同步降压转换器改进制造技术

同步降压转换器在输出电流下降期间提供改进的输出电流读出电路（６０８）和改进的瞬变行为。还公开了一种多相位同步降压转换器，具有改进的输出电流共用能力，以及具有改进的负载平衡能力的多同步降压转换器。为实现输出电流读出（６０８），读出电路包括与并联ＭＯＳＦＥＴ同步地开和关操作的采样开关以便采样并联ＭＯＳＦＥＴ的Ｒ↓［ＤＳ－ＯＮ］两端的电压，以及向可变增益放大器提供采样电压。读出电路还包括实现低通滤波器的ＲＣ电路，由此可变增益放大器的输出基本上与电感器的值以及输入到采样开关的信号的任何时间的变动分量的大小无关。当该设备封装ＭＣＭ时，基于Ｒ↓［ＤＳ－ＯＮ］的值，能微调电流读出电路（６０８）增益。通过使用ＩＣ内的热敏设备，根据组件温度，也能调整电流读出增益以消除Ｒ↓［ＤＳ－ＯＮ］温度变化。以及根据门电压来消除由于门电压改变的Ｒ↓［ＤＳ－ＯＮ］变化。对改进的输出电流共用（６０８），用于每个转换器级的读出电路根据来自多相位转换器的输出电压和表示输出节点处的所需电压的参考信号间的差值，以用于单个转换器级的开关晶体管的预定相位关系生成信号。用于每个转换器级的占空比微调修改来自主控制器（ＰＷＭ　　ＩＣ）的占空比控制信号以便尽可能地使由每个级提供的电流相等。用于每个转换器级的电流共用控制电路向占空比微调电路提供控制信号。这用来提供特定级的实际电流输出和所有级电流的平均值、最小级电流或最大级电流间的差值信号。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多相位同步降压转换器的改进，以及具体地说，涉及具有用于输出电流读出(current sensing)、用于组件间的电流共用，以及快速负载变化期间，提高的瞬变性能的改进技术。在多芯片组件(MCM)实现的环境中描述和示出了本专利技术，但所公开的改进也能应用于不同元件实现。
技术介绍
MCM是包括在具有由绝缘材料分开的多个互连层的共用衬底上的形成的多个集成电路(ICs)的电子封装。封装整个组件，而不是单个ICs。MCMs在由安装在传统的印刷电路板的单个芯片形成的电路上提供几个重要的好处。这些包括增加布线以及元件密度和低成本。同时，MCMs的紧密结构能产生更短的信号传输时间以及降低寄生阻抗，反过来，这提高了高速开关效率。同时，在MCM内包括有源元件使得MCM更可测试为具有必定提高可靠性的整个电源。(第2页第1至2行)。MCM封装适合于大量应用，包括多相位同步降压转换器。同步降压转换器是接收D.C.(或整流A.C.)输入和产生具有高输出电流的稳定低压输出的开关的D.C.电源。降压转换器特别用作用于微处理器操作设备以及大量其他数字电路应用的电源。同步降压转换器的基本结构如图1所示，通常用100表示的电路包括具有在输入端104和第一信号节点106间连接的源-漏通路、通常为功率MOSFET等等的串联开关102、通常也为功率MOSFET等等的并联开关108，以及由串联电感器112和在信号输出节点116连接到电感器112并连接到地的并联电容器114组成的输出电路。如果需要的话，也可以与MOSFET108并联提供并联二极管，诸如Shottky二极管118以便在108的空载时间提供电导来降低与MOSFET108的内部本体二极管有关的二极管逆恢复损耗。如果认为对外部Schottky来说，理镐的开关损耗是最佳的，则不需要单独的二极管118。在输入电容器111上，在输入端104和地间提供AD.C输入电压VIN，以及将小于VIN的输出电压VOUT提供到连接在信号输出节点116和地110间的负载124。通过有选择地改变MOSFETS102和108的占空比，提供输出电压的控制。这是通过连接到MOSFETS的栅极端、并由PWM发生器124组成的脉冲宽度调制电路124驱动的门控制逻辑或驱动电路120来完成的，PWM发生器124将所需开关频率并具有固定最大值(峰值)和最小值(谷值)的斜坡信号与误差放大器126提供的信号进行比较。后者基于由信号线128上的反馈信号VFB表示的实际输出电压和在第二输入端130提供的所需输出电压信号VREF间的差值，提供输出信号VE。在操作中，通过MOSFET102开以及MOSFET108关，电感器112两端的电压等于VIN-VOUT，以及最终电流使电容器114充电。为维持电容器114两端的基本恒定的电压，预定值VE操作PWM电路124和门驱动器120以便断开MOSFET102，以及导通MOSFET108。当MOSFET108导电时，其非常低的源-漏电阻维持电路来支持流过电感器112的电流。反过来，这允许电容器114充电，以及在MOSFETS的几次开-关周期后，获得稳定状态输出电压。图1所示的电路的运行对本领域的技术人员来说是非常公知的，以及为简洁起见，将省略进一步描述。在需要超出MOSFETS102和108的输出电流的情况下，可以采用多相位降压转换器，如由图2所示的电路200所示。在此，N个同步降压级202A-202N连接在输入节点108和公共接地210间以及它们的输出馈送输出节点212。