降压模式谷值电流感测复制线性化制造技术

本申请公开了降压模式谷值电流感测复制线性化。用于DC/DC升压转换器(100)的电流测量线性化电路(105)包括背栅感测晶体管(Mbg,sense)和背栅复位晶体管(Mbg，复位)。背栅感测晶体管具有耦合到高侧功率晶体管(MP0)的第一体接触(BG_MP0)的第一端子(漏极)和耦合到谷值电流检测电路110中的第一复制晶体管(MP1)的第二体接触(BG_MP1)的第二端子(源极)。背栅复位晶体管具有耦合到最大参考电压(Vmax)的第一端子(源极)和耦合到第二体接触的第二端子(漏极)，该最大参考电压等于输入电压(Vin)和输出电压(Vout)中的较大者。

Reduced voltage mode valley current sensing replication linearization

【技术实现步骤摘要】
降压模式谷值电流感测复制线性化35U.S.C.§119(e)&37C.F.R.§1.78的优先权该非临时申请基于以下在先美国临时专利申请要求优先权：(i)“Down-ModeValley-Current-SenseReplicaLinearization(降压模式谷值电流感测复制线性化)”，以StefanDietrich和JoergKirchner的名义，2018年8月23日提交的，申请号：62/723,803，其全部通过参考并入本文。
所公开的实施例总体上涉及电源电路领域。更具体地，并且不作为任何限制，本公开涉及降压模式谷值电流感测复制线性化。
技术实现思路
所公开的实施例提供了用于在降压模式(down-mode)操作中的谷值电流控制的升压转换器的电流测量线性化电路。在降压模式期间，电流测量线性化电路将复制晶体管(replicatransistor)的背栅与开关节点和感测节点之间的电容耦合隔离，并允许复位复制电压。电流测量线性化电路可以在降压模式下提供更高的电流感测精度，这可以将升压模式增加到降压模式线路转换性能。在一个方面，公开了用于DC/DC升压转换器的电流测量线性化电路的实施例。电流测量线性化电路包括背栅感测晶体管，其具有耦合到高侧功率晶体管(high-sidepowertransistor)的第一体接触的第一端子和耦合到谷值电流感测电路中的第一复制晶体管的第二体接触的第二端子电路；以及背栅复位晶体管，其具有耦合到最大参考电压的第一端子和耦合到第二体接触的第二端子，该最大参考电压等于输入电压和输出电压中的较大者。在另一方面，公开了在集成电路(IC)芯片上实施的DC/DC升压转换器的一个实施例。DC/DC升压转换器包括：低侧功率晶体管(low-sidepowertransistor)，其与第一引脚和第二引脚之间的高侧功率晶体管串联耦合，低侧功率晶体管和高侧功率晶体管之间的开关节点耦合到第三引脚；背栅断开晶体管，其耦合在高侧功率晶体管的第一体接触和第二引脚之间；谷值电流感测电路，其包括第一复制晶体管和第二复制晶体管，第一复制晶体管与开关节点和较低轨(lowerrail)之间的第一电流吸收器串联耦合，第一复制晶体管和第一电流吸收器之间的节点经耦合以向比较器的反相输入端提供复制电压，第二复制晶体管与最大参考电压和较低轨之间的第二电流吸收器串联耦合，第二复制晶体管和第二电流吸收器之间的节点经耦合以在比较器的非反相输入上提供比较电压；以及电流测量线性化电路，其包括背栅感测晶体管和背栅复位晶体管，背栅感测晶体管耦合在第一体接触和第一复制晶体管的第二体接触之间，背栅复位晶体管耦合在第二体接触和最大参考电压之间。在另一方面，公开了一种操作DC/DC升压转换器的方法的一个实施例。该方法包括提供在集成电路芯片中实施的DC/DC升压转换器，该DC/DC升压转换器包括作为P型金属氧化物硅(PMOS)晶体管的高侧功率晶体管，DC/DC升压转换器经耦合以利用谷值电流控制来提供输出电压；将第一引脚耦合到接地平面；将第二引脚耦合到输出电容器和负载；以及通过电感器将第三引脚耦合到输入电压，从而将电感器耦合到高侧功率晶体管和第一复制晶体管；其中DC/DC升压转换器在升压模式期间经耦合以将高侧功率晶体管的第一体接触和第一复制晶体管的第二体接触连接在一起并且在降压模式期间进一步经耦合在低侧功率晶体管截止时，将第一体接触和第二体接触连接在一起，并且在降压模式期间在低侧功率晶体管导通时，断开第一体接触和第二体接触，并且将第二体接触耦合到最大参考电压，该最大参考电压等于输入电压和输出电压中较大的一个。