一种双模式DC-DC变换器及补偿电容瞬时置位电路的制作方法

本发明涉及变换器模式切换领域，尤其涉及一种双模式dc-dc变换器及补偿电容瞬时置位电路。

背景技术：

1、dc-dc变换器作为电源管理单元的核心，需要能够在物联网终端的各种工作模式下保持较高的工作效率。dc-dc在待机模式下应消耗尽可能低的静态功耗，而且能够在较宽负载电流范围内具有高的电源效率。实际上，很多物联网系统会长期处于待机模式，只有在特定时间节点才会处于工作模式，而dc-dc变换器在待机模式下的静态功耗占据整个系统主要的功耗预算。因此，仅消耗纳安级静态电流的超低功耗dc-dc变换器极具研究价值，在降低物联网系统的能量损耗以及延长电池寿命方面发挥着重要作用。目前双模式dc-dc变换器在模式切换时，由于两种工作模式的直流工作点不同，一些节点，尤其是连接补偿电容的节点建立时间过长，导致变换器负载跳变时不能平滑地切换模式，使输出电压出现波动，甚至导致模式切换的不稳定，瞬态特性变差。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种双模式dc-dc变换器及补偿电容瞬时置位电路，通过电容的瞬时置位，加快慢节点的建立速度，使变换器更加平滑地从待机模式切换到工作模式，从而实现瞬态性能提升。

2、本发明所采用的第一技术方案是：一种双模式dc-dc变换器，其特征在于，包括模式选择电路、过零检测电路、自适应导通时间产生电路、驱动电路、电感电流采样电路、第一比较器、第一双路选择器、第二双路选择器、误差放大器、补偿电容瞬时置位电路、第一pmos管、第一nmos管、电压输入端和电压输出端，其中：

3、所述模式选择电路的第一输入端与过零检测电路的输出端、驱动电路的第一输入端连接，所述模式选择电路的第二输入端与自适应导通时间产生电路的输出端、驱动电路的第二输入端连接，所述模式选择电路的第一输出端分别与第一双路选择器、第二双路选择器、补偿电容瞬时置位电路连接，所述模式选择电路的第二输出端与电容瞬时置位电路连接；

4、所述过零检测电路的第一输入端与驱动电路的第一输出端、第一nmos管的栅极连接，所述过零检测电路的第二输入端与第一pmos管的漏极、第一nmos管的漏极、电感电流采样电路的第一端连接；

5、所述自适应导通时间产生电路的第一输入端与电压输入端连接，所述自适应导通时间产生电路的第二输入端与电压输出端连接；

6、所述驱动电路的第三输入端与第一比较器的输出端连接，所述驱动电路的第二输出端与第一pmos管的栅极连接；

7、所述电感电流采样电路的第二端与电压输出端连接，所述电感电流采样电路的输出端与第一双路选择器的第一接口连接；

8、所述第一比较器的负输入端与第一双路选择器的输出端连接，所述第一比较器的正输入与第二双路选择器的输出端连接；

9、所述第一双路选择器的第零接口与电压输出端、误差放大器的负输入端连接；

10、所述第二双路选择器的第一接口与误差放大器的输出端、补偿电容瞬时置位电路连接，所述第二双路选择器的第零接口与误差放大器的正输入端、参考电压连接；

11、所述第一pmos管的源极与电压输入端连接，所述第一nmos管的源极接地。

12、作为该技术方案的一种可能实现的方式，所述模式选择电路包括第一d触发器、第二d触发器、上升沿延时模块和rs触发器，其中：

13、所述第一d触发器的d端接电源，所述第一d触发器的q端接第二d触发器的d端，所述第一d触发器的时钟端与第二d触发器的时钟端、rs触发器的r端、自适应导通时间产生电路的输出端连接，所述第一d触发器的reset端与第二d触发器的reset端、上升沿延时模块的第二端连接；

14、所述第二d触发器的q端作为模式选择电路的第一输出端；

15、所述rs触发器的s端与过零检测电路的输出端连接，所述rs触发器的q端与上升沿延时模块的第一端连接，所述rs触发器的端作为模式选择电路的第二输出端。

16、该实现方式中，通过模式选择电路判断此时变换器应处于哪个模式，从而实现轻载下的低功耗、重载下的精确性。

17、作为该技术方案的一种可能实现的方式，所述补偿电容瞬时置位电路包括第一电流源、第二电流源、第三电流源、第四电流源和第五电流源、第二pmos管、第三pmos管、第四pmos管、第五pmos管、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关、第九开关、第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容，其中：

18、所述第一电流源的第一端与第二电流源的第一端、第三电流源的第一端、第四电流源的第一端、第五电流源的第一端连接，所述第一电流源的第二端与第二mpos管的栅极、第二电阻的第一端连接；

19、所述第二电流源的第二端通过第一开关与第二pmos管的源极、第二开关的第一端连接；

20、所述第三电流源的第二端与第二开关的第二端、第三pmos管的源极、第六开关的第二端、第五pmos管的源极、第九开关的第一端连接；

21、所述第四电流源的第二端通过第三开关、第四开关与第五pmos管的栅极、第三电阻的第一端连接；

22、所述第五电流源的第二端通过第五开关与第六开关的第一端连接；

23、所述第二pmos管的漏极与第七开关的第一端连接；

24、所述第三pmos管的漏极与第四pmos管的源极连接；

25、所述第五pmos管的漏极与第八开关的第一端连接；

26、所述第九开关的第二端与第一电容的第一端、第一电阻的第一端连接；

27、所述第一电阻的第二端与第二电容的第一端、第十开关的第一端连接；

28、所述第十开关的第二端与m2的第一接口连接；

29、所述第二电阻的第二端、第七开关的第二端、第三pmos管的栅极、第四pmos管的栅极、第四pmos管的漏极、第三电阻的第二端、第八开关的第二端、第一电容的第二端、第二电容的第二端均接地。

30、该实现方式中，基于电容的瞬时置位，实现了平滑快速的模式切换和明显的瞬态提升。

31、作为该技术方案的一种可能实现的方式，第一开关、第二开关、第三开关、第五开关、第七开关、第八开关由模式选择电路的第二输出端控制；第四开关、第六开关、第九开关、第十开关由模式选择电路的第一输出端控制。

32、作为该技术方案的一种可能实现的方式，所述电感电流采样电路包括电感、第四电阻和加法器，其中：

33、所述电感的第一端与第一nmos管的漏极连接，所述电感的第二端与电压输出端连接；

34、所述第四电阻的第一端与加法器的第一输入端连接，所述第四电阻的第二端接地；

35、所述加法器的第二输入端与第一放大电压连接，所述加法器的输出端与第一双路选择器的第一接口连接。

36、还包括第三电容、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第十一开关、第六电流源和第七电流源，其中：

37、所述第三电容的第一端与第五电阻的第一端、第六电阻的第一端、电压输出端连接；

38、所述第六电阻的第二端与第七电阻的第一端、第一双路选择器的第零接口连接；

39、所述第一比较器通过第六电流源接地，所述第一比较器通过第十一开关、第七电流源接地；

40、所述第三电容的第二端、第五电阻的第二端、第七电阻的第二端均接地。

41、本发明所采用的第二技术方案是：一种模式切换方法，应用于如上所述的双模式dc-dc变换器，包括：

42、当预设时间内出现两次或两次以上的充电，基于模式选择电路将变换器从低功耗模式切换至电流控制模式并提供模式切换时的迟滞时间；

43、当预设时间内仅有一次充电，将电流控制模式重置回低功耗模式；

44、dc-dc变换器，具有至少两个控制模式；

45、基于补偿电容瞬时置位电路，在进入电流模式控制之前将电容电压预置位至预设电压，实现平滑模式切换。

46、本发明所采用的第三技术方案是：一种补偿电容瞬时置位电路，其特征在于，包括第一电流源、第二电流源、第三电流源、第四电流源和第五电流源、第二pmos管、第三pmos管、第四pmos管、第五pmos管、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关、第八开关、第九开关、第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容，其中：

47、所述第一电流源的第一端与第二电流源的第一端、第三电流源的第一端、第四电流源的第一端、第五电流源的第一端连接，所述第一电流源的第二端与第二mpos管的栅极、第二电阻的第一端连接；

48、所述第二电流源的第二端通过第一开关与第二pmos管的源极、第二开关的第一端连接；

49、所述第三电流源的第二端与第二开关的第二端、第三pmos管的源极、第六开关的第二端、第五pmos管的源极、第九开关的第一端连接；

50、所述第四电流源的第二端通过第三开关、第四开关与第五pmos管的栅极、第三电阻的第一端连接；

51、所述第五电流源的第二端通过第五开关与第六开关的第一端连接；

52、所述第二pmos管的漏极与第七开关的第一端连接；

53、所述第三pmos管的漏极与第四pmos管的源极连接；

54、所述第五pmos管的漏极与第八开关的第一端连接；

55、所述第九开关的第二端与第一电容的第一端、第一电阻的第一端连接；

56、所述第一电阻的第二端与第二电容的第一端、第十开关的第一端连接；

57、所述第十开关的第二端与m2的第一接口连接；

58、所述第二电阻的第二端、第七开关的第二端、第三pmos管的栅极、第四pmos管的栅极、第四pmos管的漏极、第三电阻的第二端、第八开关的第二端、第一电容的第二端、第二电容的第二端均接地。

59、本发明的有益效果是：本发明通过模式选择电路判断当前应处于哪个控制模式，并通过改变延时来改变迟滞窗口，从而得到模式间的迟滞；通过补偿电容瞬时置位电路，短时间内完成关键节点的建立，实现了平滑快速的模式切换。