專(zhuān)利名稱(chēng)：同步切換式降壓芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步切換式降壓芯片。
背景技術(shù)：
目前，同步切換式降 壓芯片(Synchronous Buck Regulator)已廣泛應(yīng)用于電源模塊中。現(xiàn)有的同步切換式降壓芯片一般包括ー個(gè)電壓輸入端、一個(gè)壓降単元及一個(gè)電壓輸出端。所述電壓輸入端連接至ー個(gè)外部電源，所述壓降単元具有ー個(gè)額定電流，其用于將外部電源的電壓下調(diào)至ー個(gè)預(yù)定的工作電壓，所述電壓輸出端輸出所述預(yù)定的工作電壓并提供給數(shù)字信號(hào)處理器(digital signalprocessor, DSP)、圖形處理單元(graphicsprocessing unit, GPU)等芯片。然而，現(xiàn)有的切換式降壓芯片不具有熱插拔保護(hù)功能，即所述電壓輸入端直接接入外部電源時(shí)，會(huì)導(dǎo)致流入所述壓降単元的瞬間電流過(guò)大，當(dāng)瞬間電流大于所述額定電流時(shí)容易損壞所述同步切換式降壓芯片。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供ー種具有熱插拔保護(hù)功能的同步切換式降壓芯片。一種同步切換式降壓芯片，其包括一個(gè)輸入?yún)g元、ー個(gè)控制開(kāi)關(guān)、一個(gè)壓降単元、一個(gè)采樣単元、ー個(gè)判斷単元及一個(gè)控制単元。所述控制開(kāi)關(guān)包括ー個(gè)第一端、ー個(gè)與所述第一端連接的第二端與一個(gè)控制端。所述輸入?yún)g元包括一個(gè)輸入端與ー個(gè)輸出端，所述輸入端連接至ー個(gè)外部電源，所述輸出端連接至所述第一端。所述壓降単元包括ー個(gè)電壓輸入端與ー個(gè)電壓輸出端，所述電壓輸入端連接至所述第二端，用于將所述外部源的電壓下調(diào)至ー個(gè)預(yù)定電壓并將所述預(yù)定電壓從所述電壓輸出端輸出。所述壓降単元具有一個(gè)額定電流。所述采樣單元連接至所述輸出端，用于測(cè)定所述外部電源流經(jīng)所述輸入單元的壓降，并將所述壓降轉(zhuǎn)換為ー個(gè)比較電壓與ー個(gè)第一參考電壓進(jìn)行比較。當(dāng)流經(jīng)所述輸入單元的電流大于所述額定電流時(shí)，所述比較電壓大于所述第一參考電壓，所述采樣單元輸出ー個(gè)第一比較結(jié)果。所述判斷單元連接至所述采樣単元，用于根據(jù)所述第一比較結(jié)果產(chǎn)生第一判斷信號(hào)。所述控制単元包括一個(gè)控制輸入端與ー個(gè)控制輸出端，所述控制輸入端連接至所述判斷単元，所述控制輸出端連接至所述控制端，用于根據(jù)所述第一判斷信號(hào)產(chǎn)生ー個(gè)第一控制信號(hào)至所述控制端并控制所述第一端與所述第二端斷開(kāi)，使得所述外部電源與所述壓降単元斷開(kāi)。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)流經(jīng)所述輸入單元的電流大于所述壓降單元的額定電流吋，可以通過(guò)所述采樣単元、判斷単元及比較單元使所述外部電源與所述壓降単元斷開(kāi)，由此保護(hù)所述同步式切換降壓芯片。


圖I為本發(fā)明切換式降壓芯片的電路示意圖。
主要元件符號(hào)說(shuō)明同步切換式降壓芯片100輸入單元10第一電阻Rl輸入端101輸出端102控制開(kāi)關(guān)20
第一 N型場(chǎng)效應(yīng)管Ml壓降單元30電壓輸入端Vin電壓輸出端Vout采樣單元40分壓電阻R2第一比較器Ul變壓器Vl判斷單元50第二 N型場(chǎng)效應(yīng)管M2P型場(chǎng)效應(yīng)管M3第一電流源SI第二電流源S2電容Cl第二比較器U2非門(mén)電路NI控制單元60門(mén)驅(qū)動(dòng)器601電荷泵602穩(wěn)壓ニ極管Dl
