[发明专利]DC-DC转换器的延迟补偿

说明书

技术领域

本发明涉及电源，具体涉及用在电源中的DC-DC转换器。

背景技术

许多电设备特别是大多数现代电子设备利用直流(DC)电源进行工作。然而，至少就关注的常设电源而言，至少供家庭用户使用的绝大多数固定电力是交流(AC)供电的形式，这种交流供电以额定电压传送至千家万户，额定电压取决于地理位置典型地为110V、220V、240V。因此，对于能够从AC市电转换为DC形式电功率的电功率转换器存在巨大的需求。

此外，对于由DC电源供电的电设备或电子设备，设备利用多种DC电压电平变得越来越常见。因此，个人电脑可以具有24V的DC电源，但是还包括一些以24V、12V或5V工作的系统或部件。作为另一示例，个人移动设备如PDA或移动电话可以用提供4.8V固定电压的电池来工作，但是还包括以不同电压如1.7V或3.3V工作的电路或集成电路(IC)。可从NXP半导体购得的示例个人计算机芯片GreenchipTM提供12V、5V和3.3V中每一电压。移动闪存典型地需要3.5V至4V之间的电压。同样来自NXP的迟滞(hysteretic)降压转换器LED驱动器IC如CoalaTM芯片利用24V设计输入提供范围在6V至22V的输出。

为了传送与所提供的DC电压不同的DC电压，普遍使用DC-DC转换器。

DC-DC转换器的示例是迟滞转换器。迟滞DC-DC转换器典型地具有可切换地连接至电感器的输入。电感器的另一侧可以连接至电容器并提供稳定的DC输出。使用晶体管对或其他开关对，去往电感器的输入在额定电源电压与额定地电压之间切换。因此通过电感器的电流交替地增大和减小。因此输出处的平均电压在第一近似下取决于输入电压的占空系数(mark-space ratio)：在一种极端情况下，如果输入电压始终是额定电源电压，则输出电压也是额定电源电压；在相反的极端情况下，如果输入电压始终是额定地电压，则输出电压也是额定地电压。对于去往电感器的输入在周期时间的50％内为高的典型占空系数，输出电压额定地是电源电压的50％。通常，对于降压转换器，输出电压(Vout)等于按占空比(dutycycle)来缩放的输入电压(vVn)：

Vout＝Vin.占空比

在这样的迟滞转换器中，通过电感器的电流典型地具有锯齿波形。电流从预期的最小值或谷值线性地增大，直到该电流达到预期的最大值或峰值。一旦电流达到了该最大预期值，就将输入切换至低，电流再次从峰值线性地减小至预期谷值。一旦电流达到预期谷值，就再次切换输入，这次将输入切换至高或电源电压，电感器中的电流再次开始上升。因此，电流具有近似锯齿的波形。波形典型地不是对称的：也就是说，典型地电流上升的速率与电流下降的速率不同。

在具体设备中，该电流周期或电流循环(loop)通常不符合上述理想化的锯齿。引起不准确性的循环中一个具体延迟或循环延迟是由于比较器而引起的延迟：为了确定何时切换输入电压，感测电感器电流(通常利用感测电阻器两端的电压)；利用比较器将该电压与基准值相比较；然而由于比较器进行比较所花费的时间，在稍晚于电流经过基准值的时刻才切换输入电压。因此，由于该延迟，存在超出预期峰值或谷值的电流过冲和/或下冲。

在迟滞转换器中，平均电流在峰值和谷值之间的当中。预期的平均电流在内部设置的基准峰值与谷值之间的当中。然而，如果电流经过基准值的时刻到转换器相反切换的时刻之间存在延迟Td，这将引起等于Td×dI/dt_rise的电流过冲，其中，I是通过电感器的电流，dI/dt是电流变化速率，dI/dt_rise是指上升期间的电流斜率。等同的下冲等于Td×dI/dt_fall。

这导致以下两种效果：首先，纹波超出预期，超出的量等于过冲之和，其中可以将纹波定义为通过电感器的最大电流和最小电流之间的变化；其次，如果上升和下降斜率即dI/dt_rise和dI/dt_fall不同(一般情况下是这样的)，则实际平均电流和预期平均电流(是基准峰值和谷值的均值)之间会存在偏差。