一種減小buck靜態(tài)電流的技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種減小BUCK型DCDC變換器靜態(tài)電流的技術(shù)，更具體地，本發(fā)明涉及一種經(jīng)改進(jìn)的BUCK型D⑶C變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]在通信和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，包括消費(fèi)電子設(shè)備在內(nèi)的各種電子設(shè)備都需要電源來(lái)維持工作。在使用直流源的電子設(shè)備中，需要采取電壓變換器(穩(wěn)壓器)將電源(如電池)的電壓轉(zhuǎn)換為所需的工作電壓。
[0003]一種常用的電壓變換器是D⑶C變換器(盡管從字面上看，D⑶C是指“直流電壓轉(zhuǎn)直流電壓”，但業(yè)界目前多將DCDC用于表述開(kāi)關(guān)電源)。DCDC變換器根據(jù)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)降壓(buck)、升壓(boost),升降壓(buck-boost)。完成降壓功能的DCDC變換器通常稱(chēng)為BUCK型D⑶C。一種常規(guī)的BUCK型D⑶C如圖1A所示。圖1A中，Vdd是電壓源，其中PMOS管41和NMOS管42構(gòu)成開(kāi)關(guān)元件4，在BUCK型D⑶C的輸出級(jí)驅(qū)動(dòng)電路I的信號(hào)GP和GN的驅(qū)動(dòng)下，PMOS管41和NMOS管42交替地導(dǎo)通關(guān)斷，在輸出節(jié)點(diǎn)LX輸出的交流信號(hào)用于使得電感62儲(chǔ)能，通過(guò)積分濾波在電容C兩端提供直流輸出電壓V。#電阻網(wǎng)絡(luò)5提供分壓Vfb，其輸入到驅(qū)動(dòng)電路I中，構(gòu)成閉環(huán)反饋。驅(qū)動(dòng)電路I的兩路輸出波形是周期相同的方波，但通過(guò)調(diào)整其相位及占空比，以確保PMOS管41和NMOS管42不會(huì)同時(shí)處于導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)電路I的示例性的兩路輸出波形如圖1B所示。
[0004]BUCK型D⑶C具有轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)勢(shì)。然而，BUCK的靜態(tài)電流(空載時(shí)流過(guò)接地引腳的電流)較大，造成電量損失。顯然，對(duì)于始終要求更佳續(xù)航能力的移動(dòng)電子設(shè)備而言，過(guò)大的靜態(tài)電流是不利的。
[0005]另一種常用的降壓變換器是LDO (低壓差線性穩(wěn)壓器)。LDO具有負(fù)載響應(yīng)快，噪聲低等優(yōu)勢(shì)，但和BUCK型D⑶C相比，其主要不足是轉(zhuǎn)換效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種改進(jìn)的BUCK型D⑶C，其在常規(guī)BUCK型D⑶C的基礎(chǔ)上添加LDO模式驅(qū)動(dòng)電路以及選通控制器，當(dāng)BUCK型DCDC的輸出端的負(fù)載較低時(shí)(包括無(wú)負(fù)載時(shí))，可切換為L(zhǎng)DO模式。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種直流電壓變換器，包括:開(kāi)關(guān)元件，其連接直流輸入電壓Vdd ；BUCK型DCDC驅(qū)動(dòng)電路，其為所述開(kāi)關(guān)元件提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得所述開(kāi)關(guān)元件反復(fù)地導(dǎo)通和關(guān)閉，從而在所述開(kāi)關(guān)元件的輸出端輸出交流信號(hào)；電感，連接至所述開(kāi)關(guān)元件的輸出端；電容，連接在所述電感和接地之間，所述電感和所述電容的連接節(jié)點(diǎn)作為輸出節(jié)點(diǎn)Vrat，提供所述直流電壓變換器的輸出直流電壓；電阻網(wǎng)絡(luò)，其連接在Vwt和接地之間，將所述輸出直流電壓的分壓作為反饋電壓提供給所述BUCK型DCDC驅(qū)動(dòng)電路；LD0驅(qū)動(dòng)電路，其接收所述反饋電壓，并輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)至所述開(kāi)關(guān)元件，從而同所述開(kāi)關(guān)元件、所述電阻網(wǎng)絡(luò)一起作為L(zhǎng)DO穩(wěn)壓電路工作；以及選通控制電路，其選通所述BUCK型D⑶C驅(qū)動(dòng)電路和所述LDO驅(qū)動(dòng)電路中的一個(gè)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，開(kāi)關(guān)元件是由PMOS管和NMOS管組成的，其中所述PMOS管和NMOS管的柵極被所述BUCK型DCDC驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制，所述PMOS管的源極連接至VDD，所述NMOS管的源極接地，所述PMOS管的漏極連接所述NMOS管的漏極并作為所述開(kāi)關(guān)元件的輸出端，所述BUCK型D⑶C驅(qū)動(dòng)電路使所述PMOS管和所述NMOS管交替地導(dǎo)通。所述LDO驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出給PMOS管的柵極。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，采用PNP管和NPN等效地替代上述方案中的PMOS管和NMOS 管。