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明較佳實(shí)施方式的同步切換式降壓芯片100，包括一個(gè)輸入?yún)g元10、ー個(gè)控制開(kāi)關(guān)20、一個(gè)壓降単元30、一個(gè)采樣単元40、ー個(gè)判斷単元50及一個(gè)控制単元60。所述輸入單元連接一外部電源VDD，所述控制開(kāi)關(guān)20連接至所述輸入?yún)g元10，所述壓降単元30連接至所述控制開(kāi)關(guān)20，所述采樣単元40連接至所述輸入?yún)g元10，所述判斷單元50連接至所述采樣單元40,所述控制單元60連接所述判斷單元50與所述控制開(kāi)關(guān)20。所述輸入?yún)g元10為ー個(gè)第一電阻Rl。所述第一電阻Rl包括一個(gè)輸入端101與一個(gè)輸出端102。所述第一電阻Rl的輸入端101連接至所述外部電源VDD，本實(shí)施方式中，所述外部電源VDD為12伏特，所述第一電阻Rl的阻值為0. 02歐姆。所述控制開(kāi)關(guān)20包括ー個(gè)第一端、ー個(gè)第二端及一個(gè)控制端。具體地，所述控制開(kāi)關(guān)20為ー個(gè)第一 N型場(chǎng)效應(yīng)管M1，所述第一端、第二端及控制端分別為所述第一 N型場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源極、漏極及柵扱。所述第一 N型場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源極連接至所述第一電阻Rl的輸出端102。所述壓降単元30，具有ー個(gè)額定電流，包括一個(gè)電壓輸入端Vin與ー個(gè)電壓輸出端Vout，所述電壓輸入端Vin連接至所述第一 N型場(chǎng)效應(yīng)管Ml的漏扱。所述壓降単元30用于將從所述電壓輸入端Vin輸入的電壓下調(diào)至ー個(gè)預(yù)定電壓并將所述預(yù)定電壓從電壓輸出端Vout輸出，然后將所述預(yù)定電壓提供給其它電器元件(未圖示)。本實(shí)施方式中，所述預(yù)定電壓為3. 3伏持。所述采樣単元40包括ー個(gè)分壓電阻R2、ー個(gè)第一比較器Ul及一個(gè)變壓器VI。所述分壓電阻R2連接在所述第一比較器Ul的正輸入端與所述第一電阻Rl的輸出端102之間。所述變壓器Vl連接在所述第一比較器Ul的負(fù)輸入端與所述外部電源VDD之間。所述變壓器Vl用于將所述外部電源VDD調(diào)節(jié)至ー個(gè)第一參考電壓Vrefl后將所述第一參考電 壓Vrefl輸入至所述第一比較器Ul的負(fù)輸入端。本實(shí)施方式中，所述第一參考電壓Vrefl為47毫伏特，所述分壓電阻R2的阻值為I千歐姆。所述判斷単元50包括ー個(gè)第二 N型場(chǎng)效應(yīng)管M2、ー個(gè)P型場(chǎng)效應(yīng)管M3、ー個(gè)第一電流源SI、ー個(gè)第二電流源S2、一個(gè)電容Cl、ー個(gè)第二比較器U2、與一個(gè)非門(mén)電路NI。所述第二 N型場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極連接至所述第一比較器Ul的輸出端、其漏極經(jīng)所述第一電流源SI后連接至一內(nèi)部電源Vcc、所述第二 N型場(chǎng)效應(yīng)管M2的源極經(jīng)所述第二電流源S2后連接至所述P型場(chǎng)效應(yīng)管M3的漏扱。所述內(nèi)部電源Vcc用于向所述第一電流源SI供電。所述P型場(chǎng)效應(yīng)管M3的柵極連接至所述第一比較器Ul的輸出端，所述P型場(chǎng)效應(yīng)管M3的源極接地。所述電容Cl連接在所述第二 N型場(chǎng)效應(yīng)管M2的源極與地之間。