JP2009290812A - Dead time control circuit - Google Patents

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Seungbeom Kevin Kim
ケヴィン キム スンベム
Todd Vacca
ヴァッカ トッド
Zhang Jason
ツァン ジェイソン
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a circuit for reducing switching loss in a synchronous rectifying circuit of a switching stage including a high-side control transistor and a low-side synchronous rectifying transistor which is coupled at a switching node. <P>SOLUTION: A switching stage receives an input voltage and provides a controlled output voltage at an output contact. A circuit includes a first circuit portion and a second circuit portion. The first circuit portion senses the waveshape edges of a first signal at a gate terminal of the low-side synchronous rectifying transistor and a first voltage to determine a delay between the waveshape edge of the first signal and the waveshape edge of the first voltage. The second circuit portion calibrates the first signal and the first voltage to align the waveshape edge of the first signal and the waveshape edge of the first voltage, with an optional offset to attain minimal power loss. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、コンバータ回路、より詳しくは、コンバータ回路における、ハイサイドFETとローサイドFET間の導通を防止する、デッドタイムを低減する制御回路に関する。   The present invention relates to a converter circuit, and more particularly to a control circuit that prevents conduction between a high-side FET and a low-side FET in the converter circuit and reduces dead time.

DC−DC変換において、一般に、良いコンバータとは、変換効率に基づいて判断される。この効率は、コンバータにおいて、スイッチング損失やパワーデバイスのオン抵抗による損失等の電力損失が、いかに少ないかに応じて決定される。   In DC-DC conversion, a good converter is generally determined based on conversion efficiency. This efficiency is determined according to how much power loss such as switching loss and loss due to the on-resistance of the power device is small in the converter.

同期整流回路は、制御が複雑であるにもかかわらず、スイッチング損失を低減させるために、広く普及している。同期整流回路においては、電力損失の主な原因の1つとして、ハイサイド/制御用トランジスタの制御と、ローサイド/同期整流用トランジスタの制御との間の遅延がある。   Synchronous rectifier circuits are widely used in order to reduce switching loss in spite of complicated control. In the synchronous rectifier circuit, one of the main causes of power loss is a delay between the control of the high-side / control transistor and the control of the low-side / synchronous rectifier transistor.

図1は、周知の、高速の同期整流降圧型(バック)コンバータ回路10を示している。バックコンバータ回路10は、スイッチングステージを備えており、スイッチングステージは、制御用パワーデバイスであるハイサイドトランジスタQ1と、同期整流用パワーデバイスであるローサイドトランジスタQ2とを備えており、このハイサイドトランジスタQ1とローサイドトランジスタQ2は、スイッチングノードで接続されている。スイッチングステージは、DC入力電圧VINを受け取り、出力接点において、良く制御されたDC出力電圧VOを供給する。バックコンバータ回路10は、スイッチングステージと並列接続されている入力キャパシタC1と、スイッチングノードと出力接点の間に接続されている出力インダクタLと、DC出力電圧VOを有している出力接点に接続されている出力キャパシタC2とを備えている。負荷は、出力キャパシタC2と並列接続されている。 FIG. 1 shows a known high speed synchronous rectification step-down (buck) converter circuit 10. The buck converter circuit 10 includes a switching stage, and the switching stage includes a high-side transistor Q 1 that is a power device for control and a low-side transistor Q 2 that is a power device for synchronous rectification. The transistor Q 1 and the low side transistor Q 2 are connected by a switching node. The switching stage receives the DC input voltage V IN and provides a well controlled DC output voltage V O at the output contact. The buck converter circuit 10 includes an input capacitor C 1 connected in parallel with the switching stage, an output inductor L connected between the switching node and the output contact, and an output contact having a DC output voltage V O. And an output capacitor C 2 connected thereto. Load is connected in parallel with the output capacitor C 2.

