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电源管理集成电路的控制方法及电源管理集成电路.pdf

  • 上传人:62****3
  • 文档编号:974942
  • 上传时间:2018-03-22
  • 格式:PDF
  • 页数:17
  • 大小:444.62KB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN201010251299.X

    申请日:

    2010.08.12

    公开号:

    CN102375464A

    公开日:

    2012.03.14

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情:

    专利实施许可合同备案的生效IPC(主分类):G05F 1/56合同备案号:2015990000997让与人:上海炬力集成电路设计有限公司受让人:炬芯(珠海)科技有限公司发明名称:电源管理集成电路的控制方法及电源管理集成电路申请日:20100812申请公布日:20120314授权公告日:20140813许可种类:普通许可备案日期:20151127|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G05F 1/56申请日:20100812|||公开

    IPC分类号:

    G05F1/56; H02M3/155

    主分类号:

    G05F1/56

    申请人:

    上海炬力集成电路设计有限公司

    发明人:

    肖丽荣

    地址:

    201203 上海市张江高科技园区牛顿路200号8号楼7楼701室

    优先权:

    专利代理机构:

    上海明成云知识产权代理有限公司 31232

    代理人:

    成春荣;竺云

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    内容摘要

    本发明涉及电学领域,公开了一种电源管理集成电路的控制方法及电源管理集成电路。本发明中,由电源功率管1、电源功率管2、电源功率管3、控制器和电感构成与降压DC-DC电路结构相同的电路,其中控制器还用于接收使能信号1和使能信号2,在同一时间段,使能信号1和使能信号2择一有效。在使能信号1有效时,通过对各电源功率管的控制,实现降压DC-DC电路,在使能信号2有效时,通过对各电源功率管的控制,实现LDO电路,由于可以根据需要决定采用功耗更低的降压DC-DC电路,还是采用性能更好的LDO电路,从而不仅节省SOC面积

