專利名稱：對(duì)dc-dc變換器進(jìn)行電流限流的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及降壓-升壓變換器，更具體地涉及包括限制變換器的切換頻率變化并限制變換器中的電感器電流波紋的控制機(jī)制的降壓-升壓變換器。背景DC-DC降壓升壓變換器允許其中輸入電壓或者大于輸出電壓或者輸入電壓小于輸出電壓的工作。在升壓工作模式中，輸入電壓處于比經(jīng)穩(wěn)壓的輸出電壓電平更低的電平。 在降壓工作模式中，輸入電壓處于比經(jīng)穩(wěn)壓的輸出電壓更高的電平。在DC-DC降壓升壓變換器的當(dāng)前配置中，當(dāng)變換器對(duì)流過(guò)DC-DC變換器的電感器的峰值電流進(jìn)行限流時(shí)，可能經(jīng)歷變換器功率開(kāi)關(guān)中的快速切換頻率或電感器電流中的大幅電感器電流波紋。允許對(duì) DC-DC變換器中的峰值電流進(jìn)行限流并且不改變切換頻率或提供電感器電流波紋狀態(tài)的控制機(jī)制是相當(dāng)合需的。概述如本文中公開(kāi)和描述的，本發(fā)明在其一個(gè)方面包括DC-DC電壓變換器。該變換器包括提供輸出電壓的一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管。開(kāi)關(guān)晶體管最終響應(yīng)控制信號(hào)切換到升壓工作模式。電感器串聯(lián)于該對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管，并具有從中流過(guò)的電感器電流。連接電流傳感器以監(jiān)測(cè)輸入電流?？刂齐娐讽憫?yīng)電流感測(cè)信號(hào)、輸出電壓和限流信號(hào)對(duì)這對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管產(chǎn)生控制信號(hào)。當(dāng)電流限流信號(hào)指示電感器電流超出電流限值時(shí)，控制電流對(duì)這對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管作出配置以減小電感器電流。


為了更全面地理解，現(xiàn)參照下面結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，在附圖中圖1是處于降壓工作模式下的DC-DC變換器的示意圖；圖2示出與處于降壓工作模式下的圖1的DC-DC變換器的工作關(guān)聯(lián)的數(shù)個(gè)波形；圖3a示出使用限流信號(hào)并處于升壓工作模式下的圖1的DC-DC變換器的工作；
圖6示出根據(jù)第二工作模式的在具有電流限流觸發(fā)器的波谷電流控制模式下與圖3的DC-DC變換器關(guān)聯(lián)的各個(gè)波形；圖7a示出具有使用電流限流信號(hào)而改善的升壓工作模式的DC-DC變換器；圖7b示出圖7a的電路的一個(gè)替代實(shí)施例；以及圖8示出與圖7的電路工作關(guān)聯(lián)的各個(gè)波形。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖，其中在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記用來(lái)指代相同的要素，闡述和描述了通過(guò)限流信號(hào)控制降壓-升壓變換器的系統(tǒng)和方法的多個(gè)視圖和實(shí)施例，還描述了其它可能的實(shí)施例。這些附圖不一定是按比例繪制的，而且僅為說(shuō)明目的起見(jiàn)，在某些實(shí)例中有幾處已將附圖放大和/或簡(jiǎn)化。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解基于以下可行實(shí)施例的示例的許多可能的應(yīng)用和變型。DC-DC變換器允許穩(wěn)壓器在輸入電壓大于輸出電壓或輸出電壓大于輸入電壓或兩者兼有的情形下的工作。在升壓工作模式中，輸入電壓處于比經(jīng)穩(wěn)壓的輸出電壓電平更低的電平。在降壓工作模式中，輸入電壓處于比經(jīng)穩(wěn)壓的輸出電壓電平更高的電壓電平。在 DC-DC變換器的當(dāng)前配置中，當(dāng)變換器對(duì)流過(guò)DC-DC變換器的電感器的峰值電流進(jìn)行限流時(shí)，可能經(jīng)歷變換器功率開(kāi)關(guān)中的快速切換頻率或電感器電流中的大幅電感器電流波紋。 允許對(duì)DC-DC變換器中的峰值電流進(jìn)行限流并且不改變切換頻率并提供恒定電感器電流波紋狀態(tài)的控制機(jī)制是相當(dāng)合需的。現(xiàn)在參見(jiàn)附圖，更具體地參見(jiàn)圖1，圖1示出工作在降壓工作模式下的DC-DC變換器的示意圖。盡管圖中示出的是降壓-升壓變換器，然而也可使用其它類型的DC-DC變換器。輸入電壓Vin在輸入電壓節(jié)點(diǎn)102施加于第一開(kāi)關(guān)晶體管103的源極。開(kāi)關(guān)晶體管103 的源極/漏極路徑連接在輸入電壓節(jié)點(diǎn)102和節(jié)點(diǎn)104之間。第二開(kāi)關(guān)晶體管105的漏極 /源極路徑連接在節(jié)點(diǎn)104和接地點(diǎn)之間。