一种提高buck电路的效率的技术的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请一般地涉及一种提高BUCK电路的效率的技术，特别涉及一种经改进的BUCK电路。
【背景技术】
[0002]在使用直流源的电子设备中，需要采取电压变换器将电源的电压转换为所需的工作电压。BUCK电路即一种广泛使用的降压式转换电路，主要用于直流到直流(DC-DC)的降压变换，通常适用于低压大电流应用领域。
[0003]一种常规的BUCK电路100的电路结构如图1A的示意图所示。图1A的BUCK电路主要包括开关元件网络、PWM调制和驱动模块、电流感测和补偿模块、误差反馈模块等。在图1A中，Vdd为BUCK电路的输入端，其中第一 PMOS管MpO、第二 PMOS管Mp1、第一 NMOS管Mnl构成开关元件网络，第一 PMOS管MpO和第二 PMOS管Mpl的源极耦合至Vdd，漏极在输出节点LX处连接至第一 NMOS管Mnl的漏极，第一 NMOS管Mnl的源极接地。电感器L 一端连接至输出节点LX，另一端连接至电容器C，电容器C的另一端接地。在PWM调制器104输出的两路PWM驱动信号的驱动下，第一 PMOS管MpO、第二 PMOS管Mpl、第一 NMOS管Mnl导通或者关断，通过电感器L与电容器C的作用在电容器C两端提供直流输出电压Vout。PWM调制器104的两路输出波形是周期相同的方波，但通过调整其相位及占空比，确保PMOS管MpO、Mpl和NMOS管Mnl不会同时处于导通/关断状态。驱动电路I的示例性的两路输出波形如图1B所示。电流感测和补偿模块和误差反馈模块分别用于提供电流补偿和误差反馈，以调节PWM调制器输出的驱动信号。
[0004]然而，已发现作为开关元件的MOS管的Rdson (漏源导通电阻)是影响BUCK电路的转换效率的因素之一。作为开关元件的MOS管的Rdson会造成损耗，对于BUCK电路的转换效率有不利影响。此外，由于作为开关元件的MOS管的Rdson的影响，现有的BUCK电路在不同的输出电压下的转换效率存在差异，其中在一些情况下转换效率差。
[0005]为了减小MOS管的Rdson对BUCK电路转换效率的影响，目前业内的主要手段是通过改进MOS管的制造工艺、调整MOS管的制造参数等手段来减小其自身的Rdson。然而，这些手段受限于工艺改进的极限、制造成本考虑等等，无法投入大规模商业制造。
【发明内容】
[0006]本申请旨在提供一种改进的BUCK电路。本申请的BUCK电路在常规的BUCK电路上添加了附加的PMOS管和NMOS管以及选通控制器，根据输出节点电压信号的占空比来控制附加的PMOS管的NMOS的选通或不选通，从而实现了不同输出情况下PMOS管和NMOS管的整体Rdson的动态的减小，提高了 BUCK电路的效率。
[0007]根据本申请的第一方面，提供了一种BUCK电路，包括:开关元件网络，包括第一PMOS管、第二 PMOS管、第三PMOS管、第一 NMOS管、第二 NMOS管，第一 PMOS管、第二 PMOS管、第三PMOS管的源极耦合至输入直流电压Vdd，所述第一 PMOS管、第二 PMOS管、第三PMOS管的漏极与所述第一 NMOS管、第二 NMOS管的漏极彼此耦合以形成开关元件网络的输出节点，所述第一NMOS管、第二NMOS管的源极接地；电感器，耦合至所述开关元件网络的输出节点；电容器，耦合在所述电感器与接地之间，所述电感器与所述电容器之间的耦合节点形成所述BUCK电路的输出端Vout以提供输出直流电压；PWM调制器，用于提供PWM驱动信号，其具有第一输出和第二输出，所述第一输出I禹合至所述第一 PMOS管、第二 PMOS管、第三PMOS管的栅极以提供第一 PWM驱动信号，所述第二输出耦合至所述第一 NMOS管、第二 NMOS管的栅极以提供第二 PWM驱动信号；第一选通控制器，耦合在PMW调制器的第一输出与第三PMOS管的栅极之间；以及第二选通控制器，耦合在PMW调制器的第二输出与第二 NMOS管的栅极之间，其中，所述第一选通控制器和所述第二选通控制器根据开关元件网络的输出节点处的电压信号的占空比来选通或不选通。
[0008]根据本申请的第二方面，当开关元件网络的输出节点处的电压信号的占空比大于一占空比阈值时，所述第一选通控制器选通，而所述第二选通控制器不选通；当开关元件网络的输出节点处的电压信号的占空比小于所述占空比阈值时，所述第一选通控制器不选通，而所述第二选通控制器选通。
