CN105827114B - 减少电源中的损耗的电路实现 - Google Patents

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Abstract

提供了减少电源中的损耗的电路实现。一种电源电路包括控制开关、同步开关、电感器和电压斜坡电路。电源中的公共节点将控制开关串联连接到同步开关。公共节点被进一步耦合到电感器，该电感器基于将控制开关和同步开关切换为ON/OFF和OFF/ON状态来向负载供应电流。电压斜坡电路至少部分地基于在电路路径上从公共节点接收到的反馈电压的幅度来生成和控制该控制控制电压的栅极电压的斜坡。开关控制电压的多级斜坡减少下述中的一个或多个：开关电源的i)QRR损耗，ⅱ)开关损耗，和/或iii)死区时间。

Description

减少电源中的损耗的电路实现
背景技术
已经使用传统电路来控制使对同步降压转换器中的控制开关(有时也称为高侧开关)的栅极节点施加的控制电压倾斜的速率。图1是根据现有技术的使开关控制电压倾斜的电压倾斜电路的示例性示图。
通常，如图1所示，电源电路170中的传统电压斜坡电路185包括用于对控制开关171的相应栅极节点198进行充电的慢速充电路径和快速充电路径。如在电源的领域中已知的，在去激活同步开关172之后激活控制开关171。更具体地，在去激活同步开关171之后，电压斜坡电路185激活开关190，以通过电容器180和电阻器175的组合来激活慢速充电路径。
当被激活时，慢速充电路径对控制开关171的栅极节点198进行充电。在激活慢速路径并且至少部分地对栅极节点198进行充电的预定时间量之后，延迟电路199额外地激活开关192，来以较快的充电速率(使用快速路径)对控制开关171的栅极节点198进行充电。
因此，根据传统斜坡电路185，在仅慢速路径通过电阻器175经由开关190的激活来对栅极节点198进行充电时的时间的第一部分期间，控制开关110的栅极节点198处的电压根据电容器180和电阻器175的组合所指示的第一速率进行充电。在第二时间段期间，在激活开关190之后，延迟电路199激活开关192，产生用于对栅极节点198进行充电的较快路径。快速路径绕过包括电阻器175的慢速路径，将来自电容器180的电压有效地直接耦合到控制开关171的栅极节点，更快速地增加施加到栅极节点198的电压。
发明内容
与传统技术相反，本文的实施例包括开关控制电压的多级斜坡以减少下述中的一个或多个：i)开关电源的QRR损耗，ⅱ)开关电源中的开关损耗，和/或iii)在同步开关的去激活和控制开关的激活之间的死区时间。
例如，根据一个实施例，电源电路包括控制开关、同步开关、电感器和驱动控制电路(电压斜坡电路)。公共节点(在诸如开关SW节点的电源中)将控制开关串联连接到在第一参考电压和第二参考电压之间的同步开关。该公共节点被进一步耦合到电感器，该电感器基于控制开关和同步开关成为ON/OFF(开/关)和OFF/ON(关/开)状态的交替切换来向负载供应电流。驱动控制电路(电压斜坡电路)对控制开关的状态进行控制。在一个实施例中，在操作期间，驱动控制电路至少部分地基于在电路路径上从公共节点接收到的反馈电压的幅度来生成和控制开关控制电压的斜坡(对控制的激活进行控制)。
根据更具体的实施例，驱动控制电路(诸如电压斜坡电路)实现开关控制电压的幅度的新的多级斜坡以激活控制开关。例如，在使用于将控制开关从关状态转换为开状态的开关控制电压的幅度倾斜的第一时间段期间，为了减少死区时间，驱动控制电路的第一电路路径将控制开关的栅极节点预充电到预定的阈值电压；在使用于将控制开关从关状态转换为开状态的开关控制电压的幅度倾斜的第二时间段期间，为了减少QRR损耗，驱动控制电路的第二电路路径根据第一充电速率(诸如通过电阻器的缓慢充电速率)来对控制开关的栅极节点进行充电；并且在使用于将控制开关从关状态转换为开状态的开关控制电压的幅度倾斜的第三时间段期间，为了减少切换损耗，驱动控制电路的第三电路路径根据第二充电速率(比通过电阻器的缓慢充电速率更快的充电速率)来对控制开关的栅极节点进行充电。
在又一实施例中，驱动器控制电路的第一电路路径、第二电路路径和第三电路路径被并联连接。来自公共节点(SW节点)的反馈路径包括配置为将反馈电压从公共节点传达到并联电路路径的电容器。
初始地，指示激活控制开关的控制信号的接收和同步开关的去激活使得第一电路路径将控制开关的节点快速地预充电到预定电压。控制开关的栅极的快速充电降低了过量死区时间(即，同步开关的去激活和控制开关的激活之间的时间)。
在一个实施例中，除了使用第一电路路径来对控制开关的栅极节点预充电，第二电路路径还对控制开关的栅极节点进行充电，虽然以缓慢充电速率。在将控制开关的栅极节点预充电到阈值之后，第一电路路径中断对控制开关的栅极节点的预充电。然而，在第二时间段期间，第二电路路径(诸如通过电阻器的慢速充电路径)继续对控制开关的栅极节点进行充电。