連接開(kāi)關(guān)晶體管103的柵極以使其從控制電路 107接收HD_BUCK PWM控制信號(hào)。連接晶體管105的柵極以使其從控制電路107接收LD_ BUCK控制信號(hào)。電感器106連接在節(jié)點(diǎn)104和節(jié)點(diǎn)108之間。開(kāi)關(guān)晶體管109的源極/漏極路徑連接在輸出電壓節(jié)點(diǎn)110和節(jié)點(diǎn)108之間。開(kāi)關(guān)晶體管111的漏極/源極路徑連接在節(jié)點(diǎn)108和接地點(diǎn)之間。當(dāng)降壓升壓變換器處于降壓工作模式時(shí)，開(kāi)關(guān)晶體管109、111 中的每一個(gè)的柵極連接于接地點(diǎn)。輸出電容器112連接在節(jié)點(diǎn)110和接地點(diǎn)之間，并且電阻器114在節(jié)點(diǎn)110和接地點(diǎn)之間與電容器112并聯(lián)。電流傳感器116監(jiān)測(cè)輸入電壓節(jié)點(diǎn)102處的輸入電流并響應(yīng)于此產(chǎn)生電壓信號(hào) ISNS。輸入電流感測(cè)電壓ISNS在求和電路118中與斜坡補(bǔ)償信號(hào)120以及降壓模式偏置信號(hào)122結(jié)合。該斜坡補(bǔ)償信號(hào)120用來(lái)消除次諧波振蕩。降壓模式偏置信號(hào)122是從預(yù)設(shè)值確定的。求和電路118將感測(cè)到的電流信號(hào)ISNS與斜坡補(bǔ)償信號(hào)120以及降壓模式偏置信號(hào)122合成到一起。該合成結(jié)果提供一控制信號(hào)VSUM，該控制信號(hào)VSUM被提供給 PWM比較器124的非反相輸入。連接PWM比較器124的反相輸入以使其從GM放大器1 接收電壓誤差信號(hào)VOTP。GM放大器1 在其反相輸入側(cè)連接于電阻器分壓網(wǎng)絡(luò)128，該反相輸入監(jiān)測(cè)從輸出電壓節(jié)點(diǎn)110提供的輸出電壓VQUT。電阻器分壓器1 包括連接在輸出電壓節(jié)點(diǎn)110和節(jié)點(diǎn)131之間的第一電阻器129。電阻器133連接在節(jié)點(diǎn)131和接地點(diǎn)之間。連接GM放大器126的非反相輸入以接收基準(zhǔn)電壓Vkef，來(lái)自電阻器分壓器128的監(jiān)測(cè)到的輸出電壓與該基準(zhǔn)電壓Vkef進(jìn)行比較。GM放大器126的輸出連接于由電容器135和電阻器 137的串聯(lián)連接構(gòu)成的補(bǔ)償電路，該補(bǔ)償電路連接在GM放大器1 的輸出和接地點(diǎn)之間。PWM比較器124的輸出將Votpott信號(hào)提供給OR門(mén)130的第一輸入。OR門(mén)的另一輸入連接以從電流限流比較器接收電流限流信號(hào)。OR門(mén)130的輸出被提供給SR鎖存器132 的R輸入。SR鎖存器132的S輸入連接于時(shí)鐘信號(hào)(CLK)。SR鎖存器132的輸出Q包括被提供給降壓模式控制邏輯和驅(qū)動(dòng)器134的PWM_BUCK信號(hào)。降壓模式控制邏輯和驅(qū)動(dòng)器134 產(chǎn)生被提供給開(kāi)關(guān)晶體管103、105的柵極的HD_BUCK和LD_BUCK信號(hào)，并在降壓工作模式期間控制這兩個(gè)晶體管的切換。當(dāng)工作在降壓工作模式時(shí)，降壓-升壓變換器使用峰值電流控制機(jī)制?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖2，圖中示出在降壓工作模式下與降壓-升壓變換器的操作關(guān)聯(lián)的各個(gè)波形。在峰值電流模式控制機(jī)制中，電流限流信號(hào)202在時(shí)間T1的上升沿發(fā)生在開(kāi)關(guān)晶體管103的“導(dǎo)通” 時(shí)間和開(kāi)關(guān)晶體管105的“截止”時(shí)間。響應(yīng)于時(shí)間T1的電流限流信號(hào)脈沖，開(kāi)關(guān)晶體管 103 “截止”并且下側(cè)開(kāi)關(guān)晶體管105 “導(dǎo)通”。由此，在時(shí)間T1,電感器電流IJ04從時(shí)間T1 前的正斜率改變?yōu)闀r(shí)間T1后的負(fù)斜率，并且電感器電流從時(shí)間T1至?xí)r間T3開(kāi)始減小。電流限流信號(hào)202在電流限流事件中取代被施加于SR鎖存器132輸入的PWM比較器輸出VQUT。這造成PWM波形206在時(shí)間T1進(jìn)入到邏輯“低”電平。電流限流202對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管103 “導(dǎo)通”時(shí)間進(jìn)行調(diào)制以限制電感器電流在經(jīng)過(guò)時(shí)間T1后繼續(xù)增大，并保護(hù)降壓-升壓變換器。一旦在時(shí)間T3接收到下一時(shí)鐘信號(hào)，PWM波形在時(shí)間T3變?yōu)檫壿嫛案摺?電平，這使晶體管103 “導(dǎo)通”并使晶體管105 “截止”。這使電感器電流204在時(shí)間T3開(kāi)始增大。