具有拆分式分割的改进的开关模式功率转换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及功率转换器，并且更具体地涉及与开关模式功率转换器关联的技术和电路。
【背景技术】
[0002]一些电路可以使用功率转换器，这些功率转换器从功率源接收功率输入并且将功率输入转换(例如向上阶跃(step-up)或者向下阶跃(step-down))成具有与功率输入的电压或者电流电平不同的(例如经调节的)电压或者电流电平的功率输出。转换器向滤波器输出功率输出以用于向部件、电路或者其它电设备供电。基于开关的功率转换器可以使用半桥电路和信号调制技术以调节功率输出的电流或者电压电平。在一些示例中，功率转换器可以使用附加反馈控制电路和技术(例如电压感测、电流感测等)以改进功率输出的电压或者电流电平的精度和控制。用于改进功率输出的电压或者电流的精度和控制的这些前述技术和电路可能减少功率转换器的总效率和/或增加功率转换器的物理尺寸、复杂性和/或成本。
【发明内容】
[0003]一般而言，描述如下技术和电路，这些技术和电路用于使系统级封装(SiP)功率转换器能够输出具有不仅可以达到或者超过五安培而且可以在窄(例如精确)电流电平容差窗口内包含的电流电平的功率，而都未牺牲SiP功率转换器的封装尺寸、成本和/或效率。SiP功率转换器无论是向下阶跃或者向上阶跃转换器都可以包括跨越SiP功率转换器封装的仅两个裸片分布的一个或者多个功率开关、驱动器/控制逻辑和反馈控制电路装置(例如电流感测电路装置)。一个裸片是CMOS(互补金属氧化物半导体)类型裸片，而另一裸片是FET (场效应晶体管)或者SFET (超导体场效应晶体管)类型裸片。SiP功率转换器的一个或者多个功率开关包括功率级(例如单相半桥、多相半桥等)。一个或者多个功率开关中的一些功率开关(例如功率级的半桥的低侧或者高侧半桥)位于一个FET或者SFET类型裸片上，而一个或者多个功率开关中的其余开关(例如功率级的不在FET或者SFET类型裸片上的半桥侧)位于另一 CMOS类型裸片上。另一 CMOS类型裸片还包括所有驱动器/控制逻辑和反馈控制电路装置(例如电流感测电路装置)。
[0004]通过向一个FET或者SFET类型裸片包含一个或者多个功率开关中的一些功率开关，可以提高SiP功率转换器的效率，因为SiP功率转换器的功率级的至少部分(例如高侦D可以包括高效率FET或者SFET类型功率开关。此外，通过将驱动器/控制逻辑、反馈控制电路装置(例如电流感测电路装置)和一个或者多个功率开关中的其余功率开关(例如低侧)共同定位到一个CMOS类型裸片，可以提高SiP功率转换器的功率输出的精度，因为可以使用高度精确感测FET电流感测电路装置来控制功率输出，而不易受由FET或者SFET类型开关的切换所引起的电磁干扰(EMI)和其它噪声的影响。另外，通过操作在与功率开关的其余部分和驱动器/控制逻辑相同的CMOS裸片上的电流感测电路装置，可以在不使用电荷泵的情况下操作电流感测电路装置。
[0005]在一个示例中，公开内容涉及一种功率转换器，该功率转换器包括第一裸片和第二裸片，该第一裸片包括一个或者多个第一开关，该一个或者多个第一开关耦合到功率级的切换节点。第二裸片包括:一个或者多个第二开关，该一个或者多个第二开关耦合到功率级的切换节点；反馈控制单元，该反馈控制单元被配置为检测在功率级的一个或者多个第二开关处的电流电平；以及控制器单元，该控制器单元被配置为至少部分基于由反馈控制单元检测到的电流电平来控制功率级的一个或者多个第一开关和一个或者多个第二开关。
[0006]在另一示例中，公开内容涉及一种方法，该方法包括由在功率转换器的第二裸片处的反馈控制单元检测在功率转换器的第二裸片处的一个或者多个第二开关处的电流电平，该一个或者多个第二开关在功率级的切换节点处耦合到在功率转换器的第一裸片处的一个或者多个第一开关。该方法还包括由在第二裸片处的控制器单元至少部分基于驱动器信号控制功率级的在第一裸片处的一个或者多个第一开关，其中驱动器信号至少部分基于在第二裸片处的一个或者多个第二开关处检测到的电流电平。该方法还包括由在第二裸片处的控制器单元至少部分基于驱动器信号控制功率级的在第二裸片处的一个或者多个第—开关°
[0007]在另一示例中，公开内容涉及一种功率转换器，该功率转换器具有用于检测在功率转换器的第二裸片处的一个或者多个第二开关处的电流电平的装置，该一个或者多个第二开关在功率级的切换节点处耦合到在功率转换器的第一裸片处的一个或者多个第一开关。该功率转换器还包括用于从第二裸片至少部分基于驱动器信号控制功率级的在第一裸片处的一个或者多个第一开关的装置，其中驱动器信号至少部分基于在第二裸片处的一个或者多个第二开关处检测到的电流电平。该功率转换器还包括用于从第二裸片至少部分基于驱动器信号控制功率级的在第二裸片处的一个或者多个第二开关的装置。
