用于电感性耦合的同步整流器和控制器制造技术

同步整流器被布置成使用ＦＥＴ（场效应管）对电感性耦合的电能进行整流，以使整流器的电压降最小化，这可以使功率损耗最小化。在相当低的电压（诸如，约２．５到４．５伏）将相当大的功率耦合到装置（诸如，电池充电器或其他能量储存装置）相当短的时间（诸如，小于一小时）的情况的应用中，功率损耗是一项重要的考虑因素。ＦＥＴ的体二极管可被用来为自举和控制ＦＥＴ的控制逻辑供电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及交流电流整流。更特别地，本专利技术涉及电感性耦合的电 能的同步整流。
技术介绍
近来人们越来越关注电池供电的移动装置中的功率控制。大部分电池供 电的移动装置使用电压调节器，其既可限制又能调节提供给装置中的不同电子电路的功率。电池供电的移动装置的实例包括，个人数据助理(PDAs)、 蜂窝电话、用于电子邮件和文本消息的便携式消息接发装置、数字照相机、 个人音乐播放装置等。各种电路布置也已经被完成，以用于对电池进行充电，或者为便携式装 置供电。例如，电池供电的移动装置中的线圈可以被用于通过感应的方式产 生正弦信号，然后该正弦信号经过全波整流器整流以产生直流(DC)电压。然 后，该DC电压净皮滤波和调压，例如，通过孑氐压差(dropout) (LDO)电压调 节器来生成调节后的5伏的电源，用于对装置中的电子电路供电。传统的全波桥式整流器利用结型二极管。每个结型二极管具有大约0.7V 的正向偏置电压降。因此，对于全波桥式整流器，相对于输入电压引起的电 压降可能高达1.4伏。在LDO电压调节器两端也可能出现450毫伏的电压 降。这些电压降通常都会产生不希望有的热量。
技术实现思路
简言之，本专利技术一般涉及电感性耦合的电能的同步整流。电感性耦合的 电能可以使用FET (场效应管)来进行整流，以使整流器的电压降最小化， 这使得功率损耗最小化。在相当低的电压(诸如大约2.5到4.5伏)下将相 当大的功率耦合到装置(诸如，电池充电器或其他能量储存装置)相当短的 时间(诸如小于一个小时)的情况下，在这种应用中，功率损耗是一项非常 重要的考虑因素。FET的体二极管可以;波用于为自举电路和控制FET的控制逻辑供电。在一些实施例中，描述了同步开关电路，其包括电感器、同步整流器、 能量储存装置和控制电路。电感器被布置成响应于接收到的变化的电磁场， 产生交流电压。同步整流器包括第一和第二高压侧开关以及第一和第二低压 侧开关，同步整流器对交流电压进行整流以产生直流电压。能量储存装置被 布置成用于存储来自直流电压的能量。控制电路被布置成响应于交流电压信 号的状态而控制第一和第二高压侧开关以及第一和第二低压侧开关。在另一些示例性同步开关电路中，当交流电压信号的状态为正向过零(positive-going zero crossing)时，第一低压侧开关和第一高压侧开关被激 活,并且当交流电压信号的状态为负向过零(negative-going zero crossing ) 时，第二低压侧开关和第二高压侧开关被激活。在另外一些示例性同步开关 电路中，当具有所产生的交流电压第一极的电压水平大于能量储存装置的功 率端子的电压时，第一高压侧开关被激活，当具有所产生的交流电压第二极 的电压水平大于能量储存装置的功率端子的电压时，第二高压侧开关被激 活。在另外的一些示例性同步开关电路中，控制电路包括用于锁定电压补偿 的锁存器，其具有所产生的交流电压的第一极和能量储存装置的功率端子的 电压。在另一实施例中， 一些同步开关电路进一步包括调节器，其用于连接到 能量装置的功率节点，从而调节器为控制电路供电。在其他的示例性同步开 关电路中，调节器为低压差电压调节器。在所描述的同步开关电路的另一些 实例中，调节器为降压-升压切换式调节器。在另一些示例性同步开关电路 中，第一和第二低压侧开关为NMOS晶体管，并且第一和第二高压侧开关 为PMOS晶体管，其中NMOS晶体管包括用于执行低压侧整流的体PN结， PMOS晶体管包括用于执行高压侧整流的PN结，从而NMOS和PMOS晶 体管的整流提供了到能量装置的功率节点的功率。