[發明專利]用于非反相降壓-升壓轉換器的高效PFM開關控制

在審

• 申請號: 201410758564.1
• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN104716825A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: S·法布羅
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H02M3/04
• 分類號: H02M3/04;H02M3/10
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華

技術領域

本發明涉及一種電功率轉換器，并且特別地，涉及降壓-升壓轉換器。

背景技術

降壓-升壓轉換器可以用作針對具有特定的電流和/或電壓要求的負載的驅動器。降壓-升壓轉換器可以提供大于、小于、或等于輸入電壓的輸出電壓。非反相降壓-升壓轉換器可以被用來提供具有與輸入電壓相同極性的輸出電壓。非反相降壓-升壓轉換器可以使用四個圍繞單個公共電感器相連的開關，其中開關控制降壓-升壓轉換器操作在降壓模式(即，輸出電壓低于輸入電壓)或者升壓模式(即，輸出電壓高于輸入電壓)。

一種非反相降壓-升壓轉換器可以受到控制以操作在脈沖頻率調制(PFM)模式，典型地，當所要求的負載電流相對低的時候。轉換器可以在電感器中積累能量，而轉換器可以繼而以脈沖或電流能量包從電感器向轉換器的輸出放電。轉換器可以向轉換器的輸出放電一列或一串多個能量包(也稱為脈沖串)，在輸出電壓下降到低于觸發閾值時開始并一旦輸出電壓已上升到足夠的閾值時結束。轉換器可以具有耦合到該輸出處的輸出電容器，所述輸出電容器將電荷存儲在輸出處。

在輸出電壓由于輸出處的負載從輸出電容器汲取電荷而降低時，轉換器可以接著保持非活動。輸出電壓可以越過觸發閾值而降低，并促使轉換器重新開始對一列電感器能量包放電。因此，轉換器圍繞兩個閾值而交替改變其輸出電壓，較低的觸發閾值和較高的觸發閾值。轉換器可能經歷紋波電壓和超過電壓閾值的過沖。任何轉換器還生成輸入和輸出之間的一些能量損失。轉換器的效率可以被定義為其輸出能量與其輸入能量之比。對于操作在PFM模式下的非反相降壓-升壓轉換器，能量損失通常是更多由于開關和動態損耗(由于開關的柵極電容和轉換過程中開關兩端的V*I功率耗散)，而不是歐姆損耗。

發明內容

一般來說，本公開的各種實施例針對一種非反相降壓-升壓轉換器，其具有高效的脈沖頻率調制(PFM)的開關控制。在本公開的各個實施例中，高效PFM開關控制可以控制降壓-升壓轉換器的開關，以限制紋波電壓和電壓閾值過沖，并減少開關操作中的能量損耗，以及其它優點。在本公開的各個實施例中，高效PFM開關控制可以針對效率專門優化升壓模式和/或降壓模式，并且可以基于各種因素，諸如電感器充電階段期間或輸入電壓和輸出電壓之間的比較，來選擇一個或另一個優化模式。

一個實施例涉及一種用于控制降壓-升壓轉換器的設備，其中，所述降壓-升壓轉換器包括電感器和電壓輸出。該設備被配置為對電壓輸出處的輸出電壓與低基準電壓和高基準電壓進行比較。該設備進一步被配置為對電感器處的電流與低閾值電流和高閾值電流進行比較。該設備進一步被配置為，響應于電壓輸出處的輸出電壓低于基準電壓時，對電感器充電。該設備進一步被配置為，響應于電感器處的電流達到高閾值電流，將電感器耦合到電壓輸出，以從電感器向電壓輸出傳遞電荷。該設備進一步被配置為，響應于電感器處的電流達到低閾值電流或者輸出電壓達到高基準電壓，停止從電感器向電壓輸出傳遞電荷。

另一個實施例涉及一種用于控制降壓-升壓轉換器的方法，其中，降壓-升壓轉換器包括電感器和電壓輸出。所述方法包括：對電壓輸出處的輸出電壓與低基準電壓和高基準電壓進行比較。該方法還包括對電感器處的電流與低閾值電流和高閾值電流進行比較。該方法還包括，響應于電壓輸出處的輸出電壓低于低基準電壓，對電感器充電。該方法還包括，響應于電感器處的電流達到高閾值電流，將電感器耦合到電壓輸出，以從電感器向電壓輸出傳遞電荷。該方法還包括，響應于電感器處的電流達到低閾值電流或者輸出電壓達到高基準電壓，停止從電感器向電壓輸出傳遞電荷。

另一個實施例涉及一種用于控制降壓-升壓轉換器的集成電路，其中，所述降壓-升壓轉換器包括電感器和電壓輸出。集成電路被配置為對電壓輸出處的輸出電壓與低基準電壓和高基準電壓進行比較。集成電路進一步配置為對電感器處的電流與低閾值電流和高閾值電流進行比較。集成電路進一步被配置為，響應于電壓輸出處的輸出電壓低于低基準電壓時，對電感器充電。集成電路進一步被配置為，響應于電感器處的電流達到高閾值電流，將電感器耦合到電壓輸出，以從電感器向電壓輸出傳遞電荷。集成電路進一步被配置為，響應于電感器處的電流達到低閾值電流或者輸出電壓達到高基準電壓，停止從電感器向電壓輸出傳遞電荷。

本發明的一個或多個實施例的細節在附圖和下述說明書中進行闡述。其他特征、目的、以及本發明的優點將從說明書和附圖以及權利要求書而變得明顯。

附圖說明