CN116436264A - 用于fccm模式下的dc-dc变换器的轻载效率加强电路及dc-dc变换器 - Google Patents

用于fccm模式下的dc-dc变换器的轻载效率加强电路及dc-dc变换器 Download PDF

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Abstract

本公开的实施例提供一种用于FCCM模式下的DC‑DC变换器的轻载效率加强电路、以及DC‑DC变换器。轻载效率加强电路包括：轻载判断电路、逻辑控制电路、续流管驱动电路、及功率管驱动电路。轻载判断电路根据续流管采样电流和轻载阈值电流来生成轻载指示信号。逻辑控制电路根据DC‑DC变换器的占空比调制信号和时钟信号来生成续流管导通信号和功率管导通信号，以及根据轻载指示信号来生成快速驱动指示信号。续流管驱动电路在快速驱动指示信号处于有效电平且续流管导通信号处于无效电平的情况下，加快DC‑DC变换器的续流管的关断速度。功率管驱动电路在快速驱动指示信号和功率管导通信号处于有效电平的情况下，加快DC‑DC变换器的功率管的导通速度。

Description

用于FCCM模式下的DC-DC变换器的轻载效率加强电路及DC-DC 变换器
技术领域
本公开的实施例涉及集成电路技术领域，具体地，涉及用于强制连续导通模式(FCCM模式)下的DC-DC变换器的轻载效率加强电路、及FCCM模式下的DC-DC变换器。
背景技术
DC-DC(直流-直流)变换器常被用于在各种电子设备中进行直流电压的转换。DC-DC变换器包括降压变换器(BUCK)和升压变换器(BOOST)。降压变换器可将更高的直流电压转换成更低的直流电压。升压变换器可将更低的直流电压转换成更高的直流电压。在DC-DC变换器的工作过程中，续流管和功率管交替导通和关断。在续流管关断而功率管导通的瞬间，功率管的漏源电压不为零，但是功率管已经有电流流过，因此会产生开关损耗。尤其是在DC-DC变换器的负载为轻载的情况下会严重降低DC-DC变换器的效率。
发明内容
本文中描述的实施例提供了一种用于FCCM模式下的DC-DC变换器的轻载效率加强电路、及FCCM模式下的DC-DC变换器。
根据本公开的第一方面，提供了一种用于FCCM模式下的DC-DC变换器的轻载效率加强电路。该轻载效率加强电路包括：轻载判断电路、逻辑控制电路、续流管驱动电路、以及功率管驱动电路。其中，轻载判断电路被配置为：根据DC-DC变换器的续流管采样电流和轻载阈值电流来生成轻载指示信号。轻载指示信号的有效电平指示DC-DC变换器的负载为轻载。逻辑控制电路被配置为：根据DC-DC变换器的占空比调制信号和时钟信号来生成续流管导通信号和功率管导通信号，以及根据轻载指示信号来生成快速驱动指示信号。续流管驱动电路被配置为：在快速驱动指示信号处于有效电平且续流管导通信号处于无效电平的情况下，加快DC-DC变换器的续流管的关断速度。功率管驱动电路被配置为：在快速驱动指示信号和功率管导通信号二者处于有效电平的情况下，加快DC-DC变换器的功率管的导通速度。
在本公开的一些实施例中，续流管驱动电路还被配置为：在快速驱动指示信号和续流管导通信号二者处于无效电平的情况下，驱动DC-DC变换器的续流管以正常速度关断，以及在续流管导通信号处于有效电平的情况下，驱动DC-DC变换器的续流管以正常速度导通。
在本公开的一些实施例中，功率管驱动电路还被配置为：在快速驱动指示信号处于无效电平且功率管导通信号处于有效电平的情况下，驱动DC-DC变换器的功率管以正常速度导通，以及在功率管导通信号处于无效电平的情况下，驱动DC-DC变换器的功率管以正常速度关断。
在本公开的一些实施例中，轻载判断电路包括：续流管电流检测电路、检测结果存储电路、复位电路、以及电平转换电路。其中，续流管电流检测电路被配置为：在续流管导通信号处于有效电平的期间生成检测信号并经由第一节点向电平转换电路和检测结果存储电路提供检测信号。检测信号在续流管采样电流低于轻载阈值电流的情况下处于有效电平。检测结果存储电路被配置为：存储第一节点的电压。复位电路被配置为：在续流管导通信号或者时钟信号翻转为有效电平时将第一节点的电压复位成无效电平。电平转换电路被配置为：将检测信号的有效电平转换成目标电平以生成轻载指示信号。
在本公开的一些实施例中，续流管电流检测电路包括：电流比较器、以及压控开关。其中，电流比较器的第一输入端被提供轻载阈值电流。电流比较器的第二输入端被提供续流管采样电流。电流比较器的输出端耦接压控开关的第一端。压控开关的受控端被提供续流管导通信号。压控开关的第二端耦接第一节点。
在本公开的一些实施例中，检测结果存储电路包括：第一电容器。其中，第一电容器的第一端耦接第一节点。第一电容器的第二端耦接第二电压端。
在本公开的一些实施例中，复位电路包括：第一晶体管。其中，第一晶体管的控制极被提供时钟信号和续流管导通信号中的一者。第一晶体管的第一极耦接第二电压端。第一晶体管的第二极耦接第一节点。
