用于DC-DC转换器的供电电路的制作方法

发电;变电;配电装置的制造技术用于dc-dc转换器的供电电路技术领域1.本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种用于dc-dc转换器的供电电路。背景技术：2.随着集成电路产业的飞速发展与集成电路市场的日趋扩大，直流转直流(dc-dc)转换器也受到了广泛的关注和快速发展。dc-dc转换器作为一种高效率的开关电源技术，具有动态响应快、控制简单、可直接控制输出电流等优点，具有广泛应用。3.dc-dc转换器中常含有晶体管和电容，其中，需要电容来为晶体管供电，以打开晶体管；然而，由于传统的dc-dc转换器中电容产生的供电电压容易损耗，导致电路的工作效率较低。技术实现要素：4.本发明的主要目的在于提供一种用于dc-dc转换器的供电电路，以解决现有dc-dc转换器中电容产生的供电电压容易损耗，导致电路的工作效率较低的问题。5.为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种用于dc-dc转换器的供电电路，包括：6.供电电路设置于dc-dc转换器中并且供电电路包括：充电电路、电流检测电路、信号产生电路、驱动电路、开关电路、第一晶体管、第二晶体管、电感器、以及输出电路，其中：7.充电电路的第一端耦接输入电压端；8.电流检测电路被配置为根据流过电感器的电感电流生成电流指示信号；9.信号产生电路被配置为产生调制信号并向驱动电路提供调制信号；10.驱动电路被配置为根据电流指示信号和调制信号驱动第一晶体管和第二晶体管；11.开关电路的第一端耦接充电电路的第二端，开关电路被配置为根据电流指示信号和调制信号，控制充电电路的第二端在第一开关状态和第二开关状态之间切换，其中，第一开关状态为充电电路的第二端耦接接地端，第二开关状态为充电电路的第二端耦接第一晶体管的第二极；12.第一晶体管的控制极耦接驱动电路的第一输出端，第一极耦接输入电压端，第二极耦接第二晶体管的第一极和电感器的第一端；13.第二晶体管的控制极耦接驱动电路的第二输出端，第二极耦接接地端；14.电感器的第二端耦接输出电压端；以及15.输出电路被配置为根据流过电感器的电感电流生成输出电压信号。16.可选地，驱动电路的第一端耦接充电电路的第三端，驱动电路的第二端耦接开关电路的第二端；17.驱动电路包括第一驱动电路和第二驱动电路；18.信号产生电路被配置为产生调制信号并向第一驱动电路和第二驱动电路提供调制信号；19.第一驱动电路被配置为根据调制信号驱动第一晶体管，第一晶体管的控制极耦接第一驱动电路的输出端；20.第二驱动电路被配置为根据电流指示信号和调制信号驱动第二晶体管，第二晶体管的控制极耦接第二驱动电路的输出端。21.进一步地，第一驱动电路的输入端耦接信号产生电路的输出端，第一驱动电路的第二端耦接开关电路的第一端；22.第二驱动电路的第一输入端耦接电流检测电路的输出端，第二驱动电路的第二输入端耦接信号产生电路的输出端。23.可选地，开关电路包括触发器和单刀双掷开关，其中：24.触发器的第一输入端耦接信号产生电路的输出端，触发器的第二输入端耦接电流检测电路的输出端，触发器的输出端耦接单刀双掷开关的控制端，触发器被配置为根据电流检测电路输出的电流指示信号和信号产生电路输出的调制信号，控制单刀双掷开关；25.单刀双掷开关的第一端耦接充电电路的第二端，单刀双掷开关的第二端耦接第一晶体管的第二极，单刀双掷开关的第三端耦接接地端，单刀双掷开关被配置为控制充电电路的第二端在耦接单刀双掷开关的第二端和耦接单刀双掷开关的第三端之间切换。26.进一步地，开关电路还包括延时器，27.延时器被配置为位于电流检测电路和触发器之间，延时器的第一端耦接电流检测电路的输出端，延时器的第二端耦接触发器的第二输入端。28.可选地，充电电路包括：二极管、以及第一电容器，其中：29.二极管的第一端耦接输入电压端，二极管的第二端耦接第一电容器的第一端和第一驱动电路的第一端；30.第一电容器的第二端耦接开关电路的第一端。