用于降压-升压转换器的高效率PFM控制制造技术

一种降压/升压电压调节器响应输入电压和多个控制信号产生经调节的输出电压。该降压/升压电压调节器包括响应多个控制信号的多个开关晶体管。控制电路监测经调节的输出电压并响应于此产生多个控制信号。控制电路控制多个开关晶体管的操作以允许降压/升压电压调节器中处于第一操作模式下的充电阶段、处于第二操作模式下的通过阶段以及处于第三操作模式下的放电阶段，从而消除四开关切换状态的发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及降压-升压转换器，更具体地涉及限定四开关切换状态的降压-升压转换器。
技术介绍
在降压-升压转换器中包括升压操作模式，其中输出电压高于输入电压。在升压模式中，转换器使用脉冲频率调制(PFM)来控制转换器内的开关晶体管的操作。在传统降压-升压转换器中，升压模式PFM效率非常低。这本质上是由于在降压-升压转换器的四个开关晶体管中的每一个基本同时被切换时发生的四开关切换状态弓I起的。一些在PFM操作模式下限定降压-升压转换器中的四开关切换状态发生的方法可大大地提高转换器的效率。
技术实现思路
本专利技术一个方面包括DC/DC转换器，该DC/DC转换器包括输入端子，该输入端子用于从设置在输入电压电平的输入电压源接收输入电压。输出端子将处于输出电压电平的输出电压提供给连接于输出端子的负载，该输出电压电平不同于输入电压电平。电荷存储元件经由输入端子从其输入侧上的输入电压源接收并存储电荷，并将至少一部分存储的电荷从其输出侧转移至负载。控制系统控制在至少三个重复阶段将电荷存储至电荷存储元件和将电荷从电荷存储元件转移出，从而获得输出电压电平的要求电平。三个阶段包括用于将来自输入端子的电荷存储在电荷存储元件中的电荷存储阶段；用于仅将所存储电荷的一部分从电荷存储元件转移至负载的第一电荷转移阶段以及将基本所有电荷转移至负载的电荷转移阶段。附图说明为了更全面地理解，现参照以下结合附图进行的描述，在附图中图I示出PFM降压-升压DC/DC转换器的顶层图IA示出H电桥开关的详细示意图；图2示出因变于输入电压的降压-升压转换器的不同操作模式的示意图；图3A和3B示出升压模式下的开关操作的一种状态，其示出开关状态和关联的时序图；图4A和4B示出升压模式下的开关操作的第二状态，其示出开关状态和关联的时序图；图5A和5B示出升压模式下的开关操作的第三状态，其示出开关状态和关联的时序图；图6示出在PFM操作中使用第一和第二状态使电压升压的时序图；图7示出图6的PFM操作的单个循环的电感器电流； 图8示出具有改善的升压PFM控制方案的降压-升压转换器和相关控制电路的升压操作的第一实施例；图9示出与图8的降压-升压转换器的操作相关联的波形；图10示出图8和图9的实施例的状态图；图11示出图10的状态图的时序图；图12示出具有改善的降压-升压PFM控制方案的降压-升压转换器和相关控制电路的升压操作的一替代实施例；图13示出与图12的降压-升压转换器的操作相关联的波形；图14示出图12和图13的实施例的状态图；图15示出图14的状态图的时序图；图16和16A示出转换器的降压侧的操作；以及图17不出根据一个实施例的电子/电气系统，该电子/电气系统包括具有开关电路的电子/电气电路。具体实施例方式现在参见附图，其中在全部附图中相同的附图标记用来指代相同的元件，说明和描述了用于降压-升压转换器的高效率PFM(脉冲频率调制)控制的系统和方法的多个视图和实施例，还描述了其它可能的实施例。这些附图不一定是按比例绘制的，而且仅为说明目的，在某些情形下有几个地方已将附图放大和/或简化。本领域普通技术人员可以基于以下可能实施例的示例意识到许多可能的应用和变型。现在参见图1，图I示出脉冲频率调制(PFM)降压-升压DC/DC转换器的高级示意图。DC/DC转换器由开关电桥101构成,开关电桥101操作用于将电荷从标不为Vin的电压输入节点116转移以将电荷转移至电荷存储元件115并随后将该电荷转移至负载，该负载配置为设置在电压输出节点128 (标示为Vott)和节点103上的基准电压之间的并联电容器130 (标示为C。)和电阻器132R。，节点103上的基准电压一般设置在接地电位。电桥101受PFM降压-升压控制器105控制，该PFM降压-升压控制器105根据脉冲频率调制(PFM)操作模式操作。