转换器的电流限流方案制造技术

一种调制器，被配置成在将输入电压转换成输出电压的同时根据电流限流方案控制流过转换器的电感器的电流的切换，它包括电流限流发生器和比较器网络。电流限流发生器被配置成基于升压转换器的输入电压或输出电压、电感器的电感、时钟信号以及预定最大输出电流提供周期性斜变电流限流值。比较器网络被配置成通过将指示流过所述电感器的电流的电流感测值与补偿误差值和所述周期性斜变电流限流值中的较小者进行比较而提供开关控制信号来控制流过电感器的电流的切换。转换器可被配置成升压或降压模式下的峰电流模式控制转换器。

【技术实现步骤摘要】
包括电流限流方案的调制器相关申请的交叉引用本申请要求2013年1月16日提交的美国临时申请S/N.61/753,081以及2013年3月7日提交的美国临时申请S/N.61/774,453的权益，这些申请的全部内容出于所有意图和目的通过引用结合于此。附图简述参考以下描述以及附图将能更好地理解本专利技术的益处、特征以及优点，在附图中：图1是根据一个实施例实现的配有功率系统的电子设备的简化框图，该功率系统具有降压-升压转换器，该降压-升压转换器具有包含电流限流方案的调制器；图2是根据一个实施例实现的图1的降压-升压转换器的简化示意框图；图3是示出在具有相对低输出负载的稳态状态期间处于升压模式的图1的转换器的操作的时序图；图4是用于形成图2的供升压操作模式使用的PWMB脉冲控制信号的图1的调制器的一部分的简化框图；图5是示出响应输出负载的阶梯式增加在升压模式下的图1的转换器的操作的时序图，并具有其中VI_VCL保持在固定或恒定电平的限流状态；图6是可用来形成指示输出电压与输入电压之比的电压的比率转换网络的示意图；图7是示出图6的比率转换电路的操作的时序图；图8是可用来形成指示流过图2的转换器的电感器的波峰-波峰波纹电流的电压的波纹转换网络的示意图；图9是根据一示例性实施例用于形成指示谷电流限流电平的谷电流电流电压的图4的谷电流限流发生器的简化框图；图10是绘出对于时钟的给定切换循环的谷电流限流电压相对于时间的循环的时序图；图11是示出响应于输出负载的阶梯式增加的图2的转换器的操作以及基本遵照方程(11)由图4的谷电流限流发生器断言的谷电流限流电压的时序图；图12是示出被配置为峰电流模式控制转换器并同时响应输出负载随恒定电流限流值的阶梯式增加在降压模式下操作的图2的转换器的操作的时序图；图13是示出可包含斜坡信号并可用来克服被配置成峰电流模式控制转换器并同时操作在降压模式下的图2的转换器的固定电流限流电平问题的电流限流电压的一个循环的时序图；图14是示出可包含斜坡信号并可用来克服被配置成电流模式控制转换器并同时操作在升压模式下的图2的转换器的固定电流限流电平问题的电流限流电压的一个循环的时序图；图15是示出被配置成峰电流模式控制转换器并响应于在降压模式下基本遵循方程(12)或在升压模式下基本遵循方程(13)的具有电流限流电平的输出负载的阶梯式增加操作在降压模式或升压模式下的图2的转换器的操作的时序图；以及图16是取代图2的调制器以对图2被配置为峰电流模式控制转换器的转换器的降压操作模式和升压操作模式两者形成PWMA和PWMB脉冲控制信号的调制器的一部分的简化框图。具体实施方式可对流过转换器的电感器的峰电流进行限流以避免电感器的饱和。峰电流限流方案通常用于降压转换器，该降压转换器从较高的输入电压产生一经调整的输出电压。由于电流被限制在预定的最大电平，峰电流限流方案可本质上避免电感器饱和，其中该最大电平是基于电感器的尺寸选择的。谷电流限流方案常见地用于升压转换器，该升压转换器将输入电压的电平升压以产生较高的经调整输出电压。谷电流限流方案仅使用电感器电流的谷限流值以实现脉宽调制(PWM)控制。然而，谷电流限流方案的峰电流不是直接受控的。谷电流限流方案中的实际峰电流依赖于谷电流限流和电流波纹。某些使用固定谷电流限流的状态——例如负载阶梯的应用——可造成电感器电流过长的导通时间，这导致非常大的峰电流。大的波峰之后可能跟随相对短的波峰，并且大的/小的峰图案可重复若干个循环，从而造成次谐波振荡。谷电流限流方案可能需要较大的电感器以在较大峰值期间避免饱和。