[发明专利]用于直流至直流变换的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于直流至直流(DC-DC)变换的方法和装置。

背景技术

直流至直流变换器是一种电子电路，其将来自电源的直流电从一个电压电平变换为另一个电压电平(或从一个电流等级变换为另一电流等级)。例如，升压(boost)变换器提供比来自电源的输入电压大的输出电压，而降压(buck)变换器提供比输入电压小的输出电压。在电压调节器的特殊情况下，DC至DC变换器的额定输出电压可以与电源相同。DC-DC变换器可以被用在例如便携式电子装置或其他的移动式电子装置中，这些装置由来自电池的功率供电，其输出电压随着电池放电而缓慢变化。它们也可以被用在复杂的集成电路(例如，“芯片上系统”)中，其中共用的电源为不同的电路元件提供不同的电源电压，在这种情况下，电路元件的独立操作可能引起各个电源电压中的瞬变和其他快速变化。

电子开关模式的DC-DC变换器通过暂时存储输入能量并随后以不同电压将该能量释放至输出，从而将一个DC电压电平变换为另一电压电平。该存储可以是在磁场存储部件中，例如电感或变压器和/或在电场存储部件中，例如电容器。在连续电流模式中，电流和因此的感应能量存储中的磁场不会达到零。大部分DC-DC变换器被设计为仅在一个方向上传递功率，即从输入至输出。然而，双向DC-DC变换器可以被用来在任一方向上传递功率，例如，在需要再生制动的车辆驱动应用中。

DC-DC开关模式变换器被设计为将输出电压维持为具有良好调节的恒定和预定的电平，即使在承受输入电压或输入电流的快速变化时也是如此。一种类型的DC-DC开关模式变换器是脉宽调制(PWM)DC-DC功率变换器，其中产生一系列控制脉冲，以及在其宽度可控的每个控制脉冲周期的“占空比”部分期间交替存储输入能量，并且在控制脉冲周期的剩余部分被释放到输出。

负反馈控制电路可以被用来通过检测输出电压并根据所检测到的输出电压来控制占空比，从而相对于负载和输入电压变化来调节输出电压。负反馈控制电路需要检测输出电压的改变以及随后尝试通过反馈通道来减少这种改变，从而使得负反馈仅在输入电压的瞬态干扰的影响已经至少部分地在输出侧显现之后才对该输入电压的瞬态干扰做出响应。

前向控制电路可以被用于相对于干扰和输入电压的变化而调节输出电压，尤其是在某些输入电压快速变化或在宽范围中变化的应用中。前向控制PWM DC-DC功率变换器监视输入电压的干扰或变化，并且调节控制脉冲的占空比，从而控制输入干扰对输出电压的影响。理想的无损前向控制电路能够维持恒定的输出电压，而与输出负载变化无关，但是在实际中，损耗使得输出电压受负载变化影响。负反馈和前馈技术的组合能够实现更好的性能。前向控制提供电压调节的主要部分，而负反馈被用于补偿前向控制的其他缺陷，例如对输出负载变化敏感。

期望在使用前向控制的DC-DC变换器中获得改进的效率。

发明内容

本发明涉及一种直流至直流DC-DC变换器，包括：控制信号发生器，用于产生脉宽调制PWM控制信号；以及输出电压发生器，用于根据所述PWM控制信号的占空比从输入电压产生输出电压，其中，所述控制信号发生器包括前馈模块，用于控制作为所述输入电压的递减函数的所述PWM控制信号的所述占空比和重复速率，以补偿所述输入电压的变化。

附图说明

本发明以示例的方式被示出，并且不受附图中示出的实施例限制，附图中相同的参考标号表示类似的元件。为了简洁和清楚，示出了图中的元件，并且图中的元件不一定按比例示出。

图1是能够应用本发明的升压变换器的基本结构的示意框图；

图2是示出了能够应用本发明的降压变换器的基本结构的示意框图；

图3是以示例方式给出的根据本发明的一个实施例的升压变换器的更具体的示意框图；

图4是示出了在具有前向控制的传统PWM DC-DC功率变换器的操作中出现的信号随时间变化的曲线；

图5是示出了在图3的升压变换器的操作中出现的信号随时间变化的曲线；

图6是示出了对于两个不同的输入电压的图5的信号随时间变化的曲线；

图7是图3的升压变换器中的锯齿发生器的示例的示意图；以及

图8是图3的升压变换器中的振荡器的示例的示意图。

具体实施方式