專利名稱：控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制器，包括這種控制器的電流模式控制直流/直流轉(zhuǎn)換器，包括該電流模式控制直流/直流轉(zhuǎn)換器的設(shè)備，以及控制方法。
背景技術(shù)：
在電流模式控制直流/直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器中，可控開(kāi)關(guān)連接到電感器，以產(chǎn)生通過(guò)電感器的周期變化電感器電流。外電壓調(diào)節(jié)環(huán)包括電流模式控制器，該電流模式控制器從參考電壓減去轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，以提供誤差信號(hào)，對(duì)該誤差信號(hào)進(jìn)行處理以獲得控制信號(hào)。該控制信號(hào)可用作電感器中峰值電流的置位電平(set level)。處理通常包括比例積分(PI)或比例積分微分(PID)控制器，該P(yáng)I或PID控制器接收誤差信號(hào)、并提供控制信號(hào)。因此，該處理也常常被稱為控制器。當(dāng)代表電感器電流的感測(cè)信號(hào)達(dá)到置位電平時(shí)，內(nèi)電流調(diào)節(jié)環(huán)切斷可控開(kāi)關(guān)。因而，取決于輸出電壓電平與參考電壓電平之差的置位電平就決定了通過(guò)電感器的電流的峰值電流電平。已知有多種確定該感測(cè)信號(hào)的選項(xiàng)。例如，可以用電流變換器來(lái)獲得該感測(cè)信號(hào)，或者作為與電感器串聯(lián)的阻抗上的電壓，該串聯(lián)阻抗可以在開(kāi)關(guān)的主電流通路中。
通常，通過(guò)由振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖，來(lái)接通開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間是，開(kāi)關(guān)被時(shí)鐘脈沖接通的時(shí)刻與電感器電流達(dá)到置位電平的時(shí)刻之間的一段時(shí)間。開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)時(shí)間是電感器電流達(dá)到置位電平與下一個(gè)時(shí)鐘脈沖之間的一段時(shí)間。重復(fù)周期是導(dǎo)通時(shí)間與斷開(kāi)時(shí)間之和。在降壓轉(zhuǎn)換器中，在導(dǎo)通時(shí)間期間，開(kāi)關(guān)連接輸入電壓與輸出之間的電感器，并且電感器電流增加?？梢酝ㄟ^(guò)電池來(lái)提供輸入電壓。在斷開(kāi)時(shí)間期間，另一個(gè)開(kāi)關(guān)連接輸出與地之間的電感器，并且電感器電流減小。其它電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器如升壓轉(zhuǎn)換器、降壓升壓轉(zhuǎn)換器、Cuk轉(zhuǎn)換器的拓?fù)?，也是眾所周知的?br> 通常，需要斜率補(bǔ)償來(lái)衰減電感器電流中的干擾。在重復(fù)周期內(nèi)，通過(guò)作為時(shí)間函數(shù)改變置位電平，來(lái)獲得斜率補(bǔ)償。常常，電流模式控制器從控制信號(hào)減去鋸齒、拋物線或分段線性斜率補(bǔ)償信號(hào)，以獲得經(jīng)過(guò)斜率補(bǔ)償?shù)目刂菩盘?hào)?，F(xiàn)在，該斜率補(bǔ)償控制信號(hào)用作置位電平，從而斷開(kāi)時(shí)期開(kāi)始于通過(guò)電感器的峰值電流達(dá)到斜率補(bǔ)償控制信號(hào)電平的時(shí)刻。
在某些應(yīng)用中，如電信系統(tǒng)中，改變參考電壓，以獲得適合所需實(shí)際發(fā)射功率的變化輸出電壓。重要的是，功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓最優(yōu)地跟蹤參考電壓的變化。周知的電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)是，它對(duì)參考電壓的變化起反應(yīng)的速度不是最優(yōu)的。
US-B-6,611,131公開(kāi)了這種電流模式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。作為先有技術(shù)，討論了一種電流模式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，其中電壓箝位器(voltage clamp)出現(xiàn)在積分(I)控制器的積分電容器兩端。該電壓箝位器限制存在于積分電容器上的控制電壓。因而，電感器電流也將受限。還披露了，該先有技術(shù)解決方法具有以下缺點(diǎn)電感器電流所限于的實(shí)際值取決于斜率補(bǔ)償。因此，US-B-6,611,131提出使用電壓箝位器，該電壓箝位器對(duì)用于緩沖積分電容器電壓的緩沖器的輸出電壓進(jìn)行筘位。緩沖器輸出所限于的電壓取決于斜率補(bǔ)償?，F(xiàn)在，電流所限于的電平在較小程度上取決于斜率補(bǔ)償信號(hào)。然而，該解決方法的缺點(diǎn)在于，積分控制環(huán)在限制動(dòng)作期間不是閉合的，因此積分電容器的電壓將漂移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種輸出信號(hào)受限、并且其中積分器在較小程度上漂移的控制器。
本發(fā)明第一方面提供根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器。本發(fā)明第二方面提供根據(jù)權(quán)利要求10所述的電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明第三方面提供根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備。本發(fā)明第四方面提供根據(jù)權(quán)利要求18所述的控制方法。在相關(guān)權(quán)利要求中定義了有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的控制器包括比較器、積分器、復(fù)制電路、確定電路以及影響電路。這種控制器通常被稱為I控制器。在眾所周知的I控制器中，比較器將輸入信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行比較，并提供誤差信號(hào)。該誤差信號(hào)指示輸入信號(hào)與參考信號(hào)之差。積分器對(duì)該誤差信號(hào)積分，以獲得控制信號(hào)。
US-B-6,611,131中公開(kāi)了在功率轉(zhuǎn)換器中使用這種I控制器的例子。在該申請(qǐng)中，I控制器的輸入信號(hào)是功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，且參考信號(hào)是參考電壓。I控制器所提供的控制信號(hào)這樣控制功率轉(zhuǎn)換器，以致由參考電壓來(lái)確定其輸出電壓。
積分器允許影響其積分動(dòng)作。例如，如果積分器包括積分電容器，則積分器包括用于影響提供給積分電容器的電流的輸入。復(fù)制電路產(chǎn)生與控制信號(hào)成比例的復(fù)制控制信號(hào)。復(fù)制控制信號(hào)可以與控制信號(hào)相等，但是必須存在于分開(kāi)的節(jié)點(diǎn)上。確定電路確定復(fù)制控制信號(hào)是否達(dá)到極限值。當(dāng)確定復(fù)制控制信號(hào)達(dá)到或超過(guò)極限值時(shí)，影響電路影響積分動(dòng)作，以限制控制信號(hào)。
因而，對(duì)復(fù)制控制信號(hào)與極限值進(jìn)行比較的分開(kāi)電路現(xiàn)在不干擾由比較器和積分器形成的主通路的操作。從輸入信號(hào)到控制信號(hào)的環(huán)仍然是完全運(yùn)算的(fully operational)，且控制信號(hào)仍然耦合到積分器的狀態(tài)?；蛘邠Q句話說(shuō)，通過(guò)影響積分動(dòng)作、以致控制信號(hào)受限，來(lái)保持積分器狀態(tài)與控制信號(hào)之間的鏈接。在先有技術(shù)US-B-6,611,131中，緩沖器的輸出電壓受限，從而限制動(dòng)作發(fā)生在從輸入信號(hào)到控制信號(hào)的主環(huán)中。然而，控制環(huán)仍然檢測(cè)到輸入信號(hào)與參考信號(hào)之差，并且積分器繼續(xù)起作用，以使該差最小化。因而，緩沖器的筘位器輸出電壓不再代表積分器狀態(tài)的變化。因此，積分器將漂移遠(yuǎn)離其標(biāo)稱狀態(tài)。當(dāng)不再需要限制時(shí)，積分器將花長(zhǎng)時(shí)間變回到其標(biāo)稱狀態(tài)。
必須注意，除積分器以外，控制器可以任選地包括比例和/或微分動(dòng)作，以獲得PI、ID或PID控制器。
在根據(jù)權(quán)利要求2所述的本發(fā)明實(shí)施例中，極限值指示最大電平，且當(dāng)復(fù)制控制信號(hào)達(dá)到該最大電平時(shí)，影響電路減小積分動(dòng)作。例如，如果通過(guò)對(duì)電容器充電來(lái)獲得積分動(dòng)作，則對(duì)該電容器放電，直到復(fù)制控制信號(hào)等于該最大電平為止。因而，因?yàn)閺?fù)制控制信號(hào)是控制信號(hào)的(縮放)拷貝，所以控制信號(hào)也被限于最大值。
在根據(jù)權(quán)利要求3所述的本發(fā)明實(shí)施例中，極限值指示最小電平，且當(dāng)復(fù)制控制信號(hào)達(dá)到該最小電平時(shí)，影響電路增大積分動(dòng)作。例如，如果通過(guò)對(duì)電容器充電來(lái)獲得積分動(dòng)作，則對(duì)該電容器充電，直到復(fù)制控制信號(hào)等于該最小電平為止。
在根據(jù)權(quán)利要求4所述的本發(fā)明實(shí)施例中，復(fù)制電路包括第一電流源，該第一電流源把復(fù)制控制信號(hào)作為第一電流提供給節(jié)點(diǎn)。確定電路包括第二電流源，該第二電流源提供預(yù)定的固定第二電流給可能可控的節(jié)點(diǎn)。第一電流和第二電流具有相反極性，以獲得差電流。例如，第一電流是從節(jié)點(diǎn)引出的，而第二電流被提供給節(jié)點(diǎn)。確定電路進(jìn)一步包括限制節(jié)點(diǎn)電壓的箝位電路。影響電路包括放大器，該放大器具有連接到節(jié)點(diǎn)的輸入，以及連接到積分器的輸入以影響積分動(dòng)作的輸出。只要節(jié)點(diǎn)電壓在其中不需要箝位的范圍內(nèi)，差電流就流入箝位電路，如果節(jié)點(diǎn)電壓達(dá)到或越過(guò)極限值，差電流就流向影響電路，在該極限值處需要限制控制信號(hào)?？梢匀菀自诩呻娐分袑?shí)施這種具有電流源的控制器。
