具有效率输出的DC-DC转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种DC-DC转换器，其包括具有效率测量输出的效率报告电路。在示例中，DC-DC转换器具有输入电压，输出电压，以及转换输入电压为中间电压的开关电路，且效率报告电路确定输出电压和中间电压之间的比率。

【技术实现步骤摘要】
具有效率输出的DC-DC转换器

技术介绍
本专利技术涉及一种DC-DC转换器，其是从一个电压到另一个电压转换直流（DC）源的电子电路。例如，DC-DC转换器广泛用于便携式装置中，从而由电池提供电力。DC-DC转换器也可调节输出电压，其补偿用于变化的负载电流以及输入电压的变化。图1A示出了一个普通类型的DC-DC转换器。图1A中（简化以便于说明和描述）的DC-DC转换器电路100是开关降压转换器（输入电压高于输出电压），且基本设计称为降压转换器。图1A中，电源102在输入电压VIN处提供直流电流。电路100在输出电压VOUT处提供直流电流到负载（RLOAD）。两个电子开关（SW1，SW2）由开关控制电路106和驱动器108控制。在任何一个时间至多只有一个开关是闭合的。当SW1闭合时，电流从电源102流入RLOAD和滤波电容器（C），且VOUT线性上升。此外，当SW1闭合时，能量存储在L和C中。当SW2闭合时，电流从C中存储的能量，并从L中存储的能量流出，且VOUT线性减小。比较器104比较VOUT和参考电压VREF，且开关控制电路106响应比较器104的输出而调整SW1的占空比。DC-DC转换器的拓扑和控制存在许多变化。图1A中示出的电路具有单个电感器。其存在多个变化，例如具有多个电感器谐振电路的LLC。图1A中示出的电路使用输出电压反馈。一些电路使用电流反馈。一些电路具有多个反馈环路。一般来说，需要验证DC-DC转换器（设计测试，生产测试以及系统测试）的操作，且一般地存在提高效率的需要。
技术实现思路
附图说明图1A是示出DC-DC转换器的示例现有技术实施例的框图。图1B是示出图1A的部分DC-DC转换器的额外细节的框图。图2是示出产生效率测量所需电压的DC-DC转换器的示例实施例的框图。图3是示出具有效率测量输出的DC-DC转换器的示例实施例的框图。图4是示出模数转换器的示例实施例的框图。图5是示出经配置产生效率测量的模数转换器的框图。图6是示出经配置确定效率测量的电压比率的闪电式（flash）模数转换器的示例实施例的框图。图7A是示出经配置确定效率测量的电压比率的双斜坡积分模数转换器的替代示例实施例的框图。图7B是用于图7A示例实施例的示例时序图。图7C是示出图7A的部分示例实施例的额外细节的框图。图7D是示出经配置确定效率测量的电压比率的双斜坡积分模数转换器的替代示例实施例的额外细节的框图。图8是图3的部分DC-DC转换器的示例实施例的额外细节的方框图。图9是示出为DC-DC转换器产生效率测量的方法示例实施例的框图。具体实施方式电源需要针对效率而设计，操作期间系统效率需要验证，且负载可需要调整从而提高电源效率。因此，对于DC-DC转换器，需要提供效率测量作为输出。图1A的电路100的功率效率E是输出功率除以输入功率（其中VOUT、IOUT、VIN以及IIN都是DC值）：一般来说，测量电流（IIN和IOUT）增加了复杂性，且计算乘积和除法增加了复杂性。需要有更直接的方式测量效率。图1A中开关SW1和SW2在D占空比中开关。也就是说，SW1是闭合D的时间百分比。假设理想开关（也就是说，假设在开关中没有功率损耗），DC开关节点电压VSW=D*VIN。DC输出电流IOUT=IIN/D。在上述效率等式中用D*IOUT替代IIN，效率E是：因此，对于理想的电路，效率是VOUT/VSW。然而，如下面讨论，对于实际的电路，由于开关中的开关和传导损耗，VSW小于D*VIN。一般来说，存在降低效率的多种功率损耗。在有源开关电路中，在驱动开关的电路中，以及在反馈电路中，存在开关损耗。也有传导损耗，如开关晶体管有效电阻，二极管正向压降，电感器绕组电阻，以及电容器等效串联电阻。一般来说，除了在非常轻的负载条件期间之外，开关损耗都是微不足道的，对于重负载来说，效率主要由传导损耗降低。图1B示出了图1A的部分DC-DC转换器的额外细节，其具体地示出了导致传导损耗的有效电阻。图1B中，RSW1表示开关SW1的有效导通电阻，RSW2表示开关SW2的有效导通电阻，RL表示电感器L的绕组电阻，而RC表示电容器C的等效串联电阻。图1B中，由于RSW1和RSW2中的传导损耗，DC开关节点电压VSW小于D*VIN，而由于RL和RC中的传导损耗，VOUT小于VSW。以上给出的效率等式依然有效，但是所需的是测量D*VIN的方式，由于开关SW1和SW2中的损耗，其是理想值，而不是图1A和1B的电路中能够测量的实际电压。测量D*VIN的一个示例方式是建立具有VIN输入和D占空比的开关电路，但具有在开关中可忽略的开关和传导损耗。一般来说，对于MOSFET开关，开关损耗与开关频率成比例，并与寄生电容值成比例。随着MOSFET的物理尺寸增加，寄生电容也增加。因此，通过使用非常小的晶体管，开关损耗可忽略。通过使流过开关的电流可忽略，传导损耗可以忽略。图2示出了产生D*VIN的DC-DC转换器电路。在图2的电路中，两个额外开关（SW3，SW4）添加到图1A的电路中。在图2的示例中，驱动器108在和驱动SW1同样的时间驱动开关SW3，并在和驱动SW2同样的时间驱动开关SW4。因此，SW3和SW4的占空比D与开关SW1和SW2相同。SW3和SW4物理上非常小，从而最小化开关损耗。SW3和SW4驱动开放电路，以便负载电流可忽略，因此使传导损耗可忽略。由于有可忽略的损耗，开关SW3和SW4的DC输出基本等于理想的D*VIN。例如通过低通滤波或积分脉冲调制波形，可获得DC值。对于效率测量，给定D*VIN，VOUT与D*VIN的比率需要确定。图3示出了DC-DC转换器300，其具有数字效率输出E（308）（其中E=VOUT/（D*VIN））。图3中，方框302表示开关电路，低通滤波和反馈电路，其可以如图1A中示出，但也可以是其它开关DC-DC转换器配置（例如，LLC）。图3中，方框304表示产生D*VIN的电路，其可以如图2所示。最后，方框306表示产生效率E（308）的数字值的效率测量电路。效率测量电路306可包括随后有比率数字计算的VOUT模数转换以及D*VIN模数转换。然而，在下面的讨论中，比率的数字值直接产生。可替代地，或除此之外，效率测量电路306可产生效率EA（310）的模拟值，其结合图8更详细地讨论。图4是模数转换器（ADC）的简化方框图。VREFADC是参考电压，其对应于ADC的满量程范围。假设数字代码输出的分辨率“n”位，输出是：其中VINADC≤VREFADC。在ADC的通常使用中，VREFADC是固定的，且可以是或可以不是外部输入。然而，为了计算效率的电压比率，VREFADC可以是可变的输入。也就是说，如果图3中的VOUT联接到图4中的VINADC上，且如果图3中的D*VIN联接到图4中的VREFADC，则：因此，通过使VREFADC为可变输入，ADC可用于直接提供作为效率测量的电压比率的数字值。图5示出了联接到ADC500上的D*VIN和VOUT，从而产生效率信号E的数字测量。图5中，D*VIN通过信号调节电路502，而VOUT通过信号调节电路504，其可结合图7C和7D，在下面更详细地解释。图6示出了ADC的示例，其经配置产生效率的数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC?DC转换器，其包括：具有输出的效率测量电路，所述输出是所述DC?DC转换器的效率测量。

