專利名稱：一種有源負電流調(diào)制的同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬電路領(lǐng)域，尤其涉及開關(guān)穩(wěn)壓電路。

背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的開關(guān)模式同步降壓(buck)穩(wěn)壓器，一般包括兩個開關(guān)管(分別簡稱為上位開關(guān)管和下位開關(guān)管)，電路中還包括有電感元件。在輕載或無負載的情況下，下管導(dǎo)通時間過長可能導(dǎo)致電感電流IL減小到零并開始負向?qū)?。該負向電感電流IL在死區(qū)時間兩側(cè)變化瞬間對下管產(chǎn)生電壓應(yīng)力，該電壓應(yīng)力一方面來自上管體二極管的壓降，另一方面來自寄生元件的電壓尖沖。因此，電感負電流值越大，相應(yīng)的電壓應(yīng)力就越大。因此希望通過限制電感負電流值，來達到降低下管電壓應(yīng)力的目的。
而且，由于寄生參數(shù)的存在，下管的關(guān)斷會在開關(guān)節(jié)點處造成高頻振蕩，其頻率通常要比開關(guān)頻率高得多。這會導(dǎo)致輸出電壓含有高頻紋波，帶來電磁干擾(EMI)，進而影響電路性能?，F(xiàn)有技術(shù)采用無源RC緩沖電路來減輕上述影響，但這一技術(shù)也會降低電源效率。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路，它包括一含下位開關(guān)管和上位開關(guān)管的降壓穩(wěn)壓電路，產(chǎn)生低于輸入電壓的穩(wěn)定輸出電壓，其特征在于進一步包括一有源負電流調(diào)制電路，電耦接所述下位開關(guān)并檢測流經(jīng)所述下位開關(guān)管的負電流，當(dāng)檢測到所述負電流時，所述有源負電流調(diào)制電路使下位開關(guān)管處于線性放大區(qū)，將所述負電流限制在一預(yù)定電流值。在輕載狀態(tài)下，當(dāng)下個開關(guān)周期到來而所述上位開關(guān)管導(dǎo)通時，所述有源負電流調(diào)制電路停止對所述下位開關(guān)管進行驅(qū)動，停止限制所述負電流。
該開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路進一步包括一LC濾波電路，電耦接至所述降壓穩(wěn)壓電路，其中所述LC濾波電路接收通過所述上位開關(guān)管和所述下位開關(guān)管的開合動作產(chǎn)生的開關(guān)電壓，并產(chǎn)生所述的穩(wěn)定輸出電壓。所述上位開關(guān)管為至少一個n型金屬氧化物半導(dǎo)體(nMOS)晶體開關(guān)管；所述下位開關(guān)管為至少一個n型金屬氧化物半導(dǎo)體(nMOS)晶體開關(guān)管，并和所述上位nMOS晶體開關(guān)管串聯(lián)。
其中降壓穩(wěn)壓電路可進一步包括一第一柵極驅(qū)動電路，電耦接并驅(qū)動所述上位nMOS晶體開關(guān)管；一第二柵極驅(qū)動電路，電耦接并驅(qū)動所述下位nMOS晶體開關(guān)管；一脈沖寬度調(diào)制控制電路，電耦接并驅(qū)動所述第一柵極驅(qū)動電路和第二柵極驅(qū)動電路；一第一誤差放大器，電耦接至一第一參考電壓和一所述穩(wěn)定輸出電壓的反饋信號。
當(dāng)所述有源負電流調(diào)制電路檢測到輕載狀態(tài)下所述負電流時，控制所述第二柵極驅(qū)動電路工作于高阻輸出狀態(tài)。所述有源負電流調(diào)制電路可包括如下部件一比較器，電耦接至所述下位開關(guān)管，用于檢測所述負電流；一電流鏡，電耦接至所述比較器和所述降壓穩(wěn)壓電路，使所述負電流等于所述預(yù)定電流值。
