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CN119906269B - 一种基于导通时间控制的降压变换器 - Google Patents

一种基于导通时间控制的降压变换器

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CN119906269B
CN119906269B CN202510243740.6A CN202510243740A CN119906269B CN 119906269 B CN119906269 B CN 119906269B CN 202510243740 A CN202510243740 A CN 202510243740A CN 119906269 B CN119906269 B CN 119906269B
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Guangzhou Ankai Microelectronics Co ltd
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Abstract

本申请属于降压电路技术领域，公开了一种基于导通时间控制的降压变换器，包括：逻辑控制模块，用于基于接收到的关断信号、启动信号和偏置比较信号生成第一驱动信号和第二驱动信号，并发送给死区时间控制模块和休眠时间检测模块；休眠时间检测模块，用于基于第一驱动信号和第二驱动信号生成模式控制信号；将模式控制信号分别发送给偏置环路比较模块和误差放大模块；偏置环路比较模块，用于在模式控制信号为高电平时，基于第一偏置电流生成偏置比较信号并发送给逻辑控制模块，在模式控制信号为低电平时，基于第二偏置电流生成偏置比较信号并发送给逻辑控制模块；第二偏置电流小于第一偏置电流。本申请能够在保留常规负载下的快响应速度的基础上，减小超轻负载下的静态电流消耗，提高超轻负载的效率。

Description

一种基于导通时间控制的降压变换器
技术领域
本申请涉及降压电路技术领域，尤其涉及一种基于导通时间控制的降压变换器。
背景技术
随着物联网(IoT)设备的迅猛增长，对于依赖随机稀疏事件的设备来说，当未发现关键事件时，其工作电流可降至微安(uA)级别。相反，一旦捕捉到重要事件，电流需求可能飙升至几十甚至几百毫安(mA)。而降压变换器是一种将较大输入电压转换成较小输出电压的电路，通过控制电路生成特定占空比的控制方波对功率开关管进行开关控制，以在满足负载对电流的需求下，确保输出电压保持恒定。因此，对那些能够提供长续航能力的降压变换器的需求日益迫切。
自适应导通时间控制具有高效率、良好瞬态响应、频率稳定等多种优点。然而，传统的自适应导通时间控制仍然无法做到负载电流在uA级别下的低静态电流消耗。
发明内容
本申请提供了一种基于导通时间控制的降压变换器，能够在保留常规负载下的快响应速度的基础上，减小超轻负载下的静态电流消耗，提高超轻负载的效率。
第一方面，本申请实施例提供了一种基于导通时间控制的降压变换器，包括：
最短时间关断模块，用于接收第一开关管的第一导通信号，在第一导通信号为高电平时生成关断信号，并发送给逻辑控制模块；
导通时间产生模块，用于接收第二开关管的第二导通信号，在第二导通信号为高电平时生成启动信号，并发送给逻辑控制模块；
逻辑控制模块，用于基于接收到的关断信号、启动信号和偏置比较信号生成第一驱动信号和第二驱动信号，并发送给死区时间控制模块和休眠时间检测模块；
死区时间控制模块，用于根据第一驱动信号和第二驱动信号生成第一导通信号和第二导通信号，将第一导通信号发送给第一开关管的栅极和最短时间关断模块，将第二导通信号发送给第二开关管的栅极和导通时间产生模块；
休眠时间检测模块，用于基于第一驱动信号和第二驱动信号生成模式控制信号；将模式控制信号分别发送给偏置环路比较模块和误差放大模块；
偏置环路比较模块，用于在模式控制信号为高电平时，基于第一偏置电流生成偏置比较信号并发送给逻辑控制模块，在模式控制信号为低电平时，基于第二偏置电流生成偏置比较信号并发送给逻辑控制模块；第二偏置电流小于第一偏置电流。
