DCDC转换器、电源管理芯片及适配器制造技术

技术编号:25921686 阅读:20 留言:0更新日期:2020-10-13 10:41
本实用新型专利技术公开DCDC转换器、电源管理芯片及适配器,该DCDC转换器包括:输出电压误差放大电路、功率变换电路、负载电路、电流检测电路和PFM‑PWM控制器,所述PFM‑PWM控制器根据其内部压控振荡器及其后延迟单元产生的延迟信号CKD与电流检测电路输出的电流比较结果信号ICMP的时延关系产生一个相对滞后且上升沿同步的复位信号RST,同时结合时钟信号CK的锁存电平去对功率变换电路内的功率管进行开启控制,从而根据负载电流ILOAD的变化在PFM模式和PWM模式之间的自动过渡,并在全负载电流范围内维持较高的电源转换效率。

【技术实现步骤摘要】
DCDC转换器、电源管理芯片及适配器
本技术属于电源管理电路的
,尤其涉及一种切换于PWM和PFM两种模式的DCDC转换器、一种电源管理芯片及适配器。
技术介绍
现代电子系统的复杂度越来越高,可能包含有多个电路部件,分别需要不同的供电电压,而电子设备的供电源头往往只有一个,譬如适配器或者电池,这就需要设计额外的电源电路去控制供电源头生成所需要的各种不同规格的电源电压,其中,DCDC转换器作为转变输入电压后有效输出固定电压的电压转换器,电源效率较高,在电子系统里得到了普遍应用。DCDC转换器的反馈机制分两种,一种是电压模DCDC转换器,仅检测和反馈输出电压;另外一种是电流模DCDC转换器,在检测和反馈输出电压的同时,还检测和反馈功率管电流或者电感电流。DCDC转换器根据其工作状态变化而划分为PWM(脉宽调制)模式和PFM(脉频调制)模式。在PWM模式下,DCDC功率管的开关频率固定不变,DCDC功率管的开启时间长度是可变的;在PFM模式下,DCDC功率管的开启时间长度固定不变,而DCDC功率管的开关频率可变。由于DCDC功率管的尺寸较大,存在较大的寄生电容,所以DCDC功率管在切换过程中,DCDC功率管的寄生电容及其前级驱动电路、相关的控制电路耗费相当的能量,在负载较轻的条件下,这部分损耗显得更为突出,影响电源转换效率。
技术实现思路
为解决上述技术问题,本技术公开一种切换于PWM和PFM两种模式的DCDC转换器,该DCDC转换器根据外部负载电流的变化,自动切换于PWM和PFM两种模式之间,对于较宽范围内的负载,该DCDC转换器都能维持较高的电源转换效率。该DCDC转换器的具体技术方案如下:一种切换于PWM和PFM两种模式的DCDC转换器,该DCDC转换器包括功率变换电路和负载电路,功率变换电路设置在PFM-PWM控制器与负载电路之间的信号连接通路上,功率变换电路内部的功率管用于根据PFM-PWM控制器输出的控制信号给负载电路充电;该DCDC转换器还包括输出电压误差放大电路,输出电压误差放大电路的第一输入端接入第一基准电压VREF1,输出电压误差放大电路的第二输入端通过采样反馈电阻与DCDC转换器的信号输出端VOUT连接,输出电压误差放大电路用于比较第一基准电压VREF1和负载电路提供的反馈电压VFB以输出用于反映DCDC转换器的信号输出端VOUT的电压与目标电压的差值大小的误差电压VC1;该DCDC转换器还包括电流检测电路和PFM-PWM控制器;PFM-PWM控制器的第一信号输入端连接输出电压误差放大电路的信号输出端,PFM-PWM控制器的第二信号输入端输入第二基准电压VREF2,用于产生一个低于或等于第二基准电压VREF2的控制电压VC2,再根据控制电压VC2振荡产生一个频率跟随控制电压VC2单调变化的时钟信号CK;输出电压误差放大电路的信号输出端连接电流检测电路的第一信号输入端,PFM-PWM控制器的第一信号输出端连接电流检测电路的第二信号输入端,电流检测电路的信号输出端连接PFM-PWM控制器的第三信号输入端,电流检测电路用于通过感测功率变换电路内部的功率管电流,产生与功率管电流成线性关系的感测电压VCS,同时将PFM-PWM控制器的第一信号输出端输出的开关控制信号Q运算处理为一个斜坡信号VRAMP,再将感测电压VCS与斜坡信号VRAMP叠加产生电流斜坡信号VMIX,然后比较这个电流斜坡信号VMIX与误差电压VC1以产生电流比较结果信号ICMP;PFM-PWM控制器用于检测时钟信号CK延迟处理得到的延迟信号CKD与电流检测电路输出的电流比较结果信号ICMP中相对滞后的一个信号,并产生一个与该信号上升沿同步的复位信号RST,同时结合时钟信号CK的逻辑电平状态调节PFM-PWM控制器的第一信号输出端输出的开关控制信号Q、以及PFM-PWM控制器的第二信号输出端输出的逻辑电平状态相反的开关控制信号Q’,进而对功率变换电路进行开关控制,使得所述PFM-PWM控制器以择一的方式调节功率变换电路在单个时钟周期内的开启时间及其开关频率,实现所述DCDC转换器根据负载电路的负载电流ILOAD的变化在PFM模式与PWM模式之间自动过渡,其中,PFM-PWM控制器的第一信号输出端连接功率变换电路的第一信号输入端,PFM-PWM控制器的第二信号输出端连接功率变换电路的第二信号输入端。