ハイサイドトランジスタQ1及びローサイドトランジスタQ2は、従来どおり、パルス幅変調(PWM)によってオンオフされるので、ハイサイドトランジスタQ1がオンである時、ローサイドトランジスタQ2はオフであり、ローサイドトランジスタQ2がオンである時、ハイサイドトランジスタQ1はオフである。パルス幅変調は制御され、たとえ、携帯型エレクトロニクスデバイスのバッテリーによって供給されるかもしれないDC入力電圧VINが、経年、温度、パワーデマンド等によって変化しても、出力接点において所定のDC出力電圧VOを維持する。 Since the high-side transistor Q 1 and the low-side transistor Q 2 are turned on / off by pulse width modulation (PWM) as usual, when the high-side transistor Q 1 is on, the low-side transistor Q 2 is off and the low-side transistor Q 2 is turned on. When 2 is on, the high-side transistor Q 1 is off. The pulse width modulation is controlled, even if the DC input voltage VIN that may be supplied by the battery of the portable electronic device varies with age, temperature, power demand, etc. V O is maintained.

入力回路に短絡回路を発生させるおそれがあるので、ハイサイドトランジスタQ1及びローサイドトランジスタQ2が同時にオンになる状態をなくすように気を付けなければいけない。従って、図2に示すように、ハイサイドトランジスタQ1及びローサイドトランジスタQ2が両方オフである、一定のデッドタイムは常に供給される。このデッドタイムは、できる限り低減させることが望ましく、回路効率を増大させるためには、ゼロに近いほど好ましい。 Since there is a possibility of generating a short circuit in the input circuit, care must be taken to eliminate a state in which the high side transistor Q 1 and the low side transistor Q 2 are simultaneously turned on. Therefore, as shown in FIG. 2, a constant dead time is always supplied when both the high-side transistor Q 1 and the low-side transistor Q 2 are off. It is desirable to reduce this dead time as much as possible. To increase the circuit efficiency, it is preferable that the dead time is closer to zero.

図3に示す、デッドタイムを制御する従来の試みには、固定遅延の方法がある。この方法では、最適遅延は、ハイサイドトランジスタQ1及びローサイドトランジスタQ2がオフである時、負荷、ライン、パワーデバイスによって変化させることができる。デッドタイムそのものを、与えられた条件ごとに、最適遅延を得るように調整することはできない。 A conventional attempt to control the dead time shown in FIG. 3 includes a fixed delay method. In this way, the optimal delay can be varied by load, line, and power device when the high side transistor Q 1 and the low side transistor Q 2 are off. The dead time itself cannot be adjusted to obtain the optimum delay for each given condition.

図4に示すように、適応型制御方法は、固定遅延の方法よりもすぐれた制御方法であるが、負荷、ライン、温度に関する変化に対しては調整しない。   As shown in FIG. 4, the adaptive control method is a better control method than the fixed delay method, but does not adjust for changes in load, line, and temperature.

図5に示すように、予測型制御方法は、ハイサイドトランジスタQ1及びローサイドトランジスタQ2を接続しているスイッチングノードにおける電圧VSWをモニタして、遅延が所定値に達するまで、遅延を継続して調整する。この方法において、電圧VSWは、接地電圧より低圧にならなくてはならず、固定電圧と比較される。電圧VSWは、最小電力損失で済むような最適遅延を生じるのに充分な負の電圧となる。電圧VSWコンパレータの遅延によって、この方法では、最適なデッドタイムを獲得しない。 As shown in FIG. 5, the predictive control method monitors the voltage V SW at the switching node connecting the high side transistor Q 1 and the low side transistor Q 2 and continues the delay until the delay reaches a predetermined value. And adjust. In this method, the voltage V SW must be lower than the ground voltage and is compared with a fixed voltage. The voltage V SW is a negative voltage sufficient to produce an optimum delay that requires minimal power loss. Due to the delay of the voltage V SW comparator, this method does not achieve an optimal dead time.

本発明の目的は、ローサイドゲートドライブ(LGD)エッジ、及びスイッチングノード(VSW)/ハイサイドゲートドライブ(HGD)エッジを比較することによって、どのタイプの整流回路/パワーデバイスにも固定遅延を供給して、電力損失を低減させる最適なデッドタイムを獲得する、改善した解決法を提供することにある。   The object of the present invention is to provide a fixed delay to any type of rectifier / power device by comparing the low side gate drive (LGD) edge and the switching node (VSW) / high side gate drive (HGD) edge. Thus, it is an object of the present invention to provide an improved solution for obtaining an optimal dead time for reducing power loss.

さらに、本発明の目的は、導通損失、逆回復損失、又は、貫通損失を低減、又は排除することである。   Furthermore, an object of the present invention is to reduce or eliminate conduction loss, reverse recovery loss, or penetration loss.

