專利名稱：提高dc-dc變換器輕載效率的方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高DC-DC變換器輕載效率的方法及電路，具體地說是一種通過關(guān)斷開關(guān)管部分導(dǎo)電通道來提高DC-DC變換器輕載效率的方法及電路，屬于DC-DC變換器的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在日益普及的便攜電子產(chǎn)品中，大都采用電池供電，有限的電池容量和產(chǎn)品功能的迅速擴(kuò)展給電源管理的效率提出越來越高的要求，而集成同步BUCK型DC-DC變換器在很寬的輸入輸出電壓范圍內(nèi)都可以保持很高的效率，使得它在很多場合成為首選的電源管理器件。

BUCK型DC-DC變換器在輕載時有三種控制模式，可以簡單分成強(qiáng)制連續(xù)模式、跳脈沖模式、突發(fā)模式。強(qiáng)制連續(xù)模式的電流雙向流動，效率最低，紋波最小。通過遲滯比較器檢測輸出電壓的突發(fā)模式開關(guān)管工作的時間短，效率高，紋波最大。跳脈沖模式工作在DCM模式并跳去一些脈沖，效率和紋波介于上述兩種模式之間。以上三種各有優(yōu)缺點(diǎn)，不同的應(yīng)用可以采用不同的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種提高DC-DC變換器輕載效率的方法及電路，其提高輕載效率，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，降低使用成本，安全可靠。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述提高DC-DC變換器輕載效率的方法，包括同步開關(guān)管及用于連接負(fù)載電阻與輸入電壓源并調(diào)節(jié)負(fù)載電阻與輸入電壓源連接狀態(tài)的主開關(guān)管，所述主開關(guān)管的柵極端及同步開關(guān)管的柵極端均與驅(qū)動電路相連；其特征是所述驅(qū)動電路根據(jù)負(fù)載電流lout、輸入電壓源的電壓調(diào)節(jié)主開關(guān)管和/或同步開關(guān)管對應(yīng)導(dǎo)電溝道的寬長比，以使得主開關(guān)管導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于主開關(guān)管驅(qū)動損耗的減少量和/或同步開關(guān)管導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于同步開關(guān)管驅(qū)動損耗的減少量，提高對負(fù)載電阻的輸出效率。所述驅(qū)動電路包括電流閾值設(shè)定模塊，所述電流閾值設(shè)定模塊的輸出端與比較器的反相端相連，比較器的同相端輸入負(fù)載電流lout，比較器的輸出端與第一控制器及第二控制器相連，所述第一控制器的輸出端與主開關(guān)管的柵極端相連，所述第二控制器的輸出端與同步開關(guān)管的柵極端相連。所述驅(qū)動電路調(diào)節(jié)主開關(guān)管的導(dǎo)電溝道的寬長比，使得主開關(guān)管導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于主開關(guān)管驅(qū)動損耗的減小量時，得到
Ijr~f央 rr 由 V r 金 τ~·Iour < Ik^ im lJS lv sw
