防止电感器电流反向的功率调节器制造技术

本发明专利技术涉及一种防止电感器电流反向的功率调节器。一种包含用于切换调节器的电压合成器的控制器包含待耦合到所述调节器的输入端的合成器输入端。第一及第二副本开关晶体管(Q3、Q4)连接于第一节点(N3)处。电阻器(RSYN)耦合于所述第一节点与第二节点之间，且电容器(CSYN)耦合于所述第二节点与接地之间。跨导级(310)将采样到所述电容器(CSYN)上的电压与所述调节器的输出电压比较，且响应于所述比较产生输出信号。第一开关(SW3)耦合于所述跨导级的第一输入端与第二输入端之间。在所述电压合成器的每一操作循环期间接通所述第一开关(SW3)以将所述电容器电压复位到所述调节器的所述输出电压。

【技术实现步骤摘要】
防止电感器电流反向的功率调节器相关申请本申请要求2017年4月6日申请的题为“超快速(单极)时间调节系统(Ultra-Fast(SinglePole)TimeRegulationSystem)”的美国临时申请第62/482,598号的优先权，所述临时申请被以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及一种防止电感器电流反向的功率调节器。
技术介绍
汽车、工业及消费者平台中的集成电子装置的不断增长需求需要更复杂的功率转换和分布设计。这些电子装置常包含嵌入式处理器、存储器和从供应直流(DC)电压的一个电池源操作的其它电子组件。直流-直流功率调节器用以在电子装置内产生从输入电压源(例如，电池)到不同电子组件的不同电压。取决于输出负载要求，直流-直流调节器常常在连续和不连续传导模式中操作。直流-直流调节器通常在较重负载条件下进入连续模式，且在较轻负载条件下进入不连续传导模式以改善效率。然而，直流-直流调节器可具有操作异常，这使当在不连续传导模式中操作时其效率降级。
技术实现思路
根据本公开的方面，一种用于在包含耦合到负载的电感器的切换调节器系统中使用的功率转换器，所述转换器包含耦合于输入电压节点与第一开关节点之间的第一电源开关、耦合于所述第一开关节点与接地之间的第二电源开关、耦合于所述第一开关节点与输出电压节点之间的电感器。输出电压合成器耦合到所述输入和输出电压节点。所述输出电压合成器包含跨导级、耦合于所述跨导级的第一输入端与第二输入端之间的第三开关和控制器。所述合成器合成在所述第一开关节点处的电压以产生经合成的输出电压。所述跨导级的所述第一输入端接收所述经合成的输出电压且所述第二输入端接收来自所述输出电压节点的输出电压。所述控制器闭合所述第三开关以由此在每一操作循环中复位所述经合成的电压。根据本公开的其它方面，一种切换调节器系统包含耦合于输入电压节点与第一开关节点之间的第一功率晶体管、耦合于所述第一开关节点与接地之间的第二功率晶体管和耦合于所述第一开关节点与输出电压节点之间的电感器。第一电容器耦合于所述输出电压节点与接地之间。第三副本晶体管耦合于所述输入电压节点与第二开关节点之间。所述第三副本晶体管是所述第一功率晶体管的副本。第四晶体管耦合于所述第二开关节点与接地之间，所述第四副本晶体管是所述第一功率晶体管的副本。电阻器耦合到所述第二开关节点。跨导级包含耦合到所述电阻器的第一输入端和耦合到所述输出电压节点的第二输入端。第五开关耦合于所述跨导级的所述第一输入端与所述第二输入端与之间。根据本公开的其它方面，一种用于至少部分调节包含第一及第二功率晶体管的切换调节器的电压合成器，所述电压合成器包含耦合到所述切换调节器的输入端的合成器输入端。第一副本晶体管耦合于所述合成器输入端与第一节点之间，所述第一副本晶体管是所述第一功率晶体管的副本。第二副本晶体管耦合于所述第一节点与接地之间。电阻器耦合于所述第一节点与第二节点之间。电容器耦合于所述第二节点与接地之间。还包含跨导级以将在所述跨导级的第一输入端上接收的所述电容器的电压与在所述跨导级的第二输入端上接收的所述调节器的输出电压比较，和响应于所述比较产生输出信号。第三开关耦合于所述跨导级的所述第一输入端与所述第二输入端与之间。在所述电压合成器的每一操作循环期间接通所述第三开关以将所述电容器电压复位到所述调节器的所述输出电压。附图说明为了各种实例的详细描述，现将对附图进行参看，其中：图1是根据实例的切换调节器的示意图。