一种PWM_PFM模式DCDC输出纹波抑制电路及控制方法技术

本次发明专利技术公开了一种降低PWM/PFM模式DCDC轻载时输出纹波的电路和控制方法，包括跳周期使能电路、PWM/PFM模式判断电路和纹波抑制电路。当电路轻载时，误差放大器产生SKIP_EN跳周期使能信号，SKIP_EN进入PWM/PFM模式判断电路进行判断是否满足跳周期的条件，当负载足够轻时，Sleep产生，则电路由PWM模式跳到PFM模式工作。Sleep信号进入由逻辑门和延时电路组成的纹波抑制电路产生Close_EN信号，关闭部分PMOS功率管，从而降低电感电流峰值，实现输出纹波抑制。抑制。抑制。

【技术实现步骤摘要】
一种PWM_PFM模式DCDC输出纹波抑制电路及控制方法


[0001]本专利技术属于CMOS工艺集成电路领域，具体涉及一种PWM_PFM模式DCDC输出纹波抑制电路及控制方法。

技术介绍

[0002]开关电源DCDC可以工作在不同负载电流条件下，在类似于移动设备的应用场景中，大部分时间设备处于休眠或待机状态，这种状态下设备消耗的电流小，因此需要电源管理系统提高在小负载条件下的效率。目前主要有两种方法用于解决此问题。第一种方法是使用PSM变频控制技术，此技术利用误差放大器去控制压控振荡器的频率，实现全负载条件下的频率变化，其频率与负载电流呈平方律关系。这种方法在提高效率的同时可以减小轻载时的输出纹波，然而全载变频会提高DCDC的EMI噪声。因此更为常用的做法是第二种方法，采用PWM_PFM调制模式，通常设计专门的电路使芯片在低负载电流时由PWM模式自动的切换到PFM模式，以减小芯片内部的平均电流消耗，从而提高效率。然而在PFM模式下，芯片的工作频率受到调制而周期性的减小，输出电压纹波会随着频率的降低而增大。纹波的增大会限制电源芯片在高速高精度系统中的应用，因为其带来的噪声难以消除，甚至可能引起逻辑错误。
[0003]因此设计一种提高效率的同时减小输出电压纹波的电路，对于提高DCDC的性能具有重要作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种PWM_PFM模式DCDC输出纹波抑制电路及控制方法，用于解决DCDC工作在轻载时，环路进入PWM模式输出电压纹波大的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]参阅图1，一种PWM_PFM模式DCDC输出纹波抑制电路，主要由纹波抑制电路、主环路和外围电路三部分组成。纹波抑制电路由模式控制电路PWM_PFM Contrl、纹波抑制电路Ripple Reduction和或门OR组成。主环路由误差放大器EA、脉宽调制电路PWM、振荡器OSC、逻辑电路LOGIC、驱动电路DRIVER和功率管POWERMOS组成。外围电路由电感LX、负载电容Cload和分压电阻RH、RL组成，Rload代表负载。
[0007]在主环路中，反馈信号FB由输出信号Vout通过分压电阻RH和RL分压产生，作为误差放大器的反相输入信号。参考信号VREF作为误差放大器EA的同向输入信号。误差放大器EA的两个输出SKIP_EN和EA_OUT受到FB信号的控制，其中的一个输出EA_OUT作为PWM的同向输入端信号。PWM的反向输入信号SEN由POWERMOS产生。PWM产生输出信号PWM_OUT与振荡器OSC的输出OSC_OUT一起作为逻辑电路LOGIC的两个输入信号，产生PRE_DRV信号。PRE_DRV信号经LOGIC内部电路产生P_PREDRV1
‑
P_PREDRV3和N_PREDRV1
‑
N_PREDRV3信号。P_PREDRV1受纹波抑制电路控制输出Close信号，Close与P_PREDRV2
‑
P_PREDRV3和N_PREDRV1
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N_PREDRV3输入到驱动电路DRIVER中，输出P_DRV1
‑
P_DRV3和N_DRV1
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N_DRV3分别驱动PMOS功率管P1
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P3和NMOS功率管N1
‑
N3。
[0008]主环路中的误差放大器的输出SKIP_EN作为纹波抑制电路中模式切换电路PWM_PFM Control的输入。模式切换电路PWM_PFM Control的输出Sleep输入到纹波抑制电路Ripple Reduction中产生Close_EN信号。Close_EN和主环路中产生的P_PREDRV1一起输入到或门OR，或门OR输出的Close信号输入到主环路的驱动电路DRIVER中参与P_DRV1的产生。在轻负载条件下，EA的输出被低钳位，SKIP_EN会变成高电平。当SKIP_EN信号高电平的时间足够长，代表负载足够轻，则Sleep信号变成高电平，该信号进入逻辑电路LOGIC控制电路工作在PFM模式下。当负载较大时，SKIP_EN信号保持低电平，或SKIP_EN信号高电平的时间不够长，Sleep信号始终为低，电路都会在PWM模式下工作。当电路工作在PFM模式下，Close信号会在PMOS功率管P2
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P3导通的前几个周期使P_DRV1保持高电平，因此在这段时间内P1关断不起作用。
