用于低待机电流切换调节器的方法和装置
2019-11-22

用于低待机电流切换调节器的方法和装置

一种控制输入电压至输出电压的转换的调节器控制器,包括切换调节器、低失落(LDO)调节器以及模式控制器。切换调节器当被启用时形成脉冲控制信号以调节输出电压。LDO调节器当被启用时也调节输出电压。模式控制器基于负载状态启用或禁用切换调节器和LDO调节器。在正常操作中,切换调节器被启用而LDO调节器被禁用。当检测到低载状态时,例如检测到脉冲控制信号上被跳过的脉冲时,LDO调节器被启用。当脉冲控制信号达到最小电平时,禁用切换调节器。基于LDO调节器的电流输出的阈值条件来禁用LDO调节器并重新启用切换调节器。

当操作切换至PffM模式时,此时PWM调节器204被启用而LDO调节器215被禁用,同时ISNE_LD0处于ITH2和ITH3之间,输出电流可足够低以使脉冲跳过发生,或者ISEN_P丽足够低以使低载检测器230(或图5的脉冲跳过检测器530)触发L_0N并重新启用LDO调节器215。在这种情形下,双工模式发生作用。由于LDO调节器215被禁用并随后被重新启用,因此其电流限值在双工模式下复位回到IL頂I并保持在IUMl。由于在双工模式下希望PffM调节器204提供大部分负载电流(因为当ILOAD高于ITH2时更为高效率),这样做是有优势的。

图2是根据本发明一个实施例的电压调节器107的简化方框示意图。电池B图示为将通过输入电容器Cl滤波的输入电压VIN提供给输入电压节点201。电池B和电容器Cl耦合在输入电压节点201和GND之间。电池B给出来自VSEL电路105的输出,该输出可通过电池1I产生或来自如前所述的另一来源。VIN被提供给调节器控制器203的输入。在一个实施例中,调节器控制器203被配置在集成电路(IC)或半导体芯片以及类似结构上。然而要注意,调节器控制器203可以独立方式配置。输出电感器L耦合在PHASE(相位)节点205和输出节点207之间,形成输出电压VOUTοVOUT通过耦合在输出节点207和GND之间的输出电容器CO滤波。负载LD也耦合在输出节点207和GND之间,用以将VOUT作为供电电压接收,并且负载电流ILOAD被提供给负载LDJOUT被包括电阻器Rl和R2的分压器分压,电阻器Rl和R2耦合在输出节点207和GND之间,提供形成反馈信号FB的中间反馈节点209JBJIN和PHASE被提供给调节器控制器203的相应输入/输出(I/O)连接。调节器控制器203也包括提供LDO电流ILDO的LDOI/O连接LDOOUT。

参考以下描述以及附图将能更好地理解本发明的益处、特征以及优点,在附图中:

参考以下描述以及附图将能更好地理解本发明的益处、特征以及优点,在附图中:

图1是包括根据本发明的示例性实施例实现的DC-DC切换电压调节器107(另外也称为转换器或电源等)的电子设备100的方框图。电子设备100图示为包括电池101,该电池1I向电压选择(VSEL)电路105的一个输入提供电池电压VBAT,VSEL电路105的另一输入接收来自适配器103的DC电压(VDC)。适配器103从例如交流(AC)电源(未示出)的外部电源接收AC或DC电压,并将接收的电压转换成VDC电压。如果电池101是可充电的,则适配器103可包括用于对电池101进行充电的电池充电器,或者可包括单独的电池充电器(未示出)JSEL电路105将输入电压VIN提供给电压调节器107的输入。该电压调节器107具有提供输出电压VOUT的输出,该输出用来将电源电压提供给负载LDο负载LD—般包括电子设备100的电路,该电路接收负载电流IL0AD。如图所示,LD可包括耦合于存储器111的处理器109,存储器111和处理器109均从调节器107接收供电电压(例如V0UT)。还可构想到不具有处理器或存储器的其它类型的电子设备。

图3是绘出电压调节器107的ILOAD与效率的关系的曲线图,其示出在PWM、双工和LDO操作模式之间切换的阈值电平。曲线301表示仅当PWM调节器204被启用时PffM操作模式的效率,而直线303是表示LDO调节器215的效率的效率水平ELDQ。要理解,PWM调节器204—般在负载电流高于低电平或待机电平时效率更高。在负载电流为低的低载状态下,PWM调节器204的效率降落至低于Eldq电平,以使LDO调节器215效率更高。当负载电流下降至ITHl并稳定在低电流电平时,操作切换至如过渡箭头305指示的LDO模式。当负载电流在LDO模式期间增至高于ITH3时,操作如过渡箭头307所示那样切换回到P丽模式。ITH2处于ITHl和ITH2之间,并当PffM效率高于Eldq水平时可配置成更靠近ITH3。

在一个实施例中,仅提供PWM并且低载检测器230感测用于检测低载状态的一个或多个跳过的PWM脉冲或一个或多个最小脉冲。在另一实施例中,仅提供ISEN_PWM并且低载检测器230感测ISEN_P丽达到预定的低电平,从而检测低载状态。在另一实施例中,可采用这些方法的任意组合。