mn:M0* I)其中，k表示比例系數(shù)，0〈k ( 1，Cgsi表示主開關(guān)管內(nèi)的寄生柵源電容，Vgs表示柵源電壓，F(xiàn)sw表示工作頻率，Rqi為主開關(guān)管的導(dǎo)通電阻、D為占空比，Vin表示輸入電壓源的電壓值。所述第一控制器包括高轉(zhuǎn)低電平移位器、與門及低轉(zhuǎn)高電平移位器；所述高轉(zhuǎn)低電平移位器與與門的一輸入端相連，比較器的輸出端與與門的另一輸入端相連，與門的輸出端與低轉(zhuǎn)高電平移位器相連，所述低轉(zhuǎn)高電平移位器的輸出端與主開關(guān)管的柵極端相連。一種提高DC-DC變換器輕載效率的電路，包括同步開關(guān)管及用于連接負(fù)載電阻與輸入電壓源并調(diào)節(jié)負(fù)載電阻與輸入電壓源連接狀態(tài)的主開關(guān)管，所述主開關(guān)管的柵極端及同步開關(guān)管的柵極端均與驅(qū)動電路相連；同步開關(guān)管的漏極端與主開關(guān)管的源極端相連，主開關(guān)管的漏極端與輸入電壓源的一端相連，輸入電壓源的另一端與同步開關(guān)管的源極端相連；同步開關(guān)管的漏極端通過儲能電感與負(fù)載電阻連接；所述驅(qū)動電路根據(jù)負(fù)載電流lout、輸入電壓源的電壓調(diào)節(jié)主開關(guān)管和/或同步開關(guān)管對應(yīng)導(dǎo)電溝道的寬長比，以使得主開關(guān)管導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于主開關(guān)管驅(qū)動損耗的減少量和/或同步開關(guān)管導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于同步開關(guān)管驅(qū)動損耗的減少量，提高對負(fù)載電阻的輸出效率。 所述驅(qū)動電路包括電流閾值設(shè)定模塊，所述電流閾值設(shè)定模塊的輸出端與比較器的反相端相連，比較器的同相端輸入負(fù)載電流lout，比較器的輸出端與第一控制器及第二控制器相連，所述第一控制器的輸出端與主開關(guān)管的柵極端相連，所述第二控制器的輸出端與同步開關(guān)管的柵極端相連。所述第一控制器包括高轉(zhuǎn)低電平移位器、與門及低轉(zhuǎn)高電平移位器；所述高轉(zhuǎn)低電平移位器與與門的一輸入端相連，比較器的輸出端與與門的另一輸入端相連，與門的輸出端與低轉(zhuǎn)高電平移位器相連，所述低轉(zhuǎn)高電平移位器的輸出端與主開關(guān)管的柵極端相連。所述負(fù)載電阻的兩端并聯(lián)有濾波支路，所述濾波支路包括濾波電容及與所述濾波電容串聯(lián)的電容等效串聯(lián)電阻。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)驅(qū)動電路與主開關(guān)管的柵極端及同步開關(guān)管的柵極端相連，所述驅(qū)動電路根據(jù)負(fù)載電流、輸入電壓源VIN的電壓調(diào)節(jié)主開關(guān)管和/或同步開關(guān)管對應(yīng)導(dǎo)電溝道的寬長比，以使得主開關(guān)管導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于主開關(guān)管驅(qū)動損耗的減少量和/或同步開關(guān)管導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于同步開關(guān)管驅(qū)動損耗的減少量，提高對負(fù)載電阻的輸出效率，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，降低使用成本，安全可靠。


圖I為現(xiàn)有同步整流Buck型DC-DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有PWM控制Buck型DC-DC變換器結(jié)構(gòu)原理圖。圖3為本發(fā)明DC-DC變換器的原理圖。圖4為本發(fā)明第一控制器的原理圖。圖5為本發(fā)明損耗隨負(fù)載變化的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖I所示為同步整流Buck型DC-DC轉(zhuǎn)換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中上管Ql為主開關(guān)管，下管Q2為同步開關(guān)管，L為儲能電感，C為濾波電容，R。為電容等效串聯(lián)電阻，R為負(fù)載電阻。