專利名稱:一種具有高精度電流檢測的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于電源管理領(lǐng)域，涉及一種DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，特別涉及一種具有高精度電流檢測的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片。此芯片基于電流PWM模式DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器。芯片內(nèi)部采用同步整流開關(guān)式PWM模式電流控制技術(shù)，大大提高了轉(zhuǎn)換器的效率，輸出電流可達到2A。采用了一種新型的極高精度的電流檢測感應(yīng)模塊，可以更精確及時的探知電流大小，對芯片進行可靠的過流保護。此外，芯片設(shè)計采用的雙頻振蕩器可根據(jù)負載容量的大小自動選擇開關(guān)管頻率，提高芯片效率，能并延長芯片工作時間。最后，芯片集成了軟啟動電路，可以抑制啟動時的浪涌電流、過沖電壓以保護LED燈、驅(qū)動芯片不被損壞。
【專利說明】一種具有高精度電流檢測的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于電源管理領(lǐng)域，涉及一種DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，特別涉及一種具有 高精度電流檢測電路的降壓轉(zhuǎn)換器電路的設(shè)計。

【背景技術(shù)】
[0002] 電源是各種電子設(shè)備不可或缺的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技 術(shù)指標及能否安全可靠地工作。無論是最先進的個人電腦、通訊設(shè)備還是汽車電子產(chǎn)品，能 否實現(xiàn)高效、智能的電源管理，將對其整個系統(tǒng)的性能產(chǎn)生重大的影響。近幾年，便攜式消 費類電子設(shè)備市場快速成長，用戶需求不斷增加，智能手機、便攜設(shè)備中新增加的音視頻、 數(shù)據(jù)輸入、無線連接等日益豐富的功能對電源管理形成了新的需求，給電源管理芯片帶來 越來越多的挑戰(zhàn)。世界各國紛紛投入人力物力加快研發(fā)，各大廠商也對便攜式電子設(shè)備趨 之若鴦，爭相搶占電源管理市場份額?？梢灶A(yù)見，在通信和消費電子領(lǐng)域，電源管理的市場 將繼續(xù)擴大，對電源管理在技術(shù)和應(yīng)用上的需求也將日益增加。
[0003] 作為電子產(chǎn)品的一個重要組成部分，電源質(zhì)量直接影響電子設(shè)備的性能。便攜式 電子產(chǎn)品通常采用電池供電，隨著放電的進行，電池電壓逐漸降低，電池內(nèi)阻逐漸增大：一 方面，在電池開始使用時，端電壓較高而電池內(nèi)阻較小，易造成輸出電流大于負載實際需 要電流而造成電能的浪費，尤其不利于系統(tǒng)工作時間及待機時間的延長；另一方面，使用一 段時間后，端電壓降低而電池內(nèi)阻增大，致使負載變化引起較大的供電電壓的變化，又不利 于系統(tǒng)維持高性能的工作。為延長電池使用壽命以及得到波動小的直流電壓，需要效率高、 體積小、重量輕的低電壓DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種能夠根據(jù)負載容 量自動選擇開關(guān)管頻率同時具有高精度檢測感應(yīng)電流的基于同步整流PWM模式DC-DC降壓 轉(zhuǎn)換器芯片。該芯片集成了基于同步整流技術(shù)的功率開關(guān)管以及高精度電流檢測感應(yīng)電路 模塊。同步整流技術(shù)可以提高功率轉(zhuǎn)換器的效率，輸出電流可達到2. 5A?？筛鶕?jù)負載容量 的大小自動選擇開關(guān)管頻率，芯片效率提高，并能延長芯片工作時間。并且采用了一種新型 的極高精度的電流檢測感應(yīng)模塊，可以更精確及時的探知電流大小，實現(xiàn)可靠的過流保護。 該模塊采用簡單的擺動技術(shù)取代會降低功率效率的運算放大器。
[0005] 本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：
