宽切换频率范围切换模式电力供应器控制拓扑制造技术

本公开的实施例涉及宽切换频率范围切换模式电力供应器控制拓扑。本公开的方面提供一种电路(300)。在一些实例中，所述电路包含定时电路(302)及状态机电路(308)。所述定时电路确定功率转换器的占空比与阈值之间的关系。所述状态机电路耦合到所述定时电路，且包含多个状态，包含降压状态、升压状态及降压‑升压状态。所述状态机电路至少部分地基于所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而根据时域控制及电压域控制在所述多个状态之间转变，在所述时域控制指示从所述降压‑升压状态退出时根据所述时域控制在所述状态之间转变，且在所述电压域控制指示从降压‑升压状态的所述退出时根据所述电压域控制在所述状态之间转变。

【技术实现步骤摘要】
宽切换频率范围切换模式电力供应器控制拓扑相关申请案的交叉引用本申请案要求第62/850,775号美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案于2019年5月21日申请、标题为“具有宽切换频率范围的降压-升压DC-DC转换器(Buck-BoostDC-DCConverterwithWideSwitchingFrequencyRange)”，且特此以全文引用的方式并入本文中。
本公开的实施例涉及电力供应器技术，且更明确地说，涉及宽切换频率范围切换模式电力供应器控制拓扑。
技术介绍
切换模式电力供应器(SMPS)通过切换经由切换节点/端子耦合到能量存储元件(例如电感器/变压器及/或电容器)的一或多个功率晶体管来将电力从输入电源传送至负载，所述能量存储元件能够耦合到负载。功率晶体管可包含于功率转换器中，功率转换器包含或能够耦合到能量存储元件。SMPS可包含SMPS控制器以将一或多个栅极驱动信号提供到功率晶体管。不同切换频率适用于SMPS的特定应用环境，但针对广泛范围的切换频率优化SMPS控制器可能带来挑战。
技术实现思路
本公开的方面提供一种电路。在至少一些实例中，所述电路包含定时电路及状态机电路。所述定时电路经配置以确定功率转换器的占空比与阈值之间的关系。所述状态机电路耦合到所述定时电路，且包含多个状态，包含降压状态、升压状态及降压-升压状态。所述状态机电路经配置以至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而根据时域控制及电压域控制在所述多个状态之间转变，在所述时域控制指示从所述降压-升压状态退出时根据所述时域控制在所述多个状态之间转变，且在所述电压域控制指示从降压-升压状态的所述退出时根据所述电压域控制在所述多个状态之间转变。本公开的其它方面供一种电路。在至少一些实例中，所述电路包含定时电路及状态机电路。所述定时电路经配置以确定功率转换器的占空比与阈值之间的关系。所述状态机电路耦合到所述定时电路，且包括多个状态，包含降压-升压状态及至少另一状态。所述状态机电路经配置以在时域控制及电压域控制两者皆指示进入到所述降压-升压状态时至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而从所述另一状态转变到所述降压-升压状态。所述状态机电路进一步经配置以在所述时域控制或所述电压域控制指示从所述降压-升压状态退出时至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而从所述降压-升压状态转变到所述另一状态。本公开的其它方面供一种系统。在至少一些实例中，所述系统包含负载、功率转换器及控制器。所述功率转换器耦合到所述负载，且经配置以向所述负载提供通过所述功率转换器从输入电压(VIN)切换的输出电压(VOUT)。所述控制器耦合到所述功率转换器，且经配置以控制所述功率转换器将VIN切换到VOUT。所述控制器通过以下操作将VIN切换到VOUT：产生多个时钟信号；确定所述功率转换器的占空比与根据所述多个时钟信号中的至少一些确定的阈值之间的关系；以及在时域控制及电压域控制两者皆指定所述功率转换器以降压-升压操作模式操作时至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而控制所述功率转换器以所述降压-升压操作模式操作。