进一步的，还包括误差放大模块、软启动模块、反馈电阻阵列、环路补偿模块和选择模块；
误差放大模块的输出端和环路补偿模块的输出端均与选择模块的输入端连接；选择模块的输出端与偏置环路比较模块的负输入端连接；
软启动模块用于根据接受到的第一使能信号对参考电压选择信号进行放大，并发送给误差放大模块，直到参考电压选择信号的电压等于预设参考电压；
反馈电阻阵列用于根据输入电压信号生成反馈电压信号，并发送给误差放大模块；
休眠时间检测模块还用于将模式控制信号发送给选择模块和误差放大模块；
误差放大模块用于在模式控制信号为高电平时，根据反馈电压信号和参考电压选择信号生成误差放大信号，并发送给选择模块；在模式控制信号为低电平时关闭；
选择模块用于在模式控制信号为高电平时，将误差放大信号发送给偏置环路比较模块，在模式控制信号为低电平时，将第二使能信号发送给偏置环路比较模块。
进一步的，休眠时间检测模块还用于将模式控制信号发送给环路补偿模块；
环路补偿模块用于模式控制信号为低电平时关闭。
进一步的，软启动模块还用于在参考电压选择信号的电压等于预设参考电压时进行关闭操作。
进一步的，降压变换器还包括电感电流采样模块；
电感电流采样模块与降压变换器中的电感并联，用于根据采样得到的电感电流值生成电感感应信号，并输入偏置环路比较模块的正输入端；
偏置环路比较模块具体用于根据电感感应信号、误差放大信号和第一偏置电流生成偏置比较信号，或者根据电感感应信号、第二使能信号和第二偏置电流生成偏置比较信号。
进一步的，降压变换器还包括电流过零检测模块；
死区时间控制模块还用于将第一导通信号发送给电流过零检测模块；
电流过零检测模块用于接收电感电压信号，根据第一导通信号和电感电压信号生成电流检测信号，并发送给逻辑控制模块；
逻辑控制模块具体用于根据关断信号、启动信号、电流检测信号和偏置比较信号生成第一驱动信号和第二驱动信号。
进一步的，电流过零检测模块包括互相连接的延时单元和检测单元；
延时单元用于将第一导通信号进行延时，并发送给检测单元；
检测单元用于在延时后的第一导通信号为高电平时，判断电感电压信号是否低于预设检测阈值，若是，则输出高电平的电流检测信号，否则输出低电平的电流检测信号。
进一步的，休眠时间检测模块包括计数单元、振荡控制单元、RC振荡单元和模式选择单元；计数单元用于根据第一驱动信号和第二驱动信号生成休眠信号；根据休眠信号对接收到的时钟信号进行计数，得到第一计数值、第二计数值和第三计数值；
振荡控制单元用于根据第一计数值、第二计数值和第三计数值生成初始控制信号，并发送给模式选择单元；以及，根据初始控制信号和计数单元的休眠信号生成振荡控制信号，并发送给RC振荡单元；RC振荡单元用于根据振荡控制信号生成时钟信号，并发送给计数单元；
模式选择单元用于根据休眠信号和初始控制信号生成模式控制信号。
进一步的，计数单元包括异或门、第一反相器、第二反相器、第一计数器、第二计数器和第三计数器；异或门的输入端用于接收第一驱动信号和第二驱动信号；
异或门、第一反相器和第二反相器依次连接；第二反相器用于输出休眠信号，并发送到第一计数器、第二计数器和第三计数器的复位端口；
第一计数器的时钟输入端用于接收时钟信号，数据输入端和第二输出端均与第二计数器的时钟输入端连接，第一输出端用于输出第一计数值；第二计数器的数据输入端和第二输出端均与第三计数器的时钟输入端连接，第一输出端用于输出第二计数值；第三计数器的数据输入端和第二输出端连接，第一输出端用于输出第三计数值。
进一步的，振荡控制单元具体用于对第一计数值和第三计数值进行与运算，得到第四计数值；对第二计数值和第三计数值进行与运算，得到第五计数值；将第三计数值、第四计数值和第五计数值进行或非运算，得到初始控制信号；将初始控制信号和休眠信号进行与运算，得到振荡控制信号。
进一步的，模式选择单元具体用于将休眠信号反相后和初始控制信号输入D触发器，得到模式控制信号。
