[發明專利]電源芯片調制方式與開關寬度控制裝置

有效

• 申請號: 201210177081.3
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN103457447A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 張春紅;楊海鋼;韋援豐;曲小鋼;張甲;余樂;何輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: H02M1/088
• 分類號: H02M1/088
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及信息電子行業芯片電源領域，特別是一種電源芯片調制方式與開關寬度控制裝置。

背景技術

現代通信及娛樂電子終端的發展要求為其供電的電源系統具有更高的效率，更寬的負載范圍，更穩定的輸出電壓。目前的電子設備幾乎都需要開關型的DC-DC芯片來管理電源系統，開關型DC-DC芯片的調制方式主要有：脈沖頻率調制(Pulse?Frequency?Modulation，簡稱PFM)，脈沖跳躍調制(Pulse?Skip?Modulation，簡稱PSM)，脈沖抖動調制(Dither?Skip?Modulation，簡稱DSM)和脈沖寬度調制(Pulse?Width?Modulation，簡稱PWM)。上述多種調制方式分別應用于不同的負載范圍，PFM主要適用于輕負載(0～100mA)應用，PWM適用于重負載(200mA以上)，PSM和DSM則用來提高負載范圍介于輕與重之間的效率。市場上的開關DC-DC芯片大多采用單一的調制方式，這在很大程度上提高了電源系統在一定負載范圍內的效率，但不能保證在整個負載范圍內都具有高的效率，尤其是當負載范圍介于輕負載和重負載之間時，芯片效率會顯著下降。

為了保證芯片在全負載范圍內的高效率，需要在一塊芯片上集成多種調制方式，以適應芯片的寬負載要求。由于芯片中的功率開關在制造工藝中會產生大的寄生柵源、柵漏電容，這些電容在開關導通和關斷的過程中需要有足夠的柵驅動能力的驅動器來驅動，因而在開關過程中會產生很大的功率損耗，特別是在高頻率且低負載時，降低了系統的效率。

發明內容

為解決上述的一個或多個問題，本發明提供了一種電源芯片調制方式與開關寬度控制裝置，以降低開關過程中產生的功率損耗，提高系統效率。

本發明提供的一種芯片電源調制方式與開關寬度控制裝置，其特征在于，該裝置包括：電流比較器以及選擇器Current_CMP&Selector模塊、初始化Preset模塊、N或門Or-N模塊，其中，

所述Current_CMP&Selector模塊，與所述Preset模塊和所述Or-N模塊連接，用于將芯片檢測到的電流Isense與芯片內部的參考電流進行比較，并根據模塊內部的電流比較器輸出用以選擇芯片的調制方式的模式選擇信號：脈沖頻率調制PFM模式選擇信號，脈沖跳躍調制PSM模式選擇信號和脈沖寬度調制PWM模式選擇信號，并同時輸出鎖存信號SL2-SLn到所述Or-N模塊；

所述Preset模塊，與所述Current_CMP&Selector模塊和所述Or-N模塊連接，用于在芯片上電時對所述Current_CMP&Selector模塊和所述Or-N模塊中的數字電路進行初始化操作；

所述Or-N模塊，與所述Current_CMP&Selector模塊和所述Preset模塊連接，用于將所述Preset模塊發送的初始化信號與所述Current_CMP&Selector模塊輸出的鎖存信號組合以輸出開關寬度和驅動器尺寸選擇信號S₂-S_n；

電源vdda分別與所述三個模塊連接，為這三個模塊提供電源；上電至零Por信號端和時鐘Clk信號端連接Preset模塊，Por信號用以初始化Preset模塊中的D觸發器Dff，而Clk信號為Preset模塊提供時鐘信號；檢測電流Isense信號端、偏置電流Ibias信號端、關斷SD信號端均與所述Current_CMP&Selector模塊連接，Isense信號端輸出的Isense電流信號為與芯片負載大小相應的動態電流信號，Ibias信號端輸出的Ibias電流信號為偏置電流，用以為所述Current_CMP&Selector模塊提供偏置，SD信號端輸出的SD信號用于關斷電路，降低電路在靜態模式下的功率損耗。

從上述技術方案可以看出，本發明芯片電源調制方式與開關寬度控制裝置具有下列有益效果：

(1)基于電流比較器的控制電路具有自適應功能，加快了芯片工作模式的判斷速度，提高了芯片的動態性能；

(2)控制電路根據動態監測到的負載狀態信息，選擇最優的開關寬度和驅動器尺寸，提高了芯片效率。

附圖說明

圖1A是根據本發明的一個實施例的芯片電源調制方式與開關寬度控制裝置的結構示意圖；

圖1B是根據本發明的一個實施例的控制裝置輸入/輸出信號的時序圖；

圖2A是圖1A中Preset模塊的原理圖；