專利名稱：直流-直流轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，尤指一種具有脈寬調(diào)制控制器的直流-直流轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
直流-直流轉(zhuǎn)換器是將輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為已調(diào)節(jié)的輸出直流電壓的電壓調(diào)節(jié)器。在不同類型的電壓調(diào)節(jié)器中，開關(guān)調(diào)節(jié)器由于其提供較高的電源轉(zhuǎn)換效率及設(shè)計(jì)的靈活性而越來(lái)越普及。開關(guān)調(diào)節(jié)器典型地使用電源開關(guān)，電感，和二極管將能量從輸入傳送到輸出。使用反饋和控制機(jī)制提供調(diào)節(jié)的輸出電壓。
最常使用的反饋和控制機(jī)制是脈寬調(diào)制(PWM)。
圖1 (現(xiàn)有技術(shù))是產(chǎn)生調(diào)節(jié)的輸出電壓VOUT的直流-直流轉(zhuǎn)換器100的方框圖。直流-直流轉(zhuǎn)換器100包括PWM控制器101，功率開關(guān)單元102,比較器103，誤差放大器(GM)104，電感105，由電阻(Rl) 121和電阻(R2) 122構(gòu)成的分壓網(wǎng)絡(luò)106，輸出電容107和負(fù)載108。 PWM控制器101包括時(shí)序邏輯元件(例如SR鎖存器電路)110。功率開關(guān)單元102包括開關(guān)器件111和電流檢測(cè)放大器112。在工作期間，提供控制信號(hào)116以控制功率開關(guān)單元102的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)。控制信號(hào)116是由P麗控制器101控制的可調(diào)節(jié)占空比的方波。如果輸出電壓VOUT高于所需要的調(diào)節(jié)電壓VREG，則減少開關(guān)器件lll的導(dǎo)通時(shí)間以便VOUT也減少。類似地，如果輸出電壓VOUT低于VREG，則增加開
6關(guān)器件111的導(dǎo)通時(shí)間以便VOUT也增加。于是通過調(diào)節(jié)控制信號(hào)116的占空比調(diào)節(jié)輸出電壓VOUT。
如在圖1中示出的，控制信號(hào)116典型地具有相對(duì)高的頻率(例如，1.6MHZ)用于對(duì)輸出電壓VOUT濾波并且轉(zhuǎn)換成直流電壓。因此，大量的功率被頻繁地用于開關(guān)器件111的導(dǎo)通和關(guān)斷。如此大量的功率用于開關(guān)導(dǎo)致直流-直流轉(zhuǎn)換器100低效(輸出功率/總功率消耗)。當(dāng)工作在低輸出電流的輕負(fù)載情況下，直流-直流轉(zhuǎn)換器的效率進(jìn)一步減少。相應(yīng)地，已經(jīng)利用各種技術(shù)減少開關(guān)引起的功率損耗，并且由此增加了直流-直流轉(zhuǎn)換器的效率。在圖1的例子中，當(dāng)直流-直流轉(zhuǎn)換器100工作在輕負(fù)載情況下，通過減少開關(guān)器件111的開關(guān)頻率減少開關(guān)功率損耗。希望有其它的改善手段以進(jìn)一步減少整體功率損耗并且由此增加直流-直流轉(zhuǎn)換器的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種直流-直流轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)方法，可以減少整體功率損耗且增加直流-直流轉(zhuǎn)換器的效率。
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案
