CN206442299U

CN206442299U - 直流对直流控制器的集成电路及其直流对直流转换电路

Info

Publication number: CN206442299U
Application number: CN201621348122.0U
Authority: CN
Inventors: 张志廉; 陈柏求; 洪沛霝
Original assignee: UPI Semiconductor Corp
Current assignee: UPI Semiconductor Corp
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2026-12-09

Abstract

本实用新型涉及一种直流对直流控制器的集成电路及其直流对直流转换电路。所述集成电路连接输出级、电流感测网络与下降电阻，并且包括电流感测电路、第一电流源、第二电流源、第一参考电压接脚、第二参考电压接脚、反馈接脚、误差放大器、时间产生单元及校正电路。电流感测电路连接电流感测网络。第一电流源与第二电流源镜像于感测电流。第一参考电压接脚连接第一电流源与下降电阻的一端。第二参考电压接脚连接第二电流源与下降电阻的另一端。误差放大器连接第二参考电压接脚与反馈接脚。时间产生单元连接误差放大器及输出级。校正电路连接第一参考电压接脚与第二参考电压接脚。本实用新型可降低或消除下降电路的偏移电压对输出电压的影响。

Description

直流对直流控制器的集成电路及其直流对直流转换电路

技术领域

本实用新型涉及一种直流对直流控制器，且尤其涉及一种直流对直流控制器的集成电路及其直流对直流转换电路。

背景技术

一般而言，主机板上中央处理器(CPU)的电源模块包括多相位(Multi-phase)的降压转换器(buck converter)。为了输出电压(即供应给中央处理器的核心电压)能够在负载变化或电压识别码(voltage identification definition，VID)改变后能快速恢复稳定，会在降压转换器的控制器内建下降电路(droop circuit)，以提供下降电压(droopvoltage)到降压转换器的反馈电路中。下降电路包含电流感测电路，其利用运算放大器感测输出电流以取得感测电流，借以提供下降电压。但运算放大器内的偏移电压会导致下降电压产生误差，进而影响输出电压的控制而产生误差。现有技术通过调整运算放大器的增益，可将运算放大器的偏移电压降到1毫伏(mV)以下。但残余的偏移电压在控制器的操作过程中会被放大，仍会使下降电压产生误差。因此，如何降低或消除下降电路产生的偏移电压，为设计中央处理器的电源模块的一个重要课题。

实用新型内容

本实用新型提供一种直流对直流控制器的集成电路及其直流对直流转换电路，可降低或消除下降电路的偏移电压对输出电压的影响。

本实用新型的一种直流对直流控制器的集成电路，连接输出级、电流感测网络与下降电阻，并且包括电流感测电路、第一电流源、第二电流源、第一参考电压接脚、第二参考电压接脚、反馈接脚、误差放大器、时间产生单元及校正电路。电流感测电路连接电流感测网络，以提供感测电流。第一电流源与第二电流源镜像于感测电流。第一参考电压接脚连接第一电流源与下降电阻的一端。第二参考电压接脚连接第二电流源与下降电阻的另一端。误差放大器连接第二参考电压接脚与反馈接脚，且提供误差信号。时间产生单元连接误差放大器及输出级，且依据误差信号提供时间信号至输出级。校正电路连接第一参考电压接脚与第二参考电压接脚，以降低存在于下降电阻上的偏压，使得偏压低于预设值。

在本实用新型的一实施例中，所述校正电路提供一校正电流至所述第二参考电压接脚。

在本实用新型的一实施例中，所述校正电路包括：一比较器，其第一输入端连接所述第一参考电压接脚、其第二输入端连接所述第二参考电压接脚、其输出端提供一比较结果；一逻辑电路，连接所述比较器的输出端，根据所述比较结果提供一电源调整信号；以及一可调电流源，连接所述第二参考电压接脚及所述逻辑电路，接收所述电源调整信号以提供一校正电流至所述第二参考电压接脚。

在本实用新型的一实施例中，所述校正电路还包括一时脉产生器，连接所述逻辑电路，并且提供一时脉信号到所述逻辑电路。

在本实用新型的一实施例中，所述可调电流源于所述控制集成电路的一初始化期间进行调整，并在所述初始化期间后，提供固定的所述校正电流。

在本实用新型的一实施例中，所述电流感测电路包括：一运算放大器，其输入端连接所述电流感测网络；以及一参考电流源，连接于所述运算放大器的输出端与所述电流感测网络之间，以提供所述感测电流。

