CN102594144A - 一种电流控制型直流降压电路及降低功耗的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电流控制型直流降压电路，该电路除了包括差错放大器、加法电路、电平转移电路、PWM比较器、RS触发器、驱动级电路和振荡器以外，还包括PSM控制电路。其中，PSM控制电路，用于以差错放大器输出的COMP电压信号达到下钳位电平为触发条件，输出控制信号使得驱动级电路关断功率开关，并且在COMP升高退出下钳位状态时，对电感电流峰值电流的最小值进行锁定。本发明还提供了一种降低电流控制型直流降压电路中轻载时功耗的方法。本发明提供电流控制型直流降压电路可在负载电流较大时，工作于PWM方式下，当负载电流较小时，工作于PSM方式下，PSM方式使得电路中的静态电流减小，电路的功耗相应降低。

Description

一种电流控制型直流降压电路及降低功耗的方法

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种电流控制型直流降压电路及降低功耗的方法。

背景技术

现有的直流降压电路的控制方式有电压控制方式和电流控制方式。电压控制方式是用电压误差信号直接控制PWM脉冲宽度，使输出电压改变，虽然电压控制方式技术较成熟，但其具有暂态响应慢的缺点，同时，由于电压控制方式的直流降压电路模块较多，因此静态功耗较大，一般在0.8mA左右。

相对电压控制方式而言，电流方式控制不是用电压误差信号直接控制PWM脉冲宽度，而是直接控制峰值输出侧的电感电流大小，然后间接地控制PWM脉冲宽度，从而使输出电压改变。电流控制方式暂态闭环响应较快，对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应较快。

如图1所示，现有的电流控制型直流降压电路通常包括：差错放大器101、加法电路102、电平转移电路103、PWM比较器104、RS触发器105、驱动级电路106和振荡器OSC107等。其中，差错放大器101，用于将直流降压电路输出端的反馈电压VFB与参考电压的差值放大，输出COMP电压信号；加法电路102，用于将COMP电压信号转化为电流并将电流与斜坡补偿电流相减得到电感电流峰值电流；电平转移电路103，用于通过隔高电路将OSC的输出信号和电感电流峰值电流转换到BS-SW高电平；PWM比较器104，用输出PWM信号；RS触发器105，用于根据PWM比较器104的输出信号和振荡器OSC 107的输出信号生成控制信号；驱动级电路106，用于根据控制信号驱动功率开关管的导通和关闭。

虽然电流控制方式的直流降压电路比电压控制方式的暂态闭环响应快，但是，电流控制方式的直流降压电路仍然存在轻载时功耗较大的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电流控制型直流降压电路及降低功耗的方法，用以解决电流控制型直流降压电路在轻载时功耗较高的问题，其技术方案如下：

一种电流控制型直流降压电路，包括：PSM控制电路；

所述PSM控制电路，用于以所述直流降压电路中的差错放大器输出的COMP电压信号达到下钳位电平为触发条件，输出控制信号使得驱动级电路关断功率开关，并且在COMP升高退出下钳位状态时，对电感电流峰值电流的最小值进行锁定。

所述PSM控制电路包括：限流电路和电感电流峰值电流最小值锁定电路；

所述限流电路，用于限制所述电感电流峰值参考电流的最大值；

所述电感电流峰值电流最小值锁定电路，用于锁定所述电感电流峰值电流的最小值。

所述限流电路包括：第一MOS管、第二MOS管和第一电流源；

所述第一MOS管的源极连接电源、漏极连接所述第一电流源的一端、栅极连接所述直流降压电路的加法电路；

所述第二MOS管的源极连接所述直流降压电路的加法电路、漏极连接电源、栅极连接所述第一MOS管的漏极；

所述第一电流源的另一端接地。

所述加法电路包括：

第三MOS管、第四MOS管、第一电阻和第二电阻；

所述第三MOS管的源极连接电源、漏极连接所述第四MOS管、栅极连接所述限流电路的所述第一MOS管的栅极，所述第三MOS管的栅极与漏极连接；

所述第四MOS管的源极连接相互串联的所述第一电阻和第二电阻的一端、漏极连接所述第三MOS管的漏极、栅极连接所述差错放大器的输出端；

所述相互串联的所述第一电阻和第二电阻的另一端接地；

所述第一电阻和第二电阻的公共端连接所述限流电路的第二MOS管的源极。

所述电感电流峰值电流最小值锁定电路包括：第五MOS管、第六MOS管、第二电流源和第三电流源；

所述第五MOS管的源极连接电源、栅极连接所述第三MOS管的漏极、漏极连接所述第二电流源的一端；

所述第六MOS管的源极连接于所述第五MOS管的栅极、栅极连接所述第五MOS管的漏极、漏极连接所述第三电流源的一端；

所述第二电流源的另一端接地，所述第三电流源的另一端接地。

所述电感电流峰值电流最小值锁定电路还包括补偿电容；

所述补偿电容，连接于所述第七MOS管的漏极和第六MOS管的漏极之间。

所述电感电流峰值电流最小值锁定电路包括：第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第二电流源和第三电流源；

