四开关、单电感器、非反相的降压-升压转换器的控制制造技术

本发明专利技术公开了一种电源转换器，该电源转换器包括降压支路电路(206)，该降压支路电路连接在电源转换器的电压输入(VIN)与接地之间；升压支路电路(208)，该升压支路电路连接在电源转换器的电压输出(VOUT)与接地之间；电感器(LSMPS)，该电感器连接在降压支路电路和升压支路电路之间；误差放大器，该误差放大器被配置为将电源转换器的电压输出与参考电压进行比较以产生反馈信号；和控制电路。控制电路被配置为生成参考降压斜坡，该参考降压斜坡被配置为与反馈信号进行比较以确定是否以降压模式操作降压支路电路，以及通过将可变升压斜坡部分叠加到参考降压斜坡上来生成参考升压斜坡，该参考升压斜坡被配置为与反馈信号进行比较以确定是否以升压模式操作升压支路电路。较以确定是否以升压模式操作升压支路电路。较以确定是否以升压模式操作升压支路电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】四开关、单电感器、非反相的降压
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升压转换器的控制
[0001]相关专利申请
[0002]本申请要求2018年9月13日提交的美国临时专利申请62/730705号的优先权，该申请的内容全文并入本文中。


[0003]本公开涉及用于电源转换的方法和系统，并且更具体地，涉及四开关、单电感器、非反相的降压
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升压转换器的控制。

技术介绍

[0004]降压
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升压转换器可将输入直流(DC)电压转换为更高或更低的输出DC电压。降压
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升压转换器可与降压功能一起操作，其中降压支路或子电路在操作中。降压
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升压转换器可与升压功能一起操作，其中升压支路或子电路在操作中。此外，降压
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升压转换器可与降压
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升压功能一起操作，其中降压支路和升压支路同时在操作中，并且转换器可将DC电压转换为更高或更低的电压。降压
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升压转换器可被制成具有反相拓扑或非反相拓扑。在反相拓扑中，降压
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升压转换器可产生与降压
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升压转换器的输入电压具有相反极性的输出电压。在非反相拓扑中，降压
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升压转换器可产生与降压
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升压转换器的输入电压具有相同极性的输出电压。
[0005]为了实现可与降压、升压和降压
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升压功能一起操作的降压
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升压转换器，该降压
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升压转换器可以四开关拓扑来实现。四开关拓扑可交替地在降压、升压和降压
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升压模式中启用转换器的操作。
[0006]降压、升压和降压
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升压功能之间的转换可由强制模式转换方法触发或处理。该方法利用比较器来监测输入电压并且将输入电压范围划分成从最低输入电压到最高输入电压的区，每个区用于升压、降压
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升压和降压操作。当输入电压达到不同范围时，电路的不同部分可接通和断开。该方法在升压、降压
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升压和降压操作之间的转换期间可能具有不良的输出性能。当转换器从一个操作转换到另一个操作时，发生电压降和过冲。
[0007]降压、升压和降压
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升压功能之间的转换可通过使用电压模式控制的自动模式转换来触发或处理。该方法利用加到斜坡电压上的偏移电压生成两个单独的预定电压斜坡。继而将单独的斜坡电压与误差放大器的输出进行比较。误差放大器将转换器的输出与限定的目标值进行比较。误差放大器的输出可生成脉宽调制(PWM)信号。然而，该方法限于电压模式控制转换器。这导致诸如对负载变化响应缓慢之类的缺点。此外，对于在所有操作条件下对转换器的补偿，这种连续导通的转换器将难以构造，因为输出电容器和电感器已经形成二阶系统。
[0008]另一种方法可包括带有峰值电流模式控制的自动模式转换，该自动模式转换使用两个电流斜坡并将这些斜坡与电压回路补偿器的输出进行比较以生成PWM信号。电流斜坡中的一个电流斜坡是通过感测电感器电流生成的，另一个电流斜坡是通过向第一电流斜坡添加基座生成的。该方法具有缺点。限定适当的基座电压以实现两个电流斜坡之间的完美
匹配是非常困难的，这些斜坡之间的重叠最小，并且斜坡之间没有间隙。为了保持正确的调节，应当优选地在降压操作区域和升压操作区域之间不存在间隙。为了确保这一点，两个区域可一定程度地重叠以考虑可能的部件公差。然而，重叠导致效率损失，这是由于降压
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升压区域中的开关损耗增加，因为所有四个开关在一个周期内被开关。因此，重叠或降压
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升压区域应当优选地不大于所需要的。由于部件(诸如电容器和电感器)的非理想性，有时存在电流斜坡重叠，但有时也存在电流斜坡间距。重叠越大，转换器将更多在降压
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升压操作中工作，从而降低效率。间距越大，则转换器将更多在调节不正确工作的模式下操作，其中转换器的输出未被调节，而是由转换器的负载限定。
[0009]另一种方法可包括带有平均电流模式控制的自动模式转换。该方法使用两个人造电流斜坡，继而将这两个人造电流斜坡与平均电流回路补偿器的输出进行比较，以生成PWM信号。与在带有峰值电流模式控制的自动模式转换中一样，一个斜坡叠加在另一个斜坡上。然而，该方法可能需要复杂的补偿网络。当针对输入、输出和负载的大范围时，转换器在所有条件下的稳定操作是非常困难的。
[0010]本公开的实施方案的专利技术人已经认识到并识别了上述各种转换器的缺点。本公开的实施方案可提供带有自动模式转换的转换器，该转换器解决此类识别的问题中的至少一些，诸如升压、降压
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升压和降压操作之间的不良性能，对转换器的负载变化的缓慢响应，在各种操作条件下的补偿难以实现，电流斜坡错位，补偿网络复杂，并且在大范围的输入值、输出值和负载值上的操作稳定。
[0011]本公开的实施方案的专利技术人已经认识到，四开关、单电感器的降压
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升压转换器难以控制。本公开的实施方案包括用于控制具有自动模式转换、平滑模式转换和更好模式转换的四开关、单电感器的降压
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升压转换器而不牺牲关于效率、带宽、输入
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输出范围等的转换器性能的方法和电路。不良模式转换和不良控制方法降低了转换器性能并限制了拓扑的应用。本公开的实施方案可包括对现有控制技术的改进，诸如更好的模式转换性能、在各种操作模式下更好的调节回路、更高的抗扰度、平滑模式转换和自动模式转换两者，在轻负载下更高的效率，并且可适用于具有大的输入电压摆动和输出电压摆动并且需要降压和升压功能两者的功率转换应用。

