具有降壓-升壓過渡切換控制的降壓-升壓轉換器的制造方法
【技術領域】
[0001]本申請總體涉及降壓-升壓切換轉換器/調節(jié)器，并且更具體地涉及在降壓-升壓過渡期間實施切換控制。
【背景技術】
[0002]降壓-升壓切換轉換器拓撲結構一般需要某一切換控制機制，以確保在降壓和升壓之間的過渡期間的正確操作，在該期間輸入和輸出電壓接近并且負載電流低。
[0003]—種常見的方法是雙斜坡PffM(脈沖寬度調制)。這種方法的缺點包括由于過渡的換向造成在過渡區(qū)域處的較低效率和較大的Iq(由DC偏置導致的靜態(tài)電流或地電流，即電流不可用于負載)。
[0004]另一常見的方法是使用比較器確定是輸入電壓還是調節(jié)的輸出電壓較大，并且在過渡期間控制單個開關。這種方法的缺點包括由于“循環(huán)”造成的慢響應，并且如果未調節(jié)的輸入電壓顯著地低于調節(jié)的輸出電壓，那么能夠導致顯著的電路穩(wěn)定性問題?？商娲姆椒ㄓ蒛S5734258說明，其描述了復雜電感器耦合布置。這種方法的缺點包括對負載電流快速變化的較慢響應，和在輸入電壓和輸出電壓幾乎相等時的不可預測的操作。
[0005]另一種可替代的方法在US6275016中說明，其中切換控制通過具有來自誤差比較器的輸入并且使用切換歷史的時鐘控制的狀態(tài)機來提供。這種方法的缺點是時鐘計時，其需要高Iq和低負載電流處的較低效率，以及混沌效應和分諧波振蕩。

【發(fā)明內容】

[0006]提供用于降壓-升壓切換控制(調節(jié))的裝置和方法，包括在降壓-升壓過渡期間的切換控制。降壓-升壓調節(jié)方法能夠適合在DCM(非連續(xù)導通模式)中工作的單電感器降壓-升壓轉換器構架。
[0007]在一個實施例中，降壓-升壓調節(jié)方法能夠適合于降壓-升壓調節(jié)器，所述降壓-升壓調節(jié)器包括電感器，其在第一電感器節(jié)點處耦合至輸入電源并在第二電感器節(jié)點處耦合至輸出節(jié)點；輸出電容器，其耦合至輸出節(jié)點，與負載并聯；并且包括切換網絡，其具有開關S1、開關S2、整流部件S3和整流部件S4，開關SI耦合在輸入電源和第一電感器節(jié)點之間，開關S2耦合在第二電感器節(jié)點和地之間，整流部件S3耦合在第一電感器節(jié)點和地之間并且經配置能夠允許在向前方向上的向前電流并阻止在相反方向上的反向電流，整流部件S4耦合在第二電感器節(jié)點和輸出節(jié)點之間并且經配置以能夠允許從第二電感器節(jié)點至輸出節(jié)點的向前電流并且阻止從輸出節(jié)點至第二電感器節(jié)點的反向電流。
[0008]降壓-升壓調節(jié)方法包括控制切換網絡以控制包括電感器充電和放電的電感器電流l.，從而提供三種模式的電力轉換:(a)降壓模式，其當輸入電力大于調節(jié)的輸出電力時，通過降壓過渡參數提供下轉換，其中降壓過渡參數對應于預定的最長充電時間；(b)升壓模式，其當輸入電力小于調節(jié)的輸出電力時，通過升壓過渡參數提供上轉換，其中升壓過渡參數對應于預定的最長放電時間；以及(C)過渡模式，其當輸入電力和調節(jié)的輸出電力之間的差對應于降壓-升壓過渡狀況時，啟用過渡模式，降壓-升壓過渡狀況由超過最長充電時間的電感器充電時間和超過最長放電時間的電感器放電時間表示。在過渡模式期間，控制切換網絡以在充電過渡周期和放電過渡周期之間進行過渡。
