IT202000006871A1 - Circuito convertitore, dispositivo e procedimento corrispondenti - Google Patents

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IT202000006871A1
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Adalberto Mariani
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St Microelectronics Srl
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Description

DESCRIZIONE dell?invenzione industriale dal titolo:
"Circuito convertitore, dispositivo e procedimento corrispondenti"
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Campo tecnico
La descrizione si riferisce ai circuiti convertitori. Una o pi? forme di attuazione possono essere applicate in un ampio campo di dispositivi come, per esempio, caricabatterie wireless, controllori USB o dispositivi alimentati con batterie a ioni di litio (Li-Ion).
Sfondo tecnologico
I circuiti convertitori ad esempio i cosiddetti convertitori di alimentazione "buck" DC-DC sono ampiamente utilizzati per la conversione di potenza in molte applicazioni.
I convertitori buck DC-DC con tempo on ("tempo attivo") costante sono ampiamente utilizzati per la loro elevata reattivit?, affidabilit? e semplicit? di progetto.
Questi convertitori sono esemplificativi di circuiti convertitori convenzionali in cui fattori come il duty cycle pi? elevato e lo slew rate di carica dell'induttore possono essere limitati da un tempo off ("tempo inattivo") minimo.
Tali circuiti convertitori convenzionali possono contemplare varie modalit? di funzionamento, ad esempio una modalit? a corrente di picco (sincrona), una modalit? di tensione (PWM) o un funzionamento di controllore con isteresi.
In una modalit? a corrente di picco, un tempo on ? avviato da un clock interno ed ? arrestato quando la corrente attraverso l'induttore del convertitore raggiunge una soglia di corrente.
In una modalit? di tensione, un tempo on ? avviato da un clock interno ed ? arrestato quando il duty cycle raggiunge una soglia di duty cycle.
In un funzionamento di controllore con isteresi, un tempo on ? avviato quando la tensione di uscita si trova al di sotto di una prima soglia e arrestato quando l'uscita si trova di sopra della seconda soglia, differente dalla prima soglia.
Come noto nella tecnica, il duty cycle DC di un segnale pulsato ad esempio un segnale modulato in PWM (PMM essendo un acronimo per modulazione di larghezza di impulso, "Pulse-Width-Modulation) denota il rapporto tra la durata del tempo in cui segnale ? attivo o non nullo (tempo on o tON) e il periodo del segnale pulsato, cio? la somma della durata del tempo tON in cui il segnale ? attivo o non nullo e la durata del tempo in cui il segnale ? inattivo o nullo (tempo off o tOFF), cio?:
DC = tON/(tON + tOFF).
Va notato che soluzioni convenzionali come discusse in precedenza possono essere alquanto complesse.
Per esempio, il funzionamento nella modalit? di corrente di picco pu? richiedere una compensazione di pendenza, un amplificatore di errore e un comparatore di somma di errore.
Il funzionamento in modalit? di tensione pu? richiedere una rete di compensazione zero-polo.
In seguito a un funzionamento sincrono si pu? generare una risposta ai transitori pi? lenta.
Inoltre, il funzionamento di controllore con isteresi pu? presentare un comportamento in frequenza PWM in stato stazionario insoddisfacente in presenza di variazioni nelle tensioni di ingresso e uscita.
Scopo e sintesi
Uno scopo di una o pi? forme di attuazione ? contribuire a superare gli svantaggi delineati in precedenza.
Secondo una o pi? forme di attuazione, tale scopo pu? essere raggiunto per mezzo di un circuito convertitore che presenta le caratteristiche esposte nelle rivendicazioni che seguono.
Una o pi? forme di attuazione possono essere relative a un dispositivo corrispondente. I dispositivi come quelli elencati all'inizio della presente descrizione possono essere esemplificativi di tale dispositivo.
Una o pi? forme di attuazione possono essere relative a un procedimento corrispondente.
Le rivendicazioni sono parte integrante dell'insegnamento tecnico relativo a forme di attuazione come qui fornite.
Una o pi? forme di attuazione possono fornire un convertitore buck a bassa caduta (Low DropOut) con tempo on costante, in cui il tempo on ? esteso oltre la durata impostata da un timer interno come risultato del fatto che si riscontra essere la tensione di uscita minore di un riferimento.
Una o pi? forme di attuazione possono cos? essere sostanzialmente esenti da limitazioni in termini di duty cycle massimo a causa di un tempo off minimo impostato. Ci? facilita il funzionamento Low DropOut, migliorando al contempo lo slew rate della corrente di induttore durante i transitori.
Come noto per gli esperti nel ramo, la designazione di regolatore a bassa caduta o LDO ("Low DropOut") si applica a regolatori in corrente continua in grado di mantenere la regolazione con piccole differenze tra la tensione (di alimentazione) in ingresso e la tensione (di carico) in uscita, cio? regolatori in grado di regolare la tensione di uscita anche quando la tensione di ingresso ? molto vicina alla tensione di uscita.
Una o pi? forme di attuazione possono comprendere un comparatore di corrente di picco per facilitare la limitazione della corrente di induttore durante il tempo on.
Una o pi? forme di attuazione possono fornire un convertitore buck di tipo Low DropOut e con tempo on costante che offre uno o pi? dei seguenti vantaggi:
funzionamento Low DropOut e slew rate di corrente migliorato,
ampio campo di uscita con risposta in transitorio migliorata,
campo di tensione d'ingresso sovrapposta al campo di tensione di uscita,
funzionamento di booster di carico facilitato,
tempo on aumentato in presenza di una tensione di uscita al di sotto dell'obiettivo,
anello di controllo con tempo on costante.
In una o pi? forme di attuazione, il funzionamento a tempo on costante pu? essere rilevato mediante la valutazione della forma d'onda del nodo di commutazione, mentre il funzionamento Low DropOut pu? essere reso evidente mediante le tensioni di ingresso e di uscita, l'incremento della risposta in transitorio pu? essere valutata attraverso la corrente di induttore.
