CN113574784A - 具有调制开关的功率转换 - Google Patents

具有调制开关的功率转换 Download PDF

Info

Publication number
CN113574784A
CN113574784A CN202080021476.7A CN202080021476A CN113574784A CN 113574784 A CN113574784 A CN 113574784A CN 202080021476 A CN202080021476 A CN 202080021476A CN 113574784 A CN113574784 A CN 113574784A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
signal
offset
clock
current
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.)
Pending
Application number
CN202080021476.7A
Other languages
English (en)
Inventor
M·E·戴维斯马什
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.)
Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
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 Texas Instruments Inc filed Critical Texas Instruments Inc
Publication of CN113574784A publication Critical patent/CN113574784A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion 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
    • H02M3/145Conversion 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
    • H02M3/155Conversion 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
    • H02M3/156Conversion 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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/02Measuring effective values, i.e. root-mean-square values
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/22Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral
    • H03K5/24Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009Devices or circuits for detecting current in a converter
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0025Arrangements for modifying reference values, feedback values or error values in the control loop of a converter

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

一种功率转换器电路(100)包括被配置为转换输入电压以提供输出电压的功率级电路(106)。反馈控制电路(110)被配置为基于输出电压和基准电压生成误差信号。偏移电路(112)被配置为基于时钟信号的调制频率的变化将偏移信号施加到误差信号以提供调节的误差信号。驱动器电路(104)被配置为基于调节的误差信号和时钟信号来驱动功率级电路(106)。

