專利名稱：開關(guān)變換器電路和功率變換方法
開關(guān)變換器電路和功率變換方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般地涉及電源，更具體地說，涉及一種采用內(nèi)部斜坡補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制開 關(guān)變換器及其方法。
背景技術(shù)：
大多數(shù)電子產(chǎn)品如筆記本電腦、臺(tái)式電腦、PDA等，需要直流(DC)電源向各個(gè)功能 模塊提供經(jīng)過調(diào)節(jié)的功率。DC-DC同步降壓式變換器具有效率高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣 泛的應(yīng)用。
采用恒定導(dǎo)通時(shí)間(COT)控制的DC-DC同步降壓式變換器電路具有瞬態(tài)響應(yīng)速度 快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。圖ι是傳統(tǒng)的采用恒定導(dǎo)通時(shí)間(COT)控制的DC-DC同步降壓式變 換器電路的示意圖。
圖1所示為傳統(tǒng)的COT降壓式變換器電路，包括輸入端子Vin、輸出端子Vout、包 含由電阻器106和107構(gòu)成的電壓采樣電路的反饋電路、比較電路108、導(dǎo)通時(shí)間控制電路 110、驅(qū)動(dòng)電路109、以及包含晶體管101和102的開關(guān)電路。
輸入電壓Vin通過晶體管101和102的調(diào)制，耦合到電感器103和電容器104組成 的輸出濾波器，濾波之后的電壓輸出到負(fù)載105，輸出電壓V。ut通過電阻器106和107構(gòu)成 的電壓采樣電路將電壓采樣信號(hào)Vcbm反饋到比較器108的輸入端，根據(jù)圖1所示電路，反饋 信號(hào)Vfb等于VQSM。比較器108將Vfb與參考電壓Vkef相比較，輸出端耦接到驅(qū)動(dòng)電路109， 比較器的輸出信號(hào)控制晶體管101的導(dǎo)通。同時(shí)導(dǎo)通時(shí)間控制電路110也耦接到驅(qū)動(dòng)電路 109，由導(dǎo)通時(shí)間控制電路110控制晶體管101的導(dǎo)通時(shí)間。驅(qū)動(dòng)電路109產(chǎn)生互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng) 信號(hào)，控制晶體管101和102的導(dǎo)通和關(guān)斷，以調(diào)節(jié)輸出電壓V。ut。圖1的示例示出，晶體管 101和102為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，在其他示例中，可以使用諸如雙極 結(jié)晶體管(BJT)或絕緣雙極型晶體管(IGBT)之類的其他適當(dāng)電子設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的COT 降壓式變換器中Vkef為恒定的直流電壓，電路設(shè)計(jì)完成之后無法調(diào)整。
圖2是COT變換器電路中電容器電壓紋波占主導(dǎo)時(shí)的波形圖。
如圖2所示，201示出了圖1中晶體管101的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，202示出了圖1中電 容器104所包含的等效串聯(lián)電阻(圖1中未示出)兩端的電壓紋波，可以看出等效串聯(lián)電 阻兩端的電壓紋波與晶體管101的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)是同相位的。203示出的是電容器104兩 端的電壓紋波，電容器104兩端的電壓紋波與門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)有時(shí)間長(zhǎng)度為Tdela的延時(shí)，相位 上滯后門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)90°。如果電容器104兩端的電壓紋波占主導(dǎo)，那么電容器104兩端 電壓紋波與等效串聯(lián)電阻兩端的電壓紋波疊加之后的波形，即輸出電壓紋波，如204所示， 與203近似，相對(duì)于門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)同樣會(huì)有一段時(shí)間的延時(shí)，即會(huì)有相位滯后。這種相位的 滯后可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，如圖2所示201中不平均的驅(qū)動(dòng)分布波形就會(huì)出現(xiàn)。
圖3是COT變換器電路中電容器等效串聯(lián)電阻電壓紋波占主導(dǎo)時(shí)的波形圖。
圖3示出的是等效串聯(lián)電阻兩端的電壓紋波占主導(dǎo)的情況，301示出了晶體管101 的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，302示出了電容器104所包含的等效串聯(lián)電阻兩端的電壓紋波，303示出的是電容器104兩端的電壓紋波，304為電容器104兩端的電壓紋波與等效串聯(lián)電阻兩端的 電壓紋波疊加之后的波形，即輸出電壓紋波。由于等效串聯(lián)電阻占主導(dǎo)，疊加后的電壓紋波 與晶體管101的門級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)同相位，因此系統(tǒng)是穩(wěn)定的。
