CN109951076B - 一种降低系统睡眠功耗的开关电源自适应占空比调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及开关电源技术领域，公开了一种降低系统睡眠功耗的开关电源自适应占空比调节方法。包括：开关电源从正常工作模式进入睡眠模式时，控制DC2DC开始以关闭、工作、关闭、工作的循环状态，每次的工作时间应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压(如有需要)的最小时间，在循环状态中对关闭时间进行增加或者减小，直到找到合适的占空比使满足DC2DC的输出电压不小于安全值的同时占空比最小。所述安全值为系统允许的DC2DC最小输出电压；更好的是在最小输出电压和正常工作电压之间设置阈值电压作为安全值。本发明采用关闭、工作、关闭、工作循环的过程中，调节关闭时间，找到最优的占空比，极大地降低系统睡眠模式下的电流，也能确保DC2DC能正常工作。

Description

一种降低系统睡眠功耗的开关电源自适应占空比调节方法
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，特别是一种降低系统睡眠功耗的开关电源自适应占空比调节方法。
背景技术
电源管理电路是现代模拟+射频+数字电路SOC芯片中非常重要的部分。电源管理电路一般包括一个开关电源转换器(Switch Power Regulator，直流-直流开关电源转换器一般简称为DC/DC转换器，或者简称DC2DC，本发明中简称为DC2DC)，和若干个LDO。在使用电池的供电的SOC系统中，这个开关电源一般是直流-直流降压型开关电源转换器(BUCK)。以使用锂电池供电的SOC电源管理电路为例，其大致结构如图1所示。其中，开关电源的主要作用将内部电路消耗的电流，以较高的效率转换到电池/电源电压下。例如，如果DC2DC输出电压是1.05V，输出电流是10mA，而这个时候，电池/电源电压是3V，转换效率是85％，那么这个时候在电池/电源端看到的电流就应该是：1.05*10/3/85％＝4.12mA。而LDO的作用是将DC2DC输出的电压进一步降压后分配给SOC内部不同的模块使用，以避免各个模块之间的相互干扰，例如，射频电路和数字电路之间需要通过LDO隔离，以避免相互干扰。LDO转换效率通常较低，尤其是在输入输出压差较大的时候。
开关电源一般包括一个基准源，一个时钟，控制电路，以及上拉开关和下拉开关。图2中以降压式开关电源转换器(BUCK)为例，描述开关电源的基本结构。除了芯片内部的电路，一般在芯片外部，开关电源还需要一个电感和电容。
开关电源的效率会随着输出负载(loading)电流的减小而减小。例如，在loading电流为10mA时，DC2DC的转换效率约为85％，但是在loading电流为10uA时，转换效率可能不到20％。这是因为，DC2DC自身会消耗一定的电流，例如20uA(这已经是一个比较小的假设)。所以，在loading电流很小时，通常的DC2DC电路转换效率极为低下。
而在使用电池供电的系统芯片(SOC)中，对睡眠模式电流要求极为严格。例如，低功耗蓝牙SOC芯片，要求系统睡眠电流低于3uA。这是一个极小的数值。
还是以低功耗蓝牙芯片为例，系统睡眠模式电流主要来自几部分：
1.数字电路漏电。芯片的数字电路即使在不工作时，也不可避免存在漏电，例如，微控制单元MCU，以及各种存储器等
2.模拟/射频部分电流。在系统睡眠时，通常还要求有一个定时器在工作，这个时候，就需要一个片内的低功耗时钟电路。
由于使用电池的系统对睡眠电流要求很高，所以通常的SOC芯片在睡眠模式下，不使用自身电流较大的DC2DC。而是直接使用一些低功耗的LDO。这些LDO也是系统睡眠电流的来源。
为了降低系统睡眠电流，通常的做法是：
1.使用髙阈值的MOS管来实现数字电路，以降低睡眠模式下，数字电路的漏电。但这样做会增加数字电路的面积，增加整个芯片的成本
2.在芯片内部每个子模块的电源上加入一个开关。在睡眠模式下，如果不需要工作的子电路，就断开此开关，使得这个子模块不再消耗电流。但是这样做也会使得芯片面积增大。尤其是数字电路，对于开关上的导通电阻有一定要求，所以，必然导致芯片面积增加。
3.如果不使用髙阈值的MOS来实现数字电路，也不添加额外的电源开关，那就需要使用超低功耗DC2DC，将芯片内部的电流，以较高的转换效率转换到电源电压上。
这就要求DC2DC在睡眠模式下自身的功耗低于1uA。即使是PFM或者BURST架构的DC2DC，也至少需要一个基准源和一个比较器，以维持对输出电压是否过低的判断。而小于1uA的基准源往往很难实现一定精度的输出，要实现精准输出，则基准源的面积和电流都会很大。
也可以通过一个时钟控制一个精准的，电流较大的，电路面积较小的基准源以一定的占空比工作(大部分时间关闭)，实现基准源平均电流的降低。但这种做法，芯片内部需要大量的去偶电容(decoupling capacitor)，以维持在基准源关闭期间，仍然有一个较为精准的基准电压(去偶电容太小，基准电压会随着时间而逐渐降低)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种降低系统睡眠功耗的开关电源自适应占空比调节方法。
本发明采用的技术方案如下：一种降低系统睡眠功耗的开关电源自适应占空比调节方法，包括以下过程：开关电源从正常工作模式进入睡眠模式时，控制DC2DC开始以关闭、工作、关闭、工作的循环状态，每次的工作时间应大于使得DC2DC内部电路启动完成的最小时间，如需要恢复DC2DC电压则每次的工作时间应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压的最小时间，在循环状态中对关闭时间进行增加或者减小，直到找到合适的占空比使满足DC2DC的输出电压不小于安全值的同时占空比最小。
进一步的，所述安全值为允许的DC2DC最小输出电压。
