用于DC-DC转换器的功率级制造技术

在所描述实例中，用于DC‑DC电压转换器(200)的功率级包含电压输入、高侧n沟道晶体管(210)、高侧p沟道晶体管(215)，及低侧n沟道晶体管(220)。所述电压输入可耦合到电源电压(205)。所述高侧n沟道晶体管(210)的漏极端子耦合到所述电压输入，并且所述高侧n沟道晶体管(210)的源极端子耦合到第一节点，所述第一节点可耦合到所述DC‑DC转换器(200)的输出级。所述高侧p沟道晶体管(215)的源极端子耦合到所述电压输入，并且所述高侧p沟道晶体管(215)的漏极端子耦合到所述第一节点。所述低侧n沟道晶体管(220)的漏极端子耦合到所述第一节点，并且所述低侧n沟道晶体管(220)的源极端子耦合到接地。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于DC-DC转换器的功率级
技术介绍
将电子装置集成到汽车、工业及消费者平台上的增长需求需要更复杂的功率转换及分布设计。这些电子装置通常包含嵌入式处理器、存储器及从一个电池源操作的其它电子组件。DC-DC电压转换器用于将不同电压供应到不同电子装置为了减小用于电池供电装置的总体方案形状因数，从两个AA(2AA)电池(具有约2V至3.2V的电压范围)移动到单个AA(1AA)电池(具有约1V至1.6V的电压范围)的趋势增加。典型DC-DC转换器的功率级采用串联连接的两个场效应晶体管(FET)。用于采用2AA电池电源的装置的功率晶体管通常是高压装置(出于可靠性原因)，并且由于这些晶体管的高阈值电压而对于1AA电池电压电平不导电。使用用于功率级的低压晶体管解决此导电问题，但是当预期相同装置从两个AA电池工作时会存在可靠性相关问题。
技术实现思路
在用于DC-DC电压转换器的功率级的所描述实例中，功率级包含电压输入、高侧n沟道晶体管、高侧p沟道晶体管，及低侧n沟道晶体管。电压输入可耦合到电源电压。高侧n沟道晶体管的漏极端子耦合到电压输入并且源极端子耦合到第一节点，所述第一节点可耦合到DC-DC转换器的输出级。高侧p沟道晶体管的源极端子耦合到电压输入并且漏极端子耦合到第一节点。低侧n沟道晶体管的漏极端子耦合到第一节点并且源极端子耦合到接地。在另外的所描述实例中，DC-DC电压转换器包含电压输入、高侧n沟道晶体管、高侧p沟道晶体管、低侧n沟道晶体管、电感器及电容器。电压输入可耦合到电源电压。高侧n沟道晶体管的漏极端子耦合到电压输入并且源极端子耦合到第一节点。高侧p沟道晶体管的源极端子耦合到电压输入并且漏极端子耦合到第一节点。低侧n沟道晶体管的漏极端子耦合到第一节点并且源极端子耦合到接地。电感器耦合在第一节点与转换器输出之间。电容器耦合在转换器输出与接地之间。在操作DC-DC转换器的功率级的方法的所描述实例中，高侧n沟道晶体管的漏极端子耦合到可耦合到电源的电压输入，并且源极端子耦合到可耦合到DC-DC转换器的输出级的第一节点。高侧p沟道晶体管的源极端子耦合到电压输入并且漏极端子耦合到第一节点。电源电压与阈值电压电平相比较。如果电源电压大于阈值电压，则高侧n沟道晶体管停用并且致使高侧p沟道晶体管充当DC-DC转换器的有源高侧晶体管。如果电源电压小于阈值电压，则高侧p沟道晶体管停用并且致使高侧n沟道晶体管充当DC-DC转换器的有源高侧晶体管。附图说明图1是DC-DC电压转换器的示意图。图2是DC-DC电压转换器的示意图，其功率级包含高侧开关，所述高侧开关包含并联耦合的n沟道晶体管及p沟道晶体管。图3是表示例如图2中所示的由单个AA电池电源供电的DC-DC电压转换器的功率级的示意图。图4是表示例如图2中所示的由两个AA电池供电的DC-DC电压转换器的功率级的示意图。图5是表示操作DC-DC转换器的功率级的方法的流程图。具体实施方式图l是DC-DC电压转换器100的示意图。图1中所描绘的DC-DC电压转换器100的类型有时称为降压转换器。DC-DC电压转换器100包含功率级，所述功率级包含充当开关的高侧晶体管Q1及低侧晶体管Q2。在图1的实例中，晶体管Q1是p沟道晶体管，并且晶体管Q2是n沟道晶体管。晶体管Q1的源极耦合到电压输入102，所述电压输入可耦合到电源VBAT。