圖4是具有外部斜坡補(bǔ)償電路的COT變換器電路。
對(duì)于輸出電容器所引起的信號(hào)延時(shí)或相位滯后，可以采用斜坡補(bǔ)償?shù)姆椒▉磉M(jìn)行 補(bǔ)償。圖4所示為傳統(tǒng)COT降壓式變換器所采用的外部斜坡補(bǔ)償?shù)姆椒?。電阻?08的第 一端耦接電感器103的第一端和晶體管101與102的公共點(diǎn)，電容器409的第一端耦接到 電感器103的第二端，電阻器408的第二端和電容器409的第二端耦合在一起，耦接到電壓 采樣信號(hào)FB，以實(shí)現(xiàn)外部斜坡補(bǔ)償。外部斜坡補(bǔ)償通過外部元器件的相互連接來實(shí)現(xiàn)，雖然 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是會(huì)受到輸入電壓和輸出電壓變化的影響，外部元器件的參數(shù)也會(huì)隨著使用 時(shí)間的推移發(fā)生變化，因此設(shè)計(jì)難度大。
目前，也有通過采樣電感器103上電流來等效電容器104上的等效串聯(lián)電阻效應(yīng)， 實(shí)現(xiàn)內(nèi)部斜坡補(bǔ)償。雖然這種方法受輸入電壓和輸出電壓變化的影響較小，但需要采樣電 感器103上的電流，并且通過一系列模擬元器件的組合來實(shí)現(xiàn)斜坡補(bǔ)償?shù)墓δ?，設(shè)計(jì)完成后難以調(diào)整。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的另外方面和優(yōu)點(diǎn)部分將在后面的描述中闡述，還有部分可從描述中明顯 地看出，或者可以在本發(fā)明的實(shí)踐中得到。
本發(fā)明提供一種開關(guān)變換器電路，包括輸入端子，接收輸入電壓；輸出端子，耦 接到負(fù)載電路，為所述負(fù)載電路提供輸出電壓；反饋電路，耦接到所述輸出端子，對(duì)所述輸 出電壓進(jìn)行采樣，以提供反饋信號(hào)；包含數(shù)字控制器的信號(hào)發(fā)生裝置，通過改變數(shù)字控制器 輸出的數(shù)字信號(hào)來調(diào)整提供到比較電路的參考電壓，或者調(diào)整提供到比較電路的參考電壓 以及提供到反饋電路的斜坡補(bǔ)償信號(hào)；比較電路，將反饋信號(hào)與參考電壓相比較，產(chǎn)生比較 信號(hào)；導(dǎo)通時(shí)間控制電路，控制開關(guān)電路的導(dǎo)通時(shí)間；驅(qū)動(dòng)電路，與比較電路和導(dǎo)通時(shí)間控 制電路耦接，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；和開關(guān)電路，與輸入端子串聯(lián)連接，通過驅(qū)動(dòng)電路輸出的驅(qū)動(dòng) 信號(hào)控制該開關(guān)電路的導(dǎo)通或關(guān)斷。
本發(fā)明還提供一種功率變換的方法，包括通過輸入端子接收輸入電壓；通過輸 出端子為負(fù)載電路提供輸出電壓；通過反饋電路，對(duì)所述輸出電壓進(jìn)行采樣，以提供反饋信 號(hào)；經(jīng)由信號(hào)發(fā)生裝置通過改變信號(hào)發(fā)生裝置中包含的數(shù)字控制器輸出的數(shù)字信號(hào)來調(diào)整 提供到比較電路的參考電壓，或者調(diào)整提供到比較電路的參考電壓以及提供到反饋電路的 斜坡補(bǔ)償信號(hào)；將所述反饋信號(hào)與所述參考電壓相比較，產(chǎn)生比較信號(hào)；通過導(dǎo)通時(shí)間控 制電路控制開關(guān)電路的導(dǎo)通時(shí)間；根據(jù)所述比較信號(hào)和所述開關(guān)電路的導(dǎo)通時(shí)間，輸出驅(qū) 動(dòng)信號(hào)；以及基于所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制所述開關(guān)電路的導(dǎo)通或關(guān)斷。


通過結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他目的、 特性和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中相同的標(biāo)號(hào)指定相同結(jié)構(gòu)的單元，并且在其中
圖1是傳統(tǒng)的采用恒定導(dǎo)通時(shí)間(COT)控制的DC-DC同步降壓式變換器電路的示意圖2是COT變換器電路中電容器電壓紋波占主導(dǎo)時(shí)的波形圖3是COT變換器電路中電容器等效串聯(lián)電阻電壓紋波占主導(dǎo)時(shí)的波形圖4是具有外部斜坡補(bǔ)償電路的COT變換器電路；
圖5是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的采用內(nèi)部斜坡補(bǔ)償?shù)腃OT變換器的波形示意圖6是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生裝置的示意圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生裝置的示意圖8是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生裝置的示意圖9是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生裝置的示意圖10是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生裝置的波形圖；以及
