电力转换器控制制造技术

本发明专利技术涉及电力转换器控制。用于减少电力转换器对电路电压或电流变化的滞后响应、当目标输出电压的变化比电力转换器的响应快时的过冲/下冲、以及开环状况的电路和方法。实施方式包括：扫描来自由通过PWM控制信号控制的电力转换器输出的电压供电的负载的反馈电压；检测欠调节状况；并且当检测到欠调节状况时，增加到计数器的时钟信号速率，该计数器输出可用于生成PWM控制信号的计数值。实施方式包括：将目标输出电压与表示电力转换器的输出电压的信号进行比较；如果电压差超过对应的偏移值，则指示下冲状况或过冲状况；以及限制用于生成PWM控制信号的M位计数值的值范围，以减轻下冲状况或过冲状况。状况或过冲状况。状况或过冲状况。

【技术实现步骤摘要】
电力转换器控制
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年12月14日提交的美国专利申请第17/121,426号的优先权，并通过引用整体并入本文中。本专利技术可能涉及以下转让给本专利技术受让人的专利申请，该专利申请的内容通过引用并入：于2020年11月12日提交的题为“Mixed
‑
Mode Power Converter Control”的美国专利申请序列号17/096,820。


[0003]本专利技术涉及电子电路，并且更具体地涉及用于电力转换器电路的控制系统。

技术介绍

[0004]许多电子产品，特别是移动计算和/或通信产品和部件(例如，笔记本电脑、超级本电脑、平板装置、LCD和LED显示器)需要多个电压水平。例如，蜂窝电话可以利用由LED背光照明的LCD显示器，LED和LCD显示器两者可能需要与蜂窝电话中的射频收发器不同的电压水平，并且所有这些电压水平可能与由蜂窝电话的电池直接供应的电压不同。
[0005]在需要独特电压轨的现代电子系统中，已经存在着向使用单电压、中间总线架构而不是集中式、多电压源的趋势。然后可以针对特定负载优化局部“负载点”DC至DC电力转换器。DC至DC电力转换器从公共电源例如电池生成较低或较高的电压。从较高的输入电压(例如，V
IN
)电源生成较低的输出电压(例如，V
OUT
)水平的电力转换器通常被称为降压转换器或减压转换器，之所以这样称呼是因为V
OUT
<V
IN
，并且因此转换器是使输入电压“减压”。从较低的输入电压电源生成较高的输出电压水平的电力转换器通常被称为升压转换器或增压转换器，因为V
OUT
>V
IN
。可以通过例如如下根据DC
‑
DC电力转换器来构建AC
‑
DC电力转换器：首先将AC输入整流为DC电压，并且然后将DC电压施加至DC
‑
DC电力转换器。
[0006]图1是示出现有技术的DC至DC电力转换器100的框图。在所示示例中，电力转换器100包括DC至DC转换器电路102和控制器104。DC至DC转换器电路102被配置成从跨端子V1+、V1
‑
的电压源106(例如，电池)接收DC输入电压V
IN
，并且将输入电压V
IN
转换为跨端子V2+、V2
‑
的DC输出电压V
OUT
。输出电压V
OUT
被示出为耦合在负载R
LOAD
两端。
[0007]控制器104接收一组输入信号并且产生一组输出信号。这些输入信号中的一些沿连接至DC至DC转换器电路102的信号路径110到达。这些输入信号携带指示转换器电路102的操作状态的信息。控制器104通常还接收至少时钟信号CLK以及一个或更多个外部输入/输出(I/O)信号，外部输入/输出(I/O)信号可以是模拟、数字或者模拟数字两者的组合。基于接收到的输入信号，控制器104在信号路径110上产生返回至转换器电路102的一组控制信号，该组控制信号控制DC至DC转换器电路102的内部部件(例如，内部开关，诸如低压FET，尤其是MOSFET)以使转换器电路102将V
IN
增压或减压至V
OUT
。在一些实施方式中，辅助电路(未示出)可以向控制器104(并且可选地直接向DC至DC转换器电路102)提供各种信号，例如时钟信号CLK、I/O信号，以及各种电压，例如一个或更多个参考电压V
REF
和/或偏置电压V
BIAS
。
[0008]尽管被示为单独的块，但是DC至DC转换器电路102和控制器104可以整体或部分地一起集成在一个集成电路(IC)上。此外，DC至DC转换器电路102和/或控制器104可以根据特定应用的需要包括一个或更多个外部部件，例如电感器或电容器。
[0009]一种类型的DC至DC电力转换器是基于由脉宽调制(PWM)闭环控制器控制的固定频率开关电感器
‑
电容器电路的。例如，图2是一个现有技术开关电感器
‑
电容器DC至DC电力转换器电路200的示意图。在所示示例中，两个开关M1、M2串联耦合在输入电压V