本発明によると、同期整流回路、又は、スイッチングノードにおいて接続されたハイサイド制御用トランジスタ、及びローサイド同期整流用トランジスタを備えているスイッチングステージにおけるスイッチング損失を低減する回路が提供される。スイッチングステージは、入力電圧を受け取り、出力接点において、制御された出力電圧を供給する。回路は、第1回路部及び第2回路部を備えている。第1回路部は、ローサイド同期整流用トランジスタのゲートにおける第1信号の波形エッジと、第1電圧の波形エッジとを検知し、第1信号の波形エッジと、第1電圧の波形エッジとの間の遅延を決定する。第2回路部は、第1信号及び第1電圧を校正し、第1信号の波形エッジ及び第1電圧の波形エッジを整合させる。   According to the present invention, there is provided a synchronous rectifier circuit or a circuit that reduces switching loss in a switching stage including a high-side control transistor and a low-side synchronous rectifier transistor connected at a switching node. The switching stage receives the input voltage and provides a controlled output voltage at the output contact. The circuit includes a first circuit unit and a second circuit unit. The first circuit unit detects the waveform edge of the first signal and the waveform edge of the first voltage at the gate of the low-side synchronous rectification transistor, and detects between the waveform edge of the first signal and the waveform edge of the first voltage. Determine the delay. The second circuit unit calibrates the first signal and the first voltage, and matches the waveform edge of the first signal and the waveform edge of the first voltage.

さらに最適化するために、回路は、固定遅延効果を発揮するべく、トリミングすることができる。このデッドタイム制御回路は、ハーフブリッジ、又は同期整流降圧型で用いる、全タイプのパワースイッチングデバイスに適用できる。   For further optimization, the circuit can be trimmed to achieve a fixed delay effect. This dead time control circuit can be applied to all types of power switching devices used in a half bridge or synchronous rectification step-down type.

本発明の他の特徴及び利点については、添付の図面に基づいて、以下に説明するところにより、明らかになると思う。   Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description based on the accompanying drawings.

図1は、ハイサイドトランジスタQ1及びローサイドトランジスタQ2のゲートに入力されるPWMを示している。ハイサイドトランジスタQ1への信号は、HGDで表され、ローサイドトランジスタQ2への信号は、インバータ12によって変換され、LGDで表され、図2では、LGD波形として示されている。ハイサイドトランジスタQ1及びローサイドトランジスタQ2は、スイッチングノードで接続されている。 FIG. 1 shows PWM input to the gates of the high-side transistor Q 1 and the low-side transistor Q 2 . The signal to the high-side transistor Q 1 is represented by HGD, and the signal to the low-side transistor Q 2 is converted by the inverter 12 and represented by LGD, and is shown as an LGD waveform in FIG. The high side transistor Q 1 and the low side transistor Q 2 are connected by a switching node.

図2は、LGD信号波形の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジと、スイッチングノードにおける電圧VSW波形(VSW)、及び/又は、HGD信号波形の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの関係を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the rising edge and the falling edge of the LGD signal waveform, the voltage V SW waveform (VSW) at the switching node, and / or the rising edge and the falling edge of the HGD signal waveform.

図1に戻ると、本発明によれば、ローサイドトランジスタQ2が例えば1ナノ秒以内のような高速でスイッチするために作られている、高速の同期整流降圧型(バック)コンバータにおいては、最適なデッドタイムは、ローサイドトランジスタQ2のゲート信号が、電圧VSW波形(VSW)、及び/又は、HGD信号波形の立ち上がり/立ち下がりエッジと一致するときに起きる。 Returning to FIG. 1, according to the present invention, the low-side transistor Q 2 is optimal for a high-speed synchronous step-down (buck) converter, which is made to switch at high speed, for example, within 1 nanosecond. The dead time occurs when the gate signal of the low-side transistor Q 2 coincides with the voltage V SW waveform (VSW) and / or the rising / falling edge of the HGD signal waveform.