所述電流鏡可進一步包括一n-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(nMOS)晶體管，以二極管方式連接；一電流源，產(chǎn)生正比于所述預(yù)定電流值的電流；一緩沖器，同相輸入端電耦接至所述電流源和所述nMOS晶體管的柵極和漏極，反相輸入端電耦接至自身輸出端和所述下位開關(guān)管的柵極。所述比較器可包括一同相輸入端，一反相輸入端和一輸出端，其中反相輸入端電耦接至所述下位開關(guān)管的源極/襯底，同相輸入端電耦接至所述下位開關(guān)管的漏極。所述nMOS晶體管在尺寸上遠小于所述下位開關(guān)管。所述有源負電流調(diào)制電路還可進一步包括一RS觸發(fā)器，電耦接至所述第二柵極驅(qū)動電路和所述緩沖器。
所述降壓穩(wěn)壓電路還可進一步包括一自舉電路，為所述下位開關(guān)管和所述上位開關(guān)管提供正確的柵極驅(qū)動電壓。
本發(fā)明的目的還在于公開一種用于控制開關(guān)模式降壓穩(wěn)壓電路的方法，其中所述開關(guān)模式降壓穩(wěn)壓電路包括一上位開關(guān)管和一下位開關(guān)管，該方法包括以下步驟檢測流過所述下位開關(guān)管的電流是否在輕載狀態(tài)下改變方向為負電流；當(dāng)檢測到所述負電流，使所述下位開關(guān)管工作于線性放大區(qū)；將所述負電流限制在一預(yù)定電流值。
該方法還可進一步包括產(chǎn)生一小于輸入電壓的穩(wěn)定輸出電壓的步驟。
其中檢測流過所述下位開關(guān)管的電流是否改變方向為負電流的步驟可為確定開關(guān)節(jié)點處的電壓是否改變極性。使所述下位開關(guān)管工作于線性開通模式的步驟可包括監(jiān)控所述開關(guān)模式降壓穩(wěn)壓電路的反饋電壓。使所述下位開關(guān)管工作于線性開通模式的步驟包括使所述下位開關(guān)管的驅(qū)動電路工作于高阻輸出狀態(tài)。將所述負電流限制在一預(yù)定電流值的步驟可進一步包括產(chǎn)生正比于所述預(yù)定電流值的參考電流；使所述負電流等于所述預(yù)定電流值。
當(dāng)所述上位開關(guān)管被導(dǎo)通時，停止將所述下位開關(guān)管運行于線性放大區(qū)，停止將所述負電流限制于所述預(yù)定電流值。
本發(fā)明通過增加有源負電流調(diào)制電路實現(xiàn)了對下位開關(guān)管負電流的可靠控制，將其限制在一預(yù)定值，既可以降低電磁干擾的影響，又具有較高的電源效率。



附圖用來解釋本發(fā)明的各個具體實施方式
，其構(gòu)成了本說明書的一部分。附圖及其說明，用于解釋本發(fā)明的基本原理。
圖1為含有源負電流調(diào)制電路的開關(guān)模式buck穩(wěn)壓復(fù)合電路的結(jié)構(gòu)框圖。在本發(fā)明的一個實施例中，該有源負電流調(diào)制電路與buck穩(wěn)壓電路相耦接。
圖2為含有源負電流調(diào)制電路的開關(guān)模式buck穩(wěn)壓復(fù)合電路的示意圖。在本發(fā)明的一個實施例中，該有源負電流調(diào)制電路與buck穩(wěn)壓電路相耦接。
圖3A為重載情況下，對應(yīng)圖2所示開關(guān)模式buck穩(wěn)壓復(fù)合電路中相應(yīng)物理量的電壓電流波形。
圖3B為輕載情況下，對應(yīng)圖2所示開關(guān)模式buck穩(wěn)壓復(fù)合電路中相應(yīng)物理量的電壓電流波形。
圖4為在本發(fā)明的一個實施例中，關(guān)于開關(guān)模式buck穩(wěn)壓復(fù)合電路控制方法的流程圖。

具體實施例方式 圖1為一個開關(guān)模式同步buck穩(wěn)壓復(fù)合電路100實施例的框圖示意圖。該開關(guān)模式同步buck穩(wěn)壓復(fù)合電路100包括一個buck穩(wěn)壓電路110和一個有源負電流調(diào)制電路120。在一種實施方式里，開關(guān)模式同步buck穩(wěn)壓復(fù)合電路100采用集成電路封裝芯片形式，它包含如下開關(guān)管腳輸入端IN 101，自舉端BST102，開關(guān)節(jié)點端SW 103，接地端GND 104，反饋端FB 105和電壓參考端REF106，其中電壓參考端輸入一外部參考電壓VREF。在另一種實施方式中，參考電壓VREF由開關(guān)模式同步buck穩(wěn)壓復(fù)合電路100內(nèi)部生成。在輸入端101，一個未經(jīng)調(diào)節(jié)的輸入電壓VIN輸入buck穩(wěn)壓復(fù)合電路100。在自舉端BST102和開關(guān)節(jié)點端SW103之間連接一自舉電容CBST 141，用于給buck穩(wěn)壓電路110的上位開關(guān)管和下位開關(guān)管提供正確的柵極驅(qū)動電壓。在輸入端IN 101和電氣地119之間連接一輸入電容CIN 142。在輸出節(jié)點134，輸出電壓VOUT經(jīng)采樣用于反饋控制開關(guān)模式buck穩(wěn)壓電路110。
