用于切换式转换器的恒定纹波注入电路制造技术

一种系统(300)包含经配置以提供输入电压(V

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于切换式转换器的恒定纹波注入电路

技术介绍

[0001]消费性电子装置及集成电路(IC)技术的普及已导致IC产品的商业化。随着新消费性电子装置的开发及IC技术的进步，新IC产品被商业化。消费性电子装置中需要的一个实例IC产品是切换式转换器。存在许多类型的切换式转换器及输出电压调节策略。
[0002]在一个实例切换式转换器中，基于定向反馈来调节输出电压，这导致被称为纹波注入的控制信号。纹波注入的振幅随V
IN
及V
OUT
而变动。在大占空比场景(例如，VIN＝6V，VOUT＝5V)及小占空比场景(例如，VIN＝12V，VOUT＝1V)中，纹波注入变动增加。管理纹波注入变动的现有努力限制了切换式转换器带宽及V
OUT
范围。

技术实现思路

[0003]根据本公开的至少一个实例，一种系统包括经配置以提供输入电压的输入电压节点。所述系统还包括负载及耦合在所述输入电压节点与所述负载之间的切换式转换器，其中所述切换式转换器经配置以基于所述输入电压来将输出电压提供给所述负载。所述切换式转换器包括栅极驱动器电路系统及耦合到所述栅极驱动器电路系统的比较器。所述切换式转换器还包括耦合到所述比较器的恒定纹波注入电路，其中所述恒定纹波注入电路经配置以基于所述输入电压及所述输出电压来将正电流感测信号及负电流感测信号提供给所述比较器。
[0004]根据本公开的至少一个实例，一种用于切换式转换器的控制电路包括耦合到输入电压节点的第一电路。所述控制电路还包括耦合到开关节点的第二电路。所述控制电路还包括耦合到所述第一电路的输出及所述第二电路的输出的第三电路。所述第三电路包括纹波注入充电电容器及耦合到所述纹波注入充电电容器的恒定充电控制电路。
[0005]根据本公开的至少一个实例，一种切换式转换器包括输入电压节点、开关节点及栅极驱动器电路系统。所述切换式转换器还包括耦合到所述栅极驱动器电路系统的比较器。所述切换式转换器还包括耦合到所述比较器、所述输入电压节点及所述开关节点的纹波注入电路。所述恒定纹波注入电路经配置以即使所述切换式转换器的输出电压及所述切换式转换器的输入电压中的至少一者随时间变动也提供恒定纹波注入值。
附图说明
[0006]对于各个实例的详细描述，现在将参考附图，其中：
[0007]图1是根据一些实例的切换式转换器的图；
[0008]图2是根据一些实例的针对切换式转换器的不同输出电压(VOUT)转变的纹波注入波形的时序图；
[0009]图3是根据一些实例的具有恒定纹波注入电路的电系统的图；
[0010]图4是根据一些实例的恒定纹波注入电路的示意图；
[0011]图5是展示根据一些实例的作为切换式转换器的输入电压(VIN)及VOUT的函数的纹波注入的时序图；
[0012]图6是展示根据一些实例的在VIN从12V转变到6V时切换式转换器的波形的时序图；
[0013]图7A及7B是根据一些实例的比较在VOUT从12V转变到5V时具有所提出的恒定纹波注入电路的切换式转换器的波形与没有所提出的恒定纹波注入电路的切换式转换器的波形的时序图；
[0014]图8A及8B是根据一些实例的展示在VOUT从12V转变到3V时具有及没有所提出的恒定纹波注入电路的切换式转换器的波形的时序图；
[0015]图9A及9B是根据一些实例的展示在VOUT从12V转变到1V时具有及没有所提出的恒定纹波注入电路的切换式转换器的波形的时序图；及
[0016]图10是根据一些实例的展示在VOUT变动时具有所提出的恒定纹波注入电路的切换式转换器的波形的时序图。
具体实施方式
[0017]本文中公开恒定纹波注入电路拓扑以及相关切换式转换器电路及系统。在一些实例中，恒定纹波注入电路是具有来自开关节点的直接反馈、纹波注入及自适应恒定导通时间控制的DC
‑
DC切换式转换器的部分。在一些实例中，恒定纹波注入电路经配置以基于切换式转换器的输入电压(VIN)及感测转换器的输出电压(VOUT)来输出正电流感测信号及负电流感测。正及负电流感测信号提供给比较器，所述比较器基于正及负电流感测信号、参考电压以及反馈电压来输出接通信号。
[0018]在一些实例中，恒定纹波注入电路是用于切换式转换器的控制电路的部分，其中恒定纹波注入电路包含耦合到输入电压节点的第一电路。恒定纹波注入电路还包含耦合到切换式转换器的开关节点的第二电路。恒定纹波注入电路还包含耦合到第一电路的输出及第二电路的输出的第三电路。第三电路包含纹波注入充电电容器及耦合到纹波注入充电电容器的恒定充电控制电路。在一些实例中，恒定充电控制电路包含乘法器电路，其中乘法器电路将充电电流产生为ICHG＝IREF*VIN/(VIN
‑
VOUT)。在低侧功率FET的导通周期期间，ICHF*TOFF＝C*VRIP，其中TOFF＝(VIN
‑
VOUT)*T/VIN，且其中T是切换周期。因此，VRIP＝IREF*T/C，其在不同VIN及VOUT值下是恒定的。为了提供更好的理解，使用如下图来描述各种恒定纹波注入电路问题，及相关电路或系统。
[0019]图1是根据一些实例的切换式转换器100的图。如所展示，切换式转换器100包括V
IN
节点108与接地节点110之间的高侧开关(S2)及低侧开关(S2)。在S1与S2之间是耦合到输出电感器(LOUT)的第一端的开关节点106。LOUT的第二端耦合到输出电容器(COUT)的第一(例如，顶部)端子，且COUT的第二(例如，底部)端子耦合到接地节点110。如所展示，负载(RLOAD)与COUT并联，其中COUT维持V
OUT
以供RLOAD使用。
