CN105226936B - 双相直流至直流变换器及其锁相环和方法 - Google Patents

双相直流至直流变换器及其锁相环和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105226936B
CN105226936B CN201510744640.8A CN201510744640A CN105226936B CN 105226936 B CN105226936 B CN 105226936B CN 201510744640 A CN201510744640 A CN 201510744640A CN 105226936 B CN105226936 B CN 105226936B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
voltage
time
input
logic control
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
Application number
CN201510744640.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105226936A (zh
Inventor
李伊珂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd filed Critical Chengdu Monolithic Power Systems Co Ltd
Priority to CN201510744640.8A priority Critical patent/CN105226936B/zh
Publication of CN105226936A publication Critical patent/CN105226936A/zh
Priority to US15/343,097 priority patent/US20170133919A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN105226936B publication Critical patent/CN105226936B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/084—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters using a control circuit common to several phases of a multi-phase system
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/157—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators with digital control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H02M3/1586—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel switched with a phase shift, i.e. interleaved

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本申请公开了一种双相直流至直流变换器及其锁相环和方法。所述双相直流至直流变换器通过锁相环电路，调整第二功率开关电路的开关的导通时间，从而将两路功率开关电路的相位差有效控制在180度。

Description

双相直流至直流变换器及其锁相环和方法
技术领域
本发明涉及一种电子电路，更具体地说，本发明涉及一种双相直流至直流变换器及其锁相环和方法。
背景技术
电源转换系统中，恒定导通时间(constant on time,COT)控制由于优越的暂态响应，在直流至直流变换器中得到了广泛应用。然而相比于峰值电流控制模式，COT控制的电源转换系统其开关频率不能被很好地控制。
尤其在双相或者多相直流至直流变换器中，由于系统的开关频率不能被很好地控制，因此，不同路输出级之间的相位不能被有效地控制。
发明内容
因此本发明的目的在于解决现有技术的上述技术问题，提出一种改进的双相直流至直流变换器及其锁相环和方法。
