电源系统技术方案

本申请公开一种电源系统。一个示例包括电源系统。该系统包括功率级，该功率级包括至少一个功率开关，该至少一个功率开关在工作周期的接通时间期间基于开关信号被周期性地激活，以便在输出端产生输出电压。该系统还包括开关控制器，该开关控制器被配置为基于与电容器相关联的控制节点处的电容器电压的幅值来产生开关信号，该开关信号根据电容器周期地充电而限定工作周期的接通时间。开关控制器包括预偏置级，该预偏置级被配置为在接通时间开始之前经由偏移电压向电容器施加预偏置电荷，以便在接通时间开始之前预充电与电源系统相关联的寄生电容。

【技术实现步骤摘要】
电源系统
本公开总体涉及电子系统，并且更具体涉及电源系统。
技术介绍
电源电路可以在各种计算机和/或无线设备中实施，以便向其中的电路组件提供功率。电源系统的一个示例是恒定接通时间或伪恒定接通时间电源，其中与功率开关相关联的开关工作周期的接通时间基于输入电压与期望输出电压的比率。作为示例，可能要求电源系统具有非常小的接通时间，诸如基于具有输入电压相对于输出电压的高降压比。此类非常小的接通时间基于延迟可能引起与工作周期相关联的误差，该延迟与电路组件相关联，该电路组件与开关控制器和/或功率级相关联。
技术实现思路
一个示例包括电源系统。该系统包括功率级，该功率级包括至少一个功率开关，该至少一个功率开关在工作周期的接通时间期间基于开关信号被周期性地激活，以便在输出端产生输出电压。该系统还包括开关控制器，该开关控制器被配置为基于与根据电容器周期地充电而限定工作周期的接通时间的电容器相关联的控制节点处的电容器电压的幅值来产生开关信号。该开关控制器包括预偏置级，该预偏置级被配置为在接通时间开始之前经由偏移电压向电容器施加预偏置电荷，以便在接通时间开始之前预充电与电源系统相关联的寄生电容。另一个示例包括一种用于产生输出电压的方法。该方法包括向电源系统的开关控制器提供第一相位信号，以便响应于第一相位信号的第一逻辑状态来激活第一控制开关，从而在与经由开关信号控制的至少一个功率开关的工作周期相关联的断开时间的第一部分期间向与电容器相关联的电容器节点提供偏移电压，由此向电容器施加预偏置电荷。该开关信号可以被提供给包括至少一个功率开关的功率级，该至少一个功率开关在工作周期的接通时间期间基于开关信号被周期性地激活，以便在输出端产生输出电压。该方法还包括向开关控制器提供第二相位信号，以便响应于第二相位信号的第一逻辑状态激活第二控制开关，从而在与工作周期相关联的接通时间期间向电容器节点提供电源电压以将电容器节点处的电容器电压的幅值从偏移电压增加到基准电压。该方法进一步包括向开关控制器提供第三相位信号，以便响应于第三相位信号的第一逻辑状态激活第三控制开关，从而在断开时间的第二部分期间使电容器放电。另一个示例包括一种电源系统。该系统包括功率级，该功率级包括高侧开关和低侧开关，高侧开关在工作周期的接通时间期间基于开关信号被激活，低侧开关在工作周期的断开时间期间基于开关信号被激活，以便在输出端产生输出电压。该系统还包括开关控制器。该开关控制器包括比较器，该比较器被配置为基于与电容器相关联的控制节点处的电容器电压的幅值来产生开关信号，该电容器根据电容器经由电源电压被周期性地充电而限定工作周期的接通时间。该开关控制器进一步包括预偏置级，该预偏置级被配置为在接通时间开始之前经由偏移电压向电容器施加预偏置电荷，以便在接通时间开始之前预充电与电源系统相关联的寄生电容。附图说明图1说明电源系统的示例。图2说明时序图的示例。图3说明电源系统的另一个示例。图4说明时序图的另一个示例。图5说明用于在电源系统中产生输出电压的方法的示例。具体实施方式本公开总体涉及电子系统，并且更具体涉及电源系统。电源系统可以被实施为例如被配置为基于输入电压产生输出电压的恒定(例如，伪恒定)接通时间直流-直流转换器(例如，作为降压转换器)。电源系统包括功率级，该功率级包括至少一个功率开关，该至少一个功率开关在工作周期的接通时间期间基于开关信号而被周期性地激活，以便在输出端产生输出电压。作为示例，功率级可以包括高侧开关和低侧开关，以便在开关节点处提供开关电压，使得开关电压提供通过电感器的电流，从而在输出端提供输出电压。该电源系统还包括开关控制器，该开关控制器被配置为诸如以恒定的或伪恒定的接通时间(诸如基于输入电压与输出电压的比率)来产生开关信号。例如，开关控制器可以包括比较器，该比较器基于与电容器相关联的控制节点处的电容器电压的幅值来产生开关信号，该电容器根据电容器经由电源电压(例如，输入电压)被周期性充电来限定工作周期的接通时间。开关控制器还可以包括预偏置级，该预偏置级被配置为对电容器进行预偏置。作为一个示例，预偏置级可以包括缓冲器，该缓冲器被配置为通过提供电容器电压的初始偏移幅值来产生具有限定接通时间的幅值的偏移电压。因此，预偏置级可以在接通时间开始之前的时间处(例如，在工作周期的一部分断开时间期间)经由控制开关向电容器提供偏移电压。因此，偏移电压可以在接通时间开始之前提供电容器的预充电，以便将电容器电压大约设置为偏移电压的幅值，从而对与电源系统相关联的寄生电容充分地充电，并且因此在接通时间期间对电容器充电的同时提供接通时间的精确持续时间。因此，对于高开关频率，电源系统可以具有非常短的接通时间，即使当调节开关控制器和功率级相对于接通时间到断开时间的转变的延迟时。图1说明电源系统10的示例。电源系统10可以基于输入电压VIN产生输出电压VOUT，以便向耦接到输出端12的负载(在图1的示例中示出为电阻器RL)提供功率。例如，电源系统10可以被配置为降压转换器。作为一个示例，电源系统10可以在各种电子电路应用中的任一种中实施，诸如无线通信设备、便携式计算设备(例如，笔记本电脑或平板电脑)或各种其他电子电路。电源系统10的至少一部分可以在集成电路(IC)芯片上实施或者实施为IC芯片的一部分。电源系统10包括功率级14，功率级14被配置为基于开关信号SWS产生输出电压VOUT。在图1的示例中，功率级14包括至少一个功率开关16，该至少一个功率开关16在工作周期的接通时间期间被周期性地激活，以便在输出端12产生输出电压。如本文所描述的，术语“工作周期”是指至少一个功率开关16(例如，高侧功率开关)的激活和停用的周期。作为一个示例，功率级14的(多个)开关16可以包括高侧开关和低侧开关，这些开关经由开关信号SWS交替被激活，以便在开关节点(未示出)处提供开关电压。因此，开关电压可以提供通过电感器(未示出)的电流，以便在输出端12提供输出电压VOUT。电源系统10还包括开关控制器18，该开关控制器18被配置为产生以工作周期控制至少一个功率开关16的开关信号SWS。作为一个示例，开关控制器18可以被配置为诸如基于输入电压VIN对输出电压VOUT的比率将工作周期限定为具有恒定或伪恒定的接通时间。电源系统10可以实施恒定/伪恒定的接通时间，以便在相关联的电子设备的各种操作模式(例如，低功率模式、睡眠模式、高性能模式等)期间显著优化功率和性能权衡。例如，开关控制器18可以包括比较器，该比较器基于与电容器相关联的控制节点处的电容器电压的幅值来产生开关信号，该电容器根据电容器经由电源电压(例如，输入电压VIN)周期性充电而通过控制开关来限定工作周期的接通时间，该控制开关响应于至少一个相位信号Φ被激活或停用。例如，该比较器可以诸如基于输出电压VOUT来比较电容器电压与基准电压，以便将接通时间提供为恒定或伪恒定的接通时间。作为一个示例，电源系统10可以被配置为具有高降压比(step-downratio)，这可能需要工作周期的非常短的接通时间持续时间(例如，大约20纳秒至大约50纳秒之间)。假设用于产生开关信号SWS的基准电压可以基于输入电压VIN与输出电压VOUT的比率，则接通时间可以基于这一比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源系统，其特征在于，其包括：功率级，其包括至少一个功率开关，所述至少一个功率开关在工作周期的接通时间期间基于开关信号被周期性地激活，以便在输出端产生输出电压；以及开关控制器，其被配置为基于与电容器相关联的控制节点处的电容器电压的幅值来产生所述开关信号，所述电容器根据所述电容器周期地充电而限定所述工作周期的所述接通时间，所述开关控制器包括预偏置级，所述预偏置级被配置为在所述接通时间开始之前经由偏移电压向所述电容器施加预偏置电荷，以便在所述接通时间开始之前预充电与所述电源系统相关联的寄生电容。

