用于多相dcdc转换器的单相变换的系统和方法
用于多相dcdc转换器的单相变换的系统和方法
【专利说明】用于多相DCDC转换器的单相变换的系统和方法
[0001]本发明要求2014年3月5日提交的美国临时申请61/948，344的优先权，并通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
【背景技术】
[0002]在便携式电子设备(例如蜂窝电话和膝上型计算机)中，DC-DC转换器很重要并由电池供电。这样的电子设备常常包含若干子电路，每个子电路具有它自身的不同于电池或外部电源提供的电压电平的电压电平需求(有时高于或低于电源电压)。例如，随着电池存储的电力耗尽，它的电压下降。开关式DC-DC转换器提供一种从部分降低的电池电压提高电压的方法，从而节省空间，而不用使用多个电池来完成相同的事情。
[0003]通过临时存储输入能量并随后在不同电压下将该能量释放到输出端，电子开关式DC-DC转换器将一个DC电压电平转换到另一个。这种存储可以在磁场存储组件(电感器、变压器)中或电场存储组件(电容器)中。
[0004]图1示出常规DC-DC转换器100的框图。
[0005]如图中示出的，DC-DC转换器100包含控制器102、功率源104、功率级106、功率级108和负载110。
[0006]控制器102经由线路112与功率级106通信，并经由线路114与功率级108通信。功率源104经由线路116与功率级106和功率级108通信。功率级106和功率级108经由线路118与控制器102和负载110通信。
[0007]控制器102利用控制信号120经由线路112控制功率级106，并利用控制信号122经由线路114控制功率级108。功率源104经由线路116将DC电流124传送给功率级106和功率级108。
[0008]功率级106基于控制信号120产生功率信号126。功率信号126具有相关的电压和电流。出于讨论目的，假设功率级106产生的最大电压为恒定电压，而功率级106产生的电流可以响应于控制信号120变化，以便改变最终的功率信号126。在这种方式中，当功率信号126改变时，它基于相关的电流的改变而改变。
[0009]功率级108基于控制信号122产生功率信号128。功率信号128具有相关的电压和电流。出于讨论目的，假设功率级108可以产生的最大电压为恒定电压，其至多等于功率级106产生的电压，而功率级108产生的电流可以响应于控制信号122改变，以便改变最终的功率信号128。在这种方式中，当功率信号128改变时，它基于相关的电流的改变而改变。
[0010]功率信号126与功率信号128相加以形成负载功率130，其被提供给负载110和控制器102。出于讨论目的，假设功率级106和功率级108中的每个都能够在3.0V下将1.0A的最大电流传送给负载110。例如，理想情况下，假设功率级106和功率级108经由输出电感器(未示出)提供固定电压。然而，由于电感器的阻抗基于它传导的交流电的频率，所以实际输出电压会改变。
[0011]现在将附加地参考图2A-C讨论DC-DC转换器100的操作。
[0012]图2A示出负载功率130 DC-DC转换器100。
[0013]该图包括曲线图202和曲线图204。曲线图202包括Y-轴线206、X_轴线208、电流函数210和电流函数212。曲线图204包括Y-轴线214、X-轴线208和电压函数216。
[0014]曲线图202表示DC-DC转换器100中，随着时间的推移的负载功率130的电流，而负载功率130的曲线图204表示DC-DC转换器100中，随着时间的推移的电压。Y-轴线206表示电流，单位为安培，而Y-轴线214表示电压，单位为伏特。X-轴线206表示时间，单位为毫秒。
[0015]电流函数210对应于随着时间的推移的功率级106的功率信号126 (如图1所示)。电流函数212对应于随着时间的推移的功率级108的功率信号128 (如图1所示)。如图1所示,在这个示例中，功率信号128为零，因此功率信号126等于负载功率130。因此,在这个示例中，电流函数210附加地对应于随着时间的推移的负载功率130。电流函数210和212中的每个都被示为直流电(DC)以简化讨论。应当注意，每个函数可以附加地利用交流电(AC)描述。
[0016]电压函数210对应于随着时间的推移的与负载功率130(如图1所示)相关的电压。
[0017]在图2A中，如电流函数210示出的，功率级106正输出1.0A的功率信号126。同时，如电流函数212示出的，功率级108不输出任何电流。当只有功率级106输出电流116到负载110时，DC-DC转换器100处于单相模式。
[0018]返回图1，在操作中，控制器102确定提供给负载110的电压和电流。在这个非限制性示例中，控制器102确定应当产生3.0V下的1.0A单相电流。
[0019]控制器102将所确定的、提供给负载110的电流与负载功率130比较。由于当前功率级106和功率级108都不正在工作，所以负载功率130低于所确定的电流。
[0020]随后控制器102经由控制信号120激活功率级106，从而输出正确的电流。功率级106将功率从功率源104转换为1.0A和3.0V处的功率，并将它作为功率信号126传输到负载110。功率级106单独传输功率到负载110由图2A中的电流函数210和电压函数216表示。DC-DC转换器100继续以这种单相状态工作。
[0021]出于讨论目的，现在期望DC-DC转换器100提供3V电压、1.0A的双相电流的输出功率。基于时间或功率负载的改变，电流和电压需求的非限制性示例可以包括用户输入。出于讨论目的，在这个示例实施例中，假设DC-DC转换器100的电流需求因用户的请求而变化。该请求可以由于负载的降低或增加、工作环境的变化或基于定时过程而产生。
[0022]在需要新相位的电流时，控制器102比较电流(与所需新相位的电流关联)和负载功率130的电流状态。控制器102确定需要在双相模式中传输功率。现在将附加参考图2B进一步讨论DC-DC转换器100从单相功率模式切换到双相功率模式的理想情况。
[0023]图2B包括在理想情况下，DC-DC转换器100从单相切换到双相输出时的负载功率130的曲线图218和曲线图220。曲线图218包括Y-轴线222、X-轴线224、电流函数226和电流函数228。电流函数226包括部分230和部分232。电流函数228包括部分234和部分236。曲线图220包括Y-轴线238、X-轴线224和电压函数240。
[0024]曲线图218表示DC-DC转换器100中随着时间的推移的负载功率130的电流，而曲线图220表示DC-DC转换器100中随着时间的推移的负载功率130的电压。Y-轴线222表示电流，单位为安培，而Y轴线232表示电压，单位为伏特。X-轴线224表示时间，单位为秒。
[0025]电流函数226对应于功率级106的功率信号126 (如图1中示出的)。部分230具有1.0A电流并持续到时间tl，而部分232具有0.5A电流并在时间tl之后开始。电流函数228对应于功率级108的功率信号128 (如图1中示出的)。部分234具有0.0A电流并持续到时间tl，而部分236具有0.5A电流并在时间tl之后开始。
[0026]在这个示例中，在时间tl之前功率信号128为零，因此在时间tl之前功率信号126等于负载功率130。因此，在这个示例中，在时间tl之前，功率信号126附加地对应于负载功率130。因为在时间tl之前，负载功率130是功率信号126和功率信号128的总和，所以负载功率130具有1.0A的相关电流，但是仅由功率信号126独自提供。另一方面，在时间tl之后，负载功率130具有保持1.0A的相关电流，但是包括功率信号126的0.5A和功率信号128的0.5A。在这个示例中，由于在时间tl之后功率级106和功率级108都提供电流，所以在时间tl之后，DC-DC转换器100工作在双相模式。
[0027]类似于图2A，在图2B中，电流函数226和228中的每个都被示为直流电(DC)以简化讨论。应当注意，每个函数可以附加地利用交流电(AC)描述。
[0028]电压函数240对应于随着时间的推移的与负载功率130 (如图1中示出的)相关的电压。
[0029]返回到图1，在确定负载功率130需要在双相模式中传输之后，在时间tl处，控制器102发送控制信号120到功率级106并发送控制信号122到功率级108。由于功率级106已经在提供处于1.0A和3.0V的功率，因此它的功率将需要被降低为0.5A和3.0V。同时，需要将功率级108激活然后开始传输处于0.5A和3.0V的功率到负载110。功率级106和功率级108输出的功率反映在图2B的电流函数226和228中。图2B的电压函数240表示理想的电压输出。
[0030]在一个理想系统中，如图2B的电压函数240示出的，即使在从单相电流输出变换为双相电流输出时，输出到负载110的电压将保持恒定。尽管在实际中，输出到负载110的电压变化，且有时变化很明显。由于功率级106的功率传输函数(例如阻抗组件的电压是频率的函数)的非线性，功率信号126的电压会发生瞬变现象。类似地，由于功率级108的功率传输函数的非线性，功率信号128的电压也会发生瞬变现象。由于系统中的非线性，电压瞬变不能被预测并且必须在它们发生之后通过反馈回路得到补偿。甚至反馈回路自身内都有小的瞬变和非线性。
[0031]现在将附加地参考图2C进一步讨论当DC-DC转换器100从单相功率模式切换到双相功率模式时的现实电压输出。
[0032]图2C包括DC-DC转换器100从单相切换到双相输出时的负载功率130的曲线图218和曲线图242。曲线图242包括Y-轴线244、X-轴线224和电压函数248。
[0033]电压函数240对应于随着时间的推移的负载功率130 (如图1中示出的)的电压。电压函数248包括瞬变250，其包括电压过冲252和电压下冲254。瞬变250表示在时间tl切换功率传输模式时的电压改变。
[0034]返回到图1，在控制器102命令功率级106和功率级108中的每个进入新的功率传输模式时，它们从第一稳定状态移动到第二稳定状态。在从稳定状态移动时，由于功率级106和功率级108的各自的传输函数的非线性会存在电压过冲。
[0035]例如，出于讨论目的，假定在单相操作中，控制器102输出控制信号120以命令功率级106输出3.0W，并输出控制信号122以命令功率级108输出0.0W。进一步地，假设功率级106输出处于3.0V和1.0A的3.0W作为功率信号126。随后，假定在双相操作中，控制器102输出控制信号120以命令功率级106输出1.5W，以及输出控制信号122以命令功率级108输出1.5W。
[0036]理想情况下，出于讨论目的，假设功率级106应当输出3.0V和0.5A的1.5W作为功率信号126，以及功率级108应当输出3.0V和0.5A的1.5W作为功率信号128。然而，假定功率级106实际上仍不正确地输出3.2V和0.5A，其中电压的错误是由于功率级106的传输函数的非线性引起。这种电压过冲对应于图2C的电压过冲252。换句话说，即使控制器102的指令可能是正确的，实际产生的电压可能不正确，并且因此每个功率级的功率可能不正确。
[0037]如果这种情况发生，功率级106提供的功率信号126将为1.6W，功率级108提供的功率信号128将为1.5W，以及负载功率130 将为3.1W。更重要的是，电压过冲会损坏负载110中的设备。
[0038]进一步地，电压过冲252将引起负载功率130变化，其由控制器102经由线路118检测。控制器102将比较负载功率130和参考功率以确定是否需要修改功率级106的输出和/或功率级108的输出。在这种情况下，由于电压过冲252，控制器可以经由控制信号120命令功率级106修改它的输出电压和/或可以经由控制信号122命令功率级108修改它的输出电压。然而，最初的校正可能导致电压下冲254。再次，控制器102将比较负载功率130和参考功率以确定是否需要修改功率级106的输出和/或功率级108的输出。在这种情况下，由于电压下冲254，控制器可以经由控制信号120命令功率级106修改它的输出电压和/或可以经由控制信号122命令功率级108修改它的输出电压。这种反馈回路继续直到瞬变250衰减到可接受水平。最终，控制器102可以命令功率级106和功率级108输出正确的功率。由于功率级106、功率级108和控制器102之间的反馈回路的有限带宽，负载功率130的电流和电压调整可能需要相对长的时间。
[0039]在图2C的示例中，在X-轴线246上的14ms处，当在3.0V输出1.0A电流时，控制器102控制补偿瞬变254并达到稳定状态。
[0040]现在，出于讨论目的，假设控制器102再次请求单相电流输出。
[0041]控制器102比较与所要求的单相电流输出相关的电压和电流与负载功率130的电压和电流，并再次确定负载功率130的电压和电流是不正确的。控制器102确定负载功率130需要在处于1.0A和3.0V的单相中传输。现在将附加地参考图2D进一步讨论DC-DC转换器100从双相功率模式到单相功率模式的理想切换。
[0042]图2D包括在理想情况下，DC-DC转换器100从双相切换到单相输出时的负载功率130的曲线图256和曲线图258。曲线图256包括Y-轴线260、X-轴线262、电流函数264和电流函数266。电流函数264包括部分268和部分270。电流函数266包括部分272和部分274。曲线图258包括Y-轴线276、X-轴线262和电压函数278。
[0043]曲线图256表示DC-DC转换器100中随着时间的推移的负载功率130的电流，而曲线图258表示DC-DC转换器100中随着时间的推移的负载功率130的电压。Y-轴线260表示电流，单位为安培，而Y轴线276表示电压，单位为伏特。X-轴线262表示时间，单位为秒。
[0044]电流函数264对应于功率级106的功率信号126 (如图1中示出的)。部分268具有0.5A电流并持续到时间t2，而部分270具有1.0A电流并在时间t2之后开始。电流函数266对应于功率级108的功率信号128 (如图1中示出的)。部分272具有0.5A电流并持续到时间t2，而部分274在时间tl之后具有零电流。
