用于开关电压调节器的控制装置和控制方法制造方法及图纸

本公开涉及用于开关电压调节器的控制装置和控制方法。提供了一种用于具有开关电路的开关电压调节器的控制装置。控制装置接收开关电路的输入和输出电压，以及指示开关电路的电流的测量信号。控制装置具有：检测指示输出电压与标称电压之间的差的误差信号并且提供根据误差信号的控制信号的反馈模块；提供偏移信号和斜坡信号的阈值校正模块；以及耦合到反馈模块和阈值校正模块的驱动信号生成模块，驱动信号生成模块接收测量信号，将测量信号与阈值进行比较，并且作为响应，提供用于驱动开关电路的调制信号。阈值根据控制信号、偏移信号和斜坡信号。阈值校正模块提供根据输入电压或输出电压的偏移信号。出电压的偏移信号。出电压的偏移信号。

【技术实现步骤摘要】
用于开关电压调节器的控制装置和控制方法


[0001]本公开涉及用于具有改进的控制性能的开关电压调节器的控制装置，并且涉及控制方法。

技术介绍

[0002]如已知的，开关电压调节器能够使用不同的操作方案将输入直流电压转换为输出直流电压，并且可以使用不同的拓扑结构来获取，其中最广泛的拓扑结构中的一个是四开关非反相拓扑结构。
[0003]图1示出了开关电压调节器1，开关电压调节器1包括四开关非反相开关电路(下文中称为开关电路3)和控制装置5。
[0004]开关电路3由第一半桥7、第二半桥9和电感器10形成。
[0005]第一半桥7由串联耦合在输入端子15与公共节点17之间的第一高压侧开关11和第一低压侧开关13(这里是两个NMOS晶体管)形成。
[0006]公共节点17经由分流(shunt)电阻器19耦合到参考电势线(地)18。
[0007]相对于地18的输入电压Vin被施加到输入端子15。
[0008]第二半桥9由串联耦合在输出节点24与公共节点17之间的第二高压侧开关20和第二低压侧开关22(这里也是两个NMOS晶体管)形成。
[0009]以地18为基准的输出电压Vout存在于输出节点24处并且被施加到负载25。
[0010]电感器10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。
[0011]根据输入电压Vin与输出电压Vout之间的比率，开关电压调节器1可以在三种操作模式中的一种模式下工作，如果Vin>Vout，则也称为“降压(buck)”，如果Vin<Vout，则也称为“升压(boost)”，并且如果Vin≈Vout，则也称为“降压升压(buck
‑
boost)”。
[0012]根据操作模式，通过适当地控制第一半桥7和第二半桥9的切换，实际上可以使输出电压Vout保持在参考电压Vref，参考电压Vref例如由用户根据具体应用而选择，而与输入电压Vin的值无关。
[0013]为此，控制装置5耦合到输入节点15并耦合到输出节点24，并且接收参考电压Vref。
[0014]如已知的，将控制装置5设计为使得其执行开关电路3的电流控制；在这点上，控制装置5测量在使用中流过分流电阻器19的电流，该电流指示流过电感器10的电流I
L
。
[0015]详细地，如图2所示，控制装置5形成环路控制电路，该环路控制电路包括：测量输出电压Vout与参考电压Vref之间的误差并且生成控制信号I
C
的环路控制电路30；生成电流斜坡I
slope
的斜坡发生器32；将电流I
L
与总和电流I
C
+I
slope
进行比较并且生成调制信号PWM的PWM调制器34；以及基于调制信号PWM生成开关控制信号T1、T2、T3、T4的驱动逻辑36。
[0016]在控制装置5中，调制信号PWM具有固定周期，该固定周期的持续时间为T，并且PWM调制器34在使用中根据总和电流I
C
+I
slope
与电流I
L
之间的比较来修改调制信号PWM的每个周期的占空比。
[0017]然而，申请人已经发现，在特定的操作条件下，电流斜坡I
slope
降低了已知调节器1的控制性能。
[0018]例如，图3示出了处于降压操作模式的图2的已知调节器在使用中的波形，其具有谷型(valley
‑
type)控制。在该操作模式下，在调制信号PWM的循环(cycle)的开始时，调节器1处于关断(OFF)阶段，其中电流I
L
减小。
[0019]当PWM调制器34检测到电流I
L
等于总和电流I
C
+I
slope
时，PWM调制器34切换调制信号PWM，并且调节器1进入接通(ON)阶段，其中电流I
L
随时间增加。
[0020]已知，如果PWM信号的占空比小于50％，即，如果接通阶段的持续时间小于持续时间T的一半，则电流I
L
中的扰动ΔI可能会导致电流I
L
的已知分谐波振荡(subharmonic oscillation)现象(图3中的虚线)。分谐波振荡可能导致调节器1的不稳定性。
[0021]斜坡电流I
slope
的存在允许在调制信号PWM的若干循环内补偿电流I
L
的分谐波振荡，如图3中的虚线所示。因此，这允许防止调节器1受到可能危及其功能的不稳定性的影响。
[0022]然而，申请人已经发现，随着在负载58中流动的电流变化，斜坡电流I
slope
降低了控制装置5的控制性能，并且降低了调节器1将输出电压Vout保持在期望值Vref的能力。特别地，斜坡电流I
slope
越高，可以由调节器1调节的最大电流就越低，特别是当输入电压Vin与输出电压Vout之间的差较高时，例如当Vin＝40V并且Vout＝5V时。

