專利名稱：升壓轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流/直流轉(zhuǎn)換器，更具體的是涉及升壓型直流/直流轉(zhuǎn)換器及其控制器。
背景技術(shù)：
直流/直流轉(zhuǎn)換器用于將一個(gè)輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出直流電壓。升壓轉(zhuǎn)換器是直流/直流轉(zhuǎn)換器中的一種，它可將一個(gè)輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)更高的輸出直流電壓。這種升壓轉(zhuǎn)換器可用于各種電子裝置，包括由電池供電的便攜式電子裝置。通常，輸出電壓被調(diào)節(jié)至一個(gè)所需值，但是由于電池放電或不同的負(fù)載電流，輸入電壓會(huì)改變。升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓由一個(gè)控制器控制，此控制器控制一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。
一種提供給開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)為脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，改變PWM信號(hào)的占空比可控制開(kāi)關(guān)狀態(tài)。對(duì)于使用PWM控制信號(hào)的升壓轉(zhuǎn)換器，該升壓轉(zhuǎn)換器的相關(guān)電感的電流紋波取決于PWM控制信號(hào)的占空比(D)。當(dāng)D＝0.5時(shí)，電感電流紋波最大；當(dāng)D＞0.5或者D＜0.5時(shí)，電感電流紋波減小。當(dāng)設(shè)計(jì)這種升壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，需要考慮最壞情況下的電感電流極限。這就需要有一個(gè)電感承載峰值電流而不飽和鐵芯。對(duì)于由PWM控制信號(hào)控制的升壓轉(zhuǎn)換器，必須根據(jù)D＝0.5時(shí)的峰值電流設(shè)計(jì)該電感的尺寸，D＝0.5時(shí)的輸入電壓滿足VIN＝VOUT/2。對(duì)于其他輸入電壓，峰值電流減小，因此電感未充分使用。同樣的未充分使用影響到所有的升壓轉(zhuǎn)換器元件，包括電源開(kāi)關(guān)，輸出和輸入濾波電容，這些電容用于平滑輸出電壓和對(duì)輸入電壓進(jìn)行濾波。這些會(huì)對(duì)該升壓轉(zhuǎn)換器的成本、尺寸和效率產(chǎn)生負(fù)面影響。其他類型的控制信號(hào)，例如改變頻率的脈沖頻率調(diào)制控制信號(hào)(PFM)，會(huì)產(chǎn)生同一個(gè)PWM控制信號(hào)控制的該升壓轉(zhuǎn)換器類似的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種直流/直流轉(zhuǎn)換器，它可將一個(gè)輸入直流電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)輸出直流電壓。直流/直流轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)、連接到該至少一個(gè)開(kāi)關(guān)的一個(gè)電感和可提供一個(gè)控制信號(hào)的一個(gè)控制器。該開(kāi)關(guān)響應(yīng)處于一個(gè)第一狀態(tài)的控制信號(hào)，進(jìn)入閉合狀態(tài)且該狀態(tài)維持一個(gè)閉合時(shí)間段，該閉合時(shí)間段取決于輸入直流電壓和一個(gè)常量。
本發(fā)明另提供一種電子裝置，該裝置包括一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器，用來(lái)將輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為輸出直流電壓。直流-直流轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)、連接到該至少一個(gè)開(kāi)關(guān)的一個(gè)電感和可提供一個(gè)控制信號(hào)的一個(gè)控制器。該開(kāi)關(guān)響應(yīng)處于一個(gè)第一狀態(tài)的控制信號(hào)，進(jìn)入閉合狀態(tài)且該狀態(tài)維持一個(gè)閉合時(shí)間段，該閉合時(shí)間段的長(zhǎng)短取決于輸入直流電壓和一個(gè)常量。
本發(fā)明還提供一種方法。該方法包括提供一個(gè)控制信號(hào)到一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)；提供處于一個(gè)第一狀態(tài)的該控制信號(hào)，該至少一個(gè)開(kāi)關(guān)響應(yīng)處于第一狀態(tài)的該控制信號(hào)，進(jìn)入閉合狀態(tài)并且閉合狀態(tài)維持一個(gè)閉合時(shí)間段；根據(jù)一個(gè)輸入到直流/直流轉(zhuǎn)換器的直流電壓和一個(gè)常量控制閉合時(shí)間段的長(zhǎng)短。
本發(fā)明又提供一種用于將輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為大于該輸入直流電壓的輸出直流電壓的一個(gè)升壓直流/直流轉(zhuǎn)換器。升壓轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)、一個(gè)與高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)相連接的電感、一個(gè)可控制高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的控制器，在一個(gè)閉合時(shí)間狀態(tài)，該控制器可將高側(cè)開(kāi)關(guān)切換到斷開(kāi)狀態(tài)并將低側(cè)開(kāi)關(guān)切換到閉合狀態(tài)。在閉合時(shí)間狀態(tài)，根據(jù)輸入直流電壓和一個(gè)常量，低側(cè)開(kāi)關(guān)可保持一個(gè)閉合時(shí)間段的閉合狀態(tài)。在斷開(kāi)時(shí)間狀態(tài)，控制器還可控制高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，它可將高側(cè)開(kāi)關(guān)切換到閉合狀態(tài)并將低側(cè)開(kāi)關(guān)切換到斷開(kāi)狀態(tài)?？刂破鬟€可以預(yù)測(cè)電感上的電流何時(shí)達(dá)到零，在避免產(chǎn)生反向電流的跳躍狀態(tài)期間，該反向電流從輸出直流電壓流出并經(jīng)過(guò)高側(cè)開(kāi)關(guān)流向輸入直流電壓，控制器還可以控制高側(cè)和低側(cè)的狀態(tài)，將高側(cè)開(kāi)關(guān)切換到斷開(kāi)狀態(tài)，并將低側(cè)開(kāi)關(guān)切換到斷開(kāi)狀態(tài)。
