直流至直流轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利說(shuō)明】直流至直流轉(zhuǎn)換器
[0001]本申請(qǐng)要求于2013年10月18日提交到韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的第10_2013_0124893號(hào)韓國(guó)專利申請(qǐng)的權(quán)益，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容出于所有目的通過(guò)引用包含于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]下面的描述涉及DC-DC轉(zhuǎn)換器。下面的描述還涉及設(shè)置有耦合網(wǎng)絡(luò)的DC-DC轉(zhuǎn)換器，該耦合網(wǎng)絡(luò)用于通過(guò)促進(jìn)檢測(cè)輸出電壓的紋波信息來(lái)動(dòng)態(tài)地管理負(fù)載瞬態(tài)現(xiàn)象。
【背景技術(shù)】
[0003]許多電子裝置使用開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生經(jīng)調(diào)節(jié)以供裝置的不同組件使用的電壓。DC-DC轉(zhuǎn)換器是這類開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器中的一種類型。例如，DC-DC轉(zhuǎn)換器作為接收DC電壓、將接收到的DC電壓轉(zhuǎn)換成不同電平的DC電壓并且輸出不同電平的DC電壓的裝置而廣泛用在各種領(lǐng)域中。
[0004]可以通過(guò)使用恒定導(dǎo)通時(shí)間(COT)技術(shù)控制DC-DC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)COT技術(shù)，用于產(chǎn)生輸出電壓(VOUT)的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)在各開(kāi)關(guān)周期期間的預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)導(dǎo)通。使用COT技術(shù)可以提供諸如相對(duì)快速的響應(yīng)時(shí)間和簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)的特征。
[0005]通常，DC-DC轉(zhuǎn)換器具有當(dāng)DC-DC轉(zhuǎn)換器具有大負(fù)載電流時(shí)出現(xiàn)的、因電感器的電阻而導(dǎo)致的某種損失。然而，這種損失通常不對(duì)DC-DC轉(zhuǎn)換器的操作產(chǎn)生大的影響。例如，產(chǎn)生更大比例的損失可能是由于諸如功率開(kāi)關(guān)(例如，P型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)或N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS))或電感器本身的DC-DC轉(zhuǎn)換器芯片外部的組件導(dǎo)致的。在這種情形下，由于DC-DC轉(zhuǎn)換器的芯片內(nèi)部消耗的電流(也就是說(shuō)，芯片內(nèi)部的電流的比例)而產(chǎn)生的損失相對(duì)低。因此，DC-DC轉(zhuǎn)換器在每個(gè)頻率下的操作不存在困難(諸如，效率降低)。
[0006]相反，具有相對(duì)較小負(fù)載電流的DC-DC轉(zhuǎn)換器可具有效率降低。當(dāng)負(fù)載電流小時(shí)，相比于負(fù)載電流本身，芯片本身消耗更大的電流。因此，因?yàn)樾酒瑑?nèi)部的電流對(duì)于整體轉(zhuǎn)換效率變得更重要，所以芯片內(nèi)部增大的電流會(huì)造成DC-DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率降低。
[0007]因此，減小芯片內(nèi)部的電流可防止效率降低。
[0008]減少芯片電流消耗的一種方式是降低芯片驅(qū)動(dòng)中涉及的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)的頻率。這種方法是有重大意義的，因?yàn)樗桥c芯片驅(qū)動(dòng)期間的對(duì)當(dāng)前使用產(chǎn)生最大影響的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)相關(guān)的驅(qū)動(dòng)器。例如，當(dāng)被強(qiáng)制地供應(yīng)任意閾值5mA而其輸出是ImA時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率可降低1/5。
