[发明专利]用于调节电压的电路布置、对应的系统和方法

说明书

本公开涉及用于调节电压的电路布置、对应的系统和方法。可配置电压调节电路包括第一至第四开关。飞跨电容器耦合在公共模式节点和泵节点之间，并且感测电阻网络耦合在输出节点和误差放大器的输入之间并且被配置为提供感测的输出电压。误差放大器在另一输入处接收参考电压并生成误差信号。充电电路向泵节点供应充电电流，并根据误差信号来控制充电电流的值。开关命令信号发生器生成相应的第一、第二、第三和第四开关信号以控制第一开关、第二开关、第三开关和第四开关。基于输入电压小于第一阈值或大于第二阈值，发生器将可配置电压调节电路设置为电荷泵或线性调节器。

技术领域

本公开总体上针对用于调节电压的电路布置，并且更具体地针对可以与控制无刷DC电机结合使用的这种电路布置。

背景技术

随着时间的推移，汽车集成电路在性能和可靠性方面的要求非常高：由于车辆在其使用寿命期间遇到的广泛的环境条件(例如温度、电池电压等)，它们应能承受极端的操作条件。将性能保持在这种广泛范围内的电路设计是一个很大的挑战。

汽车需求迫使改进现有架构以便匹配环境约束。特别地，即使电池电量很低，直接连接到电池的电路也应该保证性能。

在一些汽车应用(例如电子助力转向、变速器等)中，三相BLDC或无刷DC电机是基础。电机控制通常包括三个半桥，其中每个半桥由两个N沟道FET组成，低端耦合在地和相位节点之间，并且高端耦合在电池电压和相位节点之间。

这些FET由专用的预驱动器来控制。电机控制的一个关键参数是预驱动器能够在外部FET上提供的栅极源极电压VGS。应该对VGS电压进行控制，因为它对FET驱动性能(即，导通阻抗)有直接影响，如果值太低，可能会导致电机性能(速度、扭矩)的下降。

这个电压由片上电源来生成，该片上电源必须保证栅极源极电压VGS的范围通常在8V和12V之间。最小值对于允许正确驱动电机是很重要的，而最大值对于避免绝对最大额定值违规是必要的或可取的。

即使电池电压可以低于或高于栅极源极电压VGS，该栅极源极电压VGS也应保持在典型范围内。例如，当电池处于标称状态(根据车辆，12V、24V或48V)时，栅极源极电压VGS低于电池电压，而当设备在低电池条件下操作时(低至4.5V)，栅极源极电压VGS高于电池。由于电池电压是这个电源级的输入电压，因此即使输入电压高于或低于输出电压，调节输出电压也必须起作用。

给定一定的输入电压(电池电压)，可以生成高于或低于输入电压的输出电压的电源架构，是电荷泵调节器和线性调节器的级联。电荷泵调节器能够生成高于输入的输出电压；线性调节器能够生成低于输入电压的输出电压。

在图1中示出了这种现有技术布置的示例。

可以是集成电路的电路10包括电荷泵调节器11，该电荷泵调节器11在电路10的输入节点I处接收输入电压VIN，该输入电压VIN可以特别是电池电压。电荷泵11的输出电压，增加的电压VOUTH，其理想情况下为VOUTH＝2xVIN，被供应给线性调节器12的输入，其输出电压VOUT形成在输出节点O处，它是线性调节器的输出，作为经调节的电源电压被引入到驱动器或预驱动器20，其输出耦合到FET晶体管30的栅极。输出电压VOUT是经调节的电压，使得驱动器20向FET 30供应经调节的栅极源极电压VGS。如所提及，这种FET晶体管30是被用来驱动电机的桥式或半桥式电路的开关之一。另一个电源端子和FET 30的源极耦合。驱动器20在其输入处通常接收来自PWM控制电路的PWM信号，PWM信号和PWM控制电路均未在图1中示出。多对驱动器20和FET晶体管30可以耦合到输出节点O，例如，三个用于驱动电机的三相。

两个调节器(一个串联到另一个)的使用在集成电路中需要大量的硅面积，从而增加了集成电路的生产成本。

然后，电流消耗对于许多应用来说至关重要，因此增加调节器的数目意味着增加集成电路的电流消耗。

发明内容