电源系统、开关控制器电路和电源系统控制方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及电源系统、开关控制器电路和电源系统控制方法，并且更为具体而言，涉及模拟电源电感器电流。
【背景技术】
[0002]DC/DC转换器可在Vin > Vout时以逐步降低(降压)模式工作，并且在Vin < Vout时以逐步升高(升压)模式工作。当Vin约等于Vout时出现一些困难，因为DC/DC转换器的占空比可在极值(例如，在升压模式中为O %或在降压模式中为100% )处或附近工作。
【发明内容】
[0003]本申请公开了一种电源系统，包括:转换器电路，所述转换器电路用于接收输入电压并基于所述输入电压生成输出电压；以及开关控制器电路，所述开关控制器电路用于利用选自多个开关模式的开关模式驱动所述转换器电路，其中所述开关控制器电路用于基于所述输入电压与所述输出电压之间的差值是否在电压窗口内来确定选择用于驱动所述转换器电路的开关模式。
[0004]本申请还公开了一种开关控制器电路，包括:至少一个输入，所述至少一个输入用于至少接收基于转换器电路的输入电压与所述转换器电路的输出电压或所述转换器电路的输出目标电压、对应于电压窗口的上窗口电压和对应于所述电压窗口的下窗口电压中的一者之间的差值的差值信号；至少一个输出，所述至少一个输出用于耦接到所述转换器电路；以及确定电路，所述确定电路用于当确定所述差值信号在所述电压窗口之外时选择两阶段连续导电开关模式来驱动所述转换器电路或者当确定所述差值信号在所述电压窗口之内时选择三阶段连续导电开关模式来驱动所述转换器电路。
[0005]本申请进一步公开了，一种电源系统控制方法，包括:接收开关控制器电路的输入；基于所述输入确定由所述控制器电路驱动的转换器电路输入电压是否大于由所述转换器电路生成的输出电压；确定所述输入电压与所述输出电压之间的差值是否在电压窗口内；基于所述相对量值和电压窗口确定来确定要从多个开关模式中选择以用于驱动所述转换器电路的开关模式；以及基于所述所选的开关模式来用所述开关控制器电路驱动所述转换器电路以生成所述输出电压。
【附图说明】
[0006]随下面的详细描述的进行并参考附图，要求保护的主题的多个实施例的特征和优点将会变得显而易见，其中附图中类似的数字表示类似的部件，并且其中:
[0007]图1示出根据本公开的各个实施例的电源系统；
[0008]图2示出根据本公开的各个实施例的开关控制器电路；并且
[0009]图3A示出两阶段升压操作实施例的信号曲线图和开关时序图；
[0010]图3B示出两阶段降压操作实施例的信号曲线图和开关时序图；
[0011]图4A示出三阶段操作实施例的信号曲线图和开关时序图；
[0012]图4B示出另一个三阶段操作实施例的信号曲线图和开关时序图；
[0013]图5示出四阶段操作实施例的信号曲线图和开关时序图；并且
[0014]图6示出根据本公开的各个实施例用于为电源电路选择工作模式的示例性操作。
[0015]虽然下面的【具体实施方式】将参照示例性实施例进行，但是所述实施例的多个替代形式、修改形式和变型对于本领域的技术人员而言将显而易见。
【具体实施方式】
[0016]—般来讲，本公开描述了全桥电源系统和控制方法。在至少一个实施例中，可针对两阶段操作以连续导电模式控制全桥电源，从而控制电感器电流。在另一个实施例中，当输入电压(Vin)相对于输出电压(Vout)在窗口值内时，可针对三阶段操作以连续导电模式控制全桥电源，从而控制电感器电流。在另一个实施例中，可针对四阶段操作以非连续导电模式控制全桥电源，从而利用脉冲频率调制(PFM)技术控制电感器电流。与现有系统相反，本发明所公开的实施例可提供增强的操作控制以及提升的效率，尤其是在Vin变化时。
