[发明专利]一种双模的具有高轻负载效率的全集成高频降压电源

说明书

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体涉及一种为低电压低功耗集成电路供电的具有高轻负载效率的全集成降压电源。

背景技术

随着现在电路集成度的提高，可以实现将低电压数字电路，高速数字电路，以及模拟射频电路集成在一块芯片上，因为各个模块所需要的工作电压是不同的，所以这种多模块芯片也就决定了需要对其进行多路电压供电。然而，这将大大增加I/O口的数目，从而增大面积以及成本。全集成降压电源不需要外部元件就能很好的进行电压转换，大大简化的封装的复杂度，具有高效率和低成本的优点，从而能很好的解决之前的问题；其次，低电压低功耗已经是现在研究的一个热点，为了减小功耗，需要的适当的时候让部分电路进行睡眠模式。本发明能相对同类高频直流-直流转换器大大提高其轻载时的效率，从而延长电池寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转换效率高、功耗低的高频降压电源。

本发明提供的高频降压电源，为一种双模、具有高轻负载效率的全集成高频降压电源，由控制电路、功率管以及集成电感和滤波电容组成，见图1所示。其中，控制电路由误差放大器1、锯齿波发生器4、软启动电路3、比较器2、补偿电路6、驱动和死区控制电路5、高频电流检测电路8、低压差线性稳压器检测电路9、模式控制模块10以及低压差线性稳压器7组成；输出电压经过电阻Rs1和电阻Rs2分压后连接到误差放大器1的负端，参考电压经过软启动电路3后连接到误差放大器1的正端，误差放大器1的输出和锯齿波信号分别连到比较器2的两端，产生脉冲信号送到驱动和死区控制电路5，以此控制功率管的栅极。补偿电路6跨接输出V_out和误差放大器1的输出端。功率管的漏极V_x与高频电流检测电路8连接。高频电流检测电路8与低压差线性稳压器电流检测电路9的输出均连接到模式控制模块10。模式控制模块10的输出分别连接到低压差线性稳压器7、驱动和死区控制电路5，进行模式控制。当电流检测电路检测到负载电流大于50毫安时，则选择进入模式一，即开关电源模式，而当电流检测电路检测到负载电流小于40毫安的时候则选择进入模式二，即低压差线性稳压器。其中10毫安为模式转换的裕量，以防止两种模式反复切换而造成电路振荡。

同时，本发明用一个简单的电流检测电路去检测负载电流。因为当电源工作在开关电源模式下时，其工作频率为二百五十兆赫兹，要检测这么高频的瞬态电流几乎是不可能的。其实，当负载电流减小到某一个值的时候，我们并不需要立刻跳变，因为即使电流减小，开关电源仍然是能正常工作的，所以为了降低电路的复杂性以及功耗，我们采用对Vx点信号进行积分来进行判断。其中，Vx的平均值等于输出电压加上电感寄生电阻乘以负载电流，因此Vx上就附带了负载电流信息。

本发明提出的双模的具有高轻负载效率的全集成高频降压电源，采用SMIC 0.13umCMOS 1P9M混合信号工艺条件设计，开关频率达到250MHz，功率电感值为4.3nH，输出电压滤波电容值为7nF，输入电压滤波电容值为4.3nF。输入电压标称值为1.2V，输出电压标称值为0.9V，输出最大电流为160mA，利用电路仿真软件对设计好的版图进行后仿结果表明：输入电压为1.2V，输出电压为0.9V时，电压纹波小于40mV，输出电流为100mA时的功率转化效率达到80％，即使负载电流只有10mA也能获得大于60％的效率，而其他同类产品在10mA负载下只能获得约为20％的效率。即使处于完全待机状态，即负载电流为零的情况下，其功耗仍然小于1毫瓦，而同类产品则需要大于10毫瓦功耗。当输出负载电流从40mA到160mA的阶跃跳变时，该直流-直流转换器的响应时间小于400ns，过冲电压小于0.09V。当输出负载电流从0mA到50mA的阶跃跳变时，该直流-直流转换器的响应时间小于3us，过冲电压约为0.08V。

附图说明

图1为本发明中的双模的具有高轻负载效率的全集成高频降压电源的整体结构框图。

图2为工作在开关电源下的电流检测电路。

图3为输出电流从40mA到160mA变化的输出电流输出电压变化曲线。

图4为输出电流从0mA到50mA变化的输出电流输出电压变化曲线。

图5为输出电流从30mA到100mA变化的输出电流输出电压变化曲线。

图6为输入电压为1.2V，输出电压为0.9时，功率转换效率随输出电流的变化关系曲线图。

具体实施方式

以下结合附图及实例对本发明进行详细说明。