[发明专利]具有负载最小能量消耗点追踪电路的降压式稳压电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种高能效低压低功耗集成电路，特别涉及一种工作在亚阈值情况的数字电路，在降压式稳压电路(也称为BUCK电路)中的应用。

背景技术

集成稳压电路，通常包括输出单元和稳压单元。开关稳压电路的输出单元将输入电压转换为脉冲电压经过滤波输出到负载，其稳压单元的作用是对输出单元的输出电压进行采样和调整，使输出电压保持稳定，如常用的BUCK稳压电路即是这种工作模式。开关稳压电源常采用脉冲跨周期调制模式，英文简称为PSM(Pulse Skip Modulation)，通过负反馈控制环路来使输出单元的输出电压保持稳定。PSM具体实现方式是：如果输入电压或负载的变化引起输出电压变化，采样电路对输出电压进行采样，并将其与基准电压进行比较，进而根据变化来决定是否有脉冲被跨过，使得输出电压稳定。PSM基于恒频恒宽CFCW(Constant Frequency Constant Width)调制脉冲，当变换器输出电压大于参考电压时，将有脉冲被跨过，否则将始终为恒频恒宽的脉冲波控制下的通/断工作状态，由此使得输出单元的输出电压稳定。同时基于PSM控制模式的能量模型，能够控制输出电压，以及每个周期的导通时间来使得每个周期输出的能量一定。这个原理是最小能量消耗点追踪(MEPT)能够寻找负载最小能量消耗点的基础。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种具有负载最小能量消耗点追踪电路的降压式稳压电路，能够寻找负载最小能量消耗点，利用亚阈值特有的能量消耗曲线并且通过控制输出电压以及导通时间来使得每个周期输出到负载的能量一致，同时检测一定时间内的导通个数来实现检测负载最小能量消耗的功能。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，具有负载最小能量消耗点追踪电路的降压式稳压电路，包括输出单元和稳压单元，所述输出单元将输入电压转换为脉冲电压经过滤波输出到负载，所述稳压单元用于对输出单元的输出电压进行调整，其特征在于，所述稳压单元包括限流模块、数字控制模块和数模转换器；所述输出单元的输出电压和数模转换器产生的基准电压进入比较器进行比较，比较器的输出作为与门的一个输入，该与门的另一输入为时钟信号，所述与门的输出分为两路，一路输出到RS触发器的S端，另一路输出到数字控制模块的输入端，所述RS触发器的输出端连接MOS(金属氧化物半导体)功率管的栅极；所述数字控制模块有两个输出端，一个输出端用于控制限流模块输出不同的导通时间，另一个输出端用于控制数模转换器产生不同的基准电压；所述限流模块的输出端通过一个反相器输入到或门的一端，所述或门的另一端通过反相器连接最大导通时间，所述或门的输出连接到RS触发器的R端。

所述MOS功率管为PMOS(P型金属氧化物半导体)功率管，所述RS触发器的输出端通过反相器连接功率管的栅极。

所述限流模块的输出端输出的控制信号具有6个控制状态，分别对应6种不同的导通时间。

所述限流模块包括PMOS功率管MP1和比较器COMP2；所述PMOS功率管MP1源极接输入电压，漏极连接6排电流镜，该6排电流镜的开启和关闭对应所述6个控制状态，所述PMOS功率管MP1的栅极接地；所述比较器COMP2正相输入端接MOS功率管漏极，反相输入端接所述PMOS功率管MP1的漏极，所述比较器COMP2的输出端即为限流模块的输出端。

所述数模转换器输出的基准电压分为5个等级。

所述数模转换器包括运算放大器和NMOS(N型金属氧化物半导体)调整管；所述运算放大器的正相输入端连接基准电压，负向输入端通过采样电阻接地，其输出端接所述NMOS调整管的栅极；所述NMOS调整管的漏极接输入电压，源极串联5只电阻后通过采样电阻接地，所述5只电阻的接入由数字控制模块进行控制，分别对应5个等级的基准电压；所述NMOS调整管的源极为数模转换器的输出端，。

所述数字控制模块由计数器、比对单元和查找表构成；所述计数器的输入接与门输出端，所述计数器输出端接比对单元的输入端，与上一次的计数器的输出进行对比，比对单元的输出结果输出到查找表，从而输出相应的控制信号对限流模块和数模转换器进行控制。

本发明的有益效果是，通过对输出电压和导通时间的控制，达到控制周期能量一定的目的。从而在MEPT工作的同时能够检测导通的个数来达到检测负载消耗能量的目的，同时通过数字控制，能够通过查找表不断的寻找负载消耗能量的最低点(以输出电压为标准)，本发明不需要用开关电容进行检测，可以进行实时检测，同时利用PSM控制模式的特点，增加了效率。本发明的控制电路大部分为数字电路，自身功耗低，占用芯片面积较小。

附图说明：