專利名稱：包括滯后控制的調節器的制作方法
技術領域：
背景技術：
電子電路可對電源電壓的變化敏感。因此，可通過調節或調整輸入功率信號以提 供在指定的輸出電壓范圍內的輸出功率來使用經調節電源為電子電路提供操作能量。經調 節電源可包括DC-DC調節器。在一實例中，所述DC-DC調節器可接收DC輸入并跨越不同的 負載條件(包括負載電流的突然或瞬時改變)提供經調節的相對穩定的DC輸出。在某些電源中，可使用反饋來幫助將輸出電壓維持在指定的范圍內。在一實例中， “線性”調節器可包括在部分導電或線性區中操作的分流或串聯晶體管以(例如)響應于改 變的負載條件而調制所述調節器所供應的電流。在某些實例中，所述晶體管可由反饋電路 (例如，一個或一個以上操作放大器)控制，以進一步改善所述調節器的瞬時響應及調節性 能。在所述線性調節器中，可將負載不需要的過度電流從所述負載轉移且在別處消散(例 如，作為熱量)。所述線性調節器因此可實現合理的調節性能等級，但在大小、復雜性或效率 方面與其它調節器(例如，開關模式調節器)相比成本相對高。舉例來說，在線性調節器中， 串聯或分流晶體管必須能夠以調節器的最大額定供電電流連續操作，因此與對應額定開關 模式供應源相比，相對大的分流或串聯晶體管成為必須的。

發明內容
此文獻除其它之外還論述調節器電路。在某些實例中，所述調節器電路可使用第 一開關以可控制方式將第一電壓連接到電感器且可使用第二開關以可控制方式將第二電 壓連接到所述電感器。在某些實例中，可將所述第一開關關斷且可將所述第二開關接通達 一持續時間，所述持續時間和所述第一電壓與第三電壓之間的差除以所述第一電壓成比 例。在某些實例中，可將所述第一開關關斷且可將所述第二開關接通達一持續時間，所述持 續時間和所述第三電壓除以所述第一電壓成比例。在某些實例中，所述第一或第三電壓中 的一者可對應于所需輸出電壓。實例1包括標的物(例如，一種設備)，其包含第一開關，其經配置以便以可控制 方式將第一電壓連接到電感器；第二開關，其經配置以便以可控制方式將第二電壓連接到 所述電感器；開關控制電路，其經配置以使用計時器電路控制所述第一及第二開關。在實例 1中，所述開關控制電路可經配置以將所述第一開關關斷且將所述第二開關接通達一持續 時間，所述持續時間和所述第一電壓與第三電壓之間的差除以所述第一電壓成比例，所述 開關控制電路可經配置以將所述第一開關接通且將所述第二開關關斷達一持續時間，所述 持續時間和所述第三電壓除以所述第一電壓成比例。在實例1中，所述第一或第三電壓中 的一者可對應于所需輸出電壓，且所述第二電壓可小于所述第一及第三電壓。在實例2中，實例1的所述標的物可任選地包括包含數字計時器電路的計時器電 路。在實例3中，實例1到2中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括包含供應到所述調節器電路的輸入電壓的第一電壓及包含所需輸出電壓的第三電壓，所述第一電壓 大于所述第三電壓。在實例4中，實例1到3中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括包含供應 到所述調節器電路的輸入電壓的第三電壓、包含所需輸出電壓的第一電壓，所述第一電壓 大于所述第三電壓。在實例5中，實例1到4中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括所述第一 及第二開關的對應于當所述調節器正在驅動指定的負載時的指定的周期的總接通時間，所 述指定的周期對應于所需穩態操作頻率。在實例6中，實例1到5中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括計時器電 路，其包含第一斜坡產生器，其經配置以產生耦合到第一比較器的第一斜坡信號；第二斜 坡產生器，其經配置以產生耦合到第二比較器的第二斜坡信號，所述開關控制電路經配置 以使用所述第一及第二比較器以及所述第一及第二斜坡產生器來控制所述第一及第二開關。在實例7中，實例1到6中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括包括相應 第一及第二電容器的相應第一及第二斜坡產生器，且其中所述相應第一及第二電容器中的 每一者由相應第一及第二電流源充電。在實例8中，實例1到7中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括第一及第 二電流源，其經配置以和電壓輸入處的電壓成比例地驅動相應指定的第一及第二電流，所 述第一及第二電流源經配置以控制所第一及第二斜坡信號的相應第一及第二轉換速率。在實例9中，實例1到8中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括包含設 定-復位(SR)鎖存器的開關控制電路，第一比較器輸出耦合到所述SR鎖存器的復位輸入， 第二比較器輸出耦合到所述SR鎖存器的設定輸入，所述SR鎖存器的非經反相輸出耦合到 所述第一開關，所述SR鎖存器的經反相輸出耦合到所述第二開關，所述SR鎖存器經配置以 便以互斥方式接通或關斷相應第一及第二開關，且所述第一及第二開關的所述總接通時間 對應于當所述調節器正在驅動指定的負載時的指定的周期。