具有无缝PWM/PFM转换的降压变换器电路制造技术

本发明专利技术描述了一种DC/DC变换器电路。根据一个实施例，DC/DC变换器包括变换器级，其被配置为接收输入电压、并根据调制驱动信号从输入电压提供输出电压。变换器级还被配置为提供表示输出电压的反馈电压。控制器电路包括误差放大器，该误差放大器被配置为接收反馈电压和参考电压，并基于反馈电压和参考电压提供误差信号。PWM调制器被配置为接收时钟信号和误差信号、并且基于时钟信号和误差信号生成调制信号，以及逻辑电路被配置为接收调制信号并且基于调制信号生成用于变换器级的驱动信号，使得在时钟信号的每个周期中，当调制信号的占空比不小于最小占空比值时，驱动信号具有与调制信号相同的占空比。号相同的占空比。号相同的占空比。

【技术实现步骤摘要】
具有无缝PWM/PFM转换的降压变换器电路


[0001]本专利技术涉及开关变换器领域，尤其涉及用于控制DC/DC变换器的新概念。

技术介绍

[0002]开关变换器例如降压变换器通常用于将输入电压转换为期望的输出电压，其中，在降压变换器的情况下，输出电压低于输入电压。例如，开关变换器可以用在其它电子电路中，基于外部电源电压产生一个或多个电源电压。开关变换器通常使用反馈环路来控制开关变换器，以提供预定的稳定输出电压或预定的稳定输出电流。开关变换器可以是所谓的开关模式功率电源(SMPS)的一部分，也可以用于多种其它应用中。
[0003]开关变换器通常通过控制开关操作来控制，这可以通过应用不同的调制技术、例如脉宽调制(PWM)或脉冲频率调制(PFM)来实现。根据负载电流，PWM控制的开关变换器可以在连续导通模式(CCM)或不连续导通模式(DCM)下操作。一种特殊的操作模式是脉冲跳跃，其可以用于相对低输出电流以减少开关损耗。
[0004]能够在宽输出电流/功率范围内控制开关操作的控制电路通常实现PWM(在CCM和DCM情况下)以及PFM操作(包括脉冲跳跃)。然而，此类多模式变换器相当复杂，可能需要复杂的模式交换机逻辑，这可能是昂贵的(例如，就所需芯片面积而言)并且可能导致不希望的延迟，延迟会导致输出电压过冲和欠冲。专利技术人已经发现需要改进现有的开关变换器控制概念。

