【技术实现步骤摘要】
本公开涉及功率电子设备的领域，特别是涉及使用脉冲频率调制(pfm)和恒定导通时间(cot)控制来调整并控制dc-dc转换器中的输出电压纹波。
技术介绍
1、dc-dc转换器被用于各种电子设备的功率管理，用于将一个电压电平的输入直流(dc)转换为另一电压电平的输出dc。通过以这种方式调整电压电平，dc-dc转换器促进设备内的高效功率分配。
2、诸如降压转换器和升压转换器之类的已知基本dc-dc转换器的公共元件包括功率晶体管和电感器。充当开关的功率晶体管被用于控制通过电路的电流的流动。电感器在电流流过它时将能量存储在其磁场中，并且随后在电流流动被减少或停止时释放该能量。
3、用于控制这些转换器的一种技术涉及脉冲频率调制(pfm)的使用。pfm控制是一种开关模式电源控制方法，其中基于负载条件，调制功率变压器的频率，以维持调节。获得脉冲频率调制的一种方法涉及恒定导通时间(cot)控制，cot控制是一种控制技术，其中功率晶体管的导通时间维持恒定，而关断时间基于负载条件而变化。结合起来，pfm控制和cot控制可以允许在某些情况下对dc-dc转换器进行快速且高效的控制。然而，这些控制可能由于线路电压的变化而受到输出电压纹波变化的影响。
4、连续传导模式(ccm)控制是被用于解决这一挑战的常规方法。在这种模式下，电流连续地流过电感器，并且转换器不依赖于输入电压。然而，在轻负载条件下，ccm控制效率较低，其中恒定的切换频率会降低转换器的效率。
5、另一种已知的方法是自适应恒定导通时间(acot)控制
6、因此，需要用于dc-dc转换器的改进的控制技术，该控制技术可维持一致的电荷注入至输出电容器中，而不管线路电压的变化。优选地，期望这类改进的控制技术减轻输出纹波，改进dc调节，维持各种负载条件下的高效率性能并且降低系统复杂性。
技术实现思路
1、本文公开了一种dc-dc转换器，该dc-dc转换器包括：高侧功率开关，其被耦合在输入电压与开关(switched)节点之间；低侧功率开关，其被耦合在开关节点与地之间；电感器，其被耦合在开关节点与输出节点之间；输出电容器，其被耦合在输出节点与地之间的输出电容器；以及控制电路。控制电路被配置为操作高侧功率开关处于操作的恒定电荷模式，以改变高侧功率开关的导通时间，从而维持恒定量的电荷在每个充电周期期间被转移至输出电容器，而与输入电压的变化无关。
2、控制电路可以包括：峰值电感器电流阈值生成器，其被配置为基于输入电压以及输出节点处的输出电压生成阈值电压，阈值电压指示通过电感器的期望峰值电流；峰值电流控制电路，其被配置为将阈值电压与斜坡电压进行比较，斜坡电压指示通过电感器的电流；以及控制器，其被配置为在导通高侧功率开关的同时关断低侧功率开关，直至斜坡电压变得等于阈值电压，并且然后在导通低侧功率开关的同时关断高侧功率开关。
3、峰值电流控制电路可以包括比较器，该比较器被配置为将指示通过电感器的电流的斜坡电压与阈值电压进行比较，并且基于比较生成控制信号。峰值电流控制电路还可以包括电流减法器、峰值电流电容器和开关，该电流减法器被配置为通过从指示输入电压的电流中减去指示输出电压的电流来生成输出，输出包括斜坡电流。开关被配置为在控制信号被断言时将峰值电流电容器耦合至地，并且在控制信号被解除断言时耦合峰值电流电容器，以接收斜坡电流。
4、峰值电感器电流阈值生成器可以包括电流分配器(divisor)和求根(rooting)电路，该电流分配器被配置为基于对指示输入电压的电流以及电流减法器的输出执行的分配操作来生成分配(division)电流，该求根电路被配置为对分配电流执行平方根操作并且产生平方根操作的输出作为阈值电压。
5、电流镜可以被配置为将由电流分配器生成的分配电流镜像至求根电路。
6、求根电路可以包括第一晶体管，第一晶体管被耦合在供电电压与第一节点之间，第一晶体管的栅极被耦合以根据分配电流被控制。该求根电路还可以包括第二晶体管，第二晶体管被耦合在第一节点与地之间，第二晶体管的栅极被耦合以根据第二节点处的电压被控制。求根电路可以还包括第三晶体管，第三晶体管被耦合在第二节点与地之间，第三晶体管的栅极被耦合以根据第二节点处的电压被控制。
7、求根电路还包括第四晶体管，第四晶体管被耦合在供电电压与第二节点之间，第四晶体管根据第三节点处的电压被控制。
8、求根电路还可以包括第五晶体管二极管，第五晶体管二极管被耦合在第四节点与地之间，其中分配电流被供应到第四节点。
9、第一晶体管可以是第一n沟道晶体管，第一n沟道晶体管具有：漏极，其被连接至供电电压；源极，其被连接至第一节点；以及栅极，其被连接至第四节点。第二晶体管可以是第二n沟道晶体管，第二n沟道晶体管具有：漏极，其被连接至第一节点；源极，其被连接至地；以及栅极，其被连接至第二节点。第三晶体管可以是第三n沟道晶体管，第三n沟道晶体管具有：漏极，其被连接至第二节点；源极，其被连接至地；以及栅极，其被连接至第二节点。第四晶体管可以是第一p沟道晶体管，第一p沟道晶体管具有：源极，其被连接至供电电压；漏极，其被连接至第二节点；以及栅极，其被连接至第三节点。第五晶体管可以是第四n沟道晶体管，第四n沟道晶体管具有：漏极，其被连接至第四节点：源极，其被连接至地；以及栅极，其被连接至第四节点。