    权利要求书

    1: 一种电源管理集成电路的控制方法, 其特征在于, 包含以下步骤 : 将电源功率管 1 一端与输入电压相连接, 另一端与电感和电源功率管 2 相连, 所述电源 功率管 2 的另一端与相对零电位连接, 将电源功率管 3 并联于所述电感两端, 由控制器输出 控制信号给所述电源功率管 1、 所述电源功率管 2 和所述电源功率管 3 的栅极, 控制所述电 源功率管 1、 所述电源功率管 2 和所述电源功率管 3 的导通和关闭 ; 所述控制器接收使能信号 1 和使能信号 2, 在同一时间段, 所述使能信号 1 和使能信号 2 择一有效 ; 如果所述使能信号 1 有效, 则根据降压 DC-DC 电路的工作原理对所述电源功率管 1、 电 源功率管 2、 电源功率管 3 进行控制, 实现降压 DC-DC 电路 ; 如果所述使能信号 2 有效, 则根 据 LDO 电路的工作原理对所述电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3 进行控制, 实现 LDO 电路。
    2: 根据权利要求 1 所述的电源管理集成电路的控制方法, 其特征在于, 所述根据 LDO 电 路的工作原理对所述电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3 进行控制, 实现 LDO 电路的 步骤中, 包含以下子步骤 : 通过所述控制器控制所述电源功率管 2 处于完全关断状态 ; 通过所述控制器控制所述电源功率管 1 处于完全导通状态 ; 通过所述控制器控制所述电源功率管 3 工作在可变电阻区, 通过减小或增大所述电源 功率管 3 的导通电阻, 保证输出电压 VOUT 稳定在固定的电压值上。
    3: 根据权利要求 2 所述的电源管理集成电路的控制方法, 其特征在于, 所述控制器通 过将所述电源功率管 1 的导通电阻设计在 0.2 欧姆以内, 控制所述电源功率管 1 处于完全 导通状态。
    4: 根据权利要求 1 所述的电源管理集成电路的控制方法, 其特征在于, 所述根据 LDO 电 路的工作原理对所述电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3 进行控制, 实现 LDO 电路的 步骤中, 包含以下子步骤 : 通过所述控制器控制所述电源功率管 2 处于完全关断状态 ; 通过所述控制器控制所述电源功率管 3 处于完全导通状态 ; 通过所述控制器控制所述电源功率管 1 工作在可变电阻区, 通过减小或增大所述电源 功率管 1 的导通电阻, 保证输出电压 VOUT 稳定在固定的电压值上。
    5: 根据权利要求 4 所述的电源管理集成电路的控制方法, 其特征在于, 所述控制器通 过将所述电源功率管 3 的导通电阻设计在 0.2 欧姆以内, 控制所述电源功率管 3 处于完全 导通状态。
    6: 一种电源管理集成电路, 其特征在于, 包含 : 电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率 管 3、 控制器、 电感、 使能信号 1 和使能信号 2, 在同一时间段, 所述使能信号 1 和使能信号 2 择一有效 ; 所述电源功率管 1 一端与输入电压相连接, 另一端与所述电感和所述电源功率管 2 相 连, 所述电源功率管 2 的另一端与相对零电位连接, 所述电源功率管 3 并联于所述电感两 端, 所述控制器输出控制信号给所述电源功率管 1、 所述电源功率管 2 和所述电源功率管 3 的栅极, 控制所述电源功率管 1、 所述电源功率管 2 和所述电源功率管 3 的导通和关闭 ; 所述控制器用于接收所述使能信号 1 和使能信号 2 ; 2 所述使能信号 1 有效时, 所述控制器与所述电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3 的连接关系, 与降压 DC-DC 电路中的控制器与 3 个电源功率管的连接关系完全相同 ; 所述使能信号 2 有效时, 所述控制器通过对所述电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率 管 3 的控制, 将所述控制器与所述电源功率管 3 的连接关系, 等同于 LDO 电路中的控制器与 电源功率管的连接关系 ; 或者, 所述控制器通过对所述电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功 率管 3 的控制, 将所述控制器与所述电源功率管 1 的连接关系, 等同于 LDO 电路中的控制器 与电源功率管的连接关系。
    7: 根据权利要求 6 所述的电源管理集成电路, 其特征在于, 所述控制器通过以下方式 对所述电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3 进行控制, 将所述控制器与所述电源功率 管 3 的连接关系, 等同于 LDO 电路中的控制器与电源功率管的连接关系 : 所述控制器控制所述电源功率管 2 处于完全关断状态 ; 所述控制器控制所述电源功率管 1 处于完全导通状态 ; 所述控制器控制所述电源功率管 3 工作在可变电阻区, 通过减小或增大所述电源功率 管 3 的导通电阻, 保证输出电压 VOUT 稳定在固定的电压值上。
    8: 根据权利要求 7 所述的电源管理集成电路, 其特征在于, 所述控制器通过将所述电 源功率管 1 的导通电阻设计在 0.2 欧姆以内, 控制所述电源功率管 1 处于完全导通状态。
    9: 根据权利要求 6 所述的电源管理集成电路, 其特征在于, 所述控制器通过以下方式 对所述电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3 进行控制, 将所述控制器与所述电源功率 管 1 的连接关系, 等同于 LDO 电路中的控制器与电源功率管的连接关系 : 所述控制器控制所述电源功率管 2 处于完全关断状态 ; 所述控制器控制所述电源功率管 3 处于完全导通状态 ; 所述控制器控制所述电源功率管 1 工作在可变电阻区, 通过减小或增大所述电源功率 管 1 的导通电阻, 保证输出电压 VOUT 稳定在固定的电压值上。
    10: 根据权利要求 9 所述的电源管理集成电路, 其特征在于, 所述控制器通过将所述电 源功率管 3 的导通电阻设计在 0.2 欧姆以内, 控制所述电源功率管 3 处于完全导通状态。
    11: 根据权利要求 6 至 10 中任一项所述的电源管理集成电路, 其特征在于, 所述电源功 率管 1 和所述电源功率管 3 使用 PMOS 管 ; 所述电源功率管 2 使用 NMOS 管。

