脉冲调制的DC‑DC转换器控制器和DC‑DC转换器控制器的脉冲发生器制造技术

本实用新型专利技术涉及脉冲调制的DC‑DC转换器控制器和DC‑DC转换器控制器的脉冲发生器。一种适合用于DC‑DC转换器控制器的说明性的脉冲发生器实施例包含：可产生用于LC滤波器的驱动器的控制信号的SR触发器；用于从目标电流中减去测得的电感器电流，从而在目标电流超出电感器电流达到超过阈值量时产生用于置位SR触发器的触发信号的差分节点；以及用于从测得的电感器电流中减去目标电流，从而在电感器电流超过目标电流时产生用于复位SR触发器的复位信号的第二差分节点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及脉冲调制的DC-DC转换器控制器和用于DC-DC转换器控制器的脉冲发生器。
技术介绍
开关模式电源已经被广泛使用了数十年。此类电源的重要构件是DC-DC转换器。这些转换器接受作为第一直流(DC)电压(典型为未调节的)的功率，并且提供处于已调节的第二直流电压的功率以由一个或多个电子器件使用。输入直流电源被转换成工作频率为数十或数百千赫的一系列脉冲。调节典型地通过改变个体脉冲的宽度和/或占空比来实现。开关器件放大脉冲序列并在转换器的输出处将其馈入低通滤波器内，从而在滤波器的输出处提供经调节的DC电压。用来改变脉冲宽度的控制信号一般为来源于输出直流电压与精密参考电压之差的误差信号。识别出如何以补偿电路来生成此类控制信号涉及众多困难的设计问题。出现于转换器输出处的滤波器以及出现于滤波器输出处的负载两者都一般都是行为为非线性的复杂负载。试图以简单的差分信号来线性地调节转换器输出的电压可能导致超过和/或未达到目标调节点的滤波器输出电压，并且还可能具有不可接受的脉动分量。II型补偿器能够提供稳定的、非线性的控制信号，但是在这样的设计中重要的是使补偿器的行为与存在于转换器的输出处的滤波器相匹配，以获得精确的直流电压调节。这可能并非总是可行的，尤其是在DC-DC转换器被实现为具有未知的外部滤波器构件的单个通用集成电路的情况下。此外，负载电流感测而不是电压感测可能为这样的补偿器所需要，并且这样的电流感测可能并非总是可用的或可实施的。
技术实现思路
本技术的第一方面提供一种脉冲调制的DC-DC转换器控制器，其将控制信号施加于LC滤波器的驱动器，其特征在于所述控制器包括：用于测量电感器电流的传感器；以及脉冲发生器，其在所述电感器电流下降到目标电流以下超过阈值量时断言所述控制信号，并且在所述电感器电流达到所述目标电流时取消断言所述控制信号，其中所述脉冲发生器至少部分地基于由所述LC滤波器内的电感器将所述LC滤波器内的电容器充电至参考电压所需的能量来确定所述目标电流。根据上面描述的控制器的一个单独实施例，其特征在于还包括：负载电流估计器，其将所述电容器上的输出电压与参考电容上的电压进行比较，并且调适负载电流估计而将所述输出电压与参考电容器电压之间的误差最小化，其中所述目标电流还包括所述负载电流估计。根据上面描述的控制器的一个单独实施例，其特征在于还包括：增益估计器，其将所述电容器上的峰值电压与所述参考电压进行比较，并且调适增益而将所述峰值电压和参考电压之间的误差最小化。根据上面描述的控制器的一个单独实施例，其特征在于所述负载电流估计是供给所述参考电容的跟随电流的缩放版本，并且其中所述控制器至少部分地基于由所述增益估计器确定的所述增益来确定比例因子。根据上面描述的控制器的一个单独实施例，其特征在于所述比例因子还基于所述LC滤波器内的所述电感器的估计电感。根据上面描述的控制器的一个单独实施例，其特征在于还包括：增益估计器，其将所述电容器上的峰值电压与所述参考电压进行比较，并且调适增益而将所述峰值电压和参考电压之间的误差最小化。根据上面描述的控制器的一个单独实施例，其特征在于所述目标电流包括增益与参考电压平方和输出电压平方之差的平方根的乘积。根据上面描述的控制器的一个单独实施例，其特征在于还包括：频率控制器，其监测所述控制信号的脉冲频率并且调整所述阈值量以使所述脉冲频率保持于预定值。本技术的另一方面提供一种用于DC-DC转换器控制器的脉冲发生器，其特征在于所述脉冲发生器包括：SR触发器，其产生用于LC滤波器的驱动器的控制信号；差分节点，其从目标电流中减去测得的电感器电流，在所述目标电流超出所述电感器电流超过阈值量时产生用于置位所述SR触发器的触发信号；以及第二差分节点，其从所述测得的电感器电流中减去所述目标电流，在所述电感器电流超过所述目标电流时产生用于复位所述SR触发器的复位信号。根据上面描述的脉冲发生器的一个单独实施例，其特征在于所述目标电流包括充电电流，并且其中所述脉冲发生器还包括：功能模块，其根据测得的输出电压以及参考电压来计算充电电流。根据上面描述的脉冲发生器的一个单独实施例，其特征在于其中所述充电电流是估计增益与所述测得的输出电压的平方和所述参考电压的平方之差的平方根的乘积；其中所述脉冲发生器根据所述测得的输出电压是否大于所述参考电压来反转所述充电电流的符号；并且其中所述脉冲发生器还包括用于将估计的负载电流与所述充电电流相加以产生所述目标电流的求和节点。附图说明在结合附图来考虑下面的详细描述时，能够获得关于各种所公开的实施例的更好理解，在附图中：图1是说明性的开关模式电源的示意图。