[0008]在附图和以下描述中阐述一个或者多个示例的细节。公开内容的其它特征、目的和优点将从该描述和附图中以及从权利要求中变得显而易见。
【附图说明】
[0009]图1是图示根据本公开内容的一个或者多个方面的用于转换来自功率源的功率的示例系统的框图。
[0010]图2是图示图1中所示示例系统的功率转换器的一个示例的框图。
[0011]图3是图示图1中所示示例系统的功率转换器的一个其它示例的框图。
[0012]图4是图示根据本公开内容的一个或者多个方面的示例功率转换器的示例操作的流程图。
[0013]图5A和5B是图示图2中所示示例功率转换器的横截面的电路图。
【具体实施方式】
[0014]在一些应用中，基于开关的功率转换器(下文称为“功率转换器”或者简称为“转换器”)可以接收功率输入并且将功率输入转换(例如通过向上阶跃或者向下阶跃)成具有与功率输入的电压或者电流电平不同的(例如经调节的)电压或者电流电平的功率输出，以例如向滤波器提供功率输出以用于向负载(例如设备)供电。如本文中描述的，术语“向上阶跃”是指如下功率转换器，该功率转换器被配置为接收具有第一电压电平的输入功率信号并且输出具有比第一电压电平更大的第二电压电平的功率信号。还如本文中描述的，术语“向下阶跃”转换器是指如下功率转换器，该功率转换器被配置为接收具有第一电压电平的输入功率信号并且输出具有比第一电压电平更小的第二电压电平的功率信号。
[0015]在任一情况下，功率转换器可以具有在功率级配置(例如单相或者多相半桥配置等)中布置的一个或者多个开关(例如基于MOS功率开关晶体管的开关、基于氮化镓(GaN)的开关或者其它类型的开关器件)，功率转换器根据一种或者多种调制技术控制该一个或者多个开关以改变功率输出的电流或者电压电平。单相半桥可以包括在切换节点处耦合到低侧开关的高侧开关，而多相半桥可以包括在切换节点处耦合到多个低侧开关的多个高侧开关。
[0016]功率转换器可以包括一个或者多个门驱动器和用于使用调制技术来控制(例如接通和关断)功率级的一个或者多个开关的控制逻辑。这样的对功率级的开关的调制可以根据脉冲密度调制(PDM)、脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)或者另一适当调制技术进行操作。通过使用调制技术来控制功率级的开关，功率转换器可以调节由功率转换器输出的功率的电流或者电压电平。
[0017]一些功率转换器可以使用用于执行电流感测和/或电压感测以获得关于功率输出的电流或者电压电平的信息的反馈电路和技术。功率转换器可以将通过使用反馈电路和技术而接收的信息用于提高功率输出的精度。例如，功率转换器可以将反馈信息用于使功率输出的电压或者电流电平包含在用于满足负载的功率要求的特定容差或者阈值窗口内。一些功率转换器可以使用电流感测作为反馈电路和技术的一个示例，以确定向负载输出的功率的实时电流电平。如果功率转换器确定电流电平不满足负载的功率要求，则功率转换器可以调整或者改变功率转换器控制功率开关的方式，以便调整或者改变功率输出的电流电平，直至功率输出的电流电平被包含在容差窗口内并且满足与负载的功率要求关联的电流电平。
[0018]一些功率转换器具有与功率转换器的驱动器/控制逻辑和/或反馈控制电路装置分离的单独和分立高侧和低侧功率开关。使用单独和分立功率开关的功率转换器可能在比一些其它类型的功率转换器更低的效率情况下进行操作。例如“系统级封装”或者“SiP”功率转换器可以具有比使用单独和分立功率开关的功率转换器更高的效率水平。
[0019]不是依赖于单独和分立功率开关，SiP功率转换器包括与驱动器/控制逻辑和反馈控制电路装置一起集成到单个集成电路(IC)或者芯片封装中的功率开关。尽管集成封装可以使SiP功率转换器在比其它类型的功率转换器更大的效率情况下进行操作，但是集成封装可能增加与功率转换器的设计和制造关联的复杂性和/或成本。由于更高的复杂性和成本，SiP功率转换器可能对于某些低成本和复杂性更小的功率转换器应用而言并不适合(例如太复杂和/或太昂贵)。
[0020]虽然在单个封装中包含SiP的部件，但是SiP封装的尺寸可能使SiP功率转换器对于一些应用而言太大。例如，SiP功率转换器可以具有包括功率转换器的所有驱动器/控制逻辑和反馈控制电路装置的(例如CMOS类型的)一个或者多个裸片以及各自包括一个或者多个高侧和低侧高效率(例如FET、SFET等)功率开关的(例如FET类型、SFET类型等的)两个或者更多其它裸片。这样，SiP功率转换器会在单个集成电路或者芯片封装内包括最少三个分离和单独裸片。用于设计和制造SiP功率转换器的综合尺寸、复杂性和成本可以与在SiP中包括的裸片数量成比例。通过在单个集成电路或者芯片封装内包括三个和经常多于三个的单独裸片，SiP转换器的复杂性、成本和/或尺寸可能超过SiP功率转换器的应用的对应复杂性、成本和/或尺寸要求。
[0021 ] 虽然