最终，在第二时间段期间使控制开关的栅极节点的电压幅度倾斜使得电压幅度增加到第二阈值。在一个非限制性示例性实施例中，控制开关的栅极节点的电压倾斜到第二阈值的使得第三电路路径的激活(快速充电路径)。第三电路路径在第三时间段期间对控制开关的栅极进行充电。通常，在第三时间段期间从第三电路路径的充电升压增加了使栅极节点的开关控制电压的幅度倾斜以将控制开关转换为开状态的速率。
在一个实施例中并且如本文进一步讨论的，在第一时间段期间的第一电路路径的激活降低了开关电源的死区时间。在第二段期间的第二电路路径的激活减少了开关电源中的QRR(反向恢复充电)损耗。在第三时间段期间的第三电路路径的激活降低了电源中的开关损耗。
如本文中所讨论的，本文中的技术非常适合在开关电源电路中使用，诸如同步DC-DC降压转换器。然而，应当注意，本文的实施例不限于在这样的应用中使用，并且本文所讨论的技术还非常适用于其他应用。
在下文中更详细地公开这些和其他更具体的实施例。
注意，本文的其他实施例可以包括模拟和/或数字电路(例如，一个或多个处理器设备)，用于执行和/或支持本文公开的任何或所有硬件或方法操作。换言之，在一个实施例中，一个或多个计算机化设备或处理器可以被编程和/或配置为如本文解释的进行操作，以执行本发明的不同实施例。
然而，本文的其他实施例包括用于执行以上总结和以下具体公开的步骤和操作的软件程序。一个这样的实施例包括计算机程序产品，包括非瞬时计算机可读存储介质(即，任何物理计算机可读硬件存储介质)，在其上软件指令被编码用于后续执行。指令在具有处理器、程序的计算机化设备(例如，计算机处理硬件)中执行时和/或使得处理器执行本文所公开的操作。这样的布置通常被提供为在非瞬时计算机可读存储介质上布置或编码的软件、代码、指令和/或其他数据(例如，数据结构)，非瞬时计算机可读存储介质诸如光学介质(例如，CD-ROM)、软盘、硬盘、存储棒等、或其他介质，诸如一个或多个ROM、RAM、PROM等中的固件的介质、或者作为专用集成电路(ASIC)等。软件或固件或其他这样的配置可以被安装到计算机化设备中，以使得计算机化设备执行本文中说明的技术。
因此，本文的实施例针对支持如本文讨论的操作的方法、系统、计算机程序产品等。
本文的一个或多个实施例包括存储有指令的计算机可读存储介质和/或系统。根据一个实施例，指令在由计算机处理器硬件执行时，使得计算机处理器硬件(诸如电压斜坡电路)：接收指示激活电源中的控制开关的开关控制信号，电源中的公共节点以串联方式将控制开关和同步开关连接在第一参考电压和第二参考电压之间，公共节点耦合到向负载供应电流的电感器；通过电路路径从公共节点接收反馈电压；以及基于反馈电压的幅度，激活充电路径，以产生对控制开关的激活进行控制的开关控制电压。
为了简单，已经增加了上述操作的顺序。注意，可以以任何适当的顺序来执行本文讨论的处理步骤中的任何一个。
本公开的其他实施例包括软件程序和/或相应的硬件，以执行以上总结和以下具体公开的方法实施例步骤和操作中的任何一个。
应当理解，本文讨论的系统、方法、装置、计算机可读存储介质上的指令等还可以被严格地实现为软件程序、固件、实现为软件、硬件和/或固件的混合或者仅实现为诸如处理器内或操作系统内或软件应用内的硬件。
此外，注意，虽然本文的不同特征、技术、配置等中的每一个可以在本公开的不同位置中被讨论，但是期望在适当时概念中的每一个可以可选地独立于彼此或彼此组合地被执行。因此，如本文描述的一个或多个本发明可以以许多不同的方式来实施和查看。
而且，注意，对本文的实施例的该初步讨论有意不指定每个实施例和/或本公开或要求保护的本发明的增加的新颖方面。替代地，该简要描述仅提出一般实施例和相对于传统技术的新颖性的相应点。对于本发明的附加细节和/或可能的观点(排列)，读者被引导到以下具体实施方式和实施例的另外总结以及相应附图。
附图说明
图1是图示根据传统技术的电压斜坡电路的示例性示图。
图2是图示根据本文的实施例的电源电路和改进的电压斜坡电路的示例性示图。
图3是图示根据本文的实施例的电压斜坡电路的细节的示例性示图。
图4是图示根据本文的实施例的开关控制电压的斜坡的示例性时序图。
图5是图示根据本文的实施例的用于控制对控制开关的栅极节点进行充电的速率的电源节点(节点SW)的监视的示例性示图。
图6-8是图示根据本文的实施例的基于电源节点的幅度的快速充电路径的控制的示例性示图。
图9是图示根据本文的实施例的用于执行电压斜坡的计算机架构的示例性示图。
图10是图示根据本文的实施例的方法的示例性示图。
