具有改进的线路瞬变抑制的DC-DC转换器的制作方法

本公开一般涉及dc-dc功率转换器，并且更具体地涉及使用仿真峰值电流模式控制架构来提供对电源线电压干扰较不敏感的电源输出的dc-dc功率转换器。

背景技术：

1、dc-dc功率转换器的许多汽车和工业应用的特征在于严重的电源线电压干扰。当dc-dc转换器为噪声敏感系统供电时，非常期望电源线瞬变不传播到电源输出。由于固有的输入电压前馈，峰值电流模式控制(pcmc)由于其良好的电源抑制而为人所知。

2、图1示出了被配置为从输入电压源101接收dc输入电压vin并调节负载112处的输出电压vo的现有技术pcmc同步降压转换器设备。图1的pcmc同步降压转换器设备包括转换器100b，该转换器包括高侧开关108、低侧开关109、电感器110和平滑电容器111。转换器设备还包括控制器100a，该控制器包括栅极驱动器107、实现为rs触发器的脉宽调制(pwm)锁存器106、被配置以生成一系列时钟脉冲的振荡器电路104、电流感测比较器105、差分电路105b、电流感测元件103、电流控制命令电压vcont源102和斜率补偿斜坡电压vramp发生器113。当高侧开关108导通时，电流感测元件103监视电感器110中的电流il。当pwm锁存器106从振荡器电路104接收到时钟信号时，低侧开关109关断并且高侧开关108接通，从而对电感器110充电。电流感测元件103输出提供给电流感测比较器105的非反相输入的电流感测电压。差分电路105b接收斜坡补偿斜坡电压vramp和电流控制命令电压vcont，并输出它们之间的差值，该差值是提供给电流感测比较器105的反相输入的阈值电压。当电流感测电压超过阈值电压时，电流感测比较器105输出重置pwm锁存器106的控制信号，这使得高侧开关108关断并且低侧开关109接通。

3、众所周知，斜率补偿斜坡电压vramp的转换速率的最佳选择可实现对输入电源干扰基本上为零的敏感度。然而，该方法已显示出对电感器110和电流感测元件103的值的变化极其敏感，并且因此可能是不实际的。此外，基于该标准选择斜率补偿斜坡电压vramp的转换速率可能产生电流回路的欠阻尼性能。

4、以宽范围的电源电压(即宽范围的dc输入电压vin)为特征的应用有时使用仿真电流模式控制，其中电流感测电压由人工斜坡代替。在此类转换器中，电流感测电压在前一开关周期中被采样，并在下一周期中被用作仿真斜坡的初始条件。具有谷值电流采样的仿真峰值电流模式控制(epcmc)的特征在于与pcmc相同的固有电源抑制特性。

5、图2示出了现有技术的epcmc同步降压转换器设备。与图1的pcmc同步降压转换器设备不同，图2的epcmc同步降压转换器设备的控制器100a包括具有增益ri的电流感测元件123、第一采样保持电路115、斜坡电压vramp发生器114和求和电路105a，并且不包括电流感测元件103。电流感测元件123被配置为当低侧开关109导通时监视电感器110中的电流il。电流感测元件123输出电流感测电压，该电流感测电压在低侧开关109的导通时间间隔结束时由第一采样保持电路115采样。求和电路105a将采样电流感测电压和由斜坡电压vramp发生器114生成的斜坡电压vramp求和，并且电流感测比较器105将采样电流感测电压和斜坡电压vramp的所得和与控制命令电压vcont进行比较。

6、与图1的pcmc同步降压转换器设备类似，可选择斜坡电压vramp的转换速率，以实现对输入电源电压vin中的干扰基本上为零的敏感度。然而，该方法遭受与图1的转换器相同的缺陷，特别是依赖于电流感测元件123的增益ri和电感器110的值。考虑到图2的epcmc同步降压转换器设备的目标是用于特征在于宽输入电压范围和严重电源线干扰的应用，期望能够克服这些缺陷并产生实用的epcmc同步降压转换器设备的控制器。

