FR2872645A1 - Dispositif de conversion de puissance avec detecteur efficace de courant de sortie - Google Patents
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Abstract
Dispositif de conversion de puissance avec un circuit électronique (134, 315) pour détecter une caractéristique de courant de sortie d'un dispositif d'attaque de sortie. La caractéristique du courant dans le dispositif d'attaque de sortie est détectée et communiquée à un dispositif de commutation pour commander un courant de détection. Le dispositif de commutation est couplé au dispositif d'attaque de sortie et détecte le courant de sortie du dispositif d'attaque de sortie. Le dispositif de commutation produit un courant de détection proportionnel au courant de sortie détecté. Un dispositif à résistance interne est utilisé pour produire une tension de détection. Le dispositif à résistance interne est couplé au dispositif de commutation et reçoit le courant de détection. Le dispositif à résistance interne fournit la tension de détection du courant de détection de manière proportionnelle au courant dans le dispositif d'attaque de sortie.
Description
DISPOSITIF DE CONVERSION DE PUISSANCE AVEC DETECTEUR
EFFICACE DE COURANT DE SORTIE
La présente invention concerne des régulateurs à découpage continucontinu, des régulateurs linéaires et des amplificateurs de puissance. Un appareil pour la détection et le maintien d'une caractéristique d'attaque de sortie de ces circuits fournit plus particulièrement également une protection des appareils de sortie.
Les convertisseurs de puissance continu-continu sont utilisés dans une grande variété de produits. Ils sont essentiels dans les domaines des ressources d'énergie renouvelable (cellules solaires), les produits nécessitant des tensions alternatives (affichages à cristaux liquides), les réseaux de communication téléalimentés (répéteurs de téléphones cellulaires) et les appareils à piles tels les téléphones cellulaires et les ordinateurs portables.
Les convertisseurs continu-continu, les chargeurs de batteries, les amplificateurs audio, et les régulateurs de puissance nécessitent un moyen de détection d'un courant de sortie. La réaction basée sur le courant de sortie peut réguler les éléments de circuit d'alimentation pour maintenir une caractéristique de sortie permanente et pour protéger les éléments de circuit de sortie d'un courant de surcharge.
De manière typique, une résistance a été utilisée en ligne avec un point de sortie et a été configurée pour y développer une tension de détection. Les quantités de courant ou de tension détectées peuvent être comparées à des sources de référence internes et être combinées dans des éléments de circuit numérique pour fournir de signaux de commande aux appareils d'attaque de sortie. Une comparaison et une chaîne à réaction permettent de maintenir un courant et une tension de sortie dans des conditions environnementales variables telles des caractéristiques de besoins en charge, de température, de tension de source, et de technologies d'implémentation. Un inconvénient de cette approche pour la détection des caractéristiques de circuit réside dans la quantité significative de courant nécessaire de près de 1 amp dans certaines implémentations, qui réduit l'efficacité du convertisseur ou de l'appareil de régulation de manière proportionnelle. Une résistance externe de précision est par ailleurs onéreuse et difficile à intégrer.
En considérant la figure 1 donnant l'exemple d'un appareil de l'art antérieur, un signal de rétroaction est formé à l'intérieur un convertisseur continu-continu 100, en comparant et combinant des caractéristiques de sortie détectées avec des sources de référence. Un premier signal de rétroaction de modification est produit à une sortie d'un premier comparateur 130. Un premier point d'entrée du premier comparateur 130 est alimenté avec une première tension de détection provenant d'un point de sortie 125 d'un transistor de commande NMOS 120. Un deuxième point d'entrée du premier comparateur 130 est alimenté avec une sortie de tension en provenance d'une première source de référence de tension 132. Un deuxième signal de modification est produit à une sortie d'un deuxième comparateur 136 alimenté avec une caractéristique de tension de sortie provenant d'un point de diviseur de tension 141 et une sortie de tension en provenance d'une deuxième source de référence de tension 148. Les deux signaux de modification sont combinés à l'intérieur d'un circuit numérique 134 avec les signaux combinés fournis en tant que réaction à un amplificateur 138. Une sortie 139 de l'amplificateur 138 produit un signal de commande du niveau d'attaque. Le signal de commande du niveau d'attaque produit un niveau d'attaque régulé au niveau du point de sortie 125 du transistor d'attaque 120.
En considérant toujours la figure 1, une résistance de détection interne ou externe 105 conduit un courrant de détection 115 venant du point de sortie 125. Le courant de détection 115 circulant à travers la résistance de détection externe 105 crée la première tension de détection qui alimente le premier comparateur 130. Le point de diviseur de tension 141 connecte une première résistance interne 140 à une deuxième résistance interne 142 en formant une combinaison en série. Une entrée vers la première résistance interne 140 est connectée à un point de sortie de convertisseur 144 et une sortie de la deuxième résistance interne 142 est connectée à la terre 160. Une deuxième entrée du deuxième comparateur 136 provient d'une sortie de la deuxième source de référence de tension 148. La sortie de tension provenant du point de diviseur de tension 141 est une deuxième tension de détection mesurant une caractéristique d'une sortie de tension provenant du point de sortie du convertisseur 144. La deuxième tension de détection est comparée à l'intérieur du deuxième comparateur 136 avec une sortie de tension provenant de la source de tension de référence 148.
