[发明专利]开关变换器、操作开关变换器的方法以及箝位电路

说明书

提出了一种变换器和一种在低功率模式中操作开关变换器的方法。本发明涉及III/V半导体开关变换器。开关变换器包含经由开关节点耦合至第二功率开关的第一功率开关。存在耦合至开关节点的电感器以及包含并联耦合至第一功率开关的第三功率开关的箝位电路。该开关变换器被适配成在识别到该开关变换器提供低水平功率时断开第一功率开关并且启用对第三功率开关的控制。

技术领域

本公开涉及低功率开关变换器以及在低功率模式中操作开关变换器的方法。特别地，本公开涉及III/V半导体开关变换器。

背景

基于诸如氮化镓(GaN)的III/V半导体的晶体管与其基于硅的对应物相比展现出相对低的导通电阻并且能够实现更高的开关速度。因此，GaN晶体管非常适合用于快速功率开关变换器的设计。然而，当前的基于GaN的开关变换器不适合用于低功率应用。

本公开的目的是解决上文提及的限制中的一个或更多个。

概述

根据本公开的第一方面，提供了一种开关变换器，包括：第一功率开关，其经由开关节点耦合至第二功率开关；电感器，其耦合至开关节点；以及箝位电路，其包括并联耦合至第一功率开关的第三功率开关；该开关变换器被适配成在识别到所述开关变换器提供低水平功率时，断开第一功率开关并且启用对第三功率开关的控制。

例如，第一功率开关可以是高压侧功率开关(high-side power switch)并且第二功率开关可以是低压侧功率开关(low-side power switch)。低水平功率可以是小于参考功率值的水平的功率。参考功率值可以被设定为可以是开关变换器的正常功率的百分比的最小功率值。可替代地，最小值可以由操作运行第一功率开关的驱动器所需的最小功率量来定义。

可选择地，该开关变换器可以包括耦合至箝位电路的控制器，该控制器被适配成：感测开关变换器的电参数；并且将该电参数与阈值进行比较以识别开关变换器的功率水平。

例如，电参数可以是与由变换器所提供的功率水平(level power)相关联的参数。这样的参数可以包括开关变换器的输出功率、输出电压、负载电流和占空比中的一个或更多个。

可选择地，该第三功率开关可以耦合至电容器，该箝位电路被适配成：在第二功率开关接通时断开第三功率开关，以对电感器充电；并且在第二功率开关断开时接通第三功率开关，以对电容器充电。

可选择地，该第三功率开关包括功率晶体管，该功率晶体管具有经由接地隔离开关耦合至大地的第一端子、耦合至开关节点的第二端子以及耦合至电容器的第三端子。

可选择地，箝位电路包括并联耦合在第三功率开关的第一端子与第二端子之间的控制开关。

可选择地，箝位电路包括与控制开关并联耦合的齐纳二极管(Zener diode)。该齐纳二极管可以是基于III/V半导体的齐纳二极管。例如，齐纳二极管可以通过串联耦合的三个GaN二极管来实现。

可选择地，箝位电路包括并联耦合在第三功率开关的第一端子与第三端子之间的电阻器。该电阻器可以是基于III/V半导体的电阻器，诸如GaN电阻器。

可选择地，第三功率开关可以是增强模式功率开关(enhancement mode powerswitch)。

可选择地，该箝位电路包括并联耦合至控制开关的滤波器。

可选择地，第一功率开关、第二功率开关和第三功率开关中的至少一个是基于III/V半导体的晶体管。例如，III/V半导体可以是GaN半导体。