[0006] 一種具有高精度電流檢測的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，其特征在于，該同步整流 降壓轉(zhuǎn)換器芯片是一個電流PWM模式DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，芯片包含以下8根引腳：電源輸入 引腳VIN、高壓驅(qū)動引腳BS、功率切換輸出引腳SW、電壓反饋引腳FB、補償節(jié)點引腳COMP、 使能端引腳EN、軟啟動控制引腳SS、地引腳GND ;其中：VIN，GND為所有芯片內(nèi)部模塊的共 用引腳；BS引腳為高壓NMOS開關(guān)管提供驅(qū)動輸入引腳；SS引腳為軟啟動回路的電壓輸入 引腳，EN引腳為輔助控制模塊的控制信號輸入端；FB引腳為控制回路的反饋信號輸入引 腳；
[0007] 該同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部包括：控制回路、補償回路、輔助控制模塊；其 中，所述控制回路中第一反相器驅(qū)動器的V ss接補償回路中電流感應(yīng)器的輸入端；所述補償 回路的斜坡補償模塊輸出與電流感應(yīng)器的輸出通過加法器連接控制回路PWM比較器的正 輸入端；所述輔助控制模塊的過壓過流保護模塊接控制回路與門AND的輸入端；輔助控制 模塊的休眠模塊接補償回路雙頻振蕩器的EN端；
[0008] 所述控制回路包括誤差放大器EA、PWM比較器、PWM控制模塊、RS觸發(fā)器、第一反相 器驅(qū)動器、第二反相器驅(qū)動器、二輸入與門AND、功率開關(guān)M N1、功率開關(guān)MN2;所述誤差放大器 EA的輸出端接PWM比較器的負輸入端，PWM比較器的輸出端接PWM控制模塊的輸入端；PWM 控制模塊的輸出端接二輸入與門AND其中一個輸入端；AND的輸出端接RS觸發(fā)器的R輸入 端，RS觸發(fā)器的S輸入端接雙頻振蕩器模塊的輸出端CSC，RS觸發(fā)器的輸出端Q接第一反 相器驅(qū)動器的輸入端；第一反相器驅(qū)動器的輸出端接功率開關(guān)M N1的柵極，第一反相器驅(qū)動 器的Vss接MN1的源極，MN1的漏極接VIN引腳，M N1的源極接MN2的漏極，RS觸發(fā)器的輸出端 接第二反相器驅(qū)動器的輸入端，第二反相器驅(qū)動器的輸出端接功率開關(guān)MN2的柵極，M N2 的源極接地；
[0009] 所述補償回路組成包括雙頻振蕩器、斜坡補償模塊、電流感應(yīng)器；所述電流感應(yīng)器 分別與雙頻振蕩器的CH連接，并且與第一反相器驅(qū)動器的V ss連接；雙頻振蕩器的輸出端口 CK接斜坡補償模塊；
[0010] 所述輔助控制模塊包括軟啟動電路、過壓過流保護模塊、休眠模塊；其中，所述軟 啟動電路與誤差放大器EA的Vss連接；所述過壓過流保護模塊的輸入端和與門AND的輸入 端連接；所述休眠模塊與雙頻振蕩器的EN接口連接；
[0011] 所述控制回路的拓撲連接如下：基準電壓VFB接誤差放大器EA的正輸入端；反饋 引腳FB接誤差放大器EA的負輸入端，誤差放大器EA的輸出端接PWM比較器的負輸入端， PWM比較器的輸出端接PWM控制模塊的輸入端；PWM控制模塊為普通CMOS邏輯鎖存器;AND 的輸出端接RS觸發(fā)器的R輸入端，RS觸發(fā)器的S輸入端接雙頻振蕩器模塊的輸出端CSC， RS觸發(fā)器的輸出端Q接第一反相器驅(qū)動器的輸入端；第一反相器驅(qū)動器的輸出端接功率開 關(guān)M N1的柵極，第一反相器驅(qū)動器的VDD接BS引腳，第一反相器驅(qū)動器的V ss接M N1的源極， MN1的漏極接VIN引腳，MN1的源極接MN2的漏極同時接SW引腳，RS觸發(fā)器的輸出端接第 二反相器驅(qū)動器的輸入端，第二反相器驅(qū)動器的輸出端接功率開關(guān)MN2的柵極，MN2的源極 接地；控制回路將誤差放大器輸出的誤差信號，轉(zhuǎn)換為一個占空比可變的驅(qū)動信號，以控制 MN1、MN2的開啟關(guān)閉實現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換。
[0012] 在上述一種具有高精度電流檢測的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，電流感應(yīng)器包括 RS鎖存器，RS鎖存器的Q輸出端分別接NM0S管Ms、MN1、M Q3、MQ1的柵極，M 3通常為一寬長比 很大的NM0S管，其漏極接輸入信號Vin，NM0S管塢的源極接NM0S管M Q3的源極，M Q3的漏極 接NM0S管^的漏極，M,s的源極接感應(yīng)電阻R 的一端，感應(yīng)電阻R J勺另一端接地;MQ3 的源極與NM0S管MQ2的漏極相連同時接PM0S管M。5的源極，M。 5的漏極與M 的柵極相連并 接NM0S管Me3的漏極，M。3的源極接地；M。5的柵極接?xùn)怕┒探拥腜M0S管M。 4的柵極，M。4的漏 極接NM0S管仏2的漏極，M。3的柵極接M。 2的柵極，M。2的源極接地；基準電流源I 接NM0S管 漏極，11。:的柵極與Me2的柵極相接，Mei的源極接地；RS鎖存器的輸出端分別接NMOS 管MV、MQ2、MN2的柵極，M N2的漏極同時與M Q1和M N1的源極連接，M N2的源極接地，電感L1的一 端接MN2的漏極，另一端接負載電容C2的一端，C2的另一端接地，負載電阻L并聯(lián)在C2的 兩端。