附图说明在附图中，通过示例而非限制的方式说明了本公开的实施例，在附图中，相同的附图标记表示类似的元件。应当注意，本公开中对“一”或“一个”实施例的不同参考不一定是指相同实施例，并且这种参考可以表示至少一个。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，提出本领域技术人员的知识是结合其他实施例实现这种特征、结构或特性，无论是或未明确描述。如本文所使用的，术语“耦合”意为表示间接或直接电连接，除非限定为“可通信地耦合”，其可以包括无线连接。因此，如果第一设备耦合到第二设备，则该连接可以通过直接电连接，或通过经由其他设备和连接的间接电连接。附图并入说明书中并形成说明书的一部分，以说明本公开的一个或更多个示例性实施例。从结合所附权利要求并参考附图的以下详细描述，将理解本公开的各种优点和特征，其中：图1描绘了根据本公开的一个实施例的DC/DC升压转换器的示例；图2A描绘了根据本公开的一个实施例的在升压模式期间图1的DC/DC升压转换器上的各种电压和电流值；图2B描绘了根据本公开的一个实施例的在降压模式期间图1的DC/DC升压转换器上的各种电压和电流值；图3描绘了根据本公开的一个实施例的操作在IC芯片上实施的DC/DC升压转换器的方法的流程图；图3A提供了图3中操作在IC芯片上实施的DC/DC升压转换器的方法的进一步阐明和继续；图4描绘了根据现有技术的具有谷值电流感测的示例DC/DC升压转换器；图5A描绘了在升压模式期间图4的DC/DC升压转换器上的各个电压和电流值；以及图5B描绘了在降压模式期间，图4的DC/DC升压转换器上的各个电压和电流值，以及本公开所解决的潜在问题。具体实施方式现在将参考附图详细描述本专利技术的特定实施例。在本专利技术实施例的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本专利技术的更透彻的理解。然而，对于本领域普通技术人员明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术。在其他情况下，没有详细描述众所周知的特征以避免使描述不必要地复杂化。以非常大的占空比操作的现代升压转换器可以支持两种操作模式。当输出电压Vout大于输入电压Vin时，在稳态操作期间发生升压模式(Boost-mode)操作。降压模式(Down-mode)操作的发生频率较低，但在启动期间或输出电压Vout小于输入电压Vin的特殊稳态应用中使用。图4描绘了具有位于接地节点402和输出节点404之间的低侧功率晶体管MN0和高侧功率晶体管MP0的DC/DC升压转换器400，低侧功率晶体管MN0是N型金属氧化物硅(NMOS)晶体管，与高侧功率晶体管MP0串联耦合，高侧功率晶体管MP0为P型金属氧化物硅(PMOS)晶体管。接地节点402耦合到较低轨，例如接地平面，并且输出节点404经耦合以提供输出电压Vout。输入电压Vin耦合到电感器L，电感器L还耦合到位于低侧功率晶体管MN0和高侧功率晶体管MP0之间的开关节点SW。电容器C通常是外部电容器，电阻器Rload表示DC/DC升压转换器400上的负载。还示出了背栅断开晶体管Mbg，其耦合在高侧功率晶体管MP0的背栅(也称为体接触)和提供输出电压Vout的输出节点404之间。背栅断开晶体管Mbg的体接触也耦合到高侧功率晶体管MP0的体接触。电路410被设计为测量通过高侧功率晶体管MP0的谷值电流，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于DC/DC升压转换器的电流测量线性化电路，所述电流测量线性化电路包括：/n背栅感测晶体管，其具有耦合到高侧功率晶体管的第一体接触的第一端子和耦合到谷值电流感测电路中的第一复制晶体管的第二体接触的第二端子；和/n背栅复位晶体管，其具有耦合到最大参考电压的第一端子和耦合到所述第二体接触的第二端子，所述最大参考电压等于输入电压和输出电压中的较大者。/n

