本發(fā)明總體上涉及電子電路，并且具體地涉及用于感測和控制電流的方法和電路。

背景技術(shù)：

圖1(現(xiàn)有技術(shù))是總體以100表示的常規(guī)降壓轉(zhuǎn)換器的示意性電路圖。為了感測高側(cè)功率n溝道場效應(yīng)晶體管(“NFET”)MN₁的電流，NFET MN_SNS與MN₁并聯(lián)連接，使得它們兩者共享公共漏極和柵極連接。MN₁和MN_SNS的漏極連接到輸入電壓節(jié)點(diǎn)(具有電壓V_IN)。MN₁和MN_SNS的柵極連接到驅(qū)動器102的輸出，驅(qū)動器102(a)從控制電路104接收電壓信號V_GD；并且(b)通過這種輸出驅(qū)動V_GD到那些柵極。

MN_SNS的源極連接到節(jié)點(diǎn)A，該節(jié)點(diǎn)A進(jìn)一步連接到放大器106的第一輸入(“+”)。MN₁的源極連接到節(jié)點(diǎn)B(具有電壓V_SW)，該節(jié)點(diǎn)B進(jìn)一步連接到放大器106的第二輸入(“-”)。放大器106的輸出連接到NFET MN_A的柵極。

MN_A的源極連接到地，并且MN_A的漏極作為反饋連接到節(jié)點(diǎn)A。因此，當(dāng)放大器106有效時，MN_A和放大器106一起操作以保持節(jié)點(diǎn)A的電壓相對接近(例如略高于)節(jié)點(diǎn)B的電壓。以這種方式，MN_SNS感測流過MN₁的電流，而MN_A感測流過MN_SNS的電流。NFET MN_B對流過MN_A的電流成鏡像。

當(dāng)MN₁和MN_SNS導(dǎo)通時，它們根據(jù)MN₁和MN_SNS之間的溝道寬度比率傳導(dǎo)相應(yīng)量的電流。在一個示例中，這種溝道寬度比率相對較大，使得MN₁傳導(dǎo)在安培數(shù)量級上的電流，而MN_SNS、MN_A和MN_B傳導(dǎo)在微安數(shù)量級上的電流。

如圖1所示，節(jié)點(diǎn)B通過二極管108(具有電壓降-V_D)耦合到地。此外，節(jié)點(diǎn)B通過電感器L(具有可變電流I_L)耦合到節(jié)點(diǎn)C(具有電壓V_OUT)。節(jié)點(diǎn)C通過電容器C耦合到地。此外，節(jié)點(diǎn)C通過負(fù)載110(具有電流I_LOAD)耦合到地。

控制電路104連接到MN_B的漏極。響應(yīng)于流過MN_B的電流I_SENSE并且響應(yīng)于V_OUT，控制電路104適當(dāng)?shù)貙_GD調(diào)整為反饋，以通過交替地切換MN₁的柵極導(dǎo)通和關(guān)斷來控制(例如，選擇性地增強(qiáng)和選擇性地限制)I_L。

在每個開關(guān)周期期間，V_SW從-V_D擺動到接近V_IN。在一個示例中，放大器106(a)在V_SW約等于-V_D(其在放大器106的輸入范圍之外)時無效；并且(b)在V_SW上升到接近V_IN時變?yōu)橛行?。然而，?dāng)V_SW升高時，I_SENSE不正確地過沖，因?yàn)镸N₁的初始V_DS約等于V_IN+V_D。因此，控制電路104在每個開關(guān)周期的開始(消隱時間)忽略I_SENSE，這限制了電路100的最小占空比及其最大開關(guān)頻率。

此外，通過節(jié)點(diǎn)B，放大器106的第二輸入(“-”)直接連接到外部高壓開關(guān)節(jié)點(diǎn)，其將第二輸入(“-”)暴露于開關(guān)節(jié)點(diǎn)的寄生和靜電放電(“ESD”)。因此，為了保護(hù)第二輸入(“-”)免受高壓ESD的影響，放大器106包括用于這種保護(hù)的附加電路，即使MN₁是自保護(hù)的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在所描述的示例中，電感器傳導(dǎo)可變的第一電流。第一晶體管通過電感器耦合到輸出節(jié)點(diǎn)。響應(yīng)于電壓信號，第一晶體管交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，使得第一電流在第一晶體管響應(yīng)于電壓信號而導(dǎo)通時增強(qiáng)；并且第一電流在第一晶體管響應(yīng)于電壓信號而關(guān)斷時受限。第二晶體管耦合到第一晶體管。第二晶體管傳導(dǎo)可變的第二電流。第二晶體管的導(dǎo)通/關(guān)斷與電壓信號無關(guān)?？刂齐娐犯袦y第二電流并調(diào)節(jié)電壓信號以響應(yīng)于第二電流的感測和輸出節(jié)點(diǎn)的電壓交替地導(dǎo)通和關(guān)斷第一晶體管。