Des dispositifs d'alimentation et de polarisation se connectent au convertisseur continu-continu 100 pour le fonctionnement. Une batterie 150 produisant une tension de source Vin est une source de puissance du convertisseur pour courant continu-continu 100 détecté de manière externe. La batterie 150 est connectée à un point d'entrée 152 et à une entrée d'un inducteur 153. Une sortie de l'inducteur 153 se connecte à un point de détection 154. Un dispositif de redressement électrique, une diode 156, est connectée par une anode au point de détection 154 et par une cathode au point de sortie du convertisseur 144. La diode 156 fournie une isolation électrique pour le point de détection 154 contre toute apparition d'une tension au niveau du point de sortie du convertisseur 144 dépassant un potentiel supérieur à un seuil de dispositif à diode en dessous du point de détection 154. Un dispositif de stockage de la charge électrique, un condensateur 158, est connecté par une entrée au point de sortie du convertisseur 144 et par une sortie à la terre 160.
En considérant la figure 2, également un appareil de l'art antérieur, un convertisseur pour courant continu-continu détecté par miroir de courant 200 comprend une résistance de détection interne 205 connectée par une entrée au point de détection 154 et par une sortie à une première entrée d'un transistor à miroir de courant NMOS 215. Une tension de détection d'environ 100 millivolts dans la résistance de détection 205 et un courant miroir d'environ 100 microampères sont visés. Une valeur pour la résistance de détection interne 205 est typiquement de 1 kilohms. Le transistor à miroir de courant 215 est connecté à la terre 160 via une sortie et est connecté par une deuxième entrée ou entrée de grille à la sortie 139 de l'amplificateur 138. La connexion en série du transistor à miroir de courant 215 avec la résistance de détection interne 205 forme un miroir de courant. Une entrée vers la résistance de détection interne 205 est connectée en parallèle à une première entrée du transistor d'attaque 120, et une entrée de commande vers le transistor à miroir de courant 215 est connectée en parallèle à une entrée de commande ou une deuxième entrée du transistor d'attaque 120. La configuration de la résistance de détection interne 205 et du transistor à miroir de courant 215 en parallèle avec le transistor d'attaque 120 permet au miroir de courant de traquer les caractéristiques d'attaque du courant dans le transistor d'attaque 120 et de produire un courant de détection Isense/k 225 via la résistance de détection interne 205 qui reflète les caractéristiques de Isense 115 à une fraction de l'intensité du courant. Une première tension de détection VsenseMn/k, est la tension à la sortie de la résistance de détection interne 205, laquelle alimente une première entrée d'un comparateur référencé en tension 210. Une deuxième entrée vers le comparateur référencé en tension 210 est la tension au point de détection 154. Une sortie du comparateur référencé en tension 210 est connectée au circuit numérique 134.
La valeur de la résistance de détection interne 205 et les géométries du dispositif de détermination du courant du transistor à miroir de courant 215 sont configurées pour produire le courant de détection Isense/k 225 avec une intensité qui est une fraction de Isense 115 de sorte que le rapport entre Isense/k 225 et Isense 115 est de 1 à k, ou que Isense/k 225 est de 1/k de Isense 115. Une valeur de k est choisie pour conserver un faible rapport de 1/k et pour ne pas porter atteinte à l'efficacité de la puissance. Une valeur typique pour k est environ de 1000. Par exemple, lorsqu'une valeur maximale attendue pour Isense 115 est 100 milliampères, une résistance de détection interne 205 de 1 kilohm est choisie pour produire un Isense/k 225 de 100 microampères. C'est pourquoi le miroir de courant formé par la résistance de détection interne 205 et le transistor à miroir de courant 215, produit la première tension de détection VsenseMn/k, en utilisant 1/k d'intensité de courant de Isense 115. Le courant Isense/k 225 conduit à travers la résistance de détection interne 205 est une partie d'un courant qui est fournit par le point de détection 154. Le courant fournit par le point de détection 154 alimente également Isense 115, mais Isense/k 225 ne prélève pas de courant de Isense 115. L'intensité du courant relativement faible de Isense/k 225 et le fait qu'il ne porte pas atteinte à Isense 115 signifie qu'une étape progressive en efficacité est obtenue par le convertisseur pour courant continu-continu détecté par le miroir de courant 200 par rapport au convertisseur continu-continu détecté en externe 100.
Un inconvénient de cette technique réside en ce que l'efficacité est améliorée lorsque l'intensité de Isense/k 225 diminue. Mais lorsque Isense/k 225 diminue, la précision de la première tension de détection VsenseMn/k se dégrade. Des quantités de signalisation de réaction sur la base de VsenseMn/k telles que le signal de commande du niveau d'attaque au niveau de la sortie 139 de l'amplificateur 138 deviennent moins utiles pour produire une commande précise du niveau d'attaque puisque le circuit est configuré pour une meilleure efficacité grâce à une réduction de Isense/k 225.
