CN112688537A

CN112688537A - 功率转换器中的导通时间补偿

Info

Publication number: CN112688537A
Application number: CN202011110531.8A
Authority: CN
Inventors: 陈铿; L·佩特鲁兹
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2021-04-20
Also published as: US20210119524A1; US11177730B2; EP3809571A1

Abstract

本公开的各实施例涉及功率转换器中的导通时间补偿。一种诸如DC‑DC功率转换器的装置在恒定导通时间控制模式下操作，该装置包括开关、导通时间控制器，以及补偿器。在多个控制周期内，导通时间控制器控制激活开关的导通时间时长以及用于对动态负载供电的输出电压的生成。与导通时间控制器通信的补偿器根据由输出电压输送至动态负载的输出电流的幅度来调节激活开关的导通时间时长。例如，在动态负载消耗较高的电流量的较重负载条件期间——在该较重负载条件下，电源的内部电阻性损耗变得较显著——补偿器增加激活开关的导通时间时长，这导致电源和开关的操作较接近于所期望的频率设置点。

Description

功率转换器中的导通时间补偿

背景技术

常规的降压转换器将输入电压转换为输出电压。这样的功率转换器电路的某些实例包括对降压转换器中的开关的导通时间进行控制的控制电路装置。

作为示例，常规的恒定导通时间生成器电路是一种开环系统，其中功率转换器电路中的对应开关的导通时间脉冲时长是相应的输入电压和输出电压的函数。当出现PWM脉冲触发时，Ton_done信号确定由控制器产生的相应“导通(ON)”脉冲的时长。在传统方法中，该Ton_done作为输入和输出电压二者的函数被生成。恒定导通时间信号生成器电路中的任何数量的开关控制用于对相应电容器充电的电流量。随着电容器上的电压上升至阈值以上，Ton_done被断言为高状态，重置用于下一个PWM周期的导通时间脉冲。

发明内容

用于生成控制开关的恒定导通时间时长的常规技术受到缺陷的影响。例如，开关电源可以被配置为在所期望的开关频率下操作，该开关频率提供最佳整体效率。不幸的是，由于电源中的电阻性损耗(诸如开关损耗、电感器中的DCR损耗，等等)，负载的电流消耗的变化使得电源中的内部电压损耗增加，这导致了关于在恒定导通时间模式下操作电源的所期望的频率设置点的不期望有的频率偏移。在没有补偿的情况下，在偏移的频率下操作电源导致了从输入电压到输出电压的较低效率的电压转换。

本文的实施例包括用于提高生成输出电压的效率并且解决常规功率转换器的缺陷的新颖方式。

更具体地，本文的实施例包括一种装置，装置包括：开关、导通时间控制器和补偿器。开关的激活生成对动态负载供电的输出电压。针对多个控制周期中的每个控制周期，导通时间控制器控制激活开关的导通时间时长以及输出电压的生成。在一个实施例中，补偿器与导通时间控制器进行通信。补偿器根据由输出电压输送至动态负载的输出电流的幅度来调节激活开关的导通时间时长。

在一个实施例中，补偿器所控制的对导通时间时长的调节对频率操作进行调节，这提高了生成相应输出电压的效率。例如，诸如在开关的恒定导通时间控制操作期间产生输出电压时，对开关的导通时间时长的调节减少了关于所期望的操作设置点的频率偏移的出现。换句话说，在动态负载消耗高于阈值的大量电流时的重载条件期间——在该重载条件期间，功率转换器经受显著的内部压降—— 补偿器增加激活开关的导通时间时长，从而以较接近于所期望的设置点频率的方式操作功率转换器。这样的补偿还导致了将输入电压转换为相应的输出电压的高效转换(诸如较低的损耗)。

根据另外的实施例，补偿器被操作用于产生被输入至导通时间控制器的调节信号。在一个实施例中，调节信号增加导通时间控制器所产生的导通时间时长。开关的经增加的导通时间时长导致在多个控制周期内降低了在恒定导通时间控制模式下激活开关的开关频率。

在另外的示例性实施例中，如本文所描述的装置包括功率转换器电路(诸如DC-DC电压转换器)，开关和恒定导通时间控制器位于该功率转换器电路中。经调节的导通时间时长提供了控制相应开关的频率补偿。

根据另外的实施例，导通时间控制器包括第一输入和第二输入，第一输入接收输入电压；第二输入接收输出电压。导通时间控制器基于输入电压的幅度和输出电压的幅度来产生控制开关的导通时间时长。

在另外的实施例中，功率转换器电路被操作用于在电流消耗范围内对动态负载供电。例如，在一个实施例中，补偿器响应于检测到动态负载的电流消耗的增大而增大导通时间时长的幅度。经增大的恒定导通时间时长降低了激活开关以生成输出电压的开关频率。

根据本文另外的实施例，如本文所描述的装置包括电流监视器资源，该电流监视器资源监视经由输出电压输送至动态负载的电流的幅度。在一个实施例中，监视器资源产生表示被输送至负载的电流的所检测到的幅度的信号。监视器资源将指示电流消耗的信号输出至补偿器，该补偿器进而使用所检测到的电流幅度作为基础来调节驱动开关的恒定导通时间控制信号的时长。

