[发明专利]一种基于自适应峰值电流的DC-DC模式切换电路

说明书

本发明请求保护一种基于自适应峰值电流的DC‑DC模式切换电路，属于DC‑DC轻/重载模式切换电路的技术，包括自适应峰值电流检测电路、PWM/PSM信号选择电路、自适应栅宽切换电路、降压核心电路。其中晶体管M5用于检测流过开关管M1的峰值电流，晶体管M6管用于检测流过开关管M2的峰值电流。同时为了提高轻载效率，M1管的宽长比小于M2管的宽长比。当DC‑DC工作在重载情况下，检测到的峰值电流比较大，Vsubgt;SENSE/subgt;Vsubgt;REF/subgt;，CHOOSE＝1通过自适应逻辑控制电路后，开关管M1/M2同时导通，为负载提供能量。当DC‑DC工作在轻载情况下，检测到的峰值电流比较小，Vsubgt;SENSE/subgt;Vsubgt;REF/subgt;，CHOOSE＝0通过逻辑控制电路后VH1＝1，M2/M4断开，M1/M3导通，为负载提供能量。

技术领域

本发明属于模拟集成电路设计技术领域，特别涉及DC-DC轻/重载模式切换电路的设计。

背景技术

同步整流开关电源转换器电路的共同点，采用了续流开关管替代续流二极管，以减小功率损耗，提高转换效率。开关电源转换器在重负载时，处于电感电流连续模式(CCM)。在轻负载时，占空比下降，电感电流下降，从而处于电感电流断续模式(DCM)。在重负载时，DC-DC采用PWM模式进行调制，同时为了提供大电流，减小功率管导通电阻，栅宽应该较大。在轻负载时，提高DC-DC的效率，常采用PSM/PFM调制，同时减小功率管的栅宽。如果切换点的选择不是很可靠，会导致DC-DC电路不停的在轻载和重载之间变化，大大降低效率，增加芯片的功耗，因此一个正确的切换信号是非常重要的。

在DC-DC电路中，切换点有不同的方式实现。1、通过和电感串联一个小电阻，检测小电阻上面的电压与参考电压进行比较，来产生模式选择信号CHOOSE信号，由于小电阻的成本比较高，同时和电感串联，电阻会消耗许多功耗，降低效率，因此并不常用。2、通过在芯片外部额外的接口添加选择信号，当负载发生变化时，很难实现自适应模式切换，从而错过了最佳的模式切换点。3、通过RC与电感并联的方式，通过检测电感上面的电压来进行对电流的检测，这种方式的检测的电流十分精准，但是，电容是非常占芯片面积的，过大的电容会导致芯片面积过大。4、利用传统模式下DC-DC的误差放大器的输出点来进行切换，此方法的缺点在于，误差放大器受到工艺角以及温度的影响比较大，也会出现切换点不正确的情况，同时利用误差放大器的输出点作为切换点，输出的电压范围是非常受限的。5、CN113437870专利采用的方法是在DC-DC转换器处于脉冲宽度调制模式时检测所述电感的电流峰值；当检测到所述电感的电流峰值下降至低于预设电流阈值，且维持低于所述预设电流阈值的时间大于预设时间时判定为轻载，并控制DC-DC转换器的工作模式从脉冲宽度调制模式切换至脉冲频率调制模式。处于脉冲频率调制模式时检测输出电压，当输出电压高于降压阈值，电路从脉冲频率调制模式切换至脉冲宽度调制模式。由于DC-DC电路处于轻载还是重载，是根据电感电流的大小来决定的，因此该方法在处于脉冲频率调制模式时检测的是输出电压来确定切换信号是不够准确的，容易产生错模式切换信号，影响电路的工作效率。本发明的自适应峰值电流检测电路可以通过晶体管M5/M6检测DC-DC电路的电流(轻载和重载情况都可以)，无论是处于冲跳周期调制(PSM)还是脉冲宽度调制(PWM)都是通过检测电流来产生模式切换信号的，因此本发明提出的自适应峰值电流检测电路产生的模式选择信号CHOOSE更加的准确。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于自适应峰值电流的DC-DC模式切换电路。本发明的技术方案如下：