本發(fā)明提供一種直流-直流轉(zhuǎn)換器，包括誤差放大器，PWM比較器，P麗控制器，功率開關(guān)單元和控制信號(hào)監(jiān)視電路。誤差放大器將反饋電壓與參考電壓進(jìn)行比較并輸出誤差信號(hào)。P麗比較器將所述誤差信號(hào)與斜坡信號(hào)比較并輸出比較信號(hào)。PWM控制器接收來(lái)自PWM比較器的比較信號(hào)，并且產(chǎn)生控制功率開關(guān)單元的數(shù)字控制信號(hào)，以便直流-直流轉(zhuǎn)換器向負(fù)載提供調(diào)節(jié)的輸出電壓?？?載情況還是輕負(fù)載情況。在輕負(fù)載情況下，控制信號(hào)監(jiān)視電路產(chǎn)生第一使能信號(hào)以便直流-直流控制器工作在節(jié)電模式。在重負(fù)載情況下，控制信號(hào)監(jiān)視電路產(chǎn)生第二使能信號(hào)以便直流-直流控制器工作在正常操作模式。直流-直流轉(zhuǎn)換器在節(jié)能模式比在正常操作模式消耗少得多的功率。
控制信號(hào)監(jiān)視電路根據(jù)數(shù)字控制信號(hào)的特性，檢測(cè)出重負(fù)載情況和輕負(fù)載
情況。在一個(gè)實(shí)施例中，控制信號(hào)監(jiān)視電路包括定時(shí)器和時(shí)序邏輯元件諸如SR
鎖存器電路。在輕負(fù)載情況下，定時(shí)器監(jiān)視數(shù)字控制信號(hào)并且當(dāng)數(shù)字控制信號(hào)在預(yù)定的時(shí)間段保持不變時(shí)輸出一個(gè)數(shù)字值。結(jié)果，時(shí)序邏輯元件接收數(shù)字值并且響應(yīng)于該數(shù)字值輸出第一使能信號(hào)。在重負(fù)載情況下，當(dāng)數(shù)字控制信號(hào)從數(shù)字低改變到數(shù)字高時(shí)，輸出第二使能信號(hào)。
本發(fā)明還提供了一種方法，包括(a)監(jiān)視由直流-直流轉(zhuǎn)換器的PWM控制器產(chǎn)生的數(shù)字控制信號(hào)，其中，所述直流-直流轉(zhuǎn)換器向負(fù)載提供調(diào)節(jié)的電壓；(b)根據(jù)所述數(shù)字控制信號(hào)的特性，檢測(cè)出所述直流-直流轉(zhuǎn)換器正工作在輕負(fù)載情況下；和(c)響應(yīng)于在(b)中的檢測(cè)，輸出第一使能信號(hào)以便所述直流-直流轉(zhuǎn)換器工作在節(jié)能模式。
最后，本發(fā)明另外又提供了一種直流-直流轉(zhuǎn)換器，包括功率幵關(guān)單元；控制器，輸出數(shù)字控制信號(hào)以便功率開關(guān)單元向負(fù)載提供調(diào)節(jié)的電壓；和監(jiān)視所述數(shù)字控制信號(hào)的裝置，其中，所述裝置根據(jù)所述數(shù)字控制信號(hào)的特性檢測(cè)出輕負(fù)載情況，并且進(jìn)行響應(yīng)輸出第一使能信號(hào)以便所述直流-直流轉(zhuǎn)換器工作在節(jié)能模式。
本發(fā)明采用的直流-直流轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)方法，可以減少整體功率損耗且增加直流-直流轉(zhuǎn)換器的效率。
下面詳細(xì)描述其它實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)。該發(fā)明內(nèi)容部分不對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定。本發(fā)明由權(quán)利要求限定。


附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，其中同樣的標(biāo)號(hào)表示同樣的部件。
圖i (現(xiàn)有技術(shù))是直流-直流轉(zhuǎn)換器ioo的方框圖。
圖2是按照一個(gè)新穎方面的直流-直流轉(zhuǎn)換器200的方框圖。圖3示出了在直流-直流轉(zhuǎn)換器工作期間各個(gè)信號(hào)的波形圖。圖4是按照一個(gè)新穎方面的方法400的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中示出了其中的例子。圖2是按照一個(gè)新穎方面的直流-直流轉(zhuǎn)換器200的方框圖。直流-直流轉(zhuǎn)換器200包括PWM (脈寬調(diào)制)控制器201，功率開關(guān)單元202， P麗(脈寬調(diào)制)比較器203，誤差放大器(GM)204，電感205，由電阻(R1)221和電阻(R2)222形成的分壓網(wǎng)絡(luò)206，輸出電容207，負(fù)載208和控制信號(hào)監(jiān)視電路209。 PWM控制器201包括時(shí)序邏輯元件(例如，SR鎖存器電路)210，反相器218和與門219。功率開關(guān)單元202包括開關(guān)器件211和電流檢測(cè)放大器212?？刂菩盘?hào)監(jiān)視電路209包括時(shí)序邏輯元件(例如，SR鎖存器電路)241和定時(shí)器242。直流-直流轉(zhuǎn)換器200還包括同步整流器213，比較器214和或非門215。
