用于感测和控制电流的方法和电路技术

在所描述的示例中，电感器(L)传导可变的第一电流。第一晶体管(MN1)通过电感器(L)耦合到输出节点(VOUT)。响应于电压信号(VGD)，第一晶体管(MN1)交替地导通和关断，使得第一电流在第一晶体管(MN1)响应于电压信号(VGD)而导通时增强；并且第一电流在第一晶体管(MN1)响应于电压信号(VGD)而关断时受限。第二晶体管(MN2)耦合到第一晶体管(MN1)。第二晶体管(MN2)传导可变的第二电流。第二晶体管(MN2)的导通/关断与电压信号(VGD)无关。控制电路(212)感测第二电流并调节电压信号(VGD)以响应于第二电流的感测以及输出节点(VOUT)的电压而交替地导通和关断第一晶体管(MN1)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及电子电路，并且具体地涉及用于感测和控制电流的方法和电路。
技术介绍
图1(现有技术)是总体以100表示的常规降压转换器的示意性电路图。为了感测高侧功率n沟道场效应晶体管(“NFET”)MN1的电流，NFETMNSNS与MN1并联连接，使得它们两者共享公共漏极和栅极连接。MN1和MNSNS的漏极连接到输入电压节点(具有电压VIN)。MN1和MNSNS的栅极连接到驱动器102的输出，驱动器102(a)从控制电路104接收电压信号VGD；并且(b)通过这种输出驱动VGD到那些栅极。MNSNS的源极连接到节点A，该节点A进一步连接到放大器106的第一输入(“+”)。MN1的源极连接到节点B(具有电压VSW)，该节点B进一步连接到放大器106的第二输入(“-”)。放大器106的输出连接到NFETMNA的栅极。MNA的源极连接到地，并且MNA的漏极作为反馈连接到节点A。因此，当放大器106有效时，MNA和放大器106一起操作以保持节点A的电压相对接近(例如略高于)节点B的电压。以这种方式，MNSNS感测流过MN1的电流，而MNA感测流过MNSNS的电流。NFETMNB对流过MNA的电流成镜像。当MN1和MNSNS导通时，它们根据MN1和MNSNS之间的沟道宽度比率传导相应量的电流。在一个示例中，这种沟道宽度比率相对较大，使得MN1传导在安培数量级上的电流，而MNSNS、MNA和MNB传导在微安数量级上的电流。如图1所示，节点B通过二极管108(具有电压降-VD)耦合到地。此外，节点B通过电感器L(具有可变电流IL)耦合到节点C(具有电压VOUT)。节点C通过电容器C耦合到地。此外，节点C通过负载110(具有电流ILOAD)耦合到地。控制电路104连接到MNB的漏极。响应于流过MNB的电流ISENSE并且响应于VOUT，控制电路104适当地将VGD调整为反馈，以通过交替地切换MN1的栅极导通和关断来控制(例如，选择性地增强和选择性地限制)IL。在每个开关周期期间，VSW从-VD摆动到接近VIN。在一个示例中，放大器106(a)在VSW约等于-VD(其在放大器106的输入范围之外)时无效；并且(b)在VSW上升到接近VIN时变为有效。然而，当VSW升高时，ISENSE不正确地过冲，因为MN1的初始VDS约等于VIN+VD。因此，控制电路104在每个开关周期的开始(消隐时间)忽略ISENSE，这限制了电路100的最小占空比及其最大开关频率。此外，通过节点B，放大器106的第二输入(“-”)直接连接到外部高压开关节点，其将第二输入(“-”)暴露于开关节点的寄生和静电放电(“ESD”)。因此，为了保护第二输入(“-”)免受高压ESD的影响，放大器106包括用于这种保护的附加电路，即使MN1是自保护的。
技术实现思路
