[發明專利]使用脈沖寬度調制和電流模式控制的開關轉換器

在審

• 申請號: 201811386782.1
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109818498A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: M·瓦寧;C·加伯薩;S·奧爾蘭迪;W·范斯洛滕
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱;崔卿虎

本文公開了使用脈沖寬度調制和電流模式控制的開關轉換器。本文中描述了一種開關轉換器。根據一個實施例，開關轉換器包括開關電路，該開關電路被配置為接收開關信號并且根據開關信號(S_PWM)交替地將開關電路的輸出節點與電源節點和參考節點連接。輸入電壓可操作地施加在電源節點與參考節點之間。開關轉換器進一步包括耦合在開關電路的輸出節點與開關轉換器的輸出節點之間的電感器以及被配置為生成具有取決于輸入電壓的振蕩器頻率的時鐘信號的振蕩器。開關控制器被配置為接收時鐘信號并且使用脈沖寬度調制(PWM)生成開關信號，其中開關信號的頻率是根據振蕩器頻率來設置的，并且開關信號的占空比是使用電流模式控制來確定的。

技術領域

本公開涉及諸如DC/DC降壓轉換器的開關轉換器領域。

背景技術

開關轉換器通常根據諸如輸入電壓、輸出電壓和輸出電流(即，負載)等一個或多個參數以不同的操作模式進行操作。不同的操作模式在控制通過開關轉換器的電感器(扼流圈)的電流的電子開關的開關控制方面不同。開關轉換器可以以連續導通模式(CCM)和不連續導通模式(DCM)進行操作。在CCM中，電感器電流連續通過電感器而不會降至零，而在DCM中，電感器電流具有不連續的波形，因為電流在每個開關周期中降至零。

電子開關的切換操作是由觸發電子開關的激活/去激活的開關信號確定的。開關信號是邏輯信號(即，假定僅邏輯高電平或邏輯低電平)，其可以使用不同的調制方案進行調制以便調節例如輸出電壓或輸出電流。常見的調制方案是脈沖寬度調制(PWM)和脈沖頻率調制(PFM)。當使用PWM時，開關信號的占空比是通過調節開關信號在每個開關周期中的導通時間(即，脈沖寬度)來調節的，而開關頻率是恒定的。當使用PFM時，開關頻率是通過調節開關信號的脈沖的時間位置來調節的，而脈沖寬度(即，開關周期中的導通時間)是恒定的。

CCM和DCM這兩種模式可以與調制方案PWM和PFM中的一種組合。因此，可以區分四種操作模式，即PFM-DCM、PWM-DCM、PWM-CCM和PFM-CCM。針對特定操作點針對不同操作模式(例如，針對輸入電壓、輸出電壓、輸出電流的特定組合)，功率轉換的可實現效率可以是不同的。此外，某些操作模式可能不適合特定范圍的操作模式。為了優化效率，已經開發了多模式開關轉換器，這些多模式開關轉換器被配置為在兩種或更多種不同的操作模式中操作。監測開關轉換器的操作點，并且如果達到模式切換條件，則改變操作模式。

在一些操作模式中，可能發生穩定性問題，而在使用PWM-CCM時通常可以容易地保證穩定操作。然而，CCM在特定的工作點范圍(諸如具有高輸入電壓和高輸出電流(高負載)的工作點)內穩定可能并不容易。

發明內容

本文中描述了一種開關轉換器。根據一個實施例，開關轉換器包括開關電路，該開關電路被配置為接收開關信號并且根據開關信號(S_PWM)交替地將開關電路的輸出節點與電源節點和參考節點連接。輸入電壓可操作地施加在電源節點與參考節點之間。開關轉換器進一步包括耦合在開關電路的輸出節點與開關轉換器的輸出節點之間的電感器以及被配置為生成具有取決于輸入電壓的振蕩器頻率的時鐘信號的振蕩器。開關控制器被配置為接收時鐘信號并且使用脈沖寬度調制(PWM)生成開關信號，其中開關信號的頻率是根據振蕩器頻率來設置的，并且開關信號的占空比是使用電流模式控制來確定的。

此外，本文中描述了一種方法。根據一個實施例，該方法包括使用被包括在開關轉換器中的開關電路根據開關信號交替地將輸入電壓和參考電位施加到開關轉換器的電感器的第一端子。該方法進一步包括生成具有取決于輸入電壓的振蕩器頻率的時鐘信號，以及使用脈沖寬度調制(PWM)生成開關信號，其中開關信號的頻率是根據振蕩器頻率來設置的，并且開關信號的占空比是使用電流模式控制來確定的。

附圖說明

參考以下附圖和描述可以更好地理解本發明。圖中的部件不一定按比例繪制；相反，重點在于說明本發明的原理。在附圖中，相同的附圖標記表示相應的部分。在圖中：