在另外的实施例中，如本文所描述的导通时间控制器和对应的电路还包括电容器和向电容器提供电流的电流源。所提供的电流导致在电容器的节点上生成斜坡电压。在一个实施例中，电流源所提供的电流在电容器上产生斜坡电压。对应的电路还包括将电容器的斜坡电压与阈值进行比较的比较器。补偿器基于供电电流的幅度在爬升(ramping)期间将对应生成的补偿信号输入至电容器的节点。在一个实施例中，补偿器向存储斜坡电压的电容器的节点输出信号 (漏极电流)。因此，补偿器所产生的补偿信号可以被配置为在电容器电压爬升的同时从电容器吸收(sink)电流。与应用于电容器的补偿信号相关联的漏极电流降低了斜坡电压的幅度随时间增加的速率。由于导通时间控制器基于斜坡率产生驱动开关的导通时间时长，并且斜坡电压达到阈值，所以电容器上的电压爬升速率降低增加了驱动功率转换器电路中的相应控制开关的相应导通时间时长。

还应当注意的是，提供电流以在电容器上产生斜坡电压的电流源可以被配置为：基于任何适当的参数来控制被提供至电容器的电流的幅度。例如，在一个实施例中，导通时间控制器和对应的电流源根据输入电压和输出电压二者来产生导通时间时长。

在另外的示例性实施例中，功率转换器电路中的开关针对导通时间时长的激活在功率转换器电路的输入电压和产生输出电压的电感器之间提供了低阻抗路径。

本文的实施例相比常规技术而言更有益。例如，如本文所描述的补偿器向导通时间控制器提供补偿，导致(根据恒定导通时间控制模式被控制的)开关的开关操作在被提供至动态负载的不同电流范围内都较接近于电源的所期望的设置点频率。

下文更详细地公开了这些实施例和其它更具体的实施例。

应当注意的是，如本文所讨论的技术可以在任何适当的环境中实施，这样的环境诸如是放大器电路装置、电源、多相电源应用、单相负载点(亦称作POL)电源应用等。

还应当注意的是，虽然如本文所讨论的实施例能够应用于多相电源电路，诸如实施降压转换器、DC-DC转换器相的多相电源电路，但是本文所公开的概念可以有利地被应用于任何其它拓扑以及通用电源控制应用。

此外，应当注意的是，本文的实施例可以包括计算机处理器硬件(该计算机处理器硬件执行对应的开关指令)以实施和/或支持本文所公开的任何或全部方法操作。换句话说，一个或多个计算机化的设备或处理器(计算机处理器硬件)可以被编程和/或配置为以如本文所解释的方式操作，以实施本发明的不同实施例。

本文的另外的实施例包括用于执行上文所概述且在下文详细公开的步骤和操作的软件程序。一个这样的实施例包括一种计算机程序产品，该种计算机程序产品具有包括被编码于其上的计算机程序指令和/或逻辑的非暂态计算机存储介质(例如，存储器、磁盘、闪存……)，当在具有处理器和对应的存储器的计算机化的设备中执行计算机程序指令和/或逻辑时，计算机程序指令和/或逻辑将处理器编程为实行本文所公开的任何操作。这样的布置通常被提供为软件指令、代码和/或其它数据(例如，数据结构)，它们被布置或编码在计算机可读存储介质或非暂态计算机可读介质或其它介质上，非暂态计算机可读介质诸如是光学介质(例如，CD-ROM)、软盘或硬盘，其它介质诸如是一个或多个ROM或RAM或PROM芯片中的固件或微代码、专用集成电路(ASIC)、电路逻辑，等等。软件或固件或者其它这样的配置可以被安装到相应的控制器电路上而使得控制器电路(诸如逻辑)执行本文所解释的技术。

因此，本公开的一个实施例涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读介质，该计算机可读介质具有存储在其上以用于支持操作的指令，该操作诸如是控制电源中的一相或多相。例如，在一个实施例中，当指令被计算机处理器硬件(一个或多个计算机设备、控制逻辑、数字电路装置等)实施时，指令使得计算机处理器硬件：接收指示由输出电压提供至动态负载的输出电流的幅度的输入；根据经由输出电压提供至动态负载的输出电流的幅度来调节导通时间时长，在导通时间时长中激活功率转换器中的开关；并且在经调节的导通时间时长内激活开关，开关的激活产生对动态负载供电的输出电压。

为了清楚起见，已经增加了操作的排序。这些操作可以以任何适当的顺序来执行。

应当理解的是，如本文所讨论的系统、方法、设备、装置、逻辑等可以被严格地实现为硬件(诸如模拟电路装置、数字电路装置、逻辑等)，被实现为软件和硬件的混合，或者被单独实现为诸如处理器内的软件、或者操作系统内的软件、或者软件应用内的软件。

应当注意的是，虽然本文的不同的特征、技术、配置等中的每个可以在本公开的不同位置处被讨论，但是在适当的情况下，这些概念中的每个概念都旨在能够可选地独立于彼此或者相互组合地被执行。因此，如本文所描述的一个或多个本发明可以以许多不同方式来实现和看待。

还应当注意的是，本文的实施例的初步讨论并不旨在规定本公开或所请求保护的(多个)发明的每个实施例和/或渐进式新颖的方面。相反，简要描述仅给出总体实施例以及优于常规技术的对应的新颖点。对于(多个)发明的附加细节和/或可能观点(置换)，读者被指向如下文进一步讨论的本公开的具体实施方式部分和对应附图。

