[发明专利]功率转换器中的导通时间补偿

说明书

本公开的各实施例涉及功率转换器中的导通时间补偿。一种诸如DC‑DC功率转换器的装置在恒定导通时间控制模式下操作，该装置包括开关、导通时间控制器，以及补偿器。在多个控制周期内，导通时间控制器控制激活开关的导通时间时长以及用于对动态负载供电的输出电压的生成。与导通时间控制器通信的补偿器根据由输出电压输送至动态负载的输出电流的幅度来调节激活开关的导通时间时长。例如，在动态负载消耗较高的电流量的较重负载条件期间——在该较重负载条件下，电源的内部电阻性损耗变得较显著——补偿器增加激活开关的导通时间时长，这导致电源和开关的操作较接近于所期望的频率设置点。

背景技术

常规的降压转换器将输入电压转换为输出电压。这样的功率转 换器电路的某些实例包括对降压转换器中的开关的导通时间进行控 制的控制电路装置。

作为示例，常规的恒定导通时间生成器电路是一种开环系统， 其中功率转换器电路中的对应开关的导通时间脉冲时长是相应的输 入电压和输出电压的函数。当出现PWM脉冲触发时，Ton_done信 号确定由控制器产生的相应“导通(ON)”脉冲的时长。在传统方 法中，该Ton_done作为输入和输出电压二者的函数被生成。恒定导 通时间信号生成器电路中的任何数量的开关控制用于对相应电容器 充电的电流量。随着电容器上的电压上升至阈值以上，Ton_done被 断言为高状态，重置用于下一个PWM周期的导通时间脉冲。

发明内容

用于生成控制开关的恒定导通时间时长的常规技术受到缺陷的 影响。例如，开关电源可以被配置为在所期望的开关频率下操作， 该开关频率提供最佳整体效率。不幸的是，由于电源中的电阻性损 耗(诸如开关损耗、电感器中的DCR损耗，等等)，负载的电流消耗的变化使得电源中的内部电压损耗增加，这导致了关于在恒定导 通时间模式下操作电源的所期望的频率设置点的不期望有的频率偏 移。在没有补偿的情况下，在偏移的频率下操作电源导致了从输入 电压到输出电压的较低效率的电压转换。

本文的实施例包括用于提高生成输出电压的效率并且解决常规 功率转换器的缺陷的新颖方式。

更具体地，本文的实施例包括一种装置，装置包括：开关、导 通时间控制器和补偿器。开关的激活生成对动态负载供电的输出电 压。针对多个控制周期中的每个控制周期，导通时间控制器控制激 活开关的导通时间时长以及输出电压的生成。在一个实施例中，补偿器与导通时间控制器进行通信。补偿器根据由输出电压输送至动 态负载的输出电流的幅度来调节激活开关的导通时间时长。

在一个实施例中，补偿器所控制的对导通时间时长的调节对频 率操作进行调节，这提高了生成相应输出电压的效率。例如，诸如 在开关的恒定导通时间控制操作期间产生输出电压时，对开关的导 通时间时长的调节减少了关于所期望的操作设置点的频率偏移的出 现。换句话说，在动态负载消耗高于阈值的大量电流时的重载条件 期间——在该重载条件期间，功率转换器经受显著的内部压降—— 补偿器增加激活开关的导通时间时长，从而以较接近于所期望的设 置点频率的方式操作功率转换器。这样的补偿还导致了将输入电压 转换为相应的输出电压的高效转换(诸如较低的损耗)。

根据另外的实施例，补偿器被操作用于产生被输入至导通时间 控制器的调节信号。在一个实施例中，调节信号增加导通时间控制 器所产生的导通时间时长。开关的经增加的导通时间时长导致在多 个控制周期内降低了在恒定导通时间控制模式下激活开关的开关频 率。

在另外的示例性实施例中，如本文所描述的装置包括功率转换 器电路(诸如DC-DC电压转换器)，开关和恒定导通时间控制器位 于该功率转换器电路中。经调节的导通时间时长提供了控制相应开 关的频率补偿。

根据另外的实施例，导通时间控制器包括第一输入和第二输入， 第一输入接收输入电压；第二输入接收输出电压。导通时间控制器 基于输入电压的幅度和输出电压的幅度来产生控制开关的导通时间 时长。