專(zhuān)利名稱(chēng)：用于滯后調(diào)節(jié)器的自適應(yīng)功率控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及調(diào)節(jié)器的控制，更具體地涉及可以在突發(fā)模式工作的開(kāi)關(guān)調(diào)
節(jié)器。
背景技術(shù)：
設(shè)計(jì)以在輕負(fù)荷下有效率的開(kāi)關(guān)DC/DC電源轉(zhuǎn)換器通常使用滯后控制， 有時(shí)稱(chēng)作突發(fā)模式或脈沖頻率模式，以調(diào)節(jié)輸出電壓。在所述操作中，轉(zhuǎn)換器通 常通過(guò)調(diào)節(jié)峰值電感電流，在固定的功率電平上工作，直到輸出達(dá)到理想的電壓。 轉(zhuǎn)換器然后進(jìn)入"休眠"(非活動(dòng))工作模式，從電源獲取最小的靜態(tài)電流。在非活 動(dòng)模式期間，負(fù)載電流只通過(guò)輸出波電容提供。當(dāng)輸出電壓下降一小量時(shí)，通常 1%-2%，轉(zhuǎn)換器從休眠模式出來(lái)并恢復(fù)活動(dòng)工作，以使輸出電壓恢復(fù)到理想值。 活動(dòng)和非活動(dòng)工作模式的交替周期循環(huán)重復(fù)，使輸出電壓保持在特定的滯后極限 內(nèi)?；顒?dòng)的持續(xù)時(shí)間，或"喚醒"時(shí)間和休眠時(shí)間隨著所選擇的輸出電容量和滯后量 而變化。喚醒或休眠所占的時(shí)間百分比，即工作循環(huán)，隨負(fù)載變化。在其最大負(fù) 載能力時(shí)，轉(zhuǎn)換器保持100%時(shí)間的喚醒。通常的轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)可包括升壓型(升壓)，降壓型(降壓)或降壓/升壓 (降壓-升壓)設(shè)計(jì)。已知的"4開(kāi)關(guān)"降壓-升壓轉(zhuǎn)換器披露于，例如，由凌特公司 (Linear Technology Corporation)制造的LTC3440"微功率同步降壓-升壓DC/DC轉(zhuǎn)換 器"集成電路的2001年10月的數(shù)據(jù)表中。在活動(dòng)模式期間，電感在不同電路結(jié)構(gòu) 中切換，以向輸出電容提供電荷。在活動(dòng)的突發(fā)操作中，傳統(tǒng)上電感電流受控在 固定的上限和下限之間循環(huán)變化，所述上限和下限通常分別被稱(chēng)為峰值和谷值。突發(fā)模式轉(zhuǎn)換器操作與固定頻率脈寬調(diào)制的切換操作相比的一個(gè)優(yōu)點(diǎn) 是，在輕負(fù)荷下的高效率，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)換器休眠的時(shí)間百分比隨著負(fù)載電流減小 而增加。如果磁滯轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)電流可以非常小，通常幾十微安培，而在休眠模 式，高效率可被保持，直到負(fù)載電流降至小到100微安培或更小。該操作對(duì)于電 池供電的應(yīng)用是有利的，所述電池用電的應(yīng)用占用相當(dāng)多的時(shí)間處于需要極少電 力的待機(jī)狀態(tài)。突發(fā)模式操作的缺點(diǎn)在于，可被輸送的最大輸出功率受限于峰值電感電
流，所述電感電流不管負(fù)載都是固定的。如果提高峰值電感電流來(lái)增加功率容量， 則轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)損耗增加，這使得通過(guò)整個(gè)負(fù)載范圍的效率降低。因此，在磁滯 轉(zhuǎn)換器中，選擇固定的峰值電感電流值作為效率和最大功率容量的折衷。如果最 大功率容量增大，增大的峰值電感電流導(dǎo)致輕負(fù)荷下的較低效率。感測(cè)負(fù)載電流 同時(shí)保持滯后操作的難度，在脫離固定峰值電感電流操作時(shí)提出了挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開(kāi)的主題實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有技術(shù)的上述需求。當(dāng)輸出端的電壓降至第一 閾值電平時(shí)，DC/DC調(diào)節(jié)器可被設(shè)置為活動(dòng)模式。在活動(dòng)模式，電荷通過(guò)具有設(shè) 定極限值的電流施加在輸出節(jié)點(diǎn)。當(dāng)輸出節(jié)點(diǎn)的電壓升至第二閾值電平時(shí)，所述 調(diào)節(jié)器被設(shè)定為非活動(dòng)模式。電流極限值作為平均調(diào)節(jié)器輸出電流的函數(shù)自動(dòng)調(diào) 節(jié)。