用于在DCM期间提高开关模式调节器的调节精确性的系统和方法技术方案

一种具有不连续传导模式(DCM)校正的用于开关模式调节器的控制器，它包括校正网络和调制器。校正网络在DCM期间检测指示调节误差的低载状态并断言指示该误差的调节值。调节器接收调节值并相应地调节操作以在DCM期间改善调节。校正网络接收或确定调节度量，例如脉冲控制信号的连续脉冲间的周期或指示负载电流的电流检测信号，并将调节度量与一个或多个阈值比较以确定调节水平。可使用一种或多种方法作出调节，例如调节脉冲导通时间、调节脉冲截止时间、调节工作频率等。

【技术实现步骤摘要】
用于在DCM期间提高开关模式调节器的调节精确性的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2011年2月18日提交的美国临时申请S/N 61/444，222以及2011年3月18日提交的美国临时申请S/N 61/454，050的权益，这些申请的全部内容出于所有意图和目的通过引用结合于此。附图简述参考以下描述以及附图将能更好地理解本专利技术的益处、特征以及优点，在附图中图I是包括根据一个实施例实现的不连续传导模式(DCM)校正的控制器的降压型DC-DC开关模式调节器的简化方框图；图2是根据一更具体示例性实施例的图I的控制器的简化示意性框图，其中使用PWM信号检测DCM期间的低载状态以作出调整而改善调节；图3是根据一示例性实施例的图I的DCM校正网络的更详细框图；图4是根据图I的控制器的更具体示例性实施例的控制器的示意性框图，该实施例使用合成波纹来调节PWM脉冲和周期；图5是示出根据一实施例的图4的DCM校正网络的操作的状态图；图6-8是分别描述输出电压调节、DCM频率和DCM PVCC电流因变于测试装置的输出负载的曲线图；图9是根据一个实施例的基于PWM跨导增益调节的DCM校正网络的更详细示意图；附图说明图10是图9的DCM校正网络关联于VO的输出信号模拟的时序图；图11是根据另一示例性实施例的控制器的简化示意性框图，其中指示负载电流的信号用来在DCM期间检测低载状态以作出调整而改善调节；图12是根据数字前端实施例的DCM校正网络的简化示意性框图；图13是根据模拟前端实施例的DCM校正网络的简化示意性框图；图14是根据另一实施例配置成基于调节值来调节工作频率操作的电流模式迟滞窗控制调制器的简化示意图；图15是根据另一实施例配置成基于调节值来调节PWM导通时间和工作频率操作的恒定导通时间调制器的简化示意图；图16是根据另一实施例配置成基于调节值来调节工作频率操作的电压模式调制器的简化示意图；图17是根据另一实施例配置成基于调节值来调节工作频率操作的峰值电流模式调制器的简化示意图；图18是类似于图4的控制器内使用的用于调节PWM脉冲和周期的合成电流模式迟滞波纹调制器的简化示意图；图19是根据另一实施例用以调节PWM截止时间的调节器的简化示意图20是示出图19的调节器的操作的时序图；以及图21是一计算系统的简化方框图，该计算机系统配有包括根据本文描述的任何实施例或本专利技术其它任何实施例的配有DCM校正网络的调节器的电源。具体实施例方式给出以下描述以使本领域技术人员能在特定应用及其需求的背景下作出和利用所提供的本专利技术。然而，优选实施例的多种修改对本领域技术人员将会是明显的，而且可将本文所限定的一般原理应 用于其它实施例。因此，本专利技术不旨在受限于本文中示出和描述的特定实施例，而应被给予与本文中披露的原理和新颖特征一致的最宽范围。为了在脉宽调制(PWM)DC-DC转换器中提供精确的调节精确性，一般围绕误差放大器采用积分器以大大增加控制环的直流(DC)或低频增益。积分器和相应补偿器时间常数被设计成使瞬变速度和稳定性最大化并同时使特定工作频率下的偏移和调节误差的其它来源减至最小。只要系统工作在工作频率附近，大信号影响和放大器净空问题就不足为串■/Qi、O然而，现代负载即使在轻载时也要求最大的转换器功率效率。