用于开关电压调节器的控制设备和方法以及开关电压调节器与流程

专利2026-02-03  5


本公开涉及一种具有改进的电流检测的用于开关电压调节器的控制设备,并且涉及一种开关电压调节器。


背景技术:

1、众所周知,开关电压调节器能够使用不同的操作方案将输入直流电压(dc)转换为输出直流电压,并且可以使用不同的拓扑获得,其中最常见的一种拓扑是四开关非反相拓扑。

2、图1示出了包括四开关非反相开关电路(在下文中称为开关电路3)和控制设备5的开关电压调节器1。

3、开关电路3由第一半桥7、第二半桥9和电感器10形成。

4、第一半桥7由串联耦合在输入端子15与公共节点17之间的第一高侧开关11和第一低侧开关13(此处是两个n-mos晶体管)形成。

5、公共节点17通过分流电阻器19而被耦合至参考电位线(接地)18。

6、相对于接地18,输入电压vin被施加到输入端子15。

7、第二半桥9由串联耦合在输出节点24与公共节点17之间的第二高侧开关20和第二低侧开关22(此处也是两个n-mos晶体管)形成。

8、称为接地18的输出电压vout存在于输出节点24处,并且被施加到负载25。

9、电感器10被耦合在第一半桥7的中间节点与第二半桥9的中间节点之间。

10、根据输入电压vin与输出电压vout之间的比率,开关电压调节器1可以在三种操作模式中的一种操作模式中工作,如果vin>vout,则也称为“降压”,如果vin<vout,则称为“升压”,并且如果vin≈vout,则为“降压-升压”。

11、取决于操作模式,通过适当控制第一半桥7和第二半桥9的切换,事实上可以将输出电压vout保持在参考电压vref,例如由用户根据具体应用选择,而与输入电压vin的值无关。

12、为此,控制设备5被耦合至输入节点15并且耦合到输出节点24,并且接收参考电压vref。

13、此外,已知将控制设备5设计为使得调节器1的操作是电流控制的。

14、在这方面,控制设备5被耦合至分流电阻器19,并且检测分流电压vs,该分流电压vs在分流电阻器19上下降并且是在使用中流动通过电感器10的电流的函数。

15、从输入电压vin、输出电压vout、参考电压vref和分流电压vs开始,控制设备5生成四个开关控制信号h1、l1、h2、l2,它们分别控制第一高侧开关11、第一低侧开关13、第二高侧开关20和第二低侧开关22的切换。

16、在降压模式、升压模式或降压-升压模式中,开关11、13、20和22被驱动,使得调节器1在导通阶段和关断阶段之间交替,在导通阶段中电感器电流增大,在关断阶段中电感器电流减小。

17、控制设备5形成闭环控制电路,该闭环控制电路根据分流信号vs修改开关控制信号h1、l1、h2、l2,使得输出电压vout保持等于参考电压vref。

18、详细地,控制设备5将分流电压vs与阈值进行比较,该阈值是输出电压vout与参考电压vref之间的差的函数,并且作为响应,修改导通阶段和关断阶段的持续时间。

19、然而,申请人已经观察到,已知的调节器在分流电压vs中受到高噪声的影响。这种噪声相对于预期行为修改分流电压vs的行为,损害了控制设备5的正确运作。

20、事实上,分流电压vs中的噪声可能会诸如更改分流电压vs与上述阈值之间的比较。这可能导致在使用中流动通过电感器10的电流中生成次谐波的现象,特别是对于电感器电流的高值而言。

21、此外,电感器电流中的次谐波现象也可能导致音频和电磁噪声的生成以及同一调节器的长期不稳定性。

22、根据一种方法,控制设备5包括具有固定时间常数的滤波器,它对分流电压vs进行滤波。然而,这种方法不允许解决由分流电压vs的噪声和由此生成的电感器电流中的次谐波导致的问题。

23、本公开的目的是克服现有技术的缺点。


技术实现思路

1、根据本公开,提供了一种用于开关电压调节器的控制设备、开关电压调节器和用于开关电压调节器的控制方法,如所附权利要求中定义的。



技术特征:

1.一种控制设备,用于包括开关电路的降压-升压开关电压调节器,所述控制设备被配置为执行所述开关电路的电流控制,所述控制设备包括:

2.根据权利要求1所述的控制设备,其中所述滤波器具有根据所述滤波器控制信号可变的时间常数。

3.根据权利要求1所述的控制设备,其中所述滤波器是低通滤波器。

4.根据权利要求1所述的控制设备,其中所述滤波器被配置为:当所述降压-升压开关电压调节器处于降压操作模式时具有第一时间常数,并且当所述降压-升压开关电压调节器处于升压操作模式时具有第二时间常数,其中所述第二时间常数大于所述第一时间常数。

5.根据权利要求1所述的控制设备,其中所述滤波器控制信号是所述开关控制信号中的一个开关控制信号。

6.根据权利要求1所述的控制设备,其中所述滤波器包括至少一个电阻元件,所述至少一个电阻元件具有根据所述滤波器控制信号可变的电阻。

7.根据权利要求6所述的控制设备,其中所述电阻元件包括并联电路,所述并联电路包括电阻器和开关,其中所述开关由所述滤波器控制信号控制。

8.根据权利要求6所述的控制设备,其中所述滤波器控制信号是第一滤波器控制信号,其中所述滤波器还被配置为接收指示所述降压-升压开关电压调节器的所述实际操作模式并且不同于所述第一滤波器控制信号的第二滤波器控制信号,其中所述滤波器的所述电阻元件包括具有第一分支和第二分支的并联电路,每个分支包括彼此串联连接的相应电阻器和相应开关,并且其中所述第一分支的所述开关由所述第一滤波器控制信号控制,并且所述第二分支的所述开关由所述第二滤波器控制信号控制。

9.根据权利要求1所述的控制设备,其中所述滤波器包括至少一个电容元件,所述至少一个电容元件具有根据所述滤波器控制信号可变的电容。

10.根据权利要求1所述的控制设备,还被配置为:当所述降压-升压开关电压调节器处于升压操作模式时,执行峰型电流控制,并且当所述降压-升压开关电压调节器处于升压操作模式时,执行谷型电流控制。

11.根据权利要求1所述的控制设备,其中所述环路控制电路包括:

12.一种降压-升压开关电压调节器,包括:

13.根据权利要求12所述的降压-升压开关电压调节器,其中所述滤波器包括被集成在所述控制设备中的电气元件。

14.根据权利要求12所述的降压-升压开关电压调节器,其中所述滤波器包括分立电气元件。

15.一种控制方法,用于降压-升压开关电压调节器,所述降压-升压开关电压调节器包括开关电路以及被配置为执行所述开关电路的电流控制的控制设备,所述控制方法包括:

16.根据权利要求15所述的控制方法,还包括:由所述滤波器,接收指示所述降压-升压开关电压调节器的所述实际操作模式的滤波器控制信号。

17.根据权利要求16所述的控制方法,其中所述滤波器具有根据所述滤波器控制信号可变的时间常数。

18.根据权利要求16所述的控制方法,其中所述滤波器控制信号是所述开关控制信号中的一个开关控制信号。

19.根据权利要求16所述的控制方法,其中所述滤波器包括至少一个电阻元件,所述至少一个电阻元件具有根据所述滤波器控制信号可变的电阻。

20.根据权利要求16所述的控制方法,其中所述滤波器包括至少一个电容元件,所述至少一个电容元件具有根据所述滤波器控制信号可变的电容。

21.根据权利要求15所述的控制方法,其中所述滤波器是低通滤波器。

22.根据权利要求15所述的控制方法,还包括:

23.根据权利要求15所述的控制方法,还包括:

24.根据权利要求15所述的控制方法,还包括:


技术总结
本申请涉及用于开关电压调节器的控制设备和方法以及开关电压调节器。一种用于所述降压‑升压型的开关电压调节器的控制设备具有开关电路。所述控制设备被配置为执行所述开关电路的电流控制,并且由滤波器和环路控制电路形成。所述滤波器被配置为被耦合至所述开关电路的电阻元件,并且提供从指示流动通过所述电阻元件的电流的测量信号开始的滤波信号。所述环路控制电路被配置为根据所述滤波信号生成一个或多个开关控制信号以驱动所述开关电路。所述滤波器被配置为接收指示所述开关电压调节器的实际操作模式的滤波器控制信号。所述滤波器根据所述滤波器控制信号可变。

技术研发人员:I·弗洛里亚尼,M·J·佩莱格里尼,S·坎纳瓦休欧罗
受保护的技术使用者:意法半导体国际公司
技术研发日:
技术公布日:2024/6/26
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