[发明专利]滞后控制降压-升压变换器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年10月15日提交的题为“滞后控制降压-升压变换器(HYSTERETIC CONTROLLED BUCK-BOOST CONVERTER)”的美国临时申请No.61/252,054的权益，该申请通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及降压-升压变换器，更具体地涉及一种用于滞后控制降压-升压变换器的系统和方法。

背景技术

在具有宽输入电压范围的DC/DC变换器中，采用了若干种拓扑结构。这些拓扑结构包括级联降压-升压变换器、4开关降压-升压变换器、SEPIC以及Cuk变换器。与其它单开关拓扑结构相比，以增加开关元件为代价的典型4开关降压变换器(单电感器或非反相降压-升压变换器)获得了较好的性能。这些类型的变换器在诸如便携式电子设备的许多应用中变得很普遍。

典型地，基于输入电压和输出电压之间的关系，降压-升压变换器工作在三种不同的操作模式下。这些模式包括降压操作模式、升压操作模式以及降压-升压操作模式。最关键的问题是实现这些操作模式之间的平滑转换。有许多方案可实现各操作模式之间的平滑模式转换。这些方案中的大部分都能够使开关以标称切换频率在降压-升压模式下工作，而且在降压模式或升压模式下只使用两个开关。然而，这些结构使得降压-升压操作模式下的开关损耗增加。所以亟需能够将开关损耗减到最小、并且能够实现各操作模式之间的平滑转换的一些控制方式。

发明内容

如文中所公开和所描述，本发明的一个方面包括一种装置，该装置包括用于响应于输入电压产生经调节输出电压的降压-升压变换器。该降压-升压变换器包括电感器、响应于第一对PWM信号的第一对开关晶体管以及响应于第二PWM信号的第二对开关晶体管。误差放大器响应于经调节输出电压产生误差电压。控制电路响应于误差电压和感测电流电压产生第一PWM信号和第二PWM信号，该感测电流电压响应于通过电感器的感测电流。控制电路分别利用第一和第二PWM信号控制第一对开关晶体管和第二对开关晶体管的切换，该第一和第二PWM信号分别响应于通过电感器的感测电流和基于误差电压的多个偏移误差电压。

附图说明

为便于更完整地理解，参照结合附图进行的以下描述，其中：

图1是降压-升压变换器的示意图；

图2示出用于对图1的电路产生PWM控制信号的控制电路；

图3示出示出滞后控制电路的操作的流程图；

图4示出包括滞后电压模式控制电路的降压-升压变换器的详细示意图；

图5是示出降压-升压变换器在降压操作模式下的操作的时序图；

图6是示出降压-升压变换器在升压操作模式下的操作的时序图；

图7是示出降压-升压变换器在降压-升压操作模式下的操作的时序图；

图8示出了开关频率F_SW和电压窗口V_HW基于输入电压V_输入和输出电压V_输出之差而变化的方式；

图9示出了用于产生电压V_HW的电路；

图10示出了响应于开关频率的变化来调节电压窗口的方式；以及

图11是用于产生PWM调制器的合成纹波电流信号I_纹波的电路。

具体实施方式

现在参照附图，在附图中使用相同的附图标记表示相同部件，说明并描述了一种滞后控制降压-升压变换器的各视图和实施方式，并且描述了其它可能的实施方式。附图不一定按照比例绘制，在一些情况下，出于说明目的，附图在有些地方被放大和/或简化。基于以下可能实施例的示例，本领域技术人员将会理解许多可能的应用和变形。

对于具有宽输入电压范围的DC/DC变换器来说，可采用若干种拓扑结构，例如级联升压-降压、4开关降压-升压、SEPIC和Cuk变换器。与其它的单开关拓扑结构相比，典型的4开关降压变换器，也称为单电感器或非反相降压-升压变换器以增加开关元件为代价实现较好的性能。这些类型的变换器在诸如便携式电子设备的许多应用中变得很普遍。

典型地，基于输入电压和输出电压之间的关系，降压-升压变换器工作在三种不同的操作模式下。这些模式包括降压操作模式、升压操作模式以及降压-升压操作模式。最关键的问题是实现这些操作模式之间的平滑转换。有许多方案可实现各操作模式之间的平滑模式转换。这些方案中的大部分都能够使开关以标称切换频率在降压-升压模式下工作，而且在降压模式或升压模式下只使用两个开关。这些结构使得降压-升压操作模式下的开关损耗增加。