直流-直流轉(zhuǎn)換器200由輸入直流電壓VIN供電，輸出調(diào)節(jié)的直流電壓VOUT。在直流-直流轉(zhuǎn)換器200工作期間，向P麗控制器201提供方波輸入信號(hào)(CLOCK) 230。 P麗控制器201依次輸出具有可調(diào)節(jié)占空比的方波數(shù)字控制信號(hào)216，以控制功率開關(guān)單元202的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)數(shù)字控制信號(hào)216具有數(shù)字1的值時(shí)，開關(guān)器件211導(dǎo)通，并且輸入電壓VIN被強(qiáng)加在電感205上。電感電流IIND流入負(fù)載208和輸出電容207。輸出電容207在導(dǎo)通時(shí)間(tON)期間充電。另一方面，當(dāng)數(shù)字控制信號(hào)216具有數(shù)字0值時(shí)，開關(guān)器件211關(guān)斷，并且同步整流器213導(dǎo)通。電感電流IIND繼續(xù)流過負(fù)載208并且也流過同步整流器213。輸出電容207在關(guān)斷時(shí)間(tOff)期間放電，構(gòu)成提供給負(fù)載208的總電流的一部分。在穩(wěn)態(tài)工作情況下，在整個(gè)開關(guān)周期內(nèi)電感的平均電壓是零。這樣，忽略效率損失不計(jì)，輸出電壓V0UT能夠按照等式1表達(dá)如下V0UT=VIN (tON/ (備+tOf f)) (1)
因此，通過調(diào)整數(shù)字控制信號(hào)216的占空比(tON/(tON+tOff))，能夠?qū)⑤敵鲭妷篤0UT調(diào)節(jié)在所需要的電壓VREG處。
P麗控制器201利用反饋機(jī)制控制電壓開關(guān)單元202的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)。如在圖2中示出的，輸出電壓V0UT的樣本被分壓網(wǎng)絡(luò)206分壓輸出反饋電壓VBF，并通過誤差放大器204將反饋電壓VBF與參考電壓VREF比較，該誤差放大器204提供放大的誤差信號(hào)VERR0R。放大的誤差信號(hào)VERROR提供給P麗比較器203的反相輸入端。振蕩器斜坡信號(hào)(RAMP) 231與電流檢測(cè)放大器212的輸出信號(hào)相加，以建立電壓斜坡信號(hào)VRAMP。電壓斜坡信號(hào)VRAMP提供給PWM比較器203的非反相輸入端。VERR0R和VRAMP然后通過P麗比較器203比較，以向PWM控制器201提供比較信號(hào)232。PWM控制器201接收時(shí)鐘信號(hào)230和比較信號(hào)232，并且進(jìn)行響應(yīng)產(chǎn)生數(shù)字控制信號(hào)216。
圖3示出了在直流-直流轉(zhuǎn)換器200工作期間各個(gè)信號(hào)諸如時(shí)鐘信號(hào)230和數(shù)字控制信號(hào)216的波形圖。如在圖3中所示，時(shí)鐘信號(hào)230是具有固定的高頻率(例如1.6MHZ頻率)的方波。通過給SR鎖存器210的置位輸入端提供數(shù)字高信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)230的每個(gè)時(shí)鐘脈沖啟動(dòng)一個(gè)"導(dǎo)通"期。在"導(dǎo)通"期內(nèi)，SR鎖存器210輸出數(shù)字高控制信號(hào)216，而該數(shù)字高控制信號(hào)接通開關(guān) 器件211。開關(guān)器件211使得電感電流IIND流過電容207和負(fù)載208并且產(chǎn)生 輸出電壓VOUT。此外，電壓斜坡信號(hào)VRAMP隨著電感電流IIND的增加而增加。 最后，VRAMP變得比VERROR大，并且PWM比較器203輸出數(shù)字高的比較信號(hào)232。 