另外，誤差放大器輸出208的輸出將響應(yīng)由增大的電感器電流造成的輸出電壓Vott 的增大而開(kāi)始增大。PWM比較器輸出脈沖在這種狀況下沒(méi)有效果。它被電流限流信號(hào)所取代。電感器電流204和誤差放大器輸出208繼續(xù)增大，直到在時(shí)間T4接收到下一電流脈沖的時(shí)間T4為止。然后重復(fù)該過(guò)程。這是電流控制的一種典型控制機(jī)制，并且不造成頻率或電感器電流波紋變化?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖3a，其示出在使用波谷電流模式控制的升壓工作模式下的降壓-升壓變換器的示意圖。輸入電壓Vin在輸入電壓節(jié)點(diǎn)102處施加于第一開(kāi)關(guān)晶體管103的源極。 開(kāi)關(guān)晶體管103的源極/漏極路徑連接在輸入電壓節(jié)點(diǎn)102和節(jié)點(diǎn)104之間。第二開(kāi)關(guān)晶體管105的漏極/源極路徑連接在節(jié)點(diǎn)104和接地點(diǎn)之間。連接開(kāi)關(guān)晶體管103的柵極以使其從控制電路107接收HD_B00ST PWM控制信號(hào)。連接晶體管105的柵極以使其從控制電路107接收LD_B00ST控制信號(hào)。電感器106連接在節(jié)點(diǎn)104和節(jié)點(diǎn)108之間。開(kāi)關(guān)晶體管109的源極/漏極路徑連接在輸出電壓節(jié)點(diǎn)110和節(jié)點(diǎn)108之間。開(kāi)關(guān)晶體管111的漏極/源極路徑連接在節(jié)點(diǎn)108和接地點(diǎn)之間。當(dāng)降壓-升壓變換器處于降壓工作模式時(shí)， 開(kāi)關(guān)晶體管109、111中的每一個(gè)的柵極連接于接地點(diǎn)。輸出電容器112連接在節(jié)點(diǎn)110和接地點(diǎn)之間，并且電阻器114在節(jié)點(diǎn)110和接地點(diǎn)之間與電容器112并聯(lián)。電流傳感器116監(jiān)測(cè)輸入電壓節(jié)點(diǎn)102處的輸入電流，并響應(yīng)于該輸入電流產(chǎn)生電壓信號(hào)ISNS。輸入電流感測(cè)電壓ISNS在求和電路118中與斜坡補(bǔ)償信號(hào)120以及降壓模式偏置信號(hào)122結(jié)合。該斜坡補(bǔ)償信號(hào)120用來(lái)消除次諧波振蕩。降壓模式補(bǔ)償信號(hào)122 是從預(yù)設(shè)值確定的。求和電路118將感測(cè)到的電流信號(hào)ISNS與斜坡補(bǔ)償信號(hào)120以及降壓模式偏置信號(hào)122合成到一起。該合成結(jié)果提供一控制信號(hào)VSUM，該控制信號(hào)VSUM被提供給PWM比較器124的非反相輸入。連接PWM比較器124的反相輸入以使其從GM放大器 126接收電壓誤差信號(hào)νωΜΡ。GM放大器1 在其反相輸入側(cè)連接于電阻器分壓網(wǎng)絡(luò)128，該反相輸入監(jiān)測(cè)從輸出電壓節(jié)點(diǎn)110提供的輸出電壓VQUT。電阻器分壓器1 包括連接在輸出電壓節(jié)點(diǎn)110和節(jié)點(diǎn)131之間的第一電阻器129。電阻器133連接在節(jié)點(diǎn)131和接地點(diǎn)之間。連接GM放大器126的非反相輸入以接收基準(zhǔn)電壓Vkef，來(lái)自電阻器分壓器128的監(jiān)測(cè)到的輸出電壓與該基準(zhǔn)電壓Vkef進(jìn)行比較。GM放大器126的輸出連接于由電容器135和電阻器137的串聯(lián)連接構(gòu)成的補(bǔ)償電路，該補(bǔ)償電路連接在GM放大器1 的輸出和接地點(diǎn)之間。PWM比較器124的輸出將Votpqut信號(hào)提供給倒相器306的輸入。倒相器306的輸出被提供給SR鎖存器132的R輸入。SR鎖存器132的S輸入連接于OR門(mén)308的輸出。SR 鎖存器132的輸出Q包括PWM_B00ST信號(hào)，該P(yáng)WM_B00ST信號(hào)被提供給升壓模式控制邏輯和驅(qū)動(dòng)器302。升壓模式控制邏輯和驅(qū)動(dòng)器302產(chǎn)生被提供給開(kāi)關(guān)晶體管109、111的柵極的HD_B00ST和LD_B00ST信號(hào)，并在升壓工作模式下控制這兩個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管的切換。升壓模式控制器302響應(yīng)于從SR鎖存器132接收的PWM_B00ST信號(hào)將HD_B00ST 和LD_B00ST控制信號(hào)分別提供給開(kāi)關(guān)晶體管109、111。SR鎖存器132的R輸入連接于倒相器306的輸出，該倒相器306使來(lái)自PWM比較器124的輸出的Votpqut信號(hào)倒相。SR鎖存器308的S輸入連接于OR門(mén)308的輸出。OR門(mén)308的第一輸入連接于時(shí)鐘信號(hào)(CLK)同時(shí)OR門(mén)308的第二輸入連接以接收電流限流信號(hào)。提供給OR門(mén)308的輸入的電流限流信號(hào)可以兩種方式中的一種方式提供。