本公開涉及功率電子設(shè)備的領(lǐng)域，特別是涉及使用脈沖頻率調(diào)制(pfm)和恒定導(dǎo)通時(shí)間(cot)控制來調(diào)整并控制dc-dc轉(zhuǎn)換器中的輸出電壓紋波。

背景技術(shù)：

1、dc-dc轉(zhuǎn)換器被用于各種電子設(shè)備的功率管理，用于將一個(gè)電壓電平的輸入直流(dc)轉(zhuǎn)換為另一電壓電平的輸出dc。通過以這種方式調(diào)整電壓電平，dc-dc轉(zhuǎn)換器促進(jìn)設(shè)備內(nèi)的高效功率分配。

2、諸如降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器之類的已知基本dc-dc轉(zhuǎn)換器的公共元件包括功率晶體管和電感器。充當(dāng)開關(guān)的功率晶體管被用于控制通過電路的電流的流動(dòng)。電感器在電流流過它時(shí)將能量存儲(chǔ)在其磁場中，并且隨后在電流流動(dòng)被減少或停止時(shí)釋放該能量。

3、用于控制這些轉(zhuǎn)換器的一種技術(shù)涉及脈沖頻率調(diào)制(pfm)的使用。pfm控制是一種開關(guān)模式電源控制方法，其中基于負(fù)載條件，調(diào)制功率變壓器的頻率，以維持調(diào)節(jié)。獲得脈沖頻率調(diào)制的一種方法涉及恒定導(dǎo)通時(shí)間(cot)控制，cot控制是一種控制技術(shù)，其中功率晶體管的導(dǎo)通時(shí)間維持恒定，而關(guān)斷時(shí)間基于負(fù)載條件而變化。結(jié)合起來，pfm控制和cot控制可以允許在某些情況下對dc-dc轉(zhuǎn)換器進(jìn)行快速且高效的控制。然而，這些控制可能由于線路電壓的變化而受到輸出電壓紋波變化的影響。

4、連續(xù)傳導(dǎo)模式(ccm)控制是被用于解決這一挑戰(zhàn)的常規(guī)方法。在這種模式下，電流連續(xù)地流過電感器，并且轉(zhuǎn)換器不依賴于輸入電壓。然而，在輕負(fù)載條件下，ccm控制效率較低，其中恒定的切換頻率會(huì)降低轉(zhuǎn)換器的效率。

5、另一種已知的方法是自適應(yīng)恒定導(dǎo)通時(shí)間(acot)控制，該acot控制結(jié)合了積分回路以基于線路電壓適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間或峰值電流閾值。然而，這可能由于積分器的存在而造成較慢的轉(zhuǎn)換器響應(yīng)并且消耗較大的物理面積。

6、因此，需要用于dc-dc轉(zhuǎn)換器的改進(jìn)的控制技術(shù)，該控制技術(shù)可維持一致的電荷注入至輸出電容器中，而不管線路電壓的變化。優(yōu)選地，期望這類改進(jìn)的控制技術(shù)減輕輸出紋波，改進(jìn)dc調(diào)節(jié)，維持各種負(fù)載條件下的高效率性能并且降低系統(tǒng)復(fù)雜性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本文公開了一種dc-dc轉(zhuǎn)換器，該dc-dc轉(zhuǎn)換器包括：高側(cè)功率開關(guān)，其被耦合在輸入電壓與開關(guān)(switched)節(jié)點(diǎn)之間；低側(cè)功率開關(guān)，其被耦合在開關(guān)節(jié)點(diǎn)與地之間；電感器，其被耦合在開關(guān)節(jié)點(diǎn)與輸出節(jié)點(diǎn)之間；輸出電容器，其被耦合在輸出節(jié)點(diǎn)與地之間的輸出電容器；以及控制電路?？刂齐娐繁慌渲脼椴僮鞲邆?cè)功率開關(guān)處于操作的恒定電荷模式，以改變高側(cè)功率開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，從而維持恒定量的電荷在每個(gè)充電周期期間被轉(zhuǎn)移至輸出電容器，而與輸入電壓的變化無關(guān)。

2、控制電路可以包括：峰值電感器電流閾值生成器，其被配置為基于輸入電壓以及輸出節(jié)點(diǎn)處的輸出電壓生成閾值電壓，閾值電壓指示通過電感器的期望峰值電流；峰值電流控制電路，其被配置為將閾值電壓與斜坡電壓進(jìn)行比較，斜坡電壓指示通過電感器的電流；以及控制器，其被配置為在導(dǎo)通高側(cè)功率開關(guān)的同時(shí)關(guān)斷低側(cè)功率開關(guān)，直至斜坡電壓變得等于閾值電壓，并且然后在導(dǎo)通低側(cè)功率開關(guān)的同時(shí)關(guān)斷高側(cè)功率開關(guān)。

3、峰值電流控制電路可以包括比較器，該比較器被配置為將指示通過電感器的電流的斜坡電壓與閾值電壓進(jìn)行比較，并且基于比較生成控制信號(hào)。峰值電流控制電路還可以包括電流減法器、峰值電流電容器和開關(guān)，該電流減法器被配置為通過從指示輸入電壓的電流中減去指示輸出電壓的電流來生成輸出，輸出包括斜坡電流。開關(guān)被配置為在控制信號(hào)被斷言時(shí)將峰值電流電容器耦合至地，并且在控制信號(hào)被解除斷言時(shí)耦合峰值電流電容器，以接收斜坡電流。

4、峰值電感器電流閾值生成器可以包括電流分配器(divisor)和求根(rooting)電路，該電流分配器被配置為基于對指示輸入電壓的電流以及電流減法器的輸出執(zhí)行的分配操作來生成分配(division)電流，該求根電路被配置為對分配電流執(zhí)行平方根操作并且產(chǎn)生平方根操作的輸出作為閾值電壓。

5、電流鏡可以被配置為將由電流分配器生成的分配電流鏡像至求根電路。

6、求根電路可以包括第一晶體管，第一晶體管被耦合在供電電壓與第一節(jié)點(diǎn)之間，第一晶體管的柵極被耦合以根據(jù)分配電流被控制。該求根電路還可以包括第二晶體管，第二晶體管被耦合在第一節(jié)點(diǎn)與地之間，第二晶體管的柵極被耦合以根據(jù)第二節(jié)點(diǎn)處的電壓被控制。求根電路可以還包括第三晶體管，第三晶體管被耦合在第二節(jié)點(diǎn)與地之間，第三晶體管的柵極被耦合以根據(jù)第二節(jié)點(diǎn)處的電壓被控制。

7、求根電路還包括第四晶體管，第四晶體管被耦合在供電電壓與第二節(jié)點(diǎn)之間，第四晶體管根據(jù)第三節(jié)點(diǎn)處的電壓被控制。

8、求根電路還可以包括第五晶體管二極管，第五晶體管二極管被耦合在第四節(jié)點(diǎn)與地之間，其中分配電流被供應(yīng)到第四節(jié)點(diǎn)。

9、第一晶體管可以是第一n溝道晶體管，第一n溝道晶體管具有：漏極，其被連接至供電電壓；源極，其被連接至第一節(jié)點(diǎn)；以及柵極，其被連接至第四節(jié)點(diǎn)。第二晶體管可以是第二n溝道晶體管，第二n溝道晶體管具有：漏極，其被連接至第一節(jié)點(diǎn)；源極，其被連接至地；以及柵極，其被連接至第二節(jié)點(diǎn)。第三晶體管可以是第三n溝道晶體管，第三n溝道晶體管具有：漏極，其被連接至第二節(jié)點(diǎn)；源極，其被連接至地；以及柵極，其被連接至第二節(jié)點(diǎn)。第四晶體管可以是第一p溝道晶體管，第一p溝道晶體管具有：源極，其被連接至供電電壓；漏極，其被連接至第二節(jié)點(diǎn)；以及柵極，其被連接至第三節(jié)點(diǎn)。第五晶體管可以是第四n溝道晶體管，第四n溝道晶體管具有：漏極，其被連接至第四節(jié)點(diǎn)：源極，其被連接至地；以及柵極，其被連接至第四節(jié)點(diǎn)。

10、電流鏡可以被配置為將由電流分配器生成的分配電流鏡像至求根電路。電流鏡可以包括：第六晶體管，其被耦合以接收分配電流；第七晶體管，其以鏡像關(guān)系與第六晶體管耦合，由此從第三節(jié)點(diǎn)吸收分配電流的副本；第八晶體管，其被耦合以具有從第八晶體管吸收的分配電流的副本；第九晶體管，其以鏡像關(guān)系與第八晶體管耦合，由此向第四節(jié)點(diǎn)供應(yīng)分配電流；以及第十晶體管，其以鏡像關(guān)系與第九晶體管耦合。

11、第六晶體管可以是第五n溝道晶體管，第五n溝道晶體管具有：漏極，其被耦合以接收分配電流；柵極，其被連接至第五n溝道晶體管的漏極；以及源極，其被連接至地。第七晶體管可以是第六n溝道晶體管，第六n溝道晶體管具有：漏極，其連接至第三節(jié)點(diǎn)；源極，其被連接至地；以及柵極，其被連接至第三節(jié)點(diǎn)，第七晶體管與第六晶體管呈鏡像關(guān)系。第八晶體管可以是第二p溝道晶體管(mp1)，第二p溝道晶體管具有：源極，其被連接至供電電壓；漏極，其被連接至第三節(jié)點(diǎn)；柵極，其被連接至第三節(jié)點(diǎn)。第九晶體管可以是第三p溝道晶體管，第三p溝道晶體管具有：源極，其被連接至供電電壓；漏極，其被連接至第四節(jié)點(diǎn)；以及柵極，其被連接至第三節(jié)點(diǎn)。第十晶體管可以是第四p溝道晶體管，第四p溝道晶體管具有：源極，其被連接至供電電壓；漏極，其被連接至地；以及柵極，其被連接至第三節(jié)點(diǎn)。

12、本文還公開了方法方面。例如，本文公開了一種操作dc-dc轉(zhuǎn)換器的方法，該方法包括：響應(yīng)于每次反饋電壓等于或者低于參考電壓，關(guān)斷低側(cè)功率開關(guān)并且導(dǎo)通高側(cè)功率開關(guān)，由此開始充電周期。該方法可以還包括：設(shè)置高側(cè)功率開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，以維持恒定量的電荷在每個(gè)充電周期期間從輸入節(jié)點(diǎn)在電感器的協(xié)作下被轉(zhuǎn)移至輸出電容器，而與輸入節(jié)點(diǎn)處的輸入電壓的變化無關(guān)。

13、設(shè)置高側(cè)功率開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，以維持恒定量的電荷在每個(gè)充電周期期間從輸入節(jié)點(diǎn)在所述電感器的協(xié)作下被轉(zhuǎn)移至輸出電容器，而與輸入節(jié)點(diǎn)處的輸入電壓無關(guān)，可以是通過以下來執(zhí)行的：基于輸入電壓以及輸出節(jié)點(diǎn)處的輸出電壓生成閾值電壓，閾值電壓指示通過電感器的期望峰值電流；將閾值電壓與斜坡電壓進(jìn)行比較，斜坡電壓指示通過電感器的電流；以及在導(dǎo)通高側(cè)功率開關(guān)的同時(shí)關(guān)斷低側(cè)功率開關(guān)，直至峰值電壓變得等于閾值電壓，然后在導(dǎo)通低側(cè)功率開關(guān)的同時(shí)關(guān)斷高側(cè)功率開關(guān)，然后在通過電感器的電流過零時(shí)關(guān)斷低側(cè)功率開關(guān)。

14、生成閾值電壓可以包括：基于對指示輸入電壓的電流以及指示輸入電壓的電流與指示輸出電壓的電流之間的差的輸出執(zhí)行的分配操作，生成分配電流；以及對分配電流執(zhí)行平方根操作，并且產(chǎn)生平方根操作的輸出作為閾值電壓。