附图说明为了详细描述各种实例，现在参考随附图式，其中：图1展示根据各种实例的说明性SMPS的框图；图2展示根据各种实例的说明性降压-升压功率转换器的示意图；图3展示根据各种实例的说明性模式转变控制电路的示意图；图4展示根据各种实例的说明性状态图；图5展示根据各种实例的降压-升压区宽度与切换频率的说明性曲线图；图6展示根据各种实例的说明性时序检测电路的示意图；图7展示根据各种实例的说明性时序图；图8展示根据各种实例的说明性时序图；图9展示根据各种实例的说明性时序图；图10展示根据各种实例的说明性时序图；以及图11展示根据各种实例的说明性时序图。具体实施方式在一些架构(例如降压-升压)中，切换模式电力供应器(SMPS)包含或能够耦合到与负载并联的输出/体电容器。SMPS控制器切换功率晶体管以形成使能量存储元件将负载电流供应到负载及/或输出/体电容器以维持经调节输出电压(例如，通过对经切换负载电流进行滤波)的电路配置。举例来说，功率晶体管可经由切换节点/端子耦合到能量存储电感器。能量存储电感器通过SMPS控制器在充电与放电循环之间切换，以将电感器电流(例如，穿过能量存储电感器的电流)供应到负载及输出/体电容器以对电感器电流进行滤波以维持经调节输出电压。在一些实例中，SMPS可经配置以用于作为恒定电流源操作，具有能量存储元件但不具有输出/体电容器。功率晶体管可实施为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或任何其它合适的固态晶体管装置(例如，双极接面晶体管(BJT))。随着功率转换器的输入电压(VIN)或输出电压(VOUT)改变，SMPS控制器可控制功率转换器以不同操作模式操作。举例来说，在VIN大于VOUT时，SMPS控制器可控制功率转换器以降压操作模式操作。在VIN小于VOUT时，SMPS控制器可控制功率转换器以升压操作模式操作。在VIN大致等于VOUT时，SMPS控制器可控制功率转换器以降压-升压操作模式操作。在至少一些实例中，使功率转换器以降压-升压操作模式操作的时间量最小化可为有利的。举例来说，在以降压-升压操作模式操作时，如存在于功率转换器的VOUT或电感器电流中的功率转换器的输出纹波大于以降压或升压操作模式操作时。在至少一些实施方案中，降压-升压操作模式中的纹波大致为降压或升压操作模式期间的纹波的两倍。对于至少一些降压-升压功率转换器实施方案，最小化纹波以例如降低对由降压-升压功率转换器产生及输出的VOUT进行滤波的需要或强度为有利的。为控制功率转换器的操作模式，SMPS控制器将栅极控制信号提供到功率转换器的一或多个功率晶体管。这些栅极控制信号中的每一者的值确定接收栅极控制信号的相应功率晶体管处于导电状态(例如，接通)还是非导电状态(例如，关断)。为改变功率转换器的操作模式，SMPS控制器修改栅极控制信号中的一或多者的值以接通或关断功率晶体管中的一或多者。此外，在保持处于功率转换器的操作模式中的同时，SMPS控制器可修改栅极控制信号中的一或多者的值，以例如交替地接通及关断一或多个功率晶体管。通常，SMPS控制器控制功率转换器以特定频率操作。例如高频率(例如，大于约1.8兆赫兹(MHz))的一些频率通过使得能够使用较小电路组件来实现功率转换器及/或SMPS控制器的较小物理占据面积。例如低频率(例如，小于约500千赫兹(kHz))的其它频率使得能够通过减少功率转换器的切换损耗来增大功率转换器的效率。通常，SMPS控制器实施固定频率控制方案，其针对高频操作或低频操作进行优化。然而，针对跨越宽频率范围的操作进行优化的SMPS控制器可有利地在实施SMPS控制器时提供增本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电路，其包括：/n定时电路，其经配置以确定功率转换器的占空比与阈值之间的关系；以及/n状态机电路，其耦合到所述定时电路，且包括多个状态，包含降压状态、升压状态及降压-升压状态，其中所述状态机电路经配置以：/n至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而根据时域控制及电压域控制在所述多个状态之间转变；/n在所述时域控制指示从所述降压-升压状态退出时根据所述时域控制在所述多个状态之间转变；以及/n在所述电压域控制指示从降压-升压状态的所述退出时根据所述电压域控制在所述多个状态之间转变。/n

