開關(guān)穩(wěn)壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明使用新的開關(guān)穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)將單磁環(huán)分割為具有相連的反向磁場(chǎng)的多個(gè)磁環(huán)，以引起抵消效應(yīng)，從而大幅降低整體磁場(chǎng)。這使得EMI降低。在一個(gè)實(shí)施例中，同步開關(guān)的晶體管被分為并聯(lián)的頂部晶體管和并聯(lián)的底部晶體管。頂部晶體管定位成與底部晶體管相對(duì)，旁路電容器連接在晶體管對(duì)之間以產(chǎn)生多個(gè)電流回路。設(shè)置部件以形成不同電流回路的鏡像，從而所引起的磁場(chǎng)具有相反方向，基本上彼此抵消。以具有交叉點(diǎn)的數(shù)字8的形式形成導(dǎo)線和部件也可以產(chǎn)生反向電流回路。
【專利說(shuō)明】開關(guān)穩(wěn)壓器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本發(fā)明要求由Leonard Shtargot (倫納德.師塔格特)等人于2012年10月19日提交的發(fā)明名稱為“Magnetic Field Cancellation In Switching Regulators (開關(guān)穩(wěn)壓器中的磁場(chǎng)抵消)”的臨時(shí)申請(qǐng)61/715，947的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過(guò)引用包含于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及開關(guān)穩(wěn)壓器，特別涉及減小高頻開關(guān)產(chǎn)生的磁場(chǎng)所引起的電磁干擾(EMI)的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0004]開關(guān)穩(wěn)壓器一般在100KHz-5MHz的頻率下進(jìn)行開關(guān)。這種高速下產(chǎn)生的小電流回路會(huì)生成顯著的磁場(chǎng)。如果開關(guān)形成于集成電路(IC)中，那么電流回路可能完全出現(xiàn)在IC中，或者一部分出現(xiàn)在IC內(nèi)部、一部分出現(xiàn)在IC外部。如果電源開關(guān)的關(guān)閉或者同步整流器開關(guān)的關(guān)閉導(dǎo)致回路傳導(dǎo)初始瞬態(tài)電流，那么較高的di/dt會(huì)引起產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的高磁場(chǎng)。
[0005]圖1A顯示了現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)電源中的電流回路10，其中形成回路的整個(gè)電路(例如晶體管、導(dǎo)線/走線、電容器、寄生器件等)增加了磁場(chǎng)，引起EMI。開關(guān)12和14顯示為M0SFET，但其也可以是其他類型的開關(guān)，例如雙極晶體管。開關(guān)12和14顯示為η溝道MOSFET，但是根據(jù)應(yīng)用也可以使用CMOS晶體管。還顯示了開關(guān)的寄生電容16和18。
[0006]在示例中，假設(shè)開關(guān)12和14同時(shí)開關(guān)，以交替地耦合端子I的電源電壓(Vcc)至輸出端子2并然后耦合端子3的接地電壓至輸出端子2。電感器(未顯示)可耦合至端子2，作為降壓穩(wěn)壓器中的輸出電路17的一部分。在穩(wěn)壓器的一個(gè)不例中，PWM控制器IC19連接至兩個(gè)開關(guān)12和14的柵極，用于控制開關(guān)占空比以輸出調(diào)制電壓Vout或調(diào)制電流。控制占空比以使得與穩(wěn)壓器的輸出電壓成比例的反饋電壓Vfb與參考電壓匹配。一個(gè)開關(guān)叫做電源開關(guān)，另一個(gè)開關(guān)叫做同步整流器，同步整流器本質(zhì)上作為低壓降二極管。開關(guān)12和14不會(huì)同時(shí)接通以避免短路。
[0007]穩(wěn)壓器可以是任何類型的(例如降壓、升壓、反激等)，開關(guān)12和14至電感器的特定連接是由穩(wěn)壓器的類型決定的。本發(fā)明可用于任何類型的開關(guān)穩(wěn)壓器中，給出一些示例以顯示本發(fā)明應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)降壓穩(wěn)壓器開關(guān)結(jié)構(gòu)中的構(gòu)思。