在根據(jù)權(quán)利要求5所述的本發(fā)明實(shí)施例中，積分器包括積分電容器，且影響放大器的輸出連接到積分電容器，以便提供電流給電容器，或者當(dāng)必須限制控制信號(hào)時(shí)從電容器抽出電流。如果不需要限制控制信號(hào)，則放大器根本沒(méi)有影響。因而，如果不需要限制，就不干擾主環(huán)。
在根據(jù)權(quán)利要求6所述的本發(fā)明實(shí)施例中，積分器包括第三電流源，該第三電流源提供控制信號(hào)，作為由積分電容器的電壓確定的第三電流?，F(xiàn)在，也利用易于積分的電流源來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)。必須注意，積分電容器的電壓可以控制用于產(chǎn)生控制電流和復(fù)制控制電流的電流源。作為選擇，可能只控制控制電流，并對(duì)該控制電流進(jìn)行鏡像，來(lái)獲得復(fù)制控制電流。
在根據(jù)權(quán)利要求7所述的本發(fā)明實(shí)施例中，放大器包括晶體管，該晶體管具有連接到節(jié)點(diǎn)的控制輸入、以及連接到積分電容器的主電流通路。因而，節(jié)點(diǎn)的電壓確定了提供給積分電容器、或從積分電容器抽出的電流量。
在根據(jù)權(quán)利要求8所述的本發(fā)明實(shí)施例中，箝位電路包括晶體管，該晶體管具有連接到節(jié)點(diǎn)的主電流通路以及控制輸入。電壓源連接到控制輸入。因而，取決于晶體管控制輸入的排列以及電壓源的電平，只要節(jié)點(diǎn)電壓高于或低于電壓源所提供的電壓，晶體管就傳導(dǎo)差電流。
在根據(jù)權(quán)利要求9所述的本發(fā)明實(shí)施例中，比較器包括第一互導(dǎo)放大器，該第一互導(dǎo)放大器具有用于接收輸入信號(hào)和參考信號(hào)的輸入，以及用于提供誤差信號(hào)的輸出。象這樣的這種互導(dǎo)放大器是眾所周知的。積分器包括位于第一互導(dǎo)放大器輸出之間的電容器。第二互導(dǎo)放大器具有跨接電容器的輸入，以及用于提供控制信號(hào)作為輸出電流的輸出。復(fù)制電路包括第三互導(dǎo)放大器，該第三互導(dǎo)放大器具有跨接電容器的輸入、以及用于提供復(fù)制控制信號(hào)作為復(fù)制控制電流的輸出。確定電路包括位于第三互導(dǎo)放大器輸出之間的電流源，以及位于第三互導(dǎo)放大器輸出之間用作箝位器的第一晶體管。電流源被安排用于提供極限值作為極限電流。影響電路包括晶體管，該晶體管具有位于第一互導(dǎo)放大器輸出之間的主電流通路，以及連接到第三互導(dǎo)放大器的輸出之一、以便當(dāng)復(fù)制控制電流達(dá)到極限電流時(shí)影響電容器電壓的控制輸入。該晶體管被安排用于獲得反饋環(huán)。具有互導(dǎo)放大器的這種實(shí)施很適合用于集成電路中。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面的電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器中，控制器用于調(diào)節(jié)該電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器(進(jìn)一步也稱為功率轉(zhuǎn)換器)。該功率轉(zhuǎn)換器接收電源輸入電壓，并提供電源輸出電壓給負(fù)載。電源輸出電壓是如前所述的控制器的輸入信號(hào)。作為控制信號(hào)的控制器輸出信號(hào)被提供給功率轉(zhuǎn)換器控制器。
功率轉(zhuǎn)換器控制器(也稱為驅(qū)動(dòng)電路)這樣控制功率轉(zhuǎn)換器，以致由控制信號(hào)來(lái)確定其輸出電壓。實(shí)際上，在電流模式控制功率轉(zhuǎn)換器中，控制信號(hào)確定功率轉(zhuǎn)換器的電感器電流達(dá)到極限值時(shí)的電平，在該極限值處連接到電感器的可控開(kāi)關(guān)被切斷。該控制器從功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與參考電壓之差，來(lái)產(chǎn)生控制信號(hào)。
驅(qū)動(dòng)電路對(duì)代表電感器電流的感測(cè)信號(hào)和控制信號(hào)進(jìn)行比較，以便當(dāng)感測(cè)信號(hào)的電平達(dá)到控制信號(hào)電平時(shí)，切斷可控開(kāi)關(guān)。通常，通過(guò)以固定頻率運(yùn)行的振蕩器的時(shí)鐘信號(hào)，來(lái)接通可控開(kāi)關(guān)。可控開(kāi)關(guān)的接通和切斷造成了通過(guò)電感器的周期變化電感器電流。
使用根據(jù)本發(fā)明的控制器，允許在從功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓到控制信號(hào)的反饋環(huán)仍然起作用的同時(shí)，限制通過(guò)電感器的電流。這是因?yàn)?，積分器狀態(tài)與控制信號(hào)之間的鏈接仍然存在。具有復(fù)制控制電流的附加通路只影響積分動(dòng)作，以獲得受限的控制信號(hào)，但是沒(méi)有分離積分動(dòng)作與控制信號(hào)。例如，如果積分器是包括積分電容器的模擬積分器，則電容器的電壓既代表積分器的狀態(tài)，又確定控制信號(hào)的電平。作為選擇，如果積分器是數(shù)字積分器，則積分器所達(dá)到的值既代表積分器狀態(tài)，又確定控制信號(hào)的電平。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明，積分器狀態(tài)是由參考信號(hào)與積分器輸入信號(hào)之差來(lái)確定的。例如，如果作為功率轉(zhuǎn)換器輸出電壓、或從功率轉(zhuǎn)換器輸出電壓分接的控制器輸入信號(hào)，具有高于參考信號(hào)電平的電平，則積分器降低電容器電壓或數(shù)字存儲(chǔ)值，并且控制信號(hào)減小。漸減的控制信號(hào)使驅(qū)動(dòng)器采取行動(dòng)來(lái)降低功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。在其中當(dāng)感測(cè)電流達(dá)到控制信號(hào)電平時(shí)、切斷可控開(kāi)關(guān)的電流模式功率轉(zhuǎn)換器中，如果功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓太高，則控制信號(hào)的電平應(yīng)該降低，以致開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間減少。在其它應(yīng)用中，這可以是用相反方式。
通常，I控制器從參考電壓減去轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，來(lái)獲得誤差信號(hào)?？刂破骶哂袀鬟f函數(shù)，該傳遞函數(shù)被應(yīng)用于誤差信號(hào)，以獲得控制信號(hào)。例如，傳遞函數(shù)可以是P(比例)、I(積分)、D(微分)調(diào)節(jié)器的任何組合，但是應(yīng)該至少具有I動(dòng)作。作為選擇，傳遞函數(shù)可以是至少具有積分動(dòng)作的濾波器。相關(guān)的是，I控制器的傳遞函數(shù)至少包括積分動(dòng)作。
在根據(jù)權(quán)利要求11所述的本發(fā)明實(shí)施例中，電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括校正電路，該校正電路向控制信號(hào)添加校正信號(hào)，以獲得改進(jìn)的控制信號(hào)。該校正信號(hào)代表原始控制信號(hào)與電感器電流平均值之差。驅(qū)動(dòng)電路對(duì)代表電感器電流的感測(cè)信號(hào)與改進(jìn)控制信號(hào)進(jìn)行比較，以便當(dāng)感測(cè)信號(hào)的電平達(dá)到改進(jìn)控制信號(hào)的電平時(shí)，切斷可控開(kāi)關(guān)。現(xiàn)在，當(dāng)感測(cè)信號(hào)的電平達(dá)到改進(jìn)控制信號(hào)的電平時(shí)，開(kāi)關(guān)被切斷。因而，控制信號(hào)現(xiàn)在更類似于電感器電流的平均值?，F(xiàn)在，限制控制信號(hào)實(shí)際上有利地限制了平均電感器電流，而非峰值電感器電流。
在先有技術(shù)電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器中，如果不存在斜率補(bǔ)償，則控制信號(hào)代表電感器電流的峰值電平，因?yàn)榭刂菩盘?hào)確定開(kāi)關(guān)被切斷時(shí)的電感器電流的峰值電平。如果存在斜率補(bǔ)償，則經(jīng)過(guò)斜率補(bǔ)償?shù)目刂菩盘?hào)仍然代表電感器電流的峰值電平。因此，改進(jìn)的控制信號(hào)代表增加了斜率補(bǔ)償信號(hào)的電感器電流的峰值電平。相對(duì)于圖6和7詳細(xì)說(shuō)明了這一點(diǎn)。從微分輸入電壓(參考電壓電平減去輸出電壓電平，或用相反方式)到輸出電壓的開(kāi)環(huán)增益取決于控制器的拓?fù)?，該控制器現(xiàn)在也稱為電流模式控制器。通常，電流模式控制器是P、PI或PID控制器。該開(kāi)環(huán)增益的單位增益頻率似乎取決于從控制信號(hào)到平均輸出電流的傳遞。在先有技術(shù)中，該傳遞小于1，因?yàn)橥ㄟ^(guò)電感器的波紋電流使平均電感器電流小于峰值電流(后者是受控的)，并且如果存在斜率補(bǔ)償，則斜率補(bǔ)償也使峰值電感器電流小于控制信號(hào)。