该PFM操作被分成两个操作，一个操作用来对电荷存储元件115充电,一个操作用来将存储在其中的电荷转移至负载。PFM操作改变这两个操作之间的比例，如下文中简要描述的那样。来自时钟106的时钟输入提供PFM操作的时基。电桥101是H电桥。这由两个节点122、126构成，电荷存储元件115设置在这两者之间。第一开关106连接在输入节点116和节点122之间。第二开关108连接在节点122和基准节点103之间。这两个开关106、108，如下文中简要描述的那样，通常用于降压-升压转换器的降压侧。H电桥的另一侧包括第一开关110，其连接在输出电压节点128和电荷存储元件115的另一侧上的节点126之间；以及第二开关112，其连接在节点126和基准节点103之间。开关110、112通常用于降压-升压转换器的升压部分。然而，H电桥配置允许在如何将电荷转移至电荷存储元件115并随后从电荷存储元件115转移至输出节点128的方面表现出多样性，如下文中更详细描述的那样。 现在参见图1A，图IA示出实现H电桥101的更详细示意图。在这种配置中，开关106配置有P沟道晶体管，开关108配置有η沟道晶体管，开关110配置有ρ沟道晶体管，而开关112配置有η沟道晶体管。控制晶体管106、108的栅极的信号分别为BUCK_HS和BUCK_LS信号。类似地，控制晶体管110、112的栅极的信号分别为PFM Boost-d(PFM升压_d)和PFM Boost (PFM升压)。对于本说明书中出现的相同元件，用于元件106、108、110和112的术语“开关”可与术语“晶体管”互换。电荷存储元件115由连接在节点122和126之间的电感器114构成。现在参见图2A，图2A示出与目标Vqut电压关联的因变于降压-升压模式的输入电压图。该Vmjt电压由虚线表不。当输入电压低于V OUT—TARGET—dV^ 时，DC/DC转换器工作在升压模式。当Vin在电压Vtot TARGETV2 和 V〇UT—TARGEfdV1 之间时，DC/DC转换器工作在降压模式或升压模式下。如果Vin大于VTOT TAK；ET+dV2JUDC/DC转换器工作在降压模式下。当工作在降压-升压模式时，这通常被称为“转变”阶段。DC/DC转换器利用脉冲频率调制(PFM)操作，这有时被称为脉冲频率模式。这利用一固定时钟频率，其中电荷存储元件115或电感器114被充电长达时长 *，随后进行转移操作长达时长Τ_。通过改变Ton和Ttw之间的比例，转移至负载的电荷量可如图2Β所示地改变。在升压模式下，例如晶体管106闭合而晶体管110、112被切换以实现存储和转移操作，如下文中更详细描述的那样。为了在升压模式下对电感器充电，即将电荷存储在其中，通过在晶体管106闭合时闭合晶体管112并断开晶体管110，节点126被下拉至接地电位。这是图2Β中标示为Ton的阶段。在Ton周期结束时，晶体管112断开且晶体管110闭合，将电荷转移至输出节点128，这被标示为Ttw周期，这个周期持续到时钟的下一发生沿。通过改变1 、1'_这两个周期的时长之比，转移至负载的电荷量可以改变。这在下文中将针对控制器105在升压模式下的操作进行更详细的描述。升压模式的操作将在下面附图中予以描述。一般来说，在所披露实施例的升压模式中存在三种状态。第一充电阶段用来将电荷存储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC？DC转换器，包括：输入端子，用于从设置在输入电压电平的输入电压源接收输入电压；输出端子，用于将处于输出电压电平的输出电压提供给连接于所述输出端子的负载，所述输出电压电平不同于所述输入电压电平；电荷存储元件，用于经由输入端子从其输入侧上的输入电压源接收并存储电荷，并将至少一部分存储的电荷从其输出侧转移至所述负载；以及控制系统，用于在至少三个重复阶段控制将电荷存储至所述电荷存储元件和将电荷从所述电荷存储元件转移以使输出电压电平达到要求的电平，所述三个阶段包括用于将来自所述输入端子的电荷存储到所述电荷存储元件中的电荷存储阶段、用于将所存储的电荷的仅一部分从所述电荷存储元件转移至所述负载的第一电荷转移阶段以及将基本所有电荷转移至所述负载的第二电荷转移阶段。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄丛中，S·派特利瑟克，
申请(专利权)人：英特赛尔美国有限公司，
类型：发明
国别省市：