附图说明

图1是图示根据本文实施例的包括补偿器的功率转换器的示例图。

图2是图示根据本文实施例的由导通时间控制器控制的功率转换器相(powerconverter phase)的示例图。

图3是图示根据本文实施例的功率转换器电路中的导通时间控制器和对应的组件的示例图。

图4是图示根据本文实施例的恒定导通时间时长的基于电流消耗的变型的示例性时序图。

图5是图示在应用根据本文实施例的补偿之前和应用根据本文实施例的补偿之后的频率变化的示例性图表。

图6是图示关于在应用根据本文实施例的补偿之前的恒定导通时间控制模式下操作的所期望的开关频率设置点的频率误差的示例图。

图7是图示关于在应用根据本文实施例的补偿之后的恒定导通时间控制模式下操作的所期望的开关频率设置点的频率误差的示例图。

图8是图示根据本文实施例的对导通时间控制器应用补偿如何导致相应功率转换器和开关的操作较接近于所期望的设置点开关频率的示例图。

图9是图示被操作用于执行根据本文实施例的方法的计算机处理器硬件和相关软件指令或逻辑电路的示例图。

图10是图示根据本文实施例的方法的示例图。

图11是图示根据本文实施例的功率转换器电路的制造的示例图。

如附图所示，根据本文优选实施例的以下更具体描述，实施例的前述和其它目的、特征和优点将显而易见，在这些附图中，相同的附图标记在不同视图中指代相同的部分。附图并不一定按比例绘制，而是着重于说明实施例、原理、概念等。

具体实施方式

根据示例性实施例，一种诸如DC-DC功率转换器的装置(包括开关、导通时间控制器和补偿器)在恒定导通时间控制模式下操作。在多个控制周期内，导通时间控制器控制激活开关的导通时间时长以及输出电压的生成，以对动态负载供电。与导通时间控制器通信的补偿器根据由输出电压输送至动态负载的输出电流的幅度来调节激活开关的导通时间时长。例如，在动态负载消耗较高的电流量的较重负载条件期间——在该较重负载条件下，电源的内部电阻性损耗变得较显著——补偿器增加激活开关的导通时间时长，这导致电源和开关的操作较接近于所期望的频率设置点。

现在，更具体地，图1是图示根据本文实施例的包括补偿器的功率转换器的示例图。

如所示出的，功率转换器100包括(电流)监视器145、补偿器 150、导通时间控制器140、开关151和电感器144的互连。

功率转换器100(亦称作装置)包括输入111(第一端口)以从电压源接收输入电压Vin。功率转换器100包括输出112(第二端口) 以输出相应的输出电压123(Vout)和对应的电流131，该电流131 对动态负载118供电。

在一个实施例中，反馈175将来自电感器144(L1)的输出的输出电压123反馈至导通时间控制器140。导通时间控制器140还接收输入电压(Vin)。

总体上，在操作期间，功率转换器100中的开关151在多个控制周期内在导通和关断之间的反复切换导致电流从电压源121经过开关151和对应的电感器144流至动态负载118。因此，将开关151 激活和去激活的重复的周期生成输出电压123和对应的电流131，该电流131对动态负载118供电。

本文的实施例包括向导通时间控制器140提供补偿输入(诸如信号103)，以针对给定的控制周期调节激活开关151的导通时间时长。例如，在一个实施例中，动态负载118随时间消耗不同的电流量。顾名思义，(电流)监视器资源145监视流经电感器144或功率转换器100中的其它适当组件、路径等的电流，并且产生指示被输送至负载118的输出电流131的相应幅度的输出信号101。

应当注意的是，监视器资源可以被配置为以任何适当的方式测量输出电流131的幅度。例如，电流可以经由内部MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)Rds＝ON类型的感测、使用镜像 MOSFET、外部RC并联方法等来测量。因此，输出电流131的测量可以经由集成电路(内部)感测方法来实施，或者以外部的方式在 PCB(印刷电路板)层级实施。

在一个非限制性示例性实施例中，顾名思义，导通时间控制器 140控制激活开关151的导通时间时长以及输出电压123的至少部分基于信号101的对应生成，该信号101由监视器145生成并且指示输出电流131的幅度。更具体地，如进一步示出的，补偿器150与导通时间控制器140通信，并且从监视器资源145接收指示输出电流131的幅度的信号101。基于所接收的信号101，补偿器150生成被输入到导通时间控制器140的补偿信号103。如本文所讨论的，补偿信号103基于动态负载118对电流131的消耗的幅度来调节与激活开关151相关联的导通时间时长。在一个实施例中，导通时间控制器140基于Vin、Vout和信号103的组合来控制激活开关151的导通时间时长。

以这种方式，补偿器150和导通时间控制器140共同操作以根据由输出电压123输送至动态负载118的输出电流131的幅度来调节激活开关151的导通时间时长。

在一个实施例中，由补偿器150和导通时间控制器140控制的对导通时间时长的调节导致对频率操作以及开关151的导通时间时长的调节或控制，这提高了生成输出电压123的效率。例如，在一个实施例中，(如由控制信号105捕获的)对开关的导通时间时长的调节减少了从功率转换器100的所期望的输出设置点的频率偏移的出现。

作为更具体的示例，在动态负载118消耗大量(诸如高于阈值的)电流131的重载条件期间，功率转换器100由于大量电流通过功率转换器100的电阻性组件而经受显著的内部压降。内部电压损耗的来源可以是由于开关151的电阻、电感器器件144的DC电阻、电路路径的电阻等。如下文进一步讨论的，在这样的高输出电流131 条件期间，为了适应内部误差电压损耗，补偿器150连同导通时间控制器140一起增加激活开关151的导通时间时长，以便以较接近于所期望的设置点频率的方式来操作功率转换器100，这带来将(来自源Vin的)输入电压121转换为相应输出电压123的较高效的转换(诸如较低的损耗)。换句话说，调节使得开关151的开关较接近于所期望的开关频率。

