专利名称：同步切换式降压芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种同步切換式降压芯片。
背景技术：
目前，同步切换式降 压芯片(Synchronous Buck Regulator)已广泛应用于电源模块中。现有的同步切换式降压芯片一般包括ー个电压输入端、一个压降単元及一个电压输出端。所述电压输入端连接至ー个外部电源，所述压降単元具有ー个额定电流，其用于将外部电源的电压下调至ー个预定的工作电压，所述电压输出端输出所述预定的工作电压并提供给数字信号处理器(digital signalprocessor, DSP)、图形处理单元(graphicsprocessing unit, GPU)等芯片。然而，现有的切換式降压芯片不具有热插拔保护功能，即所述电压输入端直接接入外部电源时，会导致流入所述压降単元的瞬间电流过大，当瞬间电流大于所述额定电流时容易损坏所述同步切換式降压芯片。
发明内容
有鉴于此，有必要提供ー种具有热插拔保护功能的同步切换式降压芯片。一种同步切換式降压芯片，其包括一个输入単元、ー个控制开关、一个压降単元、一个采样単元、ー个判断単元及一个控制単元。所述控制开关包括ー个第一端、ー个与所述第一端连接的第二端与一个控制端。所述输入単元包括一个输入端与ー个输出端，所述输入端连接至ー个外部电源，所述输出端连接至所述第一端。所述压降単元包括ー个电压输入端与ー个电压输出端，所述电压输入端连接至所述第二端，用于将所述外部源的电压下调至ー个预定电压并将所述预定电压从所述电压输出端输出。所述压降単元具有一个额定电流。所述采样单元连接至所述输出端，用于测定所述外部电源流经所述输入单元的压降，并将所述压降转换为ー个比较电压与ー个第一參考电压进行比较。当流经所述输入单元的电流大于所述额定电流时，所述比较电压大于所述第一參考电压，所述采样单元输出ー个第一比较結果。所述判断单元连接至所述采样単元，用于根据所述第一比较结果产生第一判断信号。所述控制単元包括一个控制输入端与ー个控制输出端，所述控制输入端连接至所述判断単元，所述控制输出端连接至所述控制端，用于根据所述第一判断信号产生ー个第一控制信号至所述控制端并控制所述第一端与所述第二端断开，使得所述外部电源与所述压降単元断开。相对于现有技术，当流经所述输入单元的电流大于所述压降单元的额定电流吋，可以通过所述采样単元、判断単元及比较单元使所述外部电源与所述压降単元断开，由此保护所述同步式切换降压芯片。
图I为本发明切換式降压芯片的电路示意图。
主要元件符号说明同步切换式降压芯片100输入单元10第一电阻Rl输入端101输出端102控制开关20
第一 N型场效应管Ml压降单元30电压输入端Vin电压输出端Vout采样单元40分压电阻R2第一比较器Ul变压器Vl判断单元50第二 N型场效应管M2P型场效应管M3第一电流源SI第二电流源S2电容Cl第二比较器U2非门电路NI控制单元60门驱动器601电荷泵602稳压ニ极管Dl
具体实施例方式请參阅图1，本发明较佳实施方式的同步切换式降压芯片100，包括一个输入単元10、ー个控制开关20、一个压降単元30、一个采样単元40、ー个判断単元50及一个控制単元60。所述输入单元连接一外部电源VDD，所述控制开关20连接至所述输入単元10，所述压降単元30连接至所述控制开关20，所述采样単元40连接至所述输入単元10，所述判断单元50连接至所述采样单元40,所述控制单元60连接所述判断单元50与所述控制开关20。所述输入単元10为ー个第一电阻Rl。所述第一电阻Rl包括一个输入端101与一个输出端102。所述第一电阻Rl的输入端101连接至所述外部电源VDD，本实施方式中，所述外部电源VDD为12伏特，所述第一电阻Rl的阻值为0. 02欧姆。所述控制开关20包括ー个第一端、ー个第二端及一个控制端。具体地，所述控制开关20为ー个第一 N型场效应管M1，所述第一端、第二端及控制端分别为所述第一 N型场效应管Ml的源极、漏极及栅扱。所述第一 N型场效应管Ml的源极连接至所述第一电阻Rl的输出端102。所述压降単元30，具有ー个额定电流，包括一个电压输入端Vin与ー个电压输出端Vout，所述电压输入端Vin连接至所述第一 N型场效应管Ml的漏扱。所述压降単元30用于将从所述电压输入端Vin输入的电压下调至ー个预定电压并将所述预定电压从电压输出端Vout输出，然后将所述预定电压提供给其它电器元件(未图示)。本实施方式中，所述预定电压为3. 3伏持。所述采样単元40包括ー个分压电阻R2、ー个第一比较器Ul及一个变压器VI。所述分压电阻R2连接在所述第一比较器Ul的正输入端与所述第一电阻Rl的输出端102之间。