[发明专利]升压转换器

说明书

技术领域

本发明涉及升压转换器领域，具体地涉及平均电流模式控制的升压转换器。

背景技术

在现代电池供电的便携电子设备如智能手机中，高效升压转换器用于所需电压高于电池电压的电路。在需要重新充电以前，高的电源效率对于长的工作时间至关重要。

在升压转换器中，通常需要限制峰值电流以防止过载造成损坏。峰值电流模式控制的优点在于电感器中的最大电流得到控制，且最大电流可以容易的方式用于限制输入功率。对于高电压转换比下发生的高占空比，出于电流回路稳定性的考虑，需要斜坡补偿。抛物线型斜坡补偿给出电流回路的最大速度并确保所有转换比下的稳定性。

抛物线型斜坡补偿的峰值电流模式控制的升压转换器的缺点在于，最大平均电感器电流取决于斜坡补偿的量，并因此在很大程度上取决于升压电压。结果是最大输出功率在很大程度上取决于升压电压。

图1所示为基本升压转换器电路，并且用于解释工作原理。

许多升压转换器使用连接在电池及两个开关开关1和开关2之间的电感器，所述两个开关连接电感器至地或至输出电容。

开关1的接通取决于切换频率f(或周期T)及占空比D，开关1关断时，开关2接通。因此得到的电感器L中的电流I_L为三角形状电流，其斜率由电池电压V_BAT及电池电压与输出电压间的差值V_BAT-V_BST确定。

在图1所示结构中，由用于操作开关的占空比D确定输出电压与电池电压间的比例：

其中，D’=1-D。

升压转换器通常为具有可变负载电流的(可编程)恒定升压电压设计。电流模式控制包括将控制升压电压的回路分为两部分：

(i)内环，电流环，用作受控电流源。设定值为由电压反馈模块产生的基准电流。

(ii)外环，电压环，根据输出端的误差电压调整受控电流源的值。在正常升压操作中，负载电流的变化引起电压误差。调整受控电流源的值可将此电压误差最小化。

本发明涉及电流模式控制升压转换器中使用的电流环。

许多升压转换器在电流环中使用峰值电流模式控制。在峰值电流模式控制中，电感器电流I_L与峰值电流I_PEAK比较。在每个周期开始，开关1接通，I_L以斜率S₁(＞0)增加。一旦I_L等于峰值电流I_PEAK，开关2接通(且开关1关断)，电流以斜率S₂(<0)减小。

此峰值电流模式控制中电流与时间的关系如图2所示。在稳态下，其关系为：

S_lDT+S₂(1-D)T=0

图3可见流过电感器的电流在t=0时刻的误差ΔI_L，0的传递。I_L，AVG代表流过电感器的平均电流。

图3所示为峰值电流模式控制下的电流波形及没有斜坡补偿、|S₂|<|S_l|的情况下的误差传递。

在时间段0<t<T内，占空比D随电流中的误差ΔI_L，0以如下方式变化：

在时刻t=T，电流误差ΔI_L，1则等于：

一个周期后此电流误差的放大比例等于：

n个周期后，最初的误差由因子A(n)放大为：

由于S₂<0且S_l>0，此误差正负交替。注意，当|S₂|>|S_l|或D>50％时，此系统并不稳定。

图4所示为峰值电流模式控制下的电流波形及|S₂|>|S₁|时的误差传递情形，且图4示出导致次谐波振荡的不稳定运行状况。