【技术特征摘要】
20190521 US 62/850,775;20200218 US 16/794,1101.一种电路，其包括：
定时电路，其经配置以确定功率转换器的占空比与阈值之间的关系；以及
状态机电路，其耦合到所述定时电路，且包括多个状态，包含降压状态、升压状态及降压-升压状态，其中所述状态机电路经配置以：
至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而根据时域控制及电压域控制在所述多个状态之间转变；
在所述时域控制指示从所述降压-升压状态退出时根据所述时域控制在所述多个状态之间转变；以及
在所述电压域控制指示从降压-升压状态的所述退出时根据所述电压域控制在所述多个状态之间转变。


2.根据权利要求1所述的电路，其中所述降压状态经配置以：
产生用于控制处于降压操作模式的所述功率转换器的控制信号；
在输入电压VIN与输出电压VOUT的比率小于可由处于升压操作模式的所述功率转换器调节的最大VIN与VOUT比率时转变到所述多个状态中的升压状态；以及
在所述降压操作模式的断开时间小于或等于所述功率转换器在以所述降压操作模式操作时的最小断开时间且所述VIN与VOUT比率大于或等于可由处于所述升压操作模式的所述功率转换器调节的所述最大VIN与VOUT比率时，转变到所述多个状态中的降压-升压状态。


3.根据权利要求1所述的电路，其中所述升压状态经配置以：
产生用于控制处于升压操作模式的所述功率转换器的控制信号；
在输入电压VIN与输出电压VOUT的比率大于可由处于降压操作模式的所述功率转换器调节的最小VIN与VOUT比率时，转变到所述多个状态中的降压状态；以及
在所述升压操作模式的接通时间小于或等于所述功率转换器在以所述升压操作模式操作时的最小接通时间且所述VIN与VOUT比率小于或等于可由处于所述降压操作模式的所述功率转换器调节的所述最小VIN与VOUT比率时，转变到所述多个状态中的降压-升压状态。


4.根据权利要求1所述的电路，其中所述降压-升压状态经配置以：
产生用于控制处于降压-升压操作模式的所述功率转换器的控制信号；以及
在以下情况下转变到所述多个状态中的降压状态：
所述降压-升压操作模式的降压循环的断开时间大于或等于滞后断开时间，且所述降压-升压操作模式的升压循环的接通时间小于或等于所述功率转换器在以升压操作模式操作时的最小接通时间；或
输入电压VIN与输出电压VOUT比率大于可由处于降压操作模式的所述功率转换器调节的最小VIN与VOUT比率。


5.根据权利要求1所述的电路，其中所述降压-升压状态经配置以：
产生用于控制处于降压-升压操作模式的所述功率转换器的控制信号；以及
在以下情况下转变到所述多个状态中的升压状态：
所述降压-升压操作模式的升压循环的接通时间大于或等于滞后接通时间，且所述降压-升压操作模式的降压循环的断开时间小于或等于所述功率转换器在以所述降压操作模式操作时的最小断开时间；或
输入电压VIN与输出电压VOUT比率小于可由处于升压操作模式的所述功率转换器调节的最大VIN与VOUT比率。


6.根据权利要求1所述的电路，其中所述时域控制经配置以在所述功率转换器以小于约500千赫兹的频率操作时控制所述状态机的操作。


7.根据权利要求1所述的电路，其中所述电压域控制经配置以在所述功率转换器以大于约1.8兆赫兹的频率操作时控制所述状态机的操作。


8.根据权利要求1所述的电路，其中所述定时电路进一步经配置以：
接收界定第一阈值的第一时钟信号；
接收界定第二阈值的第二时钟信号；
接收指示所述功率转换器的所述占空比的信号；
确定指示所述功率转换器的所述占空比的所述信号与所述第一阈值及所述第二阈值的关系；
输出指示指示所述功率转换器的所述占空比的所述信号与所述第一阈值的所述关系的第一信号；以及
输出指示指示所述功率转换器的所述占空比的所述信号与所述第二阈值的所述关系的第二信号。


9.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括第一比较器，所述第一比较器包括：
第一输入端子，其经配置以接收表示所述功率转换器的输出电压VOUT乘以可由处于升压操作模式的所述功率转换器调节的最大输入电压VIN与VOUT比率的信号；
第二输入端子，其经配置以接收VIN；以及
输出端子，其耦合到所述状态机电路的输入端子且经配置以输出指示所述功率转换器的VIN与VOUT比率是否小于可由处于所述升压操作模式的所述功率转换器调节的所述最大VIN与VOUT比率的信号。


10.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括第二比较器，所述第二比较器包括：
第一输入端子，其经配置以接收表示所述功率转换器的输入电压VIN除以可由处于降压操作模式的所述功率转换器调节的最小VIN与输出电压VOUT比率的信号；
第二输入端子，其经配置以接收VOUT；以及
输出端子，其耦合到所述状态机电路的输入端子且经配置以输出指示所述功率转换器的VIN与VOUT比率是否大于可由处于升压操作模式的所述功率转换器调节的所述最小VIN与VOUT比率的信号。


11.一种电路，其包括：
定时电路，其经配置以确定功率转换器的占空比与阈值之间的关系；以及
状态机电路，其耦合到所述定时电路，且包括多个状态，包含降压-升压状态及至少另一状态，其中所述状态机电路经配置以：
在时域控制及电压域控制两者皆指示进入到所述降压-升压状...

【专利技术属性】
技术研发人员：解建章，赵炜，姚易寒，吴越，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US