本發(fā)明可減小元件尺寸可用來(lái)節(jié)省空間，元件的成本也低于采用現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)采用超大元件的成本。


圖1A示出了具有一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器的一個(gè)電子裝置的簡(jiǎn)化框圖；圖1B示出了圖1A所示升壓轉(zhuǎn)換器的一個(gè)實(shí)施例的框圖；圖1C示出了圖1B所示實(shí)施例的一個(gè)時(shí)序圖；圖1D示出了圖1B所示實(shí)施例的另一個(gè)時(shí)序圖，此時(shí)序圖對(duì)工作在重載和輕載情況進(jìn)行了對(duì)比；圖2A示出了圖1A所示升壓轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)實(shí)施例的框圖；圖2B示出了圖2A所示升壓轉(zhuǎn)換器在連續(xù)電流模式下工作的時(shí)序圖；圖2C示出了圖2A所示升壓轉(zhuǎn)換器在不連續(xù)電流模式下工作的時(shí)序圖；圖3示出了圖2A所示壓控電流源的電路圖；圖4示出了圖3所示壓控電流源的一個(gè)潛在實(shí)施例的電路圖；圖5示出了圖2A所示壓控可切換電流沉的電路圖；圖6示出了圖5所示壓控可切換電流沉的一個(gè)潛在實(shí)施例的電路圖；
圖7示出了圖2A所示Vcap、ndr和pdr在連續(xù)電流模式下的波形圖；圖8示出了圖2A所示Vcap、ndr和pdr在不連續(xù)電流模式下的波形圖；圖9示出了圖2A所示反饋控制電路的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；圖10示出了圖2A所示幾個(gè)元件的電壓和電流的波形圖；圖11示出了圖2A所示電流檢測(cè)電路的一個(gè)實(shí)施例的電路圖。
具體實(shí)施例方式
雖然如下詳細(xì)描述將參考示例性實(shí)施例展開(kāi)，但是對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，顯然，他們會(huì)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明存在許多同等物、修訂和變更描述。因此，希望可以更寬泛的理解本發(fā)明。
圖1A示出了一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)電子裝置190，該電子裝置具有一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器100。該電子裝置190可以是任何一種電子裝置，包括但不限于服務(wù)器、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、電源工具等。電子裝置190可以從任何一種電源獲取電能，例如一個(gè)直流電源180。該直流電源可以是任何一種電源，例如交流/直流(AC/DC)適配器、直流“香煙”(“cigarette”)型適配器、電池或者可充電電池。一個(gè)可充電電池包括任何一種可充電電池，例如鋰離子電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或者類似電池。該升壓轉(zhuǎn)換器100可以接收一個(gè)直流輸入電壓VIN，并向一個(gè)負(fù)載170提供一個(gè)輸出直流電壓VOUT，輸出電壓VOUT大于輸入電壓VIN。
圖1B更詳細(xì)地示出了圖1A所示升壓轉(zhuǎn)換器100的一個(gè)實(shí)施例100a的框圖。通常，升壓轉(zhuǎn)換器100a接收一個(gè)輸入直流電壓VIN，并提供所需的輸出直流電壓VOUT，輸出電壓VOUT大于輸入電壓VIN。升壓轉(zhuǎn)換器100a通常包括一個(gè)電感112、一個(gè)主開(kāi)關(guān)SW2和電流檢測(cè)電路113、一個(gè)同步開(kāi)關(guān)SW1 109、一個(gè)整流二極管110和一個(gè)輸出電容111。嵌入電路113的開(kāi)關(guān)SW1 109和電流檢測(cè)電路可能在一些實(shí)施例中被略去。本文所使用的電路包括，例如，硬連線電路、可編程電路、狀態(tài)機(jī)電路、和/或存儲(chǔ)可編程電路所執(zhí)行指令的固件，這些電路可單獨(dú)使用或者任意結(jié)合使用。
驅(qū)動(dòng)和先斷后接(BBM)電路116通過(guò)路徑115可斷開(kāi)和閉合開(kāi)關(guān)SW2，并且該電路116還可通過(guò)路徑114斷開(kāi)和閉合開(kāi)關(guān)SW1 109。電路116包括可防止開(kāi)關(guān)SW1和SW2同時(shí)導(dǎo)通的BBM電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)SW2閉合時(shí)，電感112的電流按斜率VIN/L線性增加。電流增加的幅度與SW2的導(dǎo)通時(shí)間成正比。當(dāng)SW2斷開(kāi)后，電流可通過(guò)二極管110或者開(kāi)關(guān)SW1 109傳輸?shù)捷敵鼍€103。反饋電路108可監(jiān)測(cè)輸出電壓VOUT，當(dāng)開(kāi)關(guān)SW1109斷開(kāi)時(shí)，可直接從輸出線103監(jiān)測(cè)輸出電壓，或者當(dāng)SW1閉合時(shí)，從節(jié)點(diǎn)128監(jiān)測(cè)輸出電壓，并向比較器107提供反饋信息，例如，路徑130上的電壓Vfb。該反饋信息除了具有一個(gè)電壓成分外，還有一個(gè)電流成分以確?；芈贩€(wěn)定性。
比較器107比較來(lái)自反饋電路108的路徑130上的反饋電壓Vfb和路徑102的設(shè)定電壓VSET，并通過(guò)與比較器107的一個(gè)輸出相連接的路徑106向控制邏輯電路121提供一個(gè)VOUT_LOW信號(hào)。因此，該VOUT_LOW信號(hào)表示輸出電壓VOUT和設(shè)定電壓VSET存在差異。
一個(gè)表示輸入電壓VIN的信號(hào)可通過(guò)路徑124提供給壓控tON發(fā)生器電路125。壓控tON發(fā)生器電路可根據(jù)輸入電壓VIN和一個(gè)常量輸出一個(gè)持續(xù)時(shí)間為tON的脈沖。tON持續(xù)時(shí)間與輸入電壓成反比，如方程(1)所示，其中K為一個(gè)常量(1)tON＝K/VIN