所述变压器Vl连接在所述第一比较器Ul的负输入端与所述外部电源VDD之间。所述变压器Vl用于将所述外部电源VDD调节至ー个第一參考电压Vrefl后将所述第一參考电 压Vrefl输入至所述第一比较器Ul的负输入端。本实施方式中，所述第一參考电压Vrefl为47毫伏特，所述分压电阻R2的阻值为I千欧姆。所述判断単元50包括ー个第二 N型场效应管M2、ー个P型场效应管M3、ー个第一电流源SI、ー个第二电流源S2、一个电容Cl、ー个第二比较器U2、与一个非门电路NI。所述第二 N型场效应管M2的栅极连接至所述第一比较器Ul的输出端、其漏极经所述第一电流源SI后连接至一内部电源Vcc、所述第二 N型场效应管M2的源极经所述第二电流源S2后连接至所述P型场效应管M3的漏扱。所述内部电源Vcc用于向所述第一电流源SI供电。所述P型场效应管M3的栅极连接至所述第一比较器Ul的输出端，所述P型场效应管M3的源极接地。所述电容Cl连接在所述第二 N型场效应管M2的源极与地之间。所述第二比较器U2的正输入端连接至所述第二 N型效应管M2的源极，所述第二比较器U2的负输入端连接至所述第二參考电压Vref2。所述非门电路NI的输入端连接至所述第二比较器U2的输出端。本实施方式中，所述内部电源Vcc为5伏特，所述第一电流源为65微安培。所述第ニ电流源为3. 5微安培，所述第二參考电压Vref2为I. 23伏特。所述控制单元60包括一个门驱动器601 (gate driver)、一个电荷泵602 (chargepump)和一个稳压ニ极管D1。所述门驱动器601的输入端即所述控制单元60的控制输入端，所述门驱动器601的控制输入端连接至所述非门电路NI的输出端。所述电荷泵602连接至所述内部电源Vcc及所述门驱动器601,所述内部电源Vcc用于向所述电荷泵602充电。所述电荷泵602的输出端即所述控制单元60的控制输出端，所述电荷泵602的输出端连接至所述第一 N型场效应管Ml的栅极。所述稳压ニ极管Dl的反向端连接至所述电荷泵602的输出端，其正向端接地。所述稳压ニ极管Dl的反向击穿电压为16. 2伏持。初始时，所述外部电源VDD经所述第一电阻Rl后向所述第一N型场效应管Ml的源极提供高电平，所述门驱动器601输出一高电平并控制所述电荷泵602输出高电平，因此，所述第一 N型场效应管Ml的源极与漏极相导通。所述外部电源VDD流经所述第一电阻Rl的电流I在所述第一电阻Rl产生ー压降△ V，所述第一电阻Rl的输出端102的电压即等于所述压降A V。所述压降AV经所述分压电阻R2后转换成一比较电压，所述比较电压输入至所述第一比较器Ul的正输入端。可以理解的，当所述电流I增大时，所述压降A V将增大，所述比较电压也将増大，当所述电流I达到ー个临界值时，所述比较电压将等于所述第一參考电压Vrefl。本实施方式中，将电流I的所述临界值设定为所述额定电流。当所述电流I大于所述额定电流时，所述比较电压大于所述第一參考电压Vrefl。当所述比较电压大于所述第一參考电压Vrefl时，所述第一比较器Ul将输出第一比较结果，所述第一比较结果为高电平。所述第一比较结果分别传送至所述第二N型场效应管M2的栅极及所述P型场效应管M3的栅极。所述第二 N型场效应管M2导通，所述P型场效应管M3断开。所述第一电流源S I将对所述电容Cl进行充电，所述第二比较器U2的正输入端将侦测所述电容Cl的电压，当所述第二比较器U2的正输入端的电压大于所述第ニ参考电压Vref 2时，所述第二比较器U2将输出一高电平至所述非门电路NI，述非门电路NI输出所述低电平(第一判断信号)至所述门驱动器601。所述门驱动器601根据接收到的低电平(第一判断信号)关闭所述电荷泵602，使所述电荷泵602输出低电平(第一控制信号)至所述第一 N型场效应管的栅极，使所述第一 N型场效应管Ml的源极与其漏极断 开，进而使所述外部电源VDD与所述压降単元30断开，保护所述同步切换式降压芯片100不被损坏。当所述比较电压小于第一參考电压Vrefl时，所述第一比较器Ul将输出第二比较结果，所述第二比较结果为低电平。所述第二比较结果分别传送至所述第二N型场效应管M2的栅极及所述P型场效应管M3的栅极。所述第二 N型场效应管M2将断开，所述P型场效应管M3将导通。所述电容Cl经所述第二电流源S2接地进行放电，所述第二比较器U2的正输入端侦测所述电容Cl的电压小于所述第二參考电压Vref2，所述第二比较器U2将输出一低电平输出至所述非门电路NI，所述第二比较器U2将输出的低电平经所述非门电路NI反向为高电平(第二判断信号)至所述门驱动器601。