[0009]在充電周期期間，通過如下方式控制對電感器的充電:(a)閉合SI而斷開S2，其中整流部件S3經配置以阻止從輸入電源至地的反向電流，并且其中整流部件S4傳導向前電流，使得電感器電流利用S1S4A I [電流斜坡對電感器充電；(b)在最長充電時間結束時，確定II/』、于預定峰電流I L—MM;并且做出響應，(C)閉合S2，使第二電感器節(jié)點接地(整流部件S4阻止任何從輸出節(jié)點到第二電感器節(jié)點的反向電流)，使得增大至在量值上大于S1S4A Il電流斜坡的S1S2 I l電流斜坡，直到I l達到I l—mm。
[0010]在放電周期期間，通過如下方式控制電感器放電:(a)閉合SI而斷開S2，其中整流部件S3經配置以阻止從輸入電源到地的反向電流，并且整流部件S4傳導向前電流，使得電感器電流込利用S1S4B I [電流斜坡將電感器放電；(b)在最長放電時間結束時，確定I次于零；并且做出響應，(c)斷開SI，其中整流部件S3經配置以將第一電感器節(jié)點連接至地(并且其中整流部件S4傳導向前電流)，使得Il增大至在量值上大于S1S4A IL電流斜坡的S3S4 Il電流斜坡，直到IL達到零。
[0011]在另一個實施例中，該降壓-升壓調節(jié)方法能夠適合于具有四晶體管切換網絡的單電感器降壓-升壓轉換器架構，該方法包括通過如下操作控制切換網絡:(a)產生過零信號ZC3，其指示通過S3和第一電感器節(jié)點的電感器電流Il何時為零，(b)產生過零信號ZC4，其指示通過第二電感器節(jié)點和S4的電感器電流L何時為零，(c)產生表示電感器電流込的^感測信號，(d)產生表示(基于I J供應至負載的輸出電壓和調節(jié)的輸出電壓之間的差的電壓調節(jié)誤差信號；(e)基于感測信號和電壓調節(jié)誤差信號產生I 節(jié)誤差信號；以及(f)基于過零信號ZCl和ZC2和I 節(jié)誤差信號切換S1-S4，使得切換調節(jié)器供應對應于調節(jié)的輸出電壓的電感器電流II。對于該實施例，能夠通過如下操作產生Il調節(jié)誤差信號:(a)產生表示電感器電流L的I 測電流，(b)產生對應于(基于I J供應至負載的輸出電壓和對應于調節(jié)的輸出電壓的基準電壓之間的差的電壓調節(jié)誤差電流；(C)基于込電壓調節(jié)電流信號和感測信號之間的差值產生I 節(jié)電流，以及(d)相對于比較器基準，基于IJl節(jié)電流產生I 節(jié)誤差信號。在另一個實施例中，比較器基準能夠對應于預定的滯后電平。
[0012]在配置成實施降壓-升壓調節(jié)方法的降壓-升壓轉換器的實施例中，所述方法包括在降壓-升壓過渡期間控制切換，所述轉換器包括:(a)切換網絡，其耦合至第一和第二電感器節(jié)點和輸出節(jié)點；第一和第二電感器節(jié)點經配置以耦合至電感器，而輸出節(jié)點經配置以耦合至輸出電容器；以及(b)切換控制器，其經配置以控制切換網絡，從而控制包括電感器充電和放電的電感器電流l.。切換網絡包括:(a)開關SI，其經配置以耦合至輸入電源，并且耦合至第一電感器節(jié)點，(a)開關S2，其耦合在第二電感器節(jié)點和地之間，(a)整流部件S3，其耦合在第一電感器節(jié)點和地之間，并且經配置以在向前方向上傳導向前電流并且在相反方向上阻止反向電流，以及(b)整流部件S4，其耦合在第二電感器節(jié)點和輸出節(jié)點之間，并且經配置以將向前電流從第二電感器節(jié)點傳導至輸出節(jié)點，并且阻止反向電流從輸出節(jié)點至第二電感器節(jié)點。