在一個(gè)實(shí)施例中，K的值可以為0.58×10-6。根據(jù)方程(1)，從VIN到tON的轉(zhuǎn)換可通過(guò)模擬或者數(shù)字的方法實(shí)現(xiàn)。tON由來(lái)自控制邏輯電路121的TON_START信號(hào)通過(guò)路徑122觸發(fā)。如果由比較器107提供的VOUT_LOW信號(hào)指示反饋電壓Vfb小于設(shè)定電壓VSET，則控制邏輯電路121產(chǎn)生TON_START信號(hào)。tON脈沖經(jīng)路徑123被傳輸?shù)娇刂七壿嬰娐?21。在tON脈沖期間，控制邏輯電路121啟動(dòng)通向驅(qū)動(dòng)器116的路徑127上的SW2_ON信號(hào)。作為響應(yīng)，驅(qū)動(dòng)器116驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)SW2閉合。這可導(dǎo)致從VIN流出并流經(jīng)電感112、節(jié)點(diǎn)128和開(kāi)關(guān)SW2的電流增加。在這種情況下，電流的斜率為VIN/L。
當(dāng)SW2閉合時(shí)，電感112的電流紋波可因此由方程(2)定義(2)ΔIL＝(VIN/L)×tON因此，電流的幅值與tON和電流上升的斜率成比例增加。因?yàn)閠ON是如方程(1)所定義的一個(gè)參數(shù)，方程(2)可重新寫(xiě)成方程(3)的形式，即將方程(1)中的tOM的值代入方程(2)。
(3)ΔIL＝(VIN/L)×K/VIN＝K/L如方程(3)所示，因?yàn)镵和L都是常量，所以電流紋波ΔIL是一個(gè)常量。有利的是，這一特性容許升壓轉(zhuǎn)換器100的最佳設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)充分利用電感112和電路113中開(kāi)關(guān)SW2的電流負(fù)荷能力。因此，不必像現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例中那樣，對(duì)電感112和升壓轉(zhuǎn)換器100的其他元件的尺寸超大設(shè)計(jì)。對(duì)于一個(gè)對(duì)此處空間要求很高的環(huán)境，減小元件尺寸可用來(lái)節(jié)省空間。元件的成本也低于采用現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)采用超大元件的成本。
當(dāng)tON結(jié)束時(shí)，控制邏輯電路121切換SW2_ON信號(hào)到無(wú)效狀態(tài)。作為響應(yīng)，開(kāi)關(guān)SW2斷開(kāi)。當(dāng)tON結(jié)束時(shí)，控制邏輯電路121還發(fā)出路徑105上的TOFF_START命令。路徑105上的TOFF_START命令觸發(fā)壓控tOFF發(fā)生器電路101。壓控tOFF發(fā)生器電路101經(jīng)由路徑129向控制邏輯電路121輸出一個(gè)tOFF脈沖。在tOFF期間，控制邏輯電路121啟動(dòng)SW1_ON信號(hào)，此信號(hào)可經(jīng)由路徑126傳輸?shù)津?qū)動(dòng)器116。作為響應(yīng)，驅(qū)動(dòng)器116驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)SW1 109閉合。
電感112中積蓄的能量可在tOFF時(shí)間間隔內(nèi)釋放到輸出線113，用于向輸出電容111充電和驅(qū)動(dòng)VOUT處所接負(fù)載(未示出)。為了避免SW1和SW2的同時(shí)導(dǎo)通，嵌入電路116的BBM電路可使這兩個(gè)開(kāi)關(guān)保持很短一段時(shí)間的斷開(kāi)狀態(tài)。在BBM時(shí)間間隔段內(nèi)，從電感112流出的電流可經(jīng)由二極管110流向輸出線103。
如果路徑106的VOUT_LOW信號(hào)指示，當(dāng)tON結(jié)束后，反饋電壓Vfb大于設(shè)定電壓VSET，并且產(chǎn)生了TOFF_START信號(hào)，控制邏輯電路121保持TOFF_ACCEL信號(hào)無(wú)效。在這種情況下，tOFF脈沖的持續(xù)時(shí)間符合方程(4)(4)tOFF＝K/((VSET×D)-VIN)，其中D是一個(gè)反饋因子＝VOUT/Vfb。
相反，如果VOUT_LOW信號(hào)指示，當(dāng)tON結(jié)束后的任何時(shí)刻，反饋電壓Vfb小于設(shè)定電壓VSET，控制邏輯電路121使TOFF_ACCEL信號(hào)有效。在這種情況下，tOFF將被加速并持續(xù)一個(gè)比方程(4)所述的tOFF更短的時(shí)間。
當(dāng)tOFF結(jié)束時(shí)，控制邏輯電路121查看VOUT_LOW信號(hào)。當(dāng)路徑106上的VOUT_LOW信號(hào)指示路徑130的反饋電壓Vfb小于設(shè)定電壓VSET時(shí)，控制邏輯電路121立即發(fā)出TON_START命令，該命令啟動(dòng)一個(gè)新的周期。如果路徑106上的信號(hào)VOUT_LOW指示輸出電壓大于設(shè)定電壓VSET時(shí)，控制邏輯電路121等待VOUT_LOW改變狀態(tài)后發(fā)出TON_START命令。通過(guò)這種方式，可調(diào)節(jié)路徑103上的輸出電壓VOUT。這種方式的優(yōu)點(diǎn)還體現(xiàn)在當(dāng)負(fù)載很小時(shí)通過(guò)跳躍脈沖的方式保持低負(fù)載電流時(shí)的高效率，并且電容111可以使輸出電壓保持在范圍內(nèi)的時(shí)間長(zhǎng)于切換時(shí)間。
嵌入SW2&電流檢測(cè)電路113的電流檢測(cè)電路可避免過(guò)流情況的發(fā)生保護(hù)電源元件。電流檢測(cè)電路通過(guò)路徑117向比較器119提供一個(gè)指示電感電流的信號(hào)。比較器119比較路徑117上的電流信號(hào)和一個(gè)來(lái)自路徑118的預(yù)置電流極值信號(hào)OVC_lim。當(dāng)電感電流超出預(yù)置極值時(shí)，路徑120上來(lái)自比較器118的輸出信號(hào)有效。當(dāng)路徑120上的過(guò)流信號(hào)有效時(shí)，控制邏輯電路121撤銷SW2_ON信號(hào)。這會(huì)引發(fā)SW2開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)入斷開(kāi)狀態(tài)并觸發(fā)壓控tOFF發(fā)生電路101。同時(shí)，路徑120上的過(guò)流信號(hào)重置壓控tON發(fā)生電路125。tOFF結(jié)束后，控制邏輯電路121通過(guò)觸發(fā)tON啟動(dòng)一個(gè)新的周期。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到如上所述電路101、121、125、108、116和113以及比較器107、119可采用模擬電路、數(shù)字電路、和數(shù)?；旌想娐穼?shí)現(xiàn)。例如，比較器107和119可視為模擬或/和數(shù)字比較器。同樣，壓控時(shí)序發(fā)生電路101和125以及反饋電路108可采用模擬電路，也可采用可編程計(jì)數(shù)器、門(mén)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，壓控時(shí)序發(fā)生電路101、125和控制邏輯電路101可集成到一個(gè)單控制器或者呈現(xiàn)出其他分割形式，只要能提供同樣的功能。開(kāi)關(guān)和電流檢測(cè)電路可全部或者部分的集成到同樣的集成電路。此處所謂一個(gè)“集成電路”指一個(gè)半導(dǎo)體裝置和/或一個(gè)微電子裝置，例如，一個(gè)半導(dǎo)體集成電路芯片。
