用于CCM中的升压转换器的限流控制电路制造技术

一种用于升压转换器的控制电路，其中，该控制电路包括切换装置，用于切换该升压转换器以执行循环，其中，每个循环包括电感器存储由输入电压提供的能量的能量充电状态和该电感器向该升压转换器的输出端提供能量的能量放电状态；比较装置，用于确定该电感器处的电流是否高于预定的最大电流；以及关断时间信号生成装置，用于基于该电感器处的电流是否高于该预定的最大电流生成关断时间信号，其中，该关断时间信号用于确定下一个切换事件的放电状态的持续时间，并且该切换装置用于基于所生成的关断时间信号切换该升压转换器。的关断时间信号切换该升压转换器。的关断时间信号切换该升压转换器。

【技术实现步骤摘要】
用于CCM中的升压转换器的限流控制电路
[0001]本申请要求于2022年1月14日提交欧洲专利局、申请号为EP22151658.6的欧洲专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。


[0002]本申请涉及一种用于限制升压转换器电路的输入电流的控制电路。本申请还涉及一种包括该控制电路的升压转换器电路以及一种操作包括该控制电路的该升压转换器电路的方法。

技术介绍

[0003]能量收集是能量从外部源获取、捕获、并存储用于小型无线自主设备的过程，例如可穿戴电子设备和无线传感器网络中使用的设备。直流到直流(direct current to direct current,DC
‑
DC)转换器电路，例如升压转换器电路，是通过以下方法将直流(direct current，DC)电源从一个电压电平转换为另一个电压的电子电路，即首先使用输入电压对储能元件充电，然后对储能元件进行放电以在DC
‑
DC转换器的输出端提供能量。DC
‑
DC转换器可用于增加从能量源收集的能量。恒定导通时间(Constant
‑
On
‑
Time，COT)升压转换器因其简单性和高性能而广受欢迎。
[0004]当以连续导通模式工作时，电池(以及电池的PCB布线)会产生与升压转换器的线圈串联的阻抗。该阻抗通常具有电感特性，使得线圈电流纹波会在PCB上的线圈的电池电压连接处引起高压变化。由于其它应用也可以在该点处连接，因此通常利用电容器将其与地解耦，从而在电池和线圈之间产生低通滤波器。为了避免线圈中过大的电流，通常实施电流保护。
[0005]由M.Berkhout在IEEE固态电路杂志，40卷，第11期，2005年11月(IEEE Journal of Solid
‑
State Circuits,Volume:40,Issue 11,Nov.2005)上发表的“D类音频功率放大器的集成过流保护系统(Integrated overcurrent protection system for class
‑
D audio power amplifiers)”中，公开了一种功率级，该功率级包括用于切换电感负载的开关，并且该功率级通过测量电感器中的电流并在检测到最大电流时控制开关提供电流保护。这种过流保护将很好地限制最大电流。然而，在升压转换器正在充电的时间段，即，通过电感器的电流增加的阶段的持续时间现在偏离了预期值，并且作为电流限制动作的自然结果，无法再维持预期的升压电压。在该限制动作期间，电感器电流具有不可预测的高幅度低频模式。电池去耦电容器上的电压也受该限制电流行为的影响。在升压转换器的输入端利用电容器进行滤波对于这些电流模式不是非常有效，并且导致电池电压处的低频高幅度的电压变化，从而干扰升压转换器和连接到该节点的其他应用的运行。此外，由于在电池电流和峰值线圈电流之间没有明确的关系，所以该解决方案阻止了精确的电池限流器控制。在不可预测的切换行为期间的平均电流低于常规切换的情况。这比常规切换的情况更早地限制了输入功率。

