不連續(xù)模式DC/DC轉(zhuǎn)換器的同步整流器定時(shí)器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及不連續(xù)模式DC/DC轉(zhuǎn)換器的同步整流器定時(shí)器。DC-DC轉(zhuǎn)換器（100）包括將輸入功率端子（VIN）連接到電感器（114）的開關(guān)晶體管（M0）；其中所述電感器（114）也被連接到輸出功率端子（VOUT），同步整流器晶體管（M1）被連接到所述電感器（114）和所述開關(guān)晶體管（M0）之間的連結(jié)節(jié)點(diǎn)（113），以及同步整流器控制電路（200），其中一個(gè)集成電容器（226）有被第一和第二電流源（210、220）充電以及放電的電壓以追蹤所述電感器電流的充電以及放電，從而生成被應(yīng)用于所述同步整流器晶體管以給所述電感器電流放電至零的同步整流器控制信號（SR）。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
不連續(xù)模式DC/DC轉(zhuǎn)換器的同步整流器定時(shí)器
本專利技術(shù)通常指電壓轉(zhuǎn)換器及其操作方法。一方面，本專利技術(shù)涉及同步整流器電壓轉(zhuǎn)換器電路的制作和使用。
技術(shù)介紹
DC/DC功率轉(zhuǎn)換器電路或設(shè)備在很多便攜式電池供電的電子設(shè)備中是很重要的，例如電池供電的手機(jī)和筆記本電腦。通常，通過接受DC輸入電壓并且由此產(chǎn)生可能與DC輸入電壓有不同電壓電平的DC輸出電壓，DC/DC電路將DC功率從一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換到另一個(gè)電壓。例如，DC-DC轉(zhuǎn)換器可能使用充電電感器和負(fù)載電容器以將相對高輸入電池電壓轉(zhuǎn)換到較低或負(fù)DC輸出電壓。在輸出負(fù)載所需要的能量足夠小以在短于整個(gè)換流周期的時(shí)間被轉(zhuǎn)移的情況下，在周期的部分期間，不連續(xù)模式DC-DC轉(zhuǎn)換器在通過充電電感器的電流降至零并保持在零的地方被提供，以便電感器在換流周期結(jié)束時(shí)被完全放電。由于控制電感器放電的精確度的限制，如果電感器放電被停止的太晚，不連續(xù)模式DC-DC轉(zhuǎn)換器易受反向電流事件的影響，引起反向電流從連接到負(fù)載電路的輸出端子通過電感器流入到接地端子。當(dāng)反向電流發(fā)生時(shí)，DC-DC轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換效率受損。盡管已提出了改進(jìn)不連續(xù)模式DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)控制的解決方案，它們通常需要消耗過多功率的大型電路。因此，需要改進(jìn)的DC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)備及其相關(guān)操作方法以克服本領(lǐng)域中的問題，例如上面所概述的。在參照附圖和以下詳細(xì)說明書來閱讀本專利技術(shù)申請的剩余部分之后，常規(guī)方法和技術(shù)的進(jìn)一步限制和缺點(diǎn)對于本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員來說是很明顯的?！靖綀D說明】當(dāng)結(jié)合附圖考慮以下詳細(xì)說明書時(shí)，本專利技術(shù)可被更好的理解，并且其多個(gè)目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)可以被獲得，其中:圖1是不連續(xù)模式DC/DC轉(zhuǎn)換器的簡化電路原理圖；圖2根據(jù)選定的第一實(shí)施例，是不連續(xù)模式DC/DC轉(zhuǎn)換器的同步整流器控制定時(shí)器的簡化電路原理圖；圖3以圖表的形式描繪了一組電路仿真波形以說明受控于圖2中所顯示的同步整流器控制定時(shí)器的不連續(xù)模式DC/DC轉(zhuǎn)換器的操作；以及圖4根據(jù)本專利技術(shù)選定的實(shí)施例，是用于生成同步整流器控制信號的各種方法的流程圖說明。