在所描述的示例中，电感器传导可变的第一电流。第一晶体管通过电感器耦合到输出节点。响应于电压信号，第一晶体管交替地导通和关断，使得第一电流在第一晶体管响应于电压信号而导通时增强；并且第一电流在第一晶体管响应于电压信号而关断时受限。第二晶体管耦合到第一晶体管。第二晶体管传导可变的第二电流。第二晶体管的导通/关断与电压信号无关。控制电路感测第二电流并调节电压信号以响应于第二电流的感测和输出节点的电压交替地导通和关断第一晶体管。附图说明图1(现有技术)是常规降压转换器的示意性电路图。图2是示例实施例的降压转换器的示意性电路图。图3A是用于示出图2的电路的示例操作的第一曲线图。图3B是用于示出图2的电路的示例操作的第二曲线图。图3C是用于示出图2的电路的示例操作的第三曲线图。具体实施方式图2是示例实施例的降压转换器的示意性电路图，总体上以200表示。在图2中，NFETMNSNS与NFETMN2并联连接，使得它们两者共享公共源极和栅极连接。MN2和MNSNS的源极连接到输入电压节点(具有电压VIN)。MN2和MNSNS的栅极通过二极管202耦合到节点D。节点D具有电压VBOOT。MNSNS的漏极连接到节点E，该节点E进一步连接到放大器204的第一输入(“+”)。MN2的漏极连接到节点F，该节点F进一步连接到放大器204的第二输入(“-”)。放大器204的输出连接到NFETMNA的栅极。MNA的源极连接到地，并且MNA的漏极作为反馈连接到节点E。当放大器204有效时，MNA和放大器204一起操作以保持节点E的电压相对接近(例如略微高于)节点F的电压。以这种方式，MNSNS对流过MN2的可变电流成镜像，而MNA感测流过MNSNS的电流。NFETMNB对流过MNA的电流成镜像。当MN2和MNSNS导通时，它们根据MN2和MNSNS之间的沟道宽度比率传导相应量的电流。在一个示例中，这种沟道宽度比率相对较大，使得MN2传导在安培数量级上的电流，而MNSNS、MNA和MNB传导在微安数量级上的电流。节点D通过二极管206耦合到箝位电路208，该箝位电路208通过其连接在输入电压节点和地之间而接收功率。此外，节点D通过电容器CBOOT耦合到节点G(具有电压VSW)。驱动器210耦合在节点D和节点G之间，因此驱动器210从CBOOT接收其功率。NFETMN1的栅极连接到驱动器210的输出，该驱动器210(a)从控制电路212接收电压信号VGD；并且(b)通过这种输出驱动VGD到这种栅极。MN1的漏极连接到节点F，并且MN1的源极连接到节点G。如图2所示，节点G通过二极管214(具有电压降-VD)耦合到地。此外，节点G通过电感器L(具有可变电流IL)耦合到节点H(具有电压VOUT)。节点H通过电容器C耦合到地。此外，节点H通过负载216(具有电流ILOAD)耦合到地。控制电路212连接到MNB的漏极。响应于流过MNB的电流ISENSE并且响应于VOUT，控制电路212通过交替地切换MN1的栅极导通和关断来适当地将VGD调整为反馈以控制IL。例如：(a)当MN1响应于VGD而接通时，MN1增强IL；并且(b)当MN1响应于VGD关断时，MN1限制电流IL。在电路200操作的一个示例中，VIN大约为10伏特，并且箝位电路208进行操作以对CBOOT充电，使得CBOOT具有约5伏的基本恒定电压。以这种方式，VBOOT-Vsw＝约5伏，其总是足以为驱动器210供电，并且VBOOT总是高到足以导通MN2。因此，在这种操作中，MN2总是导通并且继续传导至少一些电流，而不管MN1是否接通，从而MN2的导通/关断切换与VGD无关。当MN1截止时，VSW＝-VD(例如，-0.7伏)，VBOOT＝VSW+约5伏，并且MN2的VDS约等于0伏(例如，因为电流不流过MN2)。当MN1接通时，VSW约等于VIN＝10伏，VBOOT＝VSW+约5伏，并且MN2的VDS约等于100毫伏(例如，MN2的电阻乘以流过MN2的电流)。因此，由于MN2的漏极电压VD总是等于VIN＝10伏，因此MN2的VDS在约0伏和100毫伏之间摆动，即使当VSW在-VD和-10伏之间摆动时也是如此。以这种方式，响应于MN1被导通，ISENSE具有较小的过冲(例如，电流尖峰)。ISENSE稳定下来的速度主要由MNA和放大器204的速度确定。