圖1C示出了一個(gè)時(shí)序圖，該時(shí)序圖示出了圖1B所示升壓轉(zhuǎn)換器100a這一實(shí)施例的詳細(xì)工作情況。圖示了控制邏輯電路121隨時(shí)間變化的不同輸入和輸出信號(hào)。在t1和t2時(shí)間段，壓控tON發(fā)生電路125提供一個(gè)TON_IN脈沖，其持續(xù)時(shí)間依賴于方程(1)或tON＝K/VIN中的輸入電壓VIN和常數(shù)K。因此作為響應(yīng)，SW2_ON信號(hào)啟動(dòng)并閉合開(kāi)關(guān)SW2。電感112上的電感電流在t1和t2時(shí)間段開(kāi)始斜線上升。電感電流的變化ΔIL或者這段時(shí)間的電流紋波由方程(3)或者ΔIL＝(VIN/L)×K/VIN＝K/L給出。
在t2和t3時(shí)間段內(nèi)，壓控tOFF發(fā)生器電路提供一個(gè)TOFF_IN脈沖，因?yàn)閂OUT_LOW信號(hào)指示Vfb大于VSET，所以該脈沖持續(xù)時(shí)間如方程(4)或tOFF＝K/((VSET×D)-VIN)所示。在該時(shí)間段，開(kāi)關(guān)SW1閉合，開(kāi)關(guān)SW2斷開(kāi)，并且電感電流開(kāi)始斜線下降。在t3時(shí)刻，VOUT_LOW指示Vfb小于VSET，因此TON_START命令在這一時(shí)刻被立刻發(fā)出，用來(lái)啟動(dòng)一個(gè)新的周期。如果在t4和t5時(shí)間段內(nèi)指示Vfb小于VSET，將產(chǎn)生一個(gè)被加速的tOFF(TOFF_ACCEL被啟動(dòng))其持續(xù)時(shí)間小于K/((VSET×D)-VIN)。
圖1D示出了一個(gè)時(shí)序圖，該時(shí)序圖示出了圖1B所示升壓轉(zhuǎn)換器100a這一實(shí)施例的詳細(xì)工作情況并對(duì)重負(fù)載和輕負(fù)載情況下的工作情況進(jìn)行了比較。通常，180圖是輕負(fù)載情況下，電感112的電流隨時(shí)間變化的電感電流圖；182圖是重負(fù)載情況下，隨時(shí)間變化的電感電流圖。比較器107提供的VOUT_LOW信號(hào)指示負(fù)載的輕重情況。當(dāng)Vfb小于VSET時(shí)，這表示負(fù)載較重；當(dāng)Vfb大于VSET時(shí)，這表示負(fù)載較輕。
在180圖的t1和t2時(shí)刻之間，電感電流在時(shí)間段長(zhǎng)度等于K/VIN的tON時(shí)段內(nèi)上升。在180圖的t2和t3時(shí)刻之間，電感電流在tOFF時(shí)段內(nèi)下降。時(shí)刻t2和t3間的tOFF時(shí)段的持續(xù)時(shí)間為方程(4)或tOFF＝K/((VSET×D)-VIN)所示。在這一時(shí)段的終止時(shí)刻t3，負(fù)載情況仍為VOUT_LOW信號(hào)所指示的輕負(fù)載。在時(shí)刻t3，電感電流為零。當(dāng)電感電流達(dá)到零時(shí)，一個(gè)反向電流將從較高電平的輸出電壓源經(jīng)過(guò)高側(cè)開(kāi)關(guān)SW1和電感112流向較低電平的輸入電壓源VIN。為了避免反向電流，在180圖中時(shí)刻t3和t4時(shí)間段內(nèi)，控制邏輯電路121斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SW1。控制邏輯電路121可使開(kāi)關(guān)SW1和SW2在180圖中的時(shí)刻t3和t4時(shí)間段內(nèi)都保持?jǐn)嚅_(kāi)直到VOUT_LOW狀態(tài)改變(當(dāng)Vfb＜VSET時(shí))，然后在時(shí)刻t4啟動(dòng)下一個(gè)T_ON周期。開(kāi)關(guān)SW1和SW2在180圖中時(shí)刻t3和t4時(shí)間段內(nèi)的斷開(kāi)狀態(tài)在該文中被稱作跳躍狀態(tài)。有利的是，控制邏輯電路121便可以根據(jù)方程(4)或tOFF＝K/((VSET×D)-VIN)所定義的持續(xù)時(shí)間的終止時(shí)刻，預(yù)測(cè)何時(shí)達(dá)到零電感電流狀態(tài)(時(shí)刻t3)。
相比之下，182圖示出了較重負(fù)載情況下的工作情況。當(dāng)Vfb小于VSET時(shí)，VOUT_LOW信號(hào)指示負(fù)載較重的情況。在182圖中時(shí)刻t2和t3時(shí)間段內(nèi)，tOFF小于K/((VSET×D)-VIN)。因此，相比180圖中的tOFF時(shí)間段，182圖中tOFF時(shí)間段縮短。182圖中時(shí)刻t3和t5處，182的電感電流谷值大于零，并且在這種情況下，不存在可預(yù)測(cè)何時(shí)達(dá)到零電感電流狀態(tài)的值為K/((VSET×D)-VIN)的斷開(kāi)時(shí)間段公式。因此，在這種情況下，不存在高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)或跳躍狀態(tài)。
圖2A示出了另一實(shí)施例中升壓轉(zhuǎn)換器100b的框圖，充電電流源1和放電電流源2在節(jié)點(diǎn)Vcap處產(chǎn)生一個(gè)電壓波形，該波形仿真流經(jīng)電感L1的電流。Vcap電壓和反饋比較器Comp3的輸出電壓觸發(fā)控制邏輯電路201，使其產(chǎn)生合適的脈沖驅(qū)動(dòng)高側(cè)開(kāi)關(guān)204和低側(cè)開(kāi)關(guān)206。
圖2B示出了一個(gè)時(shí)序圖，該圖可解釋圖2A中升壓轉(zhuǎn)換器100b在連續(xù)電流模式(CCM)下的運(yùn)作。fb圖表示被電阻分壓器分壓后的輸出電壓Vout，其中該電阻分壓器包括電阻R2和R3。fb圖表示比較器Comp3的一個(gè)輸入。Vout_1圖表示Comp3的輸出，Comp3比較fb圖的電壓和一個(gè)參考電壓。該Vout_1電壓被提供給控制邏輯電路201，用來(lái)通知控制邏輯電路Vout是否小于參考電壓。Vcap圖表示內(nèi)部電容C1的電壓波形，該電容連接比較器Comp1和Comp2的輸入，用來(lái)控制高側(cè)開(kāi)關(guān)pdr和低側(cè)開(kāi)關(guān)ndr驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率。
