[发明专利]一种控制直流‑直流转换器的方法和系统

说明书

技术领域

本发明一般地涉及电气技术，尤其涉及电源的稳压。

背景技术

近年来人们努力提升稳压器的准确性和可靠性。稳压器是即使在使用可能较差指定（poorly specified）的输入电压源时，仍提供预定的并且大体恒定的输出电压的供电线路。此外，许多电子产品使用稳压器将输入电压转换为可能高于或低于所述输入电压的稳定输出电压。因此，稳压器既可以用作电压转换器也可以用作电压稳定器。

有两种主要类别的稳压器，即线性稳压器和开关式稳压器。在线性稳压器中，通过调整无源元件（例如，可变电阻器）或有源元件（例如，双极性晶体管）来调整输出电压，从而控制从电压源至负载的持续的电流。

另一方面，开关式稳压器本质上是直流-直流转换器，通过开启和关闭电流来操作以控制输出电压。开关式稳压器可以在采用一个或多个开关设备的同时采用一个电感和一个电容，以便用来存储能量并向负载传递能量。此种稳压器通过开启和关闭开关元件来控制提供给负载的电压，从而调节经由电感以离散电流脉冲的形式传输的能量的值。例如，所述电感和所述电容将提供的电流脉冲过滤为一个大体恒定的负载电流，以使负载电压被调整。相应的，输出电压的调整可以基于表明输出电压和负载电流的反馈信号，通过所述开关元件的开-关占空比调整来实现。

开关式稳压器可以根据电路拓扑学来分类。隔离式和非隔离式稳压器之间具有一个区别。隔离式稳压器与非隔离式稳压器的区别在于其包括一个变压器。因此，变压器的初级侧与次级侧电气隔离。例如，输入源和供电轨间的电气隔离经常被用于满足安全需求或减少系统噪声。

隔离式稳压器包括正激和反激拓扑转换器。反激拓扑转换器在转换器的开关元件（如，晶体管）导通时，如同电感的空气隙的磁场一样存储能量。当开关关闭，存储的磁场能瓦解并且能量作为电流被传递至所述反激拓扑转换器的输出。所述反激拓扑转换器可以被视作共用一个通用磁芯的两个电感。

相反的，所述正激拓扑转换器（其基于一个变压器）在开关元件的导通时间内并不存储能量。而是在开关导通阶段通过变压器动作将能量直接传递到所述正激拓扑转换器的输出。因此，所述正激拓扑转换器是一个使用变压器来升高或降低输出电压（依赖于变压器的变压比）并为负载提供电气隔离的直流-直流转换器。由于具有多个输出线圈，因此所述正激拓扑转换器有可能提供更高和更低的电压输出。

隔离式正激拓扑直流-直流转换器典型的依赖两种常见控制方法中的一种方法：（i）电压模式控制和（ii）电流模式控制。关于此，图1示出了正激拓扑直流-直流电压模式转换器。在图1中的电压模式控制电路100中，节点102处的参考信号V_REF和节点132处的输出反馈信号V’_OUT的差值被提供为节点104处的误差信号V_ERR。节点132处的反馈信号V’_OUT由节点130处的输出信号V_OUT在其传输经过光耦合器驱动和回路补偿模块140并且经由光耦合器144传输通过隔离势垒142时形成。节点104处的所述误差信号V_ERR由积分器106进行时间积分以便提供节点108处的控制信号V_CTRL。比较器110比较V_CTRL信号和由定时斜坡电路112提供的V_RAMP信号，并向锁存器116提供复位信号。时钟脉冲生成器118在锁存器116的设置节点120提供一个时钟信号（CLK）。锁存器116在其输出端提供一个占空比信号（DUTY signal）（比如，脉冲），该输出端通过时钟CLK边缘被锁存为开启并且在发出复位信号（RESET）时被锁存为关闭。

本领域技术人员所能理解的是，电路100的其余部分是正激转换器的一部分。驱动U1，开关M1，变压器X1，以及正向二极管D₁在开关M1开启时（例如，当占空比信号为高时）施加穿过输出电感L₁的正电压差来提升其电流，并且保护二极管D₂在开关M1关闭时（例如，当占空比信号为低时）施加穿过输出电感L₁的负电压差来降低其电流。电容C₁过滤波纹电感L₁电流并产生节点130处的输出信号V_OUT。电压前馈技术经常被应用，其中定时斜坡坡度与节点150的输入电压V_IN成比例以减少环路增益变化并提升线性响应。