CN103259407B - 多功能的DrMOS - Google Patents

Abstract

一种多功能的DrMOS，其特征在于包括：一上桥组件，连接在一第一电压及一相节点之间；一下桥组件，连接在所述相节点及一第二电压之间；一驱动电路，根据一控制信号驱动所述上桥及下桥组件以产生一输出负载电流；一平衡装置，调节所述输出负载电流。本发明的多功能的DrMOS具有电流平衡机制、温度平衡机制及可变相位机制的优点。

Description

多功能的DrMOS

技术领域

本发明涉及一种DrMOS，具体地说，是一种具有电流平衡机制、温度平衡机制及可变相位机制的多功能的DrMOS。

背景技术

针对电源转换器，英特尔(Inter)提出一个名为DrMOS的标准，其将功率开关及其驱动电路整合在同一芯片中，以减少功率开关及驱动电路之间的寄生效应，进而提高电源转换器的效能。

发明内容

本发明的目的，在于提出一种新的DrMOS，其具有电流平衡机制。

本发明的另一目的，在于提出一种新的DrMOS，其具有可变相位机制。

本发明的再一目的，在于提出一种新的DrMOS，其具有温度平衡机制。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种多功能的DrMOS，其特征在于包括：

一上桥组件，连接在一第一电压及一相节点之间；

一下桥组件，连接在所述相节点及一第二电压之间；

一驱动电路，根据一控制信号驱动所述上桥及下桥组件以产生一输出负载电流；

一平衡装置，调节所述输出负载电流。

本发明的多功能的DrMOS还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的多功能的DrMOS，其中所述平衡装置包括一温度平衡电路用以感测所述DrMOS的温度以调节所述输出负载电流。