在實例10中，實例1到9中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括第一斜 坡信號，其隨時間增加；及第一比較器，其經配置以將所述第一斜坡信號與指定的峰值閾值 相比較，且作為響應，開關控制邏輯可經配置以在所述第一斜坡信號達到所述指定的峰值 閾值時接通所述第二開關，且將所述第一斜坡信號復位為與所述第一及第二開關相對的節 點處的電感器處的電壓。在實例11中，實例1到10中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括和所述 第三電壓成比例且大于所述第三電壓的指定的峰值閾值。在實例12中，實例1到11中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括第二斜 坡信號，其隨時間減小；及第二比較器，其可經配置以將所述第二斜坡信號與指定的谷值閾 值相比較，且作為響應，開關控制邏輯可經配置以在所述第二斜坡信號達到所述指定的谷 值閾值時接通所述第一開關，且將所述第二斜坡信號復位為與所述第一及第二開關相對的 節點處的電感器處的電壓。在實例13中，實例1到12中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括和所述 第三電壓成比例且小于所述第三電壓的指定的谷值閾值。
在實例14中，實例1到13中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括由谷值 閾值控制電路控制的指定的谷值閾值，所述谷值閾值控制電路經配置以提供比所述第三電 壓小一電壓的谷值閾值，所述電壓和所述第一電壓與所述第三電壓之間的差成比例。在實例15中，實例1到14中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括包括可 調整增益的谷值閾值控制電路，所述指定的谷值閾值可由所述可調整增益縮放。在實例16中，實例1到15中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括使用關 于所述第一電壓與所述第三電壓之間的差的信息控制的可調整增益。實例17可包括實例1到16中的一者或其任一組合的標的物或可任選地與其組合 以包括標的物(例如，一種方法、一種用于執行動作的構件或一種包括當由機器執行時致 使所述機器執行動作的指令的機器可讀媒體)，其包含使用第一開關以可控制方式將第 一電壓連接到電感器；使用第二開關以可控制方式將第二電壓連接到所述電感器；將所述 第一開關關斷且將所述第二開關接通達一持續時間，所述持續時間和所述第一電壓與第三 電壓之間的差除以所述第一電壓成比例；及將所述第一開關接通且將所述第二開關關斷達 一持續時間，所述持續時間和所述第三電壓除以所述第一電壓成比例，其中所述第一或第 三電壓中的一者對應于所需輸出電壓，且其中所述第二電壓小于所述第一及第三電壓。在實例18中，實例17的所述標的物可任選地包括使用所述以可控制方式連接所 述第一電壓及所述以可控制方式連接所述第二電壓來提供對應于所述第三電壓的所需輸 出電壓，其中所述第一電壓包含大于所述第三電壓的輸入電壓。在實例19中，實例17到18中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括使用所 述以可控制方式連接所述第一電壓及所述以可控制方式連接所述第二電壓來提供對應于 所述第一電壓的所需輸出電壓，所述第三電壓包含輸入電壓，且所述第一電壓大于所述第
三電壓。在實例20中，實例17到19中的一者或其任一組合的標的物可任選地包括控制所 述第一及第二開關的對應于當所述電感器正在驅動指定的負載時的指定的周期的所述總 接通時間，其中所述指定的周期對應于所需穩態操作頻率。在實例21中，一種系統或設備可包括實例1到20中的任何一者或一者以上的任 何部分的任一部分或組合或可任選地與其組合以包括用于執行實例1到20的功能中的任 何一者或一者以上的構件或一種包括當由機器執行時致使所述機器執行實例1到20的功 能中的任何一者或一者以上的指令的機器可讀媒體。本文中及詳細說明中所述的實例可以任一排列或組合來組合。此概述打算提供本 專利申請案的標的物的概述。其并不打算提供本發明的排他性或窮盡性解釋。包括所述詳 細說明以提供關于本專利申請案的其它信息。


在未必按比例繪制的圖式中，相同的數字可在不同視圖中描述類似組件。具有不 同字母下標的相同數字可表示類似組件的不同例示。所述圖式一般來說以實例方式而非限 制方式圖解說明本文獻中所論述的各種實施例。圖1大體圖解說明包括調節器電路的系統的實例。圖2大體圖解說明包括調節器電路的系統的實例。
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圖3大體圖解說明(例如)由圖2的調節器電路提供的各種信號的說明性實例。圖4大體圖解說明控制調節器電路的方法。