    说明书


    电源管理集成电路的控制方法及电源管理集成电路

        【技术领域】
         本发明涉及电学领域, 特别涉及电学领域中的电源管理技术。背景技术 很多锂电池供电的便携设备都会将降压直流 - 直流转换 (DC-DC) 电路集成到片上 系统 (System-On-Chip, 简称 “SOC” ) 中, 并使用降压 DC-DC 电路来延长电池的续航时间。降 压 DC-DC 电路的特点是转换效率高, 开关噪声大, 其开关频率在几百 KHz 到几 MHz, 其电路 如图 1 所示 : Q1、 Q2、 Q3 为该降压 DC-DC 电路的电源功率管。其工作原理可以简单分为三个 阶段 : 第一阶段控制器 C1 控制 Q1 导通、 Q2 关断、 Q3 也关断, 这时 VIN( 输入电压 ) 给电感 L1 充电, 同时也给 VOUT 供电。第二阶段控制器 C1 控制 Q1 关断、 Q2 导通、 Q3 关断, 这时电 感 L1 放电给 VOUT( 输出电压 ) 以及 VOUT 上的负载。第三阶段控制器 C1 控制 Q1 和 Q2 关 断、 Q3 导通, 这个阶段发生的条件是电感电流为 0 时, 为了防止电感电流震荡产生电磁干扰 (Electromagnetic Interference, 简称 “EMI” ), 所以将 Q1 和 Q2 关断, 并将 Q3 导通, 即将 电感 L1 中的多余能量通过 Q3 消耗掉。
         集成有降压 DC-DC 电路的 SOC 所在的便携设备既支持音频和视频的播放, 同时也 支持收音机或射频 (Radio Frequency, 简称 “RF” ) 等功能。实现播放音频或视频等功能 的电路对高频噪声 ( 如 MHz 级别或以上 ) 的干扰并不太敏感, 但是诸如实现收音机功能的 电路对高频噪声的干扰就非常敏感了, 甚至由于高频噪声的干扰会导致某些频段的电台无 法被接收到。这些高频噪声的干扰的一个主要来源是便携设备中电源管理的降压 DC-DC 电 路。
         目前, 为了解决实现收音机等功能的电路不受降压 DC-DC 高频噪声干扰的一个主 要方法是整个便携设备中不使用降压 DC-DC 电路, 而使用低压差线性稳压器 (Low Dropout Regulator, 简称 “LDO” ) 电路, LDO 电路的特点是转换效率低, 无开关噪声, 其电路如图 2 : Q4 为该 LDO 的电源功率管。其工作原理为控制器 C2 控制 PMOS 管 Q4 处于可变电阻区, 当 VOUT 电压略低于固定值时, 控制器 C2 通过输出信号 CQ4 来减小 Q4 的导通电阻 ; 当 VOUT 电 压略高于固定值时, 控制器 C2 通过输出信号 CQ4 来增大 Q4 的导通电阻, 最终使输出 VOUT 稳定在固定的电压值上。因此, 使用 LDO 电路的便携设备就不会产生高频噪声, 但是其缺点 是电池的使用效率低, 续航能力差。
         虽然, 为了兼顾功耗和性能, 提出了另一种解决方案 : 在 SOC 中设计一套降压 DC-DC 电路和一套 LDO 电路, 如图 3 所示, 在播放音频和视频等对高频噪声不敏感的应用时 通过使能信号 1 使能降压 DC-DC 电路而通过使能信号 2 将 LDO 电路停止以减小电池端功耗 提高电池利用效率, 在播放收音机或者使用 RF 功能等对高频噪声敏感的应用时通过使能 信号 2 使能 LDO 电路而通过使能信号 1 将降压 DC-DC 电路停止以提高电路性能。
         然而, 本发明的发明人发现, 在这种解决方案中, 降压 DC-DC 电路和 LDO 电路是分 开的, 整个电路需要使用到多个功率管, 即 Q1/Q2/Q3/Q4, 以及 2 套控制电路 A1/C1 和 A2/ C2, 占用 SOC 的面积会较大。
         发明内容 本发明的目的在于提供一种电源管理集成电路的控制方法及电源管理集成电路, 使得在 SOC 中实现降压 DC-DC 电路和 LDO 电路的复用, 在尽可能节省 SOC 面积的同时, 兼顾 低功耗和优性能。
         为解决上述技术问题, 本发明的实施方式提供了一种电源管理集成电路的控制方 法, 包含以下步骤 :
         将电源功率管 1 一端与输入电压相连接, 另一端与电感和电源功率管 2 相连, 电源 功率管 2 的另一端与相对零电位连接, 将电源功率管 3 并联于电感两端, 由控制器输出控制 信号给电源功率管 1、 电源功率管 2 和电源功率管 3 的栅极, 控制电源功率管 1、 电源功率管 2 和电源功率管 3 的导通和关闭 ;
         控制器接收使能信号 1 和使能信号 2, 在同一时间段, 使能信号 1 和使能信号 2 择 一有效 ;
         如果使能信号 1 有效, 则根据降压 DC-DC 电路的工作原理对电源功率管 1、 电源功 率管 2、 电源功率管 3 进行控制, 实现降压 DC-DC 电路 ; 如果使能信号 2 有效, 则根据低压差 线性稳压器 LDO 电路的工作原理对电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3 进行控制, 实 现 LDO 电路。
