[發明專利]降壓開關電壓轉換器以及關聯的切換控制方法

有效

• 申請號: 201280010832.0
• 申請日: 2012-02-28
• 公開（公告）號: CN103404012B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: S-I·具
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

一種降壓開關電壓調節器，具有高壓側晶體管開關和低壓側晶體管開關，包括模式控制電路，其基于在開關周期截止時間(電感器放電)期間通過低壓側開關的感測電感器電流，在脈寬調制(PWM)模式和脈沖頻率調制(PFM)模式之間切換。模式切換基于比較積分的電感器電流感測信號和相應于預定的平均電感器電流I_AVE的積分的參考信號。在一個實施例中，模式切換條件至少部分基于I_VALLEY＝2I_AVE?I_PEAK，其中I_PEAK是在所述關閉時間開始時檢測到的峰值電感器電流，并且I_VALLEY是由I_AVE和I_PEAK確定的電感器電流值。

技術領域

本發明一般涉及開關電壓調節器，且具體涉及降壓DC-DC轉換器中操作的PWM和PFM模式之間切換控制的控制設備和方法。

背景技術

開關電壓調節器通常用于從電源，如電池提供調節的電壓源。一種普通類型開關調節器作為降壓穩壓器(降壓轉換器)，其提供小于利用脈沖寬度調制(PWM)的輸入電壓的電壓輸出。圖1是傳統降壓轉換器的簡化的示圖，其中控制電路沒有示出。所提供的電感器L具有一個連接到調節的輸出電壓V_OUT節點的端子。電感器的另一個端子利用P型晶體管開關22連接到輸入電壓節點V_IN，該P型晶體管有時稱為高壓側晶體管。同一電感器端子通過N型晶體管開關24連接到地，該N型晶體管有時稱為低壓側晶體管。開關22和24反相驅動，其中有少量交疊的OFF周期，以便V_IN永不經這兩個開關直接接地。PWM以固定頻率操作。

控制電路控制P型晶體管開關22和N型晶體管開關24的狀態從而提供調節的輸出電壓V_OUT。電感器L電流在圖2的時序圖中示出。平均電感器電流與負載電流相同。如可從圖中看出的那樣，負載電流是流經電感器L進入負載的DC電流。在初始開關周期T0到T1，P型晶體管22導通，而N型晶體管24截止。在該時間段，跨電感器L的電壓相對固定在V_IN-V_OUT。這將引起電感器電流增加，增加電流的斜率等于(V_IN-V_OUT)/L。該充電電流提供給濾波電容器C1和RL表示的負載。假定使用電壓模式架構，電感器電流增加直到其在時間T1達到峰值最大值I_PEAK。

在該峰值電流點，控制電路中的比較器會切斷(trip)引起P型晶體管截止，且在短交疊時間段后，N型晶體管24導通。跨電感器L的電壓現在約為V_OUT，其極性使電感器L的電流減小，電容器C1提供放電電流。從T1到T2的放電電流斜率為-V_OUT/L。在時間T2，開關周期結束，晶體管24截止。假定負載電流在給定開關時間段保持相對恒定，在開關周期T2結束時的電感器電流與在T0時周期開始時的一樣。對于每個連續開關周期，開關重復。

在每個固定的持續開關周期中，輸出電壓V_OUT是通過調制晶體管22導通時間調節的(T0到T2；T2到T4等等)。因此，如果輸出電壓V_OUT由于負載電流增加而降低，則晶體管22的導通時間增加。類似地，如果V_OUT由于負載電流降低而減小，則晶體管22的占空比將減小。

平均負載電流等于平均電感器L電流I_AVE。平均電感器電流I_AVE可基于圖2中的檢測表達為：

I_AVE＝I_DC+(I_PEAK-I_DC)/2 (1)。

當DC負載電流I_DC接近零時，等式(1)簡化為：

I_AVE＝I_PEAK/2 (2)。