[发明专利]峰值电流模式控制方案的增强信噪比并实现最小占空比解决方案的系统和方法

说明书

用于为电源转换器提供峰值电流模式控制(PCMC)的系统和方法，通过提高电感器(或开关)电流的信噪比，以达到最小的占空比解决方案并消除会引起高输入和输出纹波的亚谐波操作，可以改善抗噪声能力。电流感测电阻器对电流进行感测并转换为电压，以实现峰值电流模式控制方案。为了提高信噪比，仅在主开关的接通时间内添加直流(DC)偏移电压。在每个开关周期之后，通过将电流感测电路的滤波电容器重置为零伏，可以消除由主开关导通引起的前沿尖峰。

技术领域

本公开总体上涉及用于电源转换器的控制器。

背景技术

DC/DC转换器是一种电源，将输入的DC电压转换为不同的输出DC电压。这种转换器通常包括通过开关电路在电压源和负载之间电耦合的变压器。转换器可以包括至少一个连接在电压源和变压器的初级绕组之间的主开关，以向变压器的次级绕组提供电源传输。金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件通常用于一个或多个主开关。

用于电源转换器的峰值电流模式控制方案通过将电感器电流(例如，变压器的初级绕组)或开关电流的正斜率与用于对电流水平进行编程的误差信号进行比较来实现。一旦在每个开关周期中电流达到要求的水平，开关就会关闭。实际上，与误差信号相比，电流水平非常小，尤其是在最小负载和最大线路下。这种非常低的电平容易受到反射的肖特基二极管电容和变压器绕组电容引起的噪声尖峰(即差的信噪比)的影响。每当每个周期打开开关时，都会产生此尖峰。如果尖峰具有足够的幅度，则尖峰可能会导致开关过早终止，并可能引起振荡。

图1示出了常规的电源转换器10的部分，其包括用于向峰值电流模式控制(PCMC)控制器12提供电流信号的电流感测电阻器R_CS。电源转换器包括输入电压源Vin、初级绕组或电感器PW₁、主开关Q1和电流感测电阻器R_CS。电流感测电阻器R_CS经由滤波电阻器Rf和滤波电容器Cf耦合至PCMC控制器12的电流感测输入节点或引脚CS。PCMC控制器12包括主开关控制输出节点或引脚OUT，其耦合至主开关Q1的栅极以控制主开关的操作。

图1示出了节点14处的电压的曲线图15，其是电流感测电阻器R_CS上的电压，其与通过初级绕组PW₁和主开关Q1的电流成比例。如图所示，存在由主开关Q1的导通引起的前沿尖峰13。信号由滤波电阻器Rf和滤波电容器Cf滤波，并提供给PCMC控制器的电流感测引脚CS。图1所示的曲线图17示出了节点16处的理想波形。

实际上，尖峰13不能被滤波电阻器Rf和滤波电容器Cf完全滤波。图2示出了图1中节点16在高负载和低线路状态(左)、中负载和中线路状态(中)以及最小负载和最大线路状态(右)时的电压22的曲线图20。可以看出，在最大线路和最小负载状态下，由主开关Q1导通引起的尖峰24支配着实际的电流水平(倾斜信号26)。

因此，需要在所有工作状态下提高信噪比并减少或消除前沿尖峰，这有助于消除由于抗干扰性差而引起的意外脉冲跳跃。

发明内容

用于电源转换器的峰值电流模式控制(PCMC)控制器的电流感测电路，该电源转换器包括主开关，主开关包括主开关控制节点，并且PCMC控制器包括控制输出和电流感测输入节点，控制输出电耦合至主开关控制节点以控制主开关的操作，电流感测输入节点接收指示主开关的电流的电流信号，电流感测电路可以概括为包括电流感测电阻器、滤波电阻器、滤波电容器和主开关控制节点电阻器；电流感测电阻器与主开关串联电耦合；滤波电阻器包括第一端子和第二端子，第一端子电耦合至电流感测电阻器和主开关之间的节点，第二端子电耦合至电流感测输入节点；滤波电容器电耦合至电流感测输入节点；主开关控制节点电阻器包括第一端子和第二端子，第一端子电耦合至主开关控制节点，第二端子电耦合至电流感测输入节点。主开关可以包括MOSFET开关，并且主开关控制节点电阻器的第一端子可以电耦合至MOSFET开关的栅极。主开关可以包括N沟道MOSFET开关，并且主开关控制节点电阻器的第一端子可以电耦合至N沟道MOSFET开关的栅极。