開關(guān)型直流-直流電源轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種電源轉(zhuǎn)換器，尤其是一種開關(guān)型直流-直流電源轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 開關(guān)型直流-直流電源轉(zhuǎn)換器已被廣泛應(yīng)用，通常能比線性電源轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)更高 的電源轉(zhuǎn)化效率。隨著便攜式電子設(shè)備不斷發(fā)展，用戶越來越關(guān)系電源效率，以便對(duì)于固定 容量的鋰電池可以支持更長的使用時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，有必要進(jìn)一步提高電源轉(zhuǎn)化 效率。
[0003] 下面分析下降壓型同步直流-直流轉(zhuǎn)換器的損耗。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的降壓型同 步直流-直流轉(zhuǎn)換器原理圖，其輸出電壓VO經(jīng)過電阻Rl和電阻R2分壓后，分壓的電壓 和環(huán)路控制器（FB)的一個(gè)內(nèi)部的參考電壓進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果來調(diào)整功率開關(guān) PMOS (MPl)驅(qū)動(dòng)信號(hào)PPffM和功率開關(guān)NMOS (MNl)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)NPffM的占空比，從而改變功率 開關(guān)PMOS(MPl)和功率開關(guān)NMOS(MNl)的輸出電壓，PMOS(MPl)導(dǎo)通的占空比與功率開關(guān) 的輸出電壓呈正比，其中I 3DRV和NDRV分別表示功率開關(guān)MPl和麗1的驅(qū)動(dòng)電路。通常連 續(xù)模式下功率開關(guān)PMOS (MPl)驅(qū)動(dòng)信號(hào)PPffM的占空比與功率開關(guān)NMOS (MNl)的驅(qū)動(dòng)信號(hào) NPffM的占空比互補(bǔ)，即如果PPffM的占空比為D，NNPffM的占空比為1-D，其中D為0至1之 間的數(shù)。
[0004] 降壓型同步直流-直流轉(zhuǎn)換器的效率損失一般由兩部分組成，一部分為功率開關(guān) 導(dǎo)通的損耗，另一部分為功率開關(guān)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作時(shí)對(duì)其柵極寄生電容充放電導(dǎo)致的能量損 失。
[0005] -個(gè)開關(guān)周期內(nèi)功率開關(guān)MPl的導(dǎo)通損耗計(jì)算公式為：
[0006] Pl = D. Ts. I2. Rpon
[0007] 其中D為PPffM信號(hào)的占空比，Ts為開關(guān)周期，I為MPl的平均電流，Rton為開關(guān) MPl導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通電阻。
[0008] -個(gè)開關(guān)周期內(nèi)功率開關(guān)MNl的導(dǎo)通損耗計(jì)算公式為：
[0009] P2 = D. Ts. I2. Rnon
[0010] 其中D為PPffM信號(hào)的占空比，Ts為開關(guān)周期，I為麗1的平均電流（一般麗1和 MPl的平均電流相等，且等于電感電流的平均值），R_為開關(guān)麗1導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通電阻。
[0011] -個(gè)開關(guān)周期內(nèi)功率開關(guān)MPl的寄生電容充放電能量損耗計(jì)算公式為：
[0013] 其中4為MPl的柵極寄生電容，VSP為功率開關(guān)MPl的柵極電壓擺幅。一個(gè)開關(guān) 周期內(nèi)功率開關(guān)MNl的寄生電容充放電能量損耗計(jì)算公式為：
[0015] 其中Cn為麗1的柵極寄生電容，VSN為功率開關(guān)麗1的柵極電壓擺幅。對(duì)于功率 開關(guān)MPl在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)消耗的能量為：P1+P3
[0016] 對(duì)于功率開關(guān)MNl在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)消耗的能量為：P2+P4
[0018] 其中^為MPl的溝道寬度，μ P為功率開關(guān)MPl的載流子迀移率，C MP為功率開關(guān) MPl的柵氧電容，Lp為功率開關(guān)MPl的溝道長度，VDD為電源電壓，VTP為功率開關(guān)MPl的閾 值電壓。
[0020] 其中Wn為功率開關(guān)麗1的溝道寬度，μ N為功率開關(guān)麗1的載流子迀移率，C _為 功率開關(guān)麗1的柵氧電容，Lp為功率開關(guān)麗1的溝道長度，VDD為電源電壓，VTN為功率開 關(guān)麗1的閾值電壓。
[0021] 所以Pl與VSP成反比，P2與VSN成反比，P3與VSP成正比，P4與VSN成正比。