在本实用新型的一实施例中，所述校正电路通过逐次逼近法归零流经所述下降电阻的一下降电流。

本实用新型的一种直流对直流转换电路，包括输出级、电流感测网络、下降电阻、电流感测电路、第一电流源、第二电流源、参考电压产生电路、误差放大器、时间产生单元及校正电路。电流感测网络连接该输出级。电流感测电路连接电流感测网络，以提供感测电流。第一电流源与第二电流源镜像于感测电流。参考电压产生电路连接第一电流源与下降电阻的一端。误差放大器具有第一端、第二端及输出端，第一端连接输出级，第二端连接第二电流源与下降电阻的另一端，输出端提供误差信号。时间产生单元连接误差放大器及输出级，且依据误差信号提供时间信号至输出级。校正电路连接参考电压产生电路与误差放大器的第二端，以降低存在于下降电阻上的偏压，使得偏压低于预设值。

在本实用新型的一实施例中，所述校正电路提供一校正电流至所述下降电阻的另一端。

在本实用新型的一实施例中，所述校正电路包括：一比较器，其第一输入端连接所述下降电阻的一端、其第二输入端连接所述下降电阻的另一端、其输出端提供一比较结果；一逻辑电路，连接所述比较器的输出端，根据所述比较结果提供一电源调整信号；以及一可调电流源，连接所述下降电阻的另一端及所述逻辑电路，接收所述电源调整信号以提供一校正电流至所述下降电阻的另一端。

在本实用新型的一实施例中，所述可调电流源于所述直流对直流转换电路的初始化期间进行调整，并在所述初始化期间后，提供固定的所述校正电流。

在本实用新型的一实施例中，所述校正电路通过逐次逼近法归零流经所述下降电阻的下降电流。

基于上述，本实用新型的实施例的直流对直流转换电路，校正电路连接至下降电阻的两端，以检测下降电阻上的偏压，并且依据下降电阻的偏压逐步调低流经下降电阻的下降电流。借此，可使得下降电阻上的偏压低于预设值，以降低或消除下降电路的偏移电压。

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为依据本实用新型的一实施例的直流对直流转换电路的系统示意图；

图2为依据本实用新型的另一实施例的直流对直流转换电路的系统示意图；

图3为依据本实用新型的一实施例的直流对直流转换电路的波形示意图。

附图标记说明：

10、20：直流对直流转换电路；

11、21：输出级；

13、23：电流感测网络；

15：电压反馈网络；

100、200：直流对直流控制器的集成电路；

105、205：下降电路

110：电流感测电路；

120：参考电压产生电路；

130：校正电路；

140：时间产生单元；

231：逻辑电路；

233：时脉产生器；

C1、Cout：电容；

CLK：时脉信号；

CMP1：比较器；

CS1：第一电流源；

CS2：第二电流源；

CSN：第二电流检测接脚；

CSP：第一电流检测接脚；

CSR1、CSR2：电流源；

CSRB：可调电流源；

CSX：参考电流源；

DAC：第一参考电压接脚；

DAP1：误差放大器；

EAP：第二参考电压接脚；

EN：致能信号；

FB：反馈接脚；

Icab：校正电流；

Ics：感测电流；

Idrp：下降电流；

L1：电感；

M1、M2：晶体管；

OPA：运算放大器；

Pint：初始化期间；

PWM1：输出控制接脚；

R1、Rcsn：电阻；

RCP：比较结果；

Rdrp：下降电阻；

SC1、SC2：电流调整信号；

SCR：电源调整信号；

SDF：误差信号；

SS1、SS2：开关信号；

ST、ST1、ST2：时间信号；

SWR1、SWR2：开关；

VBF1：电压缓冲器；

VDD：系统高电压；

Vdrp：偏压；

Vfb：回馈电压；

Vin：输入电压；

Vout：输出电压；

Vph：相位电压；

VSE1、VSE2：感测电压。

具体实施方式

图1为依据本实用新型的一实施例的直流对直流转换电路的系统示意图。请参照图1，在本实施例中，直流对直流转换电路10包括输出级11、电流感测网络13、电压反馈网络15、直流对直流控制器的集成电路100及下降电阻Rdrp。集成电路100包括时间产生单元140、误差放大器DAP1及下降电路105，并且配置有输出控制接脚PWM1、第一电流检测接脚CSP、第二电流检测接脚CSN、第一参考电压接脚DAC、第二参考电压接脚EAP及反馈接脚FB。下降电路105包括电流感测电路110、参考电压产生电路120、校正电路130、第一电流源CS1及第二电流源CS2。