相反，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器包括校正電路，該校正電路接收控制信號(hào)，并提供改進(jìn)控制信號(hào)，該改進(jìn)控制信號(hào)用作要與感測(cè)電平進(jìn)行比較的置位電平。該校正電路向控制信號(hào)添加校正信號(hào)，以獲得改進(jìn)控制信號(hào)。因?yàn)楦倪M(jìn)控制信號(hào)仍然確定電感器電流的峰值電平，所以如果不存在斜率補(bǔ)償，現(xiàn)在控制信號(hào)必須代表電感器電流的峰值電平減去校正信號(hào)。因而，如果校正信號(hào)代表峰值電感器電流與平均電感器電流之差，則控制信號(hào)更加代表平均電感器電流、而非峰值電感器電流?；蛘邠Q句話說(shuō)，由于從微分輸入電壓到輸出電壓的閉環(huán)，在相同的輸出電壓與參考電壓之差下，改進(jìn)控制信號(hào)獨(dú)立于從微分輸入電壓到置位電平的開(kāi)環(huán)的特性。在相同的電感器電流峰值下，輸出電壓必須達(dá)到相同值，因而置位電平(現(xiàn)在是改進(jìn)控制信號(hào))應(yīng)該相同。因此，添加校正電路使控制信號(hào)的值隨著該差而下降，該校正電路添加一代表控制信號(hào)與電感器平均電流之差的校正信號(hào)?，F(xiàn)在，電流模式控制器所提供的控制信號(hào)代表平均電感器電流，而非峰值電感器電流和/或斜率補(bǔ)償電流。從控制信號(hào)到平均輸出電流的傳遞函數(shù)變得更加等于1，且-3dB帶寬增大了。進(jìn)一步，有利地，現(xiàn)在是平均電感器電流而非峰值電流受限。
校正電路可以添加一代表電感器電流平均值與極值之差的校正信號(hào)?？刂菩盘?hào)現(xiàn)在變得更加等于通過(guò)電感器的平均電流，因?yàn)榉逯惦娏髋c平均電流之差得到了補(bǔ)償?；蛘撸辽僭摬顪p小了。
作為選擇，如果電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括產(chǎn)生斜率補(bǔ)償信號(hào)的斜率補(bǔ)償電路，則校正電路再次向控制信號(hào)添加校正信號(hào)，以獲得改進(jìn)控制信號(hào)?，F(xiàn)在，校正信號(hào)是或者代表切斷時(shí)刻的斜率補(bǔ)償信號(hào)的電平和電感器峰值電流與平均電流之差的和。已經(jīng)迎合了電感器峰值電流與平均電流之差，并且也消除了由斜率補(bǔ)償引入的附加衰減。因此，控制信號(hào)代表電感器平均電流。該增益具有以下優(yōu)點(diǎn)通過(guò)限制控制器的控制信號(hào)，獨(dú)立于斜率補(bǔ)償來(lái)限制功率轉(zhuǎn)換器的平均電流。
在根據(jù)權(quán)利要求12所述的本發(fā)明實(shí)施例中，限制電路用于限制控制信號(hào)的最小和/或最大值?，F(xiàn)在，因?yàn)榭刂菩盘?hào)代表電感器的平均電流，所以這種限制電路直接限制該平均電流。不僅產(chǎn)生控制信號(hào)的拷貝，而且產(chǎn)生校正電流的拷貝。限制電路現(xiàn)在檢測(cè)復(fù)制控制信號(hào)與復(fù)制校正信號(hào)之和何時(shí)達(dá)到極限值，并據(jù)此影響積分器，以獲得受限的控制信號(hào)。
在根據(jù)權(quán)利要求13所述的本發(fā)明實(shí)施例中，再次利用易于積分的電流源來(lái)實(shí)施復(fù)制控制信號(hào)和箝位電路。
在根據(jù)權(quán)利要求14所述的本發(fā)明實(shí)施例中，進(jìn)一步通過(guò)易于積分的電流源來(lái)產(chǎn)生復(fù)制校正信號(hào)。
在根據(jù)權(quán)利要求15所述的本發(fā)明實(shí)施例中，電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器是降壓轉(zhuǎn)換器，且信號(hào)是在節(jié)點(diǎn)合計(jì)的電流。該電流模式控制器包括受控的電流源，該受控電流源把由控制信號(hào)確定的控制電流提供給節(jié)點(diǎn)。校正電路包括電流源，該電流源把校正信號(hào)作為校正電流提供給節(jié)點(diǎn)。感測(cè)電路感測(cè)電感器電流，并將感測(cè)信號(hào)作為感測(cè)電流提供給節(jié)點(diǎn)?？刂齐娏髋c校正電流的極性相同，并與感測(cè)電流的極性相反。因而，例如如果感測(cè)電流流向節(jié)點(diǎn)，則控制電流和校正電流都從節(jié)點(diǎn)流走。驅(qū)動(dòng)電路連接到節(jié)點(diǎn)，以確定感測(cè)電流的電平何時(shí)越過(guò)控制電流與校正電流之和的電平。如果感測(cè)電流越過(guò)該和，則開(kāi)關(guān)被切斷。
由下述實(shí)施例，本發(fā)明的這些及其它方面將變得顯而易見(jiàn)，并將參考下述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的這些及其它方面。


在附圖中圖1示出了先有技術(shù)電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的框圖，圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的控制器的實(shí)施例的電路圖，圖3示出了其中控制信號(hào)被限于最大值的控制器的實(shí)施例的電路圖，圖4示出了這樣的信號(hào)，用于說(shuō)明將控制信號(hào)限制到最大值，
圖5示出了其中控制信號(hào)被限于最小值的控制器的實(shí)施例的電路圖，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一方面的電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例的電路圖，圖7示出了這樣的信號(hào)，用于說(shuō)明先有技術(shù)電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的操作，圖8示出了這樣的信號(hào)，用于說(shuō)明圖6所示電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的操作，圖9示出了其中改進(jìn)控制信號(hào)被限于最小值的電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的控制器的實(shí)施例的電路圖，圖10示出了用于在集成電路中實(shí)施的控制器和校正電路的實(shí)施例的電路圖，圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例的框圖，以及圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的另一實(shí)施例的框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了先有技術(shù)電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的框圖。尤其在其中手持設(shè)備(handheld)經(jīng)濟(jì)地管理發(fā)射功率、以增加電池壽命的電信系統(tǒng)中，應(yīng)該控制發(fā)射輸出放大器的電源電壓，以便最優(yōu)地適合于實(shí)際發(fā)射功率。提供電源電壓的電流模式DC/DC轉(zhuǎn)換器(此外也被稱為功率轉(zhuǎn)換器或轉(zhuǎn)換器)應(yīng)該能夠快速準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)其輸出電壓。以下，電流模式DC/DC轉(zhuǎn)換器也稱為功率轉(zhuǎn)換器乃至轉(zhuǎn)換器。在該申請(qǐng)中，在手持設(shè)備中，負(fù)載LO代表手持設(shè)備的電路，如輸出放大器。
功率轉(zhuǎn)換器包括電流模式控制器1(也稱為控制器)，該電流模式控制器1提供一取決于轉(zhuǎn)換器輸出電壓Vo與參考電壓Vr之差的控制信號(hào)ICO。參考電壓Vr可以是常數(shù)，也可以變化、以獲得對(duì)應(yīng)的變化輸出電壓Vo。電流模式控制器1包括減法器10，該減法器10從參考電壓Vr減去輸出電壓Vo，以提供代表參考電壓Vr與輸出電壓Vo之差的誤差信號(hào)ER。也可以不使用減法器10，而是使用比較器來(lái)比較輸出電壓Vo和參考電壓Vr，以獲得誤差信號(hào)ER。電流模式控制器1還包括積分器11，該積分器11對(duì)誤差信號(hào)ER積分，以獲得控制信號(hào)ICO。通常，控制器1是比例(P)控制器、積分(I)控制器、比例積分(PI)控制器或比例積分微分(PID)控制器。這些控制器在該技術(shù)領(lǐng)域中是眾所周知的。如果以下稱其為控制器1，就意味該控制器至少包括由積分器11所執(zhí)行的積分動(dòng)作。然而，控制器也可進(jìn)一步包括比例和/或微分動(dòng)作。
可選的斜率補(bǔ)償電路2從控制信號(hào)ICO減去斜率補(bǔ)償信號(hào)，以獲得經(jīng)過(guò)斜率補(bǔ)償?shù)目刂菩盘?hào)SCO。通常，斜率補(bǔ)償信號(hào)是鋸齒形、拋物線形或分段線性形的。感測(cè)電路6感測(cè)流過(guò)開(kāi)關(guān)S 1的電流IS1。感測(cè)電路6可以感測(cè)代表通過(guò)電感器L的電感器電流IL的任何電流。例如，可以將感測(cè)電路6與電感器L串聯(lián)，以直接感測(cè)電感器電流IL，或者可以將感測(cè)電路6與開(kāi)關(guān)S1(如圖所示)或開(kāi)關(guān)S2串聯(lián)。如果將感測(cè)電路6與開(kāi)關(guān)S1或S2之一串聯(lián)，則只有在關(guān)聯(lián)的開(kāi)關(guān)閉合的期間內(nèi)才能感測(cè)電感器電流IL。也可以感測(cè)應(yīng)該代表電感器電流IL的、作為電壓的感測(cè)信號(hào)SE，例如可以在開(kāi)關(guān)S1或S2之一的主電流通路上感測(cè)該電壓。優(yōu)選地，開(kāi)關(guān)S1和S2是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，但是也可使用雙極晶體管或其它可控半導(dǎo)體器件。可以使用二極管來(lái)代替開(kāi)關(guān)S2。
比較器3比較感測(cè)信號(hào)SE和斜率補(bǔ)償控制信號(hào)SCO，以便當(dāng)感測(cè)信號(hào)SE的電平達(dá)到斜率補(bǔ)償控制信號(hào)SCO的電平時(shí)，提供復(fù)位信號(hào)RS給置位復(fù)位觸發(fā)器4的復(fù)位輸入R?？梢允褂酶鼜?fù)雜的電路來(lái)代替置位復(fù)位觸發(fā)器4。振蕩器5產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)CLK，該時(shí)鐘信號(hào)CLK被提供給置位復(fù)位觸發(fā)器4的置位輸入S。置位復(fù)位觸發(fā)器4的非反相輸出Q提供控制信號(hào)SC1給開(kāi)關(guān)S1的控制輸入，并且置位復(fù)位觸發(fā)器4的反相輸出Qn提供控制信號(hào)SC2給開(kāi)關(guān)S2的控制輸入。然而，通常，同步開(kāi)關(guān)S2的控制可以更復(fù)雜。也可能開(kāi)關(guān)S2是二極管。于是，當(dāng)然不需要控制信號(hào)。當(dāng)通過(guò)比較器3的復(fù)位信號(hào)RS使置位復(fù)位觸發(fā)器4復(fù)位時(shí)，開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)，且開(kāi)關(guān)S2閉合。當(dāng)通過(guò)置位輸入S的時(shí)鐘脈沖CLK使置位復(fù)位觸發(fā)器4置位時(shí)，開(kāi)關(guān)S1閉合，且開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)。
