低功耗变换器及实现方法与流程

本发明是关于集成电路领域，特别是关于一种低功耗变换器及实现方法。

背景技术：

1、在无线通讯、物联网、便携式设备的应用中，都需要低功耗的实现方式，升压变换器作为其中非常重要的模拟模块，其低功耗的设计对整个应用来讲是非常重要的。

2、传统的升压变换器一般包含带隙基准、误差放大器、电流采样、比较器、逻辑电路、驱动电路、电感、输出电容和分压反馈电阻。传统的升压变换器会在检测到负载为轻载时进行跳周期或者进入突发工作模式，用于提高轻载时的工作效率，但是不管轻载时环路采用哪一种控制模式，组成系统的各个模块都在正常的工作和检测，因此，系统自身的耗电会影响轻载效率低进一步提高。

3、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低功耗变换器及实现方法，其能够极大的减小了轻载时变换器的功耗，可以进一步提高轻载时变换器的效率。

2、为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种低功耗变换器，包括：转换电路、控制电路和带隙基准产生电路；

3、所述转换电路用于对输入电压进行转换而产生输出电压，所述转换电路包括分压网络，所述分压网络设置于变换器的输出端，所述分压网络用于对变换器的输出电压进行分压而提供一分压信号；

4、所述带隙基准产生电路包括带隙基准模块和采样保持模块，所述带隙基准模块用于间隔输出第一基准电压，所述采样保持模块用于接收、锁存第一基准电压并输出第二基准电压，所述第二基准电压的大小随第一基准电压的间隔输出时间长度而变化；

5、所述控制电路包括差分放大器、脉冲调制器、第一逻辑模块、驱动电路和比较电路，所述差分放大器用于基于第二基准电压和分压信号输出误差放大信号，所述脉冲调制器用于基于转换电路的采样电流与误差放大信号产生脉冲信号，所述第一逻辑模块用于基于脉冲信号产生控制信号，所述驱动电路基于控制信号产生用于驱动转换电路的驱动信号；

6、所述比较电路用于将第一基准电压和第二基准电压分别与分压信号进行比较以输出低功耗模式进入信号和低功耗模式退出信号；所述第一逻辑模块基于低功耗模式进入信号或低功耗模式退出信号控制控制电路进入或退出低功耗模式。

7、在本发明的一个或多个实施例中，所述比较电路包括第一比较器和第二比较器；所述第一比较器用于对第一基准电压和分压信号进行比较以输出低功耗模式进入信号，所述第二比较器用于对第二基准电压和分压信号进行比较以输出低功耗模式退出信号。

8、在本发明的一个或多个实施例中，所述误差放大器与第二比较器共用输入级控制电路，所述误差放大器还包括与输入级控制电路相连的第一输出级控制电路，所述第二比较器还包括与输入级控制电路相连的第二输出级控制电路。

9、在本发明的一个或多个实施例中，所述输入级控制电路包括第一mos管、第二mos管、第七mos管和第八mos管；

10、所述第一mos管的源极、第二mos管的源极与电源电压相连，所述第二mos管的栅极与第一mos管的漏极以及第一输出级控制电路相连，所述第一mos管的栅极用于接收第二控制信号，所述第七mos管的源极、第八mos管的源极与第二mos管的漏极以及第二输出级控制电路相连，所述第七mos管的栅极和第八mos管的栅极分别用于接收一组差分信号，所述第七mos管的漏极和第八mos管的漏极与第一输出级控制电路和第二输出级控制电路相连。

11、在本发明的一个或多个实施例中，所述第一输出级控制电路包括第十一mos管、第十二mos管和共源共栅控制单元；

12、所述第十一mos管的栅极与第十二mos管的栅极相连以接收第二控制信号，所述第十一mos管的源极和第十二mos管的源极与输入级控制电路以及第二输出级控制电路相连，所述第十一mos管的漏极和第十二mos管的漏极与共源共栅控制单元相连。

13、在本发明的一个或多个实施例中，所述共源共栅控制单元包括第五mos管、第六mos管、第九mos管、第十mos管、第十五mos管、第十六mos管、第二十二mos管、第二十三mos管、第二十四mos管、第二十五mos管、第二十六mos管和第二十七mos管；

14、所述第五mos管的源极、第六mos管的源极、第二十七mos管的源极与电源电压相连，所述第五mos管的漏极与第九mos管的源极相连，所述第六mos管的漏极与第十mos管的源极相连，所述第五mos管的栅极、第六mos管的栅极与第九mos管的漏极相连，所述第九mos管的栅极与第十mos管的栅极以及第二十七mos管的漏极相连，所述第二十七mos管的栅极用于接收第二控制信号，所述第九mos管的漏极与第十五mos管的漏极相连，所述第十mos管的漏极与第十六mos管的漏极以及第二十四mos管的漏极相连以输出放大信号，所述第二十四mos管的源极与地电压相连，所述第二十四mos管的栅极用于接收第一控制信号，所述第十五mos管的栅极与第十六mos管的栅极以及第二十五mos管的漏极相连，所述第二十五mos管的源极与地电压相连，所述第二十五mos管的栅极用于接收第一控制信号，所述第十五mos管的源极与第十一mos管的漏极以及第二十二mos管的漏极相连，所述第十六mos管的源极与第十二mos管的漏极以及第二十三mos管的漏极相连，所述第二十二mos管的栅极与第二十三mos管的栅极以及第二十六mos管m26的漏极相连，所述第二十六mos管的栅极与第一控制信号相连，所述第二十二mos管的源极、第二十三mos管的源极和第二十六mos管的源极与地电压相连。

