同步整流电路和用于同步整流电路的方法技术

在仅利用N沟道器件的同步整流器中，利用低端比较器，低端开关被有效地交叉耦合；以及，高端开关执行精确的零电压开关(ZVS)比较。每个自举域的充电路径是通过低端开关完成的，低端开关中的每一个在每半个周期中总是接通的，而与负载无关。由于a)每个自举域接收最大的充电时间；以及b)充电通过开关而不是二极管发生，因此，此方案产生整流器的效率增益。这些因素均确保了自举域被完全充电，从而，减少了通过整流器开关的传导损耗。此外，可以通过软件调整设置，以优化整流器的电阻性和容性损耗。利用芯片温度和操作频率的数据，软件可以创建反馈回路，动态地调整整流器的设置，以实现最好的效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用根据35U.S.C.§119，本申请要求如下申请的优先权：2014年1月8日递交的申请号为61/924，762，标题为「WirelessPowerReceiverwithProgrammablePowerPathMode」的美国临时案，在此合并参考上述申请案的全部内容。
本专利技术通常涉及无线电源(Wirelesspower,WP)，更特别地，涉及具有可编程(programmable)电源路径模式的无线电源接收器。
技术介绍
无线电源传输系统(wirelesspowertransfersystem)利用两个磁性线圈之间的互感通过磁性感应传输功率(power)。在接收器侧，通常，接收线圈(receivercoil)连接至桥式整流器(bridgerectifier)，该桥式整流器之后跟随着一稳压器(regulator)。桥式整流器将交流电信号(ACpowersignal)转换为直流电源(DCpowersupply)，以及，稳压器将该直流电源调整至用于后续电路(如电池充电器)的合适的电压电平。无线电源系统通常分为感应(inductive)式或共振(resonant)式。在感应式无线电源系统中，无线发射器(wirelesstransmitter)和接收器(receiver)像紧密耦合的变压器(tightlycouplingtransformer)一样操作，以传送能量。感应式中的限制使得它仅适用于同时给单个接收器(singlereceiver)充电。另一方面，在共振式无线电源系统中，功率传送是通过松耦合线圈对(looselycoupledcoilpairs)以及利用电气共振来提高系统效率。接收器的数量可以增加且可以在相同领域中充电。在无线电源接收器侧，电压调整(voltageregulation)用来将整流电压(rectifiervoltage)降压(step-down)至用于后续的充电器电路的合适电压。在感应式的单个接收器无线电源系统中，此调整可以是低压差稳压器(Lowdropoutregulator,LDO)。LDO的效率由其输出输入比(output-to-inputratio)限定(define)。在单个接收器无线系统中，LDO的输入电压(该整流电压)可以被控制到非常接近于其输出电压，以及获得更高的功率效率(powerefficiency)。功率控制是通过带内(inband)或带外(out-of-band)通信从接收器发送功率控制消息至发射器。在共振式无线电源系统中，由于每个接收器具有不同耦合因子(couplingfactor)的线圈，因此，多个接收器不可能控制所有的整流电压都接近于目标充电电压。因此，该整流电压会远远高于稳压器的输出，这使得通过LDO的功率传输非常低效。因此，当电压降压比较大(large)时，为了更好的效率，应用开关式稳压器(SMPS)。近年来，快速充电对于智能手机和平板应用越来越重要。越来越多的产品采用具有较大的充电电流(例如，>1A)来减小充电时间，这些产品已经在消费市场中推出。在快速充电中，充电器电路可以在比稳定电压(例如，～5V)更高的输入电压(例如，～20V)上充电。因此，通过电源开关(powerswitch,PSW)，无线电源接收器可以将整流器的输出直接连接至快速充电的充电器。该电源开关用以控制一些无线电源标准所需要的无线充电的启动/停止(start/stop)。在旨在支持具有快速充电功能的电感式和共振式的多模式(multi-mode)无线接收器的集成电路(integratedcircuit,IC)中，这需要较大的芯片面积来分别实现LDO、SMPS和PSW的导通器件(passdevice)，以及，使得该集成电路的实现成本很高。一种更具成本效益的方法是通过共享相同的导通器件来实现上述LDO、SMPS和PSW。此外，为了实现高功率传输效率的性能，使用NMOS(N-channelmetaloxidesemiconductor，N沟道金属氧化物半导体)型场效应管(FieldEffectTransistor,FET)作为它的导通器件比PMOS(P-channelMetalOxideSemiconductor,P沟道金属氧化物半导体)型场效应管导通器件具有更好的效率和更小的芯片面积。用于共享LDO、SMPS和PSW的NMOS导通器件的控制电路的实现需要不平凡的(non-trivial)偏置配置(biasingconfiguration)。自举(Bootstrapping)技术用于实现具有NMOS导通器件的SMPS的高端驱动(high-sidedriver)是公知的。在PSW模式或近压差操作的LDO模式中，需要一个用于给LDO和PSW的控制器供电的升压(step-up)电压。此升压电压可以通过片上电荷泵电路(on-chipchargepumpcircuit)实现。寻求一种用于提供多模式无线接收器集成电路的解决方案，该多模式无线接收器集成电路支持电感式和共振式，具有快速充电功能、减少的成本以及提高的效率。