圖11是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生裝置的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將參照示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖充分描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多 不同的形式實(shí)現(xiàn)，而不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為限于這里所述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例以便使本公 開透徹且完整，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分表達(dá)本發(fā)明的范圍。在附圖中，為了清楚起見 放大了組件。
公開了一種用于開關(guān)變換器的方法和裝置。在以下描述中，為了提供對(duì)本發(fā)明的 透徹理解，闡述了大量特定細(xì)節(jié)。然而，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是不必采用 這些特定細(xì)節(jié)來實(shí)行本發(fā)明。在其他實(shí)例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的材料 或方法。
在整個(gè)說明書中，對(duì)“ 一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“ 一個(gè)示例”或“示例”的提及意味 著結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例中。 因此，在整個(gè)說明書的各個(gè)地方出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”、“一個(gè)示例” 或“示例”不一定都指同一實(shí)施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和、或子組合將特 定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，在此提供的示圖都是為了說明的目的，并且示圖不一定是按比例繪制的。應(yīng)當(dāng)理解， 當(dāng)稱“元件”“連接到”或“耦接”到另一元件時(shí)，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者 可以存在中間元件。相反，當(dāng)稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時(shí)，不存在中 間元件。相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相 關(guān)列出的項(xiàng)目的任何和所有組合。
圖5—般地示出了根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的COT變換器波形示意圖，501示出的是晶體 管101的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，502示出的是輸出電壓采樣信號(hào)VQSM，503示出的是斜坡補(bǔ)償信號(hào) VSOTE-OTP。斜坡補(bǔ)償信號(hào)可以通過數(shù)字控制方式產(chǎn)生，也可以通過數(shù)字與模擬相結(jié) 合的控制方式產(chǎn)生，斜坡補(bǔ)償信號(hào)VSOTE_OTP的幅值Vsote可以進(jìn)行調(diào)整，其下降斜率Ksote也 可以進(jìn)行調(diào)整。如503所示，在晶體管101導(dǎo)通的時(shí)刻，即501中脈沖的上升沿時(shí)刻，斜坡 補(bǔ)償信號(hào)VSU)PE_OTP跳變到設(shè)定的幅值VSU)PE，并在晶體管101導(dǎo)通期間一直保持在VSOTE。從 晶體管101關(guān)斷時(shí)刻開始，即501中脈沖的下降沿時(shí)刻，斜坡補(bǔ)償信號(hào)VSOTE_roMP以斜率Ksote 逐漸減小，直到晶體管101下一個(gè)導(dǎo)通時(shí)刻到來為止。斜坡補(bǔ)償信號(hào)VSOTE_roMP等效圖1中電容器104的等效串聯(lián)電阻效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部斜坡補(bǔ)償，而無需采樣電感器103上流過的電流。
圖6 —般地示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生裝置的示意圖。信號(hào)發(fā)生裝 置600包括數(shù)字控制器601和高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器602。
