專利名稱：用于使用橋拓撲的開關式電源轉換器的開關方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及電源轉換器，且更明確來說，涉及使用橋拓撲的電源轉換器。
背景技術：
許多應用可需要開關調節(jié)器或開關式電力供應器以在非反相降壓或升壓模式下操作，兩模式相對順暢地轉變。轉向圖1，可見橋100的實例，其可在升壓及降壓模式下操作。橋100大體上是H型橋，其使用開關SI到S4及電感器L，所述電感器L耦合在H型橋各開關節(jié)點間。在降壓模式下，開關S4及S3分別閉合及斷開，同時提供脈寬調制(PWM)信號給開關SI及S2。或者，在升壓模式下，開關SI及S2分別閉合及斷開，同時提供PWM信號給開關S3及S4。然而，橋100的問題是存在許多實際約束，限制升降壓及升壓模式間順暢轉變的能力，即接通持續(xù)時間與空載時間。舉例來說，就降壓模式而言，開關SI (或S2)不能順暢達到100%工作循環(huán)。如圖2中所見，舉例來說，開關S2具有最小接通持續(xù)時間Tw(其大體上由開關S2的物理性質決定)，及開關SI的PWM信號的上升/下降沿與開關S2的PWM信號的下降/上升沿之間存在空載時間Tdead。如果對于1/T的固定頻率(降壓模式下的工作循環(huán)Dbu乘以周期T)，開關SI (例如)的全部接通持續(xù)時間大于周期T減去此預定約束周期(Dbu*T > T-2T_-TW)，那么調節(jié)器的增益(VQUT/VIN)可偏離預期值。在第6，166，527號及第6，037, 725號美國專利及第2009/0039852號美國專利公開案中描述一些其它常規(guī)電路。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的實例實施例提供一種改進的開關調節(jié)器裝置。本裝置包括一種升降壓開關調節(jié)器，所述開關調節(jié)器具有輸入端子、輸出端子、預定降壓增益、預定升壓增益、預定空載時間及預定接通持續(xù)時間；及控制電路，其耦合至輸出端子及輸入端子中的至少一者且控制升降壓開關調節(jié)器，其中控制電路使用補償函數以確定所述升降壓開關調節(jié)器的脈寬調制(PWM)工作循環(huán)，其中控制電路包含處理器及其上體現有計算機程序產品的存儲媒體，且其中所述計算機程序產品包含用于當補償函數的輸出小于預定降壓增益時在降壓模式下操作升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼；用于當補償函數的輸出在預定降壓增益與預定升壓增益之間時在橋模式下操作升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼；以及用于當補償函數的輸出大于預定升壓增益時在升壓模式下操作升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼。根據本發(fā)明的實例實施例，用于當補償函數的輸出在預定降壓增益與預定升壓增益之間時在橋模式下操作升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼進一步包括用于當補償函數的輸出在預定降壓增益與中間值之間時在第一橋模式下操作升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼；以及用于當補償函數的輸出在中間值與預定升壓增益之間時在第二橋模式下操作升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼。根據本發(fā)明的實例實施例，所述升降壓開關調節(jié)器進一步包括第一開關，其耦合在輸入端子與第一開關節(jié)點之間；第二開關，其耦合在第一開關節(jié)點與接地之間；電感器，其耦合在第一開關節(jié)點與第二開關節(jié)點之間；第三開關，其耦合在第二開關節(jié)點與接地之間；以及第四開關，其耦合在第二開關節(jié)點與輸出端子之間。根據本發(fā)明的實例實施例，用于當補償函數的輸出在預定降壓增益與中間值之間時在第一橋模式下操作升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼進一步包括用于以具有為補償函數的輸出與第一恒定值之間的差的值的第一工作循環(huán)操作第一開關的計算機代碼；以及用于以為第二恒定值的第二工作循環(huán)操作第三開關的計算機代碼，其中在第一橋模式下，升降壓開關調節(jié)器的增益是第三恒定值與第一工作循環(huán)的值的乘積。