[0008]圖1A顯示了連接于端子I和端子3之間的傳統(tǒng)的旁路電容器20。旁路電容器通常用于現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)電路中。如果我們假設(shè)端子I連接至Vcc，端子3接地，當(dāng)開關(guān)12和14打開關(guān)閉時(shí)，旁路電容器20平滑瞬態(tài)現(xiàn)象。例如，當(dāng)穩(wěn)壓器控制器關(guān)閉開關(guān)12以對(duì)電感器進(jìn)行充電時(shí)，通過(guò)端子2連接至電感器的充電電容器20引起電流浪涌。這有助于補(bǔ)償電流浪涌引起的Vcc的降低，平滑開關(guān)瞬態(tài)現(xiàn)象。電容器20構(gòu)成環(huán)繞端子2、3和I的電流回路的一部分。開關(guān)12和14的寄生電容16和18也是電流回路的一部分，當(dāng)開關(guān)14被切斷以及開關(guān)12被接通時(shí)，寄生電容18充電。[0009]如上所述，在開關(guān)頻率下產(chǎn)生通過(guò)回路10的很快很高的電流脈沖(具有大di/dt)。該脈沖產(chǎn)生EMI，EMI可能干擾附近電路或在附近電路中產(chǎn)生失真。
[0010]開關(guān)12和14可以在IC21內(nèi)，也可以是PWM控制器IC19的一部分。
[0011]圖1B是圖1A的電路的另一種表不，其顯不了晶體管開關(guān)在印刷電路板(PCB)或IC封裝中的位置。端子1、2和3可以是用于從IC封裝延伸的引腳的連接節(jié)點(diǎn)。電流回路10顯示出沿逆時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)的瞬態(tài)電流,引起方向向上的磁場(chǎng)(由點(diǎn)表示)。磁場(chǎng)以某種形式向所有方向輻射。
[0012]所需要的是一種減小由開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的整體磁場(chǎng)以減小EMI的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生大幅減小的整體磁場(chǎng)的開關(guān)穩(wěn)壓器，其中磁場(chǎng)與快速變化的開關(guān)電流相關(guān)。
[0014]該創(chuàng)新性技術(shù)將現(xiàn)有技術(shù)的單磁環(huán)分割為多個(gè)磁環(huán)(每個(gè)磁環(huán)包括高頻開關(guān))，其中多個(gè)磁環(huán)具有相連的彼此抵消的反向磁場(chǎng)，因此與現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)相比能大幅降低整體磁場(chǎng)和EMI。
[0015]本發(fā)明的磁場(chǎng)抵消技術(shù)同時(shí)適用于開關(guān)模式電源的平面和三維(3-D)開關(guān)電路。平面構(gòu)造包括集成電路和印刷電路板。3-D構(gòu)造包括疊層(垂直取向)回路部件、疊層集成電路元件和疊層印刷電路板。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，以如下方式劃分設(shè)置頂部電源開關(guān)和同步整流器開關(guān)(底部開關(guān))。在平面實(shí)施例中，底部開關(guān)被分為并聯(lián)工作的兩個(gè)相同的底部開關(guān)，而且底部開關(guān)設(shè)置在頂部開關(guān)的相對(duì)側(cè)。第一旁路電容器連接在第一底部開關(guān)和頂部開關(guān)之間，第二旁路電容器連接在第二底部開關(guān)和頂部開關(guān)之間。構(gòu)造基本上是鏡像，頂部開關(guān)位于中間。若假設(shè)頂部開關(guān)剛剛被接通，通過(guò)頂部開關(guān)和第一底部開關(guān)的電流回路為逆時(shí)針?lè)较?，通過(guò)頂部開關(guān)和第二底部開關(guān)的電流回路為順時(shí)針?lè)较?。所產(chǎn)生的兩個(gè)磁場(chǎng)的方向是相反的。由于回路非常接近，因此所產(chǎn)生的磁場(chǎng)基本上抵消，這大幅減小了從穩(wěn)壓器輻射的整體磁場(chǎng)，從而減小了 EMI。