所述第五MOS管的源极连接电源、栅极连接所述第三MOS管的漏极、漏极连接所述第二电流源的一端；

所述第六MOS管的源极连接所述第七MOS管的漏极、栅极连接所述第五MOS管的漏极、漏极连接所述第三电流源的一端；

所述第二电流源的另一端接地，所述第三电流源的另一端接地；

所述第七MOS管的源极连接电源、漏极连接所述第六MOS管的源极、栅极连接所述第八MOS管，所述第七MOS管的源极的栅极与漏极连接；

所述第八MOS管的源极连接电源、栅极连接所述第七MOS管的栅极、漏极连接第九MOS管；

所述第九MOS管的栅极与所述第十MOS管连接、源极接地、漏极连接所述第八MOS管的漏极，所述第九MOS管的栅极与漏极连接；

所述第十MOS管的栅极连接所述第九MOS管的栅极、源极接地、漏极连接所述第五MOS管的栅极。

所述电感电流峰值电流最小值锁定电路还包括补偿电容；

所述补偿电容，连接于所述第六MOS管的漏极和第五MOS管的漏极之间。

一种降低电流控制型直流降压电路轻载时功耗的方法，该方法包括：

在所述电流控制型直流降压电路中加入PSM控制电路；

所述PSM控制电路以所述差错放大器输出的COMP电压信号达到下钳位电平为触发条件，输出控制信号使得驱动级电路关断功率开关管，并且在所述COMP电压信号升高退出下钳位状态时，对电感电流峰值电流的最小值进行锁定，电感以峰值为最小锁定电流向输出供电。

本发明提供的电流控制型直流降压电路及降低轻载功耗的方法中，当轻载时，使电路工作在PSM工作方式下，PSM控制电路利用差错放大器输出的COMP电压信号的下钳电平关断功率开关管并将电感电流峰值电流的最小值锁定，使得电流控制型直流降压电路中的静态电流大大降低，即静态功耗大大降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的电流控制型直流降压电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供电流控制型直流降压电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的PSM控制电路和加法电路组成的电路的具体结构图；

图4为本发明实施例提供的PSM控制电路和加法电路组成的电路的具体结构图；

图5为本发明实施例提供的PSM控制电路工作原理的仿真图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种电流控制型直流降压电路，如图2所示，本发明实施例提供的电流控制型直流降压电路除了包括：差错放大器101、加法电路102、电平转移电路103、PWM比较器104、RS触发器105、驱动级电路106和振荡器107以外，还包括PSM控制电路。

其中，PSM控制电路包括：限流电路208和电感电流峰值电流最小值锁定电路209。限流电路208，用于钳位电感电流峰值电流的最大值；电感电流峰值电流最小值锁定电路209，用于锁定电感电流峰值电流的最小值。

图3为本发明实施例提供的由PSM控制电路和加法电路组成的电路的具体结构图，其中，P301为图2中PSM控制电路的限流电路108的具体结构图，P302为图2中PSM控制电路的电感电流峰值电流最小值锁定电路109的具体结构图，P301和P302之间的电路为图2中加法电路102的具体结构图。

本实施例中的限流电路P301包括：第一MOS管M1、第二MOS管M2和第一电流源I1；加法电路包括：第三MOS管M3、第四MOS管M4第一电阻R1和第二电阻R2；电感电流峰值电流最小值锁定电路P302包括：第五MOS管M5、第六MOS管M6、第二电流源I2、第三电流源I3和补偿电容C。

其中，限流电路P301的第一MOS管M1的源极连接电源、漏极连接第一电流源I1、栅极连接加法电路的第三MOS管M3的栅极；限流电路P301的第二MOS管M2的漏极连接电源、栅极连接第一MOS管M1的漏极、源极连接加法电路的相互串联的第一电阻R1和第二电阻R2的公共端；第一电流源I1的一端连接第一MOS管M1的漏极，另一端接地。