10、电流镜可以被配置为将由电流分配器生成的分配电流镜像至求根电路。电流镜可以包括：第六晶体管，其被耦合以接收分配电流；第七晶体管，其以镜像关系与第六晶体管耦合，由此从第三节点吸收分配电流的副本；第八晶体管，其被耦合以具有从第八晶体管吸收的分配电流的副本；第九晶体管，其以镜像关系与第八晶体管耦合，由此向第四节点供应分配电流；以及第十晶体管，其以镜像关系与第九晶体管耦合。
11、第六晶体管可以是第五n沟道晶体管，第五n沟道晶体管具有：漏极，其被耦合以接收分配电流；栅极，其被连接至第五n沟道晶体管的漏极；以及源极，其被连接至地。第七晶体管可以是第六n沟道晶体管，第六n沟道晶体管具有：漏极，其连接至第三节点；源极，其被连接至地；以及栅极，其被连接至第三节点，第七晶体管与第六晶体管呈镜像关系。第八晶体管可以是第二p沟道晶体管(mp1)，第二p沟道晶体管具有：源极，其被连接至供电电压；漏极，其被连接至第三节点；栅极，其被连接至第三节点。第九晶体管可以是第三p沟道晶体管，第三p沟道晶体管具有：源极，其被连接至供电电压；漏极，其被连接至第四节点；以及栅极，其被连接至第三节点。第十晶体管可以是第四p沟道晶体管，第四p沟道晶体管具有：源极，其被连接至供电电压；漏极，其被连接至地；以及栅极，其被连接至第三节点。
12、本文还公开了方法方面。例如，本文公开了一种操作dc-dc转换器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种DC-DC转换器，包括：
2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中所述控制电路包括：
3.根据权利要求2所述的DC-DC转换器，其中所述峰值电流控制电路包括：
4.根据权利要求3所述的DC-DC转换器，其中所述峰值电感器电流阈值生成器包括：
5.根据权利要求4所述的DC-DC转换器，还包括电流镜，所述电流镜被配置为将由所述电流分配器生成的所述分配电流镜像至所述求根电路。
6.根据权利要求4所述的DC-DC转换器，其中所述求根电路包括：
7.根据权利要求6所述的DC-DC转换器，其中所述求根电路还包括第四晶体管，所述第四晶体管被耦合在所述供电电压与所述第二节点之间，所述第四晶体管根据第三节点处的电压被控制。
8.根据权利要求7所述的DC-DC转换器，其中所述求根电路还包括第五晶体管二极管，所述第五晶体管二极管被耦合在第四节点与地之间，其中所述分配电流被供应到所述第四节点。
9.根据权利要求8所述的DC-DC转换器，其中：
10.根据权利要求9所述的DC-DC转换
11.根据权利要求10所述的DC-DC转换器，其中：
12.一种操作DC-DC转换器的方法，包括：
13.根据权利要求12所述的方法，其中设置所述高侧功率开关的所述导通时间，以维持所述恒定量的所述电荷在每个充电周期期间从所述输入节点在所述电感器的协作下被转移至所述输出电容器，而与所述输入节点处的所述输入电压无关，是通过以下来执行的：
14.根据权利要求13所述的方法，其中生成所述阈值电压包括：
15.一种DC-DC转换器，包括：
16.根据权利要求15所述的DC-DC转换器，其中所述峰值电流控制电路包括：
17.根据权利要求16所述的DC-DC转换器，其中所述峰值电感器电流阈值生成器包括：
18.根据权利要求17所述的DC-DC转换器，还包括电流镜，所述电流镜被配置为将由所述电流分配器生成的所述分配电流镜像至所述求根电路。
...【技术特征摘要】
1.一种dc-dc转换器，包括：
2.根据权利要求1所述的dc-dc转换器，其中所述控制电路包括：
3.根据权利要求2所述的dc-dc转换器，其中所述峰值电流控制电路包括：
4.根据权利要求3所述的dc-dc转换器，其中所述峰值电感器电流阈值生成器包括：
5.根据权利要求4所述的dc-dc转换器，还包括电流镜，所述电流镜被配置为将由所述电流分配器生成的所述分配电流镜像至所述求根电路。
6.根据权利要求4所述的dc-dc转换器，其中所述求根电路包括：
7.根据权利要求6所述的dc-dc转换器，其中所述求根电路还包括第四晶体管，所述第四晶体管被耦合在所述供电电压与所述第二节点之间，所述第四晶体管根据第三节点处的电压被控制。
8.根据权利要求7所述的dc-dc转换器，其中所述求根电路还包括第五晶体管二极管，所述第五晶体管二极管被耦合在第四节点与地之间，其中所述分配电流被供应到所述第四节点。
9.根据权利要求8所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：L·克雷莫内斯，P·梅利洛，A·加斯帕里尼，M·吉奥尼，S·勒万蒂诺，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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