用于多级DC-DC转换器中的平均输出电流平衡的PWM控制设备制造技术

技术编号:9936587 阅读:78 留言:0更新日期:2014-04-18 18:57
一种用于提供多级DC?DC转换系统中的DC?DC转换器级的脉冲宽度调制控制的集成电路,所述集成电路包括:平衡电路,其包含:第一放大器电路,其具有接收表示转换器级输出电流的电压信号,所述第一放大器电路提供第一放大器电路输出,电流镜电路,其包含:第一晶体管,其基于所述第一放大器电路输出在第一电流镜输出节点处提供第一电流输出,所述第一电流镜输出节点连接到平衡电压输入端子以从所述多级DC?DC转换系统的至少一个其它转换器级接收电压信号,以及第二晶体管,其基于所述第一放大器电路输出在第二电流镜输出节点处提供第二电流输出,第一电阻器,其连接在所述第一电流镜节点与电路接地节点之间,第二电阻器,其连接在所述第二电流镜节点与所述电路接地节点之间,以及跨导放大器,其具有分别连接到第一和第二电流镜输出节点的第一和第二输入以及跨导放大器输出,其基于所述第一和第二电流镜节点处的电压之间的差来控制校正电流输出信号;参考电路,其具有:参考电路输出,其基于接收到的输入电压且基于电阻器的值提供参考电流;以及校正输出,其基于所述接收到的输入电压、所述电阻器的所述值以及校正控制信号来提供所述校正电流;内部节点,其连接到所述参考电路输出和所述校正输出;以及脉冲产生器电路,其包含:电容,其具有连接到所述内部节点的第一端子,以及连接到所述电路接地节点的第二端子,开关电路,其在第一状态下操作以根据开关控制信号对所述电容进行放电,比较器,其具有连接到所述内部节点的第一输入端子、连接到阈值电压的第二输入端子,以及比较器输出,其在所述电容上的电压大于所述阈值电压时,在第一电平下提供脉冲信号,且当所述电容上的所述电压小于所述阈值电压时,在第二电平下提供脉冲信号,以及触发器,其具有连接到所述比较器输出的第一输入、接收用以开始新的脉冲宽度调制周期的触发信号的第二输入、提供用于控制所述DC?DC转换器级的脉冲宽度调制输出信号的第一输出,以及提供用以将所述开关电路置于所述第一状态以对所述电容进行放电以开始所述新的脉冲宽度调制周期的所述开关控制信号的互补第二输出。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术呈现用于平衡多级DC-DC转换系统中的DC-DC转换器级的输出电流的脉冲宽度调制控制器设备和技术,其中根据输入电压和所连接电阻器的值来提供参考电流,且产生校正电流输出信号,其表示平均转换器级负载电流与本地负载电流之间的差,其中通过使用借助于用所述校正电流输出信号偏移所述参考电流输出信号而获得的充电电流对电容进行充电来产生PWM输出信号的接通时间。【专利说明】用于多级DC-DC转换器中的平均输出电流平衡的PWM控制设备相关串请案的参考本申请案主张2012年10月10日申请且标题为“可堆叠多相恒定接通时间控制中的电流共享架构(CURRENT SHARE ARCHITECTURE IN STACKABLE MULTIPHASE CONSTANT ONTIME CONTROL) ”的第61/712,071号美国临时专利申请案的优先权和权益,所述临时专利申请案的完整内容以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及多相/多沟道DC-DC电力转换器,以及用于其的脉冲宽度调制(PWM)控制器。
技术介绍
