提供电流补偿的系统和装置制造方法及图纸

为了提供用于动力系统的自适应泄漏补偿：第一电流路径(324)包括第一晶体管(306)和第二晶体管(310)；第二电流路径(326)包括第三晶体管(330)和第四晶体管(332)；电流镜(328)包括第五晶体管(334)和第六晶体管(336)。在第一晶体管(306)和第三晶体管(330)之间存在第一比率(N)。在第二晶体管(310)和第四晶体管(332)之间存在第二比率(M)。在第五晶体管(334)和第六晶体管(336)之间存在第三比率(N*)。第三比率(N*)大于或等于第二比率(M)。第二比率(M)大于或等于第一比率(N)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】提供电流补偿的系统和装置
本申请总体涉及功率转换器，并且更具体地涉及提供电流补偿的方法和装置。
技术介绍
功率转换器是将输入电压转换为期望输出电压的电路。一种类型的功率转换器是开关模式电源，在该开关模式电源中，开关用于将输入电压转换为期望输出电压。开关模式电源可以将交流(AC)电压转换为直流(DC)电压，或者可以将一个电平的DC电压转换为另一电平的DC电压。例如，降压转换器通过控制晶体管和/或开关以对电感器和/或电容器充电和/或放电以维持期望输出DC电压，从而将输入DC电压转换为较低的期望输出DC电压。
技术实现思路
本文公开的某些示例针对低静态电流应用通过从功率转换器的输出中去除泄漏电流来提高功率转换器的效率。一种示例装置包括：第一电流路径，其包括第一晶体管和第二晶体管，该第一晶体管包括第一栅极、第一漏极和第一源极，该第二晶体管包括第二栅极、第二漏极和第二源极，第一漏极耦合至第二漏极；第二电流路径，其包括第三晶体管和第四晶体管，该第三晶体管包括第三栅极、第三漏极和第三源极，该第四晶体管包括第四栅极、第四漏极和第四源极，第三源极耦合至第一源极和第三栅极，第三漏极耦合至第四漏极，第四源极耦合至第四栅极和第二源极；以及电流镜，其包括第五晶体管和第六晶体管，该第五晶体管包括第五栅极、第五漏极和第五源极，该第六晶体管包括第六栅极、第六漏极和第六源极，第五漏极耦合至第三漏极、第六栅极和第五栅极，第六漏极耦合至第二漏极，第五源极耦合至第六源极和第四源极，其中第一晶体管和第三晶体管之间存在第一比率，第二晶体管和第四晶体管之间存在第二比率，并且第五晶体管和第六晶体管之间存在第三比率，第三比率大于或等于第二比率，第二比率大于或等于第一比率。附图说明图1是示例降压转换器的图示。图2是包括传感器和自适应补偿电路的示例功率转换器的图。图3是图2的传感器和自适应补偿电路的示例电路实施方式的图示。图4是示出图2和图3的电路在具有和不具有自适应补偿的情况下的输出电压相对于环境温度的曲线图。图5是示出图2和图3的电路在具有和不具有自适应补偿的情况下的泄漏电流相对于环境温度的曲线图。图6是示出当使用图2和图3的自适应补偿电路时的降压转换器100的效率提高的曲线图。图7是表示可以被执行以实施图2的自适应补偿电路的机器可读指令的流程图。图8是可以执行图7的示例指令以实施图2和图3的自适应补偿电路的示例处理器平台的框图。具体实施方式附图未按比例绘制。总体上，在整个附图中使用相同的附图标记，并且该描述指代相同或相似的部分。功率转换器(例如，降压转换器、升压转换器、AC-AC转换器、DC-DC转换器、AC-DC转换器等)可以包括将电流从一个路径切换到另一个路径的功率开关(例如，继电器、二极管等)。这样的开关本质上可以是固态的，并且因此不引起使电流流动的多个路径之间的物理断开。在某些情况下，少量的泄漏电流(即，理想电流为零时流动的电流)可以流经开关并进入不期望的路径。在高功率超低静态电流应用中，随着开关周围的环境温度升高，泄漏电流将增加。泄漏电流的增加可能导致功率转换器的输出处的电压失控，并且可能引起连接的电路的故障。为了防止泄漏电流随温度上升，补偿电路可以添加到功率转换器中以从输出中汲取泄漏电流。传统上，补偿电路基于从输出汲取或减去的最坏情况泄漏电流。另一个常用补偿电路将从输出中汲取高侧泄漏电流或低侧泄漏电流。