CN104753344A - 一种减小buck静态电流的技术 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种减小BUCK静态电流的技术。根据本发明的一种BUCK型DCDC，在常规BUCK型DCDC的基础上添加LDO模式驱动电路以及选通控制器，当BUCK型DCDC的输出端的负载较低时（包括无负载时），可切换为LDO模式。本发明利用了LDO静态电流小的优点。

Description

一种减小BUCK静态电流的技术
技术领域
本发明涉及一种减小BUCK型DCDC变换器静态电流的技术，更具体地，本发明涉及一种经改进的BUCK型DCDC变换器。
背景技术
在通信和计算机领域，包括消费电子设备在内的各种电子设备都需要电源来维持工作。在使用直流源的电子设备中，需要采取电压变换器（稳压器）将电源（如电池）的电压转换为所需的工作电压。
一种常用的电压变换器是DCDC变换器（尽管从字面上看，DCDC是指“直流电压转直流电压”，但业界目前多将DCDC用于表述开关电源）。DCDC变换器根据其拓扑结构可以实现降压（buck）、升压（boost），升降压（buck-boost）。完成降压功能的DCDC变换器通常称为BUCK型DCDC。一种常规的BUCK型DCDC如图1A所示。图1A中，VDD是电压源，其中PMOS管41和NMOS管42构成开关元件4，在BUCK型DCDC的输出级驱动电路1的信号GP和GN的驱动下，PMOS管41和NMOS管42交替地导通关断，在输出节点LX输出的交流信号用于使得电感62储能，通过积分滤波在电容C两端提供直流输出电压Vout。电阻网络5提供分压Vfb，其输入到驱动电路1中，构成闭环反馈。驱动电路1的两路输出波形是周期相同的方波，但通过调整其相位及占空比，以确保PMOS管41和NMOS管42不会同时处于导通/关断状态。驱动电路1的示例性的两路输出波形如图1B所示。
BUCK型DCDC具有转换效率高的优势。然而，BUCK的静态电流（空载时流过接地引脚的电流）较大，造成电量损失。显然，对于始终要求更佳续航能力的移动电子设备而言，过大的静态电流是不利的。
另一种常用的降压变换器是LDO（低压差线性稳压器）。LDO具有负载响应快，噪声低等优势，但和BUCK型DCDC相比，其主要不足是转换效率低。
发明内容
本发明旨在提供一种改进的BUCK型DCDC，其在常规BUCK型DCDC的基础上添加LDO模式驱动电路以及选通控制器，当BUCK型DCDC的输出端的负载较低时（包括无负载时），可切换为LDO模式。
根据本发明的一个方面，提供了一种直流电压变换器，包括：开关元件，其连接直流输入电压VDD；BUCK型DCDC驱动电路，其为所述开关元件提供驱动信号，使得所述开关元件反复地导通和关闭，从而在所述开关元件的输出端输出交流信号；电感，连接至所述开关元件的输出端；电容，连接在所述电感和接地之间，所述电感和所述电容的连接节点作为输出节点Vout，提供所述直流电压变换器的输出直流电压；电阻网络，其连接在Vout和接地之间，将所述输出直流电压的分压作为反馈电压提供给所述BUCK型DCDC驱动电路；LDO驱动电路，其接收所述反馈电压，并输出驱动信号至所述开关元件，从而同所述开关元件、所述电阻网络一起作为LDO稳压电路工作；以及选通控制电路，其选通所述BUCK型DCDC驱动电路和所述LDO驱动电路中的一个。
根据本发明的一个方面，开关元件是由PMOS管和NMOS管组成的，其中所述PMOS管和NMOS管的栅极被所述BUCK型DCDC驱动电路的驱动信号控制，所述PMOS管的源极连接至VDD，所述NMOS管的源极接地，所述PMOS管的漏极连接所述NMOS管的漏极并作为所述开关元件的输出端，所述BUCK型DCDC驱动电路使所述PMOS管和所述NMOS管交替地导通。所述LDO驱动电路的驱动信号输出给PMOS管的栅极。
根据本发明的一个方面，采用PNP管和NPN等效地替代上述方案中的PMOS管和NMOS管。
根据本发明的一个方面，所述选通控制电路根据Vout的负载来选通所述BUCK型DCDC驱动电路和所述LDO驱动电路中的一个。所述选通可包括：当所述Vout的负载大于预定阈值时，选通BUCK型DCDC驱动电路；以及当所述Vout的负载小于预定阈值时，选通LDO驱动电路。
根据本发明的一个方面，所述预定阈值可为100uA。
根据本发明的一个方面，所述选通控制电路监测所述开关元件的导通时间以确定Vout的负载，或者，所述选通控制电路监测给电容的充电电流以确定Vout的负载。
附图说明
图1A示出一种传统的BUCK电路。
图1B示出图1A中的驱动电路1的示例性输出驱动信号。
图2示出根据本发明的经改进的BUCK型DCDC变换器。
具体实施方式
传统的BUCK型DCDC的输出级驱动电路的静态功耗较高，例如达到30uA以上。与之相比，LDO输出级驱动电路静态功耗可以降到很低，例如降到2uA。基于此，本发明提出一种BUCK/LDO双模的新型直流电压变换器。为便于说明，实施例中将这种新型的直流电压变换器称为改进的BUCK型DCDC变换器。
图2示出根据本发明的一个实施例的改进的BUCK型DCDC变换器。图2中和图1A相同的元件不再赘述。图2对图1A电路的改进主要在于添加了LDO模式驱动电路2和选通控制器3。
如图所示，驱动电路2的输出连接至PMOS管41的栅极。驱动电路2接收Vfb用于闭环反馈。选通控制电路3的选通信号分别连接驱动电路1和驱动电路2。当驱动电路1被选通时，驱动电路2停止。此时电路简化为图1A所示的电路，按照BUCK模式工作。当驱动电路2被选通时，驱动电路1停止。此时，NMOS管42断开，驱动电路2输出驱动信号以控制PMOS管41，而电感器62此时相当于导线。驱动电路2、PMOS管41、电阻网络5、以及从电阻网络5到驱动电路2的反馈回路，一起构成一个完整的LDO变换器。
可见，通过利用选通控制电路3选择性地选通BUCK型DCDC的输出级驱动电路1和LDO模式驱动电路2，提供了一种BUCK/LDO双模的电压变换器。为了达到减小静态电流的目的，可在Vout无负载或负载较小（例如，负载小于100uA）时，切换到LDO模式，以发挥LDO电路静态电流小的优势；在Vout有较大负载（例如，负载大于100uA）时，切换到BUCK模式，以发挥BUCK电路转换效率高的模式。
选通控制电路3可以采取本技术领域任何可用的手段来监测Vout的负载。作为示例而非限制，可监测PMOS管41的开启时间（开启时间和充给电容C的电量是正相关的），或监测给电容的充电电流（流过PMOS管41的电流/流过电感62的电流。
在图2所示例的方案中，开关元件4是采用PMOS管41和NMOS管42构成的。本领域技术人员可以理解，也能够采用PNP管和NPN管来等效地构建开关元件4。
本发明所提出的新式电压转换器电路中包括BUCK电路和LDO电路二者。为便于讨论，申请人在实施例中将其称呼为“改进的BUCK型DCDC变换器”，因为多数情况下，当这种电压变换器电路被用于电子设备中时，电子设备工作状态下（即非静态时）的电压转换基本是由BUCK电路进行的。但申请人并不旨在排除其他情况，例如当BUCK/LDO双模切换的阈值选取得较高时，或者当电子设备的芯片极为节能时，电子设备以低负载工作并不导致LDO到BUCK的切换。因此，应理解，本发明本质上是一种新式的直流电压转换设备。本发明的保护范围应由所附的权利要求来确定，而不受实施例中出现的某些称呼的影响。

