具有功率转换器电路的电源和功率转换器电路的控制方法技术

本发明专利技术公开了具有功率转换器电路的电源和功率转换器电路的控制方法。电源包括参考电压发生器电路、斜坡发生器电路和控制电路系统。在操作期间，参考电压发生器电路将所接收到的输出电压反馈信号的幅度与所接收到的参考电压进行比较。基于该比较，参考电压发生器电路产生变化的参考电压并将其输出至斜坡发生器电路。顾名思义，变化的参考电压的幅度随时间而变化。斜坡发生器电路产生斜坡电压信号，斜坡电压信号的幅度被偏移变化的参考电压。为了将电源的输出电压维持在调节范围内，控制电路系统接收变化的参考电压并且基于斜坡电压信号和电源的输出电压反馈信号的比较来控制功率转换器电路的激活以向负载供电。

【技术实现步骤摘要】
具有功率转换器电路的电源和功率转换器电路的控制方法
本公开涉及一种具有功率转换器电路的电源和功率转换器电路的控制方法。
技术介绍
传统的多相电源可以包括一个或更多个DC至DC转换器以产生相应输出电压来向负载供电。多相电源中的任意数量的相可以并行操作以产生向负载供电的输出电压。一种类型的DC-DC转换器是单级功率转换器系统。顾名思义，在单级功率转换器系统中，每个相包括用于将输入电压例如12VDC(伏特直流)转换成相应目标输出电压例如1伏特DC来向负载供电的单个功率转换器。所谓的恒定接通时间(COT)降压开关稳压器具有固定的脉宽调制器接通时间，并且使用关断时间脉宽调制(PWM)来调整输出电压。众所周知，由于各个输出电容器中的等效串联电阻(ESR)，开关电源中的开关机构在输出电压反馈感测点中引入纹波电压。降压稳压器的输出电压基于输出反馈电压中的纹波而被调整。在很多应用中，希望将输出电压中的纹波最小化。然而，这会导致纹波幅度太小而不能实现无抖动PWM。抖动会降低效率并会导致系统不稳定。在某些传统的电源系统中，人造斜坡用于补偿低纹波解决方案。
技术实现思路
上述技术问题的一个解决方案是测量电感器纹波电流并将其与反馈电压相加以模拟输出电压纹波。为了实现这，可以在电感器两端连接RC(电阻器-电容器)滤波器。这种方法的缺点是：1)电感器串联电阻必须相对恒定；2)需要额外的部件，这增加了相应稳压器的复杂度和成本。与传统方法相比，本文的实施方式包括提供更精确的电压调整、更高的转换效率、减小的抖动等的新颖方式。更具体地，本文的实施方式包括参考电压发生器电路、斜坡发生器电路和电源控制电路系统。在操作期间，参考电压发生器电路接收输出电压反馈信号和参考电压。参考电压发生器电路将输出电压反馈信号的幅度与所接收到的参考电压进行比较。基于该比较，参考电压发生器电路产生变化的参考电压(可变的偏移电压)并将其输出至斜坡发生器电路。顾名思义，变化的参考电压的幅度随时间而变化。斜坡发生器电路产生斜坡电压信号，斜坡电压信号的幅度被偏移变化的参考电压的幅度。在一个实施方式中，变化的参考电压是与斜坡电压信号相加的地面电压。因此斜坡电压信号相对于地面电压而偏移。为了将输出电压维持在调节范围内，控制电路系统接收变化的参考电压并基于斜坡电压信号(被偏移变化的参考电压)与电源的输出电压反馈信号的比较来控制功率转换器电路的激活以向负载供电。根据另外的实施方式，输出电压反馈信号表示由功率转换器电路产生以向负载供电的输出电压(或输出电压的派生特征)。例如，与电源相关联的参考电压发生器电路(或其他适当的电路)可以被配置成从由功率转换器电路生成的相应输出电压导出输出电压反馈信号。输出电压反馈信号可以是诸如由分压器或其他适当电路产生的实际输出电压的任何期望的比率。在一个实施方式中，斜坡电压信号模拟在由功率转换器电路生成以向负载供电的输出电压上出现的纹波电压。控制电路系统将斜坡电压信号与输出电压反馈信号进行比较以确定将功率转换器电路中的高侧开关激活成接通状态的时序。借助于非限制性示例实施方式，功率转换器电路可以以恒定接通时间控制模式操作，在恒定接通时间控制模式下，接通时间的PWM设置是恒定的，并且关断时间根据将斜坡电压信号与输出电压反馈信号进行比较的结果而变化。