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述選通控制電路根據(jù)Vrat的負(fù)載來(lái)選通所述BUCK型D⑶C驅(qū)動(dòng)電路和所述LDO驅(qū)動(dòng)電路中的一個(gè)。所述選通可包括:當(dāng)所述Vtjut的負(fù)載大于預(yù)定閾值時(shí)，選通BUCK型DCDC驅(qū)動(dòng)電路；以及當(dāng)所述Vtjut的負(fù)載小于預(yù)定閾值時(shí)，選通LDO驅(qū)動(dòng)電路。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述預(yù)定閾值可為lOOuA。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述選通控制電路監(jiān)測(cè)所述開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間以確定Vout的負(fù)載，或者，所述選通控制電路監(jiān)測(cè)給電容的充電電流以確定Vwt的負(fù)載。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1A示出一種傳統(tǒng)的BUCK電路。
[0014]圖1B示出圖1A中的驅(qū)動(dòng)電路I的示例性輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0015]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的經(jīng)改進(jìn)的BUCK型D⑶C變換器。
【具體實(shí)施方式】
[0016]傳統(tǒng)的BUCK型D⑶C的輸出級(jí)驅(qū)動(dòng)電路的靜態(tài)功耗較高，例如達(dá)到30uA以上。與之相比，LDO輸出級(jí)驅(qū)動(dòng)電路靜態(tài)功耗可以降到很低，例如降到2uA。基于此，本發(fā)明提出一種BUCK/LD0雙模的新型直流電壓變換器。為便于說(shuō)明，實(shí)施例中將這種新型的直流電壓變換器稱(chēng)為改進(jìn)的BUCK型D⑶C變換器。
[0017]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的改進(jìn)的BUCK型EOC變換器。圖2中和圖1A相同的元件不再贅述。圖2對(duì)圖1A電路的改進(jìn)主要在于添加了 LDO模式驅(qū)動(dòng)電路2和選通控制器3。
[0018]如圖所示，驅(qū)動(dòng)電路2的輸出連接至PMOS管41的柵極。驅(qū)動(dòng)電路2接收Vfb用于閉環(huán)反饋。選通控制電路3的選通信號(hào)分別連接驅(qū)動(dòng)電路I和驅(qū)動(dòng)電路2。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路I被選通時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路2停止。此時(shí)電路簡(jiǎn)化為圖1A所示的電路，按照BUCK模式工作。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路2被選通時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路I停止。此時(shí)，NMOS管42斷開(kāi)，驅(qū)動(dòng)電路2輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制PMOS管41，而電感器62此時(shí)相當(dāng)于導(dǎo)線。驅(qū)動(dòng)電路2、PMOS管41、電阻網(wǎng)絡(luò)5、以及從電阻網(wǎng)絡(luò)5到驅(qū)動(dòng)電路2的反饋回路，一起構(gòu)成一個(gè)完整的LDO變換器。
[0019]可見(jiàn)，通過(guò)利用選通控制電路3選擇性地選通BUCK型D⑶C的輸出級(jí)驅(qū)動(dòng)電路I和LDO模式驅(qū)動(dòng)電路2，提供了一種BUCK/LD0雙模的電壓變換器。為了達(dá)到減小靜態(tài)電流的目的，可在Vwt無(wú)負(fù)載或負(fù)載較小(例如，負(fù)載小于10uA)時(shí)，切換到LDO模式，以發(fā)揮LDO電路靜態(tài)電流小的優(yōu)勢(shì)；在Vtjut有較大負(fù)載(例如，負(fù)載大于10uA)時(shí)，切換到BUCK模式，以發(fā)揮BUCK電路轉(zhuǎn)換效率高的模式。
[0020]選通控制電路3可以采取本技術(shù)領(lǐng)域任何可用的手段來(lái)監(jiān)測(cè)Vrat的負(fù)載。作為示例而非限制，可監(jiān)測(cè)PMOS管41的開(kāi)啟時(shí)間(開(kāi)啟時(shí)間和充給電容C的電量是正相關(guān)的)，或監(jiān)測(cè)給電容的充電電流(流過(guò)PMOS管41的電流/流過(guò)電感62的電流。
[0021]在圖2所示例的方案中，開(kāi)關(guān)元件4是采用PMOS管41和NMOS管42構(gòu)成的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，也能夠采用PNP管和NPN管來(lái)等效地構(gòu)建開(kāi)關(guān)元件4。