前述的多功能的DrMOS，其中所述温度平衡电路包括：

一平衡端；

一特性随所述DrMOS温度变化的组件；

一电流源，提供一固定的第一电流给所述特性随所述DrMOS温度变化的组件以产生随所述DrMOS温度变化的第三电压至所述平衡端；

一电阻，因应所述平衡端上的电压产生一第二电流；

一电流对电压转换器，根据一与所述第二电流相关的第三电流产生一调节信号调节所述输出负载电流。

前述的多功能的DrMOS，其中更包括一电流镜镜射所述第二电流产生所述第三电流。

前述的多功能的DrMOS，其中所述调节信号用以调节所述控制信号的工作周期。

前述的多功能的DrMOS，其中所述调节信号用以调节所述上桥及下桥组件的导通阻值。

前述的多功能的DrMOS，其中所述调节信号改变所述驱动电路的电源轨以调节所述上桥及下桥组件的导通阻值。

前述的多功能的DrMOS，其中所述平衡装置包括一电流平衡电路用以感测及调节所述输出负载电流。

前述的多功能的DrMOS，其中所述电流平衡电路包括：

一平衡端；

一平衡调节放大器，根据一与所述输出负载电流相关的第一信号以及所述平衡端上的第二信号产生一调节信号调节所述控制信号的工作周期。

前述的多功能的DrMOS，其中所述第一信号藉由检测所述相节点上的电压而得的。

前述的多功能的DrMOS，其中所述第一信号藉由检测通过所述上桥或下桥组件的电流而得的。

一种多功能的DrMOS，其特征在于包括：

一上桥组件，连接在一第一电压及一相节点之间；

一下桥组件，连接在所述相节点及一第二电压之间；

一驱动电路，根据一第一控制信号驱动所述上桥及下桥组件以产生一输出负载电流；

一可变相位控制电路，改变一第二控制信号的相位产生所述第一控制信号。

前述的多功能的DrMOS，其中所述可变相位控制电路包括：

一相位分割电路，将所述第二控制信号分割为多个相位并选取其中之一输出；

一可变延迟电路，根据所述相位分割电路的输出产生所述第一控制信号。

前述的多功能的DrMOS，其中所述相位分割电路包括：

一锁定回路，根据一第一信息将所述第二控制信号均匀分割为所述多个相位；

一多任务器，根据一第二信息由所述多个相位中选取其中之一输出。

前述的多功能的DrMOS，其中所述锁定回路包括一相位锁定回路。

前述的多功能的DrMOS，其中所述锁定回路包括一延迟锁定回路。

前述的多功能的DrMOS，其中所述可变延迟电路包括：

一电容；

一第一电流源；

一边缘检测器，在所述相位分割电路的输出由一第一准位转为一第二准位时，驱动所述第一电流源以产生电流对所述电容充电；

一第二电流源，用以控制所述电容放电速度；

一逻辑电路，根据其输入端的临界电压大小及所述电容上的电压产生所述第一控制信号。

前述的多功能的DrMOS，其中所述第二电流源所提供的电流随所述第一及第二控制信号改变。

前述的多功能的DrMOS，其中更包括一平衡装置调节所述输出负载电流。

前述的多功能的DrMOS，其中所述平衡装置包括一温度平衡电路用以感测所述DrMOS的温度以调节所述输出负载电流。

前述的多功能的DrMOS，其中所述温度平衡电路包括：

一平衡端；

一特性随所述DrMOS温度变化的组件；

一电流源，提供一固定的第一电流给所述特性随所述DrMOS温度变化的组件以产生随所述DrMOS温度变化的第三电压至所述平衡端；

一电阻，因应所述平衡端上的电压产生一第二电流；

一电流对电压转换器，根据一与所述第二电流相关的第三电流产生一调节信号调节所述输出负载电流。

前述的多功能的DrMOS，其中更包括一电流镜镜射所述第二电流产生所述第三电流。

前述的多功能的DrMOS，其中所述调节信号用以调节所述第一控制信号的工作周期。

前述的多功能的DrMOS，其中所述调节信号用以调节所述上桥及下桥组件的导通阻值。

前述的多功能的DrMOS，其中所述调节信号改变所述驱动电路的电源轨以调节所述上桥及下桥组件的导通阻值。

前述的多功能的DrMOS，其中所述平衡装置包括一电流平衡电路用以感测及调节所述输出负载电流。

前述的多功能的DrMOS，其中所述电流平衡电路包括：

一平衡端；

一平衡调节放大器，根据一与所述输出负载电流相关的第一信号以及所述平衡端上的第二信号产生一调节信号调节所述第一控制信号的工作周期。

前述的多功能的DrMOS，其中所述第一信号藉由检测所述相节点上的电压而得的。

前述的多功能的DrMOS，其中所述第一信号藉由检测通过所述上桥或下桥组件的电流而得的。

采用上述技术方案后，本发明的多功能的DrMOS具有电流平衡机制、温度平衡机制及可变相位机制的优点。

附图说明

图1为本发明的第一实施例示意图；

图2为本发明的多相电源转换器；

图3为图1中相位分割电路的实施例示意图；

图4为图3中信号的波形图；

图5为图1中可变延迟电路的实施例示意图；

图6为图5中信号的波形图；

图7为图1中温度平衡电路的实施例示意图；

图8为图1中电流平衡电路的实施例示意图；

图9为本发明的第二实施例示意图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。

现请参阅图1和图2，图4，图1显示本发明DrMOS的第一实施例示意图。图2显示应用本发明DrMOS的多相电源转换器200。如图所示，所述DrMOS100中，由主动或被动组件或者信号总线控制的外部设定处理电路108根据外部的设定产生信息n及K，此信息代表多相电源转换器200共有n个DrMOS，而此DrMOS为第K个，可变相位控制电路102根据信息n及K改变来自PWM控制器202的控制信号PWM的相位产生控制信号Vo2，可变相位控制电路102包括相位分割电路104及可变延迟电路106，相位分割电路104根据信息n及K将控制信号PWM分割为n个不同的相位，并从中选取一个输出，相位分割电路102包括相位锁定回路(PhaseLockedLoop;PLL)或延迟锁定回路(DelayLockedLoop;DLL)，可变延迟电路106根据相位分割电路104的输出T_Md以及来自平衡装置110的信号VCU及VTH产生控制信号Vo2，控制信号Vo2经失效时间电路122处理后产生控制信号Vo21及Vo22给驱动电路124中的驱动器126及128，驱动器126及128根据控制信号Vo21及Vo22驱动上桥晶体管130及下桥晶体管132以产生输出电压Vout及输出负载电流IL，失效时间电路122是为了避免晶体管130及132同时打开(turnon)，平衡装置110包括电流平衡电路112及温度平衡电路118，电流平衡电路112具有一感测端114连接一与输出负载电流IL相关的电流感测信号以及一电流平衡端116经总线I_share与其它DrMOS的电流平衡端116连接，如图1及2所示，电流平衡电路112根据感测端114上的感测信号及平衡端116上的信号产生电流调节信号VCU至可变延迟电路106，以改变控制信号Vo2的工作周期，进而调节输出负载电流IL，温度平衡电路118具有一温度平衡端120经总线T_share与其它DrMOS的温度平衡端120连接，如图1及2所示，温度平衡电路118根据所述温度平衡端120及其所检测到的温度产生温度调节信号VTH至可变延迟电路106，以改变控制信号Vo2的工作周期，进而调节输出负载电流IL。