进一步的，在DC2DC正常输出电压V1和系统允许的DC2DC最小输出电压V2之间设定2个判断阈值电压V3和阈值电压V4，电压V3＝V1-A*(V1-V2)，电压V4＝V1-B*(V1-V2)，其中0＜A＜B＜1，循环状态中，安全值为电压V4。
进一步的，如果增加关闭时间后使DC2DC的输出电压小于阈值电压V4，则在下一个关闭状态时减少关闭时间。
进一步的，关闭时间的调节过程为：
Sa1：所述B＝N*A,其中0＜A＜B＜1，B的选择应考虑到环境变化后，DC2DC输出电压距离系统正常工作的最低电压V2仍有一定的裕度，N可以是整数，也可以不是整数；进入睡眠模式后，DC2DC首先进行第一次关闭，芯片依靠芯片外挂的DC2DC负载电容提供内部电压，第一次关闭的时间TOFF_1的选取应满足：在任何情况下，所有芯片内部模块消耗的电流，都不会导致DC2DC外部电容上的电压下降到阈值电压V3以下；
Sa2：DC2DC关闭TOFF_1之后，紧接着在时刻tON_1启动DC2DC工作持续TON时间(每次TON可以固定，也可以不固定，但都应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压(如有需要)的最小时间,并都应远小于任意一次关闭时间)，在TON时间内将DC2DC的输出电压恢复至电压V1；
Sa3：第一次工作TON时间结束之后，系统再次关闭DC2DC持续TOFF_2时间，持续的TOFF_2时间根据时刻tON_1的DC2DC的输出电压而定；
Sa4：关闭DC2DC持续TOFF_2时间，紧接着在时刻tON_2启动DC2DC工作持续TON时间(每次TON可以固定，也可以不固定，但都应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压(如有需要)的最小时间,并都应远小于任意一次关闭时间)，在TON时间内将DC2DC的输出电压恢复至电压V1；
Sa5：在接下来的睡眠模式中，DC2DC按照关闭、启动、关闭的循环顺序工作，每次开启的时刻为tON_N，开启持续时间为TON(每次TON可以固定，也可以不固定，但都应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压(如有需要)的最小时间,并都应远小于任意一次关闭时间)；每次关闭时刻为tOFF_N，关闭持续时间为TOFF_N，持续TOFF_N根据前一次开启时刻tON_N-1的DC2DC的输出电压状态决定；
Sa6：以此类推，DC2DC按照开启、关闭、开启、关闭的方式工作直至找到合适的占空比使满足DC2DC的输出电压不小于允许的DC2DC最小输出电压的同时占空比最小。
进一步的，所述Sa3中，如果在时刻tON_1，DC2DC的输出电压高于电压V3，也高于电压V4，则TOFF_2＝(B/A)*TOFF_1＝N*TOFF_1；如果在时刻tON_1，DC2DC的输出电压低于电压V3，也低于电压V4，则TOFF_2＝(A/B)*TOFF_1＝(1/N)*TOFF_1；如果在时刻tON_1，DC2DC输出电压低于电压V3，高于电压V4，则TOFF_2＝TOFF_1。
进一步的，所述Sa5中，如果DC2DC输出电压在时刻tON_N-1低于电压V3，高于电压V4，那么TOFF_N＝TOFF_N-1；如果DC2DC输出电压在时刻tON_N-1高于电压V3，也高于电压V4，那么TOFF_N＝(B/A)*TOFF_N-1＝N*TOFF_N-1；如果DC2DC输出电压在时刻tON_N-1低于电压V3，也低于电压V4，那么TOFF_N＝(A/B)*TOFF_N-1＝(1/N)*TOFF_N-1。
进一步的，关闭时间的调节过程为：
Sb1：所述B＝N*A,其中0＜A＜B＜1，B的选择应考虑到环境变化后，DC2DC输出电压距离系统正常工作的最低电压V2仍有一定的裕度，N可以是整数，也可以不是整数；进入睡眠模式后，DC2DC首先进行第一次关闭，芯片依靠芯片外挂的DC2DC负载电容提供内部电压，第一次关闭的时间TOFF_1的选取应满足：在任何情况下，所有芯片内部模块消耗的电流，都不会导致DC2DC外部电容上的电压下降后低于V3；
Sb2；DC2DC关闭TOFF_1之后，紧接着在时刻tON_1启动DC2DC工作持续TON时间(每次TON可以固定，也可以不固定，但都应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压(如有需要)的最小时间,并都应远小于任意一次关闭时间),持续TON时间之内，实时判断DC2DC输出电压与电压V3、电压V4的关系，来确定是否恢复工作持续时间中是否将DC2DC输出电压恢复至电压V1以及下一次关闭的持续时间；
Sb3：第一次TON结束之后，系统在时刻tOFF_2再次关闭DC2DC持续TOFF_2时间，本次关闭时间TOFF_2根据Sb2中的判断结果设定；
Sb4：在接下来的睡眠模式中，DC2DC按照关闭、启动、关闭的循环顺序工作，每次开启的时刻为tON_N，开启持续时间为TON(每次TON可以固定，也可以不固定，但都应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压(如有需要)的最小时间,并都应远小于任意一次关闭时间)；每次关闭时刻为tOFF_N，关闭持续时间为TOFF_N，持续时间TOFF_N根据时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC的输出电压状态决定；
Sb5：以此类推，DC2DC按照开启、关闭、开启、关闭的方式工作直至找到合适的占空比使满足DC2DC的输出电压不小于允许的DC2DC最小输出电压的同时占空比最小。