DC-DC转换器呈许多不同形式,且包含一个或一个以上开关,其选择性地致动以基于接收到的DC输入提供经控制的DC输出电压或电流,其中通过控制提供给转换器开关的信令的控制脉冲宽度或接通时间来提供输出电力的调节。恒定接通时间(COT)转换器架构操作以通过调整就绪“接通时间”的脉冲之间所谓的“断开时间”来调节转换器输出,其中对断开时间的调整有效地改变用于输出调节的转换器操作频率。固定频率转换器以规则间隔开始转换器脉冲,且改变个别脉冲的接通时间以控制输出。调节切换控制信令的接通时间或断开时间(或频率)中的任一者或两者通常被称为脉冲宽度调制或PWM控制。在多级转换系统中,两个或两个以上转换器级经连接以个别地向系统的输出电流贡献,且个别级的输出通常经由对应的输出电感器连接到系统输出。个别电力转换器级的开关和/或输出电感器之间的失配可导致不均匀或不平衡的负载共享条件。然而,迄今尚未为恒定接通时间转换器开发级负载平衡技术,且提供用于更均匀地平衡多级DC-DC转换器中的个别级的输出贡献的技术和设备是合意的。
技术实现思路
`本专利技术提供用于平衡多级DC-DC转换器中的个别转换器级的输出电流的DC-DC转换器脉冲宽度调制设备和技术。本专利技术的概念联合恒定接通时间转换器架构具有特定效用,以提供对多级转换器的个别级或沟道的原本恒定的接通时间的平衡调整,以促进转换器级之间的均匀负载共享。在个别级中根据输入电压和所连接电阻器的值提供参考电流,且产生表示平均转换器级负载电流与本地负载电流之间的差的校正电流输出信号。在特定实施方案中,通过使用借助于用校正电流输出信号偏移参考电流输出信号而形成的充电电流对电容进行充电来设定PWM输出信号的接通时间,且在其它实施例中,可至少部分地基于参考时钟信号与经取样PWM输出信号之间的相位或频率差,使用相位或频率校正电流信号来偏移参考电流。根据本专利技术的一个或一个以上方面提供PWM控制器和集成电路。控制器包含--参考电路,其根据输入电压和所连接电阻器的值提供参考电流信号;以及平衡电路,其控制表示由所连接的DC-DC转换器级提供的负载电流与多级DC-DC转换系统中的平均转换器级负载电流之间的差的校正电流信号。另外,所述PWM控制器包含:求和电路,其用所述校正电流输出信号偏移所述参考电流输出信号,以提供电容器充电电流信号;以及脉冲产生器,其包含经切换电容器电路,所述经切换电容器电路交替地放电和充电电容,且提供具有由电容器充电电流的振幅确定的接通时间的PWM输出信号。在某些实施例中,平衡电路包含:放大器,其提供表示转换器级输出电流的输出;以及电流镜,其基于放大器输出将第一和第二电流信号提供给对应电阻器,其中第一电阻器连接到输入端子,以接收表示其它DC-DC转换器级的平均转换器级负载电流的电压信号。在某些实施方案中,平衡电路进一步包含跨导放大器,其基于第一和第二电阻器上的电压之间的差来控制所述校正电流输出信号。在某些实施例中,经切换电容器电路包含:电容器,其连接到求和电路以及对所述电容器进行放电的开关电路;比较器,其基于电容器电压与阈值电压的比较而输出脉冲信号;以及触发器,其具有连接到比较器输出的第一输入、接收用以开始新PWM周期的触发信号的第二输入、提供PWM输出信号的第一输出,以及控制开关电路的互补第二输出。在某些实施例中,求和电路节点直接连接到比较器的非反相输入且连接到参考电路,以接收所述参考电流输出信号,且提供电容器充电电流信号,作为由所述校正电流输出信号偏移的所述参考电流输出信号。在某些实施例中,控制器可配置为主装置或从属装置,且PWM控制器包含:振荡器,其用以产生参考时钟信号;以及检测器电路,其产生表示参考时钟信号与来自脉冲产生器电路的经取样脉冲宽度调制输出信号之间的相位或频率差的相位或频率误差信号。参考电路至少部分地根据相位或频率误差信号来提供相位或频率校正电流输出信号。在某些实施例中,求和电路节点直接连接到非反相比较器输入以及参考电路,以接收参考电流输出信号。切换电路选择性地连接求和电路节点,以在配置为主装置时用相位或频率校正电流来偏移所述参考电流输出信号,或在配置为从属装置时用所述校正电流输出信号来偏移所述参考电流输出信号。在其它实施例中,求和电路节点经连接以接收所述参考电流输出信号和相位或频率校正输出电流信号,且如果控制器配置为从属装置,那么开关将校正电流输出信号连接到求和电路节点。本专利技术的进一步方面涉及集成电路(1C),其包含:平衡电路,所述平衡电路具有放大器,其基于表不转换器级输出电流的电压输入信号提供输出;以及电流镜电路;以及第一和第二电阻器。