[0045]在这个示例中，在时间t2之前，负载功率130具有1.0A的相关电流，但是包括功率信号126的0.5A和功率信号128的0.5A。由于在时间t2之前，功率级106和功率级108都提供电流，所以在时间t2之前，DC-DC转换器100工作在双相模式。另一方面，在时间t2之后，功率信号128为零，所以在时间t2之后，功率信号126等于负载功率130。因此，在这个示例中，在时间t2之后,部分270附加地对应于负载功率130。因为负载功率130是功率信号126和功率信号128的总和，所以在时间t2之后，负载功率130具有1.0A的相关电流，但是其仅由功率信号126单独提供。
[0046]类似于图2A-B，电流函数264和266中的每个都被示为直流电(DC)以简化讨论。应当注意，每个函数可以附加地利用交流电(AC)描述。
[0047]电压函数278对应于随着时间的推移的负载功率130 (如图1中示出的)的电压。
[0048]返回到图1，在确定负载功率130需要在单相模式中传输之后，在时间t2处，控制器102发送控制信号120到功率级106并发送控制信号122到功率级108。由于功率级106正在提供处于0.5A和3.0V的功率，因此它的功率将需要被增加到1.0A和3.0V。同时，需要将功率级108去激活。功率级106和功率级108的功率输出反映在图2D的电流函数264和266中。图2D的电压函数278表示理想的电压输出。
[0049]在一个理想系统中，如图2D的电压函数278示出的，即使在从双相电流输出变换为单相电流输出时，输出到负载110的电压将保持恒定。尽管在实际中，功率信号126的电压会产生如上所述的瞬变。
[0050]现在将附加地参考图2E进一步讨论DC-DC转换器100从单相功率模式到双相功率模式的现实切换。
[0051]图2E包括DC-DC转换器100从双相切换到单相输出时的输出的曲线图256和曲线图280。曲线图280包括Y-轴线282、X-轴线262和电压函数284。
[0052]电压函数284对应于随着时间的推移的负载功率130 (如图1中示出的)的电压。电压函数284包括瞬变286，其包括电压过冲288和电压下冲290。瞬变286表示在时间t2切换功率传输模式时的电压改变。
[0053]类似于上面参考图2C讨论的情形，此处，功率级106和/或功率级108中的非线性导致输出电压中的瞬变，该电压瞬变可能会如此之大(幅度上)，以至于它们存在损害负载110的风险。
[0054]使用采用DC-DC转换器的常规系统和方法的问题在于:在从两种不同传输模式的变换(例如，从单相到双相或从双相到单相操作的变换)期间，输出中产生瞬变电压。输出电压的误差必须通过调整回路校正。由于调整回路的有限带宽，需要相对长的时间来校正电压输出中的误差。
[0055]需要一种用于在两种不同传输模式之间切换并能够最小化DC-DC转换器的输出电压的瞬变的系统和方法。
【发明内容】
[0056]本发明提供一种用于在两种不同传输模式之间切换同时最小化DC-DC转换器的输出电压中的瞬变的系统和方法。
[0057]根据本发明的各个方面，DC-DC转换器包括控制器、向上/向下计数器、第一功率级和第二功率级。控制器产生向上/向下控制信号。向上/向下计数器基于向上/向下控制信号产生第一功率级控制信号和第二功率级控制信号。第一功率级基于第一功率级控制信号产生处于第一相位和第一电压的第一输出电流。第二功率级基于第二功率级控制信号产生处于第二相位的第二输出电流。向上/向下计数器修改第一功率级控制信号从而控制第一功率级，使得第一输出电流从第一功率级输出衰减到次级的第一功率级输出。控制器能够进一步输出控制信号从而修改第一功率的第一电压。
[0058]接下来的说明书中阐述了本发明的部分附加优点和新颖性特征，并且当本领域技术人员查阅下列内容后，部分的附加优点和新颖特征将变得明显，并且本领域技术人员可以从下文学习本发明的实现。通过所附权利要求书中具体指出的手段和组合，可以实现和获得本发明的优点。
【附图说明】
[0059]纳入并形成整个说明书的一部分的附图示出本发明的示例实施例，其与说明书一起用于解释本发明的原理。在图中:
[0060]图1示出一种常规DC-DC转换器；
[0061]图2A-E示出在单相操作模式和双相操作模式之间切换的DC-DC转换器中的电压和电流的曲线图；
[0062]图3示出根据本发明的各个方面的一种示例DC-DC转换器；
[0063]图4示出根据本发明的各个方面的一种在单相操作模式和双相模式操作之间切换的示例DC-DC转换器中的电压和电流的曲线图；
[0064]图5示出根据本发明的各个方面的一种示例组合功率级；
[0065]图6示出根据本发明的各个方面的作为DC-DC转换器的负载的函数的效率的曲线图；
[0066]图7示出根据本发明的各个方面的一种在单相操作模式和双相操作模式之间切换的示例DC-DC转换器中的电压和电流的附加曲线图；
[0067]图8示出根据本发明的各个方面的一种在单相操作模式和双相操作模式之间切换的示例DC-DC转换器中的电压和电流的附加曲线图；
[0068]图9示出根据本发明的各个方面的另一个示例DC-DC转换器；以及
[0069]图10示出根据本发明的各个方面的一种在单相操作模式和双相操作模式之间切换的示例DC-DC转换器中的电压和电流的附加曲线图。
【具体实施方式】
[0070]本发明提供一种用于在DC-DC转换器的两种不同传输模式之间切换同时最小化输出电压中的瞬变的系统和方法。
[0071]根据本发明的一个方面，DC-DC转换器可操作以使用两个功率级提供恒定电压的单相或双相功率。在单相模式中，向上/向下计数器用于打开一个功率级并关闭第二功率级。在双相模式中，向上/向下计数器将打开第二功率级并增大它的电流输出，同时降低第一级的电流输出，以便保持两个功率级的组合电流输出恒定。
[0072]与一个功率级的输出功率相关的电流被步进式增加，而与另一个功率级的输出功率相关的电流被同时且相等地步进式减小。换句话说，两个功率级的输出反向改变。以这种方式，向上/向下计数器仅控制每个功率级提供的总电流的分配。从单相模式切换到双相模式或反过来时，每个功率级的电流的每次步进式改变产生两个功率级的组合输出电压的瞬变。
[0073]控制器用于进一步控制每个功率级的输出。控制器使用反馈回路监测功率级的组合输出电压。控制器能够接着调整两个功率级的电压输出，以便保持组合输出电压恒定。以这种方式，控制器能够在功率传输模式之间的变换期间补偿电压瞬变。
[0074]根据本发明的另一个方面，可以改变向上/向下计数器的步长的时间段。增大或减小向上/向下计数器的步长的时间段改变控制器必须调整功率级的电压和补偿每个功率级的电流输出的改变产生的瞬变的时间量。
[0075]根据本发明的另一个方面，可以改变向上/向下计数器的步长幅度。增大或减小向上/向下计数器的步长的幅度改变控制器需要补偿的瞬变的大小。
[0076]根据本发明的另一个方面，向上/向下计数器的步长的幅度和时间段都可以改变。增大步长的幅度和时间段将增大所产生的电压瞬变的大小。由于时间段也增加了，控制器有更多的时间来补偿更大的瞬变。减小步长的幅度和时间段两者将减少控制器必须补偿产生的瞬变的时间量。但是由于电流也有较小的改变，产生小的瞬变，这要求控制器用较少时间进行补偿。
[0077]根据本发明的另一个方面，通过在每个输出功率级的控制路径中使用数模转换器(DAC)，DC-DC转换器产生传输模式之间的平稳变换。DAC由数字向上/向下计数器控制，其经由控制信号逐渐增加/减小功率级提供的电流。例如，考虑DC-DC转换器从双相模式变为单相模式的情形。
[0078]在一种主/从配置中，主功率级具有对从功率级的单向控制，其中主功率级的动作控制从功率级的动作。例如，如果主功率级正在增加它的电流输出，则从功率级同时减小它的功率输出。如果主功率级正在减小它的电流输出，则同时从功率级将增加它的电流输出。
[0079]以这种方式，DC-DC转换器的总输出随着时间的推移被保持恒定。多个DAC可以被实施以便单独地衰减或放大每个输出功率级的电流。在一个示例实施例中，DAC的传输函数能够通过下列等式描述:
[0080]10ut= I In*(l+(k*X)) (I)
[0081]在等式(I)中，X表示数字向上/向下计数器的控制值，该值在0〈X〈1的范围内。在等式(I)中，k表示DAC的灵敏度，且在-l〈k〈l的范围内。 对于双相DC-DC转换器，主相位的k值为正,而从相位的k值为负。
[0082]由于两种不同传输模式之间的整个变换过程可能在数毫秒内发生，因此根据本发明的各个方面的DC-DC转换器的电压调整回路具有充足的时间来补偿功率级的传输函数中的小误差或非线性。在一些实施例中，从双相模式变换到单相模式结束时，从功率级可以输出处于最小电流I*的功率。由于I*被输出，所以从功率级被关闭时，对DC-DC转换器的输出电压几乎没有影响。由于关闭了从功率级，主功率级输出处于所需要电流Ifss的功率。
[0083]从单相模式切换到双相模式意味着反过来运行从功率级。由于从功率级针对它的对应的输出功率逐渐增加它的电流，所以主功率针对它的对应的输出功率级逐渐减小它的电流。在变换结束时，主从功率级可以提供相等的功率。
[0084]如今，在电子工业界有很多类型的DC-DC转换器在使用。例如，降压-升压转换器(buck-boost转换器)是DC-DC转换器的一种类型，其具有大于或小于输入电压幅度的输出电压幅度。依据电感器不愿意允许电流快速改变，最好地理解降压-升压操作。从初始状态开始，此时没有电荷且电路开路，通过电感器的电流为零。当电路变成闭合时，阻塞二极管迫使电流流过电感器。然而，由于电感器阻止电流快速改变，因此初始时它通过最大幅降低电源提供的电压来将电流保持为低。随着时间的推移，电感器通过增加它的电压降允许电流缓慢增加。
[0085]本发明的创造性方面可以应用于很多类型的DC-DC转换器，包括降压-升压转换器。DC-DC转换器的非限制性类型包括步进向下(降压)转换器、步进向上(升压)转换器、降压-升压转换器、线性转换器、硬切换转换器、谐振转换器、连续和非连续转换器。
[0086]现在将参考图3-10描述根据本发明的各个方面的示例系统。将参考图3-6描述第一不例实施例。
[0087]图3示出根据本发明的各个方面的一个示例DC-DC转换器300。
[0088]如图中示出的，DC-DC转换器300包括控制器302、控制器303、数字向上/向下计数器304、功率源104、功率级306、功率级308、改写(override)组件310和负载110。
[0089]在这个示例中，控制器302、控制器303、向上/向下计数器304、功率级306、功率级308、功率源104、改写组件310和负载110被示出为单独装置。然而，在一些实施例中，控制器302、控制器303、向上/向下计数器304、功率级306、功率级308、功率源104、改写组件310和负载110中的至少两个可以组合为单一装置。
[0090]控制器302经由线路318与功率级306和功率级308通信。
[0091]控制器303经由线路312与向上/向下计数器304通信。
[0092]向上/向下计数器304进一步经由线路314与功率级306通信，并进一步经由线路316与功率级308通信。
[0093]功率源104经由线路116与功率级306和功率级308通信。功率级306和功率级308进一步经由线路118与控制器302和负载110通信。
[0094]改写组件310经由线路322与向上/向下计数器304通信。
[0095]控制器302利用控制信号336经由线路318控制功率级306和功率级308。控制器303利用控制信号324经由线路312控制向上/向下计数器304。功率源104经由线路116将DC电流124传送给功率级306和功率级308。
[0096]向上/向下计数器304利用控制信号326经由线路314控制功率级306，并利用控制信号328经由线路316控制功率级308。
[0097]功率级306基于控制信号326和控制信号336产生功率信号330。负载功率334具有相关的电压和电流。出于讨论目的，假设功率级306产生的最大电压为恒定电压，而功率级306产生的电流可以响应于控制信号326和控制信号336改变，以便改变最终功率信号330。以这种方式，当功率信号330改变时，它基于相关的电流的改变而改变。
[0098]功率级308基于控制信号328和控制信号336产生功率信号332。功率信号332具有相关的电压和电流。出于讨论目的，假设功率级308可以产生的最大电压为恒定电压，其至多等于功率级306产生的电压，而功率级308产生的电流可以响应于控制信号328和控制信号336改变，以便改变最终功率信号332。以这种方式，当功率信号332改变时，它基于相关的电流的改变而改变。
[0099]功率信号330与负载功率334相加形成负载功率334，其被提供给负载110和控制器302。出于讨论目的，假设功率级306和功率级308中的每个都能够将3.0V下的1.0A的最大电流传送给负载110。例如，理想情况下，假设功率级306和功率级308经由输出电感器(未示出)提供固定电压。然而，由于电感器的阻抗基于它传导的交流电的频率，实际输出端电压会改变。
[0100]改写组件产生改写信号340到向上/向下计数器304。
[0101]现在将附加地参考图4讨论DC-DC转换器300的操作。
[0102]图4包括当DC-DC转换器300从单相输出切换到双相输出并且然后回到单相输出时的负载功率334的曲线图402和曲线图404。曲线图402包括Y-轴线406、X_轴线408、电流函数410和电流函数412。电流函数410包括单相部分414、递减部分416、双相部分418、递增部分420和单相部分422。电流函数412包括单相部分424、递减部分426、双相部分428、递增部分430和单相部分432。曲线图404包括Y-轴线434、Χ_轴线408和电压函数 436。
[0103]曲线图402表示DC-DC转换器300中随着时间的推移的负载功率334的电流，而曲线图404表示DC-DC转换器300中随着时间的推移的负载功率334的电压。Y-轴线406表示电流，单位为安培，而Y轴线434表示电压，单位为伏特。X-轴线408表示时间，单位为秒。