         本发明的实施方式还提供了一种电源管理集成电路, 包含 : 电源功率管 1、 电源功 率管 2、 电源功率管 3、 控制器、 电感、 使能信号 1 和使能信号 2, 在同一时间段, 使能信号 1 和 使能信号 2 择一有效 ;
         电源功率管 1 一端与输入电压相连接, 另一端与电感和电源功率管 2 相连, 电源功 率管 2 的另一端与相对零电位连接, 电源功率管 3 并联于电感两端, 控制器输出控制信号给 电源功率管 1、 电源功率管 2 和电源功率管 3 的栅极, 控制电源功率管 1、 电源功率管 2 和电 源功率管 3 的导通和关闭 ;
         控制器用于接收使能信号 1 和使能信号 2 ;
         所述使能信号 1 有效时, 所述控制器与所述电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率 管 3 的连接关系, 与降压 DC-DC 电路中的控制器与 3 个电源功率管的连接关系完全相同 ;
         所述使能信号 2 有效时, 所述控制器通过对所述电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源 功率管 3 的控制, 将所述控制器与所述电源功率管 3 的连接关系, 等同于 LDO 电路中的控制 器与电源功率管的连接关系 ; 或者, 所述控制器通过对所述电源功率管 1、 电源功率管 2、 电 源功率管 3 的控制, 将所述控制器与所述电源功率管 1 的连接关系, 等同于 LDO 电路中的控 制器与电源功率管的连接关系。
         本发明实施方式与现有技术相比, 主要区别及其效果在于 :
         由电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3、 控制器和电感构成与降压 DC-DC 电 路结构相同的电路, 其中控制器还用于接收使能信号 1 和使能信号 2, 在同一时间段, 使能 信号 1 和使能信号 2 择一有效。在使能信号 1 有效时, 通过对电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3 的控制, 实现降压 DC-DC 电路, 在使能信号 2 有效时, 通过对电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3 的控制, 实现 LDO 电路。由于电路装置的组成器件等同于降压 DC-DC 电路的组成器件, 并未额外增加用于实现 LDO 电路的器件, 根据不同的使能信号, 对 各电源功率管进行相应的控制, 实现不同使能信号所对应的电路。从而可以在不增加额外
         器件的情况下, 在 SOC 中实现降压 DC-DC 电路和 LDO 电路的复用, 不但节省了 SOC 面积, 同 时可以根据需要决定采用功耗更低的降压 DC-DC 电路, 还是采用性能更好的 LDO 电路, 兼顾 了低功耗和优性能, 保证了应用方案的可靠性和稳定性。
         进一步地, 通过将电源功率管 2 处于完全关断状态, 将电源功率管 1 处于完全导通 状态, 电源功率管 3 工作在可变电阻区, 实现 LDO 电路。通过对电源功率管的巧妙控制, 使 得电源功率管 3 等同于 LDO 电路中的电源功率管 Q4, 以降压 DC-DC 的电路结构实现 LDO 电 路的复用, 保证了降压 DC-DC 电路和 LDO 电路的复用可行性。
         进一步地, 也可以通过将电源功率管 2 处于完全关断状态, 将电源功率管 3 处于完 全导通状态, 将电源功率管 1 工作在可变电阻区, 实现 LDO 电路, 从而为本发明提供了灵活 多变的实施方式。
         进一步地, 电源功率管 1 和电源功率管 3 使用 PMOS 管, 电源功率管 2 使用 NMOS 管。 无论是在实现降压 DC-DC 电路还是在实现 LDO 电路, 都能与现有降压 DC-DC 电路或 LDO 电 路中的电源功率管, 采用相同的材质, 使得本发明能与现有技术更好地兼容。 附图说明
         图 1 是根据现有技术中常用的降压 DC-DC 电路结构示意图 ; 图 2 是根据现有技术中常用的 LDO 电路结构示意图 ; 图 3 是根据现有技术中将降压 DC-DC 电路和 LDO 电路集成在 SOC 中的结构示意 图 4 是根据本发明第一实施方式的电源管理集成电路的控制方法流程图 ; 图 5 是根据本发明第一实施方式中的电路结构示意图 ; 图 6 是根据现有技术中常用的降压 DC-DC 电路中各个电路连接点的工作波形示意 图 7 是根据现有技术中常用的 LDO 电路中各个电路连接点的工作波形示意图 ; 图 8 是根据本发明第三实施方式中的各个电路连接点的工作波形示意图 ; 图 9 是根据本发明第四实施方式中的各个电路连接点的工作波形示意图。图;