大的电感器是不合需的，因为其物理上较大并因此消耗宝贵的电路空间。另外，较大的电感器更耗成本。次谐波振荡可将最大负载电流限制在所需目标电平以下。在降压-升压配置中，反常的电流限流操作可造成降压和升压操作之间的假模式过渡，由此导致不稳定和/或不当的操作。取得基本恒定的峰电流限流电平和该电流限流状态下稳定的操作是合需的，这对于使用谷电流限流方案的转换器来说是特别有利的。更稳定的操作避免了过多的峰，这能减小电感器的尺寸，由此减小其尺寸和成本。更稳定的操作减少或甚至基本消除了次谐波振荡，这允许取得要求的输出电流电平。更稳定的操作减少了降压-升压配置中的降压和升压模式之间的假触发。在降压操作模式和升压操作模式两者的某些状态下，对于峰电流模式控制转换器也存在类似的问题。希望减少次谐波振荡，由此取得要求的输出电流电平。更稳定的操作也减少了降压-升压配置中的降压和升压模式之间的假触发。图1是根据一个实施例实现的配有功率系统101的电子设备100的简化框图，该功率系统101具有降压-升压转换器102，该降压-升压转换器102具有包含电流限流方案的调制器103。本专利技术图示为使用降压-升压转换器102，尽管也可考虑升压转换器或降压转换器。供电系统101产生为电子装置100的其他系统装置提供功率的一个或多个供电电压。例如，如图所示，转换器102产生输出电压VO。在所示实施例中，电子装置100包括处理器107和外围系统109，处理器107和外围系统109都经由总线105耦合以接收来自供电系统101的一个或多个供电电压，总线105包括功率和/或信号导线的任何组合。总线105可分配输出电压VO或其版本。在所示实施例中，外设系统109可包括系统存储器111(例如，包括RAM和ROM类型设备和存储器控制器等的任何组合)和输入/输出(I/O)系统113的任何组合，该输入/输出系统113可包括系统控制器等，例如图形控制器、中断控制器、键盘和鼠标控制器、系统存储设备控制器(例如，用于硬盘驱动器的控制器等)等等。所示系统只是示例性的，因为本领域技术人员可以理解，许多处理器系统和支持装置可以被集成到处理器芯片上。电子设备100可以是任何类型的计算机或计算设备，比如计算机系统(例如，笔记本计算机、台式计算机、上网本计算机、平板计算机等等)、媒体平板设备(例如，苹果公司生产的iPad、亚马逊公司生产的Kindle等等)、通信设备(例如，蜂窝电话、智能电话等等)、其他类型的电子装置(例如，媒体播放器、记录装置等等)。供电系统101可被配置为包括电池(可再充或非可再充)和/或可配置为与交流(AC)适配器等一起工作。图2是根据一个实施例实现的降压-升压转换器102的简化示意框图。输入电压VIN被提供给电子开关Q1的第一电流端子，该电子开关Q1具有耦合至形成第一开关电压SWA的节点205的第二电流端子。电子开关Q2具有耦合至节点205的第一电流端子以及耦合至源电压基准节点(例如地(GND))的第二电流端子。GND的电压电平可以是任何适宜的电压电平，例如正、负和零。输出电压VO形成在电子开关Q3的第一电流端子，该电子开关Q3具有耦合至形成第二开关电压SWB的节点207的第二电流端子。电子开关Q4具有耦合至节点207的第一电流端子以及耦合至GND的第二电流端子。具有电感LO的输出电感器209被耦合在节点205、207之间。第一开关驱动器201具有接收第一PWM信号PWMA的输入、耦合至Q1的栅极端的第一输出以及耦合至Q2的栅极端的第二输出。第一开关驱动器201以简化形式图示为包括非反相缓冲放大器202本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调制器，被配置成在将输入电压转换成输出电压的同时根据电流限流方案控制流过转换器的电感器的电流的切换，所述调制器包括：电流限流发生器，被配置成基于所述输入电压和所述输出电压中选定的一个并进一步基于所述转换器的所述电感器的电感、定时信号以及预定最大输出电流来提供周期性斜变电流限流值；以及比较器网络，被配置成通过将指示流过所述电感器的电流的电流感测值与补偿误差值和所述周期性斜变电流限流值中的较小者进行比较而提供开关控制信号来控制流过所述电感器的电流的切换。

