[发明专利]电源转换器的数字控制

说明书

技术领域

本发明一般涉及电源转换的系统及方法，更特别涉及控制DC/DC转换 器输出电压的系统及方法。

背景技术

通常，目前的设备中的各个系统要求不同的电源，但却通常通过相对 个数较少的，甚或单个的电源进行驱动，比如电池。特别是对于片上系统 (SOC)器件更为明显，SOC包含多个有不同电源要求的部分，但其仅包 含几个连接到不同电源的连接点。在由单一电池驱动的便携式设备(如手 机)中也如此。这些设备及SOC利用电源转换器将单一的电源转换成每个 部分所需的电源。

图1为一典型的电源转换器101及与其连接的控制电路103。电源转 换器101通常包含串联在电源109及电源地111之间的功率管P-FET105 及功率管N-FET107。电容117与有源负载115并联，且电感113连接在电 容117/电源负载115与在P-FET 105和N-FET 107之间的连接点之间。

在电源转换器101工作期间，电感113通过P-FET 105与电源109相 连，该P-FET 105在导通状态时对电感113充电，存储能量。当电感113 被充电后，电感113作为输出电压V_Out向有源负载115释放存储的能量。 控制电路103通过控制P-FET 105及N-FET 107的开关状态以为有源负载 115提供所希望得到的输出电压V_Out。

传统的控制电路103包含连续的电压和离散时间模拟电路，该离散时 间模拟电路包括第一运算放大器119(也称为误差放大器)、比较器121、 斜坡发生器123和前置驱动器125。放大器119的正输入端连接在电源转 换器101中的电感113和电容117/有源负载115之间，而其负输入端与参 考电压V_Ref相连。第一运算放大器119的输出端连接至第二运算放大器121 的负输入端，而斜坡发生器123的输出端连接至第二放大器121的正输入 端。第二放大器121的输出信号传至前置驱动器125，前置驱动器125将 信号缓冲后传至P-FET 105及N-FET 107，从而有效地控制电源转换器101 工作在“导通”或“关断”的模式下。

上述模拟控制电路存在的一个缺点是：实现精确的斜坡发生器123是 非常困难的。此外，因为仅能够通过改变模拟元件的频率响应来修改环的 频率响应，而改变模拟元件的频率响应需要重新设计和重新构建，因此采 用模拟系统很难控制控制电路103和电源转换器101的环响应和动态性能。 特别是，通常必须将误差放大器119设计成具有一定的频率响应以确保合 适的控制环动态特性及稳定性。

因此，需要一种不需斜坡发生器，且可以相对容易地控制其环路响应 的控制电路。且还需要一种采用低电压源实现的控制电路，这种低电压源 是在先进半导体工艺中通常需要的。

发明内容

通过本发明提供电源转换器的控制电路的优选实施例，能够解决或克 服这些和其他问题，并且总体上实现本发明的技术优点。

根据本发明的优选具体实施例，用于控制电源转换器的系统包括差分 电路，其对输出电压和参考电压进行比较以产生误差信号。模拟-数字转换 器获取所述误差信号并将所述误差信号转化为数字信号。数字控制的 PWM(脉宽调制)发生器接收该数字信号并产生控制脉冲控制电源转换器中 的晶体管，进而控制输出电压。

根据本发明的另一个优选实施例，用于电源转换的系统包括具有第一 和第二晶体管的电源转换器。与前一实施例相似，该控制电路具有差分电 路、模拟-数字转换器和数字控制PWM发生器，配置该控制电路以控制所 述第一和第二晶体管。然而，还包括作为控制回路一部份的数字滤波器以 过滤数字信号。

根据本发明的其它一个优选实施例，电源转换系统包括工作在第一时 钟频率的电源转换器。工作在第二时钟频率下的模拟-数字转换器，其对所 述电源转换器的输出电压进行采样并将产生的信号发送至数字滤波器和数 字脉冲发生器以生成控制所述电源控制器的脉冲，且所述第二时钟频率高 于所述第一时钟频率。

本发明的优选实施例的优点在于，很好地控制系统的环动态。通过对 系统部分实现数字化，能够精确地控制这些环动态，或者甚至通过简单地 对系统进行再编程改变这些环动态，而无需对整个系统进行再设计或再构 建。

附图说明