图2是图示由根据本文实施例的由导通时间控制器控制的功率转换器相的示例图。

在该示例性实施例中，功率转换器100(诸如，电源中的一相) 包括监视器145、补偿器150、导通时间控制器140、控制器电路装置240、驱动器215-1、驱动器215-2、开关151(亦称作高侧开关电路装置)、开关161(诸如低侧开关电路装置)、电感器144和输出电容器125。

如所示出的，补偿器150被耦合以从监视器145接收信号101；导通时间控制器140被耦合以从补偿器150接收信号103。与控制器电路装置240相关联的导通时间控制器140产生被输入至对应的驱动器215-1的控制信号105。驱动器215-1控制开关151的操作；驱动器215-2控制开关161的操作。控制信号105控制开关151的操作。

再进一步地，开关151和开关161的组合串联耦合在输入电压和接地基准电压之间。

例如，漏极节点(D)(诸如开关151的节点132-1)耦合至输入电压源Vin。开关161的源极节点(S)(诸如节点132-3)耦合至接地基准。开关151的源极节点(S)在对应的节点132-2处连接至开关161的漏极节点(D)。

电感器144耦合在节点132-2和功率转换器100的输出112之间。

输出电容器125耦合在电感器144的输出和接地之间。如之前所讨论的，电感器144的输出连接至负载118。

在一个实施例中，功率转换器100在恒定导通时间控制模式下操作，其中在多个控制周期中的每个控制周期上，控制器电路装置 240和对应的导通时间控制器140针对相应的导通时间时长生成相应的导通时间脉冲，以将输出电压123的幅度保持在控制之中，诸如保持在所期望的电压范围内。

图3是图示根据本文实施例的导通时间控制器的示例图。

如图3的示例所示，导通时间控制器140可以被配置为包括多个电阻器(R1、R2、R3、R4和R5)、放大器325、开关Q0、电流数模转换器315、电容器C1、电压重置开关355、比较器335以及缓冲器365(诸如S-R触发器)，该电流数模转换器315包括多个开关(Q1、Q2、Q3、…、Qn、P1、P2、P3、…、Pn)。

在该示例性实施例中，补偿器150包括数模转换器320和电流宿(current sink)资源330。电流宿资源330包括多个开关Qx1、…、 Qxn、Nb、N1、…、Nn。

如进一步示出的，电阻器R1和R2串联连接。节点391被设置为等于[R2/(R1+R2)]×Vin的电压值VV1。节点391处的电压值VV1 被输入至放大器325的非反相输入节点。放大器的非反相输入耦合至节点392。电阻器R5连接在开关Q0的输出(节点392)与接地之间。因此，放大器325的反相输入耦合至开关Q0与电阻器R5之间的节点392。放大器325和开关Q0的组合控制电流数模转换器315 的操作。

在操作期间，电流数模转换器315产生输出电流303，该输出电流303在电容器C1的节点393处产生斜坡电压375。例如，放大器 325、电阻器R5、开关Q0和电流数模转换器315的组合是一个电压电流转换器。从电流数模转换器315输出的电流303的幅度根据输入电压和节点391处的对应电压VV1而变化。

根据进一步的操作，补偿器150从监视器资源145接收信号101 并且产生相应的信号103。回顾一下，信号101指示被提供至动态负载118的电流量。

在一个实施例中，数模转换器320将所接收的信号101转换为驱动吸收电流(sinkcurrent)资源330的模拟信号101-1。顾名思义，经由信号103的生成，吸收电流资源330吸收来自电容器C1的电流。在一个实施例中，信号103将来自节点393的电流吸收至接地。

基于作为输入的信号101-1，吸收电流资源330产生信号103，该信号103的幅度根据(表示经过电感器144的电流131的幅度的) 信号101的幅度而变化。

例如，当经过电感器144的电流131的幅度低时，被信号103 吸收到接地的电流量的幅度也低。当电流131的幅度高时，被信号 103吸收到接地的电流量的幅度也高。以这种方式，根据与信号103 相关联的吸收电流的幅度，补偿器101控制生成斜坡电压375的斜坡率(ramp rate)。

导通时间控制器基于电容器C1上的斜坡电压375与阈值VV2 的比较而产生控制信号105。例如，比较器335的反相输入节点从分压器R3和R4接收电压VV2，其中电压VV2等于[R4/(R3+R4)]×Vout (123)。

比较器335的非反相输入节点接收斜坡电压375。比较器335将被输入至比较器的非反向输入节点的斜坡电压375的幅度与电压 VV2(阈值)进行比较。

在开始生成导通时间时长(信号105)时，控制器产生信号305 以将缓冲器365的输出信号105设置为逻辑高状态。此时，开关355 被控制以设置为断开状态。开关151被闭合以在输入电压121与电感器144(图2)之间提供低阻抗路径。斜坡电压375基于电流303 (小于补偿信号103所导致的吸收电流的量)的组合而增大。当斜坡电压375的幅度等于或超过阈值VV2的幅度时，比较器335控制信号103的状态以将缓冲器365重置为逻辑零，从而结束将开关151 控制为导通状态的相应的导通时间时长。

图4中示出了经由补偿器150实施补偿的另一说明性示例。

图4是图示根据本文实施例的恒定导通时间时长基于电流消耗的变型的示例性时序图。

该示例性实施例图示了补偿器150所产生的补偿信号103如何调节信号105的恒定导通时间时长，该信号105由导通时间控制器 140在多个控制周期(诸如周期#1、周期#2等)上生成。

