本发明专利技术公开了一种用于同步升压变换器的同步整流器控制。根据本发明专利技术的一种同步升压ＤＣ／ＤＣ变换系统，包括：输入，用于接收ＤＣ输入电压；输出，用于产生ＤＣ输出电压；功率开关，可控制为调节变换系统的输出信号；以及电感器，耦合到输入。同步整流器可配置为在电感器和输出之间建立传导路径以提供电感器放电。提供控制电路，以便随着输入电压接近输出电压来控制同步整流器，从而在电感器的放电时间段中调节传导路径的平均阻抗。
【技术实现步骤摘要】
用于同步升压变换器的同步整流器控制
本公开的主题涉及电源电路，更具体地涉及用于控制同步升压变换器 中的同步整流器的电路和方法。
技术介绍
在传统的升压变换器中，其输出处的电压Vout—般远远大于其输入 处的电压Vin。脉宽调制(Pulse Width Modulation, P丽)用于控制变 换器的功率开关以调节输出电压Vout。在稳态^S^作中，功率开关的占空 比D由下式给出D 一 Fowf —随着输入电压Vin接近输出电压Vout,占空比D减小到零。然而， 实际上，所有的实际变换器具有一些有限的最小导通时间。在电压模式控 制中，可以使最小导通时间非常小，但是在电流模式控制中，最小导通时 间一般比较长，这是因为其包括电流感测PWM比较器的消隐时间段和延迟 时间段。典型地，在电流模式控制中，最小导通时间至少是50ns，通常 是100ns或者更长。最终，当Vin接近Vout时，最小导通时间变得太大 以致于不能产生所需要的占空比。这时，升压变换器将开始突发脉冲串 (bursting )导通和关断以通过使没有开关的时间段和接近最小占空比开 关的时间段交替来在平均上实现所需要的小占空比。然而，由于输入-输 出电压的差非常小，所以电感器在同步整流器的导通时间中几乎不放电。 其结果是，电感器电流在功率开关的每一个接近最小导通时间的脉冲期间 建立，但是在该时间段的其余时间仅轻#*故电。经过脉冲串中的几个开 关周期过程，电感器电流显著增大，然后在脉沖串的非开关部分期间对输 出放电。这导致大的电感器电流漂移和显著的输出电压紋波。图U~1D图解了低开销(overhead) ^Mt中具有这种突发脉冲串行 为的传统同步升压变换器的仿真。在该例子中，Vin-3.95V, Vout=4. OOV。电感器的电感等于4jxH，输出电容器的电容 等于4. 7juF，开关频率是lMHz，最小导通时间段是90ns。在图的左边缘， 输出电压Vout(图1A)从大于4.0V的调节电压开始，逐渐下降到低于调 节电压。这时，误差放大器的输出处的电压Vcomp (图1C)急剧地倾斜上 升，功率开关开始导通接近最小导通时间90ns的短持续时间，如图1B 中的开关电压Vsw所示。几个周期之后，电感器电流L(图1D)由于电 感器放电非常小的斜率而基本建立(这是由于在该开关时间段的这部分期 间电感器上的电压仅仅为50mV)。最终，增大的电感器电流驱动输出电压 上升，而误差放大器的输出减小。当功率开关的指令导通时间下降到90ns (最小导通时间)以下时，所有的开关动作停止并且电感器将其建立的电 J5lUt电到输出，使得输出电压基本上超过调节电压。这种行为通常导致不 期望的大的输出电压紋波。这种行为的起始点取决于功率开关的最小导通时间、电感器放电i^ 的总的串联电阻(电感器电阻和同步整流器电阻)和开关频率。较高的串 联电阻通过在放电阶段提供较大的反向电压以复原(reset)电感器电流 来改善这种情况。较高的开关频率增大了这个问题的可能性，这是因为相 同的最小导通时间转变为给出较短的开关时间段的较大占空比。目前，当开销电压(Vout-Vin)小于某个小的阈值电压(例如200mV) 时，本申请的受让人凌力尔特公司(Linear Technology Corporation) 制造的一些同步升压DC/DC变换器通过完全使同步整流器无效来消除该 问题。将该阈值选择为在最坏的情况下仍提供充分复原电感器电流的开销 电压。在使同步整流器无效的情况下，电感器上的反向电压被显著增加， 使得在每一个周期期间产生充分的电感器放电来消除不期望的突发脉冲 串行为。另外，在使同步整流器无效的情况下，有效输出电压更大，从而 需要变换器以大于最小导通时间的占空比工作。