SR鎖存器210的復(fù)位輸入端接收數(shù)字高比較信號(hào)并且進(jìn)行響應(yīng)輸出數(shù)字低控制 信號(hào)216。數(shù)字低控制信號(hào)關(guān)斷開關(guān)器件211以便功率開關(guān)單元202進(jìn)入"關(guān) 斷"期。在"關(guān)斷"期內(nèi)，電感電流IIND流經(jīng)同步整流器213，直到開關(guān)器件 211在下一個(gè)"導(dǎo)通"期再次導(dǎo)通。在具有相對(duì)大負(fù)載電流的重負(fù)載情況下， 在時(shí)鐘信號(hào)230的每個(gè)時(shí)鐘周期重復(fù)該過程。如在圖3中所示出的，在重負(fù)載 情況下，P麗控制器201產(chǎn)生具有與時(shí)鐘信號(hào)230相同頻率的方波的控制信號(hào) 216。因此，在重負(fù)載情況下，開關(guān)器件211在每個(gè)時(shí)鐘周期導(dǎo)通，以將能量從 輸入傳送到輸出。在一個(gè)例子中，開關(guān)器件211是MOSFET晶體管(金屬氧化物 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。這樣，在重負(fù)載情況下由于高的開關(guān)頻率，大量的功率 用于對(duì)晶體管的柵極充電。
圖3還示出了在節(jié)點(diǎn)SW處電壓VSW的電壓曲線和電感電流IIND的電流曲 線。如圖3中所示，電壓VSW具有與數(shù)字控制信號(hào)216類似的波形和占空比。 當(dāng)VSW高時(shí)(在"導(dǎo)通"期內(nèi))電感電流IIND斜坡上升，而在VSW低時(shí)(在"關(guān) 斷"期內(nèi))電感電流IIND斜坡下降。當(dāng)負(fù)載電流ILOAD減少時(shí)，控制信號(hào)216 的占空比減少，并且電感電流IIND斜坡上升較少，而斜坡下降較多(見圖3 中示出的時(shí)鐘周期3和4)。結(jié)果，電感電流IIND逐漸放電，并且等效直流負(fù) 載電流ILOAD按照所希望的減少。
在大部分直流-直流轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中，電感電流IIND在重負(fù)載操作期間(有時(shí)也稱為連續(xù)導(dǎo)電模式操作)從不下降到零。然而，在負(fù)載電流相當(dāng)?shù)偷膽?yīng)用 中，跳躍模式操作(使用非連續(xù)導(dǎo)通模式操作)更有利于改善效率。在跳躍模
式操作中，只有當(dāng)輸出電壓VOUT下降到低于所需要的調(diào)節(jié)電壓VREG時(shí)才啟動(dòng) 一個(gè)新的開關(guān)周期，并且開關(guān)頻率與負(fù)載電流ILOAD成比例。
在圖2的例子中，在輕負(fù)載情況下，直流-直流轉(zhuǎn)換器200工作在跳躍模式。 當(dāng)負(fù)載電流ILOAD在一段時(shí)間內(nèi)均保持為小時(shí)，輸出電壓VOUT保持高于需要的 調(diào)節(jié)電壓VREG。于是誤差信號(hào)VERROR保持低于斜坡信號(hào)VRAMP，并且P麗比較 器203輸出數(shù)字高的比較信號(hào)232。結(jié)果，時(shí)鐘信號(hào)230的上升沿通過數(shù)字高 比較信號(hào)經(jīng)反相器218和與門219被屏蔽。因此，SR鎖存器電路210不再對(duì)每 一個(gè)時(shí)鐘周期產(chǎn)生數(shù)字高控制信號(hào)216。如在圖3中所示，控制信號(hào)216在時(shí) 鐘周期5跳過一個(gè)脈沖。跳過時(shí)鐘周期使得電感電流放電到零。由于開關(guān)器件 211在被跳過的時(shí)鐘周期內(nèi)保持關(guān)斷，跳過時(shí)鐘周期還減少了高功率損耗。這 樣，通過在輕負(fù)載情況下工作在跳躍模式，直流-直流轉(zhuǎn)換器200實(shí)現(xiàn)較高的效 率。