本发明的前述和其他目的、特征和优点将从本文的优选实施例的以下更具体描述中是显而易见的，如附图中所示，在附图中，在不同的视图中相同的附图标记指类似的部分。附图不一定按比例绘制，重点替代地在于说明实施例、原则、概念等。
具体实施方式
如先前所讨论的，本文的实施例包括用于减少QRR损耗、开关损耗和/或开关电源中的死区时间的独特的电压斜坡电路。例如，电源包括控制开关、同步开关、电感器和驱动控制电路(电压斜坡电路)。电源中的公共节点将控制开关串联连接到同步开关。公共节点进一步被耦合到电感器。电感器基于控制开关和同步开关切换至相应的ON/OFF和OFF/ON状态来向负载供应电流。在一个实施例中，驱动控制电路至少部分地基于在电路路径上从公共节点接收到的反馈电压的幅度来生成并且控制用于斜坡的一个或多个阶段的控制开关的栅极电压的斜坡。
现在，更具体地，图1是根据本文实施例的电源100的示例性示例。如图所示，电源100包括控制器140。控制器140控制驱动器110-1和110-2的操作，以产生在期望范围内的输出电压190。
在该示例性实施例中，控制器140接收一个或多个输入121，诸如Vin、IL1、Vout等。
基于接收到的输入121和控制器140的配置设置，控制器140输出用于控制该控制开关150(例如，高侧开关)和同步开关160(例如，低侧开关)至ON/OFF和OFF/ON状态的控制信号。例如，在ON/OFF状态期间，控制器140将控制开关激活为ON状态，并且将同步开关去激活为OFF状态。相反地，在OFF/ON状态期间，控制器140将控制开关去激活为OFF状态，并且将同步开关激活为ON状态。
作为更具体的说明性示例，在操作期间，控制器140生成控制驱动器电路110-1和110-2的信号。基于从控制器140接收的一个或多个控制信号，驱动器电路110-1对控制开关150(诸如第一场效应晶体管)的状态进行控制。基于从控制器140接收的一个或多个控制信号，驱动器电路110-2控制电源100中的同步开关160(诸如第二场效应晶体管)的状态。
经由控制开关150和同步开关160的切换，控制器140产生到功率负载118的输出电压190。
如进一步所示，驱动电路110-1(对控制开关150进行控制)包括电压斜坡电路240。顾名思义，电压斜坡电路240控制对开关150的栅极节点施加的电压的幅度的斜坡。以下在下述附图中讨论了电压斜坡电路240的附加细节。
通常，当控制开关150经由控制器140生成的相应一个或多个控制信号被接通(即，激活)时，(同时同步开关160为OFF)，通过电感器资源144的电流基于在电压源120(诸如12VDC源)和电感器资源144之间的控制开关150提供的高导通路径而增加。
当同步开关160经由控制器140所生成的控制信号被接通(即，激活)时(同时控制开关150为OFF)，通过电感器资源144的电流基于在电感器资源144和所示的地之间的控制开关150提供的高导通路径而减小。
基于控制开关150和同步开关160的切换，控制器140在对功率负载118的期望范围内调节输出电压190。
注意，电源100可以包括多个相位。多个相位中的每一个可以类似于图1中所示的示例性相位。在这种实施例中，控制器100操作相位的组合，以将输出电压190保持在对功率负载118的期望范围内。相位可以相对于彼此同相或异相地被操作。
每个相位可以包括相应的高侧开关电路和低侧开关电路，如前所述。为去激活相应的相位，相位控制器140可以将相应相位的高侧开关电路和低侧开关电路设置为OFF状态。当截止或去激活时，相应相位并不有助于产生对负载118供电的电流。
在特定情况下，控制器140或其他适当的资源可以根据负载118所消耗的电流量来选择要激活多少相位。例如，当负载118消耗相对大量的电流时，控制器100可以激活多个相位以对负载118供电。当负载118消耗相对少量的电流时，控制器140可以激活单个相位以对负载118供电。
图3是图示根据本文的实施例的电压斜坡电路的细节的示例性示图。
如前所述，电源100包括控制开关150(高侧开关电路)、同步开关160(低侧开关电路)、电感器144和电压斜坡电路240(驱动控制电路)。如图3中进一步示出的，电源电路300的公共节点325(标记的SW节点)将控制开关150的源极节点串联连接到在第一参考电压(当控制开关150为ON时诸如12VDC的PVIN)和第二参考电压(诸如当同步开关160为ON时的地)之间的同步开关160的漏极节点。同步开关160包括在其相应的源极节点和漏极节点之间的固有二极管392(用于反向恢复)。
如进一步所示，公共节点325进一步耦合到电感器144，电感器144基于控制开关150和同步开关160交替切换至ON/OFF和OFF/ON状态来向负载118供应电流。