综上，与现有技术相比，本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本申请实施例提供的一种基于导通时间控制的降压变换器，增加的休眠时间检测模块利用了第一驱动信号和第二驱动信号随负载变化而变化的特性，根据两个驱动信号来判断此时的降压变换器是工作在常规负载模式还是超轻负载模式，若为前者则输出高电平的模式控制信号，若为后者则输出低电平的模式控制信号，同时降压变换器中的偏置环路比较模块根据模式控制信号切换对应的工作模式，降低偏置电流，从而降低电路的静态电流消耗。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的一种基于导通时间控制的降压变换器的电路图。
图2为本申请一个实施例提供的CCM模式下各信号关键节点和波形图。
图3为本申请一个实施例提供的计数单元、振荡控制单元和模式选择单元的电路图。
图4为本申请一个实施例提供的RC振荡单元的电路结构图。
图5为本申请一个实施例提供的休眠时间检测模块的工作波形图。
图6为本申请一个实施例提供的偏置环路比较模块的内部电路结构图。
图7为本申请一个实施例提供的电流过零检测模块的内部电路结构图。
图8为本申请一个实施例提供的软启动模块的内部电路结构图。
图9为本申请一个实施例提供的软启动模块的工作波形图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参见图1，本申请实施例提供了一种基于导通时间控制的降压变换器，包括：
最短时间关断模块，用于接收第一开关管的第一导通信号，在第一导通信号为高电平时生成关断信号，并发送给逻辑控制模块。
导通时间产生模块，用于接收第二开关管的第二导通信号，在第二导通信号为高电平时生成启动信号，并发送给逻辑控制模块。
可以认为，最短时间关断模块仅在第一开关管导通时工作，导通时间产生模块仅在第二开关管导通时工作，从而降低这2个电路的静态电流消耗。
逻辑控制模块，用于基于接收到的关断信号、启动信号和偏置比较信号生成第一驱动信号和第二驱动信号，并发送给死区时间控制模块和休眠时间检测模块。
死区时间控制模块，用于根据第一驱动信号和第二驱动信号生成第一导通信号和第二导通信号，将第一导通信号发送给第一开关管的栅极和最短时间关断模块，将第二导通信号发送给第二开关管的栅极和导通时间产生模块。
休眠时间检测模块，用于基于第一驱动信号和第二驱动信号生成模式控制信号；将模式控制信号分别发送给偏置环路比较模块和误差放大模块。
偏置环路比较模块，用于在模式控制信号为高电平时，基于第一偏置电流生成偏置比较信号并发送给逻辑控制模块，在模式控制信号为低电平时，基于第二偏置电流生成偏置比较信号并发送给逻辑控制模块；第二偏置电流小于第一偏置电流。
其中，第一开关管为图1中的高侧开关功率管SP，第二开关管为图1中的低侧开关功率管SN，第一导通信号为信号N，第二导通信号为信号P，关断信号为TOFF.MIN，启动信号为TON，第一驱动信号为PWM_N，第二驱动信号为PWM_P；模式控制信号为Mode，偏置环路比较模块为图1中的COMP，输出的偏置比较信号为VC。
进一步的，降压变换器还包括电流过零检测模块ZCD。
死区时间控制模块还用于将第一导通信号发送给电流过零检测模块。
电流过零检测模块用于接收电感电压信号VSW，根据第一导通信号N和电感电压信号VSW生成电流检测信号VZCD，并发送给逻辑控制模块；逻辑控制模块具体用于根据关断信号、启动信号、电流检测信号VZCD和偏置比较信号VC生成第一驱动信号和第二驱动信号。
可以理解的是，上述的最短时间关断模块、导通时间产生模块、逻辑控制模块、死区时间控制模块、偏置环路比较模块和电流过零检测模块均为现有的降压变换器中的固有模块。
在连续导通模式(CCM)下电路中各个信号波形的变化方式如图2所示，其工作原理均为现有技术中降压变换器的工作原理，在此不做过多赘述。
本申请的改进在于新增了休眠时间检测模块，根据第一驱动信号和第二驱动信号生成模式控制信号，以及对偏置环路比较模块内部进行了改进，使其根据模式控制信号切换工作模式。
首先，对于本申请新增的休眠时间检测模块，其内部电路结构请参见图3和图4，休眠时间检测模块包括计数单元(3_bit_counter)、振荡控制单元(RC_OSC_Control)、RC振荡单元(RC_OSC)和模式选择单元(MODE Selector)。
其中，计数单元用于根据第一驱动信号和第二驱动信号生成休眠信号；根据休眠信号对接收到的时钟信号进行计数，得到第一计数值CNT1、第二计数值CNT2和第三计数值CNT4。