所述第二比較器U2的正輸入端連接至所述第二 N型效應(yīng)管M2的源極，所述第二比較器U2的負(fù)輸入端連接至所述第二參考電壓Vref2。所述非門(mén)電路NI的輸入端連接至所述第二比較器U2的輸出端。本實(shí)施方式中，所述內(nèi)部電源Vcc為5伏特，所述第一電流源為65微安培。所述第ニ電流源為3. 5微安培，所述第二參考電壓Vref2為I. 23伏特。所述控制單元60包括一個(gè)門(mén)驅(qū)動(dòng)器601 (gate driver)、一個(gè)電荷泵602 (chargepump)和一個(gè)穩(wěn)壓ニ極管D1。所述門(mén)驅(qū)動(dòng)器601的輸入端即所述控制單元60的控制輸入端，所述門(mén)驅(qū)動(dòng)器601的控制輸入端連接至所述非門(mén)電路NI的輸出端。所述電荷泵602連接至所述內(nèi)部電源Vcc及所述門(mén)驅(qū)動(dòng)器601,所述內(nèi)部電源Vcc用于向所述電荷泵602充電。所述電荷泵602的輸出端即所述控制單元60的控制輸出端，所述電荷泵602的輸出端連接至所述第一 N型場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極。所述穩(wěn)壓ニ極管Dl的反向端連接至所述電荷泵602的輸出端，其正向端接地。所述穩(wěn)壓ニ極管Dl的反向擊穿電壓為16. 2伏持。初始時(shí)，所述外部電源VDD經(jīng)所述第一電阻Rl后向所述第一N型場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源極提供高電平，所述門(mén)驅(qū)動(dòng)器601輸出一高電平并控制所述電荷泵602輸出高電平，因此，所述第一 N型場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源極與漏極相導(dǎo)通。所述外部電源VDD流經(jīng)所述第一電阻Rl的電流I在所述第一電阻Rl產(chǎn)生ー壓降△ V，所述第一電阻Rl的輸出端102的電壓即等于所述壓降A(chǔ) V。所述壓降A(chǔ)V經(jīng)所述分壓電阻R2后轉(zhuǎn)換成一比較電壓，所述比較電壓輸入至所述第一比較器Ul的正輸入端?？梢岳斫獾?，當(dāng)所述電流I增大時(shí)，所述壓降A(chǔ) V將增大，所述比較電壓也將増大，當(dāng)所述電流I達(dá)到ー個(gè)臨界值時(shí)，所述比較電壓將等于所述第一參考電壓Vrefl。本實(shí)施方式中，將電流I的所述臨界值設(shè)定為所述額定電流。當(dāng)所述電流I大于所述額定電流時(shí)，所述比較電壓大于所述第一參考電壓Vrefl。當(dāng)所述比較電壓大于所述第一參考電壓Vrefl時(shí)，所述第一比較器Ul將輸出第一比較結(jié)果，所述第一比較結(jié)果為高電平。所述第一比較結(jié)果分別傳送至所述第二N型場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極及所述P型場(chǎng)效應(yīng)管M3的柵極。所述第二 N型場(chǎng)效應(yīng)管M2導(dǎo)通，所述P型場(chǎng)效應(yīng)管M3斷開(kāi)。所述第一電流源S I將對(duì)所述電容Cl進(jìn)行充電，所述第二比較器U2的正輸入端將偵測(cè)所述電容Cl的電壓，當(dāng)所述第二比較器U2的正輸入端的電壓大于所述第ニ參考電壓Vref 2時(shí)，所述第二比較器U2將輸出一高電平至所述非門(mén)電路NI，述非門(mén)電路NI輸出所述低電平(第一判斷信號(hào))至所述門(mén)驅(qū)動(dòng)器601。