[发明专利]具有过冲保护的DC-DC电力转换器

说明书

本公开涉及具有过冲保护的DC‑DC电力转换器。DC‑DC电力转换器将输入节点处的DC输入电压转换为输出节点处的DC输出电压。该转换器具有主控制回路，该主控制回路产生用于控制串联连接的p型和n型开关的控制信号，所述p型和n型开关选择性地将电感器连接到输入节点或地，同时以连续导通模式(CCM)或不连续导通模式(DCM)中的任一者操作该转换器。过零检测(ZCD)电路检测电感器电流何时达到零，并产生用于控制n型开关以在DCM模式期间抑制负电感器电流的ZCD控制信号。过冲保护(OP)电路检测DC输出电压何时太高，并产生用于控制n型开关以抑制可能由CCM至DCM模式转变和输出电流负载的突然减少引起的输出节点处的过冲状况的OP控制信号。

技术领域

本发明一般涉及DC-DC电力转换器，并且更具体地，涉及在连续导通模式(CCM)和不连续导通模式(DCM)之间自动切换的DC-DC电力转换器。

背景技术

图1是将DC输入电压DCDC_IN转换为较低DC输出电压DCDC_OUT的常规DC-DC降压电力转换器100的示意性框图。通常，DC-DC转换器100具有产生控制信号PCTRL和NCTRL的控制电路(如下所述的110、120和130)，控制信号PCTRL和NCTRL分别被施加到p型MOS晶体管开关P_SW和n型MOS晶体管开关N_SW的栅极。当控制信号PCTRL和NCTRL都为低时，开关P_SW接通而开关N_SW断开，使得内部节点LP连接到DCDC_IN。当控制信号PCTRL和NCTRL都为高时，开关P_SW断开而开关N_SW接通，使得内部节点LP连接到地。当控制信号PCTRL为高而控制信号NCTRL为低时，开关P_SW和N_SW两者都断开，使得内部节点LP与DCDC_IN和地隔离。控制电路被设计成使得当控制信号NCTRL为高时，控制信号PCTRL从不为低，因此开关P_SW和N_SW从不同时接通。

DC-DC转换器100可以以连续导通模式(CCM)或不连续导通模式(DCM)任一者操作。在CCM模式中，控制电路控制开关P_SW和N_SW，使得电流连续流过电感器L。在某些情况下，在CCM模式期间，电感器电流在正电流(即，从内部节点LP流动到输出节点DCDC_OUT的电流)和负电流(即，从输出节点DCDC_OUT流动到内部节点LP的电流)之间连续地循环。在DCM模式期间，控制电路控制开关P_SW和N_SW，使得(理想地)流过电感器L的电流从不为负。在某些情况下，在DCM模式期间，电感器电流不连续。在电感器电流始终保持为正的循环期间，CCM模式和DCM模式之间没有实质性差异。

图2是示出在涉及DC-DC转换器的理想CCM模式(图2的左侧)和其后的理想DCM模式(图2的右侧)的一个可能情况期间流过电感器L的电流的信号图。在CCM模式期间，流过电感器L的电流连续和线性地在最大正电流电平和最大负电流电平之间循环。在DCM模式期间，电感器电流在零电流和最大正电流电平之间间歇性地线性循环。

通常，在CCM模式和DCM模式两者期间，通过接通开关P_SW并关断开关N_SW以将内部节点LP连接到输入节点DCDC_IN来增加电感器电流，并且通过关断开关P_SW并接通开关N_SW以将内部节点LP连接到地来减小电感器电流。当电感器电流达到零时，通过关断开关P_SW和N_SW两者，在DCM模式的间歇性正电流循环之间的时间段期间，电感器电流可以保持为零。

在CCM模式期间，当电感器电流要降低时，开关P_SW保持断开且开关N_SW在使电感器电流降至最大负电流电平的足够长的时间内保持接通。然而，在DCM模式期间，当电感器电流要降低时，开关P_SW保持断开且开关N_SW仅在使电感器电流降至零的足够长的时间内保持接通。当电感器电流达到零时，控制电路关断开关N_SW，同时保持开关P_SW断开。在这种情况下，电感器电流将保持为零，直到控制电路确定下一个DCM正电流循环需要再次增加电感器电流为止，此时控制电路将接通开关P_SW，同时保持开关N_SW断开。