具體實施例方式在一實例中，替代在線性導電區中操作的分流或串聯晶體管，開關模式調節器可 通過晶體管或者一個或一個以上其它開關選擇性地連接到輸入功率。舉例來說，所述開關 可在完全導電接通狀態與不導電關斷狀態之間快速雙態切換(例如，在飽和或切斷狀態之 間切換)。在一實例中，可使用電壓或電流反饋來控制所述開關以便向負載提供所需時間平 均功率。在某些實例中，開關模式調節器可使用脈沖寬度調制(PWM)來控制連接到未經調 節DC輸入的開關的接通時間。在一實例中，所述開關可選擇性地將所述PWM調節器的輸出 連接到所述未經調節輸入，例如經由電感器。在某些實例中，可使用濾波器來減少、抑制或 拒絕存在于所述輸出處的高頻率瞬時信號，包括因循環所述開關而導致的瞬時信號。在某些實例中，PWM調節器可使用滯后控制電路來控制第一開關及第二開關。在一 實例中，所述第一開關可將第一電壓(例如，輸入電壓)連接到電感器。在此實例中，第二 開關可將第二電壓(例如，接地或參考電壓)連接到所述電感器。在此實例中，所述第一及 第二開關可由所述滯后控制電路控制且可以互斥方式接通。在一實例中，所述第一及第二 開關可在導電與不導電狀態之間雙態切換，(例如)以將瞬間輸出電壓保持在指定的范圍 內。所述指定的范圍可和所需輸出電壓周圍的滯后“窗口”成比例，所述窗口包括上限(例 如，峰值)閾值及下限(例如，谷值)閾值。在某些實例中，(例如)當電感器電流為正且朝向相對恒定的負載電阻流動時，所 述輸出電壓可在所述第一開關正導電時增加，或在所述第二開關正導電時減小。(例如) 當所述調節器電路已穩定化且正在驅動相對恒定的負載時，輸出電壓的增加或減小可為周 期性的。在某些實例中，輸出電壓的變化是由所述調節器導致，且所述調節器電路因此稱為 “波紋調節器”或“砰砰(bang-bang) ”調節器。在某些實例中，(例如)當所述調節器電路連接到相對恒定的負載時，所述調節器 電路的穩態操作頻率可控制所述第一及第二開關的總接通時間。包括滯后控制的調節器電 路的穩態操作頻率可取決于供應到所述調節器的輸入電壓，或取決于所需輸出電壓，或取 決于一個或一個以上其它參數。圖1大體圖解說明包括調節器電路102的系統100的實例。在某些實例中，調節 器電路102可包括(例如)包括計時器電路112的開關控制電路110。在某些實例中，開關 控制電路110可經配置以控制第一開關104或第二開關106的導電狀態。在某些實例中， 第一開關104可連接到第一電壓Vl，且可以可控制方式將電感器108連接到Vl，(例如)以 將來自Vl的電流供應到電感器108。類似地，在某些實例中，第二開關106可將電感器108 連接到第二電壓V2，例如參考電壓、接地連接(例如，連接到負載的返回或參考節點)或者 一個或一個以上其它節點。在某些實例中，第一及第二開關104及106可包括一個或一個以上其它類型的組 件或裝置，例如一個或一個以上NM0S、PM0S或結場效晶體管(FET)、一個或一個以上絕緣柵 極雙極晶體管(IGBT)、一個或一個以上雙極結晶體管(BJT)或者一個或一個以上其它機械或固態開關。在某些實例中，調節器電路102及一個或一個以上其它組件或裝置可一起包 括于單個組合件中，例如一起共同集成于單個集成電路封裝內、單個集成電路裸片上或內、 多芯片模塊內或者一個或一個以上其它集成封裝或組合件中。舉例來說，調節器電路102 可為包括為電子裝置的一部分、部件或組件的集成電路，且一個或一個以上外部組件(例 如，電感器108)可電連接到調節器電路102以提供供在所述電子裝置中使用的DC-DC電壓 轉換器。除其它之外本發明者已認識到，(例如)使用來自圖4的實例的方法，開關控制電 路110可包括響應于未經調節輸入電壓(例如，VI)及所需輸出電壓(例如，第三電壓V3kef) 兩者的控制法則。控制電路110可(例如)使用計時器電路(例如)根據所述控制法則來 控制第一及第二開關104及106的工作循環。舉例來說，所述調節器電路可將所述第一開 關關斷且將所述第二開關接通達一持續時間，所述持續時間和所述第一電壓與所述第三電 壓之間的差除以所述第一電壓(例如，(V1-V3EEF)/(V1))成比例。在此實例中，然后，所述調 節器可將所述第二開關關斷且將所述第一開關接通達一持續時間，所述持續時間和所述第 三電壓除以所述第一電壓(例如，(V3KEF/V1))成比例。除其它之外本發明者已認識到，(例如)當流過電感器108的電流為正且給相對 恒定的負載供電時，調節器電路102可在對應于指定的穩態操作頻率的切換循環周期期間 根據上文所論述的比例在上文所論述的兩個狀態之間移位。在某些實例中，所述第一電壓可為未經調節輸入電壓，所述第三電壓可為所需輸 出電壓，且所述第一電壓可大于所述第三電壓(例如，在“降壓”調節器配置中)。以此方 式，可將瞬間輸出電壓V3控制為近似所述所需輸出電壓V3kef。類似地，在其它實例中，所述 第一電壓可為所述所需輸出電壓，所述第三電壓可為所述未經調節輸入電壓(例如，在“升 壓”調節器配置中)。類似地，在另外其它實例中，所述第一電壓可為所述輸入電壓，所述第二電壓(例 如，連接到所述第二開關)可為所述輸出電壓，且所述第三電壓可為返回節點，例如接地連 接(例如，連接到負載的返回或參考節點)。在此實例中，(例如)當所述第一電壓小于所 述第三電壓(例如，所述第一電壓“小于接地”)時，所述調節器可為反相“降壓-升壓”配 置。在降壓-升壓配置的實例中，所述第二電壓的量值可大于或小于所述第一電壓的量值， 且在極性上與所述第一電壓相反。