如前所述，控制开关150和同步开关160从不被同时启动。例如，在将同步开关160去激活为OFF状态的时间和将控制开关150激活为ON状态的时间之间存在至少一些延迟。类似地，在将控制开关150去激活为关状态的时间和将同步开关160激活为开状态的时间之间存在至少一些延迟。
如下所述，当将控制开关150从OFF状态转换为ON状态时，电压斜坡电路240提供控制开关150的新的控制。例如，在操作期间，电压斜坡电路240至少部分地基于通过电路路径(包括电容器320)从公共节点325接收到的反馈电压(诸如节点325的电压)的幅度，来生成并且控制施加到控制开关150的栅极节点398的开关控制电压Vg(开关控制电压)的斜坡。
如进一步所示，电压斜坡电路240包括用于对控制开关150的栅极节点398进行充电的三个不同的电路路径(诸如第一充电路径、第二充电路径和第三充电路径)。
第一充电路径(如预充电电路345)包括开关Q2、电阻器375和开关Q6。开关Q6由并联的多个场效应晶体管(nf＝2)来制造。控制开关150由并联的多个晶体管(nf＝536)来制造。在一个实施例中，开关Q2是充电控制开关设备，因为开关Q2的状态控制相应的充电路径(从电容器320到开关Q1)是否被激活。
顾名思义并且如稍后在说明书中更具体讨论的，在第一时间段期间预充电电路345的开关Q6的短暂激活在控制开关150从OFF状态到ON状态的初始转换期间对控制开关150的栅极节点398进行预充电。在一个实施例中，在开关Q1激活为ON状态之后的短时间中激活开关Q6。开关Q1的激活触发电压Vg的斜坡。
第二充电路径包括电阻器395，当开关Q1被接通时，电阻器395提供通过开关Q1的来自电容器320的连续电流流动。通常，电阻器395限制在反馈路径中通过开关Q1到栅极节点398的从电容器320传递的电流量。因此，当电阻器395被选择为诸如10千欧姆的足够高的值时，包括电阻器395的第二充电路径提供电压Vg的缓慢斜坡。
第三充电路径包括开关Q3、齐纳二极管390和电阻器385的组合。在一个实施例中，开关Q3是充电控制开关设备，因为开关Q3的状态控制相应的充电路径是否被激活。
通常，当开关节点325的电压增加到高于阈值时，激活开关Q3。如下面所述，在与使用包括电阻器395的第二充电路径使电压Vg倾斜的速率相比时，开关Q3的激活增加了使施加到栅极节点398的电压Vg倾斜的速率。
因此，根据本文的实施例，电压斜坡电路240包括第一电路路径(开关Q2)、第二电路路径(电阻器395)以及第三电路路径(开关Q3)，所有这些都与彼此并联连接，如图3所示。来自节点325的电压的反馈路径包括电容器320，配置成将电压的AC部分从公共节点325传递和反馈到并联电路路径。如下进一步所述，同步开关160的去激活和开关Q1(控制开关)的激活产生了施加到控制开关150的栅极节点398的电压Vg的多段斜坡。
图4是图示根据本文的实施例的开关控制电压(诸如Vg)的斜坡的示例性时序图。
如前所述，电压斜坡电路240(又名，驱动控制电路)实现对栅极节点398施加以激活控制开关150的开关控制电压Vg的幅度的多级斜坡。如本文所述，使开关控制电压(施加到栅极节点398的Vg)幅度倾斜减少了相应电源电路300中的一个或多个不同类型的功率损耗。
更具体地，在图4的时序图400中所示，在使开关控制电压Vg的幅度倾斜以将控制开关150从关状态转换为开状态的第一时间段#1期间，为了减少死区时间，电压斜坡电路240的第一电路路径将控制开关150的栅极节点398预充电到预定阈值电压。更具体地，在时间T1之前，开关Q1被关断，而与控制开关150相关联的开关Q5被接通。这使得控制开关150被设置为关状态。在时间T1，在关断同步开关160之后，控制器140将开关Q1控制为开状态。
在时间T1和时间T2之间的时间段#1期间，开关Q1到ON状态的初始转换导致了开关Q2(开)的激活。开关Q3在时间T1和T2之间处于关状态。因为激活的开关Q2(其处于开状态)提供了在电容器320和开关Q1(也处于开状态)之间的低阻抗路径，所以开关Q2用作关于电阻器395的低阻抗旁通路径，在时间段#1期间提供栅极节点398的快速预充电。
如时序图400中进一步所示，栅极节点398的电压Vg最终被充电为阈值电压Vth1，诸如约0+/-伏(诸如同步开关160的源极节点连接到的接地参考电压附近的值)。在这样的时间T2处，当电压Vg达到阈值Vth1时，开关Q2被再次去激活到关状态。
在激活开关Q2之后，在时间T2和时间T3之间的时间段#2期间，从节点325延伸通过电容器320、电阻器395和开关Q1(开)的串联组合的导通路径继续对控制开关150的栅极节点398进行充电，使电压Vg进一步倾斜以将控制开关150激活为开状态。开关Q3在时间T2和T3之间处于关状态。开关Q2在时间T2和T3之间也处于关断状态。