例如，假设动态负载118所消耗的电流低于阈值3.1安培。在这种情况下，补偿信号103(吸收电流)非常低或者为零。在时间T1，控制器240生成信号305以将信号105设置为高状态。这使得斜坡电压375-A1的幅度从0伏增加。在时间T2，比较器335感测到斜坡电压375-A1的幅度变得大于阈值VV2，并且生成信号103以重置缓冲器365，以使得开关在时间T2关断。在这种情况下，导通时间时长A1(诸如在信号105处于控制开关151导通的高状态时)是时间T2和时间T1之间的差值。

备选地，假设动态负载118所消耗的电流高于阈值29安培。在这种情况下，补偿信号(吸收电流)相对高。如之前所讨论的，信号103从电容器C1吸收电流。这降低了斜坡电压从0伏爬升至阈值电压VV2的速率。如之前所讨论的，在时间T1，控制器240生成信号305以将信号105设置为高状态。这导致斜坡电压375-A1增大。在时间T3，比较器335感测到斜坡电压375-B1的幅度变得大于阈值电压VV2。在这种情况下，导通时间时长B1(诸如在信号105处于高状态时)是时间T3和时间T1之间的差值。导通时间时长B1大于导通时间时长A1，因为补偿信号103(吸收电流)减缓了斜坡电压 375爬升的速率。

以这种方式，在多个控制周期的每个控制周期期间，补偿器150 根据动态负载118所消耗的电流131的幅度来调节导通时间时长。更具体地，当相应的动态负载118所消耗的电流131低时，经由补偿信号103对于导通时间时长(A1、A2等)的调节是最低限度的或者是0(因为补偿信号不吸收电流)。相反地，当相应动态负载118 所消耗的电流131处于消耗范围的高端时，经由补偿信号103对于斜坡电压375的调节导致导通时间时长(B1、B2等)增加。

如在随后的附图中进一步示出的，针对负载118对电流131的较高消耗而增加信号105的导通时间时长导致保持开关150的开关操作较接近于所期望的设置点频率。

应当注意的是，由信号103施加到电容器C1的吸收电流的量可以根据实施例而变化。例如，在一个实施例中，补偿器150所吸收的电流量是由电流数模转换器315提供的、用于对电容器C1充电的电流303的百分比。如果针对较高负载期望5％的频率偏移，则补偿器产生信号103以将电流303的5％吸收至接地，这使得导通时间时长增加大约5％。这将控制开关的实际开关频率减少了大约5％，使得实际开关频率较接近于所期望的开关频率设置点。

功率转换器100在没有补偿的情况下的操作

在示例性实施例中，数据510图示了在没有如图4中的导通时间时长A1、A2、A3等所图示的任何补偿的情况下，与控制开关151 相关联的开关频率。

总体上，数据510图示了在没有针对所生成的导通时间时长A1、 A2、A3等的任何补偿的情况下操作功率转换器100的缺陷。

图5中的数据510(没有补偿)的列551指示了与功率转换器 100相关联的开关频率的不同的可能的可选择的设置点。基于功率转换器100的参数(诸如电感器144的幅度、待提供给动态负载118 的电流量，等等)来选择开关频率设置点。

如之前所讨论的，虽然功率转换器10被配置为在所选择的开关频率下操作，但是功率转换器操作的实际开关频率根据被提供给动态负载118的电流量而变化。

列552、553、554、555、556和557示出了频率变化的量化以及与在没有由补偿器150提供的补偿的情况下操作功率转换器100 相关联的误差。

更具体地，数据510(没有补偿)的列552指示了功率转换器 100在针对动态负载118所消耗的低电流131(诸如3安培)的不同开关频率设置中的每个开关频率设置下的实际频率操作。

数据510(没有补偿)的列553指示了功率转换器100在针对动态负载118所消耗的高电流131(诸如30安培)的不同开关频率设置中的每个开关频率设置下的实际频率操作。

数据510(没有补偿)的列554指示了实际开关频率在相应的低电流131消耗条件和高电流消耗条件之间的变化。例如，用于400KHz 设置的操作的开关频率变化针对不同负载条件在388.4KHz和 423.6KHz之间变化，这导致了34.76KHz的变化；用于600KHz设置的操作的开关频率变化针对不同负载条件在573.36KHz和 619.62KHz之间变化，这导致了46.26KHz的变化；等等。

数据510(没有补偿)的列555指示了针对处于低负载条件(输出电流131等于3安培)下的动态负载118的实际频率操作和相应的所期望的开关频率之间的开关频率误差的量。例如，针对3安培 (电流131)的开关频率值388.4KHz比对应的所期望的400KHz的开关频率低2.90％；针对3安培(电流131)的开关频率值573.36KHz 比对应的所期望的600KHz的开关频率低4.44％；针对3安培(电流 131)的开关频率值749.76KHz比对应的所期望的800KHz的开关频率低6.28％；等等。

数据510(没有补偿)的列556指示了针对处于高负载条件(输出电流131等于30安培)下的动态负载118的实际频率操作和相应的所期望的开关频率之间的开关频率误差的量。例如，针对30安培 (电流131)的开关频率值423.16KHz比对应的所期望的400KHz 的开关频率高5.79％；针对30安培(电流131)的开关频率值619.62KHz比对应的所期望的600KHz的开关频率高3.27％；针对30 安培(电流131)的开关频率值824KHz比对应的所期望的800KHz 的开关频率高3.00％；等等。