工作時，主開關(guān)管Ql在每個周期開始時接通，流過儲能電感L的電流通過主開關(guān)管Ql而上升，輸入電壓源VIN的電能轉(zhuǎn)換為磁能儲存在儲能電感L的電感磁場中，到達(dá)一定占空比時主開關(guān)管Ql關(guān)斷，儲能電感L的電流通過同步開關(guān)管Q2進(jìn)行續(xù)流而逐漸下降，實(shí)現(xiàn)磁能轉(zhuǎn)換為電能釋放到輸出端，完成一個周期的轉(zhuǎn)換。正是有了電能和磁能之間的相互轉(zhuǎn)換，通過控制磁能釋放的路徑和時間，實(shí)現(xiàn)了電壓高低和極性的變換。盡管儲能電感L上的電流是隨著開關(guān)周期在作周期性的變化，但在Buck型DC-DC正常工作時，其負(fù)載電流是等于電感電流的平均值。如圖2所示為典型PWM控制BUCK型DC-DC變換器結(jié)構(gòu)原理圖，主要由片外LC濾波、誤差放大器、基準(zhǔn)電路、PWM比較器、邏輯控制和緩沖驅(qū)動電路、主開關(guān)管Q1、同步開關(guān)管Q2和振蕩器；第一反饋電阻Rfi及第二反饋電阻Rf2構(gòu)成反饋電路，其中，主開關(guān)管Ql、同步開關(guān)管Q2相應(yīng)導(dǎo)電溝道的寬長比均為W/L，正常導(dǎo)通。
上述典型的Buck型DC-DC變換器雖然工作原理簡單，所用器件少，成本低，但是該電路也存在一定的問題，主要體現(xiàn)在此時電路中會產(chǎn)生一定的損耗，主要包括控制電路部分損耗，主開關(guān)管Q1、同步開關(guān)管Q2的導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗，驅(qū)動主開關(guān)管Q1、同步開關(guān)管Q2的損耗，死區(qū)時間損耗，外部元件損耗等。目前，DC-DC變換器的輸出功率越來越大，而重負(fù)載時主開關(guān)管Ql、同步開關(guān)管Q2的導(dǎo)通損耗占主導(dǎo)作用，也即電路的損耗主要表現(xiàn)為主開關(guān)管Q1、同步開關(guān)管Q2的導(dǎo)通損耗，因此為了滿足重載時的要求，需要此時的導(dǎo)通電阻很小。而隨著負(fù)載電流的降低，主開關(guān)管Q1、同步開關(guān)管Q2的導(dǎo)通損耗明顯降低，而此時驅(qū)動主開關(guān)管Q1、同步開關(guān)管Q2的驅(qū)動損耗卻相對顯現(xiàn)，影響輕載時DC-DC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。輕負(fù)載和重負(fù)載是相對地，一般重負(fù)載即負(fù)載電流較大，輕負(fù)載即負(fù)載電流較小的情況，為本技術(shù)領(lǐng)域所熟知。以主開關(guān)管Ql、同步開關(guān)管Q2均為NMOS管，且針對強(qiáng)制連續(xù)模式的DC-DC變換器為例來對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖I和圖3所示本發(fā)明包括同步開關(guān)管Q2及用于連接負(fù)載電阻R與輸入電壓源VIN并調(diào)節(jié)負(fù)載電阻R與輸入電壓源VIN連接狀態(tài)的主開關(guān)管Ql，所述主開關(guān)管Ql的柵極端及同步開關(guān)管Q2的柵極端均與驅(qū)動電路相連；同步開關(guān)管Q2的漏極端與主開關(guān)管Ql的源極端相連，主開關(guān)管Ql的漏極端與輸入電壓源VIN的一端相連，輸入電壓源VIN的另一端與同步開關(guān)管Q2的源極端相連；同步開關(guān)管Q2的漏極端通過儲能電感L與負(fù)載電阻R連接；所述驅(qū)動電路根據(jù)負(fù)載電流lout、輸入電壓源VIN的電壓調(diào)節(jié)主開關(guān)管Ql和/或同步開關(guān)管Q2對應(yīng)導(dǎo)電溝道的寬長比，以使得主開關(guān)管Ql導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于主開關(guān)管Ql驅(qū)動損耗的減少量和/或同步開關(guān)管Q2導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于同步開關(guān)管Q2驅(qū)動損耗的減少量，提高對負(fù)載電阻R的輸出效率。