因此每级贡献部分所需电流需求。转换器级202A包括输入电容器203、MOSFET对214、并联Shottky二极管205、输入电感器206、输出电容器214以及门驱动电路216。类似地构成其他转换器级。主PWM控制器218产生具有相位间360°/N相位延迟的交错或异相PWM信号。可以用任何适当的或所需方式构成主控制器218，以及可以由例如在FM＝N.fsw操作的可调整频率主时钟220，其中N为相位数，以及fsw是用于MOSFETS的预定开关频率、以频率fsw生成脉冲串的可编程计数器222、一连串N个串联PWM电路224A-224N以及误差放大器226组成。后者提供公共输入来触发PWN电路，由此，将一系列驱动信号PWM-1至PWM-N提供为转换器级202A-202N的门驱动器216的输入。按360/N的相位延迟，分开驱动信号，如图3所示，图3示例说明用于具有5MHz时钟频率以及1MHz开关频率的五相位转换器的同步信号的时序。由此，可以看出在五个连续1MHz开关周期期间，五个转换器级以参差方式操作操作，每个按(1/5)*10-6秒交错。由于多相位同步降压转换器对本领域的技术人员来说是非常公知的，为简洁起见，将省略图2所示的有关配置的详细描述(与图1的情形相同)。然而，还存在需要对同步降压转换器的现有的设计改进的某些方向，其中(a)生成用于输入到PWM控制器的电流反馈信号的改进方式。由用于MOSFETS的开关占空比控制在多相位转换器的单个转换器级中共用的输出电压和电流。由于高输出电流有利于“无损耗”型读出，通常由诸如图4所示的采样和保持电路400来生成电流反馈信号。在这里，在每个MOSFET开关周期期间，采样一次并联MOSFET402的RDS-ON两端的电压。采样和保持电路400包括晶体管404和406(简单地示为开-关开关)，以及电容器408。另外，如果VIN和VOUT比率为串联FET具有大的占空比，就能采样串联MOSFET的RDS-ON两端，而不只是并联MOSFET的电压。然而，每种方法获得通常小RDS-ON值，然而，必须通过放大器410放大所采样的电压信号。该方法存在几个缺点。一个缺点是放大器410需要具有高带宽和高转换速率来精确地采样并联MOSFET402的RDS-ON两端的电压。同时，放大器410的输出花费时间来解决限制其高频率响应。另外，在电感器电流中存在固有的大电流脉动内容，其反映在RDS-ON两端的脉动电压中。根据采样的时序，所采样的信号可能不反映D.C.输出电流，因此，电感器脉动电流大小和采样时间会导致电流读出误差。(b)转换器级中共用电流。MCM结构能有利地用于多相位同步降压转换器。能为每个转换器级提供MCMs(如果需要的话，在转换器级组件中包括输入和输出电容器以及串联电感器)。通常，提供单个控制器来控制电流共用，或将函数集成在主PWM控制器中，两种方法很复杂以及非常不适合于换算数。同时，由于大的输出电流，通常采用无损耗读出，具有如上所述的缺陷。此外，选择电流读出增益不基于逐个级。这导致不确定的电流共用，因为在MCM结构中，并联MOSFET的RDS-ON能在组件间的改变，以及通过温度和门电压改变。(c)组件间导电损耗的变化。RDS-ON的组件对组件变化也能导致并联MOSFET中的不平衡导电损耗。更具体地说，在多相位电源中，可输送的总输出电流由最差，即最热运行组件确定。为最大化输出电流能力，应当访问最差组件来输送最小电流，因此，功率共用甚至比电流共用更重要。传统的设计不提供有效的功率共用。为理解此，再参考图2，假定两级转换器，即N＝2。还假定下述并联MOSFET#(组件202-1中)的RD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提供改进的输出电流读出的同步降压转换器，包括：连接在输入节点和第一节点间的第一开关晶体管；连接在所述第一节点和第二节点间的第二开关晶体管；连接在所述第一或第二节点与输出节点间的串联电感器；连接在所述输出节 点和所述第二节点间的电容器；特征在于，包括：读出电路，用来生成表示所述转换器的输出电流的信号，所述读出电路由下述组成：采样开关，与所述开关晶体管的一个同步地开和关操作；可变增益放大器；当完全导电时，耦 合所述采样开关以便向所述可变增益放大器提供表示一个开关晶体管的两端的电压的信号；以及与所述可变增益放大器有关、实现低通滤波器的电路，由此，所述可变增益放大器的输出基本上与所述电感器的电感以及输入到所述采样开关的信号的任何时间变动分量 的大小无关，以及驱动电路，用来根据由所述读出电路的电压输出和参考电压间的差值确定的可变占空比，使所述第一和第二开关晶体管导通和截止。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：J张，
申请(专利权)人：国际整流器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]