技术实现思路

[0006]本申请的一个目的是实现控制装置以限制升压转换器的电流，使得切换频率稳定，并且避免限流期间电感器的低频高幅度变化。通过避免电感器中的高幅度变化，平均电流可以比现有技术的解决方案中的高。
[0007]根据本申请，提供了一种用于升压转换器的控制电路，其中，所述控制电路包括：切换装置，用于切换所述升压转换器以执行循环，其中，每个循环包括电感器存储由输入电压提供的能量的能量充电状态和所述电感器向所述升压转换器的输出端提供能量的能量放电状态；比较装置，用于确定所述电感器处的电流是否高于预定的最大电流；以及关断时间信号生成装置，用于基于所述电感器处的电流是否高于所述预定的最大电流生成关断时间信号，其中，所述关断时间信号用于确定下一个切换事件的所述能量放电状态的持续时间，并且所述切换装置用于基于所生成的关断时间信号切换所述升压转换器。这允许在恒定导通时间升压转换器中实现限流器，从而允许线圈限流，同时以与没有线圈限流动作相同的频率进行切换，并且在限流时不会干扰滤波的电池电压。所描述的恒定导通时间升压转换器中的限流选项与固定频率峰值电流模式控制升压转换器中的限流选项相当，但其实现起来简单得多。通常，升压转换器或多或少充当电压源，其中，输出电流和线圈电流取决于负载。然而，当线圈电流达到最大值时，其应充当电流源，其中，升压电压随着负载而变化，并且线圈电流或电池电流被限制为(可编程的)最大值。这里可以与DC电源进行比较。在限流的情况下，可以通过将恒定导通时间控制改变为恒定关断时间(即，能量放电状态的恒定持续时间)控制，完成向电流控制转换器的转变。在恒定导通时间控制期间，能量充电状态具有恒定持续时间，而在恒定关断时间控制期间，能量放电状态是具有恒定持续时间的状态。当I
COIL
＝I
MAX
且产生过流信号oc时，关断周期(即，能量放电状态)的启动由峰值限流器产生。可以产生具有稳定切换频率所需的关断时间(即，能量放电状态)，类似于在恒定导通时间控制的情况下(在没有限流时)产生导通时间。
[0008]在本公开的示例中，所述关断时间信号基于输入电压V
BAT
、所述升压转换器执行循环的切换频率f
TARGET
以及所述升压转换器的输出端处的输出电压V
BST
，确定所述放电状态的持续时间T
OFF
，使得：
[0009][0010]通过提供能量放电状态的恒定持续时间，可以控制升压转换器电路的切换频率。
[0011]在本公开的示例中，切换装置用于基于所述电感器处的电流是否高于预定的最大电流，在第一电流操作模式和第二电压操作模式之间切换所述升压转换器。
[0012]在本公开的示例中，所述关断时间信号生成装置包括电容器和比较电路，其中，所述电容器用于存储电压，其中，所述比较电路包括第一输入端和第二输入端，其中，所述比较电路用于在所述第一输入端处接收参考电压，在所述第二输入端处接收所存储的电压，并且通过比较所述参考电压和所存储的电压生成所述关断时间信号。这是实现关断时间信号生成装置的一种非常有效的方式。
[0013]在本申请的实例中，所述控制电路还包括导通时间信号生成装置，所述导通时间信号生成装置包括另一电容器和另一比较电路，其中，所述另一电容器用于存储另一电压，其中，所述另一比较电路包括第一输入端和第二输入端，其中，所述另一比较电路用于在所
mode，DCM)中的简单性和高性能而广受欢迎。图1A中示出了COT升压转换器拓扑的示例。通过使用图1A的可调电流源为I
SH
选择适当的值，设置最小电压V
BST,TARGET
(即，升压转换器的输出端处的期望电压)。
[0031][0032]与该DC
‑
DC转换器拓扑的名称所暗示的相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于升压转换器的控制电路(100)，其中，所述控制电路(100)包括：切换装置(106)，用于切换所述升压转换器以执行循环，其中，每个循环包括电感器存储由输入电压(V
BAT
)提供的能量的能量充电状态和所述电感器向所述升压转换器的输出端提供能量的能量放电状态；比较装置(102)，用于确定所述电感器处的电流是否高于预定的最大电流；以及关断时间信号生成装置(104)，用于基于所述电感器处的电流是否高于所述预定的最大电流生成关断时间信号，其中，所述关断时间信号用于确定下一个切换事件的所述能量放电状态的持续时间(TOFF)，并且所述切换装置(106)用于基于所生成的关断时间信号切换所述升压转换器。2.根据权利要求1所述的控制电路(100)，其中，在所述电感器处的电流高于所述预定的最大电流时，所述关断时间信号生成装置(104)生成所述关断时间信号。3.根据权利要求1或2所述的控制电路(100)，其中，所述关断时间信号用于基于输入电压(V
BAT
)、所述升压转换器执行循环的切换频率(f
TARGET
)以及所述升压转换器的输出端处的输出电压(V
BST
)，确定所述能量放电状态的持续时间(T
OFF
)，使得：4.根据前述权利要求中的任一项所述的控制电路(100)，其中，所述切换装置(106)用于基于所述电感器处的电流是否高于所述预定的最大电流，在第一电流操作模式和第二电压操作模式之间切换所述升压转换器，其中，在所述电感器处的电流高于所述预定的最大电流时，所述第一电流操作模式被使用，并且在所述电感器处的电流不高于所述预定的最大电流时，所述第二电压操作模式被使用。5.根据前述权利要求中任一项所述的控制电路(100)，其中，所述关断时间信号生成装置(104)包括电容器(204)和比较电路(206)，其中，所述电容器用于存储电压(V
C,OFF
)，其中，所述比较电路(206)包括第一输入端(210)和第二输入端(208)，其中，所述比较电路(206)用于在所述第一输入端(210)处接收参考电压(V
REF,OFF
)，在所述第二输入端(208)处接收所述电压(V
C,OFF
)，并且通过比较所述参考电压(V
REF,OFF
)和所述电压(V
C,OFF
)生成所述关断时间信号。6.根据权利要求5所述的控制电路(100)，其中，所述控制电路(100)还包括导通时间信号生成装置(224)，所述导通时间信号生成装置(224)包括另一电容器(234)和另一比较电路(236)，其中，所述另一电容器(234)用于存储另一电压(V
C,ON
)，其中，所述另一比较电路(236)包括第一输入端(240)和第二输入端(238)，其中，所述另一比较电路(236)用于在所述第一输入端(240)处接收另一参考电压(V
REF,ON
)，在所述第二输入端(238)处接收所述另一电压(V
C,ON
)，并且通过比较所述另一参考电压(V
REF,ON
)和所述另一电压(V
C,ON
)生成导通时间信号。7.根据权利要求6所述的控制电路(100)，其中，所述比较装置(102)还用于接收所述升压转换器的输出电压和最小电压，并且判定所述输出电压是否高于所述最小电压；以及导通时间信号生成装置(224)用于基于所述输出电压是否...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯纳德斯，
申请(专利权)人：汇顶科技香港有限公司，
类型：发明
国别省市：