降压转换器及其控制方法技术

本发明专利技术公开一种降压转换器，包括：输出级，包括多个开关和飞跨电容器，其中，该多个开关串联连接，该飞跨电容器耦接在两个开关之间，并且该输出级配置为接收输入电压以产生输出电压；飞跨电容器电压平衡控制电路，用于将该飞跨电容器的电压与该输入电压的一半进行比较以产生比较结果，该飞跨电容器电压平衡控制电路还响应该比较结果，基于该第一脉宽调制信号和该第二脉宽调制信号以产生第一控制信号和第二控制信号；以及驱动器，配置为根据该第一控制信号和该第二控制信号产生多个驱动信号，其中，该多个驱动信号布置为分别控制该多个开关。本发明专利技术使开关的切换更加顺畅，飞跨电容器的电压控制的更加稳定。

【技术实现步骤摘要】
降压转换器及其控制方法
本专利技术涉及电路
，尤其涉及一种降压转换器及其控制方法。
技术介绍
与普通的降压转换器相比，三电平或三级(3-level)降压转换器通过使用飞跨电容器(flyingcapacitor)对输入电压进行分压，并且三电平降压转换器具有有效率的转换比和较低的开关损耗。但是，为了保持三电平降压转换器的性能，应控制飞跨电容器的电压为输入电压的一半(即，飞跨电容器两个端子之间的电压差最好为输入电压的一半)。飞跨电容器的这种控制机制包括复杂的栅极驱动器(gatedriver)、预充电电路(pre-chargingcircuit)和监视电路(monitoringcircuit)，这给电路设计带来了困难。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种降压转换器及其控制方法，降压转换器具有飞跨电容器电压平衡控制电路，使用简单的控制机制来有效地平衡飞跨电容器的电压，以解决上述问题。根据本专利技术的第一方面，公开一种降压转换器，包括：输出级，包括多个开关和飞跨电容器，其中，该多个开关串联连接，该飞跨电容器耦接在两个开关之间，并且该输出级配置为接收输入电压以产生输出电压；飞跨电容器电压平衡控制电路，用于将该飞跨电容器的电压与该输入电压的一半进行比较以产生比较结果，该飞跨电容器电压平衡控制电路还响应该比较结果，基于该第一脉宽调制信号和该第二脉宽调制信号以产生第一控制信号和第二控制信号；以及驱动器，耦接至该飞跨电容器电压平衡控制电路和该输出级，配置为根据该第一控制信号和该第二控制信号产生多个驱动信号，其中，该多个驱动信号布置为分别控制该多个开关。根据本专利技术的第二方面，公开一种降压转换器的控制方法，其中，该降压转换器包括输出级，该输出级包括多个开关和飞跨电容器，该多个开关串联连接，该飞跨电容器耦接在两个开关之间，该输出级配置为接收输入电压以产生输出电压，控制方法包括以下步骤：将该飞跨电容器的电压与该输入电压的一半进行比较以产生比较结果；参照该比较结果，以基于第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号产生第一控制信号和第二控制信号；以及根据该第一控制信号和该第二控制信号分别产生多个驱动信号以控制该多个开关。本专利技术的降压转换器由于包括飞跨电容器电压平衡控制电路，用于将该飞跨电容器的电压与该输入电压的一半进行比较以产生比较结果，该飞跨电容器电压平衡控制电路还响应该比较结果，基于该第一脉宽调制信号和该第二脉宽调制信号以产生第一控制信号和第二控制信号；以及驱动器，耦接至该飞跨电容器电压平衡控制电路和该输出级，配置为根据该第一控制信号和该第二控制信号产生多个驱动信号，其中，该多个驱动信号布置为分别控制该多个开关。因此飞跨电容器电压平衡控制电路可以根据该飞跨电容器的电压与该输入电压的一半的比较结果来确定如何控制多个开关，从而选择适合于当前需求的开关配置，并且使开关的切换更加顺畅，飞跨电容器的电压控制的更加稳定。附图说明图1是示出根据本专利技术的一个实施例的降压转换器的图。图2-5显示了输出级的状态STATE0–STATE3的图。图6是示出根据本专利技术的一个实施例的FCVB控制电路的图。图7是根据本专利技术的一个实施例的FCVB控制电路的详细电路图。图8是图7所示的FCVB控制电路内的信号的时序图。图9示出了根据本专利技术另一实施例的输出级的图。具体实施方式以下描述是实施本专利技术的最佳构想模式。进行该描述是为了说明本专利技术的一般原理，而不应被认为是限制性的。