CN101546957B - 含控制器的直流/直流转换器及其控制方法 - Google Patents
含控制器的直流/直流转换器及其控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101546957B CN101546957B CN2008101793607A CN200810179360A CN101546957B CN 101546957 B CN101546957 B CN 101546957B CN 2008101793607 A CN2008101793607 A CN 2008101793607A CN 200810179360 A CN200810179360 A CN 200810179360A CN 101546957 B CN101546957 B CN 101546957B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- side switch
- converter
- switch
- resistance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 15
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 15
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 14
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 14
- 238000007600 charging Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims 1
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本发明提供了一种含控制器的直流/直流转换器，其包括包含高侧开关和低侧开关的一对开关以及控制器，该控制器进一步包括与直流/直流转换器的开关节点相连的电阻元件，流经该电阻元件的电流可反映高侧开关和低侧开关的状态，该控制器还包括可根据流经电阻的电流值提供斜坡信号的斜坡信号产生电路，以及可至少根据斜坡信号产生脉宽调制(PWM)信号的脉宽调制电路；本发明的控制器可根据直流/直流转换器的输入电压和输出电压的情况产生对应的脉宽调制(PWM)信号，以控制直流/直流转换器开关状态，使该直流/直流转换器正常、高效的工作。
Description
技术领域
本发明涉及用于直流/直流转换器，更具体的是涉及含控制器的直流/直流转换器以及控制方法。
背景技术
直流/直流转换器用来把输入直流电压转换为输出直流电压。该类转换器包括降压和升压转换。在降压转换中，直流/直流转换器包括一个可控开关，该可控开关周期性的闭合和断开。当开关闭合时，一个降低了的直流输出电压提供给负载，同时能量被储存在该转换器的储能元件(例如：电感)中。当开关断开时，储能元件(例如：电感)释放能量，为负载提供输出电压。由于开关耗能相对较少，上述方法能延长输入电压源(例如：电池)的供电时间。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种控制器来合理控制直流/直流转换器的开关状态，使得直流/直流转换器正常工作。
本发明提供了一种直流/直流转换器的控制器，其可包括：脉宽调制(PWM)电路，用于产生控制一对开关操作的第一信号；斜坡信号产生电路，用于提供产生该第一信号所需的第二信号；及电阻元件，用于提供产生第二信号所需的电流信号。
本发明还提供了一种直流/直流转换器，其可包括：由高侧开关和低侧开关组成的一对开关，该高侧开关可与直流/直流转换器的输入电压和开关节点耦合，且该低侧开关可与地和开关节点耦合，该一对开关用于控制直流/直流转换器的输出电压；与开关节点耦合的电感；通过驱动器连接到该一对开关的控制器，该控制器可包括：与开关节点耦合的电阻元件，电阻元件的一侧连接到所述一对开关之间的连接点，所述电阻元件的另一侧连接到所述斜坡信号产生电路的未连接所述脉宽调制电路的一侧，用于提供产生第二信号所需的电流信号，流经该电阻元件的电流值反映了高侧开关和低侧开关的状态；根据流经该电阻元件的电流值提供斜坡信号的斜坡信号产生电路，该斜坡信号产生电路连接到脉宽调制电路的未连接所述驱动器的一侧，用于提供产生第一信号和使能信号所需的第二信号；以及用于产生控制该一对开关操作的第一信号和使能信号的脉宽调制电路，连接到所述驱动器。
本发明还提供了一种直流/直流转换器，包括：与输入电压耦合的高侧开关和与地耦合的低侧开关；耦合于高侧开关和低侧开关之间的电感，用于提供直流/直流转换器的输出电压；及控制器，通过驱动器连接到所述高侧开关和所述低侧开关，所述控制器包括：脉宽调制电路，连接到所述驱动器，用于产生控制所述高侧开关和所述低侧开关的第一信号和使能信号；斜坡信号产生电路，连接到所述脉宽调制电路的未连接所述驱动器的一侧，用于给所述脉宽调制电路提供第二信号；及电阻，所述电阻的一侧连接到所述高侧开关和所述低侧开关之间的连接点，所述电阻的另一侧连接到所述斜坡信号产生电路的未连接所述脉宽调制电路的一侧，用于给所述斜坡信号产生电路提供反映所述高侧开关和所述低侧开关状态的电流信号。
本发明还提供了一种直流/直流转换器的控制方法，包括：由斜坡信号产生电路根据流经电阻的电流信号产生第一信号，所述电流信号表示一对开关的状态；及由脉宽调制电路根据第一信号产生第二信号和使能信号，所述第二信号和所述使能信号控制所述一对开关；其中，所述脉宽调制电路的一侧通过驱动器连接到所述一对开关，另一侧连接到斜坡信号产生电路；以及所述电阻的一侧连接到所述斜坡信号产生电路的未连接所述脉宽调制电路的一侧，所述电阻的另一侧连接到所述一对开关之间的连接点。与现有技术相比，本发明的含控制器的直流/直流转换器以及控制方法可根据直流/直流转换器的输入电压和输出电压的情况产生对应的脉宽调制(PWM)信号，以控制直流/直流转换器开关状态，使该直流/直流转换器正常、高效的工作。
附图说明
图1所示为根据本发明的实施例的包含一个反馈回路的直流/直流转换器的示例性结构框图，该反馈回路用于向控制器提供开关状态；
