專利名稱：避免直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器的前沿消隱限制的電流復制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明關(guān)于采用電流反饋的直流對直流轉(zhuǎn)換器，且特別關(guān)于一個電流復制電路，它使能消除一個直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器的前沿消隱(LEB)周期以消除占空周期限制。
背景技術(shù)：
一個傳統(tǒng)的直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器切換流經(jīng)電感器及二極管的電流，以轉(zhuǎn)換一個輸入電壓成為一個較大且調(diào)整過的輸出電壓。此項切換典型地是由一個電子開關(guān)所實施，諸如金屬氧化物半導體、場效應晶體管(MOSFET)，該場效應晶體管具有其的柵極受到一個脈寬調(diào)制(PWM)控制信號的控制。該MOS場效應晶體管的漏極及源極路徑連接于該電感器/二極管接面及參考到一個諸如接地的共同節(jié)點的感測電阻器之間。一個開關(guān)控制器通過一個電壓反饋信號監(jiān)視該輸出電壓，且通過該感測電阻器的電壓而監(jiān)視該電感器電流，且如同該項技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者所知，使用此信息及其他信息以產(chǎn)生該脈寬調(diào)制控制信號。
于操作時，該開關(guān)控制器使該開關(guān)閉路(例如，使該金屬氧化物半導體場效應晶體管導通)，以啟動每一個脈寬調(diào)制周期的第一個階段，而有效地放置輸入電壓于該電感器及感測電阻器上。代表電感器電流的橫跨該感測電阻器的電壓隨著時間線性上升，且此感測電壓在每一個脈寬調(diào)制周期的第一部分的期間被該開關(guān)控制器所監(jiān)視。該反饋電流感測信號與一個參考值作比較，以至少一部分判斷何時為該電子開關(guān)的下一個關(guān)斷斷開時間，以啟動每一個脈寬調(diào)制周期的第二階段。當該開關(guān)被斷開(或開路)時，增強的電感器電流正向偏置該二極管，且流至一個輸出電容器之中，以產(chǎn)生該輸出電壓。操作以此方式對于每一個脈寬調(diào)制周期重復實施。該轉(zhuǎn)換器稱為“升壓”轉(zhuǎn)換器，因為該直流輸出電壓大于該直流輸入電壓。傳統(tǒng)的直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器所具有的一個特別問題為前沿阻尼振蕩，其當該開關(guān)導通(或閉路)時產(chǎn)生于該電感器電流上。該開關(guān)的雜散電容結(jié)合線電感及該感測電阻器集體形成一個庫電路，其每當該開關(guān)導通時，導致該感測電壓振蕩(例如，一個阻尼正弦振蕩)。該開關(guān)控制器采用一個前沿消隱(Leading Edge Blanking，LEB)周期，于該前沿消隱周期中，其忽略目前的感測電壓的起始阻尼振蕩。特別是，TLEB周期系使用于忽略起始阻尼振蕩，以防止在每一個脈寬調(diào)制周期開始處過早的終止。然而，該TLEB周期限制該升壓轉(zhuǎn)換器的最小工作周期，且因而限制一給定輸入電壓的輸出電壓范圍。舉例而言，當避免使用一個阻尼振蕩信號的可能的衰弱結(jié)果以用于反饋控制時，使用TLEB周期防止使用較低的工作周期，使得該輸出電壓不被允許接近該輸入電壓。
在過去經(jīng)驗上，此問題已經(jīng)被一個直流對直流轉(zhuǎn)換器及一個調(diào)整器兩者的組合而被解決。如此的解決方案對于功率消耗及所需元件的數(shù)量而言本質(zhì)上無效率的。吾人期望提供一種有效率的直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器，其避免根據(jù)一個振蕩信號而作調(diào)整，且其系使能該輸出電壓相當接近該輸入電壓電平。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種電流復制電路避免一個直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器的前沿消隱周期限制。該直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器通過使用一個采用電流反饋控制的開關(guān)控制器切換經(jīng)過一個電感器及一個二極管的輸入電壓及提供一個脈寬調(diào)制(PWM)信號以控制連接至該電感器的一個開關(guān)，而調(diào)整輸出電壓。該電流復制電路包含一個電流感測器，一個斜波產(chǎn)生器，及一個總和裝置。該電流感測器取樣當該開關(guān)為關(guān)斷時經(jīng)過該電感器的電流，且提供指示恰好在該開關(guān)系導通之前的電感器電流的取樣電壓。該斜波產(chǎn)生器提供一個復制當該開關(guān)導通時該電感器的電流增加的斜波電壓。該總和裝置將該取樣電壓加入至該斜波電壓，以產(chǎn)生一個使用于該開關(guān)控制器的反饋電流控制的復制電壓。
