开关电压调节器的控制设备及开关电压调节器制造技术

本公开涉及一种开关电压调节器的控制设备及开关电压调节器。在一个实施例中，控制设备包括：第一输入，被配置为接收表示电压调节器的开关电路的输出电压的测量信号；状态确定块，被耦合到第一输入并且被配置为生成电压调节器的实际操作条件的信号；以及驱动信号生成模块，被配置为根据表示输出电压与标称电压之间的差的误差信号生成用于开关电路的至少一个开关命令信号，其中驱动信号生成模块包括误差补偿电路，该误差补偿电路具有传递函数并且被配置为根据误差信号和实际操作条件信号生成控制信号，控制信号是实际操作条件的函数。控制信号是实际操作条件的函数。控制信号是实际操作条件的函数。

【技术实现步骤摘要】
开关电压调节器的控制设备及开关电压调节器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年6月29日提交的意大利申请No.102021000017072的权益，该意大利申请通过引入被整体并入本文中。


[0003]本专利技术涉及一种开关电压调节器的控制设备，并且涉及一个开关电压调节器。

技术介绍

[0004]已知，开关电压调节器能够使用不同的操作方案将DC输入电压转换为DC输出电压，并且可以使用不同的拓扑结构来获得，其中最普遍的一种是四开关非反相拓扑结构。

