[发明专利]DC-DC变换器中的功率管工作尺寸切换电路

说明书

技术领域

本发明属于大规模模拟集成电路中的DC-DC转换器，特别涉及这种变换器中的功率管尺寸调节电路，可用于DC-DC转换器中。

背景技术

DC-DC转换器作为重要的电源管理类电路广泛应用于手机，MP3，数码相机等各类便携式产品中。DC-DC转换器按照输出，输入电压间的关系通常可分为三类：升压型DC-DC变换器，降压型DC-DC变换器，以及升降压型DC-DC变换器。每种DC-DC根据芯片控制环路不同分为电流模控制DC-DC与电压模控制DC-DC。相比于线性稳压器而言，开关型电源管理芯片，如DC-DC转换器，最大的优势就是效率高，因此，在最近几年，低功耗、高效率的设计成为了众多便携式产品的研究热点之

DC-DC转换器的功耗一般由三部分组成，包括：导通损耗，开关损耗以及芯片内部模拟电路的静态损耗。其中导通损耗主要是电流流过功率管的导通电阻所消耗的能量，而功率管导通电阻的大小又随其尺寸的增大而减少。开关损耗是在每个工作周期内，由于驱动功率管栅电容充放电而产生的动态损耗，在工作频率一定的情况下，也由功率管尺寸决定。可见，功率管的尺寸在很大程度上影响了DC-DC产品的功耗。

图1显示了传统电流模DC-DC变换器的电路简图。如图1所示，传统DC-DC只有一组功率管，为了保证DC-DC在全负载范围内都有足够的带载能力，只能采用大尺寸的功率管。大尺寸的功率管因其导通电阻较小，虽然在重载时可获得很高的效率，但在轻载时，由于导通损耗在总功率损耗中所占比例很小，DC-DC大部分功率损耗都来自开关损耗，即功率管栅极电容的充放电。对于大尺寸功率管，其庞大的栅极寄生电容导致了大的充放电损耗，故在轻载时效率很低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有采用固定尺寸功率MOS管的DC-DC轻负载条件下低效率的不足，提出了一种DC-DC变换器中的功率管工作尺寸切换电路，以使DC-DC转换器在轻负载时仍具有高效率，同时使功率管的工作尺寸切换所对应的负载点，在各个工作占空比下基本恒定。

为实现上述目的，包括脉宽调制PWM比较模块、第一驱动模块和第一对功率MOS管；该PWM比较模块的反相输入端同时连接斜坡补偿信号和电流采样信号，输出端通过第一驱动模块连接到第一对功率MOS管的栅端；其特征在于：

PWM比较模块的正相输入端连接有迟滞比较模块，第一驱动模块的输入端连接有第二驱动模块，第一对功率MOS管的PMOS和NMOS管的源端并联连接有第二对功率MOS管；该迟滞比较模块通过第二驱动模块连接到第二对功率MOS管的PMOS和NMOS管的两个栅端，控制第二对功率MOS管的导通与截止，使得导通的功率MOS管的总尺寸在轻负载时减小，在重负载时增大。

上述的DC-DC变换器中的功率管工作尺寸切换电路，其特征在于：第二驱动模块(4)设有两个输入端和两个输出端，一个输入端b与迟滞比较模块的输出端相连，另一个输入端a与PWM比较器的输出端相连，两个输出端分别连接到第二对功率管中两个功率MOS管的栅端。

上述的DC-DC变换器中的功率管工作尺寸切换电路，其特征在于：迟滞比较模块设有两个输入端，其正相输入端连接到PWM比较模块的正相输入端，反相输入端同时与一个斜坡补偿信号和一个直流电平连接。

上述的DC-DC变换器中的功率管工作尺寸切换电路，其特征在于：所述迟滞比较模块由一个比较器COMP、PMOS管M0、M1、M2、M3和电阻R1构成；其中PMOS管M0、M1和M2栅极相连，构成有源电流镜结构；，M0的漏端与恒流源连接，用于将电流I1通过M1、M2分两路镜像到电阻R1上；PMOS管M3为开关管，其栅端连接到比较器COMP的输出端，源漏两端串接在M2的漏端与比较器COMP的反相输入端之间；电阻R1连接在比较器COMP的反相输入端与地之间。

上述的DC-DC变换器中的功率管工作尺寸切换电路，其特征在于：第一对功率MOS管与第二对功率MOS管均由一个NMOS管和一个PMOS管构成，该NMOS管的源端接地，漏端与PMOS管的漏端相连，作为一对功率MOS管整体的输出端，该PMOS管的源端接直流输入电源VDD。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明由于添加了一个迟滞比较模块和一个第二驱动模块控制第二对功MOS管随负载电流导通或截止，使导通的功率MOS管总尺寸在轻负载时减小，重负载时增大，减小了DC-DC在轻负载情况下的功耗，从而提高了其轻载效率。