根據本發(fā)明的實例實施例，用于當補償函數的輸出在中間值與預定升壓增益之間時在第二橋模式下操作升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼進一步包括用于以具有第四恒定值的第三工作循環(huán)操作第一開關的計算機代碼；以及用于以具有為補償函數的輸出與第五恒定值的差的值的第四工作循環(huán)操作第三開關的計算機代碼，其中在第二橋模式下，升降壓開關調節(jié)器的增益是第四恒定值與第六恒定值與補償函數的輸出之間的差的乘積。根據本發(fā)明的實例實施例，控制電路進一步包括分壓器，其耦合至輸出端子；以及誤差放大器，其接收參考電壓且耦合至分壓器及處理器。根據本發(fā)明的實例實施例，所述處理器是數字信號處理器(DSP)。根據本發(fā)明的實例實施例，提供一種方法。所述方法包括檢測升降壓開關調節(jié)器的輸入電壓、輸出電壓、輸入電流及輸出電流中的至少一者，其中升降壓開關調節(jié)器包含預定降壓增益、預定升壓增益、預定空載時間及預定接通持續(xù)時間，且其中所述升降壓開關調節(jié)器包含第一開關，其耦合在輸入端子與第一開關節(jié)點之間；第二開關，其耦合在第一開關節(jié)點與接地之間；電感器，其耦合在第一開關節(jié)點與第二開關節(jié)點之間；第三開關，其耦合在第二開關節(jié)點與接地之間；以及第四開關，其耦合在第二開關節(jié)點與輸出端子之間；當補償函數的輸出小于預定降壓增益時，在降壓模式下操作升降壓開關調節(jié)器；當補償函數的輸出在預定降壓增益與中間值之間時，在第一橋模式下操作升降壓開關調節(jié)器；當補償函數的輸出在中間值與預定升壓增益之間時，在第二橋模式下操作升降壓開關調節(jié)器；以及當補償函數的輸出大于預定升壓增益時，在升壓模式下操作升降壓開關調節(jié)器。根據本發(fā)明的實例實施例，當補償函數的輸出在預定降壓增益與中間值之間時，在第一橋模式下操作升降壓開關調節(jié)器的步驟進一步包括以具有為補償函數的輸出與第一恒定值之間的差的值的第一工作循環(huán)操作第一開關；以及以為第二恒定值的第二工作循環(huán)操作第三開關，其中在第一橋模式下，升降壓開關調節(jié)器的增益是第三恒定值與第一工作循環(huán)的值的乘積。根據本發(fā)明的實例實施例，當補償函數的輸出在中間值與預定升壓增益之間時，在第二橋模式下操作升降壓開關調節(jié)器的步驟進一步包括以具有第四恒定值的第三工作循環(huán)操作第一開關；以及以具有為補償函數的輸出與第五恒定值之間的差的值的第四工作循環(huán)操作第三開關，其中在第二橋模式下，升降壓開關調節(jié)器的增益是第四恒定值與第六恒定值與補償函數的輸出之間的差的乘積。根據本發(fā)明的實例實施例，提供一種裝置。所述裝置包括太陽能電池；升降壓開關調節(jié)器，其具有輸入端子、輸出端子、預定降壓增益、預定升壓增益、預定空載時間及預定接通持續(xù)時間，其中所述輸入端子耦合至太陽能電池；以及控制電路，其耦合至輸出端子且控制升降壓開關調節(jié)器，其中控制電路使用補償函數以確定所述升降壓開關調節(jié)器的PWM工作循環(huán)，其中控制電路包含處理器及其上體現有計算機程序產品的存儲媒體，且其中所述計算機程序產品包含用于當補償函數的輸出小于預定降壓增益時在降壓模式下操作升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼；用于當補償函數的輸出在預定降壓增益與中間值之間時在第一橋模式下操作升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼；用于當補償函數的輸出在中間值與預定升壓增益之間時在第二橋模式下操作升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼；以及用于當補償函數的輸出大于預定升壓增益時在升壓模式下操作升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼。


參考隨附圖式，描述本發(fā)明的實例實施例，其中圖1是常規(guī)橋的電路圖；圖2是圖解說明圖1的橋的操作約束的時序圖；以及圖3是根據本發(fā)明的實例實施例的系統的實例。
具體實施方式