本發明者還已認識到，可出于一個或一個以上目的(例如，與缺少固定穩態操作 頻率的調節器相比，為避免音頻頻率處的切換(例如，為減小或禁止聲音噪聲)、為控制或 減小電磁干擾、為針對給定未經調節輸入電壓提供減小的組件大小或計數、為改善穩定性 或為改善瞬時響應)指定所需固定穩態操作頻率。在一實例中，可(例如)使用計時器電 路112 (例如)使用上文所論述的控制法則來固定第一及第二開關104及106的總接通時 間。在一實例中，所述總接通時間的一部分(例如，所述第二開關的接通時間)可和所述輸 入電壓與所述所需輸出電壓之間的差成比例。在某些實例中，所述計時器電路可為數字的 且可包括一個或一個以上模/數轉換器、計數器或其它電路，(例如)以選擇縮放因數以便 實現所需固定穩態操作頻率。在其它實例中，所述計時器電路可包括模擬或混合信號電路， 例如圖2的實例中所示，或包括一個或一個以上其它電路或組件。在一實例中，可至少部分地使用所述輸入電壓與所述所需輸出電壓之間的差或比率(例如，(V1_V3KEF)或(V1/V3KEF))或者一個或一個以上其它關系來選擇所述穩態操作頻 率。在一實例中，調節器電路102可經設計以依據所供應的輸入電壓而(例如)通過自動 選擇適當穩態操作頻率來提供指定的輸出電壓。在其它實例中，可選擇穩態操作頻率以跨 越各種不同輸入與輸出電壓組合使用，(例如)以簡化或減小包括調節器電路102的集成 電路的面積。圖2大體圖解說明包括調節器電路202的系統200的實例。在此實例中，調節器 電路202可包括第一開關204、第二開關206、SR鎖存器216、第一比較器218、第二比較器 220、第一斜坡復位開關222、第二斜坡復位開關224、第一電流源II、第二電流源12、第一電 容器Cl及第二電容器C2。在某些實例中，調節器電路202可連接到一個或一個以上其它組 件，例如電感器208或電容器214。在某些實例中，第一開關204、第二開關206、第一斜坡復位開關222或第二斜坡 復位開關224中的一者或一者以上可包括一個或一個以上其它類型的組件或裝置，例如 一個或一個以上NMOS、PMOS或結場效晶體管(FET)、一個或一個以上絕緣柵極雙極晶體管 (IGBT)、一個或一個以上雙極結晶體管(BJT)或者一個或一個以上其它機械或固態開關。 在某些實例中，調節器電路202及一個或一個以上其它組件或裝置可一起包括于單個組合 件中，例如一起共同集成于單個集成電路封裝內、單個集成電路裸片上或內、多芯片模塊內 或者一個或一個以上其它集成封裝或組合件中。舉例來說，調節器電路202可為包括為電 子裝置的一部分、部件或組件的集成電路，且一個或一個以上外部組件(例如，電感器208) 可電連接到調節器電路202以提供供在所述電子裝置中使用的DC-DC電壓轉換器。在某些實例中，第一開關204的接通時間可由(例如)包括SR鎖存器216的開關 控制電路控制(例如，如在圖1中)。在圖2中，SR鎖存器216包括耦合到開關204(例如， NMOS晶體管)的非反相輸出(例如，“Q”)。在某些實例中，非反相輸出Q可耦合到第二斜 坡復位開關224，(例如)以將存儲于電容器C2上的第二斜坡信號電壓復位。在圖2中，第 二開關206可連接到SR鎖存器216的經反相輸出(例如，“Q/”)，(例如)以便以與第一開 關204互補的方式控制第二開關206。舉例來說，當第一開關204被接通時可關斷第二開關 206，且反之亦然。在某些實例中，可通過一個或一個以上電路進一步處理、放大、緩沖非經 反相輸出或經反相輸出等，以為第一或第二開關204或206提供適當驅動信號。在某些實例中，當(例如)通過第一比較器218斷言SR鎖存器216的RESET輸入 時，可關斷第一開關204，且可接通第二開關206。以此方式，第二開關206可以可控制方式 將電感器208連接到第二電壓V2。在某些實例中，所述第二電壓小于第一電壓Vl及瞬間輸 出電壓V3兩者。在某些實例中，當(例如)通過第二比較器220斷言SR鎖存器216的SET輸入時， 可接通第一開關204，且可關斷第二開關206。以此方式，第一開關204可以可控制方式將 電感器208連接到第一電壓VI。在其中輸出電壓V3連接到相對恒定的負載(例如，IL0AD)的說明性實例中，通過 電感器208的電流(例如，IL)可為正(例如，調節器可正在向所述負載供應電流)，例如顯 示于圖3的說明性實例中。在此實例中，(例如)當驅動相對恒定的負載ILOAD時，可使用 如圖1中所論述的控制法則來控制第一開關204及第二開關206的總接通時間，(例如)以 提供近似所需輸出電壓(例如，第三電壓V3kef)的輸出電壓V3。
