基于RTWO的脉冲宽度调制器制造技术

基于一对旋转行波振荡器的脉冲宽度调制器。第一振荡器自由地或者作为锁相环的部分工作。第二振荡器以与第一振荡器相同的频率工作，但是具有相对于第一振荡器的可控相位偏差。相位偏差是通过输入电压设定的。块取得第一和第二振荡器的输出并且将它们组合以使得输出是其宽度为来自第一和第二振荡器的振荡信号的重叠的脉冲。因此，输出脉冲宽度是输入电压的函数。当脉冲宽度调制器接收到来自开关电源的输出的输入电压时，其能够使用经调制的脉冲宽度来控制电源的开关晶体管以保持输出处于调节后电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于RTWO的脉冲宽度调制器相关申请的交叉引用
本专利技术一般涉及脉冲宽度调制器，并且更具体地涉及采用至少一个旋转行波振荡器的脉冲宽度调制器。
技术介绍
DC-DC转换器通常包括开关晶体管，该开关晶体管与滤波电路和控制电路连接。图1A示出了简单的转换器配置100。转换器包括开关晶体管102、二极管104、电感器106和电容器108。开关晶体管102连接在诸如电池的主能源110和由电感器106和电容器108形成的低通滤波器电路112之间，如图所示。在这种类型的转换器中，电感器106还充当储能元件。电容器108连接在负载112两端并且用于滤除可能发生的负载112处的电压变动(脉动)。典型地，二极管104连接在滤波器电路113两端，并且控制电路114连接到输出和开关晶体管102。该转换器以至少两个相位工作，所述至少两个相位由开关晶体管102的状态限定。在开关晶体管102导通的第一相位期间内，能量从诸如电池的主能源110传递到储存元件106，在该特定情况下传递到电容器108和负载112。在开关关断的第二相位期间内，能量从储存元件106传递到电容器108和负载112，并且二极管104工作以保持电流的持续性。转换器100的控制电路114具有两个重要的任务。必须监控负载112处的电压vl118，并且必须将监控电压与基准电压进行比较。该比较的输出是控制电压vc。基于控制电路内部的比较信号vc，控制电路必须产生开关控制信号d116，开关控制信号设定开关晶体管102的开关循环期间的导通和关断时刻以补偿主能源110或负载112的变化。当循环频率固定时，控制开关晶体管10的导通和关断时刻称为占空比控制。然后，源自于占空比控制信号d116的信号驱动开关晶体管102。因此，控制电路114必须将比较信号vc转换成占空比控制信号d116。执行从比较信号到占空比控制信号的转换(vc→d)的普通电路是脉冲宽度调制器(PWM)。调制器接收比较信号并且通常以线性方式在最小占空比和最大占空比之间改变占空比控制信号。例如，如果比较信号vc取从1.0伏特到4.0伏特的范围，则占空比控制信号d取从10％到95％的范围。脉冲宽度调制器以某预设开关频率工作以使占空比固定开关晶体管的最大导通和关断时间。从100KHz到200KHz的开关频率是常见的。开关频率确定了图1A所示的储能电感器106和滤波电容器108的尺寸。在200KHz下，电感器可具有5μH的值，而电容器具有2000μF的值。在更高的开关频率下，这些值会变得甚至更小，且因此这些部件的尺寸会变得甚至更小。然而，高的开关频率影响了在驱动开关晶体管时损失的功率。用于开关晶体管的普通类型的晶体管包括MOSFET、IGBT和BJT。当晶体管为MOSFET时，这些功率损失由于MOSFET的输入电容产生。在导通和关断期间，MOSFET的输入电容是栅极-源极电容Cgs与栅极-漏极电容Cgd的组合，两者都随它们两端的电压而变化，因为它们的电容部分地源自于晶体管中的耗尽层。电容的最大变动来自于Cgd，其作为漏极-栅极电压的函数按因子10至100变动，VDG(≈VDS)。这些电容的充电和放电引起转换器中依据关系CV2f的功率损失，其中V是驱动器的电压输出，f是开关频率，C是在Cgs和Cgd电容两端的电压下Cgs和Cgd电容的组合。Cgs的值可能为大约1000pF，对于Cgd大约为150pF至1500pF。如果开关频率是大约200KHz，则在对单个开关晶体管的电容进行充电和放电时损失的功率为大约6至12毫瓦(假设5伏的波动)。