采用滯回升壓架構(gòu)的功率變換器及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開主要涉及功率變換電路，特別是涉及升壓變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]升壓變換器是將一個直流(DC)電壓轉(zhuǎn)換為另一較高DC電壓的功率變換器。升壓變換器通常通過如下方式調(diào)節(jié)輸出電壓，即通過開關(guān)連接到電感器的晶體管以根據(jù)輸出電壓的電平產(chǎn)生跨電感器的磁場。如果開關(guān)晶體管串聯(lián)連接在電感器和接地之間，則該開關(guān)晶體管被稱為低側(cè)開關(guān)(LSS)。電感器的第二端被連接到整流器，并且已整流電壓使用輸出電容器來平滑。晶體管的開關(guān)可以通過產(chǎn)生誤差電壓來控制，該誤差電壓是輸出電壓或輸出電壓的某些分?jǐn)?shù)與參考電壓之間的差值。
[0003]升壓變換器一般在各種負(fù)載條件下工作。通常，升壓變換器在輕負(fù)載條件下?lián)p失效率，但輕負(fù)載條件因為動力裝置采用所謂的“生態(tài)模式”操作而變得更頻繁。由于負(fù)載與輕負(fù)載條件之間的轉(zhuǎn)換突然，升壓模式電源優(yōu)選提供良好的負(fù)載瞬時性能。此外，由于輸入電壓可在寬范圍內(nèi)變化，這包括接近或等于所需的輸出電壓，變換器在升壓或降壓操作下工作是理想的。此外，包括與升壓變換器相關(guān)聯(lián)的外部組件成本的產(chǎn)品成本是重要的考量。
【附圖說明】
[0004]通過參考隨附繪圖，本公開將更加易于理解，并且其很多特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，其中:
[0005]圖1示出在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的升壓調(diào)節(jié)器的局部框圖和局部原理圖形式；
[0006]圖2示出在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的另一升壓調(diào)節(jié)器的局部框圖和局部原理圖形式；
[0007]圖3示出使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的滯回(hysteretic)升壓變換器的功率變換器的局部框圖和局部示意圖形式；
[0008]圖4示出與圖3的升壓變換器的慢反饋路徑相關(guān)聯(lián)的時序圖；以及
[0009]圖5示出與圖3的升壓變換器的快反饋路徑相關(guān)聯(lián)的時序圖。
[0010]在不同附圖中使用相同的參考符號表示類似或等同的項。除非另有說明，術(shù)語“耦接的”及其關(guān)聯(lián)的動詞形式包括通過本領(lǐng)域已知的方法的直接連接和間接電氣連接，并且除非另有說明，直接連接的任何描述意味著使用合適的間接電氣連接形式的替代實施例。
【具體實施方式】
[0011]圖1是在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的升壓調(diào)節(jié)器100的局部框圖和局部示意圖。升壓調(diào)節(jié)器100由Xu、Zhao和Wu在浙江大學(xué)學(xué)報2009年卷10第8期第1223-1230頁在“On-ChipBoost Regulator with Projected Off-and On-time Control (具有投射開關(guān)時間控制的芯片上升壓調(diào)節(jié)器)”中描述。
[0012]升壓調(diào)節(jié)器100包括電感器110、二極管120、N溝道M0S晶體管130、控制邏輯和驅(qū)動電路140、控制電路150、輸出部160、輸出電容器170和負(fù)載180。器110具有用于接收被標(biāo)記為“VIN”的輸入電壓的第一端和第二端。二極管120具有連接到電感器110的第二端的陽極和用于提供被標(biāo)記為“V.”的電壓的陰極。晶體管130具有連接到電感器110的第二端的漏極、柵極和源極。控制邏輯和驅(qū)動電路140具有用于接收被標(biāo)記為“V:’的控制電壓的輸入端，以及連接到晶體管130的柵極的輸出端?？刂齐娐?50包括電阻器152、加法器154和比較器156。電阻器152具有連接到晶體管130的源極用于形成被標(biāo)記為“VIS”的電壓的第一端，以及接地的第二端。加法器154具有用于接收被標(biāo)記為“VP”的電壓的正輸入端，用于接收電壓VIS的負(fù)輸入端，以及用于提供被標(biāo)記為“V.”的電壓的輸出端。比較器156具有用于接收被標(biāo)記為“VFB”的反饋電壓的非反相輸入端，用于接收輸出電壓VIS的反相輸入端，以及用于提供電壓的輸出端。輸出部160包括電阻器162、電容器164和電阻器166。電阻器162具有連接到二極管120的陰極的第一端和用于提供電壓VFB的第二端。電容器164具有連接到二極管120的陰極的第一端和連接到電阻器162的第二端的第二端。電阻器166具有連接到電阻器162和電容器164的第二端的第一端和接地的第二端。輸出電容器170具有連接到二極管120的陰極的第一端，以及接地的第二端。圖1示出作為電阻器180的負(fù)載180，其具有連接到二極管120的陰極的第一端，以及接地的第二端。