電圧VSW波形(VSW)エッジ、及び/又は、HGD信号波形エッジ、及び、LGD信号波形エッジの同期化は、アナログ、又はデジタル位相同期回路(PLL)を介して達成され、位相エラーを排除することができる。従って、図6に示すように、PLL回路15は、図1の回路に接続されており、電圧VSW(VSW)、及び/又は、HGD信号の各エッジは、位相検出回路1組を必要とする。 Synchronization of the voltage V SW waveform (VSW) edge and / or the HGD signal waveform edge and the LGD signal waveform edge is achieved via an analog or digital phase synchronization circuit (PLL) to eliminate phase errors. be able to. Therefore, as shown in FIG. 6, the PLL circuit 15 is connected to the circuit of FIG. 1, and each edge of the voltage V SW (VSW) and / or the HGD signal requires one phase detection circuit set. To do.

電圧VSW(VSW)、及び/又は、HGD信号の立ち上がりエッジを用いると、例えば、図1及び図6における、LGD信号波形、及び、電圧VSW波形(VSW)、及び/又は、HGD信号波形の間にオーバーラップがなければ、LGD信号、及び、電圧VSW(VSW)、及び/又は、HGD信号波形は、遅延回路11及び13によって調整され、オーバーラップを導入するだろう。オーバーラップがあるときは、LGD信号、及び、電圧VSW(VSW)、及び/又は、HGD信号波形は調整され、オーバーラップを排除するだろう。 When the rising edge of the voltage V SW (VSW) and / or the HGD signal is used, for example, the LGD signal waveform and the voltage V SW waveform (VSW) and / or the HGD signal waveform in FIGS. If there is no overlap between, the LGD signal and the voltage V SW (VSW) and / or the HGD signal waveform will be adjusted by the delay circuits 11 and 13 to introduce the overlap. When there is an overlap, the LGD signal and the voltage V SW (VSW) and / or the HGD signal waveform will be adjusted to eliminate the overlap.

同期整流回路の導通損失、又は逆回復損失は、2つの制御信号、すなわち、LGD信号、及び、電圧VSW(VSW)、及び/又は、HGD信号の同期整流回路制御信号をモニタすることにより処理される。図7に示すように、LGD信号、及び、電圧VSW(VSW)、及び/又は、HGD信号の両信号のエッジは、最初に回路20の遅延検知部において検知され、次に校正部において校正される。最初に、遅延検知部において、遅延制御ループでのより良い調整を行うために、電圧VSW(VSW)、及び/又は、HGD信号は、エッジ検出回路22により検知され、オプションの遅延検知回路26を介して処理され、LGD信号は、エッジ検出回路24により検知され、オプションの遅延検知回路28を介して処理される。 The conduction loss or reverse recovery loss of the synchronous rectifier circuit is processed by monitoring two control signals, namely, the LGD signal and the voltage V SW (VSW) and / or the synchronous rectifier circuit control signal of the HGD signal. Is done. As shown in FIG. 7, the edges of both the LGD signal and the voltage V SW (VSW) and / or the HGD signal are first detected by the delay detection unit of the circuit 20 and then corrected by the calibration unit. Is done. First, in order to make a better adjustment in the delay control loop in the delay detection unit, the voltage V SW (VSW) and / or the HGD signal is detected by the edge detection circuit 22 and an optional delay detection circuit 26. The LGD signal is detected by the edge detection circuit 24 and processed via the optional delay detection circuit 28.

校正部においては、エッジ比較回路34及び36が、遅延検知回路26及び28からの信号を相互に比較し、次に、エッジ比較回路34はプリセッタブルアップ・ダウンカウンタ回路38に、エッジ比較回路36は、プリセッタブルアップ・ダウンカウンタ回路40に、指令を出して、加算、又は減算のカウンタ処理を行う。カウンタ回路38は、立ち上がり範囲選択回路42から入力を受け取り、カウンタ回路40は、立ち下がり範囲選択回路44から入力を受け取る。   In the calibration unit, the edge comparison circuits 34 and 36 compare the signals from the delay detection circuits 26 and 28 with each other. Next, the edge comparison circuit 34 sends the presettable up / down counter circuit 38 to the edge comparison circuit 36. Sends a command to the presettable up / down counter circuit 40 to perform addition or subtraction counter processing. The counter circuit 38 receives an input from the rising range selection circuit 42, and the counter circuit 40 receives an input from the falling range selection circuit 44.

