專(zhuān)利名稱(chēng):一種具有高精度電流檢測(cè)的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型屬于電源管理領(lǐng)域，涉及一種DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，特別涉及一種具有高精度電流檢測(cè)的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片。此芯片基于電流PWM模式DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器。芯片內(nèi)部采用同步整流開(kāi)關(guān)式PWM模式電流控制技術(shù)，大大提高了轉(zhuǎn)換器的效率，輸出電流可達(dá)到2A。采用了一種新型的極高精度的電流檢測(cè)感應(yīng)模塊，可以更精確及時(shí)的探知電流大小，對(duì)芯片進(jìn)行可靠的過(guò)流保護(hù)。此外，芯片設(shè)計(jì)采用的雙頻振蕩器可根據(jù)負(fù)載容量的大小自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)管頻率，提高芯片效率，能并延長(zhǎng)芯片工作時(shí)間。最后，芯片集成了軟啟動(dòng)電路，可以抑制啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流、過(guò)沖電壓以保護(hù)LED燈、驅(qū)動(dòng)芯片不被損壞。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種具有高精度電流檢測(cè)的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于電源管理領(lǐng)域，涉及一種DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，特別涉及一種具有 高精度電流檢測(cè)電路的降壓轉(zhuǎn)換器電路的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電源是各種電子設(shè)備不可或缺的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技 術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。無(wú)論是最先進(jìn)的個(gè)人電腦、通訊設(shè)備還是汽車(chē)電子產(chǎn)品，能 否實(shí)現(xiàn)高效、智能的電源管理，將對(duì)其整個(gè)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生重大的影響。近幾年，便攜式消 費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備市場(chǎng)快速成長(zhǎng)，用戶(hù)需求不斷增加，智能手機(jī)、便攜設(shè)備中新增加的音視頻、 數(shù)據(jù)輸入、無(wú)線(xiàn)連接等日益豐富的功能對(duì)電源管理形成了新的需求，給電源管理芯片帶來(lái) 越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。世界各國(guó)紛紛投入人力物力加快研發(fā)，各大廠商也對(duì)便攜式電子設(shè)備趨 之若鴦，爭(zhēng)相搶占電源管理市場(chǎng)份額。可以預(yù)見(jiàn)，在通信和消費(fèi)電子領(lǐng)域，電源管理的市場(chǎng) 將繼續(xù)擴(kuò)大，對(duì)電源管理在技術(shù)和應(yīng)用上的需求也將日益增加。
[0003] 作為電子產(chǎn)品的一個(gè)重要組成部分，電源質(zhì)量直接影響電子設(shè)備的性能。便攜式 電子產(chǎn)品通常采用電池供電，隨著放電的進(jìn)行，電池電壓逐漸降低，電池內(nèi)阻逐漸增大：一 方面，在電池開(kāi)始使用時(shí)，端電壓較高而電池內(nèi)阻較小，易造成輸出電流大于負(fù)載實(shí)際需 要電流而造成電能的浪費(fèi)，尤其不利于系統(tǒng)工作時(shí)間及待機(jī)時(shí)間的延長(zhǎng)；另一方面，使用一 段時(shí)間后，端電壓降低而電池內(nèi)阻增大，致使負(fù)載變化引起較大的供電電壓的變化，又不利 于系統(tǒng)維持高性能的工作。為延長(zhǎng)電池使用壽命以及得到波動(dòng)小的直流電壓，需要效率高、 體積小、重量輕的低電壓DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題；提供了一種能夠根據(jù)負(fù)載容 量自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)管頻率同時(shí)具有高精度檢測(cè)感應(yīng)電流的基于同步整流PWM模式DC-DC降壓 轉(zhuǎn)換器芯片。該芯片集成了基于同步整流技術(shù)的功率開(kāi)關(guān)管以及高精度電流檢測(cè)感應(yīng)電路 模塊。同步整流技術(shù)可以提高功率轉(zhuǎn)換器的效率，輸出電流可達(dá)到2. 5A。可根據(jù)負(fù)載容量 的大小自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)管頻率，芯片效率提高，并能延長(zhǎng)芯片工作時(shí)間。并且采用了一種新型 的極高精度的電流檢測(cè)感應(yīng)模塊，可以更精確及時(shí)的探知電流大小，實(shí)現(xiàn)可靠的過(guò)流保護(hù)。 該模塊采用簡(jiǎn)單的擺動(dòng)技術(shù)取代會(huì)降低功率效率的運(yùn)算放大器。