技术实现思路

[0012]本公开的实施方案可以包括电源转换器。电源转换器可包括降压支路电路、升压支路电路和电感器，该电感器连接在降压支路电路和升压支路电路之间。降压支路电路和升压支路电路可各自包括两个开关或晶体管。晶体管可为任何合适的型号或类型，诸如NMOS晶体管。开关或晶体管可串联连接。降压支路电路和升压支路电路可各自包括驱动器、逻辑和电荷泵。降压支路电路可连接在电源转换器的电压输入和接地之间。升压支路电路可连接在电源转换器的电压输出和接地之间。升压支路电路和降压支路电路可通过电感器连接。升压支路电路和降压支路电路可在支路电路中的每个支路电路的中点处通过电感器连接。这些支路电路中的每个支路电路处的中点可位于这些支路电路的相应开关或晶体管之间的结合部。转换器可包括误差放大器，该误差放大器被配置为将电源转换器的电压输出与参考电压进行比较以产生反馈信号。转换器可包括控制电路。控制电路可包括误差放大器。误差放大器可位于控制电路外部。控制电路可被配置为生成参考降压斜坡。参考降压
斜坡可被配置为与反馈信号进行比较，以确定是否以降压模式操作降压支路电路。控制电路可被配置为通过将可变升压斜坡部分叠加到参考降压斜坡上来生成参考升压斜坡。参考升压斜坡可被配置为与反馈信号进行比较以确定是否以升压模式操作升压支路电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电源转换器，所述电源转换器包括：降压支路电路，所述降压支路电路连接在所述电源转换器的电压输入和接地之间；升压支路电路，所述升压支路电路连接在所述电源转换器的电压输出和接地之间；电感器，所述电感器连接在所述降压支路电路和所述升压支路电路之间；误差放大器，所述误差放大器被配置为将所述电源转换器的所述电压输出与参考电压进行比较以产生反馈信号；和控制电路，所述控制电路被配置为：生成参考降压斜坡，所述参考降压斜坡被配置为与所述反馈信号进行比较以确定是否以降压模式操作所述降压支路电路；以及通过将可变升压斜坡部分叠加到所述参考降压斜坡上来生成参考升压斜坡，所述参考升压斜坡被配置为与所述反馈信号进行比较以确定是否以升压模式操作所述升压支路电路。2.根据权利要求1所述的电源转换器，所述电源转换器还包括脉冲串模式电路，所述脉冲串模式电路被配置为基于确定连接到所述电源转换器的负载已低于阈值，向所述控制电路发送信号以在脉冲串模式下操作所述降压支路电路或所述升压支路电路。3.根据权利要求2所述的电源转换器，所述电源转换器还包括箝位电路，所述箝位电路被配置为基于是否要使用所述脉冲串模式来将所述反馈信号修改成至少最小值。4.根据权利要求3所述的电源转换器，其中所述箝位电路还被配置为基于所述电源转换器的电压输入和电压输出来修改所述反馈信号。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电源转换器，所述电源转换器还包括电流传感器，所述电流传感器被配置为感测在所述电源转换器中流动的电流，并且其中所述控制电路还被配置为基于由所述电流传感器感测到的所述电流来生成所述参考降压斜坡。6.根据权利要求5所述的电源转换器，其中所述电流传感器被配置为感测所述升压支路电路中的电流。7.一种系统，所述系统包括：电压源；和电源转换器，所述电源转换器被配置为在所述电源转换器的电压输入处从所述电压源接收输入，所述电源转换器包括：降压支路电路，所述降压支路电路连接在所述电源转换器的所述电压输入和接地之间；升压支路电路，所述升压支路电路连接在所述电源转换器的电压输出和接地之间；电感器，所述电感器连接在所述降压支路电路和所述升压支路电路之间；误差放大器，所述误差放大器被配置为将所述电源转换器的所述电压输出与参考电压进行比较以产生反馈信号；和控制电路，所述控制电路被配置为：生成参考降压斜坡，所述参考降压斜坡被配置为与所述反馈信号进行比较以确定是否以降压模式操作所述降压支路电路；以及通过将可变升压斜坡部分叠加到所述参考降压斜坡上来生成参考升压斜坡，所述参考升压斜坡被配置为与所述反馈信号进行比较以确定是否以升压模式操作所述升压支路电
路。8.根据权利要求7所述的系统，其中所述电源转换器还包括脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧炯，S，
申请(专利权)人：微芯片技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：