o_detect1圖表示比較器Comp2的輸出，該輸出取決于Vcap圖電壓和一個(gè)高閾值電平highTH的比較結(jié)果。每當(dāng)Vcap大于highTH時(shí)，o_detect1圖發(fā)送一個(gè)低電平信號(hào)到控制邏輯電路201。作為響應(yīng)，驅(qū)動(dòng)高側(cè)開(kāi)關(guān)204的pdr驅(qū)動(dòng)信號(hào)置低使高側(cè)開(kāi)關(guān)204斷開(kāi)，并且低側(cè)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)ndr置高使低側(cè)開(kāi)關(guān)206閉合。電感L1的電感電流開(kāi)始斜線上升。
o_detect2圖表示比較器Comp1的輸出，該輸出取決于Vcap圖電壓和一個(gè)低閾值電平LowTH的比較結(jié)果。每當(dāng)Vcap小于LowTH時(shí)，o_detect2圖發(fā)送一個(gè)低電平信號(hào)到控制邏輯201。作為響應(yīng)，pdr驅(qū)動(dòng)信號(hào)置高使高側(cè)開(kāi)關(guān)204閉合，并且低側(cè)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)ndr置低使低側(cè)開(kāi)關(guān)206斷開(kāi)。電感L1的電感電流開(kāi)始斜線下降。
圖2C示出了另一個(gè)時(shí)序圖，該圖可解釋圖2A中升壓轉(zhuǎn)換器100b在不連續(xù)電流模式(DCM)下的工作情況。圖2C表示比較器Comp1、Comp2和Comp3的各種輸入和輸出，Vcap電壓、高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)pdr和ndr以及流經(jīng)電感L1的電感電流，這些在圖2B中已給出了詳細(xì)解釋，為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，此處不再贅述。在圖2C的不連續(xù)電流模式下，每當(dāng)Vcap大于highTH時(shí)，o_detect1信號(hào)再次發(fā)送一個(gè)低電平信號(hào)到控制邏輯201。作為響應(yīng)，在DCM模式下，高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)pdr和ndr都置低。
圖3示出了圖2A中的電流源1。該電流源由切換信號(hào)Ivin_on信號(hào)控制，該信號(hào)由控制邏輯電路201提供給開(kāi)關(guān)302。當(dāng)開(kāi)關(guān)302斷開(kāi)時(shí)，電流源I2與電容C1的連接斷開(kāi)。當(dāng)開(kāi)關(guān)302閉合時(shí)，電流源I2與電容C1相連接。部分的根據(jù)開(kāi)關(guān)502的位置，電容C1充電或放電。
圖4示出了一個(gè)圖3中電流源的一個(gè)實(shí)施例的電路圖。由電阻R6和R5構(gòu)成的電壓分壓器將輸入電壓Vin分壓至一個(gè)較小的電壓Vin_d，Vin_d＝(R5/(R5+R6))×Vin。由運(yùn)算放大器404和三極管410構(gòu)成的電壓跟隨器復(fù)制Vin_d電壓到電阻R4a兩端。這會(huì)導(dǎo)致電流IR4a流經(jīng)電阻R4a和三極管410、408和406。由三極管408、406、410和414構(gòu)成的電流鏡使電流IR4a以(R6+R5)/R6的比例鏡像到開(kāi)關(guān)302。最終流經(jīng)開(kāi)關(guān)302的電流代表由圖3中電流源I2提供的電流水平，其中I2由I2＝Vin/R4a給出。
圖5示出了圖2A中的放電電流源2的電路圖。該放電電流源2包括一個(gè)開(kāi)關(guān)502和電流沉(current sink)I1、I3和I4。電流沉I3與設(shè)定電壓VSET成正比。電流沉I4的值大于I3，例如，在一種情況下，I4為I3的7倍。來(lái)自一些信號(hào)源的控制信號(hào)可決定開(kāi)關(guān)502的位置?？刂菩盘?hào)包括來(lái)自控制邏輯電路201的ilX_on信號(hào)、來(lái)自電流檢測(cè)電路6的比較器Comp4的ovcl信號(hào)輸出和來(lái)自反饋電路5的比較器Comp3的vout_1信號(hào)。根據(jù)表1所示ilX_on、ovcl和vout_1信號(hào)，開(kāi)關(guān)502可處于如圖2A和5所示的開(kāi)關(guān)位置1、2、3或4。
表1

圖6示出了圖5中可切換電流沉的一個(gè)潛在實(shí)施例。圖4中的電阻R4a和圖6中的電阻R4b匹配。運(yùn)算放大器602和三極管608構(gòu)成的電壓跟隨器可復(fù)制Vset電壓到電阻R4b兩端，因此產(chǎn)生電流IR4b＝Vset/R4b。采用兩組電流鏡(三極管604，606，610，612，614，616，618，620，622和624)，IR4b可被鏡像到開(kāi)關(guān)502的位置1和2。開(kāi)關(guān)502的位置1和2處的電流水平I3和I4由方程(4a)和(4b)決定(4a)I3＝IR4b×D(4b)I4＝7×I3圖7示出了當(dāng)圖2A中的升壓轉(zhuǎn)換器工作在圖4和圖6中所示的連續(xù)電流模式時(shí)，節(jié)點(diǎn)Vcap處的電壓波形以及高側(cè)開(kāi)關(guān)204和低側(cè)開(kāi)關(guān)206的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。閉合時(shí)間tON由一個(gè)恒定的值為Vin_d/R4a的電流源決定。然而，斷開(kāi)時(shí)間tOFF由一個(gè)恒定的值為-(Vset-Vin)/R4b的放電電流源決定。如果節(jié)點(diǎn)Vcap處的電容C1的值為C，電壓擺幅為1V，則可以得到方程(5)和(6)。
(5)tON＝R4a×C/Vin_d(6)tOFF＝R4b×C/(Vset-Vin_d)如果R4a＝R4b，則占空比D＝tON/(tON+tOFF)＝(Vset-Vin_d)/Vset，該方程是升壓轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域中熟知的方程。