[0013] 在上述一種具有高精度電流檢測的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，所述雙頻振蕩器的 內(nèi)部拓撲連接如下：輸入管腳VIN接PM0S管P1的源極，P1的源極與PM0S管P2的源極相 連，P1的漏極與柵漏短接的NM0S管N1的漏極相連，P2的漏極接時鐘NM0S開關(guān)管M m的漏 極，MaK定時為電容C M充放電，MaK的源極接NM0S管N2的漏極，N2的源極接地，C M的一 端接MaK的漏極，C M的另一端接地，M M的漏極接比較器C0MH的正輸入端以及比較器C0ML 的負輸入端，高基準電壓接比較器C0MH的負輸入端，低基準電壓接比較器C0ML的正輸入 端，比較器C0MH的輸出端接由兩個反相器串聯(lián)的緩沖級的輸入端，C0MH的緩沖級的輸出端 接RS觸發(fā)器的R輸入端，比較器C0ML的輸出端接由兩個反相器串聯(lián)的緩沖級的輸入端， C0ML的緩沖級的輸出端接RS觸發(fā)器的S輸入端；RS觸發(fā)器的輸出端接由兩個反相器串 聯(lián)的緩沖級的輸入端，5I的緩沖級輸出端接時鐘開關(guān)管的柵極，上述反相器均采用通 識CMOS反相器；同時，RS觸發(fā)器的輸出端接入分頻器模塊的輸入端，分頻器模塊由傳統(tǒng) D觸發(fā)器陣列構(gòu)成，其輸出接入2/1 口多路轉(zhuǎn)換器MUX2的輸入端，RS觸發(fā)器的Q :輸出振蕩 器發(fā)生頻率作為振蕩頻率0SC1，由分頻器模塊輸出的發(fā)生頻率作為振蕩頻率0SC2,0SC1信 號頻率和0SC2信號頻率作為MUX2的輸入信號進行選擇，同時分頻器模塊輸出的信號可為 斜坡信號發(fā)生提供時鐘頻率CSC，CH信號端接運算放大器的正輸入端，基準電壓Vref接運 算放大器的負輸入端，運算放大器的輸出端接多路轉(zhuǎn)換器MUX2的控制輸入端，MUX2的輸出 端接與門AND的輸入端，使能引腳EN接二輸入與門的另一個輸入端，與門AND的輸出端接 CK輸出端。
[0014] 在上述一種具有高精度電流檢測的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，所述軟啟動電路內(nèi) 部拓撲連接如下；輸入信號Vin+接PM0S管Ml的柵極，Ml的漏極接?xùn)怕┒探拥腘M0S管M3 的漏極，M3的源極接地，M3的柵極接M5的柵極，M5的源極接地，M5的漏極接PM0S管M2的 漏極，輸入信號Vin-接PM0S管M2的柵極，M2的漏極接?xùn)怕┒探拥腘M0S管M4的漏極，M4 的源極接地，M4和M6的柵極相連，M6的漏極接Ml的漏極相接，M6的源極接地；NM0S管 M8的柵極接Ml的漏極，M8的漏極接?xùn)怕┒探覲M0S管M9的漏極，M9的源極接VDD，Mil的 源極接VDD，偏置電壓Vbias2分別接Mil和M12的柵極，Mil的漏極接?xùn)怕┒探拥腘M0S管 M15,柵漏短接NM0S管M16的漏極接M15的源極，柵漏短接NM0S管M17的漏極接M16的源 極，M17的源極接地；充點電容C ss-端接M15的漏極，C ss另一端接地；Ml的源極與M2的源 極相連接后與PM0S管M12的漏極連接，M12的源極接VDD，柵漏短接的M9的柵極接PM0S管 M10的柵極，M10的源極接VDD，M10的漏極接NM0S管M7的漏極，M7的柵極接M4的漏極， M7的源極接地，M7的漏極與M13和M14的柵極相連，M13和M14的漏極相連，M13的源極接 VDD，M14的源極接地。
[0015] 因此，本實用新型具有以下優(yōu)點：1.應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)簡單，只需要10個外圍器件即 可工作做；2.采用了一種新型的極高精度的電流檢測感應(yīng)模塊，可以更精確及時的探知電 流大小，實現(xiàn)高精度高效率的電流檢測，同時電路中沒有采用運放，解決的了共模范圍抑制 以及帶寬問題；3.可根據(jù)負載容量的大小自動選擇開關(guān)管頻率，使得芯片效率提高，能并 延長芯片工作時間；4.電路采用同步整流技術(shù)，提高功率轉(zhuǎn)換器的效率，輸出電流可達到 2A;5.帶有軟啟動功能，通過控制誤差放大器輸出電壓緩慢上升來限制開關(guān)管占空比，從 而穩(wěn)定啟動、抑制浪涌現(xiàn)象。