優(yōu)選地，平均調(diào)節(jié)器輸出電流的指示通過(guò)在調(diào)節(jié)器的活動(dòng)模式期間向感 應(yīng)電容充電和在調(diào)節(jié)器的非活動(dòng)模式期間使感應(yīng)電容放電而獲得。感應(yīng)電容的電 壓，作為平均調(diào)節(jié)器輸出電流的代表，被感測(cè)和轉(zhuǎn)換為電流。固定的最小電流源 被加入轉(zhuǎn)換后的電流，以產(chǎn)生補(bǔ)償調(diào)節(jié)。在活動(dòng)模式，電感可切換地連接到電壓源，以對(duì)調(diào)節(jié)器輸出電容充電， 電感電流受控在最大(峰值)和最小(谷值)電平之間周期變化。感測(cè)調(diào)節(jié)器電 流，并將感測(cè)的信號(hào)與補(bǔ)償調(diào)節(jié)相比較。當(dāng)感測(cè)的電流信號(hào)達(dá)到補(bǔ)償調(diào)節(jié)值時(shí)， 則達(dá)到了電流極限值。電流極限值因而根據(jù)感應(yīng)電容的電壓而變化。調(diào)節(jié)的電流 極限值優(yōu)選是峰值電感電流，盡管谷值電流極限也可被調(diào)節(jié)。由感應(yīng)電容電壓轉(zhuǎn) 換的電流可被設(shè)定不超過(guò)最大電平。功率控制器，連接至轉(zhuǎn)換器輸入和電感，在達(dá)到滯后閾值時(shí)響應(yīng)輸出電 壓反饋，以在活動(dòng)和不活動(dòng)模式之間變化。功率調(diào)節(jié)控制電路具有輸入，連接到 功率控制器，用于接收表示功率控制器的模式的信號(hào)。第一開(kāi)關(guān)連接在電壓源的 第一終端和感應(yīng)電容的節(jié)點(diǎn)之間。第二開(kāi)關(guān)連接在電壓源的第二終端和感應(yīng)電容 的節(jié)點(diǎn)之間。為了響應(yīng)功率調(diào)節(jié)控制電流輸入端的活動(dòng)模式信號(hào)，閉合第一開(kāi)關(guān) 以向電容充電。為了響應(yīng)輸入端的非活動(dòng)模式信號(hào)，閉合第二開(kāi)關(guān)以對(duì)感應(yīng)電容 放電。感應(yīng)電容節(jié)點(diǎn)的電壓與平均調(diào)節(jié)器電流成比例。電壓-電流轉(zhuǎn)換器連接到感應(yīng)電容，以產(chǎn)生一電流，表示平均調(diào)節(jié)器電流。 通過(guò)加法電路，最小電流被添加到電壓-電流轉(zhuǎn)換器的輸出端，以產(chǎn)生補(bǔ)償電壓。 比較器具有第一輸入端，用于接收感測(cè)的電感電流信號(hào)；第二輸入端，用于接收 補(bǔ)償電壓；和輸出端，連接到功率控制器。為了響應(yīng)比較器輸出，功率控制器設(shè) 定峰值電流值。還可使用第二比較器輸出來(lái)設(shè)定谷值電流值。通過(guò)下面的詳細(xì)說(shuō)明，其它優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將變得顯而 易見(jiàn)，其中下面的詳細(xì)說(shuō)明僅示出和描述了優(yōu)選的實(shí)施例，簡(jiǎn)單地通過(guò)示出實(shí)現(xiàn) 本發(fā)明最佳模式的方式?？梢哉J(rèn)識(shí)到，本發(fā)明可具有其它和不同的實(shí)施例，并且 其若干細(xì)節(jié)可在不同明顯的方面進(jìn)行修改，所有這些都在不背離本發(fā)明的情況下。 相應(yīng)地，附圖和說(shuō)明書(shū)被視為是描述性的，而非限制性的。


本發(fā)明的實(shí)施通過(guò)示例，而非限定的方式在附圖中示出，并且在附圖中 類(lèi)似的附圖標(biāo)記表示類(lèi)似的元件。圖l是根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的示意性方框圖。圖2是可用于圖l所示調(diào)節(jié)器的功率調(diào)節(jié)電路的電路圖。圖3是波形圖，示出在本發(fā)明的操作期間的電流波形。
具體實(shí)施例方式表示在圖1的示意性方框圖中的開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器20，在輸入節(jié)點(diǎn)VtN接收來(lái)
自電源的輸入電壓，并在VouT節(jié)點(diǎn)提供預(yù)設(shè)的輸出電壓。串聯(lián)在輸入和輸出節(jié)點(diǎn)
