[發明專利]一種直流/直流轉換器以及直流/直流轉換方法

有效

• 申請號: 201010145243.6
• 申請日: 2010-04-09
• 公開（公告）號: CN101860204A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 趙汗青;魯文高;陳中建;方然;王新安;聶輝;鞠原;吉利久
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 胡小永

技術領域

本發明屬于微電子和電源管理技術領域，具體涉及一種直流/直流轉換器及直流/直流轉換方法。

背景技術

直流/直流轉換器在低功耗電路、便攜設備、消費類電子產品中有重要的應用，具有低成本、重量輕、結構簡單、可靠性高等優點。基于電感儲能的直流/直流轉換器分為升壓型直流/直流轉換器、降壓型直流/直流轉換器和升壓-降壓直流/直流轉換器等。直流/直流轉換器包括一個功率開關，通過控制功率開關的通斷來控制輸出電壓。

傳統的電流反饋有多種方式，一般都著眼于先檢測電流再產生控制電壓的方法，根據電流檢測的方法不同分為幾種：用電阻檢測可以實現很高的精度，但有很大的功率損失；其他一些方式或者需要電感的參數，或者因無法集成而不實用。目前最常用的方式是通過一個尺寸與輸出功率管成比例的MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect?Transistor，金氧半場效晶體管)，通過控制，使其柵電壓和漏電壓與輸出功率管完全一致，從而得到一個成比例的小電流。這種方式可以實現比較高的精度，但是用在反饋環路中，其控制信號并不需要電流值的絕對精度，只需要其相對精度，因此電流檢測部分功能冗余，增加了功耗和面積。

傳統升壓型和降壓型直流/直流轉換器結構類似，圖1是傳統的降壓型直流/直流轉換器示意圖，圖2是傳統降壓型直流/直流轉換器的示意圖。兩者的區別在于，降壓型直流/直流轉換器輸出電壓V_OUT小于輸入電壓V_IN，升壓型直流/直流轉換器輸出電壓V_OUT大于輸入電壓V_IN。兩者原理相似，以下僅以降壓型結構為例進行描述。

圖1所示的降壓型直流/直流轉換器電路包含誤差放大器ErrorAmp(Error?Amplifier)，電流檢測模塊ISENSE，與ISENSE相連的加法器XADD，補償波形發生器OSC，與加法器XADD以及誤差放大器Error?AMP相連的PWM比較器PWM?COMP(PWM?Comparator)，與PWM?COMP以及功率PMOS(Positive?Channel?Metal?OxideSemiconductor，N型襯底、P溝道，靠空穴的流動運送電流的MOS管)相連的邏輯電路。功率PMOS的源極接輸入電壓V_IN，漏極與一電感L₀以及一二極管相連，電感L₀另一端通過電流檢測電阻RSEN接輸出端V_OUT，二極管另一端接地。V_OUT電壓低于輸出電壓V_IN，用于給外部負載供電。電阻RFB1和RFB2構成分壓電路，分壓得到與V_OUT成比例的反饋電壓V_FB，與Bandgap輸出的參考電壓V_REF相比較產生誤差放大信號輸出給比較器PWM?COMP。比較器對誤差信號和補償過的電流信號進行比較，產生脈寬調制PWM信號輸送給邏輯電路，產生功率管的驅動信號驅動PMOS管。

當電路工作時，電流流過RSEN電阻，轉換成一個反映了電流大小的電壓信號。這一電壓信號經ISENSE模塊放大并送到電壓加法器與補償波形RAMP疊加。該結構是功率有損的檢測方式，如果使用功率無損檢測結構，ISENSE模塊會更加復雜，如圖3、圖4所示分別是一種功率無損的電流檢測電路示意圖，要實現高精度和高速度，要求放大器必須有很高的GBW(Gain?Bandwidth?Product，增益帶寬乘積)，若放大器達不到要求則會有較大的失真。由于ISENSE通過檢測輸出節點的電壓，將電壓轉換成電流再轉換成電壓VSENSE，也會造成電流檢測信號的失真。另外由于電壓加法器XADD帶寬有限，高速開關的情況下會存在失真，無法滿足高頻開關的需要。同時電流檢測模塊ISENSE和電壓加法器XADD由于復雜度較高，占用了較大芯片面積，并增加了功率消耗。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是提供了一種新型直流/直流轉換方法，可在滿足高頻開關要求的前提下，實現了更少的硬件開銷和功率消耗。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供一種直流/直流轉換器，包括功率開關、電感、分壓電路、帶隙參考源、誤差放大器、比較器以及邏輯電路，所述轉換器還包括：

電流檢測模塊，用于生成反應流過所述功率開關電流大小的電流檢測信號；