具有降压-升压过渡切换控制的降压-升压转换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请总体涉及降压-升压切换转换器/调节器，并且更具体地涉及在降压-升压过渡期间实施切换控制。
【背景技术】
[0002]降压-升压切换转换器拓扑结构一般需要某一切换控制机制，以确保在降压和升压之间的过渡期间的正确操作，在该期间输入和输出电压接近并且负载电流低。
[0003]—种常见的方法是双斜坡PffM(脉冲宽度调制)。这种方法的缺点包括由于过渡的换向造成在过渡区域处的较低效率和较大的Iq(由DC偏置导致的静态电流或地电流，即电流不可用于负载)。
[0004]另一常见的方法是使用比较器确定是输入电压还是调节的输出电压较大，并且在过渡期间控制单个开关。这种方法的缺点包括由于“循环”造成的慢响应，并且如果未调节的输入电压显著地低于调节的输出电压，那么能够导致显著的电路稳定性问题。可替代的方法由US5734258说明，其描述了复杂电感器耦合布置。这种方法的缺点包括对负载电流快速变化的较慢响应，和在输入电压和输出电压几乎相等时的不可预测的操作。
[0005]另一种可替代的方法在US6275016中说明，其中切换控制通过具有来自误差比较器的输入并且使用切换历史的时钟控制的状态机来提供。这种方法的缺点是时钟计时，其需要高Iq和低负载电流处的较低效率，以及混沌效应和分谐波振荡。
【发明内容】
[0006]提供用于降压-升压切换控制(调节)的装置和方法，包括在降压-升压过渡期间的切换控制。降压-升压调节方法能够适合在DCM(非连续导通模式)中工作的单电感器降压-升压转换器构架。
[0007]在一个实施例中，降压-升压调节方法能够适合于降压-升压调节器，所述降压-升压调节器包括电感器，其在第一电感器节点处耦合至输入电源并在第二电感器节点处耦合至输出节点；输出电容器，其耦合至输出节点，与负载并联；并且包括切换网络，其具有开关S1、开关S2、整流部件S3和整流部件S4，开关SI耦合在输入电源和第一电感器节点之间，开关S2耦合在第二电感器节点和地之间，整流部件S3耦合在第一电感器节点和地之间并且经配置能够允许在向前方向上的向前电流并阻止在相反方向上的反向电流，整流部件S4耦合在第二电感器节点和输出节点之间并且经配置以能够允许从第二电感器节点至输出节点的向前电流并且阻止从输出节点至第二电感器节点的反向电流。
[0008]降压-升压调节方法包括控制切换网络以控制包括电感器充电和放电的电感器电流l.，从而提供三种模式的电力转换:(a)降压模式，其当输入电力大于调节的输出电力时，通过降压过渡参数提供下转换，其中降压过渡参数对应于预定的最长充电时间；(b)升压模式，其当输入电力小于调节的输出电力时，通过升压过渡参数提供上转换，其中升压过渡参数对应于预定的最长放电时间；以及(C)过渡模式，其当输入电力和调节的输出电力之间的差对应于降压-升压过渡状况时，启用过渡模式，降压-升压过渡状况由超过最长充电时间的电感器充电时间和超过最长放电时间的电感器放电时间表示。在过渡模式期间，控制切换网络以在充电过渡周期和放电过渡周期之间进行过渡。
[0009]在充电周期期间，通过如下方式控制对电感器的充电:(a)闭合SI而断开S2，其中整流部件S3经配置以阻止从输入电源至地的反向电流，并且其中整流部件S4传导向前电流，使得电感器电流利用S1S4A I [电流斜坡对电感器充电；(b)在最长充电时间结束时，确定II/』、于预定峰电流I L—MM;并且做出响应，(C)闭合S2，使第二电感器节点接地(整流部件S4阻止任何从输出节点到第二电感器节点的反向电流)，使得增大至在量值上大于S1S4A Il电流斜坡的S1S2 I l电流斜坡，直到I l达到I l—mm。
[0010]在放电周期期间，通过如下方式控制电感器放电:(a)闭合SI而断开S2，其中整流部件S3经配置以阻止从输入电源到地的反向电流，并且整流部件S4传导向前电流，使得电感器电流込利用S1S4B I [电流斜坡将电感器放电；(b)在最长放电时间结束时，确定I次于零；并且做出响应，(c)断开SI，其中整流部件S3经配置以将第一电感器节点连接至地(并且其中整流部件S4传导向前电流)，使得Il增大至在量值上大于S1S4A IL电流斜坡的S3S4 Il电流斜坡，直到IL达到零。