[0104]如图3中示出的，电流函数410对应于功率级306的功率信号330。单相部分414具有1.0A电流并持续到时间tl。递减部分416是步进函数，其在时间tl-t4处以四个增量从1.0A减小到0.5A。双相部分418具有0.5A电流并在时间t4和t5之间持续。递增部分420是步进函数，其在时间t5-t8处以四个增量从0.5A增加到1.0A。单相部分422具有1.0A电流并在时间t8之后持续。
[0105]如图3中示出的，电流函数412对应于功率级308的功率信号332。单相部分424具有0.0A电流并持续到时间tl。递增部分426是步进函数，其在时间tl-t4处以四个增量从0.0A增加到0.5A。双相部分428具有0.5A电流并在时间t4和t5之间持续。递减部分430是步进函数，其在时间t5-t8处以四个增量从0.5A减小到0.0A。单相部分432具有0.0A电流并在时间t8之后持续。
[0106]如图3中示出的，电压函数436对应于随着时间的推移的负载功率334的电压。电压函数436包括多个瞬变，所述多个瞬变的样本被标记为瞬变438和瞬变440。瞬变438表示在时间tl切换功率传输模式时的电压改变，而瞬变440表示在时间t5切换功率传输模式时的电压改变。
[0107]返回到图3，出于讨论目的，假设DC-DC转换器300工作在单相输出模式，其中功率级306正输出1.0A和3.0V。这在图4的电流函数410的单相部分414和电流函数412的单相部分424处反映。
[0108]接着，假设控制器303确定DC-DC转换器应当工作在双相输出模式。因此，控制器303经由控制信号324命令向上/向下计数器304发起模式切换。附加地参考图4，在时间tl，向上/向下计数器304经由控制信号326命令功率级306减小它的输出电流，并同时经由控制信号328命令功率级308增大它的输出电流。向上/向下计数器304继续计数指令中的“步长”，使得功率级306的输出电流步进式减小并使得功率级308的输出电流步进式增加，直到每个功率级都在双相模式中输出。这反映在图4中的电流函数410的递减部分416和电流函数412的递增部分426处。
[0109]如上讨论，参考图2C和2E，在输出状态之间改变时，由于功率级的各自传输函数的非线性，可能存在电压过冲(或下冲)。根据本发明，递增步长序列降低了电压瞬变的幅度。例如，如图4中示出的，瞬变438远远小于图2C的瞬变250，其中瞬变438与电流函数410中示出的功率级306的输出电流的递增步进式减小关联，并且与电流函数412中示出的功率级308的输出电流的递增步进式增加相关。相应地，根据本发明，DC-DC转换器的输出状态之间的递增的步进式改变极大地降低了电压瞬变的幅度，这极大地减少了损坏负载110的组件的机会。
[0110]此外，瞬变438将引起负载功率334的改变，该改变由控制器302经由线路118检测。控制器302将比较负载功率334和参考功率，以确定是否需要修改功率级306和功率级308的输出。在这种情况下，由于瞬变438，控制器可以经由控制信号336命令功率级306和功率级308修改它们的输出电压。这个反馈回路持续，直到瞬变438衰减到可接受水平，如电压函数436的平稳部分432示出的水平。
[0111]在这个示例中，DC-DC转换器300可操作以在t4-tl的差值限定的时间内从单相输出模式切换到双相输出模式。相比于上面参考图1和图2C讨论的DC-DC转换器100，可以具有更多的时间量用于输出模式之间的切换。然而，如上讨论，在两个输出模式之间的多步、步进式变换期间，DC-DC转换器300产生的电压瞬变幅度显著小于在DC-DC转换器100在两个输出模式之间的单步变换期间产生的电压瞬变幅度。
[0112]如图4中示出的，控制器303可以接着确定DC-DC转换器300应当再次工作在单相输出模式。因此，控制器303经由控制信号324命令向上/向下计数器304发起模式切换。附加地参考图4，在时间t5处，向上/向下计数器304经由控制信号326命令功率级306增大它的输出电流，并同时经由控制信号328命令功率级308减小它的输出电流。向上/向下计数器304继续计数指令中的“步长”，使得功率级306的输出电流步进式增加，并使得功率级308的输出电流步进式减小，直到每个功率级都在单相模式中输出。这反映在图4中的电流函数410的递增部分420和电流函数412的递增部分430。
[0113]正如从单相到双相输出模式步进式改变时，当从双相到单相输出模式改变时，与功率级306和/或功率级308相关的电压中会存在产生的瞬变。这表示在电压函数436中，例如瞬变440。正如上面讨论的，控制器继续命令功率级306和功率级308补偿这种瞬变。
[0114]换句话说，根据本发明的各个方面的DC-DC转换器能够通过在输出相之间步进式改变来减小电压瞬变。
[0115]返回到图3，功率级306能够基于向上/向下计数器304的控制信号326步进式改变它的输出，而功率级308能够基于向上/向下计数器304的控制信号328步进式改变它的输出。在一些实施例中，功率级306和功率级308可以接收来自向上/向下计数器304的相同控制信号，其中相比于功率级308的输出的步进式改变，功率级306将相反地步进式改变它的输出。
[0116]进一步，在步进式改变之后，如果需要，功率级306能够基于控制器302的控制信号336改变它的输出，而功率级308也能够基于控制器302的控制信号336改变它的输出。
[0117]在一些实施例中， 功率级306和功率级308可以组合为单个功率级。这将参考图5描述。
[0118]图5示出根据本发明的各个方面的一种组合功率级500。
[0119]如图中示出的，组合功率级500包括功率级306和功率级308。
[0120]在这个示例实施例中，如等式502示出的，功率级306提供输出电流1_，其作为输入电流1&的函数。此外，如等式504示出的，功率级308提供输出电流I _，其作为输入电流1&的函数。
[0121]等式502计算功率信号330的Iwt，而等式504计算功率信号332的Iwt。Iin可以是直接给出或经由一些表达，例如数字值给出。预定因子X经由控制信号326和控制信号328内的递减(或者根据具体情况，递增)数字计数信号提供。
[0122]明显地，在这个示例中，随着X值增大，等式502的Itjut增大，而等式504的I _减小。类似地，随着X值减小，等式502的Itjut减小，而等式504的I _增大。
[0123]可能存在控制器303要求的输出相的具体类型不是期望的情形。改写组件310解决这种情形。例如，在控制器另外命令DC-DC转换器工作在不同模式，例如双相时，预定准则可以确定DC-DC转换器应当工作在具体输出模式，例如单相。在这种情形下，改写组件310可以经由改写信号340命令向上/向下计数器304输出信号326和信号328，以便在对应于预定准则的模式中操作功率级306和功率级308。
[0124]图6示出根据本发明的各个方面的作为DC-DC转换器的负载的函数的效率的曲线图 600。
[0125]如图中示出的，曲线图600包括Y-轴线602、X-轴线604、函数606、函数608和函数 610。
[0126]Y-轴线602表示百分比效率。X-轴线604表示电流，单位为mA。函数606表示作为DC-DC转换器300的负载的函数的效率。函数608表示作为常规单相DC-DC转换器的负载的函数的效率。函数610表示作为常规DC-DC转换器100的负载的函数的效率。
[0127]如图中示出的，DC-DC转换器300的效率，比常规单相DC-DC转换器的效率高大约7%，比1mA负载下的DC-DC转换器100的效率高12%。随着负载从1mA增加到100mA，函数606、函数608和函数610中的每个的效率缓慢增加到90%。
[0128]随着负载从10mA增加到1000mA，DC-DC转换器100的效率很快损失，在700mA时移动到低于60%效率的水平。单相DC-DC转换器的效率也很快损失，在700mA时移动到低于70%效率的水平。DC-DC转换器300是效率最高的；在700mA负载时它维持在大约80%的效率水平。
[0129]在10mA时，所有三个DC-DC转换器都具有大约相同的效率。但是DC-DC转换器可能需要与宽范围的负载连用，在大范围负载中使用DC-DC转换器300的效率高得多，也是成本有效得多。
[0130]在上面参考图3-4讨论的示例DC-DC转换器中，向上/向下计数器304在描述为tl、t2、t3等的预定时间段隔开的多个步长上步进式改变功率级306和功率级308的每个的输出。然而，在一些情况下，步长之间的时间段应当增加，以考虑到控制器302解决电压瞬变需要的时间。出于讨论目的，考虑控制器302不能够在时间tl和t2之间衰减功率级306和/或功率级308的输出电压中的瞬变的情形。这将参考图7更详细地描述。
[0131]图7包括DC-DC转换器300从单相输出切换到双相输出时的负载功率334的曲线图702和曲线图704。曲线图702包括Y-轴线706、X_轴线708、电流函数710和电流函数712。电流函数710包括单相部分714、递减部分716和双相部分718。电流函数712包括单相部分720、递增部分722和双相部分724。曲线图704包括Y-轴线726、Χ_轴线708和电压函数728。
[0132]曲线图702表示DC-DC转换器300中随着时间的推移的负载功率334的电流，而曲线图704表示DC-DC转换器300中随着时间的推移的负载功率334的电压。Y-轴线706表示电流，单位为安培，而Y-轴线726表示电压，单位为伏特。X-轴线708表示时间，单位为秒。
[0133]电流函数710对应于如图3中示出的功率级306的功率信号330。单相部分714具有1.0A电流并持续到时间tl。递减部分716是步进函数，其在时间tl-tlO以四个增量从1.0A减小到0.5A。双相部分718具有0.5A电流并在时间tlO之后持续。
[0134]电流函数712对应于如图3中示出的功率级308的功率信号332。单相部分720具有0.0A电流并持续到时间tl。递增部分722是步进函数，其在时间tl-tlO以四个增量从0.0A增加到0.5A。双相部分724具有0.5A电流并在时间tlO之后持续。
[0135]电压函数728对应于随着时间的推移的负载功率334(如图3中示出的)的电压。电压函数728包括多个瞬变，所述多个瞬变的样本被标记为瞬变728。瞬变728表示在时间tl切换功率传输模式时的电压改变。
[0136]在这个示例中，瞬变728延伸超出时间t2。因此，向上/向下计数器不应当命令功率级306和功率级308进一步改变它们各自的输出，直到控制器302能够控制瞬变728。在这个示例中，如图中示出的，瞬变728被稳定在可接受水平，如部分730所示。因此，递减部分716能够在时间t3减小另一个步长，而递增部分722能够在时间t3增加另一个步长。
[0137]换句话说，根据本发明的另一个方面，可以修改功率级的输出电压的步进式改变中的步长之间的时间段，以适应解决电压瞬变需要的时间。
[0138]在上面参考图3-4讨论的示例DC-DC转换器中，向上/向下计数器304在被描述为tl、t2、t3等的预定时间段隔开的四个步长上步进式改变功率级306和功率级308中的每个的输出。这四个步长是出于讨论目而提供，并不限制本发明的实施例。例如，在一些情况下，可以增加步数。出于讨论目的，考虑向上/向下计数器能够利用八个步长步进式改变功率级306和/或功率级308的输出电压的情形。这将参考图8更详细地描述。
[0139]图8包括DC-DC转换器300从单相输出切换到双相输出时的负载功率334的曲线图802和曲线图804。曲线图802包括Y-轴线806、X_轴线808、电流函数810和电流函数812。电流函数810包括单相部分814、递减部分816和双相部分818。电流函数812包括单相部分820、递增部分822和双相部分824。曲线图804包括Y-轴线826、Χ_轴线808和电压函数828。
[0140]曲线图802表示DC-DC转换器300中随着时间的推移的负载功率334的电流，而曲线图804表示DC-DC转换器300中随着时间的推移的负载功率334的电压。Y-轴线806表示电流，单位为安培，而Y-轴线826表示电压，单位为伏特。X-轴线808表示时间，单位为秒。
[0141]电流函数810对应于功率级306的功率信号330(如图3中示出的)。单相部分814具有1.0A电流并在时间tl之前停止。递减部分816是步进函数，其在tl到t4之前以八个增量从1.0A减小到0.5A。双相部分818具有0.5A电流并在时间t4之后持续。
[0142]电流函数812对应于功率级308的功率信号332 (如图3中示出的)。单相部分820具有0.0A电流并在时间tl之前持续。递增部分822是步进函数，其在tl到t4之前以八个增量从0.0A增加到0.5A。双相部分824具有0.5A电流并在时间t4之后持续。
[0143]电压函数828对应于随着时间的推移的负载功率334(如图3中示出的)的电压。电压函数828包括多个交替瞬变和平稳部分830，其表示功率传输模式切换时的电压改变。
[0144]在这个示例中，因为步进式改变小于上面参考图4讨论的步进式改变,所以对应的瞬变小得多。因此，控制器302不需要花费如此多的处理时间来控制瞬变。
[0145]换句话说，根据本发明的另一个方面，功率级的输出电压的步进式改变中的步数可以被修改，以管理电压瞬变的大小。应当注意，四个和八个步长示例是非限制性示例，其中根据本发明的各个方面的DC-DC转换器可以包括提供任何数量步长的向上/向下计数器。
[0146]在上述讨论的示例实施例中，对于具体DC-DC转换器，步长之间的时间段和步数是预定的。然而，在其他实施例中，步数和/或步长之间的时间段可以根据需要修改，以最小化输出状态之间的时间段并最小化电压瞬变。这将参考图9-10更详细地描述。
[0147]图9示出根据本发明的各个方面的示例DC-DC转换器900。
[0148]如图中示出的，DC-DC转换器900包括控制器302、控制器903、数字向上/向下计数器904、功率源104、功率级906、功率级908、改写组件310和负载110。