所述驅(qū)動電路包括電流閾值設(shè)定模塊，所述電流閾值設(shè)定模塊的輸出端與比較器的反相端相連，比較器的同相端輸入負(fù)載電流lout，比較器的輸出端與第一控制器及第二控制器相連，所述第一控制器的輸出端與主開關(guān)管Ql的柵極端相連，所述第二控制器的輸出端與同步開關(guān)管Q2的柵極端相連。所述負(fù)載電阻R的兩端并聯(lián)有濾波支路，所述濾波支路包括濾波電容C及與所述濾波電容C串聯(lián)的電容等效串聯(lián)電阻Rc。
本發(fā)明實(shí)施例中，以主開關(guān)管Ql為例進(jìn)行說明。主開關(guān)管Ql的導(dǎo)電溝道的寬度為W，導(dǎo)電溝道的長度為L，即主開關(guān)管Ql導(dǎo)電溝道的寬長比為W/L;當(dāng)主開關(guān)管Ql的導(dǎo)電溝道全部處于導(dǎo)通狀態(tài)時，主開關(guān)管Ql的導(dǎo)通電阻小，當(dāng)主開關(guān)管Ql的導(dǎo)電溝道被部分關(guān)斷或全部關(guān)斷時，主開關(guān)管Ql的導(dǎo)通電阻變大。一般地，可以根據(jù)主開關(guān)管Ql導(dǎo)電溝道的比例將主開關(guān)管Ql等效成若干開關(guān)管并聯(lián)的情況，本發(fā)明圖3中，將主開關(guān)管Ql等效為開關(guān)管QH1、開關(guān)管QH2并聯(lián)的兩個開關(guān)管，同時，同步開關(guān)管Q2等效為開關(guān)管QL1、開關(guān)管QL2并聯(lián)的兩個開關(guān)管，也可以根據(jù)需要等效為所需數(shù)量并聯(lián)的開關(guān)管，為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再詳述。具體地，主開關(guān)管Ql等效為并聯(lián)的開關(guān)管QHl及開關(guān)管QH2后，設(shè)定開關(guān)管QHl
導(dǎo)電溝道的寬長比為Aif測開關(guān)管QH2導(dǎo)電溝道的寬長比為(I-幻也即開關(guān)管QHl
時，與此類似，不再贅述；k為比例系數(shù)，0〈k彡I。主開關(guān)管Ql等效為并聯(lián)的開關(guān)管QHl及開關(guān)管QH2后，等效的并聯(lián)電阻為Rqi，則當(dāng)開關(guān)管QH1、開關(guān)管QH2同時導(dǎo)通，即主開關(guān)管Ql導(dǎo)通時損耗可表不為Pcond—QI-Iout *Rqi*D ( I )其中，Pcondjji為主開關(guān)管Ql的導(dǎo)通損耗，Iott指輸出負(fù)載電流，Rqi指主開關(guān)管Ql的導(dǎo)通電阻，D為占空比。驅(qū)動開關(guān)管QH1、開關(guān)管QH2的損耗(也即開關(guān)損耗)可表示為Pswitch=Qg*Vin*Fsw=Cgs1*Vgs*Vin*Fsw (2)其中，Pswitqi為開關(guān)損耗，Cgsi為主開關(guān)管Ql并聯(lián)若干開關(guān)管時等效的寄生柵源電容，Vgs為上管工作時的柵源電壓，F(xiàn)sff為工作頻率，Vin為輸入電壓源的電壓值。此時，主開關(guān)管Ql總損耗為兩個之和，可表示為Ptotal_Pcond—Qi+Pswitch(3)從公式(I)和公式(2)兩式中可知損耗和Rqi與Cesi有直接聯(lián)系，兩值均與主開關(guān)管Ql的尺寸有關(guān)，其中
R 1
