[发明专利]具有改善效率的开关模式DC-DC转换器

说明书

本发明涉及具有改善效率的开关模式DC‑DC转换器。该开关模式DC转换器包括电感器和开关，该电感器被配置成存储能量，该开关在切换节点处与电感器耦接，其中，该开关能够被配置成闭合或断开，以控制将存储在所述电感器处的能量释放至所述转换器的输出节点，其中，所述输出节点被配置成提供经转换的电压。该开关模式DC转换器还包括电路，该电路被配置成基于该开关之间的电压差来控制断开该开关的定时，其中基于在切换节点处的电压来调节对该电压差的测量。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年6月12日提交的美国临时专利申请第62/011,401号的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。

技术领域

本公开一般涉及DC-DC转换领域，特别涉及在轻负载导电模式下具有改善的效率的开关模式集成转换器。

背景技术

DC-DC转换器通常用于为电子系统提供稳定高效的电压源。BOOST或升压转换器是一种提供比其输入电压更高的输出电压的DC-DC转换器。例如，输入电池电压可以增压到所希望的较高电压，以向电子系统提供恒定的电力供给，例如，一串发光二极管所需要的较高工作电压。DC-DC转换器的负载可以在大范围内变化，并且转换器通常需要在不同模式下工作。当DC-DC转换器在连续导电模式(CCM，continuous conduction mode)下工作时，负载充分利用在每个切换周期期间由输入电源供应的电力。另一方面，当转换器在非连续导电模式(DCM，discontinuous conduction mode)下工作时，负载需要来自电源的较低电流，在切换周期的全部周期或部分周期期间供应至输出的电流变为零。DC-DC转换器常常需要在两种操作模式下以及在各种电力需求情况下具有良好的整体转换效率。

图1图示了可以进行DC-DCBOOST增压型转换器。参考图1，电路100包括在节点VIN处的电压源，其电压电平等于输入电压。电感器102连接在VIN节点与中间切换节点LX之间。两个开关104和106连接至中间切换节点LX。两个开关104和106都可以是功率MOS晶体管。开关104连接在中间切换节点LX与接地节点GND之间，并且被配置成对电感器102充电。开关106连接在中间切换节点LX与输出节点VOUT之间，并且用作为放电开关。输出电容器110也连接至增压转换器的输出节点VOUT。开关106通过使电感器中所存储的能量改变线路来使电感器102放电，以对输出电容器110充电。

增压转换器的基本操作开始于将输入脉冲施加到开关104(例如，在节点栅极1处)，该输入脉冲使开关104将中间切换节点LX短路到地。电流开始流过电感器102，激励电感器。在这段时间期间，开关106是打开的。当开关102打开并且脉冲被施加到开关106(例如，在节点栅极2处)时，发生下一阶段。在这段时间期间，存在穿过电感器102和开关106至电容器110和负载112的导电路径。虽然存储在电容器110处的电荷通过负载流出，然而在每个切换周期期间，电容器110被再充电。由控制器108提供脉冲，控制器108可以设置将脉冲的宽度，以保持在在负载112两端的输出电压的预定电平。

图2A图示了用于开关102和开关104的控制波形，以及针对连续导电模式(CCM)所得到的稳态电流波形。这是在负载接近于转换器的最大期望值的情况下的正常工作模式。如图2A的图200中所示，在循环时间T1期间，由于节点栅极1处的脉冲电压，开关104闭合，并且通过电感器102的电流斜升。在循环时间T1期间，开关106断开。另一方面，在循环时间T2期间，开关104断开，开关106闭合，并且电感器102被配置成对电容器110和负载112充电，使通过电感器102的电流下降。可以选择循环时间T1与循环时间T2之间的比，以将输出电压保持在预定电平。