【具體實(shí)施方式】不連續(xù)模式DC/DC轉(zhuǎn)換器的同步整流器控制定時(shí)器及其相關(guān)的操作方法被描述以通過測量DC/DC轉(zhuǎn)換器中的充電電感器的接通時(shí)間準(zhǔn)確地和有效地控制同步整流器晶體管，以及由此生成合適的關(guān)閉時(shí)間信號以用于“關(guān)閉”DC/DC轉(zhuǎn)換器的同步整流器。在選定的實(shí)施例中，同步整流器控制定時(shí)器作為集成器被實(shí)現(xiàn)；所述集成器使用了以與電壓差A(yù)V=VIN-VOUt成比例的速率被充電，以及以與輸出電壓VOUT成比例的速率被放電的電容器。通過初始化集成器電容器到開始值，集成器被配置以測量電感器的接通時(shí)間并且給電容器充電到高于開始值與電感器電流成比例的量的電壓，然后有效地計(jì)算瞬間“關(guān)閉” DC/DC轉(zhuǎn)換器的同步整流器的合適的關(guān)閉時(shí)間信號，從而防止反向電流，而不需要大量的和低效的電流測量電路。在選定的示例實(shí)施例中，DC-DC轉(zhuǎn)換器包括連接到連結(jié)節(jié)點(diǎn)和功率輸出端子之間的電感器，第一開關(guān)晶體管連接功率輸入端子和連結(jié)節(jié)點(diǎn)以用于給電感器充電以響應(yīng)第一控制信號，以及同步整流器晶體管被連接到連結(jié)節(jié)點(diǎn)和接地參考電壓之間以用于給電感器放電以響應(yīng)第二控制信號。在開關(guān)操作周期的初始接通時(shí)間部分期間，第一控制信號導(dǎo)通第一開關(guān)晶體管，引起電流從未調(diào)節(jié)的電壓VIN通過第一開關(guān)晶體管和電感器流至電源電流以保持通過在功率輸出端子和地之間的輸出負(fù)載電容器和/或通過任何外部負(fù)載的輸出電壓VOUT希望的值。在開關(guān)操作周期的接通時(shí)間部分期間，連結(jié)節(jié)點(diǎn)處的電壓是高的(例如，VIN)，引起電感器電流以與VIN-VOUT成比例的速率增加。在開關(guān)操作周期的關(guān)閉時(shí)間部分期間，第一控制信號“關(guān)閉”第一開關(guān)晶體管以及第二控制信號“導(dǎo)通”同步整流器晶體管，弓I起減少的電流從地流到至負(fù)載的電感器，其中電流以與VOUT成比例的速率減少。第二控制信號Ttw的持續(xù)時(shí)間受集成器電路控制；所述集成器電路有效地測量電感器的開關(guān)操作周期的接通時(shí)間部分的持續(xù)時(shí)間并且由此生成合適的關(guān)閉時(shí)間信號。通過將集成器電容器初始化到初始電壓值，然后以與VIN-VOUT成比例的速率充電，然后以與VOUT成比例的速率放電，集成器處的電壓達(dá)到初始電壓值，同時(shí)電感器電流達(dá)到零。以這種方式，當(dāng)集成器電壓返回到初始電壓值時(shí)，比較器可被使用以進(jìn)行檢測，由此“關(guān)閉”第二控制信號。通過參照附圖，本專利技術(shù)的各種說明實(shí)施例現(xiàn)在將被詳細(xì)地描述。雖然各種細(xì)節(jié)在下面的描述中被陳述，應(yīng)了解本專利技術(shù)可在沒有那些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施，并且很多特定實(shí)現(xiàn)的決定可對在此描述的本專利技術(shù)作出以實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)者的特定目標(biāo)，例如符合工藝技術(shù)或與設(shè)計(jì)相關(guān)的約束。所述技術(shù)和約束在不同實(shí)現(xiàn)之間是不同的。雖然這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜的并且是費(fèi)時(shí)的，然而對獲得本公開的利益的本