【技术特征摘要】
20180828 US 62/723,803;20190305 US 16/292,7501.一种用于DC/DC升压转换器的电流测量线性化电路，所述电流测量线性化电路包括：
背栅感测晶体管，其具有耦合到高侧功率晶体管的第一体接触的第一端子和耦合到谷值电流感测电路中的第一复制晶体管的第二体接触的第二端子；和
背栅复位晶体管，其具有耦合到最大参考电压的第一端子和耦合到所述第二体接触的第二端子，所述最大参考电压等于输入电压和输出电压中的较大者。


2.根据权利要求1所述的电流测量线性化电路，其中在下降模式期间，所述背栅感测晶体管经耦合以在所述低侧功率晶体管导通时截止并且在所述低侧功率晶体管截止时导通。


3.根据权利要求2所述的电流测量线性化电路，其中在所述降压模式期间，所述背栅复位晶体管经耦合以在所述低侧功率晶体管导通时导通并且在所述低侧功率晶体管截止时截止。


4.根据权利要求3所述的电流测量线性化电路，其中在升压模式期间，所述背栅感测晶体管经耦合以导通，并且所述背栅复位晶体管经耦合以截止。


5.根据权利要求4所述的电流测量线性化电路，其中所述背栅感测晶体管的所述第一端子还耦合到背栅断开晶体管的第三体接触。


6.根据权利要求5所述的电流测量线性化电路，其中所述背栅感测晶体管和背栅复位晶体管是P型金属氧化物硅晶体管即PMOS晶体管。


7.一种在集成电路芯片即IC芯片上实施的DC/DC升压转换器，所述DC/DC升压转换器包括：
低侧功率晶体管，其与第一引脚和第二引脚之间的高侧功率晶体管串联耦合，所述低侧功率晶体管和所述高侧功率晶体管之间的开关节点耦合到第三引脚；
背栅断开晶体管，其耦合在所述高侧功率晶体管的第一体接触和所述第二引脚之间；
谷值电流感测电路，其包括第一复制晶体管和第二复制晶体管，所述第一复制晶体管与所述开关节点和较低轨之间的第一电流吸收器串联耦合，所述第一复制晶体管和所述第一电流吸收器之间的节点经耦合以将复制电压提供到比较器的反相输入端，所述第二复制晶体管与最大参考电压和所述较低轨之间的第二电流吸收器串联耦合，所述第二复制晶体管和所述第二电流吸收器之间的节点经耦合以提供所述比较器的非反相输入上的比较电压；和
电流测量线性化电路，其包括耦合在所述第一复制晶体管的所述第一体接触和第二体接触之间的背栅感测晶体管和耦合在所述第二体接触和最大参考电压之间的背栅复位晶体管。


8.根据权利要求7所述的DC/DC升压转换器，其中在降压模式期间，所述背栅感测晶体管经耦合以在所述低侧功率晶体管导通时截止并且在所述低侧功率晶体管截止时导通。


9.根据权利要求8所述的DC/DC升压转换器，其中在所述降压模式期间，所述背栅复位晶体管经耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·迪特里希，J·柯克纳，
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