在圖2中，可使用計時器電路(例如，包括分別驅動第一及第二電容器Cl及C2的 第一及第二電流源Il及1 來控制第一及第二開關204及206的循環。例如Il的電流源 及例如Cl的電容器可包括為斜坡產生器的一部分，因為分別注入到電容器中或從電容器 移除的恒定電流可分別提供跨越所述電容器的以恒定速率增加或減小的電壓。在某些實例 中，Il及Cl可作為第一斜坡產生器操作且12及C2作為第二斜坡產生器操作，(例如)以 分別提供隨時間增加的第一斜坡信號VRl及隨時間減小的第二斜坡信號VR2。在某些實例 中，可使用第一及第二比較器218及220將第一及第二斜坡信號VRl及VR2與相應閾值相 比較，例如，使用連接到第一比較器218的峰值閾值(例如，PEAK)及連接到第二比較器220 的谷值閾值(例如，VALLEY)，如圖2中所示。在某些實例中，可使用一個或一個以上其它 電路或組件作為斜坡產生器，(例如)以提供斜坡信號VRl及VR2中的一者或一者以上，例 如，使用一個或一個以上數字計時器、計數器、模/數轉換器、數/模轉換器或者一個或一個 以上其它電路或組件。在某些實例中，在穩態操作(例如，驅動相對恒定的負載IL0AD)期間，第一斜坡復 位開關222可禁止第一電容器Cl斜升，例如，將VRl保持到與V3約相同的電壓(例如，在 與第一及第二開關204及206相對的節點處的電感器208處)，直到VR2達到谷值閾值。然 后在這些實例中，SR鎖存器216可從RESET狀態雙態切換到SET狀態，且第一斜坡復位開 關222可關斷，從而允許Cl充電，且允許VRl向上斜升。在這些實例中，當SR鎖存器216 為SET時，第二斜坡復位開關224可防止C2斜升，從而將VR2保持到與V3約相同的電壓。在某些實例中，可控制第一或第二電流Il或12以為第一及第二斜坡信號VRl及 VRl中的一者或一者以上提供所需轉換速率。類似地，在某些實例中，可(例如)通過一個 或一個以上閾值控制電路(例如)根據圖1、圖3及圖4中所論述的控制法則調整或控制 一個或一個以上閾值電壓(例如，PEAK或VALLEY)，以提供相應第一及第二開關204及206 的所需工作循環或絕對接通時間。圖3顯示(例如)當向相對恒定的負載(例如，圖2的IL0AD)供應電力時由圖1 或圖2的調節器電路提供的各種信號的說明性實例的曲線圖300。在此說明性實例中，VRl 可表示(例如)由第一斜坡產生器(例如，包括電容器Cl及電流源11(如圖2中所示)或 者一個或一個以上其它組件)提供的第一斜坡信號。類似地，VR2可表示(例如)由第二斜 坡產生器(例如，包括電容器C2及電流源12 (如圖2中所示)或者一個或一個以上其它電 路或組件)提供的第二斜坡信號。在此說明性實例中，電流IL可表示通過電感器(例如， 圖1或圖2的電感器108或208)的正輸出電流(例如，由圖1或圖2的調節器電路102或 202供應)。在圖3中，第一斜坡信號VRl可從與瞬間輸出電壓V3約相同的初始值開始(例如， 如圖1或2中所示)且可向上斜升到V3以上的電壓，(例如)直到到達峰值閾值。在圖3 中，上限或峰值閾值可由PEAK表示。類似地，在某些實例中，第二斜坡信號VR2可從與V3 約相同的初始值開始且可斜降到V3以下的電壓，(例如)直到到達谷值閾值。在圖3中， 下限或谷值閾值可由VALLEY表示。在圖3中，PKCOMP可表示來自第一比較器(例如，圖2的第一比較器218)的輸出 信號，且可在VRl達到峰值閾值(例如，PEAK)時將RESET信號提供(例如)到圖2的SR鎖 存器216。類似地，在圖3中，VCOMP可表示來自第二比較器(例如，圖2的第二比較器220)的輸出信號，且可在VR2減小到谷值閾值(例如，VALLEY)時將SET信號提供(例如)到圖 2的SR鎖存器216。在圖3中，TON可表示(例如)由圖2的SR鎖存器216提供的去往第一開關(例 如，如圖1或圖2中所示的第一開關104或204)的開關控制信號。在某些實例中，當TON 為高(例如，被斷言)時，可接通第一開關，且關斷第二開關(例如，第二開關106或206)。 在這些實例中，當接通第一開關時，電感器輸出電流IL正在以恒定速率增加(且輸出電壓 V3可增加)。類似地，當TON為低(例如，被解除斷言)時，可關斷第一開關，且可接通第二 開關。在這些實例中，當接通第二開關時，電感器輸出電流IL可保持為正，但開始以恒定速 率減小(且因此輸出電壓V3也可減小)。在此說明性實例中，可通過切換循環周期T來表 示第一及第二開關兩者的接通時間的總持續時間。在某些實例中，可(例如)通過(例如)根據圖1中所論述的控制法則控制第一及 第二電流源Il或12、第一或第二電容器值Cl及C2或峰值及谷值閾值PEAK及VALLEY(如 圖2中所示)中的一者或一者以上將T指定為對應于所需固定穩態操作頻率。在圖3中， Cl可被指定為約等于C2(例如，在指定的組件容限內)。在某些實例中，Il可被指定為和 12成比例或約等于12(例如，在一個或一個以上電流源電路(例如，一個或一個以上電流 鏡、跨導放大器等)的準確度內)。在其它實例中，Cl可被指定為和C2成比例，或Il可被 指定為和12成比例，(例如)以(例如)在調節器電路正在工作循環極端處或附近操作時 提供所需固定穩態操作頻率。工作循環極端可包括其中在連續切換循環期間第一或第二開 關的接通時間長于其它開關的調節器操作條件。在一實例中，包括所述調節器電路的集成 電路可制作得更簡單或可通過分別減小Cl或經配置以相對于C2供應Il的電流源或經配 置以供應12的電流源的大小而占據減小的面積。在一實例中，通過分別減小Cl的大小或 Il相對于C2的量值或12的量值，包括所述調節器電路的集成電路可消耗更少的操作功率 (例如，更少的偏置電流，或者一個或一個以上其它電流)。在某些實例中，第三電壓V3KEF可表示將由所述調節器電路提供的所需輸出電壓。 PEAK可被指定為(例如)由閾值產生器電路(例如，包括一個或一個以上電路或組件，例如 一個或一個以上放大器、緩沖器、電流源、電流鏡或者一個或一個以上其它電路)提供的和 V3KEF成比例且大于V3kef的電壓。