之間的是切換功率控制器22和電感24。輸出電容26連接在輸出節(jié)點(diǎn)和共同接頭 之間。功率控制器22代表任何已知的滯后突發(fā)模式可操作開(kāi)關(guān)和控制電路，用于 驅(qū)動(dòng)電感電流在活動(dòng)狀態(tài)期間在峰值和谷值電平之間周期循環(huán)。例如，可以采用 已知的降壓，升壓，和降壓-升壓滯后轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。輸出節(jié)點(diǎn)的電壓被反饋到功率控制器，由反饋線28示意性表示?？梢?使用分壓器和公知的等效電路來(lái)調(diào)節(jié)反饋電壓，以滿(mǎn)足適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)參數(shù)。當(dāng)反饋 電壓達(dá)到滯后闞值時(shí)，控制器在活動(dòng)和非活動(dòng)操作模式之間轉(zhuǎn)換。控制器22在線 30上輸出"WAKE/SLEEP (喚醒/休眠)"信號(hào)，表示操作的模式，該信號(hào)施加在功 率調(diào)節(jié)控制電路32的輸入端。該信號(hào)具有占空度，它對(duì)應(yīng)功率控制器的喚醒/休眠 占空度。功率調(diào)節(jié)控制電路32輸出補(bǔ)償信號(hào)，它被施加在比較器34的負(fù)輸入端。
示意性表示的電流傳感器36向比較器34的正輸入端施加表示感測(cè)到的電感電流 的信號(hào)?？梢允褂萌我庖阎膫鞲屑夹g(shù)來(lái)提供感測(cè)的電流信號(hào)。比較器34的輸出 施加在切換功率控制器22的輸入端。圖2是示例性的功率調(diào)節(jié)控制電路32的電路圖。連接在第一電壓源終 端Vcc和共同第二電壓源終端之間的是電流源34，受控開(kāi)關(guān)36，受控開(kāi)關(guān)38，和 電流源40。連接在開(kāi)關(guān)36和38的接合點(diǎn)和第二電壓源終端之間的是電容42?？?能包括觸發(fā)器或類(lèi)似元件的邏輯電路44具有一輸入端，用于接收來(lái)自線30的"喚 醒/休眠"信號(hào)。邏輯電路44的第一輸出用于控制開(kāi)關(guān)36。邏輯電路44的第二輸 出用于控制開(kāi)關(guān)38。當(dāng)線30上的信號(hào)指示為控制器22的喚醒或活動(dòng)模式時(shí)，邏 輯電路保持開(kāi)關(guān)36閉合和開(kāi)關(guān)38打開(kāi)。此時(shí)，電容42通過(guò)電流源34和開(kāi)關(guān)36 從第一電壓源終端充電。當(dāng)線30上的信號(hào)指示控制器22的休眠或非活動(dòng)模式時(shí)， 邏輯電路保持開(kāi)關(guān)38閉合和開(kāi)關(guān)36打開(kāi)。此時(shí)，電容42通過(guò)開(kāi)關(guān)38和電流源 40向第二電壓源終端放電。電流源46和開(kāi)關(guān)48串聯(lián)通過(guò)電壓源終端，開(kāi)關(guān)50、開(kāi)關(guān)52、電阻54、 和開(kāi)關(guān)56也是串聯(lián)連接。電容42的上節(jié)點(diǎn)連接至開(kāi)關(guān)52的門(mén)極。開(kāi)關(guān)48和56 的門(mén)極連接在一起。開(kāi)關(guān)58與電阻6 0串聯(lián)通過(guò)電壓源終端。開(kāi)關(guān)50和58以電 流鏡像結(jié)構(gòu)連接。電流源62連接在第一電壓源終端和開(kāi)關(guān)58與電阻60的接合點(diǎn)， 即輸出線33之間。通過(guò)在控制器活動(dòng)時(shí)用固定電流對(duì)電容42充電，而在轉(zhuǎn)換器不活動(dòng)時(shí) 以固定電流使電容放電，在電容42的上節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生與平均負(fù)載電流成比例的電壓。 該電壓被輸送至包括開(kāi)關(guān)52和電阻54的電流轉(zhuǎn)換器。電阻54中的最大電流受限 于電流吸收開(kāi)關(guān)56，所述開(kāi)關(guān)56由電流源46和開(kāi)關(guān)48設(shè)定。電阻54中的電流
154為
I54 = (V42 — VsAT(56) — Vgs(52))/R
其中V42是電容42的電壓，VsAT州是開(kāi)關(guān)56兩端的電壓，Vos(52)是開(kāi)關(guān)52的柵 極-源極電壓，而R是電阻54的阻抗。電阻54中的電流由電流鏡像開(kāi)關(guān)50和58反映，并被添加到來(lái)自電流 源62的設(shè)定最小電流，以產(chǎn)生電阻60兩端的補(bǔ)償輸出電壓。154的最大值被限制， 不管電容42的電壓是否由于變化的Vcc電源電壓而過(guò)度地增加。電容42的放電