根据本发明的实施例，提出了一种双相直流至直流变换器，包括：输入端口，接收输入电压；输出端口，提供输出电压；第一功率开关电路，耦接在输入端口和输出端口之间；第一导通时间计算器，接收输入电压、输出电压和第一逻辑控制信号，产生第一导通时间信号；第一断开时间产生器，接收参考电压、表征流过第一功率开关电路的电流的第一电流采样信号、以及表征输出电压的反馈电压，产生第一断开时间信号；第一RS触发器，具有复位输入端、置位输入端和输出端，其复位输入端耦接至第一导通时间计算器接收第一导通时间信号，其置位输入端耦接至第一断开时间产生器接收第一断开时间信号，所述第一RS触发器基于第一导通时间信号和第一断开时间信号，产生第一逻辑控制信号，用以控制第一功率开关电路的运行；第二功率开关电路，与第一功率开关电路并联耦接在输入端口和输出端口之间；第二导通时间计算器，接收输入电压、输出电压、第二逻辑控制信号、以及充放电电压，产生第二导通时间信号；第二断开时间产生器，接收参考电压、表征流过第二功率开关电路的电流的第二电流采样信号、以及反馈电压，产生第二断开时间信号；第二RS触发器，具有复位输入端、置位输入端和输出端，其复位输入端耦接至第二导通时间计算器接收第二导通时间信号，其置位输入端耦接至第二断开时间产生器接收第二断开时间信号，所述第二RS触发器基于第二导通时间信号和第二断开时间信号，产生第二逻辑控制信号，用以控制第二功率开关电路的运行；RS锁存器，具有置位输入端、复位输入端和输出端，其置位输入端耦接至第一RS触发器的输出端接收第一逻辑控制信号，其复位输入端耦接至第二RS触发器的输出端接收第二逻辑控制信号，所述RS锁存器基于第一逻辑控制信号和第二逻辑控制信号，在其输出端产生方波信号；第一充放电电容；充电电流源，在方波信号为第一状态时给第一充放电电容充电；放电电流源，在方波信号为第二状态时给第一充放电电容放电；其中所述第一充放电电容两端的电压为输送至第二导通时间计算器的充放电电压。
根据本发明的实施例，还提出了一种锁相环电路，用于矫正双相直流至直流变换器中第一功率开关电路和第二功率开关电路的相位差，所述第一功率开关电路的运行受控于由第一导通时间信号和第一断开时间信号决定的第一逻辑控制信号，所述第二功率开关电路的运行受控于由第二导通时间信号和第二断开时间信号决定的第二逻辑控制信号，所述锁相环电路包括：RS锁存器，具有置位输入端、复位输入端和输出端，其置位输入端接收第一逻辑控制信号，其复位输入端接收第二逻辑控制信号，所述RS锁存器基于第一逻辑控制信号和第二逻辑控制信号，在其输出端产生方波信号；第一充放电电容；充电电流源，在方波信号为第一状态时给第一充放电电容充电；放电电流源，在方波信号为第二状态时给第一充放电电容放电；其中所述第一充放电电容两端的电压用以调整第二导通时间信号。
根据本发明的实施例，还提出了一种用于双相直流至直流变换器的方法，所述双相直流至直流变换器包括并联耦接的第一功率开关电路和第二功率开关电路，两者共同接收输入电压、提供输出电压，所述方法包括：提供表征输出电压的反馈电压、表征流过第一功率开关电路的电流的第一电流采样信号、表征流过第二功率开关电路的电流的第二电流采样信号；响应反馈电压、第一电流采样信号和参考电压，产生第一断开时间信号；响应反馈电压、第二电流采样信号和参考电压，产生第二断开时间信号；响应输入电压、输出电压和第一逻辑控制信号，产生第一导通时间信号；响应第一导通时间信号和第一断开时间信号，产生所述第一逻辑控制信号；响应所述第一逻辑控制信号和第二逻辑控制信号，产生方波信号；响应方波信号，产生充放电电压；响应充放电电压，产生补充充电电流；响应输入电压、输出电压、第二逻辑控制信号和补充充电电流，产生第二导通时间信号；响应第二导通时间信号和第二断开时间信号，产生所述第二逻辑控制信号；其中所述第一逻辑控制信号和第二逻辑控制信号用以分别控制第一功率开关电路和第二功率开关电路的运行。
根据本发明各方面的上述双相直流至直流变换器及其锁相环和方法，使两路功率开关电路的相位差有效地控制在180度。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的双相直流至直流变换器100示意图；
图2示出根据本发明实施例的双相直流至直流变换器200的结构示意图；
图3示出根据本发明实施例的双相直流至直流变换器300的结构示意图；
图4示出根据本发明实施例的第一导通时间计算器104和第二导通时间计算器204的结构示意图；
图5示出了根据本发明实施例的受控电压信号产生器46的结构示意图；
图6示出了根据本发明实施例的受控电压信号产生器46的结构示意图；
图7示出了根据本发明实施例的受控电流源42的电路结构示意图；
图8示意性示出了根据本发明实施例的用于双相直流至直流变换器的方法流程图400。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“耦接到”或“连接到”另一元件时，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