繼續(xù)圖1的說明，在開關(guān)節(jié)點端103，一LC濾波電路130連接到開關(guān)模式buck穩(wěn)壓復(fù)合電路100，用于從buck穩(wěn)壓電路110接收開關(guān)節(jié)點端電壓。在一種實施方式中，輸出濾波電路130為一電感L 131和一電容C 132的電耦接結(jié)構(gòu)。電感L 131一端連接到開關(guān)節(jié)點端SW 103，另一端連接電容C 132和輸出節(jié)點134，在輸出節(jié)點134上，經(jīng)調(diào)整的輸出電壓VOUT被引出。電容132的另一端連接電氣地119。此外，輸出節(jié)點134連接反饋電路150。其中反饋電路150包括電耦接的第一電阻151和第二電阻152。第一電阻151的一端連接輸出節(jié)點134，另一端連接第二電阻152和反饋端105。第二電阻152的另一端連接電氣地119。通過這個結(jié)構(gòu)，經(jīng)調(diào)整的輸出電壓VOUT經(jīng)采樣被反饋用于調(diào)節(jié)buck穩(wěn)壓電路110。
有源負電流調(diào)制電路120耦接至buck電路110，當(dāng)檢測到輕載狀態(tài)下的負電流時，使下位開關(guān)管處于線性放大區(qū)，將負電流鉗制在預(yù)定的電流值。
圖2為開關(guān)模式同步buck穩(wěn)壓復(fù)合電路200的實施例。在這個實施例中，一n-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(nMOS)上位開關(guān)晶體管M1 214(此后稱“上位開關(guān)管214”)和一n-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(nMOS)下位開關(guān)晶體管M2 216(此后稱“下位開關(guān)管216”)相連接。其中，nMOS下位開關(guān)管216的漏極與LC濾波電路130的電感131在開關(guān)節(jié)點端103相連接，并與nMOS上位開關(guān)管214的源極(或襯底)相連接。nMOS下位開關(guān)管216的源極在接地端104與電氣地119相連接。nMOS上位開關(guān)管214的漏極與輸入端101和輸入電容142相連接。
第一柵極驅(qū)動電路DR1 213與nMOS上位開關(guān)管214的柵極連接用于驅(qū)動nMOS上位開關(guān)管214。第二柵極驅(qū)動電路DR2 215與nMOS下位開關(guān)管216的柵極連接用于驅(qū)動nMOS下位開關(guān)管216。一脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制電路212驅(qū)動第一柵極驅(qū)動電路DR1 213和第二柵極驅(qū)動電路DR2 215。在一種方式中，第一柵極驅(qū)動電路DR1 213包含連接到自舉端BST 102的上拉端和連接到開關(guān)節(jié)點端SW 103的下拉端。PWM控制電路212由第一誤差放大器A1 211驅(qū)動。其中第一誤差放大器A1 211的同相端與電壓參考端106連接用于接收一參考電壓VREF，反相端與反饋端105相連。
有源負電流調(diào)制電路120包括一第一比較器C1 221，其中第一比較器C1 221的同相端連接nMOS下位開關(guān)管216的漏極，反相端連接nMOS下位開關(guān)管216的源極/襯底。在一種實施方式中，一RS觸發(fā)器222的置位端S連接第一比較器C1 221的輸出端，復(fù)位端R連接PWM控制電路212和第一柵極驅(qū)動電路DR1 213的輸入端，輸出端Q通過一電流鏡耦接第二柵極驅(qū)動電路DR2215的第三態(tài)輸入端TRI。