进一步的，所述Sb2、Sb3中，若TON时间段内，DC2DC输出电压都高于电压V3，则不将其输出电压恢复至正常工作电压V1，并且设定TOFF_2＝((B-A)/A)*TOFF_1＝(N-1)*TOFF_1；若TON时间段内，DC2DC有任意时刻输出电压低于电压V3，但此时DC2DC输出电压高于电压V4，则将DC2DC输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_2＝TOFF_1；若TON时间段内，DC2DC有任意时刻输出电压低于电压V3，同时也低于电压V4，则将DC2DC输出电压恢复至V1，并且设定TOFF_2＝(A/(B-A))*TOFF_1＝(1/(N-1))*TOFF_1。
进一步的，所述Sb4中，设定两个标志：
标志1：如果在时刻tON_N-2～时刻tON_N-2+TON这段时间内，DC2DC将其输出恢复至V1，那么标志1有效
标志2：如果在时刻tON_N-2～时刻tON_N-2+TON这段时间内，DC2DC没有将其输出恢复至V1，那么标志2有效；
如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC输出电压低于电压V3，高于电压V4，并且标志2有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC将输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝((B-A)/A)*TOFF_N-1＝(N-1)*TOFF_N-1；
如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC输出电压低于电压V3，高于电压V4，并且标志1有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC将输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝TOFF_N-1；
如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC输出电压高于电压V3，也高于电压V4，并且标志1有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC不将其输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝((B-A)/A)*TOFF_N-1＝(N-1)*TOFF_N-1；
如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC输出电压高于电压V3，也高于电压V4，并且标志2有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC不将其输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝((B-A)/A)*TOFF_N-1＝(N-1)*TOFF_N-1；
如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内某个时刻，DC2DC输出电压低于电压V3，也低于电压V4，并且标志1有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC将其输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝(A/(B-A))*TOFF_N-1＝(1/(N-1))*TOFF_N-1；
如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内某个时刻，DC2DC输出电压低于电压V3，也低于电压V4，并且标志2有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC将其输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝TOFF_N-1。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：采用本发明的技术方案，采用关闭、工作、关闭、工作循环的过程中，调节关闭的时间，为每片芯片找到最优的工作-关闭占空比；实现DC2DC自身平均电流的降低；进而实现DC2DC在载荷很小时也能维持较高的转换效率；极大地降低系统睡眠模式下的整体电流；同时设定阈值电压，也能确保DC2DC输出电压不会因占空比过大而变低使得系统不能正常工作。
附图说明
图1是现有技术中使用锂电池供电的SOC中的电源管理电路结构示意图。
图2是现有技术中开关电源的结构示意图。
图3是系统进入睡眠模式后情况一电压展示图。(以A＝0.25，B＝0.5，N＝2为例说明)
图4是系统进入睡眠模式后情况一DC2DC经过第一次关闭第一次工作后的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.5，N＝2为例说明)
图5是系统进入睡眠模式后情况一DC2DC经过第二次关闭的一种情况的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.5，N＝2为例说明)
图6是系统进入睡眠模式后情况一DC2DC经过第二次关闭的另一种情况的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.5，N＝2为例说明)
图7是系统进入睡眠模式后情况一DC2DC经过第二次关闭的另一种情况的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.5，N＝2为例说明)
图8是系统进入睡眠模式后情况一DC2DC经过第二次工作的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.5，N＝2为例说明)
图9是系统进入睡眠模式后情况一DC2DC经过关闭、工作、关闭、工作顺序循环的一种情况电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.5，N＝2为例说明)