在第一實(shí)施例中，如總體用310指示的電流限流信號(hào)被直接提供給OR門(mén)308的輸入。在第二實(shí)施例中，OR門(mén)308的輸入連接于SR鎖存器314 的Q輸出。SR鎖存器314的S輸入連接以接收電流限流信號(hào)，而SR鎖存器314的R輸入連接以接收時(shí)鐘信號(hào)CLK。當(dāng)處于使用電流限流的升壓工作模式時(shí)，開(kāi)關(guān)晶體管103、105的柵極連接于接地點(diǎn)以使這些晶體管截止。開(kāi)關(guān)晶體管109、111的柵極連接以從升壓模式控制邏輯和驅(qū)動(dòng)器 302的輸出接收HD_B00ST和LD_B00ST控制信號(hào)，從而交替地使這些晶體管“導(dǎo)通”和“截止”。圖3所示的配置包括波谷電流模式控制機(jī)制。波谷電流控制機(jī)制增加了在電流限流事件期間的難度，因?yàn)殡娏飨蘖魃仙匕l(fā)生在電感器電流上升階段，并且為了提供波谷模式電流控制，PWM比較器的輸出僅在電感器電流下降時(shí)起效果?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖3b，圖北示出處于使用波谷電流模式控制的升壓工作模式下的DC-DC 變換器的示意圖。圖北的電路配置類似于圖3a中描述的電路的電路配置，除了以下例外。 不是將Vsum信號(hào)提供給PWM比較器124的非反相輸入，而是將包含波谷電流感測(cè)信號(hào)360 的信號(hào)Veamp施加于PWM比較器124。從比較器362的輸出端提供電流限流信號(hào)，該電流限流信號(hào)是響應(yīng)施加于反相輸入的ILIM基準(zhǔn)信號(hào)和從傳感器102提供至比較器362的非反相輸入的ISNS信號(hào)的接收而產(chǎn)生的。ILIM基準(zhǔn)來(lái)自內(nèi)部電壓基準(zhǔn)宏(macro)。另外，在圖 3b的電路配置中，晶體管103、105不存在。輸入電壓Vin通過(guò)ISNS電流傳感器116施加于節(jié)點(diǎn)102。電感器106和ISNS傳感器116均直接連接于節(jié)點(diǎn)104。電感器106的另一端連接于晶體管109,111之間的節(jié)點(diǎn)108?，F(xiàn)在再參見(jiàn)圖4，圖4示出與升壓工作模式下圖3a和圖北的DC-DC變換器的操作關(guān)聯(lián)的各個(gè)波形。響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)402在時(shí)間T1變“高”，循環(huán)開(kāi)始。響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)402 在時(shí)間T1的上升沿，開(kāi)關(guān)晶體管111 “截止”而開(kāi)關(guān)晶體管109 “導(dǎo)通”。這使電感器電流 404從時(shí)間T1至?xí)r間T2開(kāi)始減小。隨著電感器電流404從時(shí)間T1至?xí)r間T2減小，電流感測(cè)輸出406也從時(shí)間T1至?xí)r間T2減小。當(dāng)電流感測(cè)輸出406在時(shí)間T2到達(dá)與誤差放大器輸出408相同的值時(shí)，SR鎖存器132響應(yīng)于PWM比較器輸出410變“低”而置位。當(dāng)SR鎖存器132重置時(shí)，這使得從SR鎖存器132的輸出提供的PWM波形在時(shí)間T2變“高”，并且電感器電流404從時(shí)間T2至?xí)r間T3開(kāi)始增大。這使晶體管111 “導(dǎo)通”并使晶體管109 “截止”。如果沒(méi)有電流限流事件發(fā)生，如電流限流信號(hào)414所指示的那樣，則電感器電流將從時(shí)間T2至?xí)r間T3增大，直到在時(shí)間T3檢測(cè)到下個(gè)時(shí)鐘脈沖為止。然后開(kāi)始重復(fù)該過(guò)程?，F(xiàn)在另行參見(jiàn)圖5，圖5示出當(dāng)觸發(fā)電流限流406時(shí)降壓-升壓變換器的波谷電流模式控制操作。當(dāng)電感器電流404高于電流限流閾值時(shí)，電流限流信號(hào)414在時(shí)間T1變 “高”。這使開(kāi)關(guān)晶體管109 “截止”并使開(kāi)關(guān)晶體管111 “導(dǎo)通”。這使電感器電流從時(shí)間 T1至?xí)r間T2開(kāi)始減小。如之前描述的那樣，這種控制機(jī)制中電流限流信號(hào)的應(yīng)用可以按照如結(jié)合圖3總地用310、312表示的兩種方式中的一種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果該電流限流信號(hào)如總地用310表示的那樣直接與PWM信號(hào)求AND (與)，則呈現(xiàn)如圖5所示的波形。這種機(jī)制的問(wèn)題在于，由PWM波形412表現(xiàn)出的開(kāi)關(guān)頻率大為增加。在利用與圖3a和圖北的312關(guān)聯(lián)的配置的替代性方法中，使用具有圖3a和圖北中總地用312表示的時(shí)鐘信號(hào)的鎖存器314來(lái)鎖存電流限流信號(hào)。圖6示出與這種配置關(guān)聯(lián)的各個(gè)波形。