图2是说明性的外部LC滤波器的示意图。图3A是说明性的负载电流估计器的示意图。图3B是说明性的增益估计器的示意图。图3C是基于电感能量的控制器的示意图。图4A是估计的增益信号对时间的曲线图。图4B示出了实际的、估计的及目标电流信号对时间的曲线图。图4C是在阶跃电流状态下的经调节的输出电压的曲线图。图5是说明性的基于电感能量的控制方法的流程图。应当理解，附图及其相应的详细描述并不是对本公开内容的限定，相反，它们提供了理解属于所附权利要求书的范围之内的所有修改、等效形式及替代方案的基础。具体实施方式所公开的技术在上下文中可获得了最佳的理解。因此，图1示出了说明性的DC-DC转换器，该DC-DC转换器给驱动器102供应控制信号(VGATE)。当被断言(assert)时，控制信号促使驱动器102将未调节的直流输入功率耦合至滤波器104的输入。控制信号的取消断言(de-assert)会促使驱动器将驱动端子耦接至地线，由此使输入功率与滤波器输入解耦。控制信号是用于将足够的功率耦合至滤波器以在滤波器104的输出处提供经调节的电压信号(VOUT)的调频的(FM)或脉宽调制的(PWM)脉冲序列。典型的脉冲频率为数十或数百千赫，以提供严格的电压调节。滤波器104的输出与负载106耦接，该负载106被假定为按照不可预测的方式来操作(在既定的负载规范内)。因而，例如，负载106可以在没有警告的情况下对负载电流施加阶跃变化。要保持对输出电压的调节，转换器包含用于感测输出电压信号VOUT以及代表驱动器电流(IDRIVE)的信号并在生成控制信号VGATE时使用它们进行自适应反馈的控制器108。某些类型的输出滤波器104会产生非线性，这些非线性使得难以在未知值的情况下为滤波器构件提供最佳的性能。例如，图2示出了LC低通滤波器104。该系列电感器(L)由于其滞后性会在调节输出电压方面造成困难，这会导致电流即使在驱动器102已经将输入端子耦接至地线滞后仍会继续流动。本文所公开的至少一些控制器实施例结合了自动调谐(auto-tuning)，以在调节VOUT时考虑电感器的存储能量，从而按照预测的方式来进行。图3A-3C所示的是提供预测的、自调谐(selftuning)的、连续的或间断的、经调节的DC-DC降压转换器，使用基于非线性增益能量的传递函数来控制在每个开关循环内存储于电感器内的峰值能量使得电容器电压在每次循环时完全恢复的说明性的控制器电路。适当的反馈环路增益从在每个循环内获得的峰值输出电压得出。而且，说明性的电路基于存储于输出电容器内的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲调制的DC‑DC转换器控制器，其将控制信号施加于LC滤波器的驱动器，其特征在于所述控制器包括：用于测量电感器电流的传感器；以及脉冲发生器，其在所述电感器电流下降到目标电流以下超过阈值量时断言所述控制信号，并且在所述电感器电流达到所述目标电流时取消断言所述控制信号，其中所述脉冲发生器至少部分地基于由所述LC滤波器内的电感器将所述LC滤波器内的电容器充电至参考电压所需的能量来确定所述目标电流。

【技术特征摘要】
2015.07.24 US 14/808,7081.一种脉冲调制的DC-DC转换器控制器，其将控制信号施加于LC滤波器的驱动器，其特征在于所述控制器包括：用于测量电感器电流的传感器；以及脉冲发生器，其在所述电感器电流下降到目标电流以下超过阈值量时断言所述控制信号，并且在所述电感器电流达到所述目标电流时取消断言所述控制信号，其中所述脉冲发生器至少部分地基于由所述LC滤波器内的电感器将所述LC滤波器内的电容器充电至参考电压所需的能量来确定所述目标电流。2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于还包括：负载电流估计器，其将所述电容器上的输出电压与参考电容上的电压进行比较，并且调适负载电流估计而将所述输出电压与参考电容器电压之间的误差最小化，其中所述目标电流还包括所述负载电流估计。3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于还包括：增益估计器，其将所述电容器上的峰值电压与所述参考电压进行比较，并且调适增益而将所述峰值电压和参考电压之间的误差最小化。4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于所述负载电流估计是供给所述参考电容的跟随电流的缩放版本，并且其中所述控制器至少部分地基于由所述增益估计器确定的所述增益来确定比例因子。5.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于所述比例因子还基于所述LC滤波器内的所述电感器的估计电感。6.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于还包括：增益估计器...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·J·哈里曼，
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