Breve descrizione delle figure allegate
Una o pi? forme di attuazione verranno adesso descritte, solo a titolo di esempio, con riferimento alle figure allegate, in cui:
la figura 1 ? uno schema circuitale di un controllore con tempo on costante convenzionale,
la figura 2 ? un diagramma a blocchi esemplificativo del comportamento di un circuito logico di controllo corrispondente,
la figura 3 ? uno schema circuitale esemplificativo di forme di attuazione secondo la presente descrizione, e la figura 4 ? un diagramma a blocchi esemplificativo del comportamento di un circuito logico di controllo in forme di attuazione secondo la presente descrizione.
Descrizione dettagliata di forme di attuazione esemplificative
Nella seguente descrizione sono forniti uno o pi? dettagli specifici, che puntano a fornire una comprensione approfondita di esempi di forme di attuazione di questa descrizione. Le forme di attuazione possono essere ottenute senza uno o pi? degli specifici dettagli, o con altri procedimenti, componenti, materiali, ecc. In altri casi, strutture, materiali, o operazioni note non sono illustrate o descritte in dettaglio in modo che certi aspetti delle forme di attuazione non saranno offuscati.
Nel quadro della presente descrizione il riferimento a "una forma di attuazione" o "una sola forma di attuazione" ? inteso a indicare che una particolare configurazione, struttura, o caratteristica descritta in relazione alla forma di attuazione ? compresa in almeno una forma di attuazione. Quindi, frasi come "in una forma di attuazione" o "in una sola forma di attuazione" che possono essere presenti in uno o pi? punti della presente descrizione non si riferiscono necessariamente a una stessa forma di attuazione.
Inoltre, particolari conformazioni, strutture, o caratteristiche possono essere combinate in qualsiasi modo adeguato in una o pi? forme di attuazione.
Le intestazioni/riferimenti qui utilizzati sono solo per comodit? e perci? non definiscono l'estensione di protezione o la portata delle forme di attuazione.
La figura 1 ? uno schema circuitale di un controllore (convertitore) buck a tempo on costante convenzionale 10 comprendente un interruttore elettronico sul lato alto (HS, "High-Side") 121 e un interruttore elettronico sul lato basso (LS, "Low-Side") 122.
Come illustrati, questi interruttori possono comprendere transistori mosfet di potenza che presentano i percorsi di corrente attraverso di essi (percorsi di corrente source-drain, nel caso di transistori a effetto di campo ad esempio transistori mosfet) in cascata tra di loro e che forniscono una prima linea di flusso di corrente tra una linea o nodo di tensione d'ingresso con una tensione Vin e un nodo A e una seconda linea di flusso di corrente tra il nodo A e massa GND.
Come illustrata, la tensione Vin pu? essere applicata ai capi di un primo condensatore (di ingresso) C1 accoppiato alla linea di tensione d'ingresso Vin e riferita a massa GND.
Al riguardo si comprender? che, in tutta questa descrizione, per semplicit? una stessa denominazione pu? essere applicata a un certo nodo o linea come pure a un segnale che compare/? applicato al nodo o linea.
Come illustrati nella figura 1:
i percorsi di corrente attraverso i transistori 121, 122 sono accoppiati al nodo A interposto tra i transistori 121, 122 con un induttore L accoppiato tra il nodo A e un nodo di uscita B,
una tensione di uscita Vout ? fornita al nodo di uscita B ai capi di un secondo condensatore (di uscita) C2 accoppiato tra il nodo di tensione di uscita Vout (nodo B) e massa GND, l'induttore L essendo interposto tra i nodi A e B.
Come illustrato nella figura 1, un carico LD pu? essere accoppiato al nodo di uscita Vout. Si comprender? che il carico LD pu? essere un elemento distinto rispetto al convertitore 10.
Come illustrato nella figura 1, la commutazione degli interruttori 121 e 122 tra uno stato on (interruttore conduttivo) e uno stato off (interruttore non conduttivo) ? controllata da un circuito logico di controllo 16 accoppiato ai terminali di controllo Hg, Lg (gate, nel caso di transistori a effetto di campo ad esempio transistori mosfet) degli interruttori sul lato alto e lato basso 121, Come illustrato nella figura 1, il circuito logico di controllo 16 ? sensibile ai segnali di uscita da un comparatore di tensione 181 e da un comparatore di corrente 182.
Come illustrato nella figura 1:
il comparatore di tensione 181 ? configurato per confrontare la tensione di uscita Vout rilevata al nodo B (cio? ai capi del condensatore di uscita C2) con una tensione di riferimento, Vref, agendo cos? come un comparatore di uscita (PWM), al cui segnale di uscita ? assegnato un certo livello ("1", per esempio) come risultato del fatto che la tensione di uscita Vout ? al di sotto di Vref,
il comparatore di corrente 182 ? configurato per confrontare l'intensit? della corrente attraverso l'induttore L con un riferimento di corrente Ilim che agisce cos? come un comparatore di limite di corrente di valle (VCL, "Valley Current Limit") al cui segnale di uscita ? assegnato un certo livello ("1", per esempio) come risultato del fatto che l'intensit? di corrente attraverso l'induttore L ? pi? alta di un valore di riferimento (limite) di valle Ilim.
La tensione di riferimento Vref pu? essere ottenuta in vari modi noti agli esperti nel ramo, per esempio come l'uscita di una rete di compensazione, una rete di integrazione o un amplificatore di errore.
Inoltre, la corrente attraverso l'induttore L pu? essere rilevata in vari modi noti agli esperti nel ramo, per esempio attraverso un sensore amperometrico, come un resistore di shunt nel nodo A o nodo B, o rilevando la tensione ai capi dell'interruttore sul lato basso 122 quando ? attivato.
Si comprender? d'altra parte che il modo in cui si ottiene la tensione di riferimento Vref e/o il modo in cui si rileva l'intensit? della corrente attraverso l'induttore L pu? non essere di rilievo specifico per la descrizione dei convertitori 10 qui discussi.
Come illustrato nella figura 1, il circuito logico di controllo 16 ? configurato per cooperare con:
un circuito di ritardo di tempo on 18, che pu? essere sensibile alla tensione d'ingresso Vin e alla tensione di uscita Vout,
un circuito di ritardo di tempo off minimo 20.