為了實(shí)現(xiàn)高效率，在圖2的例子中還使用了同步整流器(例如，MOSFET開 關(guān)(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)))。當(dāng)MOSFET開關(guān)213導(dǎo)通時(shí)，電流 正常地從源極流到漏極并且允許電感電流IIND流過。因?yàn)楹艿偷臏系离娮瑁?MOSFET開關(guān)213替代一個(gè)整流二極管，并且該整流二極管的標(biāo)準(zhǔn)前向壓降能夠 減少到幾毫伏。然而，如果MOSFET開關(guān)保持導(dǎo)通，電感電流IIND也可以反方 向流通。如在圖2中所示的，比較器214耦合到MOSFET 213，并且控制MOSFET 213 阻斷任何反向電流。同步整流器213和比較器214—起形成理想的二極管，其 改善了輕負(fù)載效率。盡管采用跳躍模式操作和同步整流器大大改善了直流-直流轉(zhuǎn)換器200的 效率，如果在跳躍模式操作期間直流-直流轉(zhuǎn)換器200的內(nèi)部電路不被禁止工 作，則該內(nèi)部電路也消耗大量的功率，并且也引起整體功率損耗和較低效率。 例如，PWM比較器203，誤差放大器204和電流檢測(cè)放大器212每個(gè)都消耗較大 的源電流以便在相對(duì)高的時(shí)鐘頻率下正常地工作。在輕負(fù)載情況下，當(dāng)這些電 路不工作時(shí)，因?yàn)橹绷?直流轉(zhuǎn)換器200用相當(dāng)?shù)偷拈_關(guān)頻率工作在跳躍模式 下，這樣大的源電流是不必要的。
在一個(gè)新穎方面中，直流-直流轉(zhuǎn)換器200在輕負(fù)載情況下具有二個(gè)操作模 式正常操作模式和特殊節(jié)能模式。在圖2的例子中，使用控制信號(hào)監(jiān)視電路 209通過輸出節(jié)能模式使能信號(hào)233，讓直流-直流轉(zhuǎn)換器200進(jìn)入及退出特殊 節(jié)能模式?？刂菩盘?hào)監(jiān)視電路209包括時(shí)序邏輯元件(例如，SR鎖存器電路) 241和定時(shí)器242。 SR鎖存器241的置位輸入端耦合到PWM控制器201的輸出， 以接收數(shù)字控制信號(hào)216。定時(shí)器242的輸入端還耦合到PWM控制器201的輸 出以接收數(shù)字控制信號(hào)216。定時(shí)器242的輸出端耦合到SR鎖存器241的復(fù)位 輸入端。在重負(fù)載情況下，對(duì)于控制信號(hào)216的每個(gè)脈沖，SR鎖存器241的置 位輸入端接收上升沿信號(hào)并且進(jìn)行響應(yīng)輸出數(shù)字高的第一使能信號(hào)233以便直 流-直流轉(zhuǎn)換器工作在正常操作模式。
正如以上展示的跳躍模式操作，當(dāng)直流-直流轉(zhuǎn)換器工作在輕負(fù)載情況下 時(shí)，數(shù)字控制信號(hào)216跳過時(shí)鐘周期并保持?jǐn)?shù)字低的值不變。如果負(fù)載電流 ILOAD極小，則數(shù)字控制信號(hào)216可以跳過很多時(shí)鐘周期并在一個(gè)長(zhǎng)的時(shí)間段 內(nèi)保持不變。定時(shí)器242對(duì)當(dāng)數(shù)字控制信號(hào)216保持為數(shù)字低時(shí)的該時(shí)間段計(jì) 數(shù)。當(dāng)該時(shí)間段達(dá)到一個(gè)預(yù)定的持續(xù)時(shí)間時(shí)(例如，如圖3中示出的10微秒的時(shí)間段)，定時(shí)器242向SR鎖存器241的復(fù)位輸入端輸出數(shù)字高。SR鎖存器241 響應(yīng)于此輸出數(shù)字低的第二使能信號(hào)233以使直流-直流轉(zhuǎn)換器200進(jìn)入特殊節(jié) 能模式。更具體地說，P麗比較器203和電流檢測(cè)放大器212均接收數(shù)字低的 第二使能信號(hào)233并且進(jìn)入特殊節(jié)能模式。在特殊節(jié)能模式中，PMW比較器203 和電流檢測(cè)放大器212均消耗非常小的源電流，由此保存了大量的能量。
之后，當(dāng)負(fù)載電流ILOAD增加時(shí)，輸出電壓VOUT又下降到低于所需要的調(diào) 節(jié)電壓VREG。誤差放大器204輸出高于斜坡信號(hào)VRAMP的誤差信號(hào)VERROR。結(jié) 果，P麗比較器203輸出數(shù)字低的比較信號(hào)232并且解除對(duì)時(shí)鐘信號(hào)230的屏 蔽。于是PWM控制器201啟動(dòng)控制信號(hào)216的一個(gè)新"導(dǎo)通"周期(例如，如 圖3中示出的時(shí)鐘周期N)以導(dǎo)通功率開關(guān)單元202。如在圖3中示出的，該控 制信號(hào)216的新脈沖將定時(shí)器242復(fù)位,并且還使SR鎖存器241輸出數(shù)字高的 第一使能信號(hào)233。于是直流-直流轉(zhuǎn)換器200返回到正常操作模式。