图10是系统进入睡眠模式后情况一DC2DC经过关闭、工作、关闭、工作顺序循环的另一种情况电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.5，N＝2为例说明)
图11是系统进入睡眠模式后情况一DC2DC经过关闭、工作、关闭、工作顺序循环的另一种情况电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.5，N＝2为例说明)
图12是系统进入睡眠模式后情况二DC2DC经过第一次关闭后的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.75，N＝3为例说明)
图13是系统进入睡眠模式后情况二DC2DC经过第一次关闭、第一次工作、再一次关闭后一种情况的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.75，N＝3为例说明)
图14是系统进入睡眠模式后情况二DC2DC经过第一次关闭、第一次工作、再一次关闭后另一种情况的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.75，N＝3为例说明)
图15是系统进入睡眠模式后情况二DC2DC经过第一次关闭、第一次工作、再一次关闭后另一种情况的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.75，N＝3为例说明)
图16是系统进入睡眠模式后情况二DC2DC经过关闭、工作、关闭、工作顺序循环的一种情况的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.75，N＝3为例说明)
图17是系统进入睡眠模式后情况二DC2DC经过关闭、工作、关闭、工作顺序循环的另一种情况的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.75，N＝3为例说明)
图18是系统进入睡眠模式后情况二DC2DC经过关闭、工作、关闭、工作顺序循环的另一种情况的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.75，N＝3为例说明)
图19是系统进入睡眠模式后情况二DC2DC经过关闭、工作、关闭、工作顺序循环的另一种情况的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.75，N＝3为例说明)
图20是系统进入睡眠模式后情况二DC2DC经过关闭、工作、关闭、工作顺序循环的另一种情况的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.75，N＝3为例说明)
图21是系统进入睡眠模式后情况二DC2DC经过关闭、工作、关闭、工作顺序循环的另一种情况的电压示意图。(以A＝0.25，B＝0.75，N＝3为例说明)
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
占空比＝工作时间/(工作时间+关闭时间)，可见可以控制DC2DC以一定的占空比工作，实现睡眠模式下降低芯片内部电流。例如，每隔500ms工作500us。假设DC2DC工作时自身消耗电流是20uA，那么，在这种间歇工作模式下，DC2DC的平均消耗电流就只有20nA。所以当负载电流很低时，极大地提高了DC2DC的转换效率。当DC2DC不工作时，则依靠DC2DC片外电容提供芯片内部所需要的电压。这种模式需要DC2DC的占空比必须小于一定比例，以实现对DC2DC自身消耗电流的有效降低。而DC2DC的占空比也不能太小，如果DC2DC工作的占空比太小，也就是DC2DC自身关闭时间太长，就会导致DC2DC片外电容上的电压无法得到有效及时的补充，使得系统无法正常工作。这就使得这种工作模式存在一个风险。睡眠模式下，芯片内部消耗电流因芯片制造工艺偏差/内部工作电压偏差/温度变化有很大不同。例如，同一型号的两颗芯片，由于制造工艺偏差，睡眠模式下，芯片内部消耗电流，特别是数字电路的漏电，可能会存在10倍的偏差。而芯片并不知道它本身在睡眠模式下，内部会消耗多少电流。所以无法控制所有芯片按照统一的占空比工作。由上述内容可见：如果占空比过高，则不会有效降低DC2DC自身电流，从而使得DC2DC转换效率不能有效提高；而占空比过低，系统可能工作不正常。所以需要找到一个合理的占空比。
本实施例的开关电源自适应占空比调节方法：开关电源从正常工作模式进入睡眠模式时，控制DC2DC开始以关闭、工作、关闭、工作的循环状态，每次的工作时间应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压(如有需要)的最小时间,并应远小于任意一次关闭时间，第一次关闭的时间从一个较小的值开始，本领域技术人员都知道系统睡眠模式下，DC2DC工作时间需较小以降低DC2DC平均电流(大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压(如有需要)的最小时间即可)，在循环状态中对关闭时间进行增加，增加关闭时间可以降低占空比，但同时关闭时间过长会导致关闭状态下DC2DC的输出电压小于安全值(即允许的DC2DC最小输出电压的或者设定大于最小输出电压的阈值)，因此合适的占空比使满足的条件：DC2DC的输出电压不小于安全值的同时占空比最小。上述过程中DC2DC仍然维持正常工作的架构(PWM或者PFM结构都可以)，不需要额外改变。
判断阈值的设定：在DC2DC正常输出电压V1和系统允许的DC2DC最小输出电压V2之间设定2个判断阈值电压V3和阈值电压V4，电压V3＝V1-A*(V1-V2)，电压V4＝V1-B*(V1-V2)，其中0＜A＜B＜1，循环状态中，DC2DC的输出电压不小于电压V4。V2是系统允许的DC2DC最低电压，但为了需要考虑到各种比较坏的情况，例如：温度突然变化导致睡眠模式电流突然变化等等，所以，会设置阈值电压V4要比V2高一些，预留出一定的安全区域。如果增加关闭时间后使DC2DC的输出电压小于阈值电压V4，则在下一个关闭状态时减少关闭时间。