其中，加法电路的第三MOS管M3的源极连接电源、漏极连接第四MOS管M4、栅极连接限流电路P301的第一MOS管M1的栅极，第三MOS管M3的栅极与漏极连接；加法电路的第四MOS管M4的源极连接相互串联的第一电阻R1和第二电阻R2的一端连接、漏极连接第三MOS管M3的漏极M3、栅极连接差错放大器的输出端；相互串联的第一电阻R1和第二电阻R2的另一端接地。

其中，电感电流峰值电流最小值锁定电路P302的第五MOS管M5的源极接电源、栅极接加法电路的第三MOS管M3的漏极、漏极连接第二电流源I2；第六MOS管M6的源极连接第五MOS管M5的栅极、栅极连接第五MOS管的漏极、漏极连接第三电流源I3；补偿电容C连接于第六MOS管M6的漏极和第五MOS管M5的漏极之间；第二电流源I2的一端连接第五MOS管M5的漏极，另一端接地；第三电流源I3的一端连接第六MOS管M6的漏极，另一端接地。

电感电流峰值电流最小值锁定电路P302中，第五MOS管M5镜像第三MOS管M3电流，第三MOS管M3、第五MOS管M5、第二电流源I2、第三电流源I3和第六MOS管M6组成一个电流锁定环路，补偿电容C用于稳定电流锁定环路。

当电路中的电源电压VDD较低、电感电流峰值电流最小值锁定电路P302不能保持锁定电流时，则采用图4中的电感电流峰值电流最小值锁定电路P402替代图3中的电感电流峰值电流最小值锁定电路P302。电感电流峰值电流最小值锁定电路P402包括：第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9、第十MOS管M10、第二电流源I2、第三电流源I3和补偿电容C。

其中，第五MOS管M5的源极接电源、栅极接第三MOS管M3的漏极、漏极连接第二电流源I2；第六MOS管M6的源极连接第七MOS管M7的漏极、栅极连接第五MOS管的漏极、漏极连接第三电流源I3；第七MOS管M7的源极连接电源、漏极连接第六MOS管M6的源极、栅极连接第八MOS管M8，第七MOS管M7的栅极与漏极连接；第八MOS管M8的源极连接电源、栅极连接第七MOS管M7的栅极、漏极连接第九MOS管M9；第九MOS管M9的栅极连接第十MOS管M10、源极连接地、漏极连接第八MOS管M8的漏极，第九MOS管M9的栅极与漏极连接；第十MOS管M10的栅极与第九MOS管M9的栅极连接、源极接地、漏极连接第五MOS管M5的栅极；第二电流源I2的一端连接第五MOS管M5的漏极，另一端接地；第三电流源I3的一端连接第六MOS管M6的漏极，另一端接地；补偿电容C，连接于第六MOS管M6的漏极和第五MOS管M5的漏极之间。

电感电流峰值电流最小值锁定电路P402中，第七MOS管M7镜像到第八MOS管M8，第九MOS管M9镜像到第十MOS管M10，得到较高的钳位电流。

本发明提供的电流控制型直流降压电路具有两种工作方式，即PWM方式和PSM方式，其中，当负载电流较大时，电路以动态功耗为主，此时，电路工作于PWM方式下，当负载电流较小时，电路以静态功耗为主，此时，电路工作于PSM方式下。

当电路工作于PSM方式下时，PSM控制电路的特点是：以差错放大器101输出的COMP电压信号的下钳位电平为判断条件，使得驱动级电路驱动功率开关管导通或关断；使用电感电流峰值电流最小值锁定电路P302锁定电感电流峰值电流的最小值。其中，COMP的下钳位电平为差错放大器101的输出信号COMP的最小值。PSM控制电路包括两个工作过程，如图5所示，第一个工作过程：电感以峰值为最小锁定电流向输出供电，此时电路的输出电压Vout升高，输出端的反馈电压VFB升高，差错放大器的输出COMP电压降低，当COMP电压降低到下钳位电平时，则驱动级电路驱动功率管关断，负载电流将由电容Cout提供；第二个工作过程：电路的输出电压Vout降低，输出端的反馈电压VFB降低，差错放大器的输出COMP电压升高，COMP电压信号退出下钳位状态，驱动级电路驱动功率开关管导通。COMP电压信号退出下钳位状态后，PSM控制电路重复第一个工作过程。