【技术特征摘要】
2016.08.09 US 15/232,6461.一种电源系统，其特征在于，其包括：功率级，其包括至少一个功率开关，所述至少一个功率开关在工作周期的接通时间期间基于开关信号被周期性地激活，以便在输出端产生输出电压；以及开关控制器，其被配置为基于与电容器相关联的控制节点处的电容器电压的幅值来产生所述开关信号，所述电容器根据所述电容器周期地充电而限定所述工作周期的所述接通时间，所述开关控制器包括预偏置级，所述预偏置级被配置为在所述接通时间开始之前经由偏移电压向所述电容器施加预偏置电荷，以便在所述接通时间开始之前预充电与所述电源系统相关联的寄生电容。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述开关控制器包括：第一控制开关，其响应于第一相位信号而被激活，以便经由电压缓冲器向所述电容器节点提供所述偏移电压，从而提供所述预偏置电荷；以及第二控制开关，其响应于第二相位信号而被激活，以便向所述电容器节点提供电源电压，从而在所述接通时间期间对所述电容器充电。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，其中在使所述第二相位信号有效的同时按顺序使所述第一相位信号无效，所述顺序对应于从所述工作周期的断开时间到所述工作周期的所述接通时间的转变。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，其进一步包括第三控制开关，所述第三控制开关响应于第三相位信号而被激活，以便在所述工作周期的断开时间的第一部分期间使所述电容器放电，其中在所述断开时间的剩余部分期间所述第三控制开关被停用并且所述第一控制开关被激活。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，其中所述预偏置级包括：分压器，其被配置为基于输入电压产生控制电压；缓冲器，其被配置为基于所述控制电压产生所述偏移电压；以及控制开关，其将所述缓冲器的输出端和电容器节点互连，并且所述控制开关在所述接通时间开始之前被激活，以便向所述电容器节点提供所述偏移电压，从而对所述电容器预充电。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，其中所述分压器包括固定电阻器和可调电阻器，所述可调电阻器具有被设置为限定所述偏移电压的幅值的电阻值，其中基于所述偏移电压的所述幅值来限定所述接通时间的持续时间，使得所述接通时间基于所述功率级和所述开关控制器中的至少一个的所选电路特性是可缩放的。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，其中所述偏移电压被定义为：VOFF＝K*VIN＝(R3/(R3+R2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·若玛禅占，S·K·玛诺哈，J·W·崔，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：新型
国别省市：美国,US