在一實例中，例如顯示于圖3中，PEAK = (K1+!) * V3EEF,(1)Il = K2* VI，(2)且因此，TON = (Cl * K1 * V3eef)/I1 = (Cl * K1 * V3EEF) / (K2 * VI). (3)在此實例中，TON可為在切換循環T期間第一開關的接通時間。K1可表示無單位正 窗口或偏移比例，例如，在圖3的實例中使用K1 = 0. 03。因此，在此實例中，PEAK可為所需 輸出電壓V3KEF的103%。K2可表示跨導常數，且可用來控制調節器電路的操作頻率，例如， 針對圖3的實例(例如，對應于調節器電路的集成電路實施方案)使用K2 = O. 45微安培/ 伏。因此，在此實例中，第一開關可接通達和第三電壓V3KEF除以第一電壓Vl成比例的持續 時間。VALLEY可被指定為(例如)由閾值產生器電路提供的和(V1_V3KEF)成比例且小于 V3EEF的電壓。在一實例中，例如顯示于圖3中，
VALLEY = VSeef-K1 * (V1-V3EEF)，(4)I2 = K2*V1，(5)且因此，第二開關的接通時間可表示為T0N2 = (C2 * K1 * (V1-V3EEF))/12(6)= (C2 * K1 * (V1-V3eef))/(K2 * VI).在此實例中，T0N2也可與第一開關的關斷時間約相同。因此，在此實例中，第二開 關可接通達和第一電壓與第三電壓之間的差除以第一電壓成比例的持續時間。總切換循環 周期可表示為T = T0N+T0N2 = C2 * K1A2.(7)在圖3中，Cl = C2 = 20微微法拉，且所述切換循環周期可對應于750千赫左右 的切換頻率，例如，使用上文所論述的Kp K2值。在某些實例中，可依據所需輸出電壓V3kef與輸入電壓Vl之間的差來縮放PEAK、 VALLEY、TON或T0N2中的一者或一者以上，(例如)以增強瞬時響應或穩定性，(例如) 同時仍保持指定的操作頻率固定。在圖3的實例中，可使用增益常數K來修改谷值閾值 VALLEY (例如，使用谷值閾值控制電路)，且可將電流12設定為I2/K，使得Valley = VSeef-(K1ZK) ^ (vi-v3EEF),⑶T0N2 = (C2 * K1 * ((V1_V3KEF)/K)) / (I2/K) ·(9)在此實例中，接通時間T0N2可如方程式9中所表示，但K可彼此抵消，使得T0N2 與方程式6相同。在某些實例中，K可(例如)依據所需輸出電壓V3KEF與輸入電壓Vl之間 的差可調整、連續或離散地變化。在一實例中，可將離散K值存儲于(例如)查找表中，或 使用數字電路(其使用一個或一個以上分析函數)，(例如)以提供對應于指定的輸入電壓 范圍的指定的K值及所需輸出電壓范圍。在圖3的說明性實例中，當Vl = 12V且V3kef= 1. 8V時，可通過以下方式來選擇 K = 4 (例如)自動通過調節器電路(例如)使用V3KEF與Vl之間的比率或差；或通過使 用查找表；或通過使用一個或一個以上其它離散或連續函數或者Vl或V3kef到K的映射。 在某些實例中，可使用包括于谷值閾值控制電路中的一個或一個以上比較器或電流鏡來選 擇或調整K。在某些實例中，對于(V1-V3KEF)的相對小的值，可(例如)通過使用小的K值 (例如，0. 25或小于一的某一其它值)來減小VALLEY (例如，增加V3KEF與VALLEY之間的滯 后“窗口”)，(例如)以改善穩定性或禁止“顫動”。在某些實例中，對于(V1_V3KEF)的相對大的值，可(例如)使用較大K值(例如，K =4，如圖3中所示)來增加VALLEY(例如，減小PEAK與VALLEY之間的滯后“窗口”)，(例 如)以改善瞬時響應。類似地，在某些實例中，可(例如)通過使用查找表或通過使用一個 或一個以上其它離散或連續函數或者Vl或V3KEF到一個或一個以上其它參數(例如，11、12、 &或1(2)的映射來縮放或選擇所述一個或一個以上其它參數(例如，例如使用一個或一個以 上模擬或數字電路或者存儲器)。在某些實例中，可(例如)通過向存儲器電路進行寫入、 熔斷一個或一個以上熔絲、修整或修改一個或一個以上金屬或其它電路特征等來(例如) 以電方式或以物理方式指定、調整或編程由調節器電路使用的I1、I2、k1、k2、 K中的一者或 一者以上或者一個或一個以上其它操作參數。在一實例中，可(例如)使用串行或并行總 線接口或者一個或一個以上其它接口(例如，由包括為包括調節器電路的集成電路封裝的一部分的一個或一個以上輸入或輸出銷提供)以數字方式編程IL^jpK2I中的一者或 一者以上或者一個或一個以上其它操作參數。在某些實例中，可使用鎖相回路(PLL)或者一個或一個以上其它電路來調整II、 12、Kp K2、K中的一者或一者以上或者一個或一個以上其它操作參數，(例如)以校正調節 器電路的所需操作頻率與瞬間操作頻率之間的誤差。在一實例中，可通過所述PLL(例如) 在圖2的SR鎖存器216的非反相輸出Q處監視或在一個或一個以上其它節點處監視調節 器電路的所述瞬間操作頻率。在一實例中，可和PLL的誤差輸出(例如，經包括作為所述 PLL的部分、部件或組件的相位檢測器或鑒別器的輸出)提供的頻率誤差成比例地縮放Il 或12。