開(kāi)關(guān)S1和S2的主電流通路串聯(lián)于DC電源的端子之間，該DC電源提供輸入電壓Vb給轉(zhuǎn)換器。電感器L位于開(kāi)關(guān)S1和S2的主電流通路接頭與轉(zhuǎn)換器的輸出之間，輸出電壓Vo被提供給該轉(zhuǎn)換器。平滑電容器C和負(fù)載LO的并聯(lián)位于該轉(zhuǎn)換器的輸出。用IL來(lái)表示通過(guò)電感器的電流。
以下簡(jiǎn)要說(shuō)明先有技術(shù)降壓轉(zhuǎn)換器的操作。假定起始情形是，時(shí)鐘脈沖CLK將置位復(fù)位觸發(fā)器4置位?，F(xiàn)在，開(kāi)關(guān)S1閉合，且開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)，使得電感器電流IL增加。電感器電流IL增加，直到感測(cè)信號(hào)SE等于補(bǔ)償控制信號(hào)SCO為止?，F(xiàn)在，置位復(fù)位觸發(fā)器4被復(fù)位信號(hào)RS復(fù)位，開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)，且開(kāi)關(guān)S2閉合。電感器電流IL減小，直到復(fù)位置位觸發(fā)器4再次被下一個(gè)時(shí)鐘脈沖CLK置位為止。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的控制器的實(shí)施例的框圖。相對(duì)于圖1說(shuō)明的電流模式控制器1，現(xiàn)在被稱為至少執(zhí)行積分動(dòng)作的控制器1?？刂破?包括比較器或減法器10、積分器11、復(fù)制電路81、確定電路85和影響電路83。比較器或減法器10確定誤差信號(hào)ER，該誤差信號(hào)ER是參考信號(hào)Vr與應(yīng)該受控的輸入電壓Vo之差。積分器11對(duì)誤差信號(hào)ER積分，并提供控制信號(hào)ICO。積分器11具有輸入IIN，該輸入IIN允許影響積分器11的積分動(dòng)作?？刂破?具有接收輸入信號(hào)Vo的輸入，以及提供控制信號(hào)ICO的輸出。比較輸入信號(hào)Vo和參考信號(hào)Vr，并對(duì)差ER積分，以提供控制信號(hào)ICO，該控制信號(hào)ICO可用于控制另外電路，以致輸入信號(hào)Vo變得等于參考信號(hào)Vr。
復(fù)制電路81接收控制信號(hào)ICO，并提供與控制信號(hào)ICO成比例的復(fù)制控制信號(hào)ICOC。例如，如果控制信號(hào)ICO是電流，則可以對(duì)該電流進(jìn)行鏡像，以獲得拷貝。確定電路85接收復(fù)制控制信號(hào)ICOC，并提供控制信號(hào)LCS，以指示復(fù)制控制信號(hào)ICOC是否達(dá)到或超過(guò)極限值IMIN或IMAX。影響電路83接收控制信號(hào)LCS，以提供影響信號(hào)IA給積分器11的輸入IIN，影響積分器11的積分動(dòng)作。影響積分動(dòng)作例如意味，向誤差信號(hào)ER添加附加信號(hào)，以致積分器提供經(jīng)過(guò)校正的控制信號(hào)ICO。例如，如果確定電路85檢測(cè)到復(fù)制控制信號(hào)ICOC達(dá)到最大電平IMAX，則影響電路83產(chǎn)生一影響信號(hào)，該影響信號(hào)減小誤差信號(hào)ER、或者從誤差信號(hào)ER減去該影響信號(hào)，以致控制信號(hào)ICO不再增大。有效地，當(dāng)由于復(fù)制電路81、確定電路85和影響電路83所形成的閉環(huán)而進(jìn)行限制時(shí)，積分動(dòng)作將受影響信號(hào)IA的影響，以致將復(fù)制控制信號(hào)ICOC限于最大電平IMAX。類似的原因也適用于將復(fù)制控制信號(hào)ICOC限于最小電平。
因?yàn)橄拗苿?dòng)作應(yīng)用于復(fù)制控制信號(hào)ICOC，而不是應(yīng)用于控制信號(hào)ICO，所以從輸入電壓Vo到控制信號(hào)ICO的環(huán)沒(méi)有斷開(kāi)。因此，控制信號(hào)ICO和積分器11的狀態(tài)仍然相符。因而，當(dāng)不再需要限制動(dòng)作時(shí)，積分器11的狀態(tài)沒(méi)有漂移，并且積分器檢索其標(biāo)稱狀態(tài)所需的時(shí)間不太長(zhǎng)。
必須注意，通過(guò)限制復(fù)制控制信號(hào)ICOC，也限制了控制信號(hào)ICO。在其中使用控制器1的調(diào)節(jié)環(huán)中，常常需要限制控制信號(hào)ICO，例如以便防止待控電路中的過(guò)載。尤其是當(dāng)待控電路是功率轉(zhuǎn)換器時(shí)，應(yīng)該限制通過(guò)功率轉(zhuǎn)換器部件的電流或功率轉(zhuǎn)換器部件上的電壓。在其它應(yīng)用中，也必須限制控制電路的速度。
必須注意，包括減法器10和積分器11的主環(huán)是周知的I控制器。也被共同稱為限制電路8的復(fù)制電路81、確定電路85和影響電路83，定義了本發(fā)明的實(shí)施例。
圖3示出了其中控制信號(hào)被限于最大值的控制器的實(shí)施例的框圖?？刂破?包括積分器11，該積分器11包括積分電容器C1和電流源112。在圖3中，控制器1只包括積分器11，從而是I控制器。電容器C1上的電壓VC控制電流源112提供作為電流的控制信號(hào)ICO。然而，控制器1也可包括同樣影響電流源112、從而影響控制信號(hào)ICO的P動(dòng)作和/或D動(dòng)作(都未示出)。也可用數(shù)字解決方法來(lái)獲得積分器11的積分動(dòng)作。
電容器C1上的電壓VC被提供給電流源112、以獲得控制電流ICO，而且被提供給限制電路8的電流源81、以獲得控制電流ICO的復(fù)制控制電流ICOC。作為選擇，電壓VC可以只提供給電流源112，且復(fù)制控制電流ICOC可以是控制電流ICO的鏡像和/或縮放版本。復(fù)制電流ICOC從節(jié)點(diǎn)N2引出。限制電路8還包括電流源80、箝位電路82和放大器83。電流源80提供電流IMAX給節(jié)點(diǎn)N2。電流IMAX代表復(fù)制電流ICOC應(yīng)該限于的最大值。箝位電路82連接到節(jié)點(diǎn)N2，以便將節(jié)點(diǎn)N2的電壓VN限制到最大值。差電流ICL等于電流IMAX減去復(fù)制控制電流ICOC。放大器83的輸入接收電壓VN，并且其輸出連接到積分器11的輸入，以便如果復(fù)制電流ICOC達(dá)到或超過(guò)電流IMAX就減小積分器11的積分動(dòng)作。在其中積分器11包括積分電容器C1的所示實(shí)施例中，當(dāng)限制起作用時(shí)，放大器83從該電容器C1引出電流IA。
僅僅舉例來(lái)說(shuō)，圖3示出了箝位電路82和放大器83的特殊實(shí)施例。箝位電路82和放大器83是這樣設(shè)計(jì)的，以致它們之中總是只有一個(gè)導(dǎo)電。箝位電路82包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)820，該FET 820具有位于節(jié)點(diǎn)N2和參考電勢(shì)之間的主電流通路，在圖3中參考電勢(shì)是地。提供電壓電平VCLH的電壓源821連接在FET 820的控制電極和參考電勢(shì)之間。放大器83包括FET 830，該FET 830具有連接到節(jié)點(diǎn)N2的控制電極、以及連接在積分器11輸入I1和參考電勢(shì)之間的主電流通路。只要復(fù)制電流ICOC小于最大電流IMAX，箝位電路82就減小差電流ICL，并將電壓VN限制到最大值，且放大器電流IA為0。一旦復(fù)制電流ICOC變得大于最大電流IMAX，差電流ICL就改變極性，且電壓VN下降。由于電壓VN的電平降低了，箝位電路82停止減小電流，并且放大器83開(kāi)始從電容器C1引出電流，以減小積分動(dòng)作。放大器83起作用時(shí)由限制電路8所創(chuàng)建的控制環(huán)被設(shè)計(jì)成，具有大的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)，以致積分動(dòng)作受到影響，來(lái)獲得被限于最大電流IMAX的復(fù)制電流ICOC。因此，控制電流ICO也被限于最大值。參考圖4更詳細(xì)地說(shuō)明圖3的限制電路8的操作。
圖4示出了這樣的信號(hào)，用于說(shuō)明將控制信號(hào)限制到最大值。圖4A示出了差分輸入電壓電壓Vr-Vo、或作為積分器11輸入信號(hào)的誤差信號(hào)ER。圖4B示出了積分器11的電容器C1的電壓VC。圖4C示出了復(fù)制控制電流ICOC和控制電流ICO。假定復(fù)制電流ICOC等于控制電流ICO。然而，在實(shí)際實(shí)施中，復(fù)制控制電流ICOC可以是控制電流ICO的縮放版本。圖4D示出了差電流ICL，圖4E示出了節(jié)點(diǎn)N2的電壓VN，圖4F示出了從積分電容器C1引出的電流IA。
假定控制器在開(kāi)環(huán)模式下操作，且在時(shí)刻t0差分輸入信號(hào)Vr-Vo的電平增大。積分器11開(kāi)始對(duì)電容器C1充電，且電壓VC開(kāi)始增大。雖然在圖3中積分器11只包括積分動(dòng)作，但是以下假定積分器11是PI控制器?？刂齐娏鱅CO及其拷貝ICOC示出了比例增加(由圖4C中的P指示)和積分增加(由圖4C中的I指示)。差電流ICL流向箝位電路82，電壓VN高，因而箝位電路82能夠減小漸減的差電流ICO。因?yàn)闈u增的復(fù)制控制電流ICOC變得更接近于由電流源80提供給節(jié)點(diǎn)N2的最大電流IMAX，所以差電流ICL減小。由于電壓VN的高電平，放大器所傳導(dǎo)的電流IA為0。