Un autre inconvénient du convertisseur pour courant continu-continu détecté par miroir de courant 200 réside en ce que la plage de tensions de mode commun est très étendue, de l'ordre de l'intensité de la tension de sortie. Une configuration de comparateur pour ce type de caractéristique de signal nécessite une faible plage de tensions de mode commun d'entrée et une capacité élevée de plage de tensions de mode commun d'entrée. Pour une technologie d'implémentation CMOS, les dispositifs implémentant le comparateur sont exposés à des tensions de source-drain suffisamment importantes pour être sujettes à des effets de modulation de la longueur des canaux. Une non linéarité résultante de la performance du dispositif signifie une variation défavorable du courant du dispositif dans la plage de fonctionnement. C'est pourquoi des considérations additionnelles de configuration sont nécessaires, telles des moyens d'acheminement du courant, présentant des défis en termes de configuration et des coûts supplémentaires portant atteinte aux bénéfices obtenus avec l'approche à miroir de courant.
Ce qui est nécessaire est un convertisseur de puissance avec un signal détecté proportionnel à un courant de détection cible. Idéalement, le signal détecté est détecté sans altération de l'efficacité du convertisseur, sur la base de la zone linéaire de fonctionnement d'un transistor d'attaque cible, et présente une faible gamme de signaux de mode commun dans un souci de simplicité de la configuration du comparateur. Un signal de détection idéal est également produit sans l'ajout de composants externes ou internes complexes ou coûtant cher ou de surface utile d'une technologie d'implémentation.
Nous avons conçu un dispositif de conversion de la puissance qui produit un signal représentant des caractéristiques de circuit détectées pour développer des signaux de commande de rétroaction afin de modifier un signal d'attaque de sortie de dispositifs tels des régulateurs, convertisseurs, chargeurs, et amplificateurs. La présente invention produit une tension de détection proportionnelle à un courant de sortie dirigé à travers un transistor d'attaque de sortie. La mesure de tension produite, réfléchissant un courant détecté, est obtenue sans dégrader l'efficacité d'un dispositif qui l'incorpore et sans éléments de circuit supplémentaires tels des résistances externes, de grandes résistances internes, des filtres passe-bas externes ou des transformateurs de courant. L'absence d'éléments de circuit supplémentaires fournit une économie d'argent et/ou de surface utile.
Selon un mode de réalisation, le moyen pour détecter ledit courant de sortie comprend: un moyen de signalisation pour communiquer un signal de sortie indicatif dudit courant de sortie détecté ; un premier moyen de commutation pour commander un courant de détection; et un moyen à résistance interne pour produire un signal de tension de détection à partir dudit courant de détection, ledit moyen à résistance interne étant configuré pour fournir ladite tension de détection avec une intensité proportionnelle à un courant de sortie détecté à partir d'un dispositif d'attaque de sortie, ladite tension de détection étant une mesure dudit courant de sortie détecté.
Avantageusement, ledit premier moyen de commutation est couplé audit moyen à résistance interne pour fournir une intensité dudit courant de détection audit moyen à résistance interne, laquelle intensité est proportionnelle à un courant de sortie circulant à travers ledit dispositif d'attaque de sortie, ledit courant de détection de sortie traversant ledit moyen à résistance interne produisant ledit signal de tension de détection.
De préférence, une intensité dudit courant de détection est suffisamment faible en comparaison avec le courant dans ledit dispositif d'attaque de sortie pour qu'une efficacité dudit dispositif de conversion de puissance ne soit pas diminuée par ledit moyen de détection du courant de sortie.
Avantageusement, l'un desdits moyens pour produire une multitude de sources de référence de tension 132, 148 est une source de référence de courant 330 couplée à un deuxième moyen de commutation, ledit deuxième moyen de commutation étant configuré pour recevoir un courant provenant de ladite source de référence de courant 330, ledit deuxième moyen de commutation étant configuré pour commander un flux de courant provenant de ladite référence de courant 330 via ledit deuxième moyen de commutation, ledit flux de courant à travers ledit deuxième moyen de commutation étant configuré pour produire une première source de référence de tension 132 à une sortie dudit deuxième moyen de commutation.
Selon une variante, ledit dispositif électronique pour la conversion de puissance est fabriqué en tant que partie d'une puce de semi-conducteur, ledit dispositif électronique comprenant une multitude de dispositifs à transistor, ledit premier signal de modification du courant étant indépendant de toute variation dans une température de fonctionnement, une mobilité de porteurs électroniques, l'épaisseur de l'oxyde de grille ou un seuil de dispositif de ladite multitude de transistors.
Avantageusement, une limitation dudit courant de détection est proportionnelle à un produit multiplicatif d'une intensité de courant de ladite référence de courant 330 et d'un rapport entre une multitude de géométries de dispositif dudit premier moyen de commutation et dudit deuxième moyen de commutation.
