[发明专利]带有自适应PWM/PFM调制器的开关稳压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路领域，具体涉及一种带有自适应PWM/PFM调制器的开关稳压器。

背景技术

许多消费类电子产品，例如电视机顶盒和远程控制器件，都像电子系统一样引入了集成电路。这些电子系统通常包括构成核心的数字逻辑电路的集成电路和构成输入/输出（I/O）接口电路的集成电路。传统的电子系统利用多个直流-直流转换器，将主母线电压从电源供电系统转换成驱动这些集成电路所需的一个或多个电压。

开关模式电源或开关稳压器，也称为直流-直流转换器，用于将输入电压源转换成在电子系统中集成电路适合的电压级别上所需的输出电压。例如，为I/O接口电路供电时，必须将电子系统的12V电压源降至5V，为核心数字逻辑电路供电时，必须降至1V，尤其是如果利用深亚微米集成电路制备核心数字逻辑电路的话更是如此。开关稳压器通过低损耗元件（例如电容器、电阻器和变压器等）提供电源功能，电源开关接通和断开，将电流从输入转移到单独封装的输出端。利用反馈控制电路调制能量转移，将恒定的输出电压维持在电路要求的负载限制内。

政府机构已经开始实施待机功率规程，要求具有待机电源功能的应用在待机功率消耗模式下，应使用不高于1W的功率。这些“绿色”标准要求电子设备在低待机功耗的情况下具有高电源效率。电源效率是测量除了散热之外实现功能所消耗的功率比例。

当电子系统中引入开关稳压器时，待机功率标准要求在待机模式下开关稳压器要有高效率，例如待机时在5V、10mA时，效率高于80%。设计开关稳压器，当驱动某些特定的“正常”负载时，传输峰值效率。在各种负载环境下工作，开关稳压器的效率都会受损，最严重的损耗发生在轻负载环境下。因此，开关稳压器要满足轻负载环境下的待机功率要求，通常是很困难的。

在含有数字核心电路和I/O接口电路的电子系统中，数字核心电路通常要求高电流，但在低电源电压（例如1V）下工作，而I/O接口电路通常要求电流较低，但在较高的电源电压（例如5V或3.3V）下工作。

数字核心电路要求电源可以快速负载瞬变响应，从而迅速处理各种的负载电流瞬变。由于在待机模式下，数字核心通常断开，所以对于待机调制来说，数字核心电源的效率并不重要。因此，通常选用可以快速负载瞬变的直流-直流转换器，而不考虑轻负载时的转换器功率效率。大多数情况下，使用脉宽调制（PWM）开关稳压器为数字核心电路供电。

另一方面，在操作的待机模式下，I/O接口电路保持接通。因此，I/O接口电路要求电源可以为正常负载和轻负载传递高效率。为了满足“绿色”标准的要求，待机模式下，I/O接口电路的电源必须在轻负载环境下具有高效率。大多数情况下，脉频调制（PFM）开关稳压器适用于高效率轻负载操作。

因此，为了优化电子系统的性能要求和功率效率要求，可以针对数字核心电路和I/O接口电路，使用不同类型的开关稳压器，来设计电子系统。电子系统的制造商必须研发各种直流-直流转换器的解决方案，这会使设计和制造过程更加复杂，而且性价比很低。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有自适应PWM/PFM调制器的开关稳压器，该开关稳压器能满足轻负载环境下的待机功率要求，还可用于快速瞬变。

为达到上述目的，本发明提供了一种用于降压开关稳压器的开关稳压控制器，该开关稳压器接收输入电压，控制高端开关和低端开关，利用反馈控制回路，产生开关输出电压，该开关输出电压用于LC滤波电路产生调制输出电压，该调制输出电压在输出节点具有基本恒定的幅值，该控制器包括：

一个比较器，用于接收表示调制输出电压的第一反馈电压，和比较器参考电压，比较器产生选择信号，当第一反馈电压大于比较器参考电压时，确定选择信号，当第一反馈电压小于比较器参考电压时，不确定选择信号；以及

一个控制电路，用于接收表示调制输出电压的第二反馈电压，而且接收选择信号，控制电路根据选择信号，可以在第一运行模式或第二运行模式下工作，控制电路还可以在所选的运行模式下工作，产生栅极驱动信号，用于控制高端开关和低端开关，

其中确定选择信号，配置控制电路，在第一运行模式下运行，不确定选择信号，配置控制电路在第二运行模式下运行。

上述的开关稳压控制器，其中，配置控制电路，在第一运行模式下运行PWM/PFM模式，在第二运行模式下运行PWM模式。

上述的开关稳压控制器，其中，选择信号包括用于PFM模式的启用信号，确定启用信号，通过第一运行模式下的PWM模式启动PFM模式，不确定启用信号，使PFM模式不可用，在第二运行模式下只能使用PWM模式。