[發明專利]一種具有自適應驅動輸出電路能力的高效開關穩壓器

在審

• 申請號: 201310613168.5
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103618457A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 蘇州貝克微電子有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及到開關穩壓電路。更具體地，本發明涉及在寬電流范圍內保持高效率的開關穩壓器的電路和方法，同時電路工作在一個基本恒定的頻率下。

背景技術：

電壓調節器的目的是從不穩定或波動的電壓源獲得輸入，而向負載提供預定的和基本上恒定的輸出電壓。一般來說，有兩種不同類型的穩壓器：線性穩壓器和開關穩壓器。

線性穩壓器采用與負載串聯耦合在一起的元件（例如功率晶體管），以控制該元件兩端的電壓降，從而調節出現在負載端的電壓。與此相反，開關穩壓器采用的開關（例如功率晶體管）與負載串聯或并聯耦合連接。穩壓器控制開關的開啟和關閉，以調節供給負載的功率。開關穩壓器采用電感能量存儲元件，從而將電流脈沖轉換成穩定的負載電流。因此，開關穩壓器的功率以離散的電流脈沖形式被發送，而在一個線性穩壓器中，穩壓器的功率以穩定的電流形式被發送。

為了產生電流脈沖，開關穩壓器通常包括控制電路，從而打開和關閉開關。開關的占空比（它控制向負載提供的功率）可以通過多種方法來改變。例如，占空比可以通過以下方法改變：（1）固定脈沖頻率而改變各脈沖的占空比（即脈沖寬度調制PWM），（2）固定各脈沖的占空比而改變脈沖頻率。

而通常采用的是固定頻率PWM方法，因為改變頻率的方法可能會導致噪聲的出現，尤其是在較低的占空比情況下。而電壓噪聲可能會影響由開關穩壓器供電的電路的性能。可變開關頻率的另一個問題是開關頻率的諧波可能會干擾中頻（IF）或射頻（RF）通信電路。

不管采用哪種方法控制占空比，開關穩壓器一般都比線性穩壓器的效率更高（其中效率是由調節器提供的功率與提供到它的功率的比值）。在線性穩壓器中，旁路元件一般工作在其線性區域，在線性區域內，旁路元件連續導通電流。這將導致晶體管連續的功率耗散。相反，在開關穩壓器中，開關處于斷開狀態（這種狀態下沒有功率耗散）或導通狀態（低阻抗狀態，這種狀態下有較小的功率耗散）。這種差異在操作時通常會導致開關穩壓器平均功耗的減少。

當穩壓器的輸入-輸出端電壓差較大時，上述效率上的差異將更加清晰。例如，等效功能下，線性穩壓器的效率低于25％，而開關穩壓器的效率可以大于75％。

由于開關穩壓器與線性穩壓器相比有更高的效率，開關穩壓器通常采用電池供電，如便攜式筆記本電腦和手持式儀器。在這樣的系統中，當開關穩壓器的電流接近額定值時（例如筆記本電腦的磁盤和硬盤驅動器都在工作時），整個電路的效率可以很高。然而，效率通常是一個與輸出電流相關的函數，并且輸出電流減小時功率減小。這種效率的降低一般是由于操作開關穩壓器造成的損失。在電池供電的系統中，開關穩壓器在低輸出電流時效率的減少便很重要，這將使電池的壽命最大化。

鑒于效率和輸出電流之間的關系，傳統的開關穩壓器通常采用功率MOSFET開關。開關穩壓器的兩個重要損耗是開關造成的功率損耗和開關驅動電流損失。大功率MOSFET具有較低的溝道阻抗，從而在給定的電流下比小功率MOSFET消耗更少的功率。然而，由于其較大的柵極區，大功率MOSFET具有較高的柵極電壓，這導致它在給定的操作頻率下比小功率MOSFET具有更大的開關驅動電流損耗。在高輸出電流時，開關驅動電流損失通常沒有耗散損失顯著，而在低輸出電流時，開關驅動電流損失將導致效率的顯著降低。降低開關頻率將減小開關驅動器的電流損失，但是，頻率的變化對于某些電路是一個不好的方法，如上面所討論的音頻電路。

鑒于上述情況，提供高效率的開關穩壓器是需要的。

在開關穩壓電路中，提供在寬電流范圍（包括低輸出電流）內保持高效的控制電路和方法也是需要的。

在工作于一個恒定頻率的開關穩壓電路中，提供在寬電流范圍（包括低輸出電流）內保持高效的控制電路和方法也是需要的。

發明內容：

因此，本發明的第一個目的是提供一種高效的開關穩壓器。

本發明的第二個目的是在開關穩壓電路中，提供在寬電流范圍（包括低輸出電流）內保持高效的控制電路和方法。

本發明的第三個目的是在工作于一個恒定頻率的開關穩壓電路中，提供在寬電流范圍（包括低輸出電流）內保持高效的控制電路和方法。

本發明的技術解決方案：