包括電壓調制電路的集成電路及其方法技術

一種集成電路(105)，其包括設置為將輸入節點(110)處的輸入電壓電平轉換為輸出節點(115)處的輸出電壓電平的電壓調制電路(100)。該電壓調制電路(100)包括：開關元件(120)，其設置為在開關元件處于導通狀態時將輸入節點(110)連接至輸出節點(115)；以及開關控制模塊(125)，其操作地連接至開關元件(120)，并設置為根據開關頻率通過開關元件(120)控制輸入節點(110)到輸出節點(115)的連接。該電壓調制電路(100)還包括頻率控制模塊(130)，其操作地耦合至開關控制模塊(125)，并設置為接收在輸入節點(110)處的輸入電壓電平的指示(132)，且至少部分地根據該輸入電壓電平指示(132)來配置開關頻率。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術的領域涉及。更具體地，本專利技術的領域涉及包括被設置為將輸入節點處的輸入電壓電平轉換成輸出節點處的輸出電壓電平的電壓調制電路的集成電路及其方法。
技術介紹
眾所周知的是，使用DC(直流)至DC轉換器將例如由電池提供的直流(DC)源的某一電壓電平轉換成例如特定電子電路所需的另一電壓電平。特別地，開關模式DC至DC 轉換器是眾所周知的，其通過暫時存儲能量，且隨后將所存儲的能量以不同電壓電平釋放到輸出而將一個DC電壓電平轉換成另一電壓電平。能量可存儲在磁場存儲部件(例如電感器、變壓器等)中，或電場存儲部件(例如電容器)中。這種開關模式DC至DC轉換比線性電壓調節更有功率效率，且因此開關模式DC至DC轉換器通常更適用于電池操作裝置中。在汽車工業中，DC至DC轉換器例如用于將由車用電池提供的第一電壓電平轉換為在車輛中運行的一種或多種電子部件所需的第二電壓電平。由于電池提供的電壓會發生變化，所以要求這種DC至DC轉換器能夠處理較寬的輸入電壓范圍，以及例如可能由“負載突降”而導致出現的瞬態電壓。負載突降例如可在車用電池與交流發電機斷開連接(這時， 電池正在被充電)時發生。由于這種斷開連接，連接至交流發電機的其他負載(例如DC至 DC轉換器)會經受功率驟增，這會使電壓電平明顯提高。因此，運行這種DC至DC轉換器所需的典型的輸入電壓范圍處于5V和40V之間。當前正在為諸如在汽車工業中使用的下一代單板計算機(SBC)制定要求。特別地，這些要求包括當DC至DC轉換器在SBC中使用時，影響DC至DC轉換器性能需求的某些要求。DC至DC轉換器的這些要求包括最大功耗；總效率，動態響應，輸出電壓波動等等。已知DC至DC轉換器使用各種控制方法，例如脈沖頻率調制(PFM)、脈沖突發調制 (PBM)、脈沖寬度調制(PWM)等等。例如在PWM模式控制的情況下，例如，固定DC至DC轉換器的MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)的開關頻率，同時通過反饋環來調整占空比。開關MOSFET中的功耗可表示為(a)傳導損失，其主要取決于MOSFET的開態電阻、占空比和負載電流；以及(b)開關損失，其主要取決于輸入電壓、開關頻率和負載電流。當這種DC至DC轉換器經受例如由負載突降導致的高輸入電壓時，開關功率損失顯著增加，這就需要裝置能將上述功率損失耗散為(例如)熱量。為了實現上述目的，必須適當地設計DC至DC轉換器的外部部件的尺寸，以便能充分耗散上述熱量。但是，由于可用空間、成本等造成的尺寸約束，以及被提出用于下一代SBC的最大功耗和總效率的要求，意味著這種DC至DC轉換器受限于如何才能應對由這種高輸入電壓導致的功率損失。為了在高輸入電壓期間降低開關損失，需要降低DC至DC轉換器的開關頻率。但是，這會導致DC至DC轉換器的動態響應明顯退化，以及增大輸出電壓波動。這種動態響應的退化和輸出電壓波動的增大不僅有害于DC至DC轉換器的性能，而且與用于適應于提出的用于下一代SBC的要求的DC至DC轉換器的能力相沖突。
技術實現思路
