[發明專利]DC-DC轉換器的延遲補償

無效

• 申請號: 200980129388.2
• 申請日: 2009-07-28
• 公開（公告）號: CN102106067A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 博比·雅各布·丹尼爾
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 倪斌

技術領域

本發明涉及電源，具體涉及用在電源中的DC-DC轉換器。

背景技術

許多電設備特別是大多數現代電子設備利用直流(DC)電源進行工作。然而，至少就關注的常設電源而言，至少供家庭用戶使用的絕大多數固定電力是交流(AC)供電的形式，這種交流供電以額定電壓傳送至千家萬戶，額定電壓取決于地理位置典型地為110V、220V、240V。因此，對于能夠從AC市電轉換為DC形式電功率的電功率轉換器存在巨大的需求。

此外，對于由DC電源供電的電設備或電子設備，設備利用多種DC電壓電平變得越來越常見。因此，個人電腦可以具有24V的DC電源，但是還包括一些以24V、12V或5V工作的系統或部件。作為另一示例，個人移動設備如PDA或移動電話可以用提供4.8V固定電壓的電池來工作，但是還包括以不同電壓如1.7V或3.3V工作的電路或集成電路(IC)?？蓮腘XP半導體購得的示例個人計算機芯片GreenchipTM提供12V、5V和3.3V中每一電壓。移動閃存典型地需要3.5V至4V之間的電壓。同樣來自NXP的遲滯(hysteretic)降壓轉換器LED驅動器IC如CoalaTM芯片利用24V設計輸入提供范圍在6V至22V的輸出。

為了傳送與所提供的DC電壓不同的DC電壓，普遍使用DC-DC轉換器。

DC-DC轉換器的示例是遲滯轉換器。遲滯DC-DC轉換器典型地具有可切換地連接至電感器的輸入。電感器的另一側可以連接至電容器并提供穩定的DC輸出。使用晶體管對或其他開關對，去往電感器的輸入在額定電源電壓與額定地電壓之間切換。因此通過電感器的電流交替地增大和減小。因此輸出處的平均電壓在第一近似下取決于輸入電壓的占空系數(mark-space?ratio)：在一種極端情況下，如果輸入電壓始終是額定電源電壓，則輸出電壓也是額定電源電壓；在相反的極端情況下，如果輸入電壓始終是額定地電壓，則輸出電壓也是額定地電壓。對于去往電感器的輸入在周期時間的50％內為高的典型占空系數，輸出電壓額定地是電源電壓的50％。通常，對于降壓轉換器，輸出電壓(Vout)等于按占空比(dutycycle)來縮放的輸入電壓(vVn)：

Vout＝Vin.占空比

在這樣的遲滯轉換器中，通過電感器的電流典型地具有鋸齒波形。電流從預期的最小值或谷值線性地增大，直到該電流達到預期的最大值或峰值。一旦電流達到了該最大預期值，就將輸入切換至低，電流再次從峰值線性地減小至預期谷值。一旦電流達到預期谷值，就再次切換輸入，這次將輸入切換至高或電源電壓，電感器中的電流再次開始上升。因此，電流具有近似鋸齒的波形。波形典型地不是對稱的：也就是說，典型地電流上升的速率與電流下降的速率不同。

在具體設備中，該電流周期或電流循環(loop)通常不符合上述理想化的鋸齒。引起不準確性的循環中一個具體延遲或循環延遲是由于比較器而引起的延遲：為了確定何時切換輸入電壓，感測電感器電流(通常利用感測電阻器兩端的電壓)；利用比較器將該電壓與基準值相比較；然而由于比較器進行比較所花費的時間，在稍晚于電流經過基準值的時刻才切換輸入電壓。因此，由于該延遲，存在超出預期峰值或谷值的電流過沖和/或下沖。

在遲滯轉換器中，平均電流在峰值和谷值之間的當中。預期的平均電流在內部設置的基準峰值與谷值之間的當中。然而，如果電流經過基準值的時刻到轉換器相反切換的時刻之間存在延遲Td，這將引起等于Td×dI/dt_rise的電流過沖，其中，I是通過電感器的電流，dI/dt是電流變化速率，dI/dt_rise是指上升期間的電流斜率。等同的下沖等于Td×dI/dt_fall。

這導致以下兩種效果：首先，紋波超出預期，超出的量等于過沖之和，其中可以將紋波定義為通過電感器的最大電流和最小電流之間的變化；其次，如果上升和下降斜率即dI/dt_rise和dI/dt_fall不同(一般情況下是這樣的)，則實際平均電流和預期平均電流(是基準峰值和谷值的均值)之間會存在偏差。