在本公开的一些实施例中，续流管驱动电路包括：第一反相器、第一与非门、续流管驱动信号产生电路、以及续流管加速关断驱动电路。其中，续流管驱动信号产生电路被配置为：根据续流管导通信号来生成续流管驱动信号。其中，在续流管导通信号处于有效电平的情况下，续流管驱动信号驱动续流管导通。在续流管导通信号处于无效电平的情况下，续流管驱动信号驱动续流管关断。第一反相器的输入端被提供续流管导通信号。第一反相器的输出端耦接第一与非门的第一输入端。第一与非门的第二输入端被提供快速驱动指示信号。第一与非门的输出端耦接续流管加速关断驱动电路的输入端。从第一与非门的输出端输出续流管加速驱动信号。续流管加速关断驱动电路被配置为：在续流管加速驱动信号处于有效电平的情况下，增加续流管驱动信号的翻转速度以加快续流管的关断速度。
在本公开的一些实施例中，功率管驱动电路包括：第一与门、功率管驱动信号产生电路、以及功率管加速导通驱动电路。其中，功率管驱动信号产生电路被配置为：根据功率管导通信号来生成功率管驱动信号。其中，在功率管导通信号处于有效电平的情况下，功率管驱动信号驱动功率管导通。在功率管导通信号处于无效电平的情况下，功率管驱动信号驱动功率管关断。第一与门的第一输入端被提供功率管导通信号。第一与门的第二输入端被提供快速驱动指示信号。第一与门的输出端耦接功率管加速导通驱动电路的输入端。从第一与门的输出端输出功率管加速驱动信号。功率管加速导通驱动电路被配置为：在功率管加速驱动信号处于有效电平的情况下，增加功率管驱动信号的翻转速度以加快功率管的导通速度。
在本公开的一些实施例中，该DC-DC变换器是升压变换器。
在本公开的一些实施例中，该DC-DC变换器是降压变换器。
根据本公开的第二方面，提供了一种用于FCCM模式下的DC-DC变换器的轻载效率加强电路。该轻载效率加强电路包括：逻辑控制电路、电流比较器、压控开关、第一电容器、第一晶体管、缓冲器、第一反相器、第一与非门、续流管驱动信号产生电路、续流管加速关断驱动电路、第一与门、功率管驱动信号产生电路、以及功率管加速导通驱动电路。其中，逻辑控制电路被配置为：根据DC-DC变换器的占空比调制信号和时钟信号来生成续流管导通信号和功率管导通信号，以及根据从缓冲器输出的轻载指示信号来生成快速驱动指示信号。电流比较器的第一输入端被提供轻载阈值电流。电流比较器的第二输入端被提供DC-DC变换器的续流管采样电流。电流比较器的输出端耦接压控开关的第一端。压控开关的受控端被提供续流管导通信号。压控开关的第二端耦接第一电容器的第一端。第一电容器的第二端耦接第二电压端。第一晶体管的控制极被提供时钟信号和续流管导通信号中的一者。第一晶体管的第一极耦接第二电压端。第一晶体管的第二极耦接第一电容器的第一端。缓冲器被配置为：将第一电容器的第一端的第一电平转换成目标电平以生成轻载指示信号。续流管驱动信号产生电路被配置为：根据续流管导通信号来生成续流管驱动信号。其中，在续流管导通信号处于有效电平的情况下，续流管驱动信号驱动DC-DC变换器的续流管导通。在续流管导通信号处于无效电平的情况下，续流管驱动信号驱动续流管关断。第一反相器的输入端被提供续流管导通信号。第一反相器的输出端耦接第一与非门的第一输入端。第一与非门的第二输入端被提供快速驱动指示信号。第一与非门的输出端耦接续流管加速关断驱动电路的输入端。从第一与非门的输出端输出续流管加速驱动信号。续流管加速关断驱动电路被配置为：在续流管加速驱动信号处于有效电平的情况下，增加续流管驱动信号的翻转速度以加快续流管的关断速度。功率管驱动信号产生电路被配置为：根据功率管导通信号来生成功率管驱动信号。其中，在功率管导通信号处于有效电平的情况下，功率管驱动信号驱动功率管导通。在功率管导通信号处于无效电平的情况下，功率管驱动信号驱动功率管关断。第一与门的第一输入端被提供功率管导通信号。第一与门的第二输入端被提供快速驱动指示信号。第一与门的输出端耦接功率管加速导通驱动电路的输入端。从第一与门的输出端输出功率管加速驱动信号。功率管加速导通驱动电路被配置为：在功率管加速驱动信号处于有效电平的情况下，增加功率管驱动信号的翻转速度以加快功率管的导通速度。
在本公开的一些实施例中，该DC-DC变换器是升压变换器。
在本公开的一些实施例中，该DC-DC变换器是降压变换器。
根据本公开的第三方面，提供了一种DC-DC变换器。该DC-DC变换器包括：根据本公开的第一方面或第二方面所述的轻载效率加强电路。其中，该DC-DC变换器工作在FCCM模式下。
在本公开的一些实施例中，该DC-DC变换器是升压变换器。
在本公开的一些实施例中，该DC-DC变换器是降压变换器。
根据本公开的第四方面，提供了一种芯片。该芯片包括根据本公开的第三方面所述的DC-DC变换器。
根据本公开的第五方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括根据本公开的第四方面所述的芯片。