一以二極管方式連接的n-溝道金屬氧化物半導(dǎo)體M3 224(“nMOS晶體管224”)電耦接至一第二誤差放大器A2 223的同相輸入端。其中，nMOS晶體管224的柵極與漏極相連并連接第二誤差放大器A2 223的同相輸入端，源極/襯底連接電氣地119。第二誤差放大器A2 223的反相端連接其輸出端并和nMOS下位開關(guān)管216的柵極相連。第二誤差放大器A2 223起到緩沖器的作用，使nMOS下位開關(guān)管216的柵源電壓VGS與nMOS晶體管224的柵源電壓一致。RS觸發(fā)器222的Q端同時連接第二誤差放大器A2 223的使能端EN。一電流源225連接nMOS晶體管224的柵極和漏極用于為nMOS晶體管224提供一固定電流I1。其中前述電流鏡包括nMOS晶體管224、電流源225和第二誤差放大器A2 223。
若一負向電流出現(xiàn)使得開關(guān)節(jié)點端103處的開關(guān)電壓VSW高于電氣地119，第一比較器C1 221檢測到nMOS下位開關(guān)管216的漏源電壓VDS極性的變化并輸出高電平，將RS觸發(fā)器222的輸出端置高電平。高電平的Q通過第二誤差放大器A2 223將第二柵極驅(qū)動電路DR2 215置于第三態(tài)即高阻輸出狀態(tài)。這樣，nMOS下位開關(guān)管216維持在線性放大區(qū)，下位開關(guān)管負電流被限制在較小的電流值。
下面將結(jié)合圖3A和圖3B繼續(xù)對電路200進行說明。圖3A示出了電路200正常工作時的波形圖300A。電壓波形301A表示輸入到nMOS上位開關(guān)管214柵極的第一柵極驅(qū)動電壓VG1。電壓波形302A表示輸入到nMOS下位開關(guān)管216柵極的第二柵極驅(qū)動電壓VG2。PWM控制電路212控制nMOS下位開關(guān)管216在nMOS上位開關(guān)管214導(dǎo)通之前截止，反之亦然，因此，無論輸出電容是否將輸出電壓保持在需調(diào)整的水平，T1-T2，T3-T4，T5-T6和T7-T8為死區(qū)時間，該這些區(qū)間，上位開關(guān)管214和下位開關(guān)管216同時截止。
在第一個開關(guān)周期的T0-T1時間段，波形301A為高，上位開關(guān)管214呈導(dǎo)通狀態(tài)。此時，波形302A為低電平，下位開關(guān)管216呈截止狀態(tài)。此時，開關(guān)節(jié)點端SW 103和未經(jīng)調(diào)整的輸入電壓VIN連接，反映于表示開關(guān)節(jié)點端SW 103處開關(guān)電壓VSW的波形303A。在這段時間內(nèi)，由波形304A表示的電感電流IL以的斜率上升。
接下來，在第一個死區(qū)時間內(nèi)，即T1至T2內(nèi)，上位開關(guān)管214和下位開關(guān)管216都處于截止狀態(tài)，開關(guān)節(jié)點端103處電壓和未經(jīng)調(diào)整的輸入電壓VIN斷開。電感131產(chǎn)生續(xù)流，通過下位開關(guān)管216的體二極管(未示出)導(dǎo)通。于是，在T1至T2的時間內(nèi)，開關(guān)節(jié)點端SW103處電壓VSW為-VF，見波形303A。其中，VF為下位開關(guān)管216的體二極管導(dǎo)通壓降。在這段時間內(nèi)，流過電感131的電感電流IL下降，見波形304A，下降斜率為 在T2到T3時間段，第二柵極驅(qū)動電壓VG2為高，因此，下位開關(guān)管216被導(dǎo)通。相應(yīng)的，開關(guān)節(jié)點端SW 103與電氣地119相連，波形303A從-VF上升到零電壓。在這段時間內(nèi)，代表電感電流的波形304A斜率為 在T3-T4時間段，開關(guān)模式同步buck穩(wěn)壓復(fù)合電路200進入第二個死區(qū)時間。相應(yīng)地，上位開關(guān)管214和下位開關(guān)管216同時處于截止狀態(tài)。在這段時間內(nèi)，電感電流IL繼續(xù)通過下位開關(guān)管216的體二極管流向輸出節(jié)點134。這樣，波形303A下降到-VF。這樣，代表電感電流的波形304A斜率為 T4以后，波形300A在后面的開關(guān)周期中重復(fù)這一過程，見圖3A。
