具有双计数器数字积分器的直流到直流转换器控制器装置制造方法及图纸

技术编号:14753991 阅读:113 留言:0更新日期:2017-03-02 11:48
本申请提出用于积分参考电压信号与反馈电压信号(FB)之间误差的直流到直流转换器PWM控制器和双计数器数字积分器(40),其中比较器(48)、双计数器(100、104)和DAC(60)用于为调制器循环比较器(36)提供补偿参考(38),调制器循环比较器(36)产生用于控制功率转换器输出电压(Vout)的PWM开关信号,其中当第一计数器输出在一个方向上转变经过预确定的计数范围之后第一计数器输出指示预确定值(100000)时,第二计数器(104)选择性地递增或递减以加强循环稳定性,并且启动模式控制(START)允许在初始化期间快速积分器操作,从而具有在过电流条件期间冻结积分器操作的能力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开总体涉及直流到直流转换器的控制,并且更具体地涉及具有双计数器数字积分器电路的直流到直流转换器控制器装置。
技术介绍
电压调节器和直流到直流转换器通常需要为现代电子电路中的处理器、专用集成电路(ASICS)、存储器以及其他组件的正常运转提供稳定的、调节的供应电压。计算机、智能手机、平面电脑以及其他电子产品尤其需要为处理器和其他内部电路提供高精度供应电压。直流到直流转换器控制器通常提供闭环转换器操作以便在初始加电、负载瞬变、过电流状态以及稳定状态运转期间维持总体恒定的输出电压。开关转换器通常包括由脉宽调制开关控制信号操作的一个或多个开关器件,并且脉宽调制(PWM)的普通形式一般采用固定开关频率,控制器根据反馈信号修改开关控制信号脉冲的宽度或持续时间以调节输出电压。然而,固定频率直流-直流转换面对负载电流中的突变遭受电压调至极限。即使在稳定状态操作,供应电压精度依然受到PWM比较器电路、电路信号变换以及参考分压器误差中的偏置的不利影响,并且模拟积分器电路经常采用补偿系统偏置。然而,模拟积分器需要外部电容器和并占据大量的集成电路管芯,并且也遭受高功耗和有限时间常数,导致负载瞬变期间缺乏输出调节。此外,由于积分制存储为积分器随时间放电两端的电压值,因此在连续导电模式(DCM)和不连续导电模式(CCM)之间转变期间关闭模拟积分器导致不稳定性。因此,模拟积分器方案需要在高负载状态下关闭模拟积分器牺牲负载效率,或可以通过在系统中其他功能块中降低功率来提供可接受的轻负载效率和精确度。数字积分器比模拟积分器占用较少的面积并使用较少的功率,但是数字积分器使用数字向上/向下计数器(up/downcounter)遭受循环稳定性问题,尤其对于负载瞬变状态。因此,仍需要改善脉宽调制控制器以及改善的具有比传统方法更好的循环稳定性的调制精确度的直流到直流转换器。
技术实现思路
本公开使用多个计数器提供具有新颖数字积分器的直流到直流转换器和控制器实施例,多个计数器可以有利地被用来促进积分器稳定精确的操作以补偿循环比较器和其他PWM控制电路偏置。公开一种直流到直流转换器,其包括开关电路、调制器、反馈电路以及循环比较器电路,该循环比较器电路基于反馈电压信号和补偿参考信号为调制器提供输出信号以调节输出电压。直流到直流转换器还包括具有比较器电路的数字积分器电路,该比较器电路包括耦合的第一输入以接收积分参考电压信号、耦合的第二输入以接收反馈电压信号、以及比较器输出,该比较器输出提供表示参考电压是否大于反馈电压的输出信号。数字积分器包括具有第一和第二多位计数器的双计数器电路。第一计数器的时钟输入与积分器电路时钟源耦合,并且第一计数器的向上/向下计数输入被耦合为以接收比较器输出,第一计数器具有多个第一计数器位输出,该多个第一计数器位输出提供指示多位第一计数器输出值的信号。