在時(shí)刻t1，復(fù)制控制電流ICOC變得等于最大電流IMAX?，F(xiàn)在，差電流ICL變?yōu)?或稍微負(fù)值，且電壓VN降到低電平。因此，筘位電路82停止導(dǎo)電，且放大器83開(kāi)始傳導(dǎo)電流IA。現(xiàn)在，得到了反饋回路。放大器83具有大電流增益，且放大器83的輸入電流可忽略，從而當(dāng)復(fù)制控制電流ICOC變得等于最大電流IMAX時(shí)，就恢復(fù)了反饋回路的平衡。因而，復(fù)制控制電流ICOC被限于最大值IMAX。
在時(shí)刻t2，差分輸入電壓Vr-Vo進(jìn)一步增大?？刂破?1的比例部分在控制電流ICO及其拷貝ICOC中輸出較高的比例電流。圖4C中未示出該附加電流，因?yàn)樗鼘⒘⒓幢环糯笃?3的補(bǔ)償動(dòng)作所補(bǔ)償，放大器83增大電流IA來(lái)補(bǔ)償附加的比例電流。該附加電流IA是通過(guò)節(jié)點(diǎn)N2電壓VN的進(jìn)一步降低來(lái)獲得的。
在時(shí)刻t3，參考電壓降低，以致輸入壓差Vr-Vo變?yōu)樨?fù)的。積分器11的比例部分在控制電流ICO及其拷貝ICOC中輸出負(fù)比例貢獻(xiàn)P’，該值將立即降到最大值IMAX以下。電壓VN迅速上升，放大器電流IA停止流動(dòng)，且箝位電路82開(kāi)始傳導(dǎo)漸增的差電流ICL。限流環(huán)現(xiàn)在斷開(kāi)，且電容器C1的電壓VC不再受限制電路8影響。由于負(fù)輸入壓差Vr-Vo，電容器C1的電壓VC開(kāi)始降低。積分器11的積分部分用I’表示。
必須注意，雖然相對(duì)于具有電容器C1的模擬積分器11說(shuō)明了限制電路8，但是也可用數(shù)字電路如計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)施積分器。放大器83現(xiàn)在必須作用于計(jì)數(shù)器的升降計(jì)數(shù)機(jī)制。積分器11也可缺少P動(dòng)作，以及/或者可以包括D動(dòng)作。
如果在功率轉(zhuǎn)換器中實(shí)施控制器1，則重要的是選擇最大電流IMAX的值，以致在通過(guò)晶體管開(kāi)關(guān)S1的最大電流的保護(hù)被激活之前、且在電感器L飽和之前，限制電路8限制控制電流ICO。
還必須注意，必須保護(hù)功率轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)S1和S2免受太大電流的現(xiàn)有保護(hù)電路不能限制轉(zhuǎn)換器的平均輸出電流IOA。相反，因?yàn)椴y電流的存在，它們限制通過(guò)開(kāi)關(guān)的最大電流。然而，波紋電流隨輸出電壓而變。當(dāng)輸出電壓近似為電池電壓Vb一半時(shí)，波紋電流幅度最大，并且輸出電壓接近于0伏或接近于電池電壓Vb時(shí)，波紋電流幅度達(dá)到0。
第一種公知保護(hù)電路感測(cè)通過(guò)控制開(kāi)關(guān)S1的電流，并將它和最大值進(jìn)行比較。當(dāng)檢測(cè)到通過(guò)控制開(kāi)關(guān)S1的電流變得大于最大值時(shí)，立即使控制開(kāi)關(guān)S1復(fù)位?？刂破鲗⒁栽黾涌刂齐娏鱽?lái)作出響應(yīng)，并且在下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，當(dāng)檢測(cè)到通過(guò)控制開(kāi)關(guān)S1的電流變得大于最大值時(shí)，又立即使控制開(kāi)關(guān)S1復(fù)位。這將持續(xù)到太大電流的原因被消除為止。實(shí)際上，限流環(huán)斷開(kāi)主環(huán)，從而它將花相當(dāng)多的時(shí)間從過(guò)電流狀態(tài)恢復(fù)過(guò)來(lái)。
如前所討論的，US-B-6,611,131其它兩種具有上述關(guān)聯(lián)問(wèn)題的先有技術(shù)保護(hù)電路。
圖5示出了其中控制信號(hào)被限于最小值的控制器的實(shí)施例的框圖?？刂破?和圖3所示控制器1相同。因而，如圖3中一樣，電容器C1的電壓VC被提供給電流源112、以獲得控制電流ICO，并且被提供給限制電路8的控制源81、以獲得控制電流ICO的復(fù)制控制電流ICOC。再一次，復(fù)制控制電流ICOC從節(jié)點(diǎn)N2引出。
限制電流8還包括電流源80’、箝位電路82和放大器83。電流源80’提供電流IMIN給節(jié)點(diǎn)N2。電流IMIN代表復(fù)制電流ICOC應(yīng)該限于的最小值。箝位電路82連接到節(jié)點(diǎn)N2，以將該節(jié)點(diǎn)N2的電壓VN限制到最小值。放大器83的輸入接收電壓VN，并且其輸出連接到積分器11的輸入，以便如果復(fù)制電流ICOC達(dá)到或降到電流IMIN以下，就提供電流IA給電容器C1來(lái)加大積分動(dòng)作。
圖5所示限制電路8的操作可與圖3所示限制電路8的操作相比。簡(jiǎn)要地說(shuō)，只要復(fù)制控制電流ICOC大于最小電流IMIN，節(jié)點(diǎn)N2的電壓VN就低，且箝位電路82傳導(dǎo)差電流ICL。放大器83不起作用，且電流IA為0。當(dāng)復(fù)制電流ICOC變得等于最小電流IMIN時(shí)，電壓VN增加，且使箝位電路82停止傳導(dǎo)電流。放大器83開(kāi)始提供電流IA給電容器C1，以防止復(fù)制電流ICOC進(jìn)一步減小。
僅僅舉例來(lái)說(shuō)，圖5示出了箝位電路82和放大器83的特定實(shí)施例。箝位電路82和放大器83是這樣設(shè)計(jì)的，以致它們之中總是只有一個(gè)導(dǎo)電。箝位電路82包括FET 822，該FET 822具有位于節(jié)點(diǎn)N2和參考電勢(shì)之間的主電流通路，在圖3中該參考電勢(shì)是正電勢(shì)V+。提供電壓電平VCLL的電壓源823連接在FET 822的控制電極和另一參考電勢(shì)(地)之間。放大器83包括FET 831，該FET 831具有連接到節(jié)點(diǎn)N2的控制電極、以及連接在積分器11輸入I1和參考電勢(shì)V+之間的主電流通路。只要復(fù)制電流ICOC大于最小電流IMIN，箝位電路82就提供差電流ICL，并將電壓VN限制到最小值。一旦復(fù)制電流ICOC變得等于最小電流IMIN，差電流ICL就改變極性，且電壓VN上升。由于電壓VN的電平上升了，箝位電路82停止提供電流，并且放大器83開(kāi)始提供電流給電容器C1，以加大積分動(dòng)作。放大器83起作用時(shí)由限制電路8所創(chuàng)建的控制環(huán)被設(shè)計(jì)成，具有大的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)，以致積分動(dòng)作受到影響，來(lái)獲得被限于最小電流IMIN的復(fù)制電流ICOC。因此，控制電流ICO也被限于最小值。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例的電流圖。該實(shí)施例基于圖1所示的先有技術(shù)轉(zhuǎn)換器的框圖。圖6示出了在使用電流源的集成電路中的一種可能實(shí)施。
首先，討論等效于圖1所示轉(zhuǎn)換器的電路，假定仍然不存在提供校正電流ICR的電流源70?？刂破?包括相同的減法器10，該減法器10接收參考電壓Vr和輸入電壓Vo(功率轉(zhuǎn)換器的輸出電壓)，以提供相同的誤差信號(hào)ER。積分器11對(duì)誤差信號(hào)ER積分，以獲得控制信號(hào)CO，該控制信號(hào)CO控制電流源111從節(jié)點(diǎn)N1引出控制電流ICO。除積分器11以外，電流模式控制器CC也可包括P和/或D動(dòng)作，以獲得PI或PID控制器，來(lái)從誤差信號(hào)ER產(chǎn)生控制信號(hào)CO。
斜率補(bǔ)償電路2包括電流源20，該電流源20提供斜率補(bǔ)償電流ISL給節(jié)點(diǎn)N1。感測(cè)電路6現(xiàn)在提供代表電感器電流IL的感測(cè)電流ISE給節(jié)點(diǎn)N1。節(jié)點(diǎn)N1的電壓由電流ICO、ISE和ISL之和來(lái)確定。比較器3現(xiàn)在包括放大器30，該放大器30提供復(fù)位信號(hào)RS，該復(fù)位信號(hào)RS指示感測(cè)電流ISE的電平何時(shí)變得等于控制電流ICO與斜率補(bǔ)償電流ISL之差。振蕩器5和置位復(fù)位觸發(fā)器4都與圖1所示的相同。而且，由開(kāi)關(guān)S1、S2和電感器L所形成的拓?fù)湟埠蛨D1所示的相同?，F(xiàn)在相對(duì)于圖7所示的信號(hào)，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明周知轉(zhuǎn)換器的集成電路中的該實(shí)施的操作及其缺點(diǎn)。
在根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例中，增加了校正電路7。在圖6所示的實(shí)施例中，校正電路7包括電流源70，該電流源70從節(jié)點(diǎn)N1引出校正電流ICR。相對(duì)于圖8所示的信號(hào)來(lái)詳細(xì)說(shuō)明該實(shí)施例的操作。相對(duì)于圖11和12來(lái)討論校正電路7的替換實(shí)施例。
圖7示出了這樣的信號(hào)，用于說(shuō)明先有技術(shù)電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的操作。圖7示出了一種穩(wěn)態(tài)情形，其中開(kāi)關(guān)周期T的末尾t＝T處的電感器電流IL的電平等于開(kāi)關(guān)周期T的開(kāi)始t＝0時(shí)的電感器電流IL的電平。在開(kāi)關(guān)S1閉合的時(shí)刻0到時(shí)刻DT的導(dǎo)通時(shí)期內(nèi)，通過(guò)開(kāi)關(guān)S1的電流IS1等于電感器電流IL。感測(cè)電流ISE與通過(guò)開(kāi)關(guān)S1的電流IS1成比例?？刂齐娏鱅CO在穩(wěn)態(tài)下具有預(yù)定的恒定電平?？刂齐娏鱅CO與斜率補(bǔ)償電流ISL的差電流被顯示為由ICO-ISL所指示的曲線。在時(shí)刻DT，感測(cè)電流ISE變得等于差電流ICO-ISL，且置位復(fù)位觸發(fā)器4被復(fù)位。開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)，且開(kāi)關(guān)S2閉合?，F(xiàn)在，在從時(shí)刻DT直到時(shí)刻T的斷開(kāi)時(shí)期內(nèi)，電感器電流IL減小。通過(guò)開(kāi)關(guān)S1的電流IS1以及由此感測(cè)電流ISE降到0，斜率補(bǔ)償電流ISL被切斷(ISL＝0)，且差電流ICO-ISL變得等于控制電流ICO。必須注意，在實(shí)際實(shí)施例中，電流可以是實(shí)際電流的縮放版本。用虛線來(lái)表示平均電感器電流ILA。在降壓轉(zhuǎn)換器中，平均輸出電流IOA是提供給平滑電容器C和負(fù)載LO的并聯(lián)電路的電流，從而等于平均電感器電流ILA。該平均輸出電流IOA是在開(kāi)關(guān)周期T內(nèi)進(jìn)行平均。對(duì)于在其輸出處有開(kāi)關(guān)S2的升壓轉(zhuǎn)換器，提供給該并聯(lián)電路的電流不同于通過(guò)電感器L的平均電流ILA。