Description

具有调制开关的功率转换
技术领域
本申请总体上涉及集成电路,并且更具体地涉及使用调制开关的功率转换。
背景技术
开关调节器表示功率转换器设计的主要类别。开关稳压器通常效率高、成本低且散热少。由于内部开关动作,它们往往会生成噪声,这在一些应用中可能是问题。为了减少此类开关感应噪声,一些设计已经采用了调制时钟频率,诸如三角或扩频频率调制,以在周期与周期之间改变开关频率。然而,此类频率调制可导致调制频率的输出中的增加噪声。
发明内容
在一个示例中,一种功率转换器电路包括被配置为转换输入电压以提供输出电压的功率级电路。反馈控制电路被配置为基于输出电压和基准电压生成误差信号。偏移电路被配置为基于时钟信号的调制频率向误差信号施加偏移信号以提供调节的误差信号。驱动器电路被配置为基于调节的误差信号和时钟信号驱动功率级电路以提供输出电压。
在另一个示例中,一种转换器电路包括耦合在转换器电路的输入端和输出端之间的功率级电路,该功率级电路包括控制输入端。驱动器电路耦合到控制输入端。扩频调制时钟发生器耦合到驱动器电路。反馈控制电路具有耦合到转换器电路的输出端的输入端和基准端。偏移发生器电路具有耦合到时钟发生器的输入端和耦合到反馈控制电路的输出端的输出端。
在另一个示例中,一种功率转换系统包括连接在输入电压和输出端之间的功率级。功率级被配置为基于驱动器控制信号提供输出电压。误差放大器被配置为将输出电压与基准电压进行比较并提供误差信号。时钟发生器被配置为生成频率调制时钟信号。偏移发生器被配置为基于频率调制时钟信号生成偏移,该偏移被添加到误差信号以提供命令信号。驱动器被配置为基于命令信号并根据频率调制时钟信号生成驱动器控制信号。
附图说明
图1示出具有调制偏移补偿的功率转换器电路的示例框图。
图2示出扩频时钟发生器的示例框图。
图3示出可以用于调制时钟信号的模式发生器的示例电路图。
图4示出被配置为生成频率调制时钟信号的时钟发生器电路的示例。
图5示出包括频率调制偏移电路的功率转换器的一部分的示例电路图。
图6是输出电压随时间推移的曲线图,展示与不实现调制偏移补偿相比,实现偏移校正时降低的噪声。
图7是用于使用具有和不具有调制偏移补偿的扩频调制生成的输出电压的频谱的曲线图。
具体实施方式
该描述涉及具有频率调制偏移补偿的功率转换。例如,功率转换器利用扩频或其它频率调制时钟来操作功率转换器的开关装置。功率转换器包括具有误差放大器的反馈回路,以基于将输出电压与基准进行比较来生成误差放大器输出。本文的系统和方法向误差放大器输出端添加偏移以补偿由调制时钟引起的频率变化。例如,偏移可以与由频率调制时钟引起的频率变化量成比例。可替代地或另外地,可以进一步补偿偏移以适应输入电压、输出电压和/或组件容差的变化。
在实现电流模式控制方案的示例转换器中,如果时钟的频率相对于前一开关周期正在降低,则该装置将达到由误差放大器命令的相同峰值电流,但由于扩展的时钟周期,谷电流将低于前一个循环。这具有较低RMS电感器电流的净效应,在没有本文解决方案的情况下,误差放大器将需要调节到该电流。如本文所述,可将偏移添加到误差放大器输出端以将峰值电流命令增加谷电流降低的一半,使得均方根(RMS)输出电流保持恒定。在电压模式控制方案中,可以提供类似的偏移来调节电压命令以保持RMS输出电压基本上恒定。因此,与许多现有的扩频功率转换器相比,调制频率处的噪声会更少。因此,与仅在更宽的频率上扩展噪声的方法相比,本文描述的偏移补偿能够在功率转换器的稳态操作期间降低输出中的噪声的功率。此外,本文描述的方法适用于降低可以使用的任何类型的时钟调制的噪声。可用于生成转换器时钟信号的调制技术的示例包括三角和伪随机扩频调制(例如,高级随机扩频(ARSS)、跳频扩频(FHSS)、直接序列扩频(DSSS)、跳时扩频(THSS)、啁啾扩频(CSS)或它们的组合)。
如本文所使用的,术语电路可以包括执行诸如模拟电路或控制电路的电路功能的有源和/或无源元件的集合。另外地或可替代地,术语电路可以包括集成电路(IC),其中所有或一些电路元件被制造在诸如半导体器件(例如,IC芯片或管芯)的共用基板上。在以下示例中,功率转换器电路可以实现电流模式控制或电压控制方案。
图1示出被配置为实现调制偏移补偿的功率转换器电路100的示例框图。功率转换器电路100包括时钟发生器102,该时钟发生器被配置为向驱动器104的输入端提供时钟信号(CLK)。时钟信号CLK可以是宽带频率调制信号,该宽带频率调制信号用于设置驱动器104的开关频率。例如,时钟发生器102可以通过用随机数或伪随机数调制基准时钟来提供时钟信号CLK,以提供具有扩频调制开关频率的时钟信号(例如,使用三角或伪随机扩频调制进行调制)。扩频开关频率用于减少某些频段中的电磁干扰(EMI),诸如符合政府法规和/或其它技术标准。
驱动器104被配置为基于频率调制时钟信号CLK提供驱动器信号以控制功率级电路106。功率级电路106包括连接在输入电压(VIN)和输出(OUTPUT)之间的一个或多个开关装置(例如,功率场效应晶体管(FET)或双极结型晶体管(BJT))。功率级电路106被配置为响应于驱动器信号转换输入电压VIN以向负载108提供输出电压(VOUT)和电流。转换可以实现降压、升压、降压-升压操作或其它功率拓扑(例如,隔离拓扑,诸如反激式)以修改输入电压VIN。