[0017]該技術(shù)也可以應(yīng)用于劃分頂部開關(guān)，其中第一對(duì)頂部開關(guān)和底部開關(guān)產(chǎn)生沿第一方向的第一電流回路，第二對(duì)頂部開關(guān)和底部開關(guān)產(chǎn)生沿相反方向的第二電流回路，以抵消磁場(chǎng)。
[0018]在另一個(gè)實(shí)施例中，頂部開關(guān)和底部開關(guān)被分為四個(gè)底部開關(guān)和兩個(gè)頂部開關(guān)，這些開關(guān)形成在X和I方向上彼此相反的四個(gè)電流回路，以產(chǎn)生更低的整體磁場(chǎng)。
[0019]類似的技術(shù)可用于3-D構(gòu)造中，其中反向電流回路是垂直取向的。例如，旁路電容器可位于開關(guān)上方。
[0020]此外，可以層疊開關(guān)或PCB，以抵消每層產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
[0021]在另一個(gè)實(shí)施例中，以數(shù)字8的形狀形成單電流通路，以產(chǎn)生兩個(gè)反向電流回路，從而抵消磁場(chǎng)。
[0022]其他實(shí)施例也是可以預(yù)見(jiàn)的。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0023]圖1A顯示用于傳統(tǒng)開關(guān)穩(wěn)壓器的現(xiàn)有技術(shù)開關(guān)電路。
[0024]圖1B是圖1A的不同表示，顯示晶體管開關(guān)在IC或PCB上的位置。
[0025]圖2A顯示實(shí)現(xiàn)圖1A的電路開關(guān)功能但是產(chǎn)生小得多的EMI的開關(guān)構(gòu)造。
[0026]圖2B是呈現(xiàn)圖2A的不同表示的IC或PCB的部分立體圖，其顯示了晶體管開關(guān)在IC或PCB上的位置。
[0027]圖3A顯不實(shí)現(xiàn)圖1A的電路開關(guān)功能同時(shí)進(jìn)一步減小EMI的開關(guān)的另一種構(gòu)造。
[0028]圖3B是一個(gè)或多個(gè)IC封裝的半透明俯視圖，其顯示封裝引腳布設(shè)以及對(duì)應(yīng)于圖3A中端子的引腳。
[0029]圖4是IC封裝的半透明俯視圖，其顯示封裝引腳布設(shè)以及對(duì)應(yīng)于開關(guān)構(gòu)造中端子的引腳，其中圖2B的三個(gè)開關(guān)已被分為總共六個(gè)開關(guān)，而且在封裝中的位置為鏡像以進(jìn)一步減小EMI。
[0030]圖5具有與圖4相同的開關(guān)設(shè)置，但是旁路電容器連接不同，節(jié)約了兩個(gè)電容器同時(shí)保持減小的EMI。
[0031]圖6顯示數(shù)字8形狀的跨接導(dǎo)線是如何產(chǎn)生反向電流回路的。
[0032]圖7A是包含六個(gè)開關(guān)(例如圖4的開關(guān))的IC的側(cè)視圖，其中旁路電容器疊在晶體管上方以形成反向垂直電流回路，以減小EMI。
[0033]圖7B是圖7A的IC的俯視圖，其中圖7A是從圖7B的上方觀察的側(cè)視圖。
[0034]圖8A是包含四個(gè)開關(guān)的IC的側(cè)視圖，其中旁路電容器疊在晶體管上方以形成反向垂直電流回路，以減小EMI。
[0035]圖8B是圖8A的IC的俯視圖，其中圖8A是從圖8B的上方觀察的側(cè)視圖。
[0036]圖中，相同或等效元件以相同的數(shù)字表示。
【具體實(shí)施方式】
[0037]在所有實(shí)施例中，假設(shè)MOSFET開關(guān)的柵極連接至用于直流-直流轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)同步PWM控制器，傳統(tǒng)輸出電路連接至特殊類型轉(zhuǎn)換器所需的端子1、2和3。輸出電路通常包括一個(gè)或多個(gè)電感器和一個(gè)或多個(gè)大平滑電容器。Linear Technology Corporation網(wǎng)站在線可用的針對(duì)LT8611同步降壓穩(wěn)壓器的數(shù)據(jù)表顯示了用于本文描述的開關(guān)的適當(dāng)?shù)腜WM控制器以及輸出電路，通過(guò)引用將其包含于此，作為用于同步開關(guān)的PWM控制器和輸出電路的典型示例。在轉(zhuǎn)讓給本受讓人的美國(guó)專利5，731，731和5，847，554中描述了其他適當(dāng)?shù)腜WM控制器和輸出電路，也通過(guò)引用包含于此。控制器可以在固定頻率或可變頻率下進(jìn)行開關(guān)。