在DC-DC电压转换器100的操作期间，电压输入102在输入电压VBAT下操作，所述输入电压是将由DC-DC电压转换器100转换成另一DC电压的DC电压。晶体管Q1的漏极耦合到节点N1。晶体管Q2的漏极耦合到节点N1并且晶体管Q2的源极耦合到接地节点。接地节点可在接地电位或不同于或低于输入电压VBAT的电位下操作。在图1中所示的说明性实施例中，高侧晶体管Q1是PMOS(P沟道金属氧化物半导体场效应)晶体管，并且低侧晶体管Q2是NMOS(n沟道金属氧化物半导体场效应)晶体管，NMOS构成DC-DC电压转换器的典型功率级。电感器L1的第一端子耦合到节点N1。电感器L1的第二端子耦合到电容器COUT。电感器L1及电容器COUT的接合点是在输出电压VOUT下操作的DC-DC电压转换器100的输出104或输出节点。电压VOUT是由DC-DC电压转换器100产生的DC电压。晶体管Q1及Q2的栅极耦合到栅极控制器110，所述栅极控制器产生栅极电压以断开及接通晶体管Q1及Q2。因此，栅极控制器110充当开关控制器以控制晶体管Q1及Q2的开关功能。DC-DC电压转换器100接收输入102处的输入电压VBAT。栅极控制器110断开及接通晶体管Q1及Q2，使得在一个晶体管接通时，另一个晶体管断开。断开及接通周期控制流过电感器L1的电流IL。电流IL产生跨越电容器COUT的电压，所述电压是DC-DC电压转换器100的输出电压VOUT。在不连续的操作模式中，晶体管Q1及晶体管Q2两者在一段时间内同时断开。在许多实施方案中，电源VBAT由包括一或多个电池的电池电源提供。在例如图1中所示的实施方案中，其中PMOS晶体管Q1用作高侧开关，当VBAT相对较低，即，接近PMOS晶体管Q1的阈值电压Vth时，PMOS晶体管Q1将展示非常高的电阻，并且因此不会类似于有效开关作用。因此，此DC-DC电压转换器100关于电源电压VBAT具有有限的操作范围。用于采用2AA电池电源(具有约2V至3.2V的电压范围)的装置的功率晶体管Q1及Q2通常是高压装置，并且由于这些晶体管的高阈值电压而对于1AA电池电压电平(通常在约1V至1.6V的范围内)不导电。使用用于功率级的低压晶体管解决此导电问题，但是当预期相同装置从两个AA电池工作时会存在可靠性相关问题。图2是DC-DC电压转换器200的示意图，其功率级包含高侧开关，所述高侧开关包含并联的n沟道晶体管Ql210及p沟道晶体管Q2215。图2中所描绘的说明性实施例展现相对于降压DC-DC电压转换器的方面，但是本文所描述的方面还可通过其它类型的DC-DC转换器，例如，升压转换器、降压-升压转换器、反激式转换器及隔离式降压转换器实施。n沟道晶体管Ql210的漏极耦合到电压输入205，所述电压输入可耦合到电源VBAT。p沟道晶体管Q2215的源极也耦合到电压输入205。在DC-DC电压转换器200的操作期间，电压输入205在输入电压VBAT下操作，所述输入电压是将由DC-DC电压转换器200转换成另一DC电压的DC电压。n沟道晶体管Q1210的漏极及p沟道晶体管215的源极都耦合到节点N1。n沟道晶体管Q3220的漏极耦合节点N1并且晶体管Q3220的源极耦合到接地节点。接地节点可在接地电位或不同于或低于输入电压VBAT的电位下操作。在图2中所示的说明性实施例中，高侧n沟道晶体管Ql210及低侧n沟道晶体管Q3220是NMOS晶体管，并且高侧p沟道晶体管Q2215是PMOS晶体管。电感器225的第一端子耦合到节点N1。电感器225的第二端子耦合到输出电容器230。电感器225及输出电容器230的接合点是在输出电压VOUT下操作的DC-DC电压转换器200的输出或输出节点。电压VOUT是由DC-DC电压转换器200产生的DC电压。取决于电源VBAT的电压电平，高侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于DC‑DC电压转换器的功率级，所述功率级包括：电压输入，其可耦合到电源电压；高侧n沟道晶体管，其包括源极端子、漏极端子及栅极端子，所述漏极端子耦合到所述电压输入并且所述源极端子耦合到第一节点，所述第一节点可耦合到所述DC‑DC转换器的输出级；高侧p沟道晶体管，其包括源极端子、漏极端子及栅极端子，所述源极端子耦合到所述电压输入并且所述漏极端子耦合到所述第一节点；及低侧n沟道晶体管，其包括源极端子、漏极端子及栅极端子，所述漏极端子耦合到所述第一节点并且所述源极端子耦合到接地。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.20 US 15/160,8361.一种用于DC-DC电压转换器的功率级，所述功率级包括：电压输入，其可耦合到电源电压；高侧n沟道晶体管，其包括源极端子、漏极端子及栅极端子，所述漏极端子耦合到所述电压输入并且所述源极端子耦合到第一节点，所述第一节点可耦合到所述DC-DC转换器的输出级；高侧p沟道晶体管，其包括源极端子、漏极端子及栅极端子，所述源极端子耦合到所述电压输入并且所述漏极端子耦合到所述第一节点；及低侧n沟道晶体管，其包括源极端子、漏极端子及栅极端子，所述漏极端子耦合到所述第一节点并且所述源极端子耦合到接地。2.根据权利要求1所述的功率级，其进一步包括控制电路，如果所述电源电压低于预定阈值，则所述控制电路可用于接收关于耦合到所述电压输入的电源电压的信息并且可用于致使所述高侧n沟道晶体管充当所述DC-DC转换器的有源高侧晶体管，同时将所述高侧p沟道晶体管停用，并且如果所述电源电压高于预定阈值，则所述控制电路可用于致使所述高侧n沟道晶体管充当所述DC-DC转换器的所述有源高侧晶体管，同时将所述高侧p沟道晶体管停用。3.根据权利要求2所述的功率级，其中如果所述电源电压低于所述预定阈值电压，则所述控制电路可用于向所述高侧p沟道晶体管的所述栅极提供基本上等于所述电源电压的恒定电压，由此将所述高侧p沟道晶体管停用，并且可用于调节向所述高侧n沟道晶体管的所述栅极提供的栅极驱动器信号的占空比，以便调节所述DC-DC转换器的输出电压。4.根据权利要求3所述的功率级，其进一步包括电荷泵电路，所述电荷泵电路可用于将向所述高侧n沟道晶体管的所述栅极提供的所述栅极驱动器信号的电压升压。5.根据权利要求3所述的功率级，其中如果所述电源电压高于所述预定阈值电压，则所述控制电路可用于向所述高侧n沟道晶体管的所述栅极提供基本上等于0伏特的恒定电压，由此将所述高侧n沟道晶体管停用，并且可用于调节向所述高侧p沟道晶体管的所述栅极提供的栅极驱动器信号的所述占空比，以便调节所述DC-DC转换器的输出电压。6.根据权利要求1所述的功率级，其进一步包括控制电路，如果所述电源包括第一数目个给定类型的电池，则所述控制电路可用于接收关于耦合到所述电压输入的电源的信息并且可用于致使所述高侧n沟道晶体管充当所述DC-DC转换器的有源高侧晶体管，同时将所述高侧p沟道晶体管停用，并且如果所述电源包括第二数目个给定类型的电池，则所述控制电路可用于致使所述高侧n沟道晶体管充当所述DC-DC转换器的所述有源高侧晶体管，同时将所述高侧p沟道晶体管停用。7.根据权利要求6所述的功率级，其中所述给定类型的电池包括AA电池，所述第一数目个电池包括单个电池，并且所述第二数目个电池包括两个电池。8.根据权利要求1所述的功率级，其中所述高侧n沟道晶体管包括NMOS晶体管，并且所述高侧p沟道晶体管包括PMOS晶体管。9.一种DC-DC电压转换器，其包括：电压输入，其可耦合到电源电压；高侧n沟道晶体管，其包括源极端子、漏极端子及栅极端子，所述漏极端子耦合到所述电压输入并且所述源极端子耦合到第一节点；高侧p沟道晶体管，其包括源极端子、漏极端子及栅极端子，所述源极端子耦合到所述电压输入并且所述漏极端子耦合到所述第一节点；低侧n沟道晶体管，其包括源极端子、漏极端子及栅极端子，所述漏极端子耦合到所述第一节点并且所述源极端子耦合到接地；电感器，其耦合在所述第一节点与转换器输出之间；及电容器，其耦合在所述转换器输出与接地之间。10.根据权利要求9所述的DC-DC电压转换器，其进一步包括控制电路，如果所述电源电压低于预定阈值，则所述控制电路可用于接收关于耦合到所述电压输入的电源电压的信息并且可用于致使所述高侧n沟道晶体管充当所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯里尼瓦斯·文卡塔·维拉姆雷迪，马鲁盖什·普拉桑斯·苏布拉马尼亚姆，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US