[發明專利]不連續DC-DC電壓轉換器中的輸出電流感測方法

有效

• 申請號: 201080008111.7
• 申請日: 2010-02-10
• 公開（公告）號: CN102318174A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: W·雷克斯霍伊恩;M·M·A·布洛克斯
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 舒雄文;蹇煒

技術領域

本發明涉及高電壓生成器，特別是涉及用于供應DC輸出電壓的降壓DC-DC轉換器電路(降壓轉換器(buck?converter))，其可以例如用于X射線照相術成像系統的電壓供應電路中。根據本發明，降壓轉換器的存儲感應器電流的峰值由控制電路控制，控制電路調節此存儲感應器的反饋線路中的半導體開關的開通時間。作為其結果，通常用于今天的降壓轉換器設計中的輸出電流傳感器變得多余。

背景技術

降壓轉換器或降壓DC-DC轉換器是開關模式電源，其包括存儲感應器L、輸出電容器C_out、半導體開關S(其可以例如作為雙極晶體管或場效應晶體管實現)以及續流二極管(freewheeling?diode)D，用于控制感應器兩端的電壓降U_L并從而控制通過此感應器的電流I_L。降壓轉換器的操作相當簡單，因為其在開通狀態和關斷狀態之間周期性地交替，在開通狀態，感應器連接到輸入電壓U_in以便在感應器中存儲電能，在關斷狀態，感應器放電到負載中，負載諸如是歐姆電阻器R。在開通狀態，感應器兩端的電壓降U_L由降壓轉換器的輸入電壓U_in和輸出電壓U_out給出。如能夠容易地計算的，通過感應器的電流I_L線性上升。在開通狀態，因為續流二極管由輸入電壓U_in反向偏置，所以沒有電流流過此二極管。在關斷狀態，二極管D正向偏置，使得感應器兩端的電壓降為U_L＝-U_out(當假定二極管電壓降U_D可忽略時)并且感應器電流I_L降低。

發明內容

在相關文獻中公開的常規DC-DC電壓轉換器中，感應器電流I_L可以由設置在感應支路中的電流傳感器測得。探測的電流值饋至控制半導體開關S的開通狀態持續時間Δt_on的控制單元。在較高操作頻率，嚴重的問題是，電流傳感器的反應時間慢，并且歸因于所述電流傳感器引起的信號延遲，降壓轉換器的轉換精度降低。另外的問題是需要給電流傳感器供應電壓以及包括該電流傳感器的降壓轉換器的相對高的生產成本。

因此，本發明的目的是提供一種克服上述問題的DC-DC電壓轉換器。根據本發明，通過一種DC-DC電壓轉換器實現了這個，該轉換器的工作無需根據電流傳感器探測的測得的感應器電流I_L來進行控制。

為了實現此目的，本發明的第一范例性實施例涉及一種控制單元，用于控制以不連續電流模式操作的DC-DC電壓轉換器電路的功能性，其中，所述控制單元包括電流模擬器，所述電流模擬器用于模擬第一半導體開關的每一個循環再現的開通狀態階段中，流過設置在所述DC-DC電壓控制器電路的感應支路中的存儲感應器的感應器電流的斜率，在所述第一半導體開關的每一個循環再現的開通狀態階段期間，所述存儲感應器連接至所述DC-DC電壓轉換器電路的DC輸入電壓。所述控制單元由此被配置為基于所述感應器電流的所模擬的斜率來控制此開通狀態階段的持續時間。

根據本發明，可以將所述電流模擬器配置為：通過在第二半導體開關的循環再現的關斷狀態階段期間對存儲電容器進行充電來控制所述第一半導體開關的開通狀態階段的持續時間，所述第二半導體開關的循環再現的關斷狀態階段的持續時間由數字周期性控制信號的占空比規定；使得所述電容器兩端的電壓降的斜率因子取決于所述感應器電流的所模擬的斜率；以及使得所述第一半導體開關的開通狀態的持續時間等于所述存儲電容器的充電過程期間所述電容器的電壓的上升時間。

在此第一范例性實施例的優選實施例中，所述電流模擬器可以包括電壓控制的電流源，所述電壓控制的電流源的輸出電流用于在所述第二半導體開關的關斷狀態階段中對所述存儲電容器進行充電，所述電壓控制的電流源由控制電壓控制，所述控制電壓與所述DC-DC電壓轉換器電路的輸入電壓和輸出電壓的差成比例。