圖8示出了當(dāng)圖2A中的轉(zhuǎn)換器工作在圖4和圖6所示的不連續(xù)電流模式或脈沖跳躍模式時(shí)，節(jié)點(diǎn)Vcap處的電壓波形以及ndr和pdr的驅(qū)動(dòng)脈沖。在不連續(xù)電流模式下，當(dāng)電感電流下降到接近零時(shí)，為了避免產(chǎn)生從較高電勢(shì)的輸出電壓流向較低電勢(shì)的輸入電壓的反向電流，高側(cè)開(kāi)關(guān)204斷開(kāi)。在較重負(fù)載情況下，不會(huì)產(chǎn)生該反向電流，因?yàn)樨?fù)載的大電流可以很快的使輸出電壓大小降低。因此直流/直流轉(zhuǎn)換器的控制器可以預(yù)測(cè)在不連續(xù)模式下電感電流何時(shí)接近零，并且當(dāng)控制器工作在不連續(xù)模式時(shí)，斷開(kāi)高側(cè)和低側(cè)的開(kāi)關(guān)以避免產(chǎn)生來(lái)自輸出直流電壓流經(jīng)高側(cè)開(kāi)關(guān)并流向輸入直流電壓的反向電流。根據(jù)方程(4)所示時(shí)間段是否終止，控制器可預(yù)測(cè)電感電流是否接近零。
圖9示出了圖2A中反饋控制電路5。當(dāng)高側(cè)開(kāi)關(guān)204閉合時(shí)，單刀雙擲開(kāi)關(guān)902連接包括開(kāi)關(guān)R2和R3的反饋分壓器與節(jié)點(diǎn)LX，因此可檢測(cè)減去了高側(cè)開(kāi)關(guān)204導(dǎo)通電阻Ron上的電壓降的輸出電壓。當(dāng)高側(cè)開(kāi)關(guān)204斷開(kāi)時(shí)，開(kāi)關(guān)902連接反饋分壓器904與Vout。這樣，反饋控制就可以提供一個(gè)電壓反饋信號(hào)和一個(gè)輸出電流成分，這樣可確?；芈菲椒€(wěn)而不需要任何電流檢測(cè)電阻來(lái)檢測(cè)流經(jīng)電感L1的電流水平，電流檢測(cè)電阻會(huì)降低轉(zhuǎn)換器效率。
圖10示出了與過(guò)流保護(hù)相關(guān)的電壓和電流波形。過(guò)流保護(hù)可通過(guò)檢測(cè)低側(cè)開(kāi)關(guān)206(例如，NMOS三極管MN_pow1)閉合時(shí)的輸出電流實(shí)現(xiàn)。如果檢測(cè)到電流超出電流閾值，過(guò)流信號(hào)(OC)有效。然后，這會(huì)導(dǎo)致可切換電流沉的開(kāi)關(guān)502切換到位置4(參考表1)，并且低側(cè)開(kāi)關(guān)206被斷開(kāi)，同時(shí)高側(cè)開(kāi)關(guān)204閉合。通過(guò)這種方式，超出的電流通過(guò)高側(cè)開(kāi)關(guān)204釋放到輸出。
開(kāi)關(guān)502在位置4的可切換電流沉2可決定放電周期的持續(xù)時(shí)間。該電流大小可以任意選擇，但其值必須小于1X電流沉。在放電周期結(jié)束時(shí)，電感電流(例如，輸出電流)下降到低于電流閾值。然后，直流升壓器的正常調(diào)整周期繼續(xù)，并為了低側(cè)開(kāi)關(guān)206的下一個(gè)閉合周期，再次進(jìn)行電流檢測(cè)。
圖11示出了圖2A中電流檢測(cè)電路6的一個(gè)實(shí)施例。采用一個(gè)MOSFET(MN_pow2)檢測(cè)輸出電流，當(dāng)該MOSFET導(dǎo)通時(shí)，其復(fù)制流經(jīng)輸出NMOS(MN_pow1)或者低側(cè)開(kāi)關(guān)的電流。與輸出NMOS(MN_pow1)相比，三極管MN_pow2實(shí)際上具有一個(gè)更小的面積比。通過(guò)給MN_pow2提供相同的MN_pow1導(dǎo)通期間的柵極電壓和漏-源電壓，MN_pow2的電流和三極管MN_pow1的實(shí)際輸出電流成正比。當(dāng)三極管MN_pow1導(dǎo)通時(shí)，它的漏-源電壓被復(fù)制到三極管MN_pow2的漏-源電壓，這是通過(guò)采用開(kāi)關(guān)SW1和運(yùn)算放大器OPAmp1電壓跟隨器實(shí)現(xiàn)的。三極管MN_pow2的柵極驅(qū)動(dòng)被鎖定為一個(gè)固定的電壓，其值等于三極管MN_pow1的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。檢測(cè)到的電流被鏡像到電阻R1。然后，所得到的R1上的電壓可反映輸出電流。
Area_MN_pow1Area_MN_pow2=Current_in_MN_pow1Current_in_MN_pow2]]>通過(guò)比較R1上的電壓和比較器Comp4(見(jiàn)圖2A)的參考電壓ref2，可以檢測(cè)過(guò)流情況的發(fā)生。當(dāng)電阻R1上的電壓超出參考電壓ref2時(shí)，過(guò)流信號(hào)ovcl有效。這會(huì)觸發(fā)如圖10所示的放電周期。
本文使用的術(shù)語(yǔ)與措辭旨在描述，并不具有局限性。在采用這些術(shù)語(yǔ)和措辭時(shí)，不排除其它與本文所揭示和描述的特征(或特征的一部分)相似的等同物。并且應(yīng)該意識(shí)到，在權(quán)利要求范圍內(nèi)，本發(fā)明還可能存在其它一些修改、變動(dòng)及其它。因此，權(quán)利要求旨在涵蓋所有這些等價(jià)物。
權(quán)利要求
1.用于將一個(gè)輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出直流電壓的一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器，所述直流/直流轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)；一個(gè)與所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)相連接的電感；和可提供一個(gè)控制信號(hào)的一個(gè)控制器，所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)響應(yīng)處于一個(gè)第一狀態(tài)的所述控制信號(hào)，所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)入一個(gè)閉合狀態(tài)且該狀態(tài)持續(xù)一個(gè)閉合時(shí)間段，所述閉合時(shí)間段依賴于所述輸入直流電壓和一個(gè)常量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述閉合時(shí)間段由T_ON＝K/VIN給出，其中T_ON為所述閉合時(shí)間段的長(zhǎng)度，K為所述常量的值，VIN為所述輸入直流電壓的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于電流紋波的值等于所述電感在所述閉合時(shí)間段的電流水平的變化值，該電流紋波由ΔIL＝K/L給出，其中ΔIL為所述電流紋波的值，K為所述常數(shù)的所述值，L為所述電感的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述控制器可以提供處于一個(gè)第二狀態(tài)的所述控制信號(hào)，所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)響應(yīng)處于所述第二狀態(tài)的所述控制信號(hào)，所