电压转换器制造技术

可以实现多种方面以实现高效的电压转换。总体上，一个方面是一种用于ＤＣ－ＤＣ逐步下降电压转换的开关调节器，所述开关调节器包括：串联耦接的高侧晶体管和低侧晶体管；第一电路，被配置为以同步模式操作，使得高侧晶体管和低侧晶体管用于电压切换；所述开关调节器还包括：第二电路，被配置为以非同步模式操作，使得高侧晶体管和一个或多个二极管用于电压切换。所述开关调节器还包括：自动模式选择器，被配置为输出控制信号，以及部分地基于低侧晶体管的源极和漏极之间的电压和预定延迟时间，在同步操作模式与非同步操作模式之间进行自动选择。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体涉及电压转换器，具体地，涉及DC至DC电压转换器。
技术介绍
电压转换器可以用于提供从任意输入电压源到负载的预定或恒定输出电压。输入 电压源可以是高于或低于输出电压的电压。开关调节器是一种实现电压转换的有效方式。 开关调节器采用与负载串联耦接或并联耦接的开关(例如，功率晶体管)。调节器控制开关 的接通和关断，以便调节至负载的功率流。开关调节器采用电感性能量存储元件，将开关后 的电流脉冲转换成稳定的负载电流。因此，以离散的电流脉冲在开关上传输开关调节器中 的功率。由于开关调节器的效率更高，所以开关调节器典型地用在以电池供电的系统中， 如，便携式和膝上型计算机以及手持设备。在这样的系统中，当开关调节器提供接近额定输 出电流的电流时(例如，当便携式或膝上型计算机中的磁盘或硬盘驱动开启时)，整个电路 的效率可以较高。然而，效率通常是输出电流的函数，并且典型地在低输出电流处效率降 低。这种效率的降低通常归因于与操作开关调节器相关联的损耗。这些损耗包括但不限于 调节器的控制电路中的静态电流损耗、开关损耗、开关驱动器电流损耗以及电感器/变压 器绕组和磁芯损耗。
技术实现思路
该说明书描述了涉及电压转换器的不同方面，所述电压转换器能够在各种输出电 流水平处保持高效率。例如，双模转换器设计可以用于实现电压转换，这样的设计可以根据 特定的预定义条件在同步操作模式与非同步操作模式之间进行自动选择。此外，可以通过 强制高侧晶体管在最小时间段上保持导通并跳过开关周期，在低输出电流水平处实现最小 接通时间特征，提高效率。可以由用户外部地编程这样的最小接通持续时间。以这种方式， 可以使特定的损耗(例如，开关损耗)最小化，甚至可以在低输出电流水平上保持转化器效 率。大体上，一方面是一种用于DC-DC逐步下降电压转换的开关调节器，所述开关调 节器包括串联耦接的高侧晶体管和低侧晶体管；以及第一电路，被配置为以同步模式操 作以及向负载提供调节后的输出电压，在同步模式下，高侧晶体管和低侧晶体管用于电压 切换。所述开关调节器还包括第二电路，被配置为以非同步模式操作以及向负载提供调节 后的输出电压，在非同步模式下，低侧晶体管保持截止，并且高侧晶体管和一个或多个二极 管用于电压切换。所述开关调节器还包括自动模式选择器，被配置为输出控制信号，以及 部分地基于低侧晶体管的源极和漏极之间的电压和预定延迟时间，在同步操作模式与非同 步操作模式之间进行自动选择。该方面的其他实现方式包括相应的方法、电路和系统。另一大体方面是一种对用于DC-DC逐步下降电压转换的开关调节器进行操作的 方法，所述方法包括部分地基于自动模式选择器所产生的控制信号逻辑上为低还是逻辑上为高，来自动确定开关调节器是应当以同步模式来操作还是以非同步模式来操作，其中， 在同步模式下高侧晶体管和低侧晶体管用于电压切换，在非同步模式下高侧晶体管和一个 或多个二极管用于电压切换。该方法还包括如果控制信号逻辑上为低，则以同步模式来操 作开关调节器。该方法还包括如果控制信号逻辑上为高，则以非同步模式来操作开关调节 器，其中，在整个非同步模式期间低侧晶体管保持截止。