专利名称：Dc-dc同步管的控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及节能环保电子产品，具体涉及一种直流-直流(DC-DC)同步管的控制方法和装置。
背景技术：
同步整流是指采用导通电阻极低的功率场效应管(M0SFET)，即同步管，来取代整流电路中的整流二极管以降低整流损耗的一项新技术，但是整流电路中的功率管只能使用MOSFET而不能使用二极管。它能大大提高DC-DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件。用功率MOSFET做整流器时， 要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。目前，在低压输出的DC-DC开关电源中广泛采用同步整流技术。采用同步整流技术的好处是一、可以提高电源的转换效率，从而节约能源。二、当同步管集成到集成电路 (IC)里面以后，减少了外围元器件，从而节省了应用成本。三、当同步管集成到IC里面以后，减小了电源的体积。下面以降压式变换电路(BUCK)结构的同步整流DC-DC为例来介绍传统的同步管控制电路。
图1所示为传统的BUCK同步整流DC-DC的电路拓扑图。其中示出了用于同步管控制的比较器(ICMP)。图2和图3分别给出了电路工作在连续模式和非连续模式的电感电流、功率管、同步管的工作电信号波形。如图2、3所示，同步管在电感电流充电阶段应关闭，在电感电流放电阶段导通(电感电流IL上升时是充电阶段，IL下降时是放电阶段)。如图3所示，当电路工作于非连续模式时，电感电流会下降到零，此时应该将同步管关断，以防止电感电流倒流。传统的同步管控制方法是采用一个比较器(ICMP)来检测同步管两端的电压，其输出用来控制同步管的关断。参看图1和图3，在电感电流放电阶段，电感电流未下降到零时，SW端电压为负，低于GND电压，比较器输出X为低电平，允许同步管打开。当电感电流下降到零并出现倒流时，SW端电压为正，高于GND电压，比较器输出X为高电平，关闭同步管。由于实际的比较器具有一定的传输延时，当SW端电压过零时比较器并不立即翻转，而是延迟一段时间后再翻转到高电平，此时SW端电压已经为正，即电感电流已经出现倒流。所以通常给比较器设置一个固定的输入失调，以使得比较器提前动作，理想的情形时当电感电流刚好过零时，比较器翻转并关闭同步管。下面说明基于传统的同步管控制方法所遇到的困难
一、在集成电路工艺中，尤其是互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺，由于比较器具有较大的随机输入失调，所以比较器的实际翻转时间点会表现出随机的偏差。例如假设比较器的随机输入失调(VOS)最大为+/-15mV，则同步管关断时的电感电流误差为 I=V0S/RDS0N例如假设同步管的导通电阻为0.20hm，则在同步管关断时刻的电感电流误差为 +/-75mA。假设在VOS=O时同步管刚好在电感电流过零点关断，则当V0S=15mv时同步管关断时刻电感电流为75mA，当V0S=-15mv时同步管关断时刻电感电流为_75mA(出现倒流)。二、在不同的输出电压VO和电感L下，电感电流的变化速率有明显的差异，所以对于固定的比较器延时电感电流的变化也会比较大。电感电流的变化量由下面公式给出
权利要求
1.一种DC-DC同步管的控制方法，由第一比较器检测其输入端之间的电压差并输出控制同步管的关断，其特征在于，还包括以下步骤由第二比较器检测同步管两端的电压差并输出当前时钟周期同步管的控制误差信息；由同步管控制误差历史信息存储与运算单元根据第N时钟周期第二比较器的输出来决策在第N+i时钟周期减少或者增加第一比较器输入端的输入失调电压；N，i是自然数；所述第一比较器输入端的输入失调电压减少或增加的基准是前一个时钟周期同步管关断时刻同步管两端的电压差。
2.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，根据前一时钟周期同步管提前关断进行的是在下一个时钟周期加所述第一比较器输入端的输入失调电压，而根据前一时钟周期同步管滞后关断是在下一个时钟周期减所述第一比较器输入端的输入失调电压。
3.—种DC-DC同步管的控制装置，电连接同步整流电路中的同步管，其特征在于，包括第一比较器，输出端电连接所述同步管的栅极；输入失调电压调节器，输出端电连接第一比较器的第一输入端，输入端电连接所述同步管的源极和漏极中的一个，用于根据同步管控制误差历史信息存储与运算单元的输出控制信号增大或减小输入电压后输出；第一比较器第二输入端电连接所述同步管的源极和漏极中的另一个；第二比较器，二输入端分别对应电连接所述同步管的源极和漏极； 同步管控制误差历史信息存储与运算单元，电连接第二比较器的输出端、所述输入失调电压调节器和所述同步整流电路中功率管的栅极，用于根据第N时钟周期第二比较器的输出，在第N+i时钟周期向所述输入失调电压调节器输出减少控制信号或者增加控制信号；N，i是自然数。
4.根据权利要求3所述控制装置，其特征在于，第一比较器是高增益比较器，第二比较器是高速比较器。
5.根据权利要求3所述控制装置，其特征在于，所述同步整流电路是降压式变换电路结构或升压式变换电路结构或升降压式变换电路结构。
6.根据权利要求3所述控制装置，其特征在于，所述同步管是N沟道型和P沟道型场效应管。
7.根据权利要求3所述控制装置，其特征在于，所述输入失调电压调节器包括串接的恒流源和一个以上电阻，所述输入失调电压调节器的输出端电连接在所述恒流源和第一电阻之间，所述输入失调电压调节器的输入端根据控制信号选择电连接在不同的电阻之间。
8.根据权利要求3所述控制装置，其特征在于，所述输入失调电压调节器包括受控的电流源和一个电阻，所述输入失调电压调节器的输出端电连接在所述受控电流源的输出和电阻之间，所述输入失调电压调节器的输入端连接在所述电阻的另外一端。
9.根据权利要求3所述控制装置，其特征在于，所述同步管控制误差历史信息存储与运算单元包括相互电连接的D触发器和加减记数器。
10.根据权利要求3所述控制装置，其特征在于，所述同步管控制误差历史信息存储与运算单元包括D触发器、单稳态电路、电荷泵电路和受控电流源电路。
全文摘要
本发明涉及一种DC-DC同步管的控制方法和装置，其中装置包括第一比较器、第二比较器、同步管控制误差历史信息存储与运算单元和输入失调电压调节器；方法包括由第一比较器检测其输入端之间的电压差，第一比较器输出用来控制同步管的关断；由第二比较器检测同步管两端的电压差，第二比较器输出当前时钟周期同步管的控制误差信息；同步管控制误差历史信息存储与运算单元根据第N时钟周期第二比较器的输出来决策在第N+1、N+2、N+3…时钟周期减少或者增加第一比较器输入端的输入失调电压；所述第一比较器输入端的输入失调电压减少或增加的基准是在前一个时钟周期同步管关断时刻同步管两端的电压差。
文档编号H02M3/10GK102299623SQ20111023961
公开日2011年12月28日 申请日期2011年8月20日 优先权日2011年8月20日
发明者李永红, 黄朝刚 申请人:泉芯电子技术(深圳)有限公司