數(shù)字控制器601產(chǎn)生基準(zhǔn)參考電壓的數(shù)字信號(hào)VKEF_BASE(I))和斜坡補(bǔ)償信號(hào)的數(shù)字信 號(hào)vSOTE-OTP(D)。VKEF_BASE(D)為數(shù)字信號(hào)，其模擬信號(hào)VKEF_BASE為傳統(tǒng)COT變換器中恒定的直流 參考電壓。數(shù)字控制器601通過數(shù)字運(yùn)算電路，將VSOTE.P(D)從VKEF_BASE(D)中減去，得到參考 電壓的數(shù)字信號(hào)VKEF(D)，并將VKEF(D)傳輸?shù)礁咚贁?shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 602。高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器602 輸出參考電壓VKEF。通過對(duì)數(shù)字控制器程序或其外圍器件的修改，可以很方便的對(duì)VKEF_BASE(D) 和ν_ΡΕ-ωΜΡα))進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而調(diào)整參考電壓Vkef，以滿足不同用戶的需求。
圖7 —般地示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生裝置的示意圖。信號(hào)發(fā)生裝 置700包括數(shù)字控制器701、低速數(shù)模轉(zhuǎn)換器702、高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器703以及運(yùn)算電路704。
數(shù)字控制器701產(chǎn)生基準(zhǔn)參考電壓的數(shù)字信號(hào)VKEF_BAS_和斜坡補(bǔ)償信號(hào)的數(shù)字信 號(hào)VSOTE-OTP(D)。VKEF_BASE(D)信號(hào)被傳輸?shù)降退贁?shù)模轉(zhuǎn)換器702，702的輸出為模擬信號(hào)VKEF_BASE。 Vslope-COMP(D)被傳輸?shù)礁咚贁?shù)模轉(zhuǎn)換器703，703的輸出為模擬信號(hào)VSOTE_OTP。通過運(yùn)算電路 704將VS__OTP從VKEF_BASE中減去，并輸出參考電壓VKEF。
圖8 —般地示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生裝置的示意圖。信號(hào)發(fā)生裝 置800包括數(shù)字控制器801、低速數(shù)模轉(zhuǎn)換器802、以及高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器803。
數(shù)字控制器801產(chǎn)生參考電壓的數(shù)字信號(hào)Vkef ￠)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)的數(shù)字信號(hào) VSOTE-OTPa))。VKEF(D)被傳輸?shù)降退贁?shù)模轉(zhuǎn)換器802，702的輸出為模擬信號(hào)的參考電壓VKEF。斜 坡補(bǔ)償信號(hào)VSOTE_OTP(D)被傳輸?shù)礁咚贁?shù)模轉(zhuǎn)換器703，703的輸出為模擬信號(hào)的斜坡補(bǔ)償信 號(hào)VSOTE-OTP。VSU)PE_OTP耦接到反饋電路，與輸出電壓采樣信號(hào)相疊加，產(chǎn)生反饋信號(hào)VFB。
圖6所示實(shí)施例電路，數(shù)字控制器601將VSOTE_OTP(D)與VKEF_BASE(D)作減法運(yùn)算， 得到數(shù)字信號(hào)VKEF(D)，并直接傳輸?shù)綌?shù)模轉(zhuǎn)換器602，由于VKEF(D)包含VSOTE_OTP的數(shù)字信號(hào) VSOTE-OTP(D)，因此需要高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。同樣地，圖7、圖 8所示實(shí)施例電路，數(shù)字控制器將VSOTE_OTP(D)直接傳輸?shù)綌?shù)模轉(zhuǎn)換器，因此要求703為高速 數(shù)模轉(zhuǎn)換器。數(shù)模轉(zhuǎn)換速度還與晶體管101的開關(guān)頻率有關(guān)，開關(guān)頻率越高，對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換的 速度也要求越高，當(dāng)然成本也就越高?？梢酝ㄟ^下面的實(shí)施例，來實(shí)現(xiàn)低速數(shù)模轉(zhuǎn)換器對(duì)斜 坡補(bǔ)償信號(hào)VSOTE_OTP(D)的數(shù)模轉(zhuǎn)換。
圖9 一般地示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生裝置的示意圖。數(shù)字控制器 901產(chǎn)生VKEF_BASE(D)，并將其輸送到低速數(shù)模轉(zhuǎn)換器902，902輸出模擬信號(hào)VKEF_BASE，該模擬信 號(hào)耦合到運(yùn)算電路904。數(shù)字控制器還輸出斜坡補(bǔ)償信號(hào)VSOTE_OTP的幅值Vsote的數(shù)字信號(hào) VSOTE(D)，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，VSOTE(D)可以調(diào)整，因此Vsote可以調(diào)整。VSOTE(D)被傳輸?shù)降退?數(shù)模轉(zhuǎn)換器903，903輸出模擬信號(hào)VSOTE。開關(guān)Sl耦合到Vsote，Sl的導(dǎo)通和關(guān)斷由數(shù)字控 制器進(jìn)行控制，導(dǎo)通時(shí)間可以調(diào)整。在開關(guān)Sl導(dǎo)通期間，電壓控制電流源Vra905向電容器 906進(jìn)行充電，Vccs輸出的充電電流與Vs_成比例，因此充電斜率由Vsote控制。