反馈控制电路110监视由功率级电路106生成的输出。例如,可以(例如,由感测电阻器)感测输出以提供表示在输出处的输出电压的反馈信号。反馈控制电路(例如,包括误差放大器)110被配置为基于输出与基准的比较来向驱动器104提供误差信号。反馈控制电路110因此提供误差信号以实现用于设置输出的闭环控制。
功率转换器电路100还包括偏移发生器电路112,该偏移发生器电路112被配置为基于时钟信号的扩频调制将偏移信号施加到误差信号,这导致将调节的误差信号提供给驱动器104。例如,偏移发生器电路生成与时钟信号CLK的扩频调制频率的变化成比例的偏移信号。驱动器104因此基于调节的误差信号和时钟信号驱动功率级电路106。
作为示例,偏移发生器电路112被配置为提供偏移以基于具有适当增益设置的扩频调制模式来调制反馈控制电路110的输出,以减少输出(例如,电流或电压)的RMS的变化。在功率转换器电路100实现电流模式控制的示例中,偏移发生器电路112因此可以被配置为提供与由功率级电路106提供的输出电流的RMS的变化成比例的偏移,其根据时钟信号CLK的扩频调制模式变化。因此,偏移信号被引入控制回路以补偿由于使用扩频调制模式而导致的频率变化效应。虽然偏移发生器电路112被示为与反馈控制电路110分离,但在其它示例中,偏移发生器电路可以是反馈控制电路的一部分。
在一些示例中,时钟发生器102被配置为基于输入位模式调制基准时钟(例如,由振荡器电路提供)以提供时钟信号CLK。在该示例中,偏移发生器电路112被配置为基于输入位模式生成偏移信号。输入位模式可以是诸如由伪随机数发生器生成的随机或伪随机位模式。在另一示例中,偏移发生器电路112被配置为基于时钟信号CLK或基于生成时钟信号CLK的时钟基准信号来生成偏移信号。
图2示出被配置成生成时钟信号CLK(例如,对应于图1的时钟发生器102)的扩频时钟发生器200的示例框图。时钟发生器包括模式发生器202,该模式发生器202向振荡器204的输入端提供N位模式,其中N是表示模式中的位数的正整数。例如,位模式是伪随机扩频位模式。振荡器204被配置为基于输入位模式提供时钟信号CLK。振荡器204包括调制电路206和脉冲生成电路208。调制电路206基于输入位模式提供调制信号。例如,调制电路206被配置为响应于输入位模式和斜坡调制时钟基准。脉冲生成电路(例如,触发器)208被配置为基于相对于斜坡信号进行比较的调制时钟基准来生成时钟信号CLK。
作为进一步的示例,图3示出被配置为生成用于调制时钟信号的位模式的模式发生器(例如,对应于图2的模式发生器202)300的示例电路图。在该示例中,模式发生器300包括多个串联连接的D型触发器302。一组触发器302的输出被抽取以提供N位模式。虽然在该示例中抽取了模式发生器的四位,但可以在其它示例中使用可以小于或大于四的任何数字N。逻辑304连接到输出端之一和至少一个其它输入端306(例如,另一个触发器302的输出端)以向给定的触发器302之一(诸如向触发器的排列中的第一触发器)提供对应的逻辑输出。逻辑304可以包括一个或多个逻辑门,该逻辑门被配置为相对于其输入执行对应的逻辑运算(例如,AND、NAND、OR、NOR、XOR、XNOR或这些或其它逻辑功能的组合),这进一步增加了接收逻辑输出的触发器的输入的变化。在一个示例中,逻辑304是异或(XOR)门,该异或(XOR)门接收BIT1作为输入,并且另一输入306经耦合以接收触发器302中的另一个触发器的Q输出。N位输出模式可以是被缓冲或直接提供以调制时钟基准信号的伪随机模式。
图4示出时钟发生器电路400的示例,该时钟发生器电路400被配置为生成频率调制时钟信号,诸如扩频调制时钟信号。例如,时钟发生器电路400对应于图1的时钟发生器102或图2的时钟发生器200。时钟发生器400包括放大器402,该放大器402具有经耦合以接收N位输入位模式(展示为位BIT1、BIT2、BIT3和BITN)的输入端404。例如,N位输入位模式由模式发生器(例如,模式发生器202、300)提供。放大器中的每个放大器具有经耦合以控制相应开关装置406的输出端。一组电阻器R1、R2、R3、R4、RN+1串联连接以在比较器408的反相输入端和电气接地之间提供电阻路径。每个电阻器可以具有相同或不同的电阻值。开关装置406中的每个开关装置与相关联的电阻器R2、R3、R4、RN+1并联连接。例如,响应于其输入位被断言,将给定开关装置406激活到闭合状态,通过给定开关旁通(例如,分流)其相关联的电阻器。相反,响应于其输入位被解除断言,将给定开关装置406停用至断开状态,将其相关联的电阻器放置(或保持,如果已经存在)通过给定开关的电阻路径中。调制时钟基准信号(MOD_CLK_REF)还耦合到比较器408的反相输入端。在示例中,调制时钟基准信号的幅度基于输入位模式相对于时间而变化。因此,调制时钟基准信号MOD_CLK_REF根据电阻器R2、R3、R4、RN+1连接在非反相输入端和电气接地之间的路径中而动态地改变。基于输入位模式产生的电阻变化相应地调制时钟基准信号。