附图说明
为了更清楚地说明本公开的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图进行简要说明，应当知道，以下描述的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制，其中：
图1是根据本公开的实施例的DC-DC变换器的示意性框图；
图2是根据本公开的实施例的轻载效率加强电路的示意性框图；
图3是根据本公开的实施例的轻载效率加强电路的示例性电路图；以及
图4是用于根据本公开的实施例的轻载效率加强电路的一些信号的时序图。
在附图中，最后两位数字相同的标记对应于相同的元素。需要注意的是，附图中的元素是示意性的，没有按比例绘制。
具体实施方式
为了使本公开的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本公开的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，也都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本公开主题所属领域的技术人员所通常理解的相同含义。进一步将理解的是，诸如在通常使用的词典中定义的那些的术语应解释为具有与说明书上下文和相关技术中它们的含义一致的含义，并且将不以理想化或过于正式的形式来解释，除非在此另外明确定义。如在此所使用的，将两个或更多部分“连接”或“耦接”到一起的陈述应指这些部分直接结合到一起或通过一个或多个中间部件结合。
在本公开的所有实施例中，由于金属氧化物半导体(MOS)晶体管的源极和漏极是对称的，并且N型晶体管和P型晶体管的源极和漏极之间的导通电流方向相反，因此在本公开的实施例中，将MOS晶体管的受控中间端称为控制极，将MOS晶体管的其余两端分别称为第一极和第二极。本公开的实施例中所采用的晶体管主要是开关晶体管。此外，为便于统一表述，在上下文中，将双极型晶体管(BJT)的基极称为控制极，将BJT的发射极称为第一极，将BJT的集电极称为第二极。另外，诸如“第一”和“第二”的术语仅用于将一个部件(或部件的一部分)与另一个部件(或部件的另一部分)区分开。
如上所述，在DC-DC变换器的负载为轻载的情况下，由于开关损耗，DC-DC变换器的效率降低。如果直接将DC-DC变换器的驱动速度做快，在任何负载下均采用较快的驱动速度开启和关闭功率管，的确能提高轻载效率。但是在DC-DC变换器的负载为重载时较快的开关速度会导致功率管的漏源两端出现较大的电压尖峰，可能会导致功率管被击穿。
针对FCCM模式下的DC-DC变换器，为提高轻载效率并避免功率管被击穿，本公开提出对续流管的谷值电流进行监测。当续流管的谷值电流高于目标值时，按照正常驱动速度来驱动续流管和功率管。当续流管的谷值电流低于目标值时，在接下来首次关闭续流管和开启功率管时以快速驱动速度来驱动续流管和功率管，从而有效降低开关损耗，提高FCCM模式下的DC-DC变换器的轻载效率。在这里，正常驱动速度指的是比快速驱动速度更低且不会导致功率管被击穿的驱动速度。
图1示出根据本公开的实施例的DC-DC变换器的示意性框图。该DC-DC变换器被配置为工作在强制连续导通模式(FCCM模式)下。该DC-DC变换器包括：误差放大器EA、脉宽调制比较器PWM_COMP、补偿电容器Cc、补偿电阻器Rc、电阻器Rs、电流源I1、续流管MH、功率管ML、续流管电流采样跨导放大器Gcs、电感器L、滤波电容器Cout、反馈电阻器Rfb1、反馈电阻器Rfb2、以及轻载效率加强电路100。为避免不必要的细节模糊本公开的重点，在图1中未示出DC-DC变换器的全部组成部分。
在图1的示例中，误差放大器EA根据DC-DC变换器的输出电压Vout和参考电压Vref生成误差信号eaout。误差信号eaout被提供给脉宽调制比较器PWM_COMP的反相输入端。脉宽调制比较器PWM_COMP的同相输入端经由节点sum耦接电流源I1和电阻器Rs。电流源I1的电流值等于Idc1-IL，其中，Idc1表示预设的恒定电流值，IL表示流经电感器L的电感电流的值。因此，电流源I1的电流值随着电感电流的变化而变化，从而使得节点sum处的电压随着电感电流的变化而变化。脉宽调制比较器PWM_COMP根据节点sum处的电压和误差信号eaout生成占空比调制信号MTR。续流管电流采样跨导放大器Gcs对流经续流管MH的电流进行采样。Isns表示流经续流管MH的电流。轻载效率加强电路100根据占空比调制信号MTR、时钟信号CLK、续流管电流Isns、轻载阈值电流Ith来生成续流管驱动信号HG和功率管驱动信号LG。在图1的示例中，续流管MH为P型晶体管，功率管ML为N型晶体管。当续流管驱动信号HG处于低电平时续流管MH导通。当续流管驱动信号HG处于高电平时续流管MH关断。当功率管驱动信号LG处于高电平时功率管ML导通。当功率管驱动信号LG处于低电平时功率管ML关断。