31.可选地，电流检测电路包括过零检测器，过零检测器被配置为当流过电感器的电感电流为0时，生成电流指示信号。32.可选地，信号产生电路产生的调制信号包括脉冲宽度调制信号。33.可选地，输出电路包括：第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器、以及第二电容器；34.其中，第一电阻器的第一端耦接电感器的第二端和输出电压端，第一电阻器的第二端耦接第二电阻器的第一端；35.第二电阻器的第二端耦接第二晶体管的第二极和接地端；36.第三电阻器的第一端耦接电感器的第二端和输出电压端，第三电阻器的第二端耦接第二晶体管的第二极和接地端；37.第四电阻器的第一端耦接电感器的第二端和输出电压端，第四电阻器的第二端耦接第二电容器的第一端；38.第二电容器的第二端耦接第二晶体管的第二极和接地端。39.本发明的第二方面提供了一种dc-dc转换器，该dc-dc转换器包括第一方面任意一项提供的供电电路。40.在本发明实施例提供的用于dc-dc转换器的供电电路中，供电电路设置于dc-dc转换器中并且供电电路包括：充电电路、电流检测电路、信号产生电路、驱动电路、开关电路、第一晶体管、第二晶体管、电感器、以及输出电路，开关电路的第一端耦接充电电路的第二端，开关电路被配置为根据电流指示信号和调制信号，控制充电电路的第二端在第一开关状态和第二开关状态之间切换，其中，第一开关状态为充电电路的第二端耦接接地端，第二开关状态为充电电路的第二端耦接第一晶体管的第二极；通过控制充电电路的第二端在接地和耦接第一晶体管第二极之间切换，使得充电电路在接地时实现充电补电，在耦接第一晶体管第二极时实现供电，不易导致损耗，提高轻负载电路的效率，解决了现有dc-dc转换器中电容产生的供电电压容易损耗，导致电路的工作效率较低的问题。附图说明41.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。42.图1为传统的用于dc-dc转换器的供电电路的电路图；43.图2为本发明实施例提供的用于dc-dc转换器的供电电路的示例性框图；44.图3为本发明实施例提供的用于dc-dc转换器的供电电路的示例性电路图；45.图4为本发明实施例提供的用于dc-dc转换器的供电电路的示例性仿真结果图。具体实施方式46.为了使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，也都属于本发明保护的范围。47.除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明主题所属领域的技术人员所通常理解的相同含义。进一步将理解的是，诸如在通常使用的词典中定义的那些的术语应解释为具有与说明书上下文和相关技术中它们的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的形式来解释，除非在此另外明确定义。如在此所使用的，将两个或更多部分“连接”或“耦接”到一起的陈述应指这些部分直接结合到一起或通过一个或多个中间部件结合。48.在本发明的所有实施例中，由于晶体管的源极和漏极(发射极和集电极)是对称的，并且n型晶体管和p型晶体管的源极和漏极(发射极和集电极)之间的导通电流方向相反，因此在本发明的实施例中，将晶体管的受控中间端称为控制极，将晶体管的其余两端分别称为第一极和第二极。本发明的实施例中所采用的晶体管主要是开关晶体管。另外，诸如“第一”和“第二”的术语仅用于将一个部件(或部件的一部分)与另一个部件(或部件的另一部分)区分开。49.图1示出了一种用于dc-dc转换器的供电电路的示例性电路图。通过dc-dc转换器能将一个直流电压转换成其他的直流电压，其中，pwm为采用脉冲宽度调制方式的功率管开启信号，开关脉冲的频率一定，通过改变脉冲输出宽度，使输出电压达到稳定；zcd为过零检测电路或零交叉检测器，用于过零检测或零电流检测，zcd信号作为关闭下管信号，断开下管；sbd为肖特基二极管；bst和sw代表电路中的两个节点及各自对应的电压值；vin为输入电压，vout为输出电压，cout为输出电容，resr为等效串联电阻。