斜坡发生器电路410被配置为向比较器408的反相输入端提供斜坡信号。例如,斜坡信号可以是模拟或数字斜坡信号,诸如具有已知频率(例如,基准时钟频率)的锯齿波、三角波或正弦波。比较器408被配置为将斜坡信号与调制时钟基准信号MOD_CLK_REF进行比较并且基于此类比较提供比较器输出。例如,当斜坡信号超过调制时钟基准MOD_CLK_REF时比较器输出可以被断言(高),并且当斜坡小于调制时钟基准时可以被解除断言(低)。比较器输出端连接到触发器(例如,D触发器)412的时钟输入端,并且固定DC电压(例如,VCC)连接到触发器的输入端。触发器412被配置为生成具有基于比较器输出随时间变化的频率的调制时钟输出脉冲。因为时钟基准由输入位模式调制,所以触发器412提供具有同样根据输入位模式而变化的调制频率的输出脉冲。触发器412可以包括可以被断言以将输出重置为起始值的重置输入。
图5示出功率转换器电路500的一部分的示例电路图,该功率转换器电路500包括频率调制偏移电路502和反馈控制电路503,诸如本文描述的。例如,频率调制偏移电路502对应于图1的偏移发生器电路112,并且反馈控制电路503对应于图1的电路110。图5中所示的功率转换器电路500的部分对应于高侧控制电路,诸如以控制功率转换器的高侧开关装置(未示出)。在该示例中,功率转换器电路500被配置为实现电流模式控制方案;然而,本文描述的频率调制偏移方法适用于电压模式控制或其它控制方案。电路500的输出端530可以耦合到驱动器(例如,驱动器104)以控制高侧开关装置(例如,功率级电路106的功率FET)。
举例来说,功率转换器电路500的高侧控制电路包括误差放大器504,该误差放大器504具有输入端506和508以接收反馈电压(例如,对应于功率转换器输出电压VOUT)和基准电压VREF。误差放大器504被配置为比较VOUT和VREF以在510处产生比较器电压(VCOMP),这是基于比较的误差信号。例如,反馈电压对应于输出电压VOUT,并且被功率转换器电路500调节到基准电压VREF。在一些示例中,回路补偿块511可以耦合在输出端510和电气接地之间。作为一个示例,回路补偿511包括串联耦合在510和接地之间的电阻器R7和电容器C1。在该电流模式示例中,电压到电流转换器放大器512被配置为将误差放大器输出电压VCOMP转换为在输出514处提供的对应误差电流(Icomp)。输出端514耦合到电流放大器516(例如,单位增益电流镜)的输入端518。
频率调制偏移电路502的输出端也连接到电流放大器516的输入端。频率调制偏移电路502被配置为产生误差放大器偏移电流(Issoffset)以使用频率调制时钟信号(例如MOD_CLK_REF)补偿频率变化的影响。电流放大器516因此被配置为组合误差电流Icomp和偏移电流Issoffset以生成用于控制(例如,功率级电路106的)高侧功率开关装置的高侧命令电流(I_HS_CMD)信号。
作为一个示例,扩频调制时钟信号MOD_CLK_REF(例如,来自图4的时钟发生器电路400)被施加到电压到电流转换放大器520以提供偏移电流Issoffset到放大器516的输入端。偏移电流Issoffset因此与放大器516的输入端处的误差电流Icomp相加。例如,偏移电流Icomp基于频率调制时钟信号MOD_CLK_REF被动态调节以增加电流或减少电流到高侧命令,并且从而补偿由于MOD_CLK_REF中的频率变化而导致的功率转换器输出中的RMS误差。虽然频率调制时钟基准MOD_CLK_REF被展示为输入到偏移电路502,但在其它示例中,可以提供位模式(例如,对应于位404)以生成偏移电流Issoffset。在示例中,可以在与通过输出电流路径中的电感器的RMS电流的二分之一变化成比例的水平上提供偏移电流Issoffset。因为频率调制偏移电路502提供其偏移以基于频率调制而变化,所以它可以比误差放大器更快地响应频率变化。以该方式,RMS输出电流可以保持在基本上恒定的水平,降低了噪声,同时能够通过使用扩频或其它频率调制来实现降低的EMI。
在一些示例中,电路500可以包括被配置为调节偏移电流Issoffset以补偿输入电压、输出电压和/或组件容差的变化的电路系统。作为一个示例,可变增益放大器521连接在输入端和放大器520之间,该输入端接收频率调制时钟基准MOD_CLK_REF(例如,提供给图4的比较器408的反相输入端)。
可变增益放大器521可以包括基于输入电压VIN、输出电压VOUT和/或其它操作参数(例如,组件容差)设置的一个或多个控制输入端(GAIN_SET)。
可变增益放大器521因此被配置为基于GAIN_SET(例如,基于VIN、VOUT或其它参数)补偿偏移电流Issoffset。在其它示例中,可以使用其它电路系统来补偿偏移电流Issoffset。