通過根據(jù)數(shù)字控制信號(hào)216的特性檢測(cè)出輕負(fù)載情況和重負(fù)載情況，直流-直流轉(zhuǎn)換器200能夠在正常操作模式和節(jié)能操作模式之間自動(dòng)切換而不直接檢 測(cè)負(fù)載電流或輸出電壓。在一個(gè)例子中，當(dāng)數(shù)字控制信號(hào)216簡(jiǎn)單地從數(shù)字低 變到數(shù)字高時(shí)能夠檢測(cè)為重負(fù)載情況。如上面所解釋的，控制信號(hào)216從數(shù)字 低到數(shù)字高的變化表明相對(duì)重的負(fù)載情況，因?yàn)楦嗄芰啃枰獜妮斎雮魉偷捷?出以便保持調(diào)節(jié)的輸出電壓。另一方面，當(dāng)數(shù)字控制信號(hào)216在一個(gè)時(shí)間段內(nèi) 保持不變時(shí)可檢測(cè)為輕負(fù)載情況。如果控制信號(hào)216跳過至少幾個(gè)時(shí)鐘周期并 且保持不變，那么它表明負(fù)載電流很小并且輸出電壓保持在調(diào)節(jié)電壓之上，沒 有更多的能量從輸入端傳送。例如，如果時(shí)鐘信號(hào)230的頻率是1. 6MHZ (這表 示每個(gè)時(shí)鐘周期是625毫微秒長(zhǎng))，則可以選擇時(shí)間段為5或10微秒。節(jié)能模式允許直流-直流轉(zhuǎn)換器200消耗更少的能量并在輕負(fù)載情況下實(shí) 現(xiàn)較高效率。在一個(gè)例子中，在節(jié)能模式中，能夠?yàn)镻WM比較器203和電流檢 測(cè)放大器212節(jié)省多達(dá)100微安的源電流。該特征在諸如具有內(nèi)部直流-直流轉(zhuǎn) 換器的便攜式音頻播放器的電子設(shè)備中特別有用。當(dāng)便攜式音頻播放器沒有播 放音頻時(shí)，它進(jìn)入非工作模式并需要很小的電流而不被關(guān)斷。通過檢測(cè)出這種 輕負(fù)載情況并且自動(dòng)切換到節(jié)能模式，便攜式音頻播放器的內(nèi)部直流-直流變換 器從其內(nèi)部電池消耗非常低的功率并且由此該電池能夠持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。
圖4是按照一個(gè)新穎方面的方法400的流程圖。在步驟401中監(jiān)視由直流-直流變換器的PWM控制器產(chǎn)生的數(shù)字控制信號(hào)。直流-直流轉(zhuǎn)換器向負(fù)載提供被 調(diào)節(jié)的輸出電壓。當(dāng)直流-直流轉(zhuǎn)換器具有相對(duì)小的負(fù)載電流時(shí)，根據(jù)數(shù)字控制 信號(hào)的特性，諸如數(shù)字控制信號(hào)的圖樣，檢測(cè)為輕負(fù)載情況(步驟402)。響應(yīng) 于在步驟402中的檢測(cè)，輸出第一使能信號(hào)以便直流-直流轉(zhuǎn)換器工作在特殊節(jié) 能模式(步驟403)。當(dāng)直流-直流轉(zhuǎn)換器具有相對(duì)大的負(fù)載電流時(shí)，則根據(jù)數(shù) 字控制信號(hào)的特性檢測(cè)為重負(fù)載情況(步驟404)。響應(yīng)于在步驟404的檢測(cè)， 輸出第二使能信號(hào)以使直流-直流轉(zhuǎn)換器工作在正常操作模式(步驟405)。直 流-直流轉(zhuǎn)換器在節(jié)能模式比在正常操作模式中消耗少得多的功率并且由此在 輕負(fù)載情況下取得較高的效率。
盡管在上面描述了 一些具體的實(shí)施例以展示本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些 具體實(shí)施例。相應(yīng)地，能夠?qū)ι厦婷枋龅膶?shí)施例的各特征進(jìn)行各種修改，調(diào)整 和組合，而不脫離在權(quán)利要求中所述的本發(fā)明的范屈。
1權(quán)利要求