在一實例中，替代縮放或除縮放外，可(例如)響應于所述PLL的誤差輸出所提供的 頻率誤差而反相Il或12。在圖3中，調節器電路可正在供應為2安培的相對恒定的負載(例如，如圖2中所 示的IL0AD)，其例如表示調節器的穩態操作條件。在此實例中，VALLEY = 1. 723伏，且PEAK =1. 85 伏。圖4大體圖解說明控制調節器電路的方法400，例如使用圖1或圖2中所示或者圖 3的說明性實例中所論述的調節器電路。在402處，第一開關可以可控制方式將第一電壓Vl連接到電感器，例如使用如圖 1或圖2中所示的第一開關104或204或者電感器108或208。在404處，第二開關可以可 控制方式將第二電壓(例如，接地或參考電壓)V2連接到所述電感器，例如使用如圖1或圖 2中所示的第二開關106或206。在406處，可使用例如圖1到圖3中所論述的控制法則，(例如)包括將第一開關 關斷且將第二開關接通達一持續時間，所述持續時間和第一電壓Vl與第三電壓V3kef之間 的差除以第一電壓Vl成比例。在408處，所述控制法則可包括接通第一開關且關斷第二開 關達一持續時間，所述持續時間和第三電壓V3kef除以第一電壓Vl成比例。在某些實例中，在410處，方法400可包括控制第一及第二開關的對應于當電感器 正在驅動指定的負載時的指定的周期(例如，圖3的切換循環周期T)的總接通時間。在某些實例中，(例如)當電感器電流為正時，調節器電路(例如，調節器電路102 或202)可在一個或一個以上PWM模式中操作，例如，使用如上文在圖1到4中所論述的滯 后控制。然而，在某些實例中，當電感器電流為負時，例如在指定的數目的切換循環期間，調 節器電路可在脈沖頻率調制(PFM)模式中操作，(例如)以禁止第二開關消散存儲于電感器 中的能量。以此方式，與僅使用PWM模式(例如，包括滯后控制)操作的調節器電路相比， 可增加所述調節器電路的效率。在某些實例中，(例如)當所需輸出電壓(例如，V3KEF)與 瞬間輸出電壓(例如，V3)之間存在大的誤差時，可替代PWM模式或除PWM模式外使用PFM 模式。在一實例中，當調節器電路(例如，調節器電路102或202)首先啟動或經受短路 條件(例如，在V3節點處)時，可使用軟啟動電路或模式來逐漸增加V3節點處的電壓。舉 例來說，如果所述調節器電路缺少所述軟啟動電路或模式，那么第一開關可保持接通達比 在穩態操作期間長得多的持續時間。所述長持續時間可損壞第一開關104。所述軟啟動電 路或模式可顯示第一或第二開關104或106的接通時間，(例如)以防止對所述開關的損 壞。在某些實例中，可替代所述一個或一個以上PWM模式或除所述一個或一個以上PWM模
14式外使用軟啟動電路或模式，例如使用滯后控制，如上文在圖1到圖4中所論述。額外論述以上詳細說明包括對附圖的參考，所述附圖形成所述詳細說明的一部分。所述圖 式以圖解說明方式顯示其中可實踐本發明的具體實施例。這些實施例在本文中也稱作“實 例”。此類實例可包括除所示或所描述的那些元件外的元件。然而，本發明者還構想其中僅 提供所示或所描述的那些元件的實例。此外，本發明者還構想相對于特定實例(或其一個 或一個以上方面)或相對于本文中所示或所描述的其它實例(或其一個或一個以上方面) 使用所示或所描述的那些元件的任一組合或排列的實例。此文獻中所參考的所有出版物、專利及專利文獻將其全文以引用方式并入本文 中，就像單獨以引用方式并入一樣。如果此文獻與那些以引用方式并入的文獻之間的使用 不一致，那么應將所并入的參考文獻中的使用視為對此文獻的使用的補充；對于不可調和 的不一致性，以此文獻中的使用為準。在此文獻中，如在專利文獻中所常見的那樣，使用術語“一 (a) ”或“一 (an) ”來包 括一個或多于一個，與任何其它例示或使用“至少一個(at least one) ”或“一個或一個以 上(one or more) ”無關。在此文獻中，使用術語“或(or) ”來指代非排他性或，使得“A或B” 包括“A而不是B”、“B而不是A”及“A及B”，除非另外指示。在所附權利要求書中，使用術 語“包括(including)”及“其中(in which) ”用作相應術語“包含(comprising) ”及“其中 (wherein)”的通俗易懂的等效形式。同樣，在以上權利要求書中，術語“包括(including)” 及“包含(comprising) ”為開放性的，也就是說，在權利要求中包括除在系統、裝置、物品或 過程術語后列出的那些元件外的元件的所述系統、裝置、物品或過程仍被視為歸屬于所述 權利要求的范圍內。此外，在以上權利要求書中，術語“第一(first)”、“第二(second)”及 “第三(third) ”等僅用作標記，且不打算對其對象施加數值要求。本文中所描述的方法實例可為至少部分地機器或計算機實施。一些實例可包括 用指令編碼的計算機可讀媒體或機器可讀媒體，所述指令可操作以配置電子裝置以執行如 以上實例中所論述的方法。此類方法的實施方案可包括代碼，例如微碼、匯編語言代碼、較 高級語言代碼等。此種代碼可包括用于執行各種方法的計算機可讀指令。所述代碼可形成 計算機程序產品的部分。此外，所述代碼可在執行期間或在其它時間有形地存儲于一個或 一個以上易失性或非易失性計算機可讀媒體上。這些計算機可讀媒體可包括但不限于硬磁 盤、可拆卸式磁盤、可拆卸式光盤(例如，壓縮光盤及數字視頻光盤)、磁帶、存儲器卡或棒、 隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)等。以上說明打算具有說明性而非限制性。舉例來說，上述實例(或其一個或一個以 上方面)可彼此組合使用。也可例如由所屬領域的技術人員在審閱以上說明后使用其它實 施例。提供本摘要以符合37C. F. R. § 1. 72(b)，以便允許讀者快速獲取本技術發明的本質。 提交本摘要是基于以下理解其將不用于解釋或限制權利要求書的范圍或含義。同樣，在以 上具體實施方式