[0149]在这个示例中，控制器302、控制器903、向上/向下计数器904、功率级906、功率级908、功率源104、改写组件310和负载110作为单独的装置。然而，在一些实施例中，控制器302、控制器903、向上/向下计数器904、功率级906、功率级908、功率源104、改写组件310和负载110中的至少两个可以被组合为单一装置。此外，在一些实施例中，控制器302、控制器903、向上/向下计数器904、功率级906、功率级908、功率源104、改写组件310和负载110中的至少一个可以作为计算机实施，所述计算机具有有形计算机可读介质，用于携带或在其上存储计算机可执行指令或数据结构。
[0150]控制器903与控制器303的不同之处在于，控制器903能够确定将由向上/向下计数器904提供的步数和步长之间的时间段。此外，控制器903输出控制信号910到向上/向下计数器904。
[0151]向上/向下计数器904与向上/向下计数器304的不同之处在于，向上/向下计数器904能够提供步进式增量和减量的指令，其中步长具有变化的幅度和变化的时间段。此夕卜，向上/向下计数器904输出控制信号912到功率级906并输出控制信号914到功率级908。
[0152]功率级906和功率级908分别与功率级306和功率级308的不同之处在于，功率级906和功率级908能够基于来自向上/向下计数器904的指令输出功率信号。功率级906输出功率信号916，而功率级908输出功率信号918。功率信号916和功率信号918相加以形成负载功率920，用于负载110和控制器302。
[0153]在这个实施例中，控制器903能够在逐步的基础上确定用于向上/向下计数器904的优化的步长时间段和步长幅度，以便最少化输出相切换时间，同时保持电压瞬变低于预定可接受阈值。这将参考图10更详细地描述。
[0154]图10包括DC-DC转换器900从单相输出切换到双相输出时的负载功率920的曲线图1002和曲线图1004。曲线图1002包括Y-轴线1006、X_轴线1008、电流函数1010和电流函数1012。电流函数1010包括单相部分1014、递减部分1016和双相部分1018。电流函数1012包括单相部分1020、递增部分1022和双相部分1024。曲线图1004包括Y-轴线1026、X-轴线1008和电压函数1028。
[0155]曲线图1002表示DC-DC转换器900中随着时间的推移的负载功率920的电流，而曲线图1004表示DC-DC转换器900中随着时间的推移的负载功率920的电压。Y-轴线10 06表示电流，单位为安培，而Y-轴线1026表示电压，单位为伏特。X-轴线1008表示时间，单位为ms。
[0156]电流函数1010对应于功率级906的功率信号916 (如图9中示出的)。单相部分1014具有1.0A电流并在时间tl之前停止。递减部分1016是步进函数，其从tl之前到t4之前以六个变化的增量从1.0A减小到0.5A。双相部分1018具有0.5A的电流。
[0157]电流函数对应于功率级908的功率信号918(如图9中示出的)。单相部分1020具有0.0A电流并在时间tl之前持续。递增部分1022是步进函数，其从tl之前到t4之前以六个变化的增量从0.0A增加到0.5A。双相部分1024具有0.5A电流。
[0158]电压函数1028对应于随着时间的推移的负载功率920(如图9中示出的)的电压。电压函数1028包括多个交替瞬变和平稳部分1024，其表示切换功率传输模式时的电压改变。
[0159]在这个示例中，因为每个步进式改变被确定以最少化从单相到双相的全部切换时间，同时最小化瞬变幅度，因此，控制器302不需要花费那么多的处理时间来控制瞬变，并且最少化切换的总时间。
[0160]换句话说，根据本发明的另一个方面，可以修改功率级的输出电压的步进式改变中的步数，并且可以修改功率级的输出电压的每次步进式改变的高度以管理电压瞬变的大小。
[0161]在上面讨论的示例实施例中,双相DC-DC转换器从单相变换到双相操作(或反过来)，其中在双相操作中，两个功率级提供相等的功率量。应当注意，这仅是出于讨论目提供的。可以存在两个级提供不相等的功率量的情况。在这种方式中，向上/向下计数器可以仅使一个功率级增加(step up)预定数量的步长,而使第二个功率级降低(step down)相同数量的步长。因此，DC-DC转换器能够工作在上面讨论的两相之间的任何中间点中。
[0162]在另一个示例性实施例中，DC-DC转换器可以具有任意数量的相。DC-DC转换器能够在单相、双相、或三相模式之间变换。从三相模式切换到单相模式的过程将与上述描述的一样。DC-DC转换器将逐渐地增加主功率级的电流输出，同时降低两个从相的电流输出。
[0163]根据本发明的各个方面的DC-DC转换器可以工作在单相模式或双向模式中。在其他示例实施例中，任何数量的相可以用于主/从配置中。在另一个示例实施例中，单个主功率级可以与4个从功率级连用。主功率级的电流输出的增加可以致使任何数量的从功率级的电流减小，以便维持恒定输出。主功率级的电流输出的减小可以致使维持恒定输出所需的任何数量的从功率级的电流增大。
[0164]当前用于常规DC-DC转换器的操作的系统和方法存在的问题是，功率传输模式切换期间，输出电压中产生瞬变。两种不同传输模式的变换期间的输出电压中的瞬变必须被校正并通过调整回路补偿。由于常规DC-DC转换器的调整回路的有限带宽，电压输出中的瞬变需要相对长的时间来校正。
[0165]本发明提供的系统和方法，通过在每个输出功率级的控制路径中使用DAC，实现传输模式之间的平稳变换。在主-从配置中，每个DAC能够被控制。在主从配置中，正被关闭的功率级的控制信号逐渐减小，而正被打开的功率级逐渐增加。
[0166]以这种方式，DC-DC转换器的总输出随着时间的推移被保持恒定。多个DAC的目的是逐渐衰减或放大每个输出功率级的控制电流。根据本发明的各个方面，DC-DC转换器操作中仍可能产生瞬变，但它们的幅度将小得多。由于整个变换过程发生在数毫秒内且瞬变小得多，DC-DC转换器的电压调整回路具有足够的时间来补偿传输函数中的小误差或非线性。
[0167]出于说明和描述目的，已经提供本发明的各种优选实施例的上述描述。它的目的不在于穷尽或将本发明限制在公开的准确形式，并且根据上述教导，很多修改和变体是明显的。选择和描述上述示例实施例的目的在于更好地解释本发明的原理和它的实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够利用各种实施例中的本发明和具有所想到的、适于具体应用的各种修改的本发明。本发明的范围由所附权利要求限定。
【主权项】
1.一种ECDC转换器，其包含: 控制器，其可操作以产生向上/向下控制信号； 向上/向下计数器，其可操作以基于所述向上/向下控制信号，产生第一功率级控制信号和第二功率级控制信号； 第一功率级，其可操作以基于所述第一功率级控制信号，产生处于第一相位和第一电压的第一输出电流； 第二功率级，其可操作以基于所述第二功率级控制信号，产生处于第二相位的第二输出电流； 其中所述向上/向下计数器可操作以修改所述第一功率级控制信号以便控制所述第一功率级，使得所述第一输出电流从第一功率级输出衰减到次级的第一功率级输出， 其中所述控制器进一步可操作以输出控制信号，以便修改所述第一功率级的所述第一电压。2.根据权利要求1所述的D⑶C转换器， 其中所述数字向上/向下计数器可操作以输出递增数字计数信号和递减数字计数信号中的一个； 其中所述第一功率级可操作以基于所述递增数字计数信号减小所述第一输出电流， 其中所述第二功率级可操作以基于所述递增数字计数信号增大所述第二输出电流， 其中所述第一功率级可操作以基于所述递减数字计数信号增大所述第一输出电流，以及 其中所述第二功率级可操作以基于所述递减数字计数信号减小所述第二输出电流。3.根据权利要求2所述的DCDC转换器，其中所述控制器可操作以基于所述第一输出电流和所述第二输出电流的总和，输出所述控制信号。4.根据权利要求3所述的D⑶C转换器， 其中所述输出电流>所述第一输出电流> 0.5*所述输出电流，以及 其中0.5*所述输出电流>所述第二输出电流> O。5.根据权利4所述的DCDC转换器， 其中所述向上/向下计数器可操作以产生所述第一功率级控制信号作为步进式递增数字计数信号，以及 其中所述控制器可操作以产生所述向上/向下控制信号，以便控制所述步进式递增数字计数信号中的步数。6.根据权利要求5所述的DC/DC转换器，其进一步包含: 改写组件，其可操作以产生改写信号， 其中所述数字向上/向下计数器进一步可操作以基于所述改写信号输出最大数字计数信号，并且 其中所述第二功率级进一步可操作以基于所述最大数字计数信号不输出第二输出电流。7.根据权利要求6所述的DCDC转换器，其中所述控制器可操作以产生所述向上/向下控制信号，以便附加地控制所述步进式递增数字计数信号中的步长的时间段。8.根据权利要求5所述的DCDC转换器，其中所述控制器可操作以产生所述向上/向下控制信号，以便附加地控制所述步进式递增数字计数信号中的步长的时间段。9.根据权利要求4所述的D⑶C转换器， 其中所述向上/向下计数器可操作以产生所述第一功率级控制信号作为步进式递增数字计数信号，并且 其中所述控制器可操作以产生所述向上/向下控制信号，以便控制所述步进式递增数字计数信号中的步长的时间段。10.根据权利要求1所述的D⑶C转换器， 其中所述向上/向下计数器可操作以产生所述第一功率级控制信号作为步进式递增数字计数信号，并且 其中所述控制器可操作以产生所述向上/向下控制信号，以便控制所述步进式递增计数信号中的步长的时间段。11.一种方法，其包含: 经由控制器产生向上/向下控制信号； 基于所述向上/向下控制信号，经由向上/向下计数器产生第一功率级控制信号； 基于所述向上/向下控制信号，经由所述向上/向下计数器产生第二功率级控制信号; 基于所述第一功率级控制信号，经由第一功率级产生处于第一相位和第一电压的第一输出电流； 基于所述第二功率级控制信号，经由第二功率级产生处于第二相位的第二输出电流； 经由所述向上/向下计数器修改所述第一功率级控制信号，以便控制所述第一功率级，使得所述第一输出电流从第一功率级输出衰减到次级的第一功率级输出；以及 经由所述控制器输出控制信号，以修改所述第一功率级的所述第一电压。12.根据权利要求11所述的方法， 其中所述基于所述向上/向下控制信号，经由向上/向下计数器产生第一功率级控制信号包含产生所述第一功率级控制信号作为递增数字计数信号和递减数字计数信号中的一个， 其中所述基于所述第一功率级控制信号经由第一功率级产生处于第一相位和第一电压的第一输出电流包含，基于所述递增数字计数信号减小所述第一输出电流， 其中所述基于所述第二功率级控制信号，经由第二功率级产生处于第二相位的第二输出电流包含基于所述递增数字计数信号增大所述第二输出电流。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述经由所述控制器输出控制信号以修改所述第一功率级的所述第一电压包含，基于所述第一输出电流和所述第二输出电流的总和输出所述控制信号。14.根据权利要求13所述的方法， 其中所述输出电流>所述第一输出电流> 0.5*所述输出电流，以及 其中0.5*所述输出电流>所述第二输出电流> O。15.根据权利要求14所述的方法， 其中所述基于所述向上/向下控制信号经由向上/向下计数器产生第一功率级控制信号包含产生所述第一功率级控制信号作为步进式递增数字计数信号，以及 其中所述经由控制器产生向上/向下控制信号包含产生所述向上/向下控制信号，以便控制所述步进式递增数字计数信号中的步数。16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包含: 经由改写组件产生改写信号， 基于所述改写信号，经由所述数字向上/向下计数器输出最大数字计数信号。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述经由控制器产生向上/向下控制信号包含产生所述向上/向下控制信号，以便附加地控制所述步进式递增数字计数信号中的步长的时间段。18.根据权利要求15所述的方法，其中所述经由控制器产生向上/向下控制信号包含产生所述向上/向下控制信号，以便附加地控制所述步进式递增数字计数信号中的步长的时间段。19.根据权利要求14所述的方法， 其中基于所述向上/向下控制信号经由向上/向下计数器产生第一功率级控制信号包含产生所述第一功率级控制信号作为步进式递增数字计数信号，以及 其中所述经由控制器产生向上/向下控制信号包含产生所述向上/向下控制信号，以便控制所述步进式递增数字计数信号中的步长的时间段。20.根据权利要求11所述的方法， 其中基于所述向上/向下控制信号经由向上/向下计数器产生第一功率级控制信号包含产生所述第一功率级控制信号作为步进式递增数字计数信号，以及 其中所述经由控制器产生向上/向下控制信号包含产生所述向上/向下控制信号，以便控制所述步进式递增数字计数信号中的步长的时间段。
【专利摘要】本发明涉及用于多相DCDC转换器的单相变换的系统和方法。一种DCDC转换器(300)包括控制器(302)、向上/向下计数器(304)、第一功率级(306)和第二功率级(308)。控制器(302)产生向上/向下控制信号。向上/向下计数器(304)基于向上/向下控制信号产生第一功率级控制信号和第二功率级控制信号。第一功率级(306)基于所述第一功率级控制信号产生处于第一相位和第一电压的第一输出电流。第二功率级(308)基于第二功率级控制信号产生处于第二相位的第二输出电流。向上/向下计数器(304)修改第一功率级控制信号以控制第一功率级(306)，使得第一输出电流从第一功率级输出衰减到次级的第一功率级输出。控制器能够进一步输出控制信号以修改第一功率级(306)的第一电压。
【IPC分类】H02M3/10
【公开号】CN104901533
【申请号】CN201510098033
【发明人】E·拜耳, J·柯克纳, M·吕德斯
【申请人】德克萨斯仪器德国股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月5日