L'invention se rapporte également à un dispositif de conversion de puissance comprenant: un circuit de détection du courant de sortie configuré pour détecter un courant de sortie au niveau d'un transistor d'attaque de sortie 120 et pour produire un signal de sortie afin de communiquer une caractéristique dudit courant de sortie détecté dudit transistor d'attaque de sortie 120; un diviseur de tension configuré pour produire une tension de sortie détectée, ledit courant de sortie détecté et ladite tension de sortie détectée étant combinés pour former une multitude de signaux de sortie détectés; une multitude de sources de référence de tension 132, 148; une multitude de comparateurs de tension 130, 136, 210, ladite multitude de comparateurs de tension 130, 136, 210 étant couplée à une sortie de ladite multitude de sources de référence de tension 132, 148 et à ladite multitude de signaux de sortie détectés, ladite multitude de comparateurs de tension 130, 136, 210 étant par ailleurs configurée pour comparer ladite multitude de signaux de sortie détectés avec ladite multitude de sources de référence de tension 132, 148 pour produire une multitude de signaux de modification; un circuit numérique combinatoire 134 couplé à ladite multitude de comparateurs de tension 130, 136, 210 et configuré pour combiner ladite multitude de signaux de modification à une sortie dudit circuit numérique combinatoire 134, ladite combinaison de ladite multitude de signaux de modification étant configurée en tant que signal de commande d'attaque de sortie; un transistor d'attaque de sortie 120 étant couplé à ladite sortie dudit circuit numérique combinatoire 134 et étant configuré pour réguler un niveau d'attaque de sortie dudit signal de commande d'attaque de sortie.
Avantageusement, une intensité dudit courant de détection est suffisamment faible en comparaison avec le courant dans ledit transistor d'attaque de sortie 120 pour qu'une efficacité dudit dispositif de conversion de puissance ne soit pas diminuée par ledit circuit de détection du courant de sortie.
De préférence, ledit dispositif électronique pour la conversion de puissance est fabriqué en tant que partie d'une puce de semi-conducteur, ledit dispositif électronique comprenant une multitude de dispositifs à transistors, ledit premier signal de modification du courant étant indépendant de toute variation dans une température de fonctionnement, une mobilité des porteurs électroniques, une épaisseur de l'oxyde des grilles ou un seuil de dispositif de ladite multitude de transistors.
Selon un mode de mise en uvre particulier, une limitation dudit courant de détection est proportionnelle à un produit multiplicatif d'une intensité de courant de ladite référence de courant 330 et d'un rapport entre une multitude de géométries de dispositif dudit premier transistor de détection et dudit deuxième transistor.
L'invention concerne également une méthode pour la détection d'un courant de sortie d'un dispositif d'attaque de sortie et pour la régulation d'un courant d'attaque de sortie via ledit dispositif d'attaque de sortie d'un dispositif de conversion de puissance comprenant: la détection d'un courant de sortie dudit dispositif d'attaque de sortie pour produire un signal d'un courant de sortie détecté ; la détection d'une tension de sortie pour produire un signal d'une tension de sortie détectée, ledit signal d'un courant de sortie détecté et ledit signal d'une tension de sortie détectée étant configurés pour former une multitude de signaux de sortie détectés; la production d'une multitude de sources de référence de tension 132, 148; la comparaison de ladite multitude de signaux de sortie détectés avec ladite multitude de sources de référence de tension 132, 148 pour produire une multitude de signaux de modification; la combinaison de ladite multitude de signaux de modification; la production d'un signal de commande d'attaque de sortie à partir de ladite multitude combinée de signaux de modification, ledit signal de commande d'attaque de sortie étant configuré pour être utilisé en tant que réaction dudit signal d'un courant de sortie détecté et dudit signal d'une tension de sortie détectée, ledit signal d'un courant de sortie détecté étant comparé avec une première 132 parmi une multitude de sources de référence de tension configurée en tant que premier élément constitutif de ladite réaction, ledit signal d'une tension de sortie détectée étant comparé avec une deuxième 148 parmi une multitude de sources de référence de tension configurée en tant que deuxième élément constitutif de ladite réaction, ledit premier élément constitutif de ladite réaction et ledit deuxième élément constitutif de ladite réaction étant combinés pour produire ledit signal de commande d'attaque de sortie; et la production d'un niveau d'attaque de sortie régulé provenant dudit signal de commande d'attaque de sortie.
La figure 1 est une représentation schématique d'un circuit de l'art antérieur incorporant la détection de courant avec une méthode à résistance de détection conventionnelle.
La figure 2 est une représentation schématique d'un circuit de l'art antérieur incorporant un miroir de courant pour détecter un courant de sortie et développer une sortie de signal de régulation.
La figure 3 est une représentation schématique d'un 20 exemple de mode de réalisation de la présente invention pour la régulation de la sortie de puissance.
En se référant à la figure 3, le convertisseur pour courant continucontinu 300 comprend un transistor de détection NMOS 305 connecté en série avec une résistance de détection 310 pour former un circuit de détection de la tension 315. Le circuit de détection de la tension 315 est connecté en parallèle au transistor d'attaque 120 de sorte qu'une première entrée du transistor de détection 305 et une première entrée du transistor d'attaque 120 sont connectées à un point de détection 154. Une deuxième entrée ou entrée de grille du transistor de détection 305 et une seconde entrée ou entrée de grille du transistor d'attaque 120 sont connectées à la sortie 139 de l'amplificateur 138. Connecté en parallèle, le transistor de détection 305 suit le fonctionnement du transistor d'attaque 120 en produisant un courant de détection dans la résistance de détection 310 réfléchissant les caractéristiques de sortie du transistor d'attaque 120. Le courant de détection dans la résistance de détection 310 produit une tension de détection Vsense au point 320 qui représente une caractéristique de tension source- drain du transistor d'attaque 120. Vsense est utilisée pour la comparaison et la réaction décrits dans ce qui suit.