50.buck型dc-dc应用中，当选择nmos场效应管作为功率管时，需要一个bst电容来为其驱动部分高边驱动driver_hside进行供电。51.轻负载时，当过零检测电路zcd检测到流过电感l的电流降低到0以后，sw节点处的电压由0变为输出电压vout，此时，电容cbst两端电压保持不变，bst节点处的电压为bst＝vin+sw。随着功率管断开时间toff时间的加长，电容cbst上电荷会随着漏电而逐渐减少，最终致使bst＝vin，bst与sw电压差将变为：vin-sw＝vin-vout。功率管需要开启时，如果vin-vout小于功率管开启阈值vgs(th)，会造成功率管无法开启，即使能开启，也会因为功率管的vgs压差较低，而导通阻抗恶劣，影响系统效率。52.为了减小导通阻抗，相关技术在轻负载时，会在高边功率管hs开启之前先开启下管ls(或部分下管)，将电容cbst重新充电到预定值，之后再开启功率管。然而，这种方式会导致效率的损失，以及输出电压纹波的增加。例如，当电路工作于此种情况之下，在开启功率管前先开启下管，以0.24uh电感、输出3v、下管开启100ns为例计算，电感电流峰值约为：100ns*3v/0.24u＝1.25a，这个电感电流的下降，将给系统带来额外的损耗。53.图2示出了本发明实施例提供的一种用于dc-dc转换器的供电电路的示例性框图。其中，供电电路设置于dc-dc转换器中并且供电电路包括：充电电路、电流检测电路、信号产生电路、驱动电路、开关电路、第一晶体管m1、第二晶体管m2、电感器、以及输出电路，其中：54.充电电路的第一端耦接输入电压端vin；55.电流检测电路被配置为根据流过电感器l的电感电流生成电流指示信号；电流检测电路包括过零检测器，过零检测器被配置为当流过电感器l的电感电流为0时，生成电流指示信号。本发明实施例提供的的供电电路应用于非连续导通模式(dcm模式)，dcm模式在开关周期内，电感电流总会回归到0，即电感会被“复位”，当检测到电感电流为零时，生成zcd信号，断开下管。56.信号产生电路被配置为产生调制信号并向驱动电路提供调制信号；信号产生电路产生的调制信号包括脉冲宽度调制信号pwm；57.驱动电路被配置为根据电流指示信号和调制信号驱动第一晶体管m1和第二晶体管m2，第一晶体管m1可以为高边功率管hs，作为上管，第二晶体管m2可以为低边功率管ls，作为下管；58.开关电路的第一端耦接充电电路的第二端，开关电路被配置为根据电流指示信号和调制信号，控制充电电路的第二端在第一开关状态和第二开关状态之间切换，其中，第一开关状态为充电电路的第二端耦接接地端gnd，第二开关状态为充电电路的第二端耦接第一晶体管m1的第二极；在第一开关状态，充电电路的第二端接地，在第二开关状态，充电电路的第二端与第一晶体管m1的第二极连接；59.第一晶体管m1的控制极耦接驱动电路的第一输出端，第一极耦接输入电压端vin，第二极耦接第二晶体管m2的第一极和电感器l的第一端；60.第二晶体管m2的控制极耦接驱动电路的第二输出端，第二极耦接接地端gnd；61.电感器l的第二端耦接输出电压端vout；62.输出电路被配置为根据流过电感器l的电感电流生成输出电压信号，输出电路的第一端耦接输出电压端vout，输出电路的第二端耦接接地端gnd。63.图3示出了本发明实施例提供的一种用于dc-dc转换器的供电电路的示例性电路图。在图3中，充电电路包括：二极管、以及第一电容器，其中，二极管可以为肖特基二极管sbd，第一电容器可以为自举电容cbst，二极管的第一端耦接输入电压端vin，二极管的第二端耦接第一电容器的第一端和第一驱动电路的第一端；第一电容器的第二端耦接开关电路的第一端。64.在本发明提供的一种可选的实施方式中，驱动电路的第一端耦接充电电路的第三端，驱动电路的第二端耦接开关电路的第二端；65.