[0038]根據(jù)本發(fā)明，將開關(guān)分為多個(gè)開關(guān)部分并將多個(gè)開關(guān)部分電互連以生成具有相反方向的多個(gè)類似電流回路，從而實(shí)現(xiàn)平面結(jié)構(gòu)中的磁環(huán)抵消。這種構(gòu)造使反向磁場(chǎng)緊密靠近，以實(shí)現(xiàn)整體較低的磁場(chǎng)輻射。在垂直結(jié)構(gòu)中，電流回路中的一個(gè)或多個(gè)部件(例如導(dǎo)線/走線或旁路電容器)在IC或PCB表面上方，以產(chǎn)生反向垂直電流回路，從而實(shí)現(xiàn)整體較低的磁場(chǎng)。
[0039]圖2A顯示了如何將圖1A的開關(guān)電路分成沿相反方向傳輸電流的多個(gè)回路，使得磁場(chǎng)具有相反的方向(由點(diǎn)和X表示)以部分抵消每個(gè)回路產(chǎn)生的磁場(chǎng)。因此，減小了電路發(fā)出的整體磁場(chǎng)。對(duì)于平面構(gòu)造而言，可以獲得50%甚至更高的磁場(chǎng)抵消。[0040]在圖2A中，圖1A中的底部開關(guān)14被兩個(gè)并聯(lián)開關(guān)14A和14B代替，，這兩個(gè)開關(guān)夾住平面中的另一個(gè)開關(guān)12 (頂部開關(guān))。反向電流回路24和25在芯片或PCB上盡可能靠近在一起布置，以增強(qiáng)抵消效果。圖1A中的旁路電容器20由旁路電容器20A和20B代替，以執(zhí)行與旁路電容器20相同的功能。開關(guān)14A和14B的尺寸均可以是開關(guān)14的一半，所以不會(huì)大幅增大尺寸。開關(guān)14A和14B可以是M0SFET、雙極晶體管或者由開關(guān)穩(wěn)壓器控制器IC19控制的任何其他類型的開關(guān)元件，開關(guān)可以在PWM控制器IC19上。端子2可以連接至圖1A的輸出電路17。
[0041 ] 圖2A顯示了平面電路構(gòu)造。也可以通過(guò)生成3-D結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)抵消，如下文所述。
[0042]圖2B顯示了圖2A的開關(guān)在IC28上的布局，IC28還可以包含控制電路。
[0043]在所有實(shí)施例中，所有的旁路電容器都可位于封裝內(nèi)部或封裝外部。在封裝內(nèi)部設(shè)置電容器更有利于保證反向磁場(chǎng)的對(duì)稱關(guān)系，最優(yōu)地實(shí)現(xiàn)抵消。
[0044]雖然在示例中使用了同步開關(guān)晶體管，但是其他類型的開關(guān)穩(wěn)壓器也可以同時(shí)切斷兩個(gè)開關(guān)，例如在操作的睡眠模式或間斷模式中?？梢酝ㄟ^(guò)反轉(zhuǎn)電壓檢測(cè)電路控制同步整流器開關(guān)，而不使同步整流器開關(guān)與另一個(gè)開關(guān)同步進(jìn)行開關(guān)。
[0045]圖3A顯示另一個(gè)示例，顯示如何將圖1A的開關(guān)電路分開以生成沿相反方向傳輸電流的多個(gè)電流回路30/32，沿相反方向傳輸電流的多個(gè)電流回路產(chǎn)生具有相反方向或極性(由點(diǎn)和X顯示)的磁場(chǎng)，從而部分抵消每個(gè)回路產(chǎn)生的磁場(chǎng)。旁路電容器34和36仍顯示為每個(gè)回路的一部分。在圖3A中，圖1A中的底部開關(guān)14由兩個(gè)并聯(lián)開關(guān)14A和14B代替，圖1A中的頂部開關(guān)12由兩個(gè)并聯(lián)開關(guān)12A和12B代替。電路布設(shè)在PCB或硅中，相反方向的回路盡可能靠近在一起布置，以增強(qiáng)抵消效果。因?yàn)閮蓚€(gè)MOSFET是并聯(lián)連接的，所以每個(gè)開關(guān)(例如M0SFET)的尺寸均可以是現(xiàn)有技術(shù)開關(guān)的一半以獲得相同的電源控制規(guī)格。因此并沒(méi)有顯著增大所得的尺寸。
[0046]圖3B是用于一個(gè)或多個(gè)IC的封裝38的半透明俯視圖，顯示了封裝引腳布設(shè)和對(duì)應(yīng)于圖3A中的端子1、2和3的引腳。端子1、2和3可以是PCB上的連接節(jié)點(diǎn)。封裝具有20個(gè)外圍引腳和中心接地焊墊21，接地焊墊21用于連接PCB上的接地引腳或接地焊墊。IC42的輪廓如圖所示，圖3A中IC42包含兩組開關(guān)。IC42上的端子可以通過(guò)接合導(dǎo)線、弓丨線框、PCB或其他連接器連接至封裝38的引腳。多個(gè)端子和引腳可以連接在一起，以處理更高的電流和/或產(chǎn)生理想的電流回路形式。
