具有降压升压级联的dc-dc转换器以及对其操作的方法

具有降压升压级联的dc-dc转换器以及对其操作的方法
【专利摘要】一种DC-DC转换器(10)包括降压转换器(12)、升压转换器(14)以及控制单元(16)，其中所述控制单元(16)被布置成基于所述DC-DC转换器(10)的反馈输出电压Vout_FB和所述降压转换器的参考电压Vref_buck计算所述降压转换器的误差电压Verr_buck，并且其中所述控制单元(16)被布置成基于所述DC-DC转换器(10)的所述反馈输出电压Vout_FB和所述升压转换器的参考电压Vref_boost计算所述升压转换器的误差电压Verr_boost，其中，与所述降压转换器的所述参考电压Vref_buck相比，所述升压转换器的所述参考电压Vref_boost被移位偏移Voffset。
【专利说明】具有降压升压级联的DC-DC转换器以及对其操作的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及DC-DC转换器以及一种操作DC-DC转换器的方法。

【背景技术】
[0002] 在汽车市场中，DC-DC转换器必须通过宽输入电压范围操作，其中该宽输入电压范 围是由提供的输入电压的正常变化以及一些瞬变电压规定的。这样瞬变电压可以例如是起 动脉冲，即在当某些事件，例如，放电电池、低温和尝试发动汽车的驱动程序同时发生的时 候发生的巨大电压降落。
[0003] DC-DC转换器可以被用于补偿这样起动脉冲，并且可能另外给连接的电子器件提 供调整的电压电平。这样DC-DC转换器可能将输入电压V in转换成输出电压，其中输出 电压v〇ut可以高于或低于输入电压 Vin。能够调节输出电压，而不考虑输入电压Vin的DC-DC 转换器被称为降压-升压DC-DC转换器。该降压-升压DC-DC转换器包括将输入电压Vin 转换成较低输出电压VOTt的降压转换器和将输入电压vin转换成较高输出电压的升压 转换器。当输入电压v in的符号被维持的时候，该降压-升压转换器可以被称为非反相。
[0004] 降压-升压DC-DC转换器不得不提供恒定输出电压Vwt。因此，当输入电压V in从 高于所期望的输出电压的初值降到低于所期望的输出电压电平的终值的时候，降 压转换器的操作（降压模式）和升压转换器的操作（升压模式）之间的转换是必要的。从 降压模式到升压模式的转换以及从升压模式到降压模式的转换必须受到顺利和高效地管 理。


【发明内容】

[0005] 如所附权利要求中所描述的，本发明提供了一种DC-DC转换器以及一种操作 DC-DC转换器的方法。
[0006] 本发明的具体实施例在从属权利要求中被阐明。
[0007] 参照下文中描述的实施例，本发明的这些或其它方面将会显而易见并且被阐述。

【专利附图】

【附图说明】
[0008] 参照附图，仅仅通过举例的方式，本发明的进一步细节、方面和实施例将被描述。 在附图中，类似的附图标记被用于表示相同的或功能相似的元素。为了简便以及清晰图示 了附图中的元素，并且附图中的元素不一定按比例绘制。
[0009] 图1示意性地示出了 DC-DC转换器的第一例子的电路图。
[0010] 图2示意性地示出了起动脉冲的例子。
[0011] 图3示意性地示出了 DC-DC转换器的第二例子的另一个电路图。
[0012] 图4示意性地示出了 DC-DC转换器的占空比和该DC-DC转换器的对应的输出电压 根据输入电压Vin变化的例子的图。
[0013] 图5示意性地示出了降压转换器的误差电压buek和对应的控制信号根据时间 变化的例子的图。
[0014] 图6示意性地示出了 LS控制电路的输出信号根据时间变化的例子。
[0015] 图7示意性地示出了 DC-DC转换器的输出电压和输入电压Vin根据时间变化 的例子的图。
[0016] 图8示出了 DC-DC转换器的输出电压Vwt根据时间变化的例子的图。
[0017] 图9示出了升压转换器的PWM信号根据时间变化的例子的图。
[0018] 图10示出了被提供给DC-DC转换器的输入电压Vin根据时间变化的例子的图。

【具体实施方式】
[0019] 由于本发明说明的实施例可能大部分是使用本领域所属技术人员所熟知的电子 元件和电路被实施，所以将不会在比上述所说明的认为有必要的程度大的任何程度上解释 细节，以用于对本发明基本概念的理解以及为了不混淆或偏离本发明所教之内容。
[0020] 虽然下文中术语的定义不应被解释为限定，但是使用的术语被理解为包括至少以 下内容。