驱动电路包括第一驱动电路和第二驱动电路；第一驱动电路可以为高边驱动电路driver_hside，第二驱动电路可以为低边驱动电路driver_lside；66.信号产生电路被配置为产生调制信号并向第一驱动电路和第二驱动电路提供调制信号；67.第一驱动电路被配置为根据调制信号驱动第一晶体管m1，第一晶体管m1的控制极耦接第一驱动电路的输出端；68.第二驱动电路被配置为根据电流指示信号和调制信号驱动第二晶体管m2，第二晶体管m2的控制极耦接第二驱动电路的输出端。69.其中，第一驱动电路的输入端耦接信号产生电路的输出端，第一驱动电路的第二端耦接开关电路的第一端；70.第二驱动电路的第一输入端耦接电流检测电路的输出端，第二驱动电路的第二输入端耦接信号产生电路的输出端。71.在本发明提供的一种优选的实施方式中，开关电路包括触发器和单刀双掷开关k，其中：触发器可以为rs触发器，rs触发器包括输入端r、输入端s和输出端q；72.触发器的第一输入端耦接信号产生电路的输出端，触发器的第二输入端耦接电流检测电路的输出端，触发器的输出端耦接单刀双掷开关k的控制端，触发器被配置为根据电流检测电路输出的电流指示信号和信号产生电路输出的调制信号，控制单刀双掷开关k；第一输入端可以为rs触发器的输入端r，信号产生电路的输出端产生的调制信号输入到输入端r；第二输入端可以为rs触发器的输入端s，电流检测电路的输出端产生的电流指示信号输入到输入端s；输出端q可以根据输入的调制信号和电流指示信号，控制单刀双掷开关k；73.单刀双掷开关k的第一端耦接充电电路的第二端，单刀双掷开关k的第二端耦接第一晶体管m1的第二极，单刀双掷开关k的第三端耦接接地端gnd，单刀双掷开关k被配置为控制充电电路的第二端在耦接单刀双掷开关k的第二端和耦接单刀双掷开关k的第三端之间切换。单刀双掷开关k可以控制充电电路的第二端接地或连接上管的第二极，控制充电电路的第二端在接地与连接上管的第二极这两种状态之间切换。74.单刀双掷开关k在轻负载下，仅在电感电流降低至0时将bst电容cbst的下极板的连接端切换至gnd，其他状态下，电容cbst的下极板均保持与sw节点连通。当过零检测电路zcd检测到电感电流为0后，发出电流指示信号，断开下管，并将开关由原来的sw处切换至gnd处，此时，vin对bst电容cbst进行充电补电；当调制信号pwm到来时，功率管开启，再将开关切换回原来的sw处。75.通过开关电路中包括的触发器和单刀双掷开关，不造成额外的功率管开关动作，仅以一个小的开关切换bst电容下极板电压，结构简单，在不增加复杂的电荷泵或运放等对bst电容补电、不增加静态电流的前提下，对抗掉bst电容因为上极板电压被抬高后电荷损失无处补充的问题，几乎无额外损耗，在轻负载下提高效率。76.基于上述实施方式，在本发明提供的一种可选的实施方式中，开关电路还包括延时器delay，延时器delay被配置为位于电流检测电路和触发器之间，延时器的第一端耦接电流检测电路的输出端，延时器的第二端耦接触发器的第二输入端。延时器delay可以在仿真时延迟显示将开关从连接sw节点切换至接地的切换信号，避免在sw振铃高频模糊处显示切换信号，使得仿真结果中可以清晰地显示切换点。77.在本发明提供的一种可选的实施方式中，输出电路包括：第一电阻器r1、第二电阻器r2、第三电阻器rl、第四电阻器resr、以及第二电容器cout；78.其中，第一电阻器r1的第一端耦接电感器l的第二端和输出电压端vout，第一电阻器r1的第二端耦接第二电阻器r2的第一端；79.第二电阻器r2的第二端耦接第二晶体管m2的第二极和接地端gnd；80.第三电阻器rl的第一端耦接电感器l的第二端和输出电压端vout，第三电阻器rl的第二端耦接第二晶体管m2的第二极和接地端gnd；81.第四电阻器resr的第一端耦接电感器l的第二端和输出电压端vout，第四电阻器resr的第二端耦接第二电容器cout的第一端；82.第二电容器cout的第二端耦接第二晶体管m2的第二极和接地端gnd。83.本发明还提供了一种dc-dc转换器，包括上述实施方式中任意一项的供电电路。