一种同步整流转换器转让专利
申请号 : CN201810921202.8
文献号 : CN108923660B
文献日 : 2020-01-24
发明人 : 尹健 , 罗阳 , 李海松 , 易扬波
申请人 : 无锡芯朋微电子股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种同步整流转换器,包含功率电路和控制电路,其特征在于:
所述功率电路包括开关MOS管(N1)和采样MOS管(N2),所述控制电路包括开启比较器(201)、调节控制电路(202)、关断比较器(203)、驱动电路(204)以及可过温保护的输出线损补偿电路(205);
所述开关MOS管(N1)和采样MOS管(N2)的漏极与高压端口(SW)相连;
所述开关MOS管(N1)的栅极与驱动电路(204)相连,接收其输出的驱动信号(GATE),开关MOS管(N1)的源极与参考地端口(GND)相连;
所述采样MOS管(N2)的栅极与供电端口(VCC)相连,采样MOS管(N2)的源极连接开启比较器(201)、调节控制电路(202)以及关断比较器(203),向其输出采样信号(VDET);
所述开启比较器(201)的A端连接第一阈值(V1),其B端与采样MOS管(N2)的源极相连,接收采样信号(VDET),且开启比较器(201)与驱动电路(204)相连,输出开启信号(SR_on)至驱动电路(204);
所述调节控制器(202)与采样MOS管(N2)的源极相连,接收采样信号(VDET),且与驱动电路(204)相连,输出调节上拉信号(Reg_on)以及调节下拉信号(Reg_off)至驱动电路(204);
所述关断比较器(203)的B端连接第二阈值(V2),其A端与采样MOS管(N2)的源极相连,接收采样信号(VDET),且关断比较器(203)与驱动电路(204)相连,输出关断信号(SR_off)到驱动电路(204);
所述驱动电路(204)连接开启比较器(201)、调节控制电路(202)以及关断比较器(203),分别接收开启比较器(201)输出的开启信号(SR_on)、调节控制电路(202)输出的调节上拉信号(Reg_on)以及调节下拉信号(Reg_off)、关断比较器(203)输出的关断信号(SR_off),且连接开关MOS管(N1)的栅极和可过温保护的输出线损补偿电路(205),输出驱动信号(GATE)至开关MOS管(N1)的栅极和可过温保护的输出线损补偿电路(205);
所述可过温保护的输出线损补偿电路(205)连接开关MOS管(N1)的栅极和驱动电路(204),接收驱动电路(204)输出的驱动信号(GATE),且与输出补偿端口(COMP)相连;
所述调节控制电路(202)包含上下两子电路,其中,上子电路包括第一PMOS管(P1)、第二PMOS管(P2)、第一NPN管(Q1)、第二NPN管(Q2)、第三NPN管(Q3)、第四NPN管(Q4)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一电流源(I1)和第二电流源(I2),第一PMOS管(P1)的源极与供电端口(VCC)相连,其栅极连接自身的漏极、第二PMOS管(P2)的栅极和第一NPN管(Q1)的集电极;
第二PMOS管(P2)的源极与供电端口(VCC)相连,其栅极连接第一PMOS管(P1)的栅极、第一PMOS管(P1)的漏极和第一NPN管(Q1)的集电极,其漏极连接第四NPN管(Q4)的集电极和输出端Reg_off;
第一NPN管(Q1)的集电极连接第一PMOS管(P1)的栅极、第一PMOS管(P1)的漏极和第二PMOS管(P2)的栅极,其发射极连接参考地端口(GND),其基极连接第二NPN管(Q2)的基极、第二NPN管(Q2)的集电极和第一电阻(R1)的一端;
第二NPN管(Q2)的基极连接自身的集电极、第一NPN管(Q1)的基极和第一电阻(R1)的一端,其发射极连接采样信号(VDET);
第三NPN管(Q3)的基极连接第二电阻(R2)的一端和第二电流源(I2),其集电极连接第二电阻(R2)的另一端、第四NPN管(Q4)的基极,其发射极连接参考地端口(GND);
第四NPN管(Q4)的基极连接第三NPN管(Q3)的集电极、第二电阻(R2)的一端,其集电极连接第二PMOS管(P2)的漏极和输出端Reg_off,其发射极连接采样信号(VDET);
第一电阻(R1)的一端连接第二NPN管(Q2)的基极、第二NPN管(Q2)的集电极和第一NPN管(Q1)的基极,第一电阻(R1)的另一端连接第一电流源(I1);
第二电阻(R2)的一端连接第三NPN管(Q3)的集电极和第四NPN管(Q4)的基极,第二电阻(R2)的另一端连接第二电流源(I2);