[0005] 本實(shí)用新型的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的：
[0006] 一種具有高精度電流檢測(cè)的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，其特征在于，該同步整流 降壓轉(zhuǎn)換器芯片是一個(gè)電流PWM模式DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，芯片包含以下8根引腳：電源輸入 引腳VIN、高壓驅(qū)動(dòng)引腳BS、功率切換輸出引腳SW、電壓反饋引腳FB、補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)引腳COMP、 使能端引腳EN、軟啟動(dòng)控制引腳SS、地引腳GND ;其中：VIN，GND為所有芯片內(nèi)部模塊的共 用引腳；BS引腳為高壓NMOS開(kāi)關(guān)管提供驅(qū)動(dòng)輸入引腳；SS引腳為軟啟動(dòng)回路的電壓輸入 引腳，EN引腳為輔助控制模塊的控制信號(hào)輸入端；FB引腳為控制回路的反饋信號(hào)輸入引 腳；
[0007] 該同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部包括：控制回路、補(bǔ)償回路、輔助控制模塊；其 中，所述控制回路中第一反相器驅(qū)動(dòng)器的V ss接補(bǔ)償回路中電流感應(yīng)器的輸入端；所述補(bǔ)償 回路的斜坡補(bǔ)償模塊輸出與電流感應(yīng)器的輸出通過(guò)加法器連接控制回路PWM比較器的正 輸入端；所述輔助控制模塊的過(guò)壓過(guò)流保護(hù)模塊接控制回路與門(mén)AND的輸入端；輔助控制 模塊的休眠模塊接補(bǔ)償回路雙頻振蕩器的EN端；
[0008] 所述控制回路包括誤差放大器EA、PWM比較器、PWM控制模塊、RS觸發(fā)器、第一反相 器驅(qū)動(dòng)器、第二反相器驅(qū)動(dòng)器、二輸入與門(mén)AND、功率開(kāi)關(guān)M N1、功率開(kāi)關(guān)MN2;所述誤差放大器 EA的輸出端接PWM比較器的負(fù)輸入端，PWM比較器的輸出端接PWM控制模塊的輸入端；PWM 控制模塊的輸出端接二輸入與門(mén)AND其中一個(gè)輸入端；AND的輸出端接RS觸發(fā)器的R輸入 端，RS觸發(fā)器的S輸入端接雙頻振蕩器模塊的輸出端CSC，RS觸發(fā)器的輸出端Q接第一反 相器驅(qū)動(dòng)器的輸入端；第一反相器驅(qū)動(dòng)器的輸出端接功率開(kāi)關(guān)M N1的柵極，第一反相器驅(qū)動(dòng) 器的Vss接MN1的源極，MN1的漏極接VIN引腳，M N1的源極接MN2的漏極，RS觸發(fā)器的輸出端 接第二反相器驅(qū)動(dòng)器的輸入端，第二反相器驅(qū)動(dòng)器的輸出端接功率開(kāi)關(guān)MN2的柵極，M N2 的源極接地；
[0009] 所述補(bǔ)償回路組成包括雙頻振蕩器、斜坡補(bǔ)償模塊、電流感應(yīng)器；所述電流感應(yīng)器 分別與雙頻振蕩器的CH連接，并且與第一反相器驅(qū)動(dòng)器的V ss連接；雙頻振蕩器的輸出端口 CK接斜坡補(bǔ)償模塊；
[0010] 所述輔助控制模塊包括軟啟動(dòng)電路、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)模塊、休眠模塊；其中，所述軟 啟動(dòng)電路與誤差放大器EA的Vss連接；所述過(guò)壓過(guò)流保護(hù)模塊的輸入端和與門(mén)AND的輸入 端連接；所述休眠模塊與雙頻振蕩器的EN接口連接；
[0011] 所述控制回路的拓?fù)溥B接如下：基準(zhǔn)電壓VFB接誤差放大器EA的正輸入端；反饋 引腳FB接誤差放大器EA的負(fù)輸入端，誤差放大器EA的輸出端接PWM比較器的負(fù)輸入端， PWM比較器的輸出端接PWM控制模塊的輸入端；PWM控制模塊為普通CMOS邏輯鎖存器;AND 的輸出端接RS觸發(fā)器的R輸入端，RS觸發(fā)器的S輸入端接雙頻振蕩器模塊的輸出端CSC， RS觸發(fā)器的輸出端Q接第一反相器驅(qū)動(dòng)器的輸入端；第一反相器驅(qū)動(dòng)器的輸出端接功率開(kāi) 關(guān)M N1的柵極，第一反相器驅(qū)動(dòng)器的VDD接BS引腳，第一反相器驅(qū)動(dòng)器的V ss接M N1的源極， MN1的漏極接VIN引腳，MN1的源極接MN2的漏極同時(shí)接SW引腳，RS觸發(fā)器的輸出端接第 二反相器驅(qū)動(dòng)器的輸入端，第二反相器驅(qū)動(dòng)器的輸出端接功率開(kāi)關(guān)MN2的柵極，MN2的源極 接地；控制回路將誤差放大器輸出的誤差信號(hào)，轉(zhuǎn)換為一個(gè)占空比可變的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以控制 MN1、MN2的開(kāi)啟關(guān)閉實(shí)現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換。