[0021] 在说明书的上下文中，术语"开关元件"可以被用于任何电子元件，例如，通用开关 或可以在"通"和"断"之间改变其状态的晶体管。
[0022] 与开关元件相关的术语"通"可以描述了在其闭合或导通状态使用的电子元件。而 且，与开关元件相关的术语"断"可以描述了在其打开或隔离状态使用的电子元件。
[0023] 参照图1，图1示意性示出了 DC-DC转换器10的第一例子的电路图。根据图1的 DC-DC转换器10可以包括降压转换器12和升压转换器14。DC-DC转换器10可以被提供有 输入电压Vin。该输入电压V in可通过DC-DC转换器10被转变成输出电压Vwt。DC-DC转换 器10的输出可与负载46连接，并且可选电容器44可以平行于负载46被提供作为DC-DC转 换器10的部件。电容器44的电容可以关于负载46的要求被选择。例如，电容可以被增加 以最小化输出电压波动。当输入电压V in高于所期望的输出电压Vwt的时候，DC-DC转换器 10的降压转换器12可以被激活以降低输入电压V in。该操作模式可以被称为"降压模式"。 当输入电压Vin低于所期望的输出电压Vwt的时候，DC-DC转换器10的升压转换器14可以 被激活以增加输入电压V in。该操作模式可以被称为"升压模式"。降压转换器12和升压转 换器14的功能原理对于本领域所属技术人员是显而易见的，并且将不会在任何其它细节 上进行解释。因为DC-DC转换器10包括降压转换器12和升压转换器14,所以它可以被称 为降压-升压DC-DC转换器。
[0024] 在图1的例子中，降压转换器12可以包括HS(高压侧）二极管38、HS开关元件 30和电感器42。升压转换器14可以包括LS (低压侧）二极管40、LS开关元件36和电感 器42。因此，电感器42可以通常被降压转换器12和升压转换器14使用。HS开关元件30 和LS开关元件36可以通过图1中未示出的控制单元触发。
[0025] HS开关元件30和LS开关元件36可以例如是金属氧化物半导体场效应晶体管 (M0SFET)。然而，可以使用能被用作开关元件的任何其电子元件。而且，用可以实现相同功 能的不同电子元件来代替HS二极管38和LS二极管40可以是可能的，例如适当触发的晶 体管。输入电压V in可以由电池提供。图1所示的DC-DC转换器10可以被称为非反相，因 为它维持了输入电压Vin的符号。
[0026] 现参照图2,图2示意性地示出了起动脉冲根据时间变化的例子。术语"起动脉冲" 描述了当驱动程序尝试发动汽车的时候，伴随放电电池发生的高电压降落。最初，在时间 h，电池电压Vbatt可以具有其正常值￥_。在时间心，驱动程序可以尝试发动汽车。结果，在 电池电压V batt在时间t4恢复到VnOT的之前，电池电压Vbatt可以在短的时间间隔t 3_t2内降 落到低值Vmin。然而，非常重要的是，须将被提供给连接到电池的车用电子设备的任何供给 电压保持在某稳定的电压电平以避免损坏电子设备和不可预测的数据处理。车用电子设备 所期望的供给电压可以处于V nOTm和Vmin之间。因此，可以有必要通过降压-升压DC-DC转 换器转换由电池提供的供给电压，其中，当由电池提供的供给电压等于车用电子设备所期 望的供给电压的时候，降压模式和升压模式之间的转换是必要的。该转换必须在DC-DC转 换器的输出处没有任何电压或电流峰值的情况下平稳进行。
[0027] 参照图3,图3示意性地示出了 DC-DC转换器的第二例子的另一个电路图。根据图 2的DC-DC转换器10是降压-升压转换器，并且包括降压转换器12、升压转换器14和控制 单元16。如图3所示，降压转换器12和升压转换器14的基本设置对应于从图1中已知的 降压转换器12和升压转换器14。然而，电路通过将LS开关元件36、HS二极管38和电容 器44连接到接地60被闭合。
[0028] 控制单元16可以被布置成触发HS开关元件30和LS开关元件36。如图1所示， HS开关元件30和LS开关元件36可以是M0SFET。然而，将不同电子元件用作HS开关元件 30和LS开关元件36对于本领域所属技术人员是显而易见的。
[0029] 控制单元16可以包括第一误差放大器48、第二误差放大器50、第一比较器52、第 二比较器54、第三比较器56、HS控制电路26、HS驱动电路28、LS控制电路32和LS驱动电 路34。此外，控制单元16可能可选择地包括过滤器58。第一误差放大器48、第一比较器 52、HS控制电路26和HS驱动电路32可以被用于触发HS开关元件30。第二误差放大器 50、第二比较器54、第三比较器56、LS控制电路32和LS驱动电路34可以被用于触发LS开 关元件36。控制单元16的功能性将在下文被解释。