本发明实施例还提供了一种降低电流控制型直流降压电路低负载时功耗的方法，该方法包括：在现有的电流控制型直流降压电路中加入PSM控制电路。PSM控制电路以COMP电压达到下钳位电平为触发条件，输出控制信号使得驱动级电路关断功率开关，并且在COMP升高退出下钳位状态时，对电感电流峰值电流的最小值进行锁定。

本发明实施例通过在现有的电流控制型直流降压电路中加入PSM控制电路，使电路在轻载时工作于PSM工作方式下，PSM工作方式下的电路中静态电流较小，因此功耗较低。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种电流控制型直流降压电路，其特征在于，包括：PSM控制电路；

所述PSM控制电路，用于以所述直流降压电路中的差错放大器输出的COMP电压信号达到下钳位电平为触发条件，输出控制信号使得驱动级电路驱动功率开关管关断，并且在所述COMP电压信号升高退出下钳位状态时，对电感电流峰值电流的最小值进行锁定。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述PSM控制电路包括：

限流电路和电感电流峰值电流最小值锁定电路；

所述限流电路，用于钳位所述电感电流峰值参考电流的最大值；

所述电感电流峰值电流最小值锁定电路，用于锁定所述电感电流峰值电流的最小值。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述限流电路包括：

第一MOS管、第二MOS管和第一电流源；

所述第一MOS管的源极连接电源、漏极连接所述第一电流源的一端、栅极连接所述直流降压电路的加法电路；

所述第二MOS管的源极连接所述直流降压电路的加法电路、漏极连接电源、栅极连接所述第一MOS管的漏极；

所述第一电流源的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述加法电路包括：第三MOS管、第四MOS管、第一电阻和第二电阻；

所述第三MOS管的源极连接电源、漏极连接所述第四MOS管、栅极连接所述限流电路的所述第一MOS管的栅极，所述第三MOS管的栅极与漏极连接；

所述第四MOS管的源极连接相互串联的所述第一电阻和第二电阻的一端、漏极连接所述第三MOS管的漏极、栅极连接所述差错放大器的输出端；

所述相互串联的所述第一电阻和第二电阻的另一端接地；

所述第一电阻和第二电阻的公共端连接所述限流电路的第二MOS管的源极。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述电感电流峰值电流最小值锁定电路包括：第五MOS管、第六MOS管、第二电流源和第三电流源；

所述第五MOS管的源极连接电源、栅极连接所述第三MOS管的漏极、漏极连接所述第二电流源的一端；

所述第六MOS管的源极连接于所述第五MOS管的栅极、栅极连接所述第五MOS管的漏极、漏极连接所述第三电流源的一端；

所述第二电流源的另一端接地，所述第三电流源的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述电感电流峰值电流最小值锁定电路还包括补偿电容；

所述补偿电容，连接于所述第七MOS管的漏极和第六MOS管的漏极之间。

7.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述电感电流峰值电流最小值锁定电路包括：第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第二电流源和第三电流源；

所述第五MOS管的源极连接电源、栅极连接所述第三MOS管的漏极、漏极连接所述第二电流源的一端；

所述第六MOS管的源极连接所述第七MOS管的漏极、栅极连接所述第五MOS管的漏极、漏极连接所述第三电流源的一端；

所述第二电流源的另一端接地，所述第三电流源的另一端接地；

所述第七MOS管的源极连接电源、漏极连接所述第六MOS管的源极、栅极连接所述第八MOS管，所述第七MOS管的源极的栅极与漏极连接；

所述第八MOS管的源极连接电源、栅极连接所述第七MOS管的栅极、漏极连接第九MOS管；

所述第九MOS管的栅极与所述第十MOS管连接、源极接地、漏极连接所述第八MOS管的漏极，所述第九MOS管的栅极与漏极连接；

所述第十MOS管的栅极连接所述第九MOS管的栅极、源极接地、漏极连接所述第五MOS管的栅极。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述电感电流峰值电流最小值锁定电路还包括补偿电容；

所述补偿电容，连接于所述第六MOS管的漏极和第五MOS管的漏极之间。

9.一种降低电流控制型直流降压电路轻载时功耗的方法，其特征在于，该方法包括：

在所述电流控制型直流降压电路中加入PSM控制电路；

所述PSM控制电路以所述差错放大器输出的COMP电压信号达到下钳位电平为触发条件，输出控制信号使得驱动级电路关断功率开关管，并且在所述COMP电压信号升高退出下钳位状态时，对电感电流峰值电流的最小值进行锁定，电感以峰值为最小锁定电流向输出供电。

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