用于DCM下升压转换器的控制电路制造技术

一种用于升压转换器的控制电路，其中该控制电路包括切换装置，被配置为切换该升压转换器以执行循环，其中每个循环包括电感存储由输入电压提供的能量的能量充电状态和该电感向该升压转换器的输出端提供能量的能量放电状态；比较装置，被配置为判定切换事件的频率是否低于预定最小频率；以及导通时间信号生成装置，被配置为基于该切换事件的频率是否低于该预定最小频率生成导通时间信号，其中该导通时间信号确定下一个切换事件的充电状态的持续时间，并且其中该切换装置被配置为基于生成的该导通时间信号切换该升压转换器。该导通时间信号切换该升压转换器。该导通时间信号切换该升压转换器。

【技术实现步骤摘要】
用于DCM下升压转换器的控制电路
[0001]本申请要求2021年12月17日提交欧洲专利局、申请号为21215690.5、专利技术名称为“用于DCM下升压转换器的控制电路”的欧洲申请的优先权，其全部内容通过应用结合在本申请中。


[0002]本专利技术涉及一种用于升压转换器的控制电路。本专利技术还涉及一种包括所述控制电路的升压转换器电路以及一种操作包括所述控制电路的所述升压转换器电路的方法。

技术介绍

[0003]能量收集是能量从外部来源获取、捕获并存储用于小型无线自主设备(如可穿戴电子设备和无线传感器网络中使用的设备)的过程。直流到直流(direct current to direct current,DC
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DC)转换器电路，例如升压转换器电路，是通过以下方法将直流(direct current，DC)电源从一个电压电平转换为另一个电压的电子电路，即首先使用输入电压对能量存储元件充电，然后对能量存储元件进行放电以在DC
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DC转换器的输出端提供能量。DC
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DC转换器可用于增加从能量源收集的能量。恒定导通时间(Constant
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On
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Time，COT)升压转换器因其简单性和高性能而广受欢迎。当在非连续导通模式(discontinuous conduction mode，DCM)下工作时，若升压转换器的切换频率下降到某个频率，则可能会产生可听噪声，或干扰芯片上的音频信号贴片而导致失真。
[0004]这个问题可以通过仅使用连续导通模式(continuous conduction mode，CCM)避免，从而使升压转换器保持切换。然而，这种解决方案会导致更高的能量耗散，因此在低负载时效率会降低。
[0005]或者，可以在升压转换器的输出端添加一个虚拟负载，从而保证最小负载电流，因此保证DCM中的最小切换频率。虚拟负载中的耗散再次会导致效率降低。
[0006]另一种可能的解决方案可以是强制从DCM转变到CCM，其中每个突发在由于低负载而再次激活DCM时结束。由于CCM中的突发需要比DCM中更多的切换事件，这也会导致效率降低。