以此方式，而非感測經(jīng)過該電感器的顯示雜散電感及電容所導致的阻尼振蕩的真正電流，經(jīng)過該電感器的電流被復制，且該復制過的電流使用于電流反饋控制。在每一個脈寬調(diào)制周期的第一個相位期間，該輸入電壓施加至該電感器，導致該電感器中電流增強，且每一個脈寬調(diào)制周期的第一個相位可以較早被終止，藉此允許一個比因前沿消隱周期限制所造成的先前允許的工作周期大幅減少的工作周期。接著，該輸出電壓能夠被控制成一個相當接近該輸入電壓的電平。
數(shù)個變化及實施例能夠被預想到。該電流感測器可以為取樣及保持裝置，其在切換之前取樣經(jīng)過該電感器的電流，且于切換之后保持該取樣電壓。于一個實施例中，一個電流鏡被連接至該二極管，以提供一個指示經(jīng)過該二極管的電流的鏡象電流。于一個情況下，該取樣及保持裝置連接至該電流鏡，以保持該鏡象電流的一個取樣作為該取樣電壓。該開關(guān)控制器可以提供一個初步脈寬調(diào)制信號給一個提供該脈寬調(diào)制信號的緩沖器。該緩沖器大致上相對于該脈寬調(diào)制信號的初步相對物而延遲該脈寬調(diào)制信號。提供該初步脈寬調(diào)制信號，以控制該取樣及保持裝置，使得該取樣電壓于切換之前被取得。該斜波產(chǎn)生器可以被建構(gòu)成根據(jù)由該電感器的電感值所分割的輸入電壓，而合成該電感器電流的增強?？梢蕴峁┮粋€增益方塊，以將該復制電壓乘上一個縮放因子，以模擬或復制該電壓感測信號，其是先前于一個連接至該開關(guān)的感測電阻器上產(chǎn)生出，且因而測量真正的電感器電流。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一種直流對直流轉(zhuǎn)換器包含一個電感器，其具有一個接收一個相對于一個共同節(jié)點的輸入電壓的第一端；一個二極管，其具有一個連接至該電感器的第二端的陽極；一個電容器，其連接于該二極管的陰極及產(chǎn)生一個輸出電壓的共同節(jié)點之間；一個開關(guān)裝置，其具有一個連接于該電感器的第二端及該共同節(jié)點之間的受控電流路徑及一個使用于使能或禁止該電流路徑的控制輸入端；一個開關(guān)控制器，其具有一個接收一個電流感測信號的輸入端及一個提供一個脈寬調(diào)制控制信號至該開關(guān)裝置的控制輸入端的輸出端；一個斜波產(chǎn)生器，其提供一個斜波信號，該斜波信號系具有一個模擬當該開關(guān)裝置導通時經(jīng)過該電感器的電流增加的斜率；一個電流感測器，其提供一個電流取樣信號，其指示當該開關(guān)裝置關(guān)斷且恰好在該開關(guān)裝置導通之前經(jīng)過該二極管的電流電平；及一個總和裝置，其將該斜波及電流取樣信號加在一起，以提供一個使用于該電流感測信號的復制信號。
數(shù)個變化及實施例可以被預想到。該開關(guān)裝置可以為一個金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)或任何其他適合形式的電子切換裝置。該電流感測器可以為一個取樣及保持電路，其取樣電流且其保持一個取樣電壓作為指示被取樣過電流的電流取樣信號。一個電流鏡可以連接至該二極管，以提供一個鏡象電流，且該電流感測器可以為一個取樣及保持電路，其連接至該電流鏡，以取樣該鏡象電流且保持一個取樣電壓作為指示取樣過的電流的電流取樣信號。該開關(guān)控制器可以包含一個緩沖器，該緩沖器具有一個接收一個初步脈寬調(diào)制信號的輸入端及一個提供該脈寬調(diào)制控制信號的輸出端。該初步脈寬調(diào)制信號被提供至該取樣及保持電路，該取樣及保持電路根據(jù)該初步脈寬調(diào)制信號保持該電流取樣信號，。一個增益方塊可以被設(shè)置，以將該復制信號乘上一個縮放因子，以產(chǎn)生該電流感測信號。
一種根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的消除直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器的前沿消隱周期限制的方法使減少的脈寬調(diào)制工作周期以及一個比因前沿消隱周期限制所造成的先前允許的電壓接近該輸入電壓很多的輸出電壓成為可能。該方法包含判斷當該開關(guān)是開路且恰好在該開關(guān)閉路之前時該電感器的電流電平且提供一個對應的電流電平信號；合成當該開關(guān)閉路時該電感器的電流增加且提供一個對應的斜波信號；及將該電流電平及斜波信號加在一起，以產(chǎn)生一個提供給該取樣控制器的電流反饋感測信號。
