[发明专利]低压电源

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种低功率DC至DC降压调节器(buck regulator)电源。特别地，本发明涉及一种具有脉宽调制(PWM)控制的DC至DC降压调节器电源。

背景技术

对于DC电压调节而言，脉宽调制(PWM)是一种已知技术，且脉宽调制(PWM)被广泛用于保持恒定的输出电压，尽管输入电压会大幅变化，且尽管负载电流会大幅变化。这种技术用于向许多不同的电子系统供应DC电源。

一般而言，所有的脉宽调制器都采用切换电路来生成脉冲，此脉冲通过电感器-电容器滤波器网络被平滑，从而产生基本上恒定的DC电压电平输出。DC输出电压的大小受切换电路占空比的控制。

为了保持恒定的输出电压电平，以往采用反馈设置(feedback arrangement)。这就要求通过比较器将输出电压与稳定的参考电压(voltage reference)进行比较，用于通过误差放大器来产生误差信号，其中所述误差放大器的输出控制切换电路的占空比。当输出电压降的太低时，误差放大器就增大切换占空比；当输出电压升的太高时，就减小切换占空比。

另外，由于切换电路中的损耗和电感器的铁心中的热消耗，所以现有的降压调节电源效率很低。由于切换电路的工作频率高(通常高于250KHz)，所以热消耗会很高。

如下所述，本发明提供一种以低切换频率运行的有效的低功率降压调节器电源，其将功率转换器中的栅极驱动功率最小化，并且保持控制电路中的最小消耗。

发明内容

为了满足这种和其它需要，鉴于本发明的目的，本发明提供一种用于将输入DC电压V⁺转换成输出DC电压电平的降压调节器。该降压调节器包括：电感器，用于输出DC电压电平；运算放大器，用于感测所输出的DC电压电平中的误差；以及用作脉宽调制器(PWM)的比较器，用于提供具有响应于误差的占空比的脉冲波形。还包括上高功率驱动器和下高功率驱动器。下驱动器由V⁺供电并且其响应于PWM波形而在0伏特与V⁺电压电平之间切换。上驱动器由所述超压供电，从而其响应于PWM波形而在0伏特与超压电平之间切换。利用倍压器电路从V⁺产生超压，从而该超压位于比V⁺电压电平更高的电位。两个驱动器的输出是互补的。此外还包括双MOSFET，以图腾柱(totem-pole)设置方式放置并且分别具有接收来自功率驱动器的输出的栅极。上MOSFET栅极由上驱动器的输出驱动。下MOSFET栅极由下驱动器的输出驱动。双MOSFET一起驱动用于输出DC电压电平的电感器。

该降压调节器包括：脉冲成形器(shaper)，被耦接在所述PWM与所述上高功率驱动器和下高功率驱动器之间，所述脉冲成形器用于形成上升时间和下降时间比PWM的上升时间和下降时间更快的尖脉冲。提供所述尖脉冲作为输入信号，用于激活上高功率驱动器和下高功率驱动器。所述脉冲成形器包括至少一个反相器，用于使所述尖脉冲成形。所述脉冲成形器被耦接在PWM与上高功率驱动器和下高功率驱动器之间，用于形成尖脉冲。所述脉冲成形器被设置在具有多个反相器的芯片中，并且被配置为基于用来激活电压驱动器的极性的感测(sense)而包括多个反相器的至少一个。

本发明的另一个实施例是一种低压调节电源。该低压电源包括：

(a)轨道，用于提供输出DC电压电平；

(b)感测反馈信号，用于从所述轨道向误差检测器提供输出DC电压电平；

(c)所述误差检测器被配置为响应于所述感测反馈信号来提供控制信号，用于控制高速、高功率的上驱动器和下驱动器；

(d)高速、高功率的所述驱动器被配置为响应于所述控制信号来驱动双MOSFET配置；

(e)高速、高功率的所述驱动器被配置为以彼此互补的方式运行，用于有效驱动所述双MOSFET配置，从而在所述轨道上生成输出DC电压电平。

(f)高速、高功率驱动器的互补输出被配置为使得两个MOSFET从不会同时导通。

脉冲成形器被耦接在误差检测器与高速、高功率的上驱动器和下驱动器之间。所述脉冲成形器被配置为通过产生快速切换时间使所述控制信号成形。所述控制信号对一对互补的高速、高功率驱动器进行馈电。