逻辑电路初始响应于初始表示预定第一计数器值的第一计数器位输出初始地递增(increment)或递减(decrement)第二计数器,然后响应于第一计数器位输出在一个方向转换通过第一计数器的所有值范围之后再次表示预定值的第一计数器位输出增加或减少第二计数器。提供数字模拟转换器(DAC),该DAC包括连接到第二计数器位输出的多个输入,以及至少部分基于第二计数器位输出和参考电压控制提供给第二比较器输入的补偿参考信号的输出。在某些实施例中可以采用提供具有第二计数器的控制递增或递减的两个独立计数器以方便控制积分器的带宽或响应时间以增强稳定性并因此增强稳定精确的直流到直流转换器操作。在某些实施例中可以包括开关以选择性地将第二计数器的时钟和向上/向下计数输入正常的或稳定状态操作的连接到逻辑电路,以及可替代地将第二计数器向上/向下计数输入连接到比较器输出以便将第二计数器的时钟输入连接到第二模式中的积分器电路时钟源。这些实施例进一步的方面可以在直流到直流转换器的启动期间促进补偿参考信号向正确值的快速转变。在某些实施例中两个计数器中的一个或两个可以包括输入以接收保持控制输入信号并在第一模式中操作以便根据相应的时钟和向上/向下计数输入选择性地更新其相关计数器输出,并且在第二模式中避免更新其相关计数器位输出。该实施例可以方便用于在反馈已知或认为是错误的情况下(诸如过电流情况、过电压情况等)冻结或保持积分值。根据本公开的进一步方面提供脉宽调制(PWM)控制器实施例,该PWM包括参考补偿电路,该参考补偿电路至少部分根据多位数字输入和参考电压提供补偿参考信号,该PWM还包括循环比较器电路,该循环比较器电路基于反馈电压和补偿参考信号控制功率转换器输出电压,该PWM还包括数字积分器电路。数字积分器电路包括比较器电路,该比较器电路提供指示参考电压信号是否大于反馈电压信号的二进制比较器输出信号,数字积分器电路还包括具有第一和第二计数器的双计数器电路以及逻辑电路。第一计数器接收比较器输出信号和积分时钟输入信号,并提供多位第一计数值,并且第二计数器为参考补偿电路提供多位数字输入。逻辑电路基于知识预定值的第一计数值初始递增或递减第二计数器,然后响应于第一计数值通过预定多位技术范围递增或递减来选择性地递增或递减第二计数器。在某些实施例中预定多位计数范围是第一计数器的全部范围。此外,在某些实施例中,提供第一开关,该第一开关根据控制输入操作为在第一状态中将第二时钟输入连接到逻辑电路,以及在第二状态中将第二时钟输入连接到积分时钟输入信号,并且提供第二开关,该第二开关根据控制输入操作为在第一状态中将第二向上/向下计数输入连接到逻辑电路,以及在第二状态中将第二向上/向下计数输入连接到比较器输出。在某些实施例中,第二计数器包括用于冻结提供给参考补偿电路的数字输入的保持控制输入。此外,某些实施例包括过电流限制电路,该过电流限制电路选择性地为第二计数器的保持控制输入提供保持信号以便当检测到过电流限制状态时冻结提供给参考补偿电路的多位数字输入。在某些实施例中参考补偿电路包括具有开关的开关电阻分压电路,该开关根据多位数字输入操作为至少部分根据多位数字输入和参考电压提供补偿参考信号。根据本公开的进一步方面,提供用于积分参考电压信号和反馈电压信号之间的误差的数字积分器电路。沿着第一和第二计数器以及逻辑电路,数字积分器包括具有输出的比较器电路,该输出提供表示参考电压信号是否大于反馈电压信号的二进制比较器输出信号。第一计数器包括与积分器电路时钟源耦合第一时钟输入、耦合为接收比较器输出信号的第一向上/向下计数输入、以及多个第一计数器位输出,该多个第一计数器位输出提供表示多位第一计数器输出值的信号。第二计数器包括第二时钟输入、第二向上/向下计数输入、多个第二计数器位输出,该多个第二计数器位输出提供表示多位第二计数器输出值的信号、以及用于冻结第二计数器位输出的保持信号输入。逻辑电路操作为响应于初始表示预定值的第一计数器位输出初始递增或递减第二计数器。然后,逻辑电路仅响应于第一计数器位输出在一个方向上转变经过第一计数器的全部值范围之后再次表示预定值的第一计数器递增或递减第二计数器。