カウンタ回路38及び40は、エッジ調整動作を最小化するためにプレロードが可能であり、カウンタ回路38のnビットカウンタの出力は立ち上がりエッジdt制御回路46に、カウンタ回路40のnビットカウンタの出力は立ち下がりエッジdt制御回路48に転送される。このnビットカウンタ値は、デコードされ、対応する遅延を選択する。回路20の動作は、電圧VSW(VSW)、及び/又は、HGD信号、及び、LGD信号の両波形のエッジが整合されるまで続く。 The counter circuits 38 and 40 can be preloaded to minimize the edge adjustment operation. The output of the n-bit counter of the counter circuit 38 is sent to the rising edge dt control circuit 46, and the output of the n-bit counter of the counter circuit 40 is It is transferred to the falling edge dt control circuit 48. This n-bit counter value is decoded and selects the corresponding delay. The operation of the circuit 20 continues until the edges of both waveforms of the voltage V SW (VSW) and / or the HGD signal and the LGD signal are aligned.

回路20は、2つの信号を比較して、タイミングの状況によって、遅延を低減、又は増大させる信号が発信される。遅延は、発信される信号によって調整される。この動作は、制御信号の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの両方で行われる。さらに、個々の遅延は、この自動校正に取り込まれ、検知される誤差を補正することとなる。   The circuit 20 compares the two signals and generates a signal that reduces or increases the delay depending on the timing situation. The delay is adjusted by the transmitted signal. This operation is performed at both the rising edge and falling edge of the control signal. Furthermore, individual delays are incorporated into this automatic calibration and will correct the detected errors.

回路20は、出力状況、つまり、負荷、ライン温度、及び/又は、パワーデバイスに関係しない、最適遅延を見つけ出す。遅延は、波形のエッジを検知する間、任意の遅延によって調整されることができる。回路20が正確に動作するために、電圧VSW(VSW)、及び/又は、HGD信号がグランドレベルより下がる必要はない。 The circuit 20 finds the optimum delay that is independent of the output situation, ie, load, line temperature, and / or power device. The delay can be adjusted by any delay while sensing the edges of the waveform. In order for the circuit 20 to operate correctly, the voltage V SW (VSW) and / or the HGD signal need not fall below the ground level.

次に、同期整流コンバータの速い制御信号検知について述べる。   Next, the fast control signal detection of the synchronous rectifier converter will be described.

図8に示すように、直列接続されているキャパシタC0a及びC1aを有し、LGDノードとGNDノードの間に接続されている分割キャパシタ80aと、直列接続されているキャパシタC0b及びC1bを有し、VSW/HGDノードとGNDノードの間に接続されている、分割キャパシタ80bとは異なる電位で、速い動作のエッジを検知するために使用される。一方、分割キャパシタ80a及び80bは、様々な用途で使用されるものであるが、有名なのは、同期整流コンバータとの共同使用である。制御ループで検知する信号の遅延は、多くが時間依存性制御のために決定的である。同期整流コンバータの場合、ドライブ信号、及び/又は、スイッチングノードにおける電圧VSWの検知は、同期整流コンバータの効率と性能を最適化するために、きわめて有用な情報である。スイッチングノード信号の検知接点へのスイングを、分割抵抗、又はクランプ回路を使用して制限することができる。スイングを制限することにより、より多くの電力が消費され、検知工程は減速する。 As shown in FIG. 8, it has capacitors C0a and C1a connected in series, a split capacitor 80a connected between the LGD node and the GND node, and capacitors C0b and C1b connected in series, It is used to detect the edge of fast operation at a potential different from that of the split capacitor 80b connected between the VSW / HGD node and the GND node. On the other hand, the split capacitors 80a and 80b are used for various purposes, but the famous one is the joint use with the synchronous rectifier converter. The signal delay detected in the control loop is often critical for time-dependent control. In the case of a synchronous rectifier converter, the detection of the drive signal and / or the voltage V SW at the switching node is very useful information to optimize the efficiency and performance of the synchronous rectifier converter. The swing of the switching node signal to the sensing contact can be limited using a split resistor or a clamp circuit. By limiting the swing, more power is consumed and the detection process is slowed down.