La valeur de la résistance de détection 310 est de l'ordre de 1 kilohm. La quantité de courant que l'on fait circuler via cette résistance est d'environ 50 microampères, ce qui ne porte pas atteinte de manière significative à l'efficacité globale du convertisseur et le courant passant par la résistance de détection 310 n'est pas prélevé de Isense 115. Une résistance de 1 kilohm telle que la résistance de détection 310, occupe une petite surface en silicone pour être implémentée avec une technologie de fabrication actuelle de semi-conducteur. La résistance de détection 310 de la présente invention représente une utilisation efficace de la surface utile pour un tel dispositif et n'est pas synonyme de coûts significatifs du dispositif.
Avec les grilles d'entrée du transistor de détection 305 et du transistor d'attaque 120 connectées ensemble, les transistors sont actifs en permettant simultanément au circuit de détection de la tension 315 d'être actif lorsque le transistor d'attaque 120 est en marche, et de traquer son comportement. La taille du transistor de détection 305 est suffisamment importante sur le plan physique pour que sa résistance de canal Rdson, lorsque active, soit nettement inférieure à l'intensité de 1 kilohm de la résistance de détection 310. Un concepteur de circuits versé dans l'art de la fabrication des semi-conducteurs est capable de fabriquer un transistor de détection 305 avec une géométrie de grille suffisamment grande pour que la résistance de canal en marche soit faible (3-5 ohms) en comparaison avec la valeur de 1 kilohm de la résistance de détection 310. Vsense est de l'ordre de 50 millivolts pour une technologie contemporaine de fabrication de semi-conducteurs, et est à peu près égale au produit de Isense 115 et d'une résistance équivalente de canal active Rdson du transistor d'attaque 120. Il est ainsi garanti que la tension de détection Vsense au point de détection de la tension 320, est à peu près égale à la tension source-drain du transistor d'attaque 120. Une valeur typique pour Vsense selon une technologie contemporaine de fabrication de semi-conducteurs serait d'environ 50 millivolts. La tension source-drain du transistor d'attaque 120 est la tension au point de détection 154. De ce fait, Vsense est une mesure de la tension au point de détection 154 et est produite sans prélever le moindre courant de Isense 115. Vsense est presque égale à la tension au point de détection 154 et se situerait en pratique autour d'environ 0,5% de la tension au point de détection 154.
Lorsque le transistor d'attaque 120 est inactif, le transistor de détection 305 est également inactif, ce qui signifie qu'en l'absence de circulation de courant à travers la résistance de détection 310, la tension au point de détection Vsense devient nulle. Vsense est un signal de faible gamme de tension de mode commun qui est fournit à une entrée du comparateur de faible mode commun 340 pour commander une limitation du courant de sortie.
Une deuxième entrée du comparateur 340 est connectée à un point de source de référence de tension 325, où une tension de référence Vref est produite. Vref est produit par une source de courant de référence 330 produisant un courant de référence Iref circulant vers un transistor de référence NMOS 335. Une valeur du courant de référence Iref serait d'environ 10 microampères pour une utilisation typique. Une entrée de grille 352 du transistor de référence 335 est connectée au point d'entrée 152 et reçoit une tension Vin en provenance de la batterie 150. Vsense est une mesure de Isense et est comparée avec Vref pour produire un troisième signal de modification au niveau d'une sortie du comparateur 340. Le troisième signal de modification est combiné avec le deuxième signal de modification produit à la sortie du deuxième comparateur 136. Les signaux de modification combinés produisent le signal de commande du niveau d'attaque au niveau de la sortie 139. Grâce à cette chaîne de réaction, Vsense est une mesure d'une caractéristique de courant d'attaque détectée produisant un signal de commande du niveau d'attaque.
Avec une faible tension source-drain dans le transistor de référence 335, celui-ci est configuré pour fonctionner dans une zone de non saturation. C'est pourquoi, la tension de référence de sortie Vref au point 325 peut être calculée grâce à l'expression suivante: Vref = Iref É Lr 1.tn Cox É Wr. Vin VTn) où Wr et Lr sont respectivement la largeur et la longueur de la grille du transistor de référence 335. Pour le transistor de référence NMOS 335, produit selon une technologie de fabrication de circuit intégré, n est la mobilité des porteurs d'un semi- conducteur de type n, Co, est la capacité d'oxyde à côté d'une grille du dispositif, et VTn est une tension de seuil du dispositif. Lorsque le transistor d'attaque 120 est actif, en raison d'une configuration à faible tension drain-source, il est également dans une zone de fonctionnement non saturée. Vsense est à peu près égale à la tension source-drain du transistor d'attaque 120. Une expression de Vsense est la suivante: Vsense = Isense ÉLn un. Cox. Wn. (Vin VTn) où Wn et Ln sont respectivement la largeur et la longueur de la grille du transistor d'attaque 120. Une valeur maximale de limitation du courant de sortie est obtenue lorsque
Vsense et Vref sont égales. Cela est donné par: Ilim = Iref ÉWn ÉLr Wr Ln La valeur de limitation du courant est directement proportionnelle à une intensité de Iref et à un rapport des rapports entre la largeur et la longueur des géométries de grille du transistor d'attaque 120 et du transistor de référence 335 respectivement. Un avantage de cette caractéristique de la présente invention réside en ce que la valeur de limitation du courant ne dépend pas de ou n'est pas dégradée par une quelconque non linéarité du Rdson du transistor d'attaque 120. Cette méthode vient en compensation car la variation significative du Rdson du transistor d'attaque 120 peut être due à la variation importante de!,ln, Cox et VTn dans une température de fonctionnement et un processus de fabrication.
Bien que la présente invention ait été décrite selon des exemples de modes de réalisation, l'homme du métier va reconnaître que des modes de réalisation supplémentaires peuvent se concevoir instantanément, lesquels se trouvent toujours dans l'étendue de la présente invention. Par exemple, un dispositif particulier d'attaque de sortie ou un dispositif électronique spécifique utilisant la régulation du courant détecté est présenté en tant qu'exemple de mode de réalisation d'approches d'implémentation de la présente technique de détection. Un artisan chevronné pourrait cependant adapter instantanément la présente technique de détection d'un courant de sortie aux caractéristiques d'un transistor à jonction bipolaire, d'un transistor à effet de champs à jonctions, ou d'un transistor bipolaire à grille isolée, et obtenir les mêmes résultats de commutation et de détection du courant. Un artisan chevronné pourrait utiliser d'autres générateurs de tension de référence et/ou moyens de régulation de la tension pour une source de référence de tension de détection. De telles variantes pourraient provenir de modes de réalisation sous forme d'une combinaison en série de dispositifs à charge entre des bus de tension appropriée composés de configuration à mode avancé ou mode déplétion de transistors NMOS ou PMOS.
En variante, il est possible d'utiliser des diodes de Zener polarisées de manière inversée en tant que moyen de référence de tension, et d'obtenir le même résultat de génération de source de référence de tension. En variante, on pourrait implémenter des moyens d'alimentation de tension de référence en composant des éléments résistifs à partir de dispositifs de charge NMOS non saturés avec une grille couplée à un drain.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Claims (23)
1. Dispositif de conversion de puissance comprenant: un moyen pour détecter un courant de sortie d'un dispositif d'attaque de sortie; un moyen pour détecter une tension de sortie, ledit courant de sortie détecté et ladite tension de sortie détectée étant configurés pour former une multitude de signaux de sortie détectés; un moyen pour produire une multitude de sources de référence de tension (132, 148); un moyen pour comparer ladite multitude de signaux de sortie détectés à ladite multitude de sources de référence de tension (132, 148) pour produire une multitude de signaux de modification, ledit moyen de comparaison étant couplé à une sortie dudit moyen pour détecter un courant de sortie et étant couplé à une sortie dudit moyen pour détecter une tension de sortie; un moyen pour combiner ladite multitude de signaux de modification, ledit moyen pour combiner étant couplé à une sortie de ladite multitude de moyens de comparaison; un moyen pour produire un signal de commande d'attaque de sortie à partir de ladite multitude combinée de signaux de modification, ledit moyen pour produire une sortie étant couplé à une sortie dudit moyen de combinaison; et un moyen pour produire un niveau d'attaque de sortie régulé à partir dudit signal de commande d'attaque de sortie, ledit signal de commande d'attaque de sortie étant configuré en tant que réaction dudit courant de sortie détecté et de ladite tension de sortie détectée afin de réguler ledit niveau d'attaque de sortie dudit dispositif d'attaque de sortie, ledit courant de sortie détecté étant configuré en tant que premier élément constitutif de ladite réaction comparée avec une première (132) parmi ladite multitude de sources de référence de tension pour produire un premier parmi la multitude desdits signaux de modification, ladite tension de sortie détectée étant configurée en tant que deuxième élément constitutif de ladite réaction comparé avec une deuxième (148) parmi la multitude de sources de référence de tension, le premier parmi la multitude des signaux de modification et le deuxième parmi la multitude des signaux de modification étant combinés pour produire ledit signal de commande d'attaque de sortie.
2. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 1, où ledit moyen pour détecter ledit courant de sortie comprend par ailleurs: un moyen de signalisation pour communiquer un signal de sortie indicatif dudit courant de sortie détecté ; un premier moyen de commutation pour commander un courant de détection; et un moyen à résistance interne pour produire un signal de tension de détection à partir dudit courant de détection, ledit moyen à résistance interne étant configuré pour fournir ladite tension de détection avec une intensité proportionnelle à un courant de sortie détecté à partir d'un dispositif d'attaque de sortie, ladite tension de détection étant une mesure dudit courant de sortie détecté.
3. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 2, où un premier point d'entrée dudit premier moyen de commutation est couplé à un premier point d'entrée dudit dispositif d'attaque de sortie, un deuxième point d'entrée dudit premier moyen de commutation étant couplé à un deuxième point d'entrée dudit dispositif d'attaque de sortie, et ledit premier moyen de commutation étant configuré pour détecter le fonctionnement dudit dispositif d'attaque de sortie pour alimenter ledit moyen de signalisation avec ledit signal dudit courant de sortie détecté.
4. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 2, où ledit premier moyen de commutation est couplé audit moyen à résistance interne pour fournir une intensité dudit courant de détection audit moyen à résistance interne, laquelle intensité est proportionnelle à un courant de sortie circulant à travers ledit dispositif d'attaque de sortie, ledit courant de détection de sortie traversant ledit moyen à résistance interne produisant ledit signal de tension de détection.
5. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 2, où une résistance dudit moyen de commutation et une résistance dudit moyen à résistance interne sont configurées de manière à ce qu'une tension dans ledit moyen à résistance interne est à peu près égale à une tension dans ledit dispositif d'attaque de sortie.
6. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 2, où une intensité dudit courant de détection est suffisamment faible en comparaison avec le courant dans ledit dispositif d'attaque de sortie pour qu'une efficacité dudit dispositif de conversion de puissance ne soit pas diminuée par ledit moyen de détection du courant de sortie.
7. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 2, où ledit courant de sortie détecté est dans une faible plage de tensions de mode commun, ledit courant de sortie pouvant être détecté et manipulé par un dispositif de comparaison (340) à faible plage de tensions de mode commun.
8. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 2, où l'un desdits moyens pour produire une multitude de sources de référence de tension (132, 148) est une source de référence de courant (330) couplée à un deuxième moyen de commutation, ledit deuxième moyen de commutation étant configuré pour recevoir un courant provenant de ladite source de référence de courant (330), ledit deuxième moyen de commutation étant configuré pour commander un flux de courant provenant de ladite référence de courant (330) via ledit deuxième moyen de commutation, ledit flux de courant à travers ledit deuxième moyen de commutation étant configuré pour produire une première source de référence de tension (132) à une sortie dudit deuxième moyen de commutation.
9. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 2, où l'un desdits moyens de comparaison et de production d'un signal de modification est configuré pour comparer ladite première source de référence de tension (132) avec ledit signal de tension de détection pour produire un premier signal de modification du courant.
10. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 9, où ledit dispositif électronique pour la conversion de puissance est fabriqué en tant que partie d'une puce de semi-conducteur, ledit dispositif électronique comprenant une multitude de dispositifs à transistor, ledit premier signal de modification du courant étant indépendant de toute variation dans une température de fonctionnement, une mobilité de porteurs électroniques, l'épaisseur de l'oxyde de grille ou un seuil de dispositif de ladite multitude de transistors.
11. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 10, où une limitation dudit courant de détection est proportionnelle à un produit multiplicatif d'une intensité de courant de ladite référence de courant (330) et d'un rapport entre une multitude de géométries de dispositif dudit premier moyen de commutation et dudit deuxième moyen de commutation.
12. Dispositif de conversion de puissance comprenant: un circuit de détection du courant de sortie configuré pour détecter un courant de sortie au niveau d'un transistor d'attaque de sortie (120) et pour produire un signal de sortie afin de communiquer une caractéristique dudit courant de sortie détecté dudit transistor d'attaque de sortie (120) ; un diviseur de tension configuré pour produire une tension de sortie détectée, ledit courant de sortie détecté et ladite tension de sortie détectée étant combinés pour former une multitude de signaux de sortie détectés; une multitude de sources de référence de tension (132, 148) ; une multitude de comparateurs de tension (130, 136, 210), ladite multitude de comparateurs de tension (130, 136, 210) étant couplée à une sortie de ladite multitude de sources de référence de tension (132, 148) et à ladite multitude de signaux de sortie détectés, ladite multitude de comparateurs de tension (130, 136, 210) étant par ailleurs configurée pour comparer ladite multitude de signaux de sortie détectés avec ladite multitude de sources de référence de tension (132, 148) pour produire une multitude de signaux de modification; un circuit numérique combinatoire (134) couplé à ladite multitude de comparateurs de tension (130, 136, 210) et configuré pour combiner ladite multitude de signaux de modification à une sortie dudit circuit numérique combinatoire (134), ladite combinaison de ladite multitude de signaux de modification étant configurée en tant que signal de commande d'attaque de sortie; un transistor d'attaque de sortie (120) étant couplé à ladite sortie dudit circuit numérique combinatoire (134) et étant configuré pour réguler un niveau d'attaque de sortie dudit signal de commande d'attaque de sortie.
13. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 12, où ledit circuit de détection du courant de sortie comprend par ailleurs: un premier transistor de détection (305) configuré pour modifier un courant de détection, ledit premier transistor de détection (305) étant couplé audit transistor d'attaque de sortie (120) et étant configuré pour détecter un courant de sortie dans ledit transistor d'attaque de sortie (120) et pour produire un courant de détection en tant que sortie, ledit courant de détection étant modifié en fonction de variations dans ledit courant de sortie détecté ; et une résistance de détection interne (105, 205, 142, 310) couplée audit premier transistor de détection (305), ladite résistance de détection interne (105, 205, 142, 310) étant configurée pour recevoir ledit courant de détection modifié en provenance dudit premier transistor de détection (305), ledit courant de détection modifié circulant à travers ladite résistance de détection interne (105, 142, 205, 310) en produisant un signal de tension de détection, ledit signal de tension de détection étant proportionnel audit courant de sortie détecté circulant à travers ledit transistor d'attaque de sortie (120) et communiquant ladite caractéristique dudit courant de sortie détecté.
14. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 13, où un premier point d'entrée dudit premier transistor de détection (305) est couplé à un premier point d'entrée dudit transistor d'attaque de sortie (120), un deuxième point d'entrée dudit premier transistor de détection (305) étant couplé à un deuxième point d'entrée dudit transistor d'attaque de sortie (120), et ledit premier transistor de détection (305) étant configuré pour détecter le fonctionnement dudit transistor d'attaque de sortie (120) pour fournir ledit signal de sortie dudit courant de sortie détecté.
15. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 13, où ledit premier transistor de détection (305) est couplé à ladite résistance de détection interne (105, 205, 142, 310) pour fournir une intensité dudit courant de détection à ladite résistance de détection interne (105, 142, 205, 310) laquelle est proportionnelle à un courant de sortie circulant à travers ledit transistor d'attaque de sortie (120), ledit courant de détection circulant à travers ladite résistance de détection interne (105, 142, 205, 310) en produisant ledit signal de tension de détection.
16. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 13, où une résistance dudit premier transistor de détection (305) et une résistance de ladite résistance de détection interne (105, 142, 205, 305) sont configurées de manière à ce qu'une tension dans ladite résistance de détection interne (105, 142, 205, 310) est à peu près égale à une tension dans ledit transistor d'attaque de sortie (120).
17. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 13, où une intensité dudit courant de détection est suffisamment faible en comparaison avec le courant dans ledit transistor d'attaque de sortie (120) pour qu'une efficacité dudit dispositif de conversion de puissance ne soit pas diminuée par ledit circuit de détection du courant de sortie.
18. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 13, où ledit courant de sortie détecté est dans une faible plage de tensions de mode commun, ledit courant de sortie détecté pouvant être détecté et manipulé par un dispositif de comparaison à faible plage de tensions de mode commun.
19. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 13, où l'une parmi la multitude des sources de référence de tension (132, 148) est une source de référence de courant (330) couplée à un deuxième transistor, ledit deuxième transistor étant configuré pour recevoir un courant provenant de ladite source de référence de courant (330), ledit deuxième transistor étant configuré pour commander un flux de courant provenant de ladite référence de courant à travers ledit deuxième transistor, ledit flux de courant à travers ledit deuxième transistor étant configuré pour produire une première source de référence de tension (132) à une sortie dudit deuxième transistor.
20. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 13, où l'un desdits comparateurs de tension (130, 148, 210, 340) est configuré pour comparer ladite première source de référence de tension (132) avec ledit signal de tension de détection afin de produire un premier signal de modification du courant.
21. Dispositif de conversion du courant selon la revendication 20, où ledit dispositif électronique pour la conversion de puissance est fabriqué en tant que partie d'une puce de semi-conducteur, ledit dispositif électronique comprenant une multitude de dispositifs à transistors, ledit premier signal de modification du courant étant indépendant de toute variation dans une température de fonctionnement, une mobilité des porteurs électroniques, une épaisseur de l'oxyde des grilles ou un seuil de dispositif de ladite multitude de transistors.
22. Dispositif de conversion de puissance selon la revendication 21, où une limitation dudit courant de détection est proportionnelle à un produit multiplicatif d'une intensité de courant de ladite référence de courant (330) et d'un rapport entre une multitude de géométries de dispositif dudit premier transistor de détection et dudit deuxième transistor.
23. Méthode pour la détection d'un courant de sortie d'un dispositif d'attaque de sortie et pour la régulation d'un courant d'attaque de sortie via ledit dispositif d'attaque de sortie d'un dispositif de conversion de puissance comprenant: la détection d'un courant de sortie dudit dispositif d'attaque de sortie pour produire un signal d'un courant de sortie détecté ; la détection d'une tension de sortie pour produire un signal d'une tension de sortie détectée, ledit signal d'un courant de sortie détecté et ledit signal d'une tension de sortie détectée étant configurés pour former une multitude de signaux de sortie détectés; la production d'une multitude de sources de référence de tension (132, 148) ; la comparaison de ladite multitude de signaux de sortie détectés avec ladite multitude de sources de référence de tension (132, 148) pour produire une multitude de signaux de modification; la combinaison de ladite multitude de signaux de modification; la production d'un signal de commande d'attaque de sortie à partir de ladite multitude combinée de signaux de modification, ledit signal de commande d'attaque de sortie étant configuré pour être utilisé en tant que réaction dudit signal d'un courant de sortie détecté et dudit signal d'une tension de sortie détectée, ledit signal d'un courant de sortie détecté étant comparé avec une première (132) parmi une multitude de sources de référence de tension configurée en tant que premier élément constitutif de ladite réaction, ledit signal d'une tension de sortie détectée étant comparé avec une deuxième (148) parmi une multitude de sources de référence de tension configurée en tant que deuxième élément constitutif de ladite réaction, ledit premier élément constitutif de ladite réaction et ledit deuxième élément constitutif de ladite réaction étant combinés pour produire ledit signal de commande d'attaque de sortie; et la production d'un niveau d'attaque de sortie régulé provenant dudit signal de commande d'attaque de sortie.
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