图3显示相位分割电路104的实施例示意图。图4显示图3中信号的波形图，其中波形306为控制信号PWM，波形308为信号Ck_1，波形310为信号Ck_2，波形312为信号Ck_3，波形314为信号T_Md。参照图3，在相位分割电路104中，由控制电路300及电压控制延迟线(VoltageControlDelayLine;VCDL)302组成的锁定回路可以是PLL或DLL，其中控制电路300包括相位频率检测器(PhaseFrequencyDetector;PFD)、电荷堆积器(ChargePump;CP)及低通滤波器(LowPassFilter;LPF)，其根据控制信号PWM产生信号Vcont，VCDL302根据信号Vcont及信息n将控制信号PWM分割为n个不同相位的信号Ck_1……Ck_n-1及Ck_n，多任务器304再根据信息K从所述n个信号选取其中之一输出。参照图4，为了更清楚说明，假设n=3而K=2，故锁定回路将控制信号PWM分割成三个不同相位的信号Ck_1、Ck_2及Ck_3，如波形308、310及312所示，而多任务器304将选取第二个信号Ck_2输出，如波形314所示。

图5显示可变延迟电路106的实施例示意图。图6显示图5中信号的波形图，其中波形416为控制信号PWM，波形418为信号T_Md，波形420为信号DETB，波形422为信号V1，波形424为信号V2，波形426为电压Vo1，波形428为可变延迟电路106的输出信号Vo2。在图5的可变延迟电路106中，低通滤波器400滤波控制信号PWM产生信号V1，如波形422所示，低通滤波器402将可变延迟电路106输出的信号Vo2滤波产生信号V2，如波形424所示，误差放大器404比较信号V1及V2产生信号VE1，加法器406结合信号VE1、来自电流平衡电路112的信号VCU以及来自温度平衡电路118的信号VTH产生信号VE2，压控电流源408根据信号VE2产生电流I1，由晶体管M2及M3组成的电流镜镜射电流I1产生电流I2，上升边缘检测器410根据相位分割电路104的输出T_Md产生控制信号DETB控制电流源411，当信号T_Md由低准位转为高准位时，如时间t1所示，信号DETB将转为低准位以打开PMOS晶体管M1，如波形420所示，因此电流源411对电容C充电使电容C上的电压Vo1上升，当电压Vo1高于逻辑电路414输入端的临界电压后，逻辑电路414将输出高准位的信号Vo2，信号DETB在转为低准位一段时间后将再转为高准位，如时间t2所示，故晶体管M1关闭(turnoff)，电容C被电流I2及由电流源412提供的电流I3放电，因此电压Vo1开始下降，当电压Vo1低于所述临界值时，控制信号Vo2转为低准位，如时间t3所示。由于电流I3为定值，因此控制信号Vo2的工作周期将由电流I2决定，电流I2越小电容C的放电速度越慢，控制信号Vo2的工作周期越长，反之，电流I2越大电容C的放电速度越快，控制信号Vo2的工作周期越短，又电流I2系随信号VE2改变，故可以藉由改变信号VE2来决定控制信号Vo2的工作周期。

图7显示温度平衡电路118的实施例示意图，其中电流源500提供无关温度变化的电流I4至具有温度系数的组件502以产生电压V4，由于具有温度系数的组件502的特性随DrMOS100的温度变化，故电压V4亦随DrMOS100的温度变化，运算放大器504将电压V4提供至平衡端120，电阻R1经平衡端及总线T_share与其它DrMOS100中的电阻R1并联，由于所有的电阻R1并联，因此所有温度平衡电路118提供至温度平衡端120的电压V4将自动被平均而得到平均电压V5，电阻R1因应平均电压V5产生电流I5，电流镜506镜射电流I5产生电流I6，电流对电压转换器508将电流I6转换电压VTH以调节输出电压IL，进而将DrMOS的温度调节到所有DrMOS温度的平均值。