Claims (10)

1.一种直流电压变换器，包括：
开关元件，其连接直流输入电压VDD；
BUCK型DCDC驱动电路，其为所述开关元件提供驱动信号，使得所述开关元件反复地导通和关闭，从而在所述开关元件的输出端输出交流信号；
电感，连接至所述开关元件的输出端；
电容，连接在所述电感和接地之间，所述电感和所述电容的连接节点作为输出节点Vout，提供所述直流电压变换器的输出直流电压；
电阻网络，其连接在Vout和接地之间，将所述输出直流电压的分压作为反馈电压提供给所述BUCK型DCDC驱动电路；
LDO驱动电路，其接收所述反馈电压，并输出驱动信号至所述开关元件，从而同所述开关元件、所述电阻网络一起作为LDO稳压电路工作；以及
选通控制电路，其选通所述BUCK型DCDC驱动电路和所述LDO驱动电路中的一个。
2.如权利要求1所述的直流电压变换器，其特征在于，所述开关元件包括PMOS管和NMOS管，其中所述PMOS管和NMOS管的栅极被所述BUCK型DCDC驱动电路的驱动信号控制，所述PMOS管的源极连接至VDD，所述NMOS管的源极接地，所述PMOS管的漏极连接所述NMOS管的漏极并作为所述开关元件的输出端，所述BUCK型DCDC驱动电路使所述PMOS管和所述NMOS管交替地导通。
3.如权利要求2所述的直流电压变换器，其特征在于，所述LDO驱动电路的驱动信号输出至所述PMOS管的栅极。
4.如权利要求1所述的直流电压变换器，其特征在于，所述开关元件包括PNP管和NPN管，其中所述PNP管和NPN管的基极被所述BUCK型DCDC驱动电路的驱动信号控制，所述PNP管的发射极连接至VDD，所述NPN管的发射极接地，所述PNP管的集电极连接所述NPN管的集电极并作为所述开关元件的输出端，所述BUCK型DCDC驱动电路使所述PNP管和所述NPN管交替地导通。
5.如权利要求4所述的直流电压变换器，其特征在于，所述LDO驱动电路的驱动信号输出至所述PNP管的基极。
6.如权利要求1－5中任一项所述的直流电压变换器，其特征在于，所述选通控制电路根据Vout的负载来选通所述BUCK型DCDC驱动电路和所述LDO驱动电路中的一个。
7.如权利要求6所述的直流电压变换器，其特征在于：
当所述Vout的负载大于预定阈值时，选通BUCK型DCDC驱动电路；以及
当所述Vout的负载小于预定阈值时，选通LDO驱动电路。
8.如权利要求7所述的直流电压变换器，其特征在于，所述预定阈值为100uA。
9.如权利要求6所述的直流电压变换器，其特征在于，所述选通控制电路监测所述开关元件的充电导通时间以确定Vout的负载。
10.如权利要求6所述的直流电压变换器，其特征在于，所述选通控制电路监测给所述电容的充电电流以确定Vout的负载。
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