【公告号】US20150256067
【专利说明】用于多相DCDC转换器的单相变换的系统和方法
[0001]本发明要求2014年3月5日提交的美国临时申请61/948，344的优先权，并通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
【背景技术】
[0002]在便携式电子设备(例如蜂窝电话和膝上型计算机)中，DC-DC转换器很重要并由电池供电。这样的电子设备常常包含若干子电路，每个子电路具有它自身的不同于电池或外部电源提供的电压电平的电压电平需求(有时高于或低于电源电压)。例如，随着电池存储的电力耗尽，它的电压下降。开关式DC-DC转换器提供一种从部分降低的电池电压提高电压的方法，从而节省空间，而不用使用多个电池来完成相同的事情。
[0003]通过临时存储输入能量并随后在不同电压下将该能量释放到输出端，电子开关式DC-DC转换器将一个DC电压电平转换到另一个。这种存储可以在磁场存储组件(电感器、变压器)中或电场存储组件(电容器)中。
[0004]图1示出常规DC-DC转换器100的框图。
[0005]如图中示出的，DC-DC转换器100包含控制器102、功率源104、功率级106、功率级108和负载110。
[0006]控制器102经由线路112与功率级106通信，并经由线路114与功率级108通信。功率源104经由线路116与功率级106和功率级108通信。功率级106和功率级108经由线路118与控制器102和负载110通信。
[0007]控制器102利用控制信号120经由线路112控制功率级106，并利用控制信号122经由线路114控制功率级108。功率源104经由线路116将DC电流124传送给功率级106和功率级108。
[0008]功率级106基于控制信号120产生功率信号126。功率信号126具有相关的电压和电流。出于讨论目的，假设功率级106产生的最大电压为恒定电压，而功率级106产生的电流可以响应于控制信号120变化，以便改变最终的功率信号126。在这种方式中，当功率信号126改变时，它基于相关的电流的改变而改变。
[0009]功率级108基于控制信号122产生功率信号128。功率信号128具有相关的电压和电流。出于讨论目的，假设功率级108可以产生的最大电压为恒定电压，其至多等于功率级106产生的电压，而功率级108产生的电流可以响应于控制信号122改变，以便改变最终的功率信号128。在这种方式中，当功率信号128改变时，它基于相关的电流的改变而改变。
[0010]功率信号126与功率信号128相加以形成负载功率130，其被提供给负载110和控制器102。出于讨论目的，假设功率级106和功率级108中的每个都能够在3.0V下将1.0A的最大电流传送给负载110。例如，理想情况下，假设功率级106和功率级108经由输出电感器(未示出)提供固定电压。然而，由于电感器的阻抗基于它传导的交流电的频率，所以实际输出电压会改变。
[0011]现在将附加地参考图2A-C讨论DC-DC转换器100的操作。
[0012]图2A示出负载功率130 DC-DC转换器100。
[0013]该图包括曲线图202和曲线图204。曲线图202包括Y-轴线206、X_轴线208、电流函数210和电流函数212。曲线图204包括Y-轴线214、X-轴线208和电压函数216。
[0014]曲线图202表示DC-DC转换器100中，随着时间的推移的负载功率130的电流，而负载功率130的曲线图204表示DC-DC转换器100中，随着时间的推移的电压。Y-轴线206表示电流，单位为安培，而Y-轴线214表示电压，单位为伏特。X-轴线206表示时间，单位为毫秒。
[0015]电流函数210对应于随着时间的推移的功率级106的功率信号126 (如图1所示)。电流函数212对应于随着时间的推移的功率级108的功率信号128 (如图1所示)。如图1所示,在这个示例中，功率信号128为零，因此功率信号126等于负载功率130。因此,在这个示例中，电流函数210附加地对应于随着时间的推移的负载功率130。电流函数210和212中的每个都被示为直流电(DC)以简化讨论。应当注意，每个函数可以附加地利用交流电(AC)描述。
[0016]电压函数210对应于随着时间的推移的与负载功率130(如图1所示)相关的电压。
[0017]在图2A中，如电流函数210示出的，功率级106正输出1.0A的功率信号126。同时，如电流函数212示出的，功率级108不输出任何电流。当只有功率级106输出电流116到负载110时，DC-DC转换器100处于单相模式。
[0018]返回图1，在操作中，控制器102确定提供给负载110的电压和电流。在这个非限制性示例中，控制器102确定应当产生3.0V下的1.0A单相电流。
[0019]控制器102将所确定的、提供给负载110的电流与负载功率130比较。由于当前功率级106和功率级108都不正在工作，所以负载功率130低于所确定的电流。
[0020]随后控制器102经由控制信号120激活功率级106，从而输出正确的电流。功率级106将功率从功率源104转换为1.0A和3.0V处的功率，并将它作为功率信号126传输到负载110。功率级106单独传输功率到负载110由图2A中的电流函数210和电压函数216表示。DC-DC转换器100继续以这种单相状态工作。
[0021]出于讨论目的，现在期望DC-DC转换器100提供3V电压、1.0A的双相电流的输出功率。基于时间或功率负载的改变，电流和电压需求的非限制性示例可以包括用户输入。出于讨论目的，在这个示例实施例中，假设DC-DC转换器100的电流需求因用户的请求而变化。该请求可以由于负载的降低或增加、工作环境的变化或基于定时过程而产生。
[0022]在需要新相位的电流时，控制器102比较电流(与所需新相位的电流关联)和负载功率130的电流状态。控制器102确定需要在双相模式中传输功率。现在将附加参考图2B进一步讨论DC-DC转换器100从单相功率模式切换到双相功率模式的理想情况。
[0023]图2B包括在理想情况下，DC-DC转换器100从单相切换到双相输出时的负载功率130的曲线图218和曲线图220。曲线图218包括Y-轴线222、X-轴线224、电流函数226和电流函数228。电流函数226包括部分230和部分232。电流函数228包括部分234和部分236。曲线图220包括Y-轴线238、X-轴线224和电压函数240。
[0024]曲线图218表示DC-DC转换器100中随着时间的推移的负载功率130的电流，而曲线图220表示DC-DC转换器100中随着时间的推移的负载功率130的电压。Y-轴线222表示电流，单位为安培，而Y轴线232表示电压，单位为伏特。X-轴线224表示时间，单位为秒。
[0025]电流函数226对应于功率级106的功率信号126 (如图1中示出的)。部分230具有1.0A电流并持续到时间tl，而部分232具有0.5A电流并在时间tl之后开始。电流函数228对应于功率级108的功率信号128 (如图1中示出的)。部分234具有0.0A电流并持续到时间tl，而部分236具有0.5A电流并在时间tl之后开始。
[0026]在这个示例中，在时间tl之前功率信号128为零，因此在时间tl之前功率信号126等于负载功率130。因此，在这个示例中，在时间tl之前，功率信号126附加地对应于负载功率130。因为在时间tl之前，负载功率130是功率信号126和功率信号128的总和，所以负载功率130具有1.0A的相关电流，但是仅由功率信号126独自提供。另一方面，在时间tl之后，负载功率130具有保持1.0A的相关电流，但是包括功率信号126的0.5A和功率信号128的0.5A。在这个示例中，由于在时间tl之后功率级106和功率级108都提供电流，所以在时间tl之后，DC-DC转换器100工作在双相模式。
[0027]类似于图2A，在图2B中，电流函数226和228中的每个都被示为直流电(DC)以简化讨论。应当注意，每个函数可以附加地利用交流电(AC)描述。
[0028]电压函数240对应于随着时间的推移的与负载功率130 (如图1中示出的)相关的电压。
[0029]返回到图1，在确定负载功率130需要在双相模式中传输之后，在时间tl处，控制器102发送控制信号120到功率级106并发送控制信号122到功率级108。由于功率级106已经在提供处于1.0A和3.0V的功率，因此它的功率将需要被降低为0.5A和3.0V。同时，需要将功率级108激活然后开始传输处于0.5A和3.0V的功率到负载110。功率级106和功率级108输出的功率反映在图2B的电流函数226和228中。图2B的电压函数240表示理想的电压输出。
[0030]在一个理想系统中，如图2B的电压函数240示出的，即使在从单相电流输出变换为双相电流输出时，输出到负载110的电压将保持恒定。尽管在实际中，输出到负载110的电压变化，且有时变化很明显。由于功率级106的功率传输函数(例如阻抗组件的电压是频率的函数)的非线性，功率信号126的电压会发生瞬变现象。类似地，由于功率级108的功率传输函数的非线性，功率信号128的电压也会发生瞬变现象。由于系统中的非线性，电压瞬变不能被预测并且必须在它们发生之后通过反馈回路得到补偿。甚至反馈回路自身内都有小的瞬变和非线性。
[0031]现在将附加地参考图2C进一步讨论当DC-DC转换器100从单相功率模式切换到双相功率模式时的现实电压输出。
[0032]图2C包括DC-DC转换器100从单相切换到双相输出时的负载功率130的曲线图218和曲线图242。曲线图242包括Y-轴线244、X-轴线224和电压函数248。
[0033]电压函数240对应于随着时间的推移的负载功率130 (如图1中示出的)的电压。电压函数248包括瞬变250，其包括电压过冲252和电压下冲254。瞬变250表示在时间tl切换功率传输模式时的电压改变。
[0034]返回到图1，在控制器102命令功率级106和功率级108中的每个进入新的功率传输模式时，它们从第一稳定状态移动到第二稳定状态。在从稳定状态移动时，由于功率级106和功率级108的各自的传输函数的非线性会存在电压过冲。
[0035]例如，出于讨论目的，假定在单相操作中，控制器102输出控制信号120以命令功率级106输出3.0W，并输出控制信号122以命令功率级108输出0.0W。进一步地，假设功率级106输出处于3.0V和1.0A的3.0W作为功率信号126。随后，假定在双相操作中，控制器102输出控制信号120以命令功率级106输出1.5W，以及输出控制信号122以命令功率级108输出1.5W。
[0036]理想情况下，出于讨论目的，假设功率级106应当输出3.0V和0.5A的1.5W作为功率信号126，以及功率级108应当输出3.0V和0.5A的1.5W作为功率信号128。然而，假定功率级106实际上仍不正确地输出3.2V和0.5A，其中电压的错误是由于功率级106的传输函数的非线性引起。这种电压过冲对应于图2C的电压过冲252。换句话说，即使控制器102的指令可能是正确的，实际产生的电压可能不正确，并且因此每个功率级的功率可能不正确。
[0037]如果这种情况发生，功率级106提供的功率信号126将为1.6W，功率级108提供的功率信号128将为1.5W，以及负载功率130 将为3.1W。更重要的是，电压过冲会损坏负载110中的设备。
[0038]进一步地，电压过冲252将引起负载功率130变化，其由控制器102经由线路118检测。控制器102将比较负载功率130和参考功率以确定是否需要修改功率级106的输出和/或功率级108的输出。在这种情况下，由于电压过冲252，控制器可以经由控制信号120命令功率级106修改它的输出电压和/或可以经由控制信号122命令功率级108修改它的输出电压。然而，最初的校正可能导致电压下冲254。再次，控制器102将比较负载功率130和参考功率以确定是否需要修改功率级106的输出和/或功率级108的输出。在这种情况下，由于电压下冲254，控制器可以经由控制信号120命令功率级106修改它的输出电压和/或可以经由控制信号122命令功率级108修改它的输出电压。这种反馈回路继续直到瞬变250衰减到可接受水平。最终，控制器102可以命令功率级106和功率级108输出正确的功率。由于功率级106、功率级108和控制器102之间的反馈回路的有限带宽，负载功率130的电流和电压调整可能需要相对长的时间。
[0039]在图2C的示例中，在X-轴线246上的14ms处，当在3.0V输出1.0A电流时，控制器102控制补偿瞬变254并达到稳定状态。
[0040]现在，出于讨论目的，假设控制器102再次请求单相电流输出。
[0041]控制器102比较与所要求的单相电流输出相关的电压和电流与负载功率130的电压和电流，并再次确定负载功率130的电压和电流是不正确的。控制器102确定负载功率130需要在处于1.0A和3.0V的单相中传输。现在将附加地参考图2D进一步讨论DC-DC转换器100从双相功率模式到单相功率模式的理想切换。
[0042]图2D包括在理想情况下，DC-DC转换器100从双相切换到单相输出时的负载功率130的曲线图256和曲线图258。曲线图256包括Y-轴线260、X-轴线262、电流函数264和电流函数266。电流函数264包括部分268和部分270。电流函数266包括部分272和部分274。曲线图258包括Y-轴线276、X-轴线262和电压函数278。
[0043]曲线图256表示DC-DC转换器100中随着时间的推移的负载功率130的电流，而曲线图258表示DC-DC转换器100中随着时间的推移的负载功率130的电压。Y-轴线260表示电流，单位为安培，而Y轴线276表示电压，单位为伏特。X-轴线262表示时间，单位为秒。
[0044]电流函数264对应于功率级106的功率信号126 (如图1中示出的)。部分268具有0.5A电流并持续到时间t2，而部分270具有1.0A电流并在时间t2之后开始。电流函数266对应于功率级108的功率信号128 (如图1中示出的)。部分272具有0.5A电流并持续到时间t2，而部分274在时间tl之后具有零电流。