[0009]根据本申请的第三方面，所述占空比阈值是50%。
[0010]根据本申请的第四方面，BUCK电路还包括电阻反馈网络，其连接在电压输出端Vout与接地之间，以提供输出直流电压的分压作为反馈电压，用来调节所述PWM调制器的输出。
[0011]根据本申请的第五方面，BUCK电路还包括误差放大器，所述误差放大器在其反相输入端(_)接收来自电阻网络的反馈电压Vfb，在其非反相输入端(+ )接收基准电压Vref，并在其输出端产生误差放大信号。
[0012]根据本申请的第六方面，BUCK电路还包括电流感测和补偿模块，用于感测流过第一 PMOS管的电流并提供补偿信号，以调节所述PWM调制器的输出。
[0013]根据本申请的第七方面，BUCK电路还包括比较器，所述比较器在其反相输入端(_)接收来自电流感测和补偿模块的补偿信号，在其非反相输入端(+ )接收来自误差放大器的误差放大信号，并在其输出端产生比较结果信号，用来调节所述PWM调制器的输出。
[0014]根据本申请的第八方面，BUCK电路还包括时钟发生器，用于向所述PWM调制器和所述电流感测和补偿模块提供时钟信号。
[0015]根据本申请的第九方面，BUCK电路还包括零点检测器，用于向PWM控制器提供零点检测信号。
[0016]在本文中，术语“连接”或“耦合”被定义为两个主体之间的连接，不过不一定是直接的连接，也可包括通过其他中间节点或设备而实现的间接连接关系。
[0017]本文中所使用的术语“包括”、“具有”、“包含”、以及“含有”是开放式的连接动词。因此，一种装置“包括”、“具有”、“包含”或“含有”一个或一个以上组件指的是:该装置具有那些一个或一个以上组件，但并不是仅仅具有那些一个或一个以上组件，也可包括其他的本文中未提及的一个或一个以上组件。
[0018]应当理解，本申请以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本申请提供进一步的解释。
【附图说明】
[0019]包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本申请原理的作用。在结合附图并阅读了下面的对特定的非限制性本申请的实施例之后，本申请的其他特征以及优点将变得易于理解。其中:
[0020]图1A示出常规的BUCK电路的电路结构图。
[0021]图1B示出图1A中的PWM调制器104的输出驱动信号。
[0022]图2示出根据本申请的实施例的BUCK电路的电路结构图。
[0023]图3示出了输出电压为高电位和低电位时输出节点LX的输出波形的示意图。
【具体实施方式】
[0024]参考在附图中示出和在以下描述中详述的非限制性实施例，更完整地说明本申请的多个技术特征和有利细节。并且，以下描述忽略了对公知的原始材料、处理技术、组件以及设备的描述，以免不必要地混淆本申请的技术要点。然而，本领域技术人员会理解到，在下文中描述本申请的实施例时，描述和特定示例仅作为说明而非限制的方式来给出。
[0025]在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。
[0026]在常规的BUCK电路中，由于作为开关元件的MOS管的Rdson的影响，在不同的输出电压的情况下的转换效率存在差异，其中在一些情况下转换效率差。基于此，本申请提供一种改进的BUCK电路，该BUCK电路可提高转换效率。
[0027]图2示出了根据本申请的实施例的BUCK电路的结构图。如图2所示，该BUCK电路200主要包括输入端Vdd、开关元件网络、PWM调制器204、电感器L、电容器C、电阻反馈网络、第一选通控制器A、第二选通控制器B、时钟发生器212、电流感测和补偿模块202、误差放大器210、比较器208、零点检测器206等。
[0028]在图2的BUCK电路200中，开关元件网络包括作为开关元件的第一 PMOS管MpO、第二 PMOS 管 Mpl、第三 PMOS 管 Mp2、第一 NMOS 管 Mnl、第二 NMOS 管 Mn2。第一 PMOS 管 MpO、第二 PMOS管Mpl、第三PMOS管Mp2的源极耦合至Vdd，其漏极与第一 NMOS管Mnl、第二 NMOS管Mn2的漏极彼此耦合以形成开关元件网络的输出节点LX