在一些示例中,诸如在功率转换器电路500实现电流模式控制的情况下,功率转换器电路500还可以包括斜率补偿电路522。斜率补偿电路522被配置为引入电流以稳定控制回路。例如,斜率补偿电路522可以实现固定的斜率补偿或者它可以基于功率转换器的输入电压(VIN)和/或输出电压(VOUT)生成。作为进一步的示例,斜率补偿电路可以向放大器516的相同输入端提供斜率偏移电流(Ioffset),Icomp和Issoffset电流信号被提供给该输入端。此外,在一些示例中,斜率补偿电路可以向耦合到VIN(或其它电压)的比较器的另一个输入端提供斜率电流(Islope)。斜率补偿因此可以减少由功率转换器电路500中的次谐波振荡引起的噪声,诸如当电感器纹波电流在下一个开关循环开始时没有返回到其初始值时。在该示例中,在电流放大器516的输入端518处提供的电流信号是误差放大器输出Icomp、斜率偏移补偿信号Ioffset和频率调制偏移信号Issoffset的总和。在一个示例中,斜率补偿电路被配置为提供斜率偏移补偿和斜率信号作为电压。在该示例中,斜率补偿电路可以包括相应的电压到电流转换器(例如,跨导放大器)以将此类电压转换为相应的斜率偏移补偿信号Ioffset和斜率电流信号Islope。
电流放大器516具有通过感测电阻器R6耦合到输入电压VIN的输出端524。电流放大器516被配置为基于提供给电流放大器516的总电流生成高侧命令电流(I_HS_CMD)。例如,电流放大器516被配置为单位增益放大器,使得高侧命令电流I_HS_CMD与输入电流的总和成比例(例如,I_HS_CMD=Icomp+Issoffset+Ioffset)。高侧命令电流I_HS_CMD导致电阻器两端的电压降,以将对应的命令电压(V_HS_CMD)提供给高侧比较器526的输入端。开关信号SW被提供给比较器526的另一个输入端。例如,开关信号SW对应于功率开关级的高侧和低侧开关之间的节点处的信号。比较器因此基于命令电压V_HS_CMD和开关节点信号SW的比较来提供比较器输出。
提供比较器输出端以控制高侧开关。例如,比较器输出端耦合到AND门528的输入端,并且高侧感测信号(HS_SENSE_OK)被提供给AND门的另一个输入端。驱动器可以提供高侧感测信号HS_SENSE_OK作为控制来启用或禁用高侧控制,并防止由于开关节点信号SW中的噪声而导致比较器逻辑的错误触发。例如,当高侧感测信号HS_SENSE_OK和比较器输出二者都被断言为高时,AND门在530处向驱动器(例如,驱动器104)提供高输出以关闭(例如,功率级电路106的)高侧开关装置,该高侧开关装置终止提供给功率转换器输出的峰值电流。
在图5的示例中,频率调制偏移电路502因此提供误差放大器偏移电流Issoffset以动态调节高侧命令电流I_HS_CMD以补偿由于扩频调制时钟信号引起的RMS误差。以该方式,根据频率调制时钟信号的频率变化,将电流添加到电流命令或从电流命令中减去。举例来说,如果时钟信号的频率较低,则频率调制偏移电路502提供Issoffset以将电流添加到Icomp,使得高侧比较器延迟关闭高侧开关装置。低侧开关装置随后的延迟导通通过增加的周期来平衡,导致峰峰值电感器电流纹波增加,但对RMS电流的变化减少。
在一些示例中,功率转换器电路500可以被实现为与外部组件(例如,包括输入电源VIN、电感器电路和负载)介接的IC半导体芯片装置。在一些示例中,功率转换器电路500可以用本文描述的组件的子集来实现,或者可以添加附加组件。
图6描绘了输出电压随时间推移的曲线图600和610。与没有实现调制偏移补偿的曲线图610相比,曲线图600展示了当实现频率调制偏移校正时降低的噪声,如本文所述。图6还包括误差放大器偏移电流Issoffset的曲线图620,该误差放大器偏移电流Issoffset基于时钟信号的扩频频率调制在相同时间段内生成以补偿由频率变化的影响导致的噪声。如图所示,误差放大器偏移电流Issoffset的应用导致随时间推移基本上恒定的输出电压,如600处所示。也就是说,曲线图600的输出电压具有明显小于由曲线图610中所示的扩频调制引起的典型噪声的噪声。
图7示出用于使用具有和不具有调制偏移补偿的扩频调制二者生成的输出电压的频谱曲线图700和710。例如,可以通过对输出电压执行快速傅立叶变换操作来提供曲线图700和710的频谱。曲线图700对应于当实现调制偏移补偿时的输出频谱,诸如本文所述。曲线图710对应于没有实现调制偏移补偿时的频谱。如图所示,与曲线图710相比,曲线图700中调制频率处的功率谱密度显著降低。曲线图700中的峰峰值电感器变化也相对于曲线图710减小。
鉴于前述结构和功能特征,本文描述的示例实施例补偿频率变化对转换器稳态功能性的影响以降低噪声功率。这与在更宽的频带上扩展调制能量的现有方法形成对比。可以进一步实现本文描述的方法以降低任何类型的频率调制方案的噪声。如本文所述,该方法适用于使用电压或电流模式控制方案来提高功率转换器的性能。
在本说明书中,术语“基于”意味着至少部分地基于。
在权利要求的范围内,修改在所述的实施例中是可能的,并且其它实施例也是可能的。