在续流管MH导通且功率管ML关断的情况下，电感器L进行放电，流经电感器L的电感电流逐渐减小。在续流管MH关断且功率管ML导通的情况下，电感器L进行充电，流经电感器L的电感电流逐渐增大。
轻载效率加强电路100被配置为：在轻载情况下，加快续流管MH的关断速度且加快功率管ML的导通速度，以及在其他情况下以正常驱动速度来驱动续流管MH和功率管ML。
在本公开的一些实施例中，轻载效率加强电路100包括：轻载判断电路110、逻辑控制电路120、续流管驱动电路130、以及功率管驱动电路140。
轻载判断电路110耦接续流管电流采样跨导放大器Gcs、轻载阈值电流源Ith、逻辑控制电路120、和续流管驱动电路130。轻载判断电路110被配置为：根据DC-DC变换器的续流管采样电流Isns和轻载阈值电流Ith来生成轻载指示信号VY。轻载指示信号VY的有效电平指示DC-DC变换器的负载为轻载。轻载指示信号VY的无效电平指示DC-DC变换器的负载不为轻载。
逻辑控制电路120耦接脉宽调制比较器PWM_COMP的输出端、时钟信号端CLK、轻载判断电路110、续流管驱动电路130、以及功率管驱动电路140。逻辑控制电路120被配置为：根据DC-DC变换器的占空比调制信号MTR和时钟信号CLK来生成续流管导通信号MON和功率管导通信号SON，以及根据轻载指示信号VY来生成快速驱动指示信号FT。在本公开的一些实施例中，在占空比调制信号MTR处于有效电平(在图1的示例中为高电平)时续流管导通信号MON翻转为无效电平(在图1的示例中为低电平)，功率管导通信号SON翻转为有效电平(在图1的示例中为高电平)。在时钟信号CLK处于有效电平(例如，高电平)时续流管导通信号MON翻转为有效电平(在图1的示例中为高电平)，功率管导通信号SON翻转为无效电平(在图1的示例中为低电平)。在本公开的一些实施例中，在轻载指示信号VY处于有效电平的情况下，快速驱动指示信号FT处于有效电平。在轻载指示信号VY处于无效电平的情况下，快速驱动指示信号FT处于无效电平。
续流管驱动电路130耦接逻辑控制电路120、轻载判断电路110、功率管驱动电路140和续流管MH。续流管驱动电路130可被配置为：在快速驱动指示信号FT处于有效电平且续流管导通信号MON处于无效电平的情况下，加快DC-DC变换器的续流管MH的关断速度。续流管驱动电路130还可被配置为：在快速驱动指示信号FT和续流管导通信号MON二者处于无效电平的情况下，驱动DC-DC变换器的续流管MH以正常速度关断，以及在续流管导通信号MON处于有效电平的情况下，驱动DC-DC变换器的续流管MH以正常速度导通。
功率管驱动电路140耦接逻辑控制电路120、续流管驱动电路130和功率管ML。功率管驱动电路140可被配置为：在快速驱动指示信号FT和功率管导通信号SON二者处于有效电平的情况下，加快DC-DC变换器的功率管ML的导通速度。功率管驱动电路140还可被配置为：在快速驱动指示信号FT处于无效电平且功率管导通信号SON处于有效电平的情况下，驱动DC-DC变换器的功率管ML以正常速度导通，以及在功率管导通信号SON处于无效电平的情况下，驱动DC-DC变换器的功率管ML以正常速度关断。
在这里，正常速度是相对于被加快的关断/导通速度而言的，正常速度比被加快的关断/导通速度更慢并且不会导致功率管被击穿。
在图1的示例中以升压变换器为例来进行说明。本领域技术人员应理解，根据本公开的实施例的轻载效率加强电路100也可以应用于降压变换器。
根据本公开的实施例的用于FCCM模式下的DC-DC变换器的轻载效率加强电路100能够在DC-DC变换器的负载为轻载时加快关闭续流管MH和开启功率管ML的速度并且在其它负载情况下以正常速度来驱动功率管ML和续流管MH。这样，根据本公开的实施例的FCCM模式下的DC-DC变换器既能够有效降低开关损耗，提高轻载效率，又能够避免功率管被击穿，维持DC-DC变换器的稳定。
图2示出根据本公开的实施例的轻载判断电路210的示意性框图。轻载判断电路210包括：续流管电流检测电路212、检测结果存储电路214、复位电路213、以及电平转换电路211。
续流管电流检测电路212经由第一节点N1耦接检测结果存储电路214、复位电路213、以及电平转换电路211。续流管电流检测电路212还耦接逻辑控制电路120、续流管电流采样跨导放大器Gcs和轻载阈值电流源Ith。续流管电流检测电路212被配置为：在续流管导通信号MON处于有效电平的期间生成检测信号Dec并经由第一节点N1向电平转换电路211和检测结果存储电路214提供检测信号Dec。检测信号Dec在续流管采样电流Isns低于轻载阈值电流Ith的情况下处于有效电平。检测信号Dec在续流管采样电流Isns高于轻载阈值电流Ith的情况下处于无效电平。在本公开的一些实施例中，续流管电流检测电路212在续流管导通信号MON处于无效电平的期间不生成检测信号Dec，因此第一节点N1的电压处于低电平。