【附圖說明】

[0016] 附圖1為所設(shè)計降壓轉(zhuǎn)換器芯片的典型工作電路示意圖。
[0017] 附圖2為所設(shè)計降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部功能模塊連接圖。
[0018] 附圖3為所設(shè)計降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部高精度電流檢測感應(yīng)器。
[0019] 附圖4為所設(shè)計降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部雙頻輸出振蕩器示意圖。
[0020] 附圖5為所設(shè)計降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部軟啟動電路示意圖。

【具體實施方式】
[0021] 下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的說明。
[0022] 實施例：
[0023] 為了更加清楚明白地解釋本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和 實例對本實用新型進行進一步的說明。
[0024] 附圖1所示為所設(shè)計具有高精度電流檢測電路的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器的典型工 作電路。其特征在于降壓轉(zhuǎn)換芯片包含以下8根引腳：電源輸入引腳IN、高壓驅(qū)動引腳BS、 功率切換輸出引腳SW、電壓反饋引腳FB、補償節(jié)點引腳COMP、使能端引腳EN、軟啟動控制引 腳SS，地引腳GND ;其中：VIN，GND為所有芯片內(nèi)部模塊的共用引腳；BS引腳為高壓NM0S開 關(guān)管提供驅(qū)動輸入引腳；SS引腳為軟啟動回路的電壓輸入引腳，EN引腳為輔助控制模塊的 控制信號輸入端；FB引腳為控制回路的反饋信號輸入引腳。供電電源Vin正端接IN引腳為 芯片供電，Vin的正端通過輸入電容C1接地，C1可以濾除Vin中的高頻噪聲；電阻R4接在 Vin與EN引腳之間，電容C5鏈接在引腳BS與引腳SW之間，引腳SW與輸出Vout間接電感 L1，反饋引腳FB接電阻R1的一端，電阻R2上的電壓作為反饋，保證芯片輸出電流穩(wěn)定在所 設(shè)計的值，R1的另一端接電容C2的一端，電阻R2的一端接FB引腳，另一端接電容C2的接 地端，經(jīng)電感L1、電容C2濾波可在負載上可得到脈動很小的直流電壓。COMP引腳通過濾波 電容C3和電阻R3接地，軟啟動電路使能端SS引腳通過濾波電容C4接地。從附圖1可見 所設(shè)計的降壓轉(zhuǎn)換器芯片，只需要10個外圍器件就能實現(xiàn)，降低了使用難度以及成本。經(jīng) 測試得：所設(shè)計驅(qū)動芯片的輸出驅(qū)動能力達到100?2000mA，同時保持較高的轉(zhuǎn)換效率，并 且在一個較寬的范圍5V?18V內(nèi)，實現(xiàn)輸入電壓的降壓處理。
[0025] 附圖2所示為所設(shè)計具有高精度電流檢測電路的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部功 能模塊連接圖，其特征在于驅(qū)動芯片的基本架構(gòu)是電流PWM模式DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器。所述 降壓轉(zhuǎn)換器芯片拓撲由控制回路、補償回路、輔助控制模塊三部分組成。VIN、GND引腳是所 有模塊的公共端。
[0026] 誤差放大器比較FB引腳的電壓與基準電壓VFB得到誤差信號，控制回路將誤差信 號轉(zhuǎn)換為一個占空比可變的驅(qū)動信號，以驅(qū)動功率開關(guān)管MN1和MN2得到需要輸出的直流電 流；控制回路工作在電流PWM模式下，當占空大于50%系統(tǒng)會產(chǎn)生次諧波振蕩，補償回路抑 制了次諧波振蕩，保證了控制回路的穩(wěn)定性；當系統(tǒng)剛啟動時誤差放大器處于失衡狀態(tài)， 系統(tǒng)工作在最大占空比狀態(tài)，會產(chǎn)生浪涌電流與過沖電壓，可能會損壞降壓轉(zhuǎn)換芯片，軟啟 動回路可消除浪涌電流與過沖電壓，保證芯片的安全，提高芯片工作的可靠性。