电流镜电路将第一电流输出提供给第一电流镜输出节点处的第一电阻器,第一电流镜输出节点经连接以从至少一个其它转换器级接收电压信号,且电流镜电路还基于第一放大器电路输出将第二电流输出提供给第二电流镜输出节点处的第二电阻器。平衡电路还包含具有连接到第一和第二电流镜输出节点的输入的跨导放大器,且基于第一和第二电流镜节点处的电压之间的差控制校正电流输出信号。IC还包含:参考电路,其基于接收到的输入电压且基于内部或外部电阻器的值提供参考电流;以及内部节点;以及脉冲产生器电路,其具有连接到内部节点、开关和跨导放大器的输出的电容。脉冲产生器电路还包含比较器和触发器,其中比较器将内部节点处的电压与阈值电压进行比较,且当电容电压大于阈值电压时,在第一电平下提供脉冲信号,且当电容电压小于阈值时,在第二电平下提供脉冲信号。触发器具有连接到所述比较器输出的第一输入、接收用以开始新的PWM周期的触发信号的第二输入、提供用于控制所述DC-DC转换器级的脉冲宽度调制输出信号的第一输出,以及提供用以使所述开关电路处于所述第一状态以对所述电容进行放电的开关控制信号的互补第二输出。在某些实施例中,IC包含相位管理电路,其基于系统时钟信号提供触发信号,且如果IC配置为主装置,那么系统时钟信号可基于内部振荡器的参考时钟信号在内部产生,或如果IC配置为从属装置,那么系统时钟信号是从输入接收。本专利技术的进一步方面涉及用于平衡多级DC-DC转换系统中的转换器级负载电流的方法,包含:基于本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于提供多级DC?DC转换系统中的DC?DC转换器级的脉冲宽度调制控制的集成电路,所述集成电路包括:平衡电路,其包含:第一放大器电路,其具有接收表示转换器级输出电流的电压信号,所述第一放大器电路提供第一放大器电路输出,电流镜电路,其包含:第一晶体管,其基于所述第一放大器电路输出在第一电流镜输出节点处提供第一电流输出,所述第一电流镜输出节点连接到平衡电压输入端子以从所述多级DC?DC转换系统的至少一个其它转换器级接收电压信号,以及第二晶体管,其基于所述第一放大器电路输出在第二电流镜输出节点处提供第二电流输出,第一电阻器,其连接在所述第一电流镜节点与电路接地节点之间,第二电阻器,其连接在所述第二电流镜节点与所述电路接地节点之间,以及跨导放大器,其具有分别连接到第一和第二电流镜输出节点的第一和第二输入以及跨导放大器输出,其基于所述第一和第二电流镜节点处的电压之间的差来控制校正电流输出信号;参考电路,其具有:参考电路输出,其基于接收到的输入电压且基于电阻器的值提供参考电流;以及校正输出,其基于所述接收到的输入电压、所述电阻器的所述值以及校正控制信号来提供所述校正电流;内部节点,其连接到所述参考电路输出和所述校正输出;以及脉冲产生器电路,其包含:电容,其具有连接到所述内部节点的第一端子,以及连接到所述电路接地节点的第二端子,开关电路,其在第一状态下操作以根据开关控制信号对所述电容进行放电,比较器,其具有连接到所述内部节点的第一输入端子、连接到阈值电压的第二输入端子,以及比较器输出,其在所述电容上的电压大于所述阈值电压时,在第一电平下提供脉冲信号,且当所述电容上的所述电压小于所述阈值电压时,在第二电平下提供脉冲信号,以及触发器,其具有连接到所述比较器输出的第一输入、接收用以开始新的脉冲宽度调制周期的触发信号的第二输入、提供用于控制所述DC?DC转换器级的脉冲宽度调制输出信号的第一输出,以及提供用以将所述开关电路置于所述第一状态以对所述电容进行放电以开始所述新的脉冲宽度调制周期的所述开关控制信号的互补第二输出。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员:斯特凡·沃齐米日·维克托约瑟夫·莫里斯·哈亚特布莱恩·托马斯·林奇
申请(专利权)人:德州仪器公司
类型:发明
国别省市:

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