84.下面结合图3的示例来说明本发明实施例的用于dc-dc转换器的供电电路的工作过程。85.在轻负载sw节点处的电压由0翻转为vout后，将bst电容cbst的下极板改接到gnd上，以保持bst电容的电荷量；当上管功率管开启时，再将bst电容下极板电位切回到sw，完成上管功率管的正常开关动作。86.当过零检测电路zcd检测到电感电流为0后，发出zcd信号，断开下管，并将开关由原来的sw处切换至gnd处；当调制信号pwm到来时，上管开启，再将开关切换回原来的sw处。此开关在轻负载下，仅在电感电流降低至0以后将电容cbst的下极板的连接端切换至gnd，其他状态下，bst电容cbst的下极板均保持与sw节点连通。87.本发明实施例中的rs触发器和单刀双掷开关不会造成额外的功率管开关动作，仅以一个小的开关切换bst电容下极板电压，结构简单，不需要添加复杂的电荷泵或运放，在不增加静态电流的前提下，对抗掉bst电容因为上极板电压被抬高后电荷损失无处补充的问题，几乎无额外损耗，在轻负载下提高效率。88.图4示出了本发明实施例提供的一种用于dc-dc转换器的供电电路的示例性仿真结果图。89.本发明实施例以vin＝5v、vout＝3v为例仿真，在高温下更直观地显示bst漏电情况，在125°高温的轻负载下，定义切换点在电感电流为0后的4us左右时间处，选取切换点时，为了避免在sw振铃高频模糊处显示切换信号，使仿真结果中清晰地显示切换点，在将zcd信号输入至rs触发器的输入端s之前，经过延时器，在仿真时延迟显示将开关从连接sw节点切换至接地的切换信号。90.根据仿真结果可以看出，在切换点处将电容下极板连接端从sw节点切换到接地端之前，bst电容在以10ua的电流漏电，仅4us(轻负载下，toff时间会长达几十ms)时间，bst电容电压就下降了100mv，切换后bst电容电压差被重新补充回vin值，即将bst电容电压充电补电回5v，不耽误第二次开启。91.图4所示的仿真结果图是周期性动作中的一个周期的开关处，当进入下一个周期、第二次开启时，仿真结果则从复位点处开始重复。92.从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：93.通过控制充电电路的第二端在接地和耦接第一晶体管第二极之间切换，使得充电电路在接地时实现充电补电，在耦接第一晶体管第二极时实现供电，不易导致损耗，提高轻负载电路的效率，解决了现有dc-dc转换器中电容产生的供电电压容易损耗，导致电路的工作效率较低的问题；94.本发明中的开关电路不会造成额外的功率管开关动作，仅以一个小的开关切换bst电容下极板电压，结构简单，不需要添加复杂的电荷泵或运放，在不增加静态电流的前提下，对抗掉bst电容因为上极板电压被抬高后电荷损失无处补充的问题，几乎无额外损耗，在轻负载下提高效率。95.附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的装置和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。96.除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。相似地，措辞“包含”和“包括”将解释为包含在内而不是独占性地。同样地，术语“包括”和“或”应当解释为包括在内的，除非本文中明确禁止这样的解释。在本文中使用术语“示例”之处，特别是当其位于一组术语之后时，所述“示例”仅仅是示例性的和阐述性的，且不应当被认为是独占性的或广泛性的。97.进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本技术的各个方面可以单独或者与一个或多个其它方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本技术的范围。98.虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!