图2是展示作为调节器的高和低侧晶体管开关的状态的函数的穿过调节器的电感器的电流的曲线图。图3是用于在切换调节器中使用的根据本公开的实例输出电压合成器的示意图。图4A是说明下降低于来自功率调节器的输出电压的来自图3的实例输出电压合成器的实例经合成的输出电压的曲线图。图4B是说明增大高于来自功率调节器的输出电压的来自图3的实例输出电压合成器的实例经合成的输出电压的曲线图。图5是说明根据实例的在功率调节器内的各种信号的实例波形的时序图。图6是根据本公开的具有输出电压合成器的实例功率转换器的方块图。具体实施方式图1是具有降压拓扑的实例功率(切换)调节器100(也被称作开关模式电力供应器或SMPS)的示意图。调节器100包含被称作晶体管Q1的高侧开关和被称作晶体管Q2的低侧开关、电感器L1和电容器COUT。在图1的实例中，晶体管Q1为p沟道晶体管且晶体管Q2为n沟道晶体管，但在其它实例中可使用其它晶体管类型。晶体管Q1的源极耦合到接收输入电压VIN的输入电压节点102。在调节器100的操作期间，输入电压节点102在输入电压VIN下操作，所述输入电压VIN为待由调节器100转换成另一DC电压的DC电压。晶体管Q1的漏极耦合到节点N1(也被称作开关节点)。晶体管Q2的漏极耦合到节点N1且晶体管Q2的源极耦合到接地节点。接地节点可在接地电位或不同于或低于输入电压VIN的另一电位下操作。电感器L1的第一端子耦合到节点N1。电感器L1的第二端子耦合到电容器COUT，这形成LC输出滤波器。电感器L1与电容器COUT的结为调节器100的输出节点104，在所述输出节点上产生经调节的输出电压VOUT。晶体管Q1和Q2的栅极耦合到栅极控制器110，所述栅极控制器产生控制信号以按受控制的工作循环接通和切断晶体管Q1和Q2。因此，栅极控制器110充当开关控制器以控制晶体管Q1和Q2的切换功能(包含工作循环)。调节器100接收输入端102处的输入电压VIN。栅极控制器110关断和接通晶体管Q1和Q2，使得在一个晶体管开着时，另一个晶体管关。关和开周期(TON/TOFF)控制流过电感器L1的电流IL。电流IL供应负载电流且对电容器COUT充电，且电容器的电压为调节器100的经调节的输出电压VOUT。在不连续操作模式中，在每一循环中，在一个时间周期内接通Q1(同时Q2关)，且然后，接通Q2(同时Q1关)，接着为两个晶体管Q1和Q2同时在一个时间周期内切断。所述循环然后再三地重复。图2为展示作为时间的函数的穿过电感器L1的电流IL的曲线图。响应于Q1与Q2的工作循环切换，电流IL的波形200为实质上三角形。当Q1开时，Q2关，且当晶体管Q1关时，Q2开，如由三角形波形202展示。在三角形波形之间的周期期间(其标明为TNO)，两个晶体管Q1和Q2都关着。栅极控制器110确定Q1和Q2的开与关时间以获得正确的输出电压VOUT。在被称作开时间TON的周期期间，Q1开且Q2关，因此电感器电流IL增大。在被称作关时间TOFF的周期期间，Q1关且Q2开，因此电感器电流IL减小。如由图2的波形200展示的调节器100的操作处于不连续模式(DCM)中，因为当Q1和Q2都不开着时，存在周期TNO。波形200的周期被称作DCM操作周期，且倒数为DCM操作频率。当相对轻负载耦合到输出节点104且由输出电压VOUT驱动时，功率调节器100的DCM操作维持调节器100的效率。在DCM中，电感器L1中的电流IL应不使方向反向，因为反向使调节器100的效率降级。在较高负载下，电阻性损耗是调节器100的效率损耗的主要促成因素。在使用DCM的轻负载下，切换和电流反向是效率损耗的主要促成因素。DCM中的电流反向对效率降级具有两倍影响。首先本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在包含耦合到负载的电感器的切换调节器系统中使用的转换器，电路包括：第一电源开关，所述第一电源开关耦合于输入电压节点与第一开关节点之间；第二电源开关，所述第二电源开关耦合于所述第一开关节点与接地之间；耦合到所述电感器的所述第一开关节点；以及控制器，所述控制器包含输出电压合成器，所述输出电压合成器耦合到所述输入电压节点和所述输出电压节点，其中所述输出电压合成器包含跨导级、耦合于所述跨导级的第一输入端与第二输入端之间的第三开关和合成器控制电路，且其中所述输出电压合成器合成在所述第一开关节点处的电压以产生经合成的输出电压；其中所述跨导级的所述第一输入端将接收所述经合成的输出电压且所述第二输入端将接收来自所述输出电压节点的输出电压；且其中所述合成器控制电路闭合所述第三开关以由此在所述电压转换器的每一操作循环中复位所述经合成的电压。