图2所示为根据本发明的实施例的在两个控制信号的作用下图1中的一对开关的各种可能状态的示范表格；
图3所示为根据本发明的实施例的图1中的控制器的示例性结构框图；
图4A和4B所示为根据本发明的实施例的图3中的控制器的各个信号的时序图；
图5.所示为根据本发明的实施例的图1中的控制器的示例性结构框图；
图6A和6B所示为根据本发明的实施例的图5中的控制器的各个信号的时序图；
图7所示为根据本发明的实施例的图1中的控制器的示例性结构框图；
图8所示为根据本发明的实施例的图7中的控制器的各个信号的时序图；
图9所示为根据本发明的实施例的图1中的控制方法的示例性流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
图1所示为根据本发明的实施例的示例性直流/直流转换器100，包括控制器电路102、驱动器电路104、开关电路106以及能量储存电路108。通常，控制器电路102会产生一个或多个控制信号，并提供给驱动器电路104。例如，控制器电路102会产生一个脉宽调制(PWM)信号控制开关电路106。开关电路106包括高侧开关110和低侧开关112。在一个实施例中，高侧开关110和低侧开关112分别接收来自驱动器电路104的控制信号，并提供一个信号给能量储存电路108，使之产生输出电压(表示为VOUT)。通常，驱动器电路104控制开关110和112，使该一对开关交替置于闭合(“ON”)和断开(“OFF”)的位置。更具体的说，通过改变控制器电路102提供的PWM信号的占空比，该控制器电路102可控制高侧开关110和低侧开关112的工作状态。在一个实施例中，如果PWM信号为高电平，高侧开关110闭合(“ON”)且低侧开关112断开(“OFF”)，这种开关状态称之为“开关闭合(Switch ON)”状态。此时，输出电路108中的电感114通过高侧开关110与输入电压(表示为VIN)耦合。此时，流经电感114的电流增加，且输出电路108中的电容116储存电荷。因此，在高侧开关110闭合时，输入电压VIN大于输出电压VOUT，并且电感114的电压值为正。
当PWM信号为低电平时，高侧开关110断开(“OFF”)且低侧开关112闭合(“ON”)，这种开关状态称之为“开关断开(Switch OFF)”状态。在这种状态下，输出电路108中的电感114上的电压值为负。相应地，储存在电感114中的磁场被破坏，从而提供输出电压VOUT给电容116。因此，VOUT是根据控制器电路102产生的PWM信号的占空比来提供的。控制器电路102还会向驱动器电路104提供一个使能信号。在一个实施例中，使能信号由引脚“EN”提供，用于控制高侧开关110和低侧开关112的状态。
在一个实施例中，为了产生PWM信号和使能信号，两个电压反馈信号被提供给控制器电路102。具体而言，输出电压(VOUT)通过线路120输入引脚“VFB”，且电感114一端的电压通过另一条线路118输入控制器电路102的引脚“LX”。线路118提供的反馈信号用于指示高侧开关110和低侧开关112所处的状态。电路元件用于设定与控制器电路102相关的参数。例如，与控制器电路102相连的电阻123、电阻124以及电容126用于设定如参考电压和电流(和/或电压)的压摆率等相关参数。
图2所示是根据本发明的实施例的在使能信号EN和来自控制器电路102的脉宽调制(PWM)信号的作用下开关110和112各种可能状态的示例性表格200。另外，开关状态的定义可以由开关110和112的位置决定。例如，当开关110闭合且开关112断开(例如，在使能信号EN＝1，且PWM信号＝1时)时，则定义开关处于“开关闭合”状态，此时，电感114与输入电压VIN耦合；当开关110断开且开关112闭合(例如，在使能信号EN＝1，且PWM信号＝0时)时，则定义开关处于“开关断开”状态，此时，电感114与地耦合；当开关110和112都断开且使能信号为数字“0”，则定义开关处于“跳过”状态。在“跳过”状态下，开关110和112都断开，则电感114悬空(例如，没有和电源电压或地耦合)。因此，电感114在“开关闭合”状态下与输入电压耦合(例如，开关110闭合时)，在“开关断开”状态下接地(例如，开关112闭合时)，另外在“跳过”状态下悬空(例如，开关110和112都断开时)。
在“开关闭合”状态下，电感114上的电压实质上是等于VIN-VOUT。在降压转换中，VIN比VOUT大，则电感114的电压值为一个净值为正的电压。该电压使得流过电感114的电流遵循下式的规律斜线上升：
di/dt＝(VIN-VOUT)/L＝ΔI/TON (1)
在式(1)中，VIN是直流/直流转换器100的输入电压，VOUT是直流/直流转换器100的输出电压，TON是开关110和112处于“开关闭合”状态的时间间隔，L是电感114的电感值，ΔI是在TON期间流经电感114的电流的变化量。
在“开关断开”状态下，电感114的电压与VOUT成比例。然而，电感114上的电压的极性反转，使得流过电感114的电流遵循下式规律斜线下降：
di/dt＝-(VOUT)/L＝ΔI/TOFF (2)
在式(2)中，VOUT是直流/直流转换器100的输出电压，TOFF是开关110和开关112处于“开关断开”状态的时间间隔，L是电感114的电感值，ΔI是在TOFF期间流经电感114的电流的变化量。
图3为根据本发明一个实施例的直流/直流转换器100a的结构框图，包括与图1中的转换器100中的控制器102类似的控制器102a。控制器102a可在各类直流/直流转换器100a中使用。在一个实施例中，直流/直流转换器100a可为同步降压转换器，该转换器通常包括控制器102a，驱动器电路104，具有高侧开关110和低侧开关112的开关电路106，以及低通滤波器108。低通滤波器108可包括电感L和电容C。高侧开关110的两端分别与输入直流电压VIN和LX开关节点122耦合。低侧开关112的两端分别与LX开关节点122和地耦合。另外，LX开关节点122还与低通滤波器108相连。
控制器102a可包括脉宽调制电路352，用于产生脉宽调制(PWM)信号和低侧开关的使能信号(LDR_EN)。驱动器电路104能根据PWM和LDR_EN信号来控制高侧开关110和低侧开关112闭合和/或断开。