[0013]切換控制器經配置以控制切換網絡，從而提供三種模式的電力轉換:(a)降壓模式，其當輸入電力大于調節(jié)的輸出電力時，通過降壓過渡參數提供下轉換，所述降壓過渡參數對應于預定的最長充電時間；(b)升壓模式，其當輸入電力小于調節(jié)的輸出電力時，通過升壓過渡參數提供上轉換，其中所述升壓過渡參數對應于預定的最長放電時間；以及(C)過渡模式，其當輸入電力和調節(jié)的輸出電力之間的差對應于降壓-升壓過渡狀況時，啟用所述過渡模式，降壓-升壓過渡狀況由超過最長充電時間的電感器充電時間和超過最長放電時間的電感器放電時間表示。在所述過渡模式期間，切換控制器在充電過渡周期和放電過渡周期之間過渡。
[0014]在充電周期期間，切換控制器通過如下方式控制對電感器的充電:(a)閉合SI而斷開S2，其中整流部件S3經配置以阻止反向電流從輸入電源至地，并且其中整流部件S4傳導向前電流，使得電感器電流利用S1S4A I [電流斜坡對電感器充電；(b)在最長充電時間結束時，確定小于預定峰電流I 1_;并且做出響應，(c)閉合S2，以使第二電感器節(jié)點接地(整流部件S4阻止任何從輸出節(jié)點到第二電感器節(jié)點的反向電流)，使得增大至在量值上大于S1S4A込電流斜坡的S1S2 I為流斜坡，直到I 到I _χ。
[0015]在放電周期期間，切換控制器通過如下方式控制電感器放電:(a)閉合SI而斷開S2，其中整流部件S3經配置以阻止反向電流從輸入電源到地，并且其中整流部件S4傳導向前電流，使得電感器利用S1S4B込電流斜坡放電；(ii)在最長放電時間結束時，確定I匕大于零；并且對(ii)做出響應，斷開SI，其中整流部件S3經配置以將第一電感器節(jié)點連接至地(并且其中整流部件S4傳導向前電流)，使得Il增大至在量值上大于S1S4A I L電流斜坡的S3S4 Il電流斜坡，直到I L達到零。
[0016]在另一個實施例中，該降壓-升壓調節(jié)方法能夠適于配置有四晶體管切換網絡的單電感器降壓-升壓轉換器，其中該切換控制器包括:(a)過零比較器ZCC3和ZCC4，其經配置以提供各自的過零信號ZC3和ZC4，并且分別控制S3和S4的切換；(b)狀態(tài)機，其經配置以基于過零信號ZC3和ZC4和込調節(jié)誤差信號控制SI和S2的切換；以及(c) I 節(jié)電路，其經配置以基于如下信號提供IJl節(jié)誤差信號:(i) I 測信號，其表示電感器電流I P以及(ii)電壓調節(jié)誤差信號，其表示(基于IJ供應至負載的輸出電壓和調節(jié)的輸出電壓之間的差；使得(d)切換轉換器供應對應于調節(jié)的輸出電壓的電感器電流l.。對于該實施例，切換控制器能夠包括:(a)込感測電路，其經配置以提供表示電感器電流I屈I扇測電流；(b) V.感測電路，其包括⑴對應于調節(jié)的輸出電壓的基準電壓；以及(ii)跨導放大器，其經配置以輸出對應于(基于IJ供應至負載的輸出電壓和基準電壓之間的差的電壓調節(jié)誤差電流；以及(c) I 節(jié)電路，其包括⑴耦合至跨導放大器的輸出端和込感測電路的電流減節(jié)點，使得從電流減節(jié)點出來得到的IJl節(jié)電流