所述門(mén)驅(qū)動(dòng)器601根據(jù)接收到的低電平(第一判斷信號(hào))關(guān)閉所述電荷泵602，使所述電荷泵602輸出低電平(第一控制信號(hào))至所述第一 N型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，使所述第一 N型場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源極與其漏極斷 開(kāi)，進(jìn)而使所述外部電源VDD與所述壓降単元30斷開(kāi)，保護(hù)所述同步切換式降壓芯片100不被損壞。當(dāng)所述比較電壓小于第一參考電壓Vrefl時(shí)，所述第一比較器Ul將輸出第二比較結(jié)果，所述第二比較結(jié)果為低電平。所述第二比較結(jié)果分別傳送至所述第二N型場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極及所述P型場(chǎng)效應(yīng)管M3的柵極。所述第二 N型場(chǎng)效應(yīng)管M2將斷開(kāi)，所述P型場(chǎng)效應(yīng)管M3將導(dǎo)通。所述電容Cl經(jīng)所述第二電流源S2接地進(jìn)行放電，所述第二比較器U2的正輸入端偵測(cè)所述電容Cl的電壓小于所述第二參考電壓Vref2，所述第二比較器U2將輸出一低電平輸出至所述非門(mén)電路NI，所述第二比較器U2將輸出的低電平經(jīng)所述非門(mén)電路NI反向?yàn)楦唠娖?第二判斷信號(hào))至所述門(mén)驅(qū)動(dòng)器601。所述門(mén)驅(qū)動(dòng)器601根據(jù)接收到的高電平(第二判斷信號(hào))控制所述電荷泵602維持輸出高電平，使電荷泵602輸出高電平(第ニ控制信號(hào))至所述第一 N型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，維持所述第一 N型場(chǎng)效應(yīng)管Ml的源極與其漏極的導(dǎo)通狀態(tài)，使所述外部電源VDD與所述壓降単元30導(dǎo)通，所述外部電源從所述電壓輸入端Vin輸入，由所述壓降単元30將所述外部電源下調(diào)至所述預(yù)定電壓后由所述電壓輸出端Vout輸出。本實(shí)施方式中，所述預(yù)定電壓為3. 3伏特。總之，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施方式僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍之內(nèi)，對(duì)以上實(shí)施例所作的適當(dāng)改變和變化都落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種同步切換式降壓芯片，其包括一個(gè)輸入?yún)g元、ー個(gè)控制開(kāi)關(guān)、一個(gè)壓降単元、一個(gè)采樣単元、ー個(gè)判斷単元及一個(gè)控制単元；所述控制開(kāi)關(guān)包括ー個(gè)第一端、ー個(gè)與所述第一端連接的第二端與一個(gè)控制端； 所述輸入?yún)g元包括一個(gè)輸入端與ー個(gè)輸出端，所述輸入端連接至ー個(gè)外部電源，所述輸出端連接至所述第一端； 所述壓降単元包括ー個(gè)電壓輸入端與ー個(gè)電壓輸出端，所述電壓輸入端連接至所述第ニ端，用于將所述外部源的電壓下調(diào)至ー個(gè)預(yù)定電壓并將所述預(yù)定電壓從所述電壓輸出端輸出；所述壓降単元具有ー個(gè)額定電流； 所述采樣單元連接至所述輸出端，用于測(cè)定所述外部電源流經(jīng)所述輸入單元的壓降，并將所述壓降轉(zhuǎn)換為ー個(gè)比較電壓與ー個(gè)第一參考電壓進(jìn)行比較； 當(dāng)流經(jīng)所述輸入單元的電流大于所述額定電流時(shí)，所述比較電壓大于所述第一參考電壓，所述采樣單元輸出ー個(gè)第一比較結(jié)果； 所述判斷單元連接至所述采樣単元，用于根據(jù)所述第一比較結(jié)果產(chǎn)生第一判斷信號(hào)； 所述控制単元包括一個(gè)控制輸入端與ー個(gè)控制輸出端，所述控制輸入端連接至所述判斷単元，所述控制輸出端連接至所述控制端，用于根據(jù)所述第一判斷信號(hào)產(chǎn)生ー個(gè)第一控制信號(hào)至所述控制端并控制所述第一端與所述第二端相斷開(kāi)，使得所述外部電源與所述壓降単元斷開(kāi)。