[0012] 在上述一種具有高精度電流檢測(cè)的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，電流感應(yīng)器包括 RS鎖存器，RS鎖存器的Q輸出端分別接NM0S管Ms、MN1、M Q3、MQ1的柵極，M 3通常為一寬長(zhǎng)比 很大的NM0S管，其漏極接輸入信號(hào)Vin，NM0S管塢的源極接NM0S管M Q3的源極，M Q3的漏極 接NM0S管^的漏極，M,s的源極接感應(yīng)電阻R 的一端，感應(yīng)電阻R J勺另一端接地;MQ3 的源極與NM0S管MQ2的漏極相連同時(shí)接PM0S管M。5的源極，M。 5的漏極與M 的柵極相連并 接NM0S管Me3的漏極，M。3的源極接地；M。5的柵極接?xùn)怕┒探拥腜M0S管M。 4的柵極，M。4的漏 極接NM0S管仏2的漏極，M。3的柵極接M。 2的柵極，M。2的源極接地；基準(zhǔn)電流源I 接NM0S管 漏極，11。:的柵極與Me2的柵極相接，Mei的源極接地；RS鎖存器的輸出端分別接NMOS 管MV、MQ2、MN2的柵極，M N2的漏極同時(shí)與M Q1和M N1的源極連接，M N2的源極接地，電感L1的一 端接MN2的漏極，另一端接負(fù)載電容C2的一端，C2的另一端接地，負(fù)載電阻L并聯(lián)在C2的 兩端。
[0013] 在上述一種具有高精度電流檢測(cè)的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，所述雙頻振蕩器的 內(nèi)部拓?fù)溥B接如下：輸入管腳VIN接PM0S管P1的源極，P1的源極與PM0S管P2的源極相 連，P1的漏極與柵漏短接的NM0S管N1的漏極相連，P2的漏極接時(shí)鐘NM0S開(kāi)關(guān)管M m的漏 極，MaK定時(shí)為電容C M充放電，MaK的源極接NM0S管N2的漏極，N2的源極接地，C M的一 端接MaK的漏極，C M的另一端接地，M M的漏極接比較器C0MH的正輸入端以及比較器C0ML 的負(fù)輸入端，高基準(zhǔn)電壓接比較器C0MH的負(fù)輸入端，低基準(zhǔn)電壓接比較器C0ML的正輸入 端，比較器C0MH的輸出端接由兩個(gè)反相器串聯(lián)的緩沖級(jí)的輸入端，C0MH的緩沖級(jí)的輸出端 接RS觸發(fā)器的R輸入端，比較器C0ML的輸出端接由兩個(gè)反相器串聯(lián)的緩沖級(jí)的輸入端， C0ML的緩沖級(jí)的輸出端接RS觸發(fā)器的S輸入端；RS觸發(fā)器的輸出端接由兩個(gè)反相器串 聯(lián)的緩沖級(jí)的輸入端，5I的緩沖級(jí)輸出端接時(shí)鐘開(kāi)關(guān)管的柵極，上述反相器均采用通 識(shí)CMOS反相器；同時(shí)，RS觸發(fā)器的輸出端接入分頻器模塊的輸入端，分頻器模塊由傳統(tǒng) D觸發(fā)器陣列構(gòu)成，其輸出接入2/1 口多路轉(zhuǎn)換器MUX2的輸入端，RS觸發(fā)器的Q :輸出振蕩 器發(fā)生頻率作為振蕩頻率0SC1，由分頻器模塊輸出的發(fā)生頻率作為振蕩頻率0SC2,0SC1信 號(hào)頻率和0SC2信號(hào)頻率作為MUX2的輸入信號(hào)進(jìn)行選擇，同時(shí)分頻器模塊輸出的信號(hào)可為 斜坡信號(hào)發(fā)生提供時(shí)鐘頻率CSC，CH信號(hào)端接運(yùn)算放大器的正輸入端，基準(zhǔn)電壓Vref接運(yùn) 算放大器的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器的輸出端接多路轉(zhuǎn)換器MUX2的控制輸入端，MUX2的輸出 端接與門(mén)AND的輸入端，使能引腳EN接二輸入與門(mén)的另一個(gè)輸入端，與門(mén)AND的輸出端接 CK輸出端。
[0014] 在上述一種具有高精度電流檢測(cè)的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，所述軟啟動(dòng)電路內(nèi) 部拓?fù)溥B接如下；輸入信號(hào)Vin+接PM0S管Ml的柵極，Ml的漏極接?xùn)怕┒探拥腘M0S管M3 的漏極，M3的源極接地，M3的柵極接M5的柵極，M5的源極接地，M5的漏極接PM0S管M2的 漏極，輸入信號(hào)Vin-接PM0S管M2的柵極，M2的漏極接?xùn)怕┒探拥腘M0S管M4的漏極，M4 的源極接地，M4和M6的柵極相連，M6的漏極接Ml的漏極相接，M6的源極接地；NM0S管 M8的柵極接Ml的漏極，M8的漏極接?xùn)怕┒探覲M0S管M9的漏極，M9的源極接VDD，Mil的 源極接VDD，偏置電壓Vbias2分別接Mil和M12的柵極，Mil的漏極接?xùn)怕┒探拥腘M0S管 M15,柵漏短接NM0S管M16的漏極接M15的源極，柵漏短接NM0S管M17的漏極接M16的源 極，M17的源極接地；充點(diǎn)電容C ss-端接M15的漏極，C ss另一端接地；Ml的源極與M2的源 極相連接后與PM0S管M12的漏極連接，M12的源極接VDD，柵漏短接的M9的柵極接PM0S管 M10的柵極，M10的源極接VDD，M10的漏極接NM0S管M7的漏極，M7的柵極接M4的漏極， M7的源極接地，M7的漏極與M13和M14的柵極相連，M13和M14的漏極相連，M13的源極接 VDD，M14的源極接地。
