[发明专利]一种高效率降压型DC-DC变换器

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。特别涉及一种高效率降压型DC-DC变换器，主要采用栅宽控制技术和死区预测控制技术提高系统的转换效率。

背景技术

电子产品中的供电电压与电子产品内部需要的电压不一致是极其常见的。很多便携式设备采用电池供电，电池的输出电压随着电池使用时间的长短而变化，所以供电电压通常不是一个恒定的电压。而电子产品内部的芯片则需要一个稳定的供电电压，电源管理芯片就成为了电子产品不可或缺的组成部分，电源管理芯片的优劣直接影响到电子设备的技术性能指标和以及工作是否安全可靠。

Buck型开关电源是DC-DC变换器中的一类，其基本功能为：将输入不稳定的直流电压降压并转换为较稳定的输出直流电压。其主要优点是重载时能到达很高的转换效率。

实际电路中的功率开关管存在寄生电容，所以在功率管导通与关断的切换过程，功率管上的电压和电流不是理想的瞬时跳变，而是有一个缓慢上升或下降的过程，这是由于开关管的寄生电容充放电造成的。寄生电容在过程中引入了驱动损耗。该损耗与寄生电容值大小和开关频率大小成正比。为了承载功率电路中可能出现的最大电流，通常选用宽长比W/L很大的MOS管作为功率开关管，这就使得与MOS管宽和长成正比的寄生电容较大。在轻载条件下，这部分损耗所占比例凸显，使得系统在轻载时转换效率较低。而现代的许多便携式设备大部分时间运行在低功耗的待机模式，即轻载模式。所以提高轻载条件下的转换效率是十分有必要的。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种可为低压用电设备将不稳定的直流电压降压并高效地转换为稳定的直流电压。当DC-DC变换器工作在轻载条件下，装置就会关闭相应的功率开关管和同步整流管，从而降低功率电路中的驱动损耗，提高轻载转换效率的一种高效率降压型DC-DC变换器。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种能够实时检测出多余的死区时间，并进行记录，然后通过控制死区电路加入到开关信号中死区时间的长短。从而最小化死区时间，减少多余死区时间引入的导通损耗，提高系统转换效率的一种高效率降压型DC-DC变换器。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种高效率降压型DC-DC变换器，其特征在于，包括功率电路和控制电路模块（101）；其中功率电路的输入端Vin即为DC-DC变换器的电源输入端，其输出端Vout即为DC-DC变换器的电源输出端，控制电路模块（101）的5bit输出端V_driveP<4:0>分别连接到功率电路的输入端，即功率开关管组SW内5组MOS管的栅极，控制电路模块（101）的5bit输出端V_driveN<4:0>分别连接到功率电路的输入端，即功率开关管组SR内5组MOS管的栅极，功率电路的输出端V_SW与控制电路模块（101）的输入端相连，功率电路的输出端Vfb与控制电路模块（101）的输入端相连，功率电路的输出端V_SW与控制电路模块（101）的输入端相连。

针对这一问题，本发明采用栅宽控制技术，根据实时监测的负载电流大小，判断决定功率开关管的沟道宽度。使得轻载条件下，功率开关管的寄生电容较小，从而减小驱动损耗。

此外，为了进一步降低损耗，现在的大多功率电路中均采用同步整流管代替传统的续流二极管，因为选择合适同步整流管，其漏源两端比续流二极管两端压降要低。在负载电流较大和输出电压较低的应用条件下，这样做能有效提高转换效率。但是要严格控制同步整流管与功率开关管在工作中不会同时导通，不然会造成不必要的大电流浪涌，影响电路稳定性。所以必须为两个开关管的控制信号加入的死区。死区时间内，同步整流管与功率开关管均关断，此时，同步整流管的体二极管被强制导通，同步体二极管两端的压降即为整流管漏源两端的压降，此压降也是大于同步整流管导通时的漏源压降，所以这段死区时间是越小越好。但是传统死区控制电路是加入固定死区时间的方法，给开关控制信号加入的死区时间是电路工作中需要的最大的死区时间，以保证电路在最坏条件下也能工作。但这会使系统在正常工作时，引入多余的死区时间，引入过多不必要的导通损耗。

针对这一问题，本发明采用死区预测控制技术，检测出这一开关周期的死区时间，动态控制下一周期需要加入的死区时间长短，从而最小化系统工作过程中的死区时间，进而降低同步整流管的导通损耗。