[發明專利]一種單電感開關直流電壓變換器及四模式控制方法

有效

• 申請號: 200910096764.4
• 申請日: 2009-03-18
• 公開（公告）號: CN101540542A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 何樂年;張魯;邵亞利;陸燕鋒;佀鴻偉;董玲玲;諸劍慧;陳東坡
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H02M3/145
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及一種開關直流電壓變換器，具體地說是一種單電感開關直流電壓變換器。

背景技術

直流電壓變換器是便攜式設備通用的電源管理芯片。在應用中的要求是在各種負載電流的條件下輸出電壓需要穩定，紋波電壓低，噪聲低，而且輸入電源與輸出電源的變換效率高。

目前，市場上的直流電壓變換器主要有脈沖寬度調制(PWM)模式和脈沖頻率調制(PFM)。PWM和PFM的控制方式和具體電路各不相同，在其對應負載范圍內，都能保證有較高的電源轉換效率。但對于負載變化范圍比較大的開關變換器，當負載有較大變化后，單一的控制方式便無法滿足新負載有較高的電源轉換效率。

發明內容

本發明提供一種單電感開關直流電壓變換器的四模式控制方法及一種實現四模式控制的單電感開關直流電壓變換器。本發明實現了單電感開關變換器的PWM模式控制、PFM模式控制、休眠模式控制和低壓差線性穩壓模式控制的自動切換，在負載大范圍變化時，也能有較高的電源轉換效率。

本發明的四模式控制方法，包括對單電感開關直流電壓變換器進行PWM模式控制、PFM模式控制、休眠模式控制、或是低壓差線性穩壓模式控制；在單電感開關直流電壓變換器內設置過零檢測模塊對開關變換器的電感電流進行檢測，并設置分壓反饋電路取得單電感開關直流電壓變換器的輸出反饋電壓；

開關直流電壓變換器起動后，對變換器進行PWM模式控制；

在PWM模式控制下，若檢測到的電感電流不連續，對單電感開關直流電壓變換器進行PFM模式控制；

在PFM模式控制下，若檢測到的輸出反饋電壓小于第一基準電壓或是檢測到的電感電流連續，則對單電感開關直流電壓變換器進行PWM模式控制

在PFM模式控制下，若檢測到的輸出反饋電壓大于第二基準電壓，則停止PFM模式控制，對單電感開關直流電壓變換器進行休眠模式控制；

在休眠模式控制下，若檢測到的輸出反饋電壓小于第三基準電壓，則對單電感開關直流電壓變換器進行PFM模式控制；

在休眠模式控制下，若檢測到的休眠時間大于第一標準時間，則對單電感開關直流電壓變換器進行低壓差電壓調整控制；

在低壓差線性穩壓模式控制下，若檢測到的負載電流大于第一標準電流，則對單電感開關直流電壓變換器進行PFM模式控制；

所述的第一基準電壓小于第三基準電壓，第三基準電壓小于第二基準電壓。

所述的第一標準電流為5-10mA，負載電流小于第一標準電流時便進行低壓差線性穩壓模式控制開關變換器，降低噪聲，提高電源轉換效率。

本發明在休眠模式下，關閉單電感開關直流電壓變換器的開關晶體管，將開關變換器的輸出降低，同時，關閉大部分控制電路，節約能耗。

本發明的單電感開關直流電壓變換器，包括控制器；

所述的單電感開關直流電壓變換器包括一個第一PMOS晶體管和一個第一NMOS晶體管，第一PMOS晶體管的源極連接輸入電源，漏極連接第一NMOS晶體管的漏極，第一NMOS晶體管的源極接地，在第一PMOS晶體管的漏極和第一NMOS晶體管的源極之間設置有輸出支路，所述單電感開關直流電壓變換器的電感串聯在該輸出支路中；

單電感開關直流電壓變換器還包括由一個第二PMOS晶體管和一個第二NMOS晶體管組成的低壓差線性穩壓模式驅動電路，第二PMOS晶體管的源極連接輸入電源，柵極連接低壓差線性穩壓模塊，漏極連接第二NMOS晶體管的漏極和所述電感的輸入端，第二NMOS晶體管的源極連接所述電感的輸出端；

所述的控制器包括PWM模式控制模塊、PFM模式控制模塊、邏輯控制模塊、電流檢測模塊、低壓差線性穩壓模塊、用于休眠模式計時的多模式控制電路和用于取得單電感開關直流電壓變換器輸出反饋電壓的分壓反饋電路；

電流檢測模塊包括電感電流檢測電路、PWM和PFM模式切換的跳變點電流檢測電路、PFM模式工作時的峰值電流檢測電路；

電流檢測模塊和分壓反饋電路將得到反饋信號發送給邏輯控制模塊和低壓差線性穩壓模塊；

邏輯控制模塊根據反饋信號，向PWM模式控制模塊和PFM模式控制模塊發送模式選擇信號，或對開關直流電壓變換器進行休眠模式控制；

PWM模式控制模塊和PFM模式控制模塊根據模式選擇信號，向邏輯控制模塊發送相應的控制信號；

多模式控制電路在休眠模式下對休眠時間計時，并向低壓差線性穩壓模塊發送控制信號；

低壓差線性穩壓模塊接收多模式控制電路的控制信號，向低壓差線性穩壓模式驅動電路發送驅動信號；