功率管時存在均勻的延時。 本發明將已有技術中功率電子開關所產生的死區時間及因此產生的效應拆分成多個，從而均勻分布在死區時間中。這使得在死區時間中由於功率管的柵電容、功率管的負載及電流等因素易於產生的不理想效應被弱化和均勻化。
圖1為本發明功率電子開關電路實施例； 圖2為本發明驅動信號產生電路的輸入和輸出波形示意圖； 圖3為本發明功率電子開關電路中驅動信號分布電路實施例； 圖4為本發明實施例功率開關電路整體輸出的等效電流圖。
具體實施例方式
如圖1所示， 一種功率電子開關電路，包括驅動信號分布電路和與之相連的多個並聯的 功率管，所述驅動信號分布電路包括多個用於驅動對應功率管的驅動電路。所述驅動信號為 到達每一功率管時存在均勻延時的信號。
一種控制切換功率電子開關的死區時間的方法，將傳統的總的傳輸電流的功率開關拆分 成多個相等電流的功率管，而每一個傳輸電流的功率管分別被相對應的驅動電路所驅動。
圖1中，驅動信號分布電路(Driv]'ng Signal Distributor)的輸入和輸出信號波形如圖2 所示。從CP,/C^、 CP:A:N2、…、CP /CN ，分別按順序驅動相應的功率開關(Power M0SI'l':T) 1 、 2、…、n。這樣由於每個功率開關所流過的負載電流是滿負荷電流的1/n。
一個簡單的用於實現上述功能的電路如圖3所示。在此需要說明的是，本發明驅動信號 分布電路不限於圖3所示的方式，本領域的技術人員在了解本發明後，無需創造性的勞動就 可以設計出多種實現上述功能的驅動信號分布電路，這些均在本發明的保護範圍之內。
在開關切換瞬間，流過負載的電流如圖4所示。圖中示意了經過功率開關輸出的電流的
波形示意。隨著分布開關從i二l到n的分步驅動，電路輸出的等效電流以接近線性的模式提 高。圖中所示的波形同樣可以用於當電流下降時的情況。
這樣的驅動情況下，有以下優點
1、 對於D類功率放大器(這种放大器直接從數字語音數據實現功率放大而不需要進行模 擬轉換，通常稱作數字功率放大器或者D類放大器)中功率開關，由於其輸出電流是以接近線 性的曲線輸出，所以在開關切換瞬間由於電晶體開關瞬間非線性電阻所引入的非線性效果被 最小化。
2、 對於D類功率放大器和開關電源中功率開關，由於其實際開關切換時間被分割成多個 小的切換時間。對於單獨的小開關，其死區時間所引入的諸如短路電流，寄生二極體的導通 等問題得到了有效的緩解，同時提高了轉換的效率。
3、 本發明中提出功率電子開關電路更易於在單晶片中集成。
權利要求
1、一種功率電子開關電路，其特徵在於包括驅動信號分布電路和與之相連的多個並聯的功率管，所述驅動信號分布電路包括多個用於驅動對應功率管的驅動電路。
2、 根據權利要求1所述的一種功率電子開關電路，其特徵在於所述驅動電路產生的驅動信號到達每一功率管時存在均勻的延時。
3、 根據權利要求1或2所述的一種功率電子開關電路，其特徵在於通過每一功率管的電流相等。
4、 一種控制切換功率電子開關的死區時間的方法，其特徵在於將一個功率開關被均勻拆分成多個功率管，而每一個拆分後的功率管分別被多個對應的驅動電路所驅動。
5、 根據權利要求4所述的控制切換功率電子開關的死區時間的方法，其特徵在於通過每一功率管的電流相等。
6、 根據權利要求4或5所述的控制切換功率電子開關的死區時間的方法，其特徵在於每個驅動電路產生的驅動信號到達每一功率管時存在均勻的延時。
全文摘要
功率電子開關電路及其死區時間的控制切換方法，所述功率電子開關電路包括驅動信號分布電路和與之相連的多個並聯的功率管，所述驅動信號分布電路包括多個用於驅動對應功率管的驅動電路。所述方法為，將一個功率開關被均勻拆分成許多功率管，而每一個拆分後的功率管分別被相對應的驅動電路所驅動，在每個驅動電路之間保存均勻的延時。本發明將已有技術中功率電子開關所產生的死區時間及因此產生的效應拆分成多個，從而均勻分布在死區時間中。這使得在死區時間中由於功率管的柵電容、功率管的負載及電流等因素易於產生的不理想效應被弱化和均勻化。
文檔編號H03K17/00GK101174826SQ20061011784
公開日2008年5月7日 申請日期2006年11月1日 優先權日2006年11月1日
發明者剛 許 申請人:捷頂微電子(上海)有限公司