滞后控制DC/DC转换器设备和其操作方法技术

本申请涉及一种滞后控制DC/DC转换器设备和其操作方法。在一种具有将电压输入端(10)耦合到电压输出端(19)的耦合电路的滞后控制DC/DC转换器设备中，基于所述耦合电路中的节点处的节点电压(Vsw)产生控制信号(LDRV)。根据所述控制信号的频率交替地将所述节点连接到固定电势和与所述固定电势断开。

Hysteresis controlled DC/DC converter device and method of operating the same

The invention relates to a hysteresis controlled DC/DC converter device and a method for operating the same. In a voltage input (10) coupled to a voltage output (19) coupled circuit delay control DC/DC converter device, node voltage at a node of the coupling circuit based on the (Vsw) generates a control signal (LDRV). According to the frequency of the control signal, the node is connected to a fixed potential and disconnected from the fixed potential.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及滞后控制DC/DC转换器，且更特定来说，涉及控制此类转换器中的开关频率。
技术介绍
滞后控制DC/DC转换器的特征为快速瞬态响应。在常规滞后控制DC/DC转换器(例如升压转换器、单端初级电感转换器(SEPIC)和回扫转换器)中，开关频率随输入电压和输出电压而变化。开关频率还随在转换器以断续导通模式(DCM)操作时或在转换器处于逐循环电流极限时的负载电流而变化。常规上，控制开关的关断时间不自适应于转换器操作条件。此外，常规关断时间解决方案通常限于结合具体对应的个别拓扑使用。鉴于前述，可期望提供具有较少取决于转换器的电压和电流操作条件的开关频率的各种滞后控制转换器拓扑。
技术实现思路
根据一实施例，一种滞后控制DC/DC转换器设备包括：电压输入；电压输出；耦合电路，其将所述电压输入耦合到所述电压输出；开关，其耦合在固定电势与所述耦合电路中的节点之间，所述开关具有接收具有频率的控制信号的控制输入，其中所述开关响应于所述控制信号以根据所述频率交替地将所述节点连接到所述固定电势和将所述节点与所述固定电势断开；和另一电路，其耦合在所述节点与所述控制输入之间，所述另一电路经配置以基于所述节点处的节点电压产生所述控制信号。根据另一实施例，一种操作具有将电压输入耦合到电压输出的耦合电路的滞后控制DC/DC转换器的方法包括：基于所述耦合电路中的节点处的节点电压，产生控制信号；和根据所述控制信号的频率，交替地将所述节点连接到固定电势和将所述节点与所述固定电势断开。附图说明图1示意地说明根据本专利技术的示例性实施例的升压转换器设备。图2和3说明用于图1的设备的连续导通模式(CCM)操作的开关节点电压分布图和对应方程式。图4和5说明用于图1的设备的DCM操作的开关节点电压分布图和对应方程式。图6示意地说明根据本专利技术的示例性实施例的SEPIC设备。图7和8说明用于图6的设备的CCM操作的开关节点电压分布图和对应方程式。图9和10说明用于图6的设备的DCM操作的开关节点电压分布图和对应方程式。图11示意地说明根据本专利技术的示例性实施例的回扫转换器设备。图12和13说明用于图11的设备的CCM操作的开关节点电压分布图和对应方程式。图14和15说明用于图11的设备的DCM操作的开关节点电压分布图和对应方程式。具体实施方式本专利技术的示例性实施例使用自适应关断时间控制方案，其中控制开关在关断计时器期满时接通，且在反馈电压加经注入纹波超过参考电压时关断。通过利用输入电压和开关节点电压来产生关断时间。开关节点电压对串联RC电路中的电容器充电，且跨电容器的电压斜坡因而表示开关节点处的伏秒数的信息。比较电压斜坡与和输入电压成比例的阈值电压。在控制开关断开时，阈值电压远低于开关节点电压，且同样也远低于输入电压和输出电压(回扫转换器的初级侧反射输出电压)。关断时间自适应于输入电压和输出电压以及输出电流。因此，开关频率仅与RC成比例，且在输入电压和输出电压以及输出电流的范围内近似恒定。如上所述，关断时间基于输入电压和开关节点电压。因为开关节点电压不仅表示开关节点处的电压振幅而且表示对应时间间隔(即，伏秒数)，所以关断时间自适应于输入电压和输出电压以及输出电流。开关节点电压自适应于拓扑，因此同一关断计时器电路可用于升压拓扑、SEPIC拓扑和回扫拓扑中的任何一者，而不管是CCM还是DCM。图1示意地说明根据本专利技术的示例性实施例的升压转换器设备。电压输入10和电压输出19通过电路布置耦合，所述电路布置包含分别将电压输入10和电压输出19耦合到接地的电容器C1和C2以及一起串联连接在C1与C2之间的电感L1和二极管D1。电感L1在一端处连接到D1的阳极，且在另一端处连接到电压输入10处的C1。D1的阴极连接到电压输出19处的C2。N沟道MOSFET开关(SW)连接在接地与D1的阳极处的节点电压Vsw之间。开关SW具有控制输入LDRV。对应于Vsw(图1中D1的阳极)的节点(本文中也称为开关节点)在SW闭合(接通)时连接到固定接地电势，且在SW断开(关断)时与此电势断开。本文中，SW也称为控制开关，Vsw也称为开关节点电压，且Vsw可互换地用来指代开关节点电压和其对应开关节点两者。电阻分压器R2和R3在比较器11的负输入处产生参考电压kVIN，其中在控制开关断开时kVIN<<VIN、VOUT和Vsw。比较器11的正输入经由电阻器R1和电容器C7以RC方式耦合到Vsw。比较器11的输出经由电阻器R4耦合到RS触发器15的Set输入，RS触发器15的Q输出经由驱动器14驱动LDRV。LDRV还控制在控制开关的接通时间期间选择性地使电容器C7短接到接地以便在每隔一个开关循环复位跨C7的电压的开关SW2。如在滞后控制转换器中常见的是，电阻分压器R5和R6产生图1中指定为FB的与输出电压VOUT成比例的反馈电压。纹波在17和18处添加到FB，且结果施加于比较器13的正输入，通过(由合适参考电源提供的)反馈参考电压21设置比较器13的负输入。如在滞后控制转换器中还常见的是，电流感测电压CS施加于比较器12的正输入，通过(由合适参考电源提供的)电流极限参考电压22设置比较器12的负输入。比较器12和13的输出驱动OR门16，OR门16的输出驱动触发器15的Reset输入且控制选择性地使触发器15的Set输入短接到接地的开关SW1。如所属
中已知，比较器12的输出仅响应于过电流事件而呈高，且比较器13的输出很少呈高，当在17和18处注入的纹波(电压斜坡信号)接近其斜坡峰值时周期性地短暂地脉动。电压FB为如所属
中已知的DC电压。在通过比较器11经由R4设置触发器15时(其中SW关断(断开))，LDRV接通(闭合)开关SW和SW2。在通过比较器12或比较器13经由OR门16复位触发器15时，通过LDRV关断(断开)开关SW和SW2，且通过OR门16接通(闭合)开关SW1。在SW和SW2关断且SW1接通的情况下，Vsw在比较器11的正输入处经由由R1和C7形成的RC电路产生电压斜坡。因此，开关SW的关断时间为跨C7的电压斜升到kVIN所要的时间。因此，此关断时间与由R1和C7界定的RC时间常数成比例。因此，可认为组件R1、R2、R3、C7和比较器11可操作为确定SW的关断时间的计时器。因为比较器13仅短暂地使触发器15的Reset输入脉动，所以OR门16将及时对于比较器11的输出断开SW1以设置触发器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滞后控制DC/DC转换器设备，其包括：电压输入；电压输出；耦合电路，其将所述电压输入耦合到所述电压输出；开关，其耦合在固定电势与所述耦合电路中的节点之间，所述开关具有接收具有频率的控制信号的控制输入，其中所述开关响应于所述控制信号以根据所述频率交替地将所述节点连接到所述固定电势和将所述节点与所述固定电势断开；和另一电路，其耦合在所述节点与所述控制输入之间，所述另一电路经配置以基于所述节点处的节点电压产生所述控制信号。