[0009]減少芯片電流消耗的另一種方式是應(yīng)用COT模式。根據(jù)這種方法，COT發(fā)生器在功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)期間保持恒定導(dǎo)通時(shí)間。通過(guò)使用COT技術(shù)，比較器比較反饋電壓與參考電壓，并且當(dāng)反饋電壓低于參考電壓時(shí)將功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通預(yù)定時(shí)間。因此，當(dāng)COT模式實(shí)現(xiàn)管理當(dāng)負(fù)載突變時(shí)出現(xiàn)的負(fù)載瞬態(tài)現(xiàn)象時(shí)，COT模式提供可選的控制模式(諸如，脈寬調(diào)制(PWM)模式)沒(méi)有提供的特征。
[0010]然而，COT模式具有它表現(xiàn)出比PWM模式更大的紋波現(xiàn)象的方面。
[0011]因?yàn)榕c較大紋波現(xiàn)象相關(guān)的問(wèn)題，對(duì)于芯片而言，COT模式下可以快速地檢測(cè)反饋輸出電壓。在沒(méi)有進(jìn)行這種快速確定的情況下，芯片不能夠基于功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)序充分地保持輸出電壓。例如，輸出電壓原本會(huì)低于參考電壓所限定的零點(diǎn)，進(jìn)而造成DC-DC轉(zhuǎn)換器的整體效率降低。
[0012]可以提供比較器，比較器可提供高速檢測(cè)操作。然而，難以在顧及比較器的適當(dāng)增益的情況下實(shí)現(xiàn)高速設(shè)計(jì)。另外，當(dāng)采用高速比較器時(shí)，整個(gè)芯片大小增大，這還造成與增大的電流消耗相關(guān)的另外的問(wèn)題。
[0013]因此，另一種方法是調(diào)節(jié)與輸出負(fù)載連接的輸出電容器的電容。通過(guò)使用具有較大等效串聯(lián)電阻的電容器，在比較器處識(shí)別到的反饋電壓增大。因此，更容易地檢測(cè)反饋電壓。
[0014]然而，根據(jù)該情形，有時(shí)使用具有相對(duì)較小ESR的電容器。當(dāng)使用具有相對(duì)較小ESR的這種電容器時(shí)，變得相對(duì)更難以檢測(cè)DC-DC轉(zhuǎn)換器中設(shè)置的比較器處的反饋電壓。換句話講，變得更難以檢測(cè)輸出電壓的紋波值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
是為了以簡(jiǎn)化形式介紹以下在【具體實(shí)施方式】中被進(jìn)一步描述的構(gòu)思的選擇。本
【發(fā)明內(nèi)容】
不意圖標(biāo)識(shí)要求保護(hù)的主題的重要特征或必要特征，它也不意圖用于輔助確定要求保護(hù)的主題的范圍。
[0016]如所討論的，在無(wú)法在使用具有較小ESR的電容器的DC-DC轉(zhuǎn)換器中使用高速操作比較器的情形下，難以比較參考電壓和反饋電壓并且保持穩(wěn)定的輸出電壓。
[0017]因此，本申請(qǐng)?zhí)峁┝私鉀Q以上提到的問(wèn)題的方式。本示例的目的是提供一種穩(wěn)定保持輸出電壓的COT模式下操作的DC-DC轉(zhuǎn)換器，因?yàn)槭纠械谋容^器能夠每當(dāng)電流流入電感器時(shí)更有效地檢測(cè)輸出電壓的紋波值。
[0018]本示例的另一個(gè)特征在于，它們提供容易檢測(cè)反饋輸出電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器，即使當(dāng)設(shè)置在DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出處的輸出電容器具有相對(duì)小的等效串聯(lián)電阻(ESR)值。