图1示出了根据本发明实施例的双相直流至直流变换器100示意图。在图1所示的实施例中，所述双相直流至直流变换器100包括：输入端口101，接收输入电压Vin；输出端口102，提供输出电压VO；第一功率开关电路103，耦接在输入端口101和输出端口102之间；第一导通时间计算器104，接收输入电压Vin、输出电压VO和第一逻辑控制信号PWM1，产生第一导通时间信号ton1；第一断开时间产生器105，接收参考电压Vr、表征流过第一功率开关电路103的电流的第一电流采样信号ICS1、以及表征输出电压VO的反馈电压VFB，产生第一断开时间信号toff1；第一RS触发器106，具有复位输入端R、置位输入端S和输出端Q，其复位输入端R耦接至第一导通时间计算器104接收第一导通时间信号ton1，其置位输入端S耦接至第一断开时间产生器105接收第一断开时间信号toff1，所述第一RS触发器106基于第一导通时间信号ton1和第一断开时间信号toff1，产生第一逻辑控制信号PWM1，用以控制第一功率开关电路103的运行；第二功率开关电路203，与第一功率开关电路103并联耦接在输入端口101和输出端口102之间；第二导通时间计算器204，接收输入电压Vin、输出电压VO、第二逻辑控制信号PWM2、以及充放电电压VC，产生第二导通时间信号ton2；第二断开时间产生器205，接收参考电压Vr、表征流过第二功率开关电路203的电流的第二电流采样信号ICS2、以及表征输出电压VO的反馈电压VFB，产生第二断开时间信号toff2；第二RS触发器206，具有复位输入端R、置位输入端S和输出端Q，其复位输入端R耦接至第二导通时间计算器204接收第二导通时间信号ton2，其置位输入端S耦接至第二断开时间产生器205接收第二断开时间信号toff2，所述第二RS触发器206基于第二导通时间信号ton2和第二断开时间信号toff2，产生第二逻辑控制信号PWM2，用以控制第二功率开关电路203的运行；RS锁存器107，具有置位输入端S、复位输入端R和输出端Q，其置位输入端S耦接至第一RS触发器106的输出端接收第一逻辑控制信号PWM1，其复位输入端R耦接至第二RS触发器206的输出端接收第二逻辑控制信号PWM2，所述RS锁存器107基于第一逻辑控制信号PWM1和第二逻辑控制信号PWM2，在其输出端Q产生方波信号；充电电流源108，所述充电电流源108在方波信号为第一状态(如逻辑高)时给第一充放电电容110充电；放电电流源109，所述放电电流源109在方波信号为第二状态(如逻辑低)时给第一充放电电容110放电；所述第一充放电电容110，其两端电压为输送至第二导通时间计算器204的充放电电压VC。
在一个实施例中，充电电流源108和放电电流源109提供的电流相等。
在一个实施例中，所述第一断开时间产生器105包括：误差放大器EA，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收反馈电压VFB，第二输入端产生参考电压Vr，所述误差放大器EA将反馈电压VFB和参考电压Vr的差值放大并积分，在其输出端产生误差放大信号；电压比较器COM，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端耦接至误差放大器EA接收误差放大信号，第二输入端接收第一电流采样信号ICS1，所述电压比较器COM比较误差放大信号和第一电流采样信号ICS1的大小，在其输出端产生所述第一断开时间信号toff1。
图2示出根据本发明实施例的双相直流至直流变换器200的结构示意图。图2所示双相直流至直流变换器200与图1所示双相直流至直流变换器100相似，与图1所示双相直流至直流变换器100不同的是，图2所示双相直流至直流变换器200进一步包括：第一短脉冲电路111，接收第一逻辑控制信号PWM1，并响应第一逻辑控制信号PWM1的上升沿，产生第一短脉冲信号至RS锁存器107的置位输入端S；第二短脉冲电路112，接收第二逻辑控制信号PWM2，并响应第二逻辑控制信号PWM2的上升沿，产生第二短脉冲信号至RS锁存器107的复位输入端R。
图3示出根据本发明实施例的双相直流至直流变换器300的结构示意图。图3所示双相直流至直流变换器300与图2所示双相直流至直流变换器200相似，与图2所示双相直流至直流变换器200不同的是，图3所示双相直流至直流变换器300进一步包括：充电电阻113，所述第一充放电电容110经由充电电阻113被充电和放电。
在运行中，希望第一逻辑控制信号PWM1和第二逻辑控制信号PWM2的相位差控制在180度。当第一逻辑控制信号PWM1的上升沿到来时，RS锁存器107被置位，方波信号跳变为逻辑高电平，此时充电电流源108开始给第一充放电电容110充电；当第二逻辑控制信号PWM2的上升沿到来时，RS锁存器107被复位，方波信号跳变为逻辑低电平，此时放电电流源109开始给第一充放电电容110放电。因此，若第一逻辑控制信号PWM1和第二逻辑控制信号PWM2的相位差为180度，则方波信号的占空比为50％，第一充放电电容110两端的充放电电压VC的平均值将保持不变；若第一逻辑控制信号PWM1和第二逻辑控制信号PWM2的相位差小于180度，则方波信号的占空比小于50％，第一充放电电容110两端的充放电电压VC的平均值将减小；若第一逻辑控制信号PWM1和第二逻辑控制信号PWM2的相位差大于180度，则方波信号的占空比大于50％，第一充放电电容110两端的充放电电压VC的平均值将增大。
当充放电电压VC的平均值增大时，第二导通时间计算器204响应该增大的充放电电压VC，使得第二导通时间信号ton2增大。相应地，第二功率开关电路203的开关频率也增大。也就是说，第二功率开关电路203的周期减小，使得第一逻辑控制信号PWM1和第二逻辑控制信号PWM2的相位差减小，从而使两者相位差回归180度。