該方法可以包含產(chǎn)生一個初步脈寬調(diào)制信號及緩沖該初步脈寬調(diào)制信號，以提供該脈寬調(diào)制控制信號。該方法可以包含根據(jù)該初步脈寬調(diào)制信號取樣電流及保持一個電流取樣。該取樣及保持可以包含轉(zhuǎn)換取樣過的電流成為一個電壓取樣。該初步脈寬調(diào)制信號的緩沖可以包含延遲該脈寬調(diào)制控制信號，以確保在切換之前取樣。該方法可以包含根據(jù)該輸入電壓及該電感器的電感值而產(chǎn)生該斜波信號。


參照實施方式及后附圖式，本發(fā)明的利益、特色及優(yōu)點將變成更容易了解，其中第1圖為一個傳統(tǒng)的直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器的一個簡化的示意圖；第2圖為第1圖的電感器中的理想電流波形的曲線圖，其包含當該開關(guān)開路時該電流感測元件及該二極管中的連續(xù)波形；第3A及3B圖是曲線圖，示出在由于雜散電感及電容所造成的阻尼振蕩的結(jié)合效果的脈寬調(diào)制周期的每一個階段期間經(jīng)過第1圖的電感器的電流的更實際(例如，真實)的表示；第4圖為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例實施的克服TLEB周期限制的一個直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器的一個簡化示意圖；
第5A圖為該斜波產(chǎn)生器的曲線圖，表示當該開關(guān)導通時第4圖的電感器中的電流的增強；第5B圖為當該開關(guān)是關(guān)斷且恰好在該開關(guān)導通之前時第4圖的電感器及二極管中測量到或取樣出的電流的曲線圖；第5C圖為一個通過加總第5A圖的該斜波電壓及第5B圖的該取樣過的電感器電流且可選擇地乘上一個縮放因子所模擬的開關(guān)路徑電流信息的加總及感測電壓的曲線圖；及第6圖為更詳細示意及方塊圖，更詳細地示出根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的經(jīng)過該二極管的取樣電流及與第4圖的直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器的測量出的電流的樣本的保持相關(guān)的時序。
400直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器401電流感測裝置403斜波產(chǎn)生器405總和裝置407乘法器或增益方塊TLEB二極管電流VSH感測電壓VR斜波電壓VREP復制電壓信號VS’電流反饋感測信號COM共同節(jié)點VIN輸入電壓L電感器S1金屬氧化物半導體場效應晶體管開關(guān)D1二極管R1電阻器R2電阻器VOUT輸出電壓C1電容器
I(D1)電流100直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器101開關(guān)控制器RS感測電阻器I(RS)電流VS感測電壓VFB輸出電壓反饋信號301阻尼振蕩303阻尼振蕩601電流鏡603D型觸發(fā)器605緩沖器裝置具體實施方式
提出下列敘述，以使該項技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者能夠?qū)嵤┘笆褂迷O(shè)置于一特定應用及其條件的環(huán)境內(nèi)的本發(fā)明。然而，該較佳實施例的許多變化對于熟習該項技術(shù)者而言為顯明的，且于此所定義的總體原則可以應用于其他實施例。因此，本發(fā)明是不意欲受限于在此所圖示及敘述的特定實施例，而符合與于此所揭示的原理及新穎特色一致的最廣的范圍。第1圖為一個傳統(tǒng)的直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器100的一個簡化示意圖。相對于一個共同節(jié)點COM(例如，接地或“電源接地”)所測量出的輸入電壓VIN施加至一個電感L的一端，該電感器的另一端連接至一個金屬氧化物半導體場效應晶體管開關(guān)S1的漏極及連接至二極管D1的陽極。該開關(guān)S1顯示為一個金屬氧化物半導體場效應晶體管，雖然其他適合形式的電子開關(guān)亦可以預想到。一般而言，該開關(guān)S1包含一個控制輸入端(例如，柵極)及一個電流路徑(例如，漏極至源極)，該電流路徑受到該控制輸入的控制。實施一個受控制單極雙擲(SPST)功能的任何形式的裝置是可以預想到。該開關(guān)S1的源極連接至一個感測電阻器RS的一端，該感測電阻器RS的另一端連接至COM。經(jīng)過該電流感測電阻器RS的電流顯示為I(RS)。該電流感測電阻器RS于該開關(guān)S1的源處產(chǎn)生一個感測電壓VS，其中，VS被提供至一個開關(guān)控制器101。該開關(guān)控制器101提供一個脈寬調(diào)制(PWM)控制信號至該開關(guān)S1的柵極。該二極管D1的陰極連接至一個電阻器R2的一端，且該二極管D1的陰極于一個產(chǎn)生輸出電壓VOUT的輸出節(jié)點處連接至一個電容器C1的一端。流經(jīng)該二極管D1的電流顯示為I(D1)。該電容器C1的另一端連接至COM，且該電阻器R2的另一端連接至一個電阻器R1的一端，該電阻器R1的另一端連接至COM。串聯(lián)的電阻器R1及R2之間的接點產(chǎn)生一個輸出電壓反饋信號VFB，該輸出電壓反饋信號VFB反饋回該開關(guān)控制器101。對于該升壓轉(zhuǎn)換器100而言，該輸出電壓VOUT大于該輸入電壓VIN。