1.一種直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括功率開關(guān)單元；放大器，將反饋電壓與參考電壓進(jìn)行比較并輸出誤差信號(hào)；比較器，將所述誤差信號(hào)與斜坡信號(hào)進(jìn)行比較并輸出比較信號(hào)；脈寬調(diào)制控制器，接收所述比較信號(hào)并且輸出數(shù)字控制信號(hào)，其中所述數(shù)字控制信號(hào)用于控制所述功率開關(guān)單元以便直流-直流轉(zhuǎn)換器向負(fù)載提供調(diào)節(jié)的電壓；和控制信號(hào)監(jiān)視電路，監(jiān)視所述數(shù)字控制信號(hào)，其中所述數(shù)字控制信號(hào)監(jiān)視電路檢測(cè)出輕負(fù)載情況，并且進(jìn)行響應(yīng)輸出第一使能信號(hào)，以便所述直流-直流轉(zhuǎn)換器工作在節(jié)能模式。
2. 如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制信號(hào)監(jiān) 視電路檢測(cè)出重負(fù)載情況，并且進(jìn)行響應(yīng)輸出第二使能信號(hào)，以使所述直流-直流轉(zhuǎn)換器工作在正常操作模式。
3. 如權(quán)利要求2所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述直流-直流轉(zhuǎn) 換器在所述節(jié)能模式比在所述正常工作模式消耗更少的功率。
4. 如權(quán)利要求2所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述比較器在所述節(jié)能模式比在所述正常工作模式具有少得多的功率消耗。
5. 如權(quán)利要求2所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述功率開關(guān)單 元包括開關(guān)和電流放大器，并且其中所述電流放大器在所述節(jié)能模式比在所述 正常操作模式具有少得多的功率消耗。
6. 如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述控制信號(hào)監(jiān)視電路包括定時(shí)器，監(jiān)視所述數(shù)字控制信號(hào)并且當(dāng)所述數(shù)字控制信號(hào)在一個(gè)預(yù)定時(shí)間 段內(nèi)保持不變時(shí)，輸出一個(gè)數(shù)字值；和時(shí)序邏輯元件，響應(yīng)于所述數(shù)字值輸出所述第一使能信號(hào)。
7. 如權(quán)利要求6所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，當(dāng)所述數(shù)字控制信號(hào)從數(shù)字低變到數(shù)字高時(shí)，所述時(shí)序邏輯元件輸出所述第二使能信號(hào)。
8. 如權(quán)利要求6所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述時(shí)序邏輯元 件是從包括觸發(fā)電路和SR鎖存器電路的組中選取的。
9. 如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述直流-直流轉(zhuǎn) 換器包括同步整流器。
10. —種方法，其特征在于，包括(a) 監(jiān)視由直流-直流轉(zhuǎn)換器的PWM控制器產(chǎn)生的數(shù)字控制信號(hào)，其中， 所述直流-直流轉(zhuǎn)換器向負(fù)載提供調(diào)節(jié)的電壓；(b) 根據(jù)所述數(shù)字控制信號(hào)的特性，檢測(cè)出所述直流-直流轉(zhuǎn)換器正工作 在輕負(fù)載情況下；和(c) 響應(yīng)于在(b)中的檢測(cè)，輸出第一使能信號(hào)以便所述直流-直流轉(zhuǎn)換 器工作在節(jié)能模式。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在(b)中通過判定所述數(shù) 字控制信號(hào)在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)保持不變，檢測(cè)出所述輕負(fù)載情況。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括(d) 根據(jù)所述數(shù)字控制信號(hào)的所述特性，檢測(cè)出所述直流-直流轉(zhuǎn)換器工作在重負(fù)載情況下；和(e)響應(yīng)于在(d)的檢測(cè)，輸出第二使能信號(hào)以便所述直流-直流轉(zhuǎn)換器工 作在正常操作模式中。