在另外一些示例性同步开 关电路中，第一和第二低压侧开关以及第一和第二高压侧开关为NMOS晶 体管，其中第一和第二高压侧开关与基底隔离，且该基底是与第一和第二低 压侧开关共用的基底；其中NMOS晶体管包括用于执行整流的体PN结，从 而NMOS和PMOS晶体管的整流提供了到能量装置的功率节点的功率。在 另一些示例性同步开关电路中，第一和第二低压侧开关以及第一和第二高压 侧开关为NMOS晶体管，其中第一和第二高压侧开关以及第一和第二低压侧开关的背栅连接到共同的基底，其中第一和第二高压侧晶体管包括体PN 结，其跨接于每个高压侧晶体管的源极和漏极，其中PN结对交流电压执行 整流，以提供到能量装置的功率节点的功率。在一些其他实例中，描述了用于同步整流的方法，该方法包括将功率信号电感性耦合到第 一和第二输入端；当功率信号的状态为正向过零时激活第 一低压侧开关和第一高压侧开关，并且当交流电压信号为负向过零时激活第 二低压侧开关和第二高压侧开关，从而产生直流电压；在能量储存装置中储存来自直流电压的能量；和从能量储存装置向控制逻辑提供功率，用于激活 第一和第二高压侧开关以及第一和第二低压侧开关。在另外一些示例性方法中，能量储存装置为电容器。在一些其他的实例 中，描述的方法可以进一步包括当第 一输入端的电压水平大于能量储存装置 的功率端的电压时激活第一高压侧开关，当第二输入端的电压水平大于能量 储存装置的功率端的电压时激活第二高压侧开关。在另一些实例中， 一些示 例性方法进一步包括，调节来自能量储存装置的电压，以给控制逻辑提供功 率。在所描述的方法的另一些实例中，第一和第二低压侧开关为NMOS晶 体管，且第一和第二高压侧开关为PMOS晶体管，NMOS晶体管包括用于 执行低压侧整流的体PN结，且PMOS晶体管包括用于执行高压侧整流的 PN结，从而NMOS和PMOS晶体管的整流提供了到能量装置的功率节点的 功率。在所描述的方法的另外的实例中，第一和第二低压侧开关以及第一和 第二高压侧开关为NMOS晶体管，第一和第二高压侧开关与基底隔离，该 基底是与第一和第二低压侧开关共用的基底，且NMOS晶体管包括用于执 行整流的体PN结，从而NMOS和PMOS晶体管的整流提供了到能量装置 的功率节点的功率。在所描述的方法的另外的实例中，第一和第二低压侧开关以及第一和第二高压侧开关为NMOS晶体管，其中第一和第二高压侧开 关以及第一和第二低压侧开关的背栅耦合到共同的基底，其中第一和第二高 压侧晶体管包括体PN结，其跨接于每个高压侧晶体管的源极和漏极，其中 PN结执行交流电压的整流，以提供到能量装置的功率节点的功率。在其他的实例中，所描述的同步开关包括用于将功率信号电感性耦合 到第一和第二输入端的装置；当功率信号的状态为正向过零时激活第一低压 侧开关和第一高压侧开关，并当交流电压信号的状态为负向过零时激活第二 低压侧开关和第二高压侧开关的装置，从而产生直流电压；用于存储来自直流电压的能量的装置；和用于从能量储存装置向控制逻辑提供功率以用于激 活第一和第二高压侧开关以及第一和第二低压侧开关的装置。在同步开关的另一个实例中，用于存储能量的装置包括电池。在同步开 关另一实例中，第一和第二低压侧开关以及第一和第二高压侧开关的体二极管被用于整流电感性耦合的功率信号，从而产生用于自举(bootstrapping) 控制逻辑的功率。求，可以更完整地理解本专利技术及其改进，下面对附图进行简要说明。 附图说明参考以下附图描述了非限制性和非穷举的实施例。图1是示出用于电感性耦合的电能的同步整流器和控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步开关电路，包括：　电感器，其用于响应于接收到的变化的电磁场产生交流电压；　同步整流器，其包括第一和第二高压侧开关以及第一和第二低压侧开关，该同步整流器对所述交流电压进行整流，以产生直流电压；　能量储存装置，其用于存 储来自所述直流电压的能量；和　控制电路，其响应于交流电压信号的状态，控制所述第一和第二高压侧开关以及所述第一和第二低压侧开关。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森R奈特，
申请(专利权)人：美国国家半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]