907所示模 塊為放電電路，電壓源Vrc耦接到由開關(guān)S2和電阻器R組成的開關(guān)陣列，開關(guān)S2的導(dǎo)通和 關(guān)斷由數(shù)字控制器控制。開關(guān)陣列另一端耦接到晶體管T2的集電極，T2的集電極和基極與 晶體管Tl的基極耦接在一起，Tl與T2的發(fā)射極耦接到電氣地，Tl和T2構(gòu)成電流鏡電路。 Tl的集電極耦接到電容器906，在開關(guān)Sl關(guān)斷期間，通過控制開關(guān)S2的導(dǎo)通個(gè)數(shù)，就可以控制電容器906的放電電流，因此放電斜率也可以調(diào)整。電容器906上電壓就是斜坡補(bǔ)償信號(hào)VSOTE_OTP，將電容器906耦接到運(yùn)算電路904，將斜坡補(bǔ)償信號(hào)VSOTE_roMP從VKEF_BASE中減 去，輸出參考電壓VKEF。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況來確定圖9的開關(guān)陣列中的開關(guān)S2和電阻器 R的個(gè)數(shù)。并且根據(jù)實(shí)際情況，可以采用相同阻值的電阻器或不同阻值的電阻器。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生裝置的波形圖。
如圖10所示，1001為晶體管101的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，1002為圖9所示實(shí)施例中開 關(guān)Sl的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，當(dāng)1002為高電平時(shí)，開關(guān)Sl導(dǎo)通，1004所示為斜坡補(bǔ)償信號(hào)VSOTE_OTP， 在Sl導(dǎo)通期間，以充電斜率KeHAffi;E向電容器906充電。1003為開關(guān)陣列中開關(guān)S2的驅(qū)動(dòng) 信號(hào)，1代表S2導(dǎo)通，0代表S2關(guān)斷，在S2導(dǎo)通期間，電容器906以放電斜率KDIS_eE放電。 VSLOPE-comp的幅值由S 1的導(dǎo)通時(shí)間和Vsote控制，在S 1導(dǎo)通時(shí)間一定的情況下，由Vsmpe決 定。
圖11 一般地示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的信號(hào)發(fā)生裝置的示意圖，信號(hào)發(fā)生 裝置1100輸出參考電壓Vfef和斜坡補(bǔ)償信號(hào)ν_ΡΕ_ωΜΡ，將斜坡補(bǔ)償信號(hào)VSOTE_roMp耦接到反 饋電路，與輸出電壓采樣信號(hào)Vcbm相疊加，輸出反饋信號(hào)VFB。
數(shù)字控制器1101產(chǎn)生參考電壓的數(shù)字信號(hào)VKEF(D)，VKEFa))被傳輸?shù)降退贁?shù)模轉(zhuǎn)換器 1102,1102的輸出為模擬信號(hào)的參考電壓VKEF。數(shù)字控制器還輸出斜坡補(bǔ)償信號(hào)VSOTE_OTP的 幅值Vsote的數(shù)字信號(hào)VSOTE(D)，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，VSOTE(D)可以調(diào)整，因此Vsmpe可以調(diào)整。 Vsote(D)被傳輸?shù)降退贁?shù)模轉(zhuǎn)換器1103，1103輸出模擬信號(hào)VSOTE。開關(guān)Sl耦合到Vsote，Sl 的導(dǎo)通和關(guān)斷由數(shù)字控制器進(jìn)行控制，導(dǎo)通時(shí)間可以調(diào)整。在開關(guān)Sl導(dǎo)通期間，電壓控制 電流源Vra1105向電容器1106進(jìn)行充電，Vra輸出的充電電流與Vs_成比例，因此充電斜 率由Vsote控制。1107所示模塊為放電電路，電壓源Vrc耦接到由開關(guān)S2和電阻器R組成的 開關(guān)陣列，開關(guān)S2的導(dǎo)通和關(guān)斷由數(shù)字控制器控制。開關(guān)陣列另一端耦接到晶體管T2的 集電極，T2的集電極和基極與晶體管Tl的基極耦接在一起，Tl與T2的發(fā)射極耦接到電氣 地，Tl和T2構(gòu)成電流鏡電路。Tl的集電極耦接到電容器1106，在開關(guān)Sl關(guān)斷期間，通過 控制開關(guān)S2的導(dǎo)通個(gè)數(shù)，就可以控制電容器1106的放電電流，因此放電斜率也可以調(diào)整。 電容器1106上電壓就是斜坡補(bǔ)償信號(hào)ν_ΡΕ_ωΜΡ，將電容器1106耦接到反饋電路，將斜坡補(bǔ) 償信號(hào)Vsu^otp與輸出電壓采樣信號(hào)Vcbm相疊加，輸出反饋信號(hào)VFB。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況來確定圖11的開關(guān)陣列中的開關(guān)S2和電阻器 R的個(gè)數(shù)。并且根據(jù)實(shí)際情況，可以采用相同阻值的電阻器或不同阻值的電阻器。