[0013]升壓調(diào)節(jié)器100使用投射開關(guān)時間控制。通過投射關(guān)斷時間控制，開關(guān)關(guān)斷時間是基于在連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)針對在準(zhǔn)固定頻率工作的輸入和輸出電壓計算的，因為固定頻率工作對紋波控制是優(yōu)選的?？紤]在不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)工作的效率，和調(diào)制關(guān)斷時間組合的投射接通時間使得升壓調(diào)節(jié)器100能夠在脈沖頻率調(diào)制(PFM)工作中自動運行而無需額外的控制電路。
[0014]雖然實施升壓調(diào)節(jié)器100簡單，但其要求降低效率的電流檢測。而且，關(guān)斷時間和接通時間發(fā)生器也有助于態(tài)電流。而且，CCM的關(guān)斷時間和DCM的接通時間需要轉(zhuǎn)換模式管理。
[0015]圖2示出在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的另一升壓調(diào)節(jié)器200的局部框圖和局部示意圖。升壓調(diào)節(jié)器200由Guo、Lin和Tsai在IEEE電力電子會刊2011年9月卷26第9期“A hysteretic Boost Regulator with Emulated-Ramp Feedback(ERF)Current-SensingTechnique for LED Driving Applicat1ns ( 一種用于LED驅(qū)動應(yīng)用的帶有模擬斜面反饋(ERF)電流檢測技術(shù)的滯回升壓調(diào)節(jié)器)”中描述。
[0016]升壓調(diào)節(jié)器200包括電壓源210、電阻器212、電感器214、開關(guān)216、二極管218、電容器220、電阻器222、負(fù)載230、反饋網(wǎng)絡(luò)240、反饋網(wǎng)絡(luò)250、反饋電路260和控制電路270。電壓源210具有用于提供被標(biāo)記為“V/’的輸入電壓的第一端和接地的第二端。電阻器212具有連接到電壓源210的第一端的第一端和第二端。電感器214具有連接到電阻器212的第二端的第一端，以及用于提供被標(biāo)記為“Vx”的電壓的第二端。開關(guān)216具有連接到電感器214的第二端的第一端，接地的第二端和控制端。二極管218具有連接到電感器214的第二端的陽極和用于提供被標(biāo)記為“V?！钡妮敵鲭妷旱年帢O。電容器220具有連接到二極管218的陰極的第一端和第二端。電阻器222具有連接到電容器220的第二端的第一端和接地的第二端。負(fù)載230具有連接到二極管218的陰極的第一端，以及接地的第二端。反饋網(wǎng)絡(luò)240具有連接到電壓源210的第一端的第一端，接地的第二端，以及用于提供被標(biāo)記為
”的信號的輸出端。反饋網(wǎng)絡(luò)250包括分壓器252、電阻器254和電容器256。分壓器252具有連接到電壓源210的第一端的第一端，接地的第二端，以及輸出端。電阻器254具有連接到分壓器252的輸出端的第一端，用于提供被標(biāo)記為“ β FVF”的信號的第二端。電容器256具有連接到電阻器254的第二端的第一端，以及接地的第二端。反饋網(wǎng)絡(luò)260具有連接到二極管218的陰極的第一端，接地的第二端，以及用于提供被標(biāo)記為“ β vV。”的信號的輸出端。
[0017]控制電路270包括模擬斜面反饋(ERF)發(fā)生器272，滯回比較器280，以及非重疊驅(qū)動器290。ERF發(fā)生器272包括運算跨導(dǎo)放大器(0ΤΑ) 273-275和電阻器278，每個運算跨導(dǎo)放大器被標(biāo)記為“gm”。跨導(dǎo)放大器273具有用于接收被標(biāo)記為βνν。的信號的輸入端和輸出端?？鐚?dǎo)放大器274具有用于接收信號的輸入端，以及連接到跨導(dǎo)放大器273的輸出端的輸出端?？鐚?dǎo)放大器275具有用于接收信號“i3FVF”的輸入端，以及