[0015] 因此，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要10個(gè)外圍器件即 可工作做；2.采用了一種新型的極高精度的電流檢測(cè)感應(yīng)模塊，可以更精確及時(shí)的探知電 流大小，實(shí)現(xiàn)高精度高效率的電流檢測(cè)，同時(shí)電路中沒(méi)有采用運(yùn)放，解決的了共模范圍抑制 以及帶寬問(wèn)題；3.可根據(jù)負(fù)載容量的大小自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)管頻率，使得芯片效率提高，能并 延長(zhǎng)芯片工作時(shí)間；4.電路采用同步整流技術(shù)，提高功率轉(zhuǎn)換器的效率，輸出電流可達(dá)到 2A;5.帶有軟啟動(dòng)功能，通過(guò)控制誤差放大器輸出電壓緩慢上升來(lái)限制開(kāi)關(guān)管占空比，從 而穩(wěn)定啟動(dòng)、抑制浪涌現(xiàn)象。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 附圖1為所設(shè)計(jì)降壓轉(zhuǎn)換器芯片的典型工作電路示意圖。
[0017] 附圖2為所設(shè)計(jì)降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部功能模塊連接圖。
[0018] 附圖3為所設(shè)計(jì)降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部高精度電流檢測(cè)感應(yīng)器。
[0019] 附圖4為所設(shè)計(jì)降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部雙頻輸出振蕩器示意圖。
[0020] 附圖5為所設(shè)計(jì)降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部軟啟動(dòng)電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說(shuō)明。
[0022] 實(shí)施例：
[0023] 為了更加清楚明白地解釋本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和 實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0024] 附圖1所示為所設(shè)計(jì)具有高精度電流檢測(cè)電路的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器的典型工 作電路。其特征在于降壓轉(zhuǎn)換芯片包含以下8根引腳：電源輸入引腳IN、高壓驅(qū)動(dòng)引腳BS、 功率切換輸出引腳SW、電壓反饋引腳FB、補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)引腳COMP、使能端引腳EN、軟啟動(dòng)控制引 腳SS，地引腳GND ;其中：VIN，GND為所有芯片內(nèi)部模塊的共用引腳；BS引腳為高壓NM0S開(kāi) 關(guān)管提供驅(qū)動(dòng)輸入引腳；SS引腳為軟啟動(dòng)回路的電壓輸入引腳，EN引腳為輔助控制模塊的 控制信號(hào)輸入端；FB引腳為控制回路的反饋信號(hào)輸入引腳。供電電源Vin正端接IN引腳為 芯片供電，Vin的正端通過(guò)輸入電容C1接地，C1可以濾除Vin中的高頻噪聲；電阻R4接在 Vin與EN引腳之間，電容C5鏈接在引腳BS與引腳SW之間，引腳SW與輸出Vout間接電感 L1，反饋引腳FB接電阻R1的一端，電阻R2上的電壓作為反饋，保證芯片輸出電流穩(wěn)定在所 設(shè)計(jì)的值，R1的另一端接電容C2的一端，電阻R2的一端接FB引腳，另一端接電容C2的接 地端，經(jīng)電感L1、電容C2濾波可在負(fù)載上可得到脈動(dòng)很小的直流電壓。COMP引腳通過(guò)濾波 電容C3和電阻R3接地，軟啟動(dòng)電路使能端SS引腳通過(guò)濾波電容C4接地。從附圖1可見(jiàn) 所設(shè)計(jì)的降壓轉(zhuǎn)換器芯片，只需要10個(gè)外圍器件就能實(shí)現(xiàn)，降低了使用難度以及成本。經(jīng) 測(cè)試得：所設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)芯片的輸出驅(qū)動(dòng)能力達(dá)到100?2000mA，同時(shí)保持較高的轉(zhuǎn)換效率，并 且在一個(gè)較寬的范圍5V?18V內(nèi)，實(shí)現(xiàn)輸入電壓的降壓處理。
[0025] 附圖2所示為所設(shè)計(jì)具有高精度電流檢測(cè)電路的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部功 能模塊連接圖，其特征在于驅(qū)動(dòng)芯片的基本架構(gòu)是電流PWM模式DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器。所述 降壓轉(zhuǎn)換器芯片拓?fù)溆煽刂苹芈?、補(bǔ)償回路、輔助控制模塊三部分組成。VIN、GND引腳是所 有模塊的公共端。
[0026] 誤差放大器比較FB引腳的電壓與基準(zhǔn)電壓VFB得到誤差信號(hào)，控制回路將誤差信 號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)占空比可變的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)管MN1和MN2得到需要輸出的直流電 流；控制回路工作在電流PWM模式下，當(dāng)占空大于50%系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生次諧波振蕩，補(bǔ)償回路抑 制了次諧波振蕩，保證了控制回路的穩(wěn)定性；當(dāng)系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)誤差放大器處于失衡狀態(tài)， 系統(tǒng)工作在最大占空比狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生浪涌電流與過(guò)沖電壓，可能會(huì)損壞降壓轉(zhuǎn)換芯片，軟啟 動(dòng)回路可消除浪涌電流與過(guò)沖電壓，保證芯片的安全，提高芯片工作的可靠性。