分割キャパシタ80a及び80bを使用する利点は、速度及びDC電力における損失にある。分割キャパシタ80a及び80bは、過渡期間に充電される必要がある。しかし、一度充電された分割キャパシタ80a及び80bは、電力を消費しない。一定のDC電流を必要とする適用のために、並列の分割抵抗82a及び82bは、分割キャパシタ80a及び80bに付け加えることができ、DC電圧値を維持する。分割抵抗82aは、LGDノードとGNDノードの間に接続され、直列接続された抵抗R0a及びR1aを有し、分割抵抗82bは、VSW/HGDノードとGNDノードの間に接続され、直列接続された抵抗R0b及びR1bを有する。   The advantage of using split capacitors 80a and 80b is the loss in speed and DC power. Split capacitors 80a and 80b need to be charged during the transition period. However, the divided capacitors 80a and 80b once charged do not consume power. For applications that require a constant DC current, parallel split resistors 82a and 82b can be added to split capacitors 80a and 80b to maintain the DC voltage value. The dividing resistor 82a is connected between the LGD node and the GND node, and has resistors R0a and R1a connected in series. The dividing resistor 82b is connected between the VSW / HGD node and the GND node, and is connected in series. Resistors R0b and R1b are provided.

以上本発明を、特定の実施例に基づき説明したが、本発明は、特許請求の範囲を逸脱しない限り、当業者にとって明白な他の変形例も含むものである。すなわち本発明は、明細書における実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲のみによって限定されるものである。   Although the present invention has been described based on specific embodiments, the present invention includes other modifications that are apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the claims. In other words, the present invention is not limited to the examples in the specification, and is limited only by the scope of the claims.

スイッチングステージを有する高速の同期整流降圧型(バック)コンバータ回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a high-speed synchronous rectification step-down (buck) converter having a switching stage.

図1のスイッチングステージのトランジスタをオンオフした時の、PWM信号及びLGD信号を示すタイムチャートである。2 is a time chart showing a PWM signal and an LGD signal when a transistor of the switching stage of FIG. 1 is turned on and off.

スイッチングステージを有する回路図と、周知の、デッドタイムを制御する固定遅延を示すタイムチャートである。FIG. 2 is a circuit diagram having a switching stage and a well-known time chart showing a fixed delay for controlling a dead time.

周知の、デッドタイムを制御する適応型制御方法を用いている、スイッチングステージ及びゲート駆動回路を有する回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram having a switching stage and a gate driving circuit using a known adaptive control method for controlling dead time.

周知の、デッドタイムを制御する予測型制御方法を用いている、スイッチングステージと、検知回路と、ゲート駆動回路とを有する回路及びブロック図である。It is a circuit and block diagram which have a switching stage, a detection circuit, and a gate drive circuit using the well-known predictive control method which controls a dead time.

図1の回路の、電圧VSW(VSW)、及び/又は、ハイサイドトランジスタのゲート電圧(HGD)、及び、LGD信号のエッジの遅延を検知し校正する概略回路及びブロック図である。FIG. 2 is a schematic circuit diagram and a block diagram for detecting and calibrating an edge delay of a voltage V SW (VSW) and / or a gate voltage (HGD) of a high-side transistor and an LGD signal in the circuit of FIG.

図1の回路の、電圧VSW(VSW)、及び/又は、ハイサイドトランジスタのゲート電圧(HGD)、及び、LGD信号のエッジの遅延を検知し校正するブロック図である。FIG. 2 is a block diagram for detecting and calibrating an edge delay of a voltage V SW (VSW) and / or a gate voltage (HGD) of a high-side transistor and an LGD signal in the circuit of FIG. 1.

分割キャパシタを用い、異なる電位、及び/又は、高圧信号で、速い動作のエッジを検知する、図7の回路及びブロック図である。FIG. 8 is a circuit and block diagram of FIG. 7 that uses split capacitors to detect fast-moving edges with different potentials and / or high-voltage signals.