概況地說，在重載條件下，電感電流IL為正值，從開關(guān)節(jié)點端103流向輸出節(jié)點134，比較器221向RS觸發(fā)器222置位端S傳送低電平信號。相應(yīng)地，RS觸發(fā)器222沒有被置位，其輸出端Q為低電平，不能使能第二誤差放大器223，因此，第二柵極驅(qū)動電路不處于第三態(tài)或高阻輸出狀態(tài)。因此，buck穩(wěn)壓電路110控制開關(guān)模式buck穩(wěn)壓復(fù)合電路200的運行。
圖3B為輕載情況下，對應(yīng)圖2所示開關(guān)模式buck穩(wěn)壓復(fù)合電路200中相應(yīng)物理量的電壓電流波形。從圖中可以看出，有源負電流調(diào)制電路120已被激活，以限制通過下位開關(guān)管的負電流。該情況下，nMOS上位開關(guān)管214和nMOS下位開關(guān)管216被交替地導(dǎo)通和關(guān)斷。圖中，波形301B表示第一柵極驅(qū)動電壓VG1，波形302B表示第二柵極驅(qū)動電壓VG2。雖然同樣是代表第二柵極驅(qū)動電壓VG2的電壓波形，但圖3B中302B波形不同于圖3A中302A波形，302B波形表示經(jīng)過調(diào)制電路120調(diào)制后的電壓。
在第一個開關(guān)周期的T0到T1時間段，第一柵極驅(qū)動電壓VG1為高電平，第二柵極驅(qū)動電壓VG2為低電平。參考圖2，可知nMOS上位開關(guān)管214導(dǎo)通，開關(guān)節(jié)點端103與輸入端101相連。因此，開關(guān)節(jié)點端電壓VSW等于輸入電壓VIN，即VSW＝VIN。VSW如圖3B中303B波形所示。電感電流上升斜率為如波形304B所示。
在T1到T2時間段，為了避免上下管共通，開關(guān)模式buck穩(wěn)壓復(fù)合電路200進入死區(qū)時間。在該時間段內(nèi)，nMOS上位開關(guān)管214和nMOS下位開關(guān)管216均處于截止狀態(tài)。上位開關(guān)管214關(guān)閉，電感電流即隨之開始下降，使得下位開關(guān)管216的體二極管導(dǎo)通。這樣，開關(guān)節(jié)點端電壓VSW下降為一負值，即VSW＝-VF，其中，VF為下位開關(guān)管的體二極管導(dǎo)通壓降。304B波形給出了電感電流波形，其下降斜率為 在T2到T3時間段，第一柵極驅(qū)動電壓VG1為低電平，第二柵極驅(qū)動電壓VG2為高電平，使得上位開關(guān)管214關(guān)斷、下位開關(guān)管216導(dǎo)通，開關(guān)節(jié)點端103與接地端104相連，即VSW從-VF升至0，如波形303B所示。同時，電感電流以的速度下降直到變?yōu)樨撝怠．?dāng)電感電流變?yōu)樨撝?，比較器221即檢測到下位開關(guān)管216源漏電壓極性的變化，輸出高電平到RS觸發(fā)器222的置位端，觸發(fā)器222輸出高電平。第二柵極驅(qū)動電路215轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌龖B(tài)，即高阻輸出態(tài)，這使得VG2降低為VCTRL。觸發(fā)器222輸出高電平，使得第二誤差放大電路223起作用。通過第二誤差放大電路223實現(xiàn)VCTRL的控制，將下位開關(guān)管電流限制到一預(yù)定值，其大小由電流源225的電流值I1決定。通過第二誤差放大電路223的電流調(diào)制作用，第二柵極驅(qū)動電壓降到一個低于初始高電平VH的電壓值VCTRL，如波形302B所示。在一個實施例中，nMOS下位開關(guān)管216的尺寸是nMOS晶體管224的n倍(n>1)，相應(yīng)地，根據(jù)在集成電路中，元件尺寸與通過電流之間的關(guān)系，下位開關(guān)管216的電流是晶體管224電流的n倍。以ILIM、I分別表示流經(jīng)下位開關(guān)管和晶體管224的電流，兩者關(guān)系可表示為ILIM＝-(n×I)，如圖303B所示。
在T3到T4時間段，流經(jīng)下位開關(guān)管電流保持為負，下位開關(guān)管216處于線性放大區(qū)，下位開關(guān)管電流表達式為ILIM＝-(n×I)。