从而实现所述DCDC转换器根据负载电路的负载电流ILOAD的变化在PFM模式和PWM模式之间的自动平滑过渡,并在全负载电流范围内维持较高的电源转换效率。进一步地,所述PFM-PWM控制器包括电压钳位电路、压控振荡器、延迟单元、与门以及RS触发器;电压钳位电路的第一电压输入端连接输出电压误差放大电路的信号输出端,电压钳位电路的第二电压输入端输入第二基准电压VREF2,用于产生一个低于或等于所述第二基准电压VREF2的所述控制电压VC2,并输出至压控振荡器的第一信号输入端;电压钳位电路的信号输出端连接压控振荡器的第一信号输入端,压控振荡器的第二信号输入端输入第三基准电压VREF3,用于根据所述控制电压VC2和第三基准电压VREF3的比较结果控制压控振荡器产生一个频率跟随所述控制电压VC2单调变化的时钟信号CK,并输出至RS触发器的S端;RS触发器的正向信号输出端是所述PFM-PWM控制器的第一信号输出端,RS触发器的反向信号输出端是所述PFM-PWM控制器的第二信号输出端,RS触发器的S端连接压控振荡器的信号输出端;压控振荡器的信号输出端连接延迟单元的信号输入端,延迟单元用于延迟处理所述时钟信号CK,并输出所述延迟信号CKD至与门的第一信号输入端,其中,所述延迟信号CKD的上升沿滞后于所述时钟信号CK的上升沿一段预设延迟时间,所述延迟信号CKD的下降沿与所述时钟信号CK的下降沿保持同步;延迟单元的信号输出端连接与门的第一信号输入端,与门的第二信号输入端是所述PFM-PWM控制器的第三信号输入端;与门的第二信号输入端连接电流检测电路的信号输出端,用于接收电流比较结果信号ICMP;与门用于根据所述延迟信号CKD与电流比较结果信号ICMP的时延先后关系,跟踪所述延迟信号CKD与电流比较结果信号ICMP中相对滞后的信号的上升沿,产生一个所述复位信号RST,并输出至RS触发器的R端;RS触发器的正向信号输出端连接第一功率管M1的栅极,RS触发器的反向信号输出端连接第二功率管M2的栅极,与门的信号输出端连接RS触发器的R端,用于根据复位信号RST和时钟信号CK的逻辑电平状态调节RS触发器的正向信号输出端的开关控制信号Q及其反向信号输出端的开关控制信号Q’的逻辑电平状态,以形成对所述功率变换电路内的功率管的导通时间的锁存控制,其中,所述功率变换电路包括以推挽结构存在的第一功率管M1和第二功率管M2,以保证所述功率变换电路的一个功率管导通则另一个功率管关闭。所述PFM-PWM控制器根据负载电流的变化对其信号输入端的电平状态及内部振荡频率的影响,选择在预设基准电压处锁定振荡频率,提高电源转换效率。进一步地,所述电压钳位电路包括第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DCDC转换器,该DCDC转换器包括功率变换电路和负载电路,功率变换电路设置在PFM-PWM控制器与负载电路之间的信号连接通路上;/n该DCDC转换器还包括输出电压误差放大电路,输出电压误差放大电路的第一输入端接入第一基准电压(VREF1),输出电压误差放大电路的第二输入端通过采样反馈电阻与负载电路的信号输出端(VOUT)连接;/n其特征在于,该DCDC转换器还包括电流检测电路和PFM-PWM控制器;/nPFM-PWM控制器的第一信号输入端连接输出电压误差放大电路的信号输出端,PFM-PWM控制器的第二信号输入端输入第二基准电压(VREF2);/n输出电压误差放大电路的信号输出端连接电流检测电路的第一信号输入端,PFM-PWM控制器的第一信号输出端连接电流检测电路的第二信号输入端,电流检测电路的信号输出端连接PFM-PWM控制器的第三信号输入端;/nPFM-PWM控制器的第一信号输出端连接功率变换电路的第一信号输入端,PFM-PWM控制器的第二信号输出端连接功率变换电路的第二信号输入端。/n

