[发明专利]轻载高效率的DC-DC转换装置

说明书

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，涉及模拟集成电路，特别是一种可在轻负载时实现高效率的DC-DC转换器，可用于各类便携式电子产品中。

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、平板电脑和数码相机等各类便携式产品中。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。而在便携式应用中，DC-DC在轻负载下效率的高低很大程度上决定了便携式产品系统的待机时间。因此，在最近几年，低功耗、高效率的设计成为了众多便携式应用的研究热点之一。

DC-DC转换器的功耗一般由导通损耗，开关损耗以及芯片内部模拟电路的静态损耗三部分组成。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，随芯片负载电流的增大而增大，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，静态损耗是芯片内部模拟电路在工作时的消耗，开关损耗和静态损耗均与芯片负载电流大小无关。所以，芯片在重载时，导通损耗是主要损耗，而在轻载时，开关损耗和静态损耗构成了转换器的主要损耗。由于便携式设备待机时的效率主要取决于DC-DC在轻负载状况下的功耗，提高DC-DC在轻负载时的效率，就能够有效延长便携式设备的电池使用时间。

如图1显示了传统脉冲宽度调制模式PWM控制的DC/DC降压型转换器的结构框图，该转换器由误差放大、调制及功率输出和反馈及滤波三个模块构成。图2显示了此类DC-DC转换器的电路简图，如图2所示，该转换器通过PWM比较器产生功率MOS管的栅端控制信号，工作频率恒定，虽然可在中等负载到大负载时实现高效率，但在轻负载情况下，由于PWM控制模式的工作频率固定不变，与频率相关的开关损耗并没有随着负载的减小而减小，且芯片内部各模拟电路一直工作，静态损耗也没有减小，因此导致整个DC-DC转换器的轻载效率极低，在应用时缩短了便携式电子设备的电池使用时间。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有PWM控制DC/DC转换器的不足，提供了一种轻载高效率的DC-DC转换装置，以在轻负载时，降低DC-DC转换器的工作频率，关闭芯片中不必要的模拟电路，提高DC-DC转换器的效率。

为实现上述目的，包括误差放大器4、调制及功率输出器5和滤波及反馈器6；该调制及功率输出器5分别与误差放大器4的输出端VC和滤波及反馈器6的输入端SW接连，该滤波及反馈器6的输出端FB连接到误差放大器4的反相输入端N，以闭合控制环路；其特征在于：

所述调制及功率输出器5，增设有上、下两个功率管检测端口，且上管检测端口HS连接有上管轻载检测器1，下管检测端口LS连接有下管轻载检测器2，以保证在各种工作占空比下DC-DC均能够准确检测负载电流大小，实现平稳切换；

所述误差放大器4，增设有控制输入端SK，其连接有轻载高效率控制器3，该轻载高效率控制器设有三个输入端和两个输出端口，第一输入端A连接到上管轻载检测器1的输出端，第二输入端B连接到下管轻载检测器2的输出端，以对两轻载检测器的结果综合判断，第三输入端C连接到调制及功率输出器5的边沿检测端口PD，以提取功率管开关状态的转换信号；第一输出端D连接到调制及功率输出器5的休眠控制端ST，以输出整个转换装置的休眠信号SLEEP，控制转换装置在休眠信号SLEEP有效时，停止工作，第二输出端E连接到误差放大器4的基准切换控制端SK，以控制休眠时间，提高轻载效率。

上述的轻载高效率的DC-DC转换装置，其特征在于：所述调制及功率输出器5由PWM比较单元、驱动控制单元、上功率管MP1和下功率管MN1组成；该驱动控制单元设有三个输入端，分别连接到PWM比较单元的输出端、轻载高效率控制器3的第一输出端和DC-DC的工作时钟信号OSC，两个输出端分别连接到功率管MP1和MN1的栅端，以控制功率管的导通与截止。

上述的轻载高效率的DC-DC转换装置，其特征在于：所述上管轻载检测器1由一个平均电流采样单元和一个比较单元构成；该比较单元的正相输入端通过平均电流采样单元连接到调制及功率输出器5的上管检测端口HS，以检测流过功率管MP1的电流，反相输入端连接一个固定的基准电压Ref1，用于设定上功率管轻、重负载判断门限。