第一电流源(I1)连接第一电阻(R1)的一端;
第二电流源(I2)连接第二电阻(R2)的一端和第三NPN管(Q3)的基极;
下子电路包括第三PMOS管(P3)、第四PMOS管(P4)、第五NPN管(Q5)、第六NPN管(Q6)、第七NPN管(Q7)、第八NPN管(Q8)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第三电流源(I3)和第四电流源(I4),第三PMOS管(P3)的源极与供电端口(VCC)相连,其栅极连接自身的漏极、第四PMOS管(P4)的栅极和第五NPN管(Q5)的集电极;
第四PMOS管(P4)的源极和供电端口(VCC)相连,其栅极连接第三PMOS管(P3)的栅极、第三PMOS管(P3)的漏极和第五NPN管(Q5)的集电极,其漏极连接第八NPN管(Q8)的集电极和输出端Reg_on;
第五NPN管(Q5)的集电极连接第三PMOS管(P3)的栅极、第三PMOS管(P3)的漏极和第四PMOS管(P4)的栅极,其发射极连接采样信号(VDET),其基极连接第六NPN管(Q6)的集电极和第三电阻(R3)的一端;
第六NPN管(Q6)的基极连接第三电阻(R3)的一端和第三电流源(I3),其发射极连接参考地端口(GND),其集电极连接第三电阻(R3)的另一端和第五NPN管(Q5)的基极;
第七NPN管(Q7)的基极连接自身的集电极、第八NPN管(Q8)的基极和第四电阻(R4)的一端,其发射极连接采样信号(VDET);
第八NPN管(Q8)的基极连接第七NPN管(Q7)的集电极、第七NPN管(Q7)的基极和第四电阻(R4)的一端,其集电极连接第四PMOS管(P4)的漏极和输出端Reg_on,其发射极连接参考地端口(GND);
第三电阻(R3)的一端连接第六NPN管(Q6)的集电极和第五NPN管(Q5)的基极,第三电阻(R3)的另一端连接第六NPN管(Q6)的基极和第三电流源(I3);
第四电阻(R4)的一端连接第七NPN管(Q7)的集电极、第七NPN管(Q7)的基极和第八NPN管(Q8)的基极,第四电阻(R4)的另一端连接第四电流源(I4);
第三电流源(I3)连接第三电阻(R3)的一端和第六NPN管(Q6)的基极;
第四电流源(I4)连接第四电阻(R4)的一端。
2.根据权利要求1所述的一种同步整流转换器,其特征在于:所述开关MOS管(N1)与采样MOS管(N2)集成于同一硅片上,为共衬底结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种同步整流转换器,其特征在于:采样MOS管(N2)检测开关MOS管(N1)源漏极间的电压信号,并输出采样信号(VDET)给控制电路;控制电路通过处理采样信号(VDET),产生开启信号(SR_on)、调节上拉信号(Reg_on)、调节下拉信号(Reg_off)以及关断信号(SR_off),调整接到开关MOS管(N1)栅极的驱动信号(GATE)的电位,控制同步整流转换器的开启与关断。
4.根据权利要求1所述的一种同步整流转换器,其特征在于:对于上子电路,当采样信号(VDET)电压大于设定的第三阈值V3时,输出端Reg_off为高电位,即满足如下关系:VDET+I1*R1>0
VDET>-I1*R1
输出端Reg_off为高电位;
其中,R1指第一电阻,I1指第一电流源,VDET指采样信号的电压值;将-I1*R1定义为第三阈值V3,且上子电路中的第一电阻(R1)和第二电阻(R2)为等阻值大小的电阻,第一电流源(I1)和第二电流源(I2)为电流源,其电流大小相同;
对于下子电路,当采样信号(VDET)电压小于设定的第四阈值V4时,输出端Reg_on为高电位,即满足如下关系:VDET+I4*R4<0
VDET<-I4*R4
输出端Reg_on为高电位;
其中,R4指第四电阻,I4指第四电流源,VDET指采样信号的电压值;将-I4*R4定义为第四阈值V4,且下子电路中的第三电阻(R3)和第四电阻(R4)为等阻值大小的电阻,第三电流源(I3)和第四电流源(I4)为电流源,其电流大小相同。
5.根据权利要求1所述的一种同步整流转换器,其特征在于:所述可过温保护的输出线损补偿电路(205)包括第五PMOS管(P5)、第六PMOS管(P6)、第七PMOS管(P7)、第八PMOS管(P8)、第九PMOS管(P9)、第三NMOS管(N3)、第四NMOS管(N4)、第五NMOS管(N5)、第六NMOS管(N6)、第七NMOS管(N7)、第八NMOS管(N8)、第九NMOS管(N9)、第九NPN管(Q9)、第一电压源(V1)、第五电流源(I5)、第六电流源(I6)、第七电流源(I7)以及第一逻辑非门(M1);