盡管這種配置不造成參照?qǐng)D5給出的頻率問(wèn)題，但這種配置造成電感器波紋電流的顯著增大，如相對(duì)于電感器電流波形404展示出的那樣。這造成三個(gè)重大問(wèn)題。這些問(wèn)題包括無(wú)法傳遞最接近電流限流值的電流電平。顯著的占空比干擾和難以退出電流限流的(磁滯進(jìn)入和退出級(jí))也稱粘滯電流限流?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖7a，圖中給出將電流限流信號(hào)提供給降壓-升壓變換器的新機(jī)制，該新機(jī)制工作在波谷電流模式控制升壓操作中。輸入電壓Vin在輸入電壓節(jié)點(diǎn)702處施加于第一開(kāi)關(guān)晶體管703的源極。開(kāi)關(guān)晶體管703的源極/漏極路徑連接在輸入電壓節(jié)點(diǎn)702 和節(jié)點(diǎn)704之間。第二開(kāi)關(guān)晶體管705的漏極/源極路徑連接在節(jié)點(diǎn)704和接地點(diǎn)之間。 開(kāi)關(guān)晶體管703的柵極連接以從控制電路707接收HD_B00ST PWM控制信號(hào)。晶體管705 的柵極連接以從控制電路707接收LD_B00STPWM控制信號(hào)。電感器706連接在節(jié)點(diǎn)704和節(jié)點(diǎn)708之間。開(kāi)關(guān)晶體管709的源極/漏極路徑連接在輸出電壓節(jié)點(diǎn)710和節(jié)點(diǎn)708之間。開(kāi)關(guān)晶體管711的漏極/源極路徑連接在節(jié)點(diǎn)708和接地點(diǎn)之間。當(dāng)降壓-升壓變換器處于降壓工作模式時(shí)，開(kāi)關(guān)晶體管709、711中的每一個(gè)的柵極連接于接地點(diǎn)。輸出電容器712連接在節(jié)點(diǎn)710和接地點(diǎn)之間，并且電阻器714在節(jié)點(diǎn)710和接地點(diǎn)之間與電容器 712并聯(lián)。電流傳感器716監(jiān)測(cè)輸入電壓節(jié)點(diǎn)702處的輸入電流并響應(yīng)于此產(chǎn)生電壓信號(hào) ISNS。輸入電流感測(cè)電壓ISNS在求和電路718中與斜坡補(bǔ)償信號(hào)720以及升壓模式偏置信號(hào)722結(jié)合。該補(bǔ)償信號(hào)720用來(lái)消除次諧波振蕩。升壓模式偏置信號(hào)722是從預(yù)設(shè)值確定的。求和電路718將感測(cè)到的電流信號(hào)ISNS與斜坡補(bǔ)償信號(hào)720以及升壓模式偏置信號(hào)722合成到一起。該合成結(jié)果提供一控制信號(hào)VSUM，該控制信號(hào)VSUM被提供給PWM比較器724的非反相輸入。PWM比較器724的反相輸入連接以從GM放大器7 接收電壓誤差信號(hào)VOTP。GM放大器7 在其反相輸入端連接于電阻器分壓網(wǎng)絡(luò)728，該反相輸入監(jiān)測(cè)從輸出電壓節(jié)點(diǎn)710提供的輸出電壓VQUT。電阻器分壓器7 包括連接在輸出電壓節(jié)點(diǎn)710 和節(jié)點(diǎn)731之間的第一電阻器729。電阻器733連接在節(jié)點(diǎn)731和接地點(diǎn)之間。GM放大器 726的非反相輸入端連接以接收基準(zhǔn)電壓Vkef，來(lái)自電阻器分壓器728的監(jiān)測(cè)到的輸出電壓與該基準(zhǔn)電壓Vkef進(jìn)行比較。GM放大器的輸出連接于由電容器735和電阻器737的串聯(lián)連接構(gòu)成的補(bǔ)償電路，該補(bǔ)償電路連接在GM放大器726的輸出和接地點(diǎn)之間。PWM比較器724的輸出將Vcqmpqut信號(hào)提供給OR門(mén)730的第一輸入。OR門(mén)730的另一輸入連接以從電流限流比較器接收電流限流信號(hào)(未示出)。倒相器731的輸入連接于OR門(mén)730的輸出，并且其輸出連接于SR鎖存器732的R輸入。由于電流限流信號(hào)以與峰值電流負(fù)載控制相同的方式在OR門(mén)730與PWM比較器724的輸出求OR(或)，只要電流限流狀態(tài)存在，電感器電流將保持向下斜變模式直到從電流限流狀態(tài)退出為止。電流限流信號(hào)調(diào)制波谷電流模式控制的“截止”時(shí)間，并當(dāng)電流限流事件發(fā)生時(shí)取代誤差放大器的輸出。SR鎖存器來(lái)自輸出Q的輸出包括被提供給升壓模式控制邏輯和驅(qū)動(dòng)器734的PWM_ BOOST信號(hào)。升壓模式控制邏輯和驅(qū)動(dòng)器734產(chǎn)生被提供給開(kāi)關(guān)晶體管703、705的柵極的 HD_B00ST和LD_B00ST信號(hào)并在降壓工作模式下控制這兩個(gè)晶體管的切換?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖7b，圖7b示出處于波谷電流工作模式下的DC-DC變換器。圖7b的配置與圖7a的配置相似，除了以下例外。Veamp信號(hào)被施加于PWM比較器724的非反相輸入， 而不是Vsra信號(hào)。Vkamp信號(hào)包括波谷電流感測(cè)信號(hào)760。