另一个补偿电路将泄漏电流直接从传感装置镜像到输出电压。当电子设备附接到充电源时，由于电子设备的非理想特性，使得该源缓慢放电，因此发生泄漏电流。通常，泄漏电流发生是因为当打算使连接到充电源的电子设备(例如，晶体管、二极管等)关断时，该电子设备传导少量电流。当设备处于低静态电流应用中时，设备将长时间闲置。泄漏电流通常在微安的范围内，而在不处于空闲状态时通过功率转换器应用中的设备的电流则在几十安至几百安培的范围内。由于移动电荷载流子隧穿穿过绝缘区域，所以在半导体中发生泄漏电流。例如，移动电荷载流子可以在不同掺杂的半导体(例如，P型、N型)的结之间隧穿。当设备关断且不提供电流时，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的泄漏电流可能从源极到漏极发生，并且允许电流在预期的传导路径中流动。无论环境温度如何，泄漏电流都将增加设备的功耗，如果泄漏电流无限制地增加，则可能引起设备严重故障。在开关模式电源中，使用一组同步开关可以提高电源的效率。该组同步开关可以是两个开关，其操作为使得当高侧开关(例如晶体管)导通时，低侧开关(例如晶体管)关断，而当高侧开关关断时，低侧开关导通。同步开关的示例实施方式可以是作为PMOS晶体管的高侧晶体管和作为NMOS晶体管的低侧晶体管。在该示例实施方式中，高侧PMOS晶体管具有比低侧NMOS晶体管更宽的沟道。PMOS晶体管的沟道的较大宽度归因于PMOS晶体管中的载流子的迁移率低于NMOS晶体管中的载流子的迁移率。沟道的较大宽度允许在PMOS晶体管和NMOS晶体管之间导通和关断的类似开关速度。然而，由于沟道的较大宽度，高侧PMOS晶体管的泄漏电流通常比低侧NMOS晶体管的泄漏电流大。这将引起高侧泄漏电流和低侧泄漏电流的净值流到开关模式电源的输出。一组同步开关的不同实施方式可以使用PMOS晶体管、NMOS晶体管、双极结型晶体管(BJT)、结型栅极场效应晶体管(JFET)、二极管等或其任意组合。对于泄漏电流随温度而升高的一种更自适应、更全面、更完整的解决方案是，主动感测一组同步开关中的泄漏电流，确定泄漏电流之间的差，并且仅从功率转换器的输出中去除该差。如本文所述，当高侧晶体管具有比低侧晶体管更大的泄漏电流时，电流可以由输出汲取。另外，该解决方案是自适应的，并且可以跨功率转换器的任何环境温度去除功率转换器的输出中的过量泄漏电流。流经高侧晶体管和低侧晶体管的泄漏电流所耗散的总功率()可以影响使用该晶体管的功率转换器的效率，如下所示：本文公开的示例提供了一种自适应方法，以减小这样的晶体管以及部署这些晶体管的功率转换器(例如降压转换器、升压转换器、AC-AC转换器、DC-DC转换器、AC-DC转换器等)的泄漏电流(例如，以提高效率)。泄漏电流影响功率转换器的总功率耗散，并且因此减小泄漏电流的量减小了在上述参考的方程式中的泄漏电流所耗散的总功率当通过晶体管的泄漏电流减小时，由晶体管耗散的功率将减小。此外，将没有电流流到功率转换器的输出。当晶体管打算关断时，这将防止在输出电容器处的任何电压累积。减小通过晶体管的泄漏电流的导致的效果是，功率转换器在各种负载下的效率都将提高。图1是示例降压转换器100的图示。降压转换器100具有示例输入电压节点Vin102，其参考示例接地节点(GND)104。降压转换器100包括高侧晶体管106(MHS)，其具有耦合至输入电压节点Vin102的源极。在图1的示例中，高侧晶体管106的漏极耦合至开关节点SW108。开关节点SW108耦合至低侧晶体管110(MLS)的漏极。低侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，其包括：/n第一电流路径，其包含第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管包含第一栅极、第一漏极和第一源极，所述第二晶体管包含第二栅极、第二漏极和第二源极，所述第一漏极耦合至所述第二漏极；/n第二电流路径，其包含第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管包含第三栅极、第三漏极和第三源极，所述第四晶体管包括第四栅极、第四漏极和第四源极，所述第三源极耦合至所述第一源极和所述第三栅极，所述第三漏极耦合至所述第四漏极，所述第四源极耦合至所述第四栅极和所述第二源极；以及/n电流镜，其包含第五晶体管和第六晶体管，所述第五晶体管包括第五栅极、第五漏极和第五源极，所述第六晶体管包括第六栅极、第六漏极和第六源极，所述第五漏极耦合至所述第三漏极、所述第六栅极和所述第五栅极，所述第六漏极耦合至所述第二漏极，所述第五源极耦合至所述第六源极和所述第四源极，其中所述第一晶体管和所述第三晶体管之间存在第一比率，所述第二晶体管和所述第四晶体管之间存在第二比率，并且所述第五晶体管和所述第六晶体管之间存在第三比率，所述第三比率大于或等于所述第二比率，所述第二比率大于或等于所述第一比率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180219 US 62/632,255;20180912 US 16/129,7071.一种装置，其包括：
第一电流路径，其包含第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管包含第一栅极、第一漏极和第一源极，所述第二晶体管包含第二栅极、第二漏极和第二源极，所述第一漏极耦合至所述第二漏极；
第二电流路径，其包含第三晶体管和第四晶体管，所述第三晶体管包含第三栅极、第三漏极和第三源极，所述第四晶体管包括第四栅极、第四漏极和第四源极，所述第三源极耦合至所述第一源极和所述第三栅极，所述第三漏极耦合至所述第四漏极，所述第四源极耦合至所述第四栅极和所述第二源极；以及
电流镜，其包含第五晶体管和第六晶体管，所述第五晶体管包括第五栅极、第五漏极和第五源极，所述第六晶体管包括第六栅极、第六漏极和第六源极，所述第五漏极耦合至所述第三漏极、所述第六栅极和所述第五栅极，所述第六漏极耦合至所述第二漏极，所述第五源极耦合至所述第六源极和所述第四源极，其中所述第一晶体管和所述第三晶体管之间存在第一比率，所述第二晶体管和所述第四晶体管之间存在第二比率，并且所述第五晶体管和所述第六晶体管之间存在第三比率，所述第三比率大于或等于所述第二比率，所述第二比率大于或等于所述第一比率。


2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一晶体管和所述第三晶体管是PMOS晶体管，并且所述第二晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管和所述第六晶体管是NMOS晶体管。


3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一比率基于所述第一晶体管的第一沟道宽度和所述第三晶体管的第二沟道宽度，所述第二比率基于所述第二晶体管的第三沟道宽度和所述第四晶体管的第四沟道宽度，所述第三比率基于所述第五晶体管的第五沟道宽度和所述第六晶体管的第六沟道宽度。


4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一电流路径耦合至所述第二电流路径和所述电流镜。


5.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二电流路径耦合至所述第一电流路径和所述电流镜。


6.一种装置，其包括：
调节器，其被配置为使用第一晶体管和第二晶体管调节通过功率转换器的电流的流动；
传感器，其被配置为：
检测与所述第一晶体管相关联的第一电流和与所述第二晶体管相关联的第二电流，其中所述第一电流经由电流镜像配置由第三晶体管检测，并且所述第二电流经由所述电流镜像配置由第四晶体管检测；并且
确定所述第一电流与所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·G·隆美尔，K·瓦根索纳，R·格兰卡里奇，M·U·舒伦克，
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