第2圖為一個該升壓轉(zhuǎn)換器100的電感器L的理想電流波形(示為IINDUCTOR)的圖，其包含當開關(guān)S1導通(或閉路)時該電流感測電阻器RS的連續(xù)波形(亦即，I(RS))以及當開關(guān)S1關(guān)斷(或開路)時該二極管D1的連續(xù)波形(亦即，I(D1))。該些電流值的下標為整數(shù)值，其代表連續(xù)的脈寬調(diào)制周期數(shù)。特別是，第一脈寬調(diào)制周期“n”開始于時間t1，其起始化一個由時間t1至時間t2的由一個理想電流I(RS)n所顯示的第一階段，其后接著一個由時間t2至時間t3的由一個理想電流I(D1)n所顯示的脈寬調(diào)制周期n的第二階段。下一個脈寬調(diào)制周期“n+1”開始于時間t3，其顯示為一個理想電流I(RS)n+1等等。于傳統(tǒng)的操作中，該開關(guān)控制器101監(jiān)視該VFB及VS信號，以觸發(fā)該脈寬調(diào)制信號導通或關(guān)斷該開關(guān)S1，以調(diào)整VOUT成為一個預定電壓電平，或調(diào)整該電感器電流于最小值及最大值(例如分別為I1及I2)之間。雖然未顯示，該開關(guān)控制器101包含為該項技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者所知的反饋感測及控制電路或邏輯電路，諸如包含多重互導(transconductance)(gm)級及/或總和放大器，一個電流斜率補償信號(例如，三角波或鋸齒波或類似物)產(chǎn)生器，等等，以產(chǎn)生該脈寬調(diào)制信號，以控制用于調(diào)整VOUT的回路。
當該開關(guān)S1于時間t1導通而實際上連接其的漏極及源極在一起時，該輸入電壓VIN實際上被放置于該電感器L及該相當小的值的電阻器RS上。于該脈寬調(diào)制周期的第一階段期間，流經(jīng)該電感器L的理想電流由低的值I1線性地增加至高的值I2，如示為I(RS)n。當該開關(guān)S1關(guān)斷因而實際上將該電感器L及該電阻器RS斷開時，于該電感器L中所建構(gòu)的能量導致該理想電流I(D1)n流經(jīng)該二極管D1，以對該輸出電容器C1充電，且產(chǎn)生該輸出電壓VOUT。于時間t2，該電流I(D1)n由I2線性地減少成于時間t3時的I1，于t3時，該開關(guān)S1再次導通，以起始化下一個脈寬調(diào)制周期n+1。
第3A及3B圖是曲線圖，為更真實地(例如，實際上)表示在顯示由于雜散電感及電容的結(jié)合的阻尼振蕩效果的脈寬調(diào)制周期的每一個階段期間流經(jīng)該電感器L的電流。第3A圖為代表I(RS)n的時間t1及t2之間的電壓VS(或VSn)的曲線圖。分別顯示低及高電壓電平V1及V2為表示低及高電流電平I1及I2。該金屬氧化物半導體場效應晶體管開關(guān)S1結(jié)合一不小的雜散電容量，其與該電路的雜散電感(例如，導電軌跡，晶片接腳連接等等)以及電阻(例如，RS及其他寄生電阻)結(jié)合，且集體地形成一個振蕩庫電路。當S1于時間T1導通以起始化該第n個脈寬調(diào)制周期時，前沿阻尼振蕩(例如，一個阻尼振蕩正弦波形)在時間t1之后于該VSn信號上產(chǎn)生，其顯示為301。應注意的是，舉例而言，該阻尼振蕩具有一個起始的高尖峰302，其可能超過V2(其代表I2)，假如其直接被使用作為該反饋信號，則其可能導致該脈寬調(diào)制周期的第一階段的過早終止。采用電流反饋且包含該升壓轉(zhuǎn)換器100的直流對直流轉(zhuǎn)換器典型地采用一個前沿消隱周期或TLEB，其防止如此的阻尼振蕩的效果干擾該反饋回路的操作。該TLEB周期是以一個足夠的期間任意設(shè)定，以忽略如此的阻尼振蕩，直到其消失為止，且因而防止在每一個脈寬調(diào)制周期的開始處的過早終止。
使用于防止脈寬調(diào)制周期的第一階段的過早終止的TLEB周期限制該升壓轉(zhuǎn)換器100的最小工作周期，且因而限制對于一給定輸入電壓而言的輸出電壓范圍。對于該升壓轉(zhuǎn)換器100而言，舉例而言，使用該TLEB周期不允許實施非常短的工作周期，使得強迫該輸出電壓VOUT為比VIN大很多。該開關(guān)控制器101包含一個內(nèi)部比較器或者類似物(未示出)，其比較該VS電壓及一個參考值，以判斷該電感器電流何時已經(jīng)到達一預定高的(或最大值)電平。于許多組態(tài)中，吾人期望減少由時間t1至時間t2的差，或t2-t1，以導致時間t2較早發(fā)生，藉此減少該脈寬調(diào)制控制信號的工作周期。接著，于脈寬調(diào)制工作周期中的減少使該輸出電壓VOUT的電平的減少成為可能，使得其較接近VIN的電平。然而，使用于避免該VS信號的阻尼振蕩301的TLEB周期對于該脈寬調(diào)制的工作周期強制施加一個人工最小值限制。在該TLEB周期結(jié)束時，該VS電壓大于該期望的目標電平，而以人工方式強迫VOUT比VIN大很多。