[0027] 控制回路由誤差放大器EA、PWM比較器、PWM控制模塊、RS觸發(fā)器、第一反相器驅(qū) 動器、第二反相器驅(qū)動器、二輸入與門AND、功率開關(guān)MN1、MN2共九個部分組成?；鶞孰妷篤 FB 接誤差放大器EA的正輸入端；反饋引腳FB接誤差放大器EA的負輸入端，誤差放大器EA的 輸出端接PWM比較器的負輸入端，PWM比較器的輸出端接PWM控制模塊的輸入端；PWM控制 模塊為普通CMOS邏輯鎖存器;AND的輸出端接RS觸發(fā)器的R輸入端，RS觸發(fā)器的S輸入端 接雙頻振蕩器模塊的輸出端CSC，RS觸發(fā)器的輸出端Q接第一反相器驅(qū)動器的輸入端；第一 反相器驅(qū)動器的輸出端接功率開關(guān)M N1的柵極，第一反相器驅(qū)動器的VDD接BS引腳，第一反 相器驅(qū)動器的Vss接MN1的源極，M N1的漏極接VIN引腳，MN1的源極接MN2的漏極同時接SW 引腳，RS觸發(fā)器的輸出端接第二反相器驅(qū)動器的輸入端，第二反相器驅(qū)動器的輸出端接 功率開關(guān)MN2的柵極，MN2的源極接地?？刂苹芈穼⒄`差放大器輸出的誤差信號，轉(zhuǎn)換為一個 占空比可變的驅(qū)動信號，以控制MN1、MN2的開啟關(guān)閉實現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換。
[0028] 補償回路組成由雙頻振蕩器、斜坡補償模塊、電流感應(yīng)器模塊三部分組成。MN1的 源極接電流感應(yīng)器的輸入端，電流感應(yīng)器的輸出端VSENSE接雙頻振蕩器的CH端；斜坡補償模 塊的輸入端接雙頻振蕩器的CK輸出端，斜坡電壓模塊的輸出端接斜坡補償模塊的電壓輸 入端；斜坡補償模塊的輸出端與電流感應(yīng)器的V sc輸出端一同接入二輸入與門AND的輸入 端，二輸入與門AND的輸出端接PWM比較器的正輸入端。芯片工作在電流PWM模式，當占空 比大于50%時，控制回路會產(chǎn)生次諧波振蕩，補償回路可以抑制此現(xiàn)象，保持控制回路的穩(wěn) 定性。
[0029] 軟啟動電流、過壓過流保護模塊、休眠模塊均屬于輔助控制模塊，其拓撲連接如 下：引腳EN接休眠模塊的輸入端，休眠模塊的時鐘輸出端接雙頻振蕩器的EN使能端；改該 休眠模塊為傳統(tǒng)的休眠電路；引腳SS接軟啟動的輸入端，軟啟動的V ss輸出端接EA誤差放 大器的使能端；補償模塊的輸入端接EA誤差放大器的輸出端，補償模塊的輸出端接FB引 腳。過壓過流保護電流采用傳統(tǒng)的過壓比較器與過流比較器，與PWM控制模塊的輸出端一 同接二輸入與門AND的輸入。軟啟動回路抑制了芯片啟動時的浪涌電流與過沖電壓，保證 LED燈與驅(qū)動芯片不被損壞。
[0030] 附圖3所示為所設(shè)計具有高精度電流檢測電路的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部 電流感應(yīng)器示意圖。其內(nèi)部連接如下：RS鎖存器的Q輸出端分別接NM0S管M s、MN1、MQ3、MQj9 柵極，1 3通常為一寬長比很大的NM0S管，其漏極接輸入信號Vin，NM0S管M 3的源極接NM0S 管MQ3的源極，M Q3的漏極接NM0S管M ^的漏極，M "的源極接感應(yīng)電阻R sms，-端，感應(yīng)電 阻Rs_的另一端接地;M 的源極與NM0S管M Q2的漏極相連同時接PM0S管M ra的源極，M ra 的漏極與1的柵極相連并接NM0S管M。3的漏極，M。3的源極接地；M。5的柵極接?xùn)怕┒探拥?PM0S管仏 4的柵極，M。4的漏極接NM0S管M。2的漏極，M。3的柵極接M。 2的柵極，M。2的源極接 地；基準電流源1#接NM0S管11。:的漏極，11。 :的柵極與Me2的柵極相接，Mei的源極接地；RS 鎖存器的5":輸出端分別接NMOS管Mv、MQ2、MN2的柵極，M N2的漏極同時與M Q1和M N1的源極連 接，MN2的源極接地，電感L1的一端接MN2的漏極，另一端接負載電容C2的一端，C2的另一端 接地，負載電阻&并聯(lián)在C2的兩端。當開關(guān)信號Q為正5":為負時，1^支路導(dǎo)通，檢測到電 感L1的電流并通過電阻Rs_轉(zhuǎn)化成電壓為頻率選擇器中提供控制電壓。當開關(guān)信號Q為 負為正時，Mre支路斷開，提高了電流檢測精度。并且兩種情況下MC5的源極電壓和MC4 的源極電壓基本保持穩(wěn)定，消除了開關(guān)開啟與關(guān)斷之間的時間延遲。此架構(gòu)避免了以往運 用運放的結(jié)構(gòu)，解決了共模范圍被抑制、帶寬限制等問題。