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)入一個(gè)斷開(kāi)狀態(tài)且該狀態(tài)持續(xù)一個(gè)斷開(kāi)時(shí)間段，所述斷開(kāi)時(shí)間段的長(zhǎng)度依賴于一個(gè)代表所述輸出直流電壓的信號(hào)與一個(gè)設(shè)定電壓的比較結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于當(dāng)代表所述輸出直流電壓的所述信號(hào)大于所述設(shè)定電壓時(shí)，所述斷開(kāi)時(shí)間段的值等于K值除以((VSET×D)-VIN)所得的商，其中K為所述常量的值，VSET為所述設(shè)定電壓的值，D為一個(gè)反饋因子，其值為所述輸出電壓除以代表所述輸出電壓的所述信號(hào)所得的商，VIN為所述輸入直流電壓的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流/直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于當(dāng)代表所述輸出直流電壓的所述信號(hào)小于所述設(shè)定電壓時(shí)，所述斷開(kāi)時(shí)間段的值小于K值除以((VSET×D)-VIN)所得的商，其中K為所述常量的值，VSET為所述設(shè)定電壓的值，D為一個(gè)反饋因子，其值為所述輸出電壓除以代表所述輸出電壓的所述信號(hào)所得的商，VIN為所述輸入直流電壓的值。
7.一個(gè)電子裝置，所述電子裝置包括用于將一個(gè)輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出直流電壓的一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器，所述直流/直流轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)；一個(gè)與所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)相連接的電感；和可提供一個(gè)控制信號(hào)的一個(gè)控制器，所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)響應(yīng)處于一個(gè)第一狀態(tài)的所述控制信號(hào)，所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)入一個(gè)閉合狀態(tài)且該狀態(tài)持續(xù)一個(gè)閉合時(shí)間段，所述閉合時(shí)間段依賴于所述輸入直流電壓和一個(gè)常量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子裝置，其特征在于所述閉合時(shí)間段由T_ON＝K/VIN給出，其中T_ON為所述閉合時(shí)間段的長(zhǎng)度，K為所述常量的值，VIN為所述輸入直流電壓的值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子裝置，其特征在于電流紋波的值等于所述電感在所述閉合時(shí)間段的電流水平的變化值，該電流紋波由ΔIL＝K/L給出，其中ΔIL為所述電流紋波的值，K為所述常數(shù)的所述值，L為所述電感的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子裝置，其特征在于所述控制器可以提供處于一個(gè)第二狀態(tài)的所述控制信號(hào)，所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)響應(yīng)處于所述第二狀態(tài)的所述控制信號(hào)，所述開(kāi)關(guān)進(jìn)入一個(gè)斷開(kāi)狀態(tài)且該狀態(tài)維持一個(gè)斷開(kāi)時(shí)間段，所述斷開(kāi)時(shí)間段的長(zhǎng)度依賴于所述輸出直流電壓與一個(gè)設(shè)定電壓的比較結(jié)果。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子裝置，其特征在于當(dāng)代表所述輸出直流電壓的所述信號(hào)大于所述設(shè)定電壓時(shí)，所述斷開(kāi)時(shí)間段的值等于K值除以((VSET×D)-VIN)所得的商，其中K為所述常量的值，VSET為所述設(shè)定電壓的值，D為一個(gè)反饋因子，其值為所述輸出電壓除以代表所述輸出電壓的所述信號(hào)所得的商，VIN為所述輸入直流電壓的值。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子裝置，其特征在于當(dāng)代表所述輸出直流電壓的所述信號(hào)小于所述設(shè)定電壓時(shí)，所述斷開(kāi)時(shí)間段的值小于K值除以((VSET×D)-VIN)所得的商，其中K為所述常量的值，VSET為所述設(shè)定電壓的值，D為一個(gè)反饋因子，其值為所述輸出電壓除以代表所述輸出電壓的所述信號(hào)所得的商，VIN為所述輸入直流電壓的值。
13.一種方法，所述方法包括提供一個(gè)控制信號(hào)給一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)；提供處于一個(gè)第一狀態(tài)的所述控制信號(hào)，所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)響應(yīng)處于所述第一狀態(tài)的所述控制信號(hào)，所述開(kāi)關(guān)進(jìn)入一個(gè)閉合狀態(tài)且該狀態(tài)持續(xù)一個(gè)閉合時(shí)間段；和根據(jù)輸入到所述直流/直流轉(zhuǎn)換器的一個(gè)直流電壓和一個(gè)常量，控制所述閉合時(shí)間段。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于所述閉合時(shí)間段由T_ON＝K/VIN給出，其中T_ON為所述閉合時(shí)間段的長(zhǎng)度，K為所述常量的值，VIN為所述輸入直流電壓的值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于電流紋波的值等于所述電感在所述閉合時(shí)間段的電流水平的變化值，該電流紋波由ΔIL＝K/L給出，其中ΔIL為所述電流紋波的值，K為所述常數(shù)的所述值，L為所述電感的值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于所述至少一個(gè)開(kāi)關(guān)包括一個(gè)升壓直流/直流轉(zhuǎn)換器的一個(gè)低側(cè)開(kāi)關(guān)。