圖3根據本發(fā)明的實例實施例圖解說明系統300。系統100大體上包括橋100、太陽能電池302、電容器Cl、分壓器(電阻器Rl及R2)、誤差放大器308、處理器304及存儲媒體306。分壓器(R1，R2)、誤差放大器308、處理器304及存儲媒體306大體上共同作為控制電路操作，而橋100及電容器Cl大體上共同作為降壓升壓開關調節(jié)器操作。在操作中，舉例來說，將來自太陽能電池302(其可包含與所述輸入端子串聯或并聯耦合的多個太陽能電池)的輸入電壓Vin及輸入電流Iin提供給所述開關調節(jié)器的輸入端子，以便在輸出端子產生輸出電壓Vot及輸出電流Itm?？刂齐娐窚y量輸出電壓Vott及輸入電壓Vin且產生用于開關SI到S4的適當PWM信號。誤差放大器308比較來自分壓器的輸出與參考電壓REF，使得處理器304可實行PWM信號的修正。在替代布置中，可移除誤差放大器308及分壓器，所述功能性由處理器304提供。在其它的替代布置中,輸入電流Iin、輸出電流Iott或輸入電壓Vin可用于替代輸出電壓Vott以修正PWM信號。另外，處理器304可為數字信號處理器或DSP。對于常規(guī)橋開關或升降壓操作，開關對S1/S3或S2/S4同時接通及斷開，及工作循環(huán)Dbk是開關S1/S3接通的循環(huán)的分數。雖然切換模式大體以為I的增益G(輸出電壓Vott與輸入電壓Vin的比率)平滑地操作，但是與降壓模式或升壓模式任一者相比其也消耗更多功率。過量功率消耗大體上是由于存在四個有源開關(代替兩個)及大體上由于與降壓模式& = Iout)或升壓模式I = Iin)相比更高平均電感器電流込；即平均電感器電流込是輸入電流Iin與輸出電流Iqut的和(Ilj = Iin+Iout)。然而，減小此平均電感器電流込是可能的。假設降壓(對于開關SI及S2)及升壓(對于開關S3及S4)側的工作循環(huán)是獨立的且假設降壓工作循環(huán)Dbu(或升壓工作循環(huán)Dbo)表示開關SI (或S3)接通的開關周期T的分數，那么所述增益G及電感器電流k可用下列式子表示 (1)
權利要求
1.ー種裝置，其包括 升降壓開關調節(jié)器，其具有輸入端子、輸出端子、預定降壓增益、預定升壓增益、預定空載時間及預定接通持續(xù)時間；以及 控制電路，其耦合至所述輸出端子及所述輸入端子中的至少ー者且控制所述升降壓開關調節(jié)器； 其中所述控制電路使用補償函數以確定用于所述升降壓開關調節(jié)器的脈寬調制PWM工作循環(huán)； 其中所述控制電路包含處理器和其上體現有計算機程序產品的存儲媒體，以及 其中所述計算機程序產品包含 用于當所述補償函數的輸出小于所述預定降壓增益時在降壓模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼； 用于當所述補償函數的所述輸出在所述預定降壓增益與所述預定升壓增益之間時在橋模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼；以及 用于當所述補償函數的所述輸出大于所述預定升壓增益時在升壓模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中用于當所述補償函數的所述輸出在所述預定降壓増益與所述預定升壓增益之間時在所述橋模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器的所述計算機代碼進一歩包括 用于當所述補償函數的所述輸出在所述預定降壓增益與中間值之間時在第一橋模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼；以及 用于當所述補償函數的所述輸出在所述中間值與所述預定升壓增益之間時在第二橋模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼。
3.根據權利要求2所述的裝置，其中所述升降壓開關調節(jié)器進ー步包括 第一開關，其耦合在所述輸入端子與第一開關節(jié)點之間； 第二開關，其耦合在所述第一開關節(jié)點與接地之間； 電感器，其耦合在所述第一開關節(jié)點與第二開關節(jié)點之間； 第三開關，其耦合在所述第二開關節(jié)點與接地之間；以及 第四開關，其耦合在所述第二開關節(jié)點與所述輸出端子之間。
4.根據權利要求3所述的裝置，其中用于當所述補償函數的所述輸出在所述預定降壓増益與所述中間值之間時在所述第一橋模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器的所述計算機代碼進ー步包括 用于以第一工作循環(huán)操作所述第一開關的計算機代碼，所述第一工作循環(huán)具有為所述補償函數的所述輸出與第一恒定值之間的差的值；以及 用于以為第二恒定值的第二工作循環(huán)操作所述第三開關的計算機代碼，其中在所述第一橋模式下，升降壓開關調節(jié)器的增益是第三恒定值與所述第一工作循環(huán)的所述值的乘積。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中用于當所述補償函數的所述輸出在所述中間值與所述預定升壓增益之間時在所述第二橋模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器的所述計算機代碼進ー步包括用于以具有第四恒定值的第三工作循環(huán)操作所述第一開關的計算機代碼；以及用于以第四工作循環(huán)操作所述第三開關的計算機代碼，所述第四工作循環(huán)具有為所述補償函數的所述輸出與第五恒定值之間的差的值，其中在所述第二橋模式下，所述升降壓開關調節(jié)器的増益是所述第四恒定值與第六恒定值與所述補償函數的所述輸出之間的差的乘積。