检测结果存储电路214经由第一节点N1耦接续流管电流检测电路212、复位电路213、以及电平转换电路211。检测结果存储电路214被配置为：存储第一节点N1的电压。在续流管电流检测电路212生成检测信号Dec的情况下，检测结果存储电路214存储检测信号Dec。在第一节点N1的电压处于低电平的情况下，检测结果存储电路214存储低电平。
复位电路213经由第一节点N1耦接检测结果存储电路214、续流管电流检测电路212、以及电平转换电路211。复位电路213被配置为：在续流管导通信号MON或者时钟信号CLK翻转为有效电平时将第一节点N1的电压复位成无效电平。在本公开的一些实施例中，第一节点N1的无效电平为低电平。
电平转换电路211的输入端经由第一节点N1耦接检测结果存储电路214、复位电路213、以及续流管电流检测电路212。电平转换电路211的输出端还耦接逻辑控制电路120。电平转换电路211被配置为：将检测信号Dec的有效电平转换成目标电平以生成轻载指示信号VY。在本公开的一些实施例中，检测信号Dec的有效电平是高电平，目标电平是能够被逻辑控制电路120识别为高电平的电平。
参考图4，在T1时刻占空比调制信号MTR翻转为高电平，功率管ML导通且续流管MH关断，电感电流IL开始上升。在T2时刻，时钟信号CLK翻转为高电平，功率管ML关断且续流管MH导通，电感电流IL开始下降。在T3时刻，电感电流IL下降到轻载阈值电流Ith(例如，0A)，轻载指示信号VY翻转为高电平，从而使得快速驱动指示信号FT翻转为高电平。这样，在T4时刻，当占空比调制信号MTR再次翻转为高电平时，续流管MH的关断速度和功率管ML的导通速度被加快，从而降低开关损耗，提高轻载效率。在T5时刻，时钟信号CLK翻转为高电平，续流管导通信号MON翻转为有效电平，从而将轻载指示信号VY和快速驱动指示信号FT复位为低电平。
图3示出根据本公开的实施例的轻载效率加强电路300的示例性电路图。轻载判断电路310包括：续流管电流检测电路312、检测结果存储电路314、复位电路313、以及电平转换电路211。
续流管电流检测电路312包括：电流比较器COMP、以及压控开关S1。其中，电流比较器COMP的第一输入端被提供轻载阈值电流Ith。电流比较器COMP的第二输入端被提供续流管采样电流Isns。电流比较器COMP的输出端耦接压控开关S1的第一端。压控开关S1的受控端被提供续流管导通信号MON。压控开关S1的第二端耦接第一节点N1。在图3的示例中，电流比较器COMP的第一输入端是同相输入端，电流比较器COMP的第二输入端是反相输入端。
在本公开的一些实施例中，电流比较器COMP的第一输入端可耦接轻载阈值电流源Ith。轻载阈值电流源Ith的供电电压为来自第一电压端V1的第一电压V1。在图3的替代实施例中，压控开关S1也可以被开关晶体管替代。
检测结果存储电路314包括：第一电容器Ch1。其中，第一电容器Ch1的第一端耦接第一节点N1。第一电容器Ch1的第二端耦接第二电压端V2。
在本公开的一些实施例中，复位电路313包括：第一晶体管M1。其中，第一晶体管M1的控制极被提供时钟信号CLK和续流管导通信号MON中的一者。第一晶体管M1的第一极耦接第二电压端V2。第一晶体管M1的第二极耦接第一节点N1。
续流管驱动电路330包括：第一反相器NG1、第一与非门NAND1、续流管驱动信号产生电路DHS1、以及续流管加速关断驱动电路DHS2。其中，续流管驱动信号产生电路DHS1被配置为：根据续流管导通信号MON来生成续流管驱动信号HG。其中，在续流管导通信号MON处于有效电平的情况下，续流管驱动信号HG驱动续流管MH导通。在续流管导通信号MON处于无效电平的情况下，续流管驱动信号HG驱动续流管MH关断。第一反相器NG1的输入端被提供续流管导通信号MON。第一反相器NG1的输出端耦接第一与非门NAND1的第一输入端。第一与非门NAND1的第二输入端被提供快速驱动指示信号FT。第一与非门NAND1的输出端耦接续流管加速关断驱动电路DHS2的输入端。从第一与非门NAND1的输出端输出续流管加速驱动信号FDH。续流管加速关断驱动电路DHS2被配置为：在续流管加速驱动信号FDH处于有效电平的情况下，增加续流管驱动信号HG的翻转速度以加快续流管MH的关断速度。在本公开的一些实施例中，续流管加速关断驱动电路DHS2可包括多个上拉晶体管，因此可以在需要对续流管的控制极进行上拉操作时增加续流管驱动信号HG的上升斜率，从而加快续流管MH的关断速度。