[0011]在另一个实施例中，该降压-升压调节方法能够适合于具有四晶体管切换网络的单电感器降压-升压转换器架构，该方法包括通过如下操作控制切换网络:(a)产生过零信号ZC3，其指示通过S3和第一电感器节点的电感器电流Il何时为零，(b)产生过零信号ZC4，其指示通过第二电感器节点和S4的电感器电流L何时为零，(c)产生表示电感器电流込的^感测信号，(d)产生表示(基于I J供应至负载的输出电压和调节的输出电压之间的差的电压调节误差信号；(e)基于感测信号和电压调节误差信号产生I 节误差信号；以及(f)基于过零信号ZCl和ZC2和I 节误差信号切换S1-S4，使得切换调节器供应对应于调节的输出电压的电感器电流II。对于该实施例，能够通过如下操作产生Il调节误差信号:(a)产生表示电感器电流L的I 测电流，(b)产生对应于(基于I J供应至负载的输出电压和对应于调节的输出电压的基准电压之间的差的电压调节误差电流；(C)基于込电压调节电流信号和感测信号之间的差值产生I 节电流，以及(d)相对于比较器基准，基于IJl节电流产生I 节误差信号。在另一个实施例中，比较器基准能够对应于预定的滞后电平。
[0012]在配置成实施降压-升压调节方法的降压-升压转换器的实施例中，所述方法包括在降压-升压过渡期间控制切换，所述转换器包括:(a)切换网络，其耦合至第一和第二电感器节点和输出节点；第一和第二电感器节点经配置以耦合至电感器，而输出节点经配置以耦合至输出电容器；以及(b)切换控制器，其经配置以控制切换网络，从而控制包括电感器充电和放电的电感器电流l.。切换网络包括:(a)开关SI，其经配置以耦合至输入电源，并且耦合至第一电感器节点，(a)开关S2，其耦合在第二电感器节点和地之间，(a)整流部件S3，其耦合在第一电感器节点和地之间，并且经配置以在向前方向上传导向前电流并且在相反方向上阻止反向电流，以及(b)整流部件S4，其耦合在第二电感器节点和输出节点之间，并且经配置以将向前电流从第二电感器节点传导至输出节点，并且阻止反向电流从输出节点至第二电感器节点。
[0013]切换控制器经配置以控制切换网络，从而提供三种模式的电力转换:(a)降压模式，其当输入电力大于调节的输出电力时，通过降压过渡参数提供下转换，所述降压过渡参数对应于预定的最长充电时间；(b)升压模式，其当输入电力小于调节的输出电力时，通过升压过渡参数提供上转换，其中所述升压过渡参数对应于预定的最长放电时间；以及(C)过渡模式，其当输入电力和调节的输出电力之间的差对应于降压-升压过渡状况时，启用所述过渡模式，降压-升压过渡状况由超过最长充电时间的电感器充电时间和超过最长放电时间的电感器放电时间表示。在所述过渡模式期间，切换控制器在充电过渡周期和放电过渡周期之间过渡。
[0014]在充电周期期间，切换控制器通过如下方式控制对电感器的充电:(a)闭合SI而断开S2，其中整流部件S3经配置以阻止反向电流从输入电源至地，并且其中整流部件S4传导向前电流，使得电感器电流利用S1S4A I [电流斜坡对电感器充电；(b)在最长充电时间结束时，确定小于预定峰电流I 1_;并且做出响应，(c)闭合S2，以使第二电感器节点接地(整流部件S4阻止任何从输出节点到第二电感器节点的反向电流)，使得增大至在量值上大于S1S4A込电流斜坡的S1S2 I為流斜坡，直到I 到I _χ。
[0015]在放电周期期间，切换控制器通过如下方式控制电感器放电:(a)闭合SI而断开S2，其中整流部件S3经配置以阻止反向电流从输入电源到地，并且其中整流部件S4传导向前电流，使得电感器利用S1S4B込电流斜坡放电；(ii)在最长放电时间结束时，确定I匕大于零；并且对(ii)做出响应，断开SI，其中整流部件S3经配置以将第一电感器节点连接至地(并且其中整流部件S4传导向前电流)，使得Il增大至在量值上大于S1S4A I L电流斜坡的S3S4 Il电流斜坡，直到I L达到零。
[0016]在另一个实施例中，该降压-升压调节方法能够适于配置有四晶体管切换网络的单电感器降压-升压转换器，其中该切换控制器包括:(a)过零比较器ZCC3和ZCC4，其经配置以提供各自的过零信号ZC3和ZC4，并且分别控制S3和S4的切换；(b)状态机，其经配置以基于过零信号ZC3和ZC4和込调节误差信号控制SI和S2的切换；以及(c) I 节电路，其经配置以基于如下信号提供IJl节误差信号:(i) I 测信号，其表示电感器电流I P以及(ii)电压调节误差信号，其表示(基于IJ供应至负载的输出电压和调节的输出电压之间的差；使得(d)切换转换器供应对应于调节的输出电压的电感器电流l.。对于该实施例，切换控制器能够包括:(a)込感测电路，其经配置以提供表示电感器电流I屈I扇测电流；(b) V.感测电路，其包括⑴对应于调节的输出电压的基准电压；以及(ii)跨导放大器，其经配置以输出对应于(基于IJ供应至负载的输出电压和基准电压之间的差的电压调节误差电流；以及(c) I 节电路，其包括⑴耦合至跨导放大器的输出端和込感测电路的电流减节点，使得从电流减节点出来得到的IJl节电流