在某些实施例中数字积分器包括第一开关,该第一开关根据控制输入操作为在第一状态中将第二计数器的时钟输入连接到逻辑电路,以及在第二状态中将第二计数器的四本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种直流到直流转换器,其包括:开关电路,其包括连接到开关节点的至少一个开关;调制器电路,其提供开关控制信号以选择性地致动和停用所述至少一个开关以控制转换器输出节点的输出电压;反馈电路,所述反馈电路与所述转换器输出节点耦合以便至少部分基于所述输出电压提供反馈电压信号;循环比较器电路,其具有被连接为接收所述反馈电压信号的第一比较器输入、被连接用于接收补偿参考信号的第二比较器输入以及循环比较器输出,所述循环比较器输出为所述调制器电路提供循环比较器输出信号,以便基于所述反馈电压信号和所述补偿参考信号来调节所述输出电压;数字积分器电路,其包括:参考电路,所述参考电路至少部分基于参考电压提供积分器参考电压,比较器电路,所述比较器电路包含与所述参考电路耦合以接收所述积分器参考电压信号的第一输入、与所述反馈电路耦合以接收所述反馈电压信号的第二输入、以及比较器输出,所述比较器输出提供二进制比较器输出信号,所述二进制比较器输出信号指示所述参考电压信号是否大于所述反馈电压信号,以及双计数器电路,其包括:多位第一计数器,所述多位第一计数器包括与积分器电路时钟源耦合的第一时钟输出、耦合为接收来自所述比较器电路的比较器输出信号的第一向上/向下计数输出、以及多个第一计数器位输出,所述多个第一计数器位输出提供指示多位第一计数器输出值的信号,多位第二计数器,所述多位第二计数器包含第二时钟输入、第二向上/向下计数输入、以及多个第二计数器位输出,所述多个第二计数器位输出提供指示多位第二计数器输出值的信号,以及逻辑电路,所述逻辑电路操作为响应于初始指示所述第一计数器的预定值的所述第一计数器位输出初始递增或递减所述第二计数器,并且之后响应于在所述第一计数器位输出在一个方向上转变经过所述第一计数器的全部值范围之后所述第一计数器位输出再次指示所述预定值而递增或递减所述第二计数器;以及数字模拟转换器,所述数字模拟转换器具有连接到所述第二计数器位输出的多个输入、以及输出,所述输出至少部分基于所述第二计数器位输出和所述参考电压控制提供到所述第二比较器输入的所述补偿参考信号。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种直流到直流转换器,其包括:开关电路,其包括连接到开关节点的至少一个开关;调制器电路,其提供开关控制信号以选择性地致动和停用所述至少一个开关以控制转换器输出节点的输出电压;反馈电路,所述反馈电路与所述转换器输出节点耦合以便至少部分基于所述输出电压提供反馈电压信号;循环比较器电路,其具有被连接为接收所述反馈电压信号的第一比较器输入、被连接用于接收补偿参考信号的第二比较器输入以及循环比较器输出,所述循环比较器输出为所述调制器电路提供循环比较器输出信号,以便基于所述反馈电压信号和所述补偿参考信号来调节所述输出电压;数字积分器电路,其包括:参考电路,所述参考电路至少部分基于参考电压提供积分器参考电压,比较器电路,所述比较器电路包含与所述参考电路耦合以接收所述积分器参考电压信号的第一输入、与所述反馈电路耦合以接收所述反馈电压信号的第二输入、以及比较器输出,所述比较器输出提供二进制比较器输出信号,所述二进制比较器输出信号指示所述参考电压信号是否大于所述反馈电压信号,以及双计数器电路,其包括:多位第一计数器,所述多位第一计数器包括与积分器电路时钟源耦合的第一时钟输出、耦合为接收来自所述比较器电路的比较器输出信号的第一向上/向下计数输出、以及多个第一计数器位输出,所述多个第一计数器位输出提供指示多位第一计数器输出值的信号,多位第二计数器,所述多位第二计数器包含第二时钟输入、第二向上/向下计数输入、以及多个第二计数器位输出,所述多