当充放电电压VC的平均值减小时，第二导通时间计算器204响应该减小的充放电电压VC，使得第二导通时间信号ton2减小。相应地，第二功率开关电路203的开关频率也减小。也就是说，第二功率开关电路203的周期增大，使得第一逻辑控制信号PWM1和第二逻辑控制信号PWM2的相位差增大，从而使两者相位差回归180度。
也就是说，本发明的实施例提供了一种鉴相器和锁相环电路，该鉴相器通过RS锁存器107、充电电流源108、放电电流源109和第一充放电电容110鉴定第一逻辑控制信号PWM1和第二逻辑控制信号PWM2的相位，并通过调整第二导通时间信号ton2调整第二功率开关电路203的频率，从而使第一功率开关电路103和第二功率开关电路203的相位差维持在180度。该锁相环电路包括：RS锁存器107，具有置位输入端S、复位输入端R和输出端Q，其置位输入端R接收第一逻辑控制信号PWM1，其复位输入端R接收第二逻辑控制信号PWM2，所述RS锁存器基于第一逻辑控制信号PWM1和第二逻辑控制信号PWM2，在其输出端Q产生方波信号；第一充放电电容110；充电电流源108，在方波信号为第一状态时给第一充放电电容110充电；放电电流源109，在方波信号为第二状态时给第一充放电电容110放电；其中所述第一充放电电容110两端的电压VC用以调整第二导通时间信号ton2。
图4示出根据本发明实施例的第一导通时间计算器104和第二导通时间计算器204的结构示意图。在图4所示实施例中，所述第一导通时间计算器104包括：中间节点40；受控电流源42，于中间节点40处提供受控充电电流I1；第二充放电电容43和复位开关44，并联耦接在中间节点40和参考地之间；复位短脉冲电路45，接收第二逻辑控制信号PWM2，并响应第二逻辑控制信号PWM2的上升沿，产生复位短脉冲信号至复位开关44的控制端；受控电压信号产生器46，产生受控电压信号VCON；充电比较器47，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收受控电压信号VCON，其第二输入端耦接至中间节点40接收第二充放电电容43两端的电压，所述充电比较器47基于受控电压信号VCON和第二充放电电容43两端的电压产生所述第二导通时间信号ton2。所述第二导通时间计算器204包括所述第一导通时间计算器104，还包括：推挽电路41，接收第一充放电电容110两端的充放电电压VC，于中间节点40处产生补充充电电流IC。
在一个实施例中，所述第一功率开关电路103和第二功率开关电路203采用相同的电路拓扑。当第一功率开关电路103和第二功率开关电路203均采用buck拓扑时，第一导通时间信号ton1和第二导通时间信号ton2均与输出电压VO成正比、与输入电压Vin成反比。当第一功率开关电路103和第二功率开关电路203均采用boost拓扑时，第一导通时间信号ton1和第二导通时间信号ton2均与输出电压VO和输入电压Vin之差成正比、与输出电压VO成反比。
在一个实施例中，当第一功率开关电路103和第二功率开关电路203采用buck拓扑时，所述受控充电电流I1与输入电压Vin成正比，所述受控电压信号VCON与输出电压VO成正比；当第一功率开关电路103和第二功率开关电路203采用boost拓扑时，所述受控充电电流I1与输出电压VO成正比，所述受控电压信号VCON与输出电压VO和输入电压Vin之差成正比。
图5示出了根据本发明实施例的受控电压信号产生器46的结构示意图。在图5所示实施例中，所述受控电压信号产生器46包括：第一上拉电流镜61，具有输入端、第一电流端和第二电流端，其输入端接收输入电压Vin，第一电流端耦接电阻值为R1的电阻64；下拉电流镜62，具有电流入端和电流出端，其电流入端耦接至第一上拉电流镜61的第二电流端；第二上拉电流镜63，具有输入端、第一电流端和第二电流端，其输入端接收输出电压VO，其第一电流端耦接至下拉电流镜62的电流出端和电阻值为R2的电阻65，其第二电流端耦接电阻值为R1的电阻66；其中所述电阻65两端电压即为所述受控电压信号VCON。通过计算，可知
图6示出了根据本发明实施例的受控电压信号产生器46的结构示意图。在图6所示实施例中，所述受控电压信号产生器46包括：运算放大器67，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端通过电阻值为R1的电阻68接收输入电压Vin，其第二输入端通过电阻值为R1的电阻69接收输出电压VO；其输出端通过晶体管70耦接至其第二输入端；电阻值为R2电阻71，耦接在晶体管70和参考地之间。通过计算，可知
因此，图5和图6所示受控电压信号产生器46可应用于第一功率开关电路103和第二功率开关电路203采用boost拓扑的场合。
图7示出了根据本发明实施例的受控电流源42的电路结构示意图。在图7所示实施例中，所述受控电流源42包括：运算放大器21，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端经由电阻值为R1的电阻22接收输出电压VO、经由电阻值为R2的电阻23耦接至参考地；其第二输入端经由晶体管24耦接至其输出端、经由电阻值为R3的电阻25耦接至参考地；第三上拉电流镜25，具有电流入端和电流出端，其电流入端耦接至晶体管24，其电流出端提供所述受控充电电流I1。通过计算，可知