Seppur illustrati come elementi distinti per facilit? di spiegazione, il circuito di tempo on 18 e/o il circuito di tempo off minimo 20 possono di fatto essere incorporati a una circuiteria comune con il circuito logico di controllo 16.
Come illustrato nella figura 1, il circuito logico di controllo 16 ? configurato per:
inviare al circuito di ritardo di tempo on 18 un segnale di inizio di tempo on Tonst e ricevere da esso un segnale Ton, che ? una replica ritardata nel tempo di Tonst: per esempio, quando Tonst sale, Ton sale dopo un certo ritardo di tempo on,
inviare al circuito di ritardo di tempo off minimo 20 un segnale di inizio di tempo off Toffst e ricevere da esso un segnale Toffmin, che ? una replica ritardata nel tempo di Toffst: per esempio, quando Toffst sale, Toffmin sale dopo un ritardo di tempo off (minimo).
Questi segnali possono essere generati in un modo noto agli esperti nel ramo.
Come illustrato, il timer di attivazione 18 pu? essere sensibile alla tensione di ingresso Vin e alla tensione di uscita Vout e pu? comprendere un circuito feed-forward di un tipo analogico (RC), per esempio, in grado di fornire un segnale di tempo on Ton che ? funzione (per esempio, proporzionale) del rapporto Vout/Vin, per esempio Ton = (Vout/Vin)<.>R<.>C. I timer di attivazione digitali sono anche convenzionali nella tecnica.
Avere un tempo off di una durata minima come fornito in 20 ? vantaggioso nella stabilizzazione del controllo, mascherando segnali quando sono eventualmente esposti al rumore indotto dalla commutazione degli interruttori di potenza 121, 122.
Come illustrato nella figura 2, il funzionamento del circuito logico di controllo 16 della figura 1 nel pilotaggio dei terminali di controllo (i gate Hg e Lg, nel caso di transistori a effetto di campo ad esempio transistori mosfet) degli interruttori sul lato alto e sul lato basso 121, 122 pu? prevedere un funzionamento di macchina a stati finiti (FSM, "Finite State Machine") che prevede la transizione tra uno stato off ("stato di disattivazione") e uno stato on ("stato di attivazione") basata sui criteri discussi nel seguito.
Durante uno stato off, Lg=1, Hg=0 (cio?, l'interruttore sul lato alto 121 ? non conduttivo e l'interruttore sul lato basso 122 ? conduttivo) la corrente attraverso l'induttore L ricircola attraverso l'interruttore sul lato basso 122 che ? conduttivo.
Il circuito di ritardo di tempo off minimo 20 ? avviato come risultato del fatto che Toffst ? attivato, per esempio Toffst=1.
Dopo che viene attivato il ritardo di tempo off minimo (TOFFMIN=1) da parte del circuito 20, se la corrente attraverso l'induttore L ? minore di Ilim (VCL=0), il sistema attende uno scatto del comparatore PWM (comparatore 181).
Quando la tensione di uscita Vout scende al di sotto di Vref, il comparatore PWM 181 scatta (PWM=1) e il sistema entra in uno stato on (si veda la transizione indicata come PWM=1 e VCL=0 e TOFFMIN=1 in nella figura 2).
Durante lo stato on, Lg=0, Hg=1 (cio?, l'interruttore sul lato alto 121 ? conduttivo e l'interruttore sul lato basso 122 ? non conduttivo) e la corrente viene caricata (pompata) nell'induttore L.
Il circuito di ritardo temporale di tempo on 18 ? avviato come risultato del fatto che Tonst ? impostato, per esempio Tonst=1. Dopo che ? scaduto un certo conteggio temporale di tempo on, il circuito 18 attiva il segnale Ton (TON=1) e il sistema (ri)entra in uno stato disattivato (si veda la transizione indicata come TON=1 nella figura 2).
Un convertitore come descritto in precedenza e la relativa modalit? di funzionamento sono convenzionali nella tecnica, il che rende inutile fornire qui una descrizione pi? dettagliata.
Inoltre, con l'eccezione di ci? che verr? discusso nel seguito, la descrizione precedentemente fornita in relazione alle figure 1 e 2 si applica anche a una o pi? forme di attuazione come esemplificate in relazione alle figure 3 e 4.
Di conseguenza, parti o elementi simili a parti o elementi gi? discussi in relazione alle figure 1 e 2 sono indicati con simboli di riferimento simili nelle figure 3 e 4 e una descrizione corrispondente non verr? ripetuta per brevit?.
Solo a titolo di ricapitolazione, in una o pi? forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4, un controllore (convertitore) 10 comprende uno stadio di potenza a semiponte comprendente un interruttore elettronico sul lato alto (HS) 121 e un interruttore elettronico sul lato basso (LS) 122 ad esempio transistori di potenza mosfet.
In una o pi? forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4:
i percorsi di corrente attraverso 121 e 122 (percorsi di corrente source-drain, nel caso di transistori a effetto di campo ad esempio transistori mosfet) forniscono una prima linea di flusso di corrente tra una linea o nodo di tensione d'ingresso Vin e un nodo A e una seconda linea di flusso di corrente tra il nodo A e massa GND con una tensione Vin applicata ai capi di un primo condensatore (di ingresso) C1 accoppiato tra la linea di tensione d'ingresso Vin e massa GND,
i percorsi di corrente attraverso i transistori 121, 122 sono accoppiati al nodo A interposto tra i transistori 121, 122 con un induttore L accoppiato tra il nodo A e un nodo di uscita B,
una tensione di uscita Vout ? fornita nel nodo B ai capi di un secondo condensatore (di uscita) C2 accoppiato tra il nodo di tensione di uscita Vout (nodo B) e massa GND, con l'induttore interposto tra i nodi A e B e un carico LD idoneo per essere accoppiato con il nodo di uscita (qui nuovamente, il carico LD pu? essere un elemento distinto dalle forme di attuazione).