技术实现思路

[0005]上述改进现有开关变换器控制概念通过根据本专利技术的电路来实现。以下内容涵盖了各种实施例和改进。因此，DC/DC变换器电路的一个实施例包括变换器级，其被配置为接收输入电压并根据调制的驱动信号从输入电压提供输出电压。变换器级还被配置为提供表示输出电压的反馈电压。控制器电路包括误差放大器，该误差放大器被配置为接收反馈电压和参考电压，并基于反馈电压和参考电压提供误差信号。PWM调制器被配置为接收时钟信号和误差信号并且基于时钟信号和误差信号生成调制信号，以及逻辑电路被配置为接收调制信号并且基于调制信号生成用于变换器级的驱动信号，使得在时钟信号的每个周期中，当调制信号的占空比不小于最小占空比值时，驱动信号具有与调制信号相同的占空比。
附图说明
[0006]参考以下附图和描述可以更好地理解本专利技术。图中的部件不一定按比例绘制；相反，重点在于说明本专利技术的原理。此外，在附图中，相同的附图标记表示相应的部件。在附图中：
[0007]图1示出了一种具有PWM和电压模式控制的降压变换器的示例。
[0008]图2包括说明图1的电路功能的时序图。
[0009]图3示出了一种具有PFM和电压模式控制的降压变换器的示例。
[0010]图4包括说明图3的电路功能的时序图。
[0011]图5示出了一种具有包括模式切换逻辑的多模式控制器的降压变换器的实例。
[0012]图6示出了一种具有改进的控制电路的DC/DC变换器的示例。
[0013]图7示出了图6的控制电路的一个示例性实施方式。
[0014]图8包括说明图7的电路功能的时序图。
[0015]图9示出了在图8的控制电路中使用的逻辑电路的一个示例性实施方式。
具体实施方式
[0016]图1示出了具有PWM和电压模式控制的DC/DC变换器电路的示例。所示的变换器电路由变换器级50和控制器电路10组成。在本示例中，变换器级50具有降压变换器拓扑。也就是说，由两个半导体开关S
HS
、S
LS
组成的半桥连接在第一电源节点和第二电源节点GND之间，在操作期间在第一电源节点处施加输入电压V
IN
，第二电源节点GND可以处于接地电位。半导体开关S
HS
和S
LS
可以由晶体管实施而成，例如MOS晶体管或绝缘栅双极晶体管(IGBT)，或任何其它类型的晶体管。低侧半导体开关S
LS
也可以是二极管。两个半导体开关S
HS
和S
LS
(半桥输出)之间的公共电路节点和提供输出电压V
OUT
的变换器输出端通过电感器L
S
连接。输出电容器C
S
连接在输出端和第二电源节点GND之间。在所示的示例中，连接到开关变换器输出的负载由电流吸收部Q
LOAD
表示，其中输出电流表示为i
LOAD
。
[0017]变换器级50可以包括驱动器电路5，其被配置为根据开/关调制信号V
PWM
来接通和关断半导体开关，在本示例中，所述开/关调制信号V
PWM
是脉宽调制(PWM)信号。在MOSFET被用作半导体开关S
HS
、S
LS
的实施方式中，驱动电路5通常被称为栅极驱动器。图1所示的变换器级本身是已知的，因此不再详细讨论。
[0018]在本示例中，控制器电路10包括误差放大器12和PWM调制器11，PWM调制器接收时钟信号CLK，该时钟信号确定供应给变换器级50的PWM信号V
PWM
的频率。误差放大器12接收参考信号V
REF
和表示变换器级50的输出电压V
OUT
的反馈信号V
FB
，并产生误差信号V
E
，误差信号表示反馈信号V
FB
和参考信号V
REF
之间的差。在本例中，通过使用由电阻器R1和R2组成的分压器按比例缩小输出电压V
OUT
，从输出电压V
OUT
获得反馈信号V
FB
。在本示例中，缩放因子是R2/(R1+R2)。在稳定状态下，反馈信号V
FB
的电平近似等于参考信号V
REF
的电平，因此V
OUT
≈[V
REF
〃(R1+R2)/R2]。
[0019]PWM信号可以由其占空比DS来表征，占空比是周期内的接通时间与周期时间之间的比率。因此，占空比可以在0和1(或0％到100％)之间变化。PWM调制器11被配置为基于误差信号V
E
来设置PWM信号V
PWM
的占空比DS。在一些实施例中，输入电压V
IN
的电平对由PWM调制器11产生的占空比DS具有直接影响。
[0020]图2的时序图示出了开关变换器的功能和不同模式，其(从上到下)示出了时钟信号CLK、PWM信号V
PWM
、电感电流i
L
和负载电流i
LOAD
的示例性波形。图2中还示出了开关变换器的不同操作模式，即PWM连续导通模式(CCM)、PWM非连续导通模式(DCM)和PWM DCM脉冲跳跃模式。
[0021]在CCM模式中，电感电流i
L
不会降为零，而在DCM模式中，电感电流i
L
在每个PWM开关周期的有限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DC/DC变换器电路，包括：变换器级(50)，被配置为接收输入电压(V
IN
)，并且根据调制驱动信号(V
DRV
)从所述输入电压(V
IN
)提供输出电压(V
OUT
)，所述变换器级(50)还被配置为提供表示所述输出电压(V
OUT
)的反馈电压(V
FB
)；以及控制器电路(40)，包括：误差放大器(42)，被配置为接收所述反馈电压(V
FB
)和参考电压(V
REF
)，并且基于所述反馈电压(V
FB
)和所述参考电压(V
REF
)提供误差信号(V
E
)；PWM调制器(45，44)，被配置为接收时钟信号(CLK)和误差信号(V
E
)，并且基于所述时钟信号(CLK)和所述误差信号(V
E
)生成调制信号(V
PWM
)；以及逻辑电路(41)，被配置为接收所述调制信号(V
PWM
)并基于所述调制信号(V
PWM
)生成用于所述变换器级(50)的所述驱动信号(V
DRV
)，使得在所述时钟信号(CLK)的每个周期中，当所述调制信号(V
PWM
)的占空比不小于最小占空比值时，所述驱动信号(V
DRV
)具有与所述调制信号(V
PWM
)相同的占空比。2.根据权利要求1所述的DC/DC变换器电路，其中当所述调制信号(V
PWM
)的占空比(T
ON
/T
CLK
)小于最小占空比值(T
ON,min
/T
CLK
)时，所述驱动信号(V
DRV
)具有对应于所述最小占空比值(T
ON,min
/T
CLK
)的占空比(T
ON
/T
CLK
)。3.根据权利要求1或2所述的DC/DC变换器电路，其中所述最小占空比(T
ON,min
/T
CLK
)是可调节的。4.根据权利要求3所述的DC/DC变换器电路，其中所述最小占空比(T
ON,min
/T
CLK
)取决于所述输入电压(V
IN
)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的DC/DC变换器电路，其中所述PWM调制器(45、44)被配置为生成所述调制信号(V
PWM
)，使得所述调制信号包括与所述时钟信号(CLK)同步的连续脉冲，并且在所述时钟信号(CLK)的每个周期中，所述脉冲宽度(T
ON,PWM
)由所述误差信号(V
E
)确定。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：