【技术特征摘要】
2017.04.06 US 62/482,598;2017.12.26 US 15/854,0611.一种用于在包含耦合到负载的电感器的切换调节器系统中使用的转换器，电路包括：第一电源开关，所述第一电源开关耦合于输入电压节点与第一开关节点之间；第二电源开关，所述第二电源开关耦合于所述第一开关节点与接地之间；耦合到所述电感器的所述第一开关节点；以及控制器，所述控制器包含输出电压合成器，所述输出电压合成器耦合到所述输入电压节点和所述输出电压节点，其中所述输出电压合成器包含跨导级、耦合于所述跨导级的第一输入端与第二输入端之间的第三开关和合成器控制电路，且其中所述输出电压合成器合成在所述第一开关节点处的电压以产生经合成的输出电压；其中所述跨导级的所述第一输入端将接收所述经合成的输出电压且所述第二输入端将接收来自所述输出电压节点的输出电压；且其中所述合成器控制电路闭合所述第三开关以由此在所述电压转换器的每一操作循环中复位所述经合成的电压。2.根据权利要求1所述的转换器，其中所述输出电压合成器进一步包含：耦合于所述输入电压节点与第二开关节点之间的第四副本开关，所述第四副本开关是所述第一电源开关的副本；耦合于第二开关节点第二开关节点与接地之间的第五副本开关，所述第五副本开关是所述第二电源开关的副本；电阻器，所述电阻器耦合到所述第二开关节点；第六开关，所述第六开关耦合于所述第二开关节点与所述跨导级的所述第一输入端之间；以及第一电容器，所述第一电容器耦合于所述跨导级的所述第一输入端与接地之间。3.根据权利要求2所述的转换器，其中所述输出电压合成器进一步包含：关时间控制电路；第七开关，所述第七开关耦合于所述跨导级的输出端与所述关时间控制电路之间；以及第二电容器，所述第二电容器耦合于接地与互连所述第七开关与所述跨导级的节点之间；其中，在所述电压转换器的每一操作循环期间，所述控制电路产生控制信号以：在第一及第二电源开关中的至少一个开的时间期间，接通所述第六开关；在所述第一或第二电源开关都不开的时间期间接通所述第七开关，以由此使用所述跨导级的所述输出对所述第三电容器充电；以及在所述第二电容器上的电压已由所述关时间控制电路接收到后，接通所述第三开关以短接所述跨导级的所述第一及第二输入端。4.根据权利要求2所述的转换器，其中所述合成器控制电路确证控制信号以使所述第二电源开关和所述第五副本开关开着的时间周期响应于所述跨导级的输出信号指示所述经合成的输出电压小于所述输出电压节点上的所述输出电压而减小。5.根据权利要求2所述的转换器，其中所述控制器确证控制信号以使所述第二电源开关和第五副本开关开着的所述时间周期响应于所述跨导级的输出信号指示所述经合成的输出电压大于所述输出电压节点上的所述输出电压而减小。6.根据权利要求1所述的转换器，其进一步包括：关时间控制电路和耦合于所述跨导级的输出端与所述关时间控制电路之间的第四开关；以及第一电容器，所述第一电容器耦合于接地与互连所述第四开关与所述跨导级的节点之间；其中，响应于所述第一电容器上的电压，所述关时间控制电路产生到所述合成器控制电路的输出信号以使所述合成器控制电路调整所述第二开关开着的所述时间周期的关时间。7.一种切换调节器系统，其包括：第一功率晶体管，所述第一功率晶体管耦合于输入电压节点与第一开关节点之间；第二功率晶体管，所述第二功率晶体管耦合于所述第一开关节点与接地之间；电感器，所述电感器耦合于所述第一开关节点与输出电压节点之间；第一电容器，所述第一电容器...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·W·迈赫迪，N·吉布森，A·普列戈，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US