【技术特征摘要】
2012.06.25 US 13/532,4921.一种DC-DC转换器，其包括：具有输出的效率测量电路，所述输出是所述DC-DC转换器的效率测量；所述DC-DC转换器接收DC输入电压和产生DC输出电压；第一开关电路，其转换所述DC输入电压为第二DC电压；以及第二开关电路，其转换所述DC输入电压为第三DC电压；以及所述效率测量电路确定所述DC输出电压与所述第三DC电压的比率作为效率测量。2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其进一步包括：所述第一开关电路，其具有占空比；所述第二开关电路，其具有与所述第一开关电路相同的占空比；以及所述第二开关电路，其具有可忽略的负载。3.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其进一步包括：具有占空比的所述第一开关电路；以及所述第三DC电压，其基本等于所述占空比乘以所述DC输入电压。4.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，所述效率测量电路进一步包括：模数转换器，即ADC，其具有联接到所述DC输出电压的ADC模拟电压输入，以及联接到所述第三DC电压的ADC参考电压输入。5.根据权利要求4所述的DC-DC转换器，所述效率测量电路进一步包括：低通滤波器，其在所述第三DC电压和所述ADC模拟电压输入之间。6.根据权利要求4所述的DC-DC转换器，所述ADC进一步包括双斜坡积分ADC。7.根据权利要求6所述的DC-DC转换器，所述效率测量电路进一步包括：切...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·W·霍尔斯特德，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：