由图3可知，计数单元包括异或门、第一反相器、第二反相器、第一计数器、第二计数器和第三计数器；异或门的输入端用于接收第一驱动信号和第二驱动信号。
异或门、第一反相器和第二反相器依次连接；第二反相器用于输出休眠信号TSLEEP，并发送到第一计数器、第二计数器和第三计数器的复位端口RDN。
第一计数器的时钟输入端用于接收时钟信号CLK_OSC，数据输入端和第二输出端均与第二计数器的时钟输入端连接，第一输出端用于输出第一计数值CNT1；第二计数器的数据输入端和第二输出端均与第三计数器的时钟输入端连接，第一输出端用于输出第二计数值CNT2；第三计数器的数据输入端和第二输出端连接，第一输出端用于输出第三计数值CNT4。
振荡控制单元用于根据第一计数值、第二计数值和第三计数值生成初始控制信号，并发送给模式选择单元；以及，根据初始控制信号和计数单元的休眠信号生成振荡控制信号，并发送给RC振荡单元；具体地，请参见图3，在振荡控制单元中，第一计数值和第三计数值进行与运算，得到第四计数值S5，第二计数值和第三计数值进行与运算，得到第五计数值S6，然后将第三计数值、第四计数值和第五计数值进行或非运算，得到初始控制信号SUMR。然后初始控制信号SUMR和休眠信号TSLEEP进行与运算，得到振荡控制信号EN_OSC。
参见图4，RC振荡单元用于根据振荡控制信号EN_OSC生成时钟信号CLK_OSC，并发送给计数单元。模式选择单元用于根据休眠信号和初始控制信号生成模式控制信号。
具体的，模式选择单元具体用于将休眠信号TSLEEP输入反相器进行反相后，和初始控制信号SUMR输入D触发器，得到模式控制信号。
可以理解为，休眠时间检测模块是基于两个开关功率管的驱动信号得到对应的休眠时间长度，从而判断当前降压变换器的负载情况，进而调整降压变换器控制环路的工作模式。
请参见图5，当一个开关周期开始时，PWM_P和PWM_N为低电平，高侧开关功率管SP导通，低侧开关功率管SN关断，此时休眠信号TSLEEP为低电平，对计数单元进行复位。在高侧开关功率管SP导通一段时间后，PWM_P和PWM_N变为高电平，此后高侧开关功率管SP关断，低侧开关功率管SN导通，此时休眠信号TSLEEP仍为低电平，计数单元仍处于复位阶段。
而后分两类情况讨论，即在连续导通模式下(CCM)和断续导通模式下(DCM)，在CCM下，电流过零检测模块未能检测到电感电流过零，在一个开关周期内，休眠信号TSLEEP为0，RC振荡单元不工作，3个计数器处于复位阶段；在DCM下，当电流过零检测模块在检测到电感电流过零时，PWM_N变为低电平，此后在一个开关周期剩余时间里，PWM_P为高电平，PWM_N为低电平，TSLEEP变为高电平，计数单元开始对RC振荡单元输出的CLK_OSC的上升沿进行计数；在CCM下，休眠信号TSLEEP恒为低电平，因此EN_OSC也为低电平，RC振荡单元不工作，此时只有几个门电路与D触发器工作，几乎为零功耗；在DCM下，当休眠信号TSLEEP变为高电平时，RC振荡单元开始工作，当RC振荡单元输出的CLK_OSC的上升沿未达到4时，CNT4、S5和S6均为低电平，经过与非门后输出的SUMR为高电平，因此RC振荡单元的使能信号EN_OSC为高电平，RC振荡单元继续输出时钟信号CLK_OSC，若在一个开关周期内CLK_OSC的上升沿未达到4，则RC振荡单元由休眠信号TSLEEP复位，若在一个开关周期内CLK_OSC的上升沿能达到4，则在计数单元输出达到4(CNT4＝1)之后，SUMR变为低电平，在一个开关周期内此后的时间里，EN_OSC为0，RC振荡单元保持关闭，之后只有几个门电路与D触发器工作，几乎为零功耗；模式选择单元只包括1个反相器和1个D触发器；在常规负载模式下，不论是CCM下还是DCM下，当计数单元计数未达到4时，SUMR都恒为高电平，模式控制信号保持为高电平；当电路进入超轻负载时，在一个开关周期内，当计数单元计数达到4后CNT4保持为高电平，SUMR变为低电平，TSLEEP经过反相器后作为D触发器的输入时钟信号，在下一开关周期来临时，TSLEEP经过反相器在初始阶段为高电平，输出模式控制信号为SUMR在上一开关周期结束时的低电平。