[0047]由于結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，圖2B和3B中的磁場(chǎng)抵消在X方向和y方向上是不同的。為了生成更對(duì)稱的抵消結(jié)構(gòu)，可以使用圖4的構(gòu)造。
[0048]在圖4中，沿著暴露的焊墊21A和21B顯示IC44的輪廓。IC44包含六個(gè)開關(guān)，通過(guò)劃分開關(guān)14A、14B和12獲得圖2B中的開關(guān)構(gòu)造的鏡像，以產(chǎn)生相等但反向的電流回路24A和25B以及24B和25B。附加旁路電容器24B和25B連接至端子I和3。所得到的磁場(chǎng)彼此對(duì)稱抵消，從而降低了所有方向上的EMI。端子1、2和3(例如PCB上用于連接電源和旁路電容器的節(jié)點(diǎn))應(yīng)靠近關(guān)聯(lián)的封裝引腳(引腳4-13)，以生成四個(gè)類似的電流回路結(jié)構(gòu)。因此，為了生成靠近在一起的具有類似形狀的電流回路，封裝引腳(構(gòu)成電流回路的一部分)的選擇非常重要。
[0049]引腳可以結(jié)在一起，以減小電阻，利于抵消磁場(chǎng)。
[0050]圖5顯示另一種電路設(shè)置,其使用與圖4相同的封裝46和IC44，其中僅使用兩個(gè)旁路電容器48和50。反向電流回路24A和25B以及24B和25B的其中之一可以共享旁路電容器48或50。
[0051]圖5中的每個(gè)旁路電容器(48或50)優(yōu)選地在其關(guān)聯(lián)的外部開關(guān)(例如圖2B中的開關(guān)14A和14B)之間對(duì)稱布置，從而與每個(gè)關(guān)聯(lián)的外部開關(guān)基本上等距，以使反向磁場(chǎng)相等。
[0052]必須考慮開關(guān)構(gòu)造、旁路電容器構(gòu)造、從封裝至IC引線的布線、封裝內(nèi)的內(nèi)部走線、IC中的金屬導(dǎo)線構(gòu)造、IC/封裝端子/引腳設(shè)置、以及PCB走線的組合，以獲得最大程度的磁場(chǎng)抵消。
[0053]在所有實(shí)施例中，不需要在相同硅片上形成開關(guān)，多個(gè)硅片可以在單封裝中互連，這時(shí)互連(導(dǎo)線或走線)是電流回路的一部分。
[0054]各種開關(guān)/電容器設(shè)置的目的是提供能生成類似但是相反磁場(chǎng)特性的最小的兩個(gè)電流通路。這可以通過(guò)不同于參考圖2A至圖5描述的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖6至圖SB顯示了幾種其他方案。
[0055]圖6顯示了用于開關(guān)12和14的交叉布線構(gòu)造，其連接至旁路電容器20，在IC或PCB中生成用于減小所產(chǎn)生的整體磁場(chǎng)的反向電流回路52和54。抵消電流回路形成數(shù)字8的形狀，其包括圓角數(shù)字8形狀和直線數(shù)字8形狀。通過(guò)交叉導(dǎo)線55或走線，并在層間進(jìn)行絕緣，形成兩個(gè)或更多個(gè)反向電流回路。導(dǎo)線/走線55可以在IC內(nèi)部或外部，或者一部分在內(nèi)部、一部分在外部。
[0056]旁路電容器20可位于電路回路中的任何位置，例如位于交叉點(diǎn)。交叉點(diǎn)可置于電容器下方。
[0057]圖7A和7B分別顯示了 IC58中的電路構(gòu)造的側(cè)視圖和俯視圖，其中反向電流回路60和62具有用于抵消圖7B中的磁場(chǎng)64、65、66和67的垂直部件。磁場(chǎng)方向由箭頭顯不。在IC58上附加旁路電容器70、71、72和73以生成垂直電流回路而不是平面回路，從而形成磁場(chǎng)抵消。使用六個(gè)開關(guān)能生成可以抵消所有方向磁場(chǎng)的四個(gè)垂直電流回路。在圖7B顯示的設(shè)置中，這六個(gè)開關(guān)包括分為三個(gè)并聯(lián)開關(guān)的頂部開關(guān)和分為三個(gè)并聯(lián)開關(guān)的底部開關(guān)。注意，圖7B的上半部具有兩個(gè)底部開關(guān)(耦合至端子3和2)，其夾住中心的頂部開關(guān)(耦合至端子I和2)，圖7B的下半部具有兩個(gè)頂部開關(guān)(耦合至端子I和2)，其夾住中心的底部開關(guān)(耦合至端子3和2)，從而形成不對(duì)稱設(shè)置。