如图3所示，DC2DC在正常工作时有一定的纹波，但纹波幅度通常远小于正常工作时输出电压和睡眠模式下系统允许的最低电压之差(V1-V2)。图3中tOFF_1之前，系统工作在正常模式，其波形上的锯齿波，即为电压纹波。
循环过程中关闭时间的调节过程分为两种情况：
情况一：
1.1：如图3所示，所述B＝N*A,其中0＜A＜B＜1，B的选择应考虑到环境变化后，DC2DC输出电压距离系统正常工作的最低电压V2仍有一定的裕度，N可以是整数，也可以不是整数；进入睡眠模式后，DC2DC首先进行第一次关闭，芯片依靠芯片外挂的DC2DC负载电容提供内部电压，给需要工作和保存数据的模块使用。
第一次关闭的时间TOFF_1的选取应满足：即使在最坏情况下(例如，高温)，所有芯片内部模块消耗的电流，都不会导致DC2DC外部电容上的电压下降到阈值电压V3以下；
1.2：如图4所示，DC2DC关闭TOFF_1之后，紧接着在时刻tON_1启动DC2DC工作持续TON时间(每次TON可以固定，也可以不固定，但都应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压(如有需要)的最小时间,并都应远小于任意一次关闭时间)，并在时刻tON_1判断DC2DC输出电压是否大于或者小于V3或者V4，在TON时间内将DC2DC的输出电压恢复至电压V1；(TOFF_1的选择，应该使得此次判断DC2DC输出电压远远高于V3)
1.3：第一次工作TON时间结束之后，系统再次关闭DC2DC持续TOFF_2时间，持续的TOFF_2时间根据时刻tON_1的DC2DC的输出电压而定；在TOFF_2时间段内，芯片依靠芯片外挂的DC2DC负载电容提供内部电压，给需要工作和保存数据的模块使用。
1.3.1如图5所示，如果在时刻tON_1，DC2DC的输出电压高于电压V3，也高于电压V4，则TOFF_2＝(B/A)*TOFF_1＝N*TOFF_1(此种可能性最大，TOFF_1的选择，应使得tON_1时刻，DC2DC输出远大于V3和V4)。
1.3.2如图6所示，如果在时刻tON_1，DC2DC的输出电压低于电压V3，也低于电压V4，则TOFF_2＝(A/B)*TOFF_1＝(1/N)*TOFF_1；
1.3.3如图7所示。如果在时刻tON_1，DC2DC输出电压低于电压V3，高于电压V4，则TOFF_2＝TOFF_1。
1.4：如图8所示，关闭DC2DC持续TOFF_2时间，紧接着在时刻tON_2启动DC2DC工作持续TON时间(每次TON可以固定，也可以不固定，但都应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压(如有需要)的最小时间,并都应远小于任意一次关闭时间)，在TON时间内将DC2DC的输出电压恢复至电压V1；
1.5：在接下来的睡眠模式中，DC2DC按照关闭、启动、关闭的循环顺序工作，每次开启的时刻为tON_N，开启持续时间为TON(每次TON可以固定，也可以不固定，但都应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压(如有需要)的最小时间,并都应远小于任意一次关闭时间)；每次关闭时刻为tOFF_N，关闭持续时间为TOFF_N，持续TOFF_N根据前一次开启时刻tON_N-1的DC2DC的输出电压状态决定；
1.5.1如图9所示，如果DC2DC输出电压在时刻tON_N-1低于电压V3，高于电压V4，那么TOFF_N＝TOFF_N-1；
1.5.2如图10所示，如果DC2DC输出电压在时刻tON_N-1高于电压V3，也高于电压V4，那么TOFF_N＝(B/A)*TOFF_N-1＝N*TOFF_N-1；
1.5.3如图11所示，如果DC2DC输出电压在时刻tON_N-1低于电压V3，也低于电压V4，那么TOFF_N＝(A/B)*TOFF_N-1＝(1/N)*TOFF_N-1。
1.6：以此类推，DC2DC按照开启、关闭、开启、关闭的方式工作直至找到合适的占空比使满足DC2DC的输出电压不小于允许的DC2DC最小输出电压的同时占空比最小。直至退出睡眠模式。
情况二：
2.1：如图12所示，所述B＝N*A,其中0＜A＜B＜1，B的选择应考虑到环境变化后，DC2DC输出电压距离系统正常工作的最低电压V2仍有一定的裕度，N可以是整数，也可以不是整数；。进入睡眠模式后，DC2DC首先进行第一次关闭，芯片依靠芯片外挂的DC2DC负载电容提供电压，给芯片内部需要工作和保存数据的模块使用，第一次关闭的时间TOFF_1的选取应满足：所有芯片内部模块消耗的电流，都不会导致DC2DC外部电容上的电压下降后到达不安全区域；例如，可以选择最坏情况下，TOFF_1时间内，DC2DC外部电容的电压下降后仍然远远高于V3。
2.2：DC2DC关闭TOFF_1之后，紧接着在时刻tON_1启动DC2DC工作持续TON时间(每次TON可以固定，也可以不固定，但都应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压(如有需要)的最小时间,并都应远小于任意一次关闭时间),持续TON时间之内，实时判断DC2DC输出电压与电压V3、电压V4的关系，来确定恢复工作持续时间中是否将DC2DC输出电压恢复至电压V1以及下一次关闭的持续时间；
2.2.1如图13所示，若TON时间段内，DC2DC输出电压都高于电压V3，则这段时间内DC2DC只维持基本的电压比较功能(更有利于节省DC2DC平均电流)；则不将其输出电压恢复至正常工作电压V1，并且设定TOFF_2＝((B-A)/A)*TOFF_1＝(N-1)*TOFF_1(这种可能性最大。因为TON和TOFF_1的选择，应使得DC2DC输出电压在tOFF_1+TOFF_1时刻和tON_1+TON时刻远大于V3)。