從T4到T5的另一死區(qū)時間段，上位開關(guān)管214和下位開關(guān)管216再一次均處于截止狀態(tài)，開關(guān)節(jié)點端103電壓浮動在輸出電壓VOUT附近，如圖303B所示。
在T5時刻，PWM控制電路212輸出信號，使上位開關(guān)管214再次導(dǎo)通，該信號同時使RS觸發(fā)電路222被復(fù)位。這樣，RS觸發(fā)電路222輸出低電平，使得第二誤差放大電路223不再起作用，并將第二柵極驅(qū)動電路215從第三態(tài)中釋放出來，即第二誤差放大電路不再對下位開關(guān)管216的柵極電壓有控制作用。換言之，有源負電流調(diào)制電路120不再起作用，開關(guān)模式buck穩(wěn)壓復(fù)合電路200只受buck穩(wěn)壓電路110的控制。
從T6時刻，下一個開關(guān)周期開始。各個物理量重復(fù)前一個周期的波形，如圖3B所示。
圖4是對同步buck穩(wěn)壓電路中負電流進行控制的流程圖400，其包括以下步驟調(diào)制輸入電壓，檢測是否有負電流，如果檢測到負電流，使下位開關(guān)管工作在線性放大區(qū)，同時將負電流限制在一設(shè)定值；如果沒有檢測到負電流，則穩(wěn)壓電路按原方式工作。最后，在進入負電流控制的狀態(tài)下檢測上位開關(guān)管是否導(dǎo)通，如果導(dǎo)通，則有源負電流調(diào)制電路停止工作使穩(wěn)壓電路按前述方式工作，否則，繼續(xù)使下位開關(guān)管工作在線性放大區(qū)并限制負電流在一設(shè)定值。
步驟401中，對輸入電壓進行調(diào)整。輸入電壓為VIN，經(jīng)穩(wěn)壓處理后，輸出一個調(diào)整后的電壓。在一個實施例中，利用開關(guān)模式buck穩(wěn)壓器對輸入電壓進行調(diào)整。本發(fā)明中，為了實現(xiàn)步驟401，輸入電壓加到輸入端101，經(jīng)buck穩(wěn)壓電路110調(diào)整后，在輸出端134得到輸出電壓VOUT。具體來說，為了實現(xiàn)步驟401，本發(fā)明采用上位開關(guān)管214和下位開關(guān)管216，兩管分別由第一柵極驅(qū)動電路213和第二柵極驅(qū)動電路215驅(qū)動。上述兩個驅(qū)動電路由PWM控制電路212和比較器221控制。
步驟402實現(xiàn)了對負電流的監(jiān)控。在輕載情況下，流經(jīng)下位開關(guān)管電流會逐漸變小直到負值，在這整個過程中，其電流值均被監(jiān)控。當(dāng)流經(jīng)下位開關(guān)管電流變?yōu)樨撝?，開關(guān)節(jié)點電壓VSW反向。本發(fā)明中，步驟402的功能通過有源負電流調(diào)制電路120來實現(xiàn)，具體來說，是通過將比較器C1 221耦接到下位開關(guān)管216上來實現(xiàn)。
參考步驟403，當(dāng)檢測到下位開關(guān)管電流為負值，驅(qū)動下位開關(guān)管使其工作在線性放大區(qū)，并使下位開關(guān)管的驅(qū)動電路處于第三態(tài)，亦即高阻態(tài)。通過比較器C1 221和RS觸發(fā)器222來實現(xiàn)步驟403。RS觸發(fā)器222輸出高電平，激活第二誤差放大電路A2 223，使得第二柵極驅(qū)動電路DR2 215處于高阻態(tài)。
步驟404，下位開關(guān)管電流被限制在一設(shè)定值，通過圖1和圖2所示的有源負電流調(diào)制電路120來實現(xiàn)該功能。關(guān)于有源負電流調(diào)制電路120的具體工作原理，可以參考前文描述。
步驟405，檢測下一個周期中上管是否被再次導(dǎo)通。當(dāng)檢測到上管導(dǎo)通，穩(wěn)壓電路又恢復(fù)到原工作方式，即不再對下位開關(guān)管負電流進行控制。如果檢測到上管還處于截止狀態(tài)，下位開關(guān)管負電流繼續(xù)被限制在預(yù)定電流值。通過有源負電流調(diào)制電路120來實現(xiàn)步驟405的功能，相應(yīng)描述可參考圖2，3A和3B。