因此，图7所示受控电流源42可应用于第一功率开关电路103和第二功率开关电路203采用boost拓扑的场合。
虽然上述实施例仅示出了当第一功率开关电路103和第二功率开关电路203采用boost拓扑时受控电流源42和受控电压信号产生器46的结构示意图。但是本领域技术人员应当意识到，通过简单的修改，可得到当第一功率开关电路103和第二功率开关电路203采用buck拓扑时受控电流源42和受控电压信号产生器46的结构示意图。因其不是本发明的目的所在，为简明起见，不再详述。
图8示意性示出了根据本发明实施例的用于双相直流至直流变换器的方法流程图400。所述双相直流至直流变换器包括并联耦接的第一功率开关电路和第二功率开关电路，两者共同接收输入电压、提供输出电压，所述方法包括：
步骤401，提供表征输出电压的反馈电压、表征流过第一功率开关电路的电流的第一电流采样信号、表征流过第二功率开关电路的电流的第二电流采样信号。
步骤402，响应反馈电压、第一电流采样信号和参考电压，产生第一断开时间信号；响应反馈电压、第二电流采样信号和参考电压，产生第二断开时间信号。在一个实施例中，该步骤包括：将反馈电压和参考电压的差值放大并积分得到误差放大信号，比较误差放大信号和第一电流采样信号，得到第一断开时间信号；比较误差放大信号和第二电流采样信号，得到第二断开时间信号。
步骤403，响应输入电压、输出电压和第一逻辑控制信号，产生第一导通时间信号。在一个实施例中，响应第一逻辑控制信号的上升沿，将一电容复位一短脉冲时间段；随后通过受控充电电流给所述电容充电；响应电容两端的电压和受控电压信号，产生所述第一导通时间信号。其中，当第一功率开关电路和第二功率开关电路均采用buck拓扑时，所述受控充电电流与输入电压成正比、所述受控电压信号与输出电压成正比；当第一功率开关电路和第二功率开关电路均采用boost拓扑时，所述受控充电电流与输出电压成正比，所述受控电压信号与输出电压和输入电压之差成正比。
步骤404，响应第一导通时间信号和第一断开时间信号，产生所述第一逻辑控制信号。在一个实施例中，第一逻辑控制信号响应第一导通时间信号的上升沿跳变为逻辑高电平，响应第一断开时间信号的上升沿跳变为逻辑低电平。
步骤405，响应所述第一逻辑控制信号和第二逻辑控制信号，产生方波信号。在一个实施例中，所述方波信号响应第一逻辑控制信号的上升沿跳变为逻辑高电平，响应第二逻辑控制信号的上升沿跳变为逻辑低电平。
步骤406，响应方波信号，产生充放电电压。在一个实施例中，当方波信号为逻辑高电平时，所述充放电电压线性上升；当方波信号为逻辑低电平时，所述充放电电压线性下降。
步骤407，响应充放电电压，产生补充充电电流。在一个实施例中，所述补充充电电流通过推挽电路实现。
步骤408，响应输入电压、输出电压、第二逻辑控制信号和补充充电电流，产生第二导通时间信号。在一个实施例中，响应第一逻辑控制信号的上升沿，将一电容复位一短脉冲时间段；随后通过受控充电电流和补充充电电流给所述电容充电；响应所述电容两端的电压和受控电压信号，产生所述第二导通时间信号。其中，当第一功率开关电路和第二功率开关电路均采用buck拓扑时，所述受控充电电流与输入电压成正比、所述受控电压信号与输出电压成正比；当第一功率开关电路和第二功率开关电路均采用boost拓扑时，所述受控充电电流与输出电压成正比，所述受控电压信号与输出电压和输入电压之差成正比。
步骤409，响应第二导通时间信号和第二断开时间信号，产生所述第二逻辑控制信号；其中所述第一逻辑控制信号和第二逻辑控制信号用以分别控制第一功率开关电路和第二功率开关电路的运行。
与现有双相直流至直流变换器相比，前述各实施例的双相直流至直流变换器及其方法可以有效地控制两路功率开关电路的相位差。不同于现有技术，前述各实施例的双相直流至直流变换器及其方法响应控制两路功率开关电路的逻辑控制信号，产生方波信号。当方波信号的占空比不等于50％时，通过调整第二路功率开关电路的开关导通时间，使得两路功率开关电路的相位差回归180度。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种双相直流至直流变换器，包括：
输入端口，接收输入电压；
输出端口，提供输出电压；
第一功率开关电路，耦接在输入端口和输出端口之间；
第一导通时间计算器，接收输入电压、输出电压和第一逻辑控制信号，产生第一导通时间信号；
第一断开时间产生器，接收参考电压、表征流过第一功率开关电路的电流的第一电流采样信号、以及表征输出电压的反馈电压，产生第一断开时间信号；
第一RS触发器，具有复位输入端、置位输入端和输出端，其复位输入端耦接至第一导通时间计算器接收第一导通时间信号，其置位输入端耦接至第一断开时间产生器接收第一断开时间信号，所述第一RS触发器基于第一导通时间信号和第一断开时间信号，产生第一逻辑控制信号，用以控制第一功率开关电路的运行；