附圖說明

圖1(現(xiàn)有技術(shù))是常規(guī)降壓轉(zhuǎn)換器的示意性電路圖。

圖2是示例實(shí)施例的降壓轉(zhuǎn)換器的示意性電路圖。

圖3A是用于示出圖2的電路的示例操作的第一曲線圖。

圖3B是用于示出圖2的電路的示例操作的第二曲線圖。

圖3C是用于示出圖2的電路的示例操作的第三曲線圖。

具體實(shí)施方式

圖2是示例實(shí)施例的降壓轉(zhuǎn)換器的示意性電路圖，總體上以200表示。在圖2中，NFET MN_SNS與NFET MN₂并聯(lián)連接，使得它們兩者共享公共源極和柵極連接。MN₂和MN_SNS的源極連接到輸入電壓節(jié)點(diǎn)(具有電壓V_IN)。MN₂和MN_SNS的柵極通過二極管202耦合到節(jié)點(diǎn)D。節(jié)點(diǎn)D具有電壓V_BOOT。

MN_SNS的漏極連接到節(jié)點(diǎn)E，該節(jié)點(diǎn)E進(jìn)一步連接到放大器204的第一輸入(“+”)。MN₂的漏極連接到節(jié)點(diǎn)F，該節(jié)點(diǎn)F進(jìn)一步連接到放大器204的第二輸入(“-”)。放大器204的輸出連接到NFET MN_A的柵極。

MN_A的源極連接到地，并且MN_A的漏極作為反饋連接到節(jié)點(diǎn)E。當(dāng)放大器204有效時，MN_A和放大器204一起操作以保持節(jié)點(diǎn)E的電壓相對接近(例如略微高于)節(jié)點(diǎn)F的電壓。以這種方式，MN_SNS對流過MN₂的可變電流成鏡像，而MN_A感測流過MN_SNS的電流。NFET MN_B對流過MN_A的電流成鏡像。

當(dāng)MN₂和MN_SNS導(dǎo)通時，它們根據(jù)MN₂和MN_SNS之間的溝道寬度比率傳導(dǎo)相應(yīng)量的電流。在一個示例中，這種溝道寬度比率相對較大，使得MN₂傳導(dǎo)在安培數(shù)量級上的電流，而MN_SNS、MN_A和MN_B傳導(dǎo)在微安數(shù)量級上的電流。

節(jié)點(diǎn)D通過二極管206耦合到箝位電路208，該箝位電路208通過其連接在輸入電壓節(jié)點(diǎn)和地之間而接收功率。此外，節(jié)點(diǎn)D通過電容器C_BOOT耦合到節(jié)點(diǎn)G(具有電壓V_SW)。驅(qū)動器210耦合在節(jié)點(diǎn)D和節(jié)點(diǎn)G之間，因此驅(qū)動器210從C_BOOT接收其功率。

NFET MN₁的柵極連接到驅(qū)動器210的輸出，該驅(qū)動器210(a)從控制電路212接收電壓信號V_GD；并且(b)通過這種輸出驅(qū)動V_GD到這種柵極。MN₁的漏極連接到節(jié)點(diǎn)F，并且MN₁的源極連接到節(jié)點(diǎn)G。

如圖2所示，節(jié)點(diǎn)G通過二極管214(具有電壓降-V_D)耦合到地。此外，節(jié)點(diǎn)G通過電感器L(具有可變電流I_L)耦合到節(jié)點(diǎn)H(具有電壓V_OUT)。節(jié)點(diǎn)H通過電容器C耦合到地。此外，節(jié)點(diǎn)H通過負(fù)載216(具有電流I_LOAD)耦合到地。