[0045]在这个示例中，在时间t2之前，负载功率130具有1.0A的相关电流，但是包括功率信号126的0.5A和功率信号128的0.5A。由于在时间t2之前，功率级106和功率级108都提供电流，所以在时间t2之前，DC-DC转换器100工作在双相模式。另一方面，在时间t2之后，功率信号128为零，所以在时间t2之后，功率信号126等于负载功率130。因此，在这个示例中，在时间t2之后,部分270附加地对应于负载功率130。因为负载功率130是功率信号126和功率信号128的总和，所以在时间t2之后，负载功率130具有1.0A的相关电流，但是其仅由功率信号126单独提供。
[0046]类似于图2A-B，电流函数264和266中的每个都被示为直流电(DC)以简化讨论。应当注意，每个函数可以附加地利用交流电(AC)描述。
[0047]电压函数278对应于随着时间的推移的负载功率130 (如图1中示出的)的电压。
[0048]返回到图1，在确定负载功率130需要在单相模式中传输之后，在时间t2处，控制器102发送控制信号120到功率级106并发送控制信号122到功率级108。由于功率级106正在提供处于0.5A和3.0V的功率，因此它的功率将需要被增加到1.0A和3.0V。同时，需要将功率级108去激活。功率级106和功率级108的功率输出反映在图2D的电流函数264和266中。图2D的电压函数278表示理想的电压输出。
[0049]在一个理想系统中，如图2D的电压函数278示出的，即使在从双相电流输出变换为单相电流输出时，输出到负载110的电压将保持恒定。尽管在实际中，功率信号126的电压会产生如上所述的瞬变。
[0050]现在将附加地参考图2E进一步讨论DC-DC转换器100从单相功率模式到双相功率模式的现实切换。
[0051]图2E包括DC-DC转换器100从双相切换到单相输出时的输出的曲线图256和曲线图280。曲线图280包括Y-轴线282、X-轴线262和电压函数284。
[0052]电压函数284对应于随着时间的推移的负载功率130 (如图1中示出的)的电压。电压函数284包括瞬变286，其包括电压过冲288和电压下冲290。瞬变286表示在时间t2切换功率传输模式时的电压改变。
[0053]类似于上面参考图2C讨论的情形，此处，功率级106和/或功率级108中的非线性导致输出电压中的瞬变，该电压瞬变可能会如此之大(幅度上)，以至于它们存在损害负载110的风险。
[0054]使用采用DC-DC转换器的常规系统和方法的问题在于:在从两种不同传输模式的变换(例如，从单相到双相或从双相到单相操作的变换)期间，输出中产生瞬变电压。输出电压的误差必须通过调整回路校正。由于调整回路的有限带宽，需要相对长的时间来校正电压输出中的误差。
[0055]需要一种用于在两种不同传输模式之间切换并能够最小化DC-DC转换器的输出电压的瞬变的系统和方法。
【发明内容】
[0056]本发明提供一种用于在两种不同传输模式之间切换同时最小化DC-DC转换器的输出电压中的瞬变的系统和方法。
[0057]根据本发明的各个方面，DC-DC转换器包括控制器、向上/向下计数器、第一功率级和第二功率级。控制器产生向上/向下控制信号。向上/向下计数器基于向上/向下控制信号产生第一功率级控制信号和第二功率级控制信号。第一功率级基于第一功率级控制信号产生处于第一相位和第一电压的第一输出电流。第二功率级基于第二功率级控制信号产生处于第二相位的第二输出电流。向上/向下计数器修改第一功率级控制信号从而控制第一功率级，使得第一输出电流从第一功率级输出衰减到次级的第一功率级输出。控制器能够进一步输出控制信号从而修改第一功率的第一电压。
[0058]接下来的说明书中阐述了本发明的部分附加优点和新颖性特征，并且当本领域技术人员查阅下列内容后，部分的附加优点和新颖特征将变得明显，并且本领域技术人员可以从下文学习本发明的实现。通过所附权利要求书中具体指出的手段和组合，可以实现和获得本发明的优点。
【附图说明】
[0059]纳入并形成整个说明书的一部分的附图示出本发明的示例实施例，其与说明书一起用于解释本发明的原理。在图中:
[0060]图1示出一种常规DC-DC转换器；
[0061]图2A-E示出在单相操作模式和双相操作模式之间切换的DC-DC转换器中的电压和电流的曲线图；
[0062]图3示出根据本发明的各个方面的一种示例DC-DC转换器；
[0063]图4示出根据本发明的各个方面的一种在单相操作模式和双相模式操作之间切换的示例DC-DC转换器中的电压和电流的曲线图；
[0064]图5示出根据本发明的各个方面的一种示例组合功率级；
[0065]图6示出根据本发明的各个方面的作为DC-DC转换器的负载的函数的效率的曲线图；
[0066]图7示出根据本发明的各个方面的一种在单相操作模式和双相操作模式之间切换的示例DC-DC转换器中的电压和电流的附加曲线图；
[0067]图8示出根据本发明的各个方面的一种在单相操作模式和双相操作模式之间切换的示例DC-DC转换器中的电压和电流的附加曲线图；
[0068]图9示出根据本发明的各个方面的另一个示例DC-DC转换器；以及
[0069]图10示出根据本发明的各个方面的一种在单相操作模式和双相操作模式之间切换的示例DC-DC转换器中的电压和电流的附加曲线图。
【具体实施方式】
[0070]本发明提供一种用于在DC-DC转换器的两种不同传输模式之间切换同时最小化输出电压中的瞬变的系统和方法。
[0071]根据本发明的一个方面，DC-DC转换器可操作以使用两个功率级提供恒定电压的单相或双相功率。在单相模式中，向上/向下计数器用于打开一个功率级并关闭第二功率级。在双相模式中，向上/向下计数器将打开第二功率级并增大它的电流输出，同时降低第一级的电流输出，以便保持两个功率级的组合电流输出恒定。
[0072]与一个功率级的输出功率相关的电流被步进式增加，而与另一个功率级的输出功率相关的电流被同时且相等地步进式减小。换句话说，两个功率级的输出反向改变。以这种方式，向上/向下计数器仅控制每个功率级提供的总电流的分配。从单相模式切换到双相模式或反过来时，每个功率级的电流的每次步进式改变产生两个功率级的组合输出电压的瞬变。
[0073]控制器用于进一步控制每个功率级的输出。控制器使用反馈回路监测功率级的组合输出电压。控制器能够接着调整两个功率级的电压输出，以便保持组合输出电压恒定。以这种方式，控制器能够在功率传输模式之间的变换期间补偿电压瞬变。
[0074]根据本发明的另一个方面，可以改变向上/向下计数器的步长的时间段。增大或减小向上/向下计数器的步长的时间段改变控制器必须调整功率级的电压和补偿每个功率级的电流输出的改变产生的瞬变的时间量。
[0075]根据本发明的另一个方面，可以改变向上/向下计数器的步长幅度。增大或减小向上/向下计数器的步长的幅度改变控制器需要补偿的瞬变的大小。
[0076]根据本发明的另一个方面，向上/向下计数器的步长的幅度和时间段都可以改变。增大步长的幅度和时间段将增大所产生的电压瞬变的大小。由于时间段也增加了，控制器有更多的时间来补偿更大的瞬变。减小步长的幅度和时间段两者将减少控制器必须补偿产生的瞬变的时间量。但是由于电流也有较小的改变，产生小的瞬变，这要求控制器用较少时间进行补偿。
[0077]根据本发明的另一个方面，通过在每个输出功率级的控制路径中使用数模转换器(DAC)，DC-DC转换器产生传输模式之间的平稳变换。DAC由数字向上/向下计数器控制，其经由控制信号逐渐增加/减小功率级提供的电流。例如，考虑DC-DC转换器从双相模式变为单相模式的情形。
[0078]在一种主/从配置中，主功率级具有对从功率级的单向控制，其中主功率级的动作控制从功率级的动作。例如，如果主功率级正在增加它的电流输出，则从功率级同时减小它的功率输出。如果主功率级正在减小它的电流输出，则同时从功率级将增加它的电流输出。
[0079]以这种方式，DC-DC转换器的总输出随着时间的推移被保持恒定。多个DAC可以被实施以便单独地衰减或放大每个输出功率级的电流。在一个示例实施例中，DAC的传输函数能够通过下列等式描述:
[0080]10ut= I In*(l+(k*X)) (I)
[0081]在等式(I)中，X表示数字向上/向下计数器的控制值，该值在0〈X〈1的范围内。在等式(I)中，k表示DAC的灵敏度，且在-l〈k〈l的范围内。 对于双相DC-DC转换器，主相位的k值为正,而从相位的k值为负。
[0082]由于两种不同传输模式之间的整个变换过程可能在数毫秒内发生，因此根据本发明的各个方面的DC-DC转换器的电压调整回路具有充足的时间来补偿功率级的传输函数中的小误差或非线性。在一些实施例中，从双相模式变换到单相模式结束时，从功率级可以输出处于最小电流I*的功率。由于I*被输出，所以从功率级被关闭时，对DC-DC转换器的输出电压几乎没有影响。由于关闭了从功率级，主功率级输出处于所需要电流Ifss的功率。
[0083]从单相模式切换到双相模式意味着反过来运行从功率级。由于从功率级针对它的对应的输出功率逐渐增加它的电流，所以主功率针对它的对应的输出功率级逐渐减小它的电流。在变换结束时，主从功率级可以提供相等的功率。
[0084]如今，在电子工业界有很多类型的DC-DC转换器在使用。例如，降压-升压转换器(buck-boost转换器)是DC-DC转换器的一种类型，其具有大于或小于输入电压幅度的输出电压幅度。依据电感器不愿意允许电流快速改变，最好地理解降压-升压操作。从初始状态开始，此时没有电荷且电路开路，通过电感器的电流为零。当电路变成闭合时，阻塞二极管迫使电流流过电感器。然而，由于电感器阻止电流快速改变，因此初始时它通过最大幅降低电源提供的电压来将电流保持为低。随着时间的推移，电感器通过增加它的电压降允许电流缓慢增加。
[0085]本发明的创造性方面可以应用于很多类型的DC-DC转换器，包括降压-升压转换器。DC-DC转换器的非限制性类型包括步进向下(降压)转换器、步进向上(升压)转换器、降压-升压转换器、线性转换器、硬切换转换器、谐振转换器、连续和非连续转换器。
[0086]现在将参考图3-10描述根据本发明的各个方面的示例系统。将参考图3-6描述第一不例实施例。
[0087]图3示出根据本发明的各个方面的一个示例DC-DC转换器300。
[0088]如图中示出的，DC-DC转换器300包括控制器302、控制器303、数字向上/向下计数器304、功率源104、功率级306、功率级308、改写(override)组件310和负载110。
[0089]在这个示例中，控制器302、控制器303、向上/向下计数器304、功率级306、功率级308、功率源104、改写组件310和负载110被示出为单独装置。然而，在一些实施例中，控制器302、控制器303、向上/向下计数器304、功率级306、功率级308、功率源104、改写组件310和负载110中的至少两个可以组合为单一装置。
[0090]控制器302经由线路318与功率级306和功率级308通信。
[0091]控制器303经由线路312与向上/向下计数器304通信。
[0092]向上/向下计数器304进一步经由线路314与功率级306通信，并进一步经由线路316与功率级308通信。
[0093]功率源104经由线路116与功率级306和功率级308通信。功率级306和功率级308进一步经由线路118与控制器302和负载110通信。
[0094]改写组件310经由线路322与向上/向下计数器304通信。
[0095]控制器302利用控制信号336经由线路318控制功率级306和功率级308。控制器303利用控制信号324经由线路312控制向上/向下计数器304。功率源104经由线路116将DC电流124传送给功率级306和功率级308。
[0096]向上/向下计数器304利用控制信号326经由线路314控制功率级306，并利用控制信号328经由线路316控制功率级308。
[0097]功率级306基于控制信号326和控制信号336产生功率信号330。负载功率334具有相关的电压和电流。出于讨论目的，假设功率级306产生的最大电压为恒定电压，而功率级306产生的电流可以响应于控制信号326和控制信号336改变，以便改变最终功率信号330。以这种方式，当功率信号330改变时，它基于相关的电流的改变而改变。
[0098]功率级308基于控制信号328和控制信号336产生功率信号332。功率信号332具有相关的电压和电流。出于讨论目的，假设功率级308可以产生的最大电压为恒定电压，其至多等于功率级306产生的电压，而功率级308产生的电流可以响应于控制信号328和控制信号336改变，以便改变最终功率信号332。以这种方式，当功率信号332改变时，它基于相关的电流的改变而改变。
[0099]功率信号330与负载功率334相加形成负载功率334，其被提供给负载110和控制器302。出于讨论目的，假设功率级306和功率级308中的每个都能够将3.0V下的1.0A的最大电流传送给负载110。例如，理想情况下，假设功率级306和功率级308经由输出电感器(未示出)提供固定电压。然而，由于电感器的阻抗基于它传导的交流电的频率，实际输出端电压会改变。
[0100]改写组件产生改写信号340到向上/向下计数器304。
[0101]现在将附加地参考图4讨论DC-DC转换器300的操作。
[0102]图4包括当DC-DC转换器300从单相输出切换到双相输出并且然后回到单相输出时的负载功率334的曲线图402和曲线图404。曲线图402包括Y-轴线406、X_轴线408、电流函数410和电流函数412。电流函数410包括单相部分414、递减部分416、双相部分418、递增部分420和单相部分422。电流函数412包括单相部分424、递减部分426、双相部分428、递增部分430和单相部分432。曲线图404包括Y-轴线434、Χ_轴线408和电压函数 436。
[0103]曲线图402表示DC-DC转换器300中随着时间的推移的负载功率334的电流，而曲线图404表示DC-DC转换器300中随着时间的推移的负载功率334的电压。Y-轴线406表示电流，单位为安培，而Y轴线434表示电压，单位为伏特。X-轴线408表示时间，单位为秒。