第二功率开关电路，与第一功率开关电路并联耦接在输入端口和输出端口之间；
第二导通时间计算器，接收输入电压、输出电压、第二逻辑控制信号、以及充放电电压，产生第二导通时间信号；
第二断开时间产生器，接收参考电压、表征流过第二功率开关电路的电流的第二电流采样信号、以及反馈电压，产生第二断开时间信号；
第二RS触发器，具有复位输入端、置位输入端和输出端，其复位输入端耦接至第二导通时间计算器接收第二导通时间信号，其置位输入端耦接至第二断开时间产生器接收第二断开时间信号，所述第二RS触发器基于第二导通时间信号和第二断开时间信号，产生第二逻辑控制信号，用以控制第二功率开关电路的运行；
RS锁存器，具有置位输入端、复位输入端和输出端，其置位输入端耦接至第一RS触发器的输出端接收第一逻辑控制信号，其复位输入端耦接至第二RS触发器的输出端接收第二逻辑控制信号，所述RS锁存器基于第一逻辑控制信号和第二逻辑控制信号，在其输出端产生方波信号；
第一充放电电容；
充电电流源，在方波信号为第一状态时给第一充放电电容充电；
放电电流源，在方波信号为第二状态时给第一充放电电容放电；其中所述第一充放电电容两端的电压为输送至第二导通时间计算器的充放电电压。
2.如权利要求1所述的双相直流至直流变换器，还包括：
第一短脉冲电路，接收第一逻辑控制信号，产生第一短脉冲信号至RS锁存器的置位输入端；
第二短脉冲电路，接收第二逻辑控制信号，产生第二短脉冲信号至RS锁存器的复位输入端。
3.如权利要求1所述的双相直流至直流变换器，其中所述充电电流源和放电电流源提供的电流相等。
4.如权利要求1所述的双相直流至直流变换器，其中所述第二导通时间计算器包括：
中间节点；
受控电流源，于中间节点处提供受控充电电流；
推挽电路，接收第一充放电电容两端的充放电电压，于中间节点处产生补充充电电流；
第二充放电电容和复位开关，并联耦接在中间节点和参考地之间；
复位短脉冲电路，接收第二逻辑控制信号，产生复位短脉冲信号至复位开关的控制端；
受控电压信号产生器，产生受控电压信号；
充电比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其第一输入端接收受控电压信号，其第二输入端耦接至中间节点接收第二充放电电容两端的电压，所述充电比较器基于受控电压信号和第二充放电电容两端的电压产生所述第二导通时间信号。
5.一种锁相环电路，用于矫正双相直流至直流变换器中第一功率开关电路和第二功率开关电路的相位差，所述第一功率开关电路的运行受控于由第一导通时间信号和第一断开时间信号决定的第一逻辑控制信号，所述第二功率开关电路的运行受控于由第二导通时间信号和第二断开时间信号决定的第二逻辑控制信号，所述锁相环电路包括：
RS锁存器，具有置位输入端、复位输入端和输出端，其置位输入端接收第一逻辑控制信号，其复位输入端接收第二逻辑控制信号，所述RS锁存器基于第一逻辑控制信号和第二逻辑控制信号，在其输出端产生方波信号；
第一充放电电容；
充电电流源，在方波信号为第一状态时给第一充放电电容充电；
放电电流源，在方波信号为第二状态时给第一充放电电容放电；其中所述第一充放电电容两端的电压用以调整第二导通时间信号。
6.如权利要求5所述的锁相环电路，还包括：
第一短脉冲电路，接收第一逻辑控制信号，产生第一短脉冲信号至RS锁存器的置位输入端；
第二短脉冲电路，接收第二逻辑控制信号，产生第二短脉冲信号至RS锁存器的复位输入端。
7.如权利要求5所述的锁相环电路，其中所述充电电流源和放电电流源提供的电流相等。
8.如权利要求5所述的锁相环电路，还包括：充电电阻，所述第一充放电电容经由充电电阻被充电和放电。
9.如权利要求5所述的锁相环电路，还包括：推挽电路，接收第一充放电电容两端的电压，产生补充充电电流，用以调整第二导通时间信号。
10.一种用于双相直流至直流变换器的方法，所述双相直流至直流变换器包括并联耦接的第一功率开关电路和第二功率开关电路，两者共同接收输入电压、提供输出电压，所述方法包括：
提供表征输出电压的反馈电压、表征流过第一功率开关电路的电流的第一电流采样信号、表征流过第二功率开关电路的电流的第二电流采样信号；
响应反馈电压、第一电流采样信号和参考电压，产生第一断开时间信号；响应反馈电压、第二电流采样信号和参考电压，产生第二断开时间信号；
响应输入电压、输出电压和第一逻辑控制信号，产生第一导通时间信号；
响应第一导通时间信号和第一断开时间信号，产生所述第一逻辑控制信号；
响应所述第一逻辑控制信号和第二逻辑控制信号，产生方波信号；
响应方波信号，产生充放电电压；
响应充放电电压，产生补充充电电流；
响应输入电压、输出电压、第二逻辑控制信号和补充充电电流，产生第二导通时间信号；
响应第二导通时间信号和第二断开时间信号，产生所述第二逻辑控制信号；其中所述第一逻辑控制信号和第二逻辑控制信号用以分别控制第一功率开关电路和第二功率开关电路的运行。
CN201510744640.8A 2015-11-05 2015-11-05 双相直流至直流变换器及其锁相环和方法 Active CN105226936B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510744640.8A CN105226936B (zh) 2015-11-05 2015-11-05 双相直流至直流变换器及其锁相环和方法