如图4中所示的在时间段#2期间以缓慢充电速率(基于受电阻器395限制的电流)使电压Vg(栅极节点398的充电)进一步倾斜减少了QRR损耗。在时间段#2中的电压Vg的缓慢倾斜限制能够动控制开关150的漏极节点传递到源极节点的电流量。
最后，在时间段#2期间，电压Vg在时间T3时或时间T3附加倾斜到阈值电压Vth2。在时间T3处，电压Vg到阈值电压Vth2的增加导致了开关Q3的激活。在时间段#3中，开关Q2处于关状态。如图所示，在时间段#3期间，开关Q3被激活以将电压Vg快速充电(以比通过电阻器395对栅极节点398充电的速率大得多的速率)到比阈值电压Vth2大得多的值。
在时间段#3的持续时间中激活控制开关150之后，控制器140将开关Q1去激活为关状态，并且将开关Q5激活为开状态。这使得控制开关150关断。在再次激活控制开关150(诸如经由将开关Q1激活为开状态并且将开关Q5去激活为关状态)的后续周期中，电压斜坡电路240以与时序图400中所示的类似的方式再次进行操作。
注意，在一个实施例中，电阻器395在时间T1和时间T4之间连续地提供用于对栅极节点398进行充电的充电路径。然而，如前所述，与在时间段#2期间的缓慢充电速率相比，在时间段#1期间开关Q2的激活和在时间段#3期间开关Q3的激活大大增加了充电速率。
根据其他实施例并且入本文中进一步所述，在时间段#1期间的第一电路路径的激活减少在去激活同步开关160和随后激活控制开关150之间的死区时间。在时间段#2期间的第二电路路径的激活减少了开关电源中的QRR(反向恢复充电)损耗。在时间段#3期间的第三电路路径的激活减少了电源中的切换损耗。
图5是图示根据本文的实施例的监视电源节点(节点SW)以用于控制对控制开关的栅极节点的充电速率的示例性示图。
作为使用齐纳二极管390并且如图3中所示将开关Q3的栅极节点连接到Vcc的替代，图5图示了在时间段#3期间使用比较器450来控制栅极节点398的快速充电。
根据该示例性实施例，在开关Q1被激活的同时，开关Q9被激活。比较器450监视节点325处的电压。当节点325处的电压小于接地时，比较器450产生用于将开关Q3去激活为关状态的输出信号。相反，当比较器450检测到节点325处的电压大于接地参考(或其他适当的参考电压)时，比较器450发起开关Q3到开状态的激活。当开关Q3和开关Q9二者被激活为开状态时，这提供用于在时间段#3期间对栅极节点398进行充电的快速充电路径610。
图6-8是图示根据本文的实施例的基于电源节点的幅度对快速充电路径的控制的示例性示图。
如图6所示，开关Q1在时间T1处以如前所述的方式被接通为开状态。在这样的时间T1处，激活开关Q1使得电流流过电阻器395以对控制开关150的栅极节点398进行充电。在开关Q3的栅极节点之间的电压(设置为5V的Vcc)等于开关Q3的源极节点电压(来自电容器320的5V)。因此，开关Q3在激活开关Q1时初始地处于关状态。
如图7所示，控制开关150最终经由包括电阻器395和开关Q1的串联组合的慢速充电路径被激活。假定在公共节点325处的电压SW的幅度增加到诸如2V(2伏)的电压。公共节点325的电压和跨电容器320的电压的增加使开关Q3的源极节点的电压成为+7V。因为开关Q3的栅极节点是5V，所以在开关Q3的栅极和源极之间的电压是-2V，使得接通开关Q3，因为Q3是PMOS器件。如先前所述，将开关Q3激活为开状态使得快速路径610(处于开状态的开关Q3和处于开状态的开关Q9的组合)使得电压Vg快速增加到12V(导致控制开关150激活为开状态)。
如图8所示，作为激活控制开关150的结果，公共节点325的电压最终增加为12V。在这样的情况下，开关Q3的源极节点的电压尝试提升到17V。然而，齐纳二极管390的存在将电压钳位到6V，保护开关Q3免受损坏。
图9是根据本文的实施例的与电压斜坡相关联的操作的任何操作的计算机系统的示例性框图。在一个实施例中，电压斜坡电路240包括用于促进电压Vg的斜坡的计算机系统900。
如图所示，本示例的计算机系统900包括互连911，其耦合在其中可以存储和检索数字信号的诸如非瞬时型介质(即，任何类型的硬件存储介质)的计算机可读存储介质912、处理器913(例如，数字信号处理器)、I/O接口914和通信接口917。
I/O接口914提供对诸如控制器140、存储资源980等的连接。
计算机可读存储介质912可以是任何硬件存储设备，诸如存储器、光存储、硬盘驱动器、软盘等。在一个实施例中，计算机可读存储介质912存储指令和/或数据。
通信接口917使得计算机系统900和处理器913能够与电源100中的其他资源进行通信。I/O接口914使得处理器913能够接收和转发信息。