以上對(duì)本發(fā)明的示出示例的描述，包括摘要中所描述的，并不希望是窮盡的或者 是對(duì)所公開的精確形式的限制。盡管出于說明性目的在此描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例和示 例，但是在不偏離本發(fā)明的更寬的精神和范圍的情況下，各種等同修改是可以的。實(shí)際上， 應(yīng)當(dāng)理解，特定電壓、電流、頻率、功率范圍值、時(shí)間等被提供用于說明目的，并且其他值也 可以用在根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的其他實(shí)施例和示例中。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)變換器電路，包括 輸入端子，接收輸入電壓；輸出端子，耦接到負(fù)載電路，為所述負(fù)載電路提供輸出電壓； 反饋電路，耦接到所述輸出端子，對(duì)所述輸出電壓進(jìn)行采樣，以提供反饋信號(hào)； 包含數(shù)字控制器的信號(hào)發(fā)生裝置，通過改變數(shù)字控制器輸出的數(shù)字信號(hào)來調(diào)整提供到 比較電路的參考電壓，或者調(diào)整提供到比較電路的參考電壓以及提供到反饋電路的斜坡補(bǔ) 償信號(hào)；比較電路，將反饋信號(hào)與參考電壓相比較，產(chǎn)生比較信號(hào)； 導(dǎo)通時(shí)間控制電路，控制開關(guān)電路的導(dǎo)通時(shí)間； 驅(qū)動(dòng)電路，與比較電路和導(dǎo)通時(shí)間控制電路耦接，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；和 開關(guān)電路，與輸入端子串聯(lián)連接，通過驅(qū)動(dòng)電路輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制該開關(guān)電路的導(dǎo) 通或關(guān)斷。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述反饋電路包括輸出電壓采 樣電路，對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，以提供輸出電壓采樣信號(hào)作為所述反饋信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述數(shù)字控制器以數(shù)字方式 產(chǎn)生基準(zhǔn)參考電壓的數(shù)字信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述數(shù)字控制器進(jìn)一步包括數(shù) 字運(yùn)算電路，用于將斜坡補(bǔ)償信號(hào)的數(shù)字信號(hào)從基準(zhǔn)參考電壓的數(shù)字信號(hào)中減去，以得到 所述參考電壓的數(shù)字信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生裝置進(jìn)一步包括 第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將所述參考電壓的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并輸出所述參考電壓 到所述比較電路。
6.如權(quán)利要求3所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生裝置進(jìn)一步包括 第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器將基準(zhǔn)參考電壓的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；以及第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器將斜坡補(bǔ)償信號(hào)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生裝置進(jìn)一步包括 運(yùn)算電路，用于將來自第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器的斜坡補(bǔ)償信號(hào)從來自第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)參考 電壓中減去，以輸出所述參考電壓到所述比較電路。
8.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述數(shù)字控制器以數(shù)字方式產(chǎn) 生參考電壓的數(shù)字信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生裝置進(jìn)一步包括 第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器將參考電壓的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并輸出所述參考電壓到所述比較電路；以及第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器將斜坡補(bǔ)償信號(hào)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并 輸出所述斜坡補(bǔ)償信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述第三數(shù)模轉(zhuǎn)換器將所述斜 坡補(bǔ)償信號(hào)耦接到所述反饋電路，與所述輸出電壓采樣信號(hào)相疊加得到所述反饋信號(hào)，并 輸出所述反饋信號(hào)。