功率管驱动电路340包括：第一与门AND1、功率管驱动信号产生电路DLS1、以及功率管加速导通驱动电路DLS2。其中，功率管驱动信号产生电路DLS1被配置为：根据功率管导通信号SON来生成功率管驱动信号LG。其中，在功率管导通信号SON处于有效电平的情况下，功率管驱动信号LG驱动功率管ML导通。在功率管导通信号SON处于无效电平的情况下，功率管驱动信号LG驱动功率管ML关断。第一与门AND1的第一输入端被提供功率管导通信号SON。第一与门AND1的第二输入端被提供快速驱动指示信号FT。第一与门AND1的输出端耦接功率管加速导通驱动电路DLS2的输入端。从第一与门AND1的输出端输出功率管加速驱动信号FDL。功率管加速导通驱动电路DLS2被配置为：在功率管加速驱动信号FDL处于有效电平的情况下，增加功率管驱动信号LG的翻转速度以加快功率管ML的导通速度。在本公开的一些实施例中，功率管加速导通驱动电路DLS2可包括多个上拉晶体管，因此可以在需要对功率管ML的控制极进行上拉操作时增加功率管驱动信号LG的上升斜率，从而加快功率管ML的导通速度。
在图3的示例中，从第一电压端V1输入高电压信号，第二电压端V2接地。第一晶体管M1是NMOS晶体管。本领域技术人员应理解，基于上述发明构思对图3所示的电路进行的变型也应落入本公开的保护范围之内。在该变型中，上述晶体管和电压端也可以具有与图3所示的示例不同的设置。
参考图4，在T1时刻占空比调制信号MTR翻转为高电平，功率管导通信号SON翻转为有效电平(在图3的示例中为高电平)，续流管导通信号MON翻转为无效电平(在图3的示例中为低电平)。处于有效电平的功率管导通信号SON使得功率管驱动信号产生电路DLS1输出高电平，从而使得功率管ML导通。由于此时快速驱动指示信号FT处于无效电平(在图3的示例中为低电平)，因此功率管加速驱动信号FDL处于无效电平(在图3的示例中为低电平)，功率管加速导通驱动电路DLS2不工作，不会加快功率管ML的导通速度。处于无效电平的续流管导通信号MON使得续流管驱动信号产生电路DHS1输出高电平，从而使得续流管MH关断。由于此时快速驱动指示信号FT处于无效电平(在图3的示例中为低电平)，因此续流管加速驱动信号FDH处于无效电平(在图3的示例中为高电平)，续流管加速关断驱动电路DHS2不工作，不会加快续流管MH的关断速度。
在T2时刻，时钟信号CLK翻转为高电平，功率管导通信号SON翻转为无效电平(在图3的示例中为低电平)，续流管导通信号MON翻转为有效电平(在图3的示例中为高电平)。处于无效电平的功率管导通信号SON使得功率管驱动信号产生电路DLS1输出低电平，从而使得功率管ML关断。由于此时快速驱动指示信号FT和功率管导通信号SON处于无效电平，因此功率管加速驱动信号FDL处于无效电平，功率管加速导通驱动电路DLS2不工作，不会影响功率管的关断速度。处于有效电平的续流管导通信号MON使得续流管驱动信号产生电路DHS1输出低电平，从而使得续流管MH导通。由于此时续流管导通信号MON的反相信号MONB和快速驱动指示信号FT都处于无效电平，因此续流管加速驱动信号FDH处于无效电平，续流管加速关断驱动电路DHS2不工作，不会影响续流管的导通速度。
在T2时刻至T4时刻之间，续流管导通信号MON保持为高电平，因此压控开关S1保持闭合。
在T3时刻，电感电流IL下降到轻载阈值电流Ith(例如，0A)，电流比较器COMP输出高电平，因此轻载指示信号VY翻转为高电平，从而使得快速驱动指示信号FT翻转为高电平。
在T4时刻，当占空比调制信号MTR再次翻转为高电平时，功率管导通信号SON翻转为有效电平(在图3的示例中为高电平)，续流管导通信号MON翻转为无效电平(在图3的示例中为低电平)。处于有效电平的功率管导通信号SON使得功率管驱动信号产生电路DLS1输出高电平，从而使得功率管ML导通。由于此时快速驱动指示信号FT处于有效电平(在图3的示例中为高电平)，因此功率管加速驱动信号FDL处于有效电平(在图3的示例中为高电平)，功率管加速导通驱动电路DLS2会加快功率管ML的导通速度。处于无效电平的续流管导通信号MON使得续流管驱动信号产生电路DHS1输出高电平，从而使得续流管MH关断。由于此时续流管导通信号MON的反相信号MONB和快速驱动指示信号FT二者都处于有效电平(在图3的示例中为高电平)，因此续流管加速驱动信号FDH处于有效电平(在图3的示例中为低电平)，续流管加速关断驱动电路DHS2会加快续流管MH的关断速度。
续流管MH的关断速度和功率管ML的导通速度被加快，因此能够降低开关损耗，提高FCCM模式下的DC-DC变换器的轻载效率。
在T5时刻，时钟信号CLK翻转为高电平，续流管导通信号MON翻转为有效电平(在图3的示例中为高电平)。第一晶体管M1导通，从而将第一电容器Ch1的第一端存储的电荷释放掉，以免影响下一周期的轻载判断。
本公开的实施例还提供了一种芯片。该芯片包括根据本公开的实施例的DC-DC变换器。该芯片例如是电源管理类芯片。
本公开的实施例还提供了一种电子设备。该电子设备包括根据本公开的实施例的芯片。该电子设备例如是智能终端设备，诸如平板电脑、智能手机等。