6.根據權利要求5所述的裝置，其中所述控制電路進一歩包括 分壓器，其耦合至所述輸出端子；以及 誤差放大器，其接收參考電壓且耦合至所述分壓器及所述處理器。
7.根據權利要求5所述的裝置，其中所述處理器是數字信號處理器DSP。
8.ー種方法，其包括 檢測升降壓開關調節(jié)器的輸入電壓、輸出電壓、輸入電流及輸出電流中的至少ー者；其中所述升降壓開關調節(jié)器包含預定降壓增益、預定升壓增益、預定空載時間及預定接通持續(xù)時間；且其中所述升降壓開關調節(jié)器包含 第一開關，其耦合在輸入端子與第一開關節(jié)點之間； 第二開關，其耦合在所述第一開關節(jié)點與接地之間； 電感器，其耦合在所述第一開關節(jié)點與第二開關節(jié)點之間； 第三開關，其耦合在所述第二開關節(jié)點與接地之間；以及 第四開關，其耦合在所述第二開關節(jié)點與輸出端子之間； 當所述補償函數的輸出小于所述預定降壓增益時，在降壓模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器； 當所述補償函數的所述輸出在所述預定降壓增益與中間值之間時，在第一橋模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器； 當所述補償函數的所述輸出在所述中間值與所述預定升壓增益之間時，在第二橋模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器；以及 當所述補償函數的所述輸出大于所述預定升壓增益時，在升壓模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器。
9.ー種裝置，其包括 太陽能電池； 升降壓開關調節(jié)器，其具有輸入端子、輸出端子、預定降壓增益、預定升壓增益、預定空載時間及預定接通持續(xù)時間，其中所述輸入端子耦合至所述太陽能電池；以及控制電路，其耦合至所述輸出端子且控制所述升降壓開關調節(jié)器； 其中所述控制電路使用補償函數以確定用于所述升降壓開關調節(jié)器的PWM工作循環(huán)；以及 其中所述控制電路包含處理器及其上體現有計算機程序產品的存儲媒體，且其中所述計算機程序產品包含 用于當所述補償函數的輸出小于所述預定降壓增益時在降壓模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼； 用于當所述補償函數的所述輸出在所述預定降壓增益與中間值之間時在第一橋模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼；用于當所述補償函數的所述輸出在所述中間值與所述預定升壓增益之間時在第二橋模式下操作所述升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼；以及 用于當所述補償函數的所述輸出大于所述預定升壓增益時在升壓模式下操作 所述升降壓開關調節(jié)器的計算機代碼。
10.根據權利要求9所述的裝置，其中所述升降壓開關調節(jié)器進ー步包括 第一開關，其耦合在所述輸入端子與第一開關節(jié)點之間； 第二開關，其耦合在所述第一開關節(jié)點與接地之間； 電感器，其耦合在所述第一開關節(jié)點與第二開關節(jié)點之間； 第三開關，其耦合在所述第二開關節(jié)點與接地之間；以及 第四開關，其耦合在所述第二開關節(jié)點與所述輸出端子之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控制電路(分壓器(R1，R2)、誤差放大器308、處理器304及存儲媒體306)，所述控制電路耦合至輸入/輸出端子以控制升降壓開關調節(jié)器。所述控制電路使用補償函數以確定所述開關調節(jié)器的脈寬調制PWM工作循環(huán)。所述開關調節(jié)器經控制以當所述補償函數的輸出小于預定降壓增益時而在降壓模式下操作；當所述補償函數的輸出在預定降壓增益與預定升壓增益之間時而在橋模式下操作；及當所述補償函數的輸出大于預定升壓增益時而在升壓模式下操作。
文檔編號H02M3/28GK103038991SQ201180037425
公開日2013年4月10日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權日2010年8月31日
發(fā)明者理查德·K·赫斯特 申請人:德州儀器公司