数据(没有补偿)的列557指示了功率转换器100中的开关151 的实际开关频率在低电流消耗负载和高电流消耗负载之间的变化幅度。例如，操作开关511的实际开关频率随不同的电流131消耗条件变化8.69％；操作开关511的实际开关频率随不同的电流131消耗条件变化7.71％；操作开关511的实际开关频率随不同的电流131 消耗条件变化9.28％；等等。

功率转换器100在有补偿的情况下的操作

数据520示出了经由补偿器150提供补偿以以较接近于所期望的设置点开关频率的方式来操作功率转换器100的结果。

更具体地，图5中的数据520(具有补偿(诸如图3中施加到电容器C1的吸收电流量))指示了与功率转换器100相关联的开关频率的不同的可能的可选择的设置点。基于功率转换器100的参数(诸如电感器144的幅度、待提供给动态负载118的电流量，等等)来选择开关频率设置点。

进一步地，如之前所讨论的，虽然功率转换器10被配置为在所选择的开关频率下进行操作，但是功率转换器操作的实际开关频率根据被提供给动态负载118的电流量而变化。

列552、553、554、555、556和557图示了频率变化的量化以及与在具有由补偿器150提供的补偿的情况下操作功率转换器100 相关联的误差。

更具体地，数据520(具有补偿)的列552指示了功率转换器 100在针对动态负载118所消耗的低电流131(诸如3安培)的不同开关频率设置中的每个开关频率设置下的实际频率操作。

数据520(具有补偿)的列553指示了功率转换器100在针对动态负载118所消耗的高电流131(诸如30安培)的不同开关频率设置中的每个开关频率设置下的实际频率操作。

数据520(具有如之前所讨论的补偿)的列554指示了实际开关频率在相应的低电流131消耗条件和高电流消耗条件之间的变化。例如，用于400KHz设置的操作的开关频率变化针对不同负载条件在 368KHz和389KHz之间变化，这导致了21KHz的开关频率变化；用于600KHz设置的操作的开关频率变化针对不同负载条件在563KHz 和590KHz之间变化，这导致了27KHz的开关频率变化；等等。

数据520(具有补偿)的列555指示了针对处于低负载条件(输出电流131等于3安培)下的动态负载118的实际频率操作和相应的所期望的开关频率之间的开关频率误差的量。例如，针对3安培 (电流131)的开关频率值368KHz比对应的所期望的400KHz的开关频率低-8.0％；针对3安培(电流131)的开关频率值563KHz比对应的所期望的600KHz的开关频率低6.17％；针对3安培(电流 131)的开关频率值757KHz比对应的所期望的800KHz的开关频率低5.38％；等等。

数据520(具有补偿)的列556指示了针对处于高负载条件(输出电流131等于30安培)下的动态负载118的实际频率操作和相应的所期望的开关频率之间的开关频率误差的量。例如，针对30安培 (电流131)的开关频率值389KHz比对应的所期望的400KHz的开关频率低2.75％；针对30安培(电流131)的开关频率值590KHz 比对应的所期望的600KHz的开关频率低1.67％；针对30安培(电流131)的开关频率值794KHz比对应的所期望的800KHz的开关频率低0.75％；等等。

数据520(具有补偿)的列557指示了功率转换器100中的开关 151的实际开关在低电流消耗负载和高电流消耗负载之间的变化幅度。例如，操作开关511的实际开关频率随不同的电流131消耗条件变化5.25％；操作开关511的实际开关频率随不同的电流131消耗条件变化4.5％；操作开关511的实际开关频率随不同的电流131消耗条件变化4.63％；等等。

如所示出的，图表600图示了在没有补偿的情况下操作功率转换器100的开关频率误差610(诸如数据510的列555中的、针对数据 510的列551中的不同设置点开关频率的数值的图)。图表600进一步图示了在没有来自补偿器150的补偿的情况下操作功率转换器100 的开关频率误差620(诸如数据510的列556中的、针对数据510的列551中的不同设置点开关频率的数值的图)。

如所示出的，图表700图示了在没有补偿或具有非常少量的补偿的情况下操作功率转换器100的开关频率误差710(诸如数据520的列555中的、针对数据520的列551中的不同设置点开关频率的数值的图)。图表700进一步图示了在具有来自补偿器150的补偿(如之前所讨论的，根据动态负载118所消耗的电流131的量将恒定导通时间增加不同的量)的情况下操作功率转换器100的开关频率误差720 (诸如数据520的列556中的、针对数据520的列551中的不同设置点开关频率的数值的图)。

如所示出的，图表800示出了在没有补偿的情况下操作功率转换器100的开关频率误差范围810(诸如数据510的列557中的、针对数据510的列551中的不同设置点开关频率的数值的图)。

图表800示出了在具有补偿的情况下操作功率转换器100的开关频率误差范围820(诸如数据520的列557中的、针对数据520的列 551中的不同设置点开关频率的数值的图)。

总体上，图810经由开关频率误差范围810和开关频率误差范围820示出了与没有补偿器150的功率转换器的操作(支持开关频率变化误差范围810)相比，具有补偿器150的功率转换器100(支持开关频率误差范围820)的操作如何提供较小的开关频率范围变化(并且较接近于所期望的开关频率操作)。

图9是图示根据本文实施例的用于实现本文所讨论的操作的计算机设备的示例性框图。

如所示出的，本示例的计算机系统900(诸如由一种或多种资源中的任何资源所实施的，这些资源诸如是控制器140、补偿设置生成器110、补偿器121等)包括互连911，该互连911将计算机可读存储介质912(诸如非暂态类型的介质(或硬件存储介质))、处理器913(例如，计算机处理器硬件，诸如一个或多个处理器设备)、I/O 接口914和通信接口917耦合，在该计算机可读存储介质912中可以存储和获取数字信息。