Claims (22)

1.一种功率转换器电路,包括:
功率级电路,其被配置为转换输入电压以提供输出电压;
反馈控制电路,其被配置为基于所述输出电压和基准电压生成误差信号;
偏移电路,其被配置为基于时钟信号的调制频率的变化将偏移信号施加到所述误差信号以提供调节的误差信号;以及
驱动器电路,其被配置为基于所述调节的误差信号和所述时钟信号驱动所述功率级电路。
2.根据权利要求1所述的电路,进一步包括被配置为提供所述时钟信号的时钟发生器,其中,所述时钟发生器被配置为基于输入位模式调制基准时钟信号以提供具有扩频调制频率的所述时钟信号,并且所述偏移电路被配置为基于所述输入位模式生成所述偏移信号。
3.根据权利要求2所述的电路,其中,所述时钟发生器进一步包括模式发生器,所述模式发生器被配置为将所述输入位模式提供为伪随机位模式。
4.根据权利要求1所述的电路,进一步包括被配置为提供所述时钟信号的时钟发生器,其中,所述时钟发生器包括用于提供基准时钟信号的振荡器电路,所述基准时钟信号被频率调制以提供所述时钟信号。
5.根据权利要求1所述的电路,其中,所述偏移信号与所述时钟信号的所述调制频率的变化成比例。
6.根据权利要求1所述的电路,其中,所述反馈控制电路被配置为实现电流模式控制并且所述误差信号是电流信号,基于所述时钟信号的所述调制频率施加所述偏移信号以添加或减去电流。
7.根据权利要求6所述的电路,其中,所述偏移信号与输出电流的均方根的变化成比例,所述输出电流的均方根的变化基于所述时钟信号的所述调制频率的变化而改变。
8.根据权利要求1所述的电路,进一步包括斜率补偿电路,所述斜率补偿电路被配置为生成斜率补偿信号,所述斜率补偿信号与所述误差信号和所述偏移信号组合以生成命令信号以驱动所述功率级电路。
9.根据权利要求1所述的电路,其中,所述偏移电路被配置为响应于具有所述调制频率的所述时钟信号生成所述偏移信号。
10.根据权利要求1所述的电路,其中,至少所述反馈控制电路、所述偏置电路、所述功率级电路和所述驱动器电路位于集成电路芯片的共用基板上。
11.根据权利要求1所述的电路,进一步包括被配置为调节所述偏移以补偿所述输入电压、输出电压和组件容差中的至少一个的变化的电路系统。
12.一种转换器电路,包括:
功率级电路,其耦合在所述转换器电路的输入端和输出端之间,所述功率级电路包括控制输入端;
驱动器电路,其耦合到所述控制输入端;
扩频调制时钟发生器,其耦合到所述驱动器电路;
反馈控制电路,其具有耦合到所述转换器电路的所述输出端的输入端和基准端;以及
偏移发生器电路,其具有耦合到所述时钟发生器的输入端和耦合到所述反馈控制电路的输出端的输出端。
13.根据权利要求12所述的转换器电路,其中,所述反馈控制电路包括误差放大器,所述误差放大器具有耦合到所述转换器电路的所述输出端的输入端和基准信号,所述误差放大器被配置为基于所述转换器电路的所述输出端处的输出电压和所述基准信号提供误差信号。
14.根据权利要求13所述的转换器电路,其中,所述偏移发生器电路被配置为基于由所述时钟发生器产生的时钟信号的扩频调制频率来生成偏移信号,所述偏移信号被施加到所述误差信号以提供调节的误差信号。
15.根据权利要求14所述的转换器电路,进一步包括被配置为补偿所述偏移信号以适应所述输入电压、输出电压和组件容差中的至少一个的变化的电路系统。
16.根据权利要求14所述的转换器电路,其中,所述驱动器电路被配置为基于所述调节的误差信号驱动所述功率级电路以提供所述输出电压。
17.根据权利要求14所述的转换器电路,其中,所述偏移发生器电路进一步包括第一电压到电流转换器,所述第一电压到电流转换器被配置为将所述扩频调制频率转换为电流偏移信号,所述电流偏移信号被配置为向所述误差信号添加或减去电流。
18.根据权利要求17所述的转换器电路,进一步包括耦合到所述误差放大器的所述输出端的第二电压到电流转换器,另一个电压到电流转换器被配置为将所述误差信号转换为对应的电流误差信号,所述电流偏移信号被添加到所述对应的电流误差信号以提供用于驱动所述功率级电路的命令电流。
19.根据权利要求14所述的转换器电路,其中,所述时钟发生器进一步包括:
模式发生器,其被配置为提供输入位模式;以及
振荡器电路,其被配置为基于所述输入位模式调制基准时钟信号并提供具有所述扩频调制频率的所述时钟信号。
20.根据权利要求12所述的转换器电路,进一步包括斜率补偿电路,所述斜率补偿电路被配置为生成斜率补偿信号,所述斜率补偿信号与来自所述反馈控制电路的误差信号和来自所述偏移发生器电路的偏移信号组合以提供命令信号来驱动所述功率级电路。
21.一种功率转换系统,其包括:
功率级,其连接在输入电压和输出端之间,所述功率级被配置为基于驱动器控制信号提供输出电压;
误差放大器,其被配置为将所述输出电压与基准电压进行比较并提供误差信号;
时钟发生器,其被配置为生成频率调制时钟信号;
偏移发生器,其被配置为基于所述频率调制时钟信号的变化生成偏移,所述偏移被添加到所述误差信号以提供命令信号;以及
驱动器,其被配置为基于所述命令信号并根据所述频率调制时钟信号生成所述驱动器控制信号。
22.根据权利要求21所述的系统,进一步包括用于生成伪随机位模式的模式发生器,其中:
所述时钟发生器包括振荡器,所述振荡器被配置为响应于所述位模式调制基准时钟以提供所述频率调制的时钟信号,以及
所述偏移发生器被配置为响应于所述位模式或所述频率调制时钟信号来生成所述偏移。
CN202080021476.7A 2019-01-31 2020-01-28 具有调制开关的功率转换 Pending CN113574784A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/264,327 US10686375B1 (en) 2019-01-31 2019-01-31 Power conversion with modulated switching
US16/264,327 2019-01-31
PCT/US2020/015340 WO2020159940A1 (en) 2019-01-31 2020-01-28 Power conversion with modulated switching