[0022]本發(fā)明所提出的新式電壓轉(zhuǎn)換器電路中包括BUCK電路和LDO電路二者。為便于討論，申請(qǐng)人在實(shí)施例中將其稱(chēng)呼為“改進(jìn)的BUCK型DCDC變換器”，因?yàn)槎鄶?shù)情況下，當(dāng)這種電壓變換器電路被用于電子設(shè)備中時(shí)，電子設(shè)備工作狀態(tài)下(即非靜態(tài)時(shí))的電壓轉(zhuǎn)換基本是由BUCK電路進(jìn)行的。但申請(qǐng)人并不旨在排除其他情況，例如當(dāng)BUCK/LD0雙模切換的閾值選取得較高時(shí)，或者當(dāng)電子設(shè)備的芯片極為節(jié)能時(shí)，電子設(shè)備以低負(fù)載工作并不導(dǎo)致LDO到BUCK的切換。因此，應(yīng)理解，本發(fā)明本質(zhì)上是一種新式的直流電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)確定，而不受實(shí)施例中出現(xiàn)的某些稱(chēng)呼的影響。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種直流電壓變換器，包括: 開(kāi)關(guān)元件，其連接直流輸入電壓Vdd ； BUCK型DCDC驅(qū)動(dòng)電路，其為所述開(kāi)關(guān)元件提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得所述開(kāi)關(guān)元件反復(fù)地導(dǎo)通和關(guān)閉，從而在所述開(kāi)關(guān)元件的輸出端輸出交流信號(hào)； 電感，連接至所述開(kāi)關(guān)元件的輸出端； 電容，連接在所述電感和接地之間，所述電感和所述電容的連接節(jié)點(diǎn)作為輸出節(jié)點(diǎn)Vwt，提供所述直流電壓變換器的輸出直流電壓； 電阻網(wǎng)絡(luò)，其連接在Vrat和接地之間，將所述輸出直流電壓的分壓作為反饋電壓提供給所述BUCK型D⑶C驅(qū)動(dòng)電路； LDO驅(qū)動(dòng)電路，其接收所述反饋電壓，并輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)至所述開(kāi)關(guān)元件，從而同所述開(kāi)關(guān)元件、所述電阻網(wǎng)絡(luò)一起作為L(zhǎng)DO穩(wěn)壓電路工作；以及 選通控制電路，其選通所述BUCK型D⑶C驅(qū)動(dòng)電路和所述LDO驅(qū)動(dòng)電路中的一個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的直流電壓變換器，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)元件包括PMOS管和NMOS管，其中所述PMOS管和NMOS管的柵極被所述BUCK型DCDC驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制，所述PMOS管的源極連接至VDD，所述NMOS管的源極接地，所述PMOS管的漏極連接所述NMOS管的漏極并作為所述開(kāi)關(guān)元件的輸出端，所述BUCK型DCDC驅(qū)動(dòng)電路使所述PMOS管和所述NMOS管交替地導(dǎo)通。
3.如權(quán)利要求2所述的直流電壓變換器，其特征在于，所述LDO驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出至所述PMOS管的柵極。
4.如權(quán)利要求1所述的直流電壓變換器，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)元件包括PNP管和NPN管，其中所述PNP管和NPN管的基極被所述BUCK型DCDC驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制，所述PNP管的發(fā)射極連接至VDD，所述NPN管的發(fā)射極接地，所述PNP管的集電極連接所述NPN管的集電極并作為所述開(kāi)關(guān)元件的輸出端，所述BUCK型DCDC驅(qū)動(dòng)電路使所述PNP管和所述NPN管交替地導(dǎo)通。
5.如權(quán)利要求4所述的直流電壓變換器，其特征在于，所述LDO驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出至所述PNP管的基極。
6.如權(quán)利要求1一 5中任一項(xiàng)所述的直流電壓變換器，其特征在于，所述選通控制電路根據(jù)Vtjut的負(fù)載來(lái)選通所述BUCK型D⑶C驅(qū)動(dòng)電路和所述LDO驅(qū)動(dòng)電路中的一個(gè)。
7.如權(quán)利要求6所述的直流電壓變換器，其特征在于: 當(dāng)所述Vwt的負(fù)載大于預(yù)定閾值時(shí)，選通BUCK型DCDC驅(qū)動(dòng)電路；以及 當(dāng)所述Vwt的負(fù)載小于預(yù)定閾值時(shí)，選通LDO驅(qū)動(dòng)電路。
8.如權(quán)利要求7所述的直流電壓變換器，其特征在于，所述預(yù)定閾值為lOOuA。
9.如權(quán)利要求6所述的直流電壓變換器，其特征在于，所述選通控制電路監(jiān)測(cè)所述開(kāi)關(guān)元件的充電導(dǎo)通時(shí)間以確定Vrat的負(fù)載。
10.如權(quán)利要求6所述的直流電壓變換器，其特征在于，所述選通控制電路監(jiān)測(cè)給所述電容的充電電流以確定Vtjut的負(fù)載。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種減小BUCK靜態(tài)電流的技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一種BUCK型DCDC，在常規(guī)BUCK型DCDC的基礎(chǔ)上添加LDO模式驅(qū)動(dòng)電路以及選通控制器，當(dāng)BUCK型DCDC的輸出端的負(fù)載較低時(shí)（包括無(wú)負(fù)載時(shí)），可切換為L(zhǎng)DO模式。本發(fā)明利用了LDO靜態(tài)電流小的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】H02M3-155
【公開(kāi)號(hào)】CN104753344
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310738857
【發(fā)明人】樊茂
【申請(qǐng)人】展訊通信（上海）有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2013年12月27日