负载电流在图1是VOUT/RLOAO；负载电流是否减小到超轻负载阈值是由在一个开关周期内，第三计数值是否达到4来判断的；在一个周期内PWM_P＝0/PWM_N＝0时，高侧开关管打开，低侧开关管关闭，此时是充电阶段，充电时间计为t1；PWM_P＝1/PWM_N＝1时，高侧开关管关闭，低侧开关管打开，此时是放电阶段，放电时间计为t2；PWM_P＝1/PWM_N＝0时，高侧开关管关闭，低侧开关管也关闭，此时是不充电也不放电阶段，不充电也不放电时间计为t3；CCM模式(即较重负载)时，t3＝0；DCM模式(即较轻负载/超轻负载)时，t3>0；占空比D＝t1/(t1+t2+t3)，占空比正比于负载电流。
因此本申请可以基于休眠信号TSLEEP随负载变化而变化的特性，通过检测休眠时间可以对电路工作模式进行切换，一旦负载电流减小到到超轻负载模式的阈值时，降压变换器控制环路则进入超轻负载模式，将系统静态电流消耗控制到最低。
其次，对于偏置环路比较模块的改进，请参见图6中的阴影部分，本申请在偏置环路比较模块中采用了自偏置电流技术，由于偏置环路比较模块是需要一直工作的电路，无法进行开关设置，因此当MODE＝0时，MPS1打开，MPS2关断，偏置环路比较模块的偏置电流是S_IB_COMP，它比较小；当MODE＝1时，MPS1关断，MPS2打开，偏置电流是L_IB_COMP，它比较大，从而实现当负载电流为常规值时，使用较大的第一偏置电流L_IB_COMP进行偏置，以获得更好的比较器性能；当负载电流小于进入超轻负载模式的阈值时，使用较小的第二偏置电流S_IB_COMP进行偏置，从而减小偏置环路比较模块的静态电流消耗。
最后，请参见图7及其中的阴影部分，本申请对于电流过零检测模块也进行了改进，本申请的电流过零检测模块包括互相连接的延时单元和检测单元。
延时单元用于将第一导通信号进行延时，并发送给检测单元。
延时单元为图7中最左侧的阴影部分，检测单元为右侧的模拟电路。
检测单元用于在延时后的第一导通信号为高电平时，判断电感电压信号是否低于预设检测阈值，若是，则输出高电平的电流检测信号，否则输出低电平的电流检测信号。可以理解为本申请的电流过零检测模块具有三个功能：开关功能、防输出误翻转功能以及提前翻转功能。
对于开关功能，电流过零检测模块仅在电感电流放电阶段工作，即根据第一导通信号进行电感电流是否放电的判断，若第一导通信号为高电平则进行电感电流的检测工作，在其余时间保持关闭不执行检测工作，以最小化电路静态电流消耗。
对于防输出误翻转功能，由于现有的电路结构已经对电流过零检测模块进行了低功耗设计，所以可能会发生振铃引起的误翻转现象，为了避免此情况，本申请使用了1个反相器、1个延时电路以及1个或门设计了能够实现防误翻转功能的延时单元，在电感电流放电初期，即第一导通信号变为高电平时，使用延时电路对低边开关功率管的第一导通信号N的高电平进行屏蔽，延迟开启检测电路，仅在NA和NB都为低电平时电路才工作。
对于提前翻转功能，由于控制环路存在一定延时，为了尽可能减小电感电流倒灌带来的效率损失，本申请在检测单元中使用了2个NMOS管MN1和MN2作为伪电阻对输出翻转阈值进行了提前设置，增加电流过零检测模块输入端的失配，使得在电感电流放电到零之前，电流过零检测模块输出的VZCD信号就提前由低电平翻转为高电平，进而关断低侧开关管。这三个功能设计能够尽可能减小电路静态电流消耗，提高电路鲁棒性以及最小化效率损失。
上述实施例中提供的一种基于导通时间控制的降压变换器，首先，增加的休眠时间检测模块利用了第一驱动信号和第二驱动信号随负载变化而变化的特性，根据两个驱动信号来判断此时的降压变换器是工作在常规负载模式还是超轻负载模式，一个开关周期内高侧开关功率管和低侧开关功率管均关闭时候的休眠信号TSLEEP随着负载电流的减小而延长，因此通过休眠时间检测模块对休眠信号TSLEEP进行检测。在CCM下，休眠信号TSLEEP恒为低电平，此时RC振荡单元不工作，电路近零功耗。在DCM下，当休眠信号TSLEEP变为高电平时，RC振荡单元开始工作，计数单元开始计数，若RC振荡单元的输出时钟上升沿未达到4，则输出高电平的模式控制信号，即MODE＝1，使得控制环路处于常规负载模式，若RC振荡单元的输出时钟上升沿达到4，则在时钟达到4之后，关闭RC振荡单元，则输出低电平的模式控制信号，即MODE＝0，使得控制环路进入超轻负载模式，此后休眠时间检测模块近零功耗。
