开关变换器及其控制电路制造技术

本申请公开了一种开关变换器及其控制电路，控制电路包括第一误差放大器、逻辑和驱动电路以及参考电压发生电路。参考电压发生电路根据直流输入电压进行间歇地采样保持来生成参考电压，在每个时钟周期中参考电压发生电路仅开启一段时间，在时钟周期的剩余时间中通过保持阶段来维持参考电压的稳定，不仅保证了直流输出电压的稳定，而且可以实现极低的静态功耗，有利于提高开关变换器在轻载状态下的效率，实现超低功耗的开关变换器。实现超低功耗的开关变换器。实现超低功耗的开关变换器。

【技术实现步骤摘要】
开关变换器及其控制电路


[0001]本专利技术涉及电子
，更具体地，涉及一种开关变换器及其控制电路。

技术介绍

[0002]随着电力电子产品的需求和半导体技术的发展，电源管理芯片在便携式电脑、移动电话、个人数字助理以及其他便携或非便携电子设备中的应用更加广泛。开关电源中开关变换器因转换效率高、输出电流大、静态电流小、输出负载范围宽等优点而被广泛应用。而在便携式设备中，开关变换器在轻负载下效率的高低很大程度上决定了便携式产品系统的待机事件。因此，在最近几年，低功耗、高效率的开关变换器设计成为了便携式设备的研究热点之一。
[0003]开关变换器的功耗一般由导通损耗、开关损耗以及芯片内部的模拟电路的静态损耗三部分组成。其中，导通损耗主要是电流流过功率管的导通电阻所消耗的能量，随着芯片负载电流的增大而增大，开关损耗是每个工作周期内，由于驱动功率管栅电容充放电而产生的动态损耗，静态损耗是芯片内部模拟电路在工作时的消耗，开关损耗和静态损耗均与芯片负载电流大小无关。所以，芯片在重载时，导通损耗是主要损耗，而在轻载时，开关损耗和静态损耗构成了变换器的主要损耗。由于便携式设备待机时的效率主要取决于开关变换器在轻负载下的功耗，所以提高开关变换器在轻负载时的效率，就能够有效延长便携式设备的电池使用时间。
[0004]如图1示出根据现有技术的一种开关变换器的电路示意图。如图1所示，开关变换器100包括集成在同一集成电路芯片中的主电路和控制电路。控制电路包括误差放大器EA、参考电压源110、逻辑和驱动电路120、限流保护电路130、电流反灌保护电路140以及轻载模式控制电路150。主电路包括开关管Q1、开关管Q2和电感Lx、输出电容Cout以及电阻R1和电阻R2等分立元件。
[0005]如图1所示，轻载模式控制电路150通过检测变换器的负载电流来判断开关变换器100的负载端是否处于轻载状态，当开关变换器100工作于轻载状态下时，轻载模式控制电路150输出休眠信号Sleep为逻辑高电平，即休眠信号Sleep有效，控制开关变换器100进入休眠状态，此时，开关变换器100中的大部分的工作电路被关闭，例如限流保护电路130和电流反灌保护电路140停止动作，整个变换器的静态电流随之降低，来保证芯片在轻载状态下时能够正常工作且保持低功耗。但是，现有技术的开关变换器100在轻载状态下需要参考电压源110和电阻反馈网络一直保持开启，以保证直流输出电压Vout的稳定，因此这两部分的静态损耗没有减小，降低了整个开关变换器在轻载状态下的效率，无法实现超低功耗的开关变换器。