依歷史經(jīng)驗，此問題已經(jīng)被一個直流對直流轉(zhuǎn)換器及一個調(diào)整器兩者的組合而解決。如此的解決方案對于功率消耗及所需元件的數(shù)量而言本質(zhì)上是無效率的。
第3B圖為二極管電流I(D1)于時間t2及t3(或I(D1)n)之間的曲線圖。于所示的組態(tài)中，當該開關(guān)S1關(guān)斷時于時間t2時開始的該I(D1)電流的阻尼振蕩303是比較沒有問題，因為并不因控制的目的被監(jiān)視，且因而為了本發(fā)明的目的而被忽略。然而，應注意的是，該電流I(D1)n于該脈寬調(diào)制周期的第二階段結(jié)束且恰好在時間t3之前(示為305)時是相當穩(wěn)定的。
第4圖為一個克服該TLEB周期限制的根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例所實施的一個直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器400的簡化示意圖。該升壓轉(zhuǎn)換器400具有與該升壓轉(zhuǎn)換器100類似的組構(gòu)，其中，類似的元件以相同的參考符號顯示。感測電阻器RS因為不需要而被移除，使得該開關(guān)S1的源極直接連接至COM。一個電流感測裝置401于該電流路徑中連接于該電感器L及該二極管D1之間，以用于感測該二極管電流工(D1)及用于產(chǎn)生一個對應的感測電壓VSH。于所示的特定實施例中，該電流感測裝置401為一個取樣及保持裝置，其于一預定時間下取樣該電流I(D1)，且提供表示I(D1)的快照的對應的取樣過的電壓VSH。于一個實施例中，該電流感測裝置401持續(xù)地取樣該電流I(D1)，且保持在正好大約該I(D1)電流已經(jīng)下降至較低電平I1時及正好在該開關(guān)S1再次導通以起始化下一個脈寬調(diào)制周期(例如，于時間t1，t3等等)時取樣過的值。因此，該電流于每一個脈寬調(diào)制周期的最終結(jié)束處被取樣，諸如示于第3B圖的305。
示出由該開關(guān)控制器101而來的該脈寬調(diào)制信號提供至該電流感測器401，使得恰好在該脈寬調(diào)制信號被斷定為適當電平以使該開關(guān)S1導通之前，取得該VSH取樣。應注意的是，吾人期望該取樣于該開關(guān)S1真正導通的前被取得，以避免該阻尼振蕩301的效應。假如使用該脈寬調(diào)制信號，則該電流感測裝置401被組構(gòu)成在該開關(guān)S1導通之前保持該取樣。于真實的組態(tài)的實施中，一個不同的或初步脈寬調(diào)制信號被提供至該電流感測裝置401，以導致其于該開關(guān)S1真正地導通之前保持一個取樣過的值，以確保該取樣于切換的前該脈寬調(diào)制周期結(jié)束時被取得。通過該電流感測裝置401中繼該脈寬調(diào)制信號是可能的，其控制該開關(guān)S1，以確保該取樣于該開關(guān)S1致動之前被取得。然而，此需要該電流感測裝置401包含足以驅(qū)動S1的柵極的緩沖器電路或類似電路。于一個實施例中，稱為PPWM(第6圖)的初步脈寬調(diào)制信號被提供至該電流感測裝置401，以確保在切換的前取樣，如下文作進一步敘述。許多不同的及替代的實施例是可以預想到，以實施該電流感測裝置401。
該升壓轉(zhuǎn)換器400亦包含一個斜波產(chǎn)生器403，其產(chǎn)生斜波電壓VR，其表示當該開關(guān)S1導通時該電感器L中電流的增加或上升，如下文作進一步敘述。該VR及VSH信號被提供至一個總和裝置405的各個輸入端，該總和裝置405將該些電壓信號加在一起，以產(chǎn)生于其輸出端提供的復制電壓信號VREP。該VREP信號提供至一個乘法器或增益方塊407，該乘法器或增益方塊407將該VREP信號乘上一個縮放因子“k”，且輸出一個電流反饋感測信號VS’＝k*VREP(其中，該星號“*”代表相乘)。該電流反饋感測信號VS’被提供至該開關(guān)控制器101而取代該VS信號。該縮放因子“k”典型上小于一(1)，且轉(zhuǎn)換該VREP信號成為該VS信號的電壓電平，如同當該開關(guān)S1導通時感測該感測電阻器RS的電壓及代表流經(jīng)該開關(guān)S1的電流一樣。