【技术特征摘要】
1.一种DCDC转换器,该DCDC转换器包括功率变换电路和负载电路,功率变换电路设置在PFM-PWM控制器与负载电路之间的信号连接通路上;
该DCDC转换器还包括输出电压误差放大电路,输出电压误差放大电路的第一输入端接入第一基准电压(VREF1),输出电压误差放大电路的第二输入端通过采样反馈电阻与负载电路的信号输出端(VOUT)连接;
其特征在于,该DCDC转换器还包括电流检测电路和PFM-PWM控制器;
PFM-PWM控制器的第一信号输入端连接输出电压误差放大电路的信号输出端,PFM-PWM控制器的第二信号输入端输入第二基准电压(VREF2);
输出电压误差放大电路的信号输出端连接电流检测电路的第一信号输入端,PFM-PWM控制器的第一信号输出端连接电流检测电路的第二信号输入端,电流检测电路的信号输出端连接PFM-PWM控制器的第三信号输入端;
PFM-PWM控制器的第一信号输出端连接功率变换电路的第一信号输入端,PFM-PWM控制器的第二信号输出端连接功率变换电路的第二信号输入端。


2.根据权利要求1所述DCDC转换器,其特征在于,所述PFM-PWM控制器包括电压钳位电路、压控振荡器、延迟单元、与门以及RS触发器;
电压钳位电路的第一电压输入端连接输出电压误差放大电路的信号输出端,电压钳位电路的第二电压输入端输入第二基准电压(VREF2),用于产生一个低于或等于所述第二基准电压(VREF2)的控制电压(VC2),并输出至压控振荡器的第一信号输入端;电压钳位电路的信号输出端连接压控振荡器的第一信号输入端,压控振荡器的第二信号输入端输入第三基准电压;RS触发器的正向信号输出端是所述PFM-PWM控制器的第一信号输出端,RS触发器的反向信号输出端是所述PFM-PWM控制器的第二信号输出端,RS触发器的S端连接压控振荡器的信号输出端;
压控振荡器的信号输出端连接延迟单元的信号输入端,延迟单元用于延迟处理压控振荡器的信号输出端输出的时钟信号(CK),并输出延迟信号(CKD)至与门的第一信号输入端,其中,所述延迟信号(CKD)的上升沿滞后于所述时钟信号(CK)的上升沿一段预设延迟时间,所述延迟信号(CKD)的下降沿与所述时钟信号(CK)的下降沿保持同步;延迟单元的信号输出端连接与门的第一信号输入端,与门的第二信号输入端是所述PFM-PWM控制器的第三信号输入端,与门的第二信号输入端连接所述电流检测电路的信号输出端;
RS触发器的正向信号输出端连接第一功率管(M1)的栅极,RS触发器的反向信号输出端连接第二功率管(M2)的栅极,与门的信号输出端连接RS触发器的R端;其中,所述功率变换电路包括以推挽结构存在的第一功率管(M1)和第二功率管(M2),以保证所述功率变换电路的一个功率管导通则另一个功率管关闭。


3.根据权利要求2所述DCDC转换器,其特征在于,所述电压钳位电路包括第一一PMOS管(MP11)、第一二PMOS管(MP12)、第一一电阻(R11)、第一一电流源(I11)、第一一NMOS管(MN11)和第一二电阻(R12);第一一PMOS管(MP11)的源极和第一二PMOS管(MP12)的源极连接于一个节点,该节点连接第一一电流源(I11)的正端和第一一NMOS管(MN11)的栅极,第一一电流源(I11)的负端连接供电电源(VDD),第一一NMOS管(MN11)的漏极连接供电电源(VDD);第一一NMOS管(MN11)的源极与第一二电阻(R12)的一端的连接节点是所述电压钳位电路的信号输出端,用于输出所述控制电压(VC2),第一二电阻(R12)的另一端连接地端;
第一一PMOS管(MP11)的漏极和第一二PMOS管(MP12)的漏极连接于另一个节点,该节点连接第一一电阻(R11)的一端,第一一电阻(R11)的另一端连接地端;第一一PMOS管(MP11)的栅极连接所述输出电压误差放大电路的信号输出端,第一二PMOS管(MP12)的栅极接入所述第二基准电压(VREF2)。


4.根据权利要求2所述DCDC转换器,其特征在于,所述压控振荡器包括第二一电流源(I21)、第二一PMOS管(MP21)、第二二PMOS管(MP22)、第二三PMOS管(MP23)、第二四PMOS管(MP24)、第二一NMOS管(MN21)、第二二NMOS管(MN22)、第二三NMOS管(MN23)、第二四NMOS管(MN24)、第二五NMOS管(MN25)和第二六NMOS管(MN26);
第二三NMOS管(MN23)的栅极连接第二四NMOS管(MN24)的栅极,第二三NMOS管(MN23)的栅极连接第二三NMOS管(MN23)的漏极,第二四NMOS管(MN24)的源极连接地端,第二三NMOS管(MN23)的源极连接地端;
第二三PMOS管(MP23)的漏极连接第二四NMOS管(MN24)的漏极,第二三PMOS管(MP23)的源极分别连接第二一电流源(I21)的负端和供电电源(VDD),第二三PMOS管(MP23)的漏极连接第...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵伟兵许登科肖刚军
申请(专利权)人:深圳市智慧芯图科技有限公司珠海市一微半导体有限公司
类型:新型
国别省市:广东;44

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