電流限流信號(hào)產(chǎn)生自比較器762 的輸出，該比較器762的反相輸入連接于來(lái)自帶隙電壓基準(zhǔn)宏的1皿基準(zhǔn)，并且其非反相輸入連接以從電流傳感器701接收ISNS信號(hào)。另外，在圖7b的示意圖中，晶體管703、705不存在并且電流傳感器701在節(jié)點(diǎn)704直接連接于電感器706的一側(cè)。電感器706的另一側(cè)連接于開(kāi)關(guān)晶體管709、711之間的節(jié)點(diǎn)708?，F(xiàn)在參見(jiàn)圖8，圖8示出與圖7a和圖7b的電路的升壓模式操作關(guān)聯(lián)的波形。響應(yīng)于時(shí)鐘信號(hào)802在時(shí)間T1變“高”，從SR鎖存器732提供的PWM波形變“低”。這使上端開(kāi)關(guān)晶體管709 “截止”并使下端開(kāi)關(guān)晶體管711 “導(dǎo)通”。這使電感器電流I力06從時(shí)間T1 至?xí)r間T3開(kāi)始減小。隨著電感器電流開(kāi)始減小，來(lái)自電流傳感器716的電流感測(cè)輸出也從時(shí)間T1至?xí)r間T3開(kāi)始減小。隨著電流傳感器輸出808落到誤差放大器輸出810的電平以下，PWM比較器724的輸出將在時(shí)間T2變“低”。只要電流限流狀態(tài)存在，如通過(guò)電流限流信號(hào)814處于邏輯“高”電平所指示的那樣，PWM比較器輸出812就保持“低”。當(dāng)電流限流信號(hào)814在時(shí)間T3變“低”，這指示電流限流事件結(jié)束，來(lái)自鎖存器732的PWM波形將變?yōu)檫壿嫛案摺彪娖?。這將使晶體管709 “導(dǎo)通”并使晶體管711 “截止”，如此使電感器電流806從時(shí)間T3至?xí)r間T4開(kāi)始增大。在時(shí)間T3，PWM比較器輸出812也將響應(yīng)增大的電感器電流806而變?yōu)檫壿嫛案摺彪娖?，由電流傳感?16檢測(cè)到的電流感測(cè)輸出808也將如此。因此，電流限流信號(hào)814能調(diào)制波谷電流模式控制的“截止”時(shí)間并當(dāng)電流限流事件發(fā)生時(shí)取代誤差放大器的輸出。電感器電流806從時(shí)間T3至?xí)r間T4將繼續(xù)增大，直到在時(shí)間 T4從時(shí)鐘信號(hào)802接收到下個(gè)時(shí)鐘脈沖為止。因此，當(dāng)電流限流事件發(fā)生時(shí)，PWM比較器的輸出信號(hào)被電流限流比較器的輸出信號(hào)屏蔽，電流限流比較器的輸出信號(hào)在多數(shù)時(shí)間處于邏輯HIGH(高)，除了當(dāng)限流條件不出現(xiàn)時(shí)?；旧?，當(dāng)電流限流事件發(fā)生時(shí)，電流限流信號(hào)屏蔽PWM比較器的輸出信號(hào)并設(shè)法減小電感器電流。這就是波谷電流控制。
因此，在降壓-升壓變換器的升壓模式中使用前述方法，這種機(jī)制將利用與PWM比較器的輸出求OR(或)的電流限流信號(hào)。電流限流信號(hào)調(diào)制波谷電流模式控制的“截止”時(shí)間。這使降壓-升壓變換器的開(kāi)關(guān)頻率和電感器波紋電流保持恒定。這種配置還提供主要優(yōu)勢(shì)在于，其傳輸接近限流值的電流電平、沒(méi)有占空比干擾以及不難以退出限流限流(磁滯進(jìn)入和退出級(jí))。閱讀本公開(kāi)的本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員將能理解，用于通過(guò)電流限流信號(hào)控制降壓-升壓變換器的該系統(tǒng)和方法提供改善的控制并同時(shí)限制開(kāi)關(guān)頻率和電感器波紋電流。應(yīng)當(dāng)理解的是，本文中的附圖和詳細(xì)描述應(yīng)被認(rèn)為是解說(shuō)性而不是限制性的，而且不旨在受限于所公開(kāi)的特定形式和示例。反之，如所附權(quán)利要求所限定地，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，包括的是對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的任何進(jìn)一步修改、變化、重新排列、替換、替代物、設(shè)計(jì)選擇以及實(shí)施例。因此，旨在使所附權(quán)利要求被解釋為涵蓋所有這些進(jìn)一步修改、變化、重新排列、替換、替代物、設(shè)計(jì)選擇以及實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種DC-DC電壓變換器，包括一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管，所述一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管提供輸出電壓，所述一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管響應(yīng)于控制信號(hào)交替地切換到升壓工作模式；電感器，所述電感器連接于所述一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管，且電感器電流流過(guò)所述電感器； 電流傳感器，所述電流傳感器連接以監(jiān)測(cè)輸入電流；控制電路，用于響應(yīng)所述電流感測(cè)信號(hào)、所述輸出電壓和電流限流信號(hào)產(chǎn)生對(duì)所述一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管的控制信號(hào)，其中當(dāng)所述電流限流信號(hào)指示電感器電流超出電流限值時(shí)，所述控制信號(hào)配置所述一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管以減小電感器電流。
