用于高电压切换调节器的有效电流感测制造技术

本发明专利技术揭示一种高电压切换调节器，其在输入电流的测量与感测电流值的产生之间具有显著减小的电流感测延迟，同时使用电流复制及电流传输器来维持通过功率晶体管的电流的良好精确度。输入电流的高感测精确度可确保良好的负载调节，且低感测延迟在较广范围的输出电流及高输入/输出电压比率下确保固定的工作循环。电流传输器用以将高侧电流值传送到低侧控制电路(例如，脉冲宽度调制PWM控制)。所述电流传输器一直开启(例如，一直存在一些电流流动)，从而使任何电流测量延迟最小化。这是通过将等于感测电流的电流排泄到接地来动态地偏置所述电流传输器而实现的。其中确保了所述电流传输器的平衡并使所述电流传输器的输入处的偏移最小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及切换调节器功率供应，且更特定来说，本专利技术涉及在切换调节器功率供应中具有最小測量延迟的高分辨率电流測量。
技术介绍
随着对低功率应用寻求更高效率，越来越多的线性调节器解决方案正被切换调节器解决方案替代。然而，目前技术切换调节器的限制通常是限于监视VIN/V0UT比率。当使用电流感测以控制切换调节器功率供应时，在測量输入电流以产生所感测的电流值时，尤其在切換功率供应的高电压调节器以极低的工作循环操作时，可存在显著延迟。在高性能的高电压切换调节器中，电流感测精度至关重要。參考图2，描绘的是现有技术的切换功率晶体管及电流感测电路的简化示意图。此电路已用于类似图I中所示的高电压非同步高侧驱动切换调节器电路中。电流感测的基本原理是测量在与功率切换晶体管200相同的条件下被偏置的感测晶体管548中所流动的电流。測量电流是由功率切换晶体管200与感测晶体管548之间的纵横比(通常在从大约1/1000到大约1/10,000的范围内)来加权。电流传输器(540、546)用于迫使跨越感测晶体管548的电压等于功率切换晶体管200的电压。在操作期间，跨越功率切换晶体管200的电压根据功率切换晶体管200是“开”还是“关”而变化很大，且切換斜率极快(dv/dt极高)。电流传输器必须遵循功率切换晶体管200上的电压，从而引起精确度明显损耗以及测量噪声。随着DC/DC转换器的传送比率，切換噪声增加及精确度下降。
技术实现思路
通过减小电流感测延迟(例如，输入电流的測量与感测电流值的产生之间的显著延迟减小)同时通过使用电流复制(镜像)及电流传输器在測量通过切换功率晶体管的电流中維持高精确度，而解决上面提及的问题并获得其它和进一歩益处。根据本专利技术的教示内容，电流感测电路以良好的測量精确度及減少的延迟来检测通过高电压功率切換装置的电流的值。在传感器的情况下，两个最重要的參数为精确度及速度。快速响应允许对高速装置的更好控制，而精确度确保增加的调节分辨率。这在高电压、峰值电流模式控制降压调节器的情况下也有效。快速的电流感测速度允许高输入/输出电压比率及宽输出电流范围，且高測量精确度确保最小化PWM控制信号抖动的稳定的逐循环PWM脉冲宽度。这产生高电压切换调节器，其在输入电流的測量与到控制电路的感测电流值的产生之间具有显著减小的电流感测延迟，同时使用电流复制及电流传输器在測量通过功率切换晶体管的电流中維持精确度。输入电流的高感测精确度确保良好的负载调节，低感测延迟在较广范围的输出电流及高输入/输出电压比率下确保稳定的固定工作循环。电流传输器用以将高侧电流值传送到低侧控制电路，例如，脉冲宽度调制(PWM)控制。电流传输器ー直开启(例如，一直存在ー些电流流动)，从而最小化任何电流测量延迟。这是通过动态地偏置电流传输器而实现。其中确保电流传输器的平衡并最小化电流传输器的输入处的偏 移。本专利技术的原理是迫使跨越感测晶体管的电压等于功率切换晶体管仅在“开启”状态期间的电压并迫使跨越所述感测晶体管在功率切换晶体管的“关闭”状态期间为零电压。因而动态地减小在电流传输器输入处的电压摆动，以明显提高精确度并大大減少测量电流上的切换噪声。实际上此原理是很难直接应用。这是为何在“开启”状态期间跨越通过晶体管的电压的仅分数(通常为一半)将用于感测电流，如图3(a)中所说明。