控制電路212連接到MN_B的漏極。響應(yīng)于流過MN_B的電流I_SENSE并且響應(yīng)于V_OUT，控制電路212通過交替地切換MN₁的柵極導(dǎo)通和關(guān)斷來適當(dāng)?shù)貙_GD調(diào)整為反饋以控制I_L。例如：(a)當(dāng)MN₁響應(yīng)于V_GD而接通時，MN₁增強(qiáng)I_L；并且(b)當(dāng)MN₁響應(yīng)于V_GD關(guān)斷時，MN₁限制電流I_L。

在電路200操作的一個示例中，V_IN大約為10伏特，并且箝位電路208進(jìn)行操作以對C_BOOT充電，使得C_BOOT具有約5伏的基本恒定電壓。以這種方式，V_BOOT-V_sw＝約5伏，其總是足以為驅(qū)動器210供電，并且V_BOOT總是高到足以導(dǎo)通MN₂。因此，在這種操作中，MN₂總是導(dǎo)通并且繼續(xù)傳導(dǎo)至少一些電流，而不管MN₁是否接通，從而MN₂的導(dǎo)通/關(guān)斷切換與V_GD無關(guān)。

當(dāng)MN₁截止時，V_SW＝-V_D(例如，-0.7伏)，V_BOOT＝V_SW+約5伏，并且MN₂的V_DS約等于0伏(例如，因?yàn)殡娏鞑涣鬟^MN₂)。當(dāng)MN₁接通時，V_SW約等于V_IN＝10伏，V_BOOT＝V_SW+約5伏，并且MN₂的V_DS約等于100毫伏(例如，MN₂的電阻乘以流過MN₂的電流)。因此，由于MN₂的漏極電壓V_D總是等于V_IN＝10伏，因此MN₂的V_DS在約0伏和100毫伏之間擺動，即使當(dāng)V_SW在-V_D和-10伏之間擺動時也是如此。

以這種方式，響應(yīng)于MN₁被導(dǎo)通，I_SENSE具有較小的過沖(例如，電流尖峰)。I_SENSE穩(wěn)定下來的速度主要由MN_A和放大器204的速度確定。由于響應(yīng)于MN₁被導(dǎo)通，I_SENSE具有較小的過沖，所以控制電路212在每個開關(guān)周期開始時具有較少的消隱(blanking)時間。因此，控制電路212更快地響應(yīng)I_SENSE，其允許電路200以較低的占空比(例如，較高的輸入與輸出電壓比)和較高的開關(guān)頻率(例如，較小的L和C)操作。

此外，盡管節(jié)點(diǎn)G直接連接到外部高電壓開關(guān)節(jié)點(diǎn)，放大器204的第二輸入(“-”)直接連接到節(jié)點(diǎn)F而不是節(jié)點(diǎn)G。因此，保護(hù)第二輸入(“-”)不受開關(guān)節(jié)點(diǎn)的寄生和ESD的影響，而不需要放大器204包括用于這種保護(hù)的附加電路。

此外，MN₂有助于保護(hù)V_IN免受V_OUT的損壞。與MN₁相比，MN₂對于給定電阻可占據(jù)較少的硅面積。例如，MN₂和MN_SNS可以是相對低電壓的晶體管(例如，因?yàn)樗鼈儾恍枰h(yuǎn)離輸入電壓，而是僅需要它們的歐姆電壓降)，這使得能夠在它們之間實(shí)現(xiàn)更精確的電流感測的更好匹配。

圖3A是通過MN₁的電流的曲線圖。圖3B是電壓V_SW的曲線圖。圖3C是電流I_SENSE的曲線圖。V_BOOT總是高到足以導(dǎo)通MN₂(使得MN₂繼續(xù)傳導(dǎo)至少一些電流，而不管MN₁是否導(dǎo)通)，因此節(jié)點(diǎn)F的電壓在幾百毫伏的范圍內(nèi)擺動，其明顯小于電壓V_SW的范圍。MN₂的V_DS從約0伏(而不是V_IN)開始，使得在電流I_SENSE中基本上避免過沖。如在圖3C中所示，電流I_SENSE以相對短的延遲(根據(jù)MN_A和放大器204之間的反饋速度)穩(wěn)定在約25微安。

在所描述的實(shí)施例中修改是可能的，并且在權(quán)利要求的范圍內(nèi)的其它實(shí)施例是可能的。