技术实现思路

[0005]各种实施例克服了现有技术的缺点。
[0006]各种实施例提供了一种开关电压调节器的控制设备和一种开关电压调节器。
附图说明
[0007]为了更好地理解本专利技术，现在仅通过非限制性示例的方式参考附图描述其一些实施例，其中：
[0008]图1示出了已知的开关电压调节器的框图；
[0009]图2示出了包含本电压调节器的电子装置的框图；
[0010]图3示出了包括控制设备的图2的电压调节器的框图；
[0011]图4示出了根据一个实施例的图3的电压调节器的一部分的框图，包括回路控制电路；
[0012]图5示出了图3的电压调节器的不同部分的框图；
[0013]图6示出了根据一个实施例的图4的回路控制电路的电路图；
[0014]图7示出了根据一个实施例的图6的控制回路电路的一部分的电路图；
[0015]图8示出了图6的控制回路电路的跨导运算放大器的电路图；
[0016]图9示出了图6的控制回路电路的另一部分的电路图；
[0017]图10和图11示出了图6的回路控制电路的部分的不同实施例；
[0018]图12示出了根据不同实施例的本电压调节器；
[0019]图13至图15示出了图12的电压调节器的一部分的不同实施例的电路图；
[0020]图16示出了根据不同实施例的图5的电压调节器的部分的框图；和
[0021]图17示出了根据不同实施例的图6的控制回路电路的部分的电路图。
具体实施方式
[0022]在图1中示出了开关电压调节器1，包括四开关非反相开关电路(在下文中被称为
开关电路3)以及控制设备5。
[0023]开关电路3由第一半桥7、第二半桥9和电感器10形成。
[0024]第一半桥7由第一高侧开关11和第一低侧开关13(这里是两个N
‑
MOS晶体管)形成，第一高侧开关11和第一低侧开关13被串联耦合在输入端子15和公共节点17之间。
[0025]公共节点17被耦合到参考电位线(接地)18。
[0026]相对于接地18的输入电压Vin被施加到输入端子15。
[0027]第二半桥9由第二高侧开关20和第二低侧开关22(这里也是两个N
‑
MOS晶体管)形成，第二高侧开关20和第二低侧开关22被串联耦合在输出节点24和公共节点17之间。
[0028]以接地18为参考的输出电压Vout出现在输出节点24上并且被施加到负载25。
[0029]电感器10被耦合在第一半桥7的中间节点与第二半桥9的中间节点之间。
[0030]根据输入电压Vin和输出电压Vout之间的比率，开关电压调节器1可以以三种操作模式中的一种操作模式进行工作，该三种模式为：如果Vin>Vout，则“降压”；如果Vin<Vout，则“升压”；以及如果Vin≈Vout，则“降压
‑
升压”。
[0031]根据操作模式，通过适当地控制第一半桥7和第二半桥9的开关，实际上可以使输出电压Vout保持在参考电压Vref(例如由用户根据具体应用所选择的，与输入电压Vin的值无关)。
[0032]为此，控制设备5被耦合到输入节点15和输出节点24，并且接收参考电压Vref。
[0033]根据输入电压Vin、输出电压Vout和参考电压Vref，控制设备5确定开关电压调节器1的操作模式，并且生成四个开关命令信号T1、T2、T3、T4，四个开关命令信号T1、T2、T3、T4命令分别第一高侧开关11、第一低侧开关13、第二高侧开关20和第二低侧开关22的开关。
[0034]具体地，控制设备5形成回路控制电路，该回路控制电路被配置为：对输出电压Vout与参考电压Vref之间的误差进行测量，生成补偿误差的校正信号，以及修改开关命令信号Tl、T2、T3、T4以使得输出电压Vout仍然等于参考电压Vref。
[0035]已知设计控制设备5，使得生成校正信号的回路控制电路的控制参数在设计阶段中被选择，而与开关电压调节器1的操作模式(降压、升压和降压
‑
升压)无关，即通过找到对所有操作模式都有效的开关电压调节器1的稳定性与动态性能之间的折衷。
[0036]例如，一种方法设想使控制参数固定，使得开关电压调节器1在对开关电压调节器1的稳定性至关重要的操作条件下稳定。
[0037]例如，当输入电压Vin具有最小值并且例如通过负载25的输出电流具有最大值时，临界操作条件可以处于升压模式。
[0038]然而，上述方法具有缺点。
[0039]事实上，对回路控制电路进行优化，使得开关电压调节器1在临界操作状态下处于稳定使开关电压调节器1在其他操作模式下的性能较差。例如，在这种情况下，开关电压调节器1在降压模式下将具有比在不损害其稳定性的情况下可能获得的带宽更窄的带宽。
[0040]图2示出了包括被耦合在一起的开关电压调节器52、存储器54和负载58的电子装置50的框图，该开关电压调节器52在下文中也被简称为调节器52。
[0041]调节器52接收输入电压Vin和参考电压Vref，并且将输出电压Vout提供给负载58。
[0042]参考电压Vref指示输出电压Vout的期望值，并且例如在电子装置50的初始化步骤中，由电子装置50的用户选择。
[0043]由调节器52接收的参考电压Vref在这里是模拟类型的。然而，调节器52也可以接收参考电压Vref的数字值，并且通过专用的数模转换器(DAC)(未图示)在内部将其转换为模拟类型的电压。
[0044]非易失性类型的存储器54存储多个配置参数，如下文所详细描述的，并且向调节器52提供指示配置参数的配置信号CONF。
[0045]在一个实施例中，电子装置50还可以包括控制单元500(由图2中的虚线表示)，控制单元500被耦合到调节器52。控制单元500可以与调节器52被集成在同一管芯中或者可以被集成在不同的管芯中。
[0046]如图3所示，调节器52包括开关电路和控制设备，在参考图4至图9所描述的电流控制模式的情况下分别由60和62标示，并且在参考图12所描述的电压控制模式的情况下分别由305和310标示。
[0047]开关电路60、305和控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制设备，包括：第一输入，被配置为接收表示电压调节器的开关电路的输出电压的测量信号；状态确定块，被耦合到所述第一输入，并且被配置为生成所述电压调节器的实际操作条件的信号；以及驱动信号生成模块，被配置为：根据表示所述输出电压与标称电压之间的差的误差信号，生成用于所述开关电路的至少一个开关命令信号，其中所述驱动信号生成模块包括误差补偿电路，所述误差补偿电路具有传递函数并且被配置为根据所述误差信号和所述实际操作条件信号生成控制信号，所述控制信号是所述实际操作条件的函数。2.根据权利要求1所述的控制设备，还包括存储器元件，所述存储器元件被配置为：存储与相应的操作模式相关联的每个可修改控制参数的至少一个值；以及向所述误差补偿电路提供指示与所述实际操作模式相关联的每个可修改控制参数的值的信号，所述误差补偿电路的所述传递函数取决于多个可修改控制参数。3.根据权利要求1所述的控制设备，还包括第二输入，所述第二输入被配置为：接收表示所述开关电路的输入电压的输入信号，其中所述状态确定模块包括操作模式确定模块，所述操作模式确定模块被配置为：将所述输入信号与所述测量信号进行比较，并且确定所述实际操作条件是否为降压、升压或降压
‑
升压操作条件。4.根据权利要求1所述的控制设备，其中所述误差补偿电路包括：误差放大器，具有根据所述实际操作模式的增益变量，以及补偿网络，包括至少一个无源电组件，并且其中所述至少一个无源电组件具有根据所述实际操作条件是可变的电量，所述补偿网络被耦合到所述误差放大器的输出。5.根据权利要求4所述的控制设备，其中所述补偿网络是一阶、二阶或三阶的。6.根据权利要求4所述的控制设备，其中所述误差放大器是跨导放大器，其中所述补偿网络是二阶的，其中所述补偿网络被耦合在所述误差放大器的输出与参考电位节点之间，并且包括第一可变电容器、第二可变电容器以及可变电阻器，其中所述第一可变电容器被耦合在所述误差放大器的输出与所述参考电位节点之间，并且其中所述第二可变电容器和所述可变电阻器被相互串联耦合在所述误差放大器的输出与所述参考电位节点之间。7.根据权利要求6所述的控制设备，其中所述可变电阻器包括至少一个固定电阻器和被相互串联耦合的至少一个可选电阻器，所述至少一个可选电阻器能够由相应的开关激活和停用，并且其中所述第一可变电容器和所述第二可变电容器各自包括相应的固定电容器和被相互并联耦合的至少一个相应的可选电容器，所述至少一个可选电容器能够由相应的开关激活或停用。8.根据权利要求7所述的控制设备，其中所述补偿网络还包括缓冲器，所述缓冲器被耦
合在所述误差放大器的输出与第一可变电容器和第二可变电容器之间。9.根据权利要求4所述的控制设备，其中所述误差放大器的增益能够通过以下来修改：根据所述电压调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：I，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：