[0030] 反馈输出电压ν_ ΡΒ可以被提供给控制单元16的第一误差放大器48和第二误差 放大器50。反馈输出电压Vwt FB可以例如是按第一电阻器62和第二电阻器64缩放的DC-DC 转换器10的输出电压。第一误差放大器48和第二误差放大器50可以例如是具有差分 输入和单端输出的运算放大器。反馈输出电压V wt FB和降压转换器的参考电压VMf budt可以 被用作第一误差放大器48的输入信号。第一误差放大器48在其输出处提供了降压转换器 的误差电压V elT_buek。第一误差放大器48的输出信号可以在第一误差放大器48的适当输入 处被用作反馈输出电压的负反馈信号。
[0031] 类似地，反馈输出电压FB和升压转换器的参考电压VMf budt可以被用作第二误 差放大器50的差分输入信号。第二误差放大器50基于差分输入信号提供了升压转换器 的误差电压V elT_b(rast。第二误差放大器50的输出信号可以在第二误差放大器50的适当输 入处被用作反馈输出电压的负反馈信号。因此，控制单元16被布置成基于DC-DC转 换器10的反馈输出电压V wt FB和降压转换器的参考电压VMf budt计算降压转换器的误差电 压budt。而且，控制单元16被布置成基于DC-DC转换器10的反馈输出电压 FB和升 压转换器的参考电压>st计算升压转换器的误差电压>st。与降压转换器的参考信 号V Mf_budt相比，升压转换器的参考电压VMf>st可以被移位偏移。当在降压模式操作 的时候，降压转换器的参考电压VMf budt可以定义DC-DC转换器10所期望的输出电压Vwt。 同样，当在升压模式操作的时候，升压转换器的参考电压VMf>st可以定义DC-DC转换器10 所期望的输出电压。由于偏移，当从降压模式变化到升压模式的时候，DC-DC转换 器10的输出电压V wt可以从VMf budt变化到VMf bMSt，反之亦然。通常，降压转换器的参考电 压VMf_budt可以高于升压转换器的参考电压V Mf bOTSt。在这种情况下，降压转换器的参考电压 Lf_buc;k和升压转换器的参考电压bOTSt之间的差别可以在降压模式和升压模式之间转换 时生成滞后现象。该滞后现象可以避免DC-DC转换器10在降压模式和升压模式之间的快 速振荡。
[0032] 当DC-DC转换器10的输入电压Vin处于降压转换器的参考电压VMf buek和升压转 换器的参考电压Vief>st之间的时候，降压转换器12的HS开关元件30总是通的（即，导通 或闭合的），而LS开关元件36总是断的（S卩，隔离或打开的）。因此，DC-DC转换器10的 效率被提高，因为HS开关元件30和LS开关元件36在该区域内没有被触发并且不会引起 开关损耗。此外，DC-DC转换器10的输出电压可以等于其输入电压V in和没有附加波 动或峰值的输入电流。
[0033] 降压转换器的误差电压VOT budt可以被提供给第一比较器52和依赖时间的感测电 压Vsms。依赖时间的感测电压Vsms可以基于脉动电压V puls和另一个电压，例如，通过将脉动 电压Vpuis与另一个电压相加而被生成。另一个电压可以例如是表不DC-DC转换器10的输 入电流的电压。DC-DC转换器10可以例如在电流模式下操作。电流模式，即电流坡道，可以 在HS开关元件30中被感测。感测的电流模式可以通过电阻器被转换成电压模式，而且，产 生的可以对应于电流模式的电压模式可以是脉动电压V pulse。脉动电压Vpulse可以例如是锯 齿波电压或三角形电压。脉动电压Vpulse可以被称为"斜坡补偿"，该斜坡补偿在0和100% 之间的所有可能的占空比内允许DC-DC转换器10的稳定性。第一比较器52可以在其输出 处提供第一 PWM信号20。因此，控制单元16可以被布置成通过比较依赖时间的感测电压 Vs咖和降压转换器的误差电压Verr--计算第一 PWM信号20。第一 PWM信号20可以实质地 定义降压转换器12的占空比。第一 PWM信号20的形状可以例如是矩形。HS控制电路26 可以被用于生成HS驱动电路28的输入信号，其中，该HS驱动电路28可以触发降压转换器 12的HS开关元件30。第一 PWM信号20和时钟信号24可以被用作HS控制电路26的输入 信号。HS控制电路26可以例如是将第一 PWM信号20和时钟信号24作为输入信号的触发 器。
[0034] 第二PWM信号22可以由第二比较器54被提供，其中，第二比较器54将升压转换器 的误差电压 bOTSt和依赖时间的感测电压Vsms作为输入信号。因此，控制单元16可以被 布置成通过比较依赖时间的感测电压V sms和升压转换器的误差电压Ve" bMSt计算第二PWM 信号22。正如第一 PWM信号20,第二PWM信号22可以例如是矩形。第二PWM信号22和时 钟信号24可以被用作LS控制电路32的输入信号，其中，LS控制电路32将输出信号提供 给LS驱动电路34。LS驱动电路34可以触发升压转换器14的LS开关元件36。附加控制 信号18可以可选择地被提供给LS控制电路32。LS控制电路32可以例如是触发器。当另 一个电压表不DC-DC转换器10的输入电流的时候，电压控制单兀16可以被描述为电流模 式PWM控制器。
[0035] 控制信号18可以被用作附加输入信号，其中该输入信号重写了基于第二PWM信号 22和时钟信号24生成的LS控制电路32的输出信号。因此，控制信号18可以激活或停用 (即，开启或关闭）升压转换器14。第二PWM信号22可以实质地表示升压转换器14的占 空比。尤其，第二PWM信号22可以定义何时LS开关元件36在其打开（或导通）状态或在 其闭合（隔离的断）状态。控制信号18可以直接或间接通过第二比较器54被生成，其中 第二比较器54将降压转换器的误差电压V OT_buc;k和阈值电压用作输入信号。过 滤器58可以可选择地被用于平滑生成的控制信号18。
[0036] 正如之前提到的，控制信号18可以被用于开启或关闭升压转换器14。当降压转换 器的误差电压高于阈值电压的时候，升压转换器14可以被开启。当降压 转换器的误差电压V e" budt低于阈值电压Vwt^ range的时候，升压转换器14可以被关闭。因 此，控制单元16可以被布置成基于降压转换器的误差电压V_ buc;k计算控制信号18以开启 和关闭升压转换器14。降压转换器12是主要的操作电路，而且，当DC-DC转换器10的输入 电压V in过低的时候，升压转换器14可以作为可选的辅助电路操作。
[0037] 降压转换器的参考电压VMf budt可以在降压模式下定义降压转换器12所期望的输 出电压Vwt。因此，当DC-DC转换器10的反馈输出电压V wt FB上升的时候，降压转换器的误 差电压budt可能下降。例如，当DC-DC转换器10的反馈输出电压V wt FB高于降压转换器 的参考电压buc;k的时候，降压转换器的误差电压Ve" blKk可以趋向于0，而当DC-DC转换器 10的反馈输出电压等于降压转换器的参考电压VMf budt的时候，降压转换器的误差电 压VOT_budt可能达到依赖时间的感测电压V sms的上峰值。同样，升压转换器的参考电压VMf bOTSt可以在升压模式下定义升压转换器14所期望的输出电压，而且当升压转换器的参 考电压 bMSt等于DC-DC转换器10的反馈输出电压Vwt FB的时候，升压转换器的参考电 压可能趋向于〇或降到依赖时间的感测电压Vsms的下峰值之下。
[0038] 当降压转换器的误差电压VOT budt上升的时候，降压转换器12的占空比上升。阈值 电压V?range可以被选择，使得在降压转换器的误差电压ViOT+btKk大于阈值电压 V?Mnge 之前，降压转换器12的占空比能达到100%。此外，升压转换器的误差电压VOTbOTSt可以被 选择，使得当升压转换器14被控制信号18开启的时候，升压转换器14的占空比大于0。这 意味着当升压转换器14被开启的时候，升压转换器14的LS开关元件36可以被定期地触 发，而且当升压转换器被开启的时候，输入电压V in的小变化不会明显改变占空比。这可以 避免在从降压模式到升压模式的转换期间在输出电压和输出电流内生成峰值，反之亦 然。因此，DC-DC转换器10的电磁适应性良好。
[0039] 将控制信号18用作HS控制电路26的附加输入信号可以是可能的。在这种情况 下，控制信号18可以被用作主要信号，其中，该主要信号重写了基于第一 PWM信号20和时 钟信号24生成的HS控制电路26的正常输出信号。因此，控制信号18可以被用于永久地 将HS开关元件30设置成通。这可以确保当升压转换器被激活的时候，降压转换器12被停 用。当阈值电压U^ "^被选择使得在降压转换器的误差电压budt大于阈值电压 之前，降压转换器12的占空比不能达到100%的时候，将控制信号18用作HS控制电 路26的附加输入信号可以是有用的。
[0040] 图3所示的DC-DC转换器可以被设计为片上系统，其中，DC-DC转换器的至少部分， 例如，降压转换器12、升压转换器14或控制单元16在单一芯片上被实现。该单一芯片可以 例如包括硅衬底。
[0041] 现参照图4,图4示出了 DC-DC转换器的占空比和该DC-DC转换器的对应的输出电 压随输入电压vin变化的例子的图。该图被分成三个不同的区域，正如下面将解释的。 从图4可以看出，降压转换器的所期望的输出电压V wt可以大约是6. 5伏特。在区域I中， 当DC-DC转换器的输入电压Vin下降的时候，降压转换器的占空比Dbudt上升。例如，降压转 换器的占空比D budt可以在大约6. 5伏特（S卩，在该例子中的降压转换器的所期望的输出电 压）的输入电压Vin时达到100%。升压转换器的占空比队_在区域中I中是0。因此， DC-DC转换器处于降压模式。降压转换器的100%占空比Dbuek意味着从图1和3中已知的 其HS开关元件永久地通。当DC-DC转换器的输入电压V in逐渐下降的时候，降压转换器的 误差电压Ve"budt进一步上升，但是，降压转换器的占空比D budt已达到其最大值。这导致了 DC-DC转换器10的下降的输出电压V^。升压转换器的占空比Db(K)St可以在区域II达到大 于〇的值。然而，升压转换器可以还没被开启，因为降压转换器的误差电压V e" budt还没达到 阈值电压的值，并且DC-DC转换器处于降压模式。降压转换器的误差电压Ve" budt 可以在区域III开始达到阈值电压，并且降压转换器可以通过生成控制信号开启 升压转换器。DC-DC转换器切换到升压模式。
[0042] 由于在和控制信号的生成相关的降压转换器的参考电压VMf budt和升压转换器的 参考电压VMf>st之间的适当偏移VfM，当升压转换器在区域III的开始被开启的时候，升 压转换器的占空比D b(K)St不从0%开始。然而，由于偏移V^^DC-DC转换器的输出电压Vwt 从降压转换器的参考电压budt变化到升压转换器的参考电压VMf>st。降压转换器调节 了 DC-DC转换器的输出电压，并且在区域I和区域II中提供了良好性能对负载。升压 转换器在区域III中调节了 DC-DC转换器的输出电压Vwt。
[0043] 现参照图5,图5示出了降压转换器的误差电压VOT budt和对应的控制信号18根据 时间变化的例子的图。图5、6和7共享了共同的时间轴。可以看出，在1.1晕秒和1.5晕 秒的时间t，降压转换器的误差电压V e" budt可以达到降压转换器的阈值电压Vwt Λ range，并 且控制信号18的值可以从0伏特切换到1伏特。在图5的例子中，控制信号18被-显示为 电压信号。
[0044] 现参照图6,图6不出了 LS控制电路的输出信号根据时间变化的例子。当图5所 示的控制信号18从0切换到1的时候，降压转换器可以开启升压转换器。LS控制电路的输 出信号可以根据升压转换器的第二PWM信号定期地改变其值。LS控制电路的输出信号可 以经由LS驱动电路直接地或间接地被用作用于触发升压转换器的LS开关元件的信号。因 此，图6所示的函数可能实质地表示升压转换器的PWM信号。
[0045] 现参照图7,图7示出了 DC-DC转换器的输出电压和输入电压Vin根据时间变 化的例子。输入电压vin从在时间t = 1. 00毫秒时的大于7伏特的初始值降到在时间t = 1. 20晕秒时的小于6伏特的终值。在时间t = 1. 10晕秒，输入电压Vin和输出电压相 交。此时，降压转换器的HS开关单元可以永久地通，并且降压转换器在另一个电压降的情 况下，不再能够调节DC-DC转换器的输出电压V wt。因此，DC-DC转换器的输出电压Vwt可 以随DC-DC转换器的输入电压Vin的下降而下降。同时，从图5可以看出，降压转换器的误 差电压V OT budt可能上升，直到控制信号18从0切换到1，并且升压转换器可以被降压转换 器开启。在大约6. 25伏特，DC-DC转换器的输出电压通过升压转换器变得稳定。DC-DC 转换器的输出电压在升压模式下可能脉动小。然而，没有电压或电流峰值，并且从降压 转换器的参考电压vMf budt或从升压转换器的参考电压vMf bMSt的输出电压vwt的偏差可以 小于5%。因此，DC-DC转换器的和/或连接负载的电子元件的尺寸可能小，因为它们不接 触不需要的峰值。尤其，在DC-DC转换器中被用作开关元件的晶体管可以具有较低的击穿 电压。
[0046] 现参照共享了共同时间轴的图8、9和10,图8至10详细地示出了在从降压模式到 升压模式转换时，DC-DC转换器的输入电压Vin和对应的输出电压的发展之间的转换。 如从图9可以看出的，升压转换器的占空比随输入电压Vin的下降而上升，而且升压转换器 的占空比不从0%开始。
[0047] 本发明也可以在用于在计算机系统上运行的计算机程序中被实现，至少包括用于 当在诸如计算机系统的可编程的装置上运行时用于执行根据本发明的方法，或使得可编程 的装置能够执行根据本发明的设备或系统的功能的代码部分。
[0048] 计算机程序是一系列指令，诸如特定应用程序和/或操作系统。计算机程序可以 例如包括以下中的一个或多个：子例程、函数、程序、对象方法、对象实现、可执行的应用、小 程序、小服务程序、源代码、对象代码、共享库/动态装载库和/或设计用于在计算机系统上 的执行的其它指令序列。
[0049] 计算机程序可以在计算机可读存储介质上被内部地存储或经由计算机可读传输 介质传输到计算机系统。所有或者一些计算机程序可以被永久地、可移除地提供在计算机 可读介质上或远程地耦合到信息处理系统。计算机可读介质可以包括，例如但不限于任何 数目的以下：包括磁盘和磁带存储介质的磁存储介质；光学存储介质，诸如光盘介质（例 如，⑶-ROM、⑶-R等等）以及数字视盘存储介质；非易失性存储器存储介质，包括基于半导 体存储器单元，诸如FLASH存储器、EEPROM、EPROM、ROM ;铁磁数字存储器；MRAM ;易失性存储 介质，包括寄存器、缓冲器或缓存、主存储器、RAM、等等；以及数字传输介质，包括计算机网 络、点对点电信设备、以及载波传输介质，仅举几例。
[0050] 计算机过程通常地包括执行（运行）程序或程序的部分，现有的程序值和状态信 息，以及通过操作系统用于管理过程的执行的资源。操作系统（0S)是管理一台计算机的资 源共享以及提供给程序员用于访问这些资源的界面的软件。操作系统过程系统数据和用户 输入，以及通过配置和管理任务以及内部系统资源作为系统对用户和程序员的一项服务响 应。
[0051] 计算机系统可以例如包括至少一个处理单元、关联存储器和大量的输入/输出 (I/O)设备。当执行计算机程序时，计算机系统根据计算机程序处理信息并且经由I/O设备 产生所得到的输出信息。
[0052] 在前面的说明中，参照本发明实施例的特定示例已经对本发明进行了描述。然而， 将明显的是，在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的更宽范围的情况下，可在其中做 出各种修改和变化。
[0053] 例如，本发明所描述的半导体衬底可以是任何半导体材料或材料的组合，诸如砷 化嫁、娃错、娃晶绝缘体（SOI)、娃、单晶娃等等，以及上面的组合。
[0054] 如在此讨论的连接可以是适于例如经由中间设备传输来自或去往相应的节点、单 元或设备的信号的任何类型的连接。因此，除非暗示或另外表明，所述连接例如可以是直接 连接或间接连接。所述连接可以被图示或描述为涉及单一连接、多个连接、单向连接、或双 向连接。然而，不同实施例可以改变连接的实现。例如，可以使用单独单向连接而不是双向 连接，并且反之亦然。而且，多个连接可以被替换为连续地或以时间复用方式传输多个信号 的单一连接。同样地，携带多个信号的单一连接可以被分离成携带这些信号的子集的各种 不同的连接。因此，存在用于传输信号的许多选项。
[0055] 虽然具体导电类型或电位极性已在例子中被描述，但是将了解，导电类型和电位 极性可以是相反的。
[0056] 本发明所描述的每个信号可以被设计为正逻辑或负逻辑。在负逻辑信号的情况 下，在所述逻辑真状态对应于逻辑电平〇时，所述信号是低有效。在正逻辑信号的情况下， 在所述逻辑真状态对应于逻辑电平1时，所述信号是高有效。注意，在此描述的任何信号可 以被设计为负逻辑信号或正逻辑信号。因此，在替代实施例中，那些被描述为正逻辑信号的 信号可以被实现为负逻辑信号，以及那些被描述为负逻辑信号的信号可以被实现为正逻辑 信号。
[0057] 此外，当将信号、状态位、或类似的装置分别变为其逻辑真或逻辑假状态时，本发 明中使用术语"明确肯定"或"设置"以及"否定"（或"非明确肯定"或"清除"）在。如果逻 辑真状态是逻辑电平" 1"，则逻辑假状态是逻辑电平" 〇 "。如果逻辑真状态是逻辑电平" 〇 "， 则逻辑假状态是逻辑电平" 1"。
[0058] 本领域所属技术人员将认识到逻辑块之间的界限仅仅是说明性的并且替代实施 例可以合并逻辑块或电路元件或在各种逻辑块或电路元件上强加替代的分解功能。因此， 应了解在此描述的架构仅仅是示例性的，并且事实上实现相同功能的很多其它架构可以被 实现。例如，第一比较器、HS控制电路以及HS驱动电路可以被触发HS开关元件的单一 HS 放大器电路直接取代。
[0059] 为了实现相同功能的组件的任何布置是有效地"关联"使得所需的功能得以实现。 因此，在此组合以实现特定功能的任何两个元件可以被看作彼此"相关联"使得所需的功能 得以实现，而不论架构或中间组件。同样地，如此关联的任何两个组件还可以被认为是彼此 被"可操作连接"或"可操作耦合"以实现所需的功能。
[0060] 此外，本领域所属技术人员将认识到上述描述的操作之间的界限只是说明性的。 多个操作可以组合成单一的操作，单一的操作可以分布在附加操作中，并且操作可以至少 在时间上部分重叠被执行。而且，替代实施例可以包括特定操作的多个实例，并且操作的顺 序在各种其它实施例中可以更改。
[0061] 又如，在一个实施例中，说明的例子可以被实现为位于单一集成电路上的电路或 在相同设备内的电路。例如，降压转换器、升压转换器以及控制单元可以作为单一电路被实 施。替代地，例子可以被实现为以适当的方式彼此互联的任何数目的单独集成电路或单独 设备。例如，降压转换器和升压转换器可以在单一集成电路上被实施而控制单元可以在不 同的集成电路上被实施。
[0062] 又如，示例或其一部分可以诸如以任何合适类型的硬件描述语言被实现为物理电 路的软或代码表示，或被实现为能够转化成物理电路的逻辑表示的软或代码表示。
[0063] 而且，本发明不限于在非程序化硬件中实现的物理设备或单元，但也可以应用在 可编程的设备或单元中，这些设备或单元通过按照合适的程序代码操作能够执行所期望的 设备功能，诸如主机、微型计算机、服务器、工作站、个人计算机、笔记本、个人数字助理、电 子游戏、汽车和其它嵌入式系统、手机和各种其它无线设备，在本申请中通常表示为"计算 机系统"。
[0064] 然而，其它修改、变化和替代也是可能的。说明书和附图相应地被认为是从说明性 的而不是严格意义上来讲的。
[〇〇65] 在权利要求中，放置在括号之间的任何参照符号不得被解释为限制权利要求。单 词"包括"不排除除了权利要求中列出的那些之外的其它元件或步骤的存在。此外，如在此 使用的词语"一"或"一个"被定义为一个或不止一个。而且，即使当同一权利要求包括介绍 性短语"一个或多个"或"至少一个"以及诸如"一"或"一个"的不定冠词时，在权利要求中 诸如"至少一个"以及"一个或多个"的介绍性短语的使用也不应该被解释成暗示通过不定 冠词"一"或"一个"引入的其它权利要求元素将包括这样介绍的权利要求元素的任何特定 权利要求限制成仅包含这样的元素的发明。对于定冠词的使用也是如此。除非另有说明， 使用诸如"第一"以及"第二"的术语来任意地区分这样的术语描述的元素。因此，这些术 语不一定旨在指示这样的元素的时间或其它优先次序。在相互不同的权利要求中记载某些 措施的事实并不指示这些措施的组合不能被用于获取优势。
【权利要求】
1. 一种DC-DC转换器（10)，包括： 降压转换器（12)， 升压转换器（14)，以及 控制单元（16)， 其中所述控制单元（16)被布置成基于所述DC-DC转换器（10)的反馈输出电压Vwt FB 和所述降压转换器的参考电压budt计算所述降压转换器的误差电压budt，以及 其中所述控制单元（16)被布置成基于所述DC-DC转换器（10)的所述反馈输出电压 Vwt_FB和所述升压转换器的参考电压bMSt计算所述升压转换器的误差电压V e" bMSt，其 中，与所述降压转换器的所述参考电压VMf budt相比，所述升压转换器的所述参考电压VMf boost 被移位偏移 ^offset °
2. 根据权利要求1所述的DC-DC转换器（10)，其中所述控制单元（16)被布置成基于 所述降压转换器的所述误差电压VOT budt计算控制信号（18)以开启和关闭所述升压转换器 (14)。
3. 根据权利要求2所述的DC-DC转换器（10)，其中所述控制单元（16)被布置成：当所 述降压转换器的所述误差电压Ve" budt高于阈值电压的时候，开启所述升压转换 器（14)，以及当所述降压转换器的所述误差电压budt低于所述阈值电压^ Mnge的时 候，关闭所述升压转换器（14)。
4. 根据任何前述权利要求所述的DC-DC转换器（10)， 其中所述控制单元（16)被布置成基于所述的DC-DC转换器（10)的输入电压Vin和脉 动电压Vpuls计算依赖时间的感测电压Vsms，以及 其中所述控制单元（16)还被布置成通过比较所述依赖时间的感测电压^_和所述降 压转换器的所述误差电压budt，计算第一 PWM信号（20)，以及通过比较所述依赖时间的 感测电压Vsms和所述升压转换器的所述误差电压V e" bMSt，计算第二PWM信号（22)。
5. 根据权利要求4所述的DC-DC转换器（10)，其中所述控制单元（16)被布置成提供 所述第一 PWM信号（20)和时钟信号（24)作为HS控制电路（26)的输入信号，其中所述HS 控制电路（26)触发了 HS驱动电路（28)以用于控制所述降压转换器（12)的HS开关元件 (30)。
6. 根据权利要求4或权利要求5所述的DC-DC转换器（10)，其中所述控制单元（16) 被布置成提供所述第二PWM信号（22)、时钟信号（24)和所述控制信号（18)作为LS控制电 路（32)的输入信号，其中所述LS控制电路（32)触发了 LS驱动电路（34)以用于控制所述 升压转换器（14)的LS开关元件（36)。
7. -种片上系统，包括根据任何前述权利要求所述的DC-DC转换器（10)。
8. -种操作DC-DC转换器（10)的方法，所述DC-DC转换器（10)包括降压转换器（12)、 升压转换器（14)以及控制单元（16)， 其中所述控制单元（16)基于所述DC-DC转换器（10)的反馈输出电压ν_ ΡΒ和所述降 压转换器的参考电压budt计算所述降压转换器的误差电压budt，以及 其中所述控制单元（16)基于所述DC-DC转换器（10)的所述反馈输出电压ν_ ΡΒ和所 述升压转换器的参考电压>st计算所述升压转换器的误差电压bMSt，其中，与所述降 压转换器的所述参考电压 budt相比，所述升压转换器的所述参考电压VMf bMSt被移位偏 移 V〇ffset。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述控制单元（16)基于所述降压转换器的所述误 差电压V_ buc;k计算控制信号（18)以开启和关闭所述升压转换器（14)。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中当所述降压转换器的所述误差电压VOT budt高于 阈值电压的时候，所述控制单元（16)开启所述升压转换器（14)，以及当所述降压 转换器的所述误差电压1" 1^低于所述阈值电压￥?"^的时候，所述控制单元（16)关 闭所述升压转换器（14)。
11. 根据权利要求8-10中的一项所述的方法， 其中所述控制单元（16)基于所述的DC-DC转换器（10)的输入电压Vin和脉动电压Vpuls 计算依赖时间的感测电压Vsms，以及 其中所述控制单元（16)还通过比较所述依赖时间的感测电&Vsms和所述降压转换器 的所述误差电压Ve" budt计算第一 PWM信号（20)以及通过比较所述依赖时间的感测电压 Vsens和所述升压转换器的所述误差电压Verr-bOTSt计算第二PWM信号（22)。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述第一 PWM信号（20)和时钟信号（24)被提 供作为HS控制电路（26)的输入信号，其中所述HS控制电路（26)触发了 HS驱动电路（28) 以用于控制所述降压转换器（12)的HS开关元件（30)。
13. 根据权利要求11或12所述的方法，其中所述第二PWM信号（22)、时钟信号（24)和 所述控制信号（18)被提供作为LS控制电路（32)的输入信号，其中所述LS控制电路（32) 触发了 LS驱动电路（34)以用于控制所述升压转换器（14)的LS开关元件（36)。
【文档编号】H02M3/158GK104054248SQ201280067578
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2012年1月20日 优先权日:2012年1月20日
【发明者】瓦莱利·贝尔农-昂雅尔贝, 弗兰克·加尔蒂耶, 菲利普·瓜耶内切 申请人:飞思卡尔半导体公司