图8显示电流平衡电路112的实施例示意图，其中感测端114连接一与输出负载电流IL相关的感测信号Vs，信号Vs经增益级600放大后再经偏压源602产生电压VI，运算放大器604连接成为一电压追随器，用以将电压VI提供至电流平衡端116。所有DrMOS100的平衡端116经由总线I_share连接在一起，如图2所示，因此平衡端116上的电压VI_max为所有DrMOS的电压VI中的最大值。二极管606连接在运算放大器604的输出及平衡端116之间，用以防止电流逆流至运算放大器604的输出。比较器608比较电压VI及VI_max产生调节信号VCU。由于电压VI与输出负载电流IL有关，而电压VI_max与所有DrMOS的输出负载电流IL中的最大值IL_max有关，因此，比较电压VI及VI_max可以视为比较输出负载电流IL及IL_max，故比较器608的输出将使输出负载电流IL调节为IL_max，进而使所有DrMOS的输出负载电流IL达到平衡。

图9显示本发明DrMOS的第二实施例示意图，DrMOS700同样包括相位分割电路104、可变延迟电路106、外部设定处理电路108、电流平衡电路112、温度平衡电路118、失效时间电路122、驱动电路124、上桥晶体管130及下桥晶体管132，其中温度平衡电路118所输出的调节信号VTH并没有提供至可变延迟电路106，而是提供至调节器702，调节器702根据调节信号VTH改变驱动电路124中的电源轨VDD。当晶体管130及132操作在线性区域时，其导通阻值

$\mathrm{Ron}\∝\frac{1}{\mathrm{Vgs}-\mathrm{Vth}}$ 公式1

其中，Vgs为晶体管闸极及源极之间的电压，Vth为晶体管的临界电压。如公式1所示，当电压Vgs上升时，导通阻值Ron将下降，当电压Vgs下降时，导通阻值将上升，又电源轨VDD将决定驱动器126及128所输出信号的最大准位，故当电源轨VDD越高时，电压Vgs将越高，反之则越小，而随着导通阻值Ron的变化，输出负载电流IL也将产生相对应的改变，因此，调节器702根据调节信号VTH改变驱动电路124中的电源轨VDD，可以调节输出负载电流IL，进而调节DrMOS700的温度。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

组件符号说明

100DrMOS

102可变相位控制电路

104相位分割电路

106可变延迟电路

108外部设定处理电路

110平衡装置

112电流平衡电路

114感测端

116电流平衡端

118温度平衡电路

120温度平衡端

122失效时间电路

124驱动电路

126驱动器

128驱动器

130晶体管

132晶体管

200多相电源转换器

202PWM控制器

300控制电路

302电压控制延迟线

304多任务器

306控制信号PWM的波形

308信号Ck_1的波形

310信号Ck_2的波形

312信号Ck_3的波形

314信号T_Md的波形

400低通滤波器

402低通滤波器

404误差放大器

406加法器

408压控电流源

410上升边缘检测器

412电流源

414逻辑电路

416控制信号PWM的波形

418信号T_Md的波形

420信号DETB的波形

422信号V1的波形

424信号V2的波形

426电压Vo1的波形

428信号Vo2的波形

500电流源

502具有温度系数的组件

504运算放大器

506电流镜

508电流对电压转换器

600增益级

602偏压源

604运算放大器

606二极管

608比较器

700DrMOS

702调节器

Claims (7)

1.一种多功能的DrMOS，其特征在于包括：

一上桥组件，连接在一第一电压及一相节点之间；

一下桥组件，连接在所述相节点及一第二电压之间；

一驱动电路，用以根据一第一控制信号驱动所述上桥及下桥组件以产生一输出负载电流；

一可变相位控制电路，用以改变一来自控制器的第二控制信号的相位产生所述第一控制信号；

其中，所述可变相位控制电路包括：

一相位分割电路，用以将所述第二控制信号分割为多个相位并选取其中之一输出；

一可变延迟电路，用以根据所述相位分割电路的输出产生所述第一控制信号。

2.如权利要求1所述的多功能的DrMOS，其特征在于，所述相位分割电路包括：

一锁定回路，用以根据一第一信息将所述第二控制信号均匀分割为所述多个相位；

一多任务器，用以根据一第二信息由所述多个相位中选取其中之一输出。

3.如权利要求2所述的多功能的DrMOS，其特征在于，所述锁定回路包括一相位锁定回路。

4.如权利要求2所述的多功能的DrMOS，其特征在于，所述锁定回路包括一延迟锁定回路。

5.如权利要求1所述的多功能的DrMOS，其特征在于，更包括一平衡装置用以调节所述输出负载电流。

6.如权利要求5所述的多功能的DrMOS，其特征在于，所述平衡装置包括一温度平衡电路用以感测所述DrMOS的温度以调节所述输出负载电流。

7.如权利要求5所述的多功能的DrMOS，其特征在于，所述平衡装置包括一电流平衡电路用以感测及调节所述输出负载电流。