專利名稱：Dc-dc同步管的控制方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及節(jié)能環(huán)保電子產(chǎn)品，具體涉及一種直流-直流(DC-DC)同步管的控制方法和裝置。
背景技術(shù)：
同步整流是指采用導(dǎo)通電阻極低的功率場(chǎng)效應(yīng)管(M0SFET)，即同步管，來(lái)取代整流電路中的整流二極管以降低整流損耗的一項(xiàng)新技術(shù)，但是整流電路中的功率管只能使用MOSFET而不能使用二極管。它能大大提高DC-DC變換器的效率并且不存在由肖特基勢(shì)壘電壓而造成的死區(qū)電壓。功率MOSFET屬于電壓控制型器件。用功率MOSFET做整流器時(shí)， 要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，故稱之為同步整流。目前，在低壓輸出的DC-DC開(kāi)關(guān)電源中廣泛采用同步整流技術(shù)。采用同步整流技術(shù)的好處是一、可以提高電源的轉(zhuǎn)換效率，從而節(jié)約能源。二、當(dāng)同步管集成到集成電路 (IC)里面以后，減少了外圍元器件，從而節(jié)省了應(yīng)用成本。三、當(dāng)同步管集成到IC里面以后，減小了電源的體積。下面以降壓式變換電路(BUCK)結(jié)構(gòu)的同步整流DC-DC為例來(lái)介紹傳統(tǒng)的同步管控制電路。

圖1所示為傳統(tǒng)的BUCK同步整流DC-DC的電路拓?fù)鋱D。其中示出了用于同步管控制的比較器(ICMP)。圖2和圖3分別給出了電路工作在連續(xù)模式和非連續(xù)模式的電感電流、功率管、同步管的工作電信號(hào)波形。如圖2、3所示，同步管在電感電流充電階段應(yīng)關(guān)閉，在電感電流放電階段導(dǎo)通(電感電流IL上升時(shí)是充電階段，IL下降時(shí)是放電階段)。如圖3所示，當(dāng)電路工作于非連續(xù)模式時(shí)，電感電流會(huì)下降到零，此時(shí)應(yīng)該將同步管關(guān)斷，以防止電感電流倒流。傳統(tǒng)的同步管控制方法是采用一個(gè)比較器(ICMP)來(lái)檢測(cè)同步管兩端的電壓，其輸出用來(lái)控制同步管的關(guān)斷。參看圖1和圖3，在電感電流放電階段，電感電流未下降到零時(shí)，SW端電壓為負(fù)，低于GND電壓，比較器輸出X為低電平，允許同步管打開(kāi)。當(dāng)電感電流下降到零并出現(xiàn)倒流時(shí)，SW端電壓為正，高于GND電壓，比較器輸出X為高電平，關(guān)閉同步管。由于實(shí)際的比較器具有一定的傳輸延時(shí)，當(dāng)SW端電壓過(guò)零時(shí)比較器并不立即翻轉(zhuǎn)，而是延遲一段時(shí)間后再翻轉(zhuǎn)到高電平，此時(shí)SW端電壓已經(jīng)為正，即電感電流已經(jīng)出現(xiàn)倒流。所以通常給比較器設(shè)置一個(gè)固定的輸入失調(diào)，以使得比較器提前動(dòng)作，理想的情形時(shí)當(dāng)電感電流剛好過(guò)零時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)并關(guān)閉同步管。下面說(shuō)明基于傳統(tǒng)的同步管控制方法所遇到的困難
一、在集成電路工藝中，尤其是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝，由于比較器具有較大的隨機(jī)輸入失調(diào)，所以比較器的實(shí)際翻轉(zhuǎn)時(shí)間點(diǎn)會(huì)表現(xiàn)出隨機(jī)的偏差。例如假設(shè)比較器的隨機(jī)輸入失調(diào)(VOS)最大為+/-15mV，則同步管關(guān)斷時(shí)的電感電流誤差為 I=V0S/RDS0N例如假設(shè)同步管的導(dǎo)通電阻為0.20hm，則在同步管關(guān)斷時(shí)刻的電感電流誤差為 +/-75mA。假設(shè)在VOS=O時(shí)同步管剛好在電感電流過(guò)零點(diǎn)關(guān)斷，則當(dāng)V0S=15mv時(shí)同步管關(guān)斷時(shí)刻電感電流為75mA，當(dāng)V0S=-15mv時(shí)同步管關(guān)斷時(shí)刻電感電流為_(kāi)75mA(出現(xiàn)倒流)。二、在不同的輸出電壓VO和電感L下，電感電流的變化速率有明顯的差異，所以對(duì)于固定的比較器延時(shí)電感電流的變化也會(huì)比較大。電感電流的變化量由下面公式給出
權(quán)利要求
1.一種DC-DC同步管的控制方法，由第一比較器檢測(cè)其輸入端之間的電壓差并輸出控制同步管的關(guān)斷，其特征在于，還包括以下步驟由第二比較器檢測(cè)同步管兩端的電壓差并輸出當(dāng)前時(shí)鐘周期同步管的控制誤差信息；由同步管控制誤差歷史信息存儲(chǔ)與運(yùn)算單元根據(jù)第N時(shí)鐘周期第二比較器的輸出來(lái)決策在第N+i時(shí)鐘周期減少或者增加第一比較器輸入端的輸入失調(diào)電壓；N，i是自然數(shù)；所述第一比較器輸入端的輸入失調(diào)電壓減少或增加的基準(zhǔn)是前一個(gè)時(shí)鐘周期同步管關(guān)斷時(shí)刻同步管兩端的電壓差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制方法，其特征在于，根據(jù)前一時(shí)鐘周期同步管提前關(guān)斷進(jìn)行的是在下一個(gè)時(shí)鐘周期加所述第一比較器輸入端的輸入失調(diào)電壓，而根據(jù)前一時(shí)鐘周期同步管滯后關(guān)斷是在下一個(gè)時(shí)鐘周期減所述第一比較器輸入端的輸入失調(diào)電壓。
