[发明专利]一种自适应分段驱动DC-DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术，具体的说是涉及一种带模式切换的负载自适应分段驱动电路。

背景技术

DC-DC变换器是变非固定直流电压为固定输出直流电压的电压变换器。DC-DC变换器分为三类：升压型DC-DC变换器、降压型DC-DC变换器以及升、降压型DC-DC变换器。根据其不同的控制模式分为：PWM（脉冲宽度调制）控制模式、PFM（脉冲频率调制）控制模式、PSM（脉冲跨周期调制模式）控制模式，以及混合控制模式（上述两种或多种控制模式的组合），PWM控制型在中高负载下效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声。PFM、PSM模式通常用于轻载（负载电流较小）的情况下，以提高变换器的转换效率，但这两种模式都有一个明显的缺点：功率管开关频率随着负载的变化而变化，从而限制了其在某些领域的中应用，如RF（射频）领域。所以，在功率变换器中，PWM模式仍然是最为有效的一种。目前DC-DC变换器广泛应用于手机、MP3、数码相机、便携式媒体播放器等产品中。

在轻载条件下，PWM模式变换器的损耗主要体现在功率管的驱动损耗和开关损耗，功率管功率越大这种损耗越大。在重负载下，功率管导通损耗占主导地位，在轻负载的条件下，MOSFET开关和栅极驱动损耗显着，尤其是超过几兆赫兹的高频变换器，随着负载电流的减小效率降低，使数字负载集成电路中大部分时间处于空闲模式下，其轻负载效率成为低压低功耗设计的焦点。近年来，基于器件、电路和系统级提高轻负载效率的研究工作已广泛开展，可旨在很宽的负载范围内达到最佳效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对上述问题，提出一种能够对功率管进行分段驱动的自适应分段驱动DC-DC变换器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种自适应分段驱动DC-DC变换器，包括转换单元、驱动单元和反馈控制单元，所述转换单元分别与驱动单元和反馈控制单元连接，所述驱动单元与反馈控制单元连接，其特征在于，所述转换单元包括开关转换电路和滤波电路，所述开关转换电路包括并联的多只PMOS功率管和并联的多只NMOS功率管，所有PMOS功率管的源极均接电源、栅极与驱动单元连接、漏极与所有的NMOS功率管的漏极和滤波电路的一端连接，所有的NMOS功率管的栅极与驱动单元连接、源极均接地，滤波电路的另一端为自适应分段驱动DC-DC变换器的输出端，所述PMOS功率管和NMOS功率管的数量相等，所述多只PMOS功率管分为PM组，所述多只NMOS功率管分为NM组，

所述转换单元将输入电压转换为脉冲电压输出到负载；

所述反馈控制单元对转换单元输出的电压进行采样处理，输出功率管分段控制信号到驱动单元，通过驱动单元对转换单元的输出电压进行控制；

所述驱动单元包括缓冲电路和数字逻辑电路，通过反馈单元输入的功率管分段控制信号，与转换单元的功率管栅极连接，对功率管进行开关控制，根据负载电流的大小，分别控制PM组PMOS功率管和NM组NMOS功率管中每一组PMOS功率管和NMOS功率管的通断。

本发明总的技术方案，通过对功率管进行分段控制的方式，将所有的功率管分为多组，分别控制每一组功率管的通断，从而使功率管的导通损耗和驱动损耗之和最小化，进而提高DC-DC变换器的效率。

具体的，所述反馈控制单元还包括PWM控制电路、PSM控制电路、数字控制电路、PWM/PSM模式判定电路和占空比检测电路，所述驱动单元包括分段控制逻辑模块和驱动模块，所述PWM控制电路和PSM控制电路的输入端均连接自适应分段驱动DC-DC变换器的电压输出端，所述PWM控制电路的一个输出端连接数字控制电路的一个输入端、另一个输出端连接PWM/PSM模式判定电路的一个输入端，所述PSM控制电路的另一个输入端连接PWM/PSM模式判定电路的第一输出端、输出端连接数字控制电路的另一个输入端，所述PWM/PSM模式判定电路的第二输出端连接PWM控制电路的另一个输入端、第三输出端连接占空比检测电路的一个输入端、另一个输入端连接分段控制逻辑模块的一个输出端，所述数字控制电路的一个输出端连接占空比检测电路、另一个输出端连接驱动模块的输入端，所述占空比检测电路的输出端连接分段控制逻辑模块的输入端，所述分段控制逻辑模块的另一个输出端和驱动模块的输出端分别连接驱动单元的输入端，

所述PWM控制电路提供PWM控制信号；

所述PSM控制电路提供PSM控制信号；