[发明专利]一种带动态开关控制电路的DCDC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种DCDC变换装置，尤其涉及一种带动态开关控制电路的DCDC变换器。

背景技术

现代通信及娱乐电子终端的发展要求为其供电的电源系统具有更高的效率，更宽的负载范围，更稳定的输出电压。因为具有效率高，应用方便以及输出灵活等特点，移动电子设备几乎都采用开关型的DC-DC芯片来管理电源系统。现代CMOS工艺的发展使得开关型DC-DC转换器可以将其功率开关集成在芯片内部，这提高了芯片的集成度，从而降低整个电源系统在电子设备中的体积。通常DCDC芯片的功率开关需要较大的面积以满足其大负载电流的要求，但是，大面积的功率MOS管会在其栅极寄生有较大的电容。栅极寄生电容在DC-DC转换器的开关过程中会极大地降低芯片的效率；同时，驱动大尺寸的功率管需要驱动器有足够的驱动能力，这会引入额外的损耗。当 DC-DC芯片工作在轻负载高频率应用情况下，开关和驱动器在开关过程中的功率损耗会使得芯片的效率急剧下降。

为了降低开关过程中由寄生电容和驱动器引入的功耗，可以采用低电压摆幅的驱动方式，通过降低开关的栅极驱动电压来提高效率。但是这种方式牺牲了DC-DC 稳压器的性能，因而不被广泛应用。

另外一种方式是根据负载电流的大小动态地调整开关和驱动器的尺寸：当负载较大时，控制器增加开关和驱动器的尺寸，以满足负载的电流要求；当负载降低时，控制器减小开关和驱动器的尺寸，以降低开关过程中的动态损耗，DWC (Dynamic Width Control)。

发明内容

为了克服开关过程中由寄生电容和驱动器引入功耗和稳压性能降低的难题，本发明提出一种带控台开关控制电路的DCDC变换器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

通过本发明提出的DWC控制器将检测到的负载电流与内部参考电流进行比较，以得到当前负载下的最优开关宽度和驱动器尺寸。为了保证芯片的安全工作，特别是对于芯片温度过高和电源电压较低情况，本发明集成了专门的过温保护和欠压保护功能。

带开关动态控制电路的DCDC变换器包括主电路、DWC控制器、过温保护器和欠压保护器。

所述主电路采用六个IGBT开关管组成同步BUCK DCDC变换器、控制电路、滤波电容、滤波电感和电阻负载组成。

所述DWC控制器由预复位、选择器和Or_N模块组成，DWC 电路中的选择器可以根据检测到的负载电流大小，动态地做出对开关和其驱动器的最优选择。

所述过温保护器由3个电阻、4个MOS管、1个三极管、1个放大器和2个增益组成，以防止电路温度过高。

所述欠压保护器3个电阻、1个MOS管、1个放大器和2个增益组成，以防止控制器欠压。

本发明的有益效果是：根据负载电流的大小，可动态地选择开关宽度和其相应的驱动器尺寸。通过对开关尺寸的控制，在低负载时减小DC-DC 转换器的开关栅极转换损耗，从而提高整个系统的效率。为了保证芯片的安全运行，过温保护和欠压保护被集成在芯片内部。能够降低开关过程中由寄生电容和驱动器引入功耗和提高DCDC变换器稳压性能。

附图说明

图1 同步Buck DC-DC变换器主电路。

图2 DWC控制电路。

图3 过温保护电路。

图4 欠压保护电路。

具体实施方案

图1中，开关和其相应的驱动器被分为n个并联的器件，其中PMOS 功率管为 ，NMOS功率管为，对应的驱动器分别为和。在DC-DC转换器的负载电流变换时，DWC控制器可以根据电流检测电路提供的负载信息判断负载对开关和驱动器的需要，选择相应的开关及驱动器个数，以改变开关的尺寸，从而实现动态宽度控制。和分别为滤波电感和电容。

将DC-DC 控制器检测到的负载电流与内部的电流基准进行比较，从而得到负载所需的最优开关宽度和驱动器尺寸。为系统检测到的具有负载信息的电流信号，在开关模式下，该电流可以实现实时更新，为内部基准电流。DWC需要DFF(D-Flip-Flop)来实现对信号的锁存，所以在系统的上电过程中需要进行复位，因此预复位模块被用来实现这一功能。在复位期间，要保证DC-DC 的开关保持在关断状态，以避免出现因开关的误操作而造成不必要的器件损坏和功率损耗，因此，Or_N 模块被用来保证开关处于正确状态。DWC 电路中的选择器可以根据检测到的负载电流大小，动态地做出对开关和其驱动器的最优选择。