2.如權(quán)利要求I所述的同步切換式降壓芯片，其特征在于，當(dāng)流過(guò)所述輸入單元的電流小于所額定電流時(shí)，所述比較電壓小于所述第一參考電壓，所述采樣單元輸出一第二比較結(jié)果；所述判斷単元還用于根據(jù)所述第二比較結(jié)果產(chǎn)生第二判斷信號(hào)；所述控制單元還用于根據(jù)所述第二判斷信號(hào)產(chǎn)生ー第二控制信號(hào)至所述控制端并維持所述第一端與所述第二端相導(dǎo)通。
3.如權(quán)利要求I所述的同步切換式降壓芯片，其特征在于，所述輸入?yún)g元為ー個(gè)第一電阻。
4.如權(quán)利要求I所述的同步切換式降壓芯片，其特征在于，所述控制開(kāi)關(guān)為ー個(gè)第一N型場(chǎng)效應(yīng)管，所述第一端、第二端及控制端分別為所述第一 N型場(chǎng)效應(yīng)管的源極、漏極及柵扱。
5.如權(quán)利要求3所述的同步切換式降壓芯片，其特征在于，所述采樣単元包括ー個(gè)分壓電阻、ー個(gè)第一比較器及一個(gè)變壓器；所述分壓電阻連接在所述第一比較器的正輸入端與所述第一電阻的輸出端之間；所述變壓器連接在所述第一比較器的負(fù)輸入端與所述外部電源之間，所述變壓器用于將所述外部電源調(diào)節(jié)至ー個(gè)所述第一參考電壓后將所述第一參考電壓輸入至所述第一比較器的負(fù)輸入端。
6.如權(quán)利要求I所述的同步切換式降壓芯片，其特征在于，所述控制単元包括ー個(gè)門(mén)驅(qū)動(dòng)器、ー個(gè)電荷泵和ー個(gè)穩(wěn)壓ニ極管，所述門(mén)驅(qū)動(dòng)器的輸入端連接至所述非門(mén)電路的輸出端；所述電荷泵的輸入端連接至所述外部電源，所述電荷泵的輸出端連接至所述第一 N型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，所述穩(wěn)壓ニ極管的反向端連接至所述電荷泵的輸出端，其正向端接地。
7.如權(quán)利要求6所述的同步切換式降壓芯片，其特征在于，所述穩(wěn)壓ニ極管的反向擊穿電壓為16. 2伏特。
8.如權(quán)利要求2所述的同步切換式降壓芯片，其特征在于，所述外部電源為12伏特，所述預(yù)定電壓為3. 3伏持。
9.如權(quán)利要求3所述的同步切換式降壓芯片，其特征在于，所述第一電阻為0. 02歐姆。
全文摘要
一種同步切換式降壓芯片，包括一輸入單元、一控制開(kāi)關(guān)、一壓降單元、一采樣單元、一判斷單元及一控制單元。該控制開(kāi)關(guān)具有第一端、與第一端連接的第二端與控制端。該輸入單元的輸入端連接至一外部電源、輸出端連接至該第一端。該壓降單元具有一額定電流，其電壓輸入端連接至該第二端。該采樣單元連接至該輸出端，用于測(cè)定該輸入單元的壓降。當(dāng)流經(jīng)輸入單元的電流大于額定電流時(shí)，采樣單元輸出第一比較結(jié)果。該判斷單元連接至采樣單元，根據(jù)第一比較結(jié)果產(chǎn)生第一判斷信號(hào)。該控制單元連接至判斷單元，根據(jù)第一判斷信號(hào)產(chǎn)生一第一控制信號(hào)至該控制端使第一端與第二端斷開(kāi)，使得所述外部電源與所述壓降單元斷開(kāi)。
文檔編號(hào)H02M1/32GK102647078SQ20111004341
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者賴(lài)俊安 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司