由于响应于MN1被导通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路，包括：用于传导第一电流的电感器，其中所述第一电流是可变的；第一晶体管，其通过所述电感器耦合到输出节点，用于响应于电压信号而交替地导通和关断，使得所述第一电流在所述第一晶体管响应于所述电压信号而导通时增强；并且所述第一电流在所述第一晶体管响应于所述电压信号而关断时受限；第二晶体管，其耦合到所述第一晶体管，用于传导第二电流，其中：所述第二电流是可变的；并且所述第二晶体管的导通/关断与所述电压信号无关；以及控制电路，其用于感测所述第二电流并调节所述电压信号以响应于所述第二电流的感测和所述输出节点的电压而交替地导通和关断所述第一晶体管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.12 US 14/274,8481.一种电路，包括：用于传导第一电流的电感器，其中所述第一电流是可变的；第一晶体管，其通过所述电感器耦合到输出节点，用于响应于电压信号而交替地导通和关断，使得所述第一电流在所述第一晶体管响应于所述电压信号而导通时增强；并且所述第一电流在所述第一晶体管响应于所述电压信号而关断时受限；第二晶体管，其耦合到所述第一晶体管，用于传导第二电流，其中：所述第二电流是可变的；并且所述第二晶体管的导通/关断与所述电压信号无关；以及控制电路，其用于感测所述第二电流并调节所述电压信号以响应于所述第二电流的感测和所述输出节点的电压而交替地导通和关断所述第一晶体管。2.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一晶体管通过节点耦合到所述电感器，并且所述电路包括：电容器，其耦合在所述节点和所述第二晶体管的栅极之间；以及用于将所述电容器充电到基本恒定电压的箝位电路。3.根据权利要求2所述的电路，且包括：驱动器，用于：接收所述电压信号；驱动所述电压信号到所述第一晶体管；以及从所述电容器接收功率。4.根据权利要求2所述的电路，其中所述第二晶体管用于继续传导所述第二电流，而不管所述第一晶体管是否导通。5.根据权利要求2所述的电路，其中所述箝位电路通过至少一个二极管耦合到所述第二晶体管的栅极。6.根据权利要求1所述的电路，其中所述第二晶体管通过第一节点耦合到所述第一晶体管，且所述电路包括：第三晶体管，用于传导第三电流以与所述第二电流成镜像，其中所述第三晶体管的栅极耦合到所述第二晶体管的栅极；第四晶体管，其通过第二节点耦合到所述第三晶体管，用于传导第四电流以感测所述第三电流；以及放大器，用于保持所述第一节点的电压接近所述第二节点的电压，其中所述放大器具有耦合到所述第一节点的第一输入、耦合到所述第二节点的第二输入以及耦合到所述第四晶体管的栅极的输出。7.根据权利要求6所述的电路，并且包括用于传导第五电流以与所述第四电流成镜像的第五晶体管，其中所述第五晶体管的栅极耦合到所述第四晶体管的栅极，并且其中感测所述第二电流包括通过感测所述第五电流来感测所述第二电流。8.根据权利要求7所述的电路，其中所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管和所述第五晶体管是n沟道场效应晶体管。9.一种电路，包括：用于传导第一电流的电感器，其中所述第一电流是可变的；第一晶体管，其通过所述电感器耦合到输出节点，用于响应于电压信号而交替地导通和关断，使得所述第一电流在所述第一晶体管响应于所述电压信号而导通时增强；并且所述第一电流在所述第一晶体管响应于所述电压信号而关断时受限；第二晶体管，其通过第一节点耦合到所述第一晶体管，用于传导第二电流，其中：所述第二电流是可变的；并且所述第二晶体管的导通/关断与所述电压信号无关；第三晶体管，用于传导第三电流以与所述第二电流成镜像，其中所述第三晶体管的栅极耦合到所述第二晶体管的栅极；第四晶体管，其通过第二节点耦合到所述第三晶体管，用于传导第四电流以感测所述第三电流；放大器，用于保持所述第一节点的电压接近所述第二节点的电压，其中所述放大器具有耦合到所述第一节点的第一输入、耦合到所述第二节点的第二输入以及耦合到...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·O·托雷斯，H·文卡塔拉曼，P·C·布雷迪，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US