用于在降压转换器中维持固定输出电压涟波的系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明有关于电源转换器，并且更明确地是有关于一种在不连续导电模式的降压 转换器中产生实质固定的输出电压涟波的系统及方法。
[0002] 优先权的主张
[0003] 此申请案是主张2014年5月2日申请的美国临时专利申请案序号61/987,500的优 先权，所述美国临时专利申请案的整体被纳入在此作为参考。
【背景技术】
[0004] 降压转换器通常利用同步的开关来运作以改善在连续导电模式CCM中的效率，并 且利用二极管模拟以改善在不连续导电模式DCM中的效率。固定的导通时间控制器是由于 其便于实施以及固有的DCM/CCM特性，而被普遍使用在降压转换器中。在其中转换器的导通 时间U n在所有的负载电流值下都维持为固定的习知技术的降压转换器中，DCM操作相较于 CCM操作是产生较大的输出电压涟波。在CCM及DCM操作中具有类似的涟波规格是所需要的。
【发明内容】
[0005] 在一实施例中，根据本发明的系统及方法是在一处于不连续导电模式的降压转换 器中产生一实质固定的输出电压涟波，其通过在所述降压转换器操作在不连续导电模式时 改变一驱动所述降压转换器的脉波宽度调变器PWM信号的导通时间。一第一信号被产生，其 为所述降压转换器的切换频率的一函数。此信号被低通滤波并且和一第二信号做比较，所 述第二信号是降压转换器在操作于连续导电模式中并且具有固定的PWM导通时间时的切换 频率的一函数。由所述比较器所产生的输出信号是一等于所述第一信号以及第二信号的比 例的信号。一电压控制的振荡器的导通时间是通过所述输出信号来加以控制，所述振荡器 信号使得所述PWM信号的导通时间以一种受控制的方式变化。
[0006] 在另一实施例中，一种用于在一降压转换器操作在不连续导电模式时改变一驱动 所述降压转换器的脉波宽度调变器PWM信号的导通时间的方法，其包括:产生一第一信号， 所述第一信号是所述降压转换器的切换频率的一函数;低通滤波所述第一信号;产生一第 二信号，所述第二信号是在所述降压转换器操作于连续导电模式中并且所述PWM信号的导 通时间是固定时的所述降压转换器的切换频率的一函数;产生一等于所述第一信号以及第 二信号的比例的输出信号；以所述输出信号的一函数来改变一振荡器信号的导通时间，所 述振荡器信号使得所述PWM信号的导通时间改变；以及使得所述输出信号来改变所述第一 信号以便于产生一调节所述输出信号的控制回路。
[0007] 其中，在一回授信号下降到低于一参考信号时使得所述PffM信号变为导通的，所述 回授信号是所述降压转换器的输出电压的一函数，并且其中所述输出信号是通过一增益级 以及一补偿级来加以修改，经修改的输出信号使得所述PWM信号在一段时间的持续期间之 后变为关断的，所述时间的持续期间是所述第一信号以及所述第二信号的所述比例的一函 数。
[0008] 其中，所述PWM信号的导通及关断状态是通过一设定-重置正反器来加以控制，在 所述回授信号下降到低于所述参考信号时使得所述设定-重置正反器被设定，并且以所述 第一信号以及所述第二信号的所述比例的一函数来使得所述设定-重置正反器被重置。
[0009] 其中，所述第一信号是一横跨一第一电容器的电压，所述第一信号的产生步骤包 括使得所述第一电容器在侦测到每个PWM信号的上升边缘时放电；以及使得在所述第一电 容器中的电荷以一耦接至所述第一电容器的电流源的一函数来上升;并且其中所述第二信 号是一固定的电压，其值是所述降压转换器在其操作于连续导电模式时的切换频率的一函 数;使得所述输出信号改变所述第一信号的步骤是包括使得所述电流源以所述输出信号的 一函数来改变所述第一电容器的充电时间。
[0010] 其中，所述低通滤波器包含一电容器，所述电容器具有一横跨所述电容器的电压， 所述电压是所述第一信号的平均电压的一函数，所述方法进一步包括在横跨所述电容器的 所述电压超过一默认的临界值时，重置所述低通滤波器的电容器。