[0017]图1示出根据本公开的各个实施例的电源系统100。系统100包括全桥DC/DC转换器电路，该电路可包括例如耦接到输入电压(Vin)的四个开关SW1、SW2、SW3和SW4，以及电感器LI。在至少一个示例性具体实施中，开关SWl和SW2可串联耦接在Vin与接地之间，其中节点NI位于开关SWl耦接到开关SW2之处。同样，开关SW3和SW4可串联耦接在Vout与接地之间，其中节点N2落在开关SW3耦接到开关SW4之处。电感器LI可耦接在节点NI与N2之间。可控制开关以对电感器LI充电并控制电感器L的放电，电感器L的放电可通过对输出电容器Cl充电来生成输出电压(Vout)(例如，以便向耦接到Vout的负载供应可控电力)ο开关SffU Sff2, SW3和SW4的导电状态可分别由开关控制信号102、104、106和108控制。开关可包括例如金属氧化物半导体(MOS)开关、双极结型晶体管(BJT)开关和/或其他已知或后期开发的开关技术。此外，尽管所有开关被示出为NMOS晶体管，但具体实施中可为全部PMOS晶体管或可包括NMOS晶体管和PMOS晶体管的组合。例如，在至少一个示例性具体实施中，SWl和SW3可为PMOS晶体管，而SW2和SW4为NMOS晶体管。不同开关技术的使用可改变实现开关控制信号102、104、106和108 (例如，可反转信号的高与低)的方式。可控制开关以在降压模式、升压模式和/或混合模式下工作，如下文将更详细地描述。
[0018]图2示出根据本公开的各个实施例的控制电路200。该控制电路可包括开关控制器电路202，其被配置为基于一个或多个输入信号生成开关控制信号102、104、106和108。开关控制器202可单独地或连同集成电路解决方案包括一个或多个单独的电子部件，该集成电路解决方案还可包括诸如可编程逻辑等数据处理资源，所述数据处理资源可被配置为实施本文所述的各种操作中的任一个或全部。开关控制信号102、104、106和108可包括例如用于以连续导电模式工作的脉宽调制(PWM)信号和/或用于以非连续导电模式工作的脉冲频率调制(PFM)信号。开关控制器电路202的输入信号包括与Vin成比例的信号212和时钟信号214。电路200还可包括比较器电路204，其被配置为将Vout 206与Vin 208进行比较并生成表示Vout 206与Vin 208之间的差值的差值信号(Vdifference) 210。在至少一个实施例中，输入到比较器电路204的Vout 206可替换为输出电压目标信号(Vtarget)输入，因为在典型工作条件下，这两个电压可基本上相同(例如，控制电路200可控制电源系统100，使得Vout等于Vtarget)。
[0019]在本文所述的一些实施例中，开关控制器电路202还可被配置为接收表示高于Vin的电压信号的上窗口电压信号216 (Vwindowupper)和表不低于Vin的电压信号的下窗口电压信号218 (Vwindowlower)。Vwindowupper和Vwindowlower可被配置为允许电源电路100在工作范围内工作以使效率最大化。在至少一个实施例中，该配置可基于占空比。例如，可指定窗口以使得电源电路100在10%占空比与90%占空比之间工作。接着可在电源电路通常会下滑到低于10%占空比或上升到高于90%占空比的情况下采用可选的控制模式(例如，三阶段操作)。作为另一种选择，可基于诸如Vin、Vout和/或Vtarget等电压定义窗口上限和窗口下限。在其他实施例中，开关控制器电路202还可被配置为接收负载电流下限信号220 (Iloadlower)。负载电流(Ilciad)可为由親接到Vout的负载消耗的电流。Iloadlower可对应于负载电流阈值，当高于该负载电流阈值时，开关控制器电路202可以连续导电(PffM)模式工作，并且当低于该负载电流阈值时，开关控制器电路202可以非连续导电(PFM)模式工作。
[0020]连续导电模式下的2阶段操作
[0021]图3A示出两阶段升压操作实施例的信号曲线图和开关时序图300。首先，在附图中的参考标号后面使用撇号(例如，102’ )指示所示出的对应于该参考标号的元件的示例性实施例。继续参见图1和图2，在该实施例中，假设负载电流Iwd超过Iloadlower，并且开关控制器电路以连续导电(PWM)模式工作。另外，假设电源系统100的开关由高电压值打开并且由低电压值关闭。信号曲线图300描绘了在信号102’至108’分别驱动开关SWl至SW4时随时间推移的电感器电流(Il)。在第一阶段302中，开关SWl至SW4的切换使得电感器电流增大，并且在第二阶段304中使得电感器电流减小。阶段302和304两者在单个时钟周期内发生，如在214’处所示。在第一阶段302开始