由圖7，顯然從控制電流ICO到平均輸出電流IOA的增益不等于1。這是由斜率補(bǔ)償電流ISL和電感器電流IL上的波紋IRI所造成的。斜率補(bǔ)償電流ISL使控制電流ICO大于峰值電感器電流ILP。波紋電流IRI使平均電感器電流ILA小于峰值電感器電流ILP。從控制電流ICO到平均輸出電流IOA的增益Ai為Ai＝IOA/ICO為說(shuō)明電流模式控制DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器對(duì)小信號(hào)帶寬的影響，假定控制器11是PI控制器，以致從電流模式控制器1的輸入(Vr和Vo)到輸出(ICO)的傳遞為ICO/(Vr-Vo)＝gHF*(1+jωτ)/jωτ其中，gHF是高頻傳遞(比例部分)的值，且τ是積分部分的常數(shù)。
輸出電壓Vo被電容器C濾波，且負(fù)載LO被認(rèn)為是電阻器。因此，從平均輸出電流IOA到輸出電壓Vo的傳遞為Vo/IOA＝R/(1+jωRC)從而，從差分輸入電壓Vr-Vo到輸出電壓Vo的開(kāi)環(huán)增益為Vo/(Vr-Vo)＝Ai*gHF*R*(1+jωτ)/(jωτ*(1+jωRC))開(kāi)環(huán)增益在fp＝1/(2πRC)處有低頻極點(diǎn)，且在fz＝1/(2πτ)處有高頻極點(diǎn)。
開(kāi)環(huán)增益的單位增益頻率為f1＝(Ai*gHF)/(2πC)閉環(huán)增益具有-3dB帶寬f3，可以用開(kāi)環(huán)的單位增益頻率f1來(lái)近似該-3dB帶寬f3。因而，閉環(huán)-3dB帶寬f3取決于輸出電容器C、高頻傳遞gHF以及從控制電流ICO到平均輸出電流IOA的傳遞的增益Ai的值。電容器C和傳遞gHF的值是眾所周知的，然而增益Ai的值小于1，且不固定。由于Ai小于1，從參考電壓Vr到輸出電壓Vo的傳遞的閉環(huán)帶寬可能小于最大值。這是缺點(diǎn)，因?yàn)樗拗屏宿D(zhuǎn)換器準(zhǔn)確跟蹤輸出處的參考電壓Vr的快速變化的可能性。
圖8示出了這樣的信號(hào)，用于說(shuō)明圖6所示的電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的操作?，F(xiàn)在，添加了校正電路7，該校正電路7包括電流源70，該電流源70從節(jié)點(diǎn)N1引出校正電流ICR。因?yàn)樵谙嗤姆€(wěn)態(tài)下，相同的電流IS1流過(guò)開(kāi)關(guān)S1，所以感測(cè)電流ISE等于先有技術(shù)轉(zhuǎn)換器的感測(cè)電流。同樣，斜率補(bǔ)償電流ISL被認(rèn)為等于先有技術(shù)轉(zhuǎn)換器的斜率補(bǔ)償電流。再一次，在相同的穩(wěn)態(tài)下，節(jié)點(diǎn)N1的總電流應(yīng)該在相同的時(shí)刻DT使置位復(fù)位觸發(fā)器4復(fù)位。因此，添加校正電路7的作用是，控制電流ICO必須準(zhǔn)確地隨校正電流ICR的值而減小。
因而，如果選擇校正電流ICR等于切斷時(shí)刻DT的斜率補(bǔ)償電流ISL的電平和波紋電流IRI的一半之和，則控制電流ICO變得等于平均電感器電流ILA。因此，從控制電流ICO到平均輸出電流IOA的傳遞的增益Ai變得等于1，且從參考電壓Vr到輸出電壓Vo的傳遞的閉環(huán)帶寬達(dá)到其最大值。
以下，說(shuō)明具有這種校正電路7的轉(zhuǎn)換器的操作。再一次，僅僅舉例來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換器是降壓轉(zhuǎn)換器，且控制器CC是包括積分器11的PI控制器。而且，電流源70例如從電流源111附近的節(jié)點(diǎn)N1引出校正電流ICR，該電流源111從節(jié)點(diǎn)N1引出控制電流ICO，如圖所示。用從節(jié)點(diǎn)N1引出的和電流IMC，來(lái)表示校正電流ICR和控制電流ICO之和。斜率補(bǔ)償電流ISL與感測(cè)電流ISE之和現(xiàn)在流向節(jié)點(diǎn)N1。因而，在感測(cè)電流ISE達(dá)到從中減去了斜率補(bǔ)償電流ISL的和電流IMC的電平的時(shí)刻DT，置位復(fù)位觸發(fā)器4將被復(fù)位。在圖11和12中，和電流IMC也被稱為改進(jìn)控制電流MCO。
在圖8中，假定校正電流ICR具有這樣的值，以致改進(jìn)控制信號(hào)IMC具有和圖7中的控制信號(hào)ICO相同的電平。因此，圖8中的控制信號(hào)ICO直接與平均電感器電流ILA及平均輸出電流IOA對(duì)應(yīng)。單詞“對(duì)應(yīng)”用于指示，可以使用實(shí)際電流的縮放版本。在其它所有方面，圖8都和圖7相同。
在以下計(jì)算中，對(duì)于其中斜率補(bǔ)償為拋物線形的降壓轉(zhuǎn)換器，確定校正電流ICR的值。由圖7可得，控制電流ICO與平均輸出電流IOA之差為ICO-IOA＝ISL(DT)+IRI/2其中ISL(DT)是開(kāi)關(guān)S1被斷開(kāi)的時(shí)刻DT的斜率補(bǔ)償電流，且IRI是電感器電流IL的峰到峰波紋電流。降壓轉(zhuǎn)換器的最佳斜率補(bǔ)償電流ISL為ISL(t)＝1/2*(t/T)2*(T/L)*Vb＝(t2Vb)/2TL其中t/T是時(shí)鐘周期關(guān)于持續(xù)時(shí)間T的相對(duì)位置，L是電感器L的電感值，Vb是轉(zhuǎn)換器的DC輸入電壓?？梢杂秒姵貋?lái)提供該輸入電壓。
在切斷開(kāi)關(guān)S1(也稱為控制開(kāi)關(guān))的時(shí)刻，斜率補(bǔ)償電流ISL具有以下值ISL(DT)＝1/2*D2*(T/L)*Vb其中D為占空度的穩(wěn)態(tài)值，如果忽略損耗，該值等于Vo/Vb。對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換器，線圈電流ILA或輸出電流IOA上的峰到峰波紋電流為IRI＝DT*(Vb-Vo)/L利用以上方程，控制電流ICO與平均輸出電流ICO之差為ICO-IOA＝ISL(DT)+IRI/2＝(T*Vo)/(2L)因此，如果校正電流ICR具有該值(T*Vo)/(2L)，則控制電流ICO變得等于平均電感器電流ILA，從而也等于平均輸出電流IOA。必須注意，校正電流ICR是正反饋電流。
描述從控制電流ICO到平均輸出電流IOA的傳遞的電流增益Ai現(xiàn)在具有單位大小。因此，環(huán)的-3dB帶寬f3增加到f3≈gHF/(2πC)另外的優(yōu)點(diǎn)是，-3dB帶寬只取決于兩個(gè)眾所周知的量。
如果使用不同于降壓轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器拓?fù)?，或者?dāng)PI控制器CC具有另一種行為時(shí)，或者當(dāng)斜率補(bǔ)償具有不同形狀或根本不存在斜率補(bǔ)償時(shí)，也可獲得反應(yīng)速度的類似提高。
圖9示出了其中改進(jìn)控制信號(hào)被限于大于0的最小值的一種電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例的電流圖。圖9基于圖5，第一處不同是，在電流源112的輸出添加了傳導(dǎo)校正電流ICR的電流源70，也如圖6所示。校正電流ICR與控制電流ICO之和是改進(jìn)控制電流IMC。第二處不同是在節(jié)點(diǎn)N2添加了電流源71，以傳導(dǎo)校正電流ICR的復(fù)制電流ICRC。復(fù)制校正電流ICRC與復(fù)制控制電流ICOC之和是改進(jìn)的復(fù)制電流IMCC。
只要改進(jìn)復(fù)制電流IMCC比大于0的最小電流IMIN大，筘位電路82就傳導(dǎo)電流。放大電路83不起作用，從而不影響積分器11中的積分節(jié)點(diǎn)。當(dāng)改進(jìn)復(fù)制電流IMCC變得小于由電流源80’所提供的最小電流IMIN時(shí)，箝位電路82停止導(dǎo)電，且放大器83開(kāi)始提供電流IA給積分器11的電容器C1。因此，這樣控制復(fù)制控制電流ICOC，以致將改進(jìn)復(fù)制電流IMCC限于最小電流IMIN的電平。
為確定最小電流IMIN的適當(dāng)值，首先考慮沒(méi)有校正電路7的圖6電路的操作，如相對(duì)于圖7所說(shuō)明的。在該先有技術(shù)電路中，在通過(guò)控制開(kāi)關(guān)S1的電流變得等于或大于差控制電流ICO-ISL的時(shí)刻DT，置位復(fù)位觸發(fā)器4的復(fù)位輸入R變?yōu)橛行?高)，該差控制電流ICO-ISL等于控制電流ICO減去斜率補(bǔ)償電流ISL，見(jiàn)圖7。結(jié)果，控制開(kāi)關(guān)S1變?yōu)榉菍?dǎo)電的，且斜率補(bǔ)償電流源20被切斷。為了確保使復(fù)位輸入R變?yōu)闊o(wú)效(低)，要求差控制電流ICO-ISL至少大于正的感測(cè)電流ISE。
現(xiàn)在，假定在圖6的拓?fù)渲羞€存在提供校正電流ICR的校正電流源70?？刂齐娏鱅CO與改進(jìn)控制電流IMC之差等于校正電流ICR。再一次，為確保使復(fù)位輸入R變?yōu)闊o(wú)效，改進(jìn)控制電流IMC應(yīng)該為正。因此，應(yīng)該選擇最小電流IMIN大于0。
滿足改進(jìn)復(fù)制電流IMCC不能變得小于最小電流IMIN這一要求的結(jié)果是，平均電感器電流ILA可以變?yōu)樨?fù)的。轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⑵交娙萜鰿中存儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)回為電源電壓Vb。轉(zhuǎn)換器現(xiàn)在或多或少地操作為從輸出電容器C到電池的升壓轉(zhuǎn)換器，該電池提供電源電壓Vb。應(yīng)該注意，開(kāi)關(guān)S1中的電流現(xiàn)在可以變?yōu)樨?fù)的，從而該開(kāi)關(guān)S1應(yīng)該具有雙向電流能力。同樣，開(kāi)關(guān)S2應(yīng)該具有雙向電流能力，從而應(yīng)該是同步開(kāi)關(guān)、而不是二極管。