[0009]外围电路中的电感LX与主电路中的功率管连接，功率管周期性的开关在储能元件LX和Cload上进行充放电，最终产生一生个稳定的电压Vout。轻载时Vout的的纹波大小与流过电感LX的电流ILX的峰值有关。因此如果在轻载时能在前几个周期关闭P1，那么ILX将会减小，Vout纹波就会减小。
[0010]如图2所示是SKIP_EN信号和Sleep信号的波形示意图。轻载时，输出Vout电压逐周期升高，当升高到足够高时，误差放大器EA的输出会被钳位在低钳位值，此时电路产生SKIP_EN高电平信号。如果SKIP_EN的持续时间大于t
del
，那么Sleep高电平信号将会产生，此信号将功率管P1
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P3和N1
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N3全部关断。输出电压在Sleep为高的阶段开始下降，当下降到一定值时，误差放大器EA中跳周期电路判断输出的SKIP_EN信号变低，电路退出Sleep，开关管再次正常工作。进入和退出Sleep模式的整个过程实现了工作频率的调制，即PFM模式。
[0011]如图3所示时是轻载纹波抑制电路产生的控制信号的波形。当有Sleep信号产生表明电路处于轻负载条件，利用Sleep信号、门电路和延时电路分别生成Sleep信号的反相信号XSleep信号、XSleep信号的延迟信号XSleep_Delay信号和XSleep_Delay信号的反相信号XXSleep_Delay信号。将XSleep信号和XXSleep_Delay相与产生Close_EN信号。
[0012]如图4所示是纹波抑制电路的纹波抑制效果示意图。当不带纹波抑制电路时，电感电流的峰值较高，因此输出电压纹波较大；当电路带有纹波抑制电路时，电感电流的减小，输出电压纹波减小。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0014]1.电路结构简单，只需要使用PWM_PFM模式DCDC中现有的Sleep信号作为纹波抑制电路的输入信号，外加一些门电路和延时电路便可以实现轻载模式下的纹波抑制；
[0015]2.可根据设计需求自由配置关断PMOS功率管的时间和关断的个数，设计自由度大。
附图说明
[0016]图1是一种PWM_PFM模式DCDC的系统框架；
[0017]图2是SKIP_EN信号和Sleep信号的波形示意图；
[0018]图3是轻载纹波抑制电路产生的控制信号的波形；
[0019]图4是纹波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PWM/PFM模式DCDC输出纹波抑制电路，主要由纹波抑制电路、主环路和外围电路三部分组成；所述纹波抑制电路由模式控制电路PWM/PFM Contrl、纹波抑制电路Ripple Reduction和或门OR组成；所述主环路由误差放大器EA、脉宽调制电路PWM、振荡器OSC、逻辑电路LOGIC、驱动电路DRIVER和功率管POWERMOS组成；所述外围电路由电感LX、负载电容Cload和分压电阻RH、RL组成，Rload代表负载；所述主环路中，反馈信号FB由输出信号Vout通过分压电阻RH和RL分压产生，作为误差放大器的反相输入信号。参考信号VREF作为误差放大器EA的同向输入信号。误差放大器EA的两个输出SKIP_EN和EA_OUT受到FB信号的控制，其中的一个输出EA_OUT作为PWM的同向输入端信号。PWM的反向输入信号SEN由POWERMOS产生。PWM产生输出信号PWM_OUT与振荡器OSC的输出OSC_OUT一起作为逻辑电路LOGIC的两个输入信号，产生PRE_DRV信号；PRE_DRV信号经LOGIC内部电路产生P_PREDRV1
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P_PREDRV3和N_PREDRV1
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N_PREDRV3信号；P_PREDRV1受纹波抑制电路控制输出Close信号，Close与P_PREDRV2
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P_PREDRV3和N_PREDRV1
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N_PREDRV3输入到驱动电路DRIVER中，输出P_DRV1
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P_DRV3和N_DRV1
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N_DRV3分别驱动PMOS功率管P1
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P3和NMOS功率管N1
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N3；所述主环路中的误差放大器的输出SKIP_EN作为纹波抑制电路中模式切换电路PWM/PFM Control的输入；模式切换电路PWM/PFM Control的输出Sleep输入到纹波抑制电路Ripple Reduction中产生Close_EN信号；Clos...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，
申请(专利权)人：西安华泰半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：