按照上文描述，基于本發(fā)明可以做出多種修改方案。需要知曉的是，除了按本文具體描述的方案實施以外，本發(fā)明還可以按落入到本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的其他修改方案實施。因此，需要知曉的是，本文所給出的具體實施方式
僅為說明之目的，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定之范圍前提下，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以做出多種修改方案。。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路，包括含下位開關(guān)管和上位開關(guān)管的降壓穩(wěn)壓電路，產(chǎn)生低于輸入電壓的穩(wěn)定輸出電壓，其特征在于進一步包括一有源負電流調(diào)制電路，電耦接所述下位開關(guān)并檢測流經(jīng)所述下位開關(guān)管的負電流，當(dāng)檢測到所述負電流時，所述有源負電流調(diào)制電路使下位開關(guān)管處于線性放大區(qū)，將所述負電流限制在一預(yù)定電流值。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路，其特征在于，在輕載狀態(tài)下，當(dāng)下個開關(guān)周期到來而所述上位開關(guān)管導(dǎo)通時，所述有源負電流調(diào)制電路停止對所述下位開關(guān)管進行驅(qū)動，停止限制所述負電流。
3.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路，其特征在于進一步包括一LC濾波電路，電耦接至所述降壓穩(wěn)壓電路，其中所述LC濾波電路接收通過所述上位開關(guān)管和所述下位開關(guān)管的開合動作產(chǎn)生的開關(guān)電壓，并產(chǎn)生所述的穩(wěn)定輸出電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路，其特征在于所述上位開關(guān)管為至少一個n型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體開關(guān)管；所述下位開關(guān)管為至少一個n型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體開關(guān)管，并和所述上位開關(guān)管串聯(lián)。
5.如權(quán)利要求4所述的開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路，其特征在于所述降壓穩(wěn)壓電路進一步包括
第一柵極驅(qū)動電路，電耦接并驅(qū)動所述上位開關(guān)管；
第二柵極驅(qū)動電路，電耦接并驅(qū)動所述下位開關(guān)管。
6.如權(quán)利要求5所述的開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路，其特征在于當(dāng)所述有源負電流調(diào)制電路檢測到所述負電流時，控制所述第二柵極驅(qū)動電路工作于高阻輸出狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路，其特征在于所述降壓穩(wěn)壓電路進一步包括
脈沖寬度調(diào)制控制電路，電耦接并驅(qū)動所述第一柵極驅(qū)動電路和第二柵極驅(qū)動電路；
第一誤差放大器，電耦接至第一參考電壓和所述穩(wěn)定輸出電壓的反饋信號。
8.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路，其特征在于進一步包括
比較器，電耦接至所述下位開關(guān)管，用于檢測所述負電流；
電流鏡，電耦接至所述比較器和所述降壓穩(wěn)壓電路，使所述負電流等于所述預(yù)定電流值。
9.如權(quán)利要求8所述的開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路，其特征在于所述電流鏡進一步包括
nMOS晶體管，以二極管方式連接；
電流源，產(chǎn)生正比于所述預(yù)定電流值的電流；
