[发明专利]使用脉冲宽度调制和电流模式控制的开关转换器

说明书

本文公开了使用脉冲宽度调制和电流模式控制的开关转换器。本文中描述了一种开关转换器。根据一个实施例，开关转换器包括开关电路，该开关电路被配置为接收开关信号并且根据开关信号(S_PWM)交替地将开关电路的输出节点与电源节点和参考节点连接。输入电压可操作地施加在电源节点与参考节点之间。开关转换器进一步包括耦合在开关电路的输出节点与开关转换器的输出节点之间的电感器以及被配置为生成具有取决于输入电压的振荡器频率的时钟信号的振荡器。开关控制器被配置为接收时钟信号并且使用脉冲宽度调制(PWM)生成开关信号，其中开关信号的频率是根据振荡器频率来设置的，并且开关信号的占空比是使用电流模式控制来确定的。

技术领域

本公开涉及诸如DC/DC降压转换器的开关转换器领域。

背景技术

开关转换器通常根据诸如输入电压、输出电压和输出电流(即，负载)等一个或多个参数以不同的操作模式进行操作。不同的操作模式在控制通过开关转换器的电感器(扼流圈)的电流的电子开关的开关控制方面不同。开关转换器可以以连续导通模式(CCM)和不连续导通模式(DCM)进行操作。在CCM中，电感器电流连续通过电感器而不会降至零，而在DCM中，电感器电流具有不连续的波形，因为电流在每个开关周期中降至零。

电子开关的切换操作是由触发电子开关的激活/去激活的开关信号确定的。开关信号是逻辑信号(即，假定仅逻辑高电平或逻辑低电平)，其可以使用不同的调制方案进行调制以便调节例如输出电压或输出电流。常见的调制方案是脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)。当使用PWM时，开关信号的占空比是通过调节开关信号在每个开关周期中的导通时间(即，脉冲宽度)来调节的，而开关频率是恒定的。当使用PFM时，开关频率是通过调节开关信号的脉冲的时间位置来调节的，而脉冲宽度(即，开关周期中的导通时间)是恒定的。

CCM和DCM这两种模式可以与调制方案PWM和PFM中的一种组合。因此，可以区分四种操作模式，即PFM-DCM、PWM-DCM、PWM-CCM和PFM-CCM。针对特定操作点针对不同操作模式(例如，针对输入电压、输出电压、输出电流的特定组合)，功率转换的可实现效率可以是不同的。此外，某些操作模式可能不适合特定范围的操作模式。为了优化效率，已经开发了多模式开关转换器，这些多模式开关转换器被配置为在两种或更多种不同的操作模式中操作。监测开关转换器的操作点，并且如果达到模式切换条件，则改变操作模式。

在一些操作模式中，可能发生稳定性问题，而在使用PWM-CCM时通常可以容易地保证稳定操作。然而，CCM在特定的工作点范围(诸如具有高输入电压和高输出电流(高负载)的工作点)内稳定可能并不容易。

发明内容

本文中描述了一种开关转换器。根据一个实施例，开关转换器包括开关电路，该开关电路被配置为接收开关信号并且根据开关信号(S_PWM)交替地将开关电路的输出节点与电源节点和参考节点连接。输入电压可操作地施加在电源节点与参考节点之间。开关转换器进一步包括耦合在开关电路的输出节点与开关转换器的输出节点之间的电感器以及被配置为生成具有取决于输入电压的振荡器频率的时钟信号的振荡器。开关控制器被配置为接收时钟信号并且使用脉冲宽度调制(PWM)生成开关信号，其中开关信号的频率是根据振荡器频率来设置的，并且开关信号的占空比是使用电流模式控制来确定的。

此外，本文中描述了一种方法。根据一个实施例，该方法包括使用被包括在开关转换器中的开关电路根据开关信号交替地将输入电压和参考电位施加到开关转换器的电感器的第一端子。该方法进一步包括生成具有取决于输入电压的振荡器频率的时钟信号，以及使用脉冲宽度调制(PWM)生成开关信号，其中开关信号的频率是根据振荡器频率来设置的，并且开关信号的占空比是使用电流模式控制来确定的。

附图说明

参考以下附图和描述可以更好地理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制；相反，重点在于说明本发明的原理。在附图中，相同的附图标记表示相应的部分。在图中：