技术实现思路
在本专利技术中，提供了一种无线电源接收器集成电路，该无线接收器集成电路中的电源路径可以被配置为低压差稳压器(LDO)、开关式电源(switched-modepowersupply,SMPS)或电源开关(PSW)。所有的三种模式共享相同的导通器件，以减小芯片面积；以及共享相同的输出端，以减少引脚。在感应式无线接收器中，电源路径可以被动态地(onthefly)编程为LDO模式或PSW模式。在共振式或多模式无线接收器中，电源路径可以被动态地编程为SMPS模式或PSW模式。此更具成本效益的方法通过共享相同的导通器件的方式来实现LDO、SMPS和PSW。此外，为了实现高功率传输效率的性能，使用N沟道MOSFET作为其导通器件比P沟道MOSFET导通器件具有更好的效率和更小的芯片面积。在一实施例中，无线电源接收器集成电路包括第一整流输入端(AC1)、第二整流输入端(AC2)、整流输出端(VRECT)，同步整流电路从第一整流输入端(AC1)和第二整流输入端(AC2)接收输入功率，以及输出一整流电压到整流输出端(VRECT)上，以及，可编程电压调节器耦接于整流输出端(VRECT)，其中，可编程电压调节器被配置为作为开关式电源SMPS、低压差稳压器LDO和电源开关PSW中的其中一种操作，以及，该可编程电压调节器包括将输出电压输出到公共输出端(VOUT)上的公共导通器件。...

【技术保护点】
一种同步整流电路，包括：第一高端开关和第二高端开关，耦接于第一输入节点、第二输入节点和用于输出一整流电压的输出节点；第一低端开关和第二低端开关，耦接于该第一输入节点、第二输入节点和接地节点；第一高端比较器和第二高端比较器，分别控制该第一高端开关和该第二高端开关；以及第一低端比较器和第二低端比较器，分别控制该低端开关，其中，该低端开关通过该低端比较器交叉耦合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.08 US 61/924,7621.一种同步整流电路，包括：
第一高端开关和第二高端开关，耦接于第一输入节点、第二输入节点和用
于输出一整流电压的输出节点；
第一低端开关和第二低端开关，耦接于该第一输入节点、第二输入节点和
接地节点；
第一高端比较器和第二高端比较器，分别控制该第一高端开关和该第二高
端开关；以及
第一低端比较器和第二低端比较器，分别控制该低端开关，其中，该低端
开关通过该低端比较器交叉耦合。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，该第一高端开关、该第二高端
开关以及该第一低端开关、该第二低端开关为N沟道金属氧化物半导体场效应
管。
3.如权利要求1所述的电路，还包括：
第一高端自举电路和第二高端自举电路，给该第一高端比较器和该第二高
端比较器提供自举域。
4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，用于该自举电路的自举充电路
径是通过交叉耦合的该低端开关来完成的。
5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，该第一低端开关接通第一半周
期，以给该第一自举电路充电；以及，该第二低端开关接通第二半周期，以给
该第二自举电路充电。
6.如权利要求4所述的电路，其特征在于，该低端比较器在每个周期中接
通该低端开关，以完成与该电路的负载无关的该自举充电路径。
7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，该第一低端比较器通过比较该
第二输入节点上的第二输入电压和接地电压加偏移电压来控制该第一低端开
关。
8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，该第二低端比较器通过比较该
第一输入节点上的第一输入电压和接地电压加偏移电压来控制该第二低端开
关。
9.如权利要求1所述的电路，其特征在于，该比较器具有一包括阈值和滞
后电平的设置，其中，该设置是动态可调的。
10.如权利要求9所述的电路，其特征在于，该设置是基于芯片温度和操
作频率动态可调的。
11.一种方法，包括：
从第一输...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈斯南·阿克拉姆，颜永智，帕特里克·史丹利·里尔，阿南德·萨慕斯，
申请(专利权)人：联发科技新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG