具有自适应补偿电路的dc-dc变换器和pwm控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有频率自适应斜坡补偿电路系统的DC-DC变换器和PWM控制器。
【背景技术】
[0002]DC-DC变换器是切换电源，其通过操作一个或更多切换设备变换接收到的输入功率以提供受控制的DC输出。已经开发了各种形式的DC-DC变换器，包括降压变换器，其将输出电压调节到基本小于输入电压的水平，以及升压变换器，其能够提供比输入电压水平高的输出电压。通常情况下，变换器切换设备通过脉冲宽度调制(PWM)以闭环方式运行以进行电压模式控制，其中PWM占空比根据输出电压反馈信号被调节。电流模式控制技术有时在使用内部电流控制环路和外部电压控制环路的情况中使用。电流模式控制的一个类型包含具有加到感测的电感器电流斜波以缓和子谐波切换的固定斜坡补偿斜波的固定频率峰值电流模式控制，其中通过变换器电感器的电流被直接控制，而输出电压由电流环路间接控制。然而，针对不同应用改变切换频率要求调节补偿斜坡。已经开发了单相和多相峰值电流模式PWM调节器，其能够运行在从几万赫兹到千兆赫兹的宽频率范围上，并提供专用引脚以连接到外部电阻器或其他元件以调节补偿斜坡。然而，DC-DC变换器的操作因此取决于外部元件以提供对应于操作频率的补偿斜坡，且外部元件的不正确选择能够引起实际操作频率和补偿斜坡之间的失配。另外，提供用于外部补偿调节的专用集成电路引脚在电路板面积和元件费用方面是昂贵的。因此，需要改善的DC-DC变换器和PWM控制器以用于在宽范围变换器切换频率上进行简化操作。
【发明内容】
[0003]提供各种DC-DC变换器、PWM控制器和技术，其中频率自适应斜坡补偿电路用于帮助在宽范围切换频率上的电流模式控制。根据本公开的一个或更多方面提供一种用于控制DC-DC变换器的控制器。在某些实施例中，该控制器可以是单个集成的电路，且包括调制器电路，其提供一个或更多切换控制信号以操作至少一个切换设备从而控制变换器输出电压，以及基于参考信号和反馈信号的比较值提供误差信号的误差放大器电路。控制器还包括求和电路，其基于电流感测信号和补偿电路提供的斜坡补偿斜波信号的总和提供补偿后的电流感测信号。补偿电路包括锁相环(PLL)电路和斜坡发生器电路，其中PLL接收时钟信号并提供具有与时钟信号的频率基本成比例的幅值的控制输出信号。斜坡发生器电路接收PLL控制输出信号并提供斜坡补偿斜波信号到求和电路，斜坡补偿斜波信号具有重复斜波波形，其幅值至少部分根据来自PLL的控制输出信号的幅值而变化。因此，补偿电路避免或缓和用于编程补偿斜坡的专用控制器引脚和外部元件的使用，因此，提供自适应以将斜坡补偿剪裁成给定操作频率，同时保留集成电路引脚和电路板空间，并降低电路复杂度和元件费用，以及允许在各种不同的DC-DC变换器应用中普遍使用PWM控制器。
【附图说明】
[0004]下列说明和附图详细阐述本公开的某些说明性实施方式，其表示本公开的各种原理可以实施的若干示例性方式。然而，所示出的示例并未详尽本公开的许多可能的实施例。当结合附图考虑时，本公开的其他方面、优点和新颖特征将在下列具体描述中阐述，其中:
[0005]图1示出根据本公开的一个或更多方面的一种升压DC-DC变换器的原理图，该变换器具有包括自适应补偿电路的PWM控制器，该补偿电路提供用于具有频率相干性斜波幅值的电流模式控制的补偿斜波信号；
[0006]图2示出包括锁相环和一个或更多斜坡发生器电路、图1中的自适应斜坡发生器的一个实施例的原理图；
[0007]图3示出图2的自适应斜坡发生器电路中的锁相环的一个实施例的进一步细节的原理图；
[0008]图4示出提供斜坡补偿斜波电压信号的一个斜坡发生器电路实施例的原理图；
[0009]图5示出提供斜坡补偿斜波电流信号的另一个斜坡发生器电路实施例的原理图；
[0010]图6示出提供非线性补偿斜波电流信号的另一个自适应斜坡发生器实施例的原理图；
[0011]图7示出根据本公开的一个或更多方面的具有包括自适应补偿电路的PWM控制器的降压DC-DC变换器的原理图；
[0012]图8示出用于具有自适应补偿电路的多相DC-DC变换器的PWM控制器的原理图，其中该补偿电路提供用于具有频率相干性斜波幅值的电流模式控制的相移后的第一和第二补偿斜波信号；和
[0013]图9示出图8中的自适应斜坡发生器的一个实施例的原理图，该斜坡发生器包括基于相移后的时钟输入并基于来自锁相环的共享控制信号提供相移后的斜波信号的锁相环和两个斜坡发生器电路。
【具体实施方式】
[0014]—个或更多实施例或实施方式结合附图在下文中进行描述，其中，相同的附图标记在全文中用于表示相同元素，并且其中，各种特征不必要按比例绘出。因此，本公开提供DC-DC变换器和控制器以及集成电路和控制方法，获得在各种切换电源应用中的效用，其包括，但不限于，任意适合形式的DC-DC变换器，如升压变换器、降压变换器、降/升压变换器、CUK变换器等。另外，所公开的概念可以应用于与单相或多相DC-DC变换器配置结合，其中，多个变换器级能够彼此并联连接并由相移后的同步时钟信号操作，其中各个级使用本文所述的频率自适应斜坡发生器电路提供电流模式控制。
[0015]图1示出本公开的一个或更多概念可以在其中实现的升压型DC-DC变换器100。变换器100接收来自输入电源102的输入电压Vin并提供受控的输出电压Vout到负载104，其中PWM控制器106以闭环方式通过提供一个或更多脉冲宽度调制切换控制信号H0和L0以选择性地分别激活和停用高驱动器开关QH和低驱动器开关QL从而调整输出电压Vout。在某些实施例中，PWM控制器106被实施为具有电流感测正端子108和负端子110以分别接收用于电流模式控制的正电流感测信号CSP和负电流感测信号CSN的单个集成电路(1C)。1C 106包括切换控制输出端子112和114，以用于提供切换控制信号H0和L0到高侧驱动器开关QH和低侧驱动器开关QL的控制端子。另外，所示出的控制器1C 106包括用于接收表示DC-DC变换器100的输出电压Vout的输出电压反馈信号FB的反馈端子116和用于接收时钟信号CLK的时钟信号端子118，其中可以在采用本公开的各种概念的PWM控制器集成电路实施例中提供其他端子。
[0016]在图1的升压变换器配置中，驱动器开关QH和QL在变换器100的输出端子和固定电压节点(如电路接地GND)之间彼此串联连接，并在切换节点SW处接合以构成切换电路。尽管所示出的示例包括两个N通道M0SFET开关QH和QL，其他实施例是可能的，在其中，单个切换设备(如QL)能够与切换节点SW耦合，其中高侧器件QH由二极管整流器取代。此外，能够使用一个或更多个P沟道M0SFET开关或能够使用N沟道和P沟道开关的组合以形成升压变换器拓扑。另外，在各种实施例中，能够使用不同类型的开关，包括但不限于，M0SFET、双极开关、IGBT等或其组合，其中PWM控制器106提供适合的切换控制信号以操作变换器开关(一个或更多)。
[0017]如图1所示，电感器L耦合在输入电源102和切换节点SW之间以传导电流夕卜部感测电阻器RS串联连接在输入电源102和电感器L之间，其中感测电阻器RS的相对两侧耦合到电流感测端子108和110以提供电压信号CSP、CSN到PWM控制器106，II表示电感器电流。如图所示，输出电容Cout可以和负载104并联连接在输出端子和电路接地之间，并且在输出端子和电路接地之间彼此串联连接的电阻器RFB1和RFB2提供反馈电路以构成电阻分压器，其中中心节点将反馈电阻器连接到反馈端子116以提供输出电压反馈信号FB到PWM控制器1C 106。尽管图1的实施例提供升压变换器100，根据本公开的一个或更多概念，能够使用频率自适应补偿实施其他DC-DC变换器，包括但不限于，在下文结合图7示出和描述的一个不例性降压变换器200。
[0018]图1中的PWM控制器106包括由误差放大器电路120、PWM比较器122、PWM锁存器130和切换控制电路132构成的调制器电路。调制器电路至少部分根据时钟信号CLK，提供脉冲宽度调制切换控制信号H0和L0以在多个变换器切换周期中选择性激活和停用开关QH和QL从而控制变换器输出电压Vout。能够使用各种不同调制器电路，使用固定频率或可变频率PWM技术，在某些实施例中，调制器基于来自反馈端子116的输出电压反馈信号FB和端子108和110处接收的电流感测信息，实施占空比控制以调整输出电压Vout并控制峰值电感器电流l.。误差放大器电路120的第一输入端(如非反相“