多模式开关电源控制芯片的低功耗设计与实现

摘要：针对降低多模式开关电源控制芯片在轻载与待机工作模式下功耗，提高其全负载条件下工作效率的需要，提出一种开关电源控制芯片供电系统的设计方案，实现了其在启动、关断、重载、轻载以及待机等各种工作情况下的高效率低功耗工作。该供电系统主要包括欠压锁定电路、数字模块电源单元和两种不同的模拟模块电源单元，以及状态检测模块和模式控制逻辑单元，能够实现电源的上电、掉电控制，同时能够根据电源的负载条件控制各模块的开通关断以实现低功耗工作。该系统已应用于绿色多模式反激式开关控制器的设计中，取得了提高电源效率、降低待机功耗的作用。芯片采用1.5umBiCMOS工艺设计制成。测试表明，所设计电源的各项指标均已达到设计要求。

引言

开关电源的效率与功耗已成为设计师关注的焦点，而多模式控制已经成为电源控制芯片中高效率低功耗设计的主流趋势。

所谓多模式控制就是在开关电源的工作中根据负载情况的不同采用不同的控制策略，以降低其功耗，提高效率。它是针对常用开关电源在轻载和待机条件下效率低的特点提出的，其设计思想可描述为：在重载下采用PWM模式，以发挥其重载下效率高的优点；在轻载下采取PFM模式，通过降低开关频率来降低功耗；而在极轻载条件下（待机模式下）则采取BURST模式来降低功耗。

目前，由于能源紧缺，国际国内均对降低用电设备的轻载和待机功耗给予了极大注意。应指出的是，传统的多模式控制策略虽然改善了开关电源的轻载与待机效率，但未对控制芯片本身的静态功耗予以足够的重视，考虑到家电、办公设备等设备数量巨大，倘能将控制芯片的静态电流由毫安级降低一至两个数量级，其节电效能就十分可观。

文中给出一种低功耗开关电源控制芯片供电系统的设计并予以实现，其特点是可以降低控制芯片在轻载与待机模式下的功耗。

针对当前应用广泛的系统芯片的需要，分别设置了一个数字模块供电单元和两个模拟模块供电单元，其中一个模拟模块供电单元专门用于在重载条件下为控制模块供电，而在轻载和待机模式下则被关断，以降低芯片的静态功耗。

1系统与电路设计

1.1系统构成

整个系统的构成如图1所示。系统中包括一个欠压锁定电路（UVLO，Undervoltagelockout），用于保证电路在合适的电压范围内正常工作；一个带隙基准电压源和一个专为数字模块供电的电压源（记为VDD_D），分别为芯片提供基准偏置和数字部分的电源。具体构成时此两模块包含在UVLO模块内。两个电压调整器（REGULATOR）分别产生一个5V和一个4.3V的稳定电压，其中5V稳定电压源输出记为REG，用于在重载时为控制器供电（轻载时关断）；4.3V稳定电压源输出记为VDD_AD，用于轻载时的供电。当然，必要时还可以利用带隙基准产生更多不同的电压以满足复杂控制模式的需要。