DC-DC转换器的控制回路和效率提高制造技术

本公开涉及DC

【技术实现步骤摘要】
DC
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DC转换器的控制回路和效率提高


[0001]本公开涉及DC
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DC升压转换器领域，并且尤其涉及用于DC
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DC升压转换器的控制回路设计，其提供了提高的电压转换效率。

技术介绍

[0002]DC
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DC升压转换器用于提高输入电压(同时降低输入电流)以产生高电压输出。DC
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DC升压转换器的许多用途之一是驱动压电致动的微机电系统(MEMS)镜器件。包含MEMS镜器件的装置可以利用这样的MEMS镜器件来以期望的扫描图案跨(across)目标区域扫描入射光束。
[0003]图1中示出了用于驱动MEMS镜器件(例如，线性驱动的MEMS镜或谐振驱动的MEMS镜)的系统中的已知DC
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DC升压转换器11的示例。DC
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DC升压转换器11通过输入电感器L接收输入电压Vin，输入电感器L连接到节点Nn，在操作期间在节点Nn处产生电压Vsw。第一二极管D1连接在节点Nn与第一输出电容器C1之间，跨第一输出电容器C1产生第一升压输出电压VBOOSTL。第一开关Sw连接在节点Nn与接地之间。第一开关Sw由驱动控制信号Vdrive操作。开关Sw(其可以是n沟道MOS器件)的寄生电容表示为Cp，并且开关Sw的体二极管表示为二极管D2。电阻性分压器由串联连接在节点No(电容器C1的顶板连接在节点No处)与接地之间的电阻器R1和R2形成，在电阻器R1与电阻器R2之间的抽头节点N1处生成反馈电压Vfbk。控制回路电路15接收反馈电压Vfbk，并且基于反馈电压Vfbk生成对于开关Sw的驱动控制信号Vdrive。
[0004]现在进一步参考图2描述操作。在第一时间段期间，驱动控制信号Vdrive有效(assert)以闭合开关Sw，从而将节点Nn连接到接地。因此，电感器L被充电，并且因此电感器电流Il上升，生成磁场，从而将能量存储在电感器L中。当驱动控制信号Vdrive在断开开关Sw的第一时间段结束时无效(deassert)时，电感器电流L下降，并且当所存储的能量被转换成电流以试图维持来自电感器L的电流输出时，磁场的强度崩溃。因此，电感器L的左侧变为正，这意味着跨电感器L的电压与输入电压Vin串联，从而在第二时间段期间在节点Nn处提供升压电压Vsw，如图2所示。因此，二极管D1变为正向偏置，并且电流被输送以对电容器C1充电，从而增加了电容器C1上存储的电压VBOOST。
[0005]一旦电感器L已经转移了其所有能量，假设此时二极管D2不存在，二极管D1变为反向偏置，并且在电感器L与开关Sw两端的寄生电容Cp之间形成寄生谐振LC电路，导致在第三时间段期间电压和电流振铃(ringing)。这种振铃将由于LC电路中存在的电阻而导致能量损失。
[0006]其阴极连接到节点Nn并且其阳极连接到接地的二极管D2用于缓解否则将发生的这种情况。当开关Sw被形成为n沟道MOS器件且是存在于n沟道MOS器件内的本征体二极管时，该二极管D2存在。如图3所示，该体二极管D2防止电压Vsw下降到低于体二极管D2的阈值，从而有助于减少节点Nn处的振铃。然而，这仍然会导致功率损失，从而导致效率损失。
[0007]缓解这种担忧的一种已知方法是使用与开关S2并联的肖特基二极管D3，肖特基二
极管D3的阴极连接到节点Nn，肖特基二极管D3的阳极连接到接地，如图4所示。这消除了电压Vsw在如图5所示的第三时段期间下降为负，减少了功率损失，并提高了效率。然而，肖特基二极管通常不能在超大规模集成(VLSI)工艺中被集成，并且通常作为分立部件放置，从而增加了器件形成的不期望成本。
[0008]因此，在本领域中长期认为需要进一步开发DC
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DC升压转换器11，DC
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DC升压转换器11减少功率损失并提高效率，而不使用这种肖特基二极管。
[0009]图6中示出了用于包括上述DC
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DC升压转换器11的MEMS镜器件14(例如，谐振驱动的MEMS镜或线性驱动的MEMS镜)的驱动系统10。驱动系统10可以被包含在微型投影仪、头戴式耳机或深度感测系统内。DC
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DC升压转换器11接收输入电压Vin并且对该输入电压进行升压以产生输出电压VBOOST。
[0010]电压VBOOST作为输入被馈送到低压差(LDO)调压器12，LDO调压器12向驱动器电路系统13提供输出电源电压。驱动器电路系统13使用由LDO调压器12产生的电源电压并且在低电压驱动控制信号LV_Drive_Signal的控制下，产生用于驱动MEMS镜14的高电压驱动信号HV_Drive_Signal。
[0011]需记住，DC
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DC升压转换器11包括控制回路电路15(如图4所示)，现在参考图7描述已知控制回路电路15的示例。控制回路电路15包括误差放大器17，误差放大器17根据反馈信号Vfbk与参考电压Vref之间的差生成误差信号Verr。误差信号Verr被馈送到占空比调制器18，占空比调制器18适当地生成驱动控制信号Vdrive，以供DC
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DC转换器的功率部分16(包括二极管D1和开关Sw)在产生升压输出电压VBOOST时使用。
[0012]这种设计的问题在于，常规的占空比调制器18受到工艺、电压、温度(PVT)变化的影响，并且其内部电路可能需要修整(trim)。另外，根据要由DC
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DC升压转换器驱动的负载的可变性，占空比调制器18可能需要附加的电路系统，增加了不期望的复杂性。
[0013]因此，在本领域中也长期存在改进DC
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DC升压转换器11内的功率部分16的驱动的需求。
[0014]因此，需要开发DC
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DC升压转换器领域，以生产满足上述两种长期需求的DC
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DC升压转换器。