         图;
         具体实施方式
         在以下的叙述中, 为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。 但是, 本 领域的普通技术人员可以理解, 即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化 和修改, 也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
         为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚, 下面将结合附图对本发明的实施 方式作进一步地详细描述。
         本发明第一实施方式涉及一种电源管理集成电路的控制方法, 本实施方式中电路 的基本元件为 Q1( 即电源功率管 1)、 Q2( 即电源功率管 2)、 Q3( 即电源功率管 3)、 L1( 即电 感 ), 基本控制单元为 C1( 即控制器 )。
         本实施方式的具体流程如图 4 所示, 在步骤 410 中, 利用电源功率管 1、 电源功率 管 2、 电源功率管 3、 控制器和电感组成与降压 DC-DC 电路结构相同的电路, 即将 Q1 一端与 输入电压相连接, 另一端与 L1 和 Q2 相连, Q2 的另一端与相对零电位连接, 将 Q3 并联于 L1两端, 由控制器 C1 输出控制信号给 Q1、 Q2 和 Q3 的栅极, 控制 Q1、 Q2 和 Q3 的导通和关闭, 如 图 5 所示。由于在现有技术中, 降压 DC-DC 电路的基本器件也是 3 个电源功率管、 控制器和 电感, 因此本步骤不存在任何的技术难度, 在此不再赘述。
         接着, 在步骤 420 中, 通过控制器接收使能信号 1 和使能信号 2, 在同一时间段, 使 能信号 1 和使能信号 2 择一有效。也就是说, 当使能信号 1 为高有效时, 使能信号 2 只能设 置为低无效 ; 当使能信号 2 为高有效时, 使能信号 1 只能设置为低无效。
         接着, 在步骤 430 中, 判断使能信号 1 是否为高有效。如果判定使能信号 1 为高有 效, 则进入步骤 440。
         在步骤 440 中, 根据降压 DC-DC 电路的工作原理对电源功率管 1、 电源功率管 2、 电 源功率管 3 进行控制, 实现降压 DC-DC 电路。具体地说, 当使能信号 1 为高有效时 ( 此时使 能信号 2 只能设置为低无效 ), 具体工作过程与现有的降压 DC-DC 电路一样可以简单分为三 个阶段 :
         第一阶段控制器 C1 通过控制信号 CQ1、 CQ2、 CQ3 分别控制 Q1 导通、 Q2 关断、 Q3 也 关断, 这时 VIN 给电感 L1 充电, 同时也给 VOUT 供电。
         第二阶段控制器 C1 通过控制信号 CQ1、 CQ2、 CQ3 分别控制 Q1 关断、 Q2 导通、 Q3 关 断, 这时电感 L1 放电给 VOUT 以及 VOUT 上的负载。 第三阶段控制器 C1 通过控制信号 CQ1、 CQ2、 CQ3 分别控制 Q1 和 Q2 关断、 Q3 导通, 这个阶段发生的条件是电感 L1 电流为 0 时, 为了防止电感电流震荡产生 EMI, 所以将 Q1 和 Q2 关断, 并将 Q3 导通, 即将电感 L1 中的多余能量通过 Q3 消耗掉。
         不难发现, 本实施方式中控制器 C1 通过对 Q1、 Q2、 Q3 的控制, 实现降压 DC-DC 电 路的方式, 与现有技术中的控制器 C1 通过对 Q1、 Q2、 Q3 的控制, 实现降压 DC-DC 电路的方 式完全相同。由于在现有技术中, Q1 和 Q3 一般使用 PMOS 管 (P 沟道的金属氧化物半导体 场效应晶体管 ), PMOS 管在控制端为低时处于完全导通状态 ( 即处于恒流区, 导通电阻很小 且不变 ), 在控制端为高时处于完全关断状态 ( 即处于夹断区, 电阻无穷大 )。Q2 使用 NMOS 管 (N 沟道的金属氧化物半导体场效应晶体管 ), NMOS 在控制端为高时完全导通状态, 为低 时处于完全关断状态, 即现有的该降压 DC-DC 电路在工作过程中各个控制信号工作时序和 关键连接点电路 SW 的电压波形如图 6 所示。
         因此, 为使本实施方式能与现有技术更好地兼容, 在本实施方式中, 电源功率管 1( 即 Q1) 和电源功率管 3( 即 Q3) 使用 PMOS 管, 电源功率管 2( 即 Q2) 使用 NMOS 管。也就 是说, 在当使能信号 1 为高有效时, 电源集成电路在工作过程中各个控制信号工作时序和 关键连接点电路 SW 的电压波形与图 6 相同, 控制信号 CQ1、 CQ2、 CQ3 以及中间点 SW 的电压 波形都是快速翻转的信号, 频率一般在几百 KHz 到几 MHz, 将会导致电磁兼容问题。但是根 据降压 DC-DC 电路的工作原理, 其能量传输效率可高达 90%以上。 因此, 在对性能要求不高 时, 如实现播放音频或视频等功能时, 可使使能信号 1 为高有效, 使能信号 2 为低无效, 以提 高转换效率, 降低功耗。
