电源变换器及DC‑DC变换器制造技术

本实用新型专利技术涉及电源变换器及DC‑DC变换器，在一种形式下，包括升降压变换器电路、纹波模拟器电路、基于纹波的控制器电路和开关控制电路的装置。所述升降压变换器电路包括耦接到电感器的多个开关，并且被配置成响应于输入电压生成经调节的输出电压。所述纹波模拟器电路被配置成用于所述升降压变换器的降压阶段和升压阶段的模拟电感器电流纹波，从而提供模拟电感器电流纹波。所述基于纹波的控制器电路被配置成响应于所述模拟电感器电流纹波和所述输出电压，生成滞后控制信号。所述开关控制电路被配置成响应于所述滞后控制信号和时钟信号生成用于驱动所述多个开关的控制信号。

【技术实现步骤摘要】
本申请要求提交于2015年4月3日、临时专利申请号No.62/142,670、标题为“具有双纹波模拟器和基于纹波的滞后控制器的电源变换器”、由Dominique Romeo专利技术的专利的优先权，其全文以引用方式并入本文。
本公开整体涉及电源变换器电路，并且更具体地讲，涉及直流(DC)到DC升降压变换器。
技术介绍
DC-DC变换器是能将一种直流(DC)电压转换为另一种DC电压的电源变换器。如果变换器将较高的输入电压转换为较低的输出电压，则称之为降压(buck)变换器。常规的降压变换器将电感器的第一终端连接到输入电压，并采用一对开关将电感器第二终端处的输出电压调节至所需的电平，所述一对开关将电感器的第二终端交替连接到输出终端或接地。如果变换器将较低的输入电压转换为较高的输出电压，则称之为升压(boost)变换器。常规的升压变换器采用一对开关将电感器第二终端的输出电压调节至所需的水平，所述一对开关将电感器的第一终端交替连接到输入电压或接地。如果变换器转换一种可能略高或略低于所需输出电压的可变输入电压，那么由于这种变换器能够根据输入电压和所需输出电压的关系交替采用降压模式和升压模式或升降压模式，这种变换器被称为升降压(buck-boost)变换器。升降压变换器通常采用四个连接到电感器，所述四个开关能够交替接通以控制运行模式。由于大量消费品采用了电压会在大范围内变化的电池，近年来升降压变换器也变得越来越普遍。DC-DC电源变换器通常采用基于基准时钟信号的脉宽调制(PWM)。一般来讲，在电池供电产品中常见的轻负载状态下，PWM变换 器的效率很低。为了克服这些缺陷，PwM变换器通常会加入第二控制回路以提高轻负载状态期间的效率，这种情况下，第二回路采用跳过模式、脉频调制、频率折返或滞后转换。然而，双回路系统在普通负载和轻负荷之间切换时遭受不佳的负载瞬变。
技术实现思路
本技术的技术方案解决了现有技术的至少一些技术问题。根据本技术的一个方面，提供一种电源变换器，包括：升降压变换器电路，所述升降压变换器电路包括多个开关以耦接到电感器，所述升降压变换器电路被配置成响应于输入电压生成经调节的输出电压；纹波模拟器电路，所述纹波模拟器电路被配置成模拟用于所述升降压变换器的降压阶段和升压阶段的电感器电流纹波从而提供模拟电感器电流纹波；基于纹波的控制器电路，所述基于纹波的控制器电路被配置成响应于所述模拟电感器电流纹波和所述输出电压生成滞后控制信号；以及开关控制电路，所述开关控制电路被配置成响应于所述滞后控制信号和时钟信号生成用于驱动所述多个开关的控制信号。根据本技术的上述电源变换器的一个实施例，其中所述纹波模拟器电路包括降压纹波模拟器电路和升压纹波模拟器电路，所述降压纹波模拟器电路被配置成模拟用于所述降压阶段的电感器电流纹波，所述升压纹波模拟器电路被配置成模拟用于所述升压阶段的电感器电流纹波。根据本技术的上述电源变换器的一个实施例，其中所述降压纹波模拟器电路和所述升压纹波模拟器电路被配置成：不管所述升降压变换器处于所述降压阶段还是所述升压阶段，能够同时运行，并且用于所述降压阶段的所述模拟电感器电流纹波与用于所述升压阶段的所述模拟电感器电流纹波相加以提供和，并且将所述和提供给所述基于纹波的控制器电路。根据本技术的上述电源变换器的一个实施例，其中所述降压纹波模拟器电路和所述升压纹波模拟器电路中的每个包括RC串联网络，所述RC串联网络由与所述电感器电流的导数同相的相应信号驱动。根据本技术的上述电源变换器的一个实施例，其中所述基于纹波的控制器电路被配置成以稳定的频率生成所述滞后控制信号。根据本技术的上述电源变换器的一个实施例，其中所述基于纹波的控制器电路包括：电荷放大器，所述电荷放大器被配置成根据将基准电压与所述模拟电感器电流纹波和所述输出电压的结合进行比较生成误差电压；以及滞后比较器，所述滞后比较器被配置成根据所述误差电压生成所述滞后控制信号。根据本技术的上述电源变换器的一个实施例，其中所述升降压变换器被配置成：响应于所述时钟信号为高而在所述降压阶段运行，并且响应于所述时钟信号为低而在所述升压阶段运行。根据本技术的上述电源变换器的一个实施例，其中所述基于纹波的控制器电路被配置成：控制所述滞后控制信号的占空比以及所述滞后控制信号相对于所述时钟信号的相位，以针对不同负载电流要求将所述输出电压维持在基准电压附近。根据本技术的上述电源变换器的一个实施例，其中所述多个开关包括高侧和低侧升压阶段开关，以及高侧和低侧降压阶段开关。根据本技术的另一个方面，提供一种DC-DC变换器，包括：包含多个开关的升降压变换器电路，所述升降压变换器电路响应于输入电压生成经调节的输出电压；纹波模拟器电路，所述纹波模拟器电路被配置成模拟用于所述升降压变换器的降压阶段和升压阶段的电感器电流纹波从而提供模拟电感器电流纹波；基于纹波的控制器电路，所述基于纹波的控制器电路被配置成响应于所述模拟电感器电流纹波和所述输出电压生成滞后控制信号；以及逻辑控制电路，所述逻辑控制电路被配置成响应于用于在所述降压阶段和所述升压阶段选择性驱动所述多个开关的所述滞后控制信号和时钟信号，生成用于驱动所述多个开关的控制信号。附图说明为保证本公开内容更便于理解、各项特征和优点更容易让本领域内技术人员看懂，可参考附图，其中：图1以框图形式示出了一个可用于DC-DC电源转换的装置实例；图2以框图形式示出了一个可用于DC-DC电源转换的装置，其各方面可为图1中装置元件的实例；图3以部分框图形式和部分示意图形式示出了一个可用于DC-DC电源转换的装置，其各方面均可为图1和图2中装置元件的实例；并且图4是示出图3装置运行的时序图。不同图中的相同参考符号表示相似或相同的项。除非另行指明，“耦接的”和“耦接”包括本领域已知的直接连接和间接电连接两者，并且除非另行指明，有关直接连接的所有描述均适用于采用合适形式的间接电连接的另选实施例。具体实施方式为了图示简洁清晰，图中元件均未按比例绘出，仅用于示意，并且均为非限制性。此外，为了描述的简洁，已知步骤和元件的描述和细节均已省略。本领域的技术人员应当能够理解，本文所用有关电路运行的词语“在...期间”、“当...时”并非意指在引发行为时即刻发生一行为，而是可以在引发行为引发的反应之间有一些短暂且合理的延迟，诸如传播延迟。此外，术语“当...时”意指某一行为至少发生在引发行为的持续时间的一部分内。所用的词语“大约”或“基本上”意指元件的一个参数值预期与设定值或设定位置接近。但是，正如本领域的技术人员所熟知，各参数之间可能会有细微的差异，因此实际值或位置可能与设定的有所不同。图1以框图形式示出了一个可用于DC-DC电源转换的装置100的实例。图1中的装置100包括升降压变换器电路110、纹波模拟器电路130、基于纹波的控制器电路150以及开关控制电路170。升降压变换器电路110可包括多个开关和一个电感器(或其他储能元件)，并且可被配置为能够响应于电压电源112生成的输入电压VIN，生成经调节的输出电压VOUT。电压电源112可提供低于或高于经调节的输出电压VOUT的源电压，例如，电压电源112可为在充满时电压相对较高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源变换器，其特征在于，包括：升降压变换器电路，所述升降压变换器电路包括多个开关以耦接到电感器，所述升降压变换器电路被配置成响应于输入电压生成经调节的输出电压；纹波模拟器电路，所述纹波模拟器电路被配置成模拟用于所述升降压变换器的降压阶段和升压阶段的电感器电流纹波从而提供模拟电感器电流纹波；基于纹波的控制器电路，所述基于纹波的控制器电路被配置成响应于所述模拟电感器电流纹波和所述输出电压生成滞后控制信号；以及开关控制电路，所述开关控制电路被配置成响应于所述滞后控制信号和时钟信号生成用于驱动所述多个开关的控制信号。