控制器102a接收表示LX开关节点122电压的输入信号。控制器102a还包括一个输入引脚SLEW，用于设定期望输出电压值(比如：VSET或VOUT)。例如，在图1所示的实施例中，压摆电容126基于电阻分压器中电阻123、124和参考电压REF进行充电。本领域技术人员应当知晓给压摆电容126充电且产生目标电压信号的各种方法。在这种情形下，压摆电容126上的电压将从0摆动到设定值。另外，控制器电路102a的引脚VFB还会接收一个表示直流/直流转换器100a的输出电压值VOUT的反馈信号。
如图3所示，控制器电路102a可包括与直流/直流转换器100a中的LX开关节点122相连的电阻R1320。流经电阻R1320的电流可对高侧开关110和低侧开关112所处的状态(例如，高侧开关110和低侧开关112处于开关闭合状态、开关断开状态或者跳过状态)产生响应。控制器电路102a还包括根据流经电阻R1320的电流值提供斜坡信号312的斜坡信号产生电路350，以及至少根据斜坡信号312产生PWM信号的脉宽调制电路352。
当高侧开关110闭合且低侧开关112断开时，开关电路106处于开关闭合状态。此时，由于LX开关节点122通过闭合的高侧开关110与VIN耦合，该节点122的电压等于VIN。因此，流经电阻R1320的电流值等于直流/直流转换器100a的输入电压VIN减去该直流/直流转换器的输出电压VOUT，得到的差值再除以电阻R1 320的电阻值。斜坡信号产生电路350则根据流经电阻R1 320的电流值产生斜坡信号312的上升阶段314，图4A和图4B将就此进行详细描述。
当高侧开关110断开且低侧开关112闭合时，开关电路106处于开关断开状态。此时，由于LX开关节点122通过闭合的低侧开关112与地耦合，该节点122的电压值等于0伏。因此，流经电阻R1 320的电流值等于0伏减去直流/直流转换器100a的输出电压VOUT，得到的差值再除以电阻R1 320的电阻值。斜坡信号产生电路350则根据流经电阻R1320的电流值产生斜坡信号312的下降阶段316，图4A和图4B将就此进行详细描述。
在跳过状态(比如：当高侧开关110断开且低侧开关112也断开时)下，LX开关节点122的电压等于直流/直流转换器100a的输出电压VOUT。因此，在跳过状态下，由于LX开关节点122的电压减去直流/直流转换器100a的输出电压VOUT，所得的差值再除以电阻R1320的电阻值等于0，流经电阻R1320的电流等于0。斜坡信号产生电路350则根据流经电阻R1320的电流值产生斜坡信号312的平坦阶段318，图4A和图4B将就此进行详细描述。
斜坡信号产生电路350包括缓冲器351和电流控制电流源324。缓冲器351的反相输入端与缓冲器351的输出端相连，用于提供负反馈。缓冲器351的正相输入端接收表示直流/直流转换器100a输出电压的信号，例如VSET或VOUT。因此，缓冲器351的输出电压密切跟随正相输入端的输入信号VSET或VOUT。电流控制电流源324对流经电阻R1 320的输入电流I_in产生响应，该输入电流I_in用于表示开关110和112的状态。电流控制电流源324产生与输入电流I_in镜像的输出电流I_out。输出电流I_out用于给斜坡电容308充电或放电，并产生斜坡信号312提供给脉宽调制电路352的第一比较器301和第二比较器302。
第一比较器301比较斜坡信号312和额定电压V2。在一个实施例中，额定电压V2可以是20微伏。第一比较器301提供一个输出信号RAW_LDR_EN，并输送给与非门311的一个输入引脚。与非门311的另一个输入引脚接收SKIP信号，并输出LDR_EN信号给驱动器电路104。第二比较器302比较斜坡信号312和参考电压REF，并提供输出信号给触发器342的复位引脚R。触发器342的输出引脚“Q”提供PWM信号给驱动器电路104。
PWM信号的占空比与输入电压和输出电压(或目标电压)之间的差值成反比。也就是说，当该差值增加时，PWM信号的占空比减小，从而缩短开关110和112处于“开关闭合”状态的时间。相反，当该差值减小时，PWM信号的占空比增加，从而缩短开关110和112处于“开关断开”状态的时间。
图4A和4B所示为根据本发明的实施例的图3中的控制器102a的各个信号的时序图400。图4A和图4B将结合图3进行描述。时序图400详细的叙述了图3中控制器102a的操作，包括产生斜坡信号312的步骤。当控制器102a被使能，SLEW电压401(如图4B所示)开始斜线上升。图3中比较器303若检测到SLEW电压达到反馈电压VFB，则提供一个数字1信号给与门322。此时，第一比较器301的输出(例如，图4B所示的RAW_LDR_EN信号402)也是数字1信号。因此，与门322的所有输入引脚都输入数字1，该与门322则输出数字1使触发器342置位。此时(即t1时刻)，PWM信号403(如图4A所示)变为数字1。
在t1到t2的时间间隔内，PWM信号403是数字1，LDR_EN信号404也是数字1。此时，高侧开关110闭合且低侧开关112断开，该开关110和112处于开关闭合状态。因此，在此时间间隔内，由于LX开关节点122与直流/直流转换器100a的输入电压VIN耦合，LX开关节点122的电压405等于VIN。
在t1到t2的时间间隔内，流经电阻R1320的电流I_in可由式(3)表示：
I_in＝(VIN-VOUT)/R1 (3)
其中，VIN表示直流/直流转换器100a的输入电压，VOUT表示直流/直流转换器100a的输出电压，R1表示图3中电阻320的电阻值。若令K＝1/R1，式(3)可以由式(4)来表示：
I_in＝K*(VIN-VOUT) (4)
如公式(3)、(4)以及曲线406所示，由于I_out是I_in的镜像电流，I_out等于I_in。如曲线407所示，在t1到t2的时间间隔内，斜坡信号312以与I_out信号的大小成比例的速率斜线上升。斜坡信号312的上升会持续到该信号与第二比较器302反相输入引脚的参考电压REF相等。当斜坡信号312在t2时刻达到REF值，第二比较器302的输出使触发器342复位。
