用于非反相降压‑升压转换器的高效PFM开关控制制造技术

公开了一种用于控制降压‑升压转换器的方法、设备、以及集成电路。在一个示例中，设备被配置为对电压输出处的输出电压与低基准电压和高基准电压进行比较。所述设备可以对电感器处的电流与高阈值电流和高阈值电流进行比较。所述设备可以响应于电压输出处的输出电压低于低基准电压，对电感器充电。所述设备可以响应于电感器处的电流达到高阈值电流，将电感器耦合到电压输出，以从电感器向电压输出运送电荷。所述设备可以响应于电感器处的电流达到低阈值电流或输出电压达到高基准电压，停止从电感器向电压输出运送电荷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电功率转换器，并且特别地，涉及降压-升压转换器。
技术介绍
降压-升压转换器可以用作针对具有特定的电流和/或电压要求的负载的驱动器。降压-升压转换器可以提供大于、小于、或等于输入电压的输出电压。非反相降压-升压转换器可以被用来提供具有与输入电压相同极性的输出电压。非反相降压-升压转换器可以使用四个围绕单个公共电感器相连的开关，其中开关控制降压-升压转换器操作在降压模式(即，输出电压低于输入电压)或者升压模式(即，输出电压高于输入电压)。一种非反相降压-升压转换器可以受到控制以操作在脉冲频率调制(PFM)模式，典型地，当所要求的负载电流相对低的时候。转换器可以在电感器中积累能量，而转换器可以继而以脉冲或电流能量包从电感器向转换器的输出放电。转换器可以向转换器的输出放电一列或一串多个能量包(也称为脉冲串)，在输出电压下降到低于触发阈值时开始并一旦输出电压已上升到足够的阈值时结束。转换器可以具有耦合到该输出处的输出电容器，所述输出电容器将电荷存储在输出处。在输出电压由于输出处的负载从输出电容器汲取电荷而降低时，转换器可以接着保持非活动。输出电压可以越过触发阈值而降低，并促使转换器重新开始对一列电感器能量包放电。因此，转换器围绕两个阈值而交替改变其输出电压，较低的触发阈值和较高的触发阈值。转换器可能经历纹波电压和超过电压阈值的过冲。任何转换器还生成输入和输出之间的一些能量损失。转换器的效率可以被定义为其输出能量与其输入能量之比。对于操作在PFM模式下的非反相降压-升压转换器，能量损失通常是更多由于开关和动态损耗(由于开关的栅极电容和转换过程中开关两端的V*I功率耗散)，而不是欧姆损耗。
技术实现思路
一般来说，本公开的各种实施例针对一种非反相降压-升压转换器，其具有高效的脉冲频率调制(PFM)的开关控制。在本公开的各个实施例中，高效PFM开关控制可以控制降压-升压转换器的开关，以限制纹波电压和电压阈值过冲，并减少开关操作中的能量损耗，以及其它优点。在本公开的各个实施例中，高效PFM开关控制可以针对效率专门优化升压模式和/或降压模式，并且可以基于各种因素，诸如电感器充电阶段期间或输入电压和输出电压之间的比较，来选择一个或另一个优化模式。一个实施例涉及一种用于控制降压-升压转换器的设备，其中，所述降压-升压转换器包括电感器和电压输出。该设备被配置为对电压输出处的输出电压与低基准电压和高基准电压进行比较。该设备进一步被配置为对电感器处的电流与低阈值电流和高阈值电流进行比较。该设备进一步被配置为，响应于电压输出处的输出电压低于基准电压时，对电感器充电。该设备进一步被配置为，响应于电感器处的电流达到高阈值电流，将电感器耦合到电压输出，以从电感器向电压输出传递电荷。该设备进一步被配置为，响应于电感器处的电流达到低阈值电流或者输出电压达到高基准电压，停止从电感器向电压输出传递电荷。另一个实施例涉及一种用于控制降压-升压转换器的方法，其中，降压-升压转换器包括电感器和电压输出。所述方法包括:对电压输出处的输出电压与低基准电压和高基准电压进行比较。该方法还包括对电感器处的电流与低阈值电流和高阈值电流进行比较。该方法还包括，响应于电压输出处的输出电压低于低基准电压，对电感器充电。该方法还包括，响应于电感器处的电流达到高阈值电流，将电感器耦合到电压输出，以从电感器向电压输出传递电荷。该方法还包括，响应于电感器处的电流达到低阈值电流或者输出电压达到高基准电压，停止从电感器向电压输出传递电荷。另一个实施例涉及一种用于控制降压-升压转换器的集成电路，其中，所述降压-升压转换器包括电感器和电压输出。集成电路被配置为对电压输出处的输出电压与低基准电压和高基准电压进行比较。