I/O接口914提供与任何适当电路装置(诸如相110中的每个相) 的连接。

计算机可读存储介质912可以是任何硬件存储资源或设备，诸如存储器、光学存储、硬盘、软盘等。在一个实施例中，计算机可读存储介质912存储由控制应用140-1用来执行如本文所描述的操作中的任何操作的指令和/或数据。

此外，在该示例性实施例中，通信接口917使得计算机系统900 和处理器913能够通过诸如网络193的资源进行通信，以从远程源获取信息，以及与其它计算机进行通信。

如所示出的，计算机可读存储介质912利用由处理器913执行的控制应用140-1(例如，软件、固件等)被编码。控制应用140-1 可以被配置为包括用于实施如本文所讨论的操作中的任何操作的指令。

在一个实施例的操作期间，处理器913经由使用互连911访问计算机可读存储介质912以便启动、运行、执行、解释或以其它方式实行存储在计算机可读存储介质912上的控制应用140-1中的指令。

控制应用140-1的执行在处理器913中产生处理功能(诸如控制处理140-2)。换句话说，与处理器913相关联的控制处理140-2表示在计算机系统900中的处理器913之内或该处理器913之上执行控制应用140-1的一个或多个方面。

根据不同的实施例，应当注意的是，计算机系统900可以是被配置为控制电源并且执行如本文所描述的操作中的任何操作的微控制器设备、逻辑、硬件处理器、混合模拟/数字电路装置等。

现在将经由图9中的流程图来讨论不同资源所支持的功能。应当注意的是，可以以任何适当的顺序来执行以下流程图中的步骤。

图10是图示根据本文实施例的在功率转换器中提供补偿的方法的示例图。

在处理操作1010中，补偿器150接收输入(诸如信号101)，该输入指示由输出电压123向动态负载118提供的输出电流131的幅度。

在处理操作1020中，补偿器150根据经由输出电压123向动态负载118提供的输出电流131的幅度来调节导通时间时长，在该导通时间时长中激活功率转换器100中的开关151。

在处理操作1030中，导通时间控制器140在由导通时间控制器产生的经调节的导通时间时长内激活开关(到导通状态)。开关151 的激活产生对动态负载118供电的输出电压123(和对应的电流 131)。

在该示例性实施例中，制造器1140：接收基板1110(诸如电路板)。

制造器1140还将功率转换器100(和对应的组件)附接至基板1110。经由电路路径1122(诸如一个或多个迹线等)，制造器1140 将功率转换器100耦合至负载118。在一个实施例中，电路路径1122 将从功率转换器100生成的输出电压123传递至负载118。以如本文所描述的方式，经由组件或子电路装置(诸如监视器资源145、补偿器150、导通时间控制器140、开关151、电感器144(亦称作L1))，功率转换器100将所接收的输入电压121转换为驱动负载118的相应输出电压123。

因此，本文的实施例包括一种系统，该系统包括：基板1110(诸如电路板、独立板、主板、用于耦合至主板的独立板，等等)；功率转换器100，该功率转换器100包括如本文所描述的对应组件；以及负载118。如之前所讨论的，负载118基于通过电路路径1122从功率转换器100传递至负载118的输出电压123和对应的电流131 的传递而被供电。

应当注意的是，负载118可以是任何适当的电路或硬件，诸如一个或多个CPU(中央处理器)、GPU(图形处理单元)和ASIC(专用集成电路，诸如包括一个或多个人工智能加速器的专用集成电路)，这些电路或硬件可以位于基板1110上或者被设置在远程的位置。

还应当注意的是，本文的技术非常适于在诸如实施功率转换的那些电路应用中使用。然而，应当注意的是，本文的实施例并不限于在这样的应用中使用，并且本文所讨论的技术也非常适用于其它应用。

基于本文所给出的描述，已经给出了很多具体细节以提供对于所请求保护的主题的全面理解。然而，本领域技术人员应当理解的是，所请求保护的主题可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在其它情况下，并未对本领域技术人员已知的方法、装置、系统等进行详细描述，以免对所请求保护主题造成混淆。已经关于对存储在计算系统存储器(诸如计算机存储器)内的数据比特或二进制数字信号的操作的算法或符号表示形式给出了详细描述的一些部分。这些算法描述或表示形式是数字处理领域的技术人员用来向本领域技术人员传达其工作实质的技术示例。如本文所描述以及总体上的算法被认为是导致所期望结果的运算或类似处理的自洽序列。在本文中，运算或处理涉及到对物理量的物理操控。通常，虽然并不一定如此，但是这些量采取能够被存储、传输、合并、比较以及以其它方式进行操控的电信号或磁信号的形式。有时，特别是出于通用的原因，将这些信号称作比特、数据、值、元素、符号、字符、项、数字、数字符号等是方便的。然而，应当理解的是，所有这些和类似术语都要与适当的物理量相关联并且仅是方便的标记。除非以其它方式明确指出，否则如从以下讨论所明了的，要意识到贯穿说明书中采用诸如“处理”、“运算”、“计算”、“确定”等的术语的讨论是指诸如计算机或类似电子计算设备的计算平台的动作或处理，这些动作或处理操控或变换在计算平台的存储器、寄存器或其它信息存储设备、传输设备或显示设备内被表示为物理的电数量或磁数量的数据。