在t2时刻，当触发器342复位时，该触发器342的输出引脚Q输出数字0，因此PWM信号403变为数字0。第一比较器301的输出信号RAW_LDR_EN信号402为数字0，且当SKIP信号为数字1时，与非门311也输出数字1(如图4A中LDR_EN信号404)。因此，在t2到t3的时间间隔内，高侧开关110断开且低侧开关112闭合，开关110和开关112处于开关断开状态。如曲线405所示，当开关110和112处于开关断开状态时，LX开关节点122通过闭合的低侧开关112与地耦合，因此LX开关节点122的电压等于0。
在t2到t3的时间间隔内，流经电阻R1 320的电流I_in406可由式(5)表示：
I_in(0-VOUT)/R1 (5)
若令K＝1/R1，式(5)可以由式(6)来表示：
I_in＝-K*VOUT (6)
如公式(5)、(6)以及曲线406所示，由于I_out是I_in的镜像电流，I_out等于I_in。在t2到t3的时间间隔内，斜坡信号312以与I_out信号406成比例的速率斜线下降。斜坡信号312的下降会持续到该信号与第一比较器301正相输入引脚的输入电压V2相等。当斜坡信号312在t3时刻下降到电压V2时，第一比较器301的输出(如RAW_LDR_EN 402)变为数字1。如图4B中曲线408所示，当斜坡信号312在t3时刻下降到V2时，电感电流处于过零处。为此，控制器电路102a提供了一种过零估计器来评估流经电感L的电流是否处于过零处，代替原有直接测量流经电感L的电流的方法。
如果SKIP信号在t3时刻也是数字1(比如，跳过状态有效时)，则与非门G1311输出数字0，且LDR_EN信号404变为数字0。因此，在t3到t4的时间间隔内，控制器102a处于跳过状态。由于在跳过状态下PWM信号403为数字0，且LDR_EN信号404也为数字0，则开关110和112都断开。
在开关110和112都断开的跳过状态下，LX开关节点122处的电压405等于直流/直流转换器的输出电压VOUT。此外，在跳过状态下，由于LX开关节点122的电压减去输出电压VOUT，得到的差值再除以电阻R1320的电阻值等于0，流经电阻R1320的电流和电流I_out406都等于0。
当跳过状态被使能，控制器电路102a控制使开关110和112处于跳过状态，并持续该状态到直流/直流转换器100a的输出电压(用VFB表示)小于设定电压值(例如：电压SLEW 401)。VFB信号会根据直流/直流转换器100a中低通滤波器108的电容C是否存在等效串联阻抗(Equivalent Series Resistance，ESR)而变化。
如果电容C没有ESR(例如，电容C可为没有ESR的陶瓷电容)，一旦有电流流经电感114，曲线401所述的电压VFB则上升。在t1到t2的时间间隔内，高侧开关110闭合且低侧开关112断开，曲线401以第一斜率的速率上升。在t2到t3的时间间隔内，开关110断开且开关112闭合，曲线401以第二斜率的速率下降并一直下降到t3时刻该曲线达到电压SLEW。在t3到t4的时间间隔内，开关110和112都断开，曲线401则处于过零处。在t4时刻，第三比较器303的输出变为数字1。第三比较器303和第一比较器301都为数字1的输出使得与门322的输出变为数字1，从而导致触发器342置位，PWM信号也因此变为数字1。在t4到t6的时间间隔内，时序图400的进程开始重复前述进程。在t3到t4的时间间隔内，曲线401的下降速率由负载电流决定。例如，曲线401的下降速率在负载电流小时比负载电流相对大时慢。因此，在负载电流较小时，控制器102a跳过状态的持续时间随着负载电流的增大而延长。
如果电容C有ESR，VFB的曲线(图4A和4B未示出)在t1到t2的时间间隔内上升，而在t2到t3的时间间隔内下降。与曲线401类似，在t3到t4的时间间隔内，VFB会继续下降且下降速率由负载电流决定。VFB信号会持续下降到等于SLEW电压，然后开始一个新的周期。
再请参照图3，在一定的时间间隔内(例如，在t3到t4以及t5到t6的时间间隔内)，闭合开关372可影响斜坡信号312的斜率，从而缩短开关断开状态的持续时间。开关372由与门323的输出控制，当与门323的两个输入端都是数字1时，开关372闭合。这种情况会在VFB电压小于SLEW电压时发生，此时第三比较器303的输出为数字1，且当PWM信号为数字0时，触发器342的引脚“QB”输出数字1。当开关372闭合时，开关断开状态的持续时间比开关372断开时的持续时间短。这是因为在开关断开状态下(例如，在t2到t3的时间间隔内)，斜坡信号312的负斜率比在开关372闭合时的负斜率小。对开关断开状态加速的程度由电阻R2373来决定。如果不需要加速开关断开状态，控制器102a也可不包括开关372、电阻373以及与门G3323。
图5所示为根据本发明的另一实施例控制器102b的示例性结构框图。为了简明起见，图5中部分与图3类似并已做过详细描述的内容，在此不再赘述。控制器102b可包括与直流/直流转换器100b的开关节点122相连的电阻R1520。控制器102b还可包括斜坡信号产生电路550，用于根据流经电阻R1 520的电流值提供斜坡信号512。控制器102b还可包括脉宽调制电路552，用于至少根据斜坡信号512产生PWM信号。
斜坡信号产生电路550包括通过线路509与电阻R1520串联的斜坡电容508。运算放大器551的反相输入引脚与节点506相连，该放大器的同相输入引脚用来接收表示直流/直流转换器100b输出的输出电压，例如：VSET或VOUT。运算放大器551可以为积分器。如果该运算放大器551的同相输入引脚接收VOUT，电阻R1 520一端的节点506处的电压也等于VOUT。由于运算放大器551的输入端不允许电流流入，因此流经电阻R1 520的电流也流入斜坡电容508，给斜坡电容508充电或放电。
斜坡信号512可同时提供给第一比较器501的同相输入引脚和第二比较器502的反相输入引脚。电压V2可提供给第一比较器501的反相输入引脚。电压REF可提供给第二比较器502的同相输入引脚。在一个实施例中，电压REF为10毫伏，电压V2为2.5伏。
