混合模式电力转换器控制制造技术

一种用于将电流模式信号添加至固定频率DC至DC电力转换器的电压模式控制器中的电路和方法。电流控制电压源(CCVS)生成与电力转换器输出电流成比例的电压，该电压与通过对目标输出电压和实际输出电压进行比较而生成的比较信号相结合。修改的比较信号生成脉宽调制控制信号，该脉宽调制控制信号作为输出电压和输出电流的某一部分的函数来调节电力转换器输出。通过将电感器电流信号添加至控制器电压模式反馈回路中，可以使在恒定导通模式(CCM)模式中占主导地位的双极平滑化以提高稳定性，而不连续导通模式(DCM)回路响应在添加或不添加电流模式信号的情况下基本不变。实施方式实现了简化的补偿，同时覆盖较宽的操作范围。同时覆盖较宽的操作范围。同时覆盖较宽的操作范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合模式电力转换器控制
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年11月12日提交的美国专利申请第17/096，820号的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
[0003]背景
(1)

[0004]本专利技术涉及电子电路，并且更具体地涉及用于电力转换器电路的控制系统。
(2)
技术介绍

[0005]许多电子产品，特别是移动计算和/或通信产品和部件(例如，笔记本电脑、超级本电脑、平板装置、LCD和LED显示器)需要多个电压水平。例如，蜂窝电话可以利用由LED背光照明的LCD显示器，LED和LCD显示器两者可能需要与蜂窝电话中的射频收发器不同的电压水平，并且所有这些电压水平可能与由蜂窝电话的电池直接供应的电压不同。
[0006]在需要独特电压轨的现代电子系统中，已经存在着向使用单电压、中间总线架构而不是集中式、多电压源的趋势。然后可以针对特定负载优化局部“负载点”DC至DC电力转换器。DC至DC电力转换器从公共电源例如电池生成较低或较高的电压。从较高的输入电压(例如，V
IN
)电源生成较低的输出电压(例如，V
OUT
)水平的电力转换器通常被称为降压转换器或减压转换器，之所以这样称呼是因为V
OUT
<V
IN
，并且因此转换器是使输入电压“减压”。从较低的输入电压电源生成较高的输出电压水平的电力转换器通常被称为升压转换器或增压转换器，因为V
OUT
>V
IN
。可以通过例如如下根据DC
‑
DC电力转换器来构建AC
‑
DC电力转换器：首先将AC输入整流为DC电压，并且然后将DC电压施加至DC
‑
DC电力转换器。
[0007]图1是示出现有技术的DC至DC电力转换器100的框图。在所示示例中，电力转换器100包括DC至DC转换器电路102和控制器104。DC至DC转换器电路102被配置成从跨端子V1+、V1
‑
的电压源106(例如，电池)接收DC输入电压V
IN
，并且将输入电压V
IN
转换为跨端子V2+、V2
‑
的DC输出电压V
OUT
。输出电压V
OUT
被示出为耦接在负载R
LOAD
两端。
[0008]控制器104接收一组输入信号并且产生一组输出信号。这些输入信号中的一些沿连接至DC至DC转换器电路102的信号路径110到达。这些输入信号携带指示转换器电路102的操作状态的信息。控制器104通常还接收至少时钟信号CLK以及一个或更多个外部输入/输出(I/O)信号，外部输入/输出(I/O)信号可以是模拟、数字或者模拟数字两者的组合。基于接收到的输入信号，控制器104在信号路径110上产生返回至转换器电路102的一组控制信号，该组控制信号控制DC至DC转换器电路102的内部部件(例如，内部开关，诸如低压FET，尤其是MOSFET)以使转换器电路102将V
IN
增压或减压至V
OUT
。在一些实施方式中，辅助电路(未示出)可以向控制器104(并且可选地直接向DC至DC转换器电路102)提供各种信号，例如时钟信号CLK、I/O信号，以及各种电压，例如一个或更多个参考电压V
REF
和/或偏置电压V
BIAS
。
[0009]尽管被示为单独的块，但是DC至DC转换器电路102和控制器104可以整体或部分地
一起集成在一个集成电路(IC)上。另外，DC至DC转换器电路102和/或控制器104可以根据特定应用的需要包括一个或更多个外部部件，例如电感器或电容器。
[0010]一种类型的DC至DC电力转换器是基于由脉宽调制(PWM)闭环控制器控制的固定频率开关电感器
‑
电容器电路的。例如，图2是一个现有技术开关电感器
‑
电容器DC至DC电力转换器电路200的示意图。在所示示例中，两个开关M1、M2串联耦接在输入电压V
IN
与电路接地之间。储能电感器L耦接至开关M1、M2之间的节点N1以及呈现输出电压V
OUT
的节点N2。滤波电容器C耦接在节点N2与电路接地之间。电阻器R
LOAD
表示节点N2与电路接地之间的DC负载。L
‑
C
‑
R
LOAD
子电路的功能类似于二阶低通滤波器，以使节点N1处呈现的电压变化平滑化。
[0011]在图2中描绘了作为场效应晶体管例如MOSFET的开关Ml、M2。然而，也可以使用其他电力开关，例如双极结型晶体管(BJT)、隔离栅双极晶体管(IGBT)或MOS控制的晶闸管(MCT)。在一些实施方式中，开关M2可以实现为一个或更多个串联耦接二极管。
[0012]电感器L和滤波电容器C的作用是能量的传递和存储。PWM占空比控制器202耦接至开关M1、M2的控制输入(例如，MOSFET的栅极)，借助于PWM
‑
CTRL信号(以及其反相，通过反相器204的/PWM_CTRL)使开关M1、M2交替地启用(“导通”)和禁用(“关断”)，使得M1和M2控制从源到负载的能量流。PWM占空比控制器202接收V
OUT
作为反馈电压(例如，来自节点N2)并且通常接收固定频率的时钟信号CLK或在内部生成这样的时钟信号。反馈电压使PWM占空比控制器202能够改变PWM
‑
CTRL信号的占空比以抵消负载电阻R
LOAD
和/或输入电压V
IN
的变化，或者负载电流I
OUT
的变化，从而调节V
OUT
。PWM占空比控制器202可以是图1的控制器104的一部分或者可以是独立的电路。注意，在一些实施方式中，在PWM占空比控制器202与开关M1、M2的控制输入之间可能需要附加部件，例如电平移位器和/或驱动器电路。
[0013]改善DC至DC电力转换器的PWM占空比控制器的功能将是有益的，该DC至DC电力转换器在较宽的操作范围内提供稳定的操作和简化的补偿。