17.用于將一個(gè)輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)高于所述輸入直流電壓的輸出直流電壓的一個(gè)升壓直流/直流轉(zhuǎn)換器，所述直流/直流轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)；一個(gè)與所述高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)相連接的電感；和一個(gè)可以控制所述高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的控制器，在一個(gè)閉合時(shí)間狀態(tài)，所述控制器可以切換所述高側(cè)開(kāi)關(guān)至斷開(kāi)狀態(tài)并切換所述低側(cè)開(kāi)關(guān)至閉合狀態(tài)，在所述閉合時(shí)間狀態(tài)，所述低側(cè)開(kāi)關(guān)保持一個(gè)閉合時(shí)間段的閉合狀態(tài)，所述閉合時(shí)間段依賴于所述輸入直流電壓和一個(gè)常量，所述控制器還可以控制所述高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)的所述狀態(tài)，在一個(gè)斷開(kāi)時(shí)間狀態(tài)，所述控制器切換所述高側(cè)開(kāi)關(guān)至閉合狀態(tài)并切換所述低側(cè)開(kāi)關(guān)至斷開(kāi)狀態(tài)，所述控制器還可以預(yù)測(cè)所述電感上的電流何時(shí)達(dá)到零并且控制所述高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)的所述狀態(tài)，在一個(gè)跳躍狀態(tài)，所述控制器切換所述高側(cè)開(kāi)關(guān)至斷開(kāi)狀態(tài)并切換所述低側(cè)開(kāi)關(guān)至斷開(kāi)狀態(tài)，這樣可以避免產(chǎn)生一個(gè)來(lái)自所述輸出直流電壓流經(jīng)所述高側(cè)開(kāi)關(guān)并流向所述輸入直流電壓的反向電流。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的升壓直流/直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于處于所述第一開(kāi)關(guān)狀態(tài)的所述低側(cè)開(kāi)關(guān)的所述閉合時(shí)間段的所述持續(xù)時(shí)間由T_ON＝K/VIN給出，其中T_ON為所述閉合時(shí)間段的長(zhǎng)度，K為所述常量的值，VIN為所述輸入直流電壓的值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的升壓直流/直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于電流紋波的值等于所述電感在所述閉合時(shí)間段的電流水平的變化值，該電流紋波由ΔIL＝K/L給出，其中ΔIL為所述電流紋波的值，K為所述常數(shù)的所述值，L為所述電感的值。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的升壓直流/直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于控制器預(yù)測(cè)所述電感上的所述電流在所述斷開(kāi)時(shí)間狀態(tài)的終止時(shí)刻達(dá)到零，所述斷開(kāi)時(shí)間狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間等于K除以((VSET×D)-VIN)所得的商，其中K為所述常量的值，VSET為所述設(shè)定電壓的值，D為一個(gè)反饋因子，其值為所述輸出電壓除以代表所述輸出電壓的所述信號(hào)所得的商，VIN為所述輸入直流電壓的值。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的升壓直流/直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述控制器在所述斷開(kāi)時(shí)間狀態(tài)終止后使所述高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)維持在所述跳躍狀態(tài)直到代表所述輸出電壓的所述信號(hào)小于VSET。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的升壓直流/直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于還包括可以檢測(cè)所述電感上的電流的反饋控制電路，所述反饋控制電路包括一個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)比較器，在所述高側(cè)開(kāi)關(guān)閉合和所述斷開(kāi)時(shí)間狀態(tài)，所述開(kāi)關(guān)連接所述高側(cè)開(kāi)關(guān)和所述比較器的一個(gè)輸入，所述比較器比較一個(gè)依賴于減去了所述高側(cè)開(kāi)關(guān)的電壓降的所述輸出電壓的電壓水平和一個(gè)參考電壓，并且提供一個(gè)代表所述電感上的電流的輸出信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種升壓轉(zhuǎn)換器，其是用于將一個(gè)輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出直流電壓的一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器。該直流/直流轉(zhuǎn)換器包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，與該至少一個(gè)開(kāi)關(guān)相連接的一個(gè)電感和可提供一個(gè)控制信號(hào)的一個(gè)控制器。該至少一個(gè)開(kāi)關(guān)響應(yīng)處于一個(gè)第一狀態(tài)的該控制信號(hào)，進(jìn)入一個(gè)閉合狀態(tài)且該狀態(tài)維持一個(gè)閉合時(shí)間段，該閉合時(shí)間段依賴于該輸入直流電壓和一個(gè)常量。提供了包括這樣一個(gè)直流/直流轉(zhuǎn)換器的一個(gè)電子裝置和相關(guān)方法。本發(fā)明可減小元件尺寸可用來(lái)節(jié)省空間，元件的成本也低于采用現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)采用超大元件的成本。
文檔編號(hào)G05F1/40GK1707927SQ20051007564
公開(kāi)日2005年12月14日 申請(qǐng)日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者王佛賢, 韓洺光, 法拉·米哈伊·坡貝斯庫(kù)-斯塔內(nèi)斯緹 申請(qǐng)人:美國(guó)凹凸微系有限公司