[發明專利]功率轉換器中的導通時間補償

在審

• 申請號: 202011110531.8
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112688537A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 陳鏗;L·佩特魯茲
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08;H02M3/155
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 黃倩

本公開的各實施例涉及功率轉換器中的導通時間補償。一種諸如DC?DC功率轉換器的裝置在恒定導通時間控制模式下操作，該裝置包括開關、導通時間控制器，以及補償器。在多個控制周期內，導通時間控制器控制激活開關的導通時間時長以及用于對動態負載供電的輸出電壓的生成。與導通時間控制器通信的補償器根據由輸出電壓輸送至動態負載的輸出電流的幅度來調節激活開關的導通時間時長。例如，在動態負載消耗較高的電流量的較重負載條件期間——在該較重負載條件下，電源的內部電阻性損耗變得較顯著——補償器增加激活開關的導通時間時長，這導致電源和開關的操作較接近于所期望的頻率設置點。

背景技術

常規的降壓轉換器將輸入電壓轉換為輸出電壓。這樣的功率轉 換器電路的某些實例包括對降壓轉換器中的開關的導通時間進行控 制的控制電路裝置。

作為示例，常規的恒定導通時間生成器電路是一種開環系統， 其中功率轉換器電路中的對應開關的導通時間脈沖時長是相應的輸 入電壓和輸出電壓的函數。當出現PWM脈沖觸發時，Ton_done信 號確定由控制器產生的相應“導通(ON)”脈沖的時長。在傳統方 法中，該Ton_done作為輸入和輸出電壓二者的函數被生成。恒定導 通時間信號生成器電路中的任何數量的開關控制用于對相應電容器 充電的電流量。隨著電容器上的電壓上升至閾值以上，Ton_done被 斷言為高狀態，重置用于下一個PWM周期的導通時間脈沖。

發明內容

用于生成控制開關的恒定導通時間時長的常規技術受到缺陷的 影響。例如，開關電源可以被配置為在所期望的開關頻率下操作， 該開關頻率提供最佳整體效率。不幸的是，由于電源中的電阻性損 耗(諸如開關損耗、電感器中的DCR損耗，等等)，負載的電流消耗的變化使得電源中的內部電壓損耗增加，這導致了關于在恒定導 通時間模式下操作電源的所期望的頻率設置點的不期望有的頻率偏 移。在沒有補償的情況下，在偏移的頻率下操作電源導致了從輸入 電壓到輸出電壓的較低效率的電壓轉換。

本文的實施例包括用于提高生成輸出電壓的效率并且解決常規 功率轉換器的缺陷的新穎方式。

更具體地，本文的實施例包括一種裝置，裝置包括：開關、導 通時間控制器和補償器。開關的激活生成對動態負載供電的輸出電 壓。針對多個控制周期中的每個控制周期，導通時間控制器控制激 活開關的導通時間時長以及輸出電壓的生成。在一個實施例中，補償器與導通時間控制器進行通信。補償器根據由輸出電壓輸送至動 態負載的輸出電流的幅度來調節激活開關的導通時間時長。

在一個實施例中，補償器所控制的對導通時間時長的調節對頻 率操作進行調節，這提高了生成相應輸出電壓的效率。例如，諸如 在開關的恒定導通時間控制操作期間產生輸出電壓時，對開關的導 通時間時長的調節減少了關于所期望的操作設置點的頻率偏移的出 現。換句話說，在動態負載消耗高于閾值的大量電流時的重載條件 期間——在該重載條件期間，功率轉換器經受顯著的內部壓降—— 補償器增加激活開關的導通時間時長，從而以較接近于所期望的設 置點頻率的方式操作功率轉換器。這樣的補償還導致了將輸入電壓 轉換為相應的輸出電壓的高效轉換(諸如較低的損耗)。

根據另外的實施例，補償器被操作用于產生被輸入至導通時間 控制器的調節信號。在一個實施例中，調節信號增加導通時間控制 器所產生的導通時間時長。開關的經增加的導通時間時長導致在多 個控制周期內降低了在恒定導通時間控制模式下激活開關的開關頻 率。

在另外的示例性實施例中，如本文所描述的裝置包括功率轉換 器電路(諸如DC-DC電壓轉換器)，開關和恒定導通時間控制器位 于該功率轉換器電路中。經調節的導通時間時長提供了控制相應開 關的頻率補償。

根據另外的實施例，導通時間控制器包括第一輸入和第二輸入， 第一輸入接收輸入電壓；第二輸入接收輸出電壓。導通時間控制器 基于輸入電壓的幅度和輸出電壓的幅度來產生控制開關的導通時間 時長。