US15/343,097 US20170133919A1 (en) 2015-11-05 2016-11-03 Dual-phase dc-dc converter with phase lock-up and the method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510744640.8A CN105226936B (zh) 2015-11-05 2015-11-05 双相直流至直流变换器及其锁相环和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105226936A CN105226936A (zh) 2016-01-06
CN105226936B true CN105226936B (zh) 2017-11-21

Family

ID=54995707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510744640.8A Active CN105226936B (zh) 2015-11-05 2015-11-05 双相直流至直流变换器及其锁相环和方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20170133919A1 (zh)
CN (1) CN105226936B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105958821A (zh) * 2016-06-08 2016-09-21 无锡麟力科技有限公司 Dpfm升压系统、升压方法和家用电源电器
CN106059290B (zh) 2016-08-02 2019-01-15 成都芯源系统有限公司 多通道直流-直流变换器及控制电路和方法
EP3291430B1 (de) * 2016-08-29 2021-06-30 Elmos Semiconductor SE Ladungspumpe zur erzeugung einer ausgangsspannung durch vervielfachung einer dc-betriebsspannung
CN106533135B (zh) 2016-11-08 2019-03-22 成都芯源系统有限公司 恒定导通时间控制电路及其控制的直流-直流变换器
US10340897B2 (en) * 2017-07-28 2019-07-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Clock generating circuit and method of operating the same
TWI829110B (zh) * 2022-03-17 2024-01-11 茂達電子股份有限公司 電源轉換裝置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6828832B2 (en) * 2002-07-26 2004-12-07 International Business Machines Corporation Voltage to current converter circuit
US7616463B2 (en) * 2005-09-30 2009-11-10 Volterra Semiconductor Corporation Voltage regulator with common s-phase signals and phase lock loops
JP5085397B2 (ja) * 2008-04-11 2012-11-28 ルネサスエレクトロニクス株式会社 電源装置および半導体集積回路装置
JP2009296851A (ja) * 2008-06-09 2009-12-17 Sanken Electric Co Ltd 電源装置及び電源装置の制御方法
JP5402268B2 (ja) * 2008-10-16 2014-01-29 富士電機株式会社 インターリーブ制御電源装置、該電源装置の制御回路および制御方法
US8154888B2 (en) * 2009-01-05 2012-04-10 System General Corporation Offline synchronous rectifier circuit with turned-on arbiter and phase-lock for switching power converters
JP5310172B2 (ja) * 2009-03-24 2013-10-09 サンケン電気株式会社 インターリーブコンバータ