第5A-5C圖分別為該斜波電壓VR、該取樣及保持電路VSH及該總和及縮放化電壓VREP及VS’的曲線圖。第5A圖顯示由該斜波產(chǎn)生器403所產(chǎn)生代表當該開關(guān)S1導通時該電感器L中的電流的增加產(chǎn)生的該斜波電壓VR。于一個實施例中，一個諸如該斜波產(chǎn)生器403本身的電路方塊監(jiān)視VIN，且因為該電感器的電感值(例如，電感值＝L)為已知，所以產(chǎn)生VR等于或比例于VIN/L(其中，斜線“/”代表除法)。如圖所示，VR以一個線性的方式于時間t1及t2之間由零值斜線上升，其是模擬時間t1及t2之間電流I(RS)的斜波。第5B圖顯示代表恰好在時間t1之前取樣的該電感器L中測量出的電流的VSH，其亦等于流經(jīng)二極管D1的電流，因為該開關(guān)S1關(guān)斷且該電感器L及二極管D1實際上串聯(lián)。如圖所示，VSH于某一電壓電平在大約時間t1時被取樣，且由時間t1至t2保持固定值。第5C圖顯示于該總和裝置405的輸出端的VREP。因為VSH為代表恰好在該開關(guān)S1導通之前該二極管D1的起始電流I(D1)的電壓，且因為VR代表在該開關(guān)S1導通之后該電感器L的電流的增加，所以VREP為代表當?shù)趎個脈寬調(diào)制周期于時間t1及t2之間導通時流經(jīng)該開關(guān)S1的電流的電壓。對于每一個脈寬調(diào)制周期而言，操作以一個類似的方式重復。VREP以該縮放因子“k”縮放，以產(chǎn)生VS’，其亦顯示于第5C圖，其模擬于時間t1及t2之間于該感測電阻器RS上先前產(chǎn)生的電壓。
第6圖為更詳細的示意及方塊圖，輸出根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實施例的經(jīng)過該二極管D1的電流的取樣及與該直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器400測量出的電流的樣本保持相關(guān)的時序的進一步細節(jié)。示出連接提供該取樣過的電流I(D1)的一個適當縮放版本的二極管D1至該電流感測裝置401的一個電流鏡601。于此情況下，該電流感測裝置401為一個取樣及保持裝置，其當該初步脈寬調(diào)制信號(或PPWM)被斷定成起始化下一個脈寬調(diào)制周期時，持續(xù)地取樣I(D1)且接著保持一個取樣于其的輸出端，作為該VSH信號。該開關(guān)控制器101包含一個鎖存或觸發(fā)裝置或類似裝置，諸如一個D型觸發(fā)器603，其當其的內(nèi)部反饋控制電路(未示出)判斷起始化下一個脈寬調(diào)制周期時，輸出該初步脈寬調(diào)制信號。該初步脈寬調(diào)制信號為一個數(shù)字或二進制信號或類似物，其不直接使用于驅(qū)動該開關(guān)S1的柵極。反而是，該初步脈寬調(diào)制信號經(jīng)過一個緩沖器裝置605緩沖，該緩沖器裝置605輸出該脈寬調(diào)制信號至S1的柵極。于一個實施例中，該緩沖器裝置605包含多個串聯(lián)連接的緩沖器或反相器或類似物，以將該脈寬調(diào)制信號升高成適當?shù)墓β孰娖交蝌?qū)動能力，以驅(qū)動S1的柵極。該緩沖器裝置605置入一個延遲，諸如數(shù)毫微秒(ns)數(shù)量級(例如，20毫微秒)，使得該初步脈寬調(diào)制信號于該脈寬調(diào)制信號之前被斷定。以此方式，恰好在該脈寬調(diào)制信號被斷定以導通該開關(guān)S1之前，該電流感測裝置401接收該初步脈寬調(diào)制信號，且輸出該I(D1)信號的一個取樣作為該VSH信號。使用該初步脈寬調(diào)制信號以控制取樣及略微延遲的脈寬調(diào)制信號以控制切換確保在切換之前取樣。
該直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器400實施一個新的解決方案，在該方案中，代替該切換路徑之中用于反饋回路控制的電流I(RS)，該升壓轉(zhuǎn)換器400監(jiān)視或取樣流經(jīng)該二極管D1的電流I(D1)，且復制流經(jīng)該電感器L的電流的增加，以重新合成或模擬流經(jīng)該切換裝置的該電感器電流的增加，而無雜散電感及電容所導致的阻尼振蕩噪聲。因為為了反饋控制的目的而避免該電流反饋信息的阻尼振蕩，克服了脈寬調(diào)制工作周期的TLEB周期限制，所以升壓轉(zhuǎn)換器400可以在一非常短的工作周期下操作。特別是，每一個脈寬調(diào)制周期的第一個階段根據(jù)該VS’信號而被終止，其可以在該典型的TLEB周期結(jié)束之前任何時間下產(chǎn)生，而使減少的脈寬調(diào)制工作周期成為可能。一個較短的工作周期使該輸出電壓VOUT接近輸入電壓VIN的電平成為可能，其與傳統(tǒng)的直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器不類似。