中的那些普通技術(shù)人員來說，其可以是例行任務(wù)。例如，選定的方面以簡化原理圖的形成而不是詳細(xì)的被顯示，目的是為了避免限制或模糊本專利技術(shù)。此外，本專利技術(shù)提供的一部分詳細(xì)說明根據(jù)計(jì)算機(jī)存儲器內(nèi)對數(shù)據(jù)的算法或運(yùn)算被呈現(xiàn)。這種描述和表示被那些本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員用來給本領(lǐng)域其它技術(shù)人員描述或傳達(dá)他們的工作的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。參照附圖本專利技術(shù)的各種說明實(shí)施例在下面將被詳細(xì)描述。圖1顯示了用于將輸入電壓VIN轉(zhuǎn)換到輸出電壓VOUT的DC/DC轉(zhuǎn)換器100的簡化電路原理圖。所描述的DC/DC轉(zhuǎn)換器100包括輸出功率開關(guān)級120和外部LC濾波器130。正如所描述的，輸出功率開關(guān)級120包括串聯(lián)連接功率輸入端子(例如，VIN)和第一參考電壓(例如，地)之間的第二 NMOS同步整流器晶體管Ml的第一 PMOS開關(guān)晶體管MO，從而限定內(nèi)部連結(jié)節(jié)點(diǎn)113。第一和第二晶體管MO、Ml分別受第一控制信號ON和第二控制信號SR控制，其中第一控制信號ON被顯示為在被應(yīng)用于第一晶體管MO的柵極端子112之前被反相器111進(jìn)行反相，并且其中第二控制信號SR被顯示為被直接應(yīng)用于第二晶體管Ml的柵極端子。然而，應(yīng)了解晶體管和控制信號的其它類型和排列可以根據(jù)所期望的被使用以實(shí)現(xiàn)輸出功率開關(guān)級120的功能。所描述的外部LC濾波器130包括被連接到連結(jié)節(jié)點(diǎn)113和功率輸出端子117之間的電感器LI。此外，濾波器電容器C0115和負(fù)載電阻R0116并聯(lián)耦合于功率輸出端子117和地之間。為了以不連續(xù)模式操作DC/DC轉(zhuǎn)換器100，第一和第二控制信號、ON以及SR，按順序被應(yīng)用于輸出功率開關(guān)級120使得第一開關(guān)晶體管MO轉(zhuǎn)到“0N”以給LI電感器114充電以響應(yīng)第一控制信號0N，并且使得第二同步整流器器晶體管Ml轉(zhuǎn)到“0N”以給LI電感器114放電以響應(yīng)第二控制信號SR。尤其是，在開關(guān)操作周期的初始接通時(shí)間部分期間，第一控制信號ON把第一開關(guān)晶體管MO轉(zhuǎn)到“0N”，引起電流從功率輸入端子VIN通過第一開關(guān)晶體管MO和電感器LI 114流動以供應(yīng)電流以保持功率輸出端子117之間的輸出負(fù)載電容器115兩端的和/或任何附加外部負(fù)載116兩端的輸出電壓VOUT的希望的值。在開關(guān)操作周期的接通時(shí)間部分期間，連結(jié)節(jié)點(diǎn)113處的電壓是是高的(例如，VIN)，引起電感器電流以與VIN-VOUT成比例的速率增加。此外，流到CO負(fù)載電容器115的電感器電流使VOUT的值大約保持在本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種DC?DC轉(zhuǎn)換器，用于從輸入電壓VIN生成輸出電壓VOUT，包括：開關(guān)電路，被連接在輸入功率端子和到電感器的連結(jié)節(jié)點(diǎn)之間，所述電感器被連接到輸出功率端子，其中所述開關(guān)電路導(dǎo)通第一控制信號以給所述電感器充電；同步整流開關(guān)電路，被連接在所述連結(jié)節(jié)點(diǎn)和參考電壓之間，其中所述同步整流開關(guān)電路受同步整流器控制信號門控；以及同步整流器控制電路，包括電容器，所述電容器具有被第一和第二電流源充電和放電以反映電感器電流變化的電壓，由此當(dāng)所述電感器電流實(shí)際上為零時(shí)，生成被施加以關(guān)閉所述同步整流開關(guān)電路的所述同步整流器控制信號。

【技術(shù)特征摘要】
