CN103138576A - Dcdc功率管实现电路及其实现方法 - Google Patents

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赵恰刚
苏国彬
刘迪军
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Abstract

本发明公开了一种DCDC功率管实现电路及其实现方法，该DCDC功率管实现电路至少包括：内部逻辑控制电路；划分模块，用于将DCDC的全部开关管与整流管按照工作的负载的类型和大小，分为N个可分别导通的模块；以及开关管和整流管驱动模块，通过内部逻辑控制电路对开关管和整流管驱动模块的控制，该模块驱动开关管和整流管的导通和关闭数由DCDC的工作状态和负载大小来决定，通过本发明，可以达到不同负载范围内的DCDC的效率最优。

Description

DCDC功率管实现电路及其实现方法
技术领域
本发明涉及一种DCDC功率管实现电路及其实现方法，特别是涉及一种可提高DCDC在不同负载下转换效率的DCDC功率管实现电路及其实现方法。
背景技术
随着科技的进步，许多易于携带的便携式产品不断开发，已逐渐成为人们生活中必不可少的物品之一。
目前越来越多的便携式电子产品需要使用电池供电，为了达到更长的电池工作时间，所以对于所使用电源管理芯片要求节能高效。由于电子产品的工作状态比较复杂多变，因而导致对其供电的电源管理芯片的工作负载的变化范围比较大。如何实现电源管理芯片中的DCDC(直流/直流)的不同负载下转换效率的优化成为目前各大厂商研究的热点之一。
然而，现有的技术方案一般都是单一的打开或关闭DCDC全部的开关管和整流管，因而不能实现在不同负载下将DCDC的导通损耗和开关损耗的动态优化，导致DCDC的转换效率只能在某一负载下是最优的，不能兼顾不同负载下的转换效率的最优化。
综上所述，可知现有技术中电源管理芯片的DCDC无法兼顾不同负载下转换效率的最优化的问题，因此，实有必要提出改进的技术手段，来解决此一问题。
发明内容
为克服上述现有技术中电源管理芯片的DCDC无法兼顾不同负载下转换效率的最优化的问题，本发明的主要目的在于提供一种DCDC功率管实现电路及其实现方法，其可以达到优化DCDC在不同工作负载下的转换效率的目的，尽可能的使各种负载下的DCDC转换效率都达到最优效果。
为达上述及其它目的，本发明提出一种DCDC功率管实现电路，至少包括：
内部逻辑控制电路；
划分模块，用于将DCDC的全部开关管与整流管按照工作的负载的类型和大小，分为N个可分别导通的模块；以及
开关管和整流管驱动模块，通过内部逻辑控制电路的控制，使开关管和整流管的导通和关闭数由DCDC的工作状态和负载大小来决定。
进一步地，该开关管和整流管驱动模块至少包括N种可变驱动能力，以通过控制该N种可变驱动能力使工作的开关管和整流管的尺寸N级可调。
进一步地，该划分模块中，每组PMOS晶体管(开关管)的源极连接直流电源电压，栅极分别连接一栅极驱动电压，每组PMOS晶体管(开关管)之漏极分别与一组NMOS晶体管(整流管)之漏极对应相连，每组NMOS晶体管(整流管)源极接地，栅极分别连接一栅极驱动电压，每组PMOS晶体管(开关管)与NMOS晶体管(整流管)相连的漏极共同连接，输出交流电压至后续LC电路。
为达到上述及其他目的，本发明还提出一种DCDC功率管实现电路的实现方法，其至少包括如下步骤：
步骤一，把DCDC的全部开关管和整流管按照工作的负载的类型和大小，分为N个可以分别导通的部分；
步骤二，N级驱动能力可调的开关管和整流管驱动模块，受控制于内部控制电路，来驱动DCDC的开关管和整流管的导通。
步骤三，通过内部逻辑控制电路，控制开关管和整流管驱动模块的驱动能力，使开关管和整流管的导通和关闭数目由DCDC的工作状态和负载大小来决定。
进一步地，在步骤二中，通过内部逻辑控制电路控制开关管和整流管驱动模块使工作的开关管和整流管的尺寸可调来实现。
与现有技术相比，本发明一种DCDC功率管电路及其实现方法，其通过将功率管合理的划分N个部分，通过内部逻辑控制电路控制开关管和整流管驱动模块使工作的开关管和整流管的尺寸可调，从而达到不同负载范围内的DCDC的效率最优。
附图说明
图1为DCDC开关管和整流管的栅宽大小与开关管和整流管上的功率损耗关系图；
图2为本发明一种DCDC功率管实现电路之系统架构图；
图3为本发明一种DCDC功率管实现电路之较佳实施例的划分模块的电路原理图；
图4为图3之金属连线的技术方案布局图；
图5为本发明一种DCDC功率管实现电路的实现方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
在说明本发明之原理之前，在此先对DCDC开关管和整流管的栅宽大小与开关管和整流管上的功率损耗的关系进行了解。图1为DCDC开关管和整流管的栅宽大小与开关管和整流管上的功率损耗关系图。由此图可以看出，在某一栅宽的位置可以达到总损耗最小，进而使效率最高。
由上图1可知，根据DCDC的工作原理和效率公式，可以计算出在不同负载下所使用的开关管和整流管的最优化的尺寸，因而本发明的原理就是在此基础上将功率管合理的划分N个部分，通过内部逻辑控制电路使工作的开关管和整流管的尺寸可调，从而达到不同负载范围内的DCDC的效率最优
图2为本发明一种DCDC功率管实现电路之系统架构图。如图2所示，本发明一种DCDC功率管实现电路至少包括划分模块201、内部逻辑控制电路202、以及开关管和整流管驱动模块203。
其中，划分模块201用于把DCDC全部的开关管和整流管按照工作的负载的类型和大小，在版图上分为几个可以分别导通的模块，通过内部逻辑控制电路202的控制，开关管和整流管驱动模块203使开关管和整流管的导通和关闭数由DCDC的工作状态和负载大小来决定，进而使DCDC的导通损耗和开关损耗在给定负载下达到该负载时的最优，达到开关管和整流管使用数目对负载大小的动态响应。
图3为本发明一种DCDC功率管电路之较佳实施例的划分模块的电路原理图，图4为图3之金属连线的技术方案布局图。请一并参照图3及图4，本发明一种DCDC功率管电路之划分模块201，至少包括N组并联的PMOS晶体管(MP1，MP2，...MPN)以及N组并联的NMOS晶体管(MN1，MN2，...MNN)，其中，每组PMOS晶体管的源极连接直流电源电压PVDD，栅极分别连接一栅极驱动电压，即MP1之栅极连接栅极驱动电压PG1，MP2之栅极连接栅极驱动电压PG2，依此类推，MPN之栅极连接栅极驱动电压PGN，每组PMOS晶体管之漏极分别与一组NMOS晶体管之漏极相连，即，MP1漏极与MN1漏极相连，MP2漏极与MN2漏极相连，依此类推，MPN漏极与MNN漏极相连，每个NMOS晶体管源极接地(PGND)，栅极分别连接一栅极驱动电压，即MN1之栅极连接栅极驱动电压NG1，MN2之栅极连接栅极驱动电压NG2，依此类推，MNN之栅极连接栅极驱动电压NGN，每组PMOS晶体管与NMOS晶体管相连的漏极共同连接，输出交流电压OUT，经后续LC电路输出直流电压(DC)。这样，内部逻辑控制电路202就可以根据DCDC的工作状态和负载，通过控制开关管和整流管驱动模块，控制PMOS晶体管与NMOS晶体管的通断，即工作的开关管和整流管的尺寸可调，从而达到不同负载范围内的DCDC的效率最优。
图5为本发明一种DCDC功率管实现电路的实现方法的步骤流程图。如图5所示，本发明一种DCDC功率管实现电路的实现方法，包括如下步骤：
步骤501，把DCDC的开关管和整流管按照工作的负载的类型和大小，在版图上分为N个可以分别导通的部分；
步骤502，N级驱动能力可调的开关管和整流管驱动模块，受控制于内部逻辑控制电路，来驱动DCDC的开关管和整流管的导通数目。
步骤503，通过内部逻辑控制电路，控制开关管和整流管驱动模块的驱动能力，使开关管和整流管的导通和关闭数目由DCDC的工作状态和负载大小来决定。
较佳的，内部逻辑控制电路通过控制开关管和整流管驱动模块，控制PMOS晶体管与NMOS晶体管的通断，即工作的开关管和整流管的尺寸可调，从而达到不同负载范围内的DCDC的效率最优。
综上所述，本发明一种DCDC功率管实现电路及其实现方法主要是克服现有技术的单一开关DCDC全部的开关管和整流管的工作模式，把DCDC的开关管和整流管的按照工作的负载的类型和大小，在版图上分为几个可以分别导通的部分，通过内部电路的逻辑电路的控制，使开关管和整流管的导通和关闭数目由DCDC的工作状态和负载大小来决定，进而使DCDC的导通损耗和开关损耗在给定负载下达到该负载时的最优。达到开关管和整流管使用数目对负载大小的动态响应。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (5)