由于开关引起的损失随着工作频率线性地上升并且在低负载电流下影响转换器的效率。如上所述，二极管与开关晶体管结合使用以保持转换器中的电流持续性。然而，二极管也会造成功率损失，从而降低转换器的效率。例如，如果在5A电流流经其中的情况下二极管两端的电压降为大约1伏，则损失为5瓦。在低负载下问题严重，因为二极管中的功率损失会是输送到负载的功率的一大部分，导致效率低。因此，通常是用同步整流器来替代二极管。这示于图1B中，其中晶体管152替代图1A中的二极管104并且经由d2156与控制电路154连接。当开关晶体管102关断时，控制电路154导通同步整流器152以保持电路中的电流持续性。同步整流器布置实际上降低了将要在二极管中消耗的功率，因为晶体管152的导通电阻会非常小。晶体管152的导通电阻rDS(on)范围从0.01至0.1欧姆。然而，附加晶体管152还导致频率相关功率损失，因为控制电路154必须对晶体管152的输入电容进行充电和放电。而且，如上所述，许多转换器以两个相位工作。附加的相位能够以至少三种方式来改善转换器。第一，附加的相位能够降低在负载显著变化发生之后使负载返回到调节状态的时间。不是等待多个开关循环来发生，转换器仅需要等待附加相位发生。第二，附加相位能够容许多个转换器组合而使得高于可从单个转换器得到的那些输出电流更高的输出电流是可能的。第三，输出脉动趋向于在多相位转换器中更小，使得该转换器适合于各种各样的应用。然而，每个附加相位都需要至少一个附加开关，又增加了CV2f消耗。给定上述考虑，期望具有同步开关且以多个相位工作的极高频率的功率转换器。
技术实现思路
在一个实施例中，本专利技术是由一对RTWO形成的脉冲宽度调制器(PWM)。RTWO驱动功率转换器的开关。本专利技术的一个优点在于，消除了CV2f损失。反而，招致了小的RTWO功率开销，因为开关的电容变为RTWO的电容的部分。另一优点在于，RTWO能够以极高频率工作，容许部件变得具有更小的物理尺寸。又一优点在于，易于从与开关相同的RTWO驱动同步整流器。又一优点在于，通过RTWO定相实现了对同步整流器进行最优定时的相移，并且当通过RTWO驱动时无需额外的CV2f惩罚。又一优点在于，多相位电源仅在RTWO上分接均匀相位，而无CV2f损失的显著增加。又一优点在于器件将串联地工作。附图说明参考下面的说明书、随附权利要求和附图，能够更好地理解本专利技术的这些以及其他的特征、方案和优点，在附图中：图1A示出了常规的降压转换器；图1B示出了具有同步整流器的常规的降压转换器；图2A示出了本专利技术的一个实施方案；图2B示出了本专利技术的另一实施方案；图2C示出了本专利技术的又一实施方案；图2D示出了PW块的实现方式；图2E示出了PD2、T-V、EA、LPF2和CTL块的实现方式；图3是图2C的实施方案的概念版本；图4A示出了使用本专利技术的PWM的实施方案的功率转换器；图4B示出了使用本专利技术的PWM的实施方案的功率转换器；图4C示出了使用本专利技术的PWM的又一实施方案的功率转换器；图4D示出了使用本专利技术的PWM的又一实施方案的功率转换器；图4E示出了使用本专利技术的PWM的又一实施方案的功率转换器；以及图5示出了多相转换器。具体实施方式本专利技术的一个实施方案200是脉冲宽度调制器。图2A示出了用于实现该功能的各块的布置。该布置包括第一RTWO1202以及第二RTWO2204。RTWO1202可以自由地运动或者任选地锁相到诸如晶体振荡器212的基准。当RTWO1202在锁相环中工作时，包括有LPF1208和CTL1210。块PD1206是相位检测器，其确定晶体振荡器输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
