[发明专利]一种多相同步开关稳压器

说明书

技术领域：

本发明涉及同步开关稳压器电路。更特别地,相比于单相同步开关稳压器，本发明涉及多相同步开关稳压器电路,提供低输入电流峰值、较低的输入纹波电流、低纹波输出电流有效值、具有更高的转换速度能力和更少的输入和输出滤波的要求。

背景技术：

稳压器从一个不特定的、波动的或者是有一个不恰当振幅的电压源，向负载提供一个预定的并且大致上持续的输出电压。这样的稳压器通常采用一个开关，包括串联或并联到负载的一个或多个开关元件。开关元件可能是,例如,功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关。控制电流通过改变开关元件的打开和关闭时间(即稳压器的占空比,这是打开的时间占整个周期的百分比)来调节当前提供给负载的电流。电感储能元件通常是用来将开关电流脉冲转换成一种稳定的负载电流。

同步开关稳压器包括一个主开关元件和一个同步开关元件,通常是在非重叠时钟脉冲驱动下，并且在一个稳压下向负载提供电流。同步开关稳压器,使用功率MOSFET开关，它经常被用在便携式电池供电的电子产品和温度敏感的产品当中。这些稳压器通常将波动的输入电压转换成稳定的输出电压。这样的稳压器提供了很高的工作效率,几乎没有热量的产生，因此长电池寿命。

同步开关稳压器的占空比通常是由监控稳压器的输出电压控制的。特别是控制电路产生一个与稳压器的输出电压和一个参考电压成正比的反馈信号V_e。V_e可以被用来提供“电压控制型”或者“电流控制型”。在电压控制型稳压器中,V_e和一个周期性的锯齿波形V_s被提供到一个比较器的输入,比较器的输出控制功率MOSFET开关的占空比。例如,如果V_e已经连接到比较器的同相输入端,V_s连接到比较器的反相输入,并且在每个时钟周期的开始V_s低于V_e、这样比较器的输出为高电平,主开关和同步开关是关闭的。当V_s超过V_e，比较器的输出状态发生变化，为低电平,关闭主开关,并且打开同步开关。

在电流型稳压器中、一个电压V_i按电感器的输出电流正比产生,V_i和V_e提供到一个比较器的输入端,比较器的输出控制功率MOSFET开关的占空比。例如,如果V_i已经连接到比较器的同相输入端,V_e连接到比较器的反相输入,并且在每个时钟周期的开始V_i低于V_e、这样比较器的输出为高电平,主开关和同步开关是关闭的。当V_i超过V_e、比较器的输出状态发生变化，为低电平,关闭主开关,并且打开同步开关。这样，当输出电流达到其所期望的值时，主开关关闭。

先前的技术同步开关稳压器通常包括一个单相时钟控制的功率级。这样的单相同步开关稳压器效率低下,然而,对于应用来说,它需要低电压(例如小于2伏特)和高电流(例如大于35安培),如先进微处理器的电源。特别是,因为降压型开关稳压器的输入均方根（RMS）纹波电流是大约输出电流的一半,高输出电流的降压型开关稳压器，要求大的输入电容来提供足够的输入纹波滤波。通常这需要许多电容器并联连接,这不仅昂贵，并且消耗宝贵的电路板空间。

此外,对于许多开关调节器的拓扑结构,由于主开关的开关动作，输入电流有剧烈波动。因为调节器的输入电流峰值约等于电路的输出电流,大电流设计需要大量的过滤限制传导电磁干扰(EMI)。进一步,对于应用程序来说,它需要输出电流大于大约15安培,必要的输出滤波器电感器太大,无法使用表面组装技术实现。此外,大型输出电容器通常被要求减少输出纹波电流。

此外,许多先进的微处理器有动态加载特性,经常在很短的时间跨度,往往数十到数百纳秒，从近零负载到满负载。微处理器的电源必须有非常高的电流转换速率的能力来满足动态负载这样的需求,最小化负载的解耦电容。高转换速率能力要求电感值应该最小化。因为输出纹波电流和电感值成反比,然而,先前技术的同步开关稳压器电路只有以大输出纹波电流为牺牲，来实现高转换速率。

鉴于上述,高效、低电压、高电流、具有较低的输入和输出纹波电流的同步开关稳压器电路是很被期望的。

它将进一步需要提供低电压、高电流、限制电磁干扰（EMI）的同步开关稳压器电路。

它将进一步需要提供低电压、高电流、可以实现使用表面贴装技术的同步开关稳压器电路。