为此，架构已开始利用开关频率降低的不连续传导模式(DCM)以降低开关损耗并提高功率转换效率。由于频率随负载减小而降低，因此控制环积分器存储不断增多的电荷以解决该周期上的任何误差。最终，误差放大器到达其工作范围的极限并在其干线减去净空的任一状态下饱和。此时，当积分器无法再调节时，输出电压可形成调节误差。该误差本身表现为因变于负载，随着负载变化至误差放大器饱和的工作点以下，这形成增大的输出阻抗。上面描述的问题的传统解决方案是减慢积分器的时间常数以避免超出预定负载范围的饱和。然而，这种解决方案产生额外的问题。首先，仍然存在饱和发生的负载(即这个问题只是被转移了，而非消除了)。第二，减小时间常数对环路瞬变响应具有消极影响。此外，适应减小的时间常数需要额外的输出电阻以响应高负载场合保持输出电压向上。额外的输出电容是不合需的。根据本文描述的实施例，一种更好的方法是对瞬变响应几乎没有或完全没有影响的在深度DCM操作中最小化输出电阻和调节误差。不是改变环路时间常数，而是调节至少一个其它调节控制变量，例如随着周期增大而减少DCM脉冲的导通时间。随着负载减小，周期增大并且DCM脉宽减小，直到脉冲窄至来自它的输出波纹和DC偏移变得无关紧要为止。可使用各种调节度量来检测低载状态，例如在脉冲控制信号(例如用于调节的开关控制的PWM信号)的诸脉冲之间的周期或指示输出电流的电流感测信号(例如电感器电流或负载电流)。调节调制操作以改善调节，例如调节脉冲导通时间(例如减小脉宽)、调节脉冲截止时间(例如减少脉冲间的截止时间)、调节调制频率(例如提高频率)等。各种方法在这里揭示为用于调节调制，例如调节控制放大器的增益、调节控制放大器的输入和/或输出、调节振荡器的频率(例如VCO等)、调节定时器超时等。图I是根据一个实施例实现的补偿式DC-DC开关模式调节器100的简化框图。调节器100包括耦合于输出节点106以接收输出电压VO的控制器108。注意，反馈网络或类似物(未示出)可用来感测VO并提供VO的感测版本(例如分压器或类似物)而不是VO本身。控制器108以一般形式输出，但它可以根据电压模式控制、电流模式控制、恒定导通时间(或恒定频率)等来实现，且可配置成模拟控制器或数字控制器或类似物。控制器108向上端开关Ql的栅极端子提供上端栅极驱动信号UGD并将下端栅极驱动信号LGD提供给下端开关Q2的栅极端子。在所示实施例中，电子开关Q1、Q2图示为一对本领域内技术人员熟悉的N沟道金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)。可采用其它类型的电子开关器件，包括其它类型的FET等以及其 它类型的晶体管，例如双极结晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。开关Ql具有耦合在VIN和相节点104之间的漏极和源极端子，而开关Q2具有耦合在相节点104和地面(GND)之间的漏极和源极端子。开关Ql和Q2受到控制以通过在输出电感器L 一端的相节点104切换输入电压VIN，该输出电感器L的另一端耦合于形成输出电压VO的输出节点106。相节点104形成图示为VPH的相电压，并且输出电压VO通过耦合在输出节点106和GND之间的输出电容器CO被滤波。在一个实施例中，控制器108从内部形成脉宽调制(PWM)信号(图2)，该信号用来控制开关Ql和Q2以将VO调节至预定的电压电平。在正常工作中，控制器108工作在连续传导模式(CCM)，其中一个或其它开关Ql、Q2针对每个PWM循环的整个部分导通(忽略开关之间的死区时间周期以确保在任何给定时间仅有一个开关是导通的)。例如，当PWM变为指示一功率部分的第一状态(例如变高)时，控制器108使Q2截止(如果它导通)并随后使Ql导通以使相节点104耦合于VIN。当PWM在同一循环内切换至第二状态(例如变低)，则控制器108使Ql截止并随后使Q2导通以使相节点104在PWM循环的剩余时间耦合于GND。