In una o pi? forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4, la commutazione degli interruttori 121 e 122 tra uno stato on (conduttivo) e uno stato off (non conduttivo) ? controllata da un circuito logico di controllo 16 accoppiato ai terminali di controllo Hg, Lg (gate, nel caso di transistori a effetto di campo ad esempio transistori mosfet) degli interruttori sul lato alto e lato basso 121, 122.
In una o pi? forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4, il circuito logico di controllo 16 ? sensibile al segnale di uscita dal comparatore di tensione 181 che ? configurato per confrontare la tensione di uscita Vout rilevata nel nodo B (cio? ai capi del condensatore di uscita C2) con una tensione di riferimento Vref (che pu? essere ottenuta in modi differenti come discussi in precedenza) agendo cos? come un comparatore di uscita (PWM), al cui segnale di uscita ? assegnato un certo livello ("1", per esempio) come risultato del fatto che la tensione di uscita Vout si trova al di sotto di Vref.
In una o pi? forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4, il circuito logico di controllo 16 ? anche sensibile al segnale di uscita dal comparatore di corrente 182, che ? configurato per confrontare l'intensit? della corrente attraverso l'induttore L (come discussa in precedenza, questa pu? essere rilevata in vari modi, per esempio, nel nodo A o nel nodo B) con un riferimento di corrente Ilim che agisce cos? come un comparatore di limite di corrente di valle (VCL) al cui segnale di uscita ? assegnato un certo livello ("1", per esempio) come risultato del fatto che la corrente dell'induttore ? pi? elevata di un valore di riferimento (limite) di valle Ilim. In una o pi? forme di attuazione un convertitore 10 come esemplificato nelle figure 3 e 4 pu? comprendere un (ulteriore) comparatore di corrente 183 configurato per confrontare l'intensit? della corrente attraverso l'induttore L con un riferimento di corrente di picco Ilimpk. Il comparatore 183 pu? cos? agire come comparatore di limite di corrente di picco (PCL, "Peak Current Limit") al cui segnale di uscita ? assegnato un certo livello ("1", per esempio) come risultato del fatto che la corrente di induttore ? pi? elevata di un valore di riferimento (di picco) come espresso da Ilimpk.
Come illustrato nella figura 4, il funzionamento del circuito logico di controllo 16 della figura 3 nel pilotaggio dei terminali controllo (i gate Hg, Lg, nel caso di transistori a effetto di campo ad esempio transistori mosfet) degli interruttori sul lato alto e lato basso 121, 122 pu? nuovamente prevedere uno stato off e uno stato on come discussi in relazione alle figure 1 e 2.
In una o pi? forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4, la transizione dallo stato off allo stato on (PWM=1 e VCL=0 e TOFFMIN=1) ? essenzialmente come gi? discussa in relazione alla figura 2.
Cio?, una volta che il ritardo di tempo minimo ? attivato (TOFFMIN=1) dal circuito 20, se la corrente attraverso l'induttore L ? minore di Ilim (VCL=0), il sistema attende uno scatto del comparatore PWM (comparatore 181). Quando la tensione di uscita Vout scende di sotto di Vref, il comparatore PWM 181 scatta (PWM=1) e il sistema entra in uno stato on (si veda nuovamente la transizione indicata come PWM=1 e VCL=0 e TOFFMIN=1 nella figura 4).
Al contrario, in una o pi? forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4, il circuito logico 16 pu? effettuare una transizione dallo stato on allo stato off come risultato di:
TON=1, cio? il conteggio del timer di attivazione 18 ? completato (cio? il conteggio ha raggiunto il suo valore di scadenza)
e (cio?, in combinazione con)
uno di:
PWM=0
o (in alternativa)
PCL=1.
In breve, in una o pi? forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4, il circuito logico 16 pu? effettuare una transizione dallo stato on allo stato off come risultato di:
TON=1 e (PWM=0 o PCL=1).
In una o pi? forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4, i criteri di funzionamento del circuito logico di controllo 16 possono essere come segue.
Durante lo stato on, il completamento del ritardo di tempo on (per esempio, TON=1, cio? il raggiungimento del conteggio di stato on 18 del suo valore di scadenza) non ? sufficiente per provocare la transizione del sistema allo stato off.
Di fatto tale transizione ? condizionata su uno di PWM=0 o PCL=1.
Secondo la prima condizione espressa dalla relazione logica riportata in precedenza, la transizione dallo stato on allo stato off pu? avvenire se TON=1 (cio? il conteggio di tempo on in 18 ha raggiunto il suo valore di scadenza), con la tensione di uscita Vout che ha (gi?) raggiunto il riferimento Vref (PWM=0).
Questa pu? essere una situazione che si verifica in uno stato stazionario, purch? il duty cycle non sia limitato dal rapporto Ton/(Ton+Toffmin).
Se il duty cycle ? limitato da tale rapporto, o durante un carico transitorio, come risultato del fatto che il conteggio di tempo on in 18 ha raggiunto il suo valore di scadenza (cio? TON=1) mentre la tensione di uscita Vout ? (ancora) inferiore a Vref (cio? PWM=1 dal comparatore 181) il sistema non effettua la transizione allo stato off ed estende il tempo prima della transizione allo stato off oltre la scadenza del contatore di tempo on finch? la tensione di uscita Vout raggiunge Vref, cio? PWM=0.
Come seconda condizione, allo scopo di facilitare il fatto di evitare che la corrente attraverso l'induttore L raggiunga in modo indesiderabile valori alti, il circuito logico 16 pu? essere configurato per uscire dallo stato on ed effettuare una transizione allo stato off come risultato di TON=1 (cio? il conteggio di tempo on in 18 ha raggiunto il suo valore di scadenza) e il comparatore di limite di corrente di picco 183 rilevando una intensit? di corrente attraverso l'induttore L che ? pi? elevata di Ilimpk (cio? PCL=1 dal comparatore 183).
In entrambi i casi, il sistema termina il tempo on ed effettua la transizione allo stato off.
