一种应用于开关电容DC-DC转换器的控制方法

本发明涉及dc-dc转换器的控制方法，尤其涉及一种应用于开关电容dc-dc转换器的控制方法。

背景技术：

1、传统的开关电容dc-dc转换器采用脉冲频率调制来调节输出电压：当输出电流降低时，开关频率降低，即开关电容阵列减少开关次数来减少对输出结点释放的电荷，从而实现稳压，同时降频可以减小损耗，提升轻载效率。但这种连续频率调制存在的问题是：在低开关频率时，其瞬态响应速度受限于频率和带宽的限制，会延长环路响应的时间，导致很差的动态性能。

2、参考文献：

3、[1] villar-piqué, h. j. bergveld, and e. alarcón, “survey andbenchmark of fully integrated switching power converters: switched-capacitorversus inductive approach,” ieee transactions on power electronics, vol. 28,no. 9, pp. 4156-4167, 2013.

4、[2] y. lu, j. jiang, and w. h. ki, “a multiphase switched-capacitordc–dc converter ring with fast transient response and small ripple,” ieeejournal of solid-state circuits, vol. 52, no. 2, pp. 579-591, 2017.

5、[3]o. y. wong, and p. h. chen, “fully integrated voltage doubler withdual-mode three-dimensional load regulation for on-chip photovoltaic-poweredapplications,” ieee transactions on power electronics, vol. 34, no. 2, pp.1481-1491, 2019.

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种应用于开关电容dc-dc转换器的控制方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、本发明中所述一种应用于开关电容dc-dc转换器的控制方法，在中载至重载时，工作在连续调频控制模式；在轻载时，工作在跳脉冲控制模式；模式切换模块监控控制变量以在到达预设条件时切换工作模式。

3、模式切换时，动态采样频率会根据负载变化动态加速，同时提前对控制变量赋初值。

4、在中载至重载时，输出电压vo与参考电压vref进行比较之后输出比较结果vctrl，比较结果vctrl作为v-f模块的控制信号；当比较结果vctrl越大，输出时钟频率f越高，时钟频率f作为开关电容阵列的开关频率以调节输出电压。

5、在轻载时，当采样时钟clk上升沿来临时，若输出电压vo低于参考电压vref，令开关电容阵列进行一次开关操作以抬高输出电压vo；若输出电压vo高于参考电压vref则保持开关电容阵列关闭以降低输出电压vo。

6、动态采样频率通过op计数器、on计数器和环形振荡器实现：on计数器统计每相邻op脉冲内on脉冲的数量non，op计数器会统计每相邻on脉冲内op脉冲的数量nop；3bit状态机则根据op计数器和on计数器的输出对环形振荡器的偏置电流控制信号进行更新，从而输出不同频率的采样时钟。

7、本发明中所述一种应用于开关电容dc-dc转换器的控制方法，其优点在于，实现环路之间更平滑的过渡。该发明解决了系统在低负载条件下瞬态响应速度慢和效率低的问题，能够使系统在宽负载范围内实现高效率和快速瞬态响应。

技术特征：

1.一种应用于开关电容dc-dc转换器的控制方法，其特征在于，在中载至重载时，工作在连续调频控制模式；在轻载时，工作在跳脉冲控制模式；模式切换模块监控控制变量以在到达预设条件时切换工作模式。

2.根据权利要求1所述一种应用于开关电容dc-dc转换器的控制方法，其特征在于，模式切换时，动态采样频率会根据负载变化动态加速，同时提前对控制变量赋初值。

3.根据权利要求1所述一种应用于开关电容dc-dc转换器的控制方法，其特征在于，在中载至重载时，输出电压vo与参考电压vref进行比较之后输出比较结果vctrl，比较结果vctrl作为v-f模块的控制信号；当比较结果vctrl越大，输出时钟频率f越高，时钟频率f作为开关电容阵列的开关频率以调节输出电压。

4.根据权利要求1所述一种应用于开关电容dc-dc转换器的控制方法，其特征在于，在轻载时，当采样时钟clk上升沿来临时，若输出电压vo低于参考电压vref，令开关电容阵列进行一次开关操作以抬高输出电压vo；若输出电压vo高于参考电压vref则保持开关电容阵列关闭以降低输出电压vo。

5.根据权利要求2所述一种应用于开关电容dc-dc转换器的控制方法，其特征在于，动态采样频率通过op计数器、on计数器和环形振荡器实现：on计数器统计每相邻op脉冲内on脉冲的数量non，op计数器会统计每相邻on脉冲内op脉冲的数量nop；3bit状态机则根据op计数器和on计数器的输出对环形振荡器的偏置电流控制信号进行更新，从而输出不同频率的采样时钟。

技术总结
本发明公开了一种应用于开关电容DC‑DC转换器的控制方法，涉及DC‑DC转换器的控制方法，针对现有技术中动态性能差的问题提出本方案。在中载至重载时，工作在连续调频控制模式；在轻载时，工作在跳脉冲控制模式；模式切换模块监控控制变量以在到达预设条件时切换工作模式。优点在于，实现环路之间更平滑的过渡。该发明解决了系统在低负载条件下瞬态响应速度慢和效率低的问题，能够使系统在宽负载范围内实现高效率和快速瞬态响应。

技术研发人员：郑彦祺,刘丞,汪志演,陈志坚,李斌,吴朝晖
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17