操作在CCM期间内针对接下来的PWM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.18 US 61/444,222;2011.03.18 US 61/454,050;1.一种具有不连续传导模式(DCM)校正的用于切换模式调节器的控制器，所述控制器包括 校正网络，所述校正网络检测指示在DCM期间的调节误差的低载状态，并断言调节值，所述调节值指示所述低载状态；以及 调制器，所述调制器在DCM期间接收所述调节值并相应地调节所述控制器的操作以改善调节。2.如权利要求I所述的控制器，其特征在于 所述调制器产生脉冲控制信号；以及 其中所述校正网络测量脉冲控制信号的脉冲之间的周期并当至少一个周期超出预定阈值时检测所述低载状态。3.如权利要求I所述的控制器，其特征在于，还包括 输入，所述输入接收指示负载电流的电流感测信号；以及 其中当所述电流感测信号落在预定阈值之下时所述校正网络检测所述低载状态。4.如权利要求I所述的控制器，其特征在于，所述调制器形成斜变控制信号并且所述调制器基于所述调节值调节所述斜变控制信号。5.如权利要求I所述的控制器，其特征在于，所述调制器包括提供窗电流的放大器，所述窗电流用来形成窗电压，并且所述放大器基于所述调节值来调节所述窗电流。6.如权利要求I所述的控制器，其特征在于，所述调制器基于所述调节值来调节脉冲控制信号的至少一个脉冲的导通时间。7.如权利要求I所述的控制器，其特征在于，所述调制器基于所述调节值来调节脉冲控制信号的脉冲之间的截止时间。8.如权利要求I所述的控制器，其特征在于，所述调制器包括放大器，所述放大器具有可基于所述调节值调节的增益。9.如权利要求I所述的控制器，其特征在于，所述调制器包括放大器，所述放大器具有接收所述调节值的至少一个输入。10.如权利要求I所述的控制器，其特征在于，所述调制器包括压控振荡器，所述压控振荡器具有通过所述调节值调节的频率。11.如权利要求I所述的控制器，其特征在于，所述调制器包括定时器，所述定时器具有通过所述调节值调节的超时周期。12.如权利要求I所述的控制器，其特征在于 所述调制器产生脉冲控制信号； 其中所述校正网络包括定时网络，所述定时网络将所述脉冲控制信号的脉冲间的周期与第一阈值时长和第二阈值时长比较，其中所述第二阈值时长大于所述第一阈值时长；以及 其中所述校正网络一开始将所述调节值断言至默认值，当超出所述第二阈值时长时，所述校正网络将所述调节值断言至第一调节值，当超出所述第一阈值时长时，所述校正网络将所述调节值保持在所述第一调节值，并且在没有超过所述第一阈值时长的任何时间，所述校正网络将所述调节值断言至所述默认值。13.如权利要求12所述的控制器，其特征在于，所述定时网络将脉冲控制信号的脉冲间的周期与第三阈值时长比较，所述第三阈值时长大于所述第二阈值时长，并且当所述调节值处于所述第一调节值并且当超出所述第三阈值时长时，所述校正网络断言所述调节值至第二调节值。14.如权利要求13所述的控制器，其特征在于，所述定时网络将脉冲控制信号的脉冲间的周期与第四阈值时长比较，所述第四阈值时长大于所述第一阈值时长且小于所述第二时长，并且当所述调节值处于所述第二调节值并当超出所述第一阈值时长同时没有超出所述第四阈值时长时，所述校正网络断言所述调节值至所述第一调节值。15.如权利要求I所述的控制器，其特征在于，所述校正网络包括 多个比较器，每个比较器将调节感测信号与多个不同阈值中的相应一个比较并提供相应的多个触发信号；以及 解码器，所述解码器基于所提供的所述多个触发信号的数目断言所述调节值至多个不同电平中的一个。16.如权利要求I所述的控制器，其特征在于，所述调制器产生脉冲控制信号，并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·S·A·菲尔布里克，S·P·劳尔，
申请(专利权)人：英特赛尔美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：