如图所示，计算机可读存储介质912利用处理器913执行的电压斜坡应用240-1(例如，软件、固件等)被编码。电压斜坡应用240-1可以被配置为包括用于实现如本文所述的操作中的任何一个的指令。
在一个实施例的操作期间，处理器913经由互连911的使用来访问计算机可读存储介质912，以便于启动、运行、执行、解释或以其他方式执行与存储在计算机可读存储介质912上的电压斜坡应用240-1相关联的指令。
电压斜坡应用240-1的执行产生了处理功能，诸如处理器913中的电压斜坡过程240-2。换言之，与处理器913相关联的电压斜坡过程240-2表示在计算机系统700中的处理器913内或其上执行电压斜坡应用240-1的一个或多个方面。
如前所述，电压斜坡应用204-1可以被配置为支持用以激活控制开关150的电压Vg的多级斜坡。
图10是图示根据实施例的示例性方法的流程图1000。注意，将存在与如上所述的概念的一些重叠。
在处理框1010中，电压斜坡电路240接收指示将控制开关Q1激活为开状态的开关控制信号(例如，来自控制器140的输入)。电源100中的公共节点325将控制开关150和同步开关160以串联方式连接在第一参考电压(PVIN)和第二参考电压(地)之间。公共节点325被耦合到电感器144，其根据控制开关150和同步开关160的控制设置向负载118供应电流。
在处理框1020中，电压斜坡电路240通过电路路径(包括电容器320)从公共节点325接收反馈电压。
在处理框1030中，电压斜坡电路240实现了开关控制电压Vg的幅度的多级斜坡。开关控制电压Vg的幅度的多级斜坡将控制开关150从OFF状态转换到ON状态。开关控制电压Vg的的幅度的多级斜坡包括激活的一个或多个充电的路径。
在子处理框1040中，在使开关控制电压的幅度倾斜的第一时间段期间，电压斜坡电路240将控制开关150的栅极节点预充电到预定阈值电压Vth1(任何适当的值)。
在子处理框1050中，使开关控制电压Vg的幅度倾斜的第二时间段期间，电压斜坡电路240根据第一充电速率来对控制开关150的栅极节点398进行充电。换言之，电阻器395限制通过开关Q1的电流量，以对栅极节点398进行充电。
在子处理框1060中，电压斜坡电路响应于其中公共节点325处的电压的幅度超过阈值Vth2的状况，来从第二时间段转换为第三时间段。在一个实施例中，阈值Vth2基本上等于同步开关160的源极节点所连接到的第二参考电压(诸如接地)。然而，第二阈值Vth2可以是任何适当的值。
在子处理框1070中，在使开关控制电压Vg的幅度倾斜的第三时间段期间，电压斜坡电路240根据第二充电速率来对控制开关150的栅极节点398进行充电，第二充电速率大于由在时间段#2中通过电阻器395和开关Q1到栅极节点398的电流提供的充电速率的。
再次注意，本文的技术非常适合于在电源应用中使用，并且减少在DC到DC电压功率转换器、开关电源、同步降压转换器等中的损耗。然而，应当注意，本文的实施例不限于在这种应用中使用，并且本文讨论的技术也特别适合于在其他应用中使用。
基于本文阐述的描述，已经阐述了许多特定细节以提供所要求保护的主题的全面理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些特定细节的情况下实践要求保护的主题。在其他实例中，没有具体描述本领域技术人员公知的方法、装置、系统等，以不混淆要求保护的主题。详细描述中的一些部分已经在对存储在诸如计算机存储器的计算系统存储器内的数据比特或二级制数字信号的操作的算法或符号表示方面被呈现。这些算法描述或表示是在数据处理领域中本领域普通技术人员使用以将其工作的实质传递给本领域其他技术人员的技术的示例。本文所描述的算法，并且通常，被认为是产生期望结果的操作或类似处理的自相关序列。在该上下文中，操作或处理涉及对物理量的物理操纵。典型地但是不一定，这样的量可以采取能够被存储、传输、组合、比较或以其他方式操纵的电或磁信号的形式。有时为了方便，主要出于普遍使用的原因，将这样的信号称为比特、数据、值、元素、符号、字符、术语、数、数字等。然而，应该理解，所有这些和类似的术语将与适当的物理量相关联并且仅仅是方便的标记。除非特别声明，如从以下讨论中显而易见的是，在本说明书讨论中使用诸如“处理”、“计算”、“估算”、“确定”等术语指计算平台的动作或过程，诸如计算机或类似的电子计算设备，其操纵或变换表示为在计算平台的存储器、寄存器、其他信息存储设备、传输设备或显示设备内的物理电子或磁量。
尽管本发明已经被具体示出并且参考其优选和总结实施例被描述，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。这样的变化旨在由本申请的范围所涵盖。这样，本申请的实施例的前述描述不意在是限制性的。相反，在以下权利要求中呈现了对本发明的任何限定。