技术实现思路

[0007]本专利技术的一个目的是实现用于降低噪声和/或干扰的升压转换器的有效控制装置。
[0008]根据本专利技术，提供了一种用于升压转换器的控制电路，其中该控制电路包括切换装置，被配置为切换该升压转换器以执行循环，其中每个循环包括电感存储由输入电压提供的能量的能量充电状态和该电感向该升压转换器的输出端提供能量的能量放电状态；比较装置，被配置为判定切换事件的频率是否低于预定最小频率；以及导通时间信号生成装置，被配置为基于该切换事件的频率是否低于该预定最小频率生成导通时间信号，其中该导通时间信号确定下一个切换事件的充电状态的持续时间，并且其中该切换装置被配置为
基于生成的该导通时间信号切换该升压转换器。这种布置为升压转换器提供了一种有效的控制系统，其中减少了干扰和失真。当升压的切换频率低于最小值时，通过控制充电状态的持续时间，升压转换器被强制增大切换频率，以便将相同数量的能量发送到输出端。通过增大切换频率，可以避免升压转换器切换频率落入人类可听频谱范围内，从而避免可听噪声或片上音频信号贴片内的干扰。
[0009]在本公开的示例中，该比较装置还被配置为判定该切换事件的频率是否高于第一预定最大频率，以及该导通时间信号生成装置被配置为基于该切换事件的频率是否高于该第一预定最大频率生成该导通时间信号。这允许升压转换器的切换频率低于阈值，并为算法提供返回路径，从而可以增大或减小切换频率。
[0010]在本公开的示例中，该比较装置还被配置为判定该切换事件的频率是否高于第二预定最大频率，以及该导通时间信号生成装置被配置为还基于该切换事件的频率是否高于该第二预定最大频率生成该导通时间信号。这允许升压转换器的切换频率低于阈值，并为算法提供返回路径，从而可以增大或减小切换频率；其中该第二预定最大频率大于该第一预定最大频率的2.25倍。通过这种方式，避免了算法在导通时间信号的持续时间内在两个值之间转换。
[0011]总之，这允许首先检测何时达到DCM中最小频率，然后减少导通时间以增大DCM中生成的切换频率。然后，当负载电流进一步减小，并且再次达到频率限制时，可以重复该动作。对于反向路径，随着电流的增大，当达到不同的更高频率限制时，导通时间可以再次增加。这在控制行为中引入了滞后，以确保行为稳定。为了检测快速增加的负载电流瞬态，第三频率限制允许重置DCM最小频率调节。
[0012]在本公开的示例中，该导通时间信号生成装置还包括控制值，并且被配置为若该切换事件的频率低于该预定最小频率，则增大该控制值，和/或若该切换事件的频率高于该第一预定最大频率，则减小该控制值，和/或若该切换事件的频率高于该第二预定最大频率，则重置该控制值，并且其中该导通时间信号是基于该控制值生成的。这是一种基于切换频率增加升压转换器的充电状态的持续时间的非常有效的方式。例如，确定该持续时间的参数可以是该控制值的函数。
[0013]在本公开的示例中，该控制电路还包括测量装置，该测量装置被配置为从参考时钟接收参考时钟信号，以及在该切换事件期间对时钟周期的数量进行计数，并基于该时钟周期的数量确定该切换事件的频率。这是一种测量升压转换器的切换频率的非常有效的方法。
[0014]在本公开的示例中，该导通时间信号生成装置包括反馈电路，其中该反馈电路包括反馈输入端并且被配置为在该反馈输入端接收充电电流，并基于该充电电流生成该导通时间信号，并且其中该切换装置被配置为基于该导通时间信号切换该升压转换器。
[0015]在本公开的示例中，该导通时间信号生成装置被配置为基于所确定的下一个切换事件的充电状态的持续时间和该电感中的电流生成该充电电流。这是基于切换频率控制升压转换器的充电状态的持续时间的合适方式，因为充电电流对持续时间具有直接影响。
[0016]在本公开的示例中，该控制电路被配置为基于该控制值和该电感中的电流生成该充电电流。这允许基于切换频率有效地控制充电状态时间，因为充电电流可以是升压转换器的电感中的电流和控制值的函数。
[0017]在本公开的示例中，该反馈电路还包括电容器和比较电路，其中该电容器被配置为基于该充电电流存储电压，其中该比较电路包括第一输入端、第二输入端，其中该比较电路被配置为在该第一输入端处接收参考电压，在该第二输入端处接收该电容器电压，并通过比较该参考电压和该电容器电压生成该导通时间信号。
[0018]在本公开的示例中，该电容器包括可变电容器，该可变电容器基于所确定的下一个切换事件的充电状态的持续时间被控制。这允许通过控制电容器有效地增加或减少充电状态的持续时间。
[0019]在本公开的另一示例中，该参考电压由可变电压源生成，该可变电压源基于所确定的下一个切换事件的充电状态的持续时间被控制。
[0020]根据本专利技术，还提供了一种升压转换器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于升压转换器的控制电路(500)，其中所述控制电路包括：切换装置(506)，被配置为切换所述升压转换器以执行循环，其中每个循环包括电感存储由输入电压提供的能量的能量充电状态和所述电感向所述升压转换器的输出端提供能量的能量放电状态；比较装置(502)，被配置为判定切换事件的频率是否低于预定最小频率；以及导通时间信号生成装置(504)，被配置为基于所述切换事件的频率是否低于所述预定最小频率生成导通时间信号，其中所述导通时间信号确定下一个切换事件的充电状态的持续时间，并且其中所述切换装置被配置为基于生成的所述导通时间信号切换所述升压转换器。2.根据权利要求1所述的控制电路(500)，其中所述比较装置(502)还被配置为判定所述切换事件的频率是否高于第一预定最大频率，以及所述导通时间信号生成装置(504)被配置为基于所述切换事件的频率是否高于所述第一预定最大频率生成所述导通时间信号。3.根据权利要求1至2中任一项所述的控制电路，其中所述比较装置(502)还被配置为判定所述切换事件的频率是否高于第二预定最大频率，以及所述导通时间信号生成装置(504)被配置为还基于所述切换事件的频率是否高于所述第二预定最大频率生成所述导通时间信号；其中所述第二预定最大频率大于所述第一预定最大频率的2.25倍。4.根据权利要求1所述的控制电路，其中所述导通时间信号生成装置(504)还包括控制值，所述控制值被配置为若所述切换事件的频率低于所述预定最小频率则增大，并且其中所述导通时间信号是基于所述控制值生成的。5.根据权利要求2所述的控制电路，其中所述导通时间信号生成装置(504)还包括控制值，所述控制值被配置为若所述切换事件的频率高于所述第一预定最大频率则减小，并且其中所述导通时间信号是基于所述控制值生成的。6.根据权利要求3所述的控制电路，其中所述导通时间信号生成装置(504)还包括控制值，所述控制值被配置为若所述切换事件的频率高于所述第二预定最大频率则重置，并且其中所述导通时间信号是基于所述控制值生成的。7.根据前述权利要求中任一项所述的控制电路，还包括测量装置(600)，所述测量装置(600)被配置为从参考时钟(606)接收参考时钟信号，以及在所述切换事件期间对时钟周期的数量进行计数，并基于所述时钟周期的数量确定所述切换事件的频率。8.根据前述权利要求中任一项所述的控制电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯纳德斯，
申请(专利权)人：汇顶科技香港有限公司，
类型：发明
国别省市：