电流感测电路110通过第一电流检测接脚CSP及第二电流检测接脚CSN连接致电流感测网络13，并且电流感测电路110具有参考电流源CSX以提供感测电流Ics。进一步来说，电流感测电路110会通过第一电流检测接脚CSP及第二电流检测接脚CSN接收电流感测网络13提供的感测电压VSE1及VSE2，以依据感测电压VSE1及VSE2设定感测电流Ics。第一电流源CS1与第二电流源CS2镜像于感测电流Ics。

第一参考电压接脚DAC连接第一电流源CS1、下降电阻Rdrp的一端与参考电压产生电路120，也即参考电压产生电路120连接第一电流源CS1与下降电阻Rdrp的一端。第一参考电压接脚DAC接收参考电压产生电路120所提供的参考电压VR。第二参考电压接脚EAP连接第二电流源CS2与下降电阻Rdrp的另一端。第一电流源CS1连接于系统高电压VDD与第一参考电压接脚DAC之间。第二电流源CS2连接于第二参考电压接脚EAP与接地电压之间。

校正电路130连接第一参考电压接脚DAC与第二参考电压接脚EAP，以归零流经下降电阻Rdrp的下降电流Idrp，借此降低存在于下降电阻Rdrp上的偏压Vdrp，使得偏压Vdrp低于预设值，上述预设值例如是1毫伏(mV)，并且上述归零的动作可以是将下降电流Idrp降低至容许值。误差放大器DAP1的负输入端(对应第一端)连接反馈接脚FB以接收回馈电压Vfb，误差放大器DAP1的正输入端(对应第二端)连接第二参考电压接脚EAP(也即连接第二电流源CS2与下降电阻Rdrp的另一端)，误差放大器DAP1的输出端连接时间产生单元140以提供误差信号SDF至时间产生单元140。

时间产生单元140通过输出控制接脚PWM1连接输出级11，且接收误差信号SDF，以依据误差信号SDF提供时间信号ST至输出级11。输出级11连拉接电流感测网络13，并且接收时间信号ST及输入电压Vin，以依据时间信号ST及输入电压Vin提供相位电压Vph。电流感测网络13接收相位电压Vph，并且依据相位电压Vph提供输出电压Vout。电压反馈网络15连接反馈接脚FB，并且接收输出电压Vout，以依据输出电压Vout提供回馈电压Vfb。

在本实施例中，校正电路130会提供校正电流Icab至第二参考电压接脚EAP，也即下降电阻Rdrp的另一端，以降低降电阻Rdrp上的偏压Vdrp。校正电路130可通过逐次逼近法归零流经下降电阻Rdrp的下降电流Idrp。进一步来说，在下降电流Idrp未归零前，也即偏压Vdrp未低于预设值前，校正电路130所提供的校正电流Icab的数值会随时间而降低，并且校正电流Icab的电流方向依据偏压Vdrp而变。换言之，当偏压Vdrp为正值(也即为正电压)且数值大于等于预设值时，校正电流Icab的电流方向为从第二参考电压接脚EAP流向校正电路130；当偏压Vdrp为负值(也即为负电压)且数值大于等于预设值时，校正电流Icab的电流方向为从校正电路130流向第二参考电压接脚EAP。当偏压Vdrp的数值小于预设值时，不论偏压Vdrp为正或负，校正电流Icab的电流大小及电流方向就此保持不变。

图2为依据本实用新型的另一实施例的直流对直流转换电路的系统示意图。请参照图1及图2，直流对直流转换电路20大致相同于直流对直流转换电路10，其主要不同在于输出级21、电流感测网络23及直流对直流控制器的集成电路200的电流感测电路210及校正电路230，相同或相似的元件则使用相同或相似标号。

在本实施例中，输出级21包括晶体管M1及M2，并且时间信号ST包括时间信号ST1及ST2，也即输出控制接脚PWM1实际上可以是两个接脚。晶体管M1的源极接收输入电压Vin，晶体管M1的栅极接收时间信号ST1，晶体管M1的漏极提供相位电压Vph。晶体管M2的源极连接晶体管M1的漏极，晶体管M2的栅极接收时间信号ST2，晶体管M2的漏极接收接地电压。

电流感测网络23包括电感L1、电阻R1及电容C1。电感L1的一端接收相位电压Vph，电感L1的另一端提供输出电压Vout。电阻R1及电容C1串联连接于电感L1的两端，并且电容C1的两端分别提供感测电压VSE1及VSE2。

电流感测电路210包括运算放大器OPA及参考电流源CSX。运算放大器OPA的正输入端通过第一电流检测接脚CSP连接电流感测网络23以接收感测电压VSE1，运算放大器OPA的负输入端通过第二电流检测接脚CSN连接电流感测网络23以接收感测电压VSE2。参考电流源CSX连接于运算放大器OPA的输出端与电流感测网络23之间，以提供感测电流Ics。