个第二计数器位输出提供指示多位第二计数器输出值的信号,以及逻辑电路,所述逻辑电路操作为响应于初始指示所述第一计数器的预定值的所述第一计数器位输出初始递增或递减所述第二计数器,并且之后响应于在所述第一计数器位输出在一个方向上转变经过所述第一计数器的全部值范围之后所述第一计数器位输出再次指示所述预定值而递增或递减所述第二计数器;以及数字模拟转换器,所述数字模拟转换器具有连接到所述第二计数器位输出的多个输入、以及输出,所述输出至少部分基于所述第二计数器位输出和所述参考电压控制提供到所述第二比较器输入的所述补偿参考信号。2.根据权利要求1所述的直流到直流转换器,其中所述逻辑电路包含与所述第一计数器耦合的多个输入、与所述第二时钟输入耦合的第一逻辑输出、以及与所述第二向上/向下计数输入耦合的第二逻辑输出,所述逻辑电路操作为:响应于指示所述第一计数器的第一预定值的所述第一计数器位输出,将所述第一逻辑输出设置为第一二进制时钟输入状态;响应于指示所述第一计数器的第二预定值的所述第一计数器位输出,将所述第一逻辑输出设置为第二二进制时钟输入状态;响应于所述第一计数器位输出在第一方向上转变到所述第一计数器的所述第二预定值,将所述第二逻辑输出设置为第一二进制计数器状态;以及响应于所述第一计数器位输出在第二方向上转变到所述第一计数器的所述第二预定值,将所述第二逻辑输出设置为第二二进制计数器状态。3.根据权利要求2所述的直流到直流转换器,其中所述双计数器电路包括:第一开关,其操作为根据控制输入在第一状态下将所述第二计数器的所述第二时钟输入连接到所述逻辑电路的所述第一逻辑输出,以及在第二状态下将所述第二计数器的所述第二时钟输入连接到所述积分器电路时钟源;以及第二开关,其操作为根据所述控制输入在第一状态下将所述第二计数器的所述第二向上/向下计数输入连接到所述逻辑电路的所述第二逻辑输出,以及在第二状态下,将所述第二计数器的所述第二向上/向下计数输入连接到所述比较器输出。4.根据权利要求3所述的直流到直流转换器,其中所述第一计数器和所述第二计数器根据保持控制输入信号分别可操作为在第一模式中根据相应的时钟输入和相应的向上/向下计数输入选择性地更新其各自的计数器位输出,并且可操作为在第二模式中避免更新其各自的计数器位输出。5.根据权利要求2所述的直流到直流转换器,其中所述第一计数器和所述第二计数器根据保持控制输入信号分别可操作为在第一模式中根据相应的时钟输入和相应的向上/向下计数输入选择性地更新其各自的计数器位输出,并且可操作为在第二模式中避免更新其各自的计数器位输出。6.根据权利要求1所述的直流到直流转换器,其中所述双计数器电路包括:第一开关,其操作为根据控制输入在第一状态下将所述第二计数器的所述第二时钟输入连接到所述逻辑电路,以及在第二状态下将所述第二计数器的所述第二时钟输入连接到所述积分器电路时钟源;以及第二开关,其操作为根据所述控制输入在第一状态下将所述第二计数器的所述第二向上/向下计数输入连接到所述逻辑电路,并且在第二状态下将所述第二计数器的第二向上/向下计数输入连接到所述比较器输出。7.根据权利要求6所述的直流到直流转换器,其中所述第一计数器和所述第二计数器根据保持控制输入信号分别可操作为在第一模式中根据相应的时钟输入和相应的向上/向下计数输入选择性地更新其各自的计数器位输出,并且在第二模式中避免更新其各自的计数器位输出。8.根据权利要求1所述的直流到直流转换器,其中所述第一计数器和所述第二计数器根据保持控制输入信号分别可操作为在第一模式中根据相应的时钟输入和相应的向上/向下计数输入选择性地更新其各自的计数器位...

【专利技术属性】
技术研发人员:Z·胡T·特索X·李
申请(专利权)人:德克萨斯仪器股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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