技术实现思路

1、根据一个或多个示例性实施方案的一方面，提供了一种仿真峰值电流模式控制(epcmc)同步降压转换器设备，其可包括被配置为接收输入电压并生成输出电压的转换器。该转换器可包括电感器、高侧开关和低侧开关，其中高侧开关和低侧开关可耦合到电感器并且被配置为控制通过该电感器的电感器电流。该epcmc同步降压转换器设备还可包括仿真峰值电流模式(epcm)控制器，该epcm控制器具有被配置为交替地接通和关断高侧开关和低侧开关的脉宽调制(pwm)锁存器、被配置为基于通过电感器的电感器电流来输出电流感测电压的电流感测元件以及被配置为生成前馈电压的前馈电路。该电流感测元件可在低侧开关接通时在第一时间输出第一电流感测电压，并且可在从第一时间延迟但仍在低侧开关的导通时段期间的第二时间输出第二电流感测电压。该前馈电路可基于表示第一电流感测电压与第二电流感测电压之间的差值的电压差来生成前馈电压。该pwm锁存器可被配置为基于前馈电压来分别交替地接通和关断高侧开关和低侧开关。

2、该epcm控制器还可包括：斜坡电压发生器，该斜坡电压发生器被配置为生成斜坡电压；电流控制命令电压源，该电流控制命令电压源被配置为生成电流控制命令电压；以及电流感测比较器，该电流感测比较器将斜坡电压和第二电流感测电压的和与前馈电压和电流控制命令电压的和进行比较，并且基于该比较向pwm锁存器输出控制信号。该pwm锁存器可被配置为基于由电流感测比较器输出的控制信号来分别交替地接通和关断高侧开关和低侧开关。

3、该epcm控制器还可包括：乘除法器电路，该乘除法器电路被配置为将电压差乘以输出电压与输入电压的比率；以及增益级，该增益级被配置为放大乘除法器电路的输出以生成前馈电压。

4、该epcm控制器还可包括前馈差分电路，该前馈差分电路被配置为输出电压差与乘以输出电压和输入电压的比率的电压差之间的差值。该增益级可被配置为放大电压差与乘除法器电路的输出之间的差值以生成前馈电压。

5、该epcm控制器还可包括：第一采样保持电路，该第一采样保持电路被配置为在第一时间对第一电流感测电压进行采样并输出第一采样电流感测电压；第二采样保持电路，该第二采样保持电路被配置为在第二时间对第二电流感测电压进行采样并输出第二采样电流感测电压；电流感测差分电路，该电流感测差分电路被配置为输出作为第一采样电流感测电压与第二采样电流感测电压之间的差值的电压差；以及延迟电路，该延迟电路被配置为在对第一电流感测电压进行采样之后将对第二电流感测电压的采样延迟一时间延迟时段。

6、根据示例性实施方案，该epcm控制器可包括：乘除法器电路，该乘除法器电路被配置为将电压差乘以输出电压与输入电压的比率；前馈差分电路，该前馈差分电路被配置为从乘除法器电路的输出中减去电压差；以及增益级，该增益级被配置为放大电压差与乘除法器电路的输出之间的差值以生成前馈电压。

7、该epcm控制器还可包括振荡器电路，该振荡器电路被配置为生成一系列时钟脉冲，并且该延迟电路可包括分频器，该分频器被配置为接收该系列时钟脉冲并生成与该系列时钟脉冲的第一时钟脉冲相对应的第一频率抽头信号以及与该系列时钟脉冲的第二时钟脉冲相对应的第二频率抽头信号。该第一采样保持电路可被配置为响应于第一频率抽头信号对第一电流感测电压进行采样，并且该第二采样保持电路可被配置为响应于第二频率抽头信号对第二电流感测电压进行采样。

8、根据一个或多个示例性实施方案的一方面，提供了一种用于控制同步降压转换器的仿真峰值电流模式(epcm)控制器，该同步降压转换器被配置为接收输入电压并生成输出电压，该同步降压转换器具有电感器、高侧开关和低侧开关。该epcm控制器可包括：脉宽调制(pwm)锁存器，该pwm锁存器被配置为交替地接通和关断所述高侧开关和低侧开关；电流感测元件，该电流感测元件被配置为基于通过电感器的电感器电流来输出电流感测电压；以及前馈电路，该前馈电路被配置为生成前馈电压。该电流感测元件可在低侧开关接通时在第一时间输出第一电流感测电压，并且可在从第一时间延迟但仍在低侧开关的导通时段期间的第二时间输出第二电流感测电压。该前馈电路可基于表示第一电流感测电压与第二电流感测电压之间的差值的电压差来生成前馈电压。该pwm锁存器可被配置为基于前馈电压来交替地接通和关断高侧开关和低侧开关。