Per riassumere:
come nel caso di un convertitore convenzionale come illustrato nelle figure 1 e 2, l'interruttore sul lato alto 121 ? commutato attivato (reso conduttivo) come risultato di una indicazione dal comparatore PWM 118 secondo cui la tensione di uscita Vout si trova di sotto della tensione di riferimento Vref (PWM=1), mentre inoltre allo stesso tempo si inizia il conteggio interno di tempo on,
in una o pi? forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4, l'interruttore sul lato alto 121 ? disattivato (reso non conduttivo) come risultato del fatto che il timer interno ? scaduto (temporizzazione terminata TON=1), e, il comparatore PWM indica che la tensione di uscita Vout ha raggiunto il riferimento Vref (PWM=0). A titolo di spiegazione semplice, in una o pi? forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4, il conteggio di tempo on viene "esteso" al di l? del valore fornito dal timer interno (circuito 18) finch? si trova che la tensione di uscita Vout ha raggiunto il riferimento Vref (PWM=0).
In una o pi? forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4, non ? imposto alcun limite superiore sul duty cycle dovuto a un tempo off minimo.
Ci? facilita il funzionamento a bassa caduta migliorando al contempo lo slew rate della corrente di induttore durante i transitori.
Una o pi? forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4 pu? comprendere una azione di rilevamento di corrente di picco in 183 in modo che il sistema possa effettuare in modo sicuro la transizione allo stato off come risultato del fatto che la corrente attraverso l'induttore L raggiunge un valore di picco Ilimpk (si veda la logica "o" nella transizione PWM=0 o PCL=1 in basso nella figura 4). Il comparatore di corrente di picco ad esempio 183 ? quindi efficace per limitare la corrente di induttore durante il tempo on, cooperando cos? con la limitazione di valle convenzionale del comparatore di corrente 182.
Il confronto delle prestazioni delle forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4 con soluzioni convenzionali mostra che, per esempio con un tempo di commutazione in feed-forward Tsw di 1 ?s (Tsw=Ton.(Vin/Vout)), e un tempo off (minimo) di 250 ns, una soluzione convenzionale pu? perdere la regolazione quando Vin=6,25 V, mentre forme di realizzazione come esemplificate nelle figure 3 e 4 possono mantenere un'adeguata regolazione fino a Vin=5,1V.
In modo simile, con riferimento a una variazione di carico transitorio da 0 a 500 mA, Vin=7,2 V (due batterie Li-Ion) una soluzione convenzionale pu? essere limitata da un tempo off minimo, mentre forme di attuazione come esemplificate nelle figure 3 e 4 sono essenzialmente esenti da tale limitazione.
Un circuito (per esempio, 10) come qui esemplificato pu? comprendere:
un nodo di ingresso (per esempio, Vin) configurato per ricevere un segnale di tensione d'ingresso,
un circuito di potenza a semiponte comprendente un primo interruttore (per esempio, 121) che presenta un percorso di corrente attraverso di esso che fornisce una prima linea di flusso di corrente tra il nodo d'ingresso (per esempio, Vin) e un nodo di corrente (per esempio, A) e un secondo interruttore (per esempio, 122) che presenta un percorso di corrente attraverso di esso che fornisce una seconda linea di flusso di corrente tra il nodo di corrente (per esempio, A) e massa (per esempio, GND),
un induttore (per esempio, L) accoppiato tra il nodo di corrente e un nodo di uscita (per esempio, B), il nodo di corrente configurato per fornire un segnale di tensione di uscita (per esempio, Vout),
un comparatore di tensione (per esempio, 181) accoppiato al nodo di uscita e sensibile a detto segnale di tensione di uscita, il comparatore di tensione configurato per attivare un segnale indicatore di tensione (per esempio PWM=1) come risultato del fatto che detto segnale di tensione di uscita in detto nodo di uscita ? minore di un valore di tensione di riferimento (per esempio, Vout<Vref = vero).
Per semplicit?, il comparatore di tensione 181 ? qui esemplificato come un componente singolo. In una o pi? forme di attuazione, il comparatore di tensione pu? essere implementato come un insieme di due componenti configurati per confrontare Vout rispetto a valori di riferimento sostanzialmente identici per Vref per Vout che aumentano e diminuiscono, rispettivamente. Considerazioni simili possono valere anche per i comparatori di corrente 182 e 183.
Un circuito come qui esemplificato (per esempio, un convertitore DC-DC ad esempio 10) pu? comprendere:
un nodo d'ingresso (per esempio, Vin) configurato per ricevere un segnale di tensione d'ingresso,
un circuito (di potenza) a semiponte comprendente un primo interruttore (per esempio, 121) che presenta un percorso di corrente attraverso di esso (per esempio, un percorso source-drain nel caso di un transistore a effetto di campo ad esempio transistore mosfet) che fornisce una prima linea di flusso di corrente tra il nodo d'ingresso e un nodo di corrente (per esempio, A) e un secondo interruttore (per esempio, 122) che presenta un percorso di corrente attraverso di esso (nuovamente, questo pu? essere un percorso source-drain nel caso di un transistore a effetto di campo ad esempio transistore mosfet) che fornisce una seconda linea di flusso di corrente tra il nodo di corrente e massa (per esempio, GND),
un induttore (per esempio, L) interposto tra il nodo di corrente e un nodo di uscita (per esempio, B), il nodo di uscita configurato per fornire un segnale di tensione di uscita (per esempio, Vout),
un comparatore di tensione (per esempio, 181) accoppiato al nodo di uscita e sensibile a detto segnale di tensione di uscita, il comparatore di tensione configurato per attivare un segnale indicatore di tensione (per esempio, PWM=1) come risultato al fatto che detto segnale di tensione d'uscita in detto nodo di uscita ? minore di un valore di tensione di riferimento (per esempio, Vout < Vref = vero),
una circuiteria logica (per esempio, 16) configurata per commutare (per esempio, mediante Hg, Lg) detto primo interruttore e detto secondo interruttore a uno stato di ricircolazione di corrente (per esempio, stato off), in cui il primo interruttore ? non conduttivo (per esempio, Hg=0) e il secondo interruttore ? conduttivo (per esempio, Lg=1), la corrente attraverso detto induttore essendo ricircolata attraverso detta seconda linea di flusso di corrente, e a uno stato di carica di corrente (per esempio, stato on), in cui il primo interruttore ? conduttivo (per esempio, Hg=1) e il secondo interruttore ? non conduttivo (per esempio, Lg=0), la corrente scorrendo in detto induttore attraverso detta prima di linea di flusso di corrente,
in cui detta circuiteria logica ? configurata per commutare detto primo interruttore e detto secondo interruttore:
da detto stato di ricircolazione di corrente a detto stato di carica di corrente come risultato del fatto che detto segnale indicatore di tensione dal comparatore di tensione ? attivato mentre si fa partire (per esempio, Tonst=1) un segnale contatore di tempo on che presenta un valore di scadenza, ci? ? esemplificato dalla transizione dallo stato off allo stato on illustrato nella parte superiore della figura 4,
da detto stato di carica di corrente a detto stato di ricircolazione di corrente come risultato del fatto che il conteggio di detto segnale contatore di tempo on ha raggiunto detto valore di scadenza (per esempio, TON=1) in combinazione con (cio? condizionato su, in relazione logica "e") il segnale indicatore di tensione dal comparatore di tensione che ? disattivato (per esempio, PWM=0), ci? ? esemplificato dalla transizione dallo stato on allo stato off illustrato nella parte inferiore della figura 4 per TON=1 -- e -- PWM=0).