技术实现思路

[0006]鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种超低功耗的开关变换器及其控制电路，有利于提高开关变换器在轻载状态下的效率。
[0007]根据本专利技术实施例的一方面，提供了一种开关变换器的控制电路，所述开关变换器包括串联连接的第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管用于控制输入端向输出端的电能传输，以将直流输入电压转换成直流输出电压，其中，所述控制电路包括：第一误差放大器，用于将所述直流输出电压与参考电压进行比较以获得误差信号；逻辑和驱动电路，用于根据所述误差信号产生脉宽调制信号，并将所述脉宽调制信号转换成开关控制信号；以及参考电压发生电路，用于根据所述直流输入电压进行间歇地采样保持，以生成所述参考电压。
[0008]可选的，所述参考电压发生电路包括第一开关、第二开关、存储电容以及稳压模块，所述第一开关的第一端与所述直流输入电压连接，第二端与所述稳压模块的输入端连接，所述第二开关的第一端与所述稳压模块的输出端连接，第二端与所述存储电容的第一端连接，所述存储电容的第二端接地，其中，所述第二开关和存储电容中间节点用于输出所述参考电压。
[0009]可选的，在所述第一开关和所述第二开关导通的情况下，所述稳压模块根据所述直流输入电压对所述存储电容充电，以生成所述参考电压，在所述第一开关和所述第二开关关断的情况下，所述存储电容维持所述参考电压的稳定。
[0010]可选的，在每个时钟周期中，所述第一开关和所述第二开关的导通时间等于时钟周期的1/N，N为大于2的整数。
[0011]可选的，所述参考电压发生电路还包括时序控制模块，用于控制所述第一开关和所述第二开关的导通和关断。
[0012]可选的，所述稳压模块通过低压差线性稳压器实现。
[0013]可选的，所述稳压模块包括：晶体管，所述晶体管的第一端与所述第一开关的第二端连接，第二端与所述第二开关的第一端连接；第一反馈电阻和第二反馈电阻，依次连接于所述晶体管的第二端和地之间；第二误差放大器，正相输入端与所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻的中间节点连接，反相输入端用于接收一基准电压，输出端与所述晶体管的控制端连接。
[0014]可选的，所述参考电压发生电路还包括带隙基准电压源，用于提供所述基准电压。
[0015]可选的，所述控制电路还包括：限流保护电路，通过检测流经所述第一开关管的电流以得到采样电流，并在所述采样电流大于设定电流值时关断所述第一开关管；电流反灌保护电路，用于在所述开关变换器的电感电流小于等于零的情况下关断所述第二开关管，以防止电感中的电流倒灌；以及轻载模式控制电路，通过检测所述电感电流判断所述开关变换器的负载端是否处于轻载状态，其中，所述限流保护电路和所述电流反灌保护电路适于在所述开关变换器的负载端处于轻载状态的情况下停止工作。
[0016]根据本专利技术实施例的另一方面，提供了一种开关变换器，包括：主电路，包括串联连接的第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管用于控制输入端向输出端的电能传输，从而根据直流输入电压产生直流输出电压；以及所述的控制电路。
[0017]在本专利技术实施例的开关变换器及其控制电路中，参考电压发生电路根据直流输入电压进行间歇地采样保持来生成参考电压，在每个时钟周期中参考电压发生电路仅开启一段时间，在时钟周期的剩余时间中通过保持阶段来维持参考电压的稳定，不仅保证了直流输出电压的稳定，而且降低了参考电压发生电路的静态损耗，从而有利于提高开关变换器
在轻载状态下的效率，实现超低功耗的开关变换器。
[0018]在进一步的实施例中，开关变换器中的误差放大器直接将直流输出电压与参考电压进行比较，与现有技术的开关变换器相比，省去了输出端的反馈网络，有利于提高开关变换器的响应速度。
附图说明
[0019]通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0020]图1示出根据现有技术的一种开关变换器的电路示意图；
[0021]图2示出根据本专利技术实施例的一种开关变换器的电路示意图；
[0022]图3示出图2中的参考电压发生电路的电路示意图；
[0023]图4示出图3中的参考电压发生电路的示意性波形图。
具体实施方式
[0024]以下将参照附图更详细地描述本专利技术的各种实施例。在各个附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关变换器的控制电路，所述开关变换器包括串联连接的第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和所述第二开关管用于控制输入端向输出端的电能传输，以将直流输入电压转换成直流输出电压，其中，所述控制电路包括：第一误差放大器，用于将所述直流输出电压与参考电压进行比较以获得误差信号；逻辑和驱动电路，用于根据所述误差信号产生脉宽调制信号，并将所述脉宽调制信号转换成开关控制信号；以及参考电压发生电路，用于根据所述直流输入电压进行间歇地采样保持，以生成所述参考电压。2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述参考电压发生电路包括第一开关、第二开关、存储电容以及稳压模块，所述第一开关的第一端与所述直流输入电压连接，第二端与所述稳压模块的输入端连接，所述第二开关的第一端与所述稳压模块的输出端连接，第二端与所述存储电容的第一端连接，所述存储电容的第二端接地，其中，所述第二开关和存储电容中间节点用于输出所述参考电压。3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，在所述第一开关和所述第二开关导通的情况下，所述稳压模块根据所述直流输入电压对所述存储电容充电，以生成所述参考电压，在所述第一开关和所述第二开关关断的情况下，所述存储电容维持所述参考电压的稳定。4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，在每个时钟周期中，所述第一开关和所述第二开关的导通时间等于时钟周期的1/N，N为大于2的整数。5.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述参考电压发生电路还包括时序控制模块，用于控制所述第一开关和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖飞，于翔，
申请(专利权)人：圣邦微电子北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：