根据又一些实施方式，响应于检测到斜坡电压信号相交于(近似大于或等于)输出电压反馈信号的情况，控制电路系统可以被配置成进一步执行包括以下的一个或更多个操作中的任一操作：i)根据恒定接通时间，将功率转换器电路中的高侧开关电路系统激活预定时间量以增加输出电压的幅度，ii)重置斜坡电压的幅度等。在一个实施方式中，斜坡电压信号的重置将斜坡电压信号的幅度重置为基本上等于重置时变化的参考电压的当前幅度。在重置之后，斜坡发生器电路再次倾斜斜坡电压信号。因此，斜坡发生器电路随着时间的流逝重复地倾斜斜坡电压信号。如前所述，变化的参考电压的幅度随时间而变化。在一个实施方式中，参考电压发生器电路响应于负载增加电流消耗的速率的瞬变工况而增加变化的参考电压的幅度。相反，参考电压发生器电路响应于负载减小电流消耗的速率的瞬变工况而减小变化的参考电压的幅度。在又一些实施方式中，参考电压发生器电路包括偏置电路。顾名思义，偏置电路随着时间的流逝将变化的参考电压向偏置电压值偏置。参考电压发生器电路根据输出电压反馈信号与参考电压设定点之间的差异相对于偏置电压值来改变变化的参考电压(偏移电压)的幅度。根据另外的实施方式，参考电压发生器电路包括跨导放大器。跨导放大器将输出电压反馈信号的幅度与所接收到的参考电压进行比较。基于该比较，跨导放大器生成输出电流，该输出电流的幅度取决于输出电压反馈信号的幅度与所接收到的参考电压之间的差异。在一个实施方式中，参考电压发生器电路还包括接收由跨导放大器生成的输出电流的电容器。参考电压发生器电路还包括产生偏置电流的偏置电路。偏置电路将偏置电流施加至电容器以将变化的偏移电压向预定的偏置电压值偏置。由电容器输出的变化的参考电压根据偏置电流和跨导放大器的输出电流的组合而变化。下面将更详细地公开这些及其他更具体的实施方式。注意，本文所论述的技术可以在任何适当的环境例如多相电源应用、单相负载点(也称为POL)电源应用等中实现。此外，注意，本文的实施方式可以用于改进多相系统中的相电流平衡，产生更高的转换效率和减小的抖动。对于很多相使用单个人造斜坡发生器会减少相间的失配。本文的实施方式简化了IC(集成电路)的复杂度，同时实现了最佳设定点电压调整精度。减少的对热/电压/工艺变化的调整要求和设计可以被简化，引起整个IC芯片面积节省和测试复杂度降低。由于不需要额外的外部部件或特定的PCB(穿孔电路板)布局要求，本文中的其他实施方式简化了相应的降压调节器解决方案。在本专利技术中引入误差减小回路可以实现非常好的DC(直流)准确度，同时保持非常快速的负载瞬时响应。此外，对于多相控制IC，利用单个人造斜坡PWM生成控制算法，可消除相间的失配误差以改进自然电流共享。还要注意，尽管本文所论述的实施方式可应用于多相电源电路(例如实现降压转换器、DC-DC转换器相的那些多相电源电路)，但是本文所公开的构思可以有利地应用于任何其他适当的拓扑以及通用电源控制应用。还要注意，本文的实施方式可以包括计算机处理器硬件(其执行相应的开关指令)以执行和/或支持本文所公开的任何方法操作或全部方法操作。换言之，可以将一个或多个计算机化设备或处理器(计算机处理器硬件)编程和/或配置成如本文所说明那样进行操作以执行本专利技术的不同实施方式。本文的其他实施方式包括用于执行上面概述以及下面详细公开的步骤和操作的软件程序。一个这样的实施方式包括具有非暂态计算机存储介质(例如，存储器、磁盘、闪存，...)的计算机程序产品，包括在非暂态计算机存储介质上编码的计算机程序逻辑，当该计算机程序逻辑在具有处理器和相应存储器的计算机化设备中被执行时，指示处理器执行本文所公开的操作中的任一操作。这样的布置通常被提供为在计算机可读存储介质或诸如光介质(例如，CD-ROM)等非暂态计算机可读介质，软盘或硬盘或其他介质上配置或编码的软件指令、代码和/或其他数据(例如，数据结构)，例如一个或更多个ROM或RAM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包括以恒定接通时间控制模式操作的功率转换器电路的电源，所述电源包括：参考电压发生器电路，用于生成变化的参考电压；斜坡发生器电路，用于产生斜坡电压信号，所述斜坡电压信号的幅度被偏移所述变化的参考电压；以及控制电路，用于基于所述斜坡电压信号的幅度相对于所述电源的输出电压反馈信号来控制所述功率转换器电路的激活，以生成输出电压来向负载供电。