9、该epcm控制器还可包括：斜坡电压发生器，该斜坡电压发生器被配置为生成斜坡电压；电流控制命令电压源，该电流控制命令电压源被配置为生成电流控制命令电压；以及电流感测比较器，该电流感测比较器将斜坡电压和第二电流感测电压的和与前馈电压和电流控制命令电压的和进行比较，并且基于该比较向pwm锁存器输出控制信号。该pwm锁存器可被配置为基于由电流感测比较器输出的控制信号来交替地接通和关断高侧开关和低侧开关。

10、该epcm控制器还可包括：乘除法器电路，该乘除法器电路被配置为将电压差乘以输出电压与输入电压的比率；以及增益级，该增益级被配置为放大乘除法器电路的输出以生成前馈电压。

11、该epcm控制器还可包括：第一采样保持电路，该第一采样保持电路被配置为在第一时间对第一电流感测电压进行采样并输出第一采样电流感测电压；第二采样保持电路，该第二采样保持电路被配置为在第二时间对第二电流感测电压进行采样并输出第二采样电流感测电压；电流感测差分电路，该电流感测差分电路被配置为输出作为第一采样电流感测电压与第二采样电流感测电压之间的差值的电压差；以及延迟电路，该延迟电路被配置为在对第一电流感测电压进行采样之后将对第二电流感测电压的采样延迟一时间延迟时段。

12、根据示例性实施方案，该epcm控制器可包括：乘除法器电路，该乘除法器电路被配置为将电压差乘以输出电压与输入电压的比率；前馈差分电路，该前馈差分电路被配置为从乘除法器电路的输出中减去电压差；以及增益级，该增益级被配置为放大电压差与乘除法器电路的输出之间的差值以生成前馈电压。

13、该epcm控制器还可包括振荡器电路，该振荡器电路被配置为生成一系列时钟脉冲，并且该延迟电路可包括分频器，该分频器被配置为接收该系列时钟脉冲并生成与该系列时钟脉冲的第一时钟脉冲相对应的第一频率抽头信号以及与该系列时钟脉冲的第二时钟脉冲相对应的第二频率抽头信号。该第一采样保持电路可被配置为响应于第一频率抽头信号对第一电流感测电压进行采样，并且该第二采样保持电路可被配置为响应于第二频率抽头信号对第二电流感测电压进行采样。

14、根据一个或多个示例性实施方案的一方面，提供了一种控制同步降压转换器的仿真峰值电流模式控制(epcmc)方法，该同步降压转换器被配置为接收输入电压并生成输出电压，并且具有电感器、高侧开关和低侧开关。该方法可包括：生成脉宽调制(pwm)信号以分别交替地接通和关断高侧开关和低侧开关；基于在低侧开关接通时在第一时间通过电感器的电感器电流来输出第一电流感测电压；基于在从第一时间延迟但仍在低侧开关的导通时段期间的第二时间通过电感器的电感器电流来输出第二电流感测电压；以及基于表示第一电流感测电压与第二电流感测电压之间的差值的电压差来生成前馈电压。该pwm信号可基于所述前馈电压生成。

15、该方法还可包括：生成斜坡电压，生成电流控制命令电压，将斜坡电压和第二电流感测电压的和与前馈电压和电流控制命令电压的和进行比较，以及基于该比较输出控制信号。该pwm信号可基于所述控制信号生成。

16、该方法还可包括将电压差乘以输出电压与输入电压的比率，以及放大相乘步骤的结果以生成前馈电压。

17、该方法还可包括：在第一时间对第一电流感测电压进行采样并输出第一采样电流感测电压，以及在第二时间对第二电流感测电压进行采样并输出第二采样电流感测电压。该方法可包括输出作为第一采样电流感测电压与第二采样电流感测电压之间的差值的电压差。对第二电流感测电压进行采样可在对第一电流感测电压进行采样之后延迟一时间延迟时段。

18、根据示例性实施方案，该方法可包括将电压差乘以输出电压与输入电压的比率，从相乘步骤的结果中减去电压差，以及放大相减的结果以生成前馈电压。

19、该方法还可包括：生成一系列时钟脉冲，生成与该系列时钟脉冲中的第一时钟脉冲相对应的第一频率抽头信号，以及生成与该系列时钟脉冲中的第二时钟脉冲相对应的第二频率抽头信号。对第一电流感测电压的采样可包括响应于第一频率抽头信号对第一电流感测电压进行采样，并且对第二电流感测电压的采样可包括响应于第二频率抽头信号对第二电流感测电压进行采样。