所述门驱动器601根据接收到的高电平(第二判断信号)控制所述电荷泵602维持输出高电平，使电荷泵602输出高电平(第ニ控制信号)至所述第一 N型场效应管的栅极，維持所述第一 N型场效应管Ml的源极与其漏极的导通状态，使所述外部电源VDD与所述压降単元30导通，所述外部电源从所述电压输入端Vin输入，由所述压降単元30将所述外部电源下调至所述预定电压后由所述电压输出端Vout输出。本实施方式中，所述预定电压为3. 3伏特。总之，本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种同步切換式降压芯片，其包括一个输入単元、ー个控制开关、一个压降単元、一个采样単元、ー个判断単元及一个控制単元；所述控制开关包括ー个第一端、ー个与所述第一端连接的第二端与一个控制端； 所述输入単元包括一个输入端与ー个输出端，所述输入端连接至ー个外部电源，所述输出端连接至所述第一端； 所述压降単元包括ー个电压输入端与ー个电压输出端，所述电压输入端连接至所述第ニ端，用于将所述外部源的电压下调至ー个预定电压并将所述预定电压从所述电压输出端输出；所述压降単元具有ー个额定电流； 所述采样单元连接至所述输出端，用于测定所述外部电源流经所述输入单元的压降，并将所述压降转换为ー个比较电压与ー个第一參考电压进行比较； 当流经所述输入单元的电流大于所述额定电流时，所述比较电压大于所述第一參考电压，所述采样单元输出ー个第一比较结果； 所述判断单元连接至所述采样単元，用于根据所述第一比较结果产生第一判断信号； 所述控制単元包括一个控制输入端与ー个控制输出端，所述控制输入端连接至所述判断単元，所述控制输出端连接至所述控制端，用于根据所述第一判断信号产生ー个第一控制信号至所述控制端并控制所述第一端与所述第二端相断开，使得所述外部电源与所述压降単元断开。
2.如权利要求I所述的同步切换式降压芯片，其特征在于，当流过所述输入单元的电流小于所额定电流时，所述比较电压小于所述第一參考电压，所述采样单元输出一第二比较结果；所述判断単元还用于根据所述第二比较结果产生第二判断信号；所述控制单元还用于根据所述第二判断信号产生ー第二控制信号至所述控制端并维持所述第一端与所述第二端相导通。
3.如权利要求I所述的同步切换式降压芯片，其特征在于，所述输入単元为ー个第一电阻。
4.如权利要求I所述的同步切换式降压芯片，其特征在于，所述控制开关为ー个第一N型场效应管，所述第一端、第二端及控制端分别为所述第一 N型场效应管的源极、漏极及栅扱。
5.如权利要求3所述的同步切换式降压芯片，其特征在于，所述采样単元包括ー个分压电阻、ー个第一比较器及一个变压器；所述分压电阻连接在所述第一比较器的正输入端与所述第一电阻的输出端之间；所述变压器连接在所述第一比较器的负输入端与所述外部电源之间，所述变压器用于将所述外部电源调节至ー个所述第一參考电压后将所述第一參考电压输入至所述第一比较器的负输入端。
6.如权利要求I所述的同步切换式降压芯片，其特征在于，所述控制単元包括ー个门驱动器、ー个电荷泵和ー个稳压ニ极管，所述门驱动器的输入端连接至所述非门电路的输出端；所述电荷泵的输入端连接至所述外部电源，所述电荷泵的输出端连接至所述第一 N型场效应管的栅极，所述稳压ニ极管的反向端连接至所述电荷泵的输出端，其正向端接地。
7.如权利要求6所述的同步切换式降压芯片，其特征在于，所述稳压ニ极管的反向击穿电压为16. 2伏特。
8.如权利要求2所述的同步切换式降压芯片，其特征在于，所述外部电源为12伏特，所述预定电压为3. 3伏持。
9.如权利要求3所述的同步切换式降压芯片，其特征在于，所述第一电阻为0. 02欧姆。
全文摘要
一种同步切换式降压芯片，包括一输入单元、一控制开关、一压降单元、一采样单元、一判断单元及一控制单元。该控制开关具有第一端、与第一端连接的第二端与控制端。该输入单元的输入端连接至一外部电源、输出端连接至该第一端。该压降单元具有一额定电流，其电压输入端连接至该第二端。该采样单元连接至该输出端，用于测定该输入单元的压降。当流经输入单元的电流大于额定电流时，采样单元输出第一比较结果。该判断单元连接至采样单元，根据第一比较结果产生第一判断信号。该控制单元连接至判断单元，根据第一判断信号产生一第一控制信号至该控制端使第一端与第二端断开，使得所述外部电源与所述压降单元断开。
文档编号H02M1/32GK102647078SQ20111004341
公开日2012年8月22日 申请日期2011年2月22日 优先权日2011年2月22日
发明者赖俊安 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司