另一大体方面是一种用于DC-DC逐步下降电压转换的开关调节器，所述开关调节 器包括串联耦接的高侧晶体管和低侧晶体管；以及第一电路，被配置为以同步模式操作 以及向负载提供调节后的输出电压，在同步模式下，高侧晶体管和低侧晶体管用于电压切 换。所述开关调节器还包括第二电路，被配置为以非同步模式操作以及向负载提供调节后 的输出电压，在非同步模式下，低侧晶体管保持截止，并且高侧晶体管和一个或多个二极管 用于电压切换。所述开关调节器还包括用于在同步操作模式与非同步操作模式之间进行自 动选择的装置。这些和其他大体方面可以可选地包括以下特定方面中的一个或多个。当在预定延 迟时间期间满足以下条件时，自动模式选择器可以自动选择非同步操作模式低侧晶体管 的源极和漏极之间的电压大于零；脉冲宽度调制PWM信号逻辑上为低；以及时钟信号脉冲 处于下降沿。当在预定延迟时间期间满足以下条件时，自动模式选择器可以自动选择同步 操作模式所述一个或多个二极管上的电压小于零；脉冲宽度调制PWM信号逻辑上为低；以 及时钟信号脉冲处于下降沿。预定延迟时间可以是连续的多个时钟周期或固定的时间段， 例如20微秒。非同步操作模式可以包括最小接通时间电路，被配置为在大于或等于预定的最 小接通持续时间的时间段上保持高侧晶体管导通。最小接通时间电路可以被配置为使得开 关调节器以脉冲跳过模式来操作，其中在脉冲跳过模式下开关频率减小。例如，可以在大于 或等于预定的最小接通持续时间的时间段上强制高侧晶体管保持导通。用户可以例如通过 调节与电压转换器电路的前馈(RFF)管脚相连的电阻器值，来对最小接通持续时间进行编 程。非同步操作模式可以包括以下三个操作状态第一状态，在第一状态期间，高侧晶 体管导通，所述一个或多个二极管截止；第二状态，在第二状态期间，高侧晶体管截止，所述 一个或多个二极管导通，其中，仅在PWM信号为逻辑高且高侧晶体管的导通时间大于或等 于最小接通持续时间的情况下，开关调节器从第一状态改变到第二状态；以及第三状态，在 第三状态期间，高侧晶体管截止，所述一个或多个二极管截止。当开关调节器以同步模式操 作时，控制信号可以逻辑上为低，当开关调节器以非同步模式来操作时，控制信号可以逻辑 上为高。所述一个或多个二极管可以包括低侧晶体管的体二极管、或肖特基二极管、或两 者。开关调节器还可以包括用于当开关调节器以非同步模式操作时在低输出电流水平处提 高效率的装置。可以实现具体方面，以实现以下可能优点中的一个或多个。本文中描述的电路和 方法可以实现一种集成电路，该集成电路能够在同步模式与非同步模式之间进行自动选择 模式。因此，由于可以避免附加的控制器信号，因此可以减少管脚数目，并且在板上需要的 信号迹线更少。此外，可以实现最小接通时间特征，以在低输出电流水平处减小开关损耗。 因此，本文描述的电路和方法可以在各种输出电平上使电压转换器效率最大化。可以使用电路、方法、系统、或者电路、系统和方法任何组合来实现总体和特定方 面。在附图和以下描述中阐述了一个或多个实现方式的细节。根据说明书、附图和权利要 求，其他特征、方面和优点将是显而易见的。附图说明现在将参考以下附图来详细描述这些和其他方面。图1是采用自动同步/非同步模式选择的双模降压转换器的操作流程图。图2是示例双模降压转换器的示意框图。图3是针对示例双模降压转换器的同步模式操作的仿真波形序列。图4A-4C是示出了示例双模降压转换器的最小接通时间特征和脉冲跳过模式的 仿真波形序列。图5是双模降压转换器的示例应用电路。图6是双模降压转换器的另一示例应用电路。不同附图中相似的附图标记表示相似的单元。具体实施例方式图1是示例双模降压转换器集成电路100的操作流程图，所述双模降压转换器集 成电路100可以根据特定的预定义条件在同步操作模式120与非同步操作模式140之间进 行自动选择。