C1 vC(r//,)(Fc^|FI:v|)(4)cGS1=C0X*ff*L由公式(4)可知主開關(guān)管Ql的尺寸越小，Rqi越大,而同時Cesi越小，從而影響主開關(guān)管Ql損耗。其中uN是NMOS管的溝道遷移率，Cra是單位面積的柵氧化層電容，W是主開關(guān)管Ql導(dǎo)電溝道的總寬度，L為主開關(guān)管Ql導(dǎo)電溝道的總長度，Vgs為主開關(guān)管Ql的柵源電壓，Vtn為主開關(guān)管Ql的閾值電壓。為提高DC-DC變換器在輕載時的效率，本發(fā)明實(shí)施例中將關(guān)閉主開關(guān)管Ql的部分導(dǎo)電溝道，即將開關(guān)管QH2關(guān)閉，開關(guān)管QHl保持導(dǎo)通，此時主開關(guān)管Ql工作的導(dǎo)電溝道為
e如圖3所示，開關(guān)管QH1、開關(guān)管QH2的柵極驅(qū)動分別由HDRVl信號、HDRV2信號驅(qū)
動；同步開關(guān)管Q2等效的開關(guān)管QLl、開關(guān)管QL2的柵極驅(qū)動分別由LDRVl信號、LDRV2信號驅(qū)動。W驅(qū)動電路關(guān)斷等效的開關(guān)管QH2后，使主開關(guān)管Ql的導(dǎo)電溝道的寬長比為I
I,
則此時主開關(guān)管Ql的導(dǎo)通電阻增加為|*Λ Λ 而柵源電容減少為k*Cesi，此時主開關(guān)管Ql的
JfC
導(dǎo)通損耗變化為
R·
P' = / - *_￡L* η(5〕
1 coND C oirr ^驅(qū)動主開關(guān)管Ql的損耗變化為P’SWITCH=k*CGS1*VGS*VIN*FSff (6)此時總損耗變化為P TOTAL- COND—Ql+P SWITCH( )所以主開關(guān)管Ql導(dǎo)通電阻的損耗增加量為
I L·
m\osd____qi = W * (丁) *Rm*D( 8)
tC主開關(guān)管Ql的驅(qū)動損耗減少量為Δ Pswttch- (l_k) CGS1*VGS*VIN*FSW (9 )為了使得調(diào)節(jié)主開關(guān)管Ql導(dǎo)電溝道的寬長比，達(dá)到減少損耗的目的，只需要使
(8)式小于(9)式即可，Δ PSWITCH〉Δ Pcond qi也即
O -々K 如 * Vcs * * /·；, > fori*D(10)
I ~c *F~...........
rnntrfi-| I < Ur *vGS ^ IN 1 SW
L0056」Iom < P
UΛi ■■·'由上式可知，針對不同的工作條件，選擇對應(yīng)的k值，即可使上式對應(yīng)Itot以下負(fù)載時的效率得到提高，損耗隨負(fù)載變化的直觀曲線見圖5所示。即在輕載時，通過關(guān)斷主開關(guān)管Ql的部分導(dǎo)電溝道，能達(dá)到提高DC-DC變換器輕載效率的目的。由于整個DC-DC變換器包括主開關(guān)管Ql及同步開關(guān)管Q2，DC-DC變換器的導(dǎo)通損耗、驅(qū)動損耗由主開關(guān)管Q1、同步開關(guān)管Q2共同產(chǎn)生，因此上述針對主開關(guān)管即主開關(guān)管Ql的分析結(jié)論同樣適用于同步開關(guān)管Q2，并且適用于不同工作模式。即在上述DC-DC變換器中，通過調(diào)節(jié)主開關(guān)管Ql導(dǎo)電溝道的寬長比及調(diào)節(jié)同步開關(guān)管Q2導(dǎo)電溝道的寬長比，或同時調(diào)節(jié)主開關(guān)管Q1、同步開關(guān)管Q2導(dǎo)電溝道的寬長比，以使得主開關(guān)管Ql導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于主開關(guān)管Ql驅(qū)動損耗的減少量和/或同步開關(guān)管Q2導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于同步開關(guān)管Q2驅(qū)動損耗的減少量，提高對負(fù)載電阻R的輸出效率。進(jìn)一步地，如圖3所示上述等效后，第一控制器的輸出端與開關(guān)管QH2的柵極端相連，第二控制器的輸出端與開關(guān)管QL2的柵極端相連，同時，開關(guān)管QHl的柵極端與信號HDRVl相連，開關(guān)管QLl的柵極端與信號LDRVl相連，信號HDRVl輸入第一控制器內(nèi)，信號LDRVl輸入第二控制器內(nèi)。