【技术特征摘要】
2013.01.16 US 61/753,081;2013.03.07 US 61/774,453;1.一种包括电流限流方案的调制器，所述调制器被配置成在将输入电压转换成输出电压的同时根据所述电流限流方案控制流过转换器的电感器的电流的切换，所述调制器包括：电流限流发生器，被配置成基于所述输入电压和所述输出电压中选定的一个并进一步基于所述转换器的所述电感器的电感、定时信号以及预定最大输出电流来提供周期性斜变电流限流值；以及比较器网络，被配置成通过将指示流过所述电感器的电流的电流感测值与包括补偿误差值和所述周期性斜变电流限流值中较小的一个的值进行比较而提供开关控制信号来控制流过所述电感器的电流的切换。2.如权利要求1所述的调制器，其特征在于，所述电流限流发生器包括针对升压操作模式的谷电流限流发生器，其中所述谷电流限流发生器包括：谷电流定时转换网络，被配置成基于所述输入电压、所述电感器的电感、所述定时信号和所述电感器的峰电流限值提供所述周期性斜变电流限流值，其中所述峰电流限值基于所述转换器的所述预定最大输出电流；峰电流转换网络，被配置成基于所述输出电压与所述输入电压之比、所述预定最大输出电流以及流过所述电感器的峰-峰波纹电流来提供峰电流限流值；并且所述峰电流限流值指示所述电感器的所述峰电流限值并被用来使所述周期性斜变电流限流值作为谷电流限流值。3.如权利要求2所述的调制器，其特征在于，所述峰电流转换网络包括：第一组合器，被配置成将增益值与指示所述峰-峰波纹电流的峰-峰波纹值相乘以提供作为其指示的第一值；第二组合器，被配置成将指示所述输出电压与所述输入电压之比的比值与指示所述预定最大输出电流的最大电流值相乘，以提供作为其指示的第二值；以及第三组合器，被配置成将所述第一值和所述第二值相加以提供所述峰电流限流值。4.如权利要求2所述的调制器，其特征在于，还包括比率转换网络，包括：斜坡发生器，被配置成基于所述输入电压和所述定时信号形成周期性斜坡信号；比较器，被配置成将所述周期性斜坡信号与指示所述输出电压的输出值进行比较以提供作为其指示的占空比信号；以及滤波器，被配置成将所述占空比信号转换成指示所述输出电压与所述输入电压之比的比值。5.如权利要求4所述的调制器，其特征在于，所述周期性斜坡信号表示当电感器耦合在所述输入电压和电源基准电压之间时的电感器电流。6.如权利要求2所述的调制器，其特征在于，还包括波纹转换网络，包括：放大器，被配置成将指示所述输入电压的值除以指示所述电感器的电感的值以提供波纹值；开关电路，被配置成使用所述开关控制信号反复触发所述波纹值以形成指示流过所述电感器的峰-峰波纹电流的占空比信号；以及滤波器，被配置成将所述占空比信号转换成所述峰-峰波纹值。7.如权利要求2所述的调制器，其特征在于，所述谷电流定时转换网络包括：定时电路，被配置成基于所述定时信号的切换周期将所述定时信号转换成具有峰电平的周期性斜坡信号；第一组合器，被配置成将所述周期性斜坡信号乘以指示所述输入电压与所述电感器的电感的比率的比值并且乘以一增益值以提供作为其指示的第一值；以及第二组合器，被配置成从指示所述电感器的所述峰电流限值的峰电流限流值减去所述第一值以提供所述周期性斜变电流限流值。8.如权利要求1所述的调制器，其特征在于，还包括：误差放大器，被配置成提供指示所述输出电压误差的所述补偿误差值；以及较小值选择器件，被配置成确定包括所述补偿误差值和所述周期性斜变电流限流值中较小的一个的值以提供作为其指示的选定电流限流值。9.如权利要求1所述的调制器，其特征在于，所述转换器被配置成作为受峰电流模式控制的升压转换器工作，并且所述电流限流发生器被配置成基于所述转换器的所述输入电压、所述电感器的电感、所述定时信号以及预定最大输出电流提供所述周期性斜变电流限流值。10.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：裘卫红，R·J·帕里克，C·程，梁志翔，
申请(专利权)人：英特赛尔美国有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US