【CN109600029A】一种采用伪固定频率自适应导通时间的BuckDC-DC轻载高效和纹波控制方
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
本发明公开了一种采用伪固定频率自适应 导通时间的Buck DC-DC芯片及轻载高效和纹波 控 制方法 ，该芯片的 控 制方案主要包括 ：自 适应 导通时间电路、频率补偿电路、负载采样电路、轻 载检 测积分电 路 、模式 选择电 路 、误差放大器电 路 、PWM比 较器 、自 校准带隙 基准 。本发明的自 适 应导通时间随电 源 、输出 和负载动态地变化 ，在 负反馈作用下开关频率固定，并且对负载进行检 测 ，当负载为轻载时 ，通过模式选择 ，进入纹波减 小模式 、轻载节能模式 、PWM模式 、PFM模式 ，解决 静态功耗问 题。采 用频率补偿和负载积分技术 ， 使得不同 转换比 下的 工作频率恒定 ，解决 EMI抑 制问题。效率和输出纹波可根据实际需求自适应 地去调整，满足不同的应用。
2 .根据权利要求1所述的采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC芯片中轻载高 效纹波控制的解决方案，其特征在于，所述解决方案将通过自适应导通时间产生电路（1）根 据输入和输出电 压去控制功率管的导通时间 ，得到自适应导通时间的 逻辑控制信号 ，此信 号直接用于芯片功率管下管的开启。
3 .根据权利要求1所述的采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC芯片中轻载高 效纹 波控 制的 解决 方案 ，其特征 在于 ，所述自 适应导通电 路（1）的 导通时间 会随 着负载变 化，并通过频率补偿电路（2），使Buck DC-DC开关频率随负载变化很小。
4 .根据权利要求1所述的采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC芯片中轻载高 效纹 波控 制的 解决 方案 ，其特征 在于 ，所述负载采样电 路（3）是采样功率管下管上的 续流 值，通过电流波谷值的信息的去控制功率管下管的关断。
5 .根据权利要求1所述的采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC芯片中轻载高 效纹波控制的解决方案，其特征在于，所述负载检测积分电路（4）通过控制充放电时间来电 容上电 压的 大小 ，利 用电 容电 压的 与基准电 压值比 较 ，比 较器为高电 平进入轻载高效纹波 控制模式，比较器为低电平推出轻载高效模式。
8 .根据权利要求4要求的负载采样电路(3) , 采样电路通过引入与功率管相同的功率 器件 , 可以补偿功率器件导通电阻引起的采样比例的变化。
9 .根据权利要求1所述的自校准带隙基准(6)，自动消除带隙基准运放OP失调电压。
2
CN 109600029 A
说 明 书
1/5 页
一种采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC轻载高效 和纹波控制方法
6 .根据权利要求2所述的自适应导通电路和权利要求4所描述负载电流采样电路，通过 RS触发器控制和死去时间控制逻辑，去控制功率开关管上管和下管的交替导通。
7 .根据权利要求要求1所述的采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC芯片中轻 载高效纹波控制的解决方案，其特征在于，所述模式选择电路（5）的模式选择引脚根据不同 电 位使得芯片在轻负载下进入不同的 工作模式 ，采 用复合比 较器 ，通过比 较器的 输出来选 择不同的工作模式 ，包括PWM 工作模式 ，PSM 工作模式及纹波减低RR 模式。
(51)Int .Cl . H02M 1/14(2006 .01) H02M 1/15(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109600029 A (43)申请公布日 2019.04.09
( 54 )发明 名称 一种采用伪固定频率自适应导通时间的
Buck DC-DC轻载高效和纹波控制方法 ( 57 )摘要
权利要求书1页 说明书5页 附图5页
CN 109600029 A
CN 109600029 A
权 利 要 求 书
1/1 页
1 .一种采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC 芯片中轻载高效和纹波控制方 法 ，其包括 ：自适应导通时间 产生电 路（1），频率补偿电 路（2），负载采样电 路（3），轻载检测 积分电路（4），模式选择电路（5）；自校准带隙基准电路（6）。
技术领域 [0001] 本发明涉及DC-DC 轻载高效和输出纹波控制，具体涉及一种应用于Buck DC-DC的 轻载高效纹波控制的电源管理芯片。
背景技术 [0002] 近年来，随着便携式电子产品、电脑、互联网设备的大量普及，越来越多的电子产 品都有待机功耗 ，数据显示 ，平均每个家庭每年在制冷、白 家电 、小家电 等方面的 支出就占 家庭总支出的40%左右 ，由此可见待机功耗的造成的浪费是很大的 ，节能减排已 经成为当今 全球的大趋势，除了把电子设备运行时的效率提高外，降低待机功耗，实现轻载高效是迫切 的电 源需求。随 着半导体技术的 迅猛发展 ，电 源管理类总片成为了所有电 子设备中不可或 缺组成部分 ，世界范围内对于电 源类芯片的需求量也越来越大。近年来 ，待机功耗低 ，频率 高 ，效率高、带载能力强、瞬态响应速度快的DC-DC 芯片成为了电 源管理类芯片发展的目标 ， 这种性能良好的芯片有很好的应用前景。便携式供电设备的功率日益增大，空载、轻载到大 负载情况下都要具有高效率工作 ，并且在实际的 应 用当中 ，根据系统对效率和输出纹波的 需求来选择不同的工作模式，另外降低功耗，轻载高效可以延长使用电池供电的时间。 [0003] 传统的恒定导通时间COT架构，当电源电压和输出电压变化时，开关频率变化范围 很大，这对于EMI 抑制带来很大的问题，并且负载瞬态响应受电源电压和输出电压及外围电 路的影响，系统稳定性补偿网络复杂，增加了芯片设计的难度，提高了外围电路设计的复杂 程度 ，同时在后期PCB 布局时 ，也增加了成本。传统的轻载高效控制模式PFM/PSM 实现高效的 情况下输出纹波较大。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发Βιβλιοθήκη Baidu专利申请