技术实现思路

[0014]本专利技术包括用于将电流模式信号添加至固定频率DC至DC电力转换器的电压模式控制器中的电路和方法。电流控制电压源(CCVS)生成与电力转换器输出电流成比例的电压，该电压与通过对目标输出电压和实际输出电压进行比较而生成的比较信号相结合。修改的比较信号生成脉宽调制控制信号，该脉宽调制控制信号作为输出电压和输出电流的某一部分的函数来调节电力转换器输出。
[0015]通过将电感器电流信号添加至控制器电压模式反馈回路中，可以使在恒定导通模式(CCM)模式中占主导地位的双极平滑化以提高稳定性，而不连续导通模式(DCM)回路响应在添加或不添加电流模式信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于由脉宽调制(PWM)控制信号控制的电力转换器的控制器，所述控制器包括：(a)比较电路，其被配置成耦接至目标电压和所述电力转换器的输出电压，并且输出指示所耦接的电压之间的差异的比较信号；(b)修改器电路，其被配置成耦接至所述电力转换器，并且被配置成将与所述电力转换器的代表电流成比例的电压与从所述比较电路输出的比较信号组合为修改的比较信号；以及(c)比较器，其耦接至所述修改的比较信号并且被配置成耦接至周期性电压信号，用于生成作为所述电力转换器的输出电压和所述电力转换器的代表电流的函数的所述PWM控制信号。2.根据权利要求1所述的发明，还包括定标电路，所述定标电路耦接至所述比较电路并且被配置成耦接至所述电力转换器的输出电压，所述定标电路被配置成向所述比较电路提供所述输出电压的定标版本。3.根据权利要求1所述的发明，还包括补偿电路，所述补偿电路耦接至所述比较电路的输出并且被配置成使所述控制器的闭环响应稳定。4.根据权利要求1所述的发明，其中，所述修改器电路包括可调整增益。5.根据权利要求1所述的发明，其中，所述修改器电路包括带通滤波器，所述带通滤波器被配置成仅针对所述代表电流的特定频率生成与所述代表电流成比例的电压。6.一种用于电力转换器的控制器，所述电力转换器被配置成响应于脉宽调制(PWM)控制信号生成输出电压，所述控制器包括：(a)误差放大器，其被配置成耦接至目标电压和代表所述电力转换器的输出电压的电压，并且输出指示所耦接的电压之间的差异的比较信号；(b)电流控制电压源，其被配置成耦接至所述电力转换器，并且被配置成输出修改的比较信号，所述修改的比较信号包括与所述电力转换器的代表电流成比例的电压和从所述误差放大器输出的比较信号的组合；以及(c)比较器，其耦接至所述修改的比较信号并且被配置成耦接至周期性电压信号，并被配置成基于所述周期性电压信号和所述修改的比较信号的比较来输出所述PWM控制信号。7.根据权利要求6所述的发明，还包括定标电路，所述定标电路耦接至所述误差放大器并且被配置成耦接至所述电力转换器的输出电压，所述定标电路被配置成生成所述输出电压的定标版本作为代表所述电力转换器的输出电压的电压。8.根据权利要求6所述的发明，还包括补偿电路，所述补偿电路耦接至所述误差放大器的输出并且被配置成使所述控制器的闭环响应稳定。9.根据权利要求6所述的发明，其中，所述电流控制电压源包括可调整增益。10.根据权利要求6所述的发明，其中，所述电流控制电压源包括带通滤波器，所述带通滤波器被配置成仅针对所述代表电流的特定频率生成与所述代表电流成比例的电压。11.一种DC至DC电力转换器，包括：(a)由脉宽调制(PWM)控制信号控制的DC至DC转换器电路，并且所述DC至DC转换器电路被配置成生成输出电压；(b)比较电路，其耦接至目标电压和代表所述DC至DC转换器电路的输出电压的电压，并且输出指示所耦接的电压之间的差异的比较信号；
(c)修改器电路，其被配置成耦接至所述DC至DC转换器电路，并且被配置成输出修改的比较信号，所述修改的比较信号包括与所述DC至DC转换器电路的代表电流成比例的电压和从所述比较电路输出的比较信号的组合；(d)电压发生器，其被配置成输出周期性电压信号；以及(e)比较器，其耦接至所述修改的比较信号和所述电压发生器，并被配置成基于所述周期性电压信号和所述修改的比较信号的比较来输出所述PWM控制信号。12.根据权利要求11所述的发明，还包括定标电路，所述定标电路耦接至所述比较电路和所述DC至DC转换器电路的输出电压，所述定标电路被配置成生成所述输出电压的定标版本作为代表所述DC至DC转换器电路的输出电压的电压。13.根据权利要求11所述的发明，还包括补偿电路，所述补偿电路耦接至所述比较电路的输出并且被配置成使所述DC至DC电力转换器的闭环响应稳定。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖恩，
申请(专利权)人：派赛公司，
类型：发明
国别省市：