本专利技术的范围由所附权利要求书确定。在下文中参考附图充分描述了本专利技术构思，在附图中示出了本专利技术构思的示例性实施例。根据以下示例性实施例，本专利技术构思的优点和特征以及实现这些优点和特征的方法将变得显而易见，所述实施例将参考附图进行更详细地描述。然而，应当注意，本专利技术构思不限于以下示例性实施例，并且可以以各种形式实现。因此，提供示例性实施例仅是为了公开专利技术构思，并且使本领域技术人员知道专利技术构思的类别。在此使用的术语仅是出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本专利技术。如本文所使用的，单数术语“一”，“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。应当理解，当一个元件被称为“连接”或“接触”到另一个元件时，它可以直接连接或接触到另一个元件，或者可以存在中间元件。类似地，应该理解的是，当诸如层、区域或基板的元件被称为在另一元件“上”时，它可以直接在另一元件上，或者可以存在中间元件。相反，术语“直接”是指不存在中间元件。应该理解的是，当在本文中使用时，术语“包括”和/或“包含”规定了所述特征、整体(integer)、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其组合。图1是示出根据本专利技术的一个实施例的降压转换器100的图，其中，降压转换器100是3级降压转换器。如图1所示，降压转换器100包括驱动器110、飞跨电容器电压平衡(flyingcapacitorvoltagebalance，FCVB)控制电路120、误差放大器130、脉宽调制(pulse-widthmodulation，PWM)信号发生器140、包括四个开关M1-M4和飞跨电容器CF的输出级102、电感器L、电容器CL、电阻器R1和电阻器RL。关于输出级102，每个开关M1-M4可以由P型金属氧化物半导体(P-typemetal-oxide-semiconductor，PMOS)、N型金属氧化物半导体(N-typemetal-oxide-semiconductor，NMOS)或任何其他合适的开关来实现，并且开关M1-M4串联连接，其中，开关M1耦接在输入电压Vin与节点N1之间，开关M2耦接在节点N1与节点N2之间，开关M3耦接在节点N2与节点N2之间，开关M4耦接在节点N3和接地电压之间。另外，飞跨电容器CF耦接在节点N1和N3之间，即，飞跨电容器CF的一个端子连接至节点N1，并且飞跨电容器CF的另一端子连接至节点N3。在降压转换器100的操作或运行期间，需要将飞跨电容器CF的电压(或称为跨压)控制为“0.5*Vin”以使降压转换器100具有更好的性能，即VH与VL之间的电压差(跨压)为最好是“0.5*Vin”(即VH-VL＝0.5*Vin)。因此，误差放大器130配置为将输出电压Vout与参考电压进行比较以产生控制信号Vc，并且PWM信号发生器140响应于控制信号Vc以产生具有适当的占空比的第一PWM信号PWM1和第二PWM信号PWM2，其中第一PWM信号PWM1和第二PWM信号布置为控制不同的开关M1-M4。另外，FCVB控制电路120配置为对电压VL或电压VH采样以根据第一PWM信号PWM1和第二PWM信号PWM2产生第一控制信号GA1和第二控制信号GA2。具体地，基于电压VH/VL的采样结果，FCVB控制电路120可以分别基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降压转换器，其特征在于，包括：/n输出级，包括多个开关和飞跨电容器，其中，该多个开关串联连接，该飞跨电容器耦接在两个开关之间，并且该输出级配置为接收输入电压以产生输出电压；/n飞跨电容器电压平衡控制电路，用于将该飞跨电容器的电压与该输入电压的一半进行比较以产生比较结果，该飞跨电容器电压平衡控制电路还响应该比较结果，基于该第一脉宽调制信号和该第二脉宽调制信号以产生第一控制信号和第二控制信号；以及/n驱动器，耦接至该飞跨电容器电压平衡控制电路和该输出级，配置为根据该第一控制信号和该第二控制信号产生多个驱动信号，其中，该多个驱动信号布置为分别控制该多个开关。/n