符号の説明Explanation of symbols

10:降圧型(バック)コンバータ回路
11、13:遅延回路
12:インバータ
15:PLL回路
20:回路
22、24:エッジ検出回路
26、28:遅延検知回路
34、36:エッジ比較回路
38、40:プリセッタブルアップ・ダウンカウンタ回路
42:立ち上がり範囲選択回路
44:立ち下がり範囲選択回路
46:立ち上がりエッジdt制御回路
48:立ち下がりエッジdt制御回路
80a、80b:分割キャパシタ
82a、82b:分割抵抗
1:入力キャパシタ
2:出力キャパシタ
C0a、C1a、C0b、C1b:キャパシタ
L:出力インダクタ
R0a、R1a、R0b、R1b:抵抗
1:ハイサイドトランジスタ
2:ローサイドトランジスタ
IN:DC入力電圧
O:DC出力電圧
SW:電圧
10: step-down (buck) converter circuit 11, 13: delay circuit 12: inverter 15: PLL circuit 20: circuit 22, 24: edge detection circuit 26, 28: delay detection circuit 34, 36: edge comparison circuit 38, 40: Presettable up / down counter circuit 42: rising range selection circuit 44: falling range selection circuit 46: rising edge dt control circuit 48: falling edge dt control circuits 80a, 80b: dividing capacitors 82a, 82b: dividing resistor C 1 : Input capacitor C 2 : Output capacitors C 0 a, C 1 a, C 0 b, C 1 b: Capacitor L: Output inductors R 0 a, R 1 a , R 0 b, R 1 b: Resistor Q 1 : High side transistor Q 2 : Low side transistor V IN : DC input voltage V O : DC Output voltage V SW : Voltage

Claims (19)