技术实现思路

[0023]根据本公开，提供了一种用于开关电压调节器的控制装置、一种开关电压调节器、和一种用于开关电压调节器的控制方法。
附图说明
[0024]为了更好地理解本公开，现在参考附图仅仅通过非限制性示例的方式来描述本公开的一些实施例，在附图中：
[0025]图1和图2示出了已知的开关电压调节器的框图；
[0026]图3示出了图1和图2的已知调节器在使用中的波形；
[0027]图4示出了包括开关电路和控制装置的本电压调节器的实施例的框图；
[0028]图5示出了图4的电压调节器的开关电路和控制装置的一部分的电路图；
[0029]图6示出了图4的电压调节器的控制装置的一部分的电路图；
[0030]图7示出了图4的电压调节器的控制装置的不同部分的电路图；
[0031]图8示出了图4的电压调节器在使用中的波形的示例；
[0032]图9
‑
图11提供了图4的调节器的数量与图2的已知调节器的数量的趋势之间的比较；
[0033]图12示出了包括开关电路和控制装置的本电压调节器的不同实施例的框图；
[0034]图13示出了根据一个实施例的图12的电压调节器的开关电路和控制装置的一部分的电路图；以及
[0035]图14示出了根据不同实施例的图12的电压调节器的开关电路和控制装置的一部分的电路图。
具体实施方式
[0036]图4示出了包括相互耦合的开关电路53和控制装置(例如，控制器)55的开关电压调节器50(下文中也称为调节器50)的框图。
[0037]调节器50具有输入节点51、参考节点52和输出节点54，调节器50从输入节点51接收输入电压V
in
，调节器50从参考本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于开关电压调节器的控制装置，其中所述开关电压调节器包括被配置为接收输入电压并且输出输出电压的开关电路，其中所述控制装置被配置为接收所述输入电压、所述输出电压和指示在所述开关电路中流动的电流的测量信号，并且其中所述控制装置包括：反馈级，被配置为：检测指示所述输出电压与标称电压之间的差的误差信号；以及提供根据所述误差信号的控制信号；阈值校正级，被配置为提供偏移信号和斜坡信号；以及驱动信号生成级，耦合到所述反馈级和所述阈值校正级并且被配置为：接收所述测量信号；将所述测量信号与阈值进行比较，所述阈值根据所述控制信号、所述偏移信号和所述斜坡信号；以及响应于将所述测量信号与所述阈值进行比较，提供用于驱动所述开关电路的调制信号，其中所述阈值校正级被配置为提供根据所述输入电压或所述输出电压的所述偏移信号。2.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述阈值校正级被配置为：提供根据所述输入电压与所述输出电压之间的差的所述偏移信号。3.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述偏移信号与所述输入电压和所述输出电压成比例。4.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述开关电路包括电阻元件，其中所述驱动信号生成级包括比较器，所述比较器具有被配置为耦合到所述电阻元件的第一端子的第一输入以及被配置为耦合到所述电阻元件的第二端子的第二输入，并且其中所述比较器被配置为：在所述第一输入处接收所述控制信号和所述斜坡信号，并且在所述第二输入处接收所述偏移信号。5.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述反馈级包括补偿级和电压到电流转换级，其中所述补偿级被配置为基于所述误差信号生成控制电压，并且其中所述电压到电流转换级被配置为基于所述控制电压生成所述控制信号。6.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述斜坡信号具有斜率，并且所述阈值校正级被配置为根据所述输入电压或所述输出电压来修改所述斜坡信号的所述斜率。7.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述斜坡信号具有斜率，并且所述阈值校正级被配置为根据所述输入电压与所述输出电压之间的差来修改所述斜坡信号的所述斜率。8.根据权利要求1所述的控制装置，其中所述阈值校正级包括偏移发生器和耦合到所述偏移发生器的斜坡发生器，其中所述偏移发生器被配置为基于所述输入电压和所述输出电压来提供所述偏移信号，并且提供指示所述输入电压与所述输出电压之间的差的斜坡控制信号，并且其中所述斜坡发生器被配置为基于所述斜坡控制信号来生成所述斜坡信号。9.一种开关电压调节器，包括：开关电路，被配置为接收输入电压并且输出输出电压，其中所述开关电路包括：
至少一个半桥，具有中间节点以及串联耦合在连接节点与公共参考电势节点之间的第一开关和第二开关，其中所述第一开关和所述第二开关分别由第一开关控制信号和第二开关控制信号控制；以及电感器，耦合到所述中间节点；以及控制装置，包括：反馈级，被配置为：检测指示所述输出电压与标称电压之间的差的误差信号；以及提供根据所述误差信号的控制信号；阈值校正级，被配置为提供偏移信号和斜坡信号；以及驱动信号生成级，耦合到所述反馈级和所述阈值校正级并且被配置为：接收指示在所述开关电路中流动的电流的测量信号；将所述测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
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：