3.—種DC-DC同步管的控制裝置，電連接同步整流電路中的同步管，其特征在于，包括第一比較器，輸出端電連接所述同步管的柵極；輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)器，輸出端電連接第一比較器的第一輸入端，輸入端電連接所述同步管的源極和漏極中的一個(gè)，用于根據(jù)同步管控制誤差歷史信息存儲(chǔ)與運(yùn)算單元的輸出控制信號(hào)增大或減小輸入電壓后輸出；第一比較器第二輸入端電連接所述同步管的源極和漏極中的另一個(gè)；第二比較器，二輸入端分別對(duì)應(yīng)電連接所述同步管的源極和漏極； 同步管控制誤差歷史信息存儲(chǔ)與運(yùn)算單元，電連接第二比較器的輸出端、所述輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)器和所述同步整流電路中功率管的柵極，用于根據(jù)第N時(shí)鐘周期第二比較器的輸出，在第N+i時(shí)鐘周期向所述輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)器輸出減少控制信號(hào)或者增加控制信號(hào)；N，i是自然數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述控制裝置，其特征在于，第一比較器是高增益比較器，第二比較器是高速比較器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述控制裝置，其特征在于，所述同步整流電路是降壓式變換電路結(jié)構(gòu)或升壓式變換電路結(jié)構(gòu)或升降壓式變換電路結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述控制裝置，其特征在于，所述同步管是N溝道型和P溝道型場(chǎng)效應(yīng)管。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述控制裝置，其特征在于，所述輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)器包括串接的恒流源和一個(gè)以上電阻，所述輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)器的輸出端電連接在所述恒流源和第一電阻之間，所述輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)器的輸入端根據(jù)控制信號(hào)選擇電連接在不同的電阻之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述控制裝置，其特征在于，所述輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)器包括受控的電流源和一個(gè)電阻，所述輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)器的輸出端電連接在所述受控電流源的輸出和電阻之間，所述輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)器的輸入端連接在所述電阻的另外一端。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述控制裝置，其特征在于，所述同步管控制誤差歷史信息存儲(chǔ)與運(yùn)算單元包括相互電連接的D觸發(fā)器和加減記數(shù)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述控制裝置，其特征在于，所述同步管控制誤差歷史信息存儲(chǔ)與運(yùn)算單元包括D觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)電路、電荷泵電路和受控電流源電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種DC-DC同步管的控制方法和裝置，其中裝置包括第一比較器、第二比較器、同步管控制誤差歷史信息存儲(chǔ)與運(yùn)算單元和輸入失調(diào)電壓調(diào)節(jié)器；方法包括由第一比較器檢測(cè)其輸入端之間的電壓差，第一比較器輸出用來(lái)控制同步管的關(guān)斷；由第二比較器檢測(cè)同步管兩端的電壓差，第二比較器輸出當(dāng)前時(shí)鐘周期同步管的控制誤差信息；同步管控制誤差歷史信息存儲(chǔ)與運(yùn)算單元根據(jù)第N時(shí)鐘周期第二比較器的輸出來(lái)決策在第N+1、N+2、N+3…時(shí)鐘周期減少或者增加第一比較器輸入端的輸入失調(diào)電壓；所述第一比較器輸入端的輸入失調(diào)電壓減少或增加的基準(zhǔn)是在前一個(gè)時(shí)鐘周期同步管關(guān)斷時(shí)刻同步管兩端的電壓差。
文檔編號(hào)H02M3/10GK102299623SQ20111023961
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月20日
發(fā)明者李永紅, 黃朝剛 申請(qǐng)人:泉芯電子技術(shù)(深圳)有限公司