【技术特征摘要】
20191122 US 62/939,011;20201025 US 17/079,5171.一种降压转换器，其特征在于，包括：
输出级，包括多个开关和飞跨电容器，其中，该多个开关串联连接，该飞跨电容器耦接在两个开关之间，并且该输出级配置为接收输入电压以产生输出电压；
飞跨电容器电压平衡控制电路，用于将该飞跨电容器的电压与该输入电压的一半进行比较以产生比较结果，该飞跨电容器电压平衡控制电路还响应该比较结果，基于该第一脉宽调制信号和该第二脉宽调制信号以产生第一控制信号和第二控制信号；以及
驱动器，耦接至该飞跨电容器电压平衡控制电路和该输出级，配置为根据该第一控制信号和该第二控制信号产生多个驱动信号，其中，该多个驱动信号布置为分别控制该多个开关。


2.如权利要求1所述的降压转换器，其特征在于，该输出级由该驱动信号控制，以选择性地在充电状态或放电状态下运行；当输出级在该充电状态下运行时，该飞跨电容器电压平衡控制电路将该飞跨电容器的第一端子的第一电压与该输入电压的一半进行比较，产生该比较结果；当该输出级在该放电状态下运行时，该飞跨电容器电压控制电路将该飞跨电容器第二端子的第二电压与该输入电压的一半进行比较，产生该比较结果。


3.如权利要求2所述的降压转换器，其特征在于，当该输出级在该充电状态下运行时，该飞跨电容器电压控制电路将该飞跨电容器的该第一端子的该第一电压与该输入电压的一半进行比较以产生该比较结果；如果该比较结果表明该第一电压不大于该输入电压的一半，则在下一个周期，该飞跨电容器电压控制电路使用该第一脉宽调制信号产生该第一控制信号，该飞跨电容器电压平衡控制电路使用该第二脉宽调制信号产生该第二控制信号；如果该比较结果表明该第一电压大于该输入电压的一半，则在下一个周期，该飞跨电容器电压平衡控制电路使用该第二脉宽调制信号产生该第一控制信号，该飞跨电容器电压平衡控制电路使用该第一脉宽调制信号产生该第二控制信号。


4.如权利要求3所述的降压转换器，其特征在于，如果该比较表明该第一电压不大于该输入电压的一半，则该飞跨电容器电压平衡控制电路生成该第一控制信号和该第二控制信号给该驱动器以生成该驱动信号，以控制该输出级在下一个周期在该放电状态下运行；如果该比较结果表明该第一电压大于该输入电压的一半，则该飞跨电容器电压平衡控制电路向该驱动器产生该第一控制信号和该第二控制信号以产生该驱动信号，以该控制输出级在下一个周期在该充电状态下运行。


5.如权利要求2所述的降压转换器，其特征在于，当该输出级在该放电状态下运行时，该飞跨电容器电压平衡控制电路将该飞跨电容器的该第二端子的该第二电压与该输入电压的一半进行比较以产生该比较结果；以及如果该比较结果表明该第二电压不大于该输入电压的...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾俊彥，洪浩评，林志伟，
申请(专利权)人：联发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71