级联升降压DC到DC转换器及控制转换器的电路和方法技术

本申请案涉及级联升降压DC到DC转换器及控制所述转换器的电路和方法。本发明专利技术提出级联升降压DC到DC转换系统(100)、控制器和方法，其中降压转换器级(101)在第一模式中经脉宽调制，且升压转换器级(102)在第二模式中经脉宽调制，其中所述脉宽调制在所述第一模式中使用峰值电流控制和谷值电流控制中的第一者，且在所述第二模式中使用峰值电流控制和谷值电流控制中的另一者，且操作是基于所述降压转换器级或所述升压转换器级的低侧驱动开关的接通时间在所述第一模式与所述第二模式之间切换。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及DC到DC转换器的控制且更明确地说，涉及改善的级联升降压DC到DC转换器、转换器控制设备和方法。
技术介绍
DC到DC转换器通过DC输入电压的转换将稳定的经调节输出电压提供到功率处理器、ASICS、存储器和其它电路。已开发各种类型和形式的DC到DC转换器，包含用于提供低于输入电压的输出电压的降压转换器，以及能够提供高于输入电压的输出电压的升压转换器。升降压转换器提供按可大于或小于输入电压的电平提供经调节输出电压的能力。一种形式的升降压转换器被称为通过在降压功率级后接续升压功率级形成的级联升降压转换器。级联升降压转换器提供更高效率且占据比经典升降压转换器拓扑小的空间，其中转换器在输入电压高于所要输出电压时于纯降压模式中操作，且在输入电压小于所要输出电压时于纯升压模式中操作。当输入电压和输出电压大致相等时，四开关升降压模式可结合以交替方式接通的Η桥配置的对角开关使用，但这种经典升降压模式涉及在给定循环中切换所有四个转换器开关，且因此效率不高。所谓“降压或升压”操作可在输入电压和输出电压彼此接近时使用，其中特定数目个“降压”循环后接续数个“升压”循环，等等，以便与传统的Η桥型升降压操作相比较来说改善效率。然而，连续降压或升压循环的数目确定降压或升压操作频带或范围的宽度，且需要在切换到另一种模式之前仅在少量循环内在一种模式中操作以使频带保持为窄的且因此减少输出处的不合需要的低频AC纹波。然而，当连续降压或升压循环的数目减小时，这些模式之间的转变次数增大。此外，在将斜率补偿用于峰值电流模式控制或谷值电流模式控制时降压模式与升压模式之间的转变由于转变期间的宽PWM脉宽而引起不合需要的输出电压纹波。因此，减小“降压或升压”频带的宽度将减少不合需要的低频AC纹波，但是转变时的大脉宽可能导致输出中的过多输出纹波。例如，当脉宽调制工作循环大于50%，且误差放大器输出处于人为地高于峰值电感器电流的电平时，将斜率补偿斜坡加到峰值电流模式控制中的电流感测信号。针对峰值电流模式控制从降压模式转变到升压模式因此涉及在斜率补偿较大时的模式改变且改变到升压模式将工作循环改变为小于50%，其中斜率补偿较小。这导致转变时的过长脉宽，从而引起输出电压纹波。谷值电流控制模式操作存在相同问题。因此，存在对改善的级联升降压DC到DC转换器和控制设备的需要，通过其使得降压或升压转变是平稳的且降压或升压窗或频带是窄的。
技术实现思路
现概述本专利技术的各种方面以通过简要地指示本专利技术的性质和本质而促进对本专利技术的基本理解，其中此
技术实现思路
并不是对本专利技术的广泛综述，且既不希望识别本专利技术的特定元件，也不希望限定本专利技术的范围。确切地说，本
技术实现思路
的主要目的是在下文呈现的更详细描述之前以简化形式呈现本专利技术的一些概念。提供级联升降压DC到DC转换器、脉宽调制控制器和方法，其中降压模式采用峰值电流控制和谷值电流控制中的一者，且升压模式采用峰值电流控制和谷值电流控制中的另一者，使得在工作循环中进行降压模式与升压模式之间的转变，其中针对每一模式的斜率补偿类似，借此减轻与模式转变相关联的输出电压纹波效应。以此方式，“降压或升压”模式用于与经典升降压操作相比较来说促进效率改善，可限制使用降压或升压模式的频带或范围，且可使使用个别模式的循环数目变小从而通过在降压和升压循环内使用不同电流控制类型来控制转换器输出处的低频纹波以减轻转变期间的纹波。在本专利技术的特定方面中提供级联升降压DC到DC转换器和用于级联升降压DC到DC转换器的控制电路。转换器包含第一转换器电路和第二转换器电路，其具有对应的切换节点和耦合在切换节点之间的电感器。双模式控制电路包含:切换控制电路，其操作以在第一模式中将互补的经脉宽调制的切换控制信号提供到第一转换器电路，及在第二模式中将经脉宽调制的控制信号提供到第二转换器电路；以及调制器电路，其操作以在第一模式中使用谷值电流控制和峰值电流控制中的第一者将至少一个脉宽调制控制信号提供到切换控制电路，及在第二模式中使用谷值电流控制和峰值电流控制的第二者将至少一个脉宽调制控制信号提供到切换控制电路。在特定实施例中，例如，调制器电路在第一模式中使用谷值电流控制且在第二模式中使用峰值电流控制以提供脉宽调制控制信号。模式控制电路至少部分地根据第一转换器电路和第二转换器电路中的一者的低侧开关的接通时间将模式控制信号提供到切换控制电路和调制器电路。在特定实施例中，提供模式控制信号以响应于第一转换器电路的低侧开关的接通时间小于第一阈值的确定而从第一模式改变为第二模式，及响应于第二转换器电路的低侧开关的接通时间小于第二阈值的确定而从第二模式改变为第一模式。