[0104]如图3中示出的，电流函数410对应于功率级306的功率信号330。单相部分414具有1.0A电流并持续到时间tl。递减部分416是步进函数，其在时间tl-t4处以四个增量从1.0A减小到0.5A。双相部分418具有0.5A电流并在时间t4和t5之间持续。递增部分420是步进函数，其在时间t5-t8处以四个增量从0.5A增加到1.0A。单相部分422具有1.0A电流并在时间t8之后持续。
[0105]如图3中示出的，电流函数412对应于功率级308的功率信号332。单相部分424具有0.0A电流并持续到时间tl。递增部分426是步进函数，其在时间tl-t4处以四个增量从0.0A增加到0.5A。双相部分428具有0.5A电流并在时间t4和t5之间持续。递减部分430是步进函数，其在时间t5-t8处以四个增量从0.5A减小到0.0A。单相部分432具有0.0A电流并在时间t8之后持续。
[0106]如图3中示出的，电压函数436对应于随着时间的推移的负载功率334的电压。电压函数436包括多个瞬变，所述多个瞬变的样本被标记为瞬变438和瞬变440。瞬变438表示在时间tl切换功率传输模式时的电压改变，而瞬变440表示在时间t5切换功率传输模式时的电压改变。
[0107]返回到图3，出于讨论目的，假设DC-DC转换器300工作在单相输出模式，其中功率级306正输出1.0A和3.0V。这在图4的电流函数410的单相部分414和电流函数412的单相部分424处反映。
[0108]接着，假设控制器303确定DC-DC转换器应当工作在双相输出模式。因此，控制器303经由控制信号324命令向上/向下计数器304发起模式切换。附加地参考图4，在时间tl，向上/向下计数器304经由控制信号326命令功率级306减小它的输出电流，并同时经由控制信号328命令功率级308增大它的输出电流。向上/向下计数器304继续计数指令中的“步长”，使得功率级306的输出电流步进式减小并使得功率级308的输出电流步进式增加，直到每个功率级都在双相模式中输出。这反映在图4中的电流函数410的递减部分416和电流函数412的递增部分426处。
[0109]如上讨论，参考图2C和2E，在输出状态之间改变时，由于功率级的各自传输函数的非线性，可能存在电压过冲(或下冲)。根据本发明，递增步长序列降低了电压瞬变的幅度。例如，如图4中示出的，瞬变438远远小于图2C的瞬变250，其中瞬变438与电流函数410中示出的功率级306的输出电流的递增步进式减小关联，并且与电流函数412中示出的功率级308的输出电流的递增步进式增加相关。相应地，根据本发明，DC-DC转换器的输出状态之间的递增的步进式改变极大地降低了电压瞬变的幅度，这极大地减少了损坏负载110的组件的机会。
[0110]此外，瞬变438将引起负载功率334的改变，该改变由控制器302经由线路118检测。控制器302将比较负载功率334和参考功率，以确定是否需要修改功率级306和功率级308的输出。在这种情况下，由于瞬变438，控制器可以经由控制信号336命令功率级306和功率级308修改它们的输出电压。这个反馈回路持续，直到瞬变438衰减到可接受水平，如电压函数436的平稳部分432示出的水平。
[0111]在这个示例中，DC-DC转换器300可操作以在t4-tl的差值限定的时间内从单相输出模式切换到双相输出模式。相比于上面参考图1和图2C讨论的DC-DC转换器100，可以具有更多的时间量用于输出模式之间的切换。然而，如上讨论，在两个输出模式之间的多步、步进式变换期间，DC-DC转换器300产生的电压瞬变幅度显著小于在DC-DC转换器100在两个输出模式之间的单步变换期间产生的电压瞬变幅度。
[0112]如图4中示出的，控制器303可以接着确定DC-DC转换器300应当再次工作在单相输出模式。因此，控制器303经由控制信号324命令向上/向下计数器304发起模式切换。附加地参考图4，在时间t5处，向上/向下计数器304经由控制信号326命令功率级306增大它的输出电流，并同时经由控制信号328命令功率级308减小它的输出电流。向上/向下计数器304继续计数指令中的“步长”，使得功率级306的输出电流步进式增加，并使得功率级308的输出电流步进式减小，直到每个功率级都在单相模式中输出。这反映在图4中的电流函数410的递增部分420和电流函数412的递增部分430。
[0113]正如从单相到双相输出模式步进式改变时，当从双相到单相输出模式改变时，与功率级306和/或功率级308相关的电压中会存在产生的瞬变。这表示在电压函数436中，例如瞬变440。正如上面讨论的，控制器继续命令功率级306和功率级308补偿这种瞬变。
[0114]换句话说，根据本发明的各个方面的DC-DC转换器能够通过在输出相之间步进式改变来减小电压瞬变。
[0115]返回到图3，功率级306能够基于向上/向下计数器304的控制信号326步进式改变它的输出，而功率级308能够基于向上/向下计数器304的控制信号328步进式改变它的输出。在一些实施例中，功率级306和功率级308可以接收来自向上/向下计数器304的相同控制信号，其中相比于功率级308的输出的步进式改变，功率级306将相反地步进式改变它的输出。
[0116]进一步，在步进式改变之后，如果需要，功率级306能够基于控制器302的控制信号336改变它的输出，而功率级308也能够基于控制器302的控制信号336改变它的输出。
[0117]在一些实施例中， 功率级306和功率级308可以组合为单个功率级。这将参考图5描述。
[0118]图5示出根据本发明的各个方面的一种组合功率级500。
[0119]如图中示出的，组合功率级500包括功率级306和功率级308。
[0120]在这个示例实施例中，如等式502示出的，功率级306提供输出电流1_，其作为输入电流1&的函数。此外，如等式504示出的，功率级308提供输出电流I _，其作为输入电流1&的函数。
[0121]等式502计算功率信号330的Iwt，而等式504计算功率信号332的Iwt。Iin可以是直接给出或经由一些表达，例如数字值给出。预定因子X经由控制信号326和控制信号328内的递减(或者根据具体情况，递增)数字计数信号提供。
[0122]明显地，在这个示例中，随着X值增大，等式502的Itjut增大，而等式504的I _减小。类似地，随着X值减小，等式502的Itjut减小，而等式504的I _增大。
[0123]可能存在控制器303要求的输出相的具体类型不是期望的情形。改写组件310解决这种情形。例如，在控制器另外命令DC-DC转换器工作在不同模式，例如双相时，预定准则可以确定DC-DC转换器应当工作在具体输出模式，例如单相。在这种情形下，改写组件310可以经由改写信号340命令向上/向下计数器304输出信号326和信号328，以便在对应于预定准则的模式中操作功率级306和功率级308。
[0124]图6示出根据本发明的各个方面的作为DC-DC转换器的负载的函数的效率的曲线图 600。
[0125]如图中示出的，曲线图600包括Y-轴线602、X-轴线604、函数606、函数608和函数 610。
[0126]Y-轴线602表示百分比效率。X-轴线604表示电流，单位为mA。函数606表示作为DC-DC转换器300的负载的函数的效率。函数608表示作为常规单相DC-DC转换器的负载的函数的效率。函数610表示作为常规DC-DC转换器100的负载的函数的效率。
[0127]如图中示出的，DC-DC转换器300的效率，比常规单相DC-DC转换器的效率高大约7%，比1mA负载下的DC-DC转换器100的效率高12%。随着负载从1mA增加到100mA，函数606、函数608和函数610中的每个的效率缓慢增加到90%。
[0128]随着负载从10mA增加到1000mA，DC-DC转换器100的效率很快损失，在700mA时移动到低于60%效率的水平。单相DC-DC转换器的效率也很快损失，在700mA时移动到低于70%效率的水平。DC-DC转换器300是效率最高的；在700mA负载时它维持在大约80%的效率水平。
[0129]在10mA时，所有三个DC-DC转换器都具有大约相同的效率。但是DC-DC转换器可能需要与宽范围的负载连用，在大范围负载中使用DC-DC转换器300的效率高得多，也是成本有效得多。
[0130]在上面参考图3-4讨论的示例DC-DC转换器中，向上/向下计数器304在描述为tl、t2、t3等的预定时间段隔开的多个步长上步进式改变功率级306和功率级308的每个的输出。然而，在一些情况下，步长之间的时间段应当增加，以考虑到控制器302解决电压瞬变需要的时间。出于讨论目的，考虑控制器302不能够在时间tl和t2之间衰减功率级306和/或功率级308的输出电压中的瞬变的情形。这将参考图7更详细地描述。
[0131]图7包括DC-DC转换器300从单相输出切换到双相输出时的负载功率334的曲线图702和曲线图704。曲线图702包括Y-轴线706、X_轴线708、电流函数710和电流函数712。电流函数710包括单相部分714、递减部分716和双相部分718。电流函数712包括单相部分720、递增部分722和双相部分724。曲线图704包括Y-轴线726、Χ_轴线708和电压函数728。
[0132]曲线图702表示DC-DC转换器300中随着时间的推移的负载功率334的电流，而曲线图704表示DC-DC转换器300中随着时间的推移的负载功率334的电压。Y-轴线706表示电流，单位为安培，而Y-轴线726表示电压，单位为伏特。X-轴线708表示时间，单位为秒。
[0133]电流函数710对应于如图3中示出的功率级306的功率信号330。单相部分714具有1.0A电流并持续到时间tl。递减部分716是步进函数，其在时间tl-tlO以四个增量从1.0A减小到0.5A。双相部分718具有0.5A电流并在时间tlO之后持续。
[0134]电流函数712对应于如图3中示出的功率级308的功率信号332。单相部分720具有0.0A电流并持续到时间tl。递增部分722是步进函数，其在时间tl-tlO以四个增量从0.0A增加到0.5A。双相部分724具有0.5A电流并在时间tlO之后持续。
[0135]电压函数728对应于随着时间的推移的负载功率334(如图3中示出的)的电压。电压函数728包括多个瞬变，所述多个瞬变的样本被标记为瞬变728。瞬变728表示在时间tl切换功率传输模式时的电压改变。
[0136]在这个示例中，瞬变728延伸超出时间t2。因此，向上/向下计数器不应当命令功率级306和功率级308进一步改变它们各自的输出，直到控制器302能够控制瞬变728。在这个示例中，如图中示出的，瞬变728被稳定在可接受水平，如部分730所示。因此，递减部分716能够在时间t3减小另一个步长，而递增部分722能够在时间t3增加另一个步长。
[0137]换句话说，根据本发明的另一个方面，可以修改功率级的输出电压的步进式改变中的步长之间的时间段，以适应解决电压瞬变需要的时间。
[0138]在上面参考图3-4讨论的示例DC-DC转换器中，向上/向下计数器304在被描述为tl、t2、t3等的预定时间段隔开的四个步长上步进式改变功率级306和功率级308中的每个的输出。这四个步长是出于讨论目而提供，并不限制本发明的实施例。例如，在一些情况下，可以增加步数。出于讨论目的，考虑向上/向下计数器能够利用八个步长步进式改变功率级306和/或功率级308的输出电压的情形。这将参考图8更详细地描述。
[0139]图8包括DC-DC转换器300从单相输出切换到双相输出时的负载功率334的曲线图802和曲线图804。曲线图802包括Y-轴线806、X_轴线808、电流函数810和电流函数812。电流函数810包括单相部分814、递减部分816和双相部分818。电流函数812包括单相部分820、递增部分822和双相部分824。曲线图804包括Y-轴线826、Χ_轴线808和电压函数828。
[0140]曲线图802表示DC-DC转换器300中随着时间的推移的负载功率334的电流，而曲线图804表示DC-DC转换器300中随着时间的推移的负载功率334的电压。Y-轴线806表示电流，单位为安培，而Y-轴线826表示电压，单位为伏特。X-轴线808表示时间，单位为秒。
[0141]电流函数810对应于功率级306的功率信号330(如图3中示出的)。单相部分814具有1.0A电流并在时间tl之前停止。递减部分816是步进函数，其在tl到t4之前以八个增量从1.0A减小到0.5A。双相部分818具有0.5A电流并在时间t4之后持续。
[0142]电流函数812对应于功率级308的功率信号332 (如图3中示出的)。单相部分820具有0.0A电流并在时间tl之前持续。递增部分822是步进函数，其在tl到t4之前以八个增量从0.0A增加到0.5A。双相部分824具有0.5A电流并在时间t4之后持续。
[0143]电压函数828对应于随着时间的推移的负载功率334(如图3中示出的)的电压。电压函数828包括多个交替瞬变和平稳部分830，其表示功率传输模式切换时的电压改变。
[0144]在这个示例中，因为步进式改变小于上面参考图4讨论的步进式改变,所以对应的瞬变小得多。因此，控制器302不需要花费如此多的处理时间来控制瞬变。
[0145]换句话说，根据本发明的另一个方面，功率级的输出电压的步进式改变中的步数可以被修改，以管理电压瞬变的大小。应当注意，四个和八个步长示例是非限制性示例，其中根据本发明的各个方面的DC-DC转换器可以包括提供任何数量步长的向上/向下计数器。
[0146]在上述讨论的示例实施例中，对于具体DC-DC转换器，步长之间的时间段和步数是预定的。然而，在其他实施例中，步数和/或步长之间的时间段可以根据需要修改，以最小化输出状态之间的时间段并最小化电压瞬变。这将参考图9-10更详细地描述。
[0147]图9示出根据本发明的各个方面的示例DC-DC转换器900。
[0148]如图中示出的，DC-DC转换器900包括控制器302、控制器903、数字向上/向下计数器904、功率源104、功率级906、功率级908、改写组件310和负载110。