综上所述，根据本公开的实施例的用于FCCM模式下的DC-DC变换器的轻载效率加强电路能够在DC-DC变换器的负载为轻载时加快关闭续流管和开启功率管的速度并且在其它负载情况下以正常速度来驱动功率管和续流管。这样，根据本公开的实施例的FCCM模式下的DC-DC变换器既能够有效降低开关损耗，提高轻载效率，又能够避免功率管被击穿，维持DC-DC变换器的稳定。
除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。相似地，措辞“包含”和“包括”将解释为包含在内而不是独占性地。同样地，术语“包括”和“或”应当解释为包括在内的，除非本文中明确禁止这样的解释。在本文中使用术语“示例”之处，特别是当其位于一组术语之后时，所述“示例”仅仅是示例性的和阐述性的，且不应当被认为是独占性的或广泛性的。
适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面可以单独或者与一个或多个其它方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本申请的范围。
以上对本公开的若干实施例进行了详细描述，但显然，本领域技术人员可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下对本公开的实施例进行各种修改和变型。本公开的保护范围由所附的权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于FCCM模式下的DC-DC变换器的轻载效率加强电路，包括：轻载判断电路、逻辑控制电路、续流管驱动电路、以及功率管驱动电路，
其中，所述轻载判断电路被配置为：根据所述DC-DC变换器的续流管采样电流和轻载阈值电流来生成轻载指示信号，所述轻载指示信号的有效电平指示所述DC-DC变换器的负载为轻载；
所述逻辑控制电路被配置为：根据所述DC-DC变换器的占空比调制信号和时钟信号来生成续流管导通信号和功率管导通信号，以及根据所述轻载指示信号来生成快速驱动指示信号；
所述续流管驱动电路被配置为：在所述快速驱动指示信号处于有效电平且所述续流管导通信号处于无效电平的情况下，加快所述DC-DC变换器的续流管的关断速度；
所述功率管驱动电路被配置为：在所述快速驱动指示信号和所述功率管导通信号二者处于有效电平的情况下，加快所述DC-DC变换器的功率管的导通速度。
2.根据权利要求1所述的轻载效率加强电路，其中，所述续流管驱动电路还被配置为：在所述快速驱动指示信号和所述续流管导通信号二者处于无效电平的情况下，驱动所述DC-DC变换器的续流管以正常速度关断，以及在所述续流管导通信号处于有效电平的情况下，驱动所述DC-DC变换器的续流管以正常速度导通；
所述功率管驱动电路还被配置为：在所述快速驱动指示信号处于无效电平且所述功率管导通信号处于有效电平的情况下，驱动所述DC-DC变换器的功率管以正常速度导通，以及在所述功率管导通信号处于无效电平的情况下，驱动所述DC-DC变换器的功率管以正常速度关断。
3.根据权利要求1所述的轻载效率加强电路，其中，所述轻载判断电路包括：续流管电流检测电路、检测结果存储电路、复位电路、以及电平转换电路，
其中，所述续流管电流检测电路被配置为：在所述续流管导通信号处于有效电平的期间生成检测信号并经由第一节点向所述电平转换电路和所述检测结果存储电路提供所述检测信号，所述检测信号在所述续流管采样电流低于所述轻载阈值电流的情况下处于有效电平；
所述检测结果存储电路被配置为：存储所述第一节点的电压；
所述复位电路被配置为：在所述续流管导通信号或者所述时钟信号翻转为有效电平时将所述第一节点的电压复位成无效电平；
所述电平转换电路被配置为：将所述检测信号的有效电平转换成目标电平以生成所述轻载指示信号。
4.根据权利要求3所述的轻载效率加强电路，其中，所述续流管电流检测电路包括：电流比较器、以及压控开关，
其中，所述电流比较器的第一输入端被提供所述轻载阈值电流，所述电流比较器的第二输入端被提供所述续流管采样电流，所述电流比较器的输出端耦接所述压控开关的第一端；
所述压控开关的受控端被提供所述续流管导通信号，所述压控开关的第二端耦接所述第一节点。
5.根据权利要求3所述的轻载效率加强电路，其中，所述检测结果存储电路包括：第一电容器，
其中，所述第一电容器的第一端耦接所述第一节点，所述第一电容器的第二端耦接第二电压端。
6.根据权利要求3所述的轻载效率加强电路，其中，所述复位电路包括：第一晶体管，
其中，所述第一晶体管的控制极被提供所述时钟信号和所述续流管导通信号中的一者，所述第一晶体管的第一极耦接第二电压端，所述第一晶体管的第二极耦接所述第一节点。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的轻载效率加强电路，其中，所述续流管驱动电路包括：第一反相器、第一与非门、续流管驱动信号产生电路、以及续流管加速关断驱动电路，
其中，所述续流管驱动信号产生电路被配置为：根据所述续流管导通信号来生成续流管驱动信号，其中，在所述续流管导通信号处于有效电平的情况下，所述续流管驱动信号驱动所述续流管导通，在所述续流管导通信号处于无效电平的情况下，所述续流管驱动信号驱动所述续流管关断；
所述第一反相器的输入端被提供所述续流管导通信号，所述第一反相器的输出端耦接所述第一与非门的第一输入端；
所述第一与非门的第二输入端被提供所述快速驱动指示信号，所述第一与非门的输出端耦接所述续流管加速关断驱动电路的输入端，从所述第一与非门的输出端输出续流管加速驱动信号；
所述续流管加速关断驱动电路被配置为：在所述续流管加速驱动信号处于有效电平的情况下，增加所述续流管驱动信号的翻转速度以加快所述续流管的关断速度。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的轻载效率加强电路，其中，所述功率管驱动电路包括：第一与门、功率管驱动信号产生电路、以及功率管加速导通驱动电路，
其中，所述功率管驱动信号产生电路被配置为：根据所述功率管导通信号来生成功率管驱动信号，其中，在所述功率管导通信号处于有效电平的情况下，所述功率管驱动信号驱动所述功率管导通，在所述功率管导通信号处于无效电平的情况下，所述功率管驱动信号驱动所述功率管关断；
所述第一与门的第一输入端被提供所述功率管导通信号，所述第一与门的第二输入端被提供所述快速驱动指示信号，所述第一与门的输出端耦接所述功率管加速导通驱动电路的输入端，从所述第一与门的输出端输出功率管加速驱动信号；
所述功率管加速导通驱动电路被配置为：在所述功率管加速驱动信号处于有效电平的情况下，增加所述功率管驱动信号的翻转速度以加快所述功率管的导通速度。
9.一种用于FCCM模式下的DC-DC变换器的轻载效率加强电路，包括：逻辑控制电路、电流比较器、压控开关、第一电容器、第一晶体管、缓冲器、第一反相器、第一与非门、续流管驱动信号产生电路、续流管加速关断驱动电路、第一与门、功率管驱动信号产生电路、以及功率管加速导通驱动电路，
其中，所述逻辑控制电路被配置为：根据所述DC-DC变换器的占空比调制信号和时钟信号来生成续流管导通信号和功率管导通信号，以及根据从所述缓冲器输出的轻载指示信号来生成快速驱动指示信号；
所述电流比较器的第一输入端被提供轻载阈值电流，所述电流比较器的第二输入端被提供所述DC-DC变换器的续流管采样电流，所述电流比较器的输出端耦接所述压控开关的第一端；
所述压控开关的受控端被提供所述续流管导通信号，所述压控开关的第二端耦接所述第一电容器的第一端；
所述第一电容器的第二端耦接第二电压端；
所述第一晶体管的控制极被提供所述时钟信号和所述续流管导通信号中的一者，所述第一晶体管的第一极耦接所述第二电压端，所述第一晶体管的第二极耦接所述第一电容器的所述第一端；
所述缓冲器被配置为：将所述第一电容器的所述第一端的第一电平转换成目标电平以生成所述轻载指示信号；
所述续流管驱动信号产生电路被配置为：根据所述续流管导通信号来生成续流管驱动信号，其中，在所述续流管导通信号处于有效电平的情况下，所述续流管驱动信号驱动所述DC-DC变换器的续流管导通，在所述续流管导通信号处于无效电平的情况下，所述续流管驱动信号驱动所述续流管关断；
所述第一反相器的输入端被提供所述续流管导通信号，所述第一反相器的输出端耦接所述第一与非门的第一输入端；
所述第一与非门的第二输入端被提供所述快速驱动指示信号，所述第一与非门的输出端耦接所述续流管加速关断驱动电路的输入端，从所述第一与非门的输出端输出续流管加速驱动信号；
所述续流管加速关断驱动电路被配置为：在所述续流管加速驱动信号处于有效电平的情况下，增加所述续流管驱动信号的翻转速度以加快所述续流管的关断速度；
所述功率管驱动信号产生电路被配置为：根据所述功率管导通信号来生成功率管驱动信号，其中，在所述功率管导通信号处于有效电平的情况下，所述功率管驱动信号驱动所述功率管导通，在所述功率管导通信号处于无效电平的情况下，所述功率管驱动信号驱动所述功率管关断；
所述第一与门的第一输入端被提供所述功率管导通信号，所述第一与门的第二输入端被提供所述快速驱动指示信号，所述第一与门的输出端耦接所述功率管加速导通驱动电路的输入端，从所述第一与门的输出端输出功率管加速驱动信号；
所述功率管加速导通驱动电路被配置为：在所述功率管加速驱动信号处于有效电平的情况下，增加所述功率管驱动信号的翻转速度以加快所述功率管的导通速度。
10.一种DC-DC变换器，包括：根据权利要求1至9中任一项所述的轻载效率加强电路，其中，所述DC-DC变换器工作在FCCM模式下。
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