基于增强型MOSFET导通电阻的电流感测的动态偏置技术制造技术

本公开涉及基于增强型MOSFET导通电阻的电流感测的动态偏置技术。开关变换器电路，包括：电感电路元件；驱动器开关电路，被配置为向所述电感电路元件提供能量以产生所述开关变换器电路的输出电压，该输出电压具有交流(AC)信号分量和直流(DC)信号分量；电流感测电路，被配置为产生代表所述电感电路元件的电感器电流的电流感测信号，其中所述电流感测电路的输出耦合到偏置电路节点；和动态偏置电路，被配置为向所述偏置电路节点施加动态偏置电压，其中所述动态偏置电压包括跟踪所述输出电压的AC信号分量的AC分量。的AC信号分量的AC分量。的AC信号分量的AC分量。

【技术实现步骤摘要】
基于增强型MOSFET导通电阻的电流感测的动态偏置技术


[0001]本公开涉及基于增强型MOSFET导通电阻的电流感测的动态偏置技术。该文件一般涉及开关电源转换器及其操作方法。

技术介绍

[0002]电子系统可以包括需要稳压电源的设备。电源电路可用于提供具有调节电压的电路供电轨。一些电源电路是开关变换器电路。需要监控电源电路的电流。这可以提供过流条件的检测或可用于调节电源电路的输出。电流监控应在一系列开关频率上提供正确的操作。

