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_2

文档序号:8397737阅读:来源:国知局
一些SiP功率转换器可以包括用于执行片上电流和/或电压感测的集成反馈控制电路装置,但是在一些实例中,SiP功率转换器的集成反馈控制电路装置可能获得关于功率输出的电流或者电压电平的不精确信息。SiP功率转换器的集成反馈控制(例如感测)电路装置的不精确性可以归因于集成反馈控制(例如感测)电路装置的感测线可能具有对操作噪声的增加的敏感性(例如在SiP功率转换器的功率开关在通状态中操作与在断状态中操作之间转变时的切换循环期间)。
[0022]例如,SiP功率转换器可以将驱动器/控制逻辑和反馈控制电路装置共同定位到单个CMOS类型裸片上。SiP功率转换器还可以将高侧功率开关共同定位到第一 FET或者SFET类型裸片上而将低侧功率开关共同定位到第二 FET或者SFET类型裸片上。通过使反馈控制电路装置与功率开关分离,SiP功率转换器可能需要在CMOS类型裸片与两个FET或者SFET类型裸片之一或者二者之间布置的附加感测线(例如接线或者迹线),以用于将反馈控制(例如感测)电路装置耦合到功率开关。
[0023]位于包含反馈控制电路装置的裸片以外并且在集成电路或者芯片封装的两个分离裸片之间布置的感测线可能易受电磁干扰(EMI)或者其它类型的电噪声的影响,尤其在使用和使高效FET或者SFET功率开关在切换循环期间在通状态中操作与断状态中操作之间转变(例如接通或者关断)时。此外,当在半桥的一侧(例如低侧)处执行特定类型的感测或者反馈控制技术(例如电流感测FET电流感测)时,反馈控制(例如感测)电路装置可能需要大(例如高电容)的电荷泵,以获得与功率输出的电流电平关联的精确信息。
[0024]在一些示例中,为了最小化噪声可能对功率转换器的感测电路装置产生的影响,可以使用具有单片集成的“片上系统”或者“SoC”功率转换器。SoC功率转换器将功率转换器的驱动器/控制逻辑和反馈控制电路装置与功率转换器的功率开关集成到在相同芯片或者封装内的单个裸片上。通过将所有功率开关、驱动器/控制逻辑和反馈控制电路装置集成到单个裸片上,反馈控制电路装置的感测线也被包含在单个裸片内,并且可以较不易受EMI或者其它电噪声的影响而且获得比由一些其它功率转换器使用的感测电路装置更精确的关于功率输出的电流和/或电压电平的信息。
[0025]虽然具有单片集成的SoC功率转换器可以具有改进的感测电路装置,但是SoC功率转换器可能效率低于一些其它功率转换器,因为SoC功率转换器的功率开关可能在每个切换循环(例如在通状态中操作与在断状态中操作之间的每个转变)期间耗散比由一些其它功率转换器的功率开关向切换循环损耗的功率量更大量的功率。例如,不是使用更高效的FET或者SFET功率开关技术,SoC功率转换器可能使用可以共同定位到与驱动器/控制逻辑和集成电流感测相同的(例如CMOS)裸片上的更低效的CMOS切换技术。
[0026]SoC功率转换器的更低效的功率开关技术可能具有比其它功率转换器的功率开关更高量的Rdsw。作为更高量的RDS(?的结果,SoC功率转换器的功率开关可能在每个切换循环期间耗散比在具有开关——这些开关具有更低量的Rdsw (例如FET或者SFET类型开关)一一的功率开关功率转换器的每个切换循环期间损耗的功率量更大量的功率。此外,SoC功率转换器的CMOS类型开关可能使SoC功率输出的电流电平限于小于五安培。
[0027]—般而言,本公开内容的电路和技术可以使系统级封装(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类型裸片,而另一裸片是FET或者SFET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(例如半桥)。一个或者多个功率开关中的一些功率开关(例如功率级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)。
[0028]贯穿本公开内容,术语“CMOS类型”和“FET或者SFET类型”用来描述用于在实现本文中描述的电路和技术中使用的两种不同类型或者形式的半导体裸片。如本文中涉及的CMOS类型裸片描述主要地包括CMOS类型晶体管的半导体裸片,或者半导体裸片主要地根据CMOS类型制造工艺来制造,或者半导体裸片包括比其它类型的晶体管明显地更多的CMOS类型晶体管。如本文中涉及的FET或者SFET类型裸片描述主要地包括FET或者SFET类型晶体管(例如不是可以主要地在CMOS类型裸片中发现的CMOS类型晶体管)的半导体裸片,或者半导体裸片主要地通过FET或者SFET类型制造工艺(例如不是可以用来形成CMOS类型裸片的CMOS类型制造工艺)来形成,或者半导体裸片包括比其它类型的晶体管(例如CMOS类型)明显地更多的FET或者SFET类型晶体管。