11.如權(quán)利要求1或2所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述數(shù)字控制器以數(shù)字方 式產(chǎn)生基準(zhǔn)參考電壓的數(shù)字信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)的幅值的數(shù)字信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生裝置進(jìn)一步包括第四數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該第四數(shù)模轉(zhuǎn)換器將基準(zhǔn)參考電壓的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并 輸出基準(zhǔn)參考電壓；以及第五數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該第五數(shù)模轉(zhuǎn)換器將斜坡補(bǔ)償信號(hào)的幅值的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信 號(hào)，并輸出斜坡補(bǔ)償信號(hào)的幅值。
13.如權(quán)利要求12所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生裝置進(jìn)一步包 括第一開關(guān)，該第一開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷由所述數(shù)字控制器控制，其一端耦接到第五數(shù)模轉(zhuǎn) 換器的輸出，其另一端耦接到一電壓控制電流源的輸入端。
14.如權(quán)利要求13所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述電壓控制電流源的輸出 電流與第五數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的所述斜坡補(bǔ)償信號(hào)的幅值成比例。
15.如權(quán)利要求14所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生裝置進(jìn)一步包 括放電電路，該放電電路由開關(guān)陣列和電流鏡電路串聯(lián)耦合而成，所述開關(guān)陣列的第一端 耦接到電壓源，第二端耦接到電流鏡電路的第一端，所述開關(guān)陣列中的開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷 由所述數(shù)字控制器控制；所述電流鏡電路的第二端作為放電電路的輸出端耦接到所述電壓 控制電流源的輸出端。
16.如權(quán)利要求15所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生裝置進(jìn)一步包 括電容器，所述電容器耦合到所述電壓控制電流源的輸出端和所述放電電路的輸出端的交 點(diǎn)以及地之間，用于提供所述斜坡補(bǔ)償信號(hào)。
17.如權(quán)利要求16所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生裝置進(jìn)一步包 括運(yùn)算電路，用于將所述電容器提供的所述斜坡補(bǔ)償信號(hào)從第四數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的所述基 準(zhǔn)參考電壓中減去，以輸出參考電壓到所述比較電路。
18.如權(quán)利要求2所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述數(shù)字控制器以數(shù)字方式產(chǎn) 生參考電壓的數(shù)字信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)的幅值的數(shù)字信號(hào)。
19.如權(quán)利要求18所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生裝置進(jìn)一步包括第四數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該第四數(shù)模轉(zhuǎn)換器將參考電壓的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以輸出 參考電壓到所述比較電路；以及第五數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該第五數(shù)模轉(zhuǎn)換器將斜坡補(bǔ)償信號(hào)的幅值的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信 號(hào)，以輸出斜坡補(bǔ)償信號(hào)的幅值。
20.如權(quán)利要求19所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生裝置進(jìn)一步包 括第一開關(guān)，該第一開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷由所述數(shù)字控制器控制，其一端耦接到第五數(shù)模轉(zhuǎn) 換器的輸出，其另一端耦接到一電壓控制電流源的輸入端。
21.如權(quán)利要求20所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述電壓控制電流源的輸出 電流與第五數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的所述斜坡補(bǔ)償信號(hào)的幅值成比例。