電流閾值設(shè)定模塊接收輸入電壓源VIN的電壓VIN、DC-DC變換器上負(fù)載電阻的電壓Vout，電流閾值設(shè)定模塊根據(jù)電壓VIN、電壓Vout、占空比D及工作頻率Fsw運(yùn)算得到預(yù)設(shè)電流值IDC，所述預(yù)設(shè)電流值IDC可以根據(jù)上述公式(10)進(jìn)行運(yùn)算得至IJ，根據(jù)不同的負(fù)載時，能夠得到不同的預(yù)設(shè)電流值IDC。所述預(yù)設(shè)電流值IDC輸入比較器的反相端，比較器的同相端為負(fù)載電流lout,當(dāng)負(fù)載電流Iout低于預(yù)設(shè)電流值IDC時，比較器輸出低電平信號，及EN_L0AD為低電平信號。低電平信號EN_L0AD,經(jīng)過第一控制器內(nèi)與門U2邏輯控制，HDRV2信號就為低，關(guān)斷開關(guān)管QH2，達(dá)到調(diào)節(jié)主開關(guān)管Ql導(dǎo)電溝道寬長比的目的。同步開關(guān)管Q2的調(diào)節(jié)狀態(tài)與主開關(guān)管Ql的過程相同，此處不再詳述。如圖4所示所述第一控制器包括高轉(zhuǎn)低電平移位器、與門U2及低轉(zhuǎn)高電平移位器；所述高轉(zhuǎn)低電平移位器與與門U2的一輸入端相連，比較器的輸出端與與門U2的另一輸入端相連，與門U2的輸出端與低轉(zhuǎn)高電平移位器相連，所述低轉(zhuǎn)高電平移位器的輸出端與主開關(guān)管Ql的柵極端相連。第二控制器與第一控制器的結(jié)構(gòu)完全相同，此處不再贅述。實(shí)際電路里面，控制電路用的一般用低壓器件，一般是5V相對于地的電位，由于開關(guān)管QH1、開關(guān)管QH2的漏極端與電壓Vin相連，驅(qū)動上管的話，則需要用到相對SW的電位，所述第一控制器內(nèi)采用了高轉(zhuǎn)低電平移位器及低轉(zhuǎn)高電平移位器。
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信號HDRV1、信號LDRVl是由整個系統(tǒng)控制產(chǎn)生，由反饋電壓經(jīng)過內(nèi)部PWM比較器，產(chǎn)生一個脈寬信號，并經(jīng)過電平移位轉(zhuǎn)換以及驅(qū)動級電路得到，信號HDRV1、信號LDRVl的信號產(chǎn)生過程為本技術(shù)領(lǐng)域所熟知，此處不再贅述。當(dāng)DC-DC變換器的負(fù)載功率高于設(shè)定值時，即預(yù)設(shè)電流值IDC大于負(fù)載電流Iout時，比較器輸出的EN_L0AD信號輸出為1，此時信號HDRV2、信號LDRV2信號與HDRVl、LDRV2相同，即等效的開關(guān)管QH2、開關(guān)管QL2也參與工作，即主開關(guān)管Ql及同步開關(guān)管Q2的導(dǎo)電溝道全通導(dǎo)通。當(dāng)負(fù)載低于設(shè)定值時，比較器輸出的EN_L0AD信號為0，此時信號HDRV2、信號LDRV2始終為邏輯低電平，等效的開關(guān)管QH2、開關(guān)管QL2始終處在關(guān)斷狀態(tài)，即在輕載狀態(tài)下通過關(guān)斷主開關(guān)管Ql和/或同步開關(guān)管Q2的部分導(dǎo)電溝道，以提高整個DC-DC變換器的輸出效率。如圖5所示，Pcond qi為開關(guān)管全部導(dǎo)通時的導(dǎo)通損耗，Pswitch為開關(guān)管全部導(dǎo)通時的開關(guān)損耗，PtotaL為開關(guān)管全部導(dǎo)通時的總的損耗。而P' C0ND_Q1 > P ' SWITCH'P ； TCML分別為部分開關(guān)導(dǎo)通時的各項(xiàng)損耗。比較Ρτ()ι與P ，兩者的交點(diǎn)處說明總損耗一致，而低于交點(diǎn)以下的負(fù)載，關(guān)斷部分開關(guān)總的損耗較低。高于交點(diǎn)以上的負(fù)載，全部導(dǎo)通總的損耗較低。