US8330441B1 (en) * 2010-01-25 2012-12-11 National Semiconductor Corporation Technique for reducing crosstalk interference between integrated switching regulators
US8896279B2 (en) * 2010-01-29 2014-11-25 Intersil Americals LLC Multi-phase non-inverting buck boost voltage converter
US8786270B2 (en) * 2010-11-08 2014-07-22 Intersil Americas Inc. Synthetic ripple regulator with frequency control
US8786377B2 (en) * 2011-11-21 2014-07-22 Intersil Americas LLC System and method of maintaining gain linearity of variable frequency modulator
US9007048B2 (en) * 2012-08-17 2015-04-14 Semiconductor Components Industries, Llc Multi-phase power supply controller and method therefor
CN103490630B (zh) * 2013-09-16 2015-12-23 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 用于交错并联式开关电源的控制电路及控制方法
CN103441659B (zh) * 2013-09-18 2016-05-25 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 应用于交错并联式开关电源的控制电路
CN204498016U (zh) * 2015-01-27 2015-07-22 天津福海银洋能源科技开发有限公司 轨道转辙机裂相器电源
CN205105095U (zh) * 2015-11-05 2016-03-23 成都芯源系统有限公司 双相直流至直流变换器及其锁相环

Also Published As

Publication number Publication date
CN105226936A (zh) 2016-01-06
US20170133919A1 (en) 2017-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105226936B (zh) 双相直流至直流变换器及其锁相环和方法
CN109756115B (zh) 一种升压功率变换电路、方法、逆变器、装置及系统
CN103401400B (zh) 开关电源转换器系统及其控制电路和控制方法
CN107370375B (zh) Dc-dc变换电路电流采样、均流控制方法及电路
CN109586565A (zh) Cot控制的多相直流变换器及控制电路和均流方法
CN103840643B (zh) 多相开关变换器及其控制电路和控制方法
CN101867295A (zh) 一种电路及控制方法
CN106533135A (zh) 恒定导通时间控制电路及其控制的直流‑直流变换器
CN101510721B (zh) 一种单电感开关直流电压变换器及三模式控制方法
JP2000347753A (ja) 太陽電池制御装置及び太陽光発電装置
CN104901534B (zh) 一种斜坡补偿电路及dc‑dc转换装置
CN106208714A (zh) 同步整流开关电源及控制方法
CN104682745A (zh) 一种隔离式电压变换电路、控制电路及其控制方法
DE102014103450A1 (de) Leistungswandlerschaltung, die wenigstens eine Batterie aufweist
CN106059290A (zh) 多通道直流‑直流变换器及控制电路和方法
CN105356729A (zh) 一种用于开关电源中的控制电路和控制方法
CN105245100A (zh) 升压电路及其控制方法
CN104617771A (zh) 开关电源转换器系统及其控制方法
CN113252974B (zh) 负载电流检测电路
CN107026568A (zh) 控制电路、控制方法及开关电源
CN107834875A (zh) 一种频率控制电路及其控制方法和开关型变换器
CA2983789A1 (en) Multi-port converter structure for dc/dc power conversion
CN105099179A (zh) 一种提高电源电路瞬态响应的系统
CN103997221B (zh) 一种多路输出直流‑直流变换器以及相应的无线射频单元
CN201839205U (zh) 一种隔离变换电路

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant