[发明专利]一种超低静态功耗的降压型DC-DC转换器

说明书

本发明公开了一种超低静态功耗的降压型DC‑DC转换器，包括控制芯片，所述控制芯片包括带隙基准电压电流二合一电路、深度休眠模式检测电路、主比较器、运算放大器、自适应导通时间产生电路、过零检测电路、控制逻辑电路、自适应死区时间控制及驱动电路、第一反馈电阻、第二反馈电阻、第一补偿电阻、第一补偿电容、第一电流采样电阻、第一电流采样电容、高侧功率PMOS管以及低侧功率NMOS管。本发明的超低静态功耗的降压型DC‑DC转换器能够在单一电路设计模块中同时实现脉冲宽度调制模式(PWM)和脉冲频率调制模式(PFM)，从而在宽负载范围内可以实现高效率，并且当输出负载降低至到一定值后，转换器的功耗可以降低至nA级别，并在宽负载范围内实现高效率。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种超低静态功耗降压型DC-DC转换器。

背景技术

小容量电池供电的智能设备在物联网(IoT)领域中迅速发展，例如医疗保健、智能家庭自动化、可穿戴设备、工业仪器等。由于这些智能设备的电池不易更换，因此需要更长的电池寿命和设备运行时间。低静态功耗和高效率的电源管理单元(PMU)对于延长电池寿命和维持设备不充电非常重要。典型的物联网应用包括PMU、无线通信系统、传感器和微处理器单元等。通常，根据PMU的负载消耗，IoT设备以两种主要操作模式进行操作，即待机模式(μA至mA)和工作模式(mA至数百mA)。作为PMU核心的降压型DC-DC转换器经过优化后不仅应能够在待机模式下消耗尽可能低的静态功耗，而且还应在较宽的负载电流范围内具有较高的效率。实际上，待机模式占据了物联网系统的大部分运行时间，因此待机模式下的降压型DC-DC转换器的静态功耗占总功耗预算的主要部分，具有超低静态功耗的降压型DC-DC转换器在降低IoT设备的能耗和延长电池寿命方面起着根本性的作用。

为降低物联网设备待机模式下的降压型DC-DC转换器静态电流消耗，常用的解决方案是采用具有多模式控制的降压型DC-DC转换器，在重载和中载时，脉冲宽度调制模式(PWM)控制模块工作。当电路进入轻和超轻载时，类似于突发模式(burst mode)、跳周期模式(PSM)和脉冲频率调制模式(PFM)等低功耗控制模块工作。此外，需要一个精确的高功耗负载电流检测器，并随着负载电流的变化在不同的控制模式之间转换，因此在物联网设备待机模式下，转换器的静态功耗依旧相对较高(数十μA)。尽管多模式控制方案可以在较宽的负载范围内实现高效率，但也会增加设计复杂度并可能降低转换器的性能。具体来讲，由于必须设计具有不同工作模式的所有电路模块，这不仅增加了电路实现的复杂性，而且增加了芯片面积。最后，每种控制模式都在不同的电路模块中实现，因此在转换器模式切换时候，模式判断出现的延迟会恶化输出电压的瞬态特性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种超低静态功耗的降压型DC-DC转换器。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种超低静态功耗的降压型DC-DC转换器，包括控制芯片，所述控制芯片包括带隙基准电压电流二合一电路、深度休眠模式检测电路、主比较器、运算放大器、自适应导通时间产生电路、过零检测电路、控制逻辑电路、自适应死区时间控制及驱动电路、第一反馈电阻、第二反馈电阻、第一补偿电阻、第一补偿电容、第一电流采样电阻、第一电流采样电容、高侧功率PMOS管，以及低侧功率NMOS管，其中，

所述第一反馈电阻和所述第二反馈电阻串联在芯片输出端引脚与芯片接地端引脚之间；

所述第一电流采样电阻和所述第一电流采样电容串联在芯片开关节点引脚与芯片输出端引脚之间；

所述运算放大器的正向输入端连接所述带隙基准电压电流二合一电路的基准电压输出端，其负向输入端连接在所述第一反馈电阻与所述第二反馈电阻之间；

所述主比较器的负向输入端连接所述运算放大器的输出端，其正向输入端连接在所述第一电流采样电阻与所述第一电流采样电容之间，其输出端连接至所述控制逻辑电路；