(21)申请号 201910015942 .X
(22)申请日 2019 .01 .03
(71)申请人 深圳市基准半导体有限公司 地址 518115 广东省深圳市龙岗区横岗街 道富康路101号文创园A栋1楼101-2室
(72)发明人 田建平 马荣芬
2 .根据权利要求1所述的采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC芯片中轻载高 效纹波控制的解决方案，其特征在于，所述解决方案将通过自适应导通时间产生电路（1）根 据输入和输出电 压去控制功率管的导通时间 ，得到自适应导通时间的 逻辑控制信号 ，此信 号直接用于芯片功率管下管的开启。
3 .根据权利要求1所述的采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC芯片中轻载高 效纹 波控 制的 解决 方案 ，其特征 在于 ，所述自 适应导通电 路（1）的 导通时间 会随 着负载变 化，并通过频率补偿电路（2），使Buck DC-DC开关频率随负载变化很小。
4 .根据权利要求1所述的采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC芯片中轻载高 效纹 波控 制的 解决 方案 ，其特征 在于 ，所述负载采样电 路（3）是采样功率管下管上的 续流 值，通过电流波谷值的信息的去控制功率管下管的关断。
5 .根据权利要求1所述的采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC芯片中轻载高 效纹波控制的解决方案，其特征在于，所述负载检测积分电路（4）通过控制充放电时间来电 容上电 压的 大小 ，利 用电 容电 压的 与基准电 压值比 较 ，比 较器为高电 平进入轻载高效纹波 控制模式，比较器为低电平推出轻载高效模式。
8 .根据权利要求4要求的负载采样电路(3) , 采样电路通过引入与功率管相同的功率 器件 , 可以补偿功率器件导通电阻引起的采样比例的变化。
9 .根据权利要求1所述的自校准带隙基准(6)，自动消除带隙基准运放OP失调电压。
2
CN 109600029 A
说 明 书
1/5 页
一种采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC轻载高效 和纹波控制方法
6 .根据权利要求2所述的自适应导通电路和权利要求4所描述负载电流采样电路，通过 RS触发器控制和死去时间控制逻辑，去控制功率开关管上管和下管的交替导通。
7 .根据权利要求要求1所述的采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC芯片中轻 载高效纹波控制的解决方案，其特征在于，所述模式选择电路（5）的模式选择引脚根据不同 电 位使得芯片在轻负载下进入不同的 工作模式 ，采 用复合比 较器 ，通过比 较器的 输出来选 择不同的工作模式 ，包括PWM 工作模式 ，PSM 工作模式及纹波减低RR 模式。
(51)Int .Cl . H02M 1/14(2006 .01) H02M 1/15(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109600029 A (43)申请公布日 2019.04.09
( 54 )发明 名称 一种采用伪固定频率自适应导通时间的
Buck DC-DC轻载高效和纹波控制方法 ( 57 )摘要
权利要求书1页 说明书5页 附图5页
CN 109600029 A
CN 109600029 A
权 利 要 求 书
1/1 页
1 .一种采用伪固定频率自适应导通时间的Buck DC-DC 芯片中轻载高效和纹波控制方 法 ，其包括 ：自适应导通时间 产生电 路（1），频率补偿电 路（2），负载采样电 路（3），轻载检测 积分电路（4），模式选择电路（5）；自校准带隙基准电路（6）。
技术领域 [0001] 本发明涉及DC-DC 轻载高效和输出纹波控制，具体涉及一种应用于Buck DC-DC的 轻载高效纹波控制的电源管理芯片。
背景技术 [0002] 近年来，随着便携式电子产品、电脑、互联网设备的大量普及，越来越多的电子产 品都有待机功耗 ，数据显示 ，平均每个家庭每年在制冷、白 家电 、小家电 等方面的 支出就占 家庭总支出的40%左右 ，由此可见待机功耗的造成的浪费是很大的 ，节能减排已 经成为当今 全球的大趋势，除了把电子设备运行时的效率提高外，降低待机功耗，实现轻载高效是迫切 的电 源需求。随 着半导体技术的 迅猛发展 ，电 源管理类总片成为了所有电 子设备中不可或 缺组成部分 ，世界范围内对于电 源类芯片的需求量也越来越大。近年来 ，待机功耗低 ，频率 高 ，效率高、带载能力强、瞬态响应速度快的DC-DC 芯片成为了电 源管理类芯片发展的目标 ， 这种性能良好的芯片有很好的应用前景。便携式供电设备的功率日益增大，空载、轻载到大 负载情况下都要具有高效率工作 ，并且在实际的 应 用当中 ，根据系统对效率和输出纹波的 需求来选择不同的工作模式，另外降低功耗，轻载高效可以延长使用电池供电的时间。 [0003] 传统的恒定导通时间COT架构，当电源电压和输出电压变化时，开关频率变化范围 很大，这对于EMI 抑制带来很大的问题，并且负载瞬态响应受电源电压和输出电压及外围电 路的影响，系统稳定性补偿网络复杂，增加了芯片设计的难度，提高了外围电路设计的复杂 程度 ，同时在后期PCB 布局时 ，也增加了成本。传统的轻载高效控制模式PFM/PSM 实现高效的 情况下输出纹波较大。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发Βιβλιοθήκη Baidu专利申请
(21)申请号 201910015942 .X
(22)申请日 2019 .01 .03
(71)申请人 深圳市基准半导体有限公司 地址 518115 广东省深圳市龙岗区横岗街 道富康路101号文创园A栋1楼101-2室
(72)发明人 田建平 马荣芬