电源转换器的数字控制制造技术

本发明专利技术提出一种用于控制电源转换器的系统和方法。一个实施例包括连接至模拟－数字转换器的模拟差分电路，数字脉冲发生器和前置驱动器以控制所述电源转换器。另一实施例还包括作为控制环路一部分的数字滤波器，该控制环路用于控制所述控制电路的环特性。另外的实施例采用∑－Δ模拟－数字调制器和抽取器以替代所述差分电路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及电源转换的系统及方法，更特别涉及控制DC/DC转换 器输出电压的系统及方法。
技术介绍
通常，目前的设备中的各个系统要求不同的电源，但却通常通过相对 个数较少的，甚或单个的电源进行驱动，比如电池。特别是对于片上系统 (soc)器件更为明显，soc包含多个有不同电源要求的部分，但其仅包含几个连接到不同电源的连接点。在由单一电池驱动的便携式设备(如手 机)中也如此。这些设备及soc利用电源转换器将单一的电源转换成每个 部分所需的电源。图1为一典型的电源转换器101及与其连接的控制电路103。电源转 换器101通常包含串联在电源109及电源地111之间的功率管P-FET105 及功率管N-FET107。电容117与有源负载115并联，且电感113连接在电 容117/电源负载115与在P-FET 105和N-FET 107之间的连接点之间。在电源转换器101工作期间，电感113通过P-FET 105与电源109相 连，该P-FET 105在导通状态时对电感113充电，存储能量。当电感113 被充电后，电感113作为输出电压Vout向有源负载115释放存储的能量。 控制电路103通过控制P-FET 105及N-FET 107的开关状态以为有源负载 115提供所希望得到的输出电压V0ut。传统的控制电路103包含连续的电压和离散时间模拟电路，该离散时 间模拟电路包括第一运算放大器119 (也称为误差放大器)、比较器121、 斜坡发生器123和前置驱动器125。放大器119的正输入端连接在电源转 换器101中的电感113和电容117/有源负载115之间，而其负输入端与参考电压VRef相连。第一运算放大器119的输出端连接至第二运算放大器121的负输入端，而斜坡发生器123的输出端连接至第二放大器121的正输入 端。第二放大器121的输出信号传至前置驱动器125，前置驱动器125将 信号緩冲后传至P-FET 105及N-FET 107,从而有效地控制电源转换器101 工作在导通或关断的模式下。上述模拟控制电路存在的一个缺点是实现精确的斜坡发生器123是 非常困难的。此外，因为仅能够通过改变模拟元件的频率响应来修改环的 频率响应，而改变模拟元件的频率响应需要重新设计和重新构建，因此采 用模拟系统很难控制控制电路103和电源转换器101的环响应和动态性能。 特别是，通常必须将误差放大器119设计成具有一定的频率响应以确保合 适的控制环动态特性及稳定性。因此，需要一种不需斜坡发生器，且可以相对容易地控制其环路响应 的控制电路。且还需要一种采用低电压源实现的控制电路，这种低电压源 是在先进半导体工艺中通常需要的。
技术实现思路
通过本专利技术提供电源转换器的控制电路的优选实施例，能够解决或克 服这些和其他问题，并且总体上实现本专利技术的技术优点。根据本专利技术的优选具体实施例，用于控制电源转换器的系统包括差分 电路，其对输出电压和参考电压进行比较以产生误差信号。模拟-数字转换器获取所述误差信号并将所述误差信号转化为数字信号。数字控制的 P WM(脉宽调制)发生器接收该数字信号并产生控制脉沖控制电源转换器中 的晶体管，进而控制输出电压。根据本专利技术的另 一个优选实施例，用于电源转换的系统包括具有第一 和第二晶体管的电源转换器。与前一实施例相似，该控制电路具有差分电 路、模拟-数字转换器和数字控制PWM发生器，配置该控制电路以控制所 述第一和第二晶体管。然而，还包括作为控制回路一部份的数字滤波器以 过滤数字信号。根据本专利技术的其它 一 个优选实施例，电源转换系统包括工作在第 一 时5钟频率的电源转换器。工作在第二时钟频率下的模拟-数字转换器，其对所 述电源转换器的输出电压进行采样并将产生的信号发送至数字滤波器和数 字脉冲发生器以生成控制所述电源控制器的脉冲，且所述第二时钟频率高 于所述第一时钟频率。本专利技术的优选实施例的优点在于，很好地控制系统的环动态。通过对 系统部分实现数字化，能够精确地控制这些环动态，或者甚至通过简单地 对系统进行再编程改变这些环动态，而无需对整个系统进行再设计或再构 建。