2.如權(quán)利要求1所述的DC-DC電壓變換器，其特征在于，所述控制電路還包括 驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)，用于響應(yīng)于PWM信號(hào)產(chǎn)生所述控制信號(hào)；誤差放大器，用于將輸出電壓與基準(zhǔn)電壓比較并響應(yīng)于此產(chǎn)生誤差電壓； PWM比較器，用于響應(yīng)于電流感測(cè)信號(hào)將誤差電壓與電壓信號(hào)作比較； OR門(mén)，所述OR門(mén)連接于PWM比較器的輸出和電流限流信號(hào)； 倒相器，所述倒相器連接于OR門(mén)的輸出；以及鎖存器，所述鎖存器連接以接收倒相器的輸出以及時(shí)鐘信號(hào)并響應(yīng)于此產(chǎn)生PWM信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的DC-DC電壓變換器，其特征在于，還包括求和電路，用于對(duì)具有偏置信號(hào)的電流感測(cè)信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)求和以響應(yīng)于電流感測(cè)信號(hào)產(chǎn)生電壓信號(hào)。
4.如權(quán)利要求2所述的DC-DC電壓變換器，其特征在于，還包括連接以監(jiān)測(cè)輸出電壓并將輸入提供給誤差放大器的電阻器分壓器。
5.如權(quán)利要求1所述的DC-DC電壓變換器，其特征在于，當(dāng)所述電流限流信號(hào)處于邏輯高電平時(shí)，所述電流限流信號(hào)取代PWM比較器的輸出。
6.如權(quán)利要求1所述的DC-DC電壓變換器，其特征在于，所述控制電路在升壓工作模式下對(duì)所述一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管產(chǎn)生控制信號(hào)。
7.一種DC-DC電壓變換器，包括一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管，所述開(kāi)關(guān)晶體管提供輸出電壓，所述開(kāi)關(guān)晶體管響應(yīng)于控制信號(hào)交替地切換到升壓工作模式；電感器，所述電感器連接于所述一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管，并且電感器電流流過(guò)所述電感器； 電流傳感器，所述電流傳感器連接以監(jiān)測(cè)輸入電流；控制電路，用于響應(yīng)于所述電流感測(cè)信號(hào)、所述輸出電壓和電流限流信號(hào)產(chǎn)生對(duì)所述一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管的控制信號(hào)，其中當(dāng)所述電流限流信號(hào)指示電感器電流超出電流限值時(shí)， 所述控制信號(hào)配置所述一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管以減小電感器電流，所述控制電路還包括 驅(qū)動(dòng)電路，用于產(chǎn)生控制信號(hào)；誤差放大器，用于將輸出電壓與基準(zhǔn)電壓作比較并響應(yīng)于此產(chǎn)生誤差電壓； PWM比較器，用于響應(yīng)電流感測(cè)信號(hào)將誤差電壓與電壓信號(hào)作比較； OR門(mén)，所述OR門(mén)連接于PWM比較器的輸出和電流限流信號(hào)；以及倒相器，所述倒相器連接于OR門(mén)的輸出并將輸出提供給驅(qū)動(dòng)電路。
8.如權(quán)利要求7所述的DC-DC電壓變換器，其特征在于，還包括求和電路，用于對(duì)具有偏置信號(hào)的電流感測(cè)信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)求和以響應(yīng)于電流感測(cè)信號(hào)產(chǎn)生電壓信號(hào)。
9.如權(quán)利要求7所述的DC-DC電壓變換器，其特征在于，還包括連接以監(jiān)測(cè)輸出電壓并將輸入提供給誤差放大器的電阻器分壓器。
10.如權(quán)利要求7所述的DC-DC電壓變換器，其特征在于，當(dāng)所述電流限流信號(hào)處于邏輯高電平時(shí)，所述電流限流信號(hào)取代PWM比較器的輸出。
11.如權(quán)利要求7所述的DC-DC電壓變換器，其特征在于，所述控制電路在升壓工作模式下對(duì)第二對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管產(chǎn)生控制信號(hào)。