【技术特征摘要】
2017.06.06 US 15/614,7991.一种包括以恒定接通时间控制模式操作的功率转换器电路的电源，所述电源包括：参考电压发生器电路，用于生成变化的参考电压；斜坡发生器电路，用于产生斜坡电压信号，所述斜坡电压信号的幅度被偏移所述变化的参考电压；以及控制电路，用于基于所述斜坡电压信号的幅度相对于所述电源的输出电压反馈信号来控制所述功率转换器电路的激活，以生成输出电压来向负载供电。2.根据权利要求1所述的电源，其中，所述变化的参考电压为与所述斜坡电压信号相加的地面电压。3.根据权利要求1所述的电源，其中，所述控制电路包括比较器电路，所述比较器电路能够操作为响应于检测到所述斜坡电压信号与所述输出电压反馈信号相交的情况而重置所述斜坡电压信号的幅度。4.根据权利要求3所述的电源，其中，所述斜坡电压信号的重置将所述斜坡电压信号的幅度重置为等于所述变化的参考电压的当前幅度；以及其中，在所述重置之后，所述斜坡发生器电路相对于所述变化的参考电压再次倾斜所述斜坡电压信号。5.根据权利要求1所述的电源，其中，所述输出电压反馈信号从由所述功率转换器电路生成的输出电压来导出。6.根据权利要求5所述的电源，其中，所述参考电压发生器电路接收参考电压作为输入；以及其中，所述输出电压反馈信号的幅度相对于输入至所述参考电压发生器电路的参考电压的差异指示所述功率转换器电路的相应输出电压处于调节范围内的程度。7.根据权利要求1所述的电源，其中，所述参考电压发生器电路能够操作为在由所述功率转换器电路供电的负载增加消耗电流的速率的瞬变工况期间，增加由所述参考电压发生器电路产生的变化的参考电压的幅度，其中所述电流由所述功率转换器电路提供。8.根据权利要求1所述的电源，其中，所述参考电压发生器电路能够操作为在由所述功率转换器电路供电的负载减小消耗电流的速率的瞬变工况期间，减小由所述参考电压发生器电路产生的变化的参考电压的幅度，其中所述电流由所述功率转换器电路提供。9.根据权利要求1所述的电源，其中，所述参考电压发生器电路还包括随着时间的流逝将所述变化的参考电压向偏置电压值偏置的偏置电路。10.根据权利要求9所述的电源，其中，所述参考电压发生器电路根据所述输出电压反馈信号与输入至所述参考电压发生器电路的参考电压设定点之间的差异相对于所述偏置电压值来改变所述变化的参考电压的幅度。11.根据权利要求1所述的电源，其中，所述参考电压发生器电路包括将所述输出电压反馈信号的幅度与所接收到的参考电压进行比较的跨导放大器，所述跨导放大器能够操作为生成输出电流，所述输出电流的幅度取决于所述输出电压反馈信号的幅度与所接收到的参考电压之间的差异。12.根据权利要求11所述的电源，其中，所述参考电压发生器电路还包括电容器，所述电容器能够操作为接收由所述跨导放大器生成的输出电流以产生所述变化的参考电压。13.根据权利要求12所述的电源，其中，所述参考电压发生器电路还包括将所述变化的参考电压向偏置电压值偏置的偏置电路。14.根据权利要求1所述的电源，其中，所述斜坡电压信号模拟在由所述功率转换器电路生成以向所述负载供电的输出电压上出现的纹波电压。15.根据权利要求1所述的电源，其中，所述控制电路能够操作为响应于检测到所述斜坡电压信号与所述输出电压反馈信号相交的情况而激活所述功...

【专利技术属性】
技术研发人员：达尼·克拉夫特，陈铿，马克·A·克劳瑟，彭康，
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