[0022] 當(dāng)電流I較大時(shí)，Pl相對(duì)P3大很多，P2相對(duì)P4大很多，所以在總功耗上Pl和P2 占主要，當(dāng)電流I較小時(shí)，Pl相對(duì)P3來說很小，P2相對(duì)P4來說很小，所以在總功耗上P3和 P4占主要，由上可知，Pl與VSP成反比，P2與VSN成反比，P3與VSP成正比，P4與VSN成正 比，RroN反比于VSP，R _反比于VSN，因此當(dāng)電流I較大時(shí)，應(yīng)該取較大的VSP和VSN，當(dāng)電流 I較小時(shí)，應(yīng)該取較小的VSP和VSN，也就是VSP和VSN應(yīng)與電流I呈正比，雖然減小VSP和 VSN會(huì)稍微增加 Pl和P2,但由于其本身很小（因?yàn)镮2很?。?，所以減小VSP和VSN仍能減 小總功耗（P1+P2+P3+P4)。
[0023] 所以需要根據(jù)負(fù)載電流的大小正比調(diào)整功率開關(guān)MPl的柵極電壓擺幅和功率開 關(guān)麗1的柵極電壓擺幅。
[0024] 有鑒于此，特提出本實(shí)用新型。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0025] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種降低作為功率 開關(guān)的MOS管柵極上消耗的導(dǎo)通損耗從而提高直流-直流電源轉(zhuǎn)換器電源轉(zhuǎn)化效率的開關(guān) 型直流-直流電源轉(zhuǎn)換器。
[0026] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是：
[0027] -種開關(guān)型直流-直流電源轉(zhuǎn)換器，包括作為第一功率開關(guān)的PMOS管，第一驅(qū)動(dòng) 電路、作為第二功率開關(guān)的NMOS管、第二驅(qū)動(dòng)電路、分壓電路、電容和電感，所述第一驅(qū)動(dòng) 電路的輸出端連接作為第一功率開關(guān)的PMOS管的柵極，第二驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接作為 第二功率開關(guān)的NMOS管的柵極，作為第一功率開關(guān)的PMOS管的漏極和作為第二功率開關(guān) 的NMOS管的漏極連接，且該端連接所述電感，所述作為第一功率開關(guān)的PMOS管的源極和襯 底用以連接電源，所述電感連接所述分壓電路的高電勢(shì)輸入端，所述電容連接在所述作為 第二功率開關(guān)的NMOS管的源極和漏極之間，所述分壓電路的低電勢(shì)端與所述作為第二功 率開關(guān)的NMOS管的源極相連，還包括用于采集并輸出正比于負(fù)載電流的電感電流的電感 電流檢測(cè)電路、產(chǎn)生正比于負(fù)載電流的電壓的第一電平產(chǎn)生電路和產(chǎn)生正比于負(fù)載電流的 電壓的第二電平產(chǎn)生電路，所述電感電流檢測(cè)電路的兩個(gè)輸出端分別連接所述第一電平產(chǎn) 生電路和第二電平產(chǎn)生電路的輸入端，所述第一驅(qū)動(dòng)電路的高電平輸入端用以連接電源， 所述第二驅(qū)動(dòng)電路的低電平輸入端連接所述作為第二功率開關(guān)的NMOS管的源極，所述第 一電平產(chǎn)生電路的輸出端連接所述第一驅(qū)動(dòng)電路的低電平輸入端，所述第二電平產(chǎn)生電路 的輸出端連接所述第二驅(qū)動(dòng)電路的高電平輸入端。
[0028] 進(jìn)一步地，包括環(huán)路控制器，所述分壓電路的輸出端連接所述環(huán)路控制器的輸入 端，所述環(huán)路控制器的兩個(gè)輸出端分別連接第一驅(qū)動(dòng)電路的輸入端和第二驅(qū)動(dòng)電路的輸入 端。
[0029] 優(yōu)選的，所述第一電平產(chǎn)生電路包括電流鏡、第一運(yùn)放和第一降壓電阻，所述電感 電流檢測(cè)電路的一個(gè)輸出端連接所述電流鏡的輸入端，所述電流鏡的輸出端連接第一運(yùn)放 的同相輸入端，所述第一運(yùn)放的同相輸入端和作為第一功率開關(guān)的PMOS管的源極之間連 接所述第一降壓電阻，所述第一運(yùn)放的反相輸入端和輸出端連接所述第一驅(qū)動(dòng)電路的低電 平輸入端。
[0030] 優(yōu)選的，所述電流鏡包括兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，所述兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連接，所述電感 電流檢測(cè)電路的輸出端連接其中一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極，另一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極連接所述第 一運(yùn)放的同相輸入端，與所述電感電流檢測(cè)電路輸出端連接的場(chǎng)效應(yīng)管的柵極和漏極相 連，所述兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的襯底和源極四個(gè)管腳接地。
[0031 ] 優(yōu)選的，所述電流鏡中的兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管均為NMOS管。
[0032] 優(yōu)選的，所述第二電平產(chǎn)生電路包括第二運(yùn)放和第二降壓電阻，所述電感電流檢 測(cè)電路的一個(gè)輸出端連接所述第二運(yùn)放的同相輸入端，在所述電感電流檢測(cè)電路和所述第 二運(yùn)放的同相輸入端的連接線路上連接所述第二降壓電阻，所述第二運(yùn)放的反相輸入端和 輸出端連接所述第二驅(qū)動(dòng)電路的高電平輸入端。
[0033] 優(yōu)選的，所述電感電流檢測(cè)電路為輸出小于負(fù)載電感電