附图说明为更彻底地理解本专利技术及其优点，下面结合附图为下述的说明做出参考，其中图l为现有技术的电源转换器及与其相关的模拟控制电路的电路图2为根据本专利技术实施例的电源转换器及与其相关的部分数字控制电 3各的电路图3为根据本专利技术实施例以进行脉宽调制操作的电压和电流示意图； 图4为根据本专利技术实施例以进行自动模式操作的电压和电流示意图5为根据本专利技术实施例以进行脉冲频率调制#:作的电压和电流示意图6为根据本专利技术实施例的电源转换器、与其相关的部分数字过滤控 制电路的电路图；和字控制电路的电路图。除特别说明外，在不同的图中对应的数字及标号通常表示对应的部分。 绘制的各个图只是为了清楚地说明实施例中的相关部分，因此未按比例绘 制。具体实施例方式下面详细描述本专利技术优选实施例的制作和使用。应当注意的是，本专利技术提出了多种可应用的专利技术思想，这些专利技术思想可对于具体文本的较大变 化范围内具体实现。所描述的具体实施例仅用于说明本专利技术的制作和使用， 而不是为限制本专利技术。下面将以具体文本的方式通过优选实施例描述本专利技术，即DC/DC电源 转换器的控制电路。然而，本专利技术还可以应用到其它控制电路中。参考附图2，其所示的电源转换器201及与其相关的控制电路203。该 电源转换器201优选为DC/DC Buck (降压)型电源转换器，该电源转换 器向负载215提供输出电压V0ut。优选地，该电源转换器201含有串联的 功率P-FET 205和功率N-FET 207, P-FET 205和N-FET207的栅极由控制 电路203控制。P-FET 205优选与输入电压源209相连，而N-FET 207优 选与电源地211相连。优选地，P-FET 205和N-FET 207之间的共用连接 点通过电感213连接至负载215,且电容217优选与负载215并联以提供 平滑的输出电压V0ut。当然，电承转换器的精度参数取决于所需要的负载及设计，电源转 换器201的一个优选实施例中，电源转换器201优选包含电感213,其感 应系数在约1 liH至约lOiuH之间，优选约为2.2iaH。此外，电容217的 电容量在约1 yF至约20jaF之间，优选约为10juF,而负载215优选地需 要的电流在约1 mA至约1000mA之间，优选约为600mA 。需要注意的是，优选的Buck型电源转换器201仅是实现本专利技术应用电源 转换器201时的一个可能配置。电源转换器201的其它配置和设计也可应 用于本专利技术，且这些配置和设计也应完全包括在本专利技术的范围之内。控制电路203(其设计将在以下的详细描述中进行介绍)控制P-FET 205 和N-FET207以调整连接至负载215的输出电压V0ut。控制电路203以一 种交替的方式使得P-FET 205和N-FET 207在导通和关断的状态之间 切换，以对电感213进行充电和放电，从而提供穿过负载215的电流。通 过控制电感213充电和放电的时间及持续时间，可控制输出电压V0ut。优选地，控制电路203通常以下述三种方式之一来控制P-FET 205和 N-FET 20本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制电源转换器的系统，该系统包括：　差分单元，其输入端与被所述电源转换器控制的电压相连；　与所述差分单元的输出端互通耦合的模拟－数字转换器；　与所述模拟－数字转换器的输出端互通耦合的数字滤波器；和　与所述数字 滤波器的输出端互通耦合的数字脉冲发生器。

【技术特征摘要】
US 2008-3-20 61/038,348;US 2008-6-6 12/134,9301、一种用于控制电源转换器的系统，该系统包括差分单元，其输入端与被所述电源转换器控制的电压相连；与所述差分单元的输出端互通耦合的模拟-数字转换器；与所述模拟-数字转换器的输出端互通耦合的数字滤波器；和与所述数字滤波器的输出端互通耦合的数字脉冲发生器。2、 如权利要求1所述系统，其中，所述数字滤波器的输出在约1比特至约8比特之间。3、 如权利要求l所述系统，其中，所述数字滤波器控制所述系统的环响应。4、 如权利要求i所述系统，其中，所述模拟-数字转换器包括i:-a(sigma-delta)调制器。5、 如权利要求4所述系统，还包括串行地互通耦合在z-a调制器和数字脉冲发生器之间的抽取器和数字滤波器。6、 如权利要求l所述系统，其中，所述差分单元用于产生误差信号，所述模拟-数字转换器过采样所述误差信号。7、 如权利要求l所述系统，还包括与所述数字脉冲发生器互通耦合的前置驱动器，以及与差分回路的输入端和所述前置驱动器的输出端互通耦合的电源转换器。8、 一种用于电源转换控制的系统，包括差分电路，其包括与参考电压相连的第一输入端，与被控制的电压相连的第二输入端，和误差输出端；与所述差分电...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾瑞克苏恩，艾伦罗森，马丁肯亚，贾斯汀时，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]