如图6A和图6B并结合图5所示，时序图600详细的叙述了图5中控制器102b的操作，包括产生斜坡信号512的步骤。在t1到t2的时间间隔内，PWM信号601为数字1，LDR_EN信号602也为数字1。因此，高侧开关110闭合且低侧开关112断开。因此，在t1到t2的时间间隔内，由于LX开关节点122与直流/直流转换器的输入电压VIN相连，LX开关节点122的电压603等于VIN。在t1到t2的时间间隔内，流经电阻R1520且流入电容508的电流I_in604(或用I(C1)表示)可由式(3)和(4)表示。在t1到t2的时间间隔内，根据流入斜坡电容508的电流值，表示斜坡信号512的曲线605斜线下降。受与斜坡电容508相连的运算放大器551的影响，斜坡信号512在t1到t2的时间间隔内具有负斜率。因此，斜坡信号512与图4A所示斜坡信号312反相。也就是说，斜坡电容508产生的斜坡信号512与斜坡电容308产生的斜坡信号312之间的极性相反。
斜坡信号512会持续下降到该信号与第二比较器502同相输入引脚的参考电压REF相等。在t2时刻，当斜坡信号512下降到REF，第二比较器502的输出可使图5中触发器542复位。当触发器542在t2时刻复位时，触发器542的输出引脚Q输出数字0，因此PWM信号601变为数字0。第一比较器501的输出信号RAW_LDR_EN信号606为数字0，且在t2到t3的时间间隔内SKIP信号为数字1，则图5中与非门511输出数字1(如图6A中LDR_EN信号602)。因此，在t2到t3的时间间隔内，高侧开关110断开且低侧开关112闭合，开关110和开关112处于开关断开状态。当开关110和112处于开关断开状态时，LX开关节点122通过闭合的低侧开关112与地耦合，因此LX开关节点122的电压603等于0。
在t2到t3的时间间隔内，流经电阻R1520且流入斜坡电容508的电流I_in604(或用I(C1)表示)可由式(5)和(6)表示。此时，斜坡信号512以与I_in(或I(C1))的电流值成比例的速率斜线上升，并持续到该信号在t3时刻达到电压V2。在t3时刻，第一比较器501的输出(即RAW_LDR_EN 606)为数字1。如果SKIP信号也为数字1(例如，当SKIP状态有效时)，与非门511输出数字0，且LDR_EN信号602也变为数字0。因此，在t3到t4的时间间隔内，控制器102b处于跳过状态。在跳过状态下由于PWM信号601为数字0，且LDR_EN信号602也为数字0，则开关110和112都断开。
因此，在开关110和112都断开的跳过状态下，LX开关节点122的电压603等于直流/直流转换器100b的输出电压VOUT。此外，在跳过状态下，流经电阻R1520和斜坡电容508的电流等于0。当跳过状态有效时，控制器电路102b控制使开关110和112处于跳过状态，并持续到直流/直流转换器100b的输出电压607(用VFB表示)下降到小于设定电压值(例如：电压SLEW)。当此种情况在t4时刻发生时，如图5所示的第三比较器503的输出变为数字1。第三比较器503和第一比较器501的数字1的输出使得图5所示的与门522的输出变为数字1，从而导致触发器542置位，PWM信号601也因此变为数字1。在t4到t6的时间间隔内，时序图600重复前述进程。
图7所示为根据本发明的另一示范实施例的直流/直流转换器100c(例如，一种升压变换器)。直流/直流转换器100c可包括控制器102c、驱动器104以及与电感L相连的开关110和112。控制器102c产生控制信号来控制驱动器104，使之驱动高侧开关110和低侧开关112。在一个实施例中，驱动器104可通过控制开关110和112的开和(/或)闭来调整直流/直流转换器100c中的PWM信号的占空比，从而控制电感电流以及直流/直流转换器100c的输出电压。控制器102c通过改变脉宽调制(PWM)信号的占空比来控制高侧开关110和低侧开关112的状态。
一般而言，如果PWM信号801为高电平，低侧开关112闭合(“ON”)且高侧开关110断开(“OFF”)，这种开关状态称为“开关闭合(Switch ON)”状态。在这种状态下，电感L与地耦合。相应地，电感电流呈斜线上升。如果PWM信号801为低电平，低侧开关112断开(“OFF”)且高侧开关110闭合(“ON”)，这种开关状态称为“开关断开(Switch OFF)”状态。在这种状态下，升压转换器100c中的电感L具有一个净值为负的电压。因此，在开关断开状态下，电感电流呈斜线下降。因此，PWM信号的占空比决定了开关闭合状态的持续时间。与降压转换器类似，控制器102c采用斜坡信号712来产生PWM信号。
控制器102c可包括脉宽调制(PWM)电路752和斜坡信号产生电路750。PWM电路752可包括比较器701、702和703，与门电路722，与非门电路723，以及SR锁存器742。第一比较器701给与门电路722和与非门电路723的输入引脚提供输入信号。与门电路722的另一个输入引脚接收第三比较器703的输出信号。与门电路722由此可产生一个输出信号并传给触发器或锁存器(比如SR锁存器742)的输入引脚。SR锁存器742的输出可同时传给驱动器104和位于PWM电路752以外的与门电路725的输入引脚。PWM电路752用于接收来自斜坡信号产生电路750的斜坡信号712，并根据斜坡信号712产生PWM信号。斜坡信号产生电路750可包括运算放大器751和斜坡电容708，该电路可对流经电阻R1720和R2771的电流值产生响应，后面的章节将详细描述。
控制器102c还可包括开关713和与门电路725。与门电路725的两个输入引脚分别与PWM电路752中第三比较器703输出引脚和SR锁存器742的反相输出引脚相连。控制器102c还可包括电阻R1720和R2771，该两电阻串联并与直流/直流转换器100c的开关节点LX 122相连。
其中，串连的电阻R1720和R2 771可以由一个阻值等于R1+R2的等效电阻R来代替。在一个实施例中，R1 720阻值为R/6，R2 771阻值为5*R/6。斜坡信号产生电路750还可包括与电阻R串联的斜坡电容C 708。运算放大器751的反相输入引脚与电阻R一端的节点706相连，该放大器的同相输入引脚用来接收表示直流/直流转换器100c输入的电压，例如：VIN。运算放大器751可以为一个积分器。由于运算放大器551的输入端不允许电流流入，因此流经电阻R的电流也流入斜坡电容708，从而给该斜坡电容708充电或放电。