技术实现思路

[0003]该文件一般涉及开关电源转换器及其操作方法。开关变换器电路的例子包括：电感电路元件；驱动器开关电路，被配置为向所述电感电路元件提供能量以产生输出电压，该输出电压具有交流(AC)信号分量和直流(DC)信号分量；电流感测电路，耦合到偏置电路节点并被配置为产生代表所述电感电路元件的电感器电流的电流感测信号；和动态偏置电路，被配置为向所述偏置电路节点施加动态偏置电压；和所述动态偏置电压包括跟踪所述输出电压的AC信号分量的AC分量。
[0004]一种操作开关变换器电路的方法的例子包括：使用驱动器和MOSFET(DrMOS)开关电路对电感电路元件进行充放电，以产生所述开关变换器电路的输出电压；使用电流感测电路监测所述电感电路元件的电感器电流；和向所述电流感测电路的偏置电路节点施加动态偏置电压，其中所述动态偏置电压包括跟踪输出电压的AC信号分量的AC分量。
[0005]电压转换器电路的例子包括：电荷泵电路，包括多个串联的开关晶体管；电感电路元件，耦合于所述多个开关晶体管中的第一低侧开关晶体管和第二高侧开关晶体管之间的第一开关电路开关节点；驱动器电路，被配置为控制所述多个开关晶体管的激活以在电压转换器电路的输出端产生输出电压；该输出电压具有交流(AC)信号分量和直流(DC)信号分量；电流感测电路，产生代表所述电感电路元件的电感器电流的电流感测信号，其中所述电流感测电路耦合到偏置电路节点；和动态偏置电路，被配置为向所述偏置电路节点施加动态偏置电压，其中所述动态偏置电压包括跟踪所述输出电压的AC信号分量的AC分量。
[0006]本节旨在提供本专利申请的主题的概述。无意提供对本专利技术的排他性或详尽的解释。包含详细说明以提供有关本专利申请的更多信息。
附图说明
[0007]在不一定按比例绘制的附图中，相似的数字可以在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相同数字可以代表相似组件的不同实例。附图通过示例而非限制的方式大体示出了本文件中讨论的各种实施例。
[0008]图1是开关变换器电路例子的电路图。
[0009]图2示出图1的电路的电流感测增益的波德图的图。
[0010]图3是多相开关变换器电路的电路示意图。
[0011]图4示出图3的多相开关转换器的电流感测的增益和相位的波德图。
[0012]图5是开关变换器电路的另一例子的电路示意图。
[0013]图6示出图5的电路例子的电流感测的增益的波德图的图。
[0014]图7是开关变换器电路的另一例子的电路示意图。
[0015]图8是开关变换器电路的又一例子的电路示意图。
[0016]图9是开关变换器电路的另一例子的电路示意图。
[0017]图10是对变换器电路的驱动电路的底侧功率器件的电流进行采样的例子的图示。
[0018]图11示出图9的电路例子的电流感测的增益和相位的波德图。
[0019]图12是混合开关电容器脉冲宽度调制降压稳压器的电路示意图。
[0020]图13是示出图12电路的开关晶体管的漏极至源极(Ids)电流波形的图。
[0021]图14示出图12的电路的电感器电流和开关晶体管的波形。
[0022]图15是一种操作开关转换器电路的方法的例子的流程图。
具体实施方式
[0023]电源电路可需要提供固定或稳定的输出电压作为电子系统的电路电源。一些电源电路是开关变换器电路，可将输入电压转换为稳定的输出电压。稳压转换可提供高于稳压器输入电压、低于输入电压或与输入电压反相的稳压输出电压。调节通常是通过从能量源对电感器反复充电然后释放电感器的能量以驱动负载来实现的。充电和放电可以使用包括晶体管的电子开关来完成。
[0024]监视电感器电流可以是有用的。这种监控可用于闭环控制，例如脉冲宽度调制(PWM)的电流模式控制，以及故障保护，例如过流保护和负载电流限制。如果开关变换器电路在开关频率范围内工作，则电流监测应该在该频率范围内有效。
[0025]电感器电流信号感测应该准确、快速和干净。准确的电流感测不仅意味着感测要准确反映直流或直流电流值，而且意味着感测的电流值不应随着频率范围的变化而被夸大或最小化。在频域波特图中，电流感测增益应该是平坦的直线，从零频率到开关频率，相位超前和滞后为零。从闭环控制的角度来看，无失真的比例增益不会产生不希望的极点和零点，这会使反馈回路设计复杂化。从故障保护的角度来看，无失真比例电流检测还提供一致的直流电流限制和一致的动态电流限制。
[0026]快速电流感测是指感应到的电流信号实时跟踪电流瞬时波形。例如，在峰值电流模式控制中，控制场效应晶体管(FET)由系统时钟导通，当控制FET导通时，电感器电流线性上升。当电流感测信号上升到指定的峰值电流阈值时，控制FET将关闭并保持关闭状态，直到下一次开启时间。如果感测的电流信号没有立即跟踪实时电流波形，PWM控制将被延迟并可运行不稳定。
[0027]干净的电流感测意味着感测到的电流信号没有信号噪声。感测干净的电流波形对于稳定的PWM控制至关重要，尤其是对于电流模式PWM控制。对于电流模式PWM，控制机制对尖峰或振铃等信号噪声很敏感。在峰值电流模式控制中，控制FET导通时间期间的尖峰会错误地触发控制中使用的电流比较器并提前终止导通时间。
[0028]与其他形式的开关控制相比，感测到的电感器电流波形为开关电源转换器的控制系统提供了更完整的信息，虽然电流模式PWM控制通常只使用一个完整开关周期的一个时间间隔的感应电流波形。例如，对于峰值电流模式控制的转换器，脉宽调制只需要控制FET导通期间的波形。然而，在同步FET导通期间检测到的电流波形对于控制系统也很重要。如果由于负载动态或故障事件，此期间的电流检测信号高于阈值，则控制器将不会打开下一个开关周期的控制FET。对于平均电流模式转换器，电感器电流感测信号的全部导通和关断时间用于闭环调节。此外，对于任何控制架构中的不连续传导模式操作，需要实时电感器电流感测来检测电流的过零。
[0029]电感器电流感测的一种方法是将感测电阻器与电感器串联，并通过监测电阻器两端的电压来确定电感器电流。这种使用与电感器串联的电流检测电阻器的方法是精确的，但会导致不希望的功率损耗。
[0030]另一种方法是直流电阻(DCR)电流感测，它使用电感等效绕组电阻来推导电感器电流。这种方法不会在系统中增加功率损耗来检测电流。DCR电流感测的缺点是由于制造本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.开关变换器电路，包括：电感电路元件；驱动器开关电路，被配置为向所述电感电路元件提供能量以产生所述开关变换器电路的输出电压，该输出电压具有交流(AC)信号分量和直流(DC)信号分量；电流感测电路，被配置为产生代表所述电感电路元件的电感器电流的电流感测信号，其中所述电流感测电路的输出耦合到偏置电路节点；和动态偏置电路，被配置为向所述偏置电路节点施加动态偏置电压，其中所述动态偏置电压包括跟踪所述输出电压的AC信号分量的AC分量。2.根据权利要求1所述的开关变换器电路，其中所述动态偏置电路被配置为将所述输出电压的DC信号分量与所述输出电压的AC信号分量分离，并将DC偏置分量添加到AC信号分量以产生动态偏置电压。3.根据权利要求2所述的开关变换器电路，包括：误差放大器，被配置为将感测的输出电压与参考电压进行比较；和其中所述动态偏置电路包括差分放大器，被配置为从所述输出电压中减去参考电压，加上DC偏置分量，并保留AC信号分量以生成动态偏置电压。4.根据权利要求1所述的开关变换器电路，包括钳位电路，被配置为限制所述动态偏置电路的幅度。5.根据权利要求1所述的开关变换器电路，包括：电流感测电路元件，包括在所述电流感测电路中并且被配置为产生代表电感器电流的感测电压；低通滤波器电路，被配置为对所述感测电压进行滤波；和高通滤波器电路，可操作地耦合到所述低通滤波器电路，和开关电路节点，可操作地耦合到所述电感电路元件。6.根据权利要求1所述的开关变换器电路，包括：电流感测电路元件，包括在所述电流感测电路中并且被配置为产生代表电感器电流的感测电压信号；低通滤波器电路，被配置为对所述感测电压信号进行滤波；电压调节电路回路，被配置为监测所述输出电压并产生占空比信号以激活所述驱动器开关电路的开关电路元件以提供经调节的输出电压；和高通滤波器电路，被配置为将高通滤波的占空比信号施加到所述电流感测元件。7.根据权利要求1所述的开关变换器电路，包括：低通滤波器电路；高通滤波器电路，可操作地耦合到所述低通滤波器电路；和开关电路节点，可操作地耦合到所述电感电路元件；和其中所述电流感测电路包括采样和保持电路，被配置为生成所述驱动器开关电路的开关电路元件中的电流的采样电流感测信号，并且所述低通滤波器电路被配置为对采样的电流感测信号进行滤波。8.一种操作开关变换器电路的方法，该方法包括：使用驱动器和MOSFET(DrMOS)开关电路对电感电路元件进行充放电，以产生所述开关
变换器电路的输出电压；使用电流感测电路监测所述电感电路元件的电感器电流；和向所述电流感测电路的偏置电路节点施加动态偏置电压，其中所述动态偏置电压包括跟踪输出电压的AC信号分量的交流(AC)分量。9.根据权利要求8所述的方法，其中施加动态偏置电压包括：去除所述输出电压的直流(DC)信号分量以产生所述动态偏置电压的AC分量；和向所述动态偏置电压的AC分量添加DC偏置分量。10.根据权利要求9所述的方法，包括：通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：严颖怡，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：