[0149]在这个示例中，控制器302、控制器903、向上/向下计数器904、功率级906、功率级908、功率源104、改写组件310和负载110作为单独的装置。然而，在一些实施例中，控制器302、控制器903、向上/向下计数器904、功率级906、功率级908、功率源104、改写组件310和负载110中的至少两个可以被组合为单一装置。此外，在一些实施例中，控制器302、控制器903、向上/向下计数器904、功率级906、功率级908、功率源104、改写组件310和负载110中的至少一个可以作为计算机实施，所述计算机具有有形计算机可读介质，用于携带或在其上存储计算机可执行指令或数据结构。
[0150]控制器903与控制器303的不同之处在于，控制器903能够确定将由向上/向下计数器904提供的步数和步长之间的时间段。此外，控制器903输出控制信号910到向上/向下计数器904。
[0151]向上/向下计数器904与向上/向下计数器304的不同之处在于，向上/向下计数器904能够提供步进式增量和减量的指令，其中步长具有变化的幅度和变化的时间段。此夕卜，向上/向下计数器904输出控制信号912到功率级906并输出控制信号914到功率级908。
[0152]功率级906和功率级908分别与功率级306和功率级308的不同之处在于，功率级906和功率级908能够基于来自向上/向下计数器904的指令输出功率信号。功率级906输出功率信号916，而功率级908输出功率信号918。功率信号916和功率信号918相加以形成负载功率920，用于负载110和控制器302。
[0153]在这个实施例中，控制器903能够在逐步的基础上确定用于向上/向下计数器904的优化的步长时间段和步长幅度，以便最少化输出相切换时间，同时保持电压瞬变低于预定可接受阈值。这将参考图10更详细地描述。
[0154]图10包括DC-DC转换器900从单相输出切换到双相输出时的负载功率920的曲线图1002和曲线图1004。曲线图1002包括Y-轴线1006、X_轴线1008、电流函数1010和电流函数1012。电流函数1010包括单相部分1014、递减部分1016和双相部分1018。电流函数1012包括单相部分1020、递增部分1022和双相部分1024。曲线图1004包括Y-轴线1026、X-轴线1008和电压函数1028。
[0155]曲线图1002表示DC-DC转换器900中随着时间的推移的负载功率920的电流，而曲线图1004表示DC-DC转换器900中随着时间的推移的负载功率920的电压。Y-轴线10 06表示电流，单位为安培，而Y-轴线1026表示电压，单位为伏特。X-轴线1008表示时间，单位为ms。
[0156]电流函数1010对应于功率级906的功率信号916 (如图9中示出的)。单相部分1014具有1.0A电流并在时间tl之前停止。递减部分1016是步进函数，其从tl之前到t4之前以六个变化的增量从1.0A减小到0.5A。双相部分1018具有0.5A的电流。
[0157]电流函数对应于功率级908的功率信号918(如图9中示出的)。单相部分1020具有0.0A电流并在时间tl之前持续。递增部分1022是步进函数，其从tl之前到t4之前以六个变化的增量从0.0A增加到0.5A。双相部分1024具有0.5A电流。
[0158]电压函数1028对应于随着时间的推移的负载功率920(如图9中示出的)的电压。电压函数1028包括多个交替瞬变和平稳部分1024，其表示切换功率传输模式时的电压改变。
[0159]在这个示例中，因为每个步进式改变被确定以最少化从单相到双相的全部切换时间，同时最小化瞬变幅度，因此，控制器302不需要花费那么多的处理时间来控制瞬变，并且最少化切换的总时间。
[0160]换句话说，根据本发明的另一个方面，可以修改功率级的输出电压的步进式改变中的步数，并且可以修改功率级的输出电压的每次步进式改变的高度以管理电压瞬变的大小。
[0161]在上面讨论的示例实施例中,双相DC-DC转换器从单相变换到双相操作(或反过来)，其中在双相操作中，两个功率级提供相等的功率量。应当注意，这仅是出于讨论目提供的。可以存在两个级提供不相等的功率量的情况。在这种方式中，向上/向下计数器可以仅使一个功率级增加(step up)预定数量的步长,而使第二个功率级降低(step down)相同数量的步长。因此，DC-DC转换器能够工作在上面讨论的两相之间的任何中间点中。
[0162]在另一个示例性实施例中，DC-DC转换器可以具有任意数量的相。DC-DC转换器能够在单相、双相、或三相模式之间变换。从三相模式切换到单相模式的过程将与上述描述的一样。DC-DC转换器将逐渐地增加主功率级的电流输出，同时降低两个从相的电流输出。
[0163]根据本发明的各个方面的DC-DC转换器可以工作在单相模式或双向模式中。在其他示例实施例中，任何数量的相可以用于主/从配置中。在另一个示例实施例中，单个主功率级可以与4个从功率级连用。主功率级的电流输出的增加可以致使任何数量的从功率级的电流减小，以便维持恒定输出。主功率级的电流输出的减小可以致使维持恒定输出所需的任何数量的从功率级的电流增大。
[0164]当前用于常规DC-DC转换器的操作的系统和方法存在的问题是，功率传输模式切换期间，输出电压中产生瞬变。两种不同传输模式的变换期间的输出电压中的瞬变必须被校正并通过调整回路补偿。由于常规DC-DC转换器的调整回路的有限带宽，电压输出中的瞬变需要相对长的时间来校正。
[0165]本发明提供的系统和方法，通过在每个输出功率级的控制路径中使用DAC，实现传输模式之间的平稳变换。在主-从配置中，每个DAC能够被控制。在主从配置中，正被关闭的功率级的控制信号逐渐减小，而正被打开的功率级逐渐增加。
[0166]以这种方式，DC-DC转换器的总输出随着时间的推移被保持恒定。多个DAC的目的是逐渐衰减或放大每个输出功率级的控制电流。根据本发明的各个方面，DC-DC转换器操作中仍可能产生瞬变，但它们的幅度将小得多。由于整个变换过程发生在数毫秒内且瞬变小得多，DC-DC转换器的电压调整回路具有足够的时间来补偿传输函数中的小误差或非线性。
[0167]出于说明和描述目的，已经提供本发明的各种优选实施例的上述描述。它的目的不在于穷尽或将本发明限制在公开的准确形式，并且根据上述教导，很多修改和变体是明显的。选择和描述上述示例实施例的目的在于更好地解释本发明的原理和它的实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够利用各种实施例中的本发明和具有所想到的、适于具体应用的各种修改的本发明。本发明的范围由所附权利要求限定。
【主权项】
1.一种ECDC转换器，其包含: 控制器，其可操作以产生向上/向下控制信号； 向上/向下计数器，其可操作以基于所述向上/向下控制信号，产生第一功率级控制信号和第二功率级控制信号； 第一功率级，其可操作以基于所述第一功率级控制信号，产生处于第一相位和第一电压的第一输出电流； 第二功率级，其可操作以基于所述第二功率级控制信号，产生处于第二相位的第二输出电流； 其中所述向上/向下计数器可操作以修改所述第一功率级控制信号以便控制所述第一功率级，使得所述第一输出电流从第一功率级输出衰减到次级的第一功率级输出， 其中所述控制器进一步可操作以输出控制信号，以便修改所述第一功率级的所述第一电压。2.根据权利要求1所述的D⑶C转换器， 其中所述数字向上/向下计数器可操作以输出递增数字计数信号和递减数字计数信号中的一个； 其中所述第一功率级可操作以基于所述递增数字计数信号减小所述第一输出电流， 其中所述第二功率级可操作以基于所述递增数字计数信号增大所述第二输出电流， 其中所述第一功率级可操作以基于所述递减数字计数信号增大所述第一输出电流，以及 其中所述第二功率级可操作以基于所述递减数字计数信号减小所述第二输出电流。3.根据权利要求2所述的DCDC转换器，其中所述控制器可操作以基于所述第一输出电流和所述第二输出电流的总和，输出所述控制信号。4.根据权利要求3所述的D⑶C转换器， 其中所述输出电流>所述第一输出电流> 0.5*所述输出电流，以及 其中0.5*所述输出电流>所述第二输出电流> O。5.根据权利4所述的DCDC转换器， 其中所述向上/向下计数器可操作以产生所述第一功率级控制信号作为步进式递增数字计数信号，以及 其中所述控制器可操作以产生所述向上/向下控制信号，以便控制所述步进式递增数字计数信号中的步数。6.根据权利要求5所述的DC/DC转换器，其进一步包含: 改写组件，其可操作以产生改写信号， 其中所述数字向上/向下计数器进一步可操作以基于所述改写信号输出最大数字计数信号，并且 其中所述第二功率级进一步可操作以基于所述最大数字计数信号不输出第二输出电流。7.根据权利要求6所述的DCDC转换器，其中所述控制器可操作以产生所述向上/向下控制信号，以便附加地控制所述步进式递增数字计数信号中的步长的时间段。8.根据权利要求5所述的DCDC转换器，其中所述控制器可操作以产生所述向上/向下控制信号，以便附加地控制所述步进式递增数字计数信号中的步长的时间段。9.根据权利要求4所述的D⑶C转换器， 其中所述向上/向下计数器可操作以产生所述第一功率级控制信号作为步进式递增数字计数信号，并且 其中所述控制器可操作以产生所述向上/向下控制信号，以便控制所述步进式递增数字计数信号中的步长的时间段。10.根据权利要求1所述的D⑶C转换器， 其中所述向上/向下计数器可操作以产生所述第一功率级控制信号作为步进式递增数字计数信号，并且 其中所述控制器可操作以产生所述向上/向下控制信号，以便控制所述步进式递增计数信号中的步长的时间段。11.一种方法，其包含: 经由控制器产生向上/向下控制信号； 基于所述向上/向下控制信号，经由向上/向下计数器产生第一功率级控制信号； 基于所述向上/向下控制信号，经由所述向上/向下计数器产生第二功率级控制信号; 基于所述第一功率级控制信号，经由第一功率级产生处于第一相位和第一电压的第一输出电流； 基于所述第二功率级控制信号，经由第二功率级产生处于第二相位的第二输出电流； 经由所述向上/向下计数器修改所述第一功率级控制信号，以便控制所述第一功率级，使得所述第一输出电流从第一功率级输出衰减到次级的第一功率级输出；以及 经由所述控制器输出控制信号，以修改所述第一功率级的所述第一电压。12.根据权利要求11所述的方法， 其中所述基于所述向上/向下控制信号，经由向上/向下计数器产生第一功率级控制信号包含产生所述第一功率级控制信号作为递增数字计数信号和递减数字计数信号中的一个， 其中所述基于所述第一功率级控制信号经由第一功率级产生处于第一相位和第一电压的第一输出电流包含，基于所述递增数字计数信号减小所述第一输出电流， 其中所述基于所述第二功率级控制信号，经由第二功率级产生处于第二相位的第二输出电流包含基于所述递增数字计数信号增大所述第二输出电流。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述经由所述控制器输出控制信号以修改所述第一功率级的所述第一电压包含，基于所述第一输出电流和所述第二输出电流的总和输出所述控制信号。14.根据权利要求13所述的方法， 其中所述输出电流>所述第一输出电流> 0.5*所述输出电流，以及 其中0.5*所述输出电流>所述第二输出电流> O。15.根据权利要求14所述的方法， 其中所述基于所述向上/向下控制信号经由向上/向下计数器产生第一功率级控制信号包含产生所述第一功率级控制信号作为步进式递增数字计数信号，以及 其中所述经由控制器产生向上/向下控制信号包含产生所述向上/向下控制信号，以便控制所述步进式递增数字计数信号中的步数。16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包含: 经由改写组件产生改写信号， 基于所述改写信号，经由所述数字向上/向下计数器输出最大数字计数信号。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述经由控制器产生向上/向下控制信号包含产生所述向上/向下控制信号，以便附加地控制所述步进式递增数字计数信号中的步长的时间段。18.根据权利要求15所述的方法，其中所述经由控制器产生向上/向下控制信号包含产生所述向上/向下控制信号，以便附加地控制所述步进式递增数字计数信号中的步长的时间段。19.根据权利要求14所述的方法， 其中基于所述向上/向下控制信号经由向上/向下计数器产生第一功率级控制信号包含产生所述第一功率级控制信号作为步进式递增数字计数信号，以及 其中所述经由控制器产生向上/向下控制信号包含产生所述向上/向下控制信号，以便控制所述步进式递增数字计数信号中的步长的时间段。20.根据权利要求11所述的方法， 其中基于所述向上/向下控制信号经由向上/向下计数器产生第一功率级控制信号包含产生所述第一功率级控制信号作为步进式递增数字计数信号，以及 其中所述经由控制器产生向上/向下控制信号包含产生所述向上/向下控制信号，以便控制所述步进式递增数字计数信号中的步长的时间段。
【专利摘要】本发明涉及用于多相DCDC转换器的单相变换的系统和方法。一种DCDC转换器(300)包括控制器(302)、向上/向下计数器(304)、第一功率级(306)和第二功率级(308)。控制器(302)产生向上/向下控制信号。向上/向下计数器(304)基于向上/向下控制信号产生第一功率级控制信号和第二功率级控制信号。第一功率级(306)基于所述第一功率级控制信号产生处于第一相位和第一电压的第一输出电流。第二功率级(308)基于第二功率级控制信号产生处于第二相位的第二输出电流。向上/向下计数器(304)修改第一功率级控制信号以控制第一功率级(306)，使得第一输出电流从第一功率级输出衰减到次级的第一功率级输出。控制器能够进一步输出控制信号以修改第一功率级(306)的第一电压。
【IPC分类】H02M3/10
【公开号】CN104901533
【申请号】CN201510098033
【发明人】E·拜耳, J·柯克纳, M·吕德斯
【申请人】德克萨斯仪器德国股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年3月5日
【公告号】US20150256067
最新回复(0)