IN
与电路接地之间。储能电感器L耦合至开关M1、M2之间的节点N1以及呈现输出电压V
OUT
的节点N2。滤波电容器C耦合在节点N2与电路接地之间。电阻器R
LOAD
表示节点N2与电路接地之间的DC负载。L
‑
C
‑
R
LOAD
子电路的功能类似于二阶低通滤波器，以使节点N1处呈现的电压变化平滑化。
[0010]在图2中描绘了作为场效应晶体管例如MOSFET的开关Ml、M2。然而，也可以使用其他电力开关，例如双极结型晶体管(BJT)、隔离栅双极晶体管(IGBT)或MOS控制的晶闸管(MCT)。在一些实施方式中，开关M2可以实现为一个或更多个串联耦合二极管。
[0011]电感器L和滤波电容器C的作用是能量的传递和存储。PWM占空比控制器202耦合至开关M1、M2的控制输入(例如，MOSFET的栅极)，借助于PWM
‑
CTRL信号和/PWM_CTRL信号使开关M1、M2选择性地启用(“导通”)或禁用(“关断”)(/PWM_CTRL通常是PWM
‑
CTRL的反相，但在某些模式下，例如不连续导通模式或关断模式下，开关M1、M2两者都关断)。因此，开关M1和M2形成控制从源到负载的能量流的多态开关。PWM占空比控制器202接收V
OUT
作为反馈电压(例如，来自节点N2)并且通常接收固定频率的时钟信号CLK或在内部生成这样的时钟信号。反馈电压使PWM占空比控制器202能够改变PWM
‑
CTRL信号的占空比以抵消负载电阻R
LOAD
和/或输入电压V
IN
的变化，或者负载电流I
OUT
的变化，从而调节V
OUT
。PWM占空比控制器202可以是图1的控制器104的一部分或者可以是独立的电路。注意，在一些实施方式中，在PWM占空比控制器202与开关M1、M2的控制输入之间可能需要附加部件，例如电平移位器和/或驱动器电路。
[0012]图3是可以在图2的电路中使用的一个现有技术PWM占空比控制器300的示意图。将输出电压V
OUT
直接施加至误差放大器304的第一输入或者在通过缩放电路302转换至较低参考点时作为反馈电压V
OUT_FB
施加至误差放大器304的第一输入。在所示示例中，缩放电路302是包括串联耦合在V
OUT
与电路接地之间的两个电阻器Ra、Rb的电阻分压器，并且向误差放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电力转换器的控制器，所述电力转换器由脉宽调制PWM控制信号控制，所述控制器包括：(a)计数器，所述计数器具有时钟信号输入、用于接收与至少一个反馈电压对应的信号和指示计数方向的信号的输入、以及用于响应于所接收到的信号提供M位计数值的输出；(b)数模转换器，所述数模转换器耦合至所述计数器的输出，并输出与所提供的M位计数值对应的信号以生成所述脉宽调制控制信号；(c)时钟信号选择器，所述时钟信号选择器耦合至所述计数器的时钟信号输入并被配置成耦合至第一时钟信号和第二时钟信号，所述第二时钟信号与所述第一时钟信号相比具有较高频率；以及(d)欠调节检测器电路，所述欠调节检测器电路被配置成耦合至所述至少一个反馈电压，如果所述至少一个反馈电压小于欠调节参考电压，则所述欠调节检测器电路向所述时钟信号选择器输出欠调节信号；其中，当所述欠调节检测器电路输出所述欠调节信号时，所述时钟信号选择器将所述第二时钟信号耦合至所述计数器的时钟信号输入，否则将所述第一时钟信号耦合至所述计数器的时钟信号输入。2.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述欠调节检测器电路包括：(a)比较器，所述比较器耦合至所述欠调节参考电压并被配置成耦合至所述至少一个反馈电压；以及(b)可复位锁存电路，所述可复位锁存电路耦合在所述比较器的输出与所述时钟信号选择器之间。3.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述时钟信号选择器集成在所述计数器内。4.根据权利要求1所述的控制器，还包括：(a)第一检测器电路，所述第一检测器电路被配置成耦合至所述至少一个反馈电压，如果所述至少一个反馈电压大于第一参考电压，则所述第一检测器电路向所述计数器输出第一控制信号；以及(b)第二检测器电路，所述第二检测器电路被配置成耦合至所述至少一个反馈电压，如果所述至少一个反馈电压小于第二参考电压，则所述第二检测器电路向所述计数器输出第二控制信号。5.根据权利要求4所述的控制器，其中，所述欠调节参考电压小于所述第一参考电压和所述第二参考电压。6.根据权利要求4所述的控制器，其中，所述第一检测器电路和所述第二检测器电路中的每一个包括：(a)对应的比较器，所述对应的比较器耦合至所述第一参考电压或所述第二参考电压中的对应一个，并被配置成耦合至所述至少一个反馈电压；以及(b)可复位锁存电路，所述可复位锁存电路耦合在所述对应的比较器的输出与所述计数器的输入之一之间。7.根据权利要求1所述的控制器，其中，所述计数器包括用于接收基于所述至少一个反馈电压的递增控制信号的递增输入、用于接收基于所述至少一个反馈电压的递减控制信号的递减输入、下冲输入、过冲输入，本发明还包括：