现參考图3，其根据本专利技术的教示内容，描绘为解释的目的而展示开启及关闭条件的切換功率晶体管及电流传输器的简化示意图。晶体管604为感测晶体管且晶体管200为功率切换晶体管。増加与功率切换晶体管200并联的次要路径以用作感测晶体管604的參考。此次要路径是通过将两个大致相同的晶体管601及602串联连接而实现。因而次要路径的晶体管601及602中的每ー者可经历跨越功率切换晶体管200的电压的一半。为了简化对本原理的理解，晶体管601、602及604中的每ー者是相同的且与通过晶体管200相比的W/L比率为1/A。从而流动于晶体管601、602及604中的姆ー者的电流等于Iswitch/2A。这不能解决问题,除非两个串联晶体管601及602具有分离的栅极控制。为了在功率切换晶体管200的“开启”状态期间确保正确的Vsw/2值，两个串联晶体管601及602两者的栅极连结到与功率切換晶体管200相同的电压。但当功率切换晶体管200为“关闭”时，只有晶体管601的栅极电压连结到功率切换晶体管200的栅极电压，而晶体管602的栅极电压连结到可使其维持于“开启”条件下的值。因此，自从晶体管601 “关闭”，跨越晶体管602的电压便降为零。因此，跨越晶体管601的电压在大约O与Vsw/2的范围内变化。因此，电流传输器必须遵循的电压摆动是仅O到Vsw/2。预期及在本专利技术的范围内，本文中描述的1/2比率可为O与I之间的任意分数，且晶体管601、602及604的相对大小也是如此。附图说明通过參考结合附图而进行的以下描述可获得本专利技术的掲示内容的更完整的理解，其中图I根据本专利技术的教示内容说明高电压非同步高侧驱动切换调节器的示意图；图2说明现有技术切换功率晶体管及电流感测电路的简化示意图；图3根据本专利技术的教示内容说明为解释的目的而展示开启及关闭条件的切換功率晶体管及电流传输器的简化示意图；图4根据本专利技术的特定实例性实施例说明图I的集成电路装置的一部分的更详细的不意图；图5根据本专利技术的另ー特定实例性实施例说明图I的集成电路装置的一部分的更详细的示意图；及图6根据本专利技术的又一特定实例性实施例说明图I的集成电路装置的一部分的更详细的示意图。虽然本专利技术可以有各种修改或替代形式，但其特定实例性实施例已展示于图式中并详细描述于本文中。然而，应理解，本文中特定实例性实施例的描述并非意欲将掲示内容限制于本文中掲示的特定形式，相反地，本专利技术将涵盖如由所附权利要求书所界定的全部修改及均等物。具体实施例方式现參考图式，示意性地说明特定实例性实施例的细节。图式中的相同元件将由相同数字表示，且类似元件将由具有不同的小写字母下标的相同数字表示。就一般意义而言，功率转换器可被界定为连续将ー种形式的能量转换成另ー种形式的能量的装置。在此类功率系统正在执行其转换功能时，在此类功率系统内的能量的任何存储或损耗通常等于能量转变的过程。存在可以不同程度的成本、稳定性、复杂性及效率提供此类功能的许多类型的装置。用于功率转换的机构可采用许多基本形式，例如本质上为机械、电气或化学处理的形式。本文中将集中于可以电方式并以动态的方式执行能量转变的功率转换器，使用包含电感器、电容器、变压器、开关及电阻器的有限组组件。这些电路组件如何连接是由所需的功率转变来決定。电阻器引发不合意的功率损耗。由于高效率在大多数应用中通常为最重要的要求，所以在主功率控制路径中应避免或最少化电阻性电路元件。只有在极少场合且出于非常特殊的原因，功率消耗电阻才会被引入主功率控制路径中。在辅助电路(例如总系统的序列、监视及控制电子装置)中，高值电阻器是惯用的，因为所述高值电阻器的损耗影响通常不显著。參考图1，根据本专利技术的教示内容描绘了高电压非同步高侧驱动切换调节器的示意图。切换调节器(大体上通过数字100表示)配置有集成电路装置102，集成电路装置102包括功率晶体管200、功率晶体管驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·德瓦尔，菲利普·吉梅尔，马里乌斯·布达斯，达尼埃尔·莱奥内斯库，特丽·克利夫兰，斯科特·迪尔伯恩，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：发明
国别省市：