脉冲宽度调制器，包括：第一旋转行波振荡器，其以预定频率振荡并且在第一输出抽头和反馈抽头处具有第一相位的振荡器信号；第二旋转行波振荡器，其以第二频率振荡并且在第二输出抽头和反馈抽头处具有第二相位的振荡器信号；电压受控式电容器件，其接收改变所述器件的电容的电压控制信号，所述器件与所述第二旋转行波振荡器连接，使得所述器件的电容影响所述第二振荡器的频率和相位；相位检测器，其与来自所述第一和第二旋转行波振荡器的所述反馈抽头连接以确定所述第一相位与所述第二相位之间的任何差别；时间‑电压转换器，其将来自所述相位检测器的任何差别转换成电压；误差放大器，其接收所述时间‑电压转换器的电压输出和外部输入电压以生成误差信号；低通滤波器，其对来自所述误差放大器的所述误差信号进行滤波以生成所述电压控制信号，所述电压控制信号趋向于使第二频率与预定频率基本相同并且使所述第二相位可调节地偏离于所述第一相位；以及脉冲宽度器件，其将所述第一输出抽头处的所述振荡器信号与所述第二输出抽头处的所述振荡器信号组合以产生其宽度是所述输入电压的函数的脉冲。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.12 US 13/316,9941.脉冲宽度调制器，包括：第一旋转行波振荡器，其以预定频率振荡并且在第一输出抽头和反馈抽头处具有第一相位的振荡器信号；第二旋转行波振荡器，其以第二频率振荡并且在第二输出抽头和反馈抽头处具有第二相位的振荡器信号；电压受控式电容器件，其接收改变所述器件的电容的电压控制信号，所述器件与所述第二旋转行波振荡器连接，使得所述器件的电容影响所述第二旋转行波振荡器的频率和相位；相位检测器，其与来自所述第一和第二旋转行波振荡器的所述反馈抽头连接以确定所述第一相位与所述第二相位之间的任何差别；时间-电压转换器，其将来自所述相位检测器的任何差别转换成电压；误差放大器，其接收所述时间-电压转换器的电压输出和外部输入电压以生成误差信号；低通滤波器，其对来自所述误差放大器的所述误差信号进行滤波以生成所述电压控制信号，所述电压控制信号趋向于使第二频率与预定频率基本相同并且使所述第二相位可调节地偏离于所述第一相位；以及脉冲宽度器件，其将所述第一输出抽头处的所述振荡器信号与所述第二输出抽头处的所述振荡器信号组合以产生其宽度是所述输入电压的函数的脉冲。2.如权利要求1所述的脉冲宽度调制器，其中所述相位检测器是异或门，其具有与所述第一旋转行波振荡器的所述反馈抽头连接的第一输入以及与所述第二旋转行波振荡器的所述反馈抽头连接的第二输入。3.如权利要求1或2中任一项所述的脉冲宽度调制器，其中所述时间-电压转换器是低通滤波器，其接收来自所述相位检测器的输出以产生使所述相位检测器随时间平均化的电压。4.如权利要求1至2中任一项所述的脉冲宽度调制器，其中所述脉冲宽度调制器包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和第二晶体管各具有源极、漏极、栅极以及在所述漏极和源极之间的沟道，所述第一和第二晶体管的沟道串联连接，所述第一晶体管的所述栅极与所述第一输出抽头连接，所述第二晶体管的所述栅极与所述第二输出抽头连接以使得当第一抽头处的所述振荡器信号与第二抽头处的所述振荡器信号时间上重叠时出现贯通两个晶体管的导电通路。5.功率转换器，包括：第一旋转行波振荡器，其配置为产生第一振荡器信号；第二旋转行波振荡器，其配置为产生第二振荡器信号；相位检测器，其配置为确定所述第一和第二振荡器信号之间的相差；时间-电压转换器，其配置为将所述相差转换成相电压；误差放大器，其配置为通过放大所述相电压与误差电压之间的差值来产生放大电压；以及控制块，其配置为基于所述放大电压来控制所述第二旋转行波振荡器的相位或频率中的至少一项，使得所述第一和第二振荡器信号之间的所述相差由所述误差电压来控制。6.如权利要求5所述的功率转换器，还包括脉冲宽度块，其配置为通过将所述第一振荡器信号和所述第二振荡器信号组合来产生脉冲信号。7.如权利要求6所述的功率转换器，其中所述脉冲宽度块包括第一晶体管和第二晶体管，其中所述第一晶体管包括沟道和配置为接收所述第一振荡器信号的栅极，其中所述第二晶体管包括沟道和配置为接收所述第二振荡器信号的栅极，其中所述第一和第二晶体管的所述沟道串联连接，以使得当所述第一振荡器信号和所述第二振荡器信号在时间上重叠时提供贯通所述第一和第二晶体管的导电通路。8.如权利要求5至7中任一项所述的功率转换器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·贝库埃，A·马特乔夫斯基，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US