本發(fā)明驅(qū)動電路與主開關(guān)管Ql的柵極端及同步開關(guān)管Q2的柵極端相連，所述驅(qū)動電路根據(jù)負(fù)載電流lout、輸入電壓源VIN的電壓調(diào)節(jié)主開關(guān)管Ql和/或同步開關(guān)管Q2對應(yīng)導(dǎo)電溝道的寬長比，以使得主開關(guān)管Ql導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于主開關(guān)管Ql驅(qū)動損耗的減少量和/或同步開關(guān)管Q2導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于同步開關(guān)管Q2驅(qū)動損耗的減少量，提高對負(fù)載電阻R的輸出效率。
權(quán)利要求
1.一種提高DC-DC變換器輕載效率的方法，包括同步開關(guān)管(Q2)及用于連接負(fù)載電阻(R)與輸入電壓源(VIN)并調(diào)節(jié)負(fù)載電阻(R)與輸入電壓源(VIN)連接狀態(tài)的主開關(guān)管(Q1)，所述主開關(guān)管(Ql)的柵極端及同步開關(guān)管(Q2)的柵極端均與驅(qū)動電路相連；其特征是所述驅(qū)動電路根據(jù)負(fù)載電流lout、輸入電壓源(VIN)的電壓調(diào)節(jié)主開關(guān)管(Ql)和/或同步開關(guān)管(Q2)對應(yīng)導(dǎo)電溝道的寬長比，以使得主開關(guān)管(Ql)導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于主開關(guān)管(Ql)驅(qū)動損耗的減少量和/或同步開關(guān)管(Q2)導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于同步開關(guān)管(Q2)驅(qū)動損耗的減少量，提高對負(fù)載電阻(R)的輸出效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高DC-DC變換器輕載效率的方法，其特征是所述驅(qū)動電路包括電流閾值設(shè)定模塊，所述電流閾值設(shè)定模塊的輸出端與比較器的反相端相連，比較器的同相端輸入負(fù)載電流lout，比較器的輸出端與第一控制器及第二控制器相連，所述第一控制器的輸出端與主開關(guān)管(Ql)的柵極端相連，所述第二控制器的輸出端與同步開關(guān)管(Q2)的柵極端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高DC-DC變換器輕載效率的方法，其特征是所述驅(qū)動電路調(diào)節(jié)主開關(guān)管(Ql)的導(dǎo)電溝道的寬長比，使得主開關(guān)管(Ql)導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于主開關(guān)管(Ql)驅(qū)動損耗的減小量時，得到
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高DC-DC變換器輕載效率的方法，其特征是所述第一控制器包括高轉(zhuǎn)低電平移位器、與門(U2)及低轉(zhuǎn)高電平移位器；所述高轉(zhuǎn)低電平移位器與與門(U2)的一輸入端相連，比較器的輸出端與與門(U2)的另一輸入端相連,與門(U2)的輸出端與低轉(zhuǎn)高電平移位器相連，所述低轉(zhuǎn)高電平移位器的輸出端與主開關(guān)管(Ql)的柵極端相連。