虽然已经参考本发明的优选实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解的是，可以这些实施例中进行形式和细节的各种变化而并不脱离本申请的如所附权利要求限定的精神和范围。这样的变化旨在被本申请的范围所覆盖。因此，以上对本申请实施例的描述并非限制性的。相反，针对本发明的任何限制都在所附权利要求中呈现。

Claims

1.一种装置，包括：

开关，所述开关的激活生成输出电压，所述输出电压对动态负载供电；

导通时间控制器，被操作用于控制激活所述开关的导通时间时长以及所述输出电压的生成；以及

补偿器，与所述导通时间控制器通信，所述补偿器被操作用于：根据由所述输出电压输送至所述动态负载的输出电流的幅度，调节激活所述开关的所述导通时间时长。

2.根据权利要求1所述的装置，其中在多个控制周期内，对所述导通时间时长的调节提高了在以恒定导通时间控制模式对所述开关进行控制操作期间产生所述输出电压的效率。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述补偿器被操作用于产生被输入至所述补偿器的调节信号，所述调节信号增加所述导通时间时长，并且在多个控制周期内降低在恒定导通时间控制模式下激活所述开关的开关频率。

4.根据权利要求1所述的装置，还包括：

功率转换器电路，所述开关位于所述功率转换器电路中，所述功率转换器电路被操作用于将输入电压转换为输出电压；并且

其中经调节的所述导通时间时长提供了对由所述功率转换器电路的电阻性损耗导致的频率偏移的补偿。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述功率转换器电路被操作用于在所述动态负载的电流消耗的范围内对所述动态负载供电；并且

其中所述补偿器被操作用于响应于检测到所述动态负载的所述电流消耗的增大而增大所述导通时间时长的幅度。

6.根据权利要求1所述的装置，还包括：

电流监视器资源，被操作用于监视经由所述输出电压输送至所述动态负载的电流的幅度。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述导通时间控制器包括：

电容器；以及

电流源，被操作用于向所述电容器提供电流。

8.根据权利要求7所述的装置，其中供电电流在所述电容器上产生斜坡电压，所述装置还包括：

比较器，被操作用于将所述斜坡电压与阈值进行比较。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述补偿器被操作用于产生漏极电流，所述漏极电流减小被输送至所述电容器的所述供电电流的幅度。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述导通时间控制器被操作用于根据输入电压和所述输出电压来产生所述导通时间时长，所述开关被控制以将所述输入电压转换为所述输出电压。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述导通时间控制器包括第一输入和第二输入，所述第一输入被操作用于接收输入电压，所述第二输入被操作用于输出所述输出电压；并且

其中所述导通时间控制器基于所述输入电压的幅度和所述输出电压的幅度来产生控制所述开关的所述导通时间时长。

12.根据权利要求1所述的装置，还包括：

电感器；并且

其中所述开关针对所述导通时间时长的激活在输入电压源与所述电感器之间提供了低阻抗路径，所述电感器产生所述输出电压。

13.一种方法，包括：

接收输入，所述输入指示由输出电压提供至动态负载的输出电流的幅度；

根据经由所述输出电压提供至所述动态负载的所述输出电流的幅度，调节导通时间时长，在所述导通时间时长中激活功率转换器中的开关；并且

在经调节的所述导通时间时长内激活所述开关，所述开关的激活产生对所述动态负载供电的所述输出电压。

14.根据权利要求13所述的方法，其中在多个开关控制周期内对所述导通时间时长的调节提高了在控制所述开关的恒定导通时间控制模式期间生成所述输出电压的效率。

15.根据权利要求13所述的方法，其中调节所述导通时间时长包括：

基于所述输出电流的幅度，产生调节信号；并且

将所述调节信号应用于生成所述导通时间时长的导通时间控制器，所述调节信号的应用增加了激活所述开关的导通时间时长，并且在多个控制周期内降低了在恒定导通时间控制模式下激活所述开关的开关频率。

16.根据权利要求13所述的方法，其中经调节的所述导通时间时长提供了对功率转换器电路的电阻性损耗的补偿，所述功率转换器电路经由所述开关将所接收的输入电压转换为所述输出电压。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：

在所述动态负载的不同电流消耗的范围内对所述动态负载供电；并且

响应于检测到所述动态负载的所述电流消耗的增大而增大所述导通时间时长的幅度。

18.根据权利要求13所述的方法，还包括：

经由向电容器提供电流来产生所述导通时间时长。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括：

经由向所述电容器提供电流来在所述电容器上产生斜坡电压；并且

将所述斜坡电压与阈值进行比较。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

经由将电流从所述电容器吸收至基准电压来调节所述开关的所述导通时间时长。

21.根据权利要求13所述的方法，还包括：

根据输入电压和所述输出电压来产生所述导通时间时长，所述输入电压经由所述开关的切换而被转换为所述输出电压。

22.根据权利要求13所述的方法，还包括：

经由所述开关的激活，在输入电压源和电感器之间提供低阻抗路径，所述电感器输出被提供至所述动态负载的所述输出电压。

23.一种计算机可读存储硬件，具有存储在所述计算机可读存储硬件上的指令，所述指令在被计算机处理器硬件执行时使得所述计算机处理器硬件：

24.一种系统，包括：

电路基板；

根据权利要求1所述的装置，所述装置被制造在所述电路基板上；以及

负载，所述负载由输出电压供电。

25.一种方法，包括：

接收电路基板；并且

在所述电路基板上制造根据权利要求1所述的装置。