[0027] 控制回路由誤差放大器EA、PWM比較器、PWM控制模塊、RS觸發(fā)器、第一反相器驅(qū) 動(dòng)器、第二反相器驅(qū)動(dòng)器、二輸入與門(mén)AND、功率開(kāi)關(guān)MN1、MN2共九個(gè)部分組成?；鶞?zhǔn)電壓V FB 接誤差放大器EA的正輸入端；反饋引腳FB接誤差放大器EA的負(fù)輸入端，誤差放大器EA的 輸出端接PWM比較器的負(fù)輸入端，PWM比較器的輸出端接PWM控制模塊的輸入端；PWM控制 模塊為普通CMOS邏輯鎖存器;AND的輸出端接RS觸發(fā)器的R輸入端，RS觸發(fā)器的S輸入端 接雙頻振蕩器模塊的輸出端CSC，RS觸發(fā)器的輸出端Q接第一反相器驅(qū)動(dòng)器的輸入端；第一 反相器驅(qū)動(dòng)器的輸出端接功率開(kāi)關(guān)M N1的柵極，第一反相器驅(qū)動(dòng)器的VDD接BS引腳，第一反 相器驅(qū)動(dòng)器的Vss接MN1的源極，M N1的漏極接VIN引腳，MN1的源極接MN2的漏極同時(shí)接SW 引腳，RS觸發(fā)器的輸出端接第二反相器驅(qū)動(dòng)器的輸入端，第二反相器驅(qū)動(dòng)器的輸出端接 功率開(kāi)關(guān)MN2的柵極，MN2的源極接地?？刂苹芈穼⒄`差放大器輸出的誤差信號(hào)，轉(zhuǎn)換為一個(gè) 占空比可變的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以控制MN1、MN2的開(kāi)啟關(guān)閉實(shí)現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換。
[0028] 補(bǔ)償回路組成由雙頻振蕩器、斜坡補(bǔ)償模塊、電流感應(yīng)器模塊三部分組成。MN1的 源極接電流感應(yīng)器的輸入端，電流感應(yīng)器的輸出端VSENSE接雙頻振蕩器的CH端；斜坡補(bǔ)償模 塊的輸入端接雙頻振蕩器的CK輸出端，斜坡電壓模塊的輸出端接斜坡補(bǔ)償模塊的電壓輸 入端；斜坡補(bǔ)償模塊的輸出端與電流感應(yīng)器的V sc輸出端一同接入二輸入與門(mén)AND的輸入 端，二輸入與門(mén)AND的輸出端接PWM比較器的正輸入端。芯片工作在電流PWM模式，當(dāng)占空 比大于50%時(shí)，控制回路會(huì)產(chǎn)生次諧波振蕩，補(bǔ)償回路可以抑制此現(xiàn)象，保持控制回路的穩(wěn) 定性。
[0029] 軟啟動(dòng)電流、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)模塊、休眠模塊均屬于輔助控制模塊，其拓?fù)溥B接如 下：引腳EN接休眠模塊的輸入端，休眠模塊的時(shí)鐘輸出端接雙頻振蕩器的EN使能端；改該 休眠模塊為傳統(tǒng)的休眠電路；引腳SS接軟啟動(dòng)的輸入端，軟啟動(dòng)的V ss輸出端接EA誤差放 大器的使能端；補(bǔ)償模塊的輸入端接EA誤差放大器的輸出端，補(bǔ)償模塊的輸出端接FB引 腳。過(guò)壓過(guò)流保護(hù)電流采用傳統(tǒng)的過(guò)壓比較器與過(guò)流比較器，與PWM控制模塊的輸出端一 同接二輸入與門(mén)AND的輸入。軟啟動(dòng)回路抑制了芯片啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流與過(guò)沖電壓，保證 LED燈與驅(qū)動(dòng)芯片不被損壞。
[0030] 附圖3所示為所設(shè)計(jì)具有高精度電流檢測(cè)電路的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部 電流感應(yīng)器示意圖。其內(nèi)部連接如下：RS鎖存器的Q輸出端分別接NM0S管M s、MN1、MQ3、MQj9 柵極，1 3通常為一寬長(zhǎng)比很大的NM0S管，其漏極接輸入信號(hào)Vin，NM0S管M 3的源極接NM0S 管MQ3的源極，M Q3的漏極接NM0S管M ^的漏極，M "的源極接感應(yīng)電阻R sms，-端，感應(yīng)電 阻Rs_的另一端接地;M 的源極與NM0S管M Q2的漏極相連同時(shí)接PM0S管M ra的源極，M ra 的漏極與1的柵極相連并接NM0S管M。3的漏極，M。3的源極接地；M。5的柵極接?xùn)怕┒探拥?PM0S管仏 4的柵極，M。4的漏極接NM0S管M。2的漏極，M。3的柵極接M。 2的柵極，M。2的源極接 地；基準(zhǔn)電流源1#接NM0S管11。:的漏極，11。 :的柵極與Me2的柵極相接，Mei的源極接地；RS 鎖存器的5":輸出端分別接NMOS管Mv、MQ2、MN2的柵極，M N2的漏極同時(shí)與M Q1和M N1的源極連 接，MN2的源極接地，電感L1的一端接MN2的漏極，另一端接負(fù)載電容C2的一端，C2的另一端 接地，負(fù)載電阻&并聯(lián)在C2的兩端。當(dāng)開(kāi)關(guān)信號(hào)Q為正5":為負(fù)時(shí)，1^支路導(dǎo)通，檢測(cè)到電 感L1的電流并通過(guò)電阻Rs_轉(zhuǎn)化成電壓為頻率選擇器中提供控制電壓。當(dāng)開(kāi)關(guān)信號(hào)Q為 負(fù)為正時(shí)，Mre支路斷開(kāi)，提高了電流檢測(cè)精度。并且兩種情況下MC5的源極電壓和MC4 的源極電壓基本保持穩(wěn)定，消除了開(kāi)關(guān)開(kāi)啟與關(guān)斷之間的時(shí)間延遲。此架構(gòu)避免了以往運(yùn) 用運(yùn)放的結(jié)構(gòu)，解決了共模范圍被抑制、帶寬限制等問(wèn)題。
[0031] 附圖4所示為所設(shè)計(jì)具有高精度電流檢測(cè)電路的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部 雙頻振蕩器電路的示意圖。連接如下：輸入管腳VIN接PM0S管P1的源極，P1的源極與PM0S 管P2的源極相連，P1的漏極與柵漏短接的NM0S管N1的漏極相連，P2的漏極接時(shí)鐘NM0S 開(kāi)關(guān)管M aK的漏極，M M定時(shí)為電容C M充放電，M M的源極接NM0S管N2的漏極，N2的源極 接地，CM的一端接MaK的漏極，C aK的另一端接地，MaK的漏極接比較器C0MH的正輸入端 以及比較器C0ML的負(fù)輸入端，高基準(zhǔn)電壓接比較器C0MH的負(fù)輸入端，低基準(zhǔn)電壓接比較器 C0ML的正輸入端，比較器C0MH的輸出端接由兩個(gè)反相器串聯(lián)的緩沖級(jí)的輸入端，C0MH的 緩沖級(jí)的輸出端接RS觸發(fā)器的R輸入端，比較器C0ML的輸出端接由兩個(gè)反相器串聯(lián)的緩 沖級(jí)的輸入端，C0ML的緩沖級(jí)的輸出端接RS觸發(fā)器的S輸入端；RS觸發(fā)器的Q輸出端接 由兩個(gè)反相器串聯(lián)的緩沖級(jí)的輸入端，5的緩沖級(jí)輸出端接時(shí)鐘開(kāi)關(guān)管Mm的柵極，上述 反相器均采用通識(shí)CMOS反相器；同時(shí)，RS觸發(fā)器的輸出端接入分頻器模塊的輸入端，分 頻器模塊由傳統(tǒng)D觸發(fā)器陣列構(gòu)成，其輸出接入2/1 口多路轉(zhuǎn)換器MUX2的輸入端，RS觸發(fā) 器的輸出振蕩器發(fā)生頻率作為振蕩頻率0SC1，由分頻器模塊輸出的發(fā)生頻率作為振蕩 頻率0SC2, 0SC1信號(hào)頻率和0SC2信號(hào)頻率作為MUX2的輸入信號(hào)進(jìn)行選擇，同時(shí)分頻器模 塊輸出的信號(hào)可為斜坡信號(hào)發(fā)生提供時(shí)鐘頻率CSC，CH信號(hào)端接運(yùn)算放大器的正輸入端， 基準(zhǔn)電壓Vref接運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器的輸出端接多路轉(zhuǎn)換器MUX2的控制 輸入端，MUX2的輸出端接與門(mén)AND的輸入端，使能引腳EN接二輸入與門(mén)的另一個(gè)輸入端， 與門(mén)AND的輸出端接CK輸出端。
[0032] 附圖5所示為所示具有高精度電流檢測(cè)電路的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片中軟啟 動(dòng)電路示意圖。其拓?fù)溥B接如下：輸入信號(hào)Vin+接PM0S管Ml的柵極，Ml的漏極接?xùn)怕┒?接的NM0S管M3的漏極，M3的源極接地，M3的柵極接M5的柵極，M5的源極接地，M5的漏極 接PM0S管M2的漏極，輸入信號(hào)Vin-接PM0S管M2的柵極，M2的漏極接?xùn)怕┒探拥腘M0S管 M4的漏極，M4的源極接地，M4和M6的柵極相連，M6的漏極接Ml的漏極相接，M6的源極接 地；NM0S管M8的柵極接Ml的漏極，M8的漏極接?xùn)怕┒探覲M0S管M9的漏極，M9的源極接 VDD，M11的源極接VDD，偏置電壓Vbias2分別接Mil和M12的柵極，Mil的漏極接?xùn)怕┒探?的NM0S管M15,柵漏短接NM0S管M16的漏極接M15的源極，柵漏短接NM0S管M17的漏極接 M16的源極，M17的源極接地；充點(diǎn)電容C ss-端接M15的漏極，Css另一端接地;Ml的源極與 M2的源極相連接后與PMOS管M12的漏極連接，M12的源極接VDD，柵漏短接的M9的柵極接 PM0S管M10的柵極，M10的源極接VDD，M10的漏極接NM0S管M7的漏極，M7的柵極接M4的 漏極，M7的源極接地，M7的漏極與M13和M14的柵極相連，M13和M14的漏極相連，M13的 源極接VDD，M14的源極接地。在DC-DC轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)階段，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制，使電容2C接入軟 啟動(dòng)電路，而與誤差放大器輸出端斷開(kāi)。在DC-DC轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)過(guò)程中，誤差放大器（EA)處 于非平衡狀態(tài)，使得環(huán)路處于100%占空比工作狀態(tài)，因此會(huì)有很大的浪涌電流灌入輸出 電容C2,使得輸出電壓產(chǎn)生較大的過(guò)沖，浪涌電流也有可能損耗開(kāi)關(guān)管和其他器件。上述 軟啟動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)輸出軟啟動(dòng)，通常采用電壓限制的方法，通過(guò)限制誤差放大器EA輸出電壓 V EA的值，從而限制啟動(dòng)時(shí)的占空比消除啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。