其次，偏置环路比较模块的自适应偏置设计，在处于常规负载模式时，偏置环路比较模块采用更大的偏置电流，以获得更好的响应速度，在处于超轻负载模式时，偏置环路比较模块采用更小的偏置电流，以获得尽可能低的静态电流消耗。
最后，通过电流过零检测模块对电感电流进行检测，为解决电感电流放电初期的误翻转问题，使用延时单元对电感电流放电初期的高电平的第一导通信号进行屏蔽，延时开启该电路的检测功能，1个或门防止VSW振铃引起的误翻转造成振荡问题，设置伪电阻MN2的阻值大于MN1的阻值，形成大于0的预设检测阈值以实现提前翻转，减小电感电流倒灌。
请参见图1，在一些实施例中，降压变换器还包括误差放大模块、软启动模块、反馈电阻阵列、环路补偿模块和选择模块；误差放大模块的输出端和环路补偿模块的输出端均与选择模块的输入端连接；选择模块的输出端与偏置环路比较模块的负输入端连接。
进一步的，休眠时间检测模块还用于将模式控制信号发送给环路补偿模块。
环路补偿模块用于模式控制信号为低电平时关闭。
软启动模块用于根据接受到的第一使能信号对参考电压选择信号进行放大，并发送给误差放大模块，直到参考电压选择信号的电压等于预设参考电压。
其中，第一使能信号EN_SS是外部提供的，当需要该电路工作时，外部会提供给一个由高电平到低电平的信号EN_SS。
反馈电阻阵列用于根据输入电压信号生成反馈电压信号，并发送给误差放大模块。
休眠时间检测模块还用于将模式控制信号发送给选择模块和误差放大模块。
误差放大模块用于在模式控制信号为高电平时，根据反馈电压信号和参考电压选择信号生成误差放大信号，并发送给选择模块；在模式控制信号为低电平时关闭。
其中，反馈电压信号为图1中的VFB，参考电压选择信号为图1中的VREF_SEL。
具体地，误差放大模块EA的输入信号是VFB和VREF_SEL，MODE是模式控制信号，IREF_EA是偏置电流；当电路进入超轻负载模式时，MODE＝0，进而关闭误差放大器模块EA。
选择模块用于在模式控制信号为高电平时，将误差放大信号发送给偏置环路比较模块，在模式控制信号为低电平时，将第二使能信号发送给偏置环路比较模块。
其中，这里的误差放大信号为经过环路补偿模块补偿后的误差放大信号VEA。
选择模块由一个反相器和两个门电路TG组成，模式控制信号经过两次反相输入第一个门电路，经过一次反相输出第二个门电路，第一个门电路接收误差放大信号，在模式控制信号为高电平的时候工作，将误差放大信号发送至偏置环路比较模块，第二个门电路接收第二使能信号VREF2，在模式控制信号为低电平时，即环路补偿模块和误差放大模块均处于关闭状态时，将第二使能信号发送给偏置环路比较模块，保证偏置环路比较模块的正常工作。
进一步的，降压变换器还包括电感电流采样模块。
电感电流采样模块与降压变换器中的电感并联，用于根据采样得到的电感电流值生成电感感应信号VSEN，并输入偏置环路比较模块的正输入端。
偏置环路比较模块具体用于根据电感感应信号、误差放大信号和第一偏置电流生成偏置比较信号，或者根据电感感应信号、第二使能信号和第二偏置电流生成偏置比较信号。
可以理解的是，上述的误差放大模块、软启动模块、反馈电阻阵列、环路补偿模块和电感电流采样模块均为现有的降压变换器中的固有模块。区别在于本申请在误差放大模块和环路补偿模块中加入了电路开关技术，即在超轻负载模式下，关闭误差放大模块和环路补偿模块，有效的降低降压变换器在超清负载下的静态电流消耗。
同时考虑到偏置环路比较模块不能关闭，因此在增加了选择模块，从而在电路进入超轻负载模式仍能保证偏置环路比较模块有正常的输入和输出。
上述实施例在现有降压变换器的模块中引入的电路开关技术，实现了在超轻负载模式下关闭其中的一些电路模块，同时不会影响需要工作的模块，降低了静态电流消耗。
请参见图8和图9，在一些实施例中，本申请对软启动模块也进行了一些改进：软启动模块还用于在参考电压选择信号的电压等于预设参考电压时进行关闭操作。