特定实施例包含切换开关以根据模式控制信号将反相或非反相感测信号从电流感测电路提供到电流感测放大器，且在特定实施例中，第二切换电路根据模式控制信号操作以提供正或负电压误差信号以用于斜率补偿。根据本专利技术的其它方面提供用于控制级联升降压DC到DC转换器的方法，其包含:在第一模式中对降压转换器级的高侧和低侧开关进行脉宽调制，在第二模式中对升压转换器级的高侧和低侧开关进行脉宽调制，及至少部分地根据低侧开关中的一者的接通时间产生模式控制信号。在特定实施例中，所述方法包括在第一模式中使用谷值电流控制和峰值电流控制中的第一者，及在第二模式中使用谷值电流控制和峰值电流控制中的第二者。此夕卜，在特定实施方案中，所述方法涉及在第一模式中用相减斜率补偿补偿反馈信号与参考信号的比较，及在第二模式中用相加斜率补偿补偿所述比较。【附图说明】以下描述和附图详细阐述本专利技术的特定说明性实施方案，其指示可执行本专利技术的各种原理的若干种方式。然而，所说明实例并不是穷举本专利技术的许多可能的实施例。将在结合附图考虑时进行的以下详细描述中阐述本专利技术的其它目标、优势和新颖特征，其中:图1为说明根据本专利技术的一或多个方面的具有双模式切换控制和调制器电路的级联升降压转换器的示意图；图2为说明另一个级联升降压转换器实施例的示意图；图3为说明图1和2的转换器中的切换控制电路的其它细节的示意图；图4为说明图1和2的转换器中的模式控制电路的细节的示意图；图5为说明图1和2的转换器中的斜率补偿电路的细节的示意图；图6为说明图1和2的转换器中的降压、降压或升压和升压模式操作期间的各种信号的波形图；以及图7为说明根据本专利技术的其它方面的用于控制级联升降压DC到DC转换器的过程的流程图。【具体实施方式】下文结合附图描述一或多个实施例或实施方案，其中贯穿全文使用相似参考数字来指相似元件，且其中各种特征未必按比例绘制。最初参看图1和2，图1说明级联升降压DC到DC转换器100，其包含第一或降压转换器级101，其可作为降压转换器操作且与可作为升压转换器操作的第二或升压转换器级102级联。第一转换器电路101包含第一开关HD1，在本实例中，其为N通道场效晶体管(NM0S)，其经配置为耦合在接收输入电压Vin的转换器输入节点100a与第一切换节点SW1之间的高侧驱动开关。第二 NM0S开关LD1作为低侧降压转换器级驱动开关操作，其中并联连接的二极管D1耦合在节点SW1与内部节点105之间。当开关HD1和LD1连接时，可分别经由来自切换控制电路104的切换控制信号HDRV1和LDRV本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种级联升降压DC到DC转换器，其包括：第一转换器电路，其包含：第一开关，其耦合在转换器输入节点与第一切换节点之间；第二开关，其耦合在所述第一切换节点与内部节点之间；以及第一二极管，其具有与所述内部节点耦合的阳极以及与所述第一切换节点耦合的阴极；第二转换器电路，其包含：第三开关，其耦合在转换器输出节点与第二切换节点之间；第四开关，其耦合在所述第二切换节点与所述内部节点之间；以及第二二极管，其具有与所述第二切换节点耦合的阳极以及与所述输出节点耦合的阴极；电感器，其耦合在所述第一切换节点与所述第二切换节点之间；切换控制电路，其操作以根据模式控制信号在第一模式或第二模式中提供切换控制信号以个别地激活及去激活所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关，所述切换控制电路在所述第一模式中操作以根据至少一个脉宽调制控制信号提供互补的经脉宽调制的第一切换控制信号和第二切换控制信号以分别交替地激活及去激活所述第一开关和所述第二开关以使所述第一开关和所述第二开关作为降压转换器操作，同时提供第三切换控制信号以激活所述第三开关且同时提供第四切换控制信号以去激活所述第四开关，所述切换控制电路在所述第二模式中操作以根据所述至少一个脉宽调制控制信号以互补的经脉宽调制方式提供所述第三切换控制信号和所述第四切换控制信号以分别交替地激活及去激活所述第三开关和所述第四开关以使所述第三开关和所述第四开关作为升压转换器操作，同时提供所述第一切换控制信号以激活所述第一开关，且同时提供所述第二切换控制信号以去激活所述第二开关；调制器电路，其操作以将所述至少一个脉宽调制控制信号提供到所述切换控制电路，且至少部分地根据与所述转换器输出节点的输出电压相关联的反馈信号与表示所要的输出电压的参考信号的比较控制与所述至少一个脉宽调制控制信号相关联的接通时间和关闭时间中的至少一者，所述调制器电路在所述第一模式中操作以使用谷值电流控制和峰值电流控制中的第一者提供所述至少一个脉宽调制控制信号，且在所述第二模式中操作以使用谷值电流控制和峰值电流控制中的第二者提供所述至少一个脉宽调制控制信号；以及模式控制电路，其操作以至少部分地根据所述第二开关和所述第四开关中的一者的接通时间将所述模式控制信号提供到所述切换控制电路和所述调制器电路。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿贾伊·卡尔蒂克·哈里，佐都孝保，尼尔·乔斯·古铁雷斯，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US