如隨附權利要求中所述，本專利技術提供一種包括電壓調制電路的集成電路、包括這種集成電路的電子系統及其方法。 在從屬權利要求中闡明本專利技術的特定實施例。參考下文所述的實施例將使本專利技術的這些和其他方面變得顯而易見并清楚明了。 附圖說明將參考附圖并僅通過實例說明本專利技術的更多細節、方面和實施例。附圖中所示元素用于簡單并清楚地說明本專利技術，且附圖無需按比例繪制。圖1示出包括電壓調制電路的集成電路的一個實例。圖2示出包括圖1的集成電路的電子系統的一個實例。圖3為示出開關損失的實例的曲線圖。圖4為示出輸出電壓波動的實例的曲線圖。圖5為示出效率的一個實例的曲線圖。圖6示出用于將輸入節點處的輸入電壓電平轉換為輸出節點處的輸出電壓電平的方法的一個實例的簡化流程圖。具體實施例方式現在將根據集成電路(IC)并通過舉例的方式說明本專利技術，該集成電路(IC)包括構成電子系統(例如，適用于汽車工業中的單板計算機(SBC)裝置)的一部分的DC至DC 轉換器。但是，下文說明的實例同樣適用于其他電子系統和裝置，且特別適用于交變電壓調制電路設置和交變電子裝置。此外，因為實施本專利技術的設備大部分由本領域技術人員熟知的電子部件和電路構成，所以如下所述，為了理解和認識本專利技術的基本概念，以及為了不混淆或分散本專利技術的教導內容，不會以比認為必要的程度更深的程度來詳細說明電路細節。現在參考圖1，其示出包括電壓調制電路(總體表示為100)的IC 105的一個實例，其被設置為將輸入節點110處的輸入電壓電平轉換為輸出節點115處的另一輸出電壓電平。特別地，對于所述實例來說，輸入節點110處的輸入電壓由諸如電池的電源170提供，且輸出節點115處的輸出電壓將提供至負載175。IC 105可設置為構成諸如總體由圖2 中的200表示的單板計算機(SBC)的電子系統的一部分。對于圖2中所示的實例來說，IC 105的電壓調制電路100被設置為將輸入節點110處由電源170提供的輸入電壓電平轉換為輸出節點115處將提供給負載175的輸出電壓電平，圖2中所示的實例的負載包括多個總體由210表示的系統元件。再次參考圖1，電壓調制電路100包括開關元件120，其被設置為在開關元件120 處于導通狀態時將輸入節點Iio連接至輸出節點，且隨后在開關元件120處于導通狀態時釋放所存儲的能量。對于所述實例來說，電壓調制電路100基于降壓轉換器構造，且特別包括MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管)形式的開關元件120，其可操作地連接在輸入節點110和輸出節點115之間；以及能量存儲電路，其可操作地在開關元件120和輸出節點115之間與開關元件120串聯。對于所述實例來說，能量存儲電路包括電感器190，其可操作地與開關元件120串聯；以及電容器195，其可操作地連接在輸出節點115和接地端之間。二極管197被設在接地端和開關元件120與電感器190之間的連接之間，以便在開關元件處于斷開狀態且能量存儲在電感器190中時，二極管197變為正向偏置，由此使得電流流過二極管190。可提供交變能量存儲部件，其例如包括電感器、變壓器、電容器等中的一種或多種的任何適當的組合。由此，能量存儲部件190、195和二極管197在開關元件120 處于導通狀態時，暫時存儲來自輸入節點的能量，且隨后在開關元件120處于斷開狀態時釋放所存儲的能量，從而與輸入節點110處的平均電壓電平相比，可在輸出節點115處形成基本上連續但較低的平均電壓電平。因此，電壓調制電路100被設置為在輸入節點110和輸出節點115之間提供開關模式電壓調制。同時對于所述實例來說，能量存儲部件集成在 IC 105中，而在其他實例中，能量存儲部件可另外或額外地設在在包括了電壓調制電路的 IC外部。在本實例中，電壓調制電路100還包括開關控制模塊125，其可操作地連接至開關元件120，并設置為根據開關頻率通過開關元件120來控制輸入節點110到輸出節點115的連接。對于所述實例來說，開關控制模塊125設置為根據從振蕩器電路140接收的開關頻率信號145通過開關元件120來調節輸入節點110到輸出節點115的連接。更具體地，對于所述實例來說，開關控制模塊125包括S本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發人員：弗蘭克·加爾蒂耶，菲利普·瓜耶內切，埃里克·羅蘭德，
申請(專利權)人：飛思卡爾半導體公司，
類型：發明
國別省市：