斜坡信号712可被同时提供给第一比较器701的反相输入引脚和第二比较器702的同相输入引脚。电压V2提供给第一比较器701的同相输入引脚。电压REF可提供给第二比较器702的反相输入引脚。在一个实施例中，电压REF为2.5伏，电压V2为10毫伏。
在开关断开状态下，一旦输出电压大于VSLEW电压，控制器102c则产生新的斜坡信号。在开关断开状态下，PWMB信号为数字1，且当输出电压大于VSLEW电压时，与门电路725输出数字1。此时，开关S1713闭合，从而电阻R减小。RAMP信号712由于斜坡电容708迅速放电而减小到V2，从而使第一比较器701输出数字1，使PWM锁存器复位。PWMB信号变为数字0，使得开关S1 713断开。
图8所示为图7中的控制器102c的操作时序图。在一些实施例中，PWM信号801和HDR_EN信号802在t1到t2的时间间隔为数字1。因此，低侧开关112闭合且高侧开关110断开。在t1到t2的时间间隔内，LX开关节点803的电压等于0。在t1到t2的时间间隔内，流经电阻R的电流I 804也流经斜坡电容C(表示为I(C))，该电流可由下式表示：
I_in＝-VIN/R
在t1到t2的时间间隔内，根据流经斜坡电容C 708的电流值，斜坡信号712的曲线805呈斜线上升。受与斜坡电容C 708相连的运算放大器751的影响，斜坡信号712在t1到t2的时间间隔内具有正斜率。
在t2时刻，一旦触发器742复位，该触发器742的输出引脚Q输出数字0，因此PWM信号801变为数字0。如图8所示，当开关110和112处于开关闭合状态时，由于LX开关节点122通过闭合的高侧开关110与输出电压相连，LX开关节点122的电压803等于VOUT。
在t2到t3的时间间隔内，流经电阻R1 720的电流I_in 804可由下式表示：
I_in＝(VOUT-VIN)/R
在t2到t3的时间间隔内，斜坡信号712以与I_in信号成比例的速率呈斜线下降，并持续下降到斜坡信号712与第一比较器701的反相输入引脚的电压V2相等。在t3时刻，当斜坡信号712与电压V2相等时，第一比较器701的输出变为数字1。如图8所示，在t3时刻，斜坡信号712下降到V2时，曲线804表示的电感电流处于过零处。为此，控制器电路102c提供了一种过零估计器来评估流经电感L的电感电流是否处于过零处，代替原有直接测量电感L的电流。
图9所述为本发明的一个实施例的操作流程图900。步骤902包括：产生响应流经电阻的电流的斜坡信号，该电阻与直流/直流转换器的开关节点相连，开关节点耦合于直流/直流转换器的高侧开关和低侧开关之间。步骤904包括产生一个响应斜坡信号的PWM信号。
上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。
Claims (21)
1.一种直流/直流转换器，其特征在于，包括：
一对开关，用于控制直流/直流转换器的输出电压；及
控制器，通过驱动器连接到所述一对开关，所述控制器包括：
脉宽调制电路，连接到所述驱动器，用于产生控制所述一对开关操作的第一信号和使能信号；
斜坡信号产生电路，连接到所述脉宽调制电路的未连接所述驱动器的一侧，用于提供产生所述第一信号和所述使能信号所需的第二信号；及
电阻元件，所述电阻元件的一侧连接到所述一对开关之间的连接点，所述电阻元件的另一侧连接到所述斜坡信号产生电路的未连接所述脉宽调制电路的一侧，用于提供产生所述第二信号所需的电流信号。
2.根据权利要求1所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述电阻元件包括电阻。
3.根据权利要求1所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述一对开关中至少一个是金属氧化半导体场效应管。
4.根据权利要求1所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述电流信号控制使所述第二信号的电平增加。
5.根据权利要求1所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述电流信号控制使所述第二信号的电平减小。
6.根据权利要求1所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述斜坡信号产生电路包括与所述电阻元件相连的电容。
7.根据权利要求6所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述电容与地耦合，且由于所述电流信号给所述电容充电，所述第二信号的电平增加。
8.根据权利要求6所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述电容与一个运算放大器相连，且由于所述电流信号给所述电容充电，所述第二信号的电平减小。
9.根据权利要求1所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述一对开关包括高侧开关和低侧开关，当所述高侧开关闭合且所述低侧开关断开时，所述电流信号为：
(VIN-VOUT)/R
其中，所述VIN表示所述直流/直流转换器的输入电压，所述VOUT表示所述直流/直流转换器的输出电压，所述R表示所述电阻元件的电阻值。
10.根据权利要求1所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述一对开关包括高侧开关和低侧开关，当所述低侧开关闭合且所述高侧开关断开时，所述电流信号为：
(0-VOUT)/R
其中，所述VOUT表示所述直流/直流转换器的输出电压，所述R表示所述电阻元件的电阻值。
11.根据权利要求1所述的直流/直流转换器，其特征在于，当所述一对开关都断开时，所述电流信号等于0。
12.一种直流/直流转换器，其特征在于，包括：
与输入电压耦合的高侧开关和与地耦合的低侧开关；
耦合于高侧开关和低侧开关之间的电感，用于提供直流/直流转换器的输出电压；及
控制器，通过驱动器连接到所述高侧开关和所述低侧开关，所述控制器包括：