圖10示出了在集成電路中實(shí)施的控制器和校正電路的實(shí)施例的電路圖。在集成電路中實(shí)現(xiàn)PI控制器的一種有吸引力方式是，使用全微分電路，以便最大限度地從共模抑制得到好處，來(lái)抑制常常存在的寄生信號(hào)，尤其是在開(kāi)關(guān)模式電源中。沒(méi)有示出將節(jié)點(diǎn)的共模電壓設(shè)為適當(dāng)值的所需共?？刂骗h(huán)。
互導(dǎo)放大器TCA3在非反相輸入接收參考電壓Vr，在反相輸入接收輸出電壓Vo，并提供輸出電流給節(jié)點(diǎn)N3和N4。互導(dǎo)放大器TCA3具有由互導(dǎo)gHF確定的傳遞，該互導(dǎo)gHF代表PI控制器1或CC的高頻比例部分。PI控制器的低頻積分部分由互導(dǎo)放大器TCA1和TCA2及電容器C1產(chǎn)生。這樣，這些放大器TCA1、TCA2和電容器C1形成了積分器11。具有互導(dǎo)gLF1的互導(dǎo)放大器TCA1在非反相輸入接收參考電壓Vr，在反相輸入接收輸出電壓Vo，且提供輸出電流給電容器C1。具有互導(dǎo)gLF2的互導(dǎo)放大器TCA2接收位于非反相輸入和反相輸入之間的電容器C1的電壓，并將其輸出電流提供給節(jié)點(diǎn)N3和N4。就至今所討論的部件來(lái)看，獲得了先有技術(shù)PI控制器的有吸引力IC實(shí)施。節(jié)點(diǎn)N3和N4的電流之和形成了由IMC所表示的輸出電流。這些電流IMC形成了圖1的控制電流ICO。
通過(guò)添加具有互導(dǎo)gCOR的互導(dǎo)放大器TCA4，可以將控制信號(hào)ICO變?yōu)榕c圖6所示的改進(jìn)控制電流IMC對(duì)應(yīng)的改進(jìn)控制電流IMC?；?dǎo)放大器TCA4具有接收輸出電壓Vo的非反相輸入，以及連接到參考電壓的反相輸入，該參考電壓為地?；?dǎo)放大器TCA4提供校正電流ICR給節(jié)點(diǎn)N3和N4。
限制控制信號(hào)ICO最大值的限制電路8包括將最大電流IMAX從節(jié)點(diǎn)N5提供給節(jié)點(diǎn)N6的電流源80，具有互導(dǎo)gHF的互導(dǎo)放大器TCA5，具有互導(dǎo)gLF2的互導(dǎo)放大器TCA6，以及FET F1和F2。實(shí)際上，F(xiàn)2是放大器83的一部分?；?dǎo)放大器TCA5在非反相輸入接收參考電壓Vr，在反相輸入接收輸出電壓Vo，且提供輸出電流給節(jié)點(diǎn)N5和N6。互導(dǎo)放大器TCA6接收位于非反相輸入和反相輸入之間的電容器C1的電壓，并也將其輸出電流提供給節(jié)點(diǎn)N5和N6。因而，互導(dǎo)放大器TCA5提供圖3的復(fù)制控制電流ICOC的比例部分，且互導(dǎo)放大器TCA6提供復(fù)制控制電流ICOC的積分部分。FET F1具有位于節(jié)點(diǎn)N5和N6之間的主電流通路、以及連接到節(jié)點(diǎn)N5的控制電極，該FET F1形成了圖3的箝位電路82。FET F2具有與電容器C1并聯(lián)的主電流通路、以及連接到節(jié)點(diǎn)N6的控制電極，該FET F2形成了圖3的放大器83。
限制圖6和圖9的改進(jìn)電流IMC最小值的限制電路包括將最小電流IMIN從節(jié)點(diǎn)N8提供給節(jié)點(diǎn)N7的電流源80’，具有互導(dǎo)gCOR的互導(dǎo)放大器TCA7，具有互導(dǎo)gHF的互導(dǎo)放大器TCA8，具有互導(dǎo)gLF2的互導(dǎo)放大器TCA9，以及FET F3和F4。互導(dǎo)放大器TCA9接收位于非反相輸入和反相輸入之間的電容器C1的電壓，并將其輸出電流提供給節(jié)點(diǎn)N7和N8。因而，互導(dǎo)放大器TCA8將圖9的復(fù)制控制電流ICOC的比例部分提供給節(jié)點(diǎn)N7和N8，且互導(dǎo)放大器TCA9提供復(fù)制控制電流ICOC的積分部分。互導(dǎo)放大器TCA7具有接收輸出電壓Vo的非反相輸入，以及連接到參考電壓的反相輸入，該參考電壓為地，并且互導(dǎo)放大器TCA7提供校正電流ICRC給節(jié)點(diǎn)N7和N8。FET F3具有位于節(jié)點(diǎn)N7和N8之間的主電流通路、以及連接到節(jié)點(diǎn)N7的控制電極，該FET F3形成了圖9的箝位電路82。FET F4具有與電容器C1并聯(lián)的主電流通路、以及連接到節(jié)點(diǎn)N8的控制電極，該FET F4形成了圖9的放大器83。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的另一實(shí)施例的框圖。圖11示出了圖1所示先有技術(shù)轉(zhuǎn)換器的修改?，F(xiàn)在，校正電路7被插入控制器11和比較器3之間，而斜率補(bǔ)償電路2已省去。校正電路7接收控制信號(hào)ICO，并提供改進(jìn)的控制信號(hào)MCO給比較器3。
添加了限制電路8，來(lái)限制控制信號(hào)ICO的最大值或最小值。因?yàn)榭刂菩盘?hào)ICO現(xiàn)在代表平均輸出電流IOA，所以限制電路8限制轉(zhuǎn)換器的平均輸出電流IOA。
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的電流模式控制DC/DC轉(zhuǎn)換器的又一實(shí)施例的框圖。圖12示出了圖1所示先有技術(shù)轉(zhuǎn)換器的修改?，F(xiàn)在，校正電路7被插入電流模式控制器11和斜率補(bǔ)償電路2之間。再一次添加了限制電路8，來(lái)限制控制信號(hào)ICO的最大值或最小值。校正電路7接收控制信號(hào)ICO，且提供改進(jìn)的控制信號(hào)MCO給斜率補(bǔ)償電路2。斜率補(bǔ)償電路2提供改進(jìn)的控制信號(hào)SCO’給比較器3。
添加了限制電路8，來(lái)限制控制信號(hào)ICO的最大值或最小值。因?yàn)榭刂菩盘?hào)ICO現(xiàn)在代表平均輸出電流IOA，所以限制電路8限制轉(zhuǎn)換器的平均輸出電流IOA。
應(yīng)該注意，上述實(shí)施例是說(shuō)明而非限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下，設(shè)計(jì)出許多替換實(shí)施例。
例如，電流方向全都可以反向。技術(shù)人員容易理解，如果用NMOSTFET來(lái)代替PMOST FET，以及用相反方式，則如何修改所示的實(shí)施例。
在權(quán)利要求中，位于括號(hào)中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)該被認(rèn)為是限制權(quán)利要求。動(dòng)詞“包括”及其動(dòng)詞變化的使用，并不排除除權(quán)利要求中所聲明的那些元件或步驟以外的元件或步驟的存在。元件之前的冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)這種元件的存在。可以借助于包括幾個(gè)不同元件的硬件，以及借助于適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)，來(lái)實(shí)施本發(fā)明。在列舉幾個(gè)裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，可以用同一項(xiàng)硬件來(lái)具體實(shí)施這些裝置中的幾個(gè)。在相互不同的相關(guān)權(quán)利要求中列舉某些措施的事實(shí)，并不指示這些措施的組合不能用于提供優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種控制器(1)，包括比較器(10)，用于比較輸入信號(hào)(Vo)和參考信號(hào)(Vr)，以獲得誤差信號(hào)(ER)；積分器(11)，用于對(duì)誤差信號(hào)(ER)應(yīng)用積分動(dòng)作，以獲得控制信號(hào)(ICO)，該積分器(11)允許影響積分動(dòng)作；復(fù)制裝置(81)，用于提供與控制信號(hào)(ICO)成比例的復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)；確定裝置(85)，用于確定復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)是否達(dá)到極限值(IMIN、IMAX)；以及影響裝置(83)，用于在復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)達(dá)到極限值(IMIN、IMAX)的時(shí)候，影響積分動(dòng)作，以限制控制信號(hào)(ICO)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中極限值(IMAX；IMIN)指示最大電平(IMAX)，且影響裝置(83)被安排用于，在復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)達(dá)到最大電平(IMAX)時(shí)，減小積分動(dòng)作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的積分控制器，其中極限值(IMAX；IMIN)指示最小電平(IMIN)，且影響裝置(83)被安排用于，在復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)達(dá)到最小電平(IMIN)時(shí)，增大積分動(dòng)作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中復(fù)制裝置(81)包括用于把復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)作為第一電流提供給節(jié)點(diǎn)(N2)的第一電流源(81)，確定裝置(85)包括，(i)用于將預(yù)定的固定第二電流(IMAX；IMIN)提供給節(jié)點(diǎn)(N2)的第二電流源(80；80’)，以及(ii)用于限制節(jié)點(diǎn)(N2)的電壓(VN)的箝位電路(82)，其中第一電流和第二電流具有相反極性，以及影響裝置(83)包括放大器(83)，該放大器(83)具有連接到節(jié)點(diǎn)(N2)的輸入、以及連接到積分器(11)輸入(I1)的輸出，且用于影響積分器(11)的積分動(dòng)作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制器，其中積分器(11)包括積分電容器(C1)，以及放大器(83)的輸出連接到積分電容器(C1)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制器，其中積分器(11)包括第三電流源(112)，該第三電流源(112)用于提供控制信號(hào)(ICO)，作為由積分電容器(C1)的電壓(VC)所確定的第三電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制器，其中放大器(83)包括晶體管(830)，該晶體管(830)具有連接到節(jié)點(diǎn)(N2)的控制輸入、以及連接到積分電容器(C1)的主電流通路。