22.如權(quán)利要求21所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生裝置進(jìn)一步包 括放電電路，該放電電路由開關(guān)陣列和電流鏡電路串聯(lián)耦合而成，所述開關(guān)陣列的第一端耦接到電壓源，第二端耦接到電流鏡電路第一端，所述開關(guān)陣列中的開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷由 所述數(shù)字控制器控制；所述電流鏡電路的第二端作為放電電路的輸出端耦接到所述電壓控 制電流源的輸出端。
23.如權(quán)利要求22所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生裝置進(jìn)一步包 括電容器，所述電容器耦合到所述電壓控制電流源的輸出端和所述放電電路的輸出端的交 點(diǎn)以及地之間，用于輸出所述斜坡補(bǔ)償信號(hào)。
24.如權(quán)利要求23所述的開關(guān)變換器電路，其特征在于，所述電容器將所述斜坡補(bǔ)償 信號(hào)耦接到所述反饋電路，與所述輸出電壓采樣信號(hào)相疊加得到所述反饋信號(hào)，并輸出所 述反饋信號(hào)。
25.一種功率變換的方法，包括通過輸入端子接收輸入電壓；通過輸出端子為負(fù)載電路提供輸出電壓；通過反饋電路，對(duì)所述輸出電壓進(jìn)行采樣，以提供反饋信號(hào)；經(jīng)由信號(hào)發(fā)生裝置通過改變信號(hào)發(fā)生裝置中包含的數(shù)字控制器輸出的數(shù)字信號(hào)來調(diào) 整提供到比較電路的參考電壓，或者調(diào)整提供到比較電路的參考電壓以及提供到反饋電路 的斜坡補(bǔ)償信號(hào)；將所述反饋信號(hào)與所述參考電壓相比較，產(chǎn)生比較信號(hào)；通過導(dǎo)通時(shí)間控制電路控制開關(guān)電路的導(dǎo)通時(shí)間；根據(jù)所述比較信號(hào)和所述開關(guān)電路的導(dǎo)通時(shí)間，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及基于所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制所述開關(guān)電路的導(dǎo)通或關(guān)斷。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，經(jīng)由數(shù)字控制器輸出基準(zhǔn)參考電壓的數(shù) 字信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，經(jīng)由數(shù)字控制器輸出參考電壓的數(shù)字信 號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)的數(shù)字信號(hào)。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，經(jīng)由數(shù)字控制器輸出基準(zhǔn)參考電壓的數(shù) 字信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)的幅值的數(shù)字信號(hào)。
29.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，經(jīng)由數(shù)字控制器輸出參考電壓的數(shù)字信 號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)的幅值的數(shù)字信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用內(nèi)部斜坡補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制變換器及其方法，通過數(shù)字方式或者數(shù)字與模擬結(jié)合方式，產(chǎn)生帶有斜坡補(bǔ)償信號(hào)的參考電壓，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部斜坡補(bǔ)償，并且斜坡補(bǔ)償信號(hào)的幅值和斜率可以調(diào)整，以滿足不同用戶的需求。本發(fā)明的開關(guān)變換器電路包括輸入和輸出端子；反饋電路，對(duì)輸出電壓采樣，提供反饋信號(hào)；包含數(shù)字控制器的信號(hào)發(fā)生裝置，通過改變數(shù)字控制器輸出的數(shù)字信號(hào)來調(diào)整提供到比較電路的參考電壓，或者調(diào)整提供到比較電路的參考電壓以及提供到反饋電路的斜坡補(bǔ)償信號(hào)；比較電路，將反饋信號(hào)與參考電壓比較產(chǎn)生比較信號(hào)；導(dǎo)通時(shí)間控制電路，控制開關(guān)電路的導(dǎo)通時(shí)間；驅(qū)動(dòng)電路，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；開關(guān)電路，由驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制其導(dǎo)通或關(guān)斷。
文檔編號(hào)H02M3/157GK102035384SQ201010601558
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者吳小康, 李曉明, 歐陽茜 申請(qǐng)人:成都芯源系統(tǒng)有限公司