(a)第一比较器，所述第一比较器包括耦合至所述计数器的下冲输入的输出、耦合至所述数模转换器的输出的第一输入、以及被配置成耦合至表示所述电力转换器的输出电压的信号的第二输入，如果所述第一比较器的所述第一输入与所述第二输入之间的差超过第一偏移值，则所述第一比较器输出指示下冲状况的第一控制信号；以及(b)第二比较器，所述第二比较器包括耦合至所述计数器的过冲输入的输出、耦合至所述数模转换器的输出的第一输入、以及被配置成耦合至表示所述电力转换器的输出电压的信号的第二输入，如果所述第二比较器的所述第一输入与所述第二输入之间的差超过第二偏移值，则所述第二比较器输出指示过冲状况的第二控制信号；其中，所述第一控制信号或所述第二控制信号的接收使所述计数器限制所述M位计数值的值范围以减轻对应的下冲状况或过冲状况。8.一种电力转换器，包括：(a)DC至DC转换器电路，所述DC至DC转换器电路具有用于接收输入电压的输入和用于响应于脉宽调制PWM控制信号输出与所述输入电压不同的输出电压的输出；(b)脉宽调制占空比控制器，所述脉宽调制占空比控制器耦合至所述DC至DC转换器电路，并被配置成根据M位计数值生成到所述DC至DC转换器电路的脉宽调制控制信号；(c)计数器，所述计数器具有时钟信号输入、用于接收与至少一个反馈电压对应并指示计数方向的信号的输入、以及提供所述M位计数值的输出；(d)数模转换器，所述数模转换器被配置成向所述脉宽调制占空比控制器输出与来自所述计数器的所提供的M位计数值对应的信号；(e)第一检测器，所述第一检测器被配置成耦合至所述至少一个反馈电压，如果所述至少一个反馈电压大于第一参考电压，则所述第一检测器电路向所述计数器输出第一控制信号；(f)第二检测器电路，所述第二检测器电路被配置成耦合至所述至少一个反馈电压，如果所述至少一个反馈电压小于第二参考电压，则所述第二检测器电路输出第二控制信号；(g)时钟信号选择器，所述时钟信号选择器耦合至所述计数器的时钟信号输入并被配置成耦合至第一时钟信号和第二时钟信号，所述第二时钟信号与所述第一时钟信号相比具有较高的频率；以及(h)欠调节检测器电路，所述欠调节检测器电路耦合至所述时钟信号选择器，耦合至欠调节参考电压，并被配置成耦合至所述至少一个反馈电压，如果所述至少一个反馈电压小于所述欠调节参考电压，则所述欠调节检测器电路输出到所述时钟信号选择器的欠调节信号；其中，当所述欠调节检测器电路输出所述欠调节信号时，所述时钟信号选择器将所述第二时钟信号耦合至所述计数器的时钟信号输入，否则将所述第一时钟信号耦合至所述计数器的时钟信号输入。9.根据权利要求8所述的电力转换器，其中，所述欠调节检测器电路包括：(a)比较器，所述比较器耦合至所述欠调节参考电压并被配置成耦合至所述至少一个反馈电压；以及(b)可复位锁存电路，所述可复位锁存电路耦合在所述比较器的输出与所述时钟信号选择器之间。
10.根据权利要求8所述的电力转换器，其中，所述第一检测器电路和所述第二检测器电路中的每一个包括：(a)对应的比较器，所述对应的比较器耦合至所述第一参考电压或所述第二参考电压中的对应一个，并被配置成耦合至所述至少一个反馈电压；以及(b)可复位锁存电路，所述可复位锁存电路耦合在所述对应的比较器的输出与所述计数器的输入之一之间。11.根据权利要求8所述的电力转换器，其中，所述时钟信号选择器集成在所述计数器内。12.根据权利要求8所述的电力转换器，其中，所述欠调节参考电压小于所述第一参考电压和所述第二参考电压。13.根据权利要求8所述的电力转换器，其中，所述反馈电压来自耦合至所述DC至DC转换器电路的输出电压的发光二极管阵列。14.一种用于最小化由脉宽调制PWM控制信号控制的电力转换器的欠调节状况的持续时间的方法，所述方法包括：(a)扫描来自负载的至少一个反馈电压；(b)检测由所述至少一个反馈电压指示的欠调节状况；(c)当检测到所述欠调节状况时，增加到计数器的时钟信号速率，所述计数器输出用于生成到所述电力转换器的所述脉宽调制控制信号的计数值。15.一种用于电力...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖恩，
申请(专利权)人：派赛公司，
类型：发明
国别省市：