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113574784A true CN113574784A (zh) 2021-10-29

Family

ID=71075213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080021476.7A Pending CN113574784A (zh) 2019-01-31 2020-01-28 具有调制开关的功率转换

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10686375B1 (zh)
CN (1) CN113574784A (zh)
WO (1) WO2020159940A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115085515A (zh) * 2022-08-22 2022-09-20 成都动芯微电子有限公司 一种新型输出功率可调电路

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109088538B (zh) * 2018-10-19 2019-11-08 珠海格力电器股份有限公司 一种频率调制装置、开关电源及其频率调制方法
CN112615622B (zh) * 2020-12-26 2023-03-24 上海艾为电子技术股份有限公司 一种展频时钟发生器及电子设备
CN113014084A (zh) * 2021-02-07 2021-06-22 联想(北京)有限公司 一种控制方法、装置及电子设备
US11870347B2 (en) 2022-01-28 2024-01-09 Texas Instruments Incorporated Spread spectrum modulation of rising and falling edge delays for current mode switching converters
US11817777B1 (en) 2022-07-15 2023-11-14 Texas Instruments Incorporated Spread spectrum adaptive on time voltage converter

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1736018A (zh) * 2002-11-14 2006-02-15 菲尔风暴有限公司 功率变换器电路和方法
US20110110126A1 (en) * 2009-11-10 2011-05-12 Power Integrations, Inc. Controller compensation for frequency jitter
CN102158069A (zh) * 2011-05-03 2011-08-17 杭州矽力杰半导体技术有限公司 一种功率因数校正电路
CN102739053A (zh) * 2011-04-04 2012-10-17 意法半导体股份有限公司 准谐振开关转换器的开关频率的控制设备和相关控制方法
DE102014104730A1 (de) * 2014-04-03 2015-10-08 Sma Solar Technology Ag Verfahren zur Reduktion von Störemissionen eines Strom- oder Spannungswandlers mit getakteten Leistungsschaltern
CN105337500A (zh) * 2014-06-27 2016-02-17 意法半导体研发(深圳)有限公司 功率变换器及用于调节功率变换器的线性瞬态响应的方法
US20180102709A1 (en) * 2016-10-07 2018-04-12 Semiconductor Components Industries, Llc Switched mode power supply with dynamic frequency foldback
CN207234666U (zh) * 2017-08-03 2018-04-13 深圳市德普微电子有限公司 一种开关电源宽频控制电路

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8897039B2 (en) * 2007-06-12 2014-11-25 Bcd Semiconductor Manufacturing Limited Method and system for pulse frequency modulated switching mode power supplies
US8044745B2 (en) * 2009-01-28 2011-10-25 Agere Systems Inc. Method and apparatus for applying clock phase and frequency offset
JP2011041121A (ja) * 2009-08-17 2011-02-24 Renesas Electronics Corp 送受信装置およびその動作方法
US9065427B2 (en) * 2010-09-13 2015-06-23 Nxp B.V. Controller and method for output ripple reduction of a jittering frequency switched mode power supply
TWI430545B (zh) * 2011-02-01 2014-03-11 Richpower Microelectronics 用於降低抖頻切換式電源供應器之輸出漣波的脈寬調變控制器及方法
JP5845452B2 (ja) * 2011-04-14 2016-01-20 パナソニックIpマネジメント株式会社 半導体装置及びスイッチング電源装置
TWI445293B (zh) * 2011-08-26 2014-07-11 Richtek Technology Corp Pfm電源供應器的頻率抖動控制電路及方法
US9203293B2 (en) * 2012-06-11 2015-12-01 Power Systems Technologies Ltd. Method of suppressing electromagnetic interference emission
KR102005337B1 (ko) * 2014-01-09 2019-07-30 에스케이하이닉스 주식회사 전압 변환 장치
US9467051B2 (en) * 2014-01-16 2016-10-11 Micrel, Inc. Switching regulator using adaptive slope compensation with DC correction
US10170987B2 (en) * 2014-09-10 2019-01-01 Richtek Technology Corporation Control circuit of power converter with internal signal generator and related method
US9774248B2 (en) * 2014-11-10 2017-09-26 Power Integrations, Inc. Introducing jitter to a switching frequency by way of modulating current limit
US9450478B1 (en) * 2015-04-10 2016-09-20 Power Integrations, Inc. Load responsive jitter
US10075073B2 (en) * 2015-09-08 2018-09-11 Rohm Co., Ltd. DC/DC converter and switching power supply having overcurrent protection
US10088854B2 (en) * 2016-09-15 2018-10-02 Power Integrations, Inc. Modulating jitter frequency as switching frequency approaches jitter frequency
US20190115986A1 (en) * 2017-10-18 2019-04-18 Texas Instruments Incorporated SWITCH MODE DIRECT CURRENT-TO-DIRECT CURRENT (DC-to-DC) CONVERTERS WITH REDUCED SPURIOUS NOISE EMISSION