         如果在步骤 430 中, 判定使能信号 1 并非为高有效, 即使能信号 1 为低无效, 也就 是说, 使能信号 2 为高有效, 此时进入步骤 450。
         在步骤 450 中, 根据 LDO 电路的工作原理对电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率 管 3 进行控制, 实现 LDO 电路。
         具体地说, 通过控制器控制电源功率管 2 处于完全关断状态, 通过控制器控制电 源功率管 1 处于完全导通状态, 通过控制器控制电源功率管 3 工作在可变电阻区, 通过减小 或增大电源功率管 3 的导通电阻, 保证输出电压 VOUT 稳定在固定的电压值上 ( 即电源功率 管 3 等同于图 2 或图 3 中的电源功率管 Q4)。
         也就是说, 控制器 C1 控制 NMOS 管 Q2 处于完全关断状态, 其电阻近似无穷大, 并控 制 PMOS 管 Q1 处于完全导通状态, 导通电阻为零点几欧姆, 一般设计为 0.2 欧姆以内, 同时 控制 PMOS 管 Q3 工作在可变电阻区, 相当于图 2 或图 3 中的功率管 Q4。Q3 的电阻由输出电 压 VOUT 决定, 阻值范围可能从零点几 Ω 到几百 kΩ 变化。当 VOUT 电压略低于固定值时, 控制器 C1 通过输出信号 CQ3 来减小 Q3 的导通电阻 ; 当 VOUT 电压略高于固定值时, 控制器 C1 通过输出信号 CQ3 来增大 Q3 的导通电阻, 最终使输出 VOUT 稳定在固定的电压值上。
         由于在现有的 LDO 电路中, Q4 为 PMOS 管, 用于控制 Q4 导通电阻的输出信号 CQ4 的 波形为缓慢变化的波形, 且不会有固定的频率, 如图 7 所示。而本实施方式中等同于 Q4 的 Q3 同样也为 PMOS 管, 因此在当使能信号 2 为高有效时, CQ3 的波形同样为缓慢变化的波形, 且不会有固定的频率。
         由此可见, 本实施方式的电源管理集成电路的控制方法同样能实现 LDO 电路, 具 备 LDO 电路的优点 : 电源噪声很小, 稳定性较好。 因此, 在对性能要求较高时, 如实现收音机 功能和 RF 等功能时, 可使使能信号 2 为高有效, 使能信号 1 为低无有效, 以提高性能。 在步骤 440 或步骤 450 后, 回到步骤 420, 继续接收使能信号 1 和使能信号 2。
         由于在本实施方式中, 电路的组成器件等同于降压 DC-DC 电路的组成器件, 并未 额外增加用于实现 LDO 电路的器件, 根据不同的使能信号, 对各电源功率管进行相应的控 制, 实现不同使能信号所对应的电路。从而可以在不增加额外器件的情况下, 在 SOC 中实现 降压 DC-DC 电路和 LDO 电路的复用, 不但节省了 SOC 面积, 同时可以根据需要决定采用功耗 更低的降压 DC-DC 电路, 还是采用性能更好的 LDO 电路, 兼顾了功耗和性能, 保证了应用方 案的可靠性和稳定性。
         本发明第二实施方式涉及一种电源管理集成电路的控制方法。 第二实施方式与第 一实施方式基本相同, 区别主要在于 :
         在第一实施方式中, 通过将电源功率管 2 处于完全关断状态, 将电源功率管 1 处于 完全导通状态, 将电源功率管 3 工作在可变电阻区, 通过减小或增大电源功率管 3 的导通电 阻, 保证输出电压 VOUT 稳定在固定的电压值上, 实现 LDO 电路。
         然而在第二实施方式中, 通过由控制器控制电源功率管 2 处于完全关断状态, 控 制电源功率管 3 处于完全导通状态, 控制电源功率管 1 工作在可变电阻区, 通过减小或增大 电源功率管 1 的导通电阻, 保证输出电压 VOUT 稳定在固定的电压值上 ( 即电源功率管 1 等 同于图 2 或图 3 中的电源功率管 Q4), 实现 LDO 电路。也就是说, 当使能信号 2 为高有效时 ( 此时使能信号 1 只能设置为低无效 ), C1 通过对 Q1、 Q2、 Q3 的控制, 使得 Q1 等同于 LDO 电 路中的电源功率管 Q4, 以降压 DC-DC 的电路结构实现 LDO 电路的复用。
         由于也可以通过将电源功率管 2 处于完全关断状态, 将电源功率管 3 处于完全导 通状态, 将电源功率管 1 工作在可变电阻区, 实现 LDO 电路。可见本发明的实施方式能灵活 实现。
         本发明的各方法实施方式均可以以软件、 硬件、 固件等方式实现。不管本发明是