本申请的软启动模块一个斜坡电压产生电路、一个自关闭软启动电路以及一个参考电压选择器；自关闭软启动电路即为图8中的阴影部分，在降压变换器系统软启动完成后可自行关闭。软启动模块一共可分为三个工作阶段：初始阶段、斜坡电压产生阶段、完成阶段。
在初始阶段，软启动模块的第一使能信号EN_SS为高电平，ENB为低电平，ENA为高电平，因此，ENP_RAMP为低电平，ENN_RAMP为高电平，此时电容C_SS通过MOS管MN0进行放电至零电位，比较器使能ENP_RAMP低电平时有效，V_SS为零电位小于预设参考电压VREF1，所以比较器输出B1为低电平，故D触发器输出A为高电平，B为低电平，此时参考电压选择信号VREF_SEL＝V_SS。在斜坡电压产生阶段，第一使能信号EN_SS变为低电平，则ENB为高电平，ENA为低电平，电容电压V_SS仍小于预设参考电压VREF1，所以比较器输出B1仍为低电平，故D触发器输出A为高电平，B为低电平，因此，ENP_RAMP变为高电平，ENN_RAMP变为低电平，此时电流IB_SS经过比例减小之后给电容C_SS充电以产生斜坡电压，此时参考电压选择信号仍为VREF_SEL＝V_SS。在完成阶段，当电容电压V_SS达到预设参考电压VREF1时，比较器输出B1发生翻转变为高电平，而后A变为低电平，B变为高电平，因此，ENP_RAMP为低电平，ENN_RAMP为高电平，此后比较器关闭，MOS管MN0对电容C_SS进行放电，且不再有电流给电容C_SS充电，参考电压选择信号VREF_SEL＝VREF1。
在降压变换器系统软启动完成后，该电路可自行控制关闭，尽可能减小软启动电路的功耗。
具体地，当V_SS从零增加到大于等于VREF1时，比较器输出B1由低电平翻转到高电平，B1的上升沿使D触发器输出Q由低电平变成高电平，进而关闭软启动模块。
上述实施例中的软启动模块在降压变换器完成软启动后，自行控制关闭软启动电路，以消除软启动电路静态电流消耗，进一步提高降压变换器的转换效率。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于导通时间控制的降压变换器，其特征在于，包括：
最短时间关断模块，用于接收第一开关管的第一导通信号，在所述第一导通信号为高电平时生成关断信号，并发送给逻辑控制模块；
导通时间产生模块，用于接收第二开关管的第二导通信号，在所述第二导通信号为高电平时生成启动信号，并发送给逻辑控制模块；
逻辑控制模块，用于基于接收到的关断信号、启动信号和偏置比较信号生成第一驱动信号和第二驱动信号，并发送给死区时间控制模块和休眠时间检测模块；
死区时间控制模块，用于根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号生成第一导通信号和第二导通信号，将所述第一导通信号发送给第一开关管的栅极和所述最短时间关断模块，将所述第二导通信号发送给第二开关管的栅极和所述导通时间产生模块；
休眠时间检测模块，用于基于所述第一驱动信号和所述第二驱动信号生成模式控制信号；将所述模式控制信号分别发送给偏置环路比较模块和误差放大模块；所述休眠时间检测模块包括计数单元、振荡控制单元、RC振荡单元和模式选择单元；所述计数单元用于根据所述第一驱动信号和所述第二驱动信号生成休眠信号；根据所述休眠信号对接收到的时钟信号进行计数，得到第一计数值、第二计数值和第三计数值；所述振荡控制单元用于根据所述第一计数值、所述第二计数值和所述第三计数值生成初始控制信号，并发送给所述模式选择单元；以及，根据所述初始控制信号和所述计数单元的所述休眠信号生成振荡控制信号，并发送给所述RC振荡单元；所述RC振荡单元用于根据所述振荡控制信号生成时钟信号，并发送给所述计数单元；所述模式选择单元用于根据所述休眠信号和所述初始控制信号生成所述模式控制信号；
偏置环路比较模块，用于在所述模式控制信号为高电平时，基于第一偏置电流生成偏置比较信号并发送给所述逻辑控制模块，在所述模式控制信号为低电平时，基于第二偏置电流生成偏置比较信号并发送给所述逻辑控制模块；所述第二偏置电流小于所述第一偏置电流。
2.根据权利要求1所述的基于导通时间控制的降压变换器，其特征在于，还包括误差放大模块、软启动模块、反馈电阻阵列、环路补偿模块和选择模块；