[0020]为了控制S1及S2，切换式转换器使用栅极驱动器电路系统104以将栅极驱动信号提供给S1及S2，其中栅极驱动器电路系统104基于由比较器102提供的控制信号(LOOPRAW)来产生栅极驱动信号。在图1的实例中，比较器102基于参考电压(VREF)、反馈电压(VFB)、正电流感测信号(CSP)及负电流感测信号(CSN)来产生LOOPRAW。如所展示，CSP及CSN由对应于R1、R2、R3、R
C
、C
C
及C1的纹波注入电路提供。随时间推移，RLOAD及VIN可变动。而且，VOUT目标可变动。使用图1的纹波注入电路，可选择C
C
的值来解决VIN及VOUT变动，但这会限制切换式
转换器100的带宽。而且，不支持高VOUT目标(例如，20V或更高)。
[0021]图2是根据一些实例的针对切换式转换器(例如，图1中的切换式转换器100)的不同V
OUT
转变的纹波注入波形204、206、214、216、224及226的时序图200。在时序图200中，纹波注入波形204表示当VOUT从12V转变到5V时的纹波注入，其中纹波注入波形204具有以第一基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，其包括：输入电压节点，其经配置以提供输入电压；负载；切换式转换器，其耦合在所述输入电压节点与所述负载之间，其中所述切换式转换器经配置以基于所述输入电压来将输出电压提供给所述负载，且其中所述切换式转换器包括：栅极驱动器电路系统；及比较器，其耦合到所述栅极驱动器电路系统；及恒定纹波注入电路，其耦合到所述比较器，其中所述恒定纹波注入电路经配置以基于所述输入电压及所述输出电压来将正电流感测信号及负电流感测信号提供给所述比较器。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述比较器还接收反馈电压及参考电压作为输入，且其中所述比较器经配置以将控制信号输出到所述栅极驱动器电路系统。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述恒定纹波注入电路包括：第一电路，其经配置以输出与所述输入电压成比例的第一电流；及第二电路，其经配置以输出与所述输出电压成比例的第二电流；及第三电路，其经配置以基于所述第一电流及所述第二电流来输出纹波注入电压，其中所述正电流感测信号及所述负电流感测信号是基于所述纹波注入电压。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第三电路包括：纹波注入充电电容器；及充电控制电路，其耦合到所述纹波注入充电电容器，其中所述充电控制电路经配置以基于参考电流、所述输入电压及所述输出电压来对所述纹波注入充电电容器进行充电。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述充电控制电路包括：乘法器电路，其经配置以基于参考电流、所述输入电压及所述输出电压来提供充电电流；及电流镜，其经配置以将所述充电电流镜像到所述纹波注入充电电容器。6.根据权利要求4所述的系统，其中所述纹波注入电压是所述参考电流、切换周期及所述纹波注入充电电容器的电容的函数。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述负载是USB电力输送适配器。8.一种用于切换式转换器的控制电路，所述控制电路包括：第一电路，其经配置以提供与所述切换式转换器的输入电压成比例的第一电流；第二电路，其经配置以提供与所述切换式转换器的输出电压成比例的第二电流；第三电路，其耦合到所述第一电路及所述第二电路，其中所述第三电路包括：纹波注入充电电容器；及恒定充电控制电路，其耦合到所述纹波注入充电电容器，其中所述恒定充电控制电路经配置以基于所述第一及第二电流来将充电电流提供给所述纹波注入充电电容器。9.根据权利要求8所述的控制电路，其中所述第一电路包括：运算放大器；及分压器，其耦合在所述运算放大器的第一输入与输入电压节点之间。10.根据权利要求9所述的控制电路，其中所述第一电路进一步包括：
晶体管，其耦合到所述运算放大器的输出；及电阻器，其耦合在所述运算放大器的所述输出与接地节点之间，其中所述运算放大器的所述输出输入到所述运算放大器的第二输入，且其中所述第一电路的输出是与所述切换式转换器的输入电压成比例的电流。11.根据权利要求8所述的控制电路，其中所述第二电路包括：运算放大器；及分压器，其耦合在所述运算放大器的第一输入与开关节点之间。12.根据权利要求11所述的控制电路，其中所述第二电路进一步包括：RC滤波器，其在所述分压器的中间节点与所述运算放大器的所述第一输入之间；晶体管，其耦合到所述运算放大器的输出；及电阻器，其耦合在所述运算放大器的所述输出与接地节点之间，其中所述运算放大器的所述输出输入到所述运算放大器的第二输入，且其中所述第一电路的所述输出是与所述切换式转换器的输出电压成比例的电流。13.根据权利要求8所述的控制电路，其中所述恒定充电控制电路包括：电流参考源，其经配置以提供电流参考；及乘法器电路，其耦合到所述电流参考源，其中所述乘法器电路经配置以通过将所述电流参考乘以基于所述切换式转换器的输入电压及输出电压的函数来为所述纹波注入充电电容器提供充电电流。14.根据权利要求13所述的控制电路，其中所述乘法器电路经配置以将所述充电电流提供为I
CHG
＝I
REF
*V
IN
/(V
IN
‑
V
OUT
)，其中I
REF
是所述参考电流，V
IN
是所述切换式转换器的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，景卫兵，李丹，杨琦，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：