[0033] 本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型精神作舉例說(shuō)明。本實(shí)用新型所 屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類(lèi)似 的方式替代，但并不會(huì)偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書(shū)所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種具有高精度電流檢測(cè)的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，其特征在于，該同步整流降 壓轉(zhuǎn)換器芯片是一個(gè)電流PWM模式DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，芯片包含以下8根引腳：電源輸入引 腳VIN、高壓驅(qū)動(dòng)引腳BS、功率切換輸出引腳SW、電壓反饋引腳FB、補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)引腳COMP、使能 端引腳EN、軟啟動(dòng)控制引腳SS、地引腳GND ;其中：VIN，GND為所有芯片內(nèi)部模塊的共用引 腳；BS引腳為高壓NMOS開(kāi)關(guān)管提供驅(qū)動(dòng)輸入引腳；SS引腳為軟啟動(dòng)回路的電壓輸入引腳， EN引腳為輔助控制模塊的控制信號(hào)輸入端；FB引腳為控制回路的反饋信號(hào)輸入引腳； 該同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部包括：控制回路、補(bǔ)償回路、輔助控制模塊；其中，所 述控制回路中第一反相器驅(qū)動(dòng)器的Vss接補(bǔ)償回路中電流感應(yīng)器的輸入端；所述補(bǔ)償回路 的斜坡補(bǔ)償模塊輸出與電流感應(yīng)器的輸出通過(guò)加法器連接控制回路PWM比較器的正輸入 端；所述輔助控制模塊的過(guò)壓過(guò)流保護(hù)模塊接控制回路與門(mén)AND的輸入端；輔助控制模塊 的休眠模塊接補(bǔ)償回路雙頻振蕩器的EN端； 所述控制回路包括誤差放大器EA、PWM比較器、PWM控制模塊、RS觸發(fā)器、第一反相器驅(qū) 動(dòng)器、第二反相器驅(qū)動(dòng)器、二輸入與門(mén)AND、功率開(kāi)關(guān)Mm、功率開(kāi)關(guān)Mn2;所述誤差放大器EA 的輸出端接PWM比較器的負(fù)輸入端，PWM比較器的輸出端接PWM控制模塊的輸入端；PWM控 制模塊的輸出端接二輸入與門(mén)AND其中一個(gè)輸入端；AND的輸出端接RS觸發(fā)器的R輸入端， RS觸發(fā)器的S輸入端接雙頻振蕩器模塊的輸出端CSC，RS觸發(fā)器的輸出端Q接第一反相器 驅(qū)動(dòng)器的輸入端；第一反相器驅(qū)動(dòng)器的輸出端接功率開(kāi)關(guān)M m的柵極，第一反相器驅(qū)動(dòng)器的 Vss接M N1的源極，M N1的漏極接VIN引腳，M N1的源極接M N2的漏極，RS觸發(fā)器的輸出端接 第二反相器驅(qū)動(dòng)器的輸入端，第二反相器驅(qū)動(dòng)器的輸出端接功率開(kāi)關(guān)Mn2的柵極，Mn2的源極 接地； 所述補(bǔ)償回路組成包括雙頻振蕩器、斜坡補(bǔ)償模塊、電流感應(yīng)器；所述電流感應(yīng)器分別 與雙頻振蕩器的CH連接，并且與第一反相器驅(qū)動(dòng)器的Vss連接；雙頻振蕩器的輸出端口 CK 接斜坡補(bǔ)償模塊； 所述輔助控制模塊包括軟啟動(dòng)電路、過(guò)壓過(guò)流保護(hù)模塊、休眠模塊；其中，所述軟啟動(dòng) 電路與誤差放大器EA的Vss連接；所述過(guò)壓過(guò)流保護(hù)模塊的輸入端和與門(mén)AND的輸入端連 接；所述休眠模塊與雙頻振蕩器的EN接口連接； 所述控制回路的拓?fù)溥B接如下：基準(zhǔn)電壓Vfb接誤差放大器EA的正輸入端；反饋引腳 FB接誤差放大器EA的負(fù)輸入端，誤差放大器EA的輸出端接PWM比較器的負(fù)輸入端，PWM比 較器的輸出端接PWM控制模塊的輸入端；PWM控制模塊為普通CMOS邏輯鎖存器;AND的輸出 端接RS觸發(fā)器的R輸入端，RS觸發(fā)器的S輸入端接雙頻振蕩器模塊的輸出端CSC，RS觸發(fā) 器的輸出端Q接第一反相器驅(qū)動(dòng)器的輸入端；第一反相器驅(qū)動(dòng)器的輸出端接功率開(kāi)關(guān)M ni的 柵極，第一反相器驅(qū)動(dòng)器的VDD接BS引腳，第一反相器驅(qū)動(dòng)器的Vss接M N1的源極，M N1的漏 極接VIN引腳，Mni的源極接Mn2的漏極同時(shí)接SW引腳，RS觸發(fā)器的輸出端5接第二反相 器驅(qū)動(dòng)器的輸入端，第二反相器驅(qū)動(dòng)器的輸出端接功率開(kāi)關(guān)Mn2的柵極，Mn2的源極接地；控 制回路將誤差放大器輸出的誤差信號(hào)，轉(zhuǎn)換為一個(gè)占空比可變的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以控制MN1、Mn2 的開(kāi)啟關(guān)閉實(shí)現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有高精度電流檢測(cè)的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，其特征 在于，電流感應(yīng)器包括RS鎖存器，RS鎖存器的Q輸出端分別接NMOS管Ms、Mni、M Q3、Mqi的柵 極，13通常為一寬長(zhǎng)比很大的NMOS管，其漏極接輸入信號(hào)Vin，NMOS管M 3的源極接NMOS管 Mq3的源極，M Q3的漏極接NMOS管M "的漏極，M "的源極接感應(yīng)電阻R 的一端，感應(yīng)電阻 Rsmse的另一端接地;M Q3的源極與NMOS管MQ2的漏極相連同時(shí)接PMOS管M ra的源極，M ra的漏 極與凡3的柵極相連并接NMOS管M。