[发明专利]用于直流-直流转换器的以PFM模式的扩频的实施

说明书

本发明涉及用于直流‑直流转换器的以PFM模式的扩频的实施。本申请公开用于操作直流‑直流电压转换器的方法和装置，该直流‑直流电压转换器具有包括至少一个开关晶体管的功率级。在步骤(600)处，监测直流‑直流电压转换器的输出电压。在步骤(610)处，如果输出电压下降到输出电压阈值下限以下，则向至少一个开关晶体管提供一系列驱动脉冲以开始开关至少一个开关晶体管。在步骤(620)处，如果输出电压上升到输出电压阈值上限以上，则向至少一个开关晶体管提供随机数量的附加驱动脉冲并且然后停止向至少一个开关晶体管提供驱动脉冲。

技术领域

背景技术

将电子器件集成到自动化、工业化以及消费者平台上的需求的增加需要更复杂的功率转换和分布设计。通常，这些电子器件包括嵌入的处理器、存储器以及从一个电池源操作的其它电子部件。直流-直流电压转换器用于向不同的电子部件提供不同的电压。

开关直流-直流电压转换器是普遍的，这是因为其在宽电压输出范围上的高效率。在如今的低功率开关直流-直流转换器中，电压调节由脉冲宽度调制(PWM)来实现。在脉冲宽度调制中，控制电路产生驱动内部晶体管(或在同步器件中的多个晶体管)的矩形脉冲波，以设定频率(通常在几兆赫兹的范围)快速地开关(多个)晶体管。此类直流-直流电压转换器的输出电压正比于驱动脉冲的占空比。电压反馈或电流反馈控制回路允许PWM控制器响应于负载变化而输出以调节输出电压。该技术通常是有效的，但是在低负载下，其效率迅速下降，可能缩短便携式产品的电池寿命，尤其是其在“待机”模式下花大量时间。

用于改善直流-直流转换器在低负载处的效率的一种技术是在低负载处采用脉冲频率调制(PFM)。PFM控制类似于PWM控制，同样采用矩形脉冲序列来确定调节器的输出电压。然而，代替改变固定频率的脉冲序列的占空比来设置输出电压，PFM改变具有固定占空比的脉冲序列的频率。

图1是表示说明性直流-直流电压转换器100的示意性电路图。图1中示出的直流-直流电压转换器100的类型有时称为降压转换器。直流-直流电压转换器100包括功率级110，该功率级110包括充当开关的高侧晶体管Q1和低侧晶体管Q2。在图1的示例中，晶体管Q1是p沟道晶体管，并且晶体管Q2是n沟道晶体管。晶体管Q1的源极耦合到电压输入端102，该电压输入端102可耦合到电源。在直流-直流电压转换器100的操作期间，电压输入端102以输入电压V_in操作，该输入电压V_in是直流电压，其将被直流-直流电压转换器100转换为另一直流电压。晶体管Q1的漏极被耦合到开关节点N1。晶体管Q2的漏极被耦合到开关节点N1并且晶体管Q2的源极被耦合到地节点。地节点可以以地电势操作或者以不同于输入电压V_in或低于输入电压V_in的电势操作。在图1中示出的说明性实施例中，高侧晶体管Q1是PMOS(p沟道金属氧化物半导体场效应)晶体管并且低侧晶体管Q2是NMOS(n沟道金属氧化物半导体场效应)晶体管，其构成直流-直流电压转换器的典型功率级。

直流-直流电压转换器100进一步包括输出级120，该输出级120包括电感器112、输出电容器114和可耦合到负载的输出节点116。电感器112的第一端子耦合到开关节点N1。电感器112的第二端子耦合到输出电容器114。直流-直流电压转换器100的输出端116或者输出节点以输出电压V_out操作并且耦合到电感器112和输出电容器114的接合点。输出电压V_out是由直流-直流电压转换器100产生的直流电压。