         以软件、 硬件、 还是固件方式实现, 指令代码都可以存储在任何类型的计算机可访问的存储 器中 ( 例如永久的或者可修改的, 易失性的或者非易失性的, 固态的或者非固态的, 固定的 或者可更换的介质等等 )。同样, 存储器可以例如是可编程阵列逻辑 (Programmable Array Logic, 简称 “PAL” )、 随机存取存储器 (Random Access Memory, 简称 “RAM” )、 可编程只读存 储器 (Programmable Read Only Memory, 简称 “PROM” )、 只读存储器 (Read-Only Memory, 简称 “ROM” )、 电可擦除可编程只读存储器 (Electrically Erasable Programmable ROM, 简 称 “EEPROM” )、 磁盘、 光盘、 数字通用光盘 (Digital Versatile Disc, 简称 “DVD” ) 等等。
         本发明第三实施方式涉及一种电源管理集成电路, 该电路的基本元件为 Q1( 即电 源功率管 1)、 Q2( 即电源功率管 2)、 Q3( 即电源功率管 3)、 L1( 即电感 ), 基本控制单元为 C1( 即控制器 ), 本实施方式的电源管理集成电路还包含 2 个使能信号, 使能信号 1 和使能 信号 2, 在同一时间段, 使能信号 1 和使能信号 2 择一有效。也就是说, 当使能信号 1 为高有 效时, 使能信号 2 只能设置为低无效 ; 当使能信号 2 为高有效时, 使能信号 1 只能设置为低 无效。
         电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3、 控制器和电感构成的电路结构与常用 的降压 DC-DC 电路结构相同, 即将电源功率管 1 一端与输入电压相连接, 另一端与电感和电 源功率管 2 相连, 电源功率管 2 的另一端与相对零电位连接, 将电源功率管 3 并联于所述电 感两端, 由控制器输出控制信号给电源功率管 1、 电源功率管 2 和电源功率管 3 的栅极, 控制 电源功率管 1、 电源功率管 2 和电源功率管 3 的导通和关闭。
         控制器还用于接收使能信号 1 和使能信号 2, 并在使能信号 1 有效时, 控制器通过 对电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3 的控制, 将控制器与电源功率管 1、 电源功率 管 2、 电源功率管 3 的连接关系, 与降压 DC-DC 电路中的控制器与 3 个电源功率管的连接关 系完全相同 ; 在使能信号 2 有效时, 控制器通过对电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3 的控制, 将控制器与电源功率管 3 的连接关系, 等同于 LDO 电路中的控制器与电源功率管 的连接关系, 从而可以根据 LDO 电路的工作原理对电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3 进行控制, 实现 LDO 电路。
         具体地说, 当使能信号 1 为高有效时 ( 此时使能信号 2 只能设置为低无效 ), 控制 器通过对电源功率管 1、 电源功率管 2、 电源功率管 3 的控制, 与现有的降压 DC-DC 电路一样 可以简单分为三个阶段 :
         第一阶段控制器 C1 通过控制信号 CQ1、 CQ2、 CQ3 分别控制 Q1 导通、 Q2 关断、 Q3 也 关断, 这时 VIN 给电感 L1 充电, 同时也给 VOUT 供电。
         第二阶段控制器 C1 通过控制信号 CQ1、 CQ2、 CQ3 分别控制 Q1 关断、 Q2 导通、 Q3 关 断, 这时电感 L1 放电给 VOUT 以及 VOUT 上的负载。
         第三阶段控制器 C1 通过控制信号 CQ1、 CQ2、 CQ3 分别控制 Q1 和 Q2 关断、 Q3 导通, 这个阶段发生的条件是电感 L1 电流为 0 时, 为了防止电感电流震荡产生 EMI, 所以将 Q1 和 Q2 关断, 并将 Q3 导通, 即将电感 L1 中的多余能量通过 Q3 消耗掉。
         由于在现有技术中, Q1 和 Q3 一般使用 PMOS 管, Q2 使用 NMOS 管, 因此, 为使本实施 方式能与现有技术更好地兼容, 在本实施方式中, 电源功率管 1( 即 Q1) 和电源功率管 3( 即 Q3) 同样使用 PMOS 管, 电源功率管 2( 即 Q2) 同样使用 NMOS 管。
         当使能信号 2 为高有效时 ( 此时使能信号 1 只能设置为低无效 ), C1 通过对 Q1、Q2、 Q3 的控制, 使得 Q3 等同于 LDO 电路中的电源功率管 Q4, 以降压 DC-DC 的电路结构实现 LDO 电路的复用。具体工作过程如图 8 所示 :