2012.06.18 US 13/525,8821.一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，用于從輸入電壓VIN生成輸出電壓VOUT，包括: 開關(guān)電路，被連接在輸入功率端子和到電感器的連結(jié)節(jié)點(diǎn)之間，所述電感器被連接到輸出功率端子，其中所述開關(guān)電路導(dǎo)通第一控制信號以給所述電感器充電； 同步整流開關(guān)電路，被連接在所述連結(jié)節(jié)點(diǎn)和參考電壓之間，其中所述同步整流開關(guān)電路受同步整流器控制信號門控；以及 同步整流器控制電路，包括電容器，所述電容器具有被第一和第二電流源充電和放電以反映電感器電流變化的電壓，由此當(dāng)所述電感器電流實(shí)際上為零時(shí)，生成被施加以關(guān)閉所述同步整流開關(guān)電路的所述同步整流器控制信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中所述第一和第二電流源在所述第一控制信號內(nèi)的每一充電脈沖期間以與所述輸入電壓VIN和所述輸出電壓VOUT之間的差成比例的速率給所述電容器充電。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中所述第二電流源以與輸出電壓VOUT成比例的速率給所述電容器放電。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中所述同步整流器控制電路包括比較電路，所述比較電路包括I禹合于所述電容器的第一輸入、被I禹合以接收參考電壓的第二輸入、以及比較輸出，其中所述比較電路包括用于當(dāng)所述電容器的電壓大于所述參考電壓時(shí)提供第一信號指示并且用于當(dāng)所述電容器的電壓不大于所述參考電壓時(shí)提供第二信號指示的電路。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC-DC轉(zhuǎn)換器，還包括用于在給所述電感器充電之前給所述電容器預(yù)充電到預(yù)定電壓的初始化電路。6.一種同步整流器電路，包括:` Ca)連接在充電節(jié)點(diǎn)和參考電壓之間的集成電容器； (b)第一電流源，受控于第一開關(guān)晶體管被連接到所述充電節(jié)點(diǎn)以在第一控制信號內(nèi)的每一充電脈沖期間給所述集成電容器充電； (c)第二電流源，被連接到所述充電節(jié)點(diǎn)以給所述集成電容器放電； (d)比較電路,包括稱合于所述充電節(jié)點(diǎn)的第一輸入、被稱合以接收第一電壓的第二輸入、以及比較輸出，其中所述比較電路包括用于當(dāng)所述充電節(jié)點(diǎn)上的電容器電壓大于所述第一電壓時(shí)提供第一信號指示并且用于當(dāng)所述充電節(jié)點(diǎn)上的所述電容器電壓不大于所述第一電壓時(shí)提供第二信號指示的電路。 (e)邏輯電路，包括耦合于所述比較輸出的第一邏輯電路輸入，其中所述邏輯電路包括用于響應(yīng)于所述第一控制信號內(nèi)的所述充電脈沖和來自所述比較電路的所述第二信號指示而在第一邏輯電路輸出處生成同步整流器脈沖的電路；以及 (f)第一晶體管，具有耦合以從所述第一邏輯電路輸出接收所述同步整流器脈沖的柵極、耦合于所述參考電壓的源極、以及耦合于DC/DC轉(zhuǎn)換器中的電感器的漏極，使得所述第一晶體管在所述同步整流器脈沖期間給所述電感器放電。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的同步整流器電路，其中在所述第一控制信號內(nèi)的每一充電脈沖期間所述第一電流源用與輸入至所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入電壓VIN成比例的電流來給所述集成電容器充電。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的同步整流器電路，其中所述第二電流源用與輸入至所述DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓VOUT成比例的電流來給所述集成電容器的電壓放電。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的同步整流器電路，其中所述比較電路包括比較器，所述比較器包括I禹合于所述充電節(jié)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：J·M·皮古特，B·G·畢納姆，G·W·珀金斯，
申請(專利權(quán))人：飛思卡爾半導(dǎo)體公司，
類型：發(fā)明
國別省市：