[0019]在一個(gè)總體方面，一種DC-DC轉(zhuǎn)換器包括:比較器，被構(gòu)造成比較參考電壓與反饋電壓；恒定導(dǎo)通時(shí)間(COT)發(fā)生器，被構(gòu)造成響應(yīng)于比較器的比較結(jié)果，輸出功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)；第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)，第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)中的每一個(gè)被構(gòu)造成根據(jù)導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)，在預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)導(dǎo)通；電感器，串聯(lián)連接到第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的公共端；第一反饋電阻器和第二反饋電阻器，連接在電感器和負(fù)載電阻器之間；耦合網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)造成接收第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)電壓和電感器的反饋輸出電壓，將接收到的電壓相加，并且輸出相加的結(jié)果作為第一反饋電壓，其中，第一反饋電壓和經(jīng)由第一反饋電阻器和第二反饋電阻器輸出的第二反饋電壓作為比較器的反饋電壓而被提供。
[0020]耦合網(wǎng)絡(luò)可包括:耦合電阻器，連接到公共端；第一耦合電容器，連接到電感器的輸出端；第二I禹合電容器，與I禹合電阻器和第一I禹合電容器并聯(lián)連接并且被構(gòu)造成輸出第一反饋電壓。
[0021]第一反饋電壓可包括開(kāi)關(guān)電壓和電感器的輸出電壓的AC電壓。
[0022]第二反饋電壓可包括轉(zhuǎn)換器的輸出端的輸出電壓的DC電壓。
[0023]第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)可以是互補(bǔ)的MOS晶體管。
[0024]響應(yīng)于第一開(kāi)關(guān)是PM0S，第二開(kāi)關(guān)可以是NM0S，或者響應(yīng)于第一開(kāi)關(guān)是NM0S，第二開(kāi)關(guān)可以是PMOS。
[0025]響應(yīng)于電流流過(guò)電感器，第一反饋電壓和第二反饋電壓可被供應(yīng)到比較器。
[0026]在另一個(gè)總體方面，一種DC-DC轉(zhuǎn)換器包括:比較器，構(gòu)造成比較參考電壓與反饋電壓；恒定導(dǎo)通時(shí)間(COT)發(fā)生器，構(gòu)造成響應(yīng)于比較器的比較結(jié)果，輸出功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)；第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)，第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)中的每一個(gè)被構(gòu)造成根據(jù)導(dǎo)通時(shí)間信號(hào)，在預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)導(dǎo)通；電感器，與第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的公共端串聯(lián)連接；耦合網(wǎng)絡(luò)，包括第一反饋電阻器和第二反饋電阻器，連接在電感器和負(fù)載電阻器之間；耦合網(wǎng)絡(luò)包括耦合電阻器、第一耦合電容器和第二耦合電容器，耦合電阻器連接到COT發(fā)生器的輸出引腳，第一稱合電容器連接到電感器的輸出端，第二稱合電容器與稱合電阻器和第一 I禹合電容器并聯(lián)連接以輸出第一反饋電壓，其中，第一反饋電壓和經(jīng)由第一反饋電阻器和第二反饋電阻器輸出的第二反饋電壓作為比較器的反饋電壓而被提供。
[0027]DC-DC轉(zhuǎn)換器還可包括第三開(kāi)關(guān)，第三開(kāi)關(guān)在COT發(fā)生器的輸出引腳和耦合電阻器之間，以根據(jù)流過(guò)電感器的電流在連續(xù)電流模式(CCM)和不連續(xù)電流模式(DCM)之間進(jìn)行選擇。
[0028]第一反饋電壓可包括輸出電壓的DC電壓，第二反饋電壓可包括輸出電壓的AC電壓。
[0029]第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)可以是互補(bǔ)的MOS晶體管，并且響應(yīng)于第一開(kāi)關(guān)是PMOS晶體管，第二開(kāi)關(guān)可以是NMOS晶體管，或者響應(yīng)于第一開(kāi)關(guān)是NMOS晶體管，第二開(kāi)關(guān)可以是PMOS晶體管。
[0030]所述DC-DC轉(zhuǎn)換器可被構(gòu)造成在CCM下操作，直到電感器的電流斜率變成零為止。
[0031]所述DC-DC轉(zhuǎn)換器可被構(gòu)造成當(dāng)電感器