[0031] 附圖4所示為所設(shè)計具有高精度電流檢測電路的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部 雙頻振蕩器電路的示意圖。連接如下：輸入管腳VIN接PM0S管P1的源極，P1的源極與PM0S 管P2的源極相連，P1的漏極與柵漏短接的NM0S管N1的漏極相連，P2的漏極接時鐘NM0S 開關(guān)管M aK的漏極，M M定時為電容C M充放電，M M的源極接NM0S管N2的漏極，N2的源極 接地，CM的一端接MaK的漏極，C aK的另一端接地，MaK的漏極接比較器C0MH的正輸入端 以及比較器C0ML的負輸入端，高基準電壓接比較器C0MH的負輸入端，低基準電壓接比較器 C0ML的正輸入端，比較器C0MH的輸出端接由兩個反相器串聯(lián)的緩沖級的輸入端，C0MH的 緩沖級的輸出端接RS觸發(fā)器的R輸入端，比較器C0ML的輸出端接由兩個反相器串聯(lián)的緩 沖級的輸入端，C0ML的緩沖級的輸出端接RS觸發(fā)器的S輸入端；RS觸發(fā)器的Q輸出端接 由兩個反相器串聯(lián)的緩沖級的輸入端，5的緩沖級輸出端接時鐘開關(guān)管Mm的柵極，上述 反相器均采用通識CMOS反相器；同時，RS觸發(fā)器的輸出端接入分頻器模塊的輸入端，分 頻器模塊由傳統(tǒng)D觸發(fā)器陣列構(gòu)成，其輸出接入2/1 口多路轉(zhuǎn)換器MUX2的輸入端，RS觸發(fā) 器的輸出振蕩器發(fā)生頻率作為振蕩頻率0SC1，由分頻器模塊輸出的發(fā)生頻率作為振蕩 頻率0SC2, 0SC1信號頻率和0SC2信號頻率作為MUX2的輸入信號進行選擇，同時分頻器模 塊輸出的信號可為斜坡信號發(fā)生提供時鐘頻率CSC，CH信號端接運算放大器的正輸入端， 基準電壓Vref接運算放大器的負輸入端，運算放大器的輸出端接多路轉(zhuǎn)換器MUX2的控制 輸入端，MUX2的輸出端接與門AND的輸入端，使能引腳EN接二輸入與門的另一個輸入端， 與門AND的輸出端接CK輸出端。
[0032] 附圖5所示為所示具有高精度電流檢測電路的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片中軟啟 動電路示意圖。其拓撲連接如下：輸入信號Vin+接PM0S管Ml的柵極，Ml的漏極接?xùn)怕┒?接的NM0S管M3的漏極，M3的源極接地，M3的柵極接M5的柵極，M5的源極接地，M5的漏極 接PM0S管M2的漏極，輸入信號Vin-接PM0S管M2的柵極，M2的漏極接?xùn)怕┒探拥腘M0S管 M4的漏極，M4的源極接地，M4和M6的柵極相連，M6的漏極接Ml的漏極相接，M6的源極接 地；NM0S管M8的柵極接Ml的漏極，M8的漏極接?xùn)怕┒探覲M0S管M9的漏極，M9的源極接 VDD，M11的源極接VDD，偏置電壓Vbias2分別接Mil和M12的柵極，Mil的漏極接?xùn)怕┒探?的NM0S管M15,柵漏短接NM0S管M16的漏極接M15的源極，柵漏短接NM0S管M17的漏極接 M16的源極，M17的源極接地；充點電容C ss-端接M15的漏極，Css另一端接地;Ml的源極與 M2的源極相連接后與PMOS管M12的漏極連接，M12的源極接VDD，柵漏短接的M9的柵極接 PM0S管M10的柵極，M10的源極接VDD，M10的漏極接NM0S管M7的漏極，M7的柵極接M4的 漏極，M7的源極接地，M7的漏極與M13和M14的柵極相連，M13和M14的漏極相連，M13的 源極接VDD，M14的源極接地。在DC-DC轉(zhuǎn)換器啟動階段，通過開關(guān)控制，使電容2C接入軟 啟動電路，而與誤差放大器輸出端斷開。在DC-DC轉(zhuǎn)換器啟動過程中，誤差放大器（EA)處 于非平衡狀態(tài)，使得環(huán)路處于100%占空比工作狀態(tài)，因此會有很大的浪涌電流灌入輸出 電容C2,使得輸出電壓產(chǎn)生較大的過沖，浪涌電流也有可能損耗開關(guān)管和其他器件。上述 軟啟動電路實現(xiàn)輸出軟啟動，通常采用電壓限制的方法，通過限制誤差放大器EA輸出電壓 V EA的值，從而限制啟動時的占空比消除啟動時的浪涌電流。