脉宽调制电路，连接到所述驱动器，用于产生控制所述高侧开关和所述低侧开关的第一信号和使能信号；
斜坡信号产生电路，连接到所述脉宽调制电路的未连接所述驱动器的一侧，用于给所述脉宽调制电路提供第二信号；及
电阻，所述电阻的一侧连接到所述高侧开关和所述低侧开关之间的连接点，所述电阻的另一侧连接到所述斜坡信号产生电路的未连接所述脉宽调制电路的一侧，用于给所述斜坡信号产生电路提供反映所述高侧开关和所述低侧开关状态的电流信号。
13.根据权利要求12所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述斜坡信号产生电路包括电容，所述电容在至少所述电流信号的作用下进行充电，以提供所述第二信号给所述脉宽调制电路。
14.根据权利要求13所述的直流/直流转换器，其特征在于，所述电容与地耦合，且由于所述电流信号给电容充电，所述第二信号的电平增加。
15.根据权利要求12所述的直流/直流转换器，其特征在于，当所述高侧开关闭合且所述低侧开关断开时，所述电流信号表示为：
(VIN-VOUT)/R
其中，所述VIN表示所述直流/直流转换器的输入电压，所述VOUT表示所述直流/直流转换器的输出电压，所述R表示所述电阻的电阻值。
16.根据权利要求12所述的直流/直流转换器，其特征在于，当所述高侧开关断开且所述低侧开关闭合时，所述电流信号定义为：
(0-VOUT)/R
其中，所述VOUT表示所述直流/直流转换器的输出电压，所述R表示所述电阻的电阻值。
17.根据权利要求12所述的直流/直流转换器，其特征在于，当所述高侧开关断开且所述低侧开关也断开时，所述电流信号等于0。
18.一种直流/直流转换器的控制方法，其特征在于，包括：
由斜坡信号产生电路根据流经电阻的电流信号产生第一信号，所述电流信号表示一对开关的状态；及
由脉宽调制电路根据第一信号产生第二信号和使能信号，所述第二信号和所述使能信号控制所述一对开关；
其中，所述脉宽调制电路的一侧通过驱动器连接到所述一对开关，另一侧连接到所述斜坡信号产生电路；以及
所述电阻的一侧连接到所述斜坡信号产生电路的未连接所述脉宽调制电路的一侧，所述电阻的另一侧连接到所述一对开关之间的连接点。
19.根据权利要求18所述的控制方法，其特征在于，所述一对开关包括高侧开关和低侧开关，当所述高侧开关闭合且所述低侧开关断开时，所述电流信号等于：
(VIN-VOUT)/R
其中，所述VIN表示输入电压，所述VOUT表示输出电压，R表示所述电阻的电阻值。
20.根据权利要求18所述的控制方法，其特征在于，所述一对开关包括高侧开关和低侧开关，当所述低侧开关闭合且所述高侧开关断开时，所述电流信号等于：
(0-VOUT)/R
其中，所述VOUT表示输出电压，R表示所述电阻的电阻值。
21.根据权利要求18所述的控制方法，其特征在于，当所述一对开关都断开时，所述电流信号等于0。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/053,943 US20080224681A1 (en) | 2002-11-12 | 2008-03-24 | Controller for a DC to DC Converter |
| US12/053,943 | 2008-03-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101546957A CN101546957A (zh) | 2009-09-30 |
| CN101546957B true CN101546957B (zh) | 2012-07-25 |
Family
ID=41193902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008101793607A Active CN101546957B (zh) | 2008-03-24 | 2008-12-02 | 含控制器的直流/直流转换器及其控制方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101546957B (zh) |
| TW (1) | TW201004109A (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102082509B (zh) * | 2009-11-27 | 2014-10-22 | 立锜科技股份有限公司 | 用于变频式电压调节器的频率控制电路及方法 |
| CN102386771B (zh) * | 2010-09-02 | 2014-10-01 | 凹凸电子（武汉）有限公司 | 控制器、电流控制方法以及直流直流转换器 |
| TWI408883B (zh) * | 2010-11-24 | 2013-09-11 | Anpec Electronics Corp | 定時啟動之控制電路與降壓式直流／直流轉換器 |
| TWI419447B (zh) * | 2011-01-27 | 2013-12-11 | Holtek Semiconductor Inc | 電源轉換器及其功率電晶體的閘極驅動器 |
| CN106612070B (zh) * | 2015-10-22 | 2019-04-30 | 深圳市中兴微电子技术有限公司 | 一种电压模降压转换器的负载瞬态响应增强方法及系统 |
| US10491131B2 (en) * | 2017-08-09 | 2019-11-26 | Microchip Technology Limited | Digital control of switched boundary mode power converter without current sensor |
| CN114337253B (zh) * | 2021-12-30 | 2023-05-05 | 电子科技大学 | 一种高变比可拓展的dc-dc转换器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2660781Y (zh) * | 2003-09-22 | 2004-12-01 | 陈仁富 | 移相谐振软开关逆变器用控制驱动器 |