15、在本发明的一个或多个实施例中，所述第二输出级控制电路包括第三mos管、第四mos管、第十三mos管、第十四mos管、第十七mos管、第十八mos管、第十九mos管、第二十mos管和第二十一mos管；

16、所述第三mos管的源极和第四mos管的源极与电源电压相连，所述第三mos管的栅极与第四mos管的栅极相连以接收偏置电压，所述第三mos管的漏极与输入级控制电路相连，所述第四mos管的漏极与第二十一mos管的漏极相连以输出比较信号，所述第十三mos管的源极和第十四mos管的源极与输入级控制电路和第一输出级控制电路相连，所述第十三mos管的栅极和第十四mos管的栅极相连以接收第二控制信号，所述第十三mos管的漏极与第十八mos管的漏极以及第十七mos管的漏极相连，所述第十七mos管的栅极用于接收第二控制信号，所述第十八mos管的栅极与第十八mos管的漏极以及第十九mos管的栅极相连，所述第十四mos管的漏极与第十九mos管的漏极以及第二十一mos管的栅极相连，所述第二十一mos管的栅极与第二十mos管的漏极相连，所述第二十mos管的栅极用于接收第三控制信号，所述第十七mos管的源极、第十八mos管的源极、第十九mos管的源极、第二十mos管的源极以及第二十一mos管的源极与地电压相连。

17、在本发明的一个或多个实施例中，所述低功耗变换器还包括信号产生电路，用于基于第一控制信号产生第二控制信号和第三控制信号。

18、在本发明的一个或多个实施例中，所述采样保持模块包括第一开关和第一电容，所述第一开关的第一端与带隙基准模块相连，所述第一开关的第二端与第一电容的第一端相连，所述第一电容的第二端与地相连。

19、在本发明的一个或多个实施例中，所述带隙基准产生电路还包括采样模块和检测控制模块，所述采样模块用于对第一基准电压进行采样而获得用于表征第二基准电压的大小变化的比较电压，所述比较电压的大小随第一基准电压的间隔输出时间长度而变化；所述检测控制模块用于根据比较电压的大小来控制带隙基准模块的开启和关闭以控制第一基准电压的间隔输出。

20、在本发明的一个或多个实施例中，所述采样模块包括第二开关、放电单元和第二电容，所述第二开关的第一端与带隙基准模块相连，所述第二开关的第二端与放电单元和第二电容的第一端相连，所述放电单元和第二电容的第二端与地相连。

21、在本发明的一个或多个实施例中，所述检测控制模块包括若干比较模块，所述比较模块用于将比较电压与若干预设电压进行比较以输出控制信号来控制带隙基准模块的开启和关闭。

22、在本发明的一个或多个实施例中，所述检测控制模块还包括与比较模块的输出端和带隙基准模块相连的第二逻辑模块。

23、在本发明的一个或多个实施例中，所述第二逻辑模块与第一逻辑模块和比较电路相连。

24、在本发明的一个或多个实施例中，所述带隙基准产生电路还包括同步模块，所述同步模块与采样保持模块的输入端和输出端相连以使得采样保持模块的输入端和输出端的电压相等。

25、在本发明的一个或多个实施例中，所述同步模块包括第三开关和缓冲器，所述第三开关的第一端与采样保持模块的输入端相连，所述第三开关的第二端与缓冲器的输出端相连，所述缓冲器的输入端与采样保持模块的输出端相连。

26、在本发明的一个或多个实施例中，所述带隙基准产生电路还包括第四开关，所述第四开关的第一端与带隙基准模块相连，所述第四开关的第二端与采样保持模块的输入端相连。

27、本发明还公开了一种低功耗变换器的实现方法，基于所述的低功耗变换器，所述实现方法包括：

28、通过分压网络对变换器的输出电压进行分压而产生一分压信号；

29、通过带隙基准模块间隔输出第一基准电压并通过采样保持模块接收、锁存第一基准电压而获得随第一基准电压的间隔获取时间长度而变化的第二基准电压；

30、通过比较电路将第一基准电压和第二基准电压分别与分压信号进行比较以输出低功耗模式进入信号和低功耗模式退出信号；

31、通过第一逻辑模块基于低功耗模式进入信号或低功耗模式退出信号控制控制电路进入或退出低功耗模式。

32、与现有技术相比，根据本发明的低功耗变换器及实现方法，通过分压网络用于对变换器的输出电压进行分压而提供一分压信号；通过带隙基准模块间隔输出第一基准电压，通过采样保持模块接收、锁存第一基准电压并输出第二基准电压；通过差分放大器基于第二基准电压和分压信号输出误差放大信号，通过脉冲调制器基于转换电路的采样电流与误差放大信号产生脉冲信号，通过第一逻辑模块基于脉冲信号产生控制信号，通过驱动电路基于控制信号产生用于驱动转换电路的驱动信号；通过比较电路将第一基准电压和第二基准电压分别与分压信号进行比较以输出低功耗模式进入信号和低功耗模式退出信号；通过第一逻辑模块基于低功耗模式进入信号或低功耗模式退出信号控制控制电路进入或退出低功耗模式。

33、本发明的低功耗变换器系统实现比较简单；功耗非常低；并且比较器和误差放大器共用输入对管，从而极大的减小了失配。

34、本发明的采样保持模块接收、锁存第一基准电压并输出第二基准电压，通过采样模块根据比较电压的变化动态的检测第二基准电压的变化，通过检测控制模块根据比较电压的变化在一个较长的时间内间隔性的启动带隙基准模块以间隔输出第一基准电压，从而得到一个平均功耗超低并且精度很高基准电压。