Un circuito come qui esemplificato pu? vantaggiosamente comprendere:
un comparatore di corrente di picco (per esempio, 183) accoppiato (per esempio, in A) a detto induttore e sensibile alla corrente attraverso detto induttore, il comparatore di corrente di picco configurato per attivare un segnale indicatore di corrente di picco (per esempio, PCL=1) come risultato del fatto che l'intensit? di corrente attraverso detto induttore raggiunge un valore di riferimento di picco (per esempio, corrente di induttore > Ilimpk = vero),
in cui detta circuiteria logica pu? essere configurata per forzare la commutazione di detto primo interruttore e detto secondo interruttore da detto stato di carica di corrente a detto stato di ricircolazione di corrente come risultato del fatto che il conteggio di detto segnale contatore di tempo on ha raggiunto detto valore di scadenza (per esempio, TON=1) e detto segnale indicatore di corrente di picco dal comparatore di corrente di picco ? attivato (per esempio, PCL=1), ci? ? esemplificato dalla transizione dallo stato on allo stato off illustrata nella parte inferiore della figura 4 per TON=1 e PCL=1 (si noti la relazione logica "o" che collega PWM=0 con PCL=1).
Vantaggiosamente, in un circuito come qui esemplificato, detta circuiteria logica pu? essere configurata per commutare detto primo interruttore e detto secondo interruttore da detto stato di ricircolazione di corrente a detto stato di carica di corrente come risultato del fatto che detto segnale indicatore di tensione dal comparatore di tensione ? attivato e il conteggio di un segnale contatore di tempo off inferiore ha raggiunto un rispettivo valore di scadenza (per esempio, TOFFMIN=1), ci? ? esemplificato dalla transizione dallo stato off allo stato on illustrata nella parte superiore della figura 4 per PWM=1 e TOFFMIN=1 (si noti la relazione logica "e" che collega PWM=1 e TOFFMIN=1).
Un circuito come qui esemplificato pu? vantaggiosamente comprendere un comparatore di corrente di valle (per esempio, 182) accoppiato (per esempio, in A) a detto induttore e sensibile alla corrente attraverso detto induttore, il comparatore di corrente di valle configurato per attivare un segnale indicatore di corrente di valle (per esempio, VCL=0) come risultato del fatto che l'intensit? di corrente attraverso detto induttore ? inferiore a un valore di riferimento di corrente di valle (per esempio, Ilim, corrente di induttore < Ilim = vero), in cui detta circuiteria logica pu? essere configurata per commutare detto primo interruttore e detto secondo interruttore da detto stato di ricircolazione di corrente a detto stato di carica di corrente come risultato del fatto che detto segnale indicatore di tensione dal comparatore di tensione e detto segnale indicatore di corrente di valle dal comparatore di corrente di valle sono attivati congiuntamente (PWM=1; VCL=0), ci? ? esemplificato dalla transizione dallo stato off allo stato on illustrata nella parte superiore della figura 4 per PWM=1 e VLC=0 (si noti la relazione logica "e" che collega PWM=1 e VLC=0.
Vantaggiosamente, in un circuito come qui esemplificato, detta circuiteria logica pu? essere configurata per commutare detto primo interruttore e detto secondo interruttore da detto stato di ricircolazione di corrente a detto stato di carica di corrente come risultato del fatto che detto segnale indicatore di tensione dal comparatore di tensione e detto segnale indicatore di corrente di valle dal comparatore di corrente di valle sono attivati congiuntamente e il conteggio di detto segnale contatore di tempo off inferiore ha raggiunto un rispettivo valore di scadenza, ci? ? esemplificato dalla transizione dallo stato off allo stato on illustrato nella parte superiore della figura 4 per PWM=1 e VLC=0 e TOFFMIN=1 (si noti la relazione logica "e" che collega PWM=1, VLC=0 e VLC=0).
Un circuito come qui esemplificato pu? vantaggiosamente comprendere un circuito temporizzatore di tempo on (per esempio, 18) configurato per dotare detto segnale contatore di tempo on di un valore di scadenza che ? funzione del rapporto tra detto segnale di tensione di uscita in detto nodo di uscita e detto segnale di tensione d'ingresso in detto nodo d'ingresso (per esempio, Ton = (Vout/Vin)<.>R<.>C).
Un dispositivo come qui esemplificato (per esempio, questo pu? essere qualsiasi dei dispositivi citati nella parte introduttiva di questa descrizione) pu? comprendere:
un circuito come qui esemplificato (per esempio, 10), e
un carico (per esempio, LD) accoppiato a detto nodo di uscita (per esempio, B) di detto circuito per ricevere da esso detto segnale di tensione di uscita (per esempio, Vout).