電流與電容42的充電電流之比會(huì)確定轉(zhuǎn)換器工作的占空度(喚醒時(shí)間的百分比)， 其用于使電容42的電壓斜線上升并轉(zhuǎn)換為最大電感電流。圖3示出了通常的波形，所述波形示出電感電流隨負(fù)載電流的變化。在 該示例中，負(fù)載電流被從小于20mA斜線上升至50mA。為了響應(yīng)負(fù)載的變化，峰 值電感電流從100mA的最小值增大到190mA的最大值。電感的谷值電流由20mA 的最小值提高到120mA的最大值。在本說(shuō)明書(shū)中，僅示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和幾個(gè)其多功能性 的示例。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明能夠在各種其它組合和環(huán)境下使用，并且能夠在本文 所表述的創(chuàng)造性構(gòu)思的范圍內(nèi)進(jìn)行修改或改進(jìn)。例如，本發(fā)明可以結(jié)合作為單片 電路功率轉(zhuǎn)換器的部分，或采用分離的部件用于轉(zhuǎn)換器中。本發(fā)明可應(yīng)用于任意 滯后轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，并且不限制使用在任意特定的功率電平。
權(quán)利要求
1、一種用于控制DC/DC調(diào)節(jié)器的方法，包括如下步驟當(dāng)輸出端電壓降至第一閾值電平時(shí)，將所述調(diào)節(jié)器設(shè)定為活動(dòng)工作模式，其中電荷通過(guò)具有設(shè)定極限值的電流提供至所述調(diào)節(jié)器的輸出節(jié)點(diǎn)；當(dāng)輸出節(jié)點(diǎn)的電壓上升到第二閾值電平時(shí)，將所述調(diào)節(jié)器設(shè)定為非活動(dòng)工作模式；和自動(dòng)調(diào)節(jié)電流極限值，所述電流極限值作為工作模式占空度的函數(shù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述自動(dòng)調(diào)節(jié)的步驟包括在調(diào)節(jié)器的活動(dòng)工作模式期間對(duì)電容充電； 在調(diào)節(jié)器的非活動(dòng)工作模式期間使電容放電； 感測(cè)所述電容的電壓；禾口 根據(jù)感測(cè)的電容電壓改變電流極限值。
3、 一種用于控制DC/DC調(diào)節(jié)器的方法，包括如下步驟 當(dāng)輸出端電壓降至第一閾值電平時(shí)，將所述調(diào)節(jié)器設(shè)定為活動(dòng)工作模式，其中電荷通過(guò)具有設(shè)定極限值的電流提供至所述調(diào)節(jié)器的輸出節(jié)點(diǎn)；當(dāng)輸出節(jié)點(diǎn)的電壓上升到第二閾值電平時(shí)，將所述調(diào)節(jié)器設(shè)定為非活動(dòng)工作 模式；和自動(dòng)調(diào)節(jié)電流極限值，所述電流極限值作為調(diào)節(jié)器電流的特征的函數(shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述特征是平均調(diào)節(jié)器電流。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述自動(dòng)調(diào)節(jié)的步驟包括-在調(diào)節(jié)器的活動(dòng)工作模式期間對(duì)電容充電； 在調(diào)節(jié)器的非活動(dòng)工作模式期間使電容放電； 感測(cè)所述電容的電壓；和 根據(jù)感測(cè)的電容電壓改變電流極限值。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述改變的步驟包括-將所述感測(cè)的電容電壓轉(zhuǎn)換為與其相關(guān)的電流； 將固定的最小電流源加入電流源中獲得的電流，以產(chǎn)生補(bǔ)償調(diào)節(jié)； 感測(cè)調(diào)節(jié)器的輸出電流；和將所述補(bǔ)償調(diào)節(jié)與感測(cè)到的輸出電流進(jìn)行比較。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述轉(zhuǎn)換步驟包括設(shè)定最大電平的轉(zhuǎn)換電流。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)器包括電感，并且還包括將所 述電感連接到電壓源的步驟，以便在活動(dòng)模式期間，通過(guò)電感的電流在最大(峰 值)和最小(谷值)電平之間循環(huán)變化。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在所述改變步驟中變化的電流極限值是 峰值電感電流。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在所述改變步驟中變化的電流極限值 是谷值電感電流。