該感測電阻器RS可以選擇地被消除，通過減少功率損耗而改進效率。該斜波產(chǎn)生器403、總和裝置405及該增益方塊407可以在該開關(guān)控制器101內(nèi)實施。然而，應注意的是，額外裝置設(shè)置于該開關(guān)控制器101的外部使該開關(guān)控制器101保持不修改。假如適當?shù)乜s放(諸如通過組構(gòu)該開關(guān)控制器101或預縮放或直接縮放該VR及VSH電壓)，該VREP電壓可以被直接使用，而非VS’。該直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器400可以實施于一個共同控制芯片或集成電路(IC)上。于一個實施例中，舉例而言，該開關(guān)控制器101、該開關(guān)S1、該電流感測裝置401、該斜波產(chǎn)生器403、該總和裝置405、該增益方塊407、該電流鏡601及該二極管D1被集成化至一個共同控制器芯片之中。如此的結(jié)構(gòu)是特別有利的，因為觸發(fā)器、緩沖器、斜波產(chǎn)生器、總和裝置、取樣及保持電路及電流鏡為容易于一個集成電路上實施的常用裝置。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參照本發(fā)明的某些版本而以相當詳細的方式敘述，然而，其他版本及變化是可能的且可以預想到的。熟習該項技術(shù)者應了解，其能夠輕易地使用所揭示的觀念及特定實施例作為設(shè)計或修改其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，以用于提供本發(fā)明的相同目的，而不偏離由后附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神及范疇。
權(quán)利要求
1.一種用于直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器的電流復制電路，其避免一個前沿消隱(LEB)周期限制，所述直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器是通過使用一個采用電流反饋控制的開關(guān)控制器切換經(jīng)過一個電感器及一個二極管的輸入電壓及提供一個脈寬調(diào)制(PWM)信號以控制連接至所述電感器的一個開關(guān)，而調(diào)整一個輸出電壓，所述電流復制電路包含一個電流感測器，其取樣當所述開關(guān)為關(guān)斷時經(jīng)過所述電感器的電流，且恰好在所述開關(guān)導通之前提供一個指示電感器電流的取樣電壓；一個斜波產(chǎn)生器，其提供一個復制當所述開關(guān)導通時所述電感器的電流增加的斜波電壓；及一個總和裝置，其將所述取樣電壓加入至所述斜波電壓，以產(chǎn)生一個使用于所述開關(guān)控制器的反饋電流控制的復制電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的電流復制電路，其特征在于，所述電流感測器包含一個取樣及保持裝置，其在切換之前取樣經(jīng)過所述電感器的電流，且于切換之后保持所述取樣電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的電流復制電路，其進一步包含一個電流鏡，其用于連接至所述二極管，且其提供一個指示經(jīng)過所述二極管的電流的鏡象電流；及所述取樣及保持裝置連接至所述電流鏡，且其取樣及保持所述鏡象電流的一個取樣作為所述取樣電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的電流復制電路，其特征在于，所述開關(guān)控制器提供一個初步脈寬調(diào)制信號，且一個緩沖器接收所述初步脈寬調(diào)制信號且提供所述脈寬調(diào)制信號，其中，所述取樣及保持裝置根據(jù)所述初步脈寬調(diào)制信號保持所述取樣電壓所述。
5.如權(quán)利要求1所述的電流復制電路，其特征在于，所述斜波產(chǎn)生器根據(jù)由所述電感器的電感值所分割的輸入電壓，而產(chǎn)生所述斜波電壓。
6.如權(quán)利要求1所述的電流復制電路，其進一步包含一個增益方塊，其將所述復制電壓乘上一個縮放因子，且提供一個電壓感測信號至所述開關(guān)控制器，以用于電流反饋控制。
7.一種直流對直流轉(zhuǎn)換器，其包含一個電感器，其具有一個第一端及一個第二端，其特征在于，所述第一端接收一個相對于共同節(jié)點的輸入電壓；一個二極管，其具有一個連接至所述電感器的一個第二端的陽極及一個陰極；一個電容器，其連接于所述二極管的陰極及所述共同節(jié)點之間，其產(chǎn)生一個輸出電壓；一個開關(guān)裝置，其具有一個連接于所述電感器的第二端及所述共同節(jié)點之間的受控電流路徑，且具有一個控制輸入，當導通時，所述開關(guān)裝置使能所述電流路徑，且當關(guān)斷時，所述開關(guān)裝置禁止所述電流路徑；一個開關(guān)控制器，其具有一個接收電流感測信號的輸入端及一個提供脈寬調(diào)制控制信號至所述開關(guān)裝置的所述控制輸入端的輸出端；一個斜波產(chǎn)生器，其提供一個斜波信號，所述斜波信號具有模擬當所述開關(guān)裝置導通時經(jīng)過所述電感器的電流增加的斜率；一個電流感測器，其提供一個電流取樣信號，其指示當所述開關(guān)裝置是關(guān)斷且恰好在所述開關(guān)裝置導通之前經(jīng)過所述二極管的電流電平；及一個總和裝置，其將所述斜波及電流取樣信號加在一起，以提供一個使用于所述電流感測信號的復制信號。
