升压变换器和相关的集成电路的制作方法
【专利说明】
[0001] 巧关申请的香叉引用
[0002] 本申请要求2014年9月17日提交的意大利专利申请第T02014A000733号的优先 权，其公开内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003] 本公开内容的实施例设及升压变换器。
【背景技术】
[0004] 开关模式电源在本领域是公知的。 阳0化]例如，图1示出DC-DC升压变换器的一般架构，DC-DC升压变换器接收DC输入电 压Vmt并且提供大于输入电压VMT的DC输出电压VWT。例如，可W经由两个输入端子102a 和10化提供输入电压VeAT,其中负输入端子10化连接到接地GND,并且可W经由两个输出 端子104a和104b提供输出电压V。。,，其中负输出端子104b连接到接地GND。
[0006] 例如，可W由任何DC电源（诸如电池或者经整流的AC电压）提供输入电压Vbat, 并且输出电压Vew可W用于对负载供电。通常，输出电压VWT是设计参数并且被事先设置。
[0007] 传统的升压DC-DC变换器通常包括串联连接在正输入端子102a与正输出端子 104a之间的电感式能量存储元件L(例如电感器）和"自由轮转"二极管整流器D。二极管 整流器D仅在负载的方向上传导电流，即，阳极连接到电感元件L并且阴极连接到正输出 端子104a，并且由于不能独立于其阳极和阴极处的电压来控制其操作而被认为是自由轮转 的。升压变换器通常还包括连接在输出端子104a和104b之间的输出电容器C0UT，其稳定 输出电压Vcut。
[0008] 在所讨论的示例中，升压变换器还包括开关SW，诸如n型金属氧化物半导体场效 应晶体管（MOSFET)。具体地，运一开关SW被配置成根据控制信号化将电感元件L与二极 管D之间的中间点选择性地连接到接地GND，即开关SW连接在运一中间点与接地GND之间。
[0009] 因此，当开关SW闭合时，电流IeAT从正输入端子102a并且通过电感器L向接地GND 流动，并且电感器L通过生成磁场来存储能量。相反地，当开关SW打开时，电流将减小，因 为阻抗更高，并且先前创建的磁场将生成通过二极管D并且朝着正输出端子104a(即电容 器COUT和负载）流动的电流。本领域技术人员应当理解，还可W用第二开关代替二极管D， 第二开关用基本上补充信号化的信号（例如对应于信号化的反相版本的信号）来驱动。
[0010] 在运一情景中，通常使用电压模式控制电路控制升压变换器的操作。具体地，运一 控制电路通过W下方式执行闭环控制操作：监测输出电压Vwt并且控制开关SW的开关W便 将输出电压Vew调节为期望值。
[0011] 例如，电路可W包括分压器，分压器包括至少两个电阻器Rl和R2,至少两个电阻 器Rl和R2串联连接在输出端子104a和104b之间，即与输出电容器COUT并行。因此，基 于分压器的众所周知的操作，电阻器Rl和R2之间的中间点提供指示输出电压Vwt的电压 Vfb。
[0012] 在所讨论的示例中，向控制单元20提供运一电压Vpe，控制单元20根据反馈电压V?控制开关SW的开关操作。
[0013] 通常，可W在控制单元20内实现不同的、用于根据反馈电压Vw控制开关SW的控 制方案，运些方案对于本领域技术人员而言是公知的。
[0014] 例如，控制电路20可W包括驱动器电路22和检测电路24。
[0015] 例如，检测电路24可W是误差放大器，并且驱动器电路22可W是脉冲宽度调制 (PWM)驱动器电路。在运种情况下，误差放大器24被配置成放大电压Vw与参考电压Vkw之 间的差。例如，可W经由电压调节器或者带隙参考、根据输入电压或输出电压得到参考电压 Vkw。然后可W向驱动器电路22提供误差放大器24的输出处的信号，其改变（即增大和/ 或减小）PWM驱动器信号化的占空比W使得放大器24的输出处的误差信号基本为零。
[0016] 检测电路24还可W仅包括简单的比较器，该比较器将电压Vw与参考电压Vkw相 比较。在运种情况下，驱动器电路24可W生成脉冲驱动器信号DU直到比较器24的输出处 的信号表明反馈电压V?已经达到参考电压VUW。