【技术特征摘要】
2015.04.03 US 62/142,670;2016.02.09 US 15/019,2881.一种电源变换器，其特征在于，包括：升降压变换器电路，所述升降压变换器电路包括多个开关以耦接到电感器，所述升降压变换器电路被配置成响应于输入电压生成经调节的输出电压；纹波模拟器电路，所述纹波模拟器电路被配置成模拟用于所述升降压变换器的降压阶段和升压阶段的电感器电流纹波从而提供模拟电感器电流纹波；基于纹波的控制器电路，所述基于纹波的控制器电路被配置成响应于所述模拟电感器电流纹波和所述输出电压生成滞后控制信号；以及开关控制电路，所述开关控制电路被配置成响应于所述滞后控制信号和时钟信号生成用于驱动所述多个开关的控制信号。2.根据权利要求1所述的电源变换器，其中所述纹波模拟器电路包括降压纹波模拟器电路和升压纹波模拟器电路，所述降压纹波模拟器电路被配置成模拟用于所述降压阶段的电感器电流纹波，所述升压纹波模拟器电路被配置成模拟用于所述升压阶段的电感器电流纹波。3.根据权利要求2所述的电源变换器，其中所述降压纹波模拟器电路和所述升压纹波模拟器电路被配置成：不管所述升降压变换器处于所述降压阶段还是所述升压阶段，能够同时运行，并且用于所述降压阶段的所述模拟电感器电流纹波与用于所述升压阶段的所述模拟电感器电流纹波相加以提供和，并且将所述和提供给所述基于纹波的控制器电路。4.根据权利要求2所述的电源变换器，其中所述降压纹波模拟器电路和所述升压纹波模拟器电路中的每个包括RC串联网络，所述RC串联网络由与所述电感器电流的导数同相...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·罗密欧，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国;US