Claims (23)

1.一种开关电源电路，包括：
控制开关；
同步开关；
公共节点，所述公共节点将所述控制开关和所述同步开关串联连接在第一参考电压和第二参考电压之间，所述公共节点被耦合到电感器，所述电感器向负载供应电流；以及
电压斜坡电路，所述电压斜坡电路被耦合到所述控制开关，所述电压斜坡电路基于在电路路径上从所述公共节点接收到的反馈电压的幅度，来控制应用为控制所述控制开关的开关控制电压的幅度的斜坡，
其中所述电压斜坡电路包括多个开关充电路径，所述多个开关充电路径被独立地激活以使用所述反馈电压来斜变所述开关控制电压的所述幅度，
其中所述多个开关充电路径包括在所述反馈电压与所述电压斜坡电路的驱动器开关之间的第一开关充电路径和第二开关充电路径，所述驱动器开关可操作以将所述开关控制电压驱动到所述控制开关，所述电压斜坡电路在非重叠时间段期间控制所述第一开关充电路径的激活以及所述第二开关充电路径的激活，以增加所述开关控制电压的所述幅度以将所述控制开关从关断状态转变到开启状态。
2.根据权利要求1所述的开关电源电路，其中，所述电压斜坡电路接收输入控制信号，所述输入控制信号指示是否激活所述控制开关；并且
其中，所述电压斜坡电路基于在所述电路路径上从所述公共节点接收的所述反馈电压的幅度和所述输入控制信号的状态的组合来产生所述开关控制电压。
3.根据权利要求1所述的开关电源电路，其中，所述反馈路径包括电容器，所述电容器将所述反馈电压从所述公共节点传递到所述电压斜坡电路中的充电控制开关设备，所述反馈电压将所述充电控制开关激活为开启状态，所述电容器和激活的充电控制开关设备以及所述驱动器开关的串联组合将所述反馈电压传递到所述控制开关的栅极节点。
4.根据权利要求1述的开关电源电路，其中，所述电压斜坡电路包括充电控制开关设备，所述充电控制开关设备在所述反馈电压的幅度高于阈值时被激活，所述充电控制开关设备的激活增加了使所述开关控制电压的幅度斜变的速率，在所述斜变期间所述控制开关从关断状态转换为开启状态。
5.根据权利要求1所述的开关电源电路，其中，所述第一开关充电路径包括充电控制开关设备，所述充电控制开关设备响应于所述公共节点的电压幅度增加到阈值以上的条件而被激活。
6.根据权利要求5所述的开关电源电路，其中，所述第一开关充电路径包括包含电容器和所述充电控制开关设备的串联电路，所述充电控制开关设备的激活将所述开关控制电压从所述电容器通过所述充电控制开关设备和所述驱动器开关传递到所述控制开关。
7.根据权利要求1所述的开关电源电路，其中所述电压斜坡电路在不同的时间段期间控制多个开关充电路径的激活，以传送来自所接收的反馈电压的电荷，以增加所述开关控制电压的所述幅度。
8.根据权利要求1所述的开关电源电路，其中所述电压斜坡电路经由多个开关充电路径控制所述开关控制电压的所述幅度增加的斜率，所述多个开关充电路径传送来自所接收的反馈电压的电荷。
9.一种开关电源电路，包括：
控制开关；
同步开关；
公共节点，所述公共节点将所述控制开关和所述同步开关串联连接在第一参考电压和第二参考电压之间，所述公共节点被耦合到电感器，所述电感器向负载供应电流；以及
电压斜坡电路，所述电压斜坡电路被耦合到所述控制开关，所述电压斜坡电路基于在电路路径上从所述公共节点接收到的反馈电压的幅度，来控制应用为控制所述控制开关的开关控制电压的幅度的斜坡，
其中所述电压斜坡电路实现所述开关控制电压的幅度的多级斜坡，所述开关控制电压的所述幅度的多级斜坡将所述控制开关从关断状态转换为开启状态，所述开关控制电压的所述幅度的所述多级斜坡包括基于所述反馈电压的所述幅度的充电路径的激活，
其中所述电压斜坡电路：
在从所述关断状态到所述开启状态使所述开关控制电压的所述幅度斜变的第一时间段期间，将所述控制开关的栅极节点预充电到预定的阈值电压；
在从所述关断状态到所述开启状态使所述开关控制电压的所述幅度斜变的第二时间段期间，根据第一充电速率来对所述控制开关的所述栅极节点进行充电；并且
在从所述关断状态到所述开启状态使所述开关控制电压的所述幅度斜变的第三时间段期间，根据第二充电速率来对所述控制开关的所述栅极节点进行充电，所述第二充电速率大于所述第一充电速率。
10.根据权利要求9所述的开关电源电路，其中，所述电压斜坡电路响应于所述公共节点处的电压的幅度超过阈值的条件，而从所述第二时间段转换为所述第三时间段。
11.根据权利要求10所述的开关电源电路，其中，所述阈值是所述同步开关的源极节点所连接到的所述第二参考电压。
12.根据权利要求10所述的开关电源电路，其中，所述条件的发生激活在所述电路路径和所述控制开关的所述栅极节点之间布置的充电控制开关设备，来对所述控制开关的所述栅极节点进行充电。
13.根据权利要求12所述的开关电源电路，其中，所述电路路径包括电容器，所述电容器将所述公共节点的AC电压传递到所述充电控制开关设备。