[0033] 本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所 屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似 的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種具有高精度電流檢測的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，其特征在于，該同步整流降 壓轉(zhuǎn)換器芯片是一個電流PWM模式DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器，芯片包含以下8根引腳：電源輸入引 腳VIN、高壓驅(qū)動引腳BS、功率切換輸出引腳SW、電壓反饋引腳FB、補償節(jié)點引腳COMP、使能 端引腳EN、軟啟動控制引腳SS、地引腳GND ;其中：VIN，GND為所有芯片內(nèi)部模塊的共用引 腳；BS引腳為高壓NMOS開關(guān)管提供驅(qū)動輸入引腳；SS引腳為軟啟動回路的電壓輸入引腳， EN引腳為輔助控制模塊的控制信號輸入端；FB引腳為控制回路的反饋信號輸入引腳； 該同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部包括：控制回路、補償回路、輔助控制模塊；其中，所 述控制回路中第一反相器驅(qū)動器的Vss接補償回路中電流感應(yīng)器的輸入端；所述補償回路 的斜坡補償模塊輸出與電流感應(yīng)器的輸出通過加法器連接控制回路PWM比較器的正輸入 端；所述輔助控制模塊的過壓過流保護模塊接控制回路與門AND的輸入端；輔助控制模塊 的休眠模塊接補償回路雙頻振蕩器的EN端； 所述控制回路包括誤差放大器EA、PWM比較器、PWM控制模塊、RS觸發(fā)器、第一反相器驅(qū) 動器、第二反相器驅(qū)動器、二輸入與門AND、功率開關(guān)Mm、功率開關(guān)Mn2;所述誤差放大器EA 的輸出端接PWM比較器的負輸入端，PWM比較器的輸出端接PWM控制模塊的輸入端；PWM控 制模塊的輸出端接二輸入與門AND其中一個輸入端；AND的輸出端接RS觸發(fā)器的R輸入端， RS觸發(fā)器的S輸入端接雙頻振蕩器模塊的輸出端CSC，RS觸發(fā)器的輸出端Q接第一反相器 驅(qū)動器的輸入端；第一反相器驅(qū)動器的輸出端接功率開關(guān)M m的柵極，第一反相器驅(qū)動器的 Vss接M N1的源極，M N1的漏極接VIN引腳，M N1的源極接M N2的漏極，RS觸發(fā)器的輸出端接 第二反相器驅(qū)動器的輸入端，第二反相器驅(qū)動器的輸出端接功率開關(guān)Mn2的柵極，Mn2的源極 接地； 所述補償回路組成包括雙頻振蕩器、斜坡補償模塊、電流感應(yīng)器；所述電流感應(yīng)器分別 與雙頻振蕩器的CH連接，并且與第一反相器驅(qū)動器的Vss連接；雙頻振蕩器的輸出端口 CK 接斜坡補償模塊； 所述輔助控制模塊包括軟啟動電路、過壓過流保護模塊、休眠模塊；其中，所述軟啟動 電路與誤差放大器EA的Vss連接；所述過壓過流保護模塊的輸入端和與門AND的輸入端連 接；所述休眠模塊與雙頻振蕩器的EN接口連接； 所述控制回路的拓撲連接如下：基準電壓Vfb接誤差放大器EA的正輸入端；反饋引腳 FB接誤差放大器EA的負輸入端，誤差放大器EA的輸出端接PWM比較器的負輸入端，PWM比 較器的輸出端接PWM控制模塊的輸入端；PWM控制模塊為普通CMOS邏輯鎖存器;AND的輸出 端接RS觸發(fā)器的R輸入端，RS觸發(fā)器的S輸入端接雙頻振蕩器模塊的輸出端CSC，RS觸發(fā) 器的輸出端Q接第一反相器驅(qū)動器的輸入端；第一反相器驅(qū)動器的輸出端接功率開關(guān)M ni的 柵極，第一反相器驅(qū)動器的VDD接BS引腳，第一反相器驅(qū)動器的Vss接M N1的源極，M N1的漏 極接VIN引腳，Mni的源極接Mn2的漏極同時接SW引腳，RS觸發(fā)器的輸出端5接第二反相 器驅(qū)動器的輸入端，第二反相器驅(qū)動器的輸出端接功率開關(guān)Mn2的柵極，Mn2的源極接地；控 制回路將誤差放大器輸出的誤差信號，轉(zhuǎn)換為一個占空比可變的驅(qū)動信號，以控制MN1、Mn2 的開啟關(guān)閉實現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有高精度電流檢測的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，其特征 在于，電流感應(yīng)器包括RS鎖存器，RS鎖存器的Q輸出端分別接NMOS管Ms、Mni、M Q3、Mqi的柵 極，13通常為一寬長比很大的NMOS管，其漏極接輸入信號Vin，NMOS管M 3的源極接NMOS管 Mq3的源極，M Q3的漏極接NMOS管M "的漏極，M "的源極接感應(yīng)電阻R 的一端，感應(yīng)電阻 Rsmse的另一端接地;M Q3的源極與NMOS管MQ2的漏極相連同時接PMOS管M ra的源極，M ra的漏 極與凡3的柵極相連并接NMOS管M。