降压转换器是逐步下降(st印-down)DC至DC电压转换器。同步降压转换器 是基本降压转换器电路拓扑的修改版本，其中将两个晶体管(而不是晶体管和二极管)用 作开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于ＤＣ－ＤＣ逐步下降电压转换的开关调节器，所述开关调节器包括：　　串联耦接的高侧晶体管和低侧晶体管；　　第一电路，被配置为以同步模式操作以及提供至负载的输出，在同步模式下，高侧晶体管和低侧晶体管用于电压切换；　　第二电路，被配置为以非同步模式操作以及提供至负载的输出，在非同步模式下，低侧晶体管保持截止，高侧晶体管和一个或多个二极管用于电压切换；以及　　自动模式选择器，被配置为输出控制信号，以及部分地基于低侧晶体管的源极和漏极之间的电压和预定延迟时间，在同步操作模式与非同步操作模式之间进行自动选择。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US61/077,1212008年6月30日1.一种用于DC-DC逐步下降电压转换的开关调节器，所述开关调节器包括 串联耦接的高侧晶体管和低侧晶体管；第一电路，被配置为以同步模式操作以及提供至负载的输出，在同步模式下，高侧晶体 管和低侧晶体管用于电压切换；第二电路，被配置为以非同步模式操作以及提供至负载的输出，在非同步模式下，低侧 晶体管保持截止，高侧晶体管和一个或多个二极管用于电压切换；以及自动模式选择器，被配置为输出控制信号，以及部分地基于低侧晶体管的源极和漏极 之间的电压和预定延迟时间，在同步操作模式与非同步操作模式之间进行自动选择。2.根据权利要求1所述的开关调节器，其中，当在预定延迟时间期间满足以下条件时， 模式选择器自动选择非同步操作模式低侧晶体管的源极和漏极之间的电压大于零； 脉冲宽度调制信号逻辑上为低；以及 时钟信号脉冲处于下降沿。3.根据权利要求1所述的开关调节器，其中，当在预定延迟时间期间满足以下条件时， 模式选择器自动选择同步操作模式所述一个或多个二极管上的电压小于零； 脉冲宽度调制信号逻辑上为低；以及 时钟信号脉冲处于下降沿。4.根据权利要求1所述的开关调节器，其中，所述预定延迟时间是连续的多个时钟周期。5.根据权利要求1所述的开关调节器，其中，非同步操作模式包括最小接通时间电 路，被配置为在大于或等于预定的最小接通持续时间的时间段上保持高侧晶体管导通。6.根据权利要求1所述的开关调节器，其中，最小接通时间电路还被配置为使得开关 调节器以脉冲跳过模式来操作，在脉冲跳过模式中开关频率减小。7.根据权利要求1所述的开关调节器，其中，非同步操作模式包括以下三个操作状态 第一状态，在第一状态期间，高侧晶体管导通，所述一个或多个二极管截止；第二状态，在第二状态期间，高侧晶体管截止，所述二个或多个二极管导通，其中，仅在 脉冲宽度调制信号为逻辑高且高侧晶体管的导通时间大于或等于最小接通持续时间的情 况下，开关调节器从第一状态改变到第二状态；以及第三状态，在第三状态期间，高侧晶体管截止，所述一个或多个二极管截止。8.根据权利要求5所述的开关调节器，其中，最小接通持续时间是由用户编程的。9.根据权利要求1所述的开关调节器，其中，当开关调节器以同步模式操作时，控制信 号逻辑上为低，当开关调节器以非同步模式来操作时，控制信号逻辑上为高。10.根据权利要求1所述的开关调节器，其中，所述一个或多个二极管包括低侧晶体管 的体二极管、或肖特基二极管。11.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆士·黄·恩古耶，
申请(专利权)人：美国芯源系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US