8.如權(quán)利要求7所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述開關(guān)裝置包含一個金屬氧化物半導體場效應晶體管。
9.如權(quán)利要求7所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電流感測器包含一個取樣及保持電路，其取樣電流且其保持一個取樣電壓作為指示被取樣過電流的電流取樣信號。
10.如權(quán)利要求7所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其進一步包含一個電流鏡，其連接至所述二極管，且提供一個鏡象電流；及所述電流感測器包含一個取樣及保持電路，其連接至所述電流鏡，其取樣所述鏡象電流且保持一個取樣電壓作為指示取樣過的電流的電流取樣信號。
11.如權(quán)利要求10所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述開關(guān)控制器包含一個緩沖器，其具有一個接收初步脈寬調(diào)制信號的輸入端及一個提供所述脈寬調(diào)制控制信號的輸出端；且所述取樣及保持電路接收所述初步脈寬調(diào)制信號，且根據(jù)所述初步脈寬調(diào)制信號保持所述電流取樣信號。
12.如權(quán)利要求7所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其進一步包含一個增益方塊，其將所述復制信號乘上一個縮放因子，以產(chǎn)生所述電流感測信號。
13.一種消除直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器的前沿消隱周期限制的方法，所述直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器通過使用一個采用電流反饋控制的開關(guān)控制器切換一個經(jīng)過一個電感器及一個二極管的輸入電壓及提供一個脈寬調(diào)制信號以控制連接至所述電感器的一個開關(guān)，而調(diào)整一個輸出電壓，所述方法包含當所述開關(guān)是開路且恰好在所述開關(guān)斷路之前時，判斷所述電感器的電流電平，且提供一個對應的電流電平信號；當所述開關(guān)是閉路時，合成所述電感器的電流增加且提供一個對應的斜波信號；及將所述電流電平及斜波信號加在一起，以產(chǎn)生一個提供給所述取樣控制器的電流反饋感測信號。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，所述方法進一步包含產(chǎn)生一個初步脈寬調(diào)制信號；及緩沖所述初步脈寬調(diào)制信號，以提供脈寬調(diào)制控制信號。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述判斷所述電感器的電流電平的步驟包含取樣電流及根據(jù)所述初步脈寬調(diào)制信號保持一個電流取樣。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述取樣及保持包含轉(zhuǎn)換取樣過的電流成為一個電壓取樣。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述緩沖初步脈寬調(diào)制信號包含延遲所述脈寬調(diào)制控制信號，以確保在切換之前取樣。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述合成所述電感器的電流增加包含根據(jù)所述輸入電壓及所述電感器的電感值而產(chǎn)生所述斜波信號。
全文摘要
一種電流復制電路避免一個直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器的前沿消隱周期限制。該直流對直流升壓轉(zhuǎn)換器通過使用一個采用電流反饋控制的開關(guān)控制器切換經(jīng)過一個電感器及一個二極管的輸入電壓及提供一個脈寬調(diào)制信號以控制連接至該電感器的一個開關(guān)，而調(diào)整輸出電壓。該電流復制電路包含一個電流感測器，一個斜波產(chǎn)生器，及一個總和裝置。當該開關(guān)為斷開時該電流感測器關(guān)斷對經(jīng)過該電感器的電流取樣，且恰好在該開關(guān)導通之前提供指示電感器電流的取樣電壓。當該開關(guān)導通時該斜波產(chǎn)生器提供一個復制該電感器的電流增加的斜波電壓。該總和裝置系將該取樣電壓加入至該斜波電壓，以產(chǎn)生一個使用于該開關(guān)控制器的反饋電流控制的復制電壓。
文檔編號H02M3/00GK1761135SQ20051007948
公開日2006年4月19日 申請日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月14日
發(fā)明者A·P·勒菲弗爾 申請人:英特賽爾美國股份有限公司