[发明专利]自适应稳压器及稳压方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及电子领域，更具体地，涉及稳压电路以及稳压方法。

背景技术

稳压器被设计为保持恒定的电压电平。稳压器可以是简单的“前馈”设计或可以包括负反馈控制环路。稳压器可以使用机电或电子组件，并且取决于设计，其可以用于调节一种或多种AC或DC电压。电子稳压器存在于诸如计算机供电电源的器件中，其中，它们使处理器和其他元件所使用的DC电压稳定。在汽车交流发电机和中心动力站发电机工厂中，稳压器控制工厂的输出。在电力分配系统中，稳压器可以安装在变电站中或沿着配电线路安装，从而使得所有用户接收稳定的电压，而与从配电线中获取多少电力无关。

随着目前关于物联网(IoT)、可穿戴设备和其他移动技术的发展，稳压器引起了新的关注。这种新的关注包括最小化硬件、低成本、紧凑设计、高性能以及高效率。例如，内置于眼镜、手表、运动跟踪器甚至是衣服内的无线传感器允许变革连通性并且形成IoT的关键部分。这种无线传感器是紧凑稳压器的具有挑战性的应用，因为通常在这种实施方式中，稳压器处理较宽的输入和输出范围。

用于IoT和其他紧凑器件的稳压器寻求保持长期的最大有效性。然而，在一段时间之后，这种器件中的电池趋于劣化、效率降低。对于非自适应稳压器，这种偏差导致能量的显著浪费并且减少器件的寿命。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种稳压电路，包括：第一比较器，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中，所述第一输入端连接至所述稳压电路的输出节点，并且所述第二端连接至具有参考电压的参考节点；第一晶体管和第二晶体管，其中，所述第一晶体管的漏极连接至所述第二晶体管的漏极；电感器，耦合在所述第一晶体管的漏极和所述输出节点之间；第一电容器和电阻器，并联连接在所述输出节点和所述第二晶体管的源极之间；峰值电流检测器，被配置为检测通过所述电感器的峰值电流；零交叉检测器，被配置为检测通过所述电感器的零交叉电流；以及控制单元，被配置为接收包括输入电压、时钟信号和所述第一比较器的输出的多个输入信号以自适应地控制所述稳压电路，其中，所述控制单元被配置为：基于所述稳压电路的所述输出节点上的电压和所述控制单元的所述输入电压来确定占空比；基于所述占空比计算所述第一晶体管的导通时间段的时钟周期的个数；和对所述导通时间段的时钟周期的个数进行计数以输出表示所述导通时间段的信号。根据本发明的另一方面，提供了一种控制电路，包括：模数转换器，具有连接至第一节点的第一输入端和连接至第二节点的第二输入端，其中，所述模数转换器被配置为基于所述第一节点和所述第二节点处的电压输出占空比；数字逻辑单元，具有连接至所述模数转换器的输出端的输入端，其中，所述数字逻辑单元被配置为基于所述占空比计算所述第一晶体管的导通时间段的时钟周期的个数；和计数器，具有连接至所述数字逻辑单元的所述输出端的输入端，其中，所述计数器被配置为对所述导通时间段的时钟周期的个数进行计数以输出表示所述导通时间段的信号；以及死区时间单元，被配置为防止所述第一晶体管和所述第二晶体管同时导通。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于稳压的方法，包括：在稳压电路的输出节点处测量输出电压；在比较器上比较稳压电路的所述输出电压与参考电压，以检测所述输出电压等于或小于所述参考电压的条件；在模数转换器上计算作为所述输出电压与输入电压的比率的占空比；在数字逻辑电路上根据所述占空比来计算第一晶体管的导通时间段T_HS，其中，电感器耦合在所述第一晶体管的漏极和所述输出节点之间；在计数器上进行计数，利用时钟周期以获得所述导通时间段T_HS；以及在所述时间段T_HS内使所述第一晶体管导通。

附图说明

当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳地理解本发明的各个方面。应该注意的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有必要按比例绘制。事实上，为了清楚讨论，各个部件的尺寸可以任意增大或减小。

图1是示出了根据一些实施例的自适应稳压器的示意图。

图2是示出了根据一些实施例的参考电压V_REF、输出电压V_OUT以及电感器电流I_L的信号点列图。

图3A是示出了根据一些实施例的作为占空比d和高侧导通时间T_HS的函数的效率ξ的点列图。

图3B是示出了根据一些实施例的作为占空比d和高侧导通时间T_HS的函数的效率ξ的表面网格。