[0058]圖8A和8B顯示IC76中的垂直電路的另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖和俯視圖，其中反向電流回路78 (在圖8A中只顯示了一個(gè)電流回路)用于抵消圖8B中的磁場(chǎng)80和82。在圖SB中有四個(gè)開關(guān)，其中在圖8B所示的設(shè)置中頂部開關(guān)被分為兩個(gè)并聯(lián)開關(guān)，底部開關(guān)被分為兩個(gè)并聯(lián)開關(guān)。圖8B基本上是圖7B的電路的左半部分，在圖SB中，每個(gè)開關(guān)較大以承載一半的電流。
[0059]一般而言，通過(guò)循環(huán)電流的通路位于垂直取向的鏡像結(jié)構(gòu)中的形式形成多個(gè)電源開關(guān)器件，從而在3-D構(gòu)造中形成磁環(huán)抵消。該結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為生成反向電流回路，以產(chǎn)生具有抵消效果的反向平行磁場(chǎng)。
[0060]緊靠回路(例如在相同的IC封裝中)具有更好的抵消效果，但是與現(xiàn)有技術(shù)的單回路設(shè)計(jì)相比，即使較大的距離也能提高抵消效果。
[0061 ] 在所述的各種實(shí)施例中，在穿過(guò)二維或三維抵消設(shè)計(jì)的任意平面中，流過(guò)兩個(gè)或更多個(gè)抵消電流回路的凈電流所感應(yīng)的整體磁場(chǎng)小于單獨(dú)回路或現(xiàn)有技術(shù)的單回路設(shè)計(jì)的等效回路的絕對(duì)磁場(chǎng)之和。相應(yīng)地，使用本發(fā)明的技術(shù)具有較小的EMI。
[0062]雖然在各種實(shí)施例中反向磁場(chǎng)的大小是相同的，但是即使在反向磁場(chǎng)具有不同大小時(shí)，例如在電流回路具有不同的回路半徑或形狀時(shí)，本發(fā)明仍可以工作，能夠?qū)MI降低到較小的程度。
[0063]這種降低EMI的抵消作用還引起較低的寄生電感，在高開關(guān)頻率下寄生電感是一種損耗機(jī)制。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的抵消技術(shù)在高開關(guān)頻率下具有較高的電源效率。這是該磁場(chǎng)抵消技術(shù)獲得的難以預(yù)料的意外結(jié)果。
[0064]雖然已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的特別實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以理解，不背離本發(fā)明在其更大范圍內(nèi)可進(jìn)行變化和修改，因此，所附權(quán)利要求的范圍包括本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其包括: 控制器，所述控制器用于產(chǎn)生晶體管開關(guān)控制信號(hào)； 由所述控制器控制的至少第一開關(guān)，其中所述第一開關(guān)的占空比控制所述開關(guān)穩(wěn)壓器電路的調(diào)制輸出； 耦合至所述第一開關(guān)的第一旁路電容器；以及 由所述第一開關(guān)的開關(guān)動(dòng)作同時(shí)生成的至少第一電流回路和第二電流回路，其中第一電流在所述第一電流回路中沿第一方向流動(dòng)，以在第一方向生成具有第一大小的第一磁場(chǎng)，其中第二電流在所述第二電流回路中沿與所述第一方向相反的第二方向流動(dòng)，以在第二方向生成具有第二大小的第二磁場(chǎng)，從而所述第一磁場(chǎng)和所述第二磁場(chǎng)組合以減小所述開關(guān)穩(wěn)壓器電路產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述第一大小大致與所述第二大小相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其還包括: 第一導(dǎo)線，所述第一導(dǎo)線連接在所述第一開關(guān)的第一端子和所述第一旁路電容器的第一端子之間；以及 第二導(dǎo)線，所述第二導(dǎo)線連接在所述第一旁路電容器的第二端子和參考電壓之間， 其中所述第一導(dǎo)線和第所述第二導(dǎo)線彼此交叉，以形成數(shù)字8形狀，所述數(shù)字8形狀形成沿相反方向傳輸電流的所述第一電流回路和所述第二電流回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中通過(guò)在所述第一旁路電容器下方形成交叉點(diǎn)來(lái)構(gòu)造數(shù)字8形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述第一開關(guān)包括并聯(lián)連接以同時(shí)進(jìn)行傳導(dǎo)的第三開關(guān)和第四開關(guān)，所述電路還包括: 