3的漏極，M。3的源極接地;M。 5的柵極接?xùn)怕┒探拥腜MOS 管仏4的柵極，M。4的漏極接NMOS管M。2的漏極，M。3的柵極接M。 2的柵極，M。2的源極接地；基 準電流源1#接NMOS管M ei的漏極，M α的柵極與M。2的柵極相接，M α的源極接地；RS鎖存器 的鍮出端分別接NMOS管Mv、MQ2、Mn2的柵極，M Ν2的漏極同時與M Q1和M N1的源極連接，M Ν2 的源極接地，電感LI的一端接Mn2的漏極，另一端接負載電容C2的一端，C2的另一端接地， 負載電阻&并聯(lián)在C2的兩端。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有高精度電流檢測的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，其特 征在于，所述雙頻振蕩器的內(nèi)部拓撲連接如下：輸入管腳VIN接PMOS管Pl的源極，Pl的源 極與PMOS管P2的源極相連，Pl的漏極與柵漏短接的NMOS管Nl的漏極相連，P2的漏極 接時鐘NMOS開關(guān)管Μ ακ的漏極，M ακ定時為電容C ακ充放電，M ακ的源極接NMOS管N2的漏 極，Ν2的源極接地，Cm的一端接Μακ的漏極，C ακ的另一端接地，Μακ的漏極接比較器COMH 的正輸入端以及比較器COML的負輸入端，高基準電壓接比較器COMH的負輸入端，低基準電 壓接比較器COML的正輸入端，比較器COMH的輸出端接由兩個反相器串聯(lián)的緩沖級的輸入 端，COMH的緩沖級的輸出端接RS觸發(fā)器的R輸入端，比較器COML的輸出端接由兩個反相器 串聯(lián)的緩沖級的輸入端，COML的緩沖級的輸出端接RS觸發(fā)器的S輸入端；RS觸發(fā)器的Q 輸出端接由兩個反相器串聯(lián)的緩沖級的輸入端，Wl的緩沖級輸出端接時鐘開關(guān)管Μακ的柵 極，上述反相器均采用通識CMOS反相器；同時，RS觸發(fā)器的5輸出端接入分頻器模塊的輸 入端，分頻器模塊由傳統(tǒng)D觸發(fā)器陣列構(gòu)成，其輸出接入2/1 口多路轉(zhuǎn)換器MUX2的輸入端， RS觸發(fā)器的I輸出振蕩器發(fā)生頻率作為振蕩頻率0SC1，由分頻器模塊輸出的發(fā)生頻率作 為振蕩頻率0SC2, OSCl信號頻率和0SC2信號頻率作為MUX2的輸入信號進行選擇，同時分 頻器模塊輸出的信號可為斜坡信號發(fā)生提供時鐘頻率CSC，CH信號端接運算放大器的正輸 入端，基準電壓Vref接運算放大器的負輸入端，運算放大器的輸出端接多路轉(zhuǎn)換器MUX2的 控制輸入端，MUX2的輸出端接與門AND的輸入端，使能引腳EN接二輸入與門的另一個輸入 端，與門AND的輸出端接CK輸出端。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有高精度電流檢測的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器芯片，其特 征在于，所述軟啟動電路內(nèi)部拓撲連接如下；輸入信號Vin+接PMOS管Ml的柵極，Ml的漏 極接?xùn)怕┒探拥腘MOS管M3的漏極，M3的源極接地，M3的柵極接M5的柵極，M5的源極接 地，M5的漏極接PMOS管M2的漏極，輸入信號Vin-接PMOS管M2的柵極，M2的漏極接?xùn)怕?短接的NMOS管M4的漏極，M4的源極接地，M4和M6的柵極相連，M6的漏極接Ml的漏極相 接，M6的源極接地；NMOS管M8的柵極接Ml的漏極，M8的漏極接?xùn)怕┒探覲MOS管M9的漏 極，M9的源極接VDD，M11的源極接VDD，偏置電壓Vbias2分別接Mll和M12的柵極，Mll的 漏極接?xùn)怕┒探拥腘MOS管M15,柵漏短接NMOS管M16的漏極接M15的源極，柵漏短接NMOS 管M17的漏極接M16的源極，M17的源極接地；充點電容Css-端接M15的漏極，C ss另一端 接地；Ml的源極與M2的源極相連接后與PMOS管M12的漏極連接，M12的源極接VDD，柵漏 短接的M9的柵極接PMOS管MlO的柵極，MlO的源極接VDD，MlO的漏極接NMOS管M7的漏 極，M7的柵極接M4的漏極，M7的源極接地，M7的漏極與M13和M14的柵極相連，M13和M14 的漏極相連，M13的源極接VDD，M14的源極接地。
【文檔編號】H02M3-155GK204271914SQ201420643334
【發(fā)明者】江金光, 熊智慧 [申請人]武漢大學(xué)