校正电路230包括比较器CMP1、逻辑电路231、时脉产生器233及可调电流源CSRB。比较器CMP1的正输入端(也即第一输入端)连接第一参考电压接脚DAC(也即连接下降电阻Rdrp的一端)，比较器CMP1的负输入端(也即第二输入端)连接第二参考电压接脚EAP(也即连接下降电阻Rdrp的另一端)，比较器CMP1的输出端连接逻辑电路231以提供比较结果RCP至逻辑电路231。时脉产生器233接逻辑电路231，并且提供时脉信号CLK到逻辑电路231。

逻辑电路231连接比较器CMP1的输出端、时脉产生器233及可调电流源CSRB，以根据比较结果RCP及时脉信号CLK提供电源调整信号SCR。可调电流源CSRB连接第二参考电压接脚EAP(也即连接下降电阻Rdrp的另一端)及逻辑电路231，以接收电源调整信号SCR，并且提供校正电流Icab至第二参考电压接脚EAP(也即提供校正电流Icab至下降电阻Rdrp的另一端)。

可调电流源CSRB包括电流源CSR1、CSR2及开关SWR1、SWR2，电源调整信号SCR包括电流调整信号SC1、SC2及开关信号SS1、SS2。电流源CSR1及开关SWR1串联连接于系统高电压VDD与第二参考电压接脚EAP之间，并且电流源CSR1受控于电流调整信号SC1，开关SWR1受控于开关信号SS1。电流源CSR2及开关SWR2串联连接于第二参考电压接脚EAP与接地电压之间，并且电流源CSR2受控于电流调整信号SC2，开关SWR2受控于开关信号SS2。

此外，直流对直流转换电路20还包括电容Cout、电阻Rcsn、电压缓冲器VBF1。电容Cout连接于输出电压Vout与接地电压之间。电阻Rcsn连接于输出电压Vout与第二电流检测接脚CSN之间。电压缓冲器VBF1连接于参考电压产生电路120与第一参考电压接脚DAC之间。

图3为依据本实用新型的一实施例的直流对直流转换电路的波形示意图。请参照图2及图3，在本实施例中，时脉信号CLK示出为两条波形以便于说明，而非两个时脉信号。当直流对直流控制器的集成电路200启动时，致能信号EN会为高电压准位，当下降电路205进入校正程序时，运算放大器OPA的偏移电压影响而在下降电阻Rdrp上产生偏压Vdrp(也即为正电压)。在初始化期间Pint中，校正电路230会通过校正电流Icab归零偏压Vdrp，也即可调电流源CSRB在初始化期间会调整校正电流Icab的电流大小及电流方向。在初始化期间Pint后，偏压Vdrp已完成归零，也即校正电流Icab不用再调整，因此可调电流源CSRB会提供固定的校正电流Icab。

进一步来说，当逻辑电路231接收到第一个时脉信号的脉冲(标示为1)，由于偏压Vdrp为正值(也即为正电压)且数值大于等于预设值，因此校正电流Icab的电流方向为从第二参考电压接脚EAP流向校正电路130，并将校正电流Icab设定为最大值，以使偏压Vdrp变为负值(也即负电压)。当逻辑电路231接收到第二个时脉信号的脉冲(标示为2)，由于偏压Vdrp为负值(也即为负电压)且数值仍大于等于预设值，因此校正电流Icab的电流方向为从校正电路130流向第二参考电压接脚EAP，且将校正电流Icab设定为最第二大值，以使偏压Vdrp再变为正值(也即正电压)。

当逻辑电路231接收到第三个时脉信号的脉冲(标示为3)，由于偏压Vdrp为正值(也即为正电压)且数值仍大于等于预设值，因此校正电流Icab的电流方向为从第二参考电压接脚EAP流向校正电路130，且将校正电流Icab设定为第三大值，以使偏压Vdrp再变为负值(也即负电压)，其余脉冲(如4-7所示)的对应动作可参照上述，在此则不再赘述。

当逻辑电路231接收到第八个时脉信号的脉冲(标示为8)，偏压Vdrp的数值在此时开始小于预设值，也即偏压Vdrp已完成归零，因此不论偏压Vdrp为正或负，校正电流Icab的电流大小及电流方向就此保持不变。

在本实施例中，致能信号EN是表示直流对直流控制器的集成电路200启动，与偏压Vdrp的归零无关，因此在本实用新型的实施例中，可忽略致能信号EN。

综上所述，本实用新型的实施例的直流对直流转换电路，校正电路连接至下降电阻的两端，以检测下降电阻上的偏压，并且依据下降电阻的偏压逐步调低流经下降电阻的下降电流。借此，可使得下降电阻上的偏压低于预设值，以降低或消除运算放大器的偏移电压对输出电压的影响。