14.一种开关电源电路，包括：
控制开关；
同步开关；
公共节点，所述公共节点将所述控制开关和所述同步开关串联连接在第一参考电压和第二参考电压之间，所述公共节点被耦合到电感器，所述电感器向负载供应电流；以及
电压斜坡电路，所述电压斜坡电路被耦合到所述控制开关，所述电压斜坡电路基于在电路路径上从所述公共节点接收到的反馈电压的幅度，来控制应用为控制所述控制开关的开关控制电压的幅度的斜坡，
其中所述电压斜坡电路包括用于产生所述开关控制电压的第一充电控制路径、第二充电控制路径和第三充电控制路径，所述第一充电控制路径、所述第二充电控制路径和所述第三充电控制路径中的每一个在不同的时间段期间被激活以使所述开关控制电压的幅度斜变，将所述控制开关从关断状态转换为开启状态。
15.根据权利要求14所述的开关电源电路，其中，在所述开关控制电压的多级斜坡的不同时间段期间，所述第一充电控制路径、所述第二充电控制路径和所述第三充电控制路径的激活减少了从由下述组成的组中选择的参数的幅度：
i)所述开关电源电路的反向恢复电荷，
ii)所述开关电源电路中的开关损耗，以及
iii)在所述同步开关的去激活和所述控制开关的激活之间的死区时间。
16.一种开关电源电路，包括：
控制开关；
同步开关；
公共节点，所述公共节点将所述控制开关和所述同步开关串联连接在第一参考电压和第二参考电压之间，所述公共节点被耦合到电感器，所述电感器向负载供应电流；以及
电压斜坡电路，所述电压斜坡电路被耦合到所述控制开关，所述电压斜坡电路包括第一充电路径、第二充电路径和第三充电路径：
在第一时间段期间，所述第一充电路径将所述控制开关的栅极节点预充电到预定的阈值电压；
在第二时间段期间，所述第二充电路径根据第一充电速率来使所述栅极节点的电压幅度斜变；并且
所述第三充电路径根据第二充电速率来使所述栅极节点的电压所述幅度斜变，所述第二充电速率大于所述第一充电速率。
17.根据权利要求16所述的开关电源电路，其中，所述第一充电路径、所述第二充电路径和所述第三充电路径并联地被布置在并联电路中。
18.根据权利要求17所述的开关电源电路，其中，所述并联电路与耦合到所述公共节点的电容器串联布置，所述电容器将所述开关节点的AC电压传递到所述控制开关的栅极节点。
19.根据权利要求18所述的开关电源电路，其中，所述第三充电路径包括开关设备，所述开关设备在所述开关节点的输入电压的幅度超过阈值电压时，激活至开启状态，所述开关设备至所述开启状态的激活将所述电容器电气连接到所述栅极节点。
20.一种用于开关电源电路的方法，包括：
接收指示激活电源中的控制开关的开关控制信号，所述电源中的公共节点以串联方式将所述控制开关和同步开关连接在第一参考电压和第二参考电压之间，所述公共节点耦合到向负载供应电流的电感器；
通过电路路径从所述公共节点接收反馈电压；
基于所述反馈电压的幅度，激活充电路径，以产生对所述控制开关的激活进行控制的开关控制电压；以及
实现所述开关控制电压的幅度的多级斜坡，所述开关控制电压的幅度的多级斜坡将所述控制开关从关断状态转换为开启状态，所述开关控制电压的幅度的所述多级斜坡包括所述充电路径的激活，
其中实现所述开关控制电压的幅度的所述多级斜坡包括：
在从所述关断状态到所述开启状态使所述开关控制电压的所述幅度斜变的第一时间段期间，将所述控制开关的栅极节点预充电到预定的阈值电压；
在从所述关断状态到所述开启状态使所述开关控制电压的所述幅度斜变的第二时间段期间，根据第一充电速率来对所述控制开关的所述栅极节点进行充电；以及
在从所述关断状态到所述开启状态使所述开关控制电压的所述幅度斜变的第三时间段期间，根据第二充电速率来对所述控制开关的所述栅极节点进行充电，所述第二充电速率大于所述第一充电速率更大。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，基于所述反馈电压的所述幅度来激活所述充电电路包括激活充电控制开关设备，所述充电控制开关设备将通过所述电路路径接收到的所述反馈电压耦合到所述控制开关的栅极节点，所述反馈电压对所述控制开关的所述栅极节点进行充电，所述充电控制开关设备基于所述反馈电压的幅度超过阈值而被激活。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述电路路径包括耦合到所述公共节点的电容器，所述方法进一步包括：
通过耦合到所述公共节点的所述电容器来接收所述反馈电压。
23.根据权利要求20所述的方法，进一步包括：
响应于所述公共节点处的电压的幅度超过阈值的条件，从所述第二时间段转换为所述第三时间段。
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