2.2.2如图14所示，若TON时间段内，DC2DC有任意时刻输出电压低于电压V3，但此时DC2DC输出电压高于电压V4，则将DC2DC输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_2＝TOFF_1(TON和TOFF_1的选择，应该使得DC2DC输出电压在tOFF_1+TOFF_1时刻和tON_1+TON时刻远大于V3，所以这种可能性较小)。
2.2.3如图15所示，若TON时间段内，DC2DC有任意时刻输出电压低于电压V3，同时也低于电压V4，则将DC2DC输出电压恢复至V1，并且设定TOFF_2＝(A/(B-A))*TOFF_1＝(1/(N-1))*TOFF_1(TON和TOFF_1的选择，应该使得DC2DC输出电压在tOFF_1+TOFF_1时刻和tON_1+TON时刻远大于V3，所以这种可能性较小)。
2.3：第一次TON结束之后，系统在时刻tOFF_2再次关闭DC2DC持续TOFF_2时间，本次关闭时间TOFF_2根据2.2中的判断结果设定；
2.4：在接下来的睡眠模式中，DC2DC按照启动、关闭、启动的循环顺序工作，每次开启的时刻为tON_N，开启持续时间为TON(每次TON可以固定，也可以不固定，但都应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压(如有需要)的最小时间,并都应远小于任意一次关闭时间)；每次关闭时刻为tOFF_N，关闭持续时间为TOFF_N，持续时间TOFF_N根据时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC的输出电压状态决定；(在实际使用中，TOFF_N应远大于TON和TOFF_1)
设定两个标志：
标志1：如果在时刻tON_N-2～时刻tON_N-2+TON这段时间内，DC2DC将其输出恢复至V1，那么标志1有效；
标志2：如果在时刻tON_N-2～时刻tON_N-2+TON这段时间内，DC2DC没有将其输出恢复至V1，那么标志2有效；
2.4.1如图16所示，如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC输出电压低于电压V3，高于电压V4，并且标志2有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC将输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝((B-A)/A)*TOFF_N-1＝(N-1)*TOFF_N-1；在tOFF_N时刻，DC2DC关闭，关闭持续时间长度为TOFF_N。
2.4.2如图17所示，如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC输出电压低于电压V3，高于电压V4，并且标志1有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC将输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝TOFF_N-1；在tOFF_N时刻，DC2DC关闭，关闭持续时间长度为TOFF_N。
2.4.3如图18所示，如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC输出电压高于电压V3，也高于电压V4，并且标志1有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC不将其输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝((B-A)/A)*TOFF_N-1＝(N-1)*TOFF_N-1；在tOFF_N时刻，DC2DC关闭，关闭持续时间长度为TOFF_N。
2.4.4如图19所示，如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC输出电压高于电压V3，也高于电压V4，并且标志2有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC不将其输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝((B-A)/A)*TOFF_N-1＝(N-1)*TOFF_N-1；在tOFF_N时刻，DC2DC关闭，关闭持续时间长度为TOFF_N。
2.4.5如图20所示，如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内某个时刻，DC2DC输出电压低于电压V3，也低于电压V4，并且标志1有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC将其输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝(A/(B-A))*TOFF_N-1＝(1/(N-1))*TOFF_N-1；
2.4.6如图21所示，如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内某个时刻，DC2DC输出电压低于电压V3，也低于电压V4，并且标志2有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC将其输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝TOFF_N-1。
2.5：以此类推，DC2DC按照开启、关闭、开启、关闭的方式工作直至找到合适的占空比使满足DC2DC的输出电压不小于允许的DC2DC最小输出电压的同时占空比最小，直至退出睡眠模式。
情况2更有利于降低睡眠模式下DC2DC的平均电流.