         当使能信号 1 从高有效变为低无效, 使能信号 2 从低无效变为高有效时, 控制器 C1 控制 NMOS 管 Q2 处于完全关断状态, 其电阻近似无穷大, 并控制 PMOS 管 Q1 处于完全导通状 态, 导通电阻为零点几欧姆, 一般设计为 0.2 欧姆以内, 同时控制 PMOS 管 Q3 工作在可变电 阻区, 相当于图 2 或图 3 中的功率管 Q4。Q3 的电阻由输出电压 VOUT 决定, 阻值范围可能从 零点几 Ω 到几百 kΩ 变化。当 VOUT 电压略低于固定值时, 控制器 C1 通过输出信号 CQ3 来 减小 Q3 的导通电阻 ; 当 VOUT 电压略高于固定值时, 控制器 C1 通过输出信号 CQ3 来增大 Q3 的导通电阻, 最终使输出 VOUT 稳定在固定的电压值上。
         由于在现有的 LDO 电路中, Q4 为 PMOS 管, 用于控制 Q4 导通电阻的输出信号 CQ4 的 波形为缓慢变化的波形, 且不会有固定的频率。而本实施方式中等同于 Q4 的 Q3 同样也为 PMOS 管, 因此在当使能信号 2 为高有效时, CQ3 的波形同样为缓慢变化的波形, 且不会有固 定的频率, 此时 SW 点的波形与输入电压波形 VIN 基本一样 ( 如图 8 所示 )。
         由此可见, 本实施方式的电源管理集成电路同样能实现 LDO 电路, 具备 LDO 电路的 优点 : 电源噪声很小, 稳定性较好。因此, 在对性能要求较高时, 如实现收音机功能和 RF 等 功能时, 可使使能信号 2 为高有效, 使能信号 1 为低无有效, 以提高性能。 不难发现, 本实施方式是与第一实施方式相对应的装置实施方式, 本实施方式可 与第一实施方式互相配合实施。 第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然 有效, 为了减少重复, 这里不再赘述。相应地, 本实施方式中提到的相关技术细节也可应用 在第一实施方式中。
         本发明第四实施方式涉及一种电源管理集成电路。 第四实施方式与第三实施方式 基本相同, 区别主要在于 :
         在第三实施方式中, 控制器通过将电源功率管 2 处于完全关断状态, 将电源功率 管 1 处于完全导通状态, 将电源功率管 3 工作在可变电阻区, 通过减小或增大电源功率管 3 的导通电阻, 保证输出电压 VOUT 稳定在固定的电压值上, 使得控制器与电源功率管 3 的连 接关系, 等同于 LDO 电路中的控制器与电源功率管的连接关系, 从而实现 LDO 电路。
         然而在第四实施方式中, 控制器通过以下方式对电源功率管 1、 电源功率管 2、 电 源功率管 3 进行控制, 将控制器与电源功率管 1 的连接关系, 等同于 LDO 电路中的控制器与 电源功率管的连接关系 :
         控制器控制电源功率管 2 处于完全关断状态。
         控制器控制电源功率管 3 处于完全导通状态。
         控制器控制电源功率管 1 工作在可变电阻区, 通过减小或增大电源功率管 1 的导 通电阻, 保证输出电压 VOUT 稳定在固定的电压值上。
         也就是说, 当使能信号 2 为高有效时 ( 此时使能信号 1 只能设置为低无效 ), C1 通 过对 Q1、 Q2、 Q3 的控制, 使得 Q1 等同于 LDO 电路中的电源功率管 Q4, 以降压 DC-DC 的电路 结构实现 LDO 电路的复用。具体工作过程如图 9 所示 :
         当使能信号 1 从高有效变为低无效, 使能信号 2 从低无效变为高有效时, 控制器 C1 控制 NMOS 管 Q2 处于完全关断状态, 其电阻近似无穷大, 并控制 PMOS 管 Q3 处于完全导通状 态, 导通电阻为零点几欧姆, 一般设计为 0.2 欧姆以内, 同时控制 PMOS 管 Q1 工作在可变电
         阻区, 相当于图 2 或图 3 中的功率管 Q4。Q1 的电阻由输出电压 VOUT 决定, 阻值范围可能从 零点几 Ω 到几百 kΩ。当 VOUT 电压略低于固定值时, 控制器 C1 通过输出信号 CQ1 来减小 Q1 的导通电阻 ; 当 VOUT 电压略高于固定值时, 控制器 C1 通过输出信号 CQ1 来增大 Q1 的导 通电阻, 最终使输出 VOUT 稳定在固定的电压值上。 CQ1 的波形为缓慢变化的波形, 且不会有 固定的频率, 此时 SW 点的波形与输出电压波形 VOUT 基本一样。其能量传输效率为输出电 压除以输入电压。
         不难发现, 本实施方式是与第二实施方式相对应的装置实施方式, 本实施方式可 与第二实施方式互相配合实施。 第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然 有效, 为了减少重复, 这里不再赘述。相应地, 本实施方式中提到的相关技术细节也可应用 在第二实施方式中。
         虽然通过参照本发明的某些优选实施方式, 已经对本发明进行了图示和描述, 但 本领域的普通技术人员应该明白, 可以在形式上和细节上对其作各种改变, 而不偏离本发 明的精神和范围。

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    电源 管理 集成电路 控制 方法
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