| CN1201470C (zh) * | 1999-09-01 | 2005-05-11 | 英特赛尔公司 | 具有改善的电流传感的同步整流型直流－直流变换器 |
| CN1780125A (zh) * | 2004-11-18 | 2006-05-31 | 松下电器产业株式会社 | 直流－直流变换器 |
-
2008
- 2008-12-02 CN CN2008101793607A patent/CN101546957B/zh active Active
-
2009
- 2009-03-24 TW TW98109465A patent/TW201004109A/zh unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1201470C (zh) * | 1999-09-01 | 2005-05-11 | 英特赛尔公司 | 具有改善的电流传感的同步整流型直流－直流变换器 |
| CN2660781Y (zh) * | 2003-09-22 | 2004-12-01 | 陈仁富 | 移相谐振软开关逆变器用控制驱动器 |
| CN1780125A (zh) * | 2004-11-18 | 2006-05-31 | 松下电器产业株式会社 | 直流－直流变换器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201004109A (en) | 2010-01-16 |
| CN101546957A (zh) | 2009-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102882371B (zh) | 用于降压-升压转换器的高效率pfm控制 | |
| US9041363B2 (en) | Windowless H-bridge buck-boost switching converter | |
| US9819268B2 (en) | DC-DC switching converter with enhanced switching between CCM and DCM operating modes | |
| CN101546957B (zh) | 含控制器的直流/直流转换器及其控制方法 | |
| US9287781B2 (en) | Single inductor multiple output converter | |
| EP1519473B1 (en) | Synchronization of multiphase synthetic ripple voltage regulator | |
| US9362828B2 (en) | Hysteretic current mode control converter with low, medium and high current thresholds | |
| CN101064473B (zh) | 多输出型dc/dc转换器 | |
| EP2973971B1 (en) | Systems and methods for 100 percent duty cycle in switching regulators | |
| US9407144B2 (en) | Method for a current mode buck-boost converter | |
| EP2144355B1 (en) | Voltage converter | |
| KR100975352B1 (ko) | Ｄｃ/ｄｃ 컨버터 | |
| US8174250B2 (en) | Fixed frequency ripple regulator | |
| CN102651611B (zh) | Dc/dc转换器的延迟补偿系统和方法 | |
| US9473029B2 (en) | Adaptive low-power zero-cross comparator for discontinuous current mode operated switching mode power supply | |
| CN106487225A (zh) | 开关电源装置 | |
| CN100574072C (zh) | 多输出型dc/dc转换器 | |
| CN102386771B (zh) | 控制器、电流控制方法以及直流直流转换器 | |
| CN102403898A (zh) | Dc－dc 变换器 | |
| CN101834522B (zh) | 具有防止噪声的转换电路及转换控制器 | |
| JP5456495B2 (ja) | 昇降圧型のスイッチング電源の制御回路、昇降圧型のスイッチング電源、及び昇降圧型のスイッチング電源の制御方法 | |
| US10056819B1 (en) | Predicting the timing of current phases of a DC-DC converter | |
| US8797010B2 (en) | Startup for DC/DC converters | |
| US20080224681A1 (en) | Controller for a DC to DC Converter | |
| CN111837326A (zh) | 电源管理电路、芯片和设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200923 Address after: 1-121, 2 / F, No.1, Shanyuan street, Haidian District, Beijing 100089 Patentee after: Beijing Dashun Technology Co., Ltd Address before: Wuhan City, Hubei province 430074 Luoyu Road No. 716 Hua Le Business Center Room 806 Patentee before: Attapulgite (Wuhan) Co.,Ltd. |