3的漏極，M。3的源極接地;M。 5的柵極接?xùn)怕┒探拥腜MOS 管仏4的柵極，M。4的漏極接NMOS管M。2的漏極，M。3的柵極接M。 2的柵極，M。2的源極接地；基 準(zhǔn)電流源1#接NMOS管M ei的漏極，M α的柵極與M。2的柵極相接，M α的源極接地；RS鎖存器 的鍮出端分別接NMOS管Mv、MQ2、Mn2的柵極，M Ν2的漏極同時(shí)與M Q1和M N1的源極連接，M Ν2 的源極接地，電感LI的一端接Mn2的漏極，另一端接負(fù)載電容C2的一端，C2的另一端接地， 負(fù)載電阻&并聯(lián)在C2的兩端。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有高精度電流檢測(cè)的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，其特 征在于，所述雙頻振蕩器的內(nèi)部拓?fù)溥B接如下：輸入管腳VIN接PMOS管Pl的源極，Pl的源 極與PMOS管P2的源極相連，Pl的漏極與柵漏短接的NMOS管Nl的漏極相連，P2的漏極 接時(shí)鐘NMOS開(kāi)關(guān)管Μ ακ的漏極，M ακ定時(shí)為電容C ακ充放電，M ακ的源極接NMOS管N2的漏 極，Ν2的源極接地，Cm的一端接Μακ的漏極，C ακ的另一端接地，Μακ的漏極接比較器COMH 的正輸入端以及比較器COML的負(fù)輸入端，高基準(zhǔn)電壓接比較器COMH的負(fù)輸入端，低基準(zhǔn)電 壓接比較器COML的正輸入端，比較器COMH的輸出端接由兩個(gè)反相器串聯(lián)的緩沖級(jí)的輸入 端，COMH的緩沖級(jí)的輸出端接RS觸發(fā)器的R輸入端，比較器COML的輸出端接由兩個(gè)反相器 串聯(lián)的緩沖級(jí)的輸入端，COML的緩沖級(jí)的輸出端接RS觸發(fā)器的S輸入端；RS觸發(fā)器的Q 輸出端接由兩個(gè)反相器串聯(lián)的緩沖級(jí)的輸入端，Wl的緩沖級(jí)輸出端接時(shí)鐘開(kāi)關(guān)管Μακ的柵 極，上述反相器均采用通識(shí)CMOS反相器；同時(shí)，RS觸發(fā)器的5輸出端接入分頻器模塊的輸 入端，分頻器模塊由傳統(tǒng)D觸發(fā)器陣列構(gòu)成，其輸出接入2/1 口多路轉(zhuǎn)換器MUX2的輸入端， RS觸發(fā)器的I輸出振蕩器發(fā)生頻率作為振蕩頻率0SC1，由分頻器模塊輸出的發(fā)生頻率作 為振蕩頻率0SC2, OSCl信號(hào)頻率和0SC2信號(hào)頻率作為MUX2的輸入信號(hào)進(jìn)行選擇，同時(shí)分 頻器模塊輸出的信號(hào)可為斜坡信號(hào)發(fā)生提供時(shí)鐘頻率CSC，CH信號(hào)端接運(yùn)算放大器的正輸 入端，基準(zhǔn)電壓Vref接運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器的輸出端接多路轉(zhuǎn)換器MUX2的 控制輸入端，MUX2的輸出端接與門(mén)AND的輸入端，使能引腳EN接二輸入與門(mén)的另一個(gè)輸入 端，與門(mén)AND的輸出端接CK輸出端。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高精度電流檢測(cè)的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，其特 征在于，所述軟啟動(dòng)電路內(nèi)部拓?fù)溥B接如下；輸入信號(hào)Vin+接PMOS管Ml的柵極，Ml的漏 極接?xùn)怕┒探拥腘MOS管M3的漏極，M3的源極接地，M3的柵極接M5的柵極，M5的源極接 地，M5的漏極接PMOS管M2的漏極，輸入信號(hào)Vin-接PMOS管M2的柵極，M2的漏極接?xùn)怕?短接的NMOS管M4的漏極，M4的源極接地，M4和M6的柵極相連，M6的漏極接Ml的漏極相 接，M6的源極接地；NMOS管M8的柵極接Ml的漏極，M8的漏極接?xùn)怕┒探覲MOS管M9的漏 極，M9的源極接VDD，M11的源極接VDD，偏置電壓Vbias2分別接Mll和M12的柵極，Mll的 漏極接?xùn)怕┒探拥腘MOS管M15,柵漏短接NMOS管M16的漏極接M15的源極，柵漏短接NMOS 管M17的漏極接M16的源極，M17的源極接地；充點(diǎn)電容Css-端接M15的漏極，C ss另一端 接地；Ml的源極與M2的源極相連接后與PMOS管M12的漏極連接，M12的源極接VDD，柵漏 短接的M9的柵極接PMOS管MlO的柵極，MlO的源極接VDD，MlO的漏極接NMOS管M7的漏 極，M7的柵極接M4的漏極，M7的源極接地，M7的漏極與M13和M14的柵極相連，M13和M14 的漏極相連，M13的源極接VDD，M14的源極接地。
【文檔編號(hào)】H02M3-155GK204271914SQ201420643334
【發(fā)明者】江金光, 熊智慧 [申請(qǐng)人]武漢大學(xué)