[发明专利]脉动线性电力转换器

说明书

技术领域

本公开涉及脉动线性电力转换器。

背景技术

选择电力转换器的当代设计以满足诸如高效率、准确输出调节、快速暂态响应、低解决方案成本等的指定性能要求。电力转换器用给定输入电压为负载生成输出电压和电流。需要在稳态和暂态状况期间满足电流调节或负载电压要求。根据特定应用，线性电力转换器或开关电力转换器可以是适宜的解决方案。

线性电力转换器适于为非常低通电器件供电。它们简单且成本低。然而，由于它们的工作方式，导致它们极其低效。

线性电力转换器通过取输入电压和输出电压之差，并且将功率差异作为余热耗散而进行工作。输入和输出电压之间的差越大，生成的热越多。在许多情况下，线性电力转换器比它实际上最终向目标器件的传递的浪费更多的电力，从而使电压降压。

图1示出线性电力转换器11、输出电容器14和负载12。线性电力转换器11包括场效应晶体管FET，场效应晶体管FET在其线性模式下运行，从而作为与负载12串联的可变电阻器工作。此外，线性电力转换器11包括用于动态调节FET 13的电阻的反馈回路。

为了创建反馈回路，误差放大器15借助取样电阻器网络R_A和R_B来感测输出电压，然后将反馈电压V_FB与参考电压V_REF进行比较。误差放大器输出电压驱动FET的栅极。当输入电压V_in减小或负载电流增大时，输出电压减小。反馈电压V_FB也减小。结果，反馈误差放大器生成增大的栅极电压。这样减小了源极和漏极之间的电压降V_SD并且恢复输出电压，使得V_FB等于V_REF。以类似的方式，当输出电压增大时，负反馈回路增大V_SD。如已经提到的，线性电力调节器的主要不足是过量的功率耗散。

相比之下，开关电力转换器通过逐渐地从输入电压源取得少量能量，并且将它们移至输出而进行工作。这是通过电开关和控制能量传递到输出的速率的控制器来实现。

以这种方式使一定量的能量移动所涉及的能量损耗相对小，并且结果是，开关电力转换器通常可具有高得多的效率。

图2示出包括能切换电力级21的开关DC-DC转换器，其中，根据开关信号和输入电压来生成输出电压。在将输出电压V_out调节成参考电压V_REF的数字控制电路中，生成开关信号。开关电力级21包括由高侧FET 22和低侧FET 23以及电感24和电容25组成的双开关。在充电阶段期间，通过切换信号，高侧FET 22导通并且低侧FET 23截止，以对电容器进行充电。在放电阶段期间，高侧FET 22截止并且低侧FET 23导通，以将平均电感器电流与负载电流匹配。生成作为占空比由控制规律确定的数字脉宽调制(PWM)信号的开关信号。开关电力转换器适于高负载。当驱动轻负载时，在实现二极管仿真时，PWM信号的占空比变得非常小。然而，不能使高侧FET的导通时间任意地小。因此，需要最少的导通时间。此外，在开关电力转换器中出现开关损耗。

因此，具体地，当驱动轻负载时，需要的是节能电力转换器。

发明内容

大体结合附图中的至少一个示出和/或描述的电力转换器和相关方法在权利要求书中更完全地阐述。

本公开涉及具有在其线性模式下运行的高侧开关的开关电力转换器。电力转换器的效率大于百分之50。损耗只是线性电力转换器的损耗的d倍，其中，d是导通时间对周期。

将根据以下的描述和附图来更充分地理解本公开的这些和其他优点、方面和新颖特征及其示例实施例的细节。

附图说明

将参照附图，其中：

图1示出线性电力转换器的框图；

图2示出开关电力转换器的框图；

图3示出PWM信号和脉动线性调节(实线)和传统开关调节(虚线)的电感器电流与时间的关系；

图4示出效率度量与Vo/Vin的关系；以及

图5示出相对损耗与Vo/Vin的关系。

具体实施方式