集成电路进一步配置为对电感器处的电流与低阈值电流和高阈值电流进行比较。集成电路进一步被配置为，响应于电压输出处的输出电压低于低基准电压时，对电感器充电。集成电路进一步被配置为，响应于电感器处的电流达到高阈值电流，将电感器耦合到电压输出，以从电感器向电压输出传递电荷。集成电路进一步被配置为，响应于电感器处的电流达到低阈值电流或者输出电压达到高基准电压，停止从电感器向电压输出传递电荷。本专利技术的一个或多个实施例的细节在附图和下述说明书中进行阐述。其他特征、目的、以及本专利技术的优点将从说明书和附图以及权利要求书而变得明显。【附图说明】图1为示出根据本公开示例的具有开关控制的降压-升压转换器的框图，所述开关控制可以通过高效脉冲频率调制(PFM)模式来控制降压-升压转换器。 图2示出根据本公开示例的针对降压-升压转换器可以产生并传送至电压输出的能量包的三个不同示例的电流随时间变化的曲线。图3为示出根据本公开示例的具有开关控制的降压-升压转换器的框图，所述开关控制可以通过具有多个过冲保护措施的高效PFM模式来控制降压-升压转换器。图4为示出根据本公开示例的以限制电压过冲并提高升压模式的效率以及其他优点的方式来操作降压-升压转换器的方法的流程图。图5为根据本公开的另一个示例示出具有开关控制的降压-升压转换器的框图，所述开关控制可以通过具有多个过冲保护措施、高效受时间控制的开关、以及对于升压和降压模式的特定放电阶段的高效PFM模式来控制降压-升压转换器。图6为示出根据本公开示例的以限制电压过冲并使得能够进行对于升压和降压模式特定的放电阶段、基于高效受时间控制的开关提高升压和降压模式两者的效率、以及其他优点的方式来操作降压-升压转换器的方法的流程图。图7为根据本公开的另一个示例示出具有开关控制的降压-升压转换器的框图，所述开关控制可以通过具有多个过冲保护措施、高效受时间控制的开关、以及对于升压和降压模式的特定放电阶段的高效PFM模式来控制降压-升压转换器。图8为示出根据本公开示例的以限制电压过冲并使得能够进行对于升压和降压模式的特定放电阶段、基于高效受时间控制的开关而提高升压和降压模式两者的效率、以及其他优点的方式来操作降压-升压转换器的方法的流程图。图9为示出根据本公开示例的以限制电压过冲并提高效率以及其他优点的方式来操作降压-升压转换器的方法的流程图。【具体实施方式】图1为示出根据本公开示例的具有开关控制的降压-升压转换器100的框图，所述开关控制可以通过高效PFM模式来控制降压-升压转换器100。降压-升压转换器100以在跨电感器110两端应用不同电路连接的方式包括电压输入120、电压输出134、输出电容器130、电感器110、以及耦合到电感器110的开关122、124、126、和128。电压输入120可以是结构元件，其导通或产生到降压-升压转换器100的输入电压，并且电压输出134可以是结构元件，其传导由降压-升压转换器100产生的输出电压使其对于负载可用。在该说明性示例中，降压-升压转换器100还包括开关控制140，其耦合到开关122、124、126、和128。如下面进一步描述的，根据各种示例性示例，开关控制140可以通过高效PFM模式以在降压模式和/或升压模式中控制降压-升压转换器100。例如，开关控制140可以包含逻辑电路、硬件、和/或一个或多个处理器，以控制开关122、124、126和128的状态，以高效地操作降压-升压转换器100，也就是说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制降压‑升压转换器的设备，其中所述降压‑升压转换器包括电感器和电压输出，所述设备被配置为：对所述电压输出处的输出电压与低基准电压和高基准电压进行比较；对所述电感器处的电流与低阈值电流和高阈值电流进行比较；响应于所述电压输出处的所述输出电压低于所述低基准电压，对所述电感器充电；响应于所述电感器处的所述电流达到所述高阈值电流，将所述电感器耦合到所述电压输出以从所述电感器向所述电压输出传送电荷；以及响应于所述电感器处的所述电流达到所述低阈值电流或者所述输出电压达到所述高基准电压，停止从所述电感器向所述电压输出传送电荷。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S·法布罗，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT