用于升降压调节器的三阶段控制器的制造方法
【专利说明】用于升降压调节器的三阶段控制器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请涉及并要求享有于2014年9月25日提交的、名称为“Three PhasesController for Buck-Boost Regulator，，、发明人为 Andrea Milanes1、Saver1 De Palma和Giuseppe Luciano、申请号为62/055，187的美国临时专利申请的优先权，该申请以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003]本发明总体上涉及DC-DC转换器，更具体而言涉及具有三阶段控制器的DC-DC转换器。
【背景技术】
[0004]DC-DC转换器是一种将直流(DC)电源从一个电压电平转换至另一个电压电平的电路。DC-DC转换器在诸如蜂窝式移动电话和便携式电脑之类的便携式电子设备中非常重要，所述便携式电子设备主要由电池来提供电力。当电池放电时能够提供恒定的电压非常重要。开关式DC-DC转换器是借助转换器来补偿来自电池的不断衰减的电压电平的这样一种解决方案。
[0005]DC-DC开关变换器可以用作升压转换器、降压转换器或升降压转换器。升降压转换器是一种DC-DC转换器，其输出电压的大小要么高于输入电压的大小要么低于输入电压的大小。升降压转换器要么采用反向拓扑要么采用与升压转换器拓扑相结合的降压转换器。对于反向拓扑，输出电压具有与输入电压相反的极性。这是具有与升压转换器和降压转换器类似的电路拓扑的开关模式电源。输出电压是基于开关晶体管的占空比可调节的。与升压转换器拓扑结合的降压转换器导致输出电压通常与输入电压的极性相同，但也可能低于或高于输入电压。这种非反相升降压转换器可以采用单个电感器或者如同在SEPIC(单端型主电感器转换器)和Cuk拓扑中一样采用多个电感器但仅采用单个开关，所述电感器既用于降压转换器又用于升压转换器。
[0006]反向升降压拓扑结构的典型缺点在于功率晶体管的开关动作将在输入电容器中引起尚电流纹波，并且因此具有有限的线路瞬变性能。
[0007]因此，期望有一种提供灵活且稳定的升降压转换器或调节器的解决方案的系统、设备和方法。
【发明内容】
[0008]本发明的某些实施例提供了采用三个独立的开关阶段的升降压调节器的系统、设备和方法。如前所述，典型的升降压DC调节器具有有限的线路瞬变性能。当低输出电流纹波是必要时，需要更加灵活且稳定的升降压调节器。
[0009]根据本发明的各个实施例，公开了一种三阶段升降压调节器。该调节器可以在升压模式、降压模式或升降压模式下工作。该调节器运行在升压模式下或降压模式下的两个阶段运行，或者运行在升降压模式下的三个阶段。
[0010]在一个实施例中，调节器可以在升压模式、降压模式下运行或者在升降压模式下运行。通过改变模式使得输出电压保持不变，并且纹波电压被良好地控制。如果输入电压低于输出电压的第一阈值，那么调节器在升压(逐步增大的)模式下运行。如果输入电压高于输出电压的第二阈值，那么调节器在降压(逐步减小的)模式下运行。当输入电压和输出电压之间的差值在一定范围内时，调节器在升降压模式下运行。
[0011]在某些实施例中，利用两个比较结果来选择实际的工作模式。当输入电压低于输出电压的第一阈值时，调节器在升压模式下运行。当输入电压高于输出电压的第二阈值时，调节器在降压模式下运行。当输入电压在第一阈值与第二阈值之间时，选择升降压模式。
[0012]在一个实施例中，升降压调节器包括多个可控开关和作为能量存储装置的电感器。取决于输入电压与输出电压之间的比较结果，可以将开关切换为开/关。在升压模式下，电感器的电流通路在输入和地之间。在降压模式下，电感器的电流通路在地和输出之间。在升降压模式下，电感器电流通路在地和输出之间。
[0013]将本发明的各个方面应用于采用电感器作为能量存储部件的DC升降压调节器装置。在此公开的本发明也适用于利用其他能量存储部件(例如，多个电感器、一个或多个电容器、电容器和电感器的组合等)的DC升降压调节器装置。为了简单和清晰，在本文中采用一个电感器作为实例来描述本发明。采用其他能量存储部件来描述的发明也包含在本发明的范围之内。
【附图说明】
[0014]参考附图中所示的本发明的示例性实施例。这些图旨在为说明而非限制。尽管通常在这些实施例的内容中描述本发明，但是并非旨在通过这样描述将本发明的范围限于所示出和所描述的实施例的特定特征。
[0015]图1是根据本发明的各个实施例的升降压调节器的示意框图。
[0016]图2是根据本发明的各个实施例的升降压调节器的示意图。
[0017]图3是根据本发明的各个实施例的升降压转换器的拓扑结构。
[0018]图4示出了根据本发明的各个实施例的升降压调节器在阶段1中的电流通路。
[0019]图5示出了根据本发明的各个实施例的升降压调节器在阶段2中的电流通路。
[0020]图6示出了根据本发明的各个实施例的升降压调节器在阶段3中的电流通路。
[0021]图7详细地示出了根据本发明的各个实施例的三个运行阶段，其中，每个时钟周期已被分开。
[0022]图8示出了根据本发明的各个实施例的升降压调节器在升压模式下的三种可能的状态。
[0023]图9示出了根据本发明的各个实施例的升降压调节器在降压模式下的三种可能的状态。
[0024]图10示出了根据本发明的各个实施例的升降压调节器在升降压模式下的三种可能的状态。
[0025]图11示出了示例性的多个波形，其示出了从三阶段升压模式到两阶段升压模式的转换。
[0026]本领域的技术人员应当认识到可以根据说明书实施本发明的各个实施方式和实施例。全部的这些实施方式和实施例都旨在包含于本发明的范围之内。
【具体实施方式】
[0027]在以下说明中，出于解释的目的，为了使本发明易于理解，阐述了具体的细节。然而，可以在没有某些或全部这些细节的情况下实施本发明。可以将以下所描述的本发明的实施例并入多个不同的电气部件、电路、设备和系统中。框图中所示的结构和设备说明了本发明的示例性实施例，并且未被用作使本发明的宽教导难以理解的借口。附图内部件之间的联系并非旨在限于直接联系。相反，可以通过中间部件来修改、重新设计格式或改变部件之间的联系。
[0028]当说明书涉及“一个实施例”或“实施例”时，其旨结合该实施例描述的特定特征、结构、特性或功能包括在本发明的至少一个预期的实施例中。因此，在说明书中多处出现的短语“在一个实施例中”非构成对本发明的单个实施例的多次参考。
[0029]将本发明的各个实施例用于升降压DC转换器。该转换器包括具有逻辑电路、开关等的多个部件。可以将这些部件集成到一个或多个模块或芯片中。各种变型可以依然在本发明的范围内。