[发明专利]用于非反相降压-升压转换器的高效PFM开关控制

说明书

技术领域

本发明涉及一种电功率转换器，并且特别地，涉及降压-升压转换器。

背景技术

降压-升压转换器可以用作针对具有特定的电流和/或电压要求的负载的驱动器。降压-升压转换器可以提供大于、小于、或等于输入电压的输出电压。非反相降压-升压转换器可以被用来提供具有与输入电压相同极性的输出电压。非反相降压-升压转换器可以使用四个围绕单个公共电感器相连的开关，其中开关控制降压-升压转换器操作在降压模式(即，输出电压低于输入电压)或者升压模式(即，输出电压高于输入电压)。

一种非反相降压-升压转换器可以受到控制以操作在脉冲频率调制(PFM)模式，典型地，当所要求的负载电流相对低的时候。转换器可以在电感器中积累能量，而转换器可以继而以脉冲或电流能量包从电感器向转换器的输出放电。转换器可以向转换器的输出放电一列或一串多个能量包(也称为脉冲串)，在输出电压下降到低于触发阈值时开始并一旦输出电压已上升到足够的阈值时结束。转换器可以具有耦合到该输出处的输出电容器，所述输出电容器将电荷存储在输出处。

在输出电压由于输出处的负载从输出电容器汲取电荷而降低时，转换器可以接着保持非活动。输出电压可以越过触发阈值而降低，并促使转换器重新开始对一列电感器能量包放电。因此，转换器围绕两个阈值而交替改变其输出电压，较低的触发阈值和较高的触发阈值。转换器可能经历纹波电压和超过电压阈值的过冲。任何转换器还生成输入和输出之间的一些能量损失。转换器的效率可以被定义为其输出能量与其输入能量之比。对于操作在PFM模式下的非反相降压-升压转换器，能量损失通常是更多由于开关和动态损耗(由于开关的栅极电容和转换过程中开关两端的V*I功率耗散)，而不是欧姆损耗。

发明内容

一般来说，本公开的各种实施例针对一种非反相降压-升压转换器，其具有高效的脉冲频率调制(PFM)的开关控制。在本公开的各个实施例中，高效PFM开关控制可以控制降压-升压转换器的开关，以限制纹波电压和电压阈值过冲，并减少开关操作中的能量损耗，以及其它优点。在本公开的各个实施例中，高效PFM开关控制可以针对效率专门优化升压模式和/或降压模式，并且可以基于各种因素，诸如电感器充电阶段期间或输入电压和输出电压之间的比较，来选择一个或另一个优化模式。

一个实施例涉及一种用于控制降压-升压转换器的设备，其中，所述降压-升压转换器包括电感器和电压输出。该设备被配置为对电压输出处的输出电压与低基准电压和高基准电压进行比较。该设备进一步被配置为对电感器处的电流与低阈值电流和高阈值电流进行比较。该设备进一步被配置为，响应于电压输出处的输出电压低于基准电压时，对电感器充电。该设备进一步被配置为，响应于电感器处的电流达到高阈值电流，将电感器耦合到电压输出，以从电感器向电压输出传递电荷。该设备进一步被配置为，响应于电感器处的电流达到低阈值电流或者输出电压达到高基准电压，停止从电感器向电压输出传递电荷。

另一个实施例涉及一种用于控制降压-升压转换器的方法，其中，降压-升压转换器包括电感器和电压输出。所述方法包括：对电压输出处的输出电压与低基准电压和高基准电压进行比较。该方法还包括对电感器处的电流与低阈值电流和高阈值电流进行比较。该方法还包括，响应于电压输出处的输出电压低于低基准电压，对电感器充电。该方法还包括，响应于电感器处的电流达到高阈值电流，将电感器耦合到电压输出，以从电感器向电压输出传递电荷。该方法还包括，响应于电感器处的电流达到低阈值电流或者输出电压达到高基准电压，停止从电感器向电压输出传递电荷。

另一个实施例涉及一种用于控制降压-升压转换器的集成电路，其中，所述降压-升压转换器包括电感器和电压输出。集成电路被配置为对电压输出处的输出电压与低基准电压和高基准电压进行比较。集成电路进一步配置为对电感器处的电流与低阈值电流和高阈值电流进行比较。集成电路进一步被配置为，响应于电压输出处的输出电压低于低基准电压时，对电感器充电。集成电路进一步被配置为，响应于电感器处的电流达到高阈值电流，将电感器耦合到电压输出，以从电感器向电压输出传递电荷。集成电路进一步被配置为，响应于电感器处的电流达到低阈值电流或者输出电压达到高基准电压，停止从电感器向电压输出传递电荷。

本发明的一个或多个实施例的细节在附图和下述说明书中进行阐述。其他特征、目的、以及本发明的优点将从说明书和附图以及权利要求书而变得明显。

附图说明