緩沖器，同相輸入端電耦接至所述電流源和所述nMOS晶體管的柵極和漏極，反相輸入端電耦接至自身輸出端和所述下位開關(guān)管的柵極。
10.如權(quán)利要求8所述的開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路，其特征在于所述比較器進一步包括一同相輸入端，一反相輸入端和一輸出端，其中反相輸入端電耦接至所述下位開關(guān)管的源極或襯底，同相輸入端電耦接至所述下位開關(guān)管的漏極。
11.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路，其特征在于所述nMOS晶體管在尺寸上小于所述下位開關(guān)管。
12.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路，其特征在于所述有源負電流調(diào)制電路進一步包括RS觸發(fā)器，電耦接至所述第二柵極驅(qū)動電路和所述緩沖器。
13.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)模式同步降壓穩(wěn)壓復(fù)合電路，其特征在于所述降壓穩(wěn)壓電路進一步包括自舉電路，為所述下位開關(guān)管和所述上位開關(guān)管提供正確的柵極驅(qū)動電壓。
14.一種用于控制開關(guān)模式降壓穩(wěn)壓電路的方法，其中所述開關(guān)模式降壓穩(wěn)壓電路包括上位開關(guān)管和下位開關(guān)管，其特征在于該方法包括以下步驟
檢測流過所述下位開關(guān)管的電流是否改變方向為負電流；
當(dāng)檢測到所述負電流，使所述下位開關(guān)管工作于線性放大區(qū)；
將所述負電流限制在一預(yù)定電流值。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于該方法進一步包括產(chǎn)生一小于輸入電壓的穩(wěn)定輸出電壓的步驟。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于其中檢測流過所述下位開關(guān)管的電流是否改變方向為負電流的步驟包括確定開關(guān)節(jié)點處的電壓是否改變極性。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于其中使所述下位開關(guān)管工作于線性開通模式的步驟包括監(jiān)控所述開關(guān)模式降壓穩(wěn)壓電路的反饋電壓。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于其中使所述下位開關(guān)管工作于線性開通模式的步驟包括使所述下位開關(guān)管的驅(qū)動電路工作于高阻輸出狀態(tài)。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于其中將所述負電流限制在一預(yù)定電流值的步驟進一步包括
產(chǎn)生正比于所述預(yù)定電流值的參考電流；
使所述負電流等于所述預(yù)定電流值。
20.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于進一步包括當(dāng)所述上位開關(guān)管被導(dǎo)通時，停止將所述下位開關(guān)管運行于線性放大區(qū)，停止將所述負電流限制于所述預(yù)定電流值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電路，包括耦接的一降壓穩(wěn)壓電路和一有源電流調(diào)制電路。有源電流調(diào)制電路用于檢測輕載狀態(tài)下降壓穩(wěn)壓電路下位開關(guān)管的負電流。一旦檢測到負電流，有源電流調(diào)制電路將下位開關(guān)管設(shè)置在線性放大區(qū)并將該負電流限制在一預(yù)定值。
文檔編號G05F3/26GK101546203SQ20091012837
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者詹姆斯·H·阮 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司