以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种直流对直流控制器的集成电路，连接一输出级、一电流感测网络与一下降电阻，其特征在于，所述集成电路包括：

一电流感测电路，连接所述电流感测网络，以提供一感测电流；

一第一电流源与一第二电流源，镜像于所述感测电流；

一第一参考电压接脚，连接所述第一电流源与所述下降电阻的一端；

一第二参考电压接脚，连接所述第二电流源与所述下降电阻的另一端；

一反馈接脚；

一误差放大器，连接所述第二参考电压接脚与所述反馈接脚，且提供一误差信号；

一时间产生单元，连接所述误差放大器及所述输出级，且依据所述误差信号提供一时间信号至所述输出级；以及

一校正电路，连接所述第一参考电压接脚与所述第二参考电压接脚，以降低存在于所述下降电阻上的偏压，使得所述偏压低于预设值。

2.根据权利要求1所述的直流对直流控制器的集成电路，其特征在于，所述校正电路提供一校正电流至所述第二参考电压接脚。

3.根据权利要求1所述的直流对直流控制器的集成电路，其特征在于，所述校正电路包括：

一比较器，其第一输入端连接所述第一参考电压接脚、其第二输入端连接所述第二参考电压接脚、其输出端提供一比较结果；

一逻辑电路，连接所述比较器的输出端，根据所述比较结果提供一电源调整信号；以及

一可调电流源，连接所述第二参考电压接脚及所述逻辑电路，接收所述电源调整信号以提供一校正电流至所述第二参考电压接脚。

4.根据权利要求3所述的直流对直流控制器的集成电路，其特征在于，所述校正电路还包括一时脉产生器，连接所述逻辑电路，并且提供一时脉信号到所述逻辑电路。

5.根据权利要求3所述的直流对直流控制器的集成电路，其特征在于，所述可调电流源于所述直流对直流控制器的集成电路的一初始化期间进行调整，并在所述初始化期间后，提供固定的所述校正电流。

6.根据权利要求1所述的直流对直流控制器的集成电路，其特征在于，所述电流感测电路包括：

一运算放大器，其输入端连接所述电流感测网络；以及

一参考电流源，连接于所述运算放大器的输出端与所述电流感测网络之间，以提供所述感测电流。

7.根据权利要求1所述的直流对直流控制器的集成电路，其特征在于，所述校正电路通过逐次逼近法归零流经所述下降电阻的一下降电流。

8.一种直流对直流转换电路，其特征在于，包括：

一输出级；

一电流感测网络，连接所述输出级；

一下降电阻；

一第一电流源与一第二电流源，镜像于所述感测电流；

一参考电压产生电路，连接所述第一电流源与所述下降电阻的一端；

一误差放大器，具有一第一端、一第二端及一输出端，所述第一端连接所述输出级，所述第二端连接所述第二电流源与所述下降电阻的另一端，所述输出端提供一误差信号；

一时间产生单元，连接所述误差放大器及所述输出级，依据所述误差信号提供一时间信号至所述输出级；以及

一校正电路，连接所述参考电压产生电路与所述误差放大器的所述第二端，以降低存在于所述下降电阻上的偏压，使得所述偏压低于预设值。

9.根据权利要求8所述的直流对直流转换电路，其特征在于，所述校正电路提供一校正电流至所述下降电阻的另一端。

10.根据权利要求8所述的直流对直流转换电路，其特征在于，所述校正电路包括：

一比较器，其第一输入端连接所述下降电阻的一端、其第二输入端连接所述下降电阻的另一端、其输出端提供一比较结果；

一可调电流源，连接所述下降电阻的另一端及所述逻辑电路，接收所述电源调整信号以提供一校正电流至所述下降电阻的另一端。

11.根据权利要求10所述的直流对直流转换电路，其特征在于，所述校正电路还包括一时脉产生器，连接所述逻辑电路，并且提供一时脉信号到所述逻辑电路。

12.根据权利要求10所述的直流对直流转换电路，其特征在于，所述可调电流源于所述直流对直流转换电路的初始化期间进行调整，并在所述初始化期间后，提供固定的所述校正电流。

13.根据权利要求8所述的直流对直流转换电路，其特征在于，所述电流感测电路包括：

一运算放大器，其输入端连接所述电流感测网络；以及

14.根据权利要求8所述的直流对直流转换电路，其特征在于，所述校正电路通过逐次逼近法归零流经所述下降电阻的下降电流。