第五PMOS管(P5)的源极与供电端口(VCC)相连,其栅极连接自身的漏极、第六PMOS管(P6)的栅极、第三NMOS管(N3)的漏极和第五NMOS管(N5)的漏极;
第六PMOS管(P6)的栅极连接第五PMOS管(P5)的栅极、第五PMOS管(P5)的漏极、第三NMOS管(N3)的漏极和第五NMOS管(N5)的漏极,其源极和供电端口(VCC)相连,其漏极连接第八NMOS管(N8)的漏极、第四NMOS管(N4)的栅极和第一逻辑非门(M1)的输入端;
第七PMOS管(P7)的栅极连接第九NPN管(Q9)的基极、第九NPN管(Q9)的集电极和第五电流源(I5),其源极连接第六电流源(I6),其漏极连接第六NMOS管(N6)的漏极、第六NMOS管(N6)的栅极、第五NMOS管(N5)的栅极和第三NMOS管(N3)的栅极;
第八PMOS管(P8)的栅极连接第一电压源(V1),其源极连接第六电流源(I6),其漏极连接第七NMOS管(N7)的漏极、第七NMOS管(N7)的栅极和第八NMOS管(N8)的栅极;
第九PMOS管(P9)的栅极连接第一逻辑非门(M1)的输出端,接收过温保护信号OTP,其源极连接第七电流源(I7),其漏极连接第九NMOS管(N9)的漏极和输出补偿端口(COMP);
第三NMOS管(N3)的栅极连接第五NMOS管(N5)的栅极、第六NMOS管(N6)的栅极、第六NMOS管(N6)的漏极和第七PMOS管(P7)的漏极,其漏极连接第五PMOS管(P5)的栅极、第五PMOS管(P5)的漏极、第六PMOS管(P6)的栅极和第五NMOS管(N5)的漏极,其源极与第四NMOS管(N4)的漏极相连;
第四NMOS管(N4)的栅极连接第六PMOS管(P6)的漏极、第八NMOS管(N8)的漏极和第一逻辑非门(M1)的输入端,其漏极连接第三NMOS管(N3)的源极,其源极与参考地端口(GND)相连;
第五NMOS管(N5)的栅极连接第三NMOS管(N3)的栅极、第六NMOS管(N6)的漏极、第六NMOS管(N6)的栅极和第七PMOS管(P7)的漏极,其漏极连接第五PMOS管(P5)的栅极、第五PMOS管(P5)的漏极、第六PMOS管(P6)的栅极和第三NMOS管(N3)的漏极,其源极与参考地端口(GND)相连;
第六NMOS管(N6)的栅极连接自身的漏极、第五NMOS管(N5)的栅极、第三NMOS管(N3)的栅极和第七PMOS管(P7)的漏极,其源极与参考地端口(GND)相连;
第七NMOS管(N7)的栅极连接自身的漏极、第八NMOS管(N8)的栅极和第八PMOS管(P8)的漏极,其源极与参考地端口(GND)相连;
第八NMOS管(N8)的栅极连接第七NMOS管(N7)的栅极、第七NMOS管(N7)的漏极和第八PMOS管(P8)的漏极,其漏极连接第六PMOS管(P6)的漏极、第四NMOS管(N4)的栅极和第一逻辑非门(M1)的输入端,其源极与参考地端口(GND)相连;
第九NMOS管(N9)的栅极与驱动信号(GATE)相连,其漏极连接输出补偿端口(COMP)和第九PMOS管(P9)的漏极,其源极与参考地端口(GND)相连;
第九NPN管(Q9)的基极连接自身的集电极、第五电流源(I5)和第七PMOS管(P7)的栅极,其发射极与参考地端口(GND)相连;
第一电压源(V1)连接第八PMOS管(P8)的栅极;
第五电流源(I5)连接第九NPN管(Q9)的基极、第九NPN管(Q9)的集电极和第七PMOS管(P7)的栅极;
第六电流源(I6)连接第七PMOS管(P7)的源极和第八PMOS管(P8)的源极;
第七电流源(I7)连接第九PMOS管(P9)的源极;
第一逻辑非门(M1)的输入端连接第六PMOS管(P6)的漏极、第四NMOS管(N4)的栅极、第八NMOS管(N8)的漏极,其输出端连接第九PMOS管(P9)的栅极,传输过温保护信号OTP到第九PMOS管(P9)的栅极。
6.根据权利要求5所述的一种同步整流转换器,其特征在于:驱动信号(GATE)为高时,第九NMOS管(N9)导通,有一电流Icomp从输出补偿端口(COMP)流入,利用电流实现输出线损补偿;
第七PMOS管(P7)的栅极连接第九NPN管(Q9)的基极和集电极,第八PMOS管(P8)的栅极连接第一电压源(V1),第九NPN管(Q9)的基极和发射极间的结压降VBE为负温度系数,当芯片的工作环境温度过高时,此时:VBE
则过温保护信号OTP为低;
其中,VBE指第九NPN管(Q9)的基极和发射极间的结压降,V1指第一电压源;
当过温保护信号OTP为低,第九PMOS管(P9)导通,一电流Icomp从输出补偿端口(COMP)流出,利用电流实现过温保护。