1.一种DCDC功率管实现电路，至少包括：
内部逻辑控制电路；
划分模块，用于将DCDC的全部开关管与整流管按照工作的负载的类型和大小，分为N个可分别导通的模块；以及
开关管和整流管驱动模块，通过内部逻辑控制电路的控制，该驱动模块使开关管和整流管的导通和关闭数由DCDC的工作状态和负载大小来决定。
2.如权利要求1所述的DCDC功率管实现电路，其特征在于：该开关管和整流管驱动模块至少包括N种可变驱动能力，以通过控制该N种可变驱动能力使工作的开关管和整流管的尺寸N级可调。
3.如权利要求1所述的DCDC功率管实现电路，其特征在于：该划分模块的每组PMOS晶体管的源极连接直流电源电压，栅极分别连接一栅极驱动电压，每组PMOS晶体管之漏极分别与一组NMOS晶体管之漏极对应相连，每组NMOS晶体管源极接地，栅极分别连接一栅极驱动电压，每组PMOS晶体管与NMOS晶体管相连的漏极共同连接，输出交流电压至后续LC电路。
4.一种DCDC功率管实现电路的实现方法，至少包括如下步骤：
步骤一，把DCDC的全部开关管和整流管按照工作负载的类型和大小，分为N个可以分别导通的部分；
步骤二，N级驱动能力可调的开关管和整流管驱动模块，受控制于内部控制电路，来驱动DCDC的开关管和整流管的导通数目；
步骤三，通过内部逻辑控制电路，控制开关管和整流管驱动模块的驱动能力，使开关管和整流管的导通和关闭数目由DCDC的工作状态和负载大小来决定。
5.如权利要求4所述的DCDC功率管实现电路的实现方法，其特征在于：在步骤二中，通过该内部逻辑控制电路控制开关管和整流管驱动模块使工作的开关管和整流管的尺寸可调来实现。
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