11、 一種DC/DC調(diào)節(jié)器，具有輸入節(jié)點(diǎn)連接到電源和輸出節(jié)點(diǎn)連接到負(fù)載， 所述轉(zhuǎn)換器包括電感； 輸出電容；連接到所述轉(zhuǎn)換器輸入端和電感的功率控制器，所述功率控制器被設(shè)置以表 現(xiàn)在活動(dòng)工作模式，通過(guò)穿過(guò)電感的電流向電容輸送電荷，來(lái)響應(yīng)輸出電壓降至 第一閾值電平；和表現(xiàn)在非活動(dòng)工作模式，為了響應(yīng)輸出電壓升至第二閾值電平， 活動(dòng)模式電流被限定為設(shè)定值；和連接到功率控制器的調(diào)節(jié)控制器，用于調(diào)節(jié)作為平均負(fù)載電流函數(shù)的電流極限值。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的DC/DC調(diào)節(jié)器，其中所述調(diào)節(jié)控制器包括 功率調(diào)節(jié)控制電路，它具有輸入端，連接到功率控制器，用于接收表示功率控制器模式的信號(hào)；和輸出端，用于產(chǎn)生補(bǔ)償；和比較器，具有第一輸入端，用于接收感測(cè)的電感電流信號(hào)；第二輸入端，用于接收補(bǔ)償；和輸出端，連接到功率控制器；其中所述電感電流極限值根據(jù)所述補(bǔ)償而變化。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的DC/DC調(diào)節(jié)器，其中所述功率調(diào)節(jié)控制電路包括 第二電容；連接在電壓源的第一終端和第二電容的節(jié)點(diǎn)之間的第一開(kāi)關(guān)； 連接在電壓源的第二終端和第二電容的節(jié)點(diǎn)之間的第二開(kāi)關(guān)；并且其中 在功率控制器的活動(dòng)模式期間，所述第一開(kāi)關(guān)閉合，以對(duì)第二電容充電；和 在功率控制器的非活動(dòng)模式期間，所述第二開(kāi)關(guān)閉合，以使第二電容放電。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的DC/DC調(diào)節(jié)器，其中所述功率調(diào)節(jié)控制電路還包括電壓-電流轉(zhuǎn)換器，連接到所述第二電容，以產(chǎn)生電流，代表第二電容的電壓;和加法電路，用于將最小電流加入由電壓-電流轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電流中，以產(chǎn)生補(bǔ)償。
15、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的DC/DC調(diào)節(jié)器，其中功率控制器被設(shè)置將電感 連接至電源，以使通過(guò)電感的電流在活動(dòng)模式期間，在最大(峰值)和最小(谷 值)電平之間循環(huán)變化。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的DC/DC調(diào)節(jié)器，其中所述電流極限值是峰值電 感電流電平。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的DC/DC調(diào)節(jié)器，其中所述電流極限值是谷值電 感電流電平。
全文摘要
一種滯后調(diào)節(jié)器，當(dāng)輸出端電壓降至第一閾值電平時(shí)，可被設(shè)置為活動(dòng)模式。在活動(dòng)模式下，電荷通過(guò)具有設(shè)定極限值的電流提供至輸出節(jié)點(diǎn)。當(dāng)輸出節(jié)點(diǎn)的電壓升高到第二閾值電平時(shí)，所述調(diào)節(jié)器被設(shè)定為非活動(dòng)模式。電流極限值作為平均調(diào)節(jié)器電流的函數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。平均調(diào)節(jié)器電流的指示可通過(guò)在活動(dòng)模式期間對(duì)感應(yīng)電容充電和在非活動(dòng)模式期間使感應(yīng)電容放電而獲得。感應(yīng)電容的電壓，代表平均調(diào)節(jié)器電流，用于產(chǎn)生一補(bǔ)償調(diào)節(jié)提供給調(diào)節(jié)器控制器。
文檔編號(hào)H02M3/156GK101167238SQ200580049500
公開(kāi)日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2005年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月18日
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