[0017]本领域技术人员应当理解，还可W使用其他驱动方案，诸如频率调制或者准谐振 驱动。另外，在小的输出负载的情况下，还可W在给定时间段内解激活驱动器电路24并且 开关SW可W保持打开，其通常被称为"突发模式"。
[001引发明人已经观察到，独立于控制单元20的特定实施方式，（中间）输出电压VeJ尋 是：
UJ
[0020] 然而，在没有负载的情况下，即在负载被断开或者关断的情况下，并且假定理想的 效率为100 %，则分压器R1/R2存在电流消耗Ikes并且相应地存在来自输入102a的电流 Ibat,其对应于：
(2)
[0022] 如W上描述中所示，用于升压变换器的现有技术的电压回路解决方案具有若干缺 点，特别是在低功率应用中在从输入电源（诸如电池）下降的电流方面。
[0023] 例如，为了最小化反馈分压器的电流消耗，分压器的电阻器应当很大。然而，从实 际观点来看，通常不能够最小化由分压器消耗的电流Ikes，因为在增加分压器的电阻器R1、 R2的电阻值时，其占用面积也增加，从而使得集成电路内的集成更昂贵。
[0024] 基于W上描述，需要寻求一种能够克服先前提出的缺陷中的一个或多个缺陷的解 决方案。
【发明内容】
[0025] 根据一种实施例，提供了用于减小升压变换器中的功耗的解决方案。
[00%] 通常，升压变换器经由输入端子接收输入电压并且经由输出端子提供更大的输出 电压。另外，升压变换器通常包括电感元件、至少一个电子电源开关（例如MOSFET和二极 管）W及输出电容器（优选地）。
[0027] 在各种实施例中，升压变换器还包括电压控制电路，电压控制电路可W被集成在 集成电路中并且被配置用于根据输出电压驱动升压变换器的至少一个电子电源开关。
[0028] 在各种实施例中，电压控制电路包括分压器，分压器至少包括串联连接的第一电 阻元件和第二电阻元件（诸如电阻器），其中分压器禪合到输出端子，并且其中第一电阻元 件和第二电阻元件之间的中间点提供反馈电压。电压控制电路还包括被配置用于根据运一 反馈电压驱动升压变换器的至少一个电子电源开关的控制单元。
[0029] 在各种实施例中，通过周期性地激活W及解激活分压器来减小功耗，其中开关接 通时间通常明显小于开关断开时间。
[0030] 例如，在一些实施例中，电压控制电路包括用于根据使能信号将分压器选择性地 连接到输出端子的至少一个电子控制开关。例如，出于运一目的，可W将电子开关（诸如n 型或P型M0SFET)与分压器的电阻器之一串联连接，从而使能或者禁用通过分压器的电流。
[0031] 在各种实施例中，电压控制电路还包括定时器电路，定时器电路被配置用于生成 用于控制开关的使能信号，其中使能信号包括多个脉冲，使得分压器周期性地在第一时间 (开关接通时间）内连接到输出端子并且在第二时间（开关断开时间）内从输出端子断开。
[0032] 在各种实施例中，电压控制电路包括模拟或数字存储元件，模拟或数字存储元件 在分压器连接到输出端子时（即在反馈电压代表输出电压时）存储指示反馈电压的值。因 此，当分压器从输出端子断开时，可W由电压控制电路使用存储的值。
[0033] 例如，模拟存储元件可W包括电容器和控制开关，其中运一控制开关在分压器连 接到输出端子时闭合并且在分压器从输出端子断开时打开。运样的模拟存储元件可W置于 例如提供反馈电压的分压器的中间点与控制单元之间。因此，模拟存储元件在开关接通时 间期间存储反馈电压。
[0034] 在各种实施例中，电压控制电路的控制单元包括用于驱动升压变换器的至少一个 电子电源开关的驱动器电路W及被配置用于生成用于驱动器电路的充电控制信号的检测 单元（诸如误差放大器或者比较器），其中充电控制信号指示是否必须执行一个或多个开 关操作W增大输出电压。
[0035] 在运种情况下，数字存储元件（诸如锁存器或者触发器）或者模拟存储元件可W 置于检测电路与驱动器电路之间。
[0036] 在各种实施例中，定时器电路可W生成另外的使能信号。例如，为了确保数字存储 元件仅存储有效值，运一另外的使能信号可W包括多个脉冲，使得数字存储元件仅在自从 分压器被激活W来过去给定的第一时间段时存储相应的值，和/或仅在自从数字存储元件 上一次存储相应的值W来过去给定的第二时间段时解激活分压器。
[0037] W上使能信号还可W用于使能或禁用电压控制电路的其他块。例如，可W根据第 一使能信号激活检测单元和/或驱动器电路的模拟部件，第一使能信号表示一种模拟使能 信号。相