Un procedimento come qui esemplificato prevede il funzionamento di un circuito comprendente:
un nodo di ingresso configurato per ricevere un segnale di tensione d'ingresso,
un circuito a semiponte comprendente un primo interruttore che presenta attraverso di esso un percorso di corrente che fornisce una prima linea di flusso di corrente tra il nodo di ingresso e un nodo di corrente e un secondo interruttore che presenta attraverso di esso un percorso di corrente che fornisce una seconda linea di flusso di corrente tra il nodo di corrente e massa,
un induttore interposto tra il nodo di corrente e un nodo di uscita, il nodo di uscita configurato per fornire un segnale di tensione di uscita.
Un procedimento come qui esemplificato pu? comprendere:
rilevare (per esempio, in 181) detto segnale di tensione di uscita e attivare un segnale indicatore di tensione come risultato del fatto che detto segnale di tensione di uscita in detto nodo di uscita ? inferiore a un valore di tensione di riferimento,
commutare detto primo interruttore e detto secondo interruttore a uno stato di ricircolazione di corrente (per esempio, stato off), in cui il primo interruttore ? non conduttivo e il secondo interruttore ? conduttivo con la corrente attraverso detto induttore ricircolata attraverso detta seconda linea di flusso di corrente, e a uno stato di carica di corrente (per esempio, stato on), in cui il primo interruttore ? conduttivo e il secondo interruttore ? non conduttivo, la corrente scorrendo in detto induttore attraverso detta prima linea di flusso di corrente, commutare detto primo interruttore e detto secondo interruttore:
da detto stato di ricircolazione di corrente a detto stato di carica di corrente come risultato del fatto che detto segnale indicatore di tensione dal comparatore di tensione ? attivato mentre si fa partire un segnale contatore di tempo on che presenta un valore di scadenza, da detto stato di carica di corrente a detto stato di ricircolazione di corrente come risultato del fatto che il conteggio di detto segnale contatore di tempo on ha raggiunto detto valore di scadenza in combinazione con il fatto che il segnale indicatore di tensione dal comparatore di tensione ? disattivato.
Un procedimento come qui esemplificato pu? essere pu? vantaggiosamente comprendere:
rilevare (per esempio, in 183) la corrente attraverso detto induttore e attivare un segnale indicatore di corrente di picco come risultato del fatto che l'intensit? di corrente attraverso detto induttore raggiunge un valore di riferimento di picco,
forzare la commutazione di detto primo interruttore e detto secondo interruttore da detto stato di carica di corrente a detto stato di ricircolazione di corrente come risultato del fatto che il conteggio di detto segnale contatore di tempo on ha raggiunto detto valore di scadenza e detto segnale indicatore di corrente di picco dal comparatore di corrente di picco ? attivato.
Senza pregiudizio per i principi sottostanti, i dettagli e le forme di attuazione possono variare, anche significativamente, rispetto a ci? che ? stato descritto solo a titolo di esempio, senza allontanarsi dall'estensione di protezione.
L'estensione di protezione ? determinata dalle rivendicazioni allegate.

Claims (9)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Circuito (10), comprendente: un nodo di ingresso (Vin) configurato per ricevere un segnale di tensione d'ingresso, un circuito a semiponte comprendente un primo interruttore (121) che presenta un percorso di corrente attraverso di esso che fornisce una prima linea di flusso di corrente tra il nodo di ingresso (Vin) e un nodo di corrente (A) e un secondo interruttore (122) che presenta un percorso di corrente attraverso di esso che fornisce una seconda linea di flusso di corrente tra il nodo di corrente (A) e massa (GND), un induttore (L) interposto tra il nodo di corrente (A) e il nodo di uscita (B), il nodo di uscita configurato per fornire un segnale di tensione di uscita (Vout), un comparatore di tensione (181) accoppiato al nodo di uscita (B) e sensibile a detto segnale di tensione di uscita (Vout), il comparatore di tensione (181) configurato per attivare un segnale indicatore di tensione (PWM=1) come risultato del fatto che detto segnale di tensione di uscita (Vout) in detto nodo di uscita (B) ? inferiore a un valore di tensione di riferimento (Vref), una circuiteria logica (16) configurata per commutare (Hg, Lg) detto primo interruttore (121) e detto secondo interruttore (122) a uno stato di ricircolazione di corrente (stato off), in cui il primo interruttore (122) ? non conduttivo (Hg=0) e il secondo interruttore (122) ? conduttivo (Lg=1), la corrente attraverso detto induttore (L) essendo ricircolata attraverso detta seconda linea di flusso di corrente (122), e a uno stato di carica di corrente (stato on), in cui il primo interruttore (121) ? conduttivo (Hg=1) e il secondo interruttore (122) ? non conduttivo (Lg=0), la corrente scorrendo in detto induttore (L) attraverso detta prima linea di flusso di corrente (121), in cui detta circuiteria logica (16) ? configurata per commutare (Hg, Lg) detto primo interruttore (121) e detto secondo interruttore (122): da detto stato di ricircolazione di corrente (stato off) a detto stato di carica di corrente (stato on) come risultato del fatto che detto segnale indicatore di tensione dal comparatore di tensione (181) ? attivato (PWM=1) mentre si fa partire (Tonst=1) un segnale contatore di tempo on che presenta un valore di scadenza, da detto stato di carica di corrente (stato on) a detto stato di ricircolazione di corrente (stato off) come risultato del fatto che il conteggio di detto segnale contatore di tempo on ha raggiunto detto valore di scadenza (TON=1) in combinazione col fatto che il segnale indicatore di tensione dal comparatore di tensione (181) ? disattivato (PWM=0).
  2. 2. Circuito (10) secondo la rivendicazione 1, comprendente: un comparatore di corrente di picco (183) accoppiato (A) a detto induttore (L) e sensibile alla corrente attraverso detto induttore, il comparatore di corrente di picco (183) configurato per attivare un segnale indicatore di corrente di picco (PCL=1) come risultato del fatto che l'intensit? di corrente attraverso detto induttore (L) raggiunge un valore di riferimento di picco (Ilimpk), in cui detta circuiteria logica (16) ? configurata per forzare la commutazione (Hg, Lg) di detto primo interruttore (121) e detto secondo interruttore (122) da detto stato di carica di corrente (stato on) a detto stato di ricircolazione di corrente (stato off) come risultato del fatto che il conteggio di detto segnale contatore di tempo on ha raggiunto detto valore di scadenza (TON=1) e detto segnale indicatore di corrente di picco dal comparatore di corrente di picco (183) ? attivato (PCL=1).