第二開關(guān)， 其中所述第三開關(guān)和所述第四開關(guān)位于所述第二開關(guān)的相對(duì)側(cè)，從而所述第一電流回路由流入所述第三開關(guān)和所述第二開關(guān)的所述第一電流生成，所述第二電流回路由流入所述第四開關(guān)和所述第二開關(guān)的所述第二電流生成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中當(dāng)所述第三開關(guān)和所述第四開關(guān)接通并且所述第二開關(guān)切斷時(shí)，所述第一電流流過(guò)所述第三開關(guān)并進(jìn)入所述第二開關(guān)的寄生電容器，所述第二電流流過(guò)所述第四開關(guān)并進(jìn)入所述第二開關(guān)的寄生電容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述第一旁路電容器耦合在所述第二開關(guān)和所述第三開關(guān)之間，以及其中所述第一旁路電容器是所述第一電流回路的一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其還包括耦合在所述第二開關(guān)和所述第四開關(guān)之間的第二旁路電容器，其中所述第二旁路電容器是所述第二電流回路的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述第一旁路電容器還耦合在所述第二開關(guān)和所述第四開關(guān)之間，以及其中所述第一旁路電容器還是所述第二電流回路的一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述第一旁路電容器對(duì)稱設(shè)置在所述第三開關(guān)和所述第四開關(guān)之間，從而與所述第三開關(guān)和所述第四開關(guān)基本上等距。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述第一開關(guān)包括并聯(lián)連接以同時(shí)進(jìn)行傳導(dǎo)的第三開關(guān)和第四開關(guān)，所述電路還包括: 第二開關(guān)， 其中所述第二開關(guān)包括并聯(lián)連接以同時(shí)進(jìn)行傳導(dǎo)的第五開關(guān)和第六開關(guān)，其中所述第五開關(guān)定位成與所述第三開關(guān)相對(duì)，其中所述第六開關(guān)定位成與所述第四開關(guān)相對(duì)，其中所述第六開關(guān)緊鄰所述第五開關(guān)，以及其中所述第三開關(guān)緊鄰所述第四開關(guān)，從而所述第一電流回路由流入所述第三開關(guān)和所述第五開關(guān)的所述第一電流產(chǎn)生，所述第二電流回路由流入所述第四開關(guān)和所述第六開關(guān)的所述第二電流產(chǎn)生。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中當(dāng)所述第三開關(guān)和所述第四開關(guān)接通并且所述第五開關(guān)和所述第六開關(guān)切斷時(shí)，所述第一電流流過(guò)所述第三開關(guān)并且進(jìn)入所述第五開關(guān)的寄生電容器，所述第二電流流過(guò)所述第四開關(guān)并且進(jìn)入所述第六開關(guān)的寄生電容器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述第一旁路電容器耦合在所述第五開關(guān)和所述第三開關(guān)之間，以及其中所述第一旁路電容器是所述第一電流回路的一部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其還包括耦合在所述第六開關(guān)和所述第四開關(guān)之間的第二旁路電容器，其中所述第二旁路電容器是所述第二電流回路的一部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述第一開關(guān)包括并聯(lián)連接以同時(shí)進(jìn)行開關(guān)的多個(gè)第一開關(guān)部分，所述電路還包括: 第二開關(guān)，其中所述第二開關(guān)包括并聯(lián)連接以同時(shí)進(jìn)行開關(guān)的多個(gè)第二開關(guān)部分； 其中所述第一開關(guān)部分定位成與所述第二開關(guān)部分相對(duì)，以生成第一開關(guān)部分和第二開關(guān)部分的相對(duì)的對(duì)， 其中所述相對(duì)的對(duì)產(chǎn)生多個(gè)電流回路，包括所述第一電流回路和所述第二電流回路，其中一些電流回路的流動(dòng)方向與其他一些電流回路的流動(dòng)方向相反，以產(chǎn)生具有相反方向的多個(gè)磁場(chǎng)，從而減小所述開關(guān)穩(wěn)壓器電路產(chǎn)生的EMI。