[发明专利]PWM/PDM双模调制选择电路及双模调制方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域中的DC/DC集成电源技术，特别涉及一种为提高转 换效率，可以根据负载电流的变化情况，在PWM和PDM两种控制模式中自动选择、 切换的双模调制选择电路。

背景技术

DC/DC转换器是一种把直流输入电压转变成有效输出固定直流电压的电压转换 器。传统的DC/DC转换器按照控制类型可分为两类：PWM(Pulse-Width Modulation， 脉冲宽度调制)和PFM(Pulse Frequency Modulation脉冲频率调制)。PWM控制型电 路的转换效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声，适合大功率输出的应用。PFM控 制型电路结构相对简单，在小负载时具有耗电小的优点。PDM(Pulse Density  Modulation脉冲密度调制)是一类新兴的调制方式，它结合了PWM和PFM调制的 优点，适合中小输出功率下使用。随着便携类消费终端设备功能不断强化，作为电流 负载，其变化范围变得很大：在高速工作时，要求大电流，以满足各个功能模块的正 常工作；在低速或者部分模块工作时，又要求低电流消耗。

现有技术方案一：

单一调制模式的解决方案，即采用PWM或者PFM或者PDM三种调制方式之一 进行DC/DC转换。PWM调制型的DC/DC转换器效率极大依赖功率开关的占空比， 当负载较轻的时候，由于功率开关管的占空比很小，因此转换效率会急剧下降；PFM 调制型的DC/DC转换器在输出功率较大时，输出电压的纹波很大，难以控制，而且 由于调制频率变化，给应用电路中的滤波器设计带来极大困难；PDM调制型DC/DC 转换器在中小功率输出条件下有效克服了PFM调制纹波较大的弱点，但是对大功率 输出的情况，转换效率不高，且纹波问题仍然难以解决。

附图1所示的是传统PWM调制环路的电路结构图，偏置电路给整个调制环路的 其他电路提供偏置电压和电流。输出的采样电压与内部基准电压之差被误差放大器放 大，得到误差放大信号。振荡器产生方波信号，通过方波转三角波电路变换成三角波 信号。控制信号比较器把误差放大信号与三角波信号进行比较，得到功率开关的控制 信号，该信号经驱动缓冲器后驱动功率开关管。

方案一的不足之处在于，PWM调制虽然输出纹波小，但是在轻负载情况下效率 低下；PFM和PDM调制方式结构简单，但是重负载下性能难以达到应用要求。在宽 负载变化范围内，为了取得性能的折中，单一的调制模式很难达到整个范围的高效转 换。

现有技术方案二：

PWM/PFM双模调制的解决方案。对输出电流进行采样，把采样值送入判决比较 器，与预先设定的基准值进行比较，当采样值大于预定基准值时，认为负载较重，采 用PWM调制方式；反之，认为负载较轻，采用PFM调制方式。双模调制技术的使 用极大提高了DC/DC转换器在负载大范围变化平均转换效率。

方案二的不足之处在于，由于功率开关管始终工作在开关状态，开关闭合时，工 作在深线性区，开关打开时，工作在截止区，其电流是脉动型的。直接对脉动式的电 流进行采样的电路很复杂，较难实现。而且由于PFM调制模式是需要根据负载电流 的大小改变控制信号的频率，而PWM则需要固定的调制频率，因此内部振荡器及其 控制电路、外围滤波电路设计非常复杂，成本较高。

发明的内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种结构简单，工艺上易于实 现，负载在较宽范围内变化时可根据负载情况自动选择切换PWM和PDM调制模式的 PWM/PDM双模调制选择电路，以解决现有技术方案中在宽负载范围内DC/DC转换器 平均转换效率较低和应用成本较高的问题。

实现本发明的技术关键是在传统的PWM调制环路的误差放大电压和振荡器之间 加入一个模式判决比较器，模式判决比较器的输出可控制振荡器的工作方式，从而对 系统的调制模式进行选择。整个电路包括：包括偏置电路、带隙基准电压源、误差放 大器、隔离共源跟随器、振荡器、积分器、模式判决比较器、控制比较器、锁存器和 驱动缓冲器，其中模式判决比较器连接在误差放大器的输出端与振荡器的控制端之 间，构成PWM/PDM调制模式自动选择电路。

所述的模式判决比较器通过锁存器连接到振荡器的控制端。该模式判决比较器由 差分比较器、共源放大级和反相器构成，差分比较器的的输出连接到共源放大级的输 入，共源放大级的的输出又与反相器的输入连接。