所述误差放大模块的输出端和所述环路补偿模块的输出端均与所述选择模块的输入端连接；所述选择模块的输出端与所述偏置环路比较模块的负输入端连接；
所述软启动模块用于根据接受到的第一使能信号对参考电压选择信号进行放大，并发送给所述误差放大模块，直到所述参考电压选择信号的电压等于预设参考电压；
所述反馈电阻阵列用于根据输入电压信号生成反馈电压信号，并发送给所述误差放大模块；
所述休眠时间检测模块还用于将模式控制信号发送给所述选择模块和所述误差放大模块；
所述误差放大模块用于在所述模式控制信号为高电平时，根据反馈电压信号和参考电压选择信号生成误差放大信号，并发送给选择模块；在所述模式控制信号为低电平时关闭；
所述选择模块用于在所述模式控制信号为高电平时，将误差放大信号发送给所述偏置环路比较模块，在所述模式控制信号为低电平时，将第二使能信号发送给所述偏置环路比较模块。
3.根据权利要求2所述的基于导通时间控制的降压变换器，其特征在于，所述休眠时间检测模块还用于将所述模式控制信号发送给所述环路补偿模块；
所述环路补偿模块用于所述模式控制信号为低电平时关闭。
4.根据权利要求2所述的基于导通时间控制的降压变换器，其特征在于，所述软启动模块还用于在所述参考电压选择信号的电压等于预设参考电压时进行关闭操作。
5.根据权利要求1所述的基于导通时间控制的降压变换器，其特征在于，还包括电感电流采样模块；所述电感电流采样模块与所述降压变换器中的电感并联，用于根据采样得到的电感电流值生成电感感应信号，并输入所述偏置环路比较模块的正输入端；
所述偏置环路比较模块具体用于根据电感感应信号、误差放大信号和第一偏置电流生成偏置比较信号，或者根据电感感应信号、第二使能信号和第二偏置电流生成偏置比较信号。
6.根据权利要求1所述的基于导通时间控制的降压变换器，其特征在于，还包括电流过零检测模块；所述死区时间控制模块还用于将所述第一导通信号发送给电流过零检测模块；
所述电流过零检测模块用于接收电感电压信号，根据所述第一导通信号和所述电感电压信号生成电流检测信号，并发送给所述逻辑控制模块；
所述逻辑控制模块具体用于根据所述关断信号、所述启动信号、所述电流检测信号和所述偏置比较信号生成所述第一驱动信号和所述第二驱动信号。
7.根据权利要求6所述的基于导通时间控制的降压变换器，其特征在于，所述电流过零检测模块包括互相连接的延时单元和检测单元；
所述延时单元用于将所述第一导通信号进行延时，并发送给所述检测单元；
所述检测单元用于在延时后的所述第一导通信号为高电平时，判断所述电感电压信号是否低于预设检测阈值，若是，则输出高电平的电流检测信号，否则输出低电平的电流检测信号。
8.根据权利要求1所述的基于导通时间控制的降压变换器，其特征在于，所述计数单元包括异或门、第一反相器、第二反相器、第一计数器、第二计数器和第三计数器；
所述异或门的输入端用于接收所述第一驱动信号和所述第二驱动信号；
所述异或门、所述第一反相器和所述第二反相器依次连接；所述第二反相器用于输出所述休眠信号，并发送到所述第一计数器、所述第二计数器和所述第三计数器的复位端口；
所述第一计数器的时钟输入端用于接收所述时钟信号，数据输入端和第二输出端均与第二计数器的时钟输入端连接，第一输出端用于输出所述第一计数值；所述第二计数器的数据输入端和第二输出端均与第三计数器的时钟输入端连接，第一输出端用于输出所述第二计数值；所述第三计数器的数据输入端和第二输出端连接，第一输出端用于输出所述第三计数值。
9.根据权利要求8所述的基于导通时间控制的降压变换器，其特征在于，所述振荡控制单元具体用于对所述第一计数值和所述第三计数值进行与运算，得到第四计数值；对所述第二计数值和所述第三计数值进行与运算，得到第五计数值；将所述第三计数值、所述第四计数值和所述第五计数值进行或非运算，得到所述初始控制信号；将所述初始控制信号和所述休眠信号进行与运算，得到所述振荡控制信号。
10.根据权利要求8所述的基于导通时间控制的降压变换器，其特征在于，所述模式选择单元具体用于将所述休眠信号反相后和所述初始控制信号输入D触发器，得到模式控制信号。
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