技术实现思路

[0015]本文公开了一种包括DC
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DC升压转换器的装置。DC
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DC升压转换器包括：电感器，被耦合在输入电压与输入节点之间；二极管，被耦合在输入节点与输出节点之间；输出电容器，被耦合在输出节点与接地之间，使得跨输出电容器形成输出电压；开关，响应于驱动信号将输入节点选择性地耦合到接地；以及控制回路电路系统。控制回路电路系统包括：误差放大器，被配置为基于反馈电压与参考电压的比较生成模拟误差电压，该反馈电压指示输出电压；量化器，被配置为对模拟误差电压进行量化以产生数字误差信号；以及驱动电压生成电路，被配置为生成具有基于数字误差信号的占空比的驱动信号。
[0016]量化器可以被配置为产生数字误差信号作为温度计代码(thermometric code)信号。这样的温度计代码信号可以具有多个不同的可能温度计代码值，其中占空比是从多个不同的可能占空比选择的，所设置的多个不同的可能占空比中的每个占空比与所设置的多个不同的可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包括DC
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DC升压转换器的装置，其中所述DC
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DC升压转换器包括：电感器，被耦合在输入电压与输入节点之间；二极管，被耦合在所述输入节点与输出节点之间；输出电容器，被耦合在所述输出节点与接地之间，使得跨所述输出电容器形成输出电压；开关，响应于驱动信号将所述输入节点选择性地耦合到接地；以及控制回路电路系统，包括：误差放大器，被配置为基于反馈电压与参考电压的比较生成模拟误差电压，所述反馈电压指示所述输出电压；量化器，被配置为对所述模拟误差电压进行量化，以产生数字误差信号；以及驱动电压生成电路，被配置为生成具有基于所述数字误差信号的占空比的驱动信号。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述量化器被配置为产生所述数字误差信号作为温度计代码信号。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述温度计代码信号具有多个不同的可能温度计代码值，其中所述占空比是从多个不同的可能占空比选择的，所设置的所述多个不同的可能占空比中的每个占空比与所设置的所述多个不同的可能温度计代码值中的不同温度计代码值相关联。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述驱动电压生成电路包括由本地时钟计时的数字逻辑电路；并且其中所述量化器通过所述本地时钟的分频来计时。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述DC
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DC升压转换器能够在正常模式下操作，在所述正常模式下，所述驱动信号是周期性的，并且基于所述数字误差信号选择性地调整所述驱动信号的占空比；并且其中所述DC
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DC升压转换器能够在跳过模式下操作，在所述跳过模式下，跳过所述驱动信号的所选脉冲。6.根据权利要求5所述的装置，其中，当所述DC
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DC升压转换器在所述跳过模式下操作时，仅当所述数字误差信号指示所述模拟误差电压大于所述误差放大器的满刻度电压的一半时，才基于所述数字误差信号改变所述驱动信号的占空比。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述开关包括NMOS晶体管，所述NMOS晶体管具有耦合到所述输入节点的漏极、耦合到接地的源极、以及被耦合以从所述驱动电压生成电路接收所述驱动信号的栅极。8.根据权利要求1所述的装置，还包括由所述输出电压供电的驱动电路系统以及由所述驱动电路系统驱动的微镜。9.一种包括DC
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DC升压转换器的装置，其中所述DC
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DC升压转换器包括：电感器，被耦合在输入电压与输入节点之间；二极管，被耦合在所述输入节点与输出节点之间；输出电容器，被耦合在所述输出节点与接地之间，使得跨所述输出电容器形成输出电压；开关，响应于驱动信号将所述输入节点选择性地耦合到接地；以及第一控制回路电路系统，包括逻辑电路，所述逻辑电路被配置为：当在所述输入节点处形成的电压至少处于接地时，生成跟随输入驱动信号的所述驱动
信号的脉冲；以及当在所述输入节点处形成的所述电压低于接地时，生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：