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在(d)中通過判定所述數(shù) 字控制信號(hào)從數(shù)字低變到數(shù)字高，檢測(cè)出所述重負(fù)載情況。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述直流-直流轉(zhuǎn)換器在所述節(jié)能模式比在所述正常操作模式消耗更少的功率。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述直流-直流轉(zhuǎn)換器包括同步整 流器。
16. —種直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括 功率開關(guān)單元；控制器，輸出數(shù)字控制信號(hào)以便功率開關(guān)單元向負(fù)載提供調(diào)節(jié)的電壓；和 監(jiān)視所述數(shù)字控制信號(hào)的裝置，其中，所述裝置根據(jù)所述數(shù)字控制信號(hào)的特性檢測(cè)出輕負(fù)載情況，并且進(jìn)行響應(yīng)輸出第一使能信號(hào)以便所述直流-直流轉(zhuǎn)換器工作在節(jié)能模式。
17. 如權(quán)利要求16所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，通過判定所述數(shù)字控制信號(hào)在一個(gè)預(yù)定時(shí)間段內(nèi)保持不變，檢測(cè)出所述輕負(fù)載情況。
18. 如權(quán)利要求16所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述裝置還根 據(jù)所述數(shù)字控制信號(hào)的特性檢測(cè)出重負(fù)載情況，并且進(jìn)行響應(yīng)輸出第二使能信 號(hào)以便所述直流-直流轉(zhuǎn)換器工作在正常操作模式。
19. 如權(quán)利要求18所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，通過判定所述 數(shù)字控制信號(hào)從數(shù)字低變到數(shù)字高，檢測(cè)出重負(fù)載情況。
20. 如權(quán)利要求18所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述直流-直流 轉(zhuǎn)換器在所述節(jié)能模式比在所述正常操作模式消耗更少的功率。
21. 如權(quán)利要求16所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述直流-直流轉(zhuǎn)換器包括同步整流器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流-直流轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)方法，可以減少整體功率損耗且增加直流-直流轉(zhuǎn)換器的效率。直流-直流轉(zhuǎn)換器，包括誤差放大器，比較器，PWM控制器，功率開關(guān)單元，和控制信號(hào)監(jiān)視電路。PWM控制器從比較器接收比較信號(hào)，并且產(chǎn)生控制功率開關(guān)單元的數(shù)字控制信號(hào)以使直流-直流控制器向負(fù)載提供調(diào)節(jié)的電壓?？刂菩盘?hào)監(jiān)視電路根據(jù)數(shù)字控制信號(hào)的特性檢測(cè)出是重負(fù)載還是輕負(fù)載情況。在輕負(fù)載情況下監(jiān)視電路產(chǎn)生第一使能信號(hào)以便直流-直流控制器工作在節(jié)能模式。在重負(fù)載情況下，監(jiān)視電路產(chǎn)生第二使能信號(hào)以便直流-直流控制器工作在正常操作模式。直流-直流轉(zhuǎn)換器在節(jié)能模式比在正常工作模式消耗小得多的功率。
文檔編號(hào)G05F1/10GK101594056SQ200910005818
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
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