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种降低系统睡眠功耗的开关电源自适应占空比调节方法，其特征在于，包括以下过程：开关电源从正常工作模式进入睡眠模式时，控制DC2DC开始以关闭、工作、关闭、工作的循环状态，每次的工作时间应大于使得DC2DC内部电路启动完成的最小时间，如需要恢复DC2DC电压则每次的工作时间应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压的最小时间，在循环状态中对关闭时间进行增加或者减小，直到找到合适的占空比使满足DC2DC的输出电压不小于安全值的同时占空比最小；
在DC2DC正常输出电压V1和系统允许的DC2DC最小输出电压V2之间设定2个判断阈值电压V3和阈值电压V4，电压V3＝V1-A*(V1-V2)，电压V4＝V1-B*(V1-V2)，其中0＜A＜B＜1，循环状态中，安全值为电压V4；
如果增加关闭时间后使DC2DC的输出电压小于阈值电压V4，则在下一个关闭状态时减少关闭时间；
关闭时间的调节过程为：
Sa1：所述B＝N*A,其中0＜A＜B＜1，B的选择应考虑到环境变化后，DC2DC输出电压距离系统正常工作的最低电压V2仍有一定的裕度，N可以是整数，也可以不是整数；进入睡眠模式后，DC2DC首先进行第一次关闭，芯片依靠芯片外挂的DC2DC负载电容提供内部电压，第一次关闭的时间TOFF_1的选取应满足：在任何情况下，所有芯片内部模块消耗的电流，都不会导致DC2DC外部电容上的电压下降到阈值电压V3以下；
Sa2：DC2DC关闭TOFF_1之后，紧接着在时刻tON_1启动DC2DC工作持续TON时间，在TON时间内将DC2DC的输出电压恢复至电压V1；
Sa3：第一次工作TON时间结束之后，系统再次关闭DC2DC持续TOFF_2时间，持续的TOFF_2时间根据时刻tON_1的DC2DC的输出电压而定；
Sa4：关闭DC2DC持续TOFF_2时间，紧接着在时刻tON_2启动DC2DC工作持续TON时间，在TON时间内将DC2DC的输出电压恢复至电压V1；
Sa5：在接下来的睡眠模式中，DC2DC按照关闭、启动、关闭的循环顺序工作，每次开启的时刻为tON_N，开启持续时间为TON，每次TON时间应远小于任意一次关闭时间；每次关闭时刻为tOFF_N，关闭持续时间为TOFF_N，持续TOFF_N根据前一次开启时刻tON_N-1的DC2DC的输出电压状态决定；
Sa6：以此类推，DC2DC按照开启、关闭、开启、关闭的方式工作直至找到合适的占空比使满足DC2DC的输出电压不小于允许的DC2DC最小输出电压的同时占空比最小。
2.如权利要求1所述的降低系统睡眠功耗的开关电源自适应占空比调节方法，其特征在于，所述安全值为允许的DC2DC最小输出电压。
3.如权利要求1所述的降低系统睡眠功耗的开关电源自适应占空比调节方法，其特征在于，所述Sa3中，如果在时刻tON_1，DC2DC的输出电压高于电压V3，也高于电压V4，则TOFF_2＝(B/A)*TOFF_1＝N*TOFF_1；如果在时刻tON_1，DC2DC的输出电压低于电压V3，也低于电压V4，则TOFF_2＝(A/B)*TOFF_1＝(1/N)*TOFF_1；如果在时刻tON_1，DC2DC输出电压低于电压V3，高于电压V4，则TOFF_2＝TOFF_1。
4.如权利要求3所述的降低系统睡眠功耗的开关电源自适应占空比调节方法，其特征在于，所述Sa5中，如果DC2DC输出电压在时刻tON_N-1低于电压V3，高于电压V4，那么TOFF_N＝TOFF_N-1；如果DC2DC输出电压在时刻tON_N-1高于电压V3，也高于电压V4，那么TOFF_N＝(B/A)*TOFF_N-1＝N*TOFF_N-1；如果DC2DC输出电压在时刻tON_N-1低于电压V3，也低于电压V4，那么TOFF_N＝(A/B)*TOFF_N-1＝(1/N)*TOFF_N-1。
5.一种降低系统睡眠功耗的开关电源自适应占空比调节方法，其特征在于，包括以下过程：开关电源从正常工作模式进入睡眠模式时，控制DC2DC开始以关闭、工作、关闭、工作的循环状态，每次的工作时间应大于使得DC2DC内部电路启动完成的最小时间，如需要恢复DC2DC电压则每次的工作时间应大于使得DC2DC内部电路启动完成并恢复DC2DC电压的最小时间，在循环状态中对关闭时间进行增加或者减小，直到找到合适的占空比使满足DC2DC的输出电压不小于安全值的同时占空比最小；
在DC2DC正常输出电压V1和系统允许的DC2DC最小输出电压V2之间设定2个判断阈值电压V3和阈值电压V4，电压V3＝V1-A*(V1-V2)，电压V4＝V1-B*(V1-V2)，其中0＜A＜B＜1，循环状态中，安全值为电压V4；
如果增加关闭时间后使DC2DC的输出电压小于阈值电压V4，则在下一个关闭状态时减少关闭时间；
关闭时间的调节过程为：
Sb1：所述B＝N*A,其中0＜A＜B＜1，B的选择应考虑到环境变化后，DC2DC输出电压距离系统正常工作的最低电压V2仍有一定的裕度，N可以是整数，也可以不是整数；进入睡眠模式后，DC2DC首先进行第一次关闭，芯片依靠芯片外挂的DC2DC负载电容提供内部电压，第一次关闭的时间TOFF_1的选取应满足：在任何情况下，所有芯片内部模块消耗的电流，都不会导致DC2DC外部电容上的电压下降后低于V3；