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其還包括多個(gè)旁路電容器，包括所述第一旁路電容器，其中所述旁路電容器中的關(guān)聯(lián)電容器耦合在所述第一開關(guān)部分和所述第二開關(guān)部分之間，以形成所述電流回路。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中至少產(chǎn)生四個(gè)電流回路，所述四個(gè)電流回路包括所述第一電流回路和所述第二電流回路，以及第三電流回路和第四電流回路，其中所述第三電流回路中的電流方向與所述第四電流回路中的電流方向相反。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述第一電流回路和所述第二電流回路是平面的，基本上平行于在其上形成有所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的基板的表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述第一電流回路和所述第二電流回路具有垂直部件，所述垂直部件與其上形成有所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的基板的表面不在同一平面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述第一旁路電容器與所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)不在同一平面。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)是MOSFET。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)形成在集成電路芯片上。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述集成電路芯片具有連接至所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的交替或交叉的外部端子。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述集成電路芯片具有連接至所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的兩組外部端子，集成電路封裝的每一側(cè)上有一組。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述集成電路芯片利用容納所述芯片的集成電路封裝外部的多個(gè)電容器連接至所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的全部端子或者一部分端子。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述集成電路芯片利用容納所述芯片的集成電路封裝內(nèi)部的多個(gè)電容器在多個(gè)位置連接至所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)穩(wěn)壓器電路，其中所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)容納在具有端子的相同封裝中，其中所 述端子設(shè)置在所述封裝上，使得當(dāng)所述第一旁路電容器連接至所述封裝外部的端子時(shí)，形成所述第一電流回路和所述第二電流回路。
【文檔編號(hào)】H02M3/10GK103780077SQ201310489165
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月19日
【發(fā)明者】倫納德·什塔戈特, 丹尼爾·鄭, 約翰·加德納, 杰弗里·威特, 克里斯琴·屈克 申請(qǐng)人:凌力爾特公司