【技术特征摘要】
2014.09.04 US 14/476,7451.一种滞后控制DC/DC转换器设备，其包括：
电压输入；
电压输出；
耦合电路，其将所述电压输入耦合到所述电压输出；
开关，其耦合在固定电势与所述耦合电路中的节点之间，所述开关具有接收具有
频率的控制信号的控制输入，其中所述开关响应于所述控制信号以根据所述频率交
替地将所述节点连接到所述固定电势和将所述节点与所述固定电势断开；和
另一电路，其耦合在所述节点与所述控制输入之间，所述另一电路经配置以基于
所述节点处的节点电压产生所述控制信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其中通过所述控制信号操控所述开关以交替地进入分
别实现所述连接和断开的接通状态和关断状态，且其中所述另一电路包含经配置以
确定所述关断状态的持续时间的计时器。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述计时器包含电阻性耦合到所述节点以响应于
所述节点电压而充电的电容器。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述计时器经配置以比较所述电容器上的电压与
和所述电压输入处的输入电压成比例且实质上小于所述输入电压的参考电压。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述另一电路耦合到所述电压输出且经配置以通
过将纹波信号添加到与所述电压输出处的输出电压成比例的电压来产生电压信号，
且致使所述控制信号在所述电压信号超过另一参考电压时操控所述关断状态。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述另一电路包含电流感测节点，且经配置以致
使所述控制信号在所述设备的输出电流超过电流极限时操控所述关断状态。
7.根据权利要求6所述的设备，其中在所述输入电压、所述输出电压和所述输出电流
变动时，所述频率保持近似恒定。
8.根据权利要求3所述的设备，其中所述关断状态的所述持续时间与由所述电阻性耦
合的电容器界定的时间常数成比例。
9.根据权利要求1所述的设备，其提供为升压转换器设备、单端初级电感转换器S...

【专利技术属性】
技术研发人员：范海峰，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US