  3. 3. Circuito (10) secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui detta circuiteria logica (16) ? configurata per commutare (Hg, Lg) detto primo interruttore (121) e detto secondo interruttore (122) da detto stato di ricircolazione (stato off) a detto stato di carica di corrente (stato on) come risultato del fatto che detto segnale indicatore di tensione dal comparatore di tensione (181) ? attivato (PWM=1) e il conteggio di un segnale contatore di tempo off inferiore ha raggiunto un rispettivo valore di scadenza (TOFFMIN=1).
  4. 4. Circuito (10) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente un comparatore di corrente di valle (182) accoppiato (A) a detto induttore (L) e sensibile alla corrente attraverso detto induttore (L), il comparatore di corrente di valle (182) configurato per attivare un segnale indicatore di corrente di valle (VCL=0) come risultato del fatto che l'intensit? di corrente attraverso detto induttore (L) ? inferiore a un valore di riferimento di corrente di valle (Ilim), in cui detta circuiteria logica (16) ? configurata per commutare (Hg, Lg) detto primo interruttore (121) e detto secondo interruttore (122) da detto stato di ricircolazione di corrente (stato off) a detto stato di carica di corrente (stato on) come risultato del fatto che detto segnale indicatore di tensione dal comparatore di tensione (181) e detto segnale indicatore di corrente di valle dal comparatore di corrente di valle (182) sono attivati congiuntamente (PWM=1; VCL=0).
  5. 5. Circuito (10) secondo la rivendicazione 3, presa in combinazione con la rivendicazione 4, in cui detta circuiteria logica (16) ? configurata per commutare detto primo interruttore (121) e detto secondo interruttore (122) da detto stato di ricircolazione di corrente (stato off) a detto stato di carica di corrente (stato on) come risultato del fatto che detto segnale indicatore di tensione dal comparatore di tensione (181) e detto segnale indicatore di corrente di valle dal comparatore di corrente di valle (182) sono attivati congiuntamente e il conteggio di detto segnale contatore di tempo off inferiore ha raggiunto un rispettivo valore di scadenza (PWM=1; VCL=0; TOFFMIN=1).
  6. 6. Circuito (10) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente un circuito temporizzatore di tempo on (18) configurato per dotare detto segnale contatore di tempo on di un valore di scadenza che ? funzione del rapporto tra detto segnale di tensione di uscita (Vout) in detto nodo di uscita e detto segnale di tensione d'ingresso (Vin) in detto nodo d'ingresso.
  7. 7. Dispositivo comprendente: un circuito (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 6, e un carico (LD) accoppiato a detto nodo di uscita (B) di detto circuito (10) per ricevere da esso detto segnale di tensione di uscita (Vout).
  8. 8. Procedimento per azionare un circuito (10) comprendente: un nodo d'ingresso (Vin) configurato per ricevere un segnale di tensione di ingresso, un circuito a semiponte comprendente un primo interruttore (121) che presenta un percorso di corrente attraverso di esso che fornisce una prima linea di flusso di corrente tra il nodo di ingresso (Vin) e un nodo di corrente (A) e un secondo interruttore (122) che presenta un percorso di corrente attraverso di esso che fornisce una seconda linea di flusso di corrente tra il nodo di corrente (A) e massa (GND), un induttore (L) interposto tra il nodo di corrente (A) e un nodo di uscita (B), il nodo di uscita configurato per fornire un segnale di tensione di uscita (Vout), il procedimento comprendendo: rilevare (181) detto segnale di tensione di uscita (Vout) e attivare un segnale indicatore di tensione (PWM=1) come risultato del fatto che detto segnale di tensione di uscita (Vout) in detto nodo di uscita (B) ? inferiore a un valore di riferimento di tensione (Vref), commutare (Hg, Lg) detto primo interruttore (121) e detto secondo interruttore (122) a uno stato di ricircolazione di corrente (stato off), in cui il primo interruttore (121) ? non conduttivo (Hg=0) e il secondo interruttore (122) ? conduttivo (Lg=1), la corrente attraverso detto induttore (L) essendo ricircolata attraverso detta seconda linea di flusso di corrente (122), e a uno stato di carica di corrente (stato on), in cui il primo interruttore (121) ? conduttivo (Hg=1) e il secondo interruttore (122) ? non conduttivo (Lg=0), la corrente scorrendo in detto induttore (L) attraverso detta prima linea di flusso di corrente (121), commutare (Hg, Lg) detto primo interruttore (121) e detto secondo interruttore (122): da detto stato di ricircolazione di corrente (stato off) a detto stato di carica di corrente (stato on) come risultato del fatto che detto segnale indicatore di tensione dal comparatore di tensione (181) ? attivato (PWM=1) mentre viene avviato (Tonst=1) un segnale contatore di tempo on che presenta un valore di scadenza, da detto stato di carica di corrente (stato on) a detto stato di ricircolazione di corrente (stato off) come risultato del fatto che il conteggio di detto segnale contatore di tempo on ha raggiunto detto valore di scadenza (TON=1) in combinazione con la disattivazione del segnale indicatore di tensione dal comparatore di tensione (181) (PWM=0).
  9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, comprendente: rilevare (183) la corrente attraverso detto induttore (L) e attivare un segnale indicatore di corrente di picco (PCL=1) come risultato del fatto che l'intensit? di corrente attraverso detto induttore (L) raggiunge un valore di riferimento di picco (Ilimpk), forzare la commutazione (Hg, Lg) di detto primo interruttore (121) e detto secondo interruttore (122) da detto stato di carica di corrente (stato on) a detto stato di ricircolazione di corrente (stato off) come risultato del fatto che il conteggio di detto segnale contatore di tempo on ha raggiunto detto valore di scadenza (TON=1) e detto segnale indicatore di corrente di picco dal comparatore di corrente di picco (183) ? attivato (PCL=1).
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