5.一種提高DC-DC變換器輕載效率的電路，其特征是包括同步開關(guān)管(Q2)及用于連接負(fù)載電阻(R)與輸入電壓源(VIN)并調(diào)節(jié)負(fù)載電阻(R)與輸入電壓源(VIN)連接狀態(tài)的主開關(guān)管(Q1)，所述主開關(guān)管(Ql)的柵極端及同步開關(guān)管(Q2)的柵極端均與驅(qū)動電路相連；同步開關(guān)管(Q2)的漏極端與主開關(guān)管(Ql)的源極端相連，主開關(guān)管(Ql)的漏極端與輸入電壓源(VIN)的一端相連，輸入電壓源(VIN)的另一端與同步開關(guān)管(Q2)的源極端相連；同步開關(guān)管(Q2)的漏極端通過儲能電感(L)與負(fù)載電阻(R)連接；所述驅(qū)動電路根據(jù)負(fù)載電流lout、輸入電壓源(VIN)的電壓調(diào)節(jié)主開關(guān)管(Ql)和/或同步開關(guān)管(Q2)對應(yīng)導(dǎo)電溝道的寬長比，以使得主開關(guān)管(Ql)導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于主開關(guān)管(Ql)驅(qū)動損耗的減少量和/或同步開關(guān)管(Q2)導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于同步開關(guān)管(Q2)驅(qū)動損耗的減少量，提高對負(fù)載電阻(R)的輸出效率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述提高DC-DC變換器輕載效率的電路，其特征是所述驅(qū)動電路包括電流閾值設(shè)定模塊，所述電流閾值設(shè)定模塊的輸出端與比較器的反相端相連，比較器的同相端輸入負(fù)載電流lout，比較器的輸出端與第一控制器及第二控制器相連，所述第一控制器的輸出端與主開關(guān)管(Ql)的柵極端相連，所述第二控制器的輸出端與同步開關(guān)管(Q2)的柵極端相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述提高DC-DC變換器輕載效率的電路，其特征是所述第一控制器包括高轉(zhuǎn)低電平移位器、與門(U2)及低轉(zhuǎn)高電平移位器；所述高轉(zhuǎn)低電平移位器與與門(U2)的一輸入端相連，比較器的輸出端與與門(U2)的另一輸入端相連，與門(U2)的輸出端與低轉(zhuǎn)高電平移位器相連，所述低轉(zhuǎn)高電平移位器的輸出端與主開關(guān)管(Ql)的柵極端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述提高DC-DC變換器輕載效率的電路，其特征是所述負(fù)載電阻(R)的兩端并聯(lián)有濾波支路，所述濾波支路包括濾波電容(C)及與所述濾波電容(C)串聯(lián)的電容等效串聯(lián)電阻(Re)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高DC-DC變換器輕載效率的方法及電路，按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述提高DC-DC變換器輕載效率的方法，包括同步開關(guān)管及用于連接負(fù)載電阻與輸入電壓源并調(diào)節(jié)負(fù)載電阻與輸入電壓源連接狀態(tài)的主開關(guān)管，所述主開關(guān)管的柵極端及同步開關(guān)管的柵極端均與驅(qū)動電路相連；其特征是所述驅(qū)動電路根據(jù)負(fù)載電流Iout、輸入電壓源的電壓調(diào)節(jié)主開關(guān)管和/或同步開關(guān)管對應(yīng)導(dǎo)電溝道的寬長比，以使得主開關(guān)管導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于主開關(guān)管驅(qū)動損耗的減少量和/或同步開關(guān)管導(dǎo)通電阻的損耗增加量小于同步開關(guān)管驅(qū)動損耗的減少量，提高對負(fù)載電阻的輸出效率。本發(fā)明提高輕載效率，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單，降低使用成本，安全可靠。
文檔編號H02M3/156GK102891599SQ20121038536
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者朱波, 王宇星, 范建林, 史訓(xùn)南, 劉大偉, 王國瑞, 徐義強(qiáng) 申請人:無錫新硅微電子有限公司