スイッチングノードにおいて接続されたハイサイド制御用トランジスタ及びローサイド同期整流用トランジスタを備えてなる、スイッチングステージの同期整流回路におけるスイッチング損失を低減させ、このスイッチングステージは、入力電圧を受け取り、出力接点において制御された出力電圧を供給するようになっており、かつ、
ローサイド同期整流用トランジスタのゲートにおける第1信号、及び第1電圧の波形エッジを検知し、この第1信号の波形エッジと、この第1電圧の波形エッジの間の遅延を決定する第1回路部と、
前記第1信号及び前記第1電圧を校正し、前記第1信号の波形エッジ及び前記第1電圧の波形エッジを整合させる第2回路部とを備えてなる回路。
Reduce switching losses in the synchronous rectifier circuit of the switching stage, comprising a high side control transistor and a low side synchronous rectifier transistor connected at the switching node, which receives the input voltage and is controlled at the output contact Output voltage, and
A first circuit unit that detects a waveform edge of the first signal and the first voltage at the gate of the low-side synchronous rectification transistor and determines a delay between the waveform edge of the first signal and the waveform edge of the first voltage When,
A circuit comprising: a second circuit unit that calibrates the first signal and the first voltage and matches the waveform edge of the first signal and the waveform edge of the first voltage.
スイッチングステージと並列接続された入力キャパシタと、スイッチングノードと出力接点の間に接続された出力インダクタと、出力電圧を有している出力接点に接続された出力キャパシタと、出力キャパシタと並列接続された負荷とを備えてなる、請求項1記載の回路。   An input capacitor connected in parallel with the switching stage, an output inductor connected between the switching node and the output contact, an output capacitor connected to the output contact having the output voltage, and connected in parallel with the output capacitor The circuit of claim 1, comprising a load. 負荷、ライン、温度、パワーデバイスの変化に自己調整できるようになっている、請求項1記載の回路。   The circuit of claim 1, wherein the circuit is self-adjustable to changes in load, line, temperature, and power device. 前記第1電圧は、接地電圧よりも低圧になる必要のない、請求項1記載の回路。   The circuit of claim 1, wherein the first voltage need not be lower than a ground voltage. 同期整流回路は、高速スイッチングする前記ローサイドトランジスタ、及び、このローサイドトランジスタのゲート信号が、前記第1電圧波形の立ち上がり及び立ち下がりエッジと整合される時に生じる最適なデッドタイムにおいて動作するようになっている、請求項1記載の回路。   The synchronous rectifier circuit operates at an optimum dead time that occurs when the low-side transistor that performs high-speed switching and the gate signal of the low-side transistor are aligned with the rising and falling edges of the first voltage waveform. The circuit of claim 1. 第1回路部は、前記ハイサイドトランジスタの第1制御信号と前記ローサイド同期整流用トランジスタの第2制御信号の間の遅延を最小化することにより、波形エッジを整合させ、それにより、前記デッドタイムを可及的にゼロに低減させるようになっている、請求項1記載の回路。   The first circuit unit aligns waveform edges by minimizing a delay between the first control signal of the high-side transistor and the second control signal of the low-side synchronous rectification transistor, and thereby the dead time. The circuit of claim 1, wherein the circuit is configured to reduce as much as possible to zero. 前記第1電圧の立ち上がり及び立ち下がりエッジを検出するために、各エッジは、1組のエッジ検出回路を必要とする、請求項1記載の回路。   The circuit of claim 1, wherein each edge requires a set of edge detection circuits to detect rising and falling edges of the first voltage. 前記第1信号の波形エッジと前記第1電圧の波形エッジの間にオーバーラップがない場合、第1信号、又は第1電圧の波形は調整されて、オーバーラップを導入し、オーバーラップがある場合、第1信号、又は第1電圧の波形は調整されて、オーバーラップを排除するようになっている、請求項1記載の回路。   When there is no overlap between the waveform edge of the first signal and the waveform edge of the first voltage, the waveform of the first signal or the first voltage is adjusted to introduce an overlap and there is an overlap The circuit of claim 1, wherein the waveform of the first signal or the first voltage is adjusted to eliminate overlap. 前記第1回路部は、前記第1信号及び第1電圧の波形エッジを検知する、少なくとも2つのエッジ検出回路と、
検知された波形エッジを処理する、少なくとも1つの遅延検知回路とを備えている、請求項1記載の回路。
The first circuit unit detects at least two edge detection circuits that detect waveform edges of the first signal and the first voltage;
The circuit of claim 1, further comprising at least one delay detection circuit that processes the detected waveform edge.
前記少なくとも1つの遅延検知回路は、前記第1信号及び第1電圧の整合を最適化するために用いられる、請求項9記載の回路。   The circuit of claim 9, wherein the at least one delay sensing circuit is used to optimize matching of the first signal and a first voltage. 前記第2回路部は、処理された波形エッジを比較する、少なくとも1つのエッジ比較回路と、
波形エッジを調整するために、アップ・ダウンカウンタを有している、少なくとも1つのプリセッタブルカウンタ回路と、
立ち上がり及び立ち下がり波形エッジを調整するために、立ち上がり及び立ち下がりエッジ範囲選択制御回路とを備えている、請求項9記載の回路。
The second circuit unit compares at least one processed waveform edge with at least one edge comparison circuit;
At least one presettable counter circuit having an up / down counter to adjust the waveform edge;
10. The circuit according to claim 9, further comprising a rising and falling edge range selection control circuit for adjusting rising and falling waveform edges.
アップ・ダウンカウンタは、クロック/PWMサイクルごとに調整される、請求項11記載の回路。   12. The circuit of claim 11, wherein the up / down counter is adjusted every clock / PWM cycle. アップ・ダウンカウンタは、エッジ調整を最小化するためにプレロードが可能である、請求項11記載の回路。   12. The circuit of claim 11, wherein the up / down counter is pre-loadable to minimize edge adjustment. アップ・ダウンカウンタ値は、デコードされて、対応する遅延、又は対応する調整を選択するようになっている、請求項11記載の回路。   12. The circuit of claim 11, wherein the up / down counter value is decoded to select a corresponding delay or a corresponding adjustment. 波形エッジを設定するために、アップ・ダウンカウンタ値プレロード用の、立ち上がり及び立ち下がりエッジ範囲選択回路を備えている、請求項11記載の回路。   12. The circuit according to claim 11, further comprising rising and falling edge range selection circuits for preloading up / down counter values to set waveform edges. 前記第1電圧は、前記スイッチングノードにおける電圧及びハイサイドトランジスタのゲートにおける電圧から選択されている、請求項1記載の回路。   The circuit of claim 1, wherein the first voltage is selected from a voltage at the switching node and a voltage at a gate of a high side transistor. 前記第1信号の波形エッジは、前記第1電圧の波形エッジと整合されるまで動作が続く、請求項1記載の回路。   The circuit of claim 1, wherein the operation continues until the waveform edge of the first signal is aligned with the waveform edge of the first voltage. 速い動作の波形エッジを検知するために、検知接点において、第1接点及び第2接点の間に直列接続された2つのキャパシタを有する、分割キャパシタを備えている、請求項1記載の回路。   The circuit of claim 1, comprising a split capacitor having two capacitors connected in series between the first contact and the second contact at the sense contact in order to sense a fast operating waveform edge. DC電圧値を維持するために、検知接点において、前記第1接点及び第2接点の間に直列接続された抵抗を有する、分割抵抗を備えている、請求項18記載の回路。   19. The circuit of claim 18, comprising a split resistor at a sensing contact having a resistor connected in series between the first and second contacts to maintain a DC voltage value.
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