这种方法的缺点是在使同 步整流器无效的情况下，导致效率急剧降低，应当指出，上述突发脉冲串行为类似于DC/DC变换器在轻负载下以不 连续传导模式工作时的脉冲跳跃(pulse skipping)行为。然而，在变换 器以不连续传导模式工作的情况下，由于轻负载而不是由于输入电压接近 于输出电压而达到最小导通时间。此外，在不连续传导^Mt时，由于电感 器电流在每一个开关时间段完全复原并且不能像在低开销操作中那样建 立，因此脉冲跳跃行为不产生显著的输出电压紋波。通常，与升压变换器 在低开销工作时的突发脉冲串行为不同，由于深度不连续操作而产生的脉冲跳跃不是严重的性能问题。因此，希望消除升压变换器的低电压开销突发脉沖串行为及其相关联 的电流和电压紋波，同时仍保持高效率的工作。
技术实现思路
根据本公开， 一种同步升压DC/DC变换系统包括输入，用于接收 DC输入电压；输出，用于产生DC输出电压；功率开关，可控制为调节变 换系统的输出信号；以及电感器，耦合到输入。当功率开关导通时，输出 与输入隔离，输入电压对电感器充电，增大流过电感器的电流。同步整流 器可被配置为当功率开关关断时在电感器和输出之间提供传导路径以使 电感器放电。提供控制电路，用于当输入电压接近和超过输出电压时控制 同步整流器，以便在电感器的放电时间段中调节传导路径的平均阻抗。具体地，随着输入电压接近和超过输出电压，控制电路可以连续或者 递增地减小平均阻抗。根据本公开的一个方面，控制电路可以根据输出电压和输入电压之间 的差调节平均阻抗。根据4^^开的另 一个方面，控制电路可以根据功率开关的传导时间段 调节平均阻抗。同步整流器可以包括提供在电感器和输出之间的同步开关。控制电路 随着输入电压接近和超过输出电压而可以逐渐减小同步开关的传导时间 段。如果同步开关包含MOS元件，则控制电路随着输入电压接近和超过输 出电压而可以逐渐减小M0S元件的栅源电压。如果同步开关包含P沟道MOSFET元件，则控制电路可以使开关在周 期的一部分中导通。在周期的其余时间，可以连接MOSFET元件的栅极以 接收输入电压，以这种方式保证充分的电压降来复原电感器电流。根据>^^开的实施例，控制电路可以向同步开关提供脉宽调制(PWM) 信号，以便随着输入电压接近和超过输出电压而减小同步开关的传导时间 段。具体地，控制电路可以包括脉宽调制器，所述脉宽调制器用于产生具 有随着阈值电压可变的占空比的PWM信号，该阈值电压对应于输入电压和输出电压之间的差。阈值电压可以与输入电压和输出电压及第一偏移电压的和之间的差成比例。控制电路可以包括跨导放大器，所i^导放大器用 于产生与阈值电压成比例的输出电流。脉宽调制器可以包括比较器，所述比较器用于比较锯齿信号和与阈值 电压相对应的信号，以产生用于控制同步整流器的信号。根据另 一个实施例，控制电路可以包括根据输出电压和输入电压之间 的差而可控的多开关元件。可以根据查找表中的数据来控制开关元件，所 述查找表包含与输出电压和输入电压之间的预先确定的差值相对应的控 制值。根据又一个实施例，控制电路可以使同步整流器在与功率开关的传导 时间勤目对应的持续时间中无效。具体地，同步整流器可以在与功率开关 的传导时间段和预先设置的时间段之间的差成比例的持续时间中无效。根据4^Hf的方法，执行以下步骤，以《更使用功率开关、电感器和同 步整流器将DC输入电压变换为DC输出电压-控制功率开关本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种同步升压ＤＣ／ＤＣ变换系统，包括： 输入，用于接收ＤＣ输入电压，电感器耦合到所述输入； 输出，用于产生ＤＣ输出电压； 功率开关，可控制为调节变换系统的输出信号； 同步整流器，可配置为在电感器和输出之间提供传导路径；以及 控制电路，用于当输入电压接近或者超过输出电压时控制同步整流器，以便在电感器的放电时间段中调节传导路径的平均阻抗。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：约翰克里斯托弗坎菲尔德，大卫查尔斯萨莱诺，
申请(专利权)人：凌特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。