[发明专利]一种开关电压转换器和线性稳压器级联的方法

说明书

技术领域

本发明属于电源管理技术领域，具体涉及一种开关电压转换器和线性稳压器级联的方法。可用于各种对电源噪声和转换效率要求苛刻的手持电子设备中。 

背景技术

开关型直流-直流转换器由于其高效率被广泛的应用于电压转换领域[1-2]。然而基本上所有的开关电压转换器都有较为明显的输出电压纹波和毛刺[3]。这一特性在一些对电压噪声非常敏感的电路如射频和手持设备上尤为显得不能接受。相比于开关电压转换器，低压差线性稳压器具有更低的电压噪声，但其转换效率较低。对于同时要求高的转换效率和低的输出噪声的应用环境，经常使用级联一个开关电源和线性稳压器的方法来实现性能的折衷。

最为常用的联接方式是在一个开关电压转换器后面串联一个独立的线性稳压器[4]。线性稳压器的输入输出电压差(dropout 电压)被设定为一个可以保证在最差条件下工作的固定值。当驱动小的负载时，这个压差是绰绰有余的，从而使全局效率降低。当驱动大的负载时，这个压差也不是最优的，因为实际所需的压差是会随着工艺，电压和温度（PVT）的变化而变化的。

发明内容   

本发明的目的在于提供一种能提高转换效率和负载调整度的开关电压转换器和线性稳压器级联的方法。

本发明提供的开关电压转换器和线性稳压器级联的方法，是使开关电压转换器的反馈电压来自于线性稳压器的误差放大器的输出。

本发明中，接收线性稳压器的误差放大器的输出电压作为PWM控制的开关电压转换器的反馈电压。将线性稳压器的电压输入端接在开关电压转换器的输出端作为第二级转换电路。将线性稳压器的误差放大器的输出电压利用环路反馈钳制在一个固定的电压上。开关电压转换器转换器给线性稳压器提供一个根据负载电流变化而变化的电源电压。

相应于上述级联方法的电压转换器模组如图1所示，该模组中具有一个模拟或数字控制的开关电压转换器和一个线性稳压器；开关电压转换器采用脉冲宽度调制(PWM)的控制方法, 并且至少含有一个开关管，PWM控制接收一个来自于线性稳压器的误差放大器的输出端的反馈电压。

本发明中，线性稳压器由一个误差放大器和受其控制的MOS功率管构成，误差放大器接收一个代表模组输出电压的反馈电压和一个参考电压，并产生一个误差信号去驱动MOS功率管。MOS功率管的一端接在开关电压转换器的输出端，另一端接在整个转换电路的输出端。

本发明中，开关电压转换器应满足：由数字或模拟环路控制的buck, boost或其他含有PWM控制的开关电压转换器。 其反馈电压来自于线性稳压器中误差放大器的输出。其输出电压作为线性稳压器的电源输入。

和传统的级联方法相比，本发明方法可以根据负载动态地调整线性稳压器的dropout电压，从而提高了效率，特别是当负载较小时这种效率的提高更为明显。同时负载调整度（load regulation）也由于保持线性稳压器的误差放大器的输出恒定减小了其输入电压差而得到了很大的提高。

附图说明

图1为开关电压转换器和线性稳压器的级联方法图示。

图2为线性稳压器里用到的误差放大器的结构。其中，a为误差放大器，b为基于PMOS输入的差分对管。

图3为新旧方法线性稳压器效率随输出电流和温度变化的对比。其中，（a）为 常温下采用新方法和普通方法时线性稳压器效率随输出电压变化的对比。 （b）是在450mA输出电流下采用新旧方法线性稳压器效率随温度变化的对比。

图4为新旧方法中输出电压偏差随输出电流变化的对比。其中，（a）为 新方法，（b）为普通方法。

具体实施方式

本发明提出了一种新的开关电压转换器和线性稳压器的级联方法。在这种方法里，开关电压转换器的反馈电压是来自于线性稳压器的误差放大器的输出。由于环路的负反馈作用，线性稳压器的误差放大器的输出保持恒定，但同时开关电压转换器的输出电压却随着输出负载的变化而变化。这种新的方法可以根据负载动态地调整线性稳压器的dropout电压，从而提高了效率，特别是当负载较小时这种效率的提高更为明显。同时负载调整度（load regulation）也由于保持线性稳压器的误差放大器的输出恒定减小了其输入电压差而得到了很大的提高。