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1736018A (zh) * 2002-11-14 2006-02-15 菲尔风暴有限公司 功率变换器电路和方法
US20110110126A1 (en) * 2009-11-10 2011-05-12 Power Integrations, Inc. Controller compensation for frequency jitter
CN102739053A (zh) * 2011-04-04 2012-10-17 意法半导体股份有限公司 准谐振开关转换器的开关频率的控制设备和相关控制方法
CN102158069A (zh) * 2011-05-03 2011-08-17 杭州矽力杰半导体技术有限公司 一种功率因数校正电路
DE102014104730A1 (de) * 2014-04-03 2015-10-08 Sma Solar Technology Ag Verfahren zur Reduktion von Störemissionen eines Strom- oder Spannungswandlers mit getakteten Leistungsschaltern
CN105337500A (zh) * 2014-06-27 2016-02-17 意法半导体研发(深圳)有限公司 功率变换器及用于调节功率变换器的线性瞬态响应的方法
US20180102709A1 (en) * 2016-10-07 2018-04-12 Semiconductor Components Industries, Llc Switched mode power supply with dynamic frequency foldback
CN207234666U (zh) * 2017-08-03 2018-04-13 深圳市德普微电子有限公司 一种开关电源宽频控制电路

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115085515A (zh) * 2022-08-22 2022-09-20 成都动芯微电子有限公司 一种新型输出功率可调电路
CN115085515B (zh) * 2022-08-22 2022-11-22 成都动芯微电子有限公司 一种输出功率可调电路

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020159940A1 (en) 2020-08-06
US10686375B1 (en) 2020-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10686375B1 (en) Power conversion with modulated switching
US7504810B1 (en) Apparatus and method for generating a spread-spectrum clock for a switching regulator
US7595623B2 (en) Methods and apparatus for a spread spectrum switching regulator
US9041377B2 (en) Pseudo constant on time control circuit and step-down regulator
US10355595B2 (en) Electromagnetic interference (EMI) for pulse frequency modulation (PFM) mode of a switching regulator
Nashed et al. Current-mode hysteretic buck converter with spur-free control for variable switching noise mitigation
US7489529B2 (en) Control circuit having frequency modulation to reduce EMI of power converters
US10193449B2 (en) Buck voltage converter
WO2009059459A1 (en) A power regulator system with current limit independent of duty cycle and its regulation method
US11152855B2 (en) Multiple dithering profile signal generation
US20240055988A1 (en) Switching converter and oscillator thereof
US20070176581A1 (en) Control circuit and method for a DC-to-DC converter to improve transient response thereof
US10992230B1 (en) Multi-phase switching mode power supply with adaptive synchronous drivers
Pakala et al. A spread-spectrum mode enabled ripple-based buck converter using a clockless frequency control
US7423494B1 (en) Apparatus and method for a spread-spectrum oscillator for magnetic switched power converters
US10122272B1 (en) Cycle skipping prevent circuit in a regulator of a DC-to-DC converter
US11005367B2 (en) Boost spread-spectrum technique in pulse skip mode with fixed frequency clock reference
Trescases et al. A low-power DC-DC converter with digital spread spectrum for reduced EMI
CN113746323A (zh) 菊花链时钟分配系统
US4887021A (en) Precision noise spike elimination circuit for pulse width modulators and PWM inverters
KR102197788B1 (ko) 카오스 변조 기반 직류-직류 변환기
US11870347B2 (en) Spread spectrum modulation of rising and falling edge delays for current mode switching converters
US20230223987A1 (en) Spread spectrum switching converter and spread spectrum control method thereof
TWI815573B (zh) 展頻切換式轉換器及其中之展頻控制方法
US11451146B2 (en) DC-DC converter

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination