高效率绿色模式开关电源控制器设计方案

1引言

降压型集成开关电源控制器广泛应用于各类便携式设备中。近年来，随着电池供电的便携式设备，如手机、MP3播放器、PDA等性能的提高和功能的日趋丰富，对于开关电源的效率提出了越来越高的要求。

为提高效率和减少片外元器件，目前应用的Buck变换器通常集成了功率开关和同步整流开关。同时，为减小片外电感元件的尺寸以适应便携式设备的应用，开关频率往往设置为几兆甚至更高的数量级。由此带来的问题是，当变换器工作在轻载条件下，开关损耗就变成了主要的功率损耗。而便携式设备恰恰常工作于待机状态即轻载工作状态下，轻载效率对于延长电池的使用寿命至关重要。因此，提高轻载效率的问题受到了高度关注。

解决上述问题的一种常见方法是在轻载情况下降低开关频率，从而使得变换器的效率保持在与重载近似的水平上。这种技术有PFM/PWM多模式调制、共栅驱动等，但是它们有一个共同的缺点：开关频率随负载调制，这使片外滤波器的设计变得相当复杂。

本文提出的绿色模式降压型功率集成开关电源控制器芯片采用了Burst/PWM多模式调制技术，控制变换器在重载下以恒定频率工作在PWM模式，而当负载降低到一定程度时，自动切换到Burst模式并以降低的恒定频率工作。其主要优点是减少了开关损耗，又不增加片外滤波器的设计复杂度。此外，Burst模式还可以根据应用的需要，由用户控制使能或禁止。并且在模式转换过程中，采用双基准法实现模式转换的平滑过渡和负载迟滞。同时，芯片引入片上电流检测技术以取代传统的电阻电流检测，在一定程度上减少了功耗。功率开关和同步整流开关的集成也简化了片外应用电路的设计。

2系统设计

本文提出的绿色模式降压型开关电源控制器是一个恒定频率工作、峰值电流控制模式的Buck变换器，输出电压经由片外分压电阻反馈调节，功率开关和同步整流开关均由片上集成。系统原理如图1所示。