[0011] 其中，当一回授信号下降到低于一参考信号时，所述PWM信号是被使得变为导通 的，所述回授信号是所述降压转换器的输出电压的一函数;并且其中所述输出信号是通过 一增益级以及一第二控制回路来加以修改，所述第二控制回路包括一补偿级、一乘法器以 及一第二低通滤波器;经修改的输出信号使得所述PWM信号在一段时间量之后变为关断的， 所述时间量是所述第一信号以及所述第二信号的所述比例的一函数。
[0012] 在另一实施例中，一种用于在一降压转换器操作在一不连续导电模式时改变驱动 所述降压转换器的脉波宽度调变器PWM信号的导通时间的系统，包括：
[0013] -第一电路，其用于转换降压转换器的切换频率成为一第一信号；
[0014] -低通滤波器，其用以滤波所述第一信号；
[0015] -第二电路，其用于产生一第二信号，所述第二信号是在所述降压转换器操作于 连续导电模式时的所述降压转换器的所述切换频率的一函数；
[0016] -比较器，其用于产生一输出信号，所述输出信号是所述经滤波的第一信号以及 所述第二信号的比例的一函数；
[0017] -回授回路，其用于耦接所述输出信号至所述第一电路；以及
[0018] -振荡器，其用于以所述输出信号的一函数来改变所述PffM信号的导通时间。
[0019] 其中，所述振荡器包括一包含一输入比较器的电压控制的振荡器、一用于产生所 述PWM信号的单触发电路、以及一导通时间控制区块，在所述输入比较器侦测到当所述降压 转换器的输出电压下降到低于一参考信号时，所述输入比较器使得所述单触发电路变为导 通的；以及
[0020] 所述导通时间控制区块是以所述第一信号以及所述第二信号的所述比例的一函 数并且以一增益级与一补偿级的一函数来产生一用于使得所述单触发电路重置的经修改 的输出信号。
[0021] 其中，所述单触发电路包括：
[0022] 一设定-重置正反器；
[0023] -开关；
[0024] 一电容器；
[0025] -电流源；以及
[0026] -第二比较器，
[0027] 并且其中每当所述输入比较器侦测到当所述降压转换器的所述输出电压下降到 低于一参考信号时，所述设定-重置正反器是被使得改变至一设定状态，并且其中当所述设 定-重置正反器在其设定状态时，所述开关是被使得为开路的，并且使得一斜波电压能够横 跨所述电容器以所述电流源的一函数来加以产生，所述比较器比较所述斜波电压与所述经 修改的输出信号，所述比较器的输出是在所述斜波电压超过所述经修改的输出信号时重置 所述设定-重置正反器。
[0028] 其中，所述导通时间控制区块包含一输入以及一输出，所述导通时间控制区块进 一步包括一具有两个输入及一输出的乘法器以及一第二低通滤波器，所述乘法器的所述两 个输入是经由所述低通滤波器而共同连接至所述导通时间控制区块的所述输出，所述乘法 器的所述输出是连接在所述补偿级的输入侧以产生一第二控制回路。
[0029] 其中，于转换所述降压转换器的所述切换频率成为一第一信号的所述第一电路包 括：
[0030] -第一电容器；
[0031 ] -开关，其横跨所述第一电容器来加以连接;以及
[0032] -电流源，并且其中所述第一电容器是在每个PWM信号的上升边缘被使得放电，并 且其中所述电流源是使得一斜波电压横跨所述第一电容器而被产生，所述电流源的输出电 流也是所述输出信号的一函数。
[0033] 其中，所述低通滤波器包含一电容器，所述电容器具有一横跨所述电容器的电压， 所述电压是所述第一信号的平均电压的一函数，所述系统进一步包括一重置电路，其用于 在横跨所述电容器的所述电压超过一默认的临界值时重置所述低通滤波器的电容器。
【附图说明】
[0034] 本发明的特点、优点及益处从以下结合所附的图式所做的说明将会变得更为明 显，所述图式只是为了例示的目的而被呈现，并没有意图要限制本发明，并且其中：
[0035] 图1是根据本发明的一实施例的一种降压转换器100的简化的方块图；
[0036] 图2是展示在图1的降压转换器中的切换频率以及输出电压涟波的图表，其中^"在 不连续导电模式中是被保持为固定的；
[0037]图3是描绘随着输出电流下降到低于介于连续导电模式的操作以及不连续导电模 式的操作之间的边界的转换器的临界电流时，在被传递至图1的降压转换器的输出电容器 的净电荷上的变化的时序图；
[0038] 图4是描绘被传递至图1的降压转换器的输出电容器的净电荷的时序图，其中根据 本发明的一实施例，ton是随着负载电流的一函数而被改