[0029]通过将一个或者多个功率开关中的一些功率开关包含到一个FET或者SFET类型裸片,SiP功率转换器的功率级的至少部分(例如高侧)可以包括高效率FET或者SFET类型功率开关。此外,将驱动器/控制逻辑、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类型裸片允许使用高度精确的感测FET电流感测电路装置来控制SiP功率转换器,而不进一步需要用于感测FET电流感测电路装置的电荷泵。另外,通过将一个或者多个功率开关中的其余功率开关、电流感测电路装置和驱动器/控制逻辑共同定位到单个裸片,可以减少在电流感测电路装置的感测线处的电磁干扰(EMI)或者其它噪声扰动(例如由在FET或者SFET类型裸片上的FET或者SFET类型开关的切换所引起)。
[0030]以这一方式,通过将高效率FET或者SFET类型功率开关用于SiP功率转换器的功率开关中的至少一些功率开关,根据以下电路和技术的SiP功率转换器可以比一些SoC和其它SiP功率转换器更高效地操作并且可以在更大电流电平下输出功率。另外,通过将电流感测电路装置包含到与驱动器/控制逻辑和SiP功率转换器的功率开关中的其余功率开关相同的裸片,根据以下电路和技术的SiP功率转换器可以使用高度精确(例如感测FET)的电流感测技术来控制(而不需要电荷泵),以提供具有包含到窄容差窗口的电流电平的更精确功率输出。此外,因为电荷泵是不必要的,并且由于仅使用两个裸片,所以SiP功率转换器可以装进比一些更大、更复杂和更昂贵的SoC和SiP功率转换器更小、复杂性更低和更廉价的封装内。
[0031]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2的功率的系统I的框图。图1示出系统I为具有表示为功率源2、功率转换器4、滤波器6和负载8的四个分离和相异部件,然而系统I可以包括附加或者更少部件。例如,功率源2、功率转换器4、滤波器6和负载8可以是四个单独部件,或者可以代表提供如本文中描述的图1的功能的一个或者多个部件的组合。
[0032]系统I包括向系统I提供电功率的功率源2。功率源2的许多示例存在并且可以包括但不限于电力网、发电机、变压器、电池、太阳能板、风车、再生制动系统、水电或者风力发电机或者有能力向系统I提供电功率的任何其它形式的设备。
[0033]系统I包括作为基于开关的功率转换器进行操作的功率转换器4,其将由功率源2提供的一种形式的电功率转换成用于向负载8供电的不同和可用形式的电功率。功率转换器4可以是输出如下功率的向上阶跃转换器,该功率具有比由向上阶跃转换器接收的输入功率的电压电平更高的电压电平。这样的向上阶跃转换器的一个示例可以称为升压转换器。功率转换器4可以代之以包括配置为输出如下功率的向下阶跃转换器,该功率具有比由向下阶跃转换器接收的输入功率的电压电平更低的电压电平。这样的向下阶跃转换器的一个示例可以称为降压转换器。这样的降压转换器的一个示例可以称为降压转换器。还在其它示例中,功率转换器4可以是有能力输出如下功率的向上阶跃和向下阶跃转换器(例如升降压转换器),该功率具有如下电压电平,该电压电平是比由向上阶跃和向下阶跃转换器接收的功率输入的电压电平更高或者更低的电平。功率转换器4的示例可以包括电池充电器、微处理器功率供应等。功率转换器4可以作为DC到DC、DC到AC或者AC到DC转换器进行操作。
[0034]系统I还包括滤波器6和负载8。负载8在功率穿过滤波器6之后接收由功率转换器4转换的电功率(例如电压、电流等)。在一些示例中,负载8使用来自功率转换器4和滤波器6的经滤波的电功率以执行功能。滤波器6的许多示例存在并且可以包括用于对用于负载的功率进行滤波的任何适合电子滤波器。滤波器6的示例包括但不限于无源或者有源电子滤波器、模拟或者数字滤波器、高通、低通、带通、陷波或者全通滤波器、电阻器-电容器滤波器、电感器-电容器滤波器、电阻器-电感器-电容器滤波器等。类似地,负载8的许多示例存在并且可以包括但不限于计算设备和诸如微处理器之类的有关部件、电部件、电路、膝上型计算机、台式电脑、平板电脑、移动电话、电池、扬声器、照明单元、与汽车/船只/航空/火车有关的部件、马达、变压器或者从功率转换器接收电压或者电流的任何其它类型的电设备和/或电路装置。
[0035]功率源2可以通过链路10提供具有第一电压或者电流电平的电功率。负载8可以通过链路14接收由功率转换器4转换的和通过滤波器6滤波的具有第二电压或者电流电平的电功率。链路10、12和14代表有能力从一个位置向另一位置传导电功率的任何介质。链路10、12和14的示例包括但不限于物理和/或无线电传输
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