12.如權(quán)利要求7所述的DC-DC電壓變換器，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電路還包括 升壓模式控制邏輯，用于響應(yīng)于PWM信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)；以及鎖存器，所述鎖存器連接以接收倒相器的輸出以及時(shí)鐘信號(hào)并響應(yīng)于此產(chǎn)生PWM信號(hào)。
13.一種在升壓工作模式下控制DC-DC電壓變換器的操作的方法，包括以下步驟 接收輸入電壓；響應(yīng)于控制信號(hào)將開(kāi)關(guān)晶體管交替地切換到升壓工作模式； 響應(yīng)于輸入電流產(chǎn)生電流感測(cè)信號(hào)；接收電流限流信號(hào)，所述電流限流信號(hào)指示流過(guò)連接于所述一對(duì)晶體管的電感器的電感器電流是否超出一預(yù)定水平；以及響應(yīng)于所述電流感測(cè)信號(hào)、所述輸出電壓和所述電流限流信號(hào)產(chǎn)生對(duì)所述一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管的控制信號(hào)，其中當(dāng)所述電流限流信號(hào)指示電感器電流超出電流限值時(shí)，所述控制信號(hào)配置所述一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管以減小電感器電流。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生所述控制信號(hào)的步驟還包括以下步驟響應(yīng)于輸出電壓和基準(zhǔn)電壓之間的比較來(lái)產(chǎn)生誤差電壓； 響應(yīng)于電流感測(cè)信號(hào)產(chǎn)生PWM信號(hào)，所述PWM信號(hào)響應(yīng)與電壓信號(hào)的誤差電壓； 將PWM信號(hào)與電流限流信號(hào)求OR以產(chǎn)生第一控制信號(hào)； 將所述第一控制信號(hào)倒相；響應(yīng)于經(jīng)倒相的第一控制信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)；連接鎖存器以接收倒相器的輸出以及時(shí)鐘信號(hào)并響應(yīng)于此產(chǎn)生PWM信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括對(duì)具有偏置信號(hào)的電流感測(cè)信號(hào)與斜坡補(bǔ)償信號(hào)求和以響應(yīng)于所述電流感測(cè)信號(hào)產(chǎn)生電流感測(cè)的步驟。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟 使用電阻器分壓器監(jiān)測(cè)所述輸出電壓；以及將監(jiān)測(cè)到的輸出電壓提供給所述誤差放大器的輸入。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，還包括當(dāng)電流限流信號(hào)處于邏輯高電平時(shí)，用所述電流限流信號(hào)來(lái)取代PWM比較器的輸出的步驟。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生控制信號(hào)的步驟還包括在升壓工作模式下對(duì)第二對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管產(chǎn)生控制信號(hào)的步驟。
全文摘要
DC-DC電壓變換器具有一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管，這對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管用以提供輸出電壓并響應(yīng)控制信號(hào)交替地以升壓工作模式切換。電感器連接于這對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管并具有從中流過(guò)的電感器電流。電流感測(cè)器監(jiān)測(cè)輸入電流并響應(yīng)于此產(chǎn)生電流感測(cè)信號(hào)?？刂齐娐讽憫?yīng)于電流感測(cè)信號(hào)、輸出電壓和電流限流信號(hào)產(chǎn)生對(duì)第二對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管的控制信號(hào)，其中當(dāng)電流限流信號(hào)指示電感器電流超出電流限值時(shí)，控制信號(hào)配置一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管以減小電感器電流。
文檔編號(hào)H02M3/157GK102377341SQ201110254099
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者吳雪林, 陳思成, 黃叢中 申請(qǐng)人:英特賽爾美國(guó)股份有限公司