模式控制器202包括第一滤波/延时网络227、第二滤波/延时网络217、比较器219、223和229、2-输入逻辑OR门225、SRFF222、低载检测器230以及电流阈值网络228。滤波/延时网络227接收ISEN_LDO并具有耦合于比较器229的反相输入的输出。第一阈值电压ITHl被提供给比较器229的非反相输入,该比较器229的输出将信号P_OFF提供给SRFF222的复位(R)输入。滤波/延时网络217接收ISEN_LDO并具有耦合于比较器223的非反相输入的输出。第二阈值电压ITH2被提供给比较器223的反相输入,该比较器223的输出被提供给OR门225的输入。ISEN_LD0被提供给比较器219的非反相输入,该比较器219在其反相输入接收第三阈值电压ITH3并具有耦合于OR门225的另一输入的输出。OR门225的输出耦合于SRFF222的置位(S)输入。SRFF222的Q输出将信号0N/0FF提供给驱动器网络213的启用输入并提供给PWM控制器211的启用输入。0N/0FF信号启用或禁用PffM调节器204。

P_0FF信号由比较器229基于ITHl阈值条件声明,或当Pmi信号变为零或在给定周期内提供最小数目脉冲时由脉冲跳过检测器530声明。当ISEN_LD0下降至低于指示非常低载状态的ITHl时,ITHl阈值条件发生。当在双工模式状态603期间声明?_0??时,则过渡至仅LDO模式状态605,在这种情形下PWM调节器204被断开同时LDO调节器215保持导通。此外,LDO调节器215的最大电流限值,且因此ISEN_LD0的最大电流限值,增加至IUM2。要注意,当L_0P^PP_0FF信号在同一时间或几乎同一时间被声明时,操作可从正常模式状态601跳至仅LDO模式状态605。

此外,将滤波/延时网络227和比较器229省去,取而代之的是通过脉冲跳过检测器530提供P_0FF信号。如前面提到的,当负载电流在P丽模式下减小时,P丽控制器211开始跳过PffM脉冲。脉冲跳过检测器530检测一个或多个跳过的脉冲,并声明L_0N信号以启用LDO调节器215。如前所述,当PffM调节器204和LDO调节器215两者均被启用时,调节器控制器203工作在双工模式下。当负载电流继续减小以使ILDO减小至低于ILIMl时,LDO调节器215承担大部分或全部输出电流。如果如前面提到那样执行返送,则随着电流减小,返送效果降低并且LDO调节器215基于VREF_LD0将VOUT电压驱动至更高,并且PffM调节器204进入过电压模式或以其它方式最小化或甚至停止在PWM信号上发出脉冲。如果在给定周期内PWM信号变为零或提供最小个数的脉冲,则脉冲跳过检测器530检测到没有脉冲的周期并声明?_0??信号以使SRFF222复位,从而禁用HVM调节器204。如此,消除了用来检测低电流阈值ITHl的电路。相反,PBi信号由脉冲跳过检测器530使用以确定何时禁用PffM调节器204。脉冲跳过检测器530可在跳过一定数量的连续脉冲时声明P_0FF。

附图说明

对于双工模式状态603,PWM调节器204和LDO调节器215两者被导通,由此试图调节输出电压。LDO调节器215是如前所述限流至ILIMl的较低电流限值的电流。操作保持在双工模式状态603,直到声明P_0NSP_0FF为止。每当满足阈值条件ITH2或ITH3中的任何一个时,Ρ_0Ν被声明。两阈值均基于LDO调节器输出电流ISEN_LD0的比较。ITH2阈值条件是与例如通过滤波/时延网络227的时延组合的较低电平电流状态。因此,当ISEN_LD0在由滤波/时延网络227确定的一段时间内上升至高于ITH2时,则满足ITH2阈值条件。ITH3条件是较高电平电流条件,并且每当ISEN_LD0上升至高于ITH3时,财满足ITH3阈值条件。如果满足ITH2或ITH3条件,则?_(^被声明且操作返回到正常模式状态601。

在LDO操作模式中,LDO调节器215还使用闭环控制以调节VOUTIDO调节器215包括电流传感器220、误差放大器233、驱动器235、功率器件Q3、启用电路231、置位-复位触发器(SRFF)224和限流器226。误差放大器233具有接收FB的非反相输入、接收LDO基准电压VREF_LDO的反相输入以及形成误差电压ER的输出。ER被提供给驱动器235的输入,驱动器235的输出提供用于驱动功率器件Q3的栅极的LDO控制信号LCTL。在一个实施例中,功率器件Q3是P沟道MOSFET(或PFET),其具有耦合以接收输入电压VIN的源极、耦合至输出节点207的漏极以及耦合于驱动器235的输出的栅极。也可考虑其它类型的功率器件,例如功率PNP双极结型晶体管等。电流传感器220感测经由调节器控制器203的LDO输出LDOOUT提供的电流ILDO,并提供相应电流感测信号ISEN_LD0。驱动器235具有启用输入,该启用输入耦合于启用电路231的输出以接收启用信号LENJRFF224具有提供给限流器226和启用电路231的相应输入的Q输出。限流器226被耦合以(在Q3的栅极侧)接收ICTL。限流器226也接收ISEN_LD0以及限流信号IUMl和IUM2。

图1是根据本发明一示例性实施例实现的包括DC-DC切换电压调节器的电子设备的方框图;