Sb2；DC2DC关闭TOFF_1之后，紧接着在时刻tON_1启动DC2DC工作持续TON时间,持续TON时间之内，实时判断DC2DC输出电压与电压V3、电压V4的关系，来确定是否恢复工作持续时间中是否将DC2DC输出电压恢复至电压V1以及下一次关闭的持续时间；
Sb3：第一次TON结束之后，系统在时刻tOFF_2再次关闭DC2DC持续TOFF_2时间，本次关闭时间TOFF_2根据Sb2中的判断结果设定；
Sb4：在接下来的睡眠模式中，DC2DC按照关闭、启动、关闭的循环顺序工作，每次开启的时刻为tON_N，开启持续时间为TON，每次TON时间应远小于任意一次关闭时间；每次关闭时刻为tOFF_N，关闭持续时间为TOFF_N，持续时间TOFF_N根据时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC的输出电压状态决定；
Sb5：以此类推，DC2DC按照开启、关闭、开启、关闭的方式工作直至找到合适的占空比使满足DC2DC的输出电压不小于允许的DC2DC最小输出电压的同时占空比最小。
6.如权利要求5所述的降低系统睡眠功耗的开关电源自适应占空比调节方法，其特征在于，所述Sb2、Sb3中，若TON时间段内，DC2DC输出电压都高于电压V3，则不将其输出电压恢复至正常工作电压V1，并且设定TOFF_2＝((B-A)/A)*TOFF_1＝(N-1)*TOFF_1；若TON时间段内，DC2DC有任意时刻输出电压低于电压V3，但此时DC2DC输出电压高于电压V4，则将DC2DC输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_2＝TOFF_1；若TON时间段内，DC2DC有任意时刻输出电压低于电压V3，同时也低于电压V4，则将DC2DC输出电压恢复至V1，并且设定TOFF_2＝(A/(B-A))*TOFF_1＝(1/(N-1))*TOFF_1。
7.如权利要求6所述的降低系统睡眠功耗的开关电源自适应占空比调节方法，其特征在于，所述Sb4中，设定两个标志：
标志1：如果在时刻tON_N-2～时刻tON_N-2+TON这段时间内，DC2DC将其输出恢复至V1，那么标志1有效
标志2：如果在时刻tON_N-2～时刻tON_N-2+TON这段时间内，DC2DC没有将其输出恢复至V1，那么标志2有效；
如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC输出电压低于电压V3，高于电压V4，并且标志2有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC将输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝((B-A)/A)*TOFF_N-1＝(N-1)*TOFF_N-1；
如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC输出电压低于电压V3，高于电压V4，并且标志1有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC将输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝TOFF_N-1；
如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC输出电压高于电压V3，也高于电压V4，并且标志1有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC不将其输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝((B-A)/A)*TOFF_N-1＝(N-1)*TOFF_N-1；
如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内DC2DC输出电压高于电压V3，也高于电压V4，并且标志2有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC不将其输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝((B-A)/A)*TOFF_N-1＝(N-1)*TOFF_N-1；
如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内某个时刻，DC2DC输出电压低于电压V3，也低于电压V4，并且标志1有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC将其输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝(A/(B-A))*TOFF_N-1＝(1/(N-1))*TOFF_N-1；
如果在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内某个时刻，DC2DC输出电压低于电压V3，也低于电压V4，并且标志2有效，那么在时刻tON_N-1～时刻tON_N-1+TON这段时间内，DC2DC将其输出电压恢复至电压V1，并且设定TOFF_N＝TOFF_N-1。
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