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制器，其中箝位電路(82)包括晶體管(820)，其具有控制輸入以及連接到節(jié)點(diǎn)(N2)的主電流通路；以及連接到控制輸入的電壓源(VCLH；VCLL)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中比較器(10)包括第一互導(dǎo)放大器(TCA1)，該第一互導(dǎo)放大器(TCA1)具有用于接收輸入信號(hào)(Vo)和參考信號(hào)(Vr)的輸入、以及用于提供誤差信號(hào)(ER)的第一輸出，積分器(11)包括，位于第一輸出之間的電容器(C1)，具有跨接電容器(C1)的輸入的第二互導(dǎo)放大器(TCA2)，以及用于提供控制信號(hào)(ICO)來(lái)作為輸出電流(IMC)的第二輸出(N3、N4)，復(fù)制裝置(81)包括，具有跨接電容器(C1)的輸入的第三互導(dǎo)放大器(TCA6；TCA9)，以及用于提供復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)來(lái)作為復(fù)制控制電流的第三輸出(N5、N6；N7、N8)，確定裝置(85)包括位于第三輸出(N5、N6；N7、N8)之間的電流源(80；80’)、以及位于第三輸出(N5、N6；N7、N8)之間用作箝位器的第一晶體管(F1；F3)，該電流源(80；80’)被安排用于提供極限值(IMAX、IMIN)作為極限電流，以及影響裝置(83)包括晶體管(F2；F4)，該晶體管(F2；F4)具有位于第一輸出之間的主電流通路、以及連接到第三輸出(N5、N6；N7、N8)之一的控制輸入，該控制輸入用于，如果復(fù)制控制電流(ICOC)達(dá)到極限電流(IMAX、IMIN)，就影響電容器(C1)的電壓(VC)。
10.一種用于接收電源輸入電壓(Vb)、以提供電源輸出電壓(Vo)給負(fù)載(LO)的電流模式控制直流/直流轉(zhuǎn)換器，該電流模式控制直流/直流轉(zhuǎn)換器包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中輸入信號(hào)(Vo)是電源輸出電壓(Vo)，電感器(L)，以及連接到該電感器(L)，以獲得通過(guò)該電感器(L)的周期變化電感器電流(IL)的可控開(kāi)關(guān)(S1)，驅(qū)動(dòng)電路(3、4)，用于把代表電感器電流(IL)的感測(cè)信號(hào)(SE)與控制信號(hào)(ICO)進(jìn)行比較(3)，以便在感測(cè)信號(hào)(SE)的電平達(dá)到控制信號(hào)(ICO)的電平的時(shí)候切斷(4)可控開(kāi)關(guān)(S1)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電流模式控制直流/直流轉(zhuǎn)換器，其進(jìn)一步包括校正電路(7)，該校正電路(7)用于向控制信號(hào)(ICO)添加一代表控制信號(hào)(ICO)原始電平與電感器電流(IL)平均值之差的校正信號(hào)(ICR)，以獲得改進(jìn)的控制信號(hào)(MCO；IMC)，以及其中驅(qū)動(dòng)電路(3、4)被安排用于比較(3)感測(cè)信號(hào)(SE)和該改進(jìn)控制信號(hào)(ICO)，以便當(dāng)感測(cè)信號(hào)(SE)的電平達(dá)到該改進(jìn)控制信號(hào)(ICO)的電平時(shí)，切斷(4)可控開(kāi)關(guān)(S1)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電流模式控制直流/直流轉(zhuǎn)換器，其進(jìn)一步包括用于提供與校正信號(hào)(ICR)成比例的復(fù)制校正信號(hào)(ICRC)的裝置(71)，以及其中確定裝置(85)被安排用于，確定復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)與復(fù)制校正信號(hào)(ICRC)之和是否達(dá)到極限值(IMIN、IMAX)，以及影響裝置(83)被安排用于，當(dāng)復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)與復(fù)制校正信號(hào)(ICRC)之和達(dá)到極限值(IMIN、IMAX)時(shí)，限制控制信號(hào)(ICO)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電流模式控制直流/直流轉(zhuǎn)換器，其中用于提供復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)的裝置(81)包括第一電流源(81)，該第一電流源(81)用于將復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)作為第一電流(ICOC)提供給第一節(jié)點(diǎn)(N2)，確定裝置(85)包括，用于將預(yù)定的固定第二電流(IMAX；IMIN)提供給第一節(jié)點(diǎn)(N2)的第二電流源(80；80’)，以及用于限制第一節(jié)點(diǎn)(N2)的電壓(VN)的箝位電路(82)，以及影響裝置(83)包括放大器(83)，該放大器(83)具有連接到第一節(jié)點(diǎn)(N2)的輸入、以及連接到積分器(11)輸入(I1)的輸出，且用于影響積分器(11)的積分動(dòng)作。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電流模式控制直流/直流轉(zhuǎn)換器，其進(jìn)一步包括用于提供與校正電流(ICR)成比例的第二電流(ICRC)給第一節(jié)點(diǎn)(N2)的第二電流源(71)，以及其中當(dāng)?shù)谝浑娏?ICOC)降到最小電流電平(IMIN)與第三電流(ICRC)之和以下時(shí)，放大器(83)增大積分動(dòng)作。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電流模式控制直流/直流轉(zhuǎn)換器，其中控制器(1)包括用于把由控制信號(hào)(ICO)確定的控制電流(CO)提供給第一節(jié)點(diǎn)(N1)的第一電流源(111)，以及其中該電流模式控制直流/直流轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包括感測(cè)電路(6)，用于感測(cè)電感器電流(IL)、以把作為感測(cè)電流(ISE)的感測(cè)信號(hào)(SE)提供給第一節(jié)點(diǎn)(N1)，該控制電流(ICO)的極性與該感測(cè)電流(ISE)的極性相反，以及其中驅(qū)動(dòng)電路(3、4)連接到第一節(jié)點(diǎn)(N1)，用于確定感測(cè)電流(ISE)的電平何時(shí)達(dá)到控制電流(ICO)與校正電流(ICR)之和的電平。
16.一種包括根據(jù)權(quán)利要求10所述的電流模式控制直流/直流轉(zhuǎn)換器，以及用于接收由該電流模式控制直流/直流轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電源輸出電壓(Vo)的信號(hào)處理電路(LO)的設(shè)備。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，該設(shè)備是移動(dòng)設(shè)備，且包括用于提供作為電源輸入電壓(Vb)的電池電壓(Vb)的電池，該電流模式控制直流/直流轉(zhuǎn)換器被安排用于將該電池電壓(Vb)轉(zhuǎn)換為電源輸出電壓(Vo)。
18.一種控制(1)方法，包括比較(10)輸入信號(hào)(Vo)和參考電壓(Vr)，以獲得誤差信號(hào)(ER)；對(duì)誤差信號(hào)(ER)應(yīng)用(11)積分動(dòng)作，以獲得控制信號(hào)(ICO)，該積分器(11)允許影響積分動(dòng)作；提供(81)與控制信號(hào)(ICO)成比例的復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)；確定(85)復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)是否達(dá)到極限值(IMIN、IMAX)；以及當(dāng)復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)達(dá)到極限值(IMIN、IMAX)時(shí)，影響(83)積分動(dòng)作，以限制控制信號(hào)(ICO)。
全文摘要
一種控制器(1)，包括比較器(10)，該比較器(10)比較輸入信號(hào)(Vo)和參考信號(hào)(Vr)，以獲得誤差信號(hào)(ER)。積分器(11)對(duì)該誤差信號(hào)(ER)應(yīng)用積分動(dòng)作，以獲得控制信號(hào)(ICO)。該積分器(11)允許影響積分動(dòng)作。復(fù)制電路(81)提供與控制信號(hào)(ICO)成比例的復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)。確定電路(85)確定該復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)是否達(dá)到極限值(IMIN、IMAX)。當(dāng)復(fù)制控制信號(hào)(ICOC)達(dá)到極限值(IMIN、IMAX)時(shí)，影響電路(83)影響積分動(dòng)作，以限制控制信號(hào)(ICO)。
文檔編號(hào)H02M3/24GK101027621SQ200580032694
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2005年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月28日
發(fā)明者皮埃特·G·布蘭肯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司