中，各種特征可聚集在一起以組織本發明。此不應解釋為意味著未請求的 所揭示特征對任一權利要求并不可少。而是，發明性標的物可依賴于少于特定所揭示實施 例的所有特征。因此，借此將以上權利要求書并入具體實施方式
中，其中每一權利要求本身 獨立作為單獨實施例。本發明的范圍應參照所附權利要求書連同授權于此等權利要求的等 效物的完全范圍一起確定。
權利要求
1.一種用于調節供應到負載的電能量的調節器電路，所述調節器電路包含 第一開關，其經配置以便以可控制方式將第一電壓連接到電感器；第二開關，其經配置以便以可控制方式將第二電壓連接到所述電感器； 開關控制電路，其經配置以使用計時器電路控制所述第一及第二開關； 其中所述開關控制電路經配置以將所述第一開關關斷且將所述第二開關接通達一持 續時間，所述持續時間和所述第一電壓與第三電壓之間的差除以所述第一電壓成比例；其中所述開關控制電路經配置以將所述第一開關接通且將所述第二開關關斷達一持 續時間，所述持續時間和所述第三電壓除以所述第一電壓成比例； 其中所述第一或第三電壓中的一者對應于所需輸出電壓；且 其中所述第二電壓小于所述第一及第三電壓。
2.根據權利要求1所述的調節器電路，其中所述計時器電路包括數字計時器電路。
3.根據權利要求1到2中任一權利要求所述的調節器電路，其中所述第一電壓包含供 應到所述調節器電路的輸入電壓；其中所述第三電壓包含所需輸出電壓；且 其中所述第一電壓大于所述第三電壓。
4.根據權利要求1到3中任一權利要求所述的調節器電路，其中所述第三電壓包含供 應到所述調節器電路的輸入電壓；其中所述第一電壓包含所需輸出電壓；且 其中所述第一電壓大于所述第三電壓。
5.根據權利要求1到4中任一權利要求所述的調節器電路，其中所述第一及第二開關 的總接通時間對應于當所述調節器正在驅動指定的負載時的指定的周期；且其中所述指定的周期對應于所需穩態操作頻率。
6.根據權利要求1到5中任一權利要求所述的調節器電路，其中所述計時器電路包含第一斜坡產生器，其經配置以產生耦合到第一比較器的第一斜坡信號； 第二斜坡產生器，其經配置以產生耦合到第二比較器的第二斜坡信號；且 其中所述開關控制電路經配置以使用所述第一及第二比較器以及所述第一及第二斜 坡產生器來控制所述第一及第二開關。
7.根據權利要求6所述的調節器電路，其中相應第一及第二斜坡產生器包括相應第一 及第二電容器，且其中所述相應第一及第二電容器中的每一者由相應第一及第二電流源充 H1^ ο
8.根據權利要求6到7中任一權利要求所述的調節器電路，其中所述第一及第二電流 源經配置以和電壓輸入處的電壓成比例地驅動相應指定的第一及第二電流；且其中所述第一及第二電流源經配置以控制相應第一及第二斜坡信號的相應第一及第 二轉換速率。
9.根據權利要求6到8中任一權利要求所述的調節器電路，其中所述開關控制電路包含設定-復位(SR)鎖存器；其中第一比較器輸出耦合到所述SR鎖存器的復位輸入；其中第二比較器輸出耦合到所述SR鎖存器的設定輸入；其中所述SR鎖存器的非經反相輸出耦合到所述第一開關；其中所述SR鎖存器的經反相輸出耦合到所述第二開關；其中所述SR鎖存器經配置以便以互斥方式接通或關斷相應第一及第二開關；且其中所述第一及第二開關的所述總接通時間對應于當所述調節器正在驅動指定的負 載時的指定的周期。
10.根據權利要求6到9中任一權利要求所述的調節器電路，其中所述第一斜坡信號隨 時間增加；且其中所述第一比較器經配置以將所述第一斜坡信號與指定的峰值閾值相比較，且作為 響應，其中開關控制邏輯經配置以在所述第一斜坡信號達到所述指定的峰值閾值時接通所 述第二開關，且將所述第一斜坡信號復位為與所述第一及第二開關相對的節點處的電感器 處的電壓。
11.根據權利要求10所述的調節器電路，其中所述指定的峰值閾值和所述第三電壓成 比例且大于所述第三電壓。
12.根據權利要求1到11中任一權利要求所述的調節器電路，其中所述第二斜坡信號 隨時間減小；且其中所述第二比較器經配置以將所述第二斜坡信號與指定的谷值閾值相比較，且作為 響應，其中所述開關控制邏輯經配置以在所述第二斜坡信號達到所述指定的谷值閾值時接 通所述第一開關，且將所述第二斜坡信號復位為與所述第一及第二開關相對的節點處的所 述電感器處的電壓。
13.根據權利要求12所述的調節器電路，其中所述指定的谷值閾值和所述第三電壓成 比例且小于所述第三電壓。
14.根據權利要求12到13中任一權利要求所述的調節器電路，其中所述指定的谷值閾 值由谷值閾值控制電路控制；且其中所述谷值閾值控制電路經配置以提供比所述第三電壓小一電壓的谷值閾值，所述 電壓和所述第一電壓與所述第三電壓之間的所述差成比例。
15.根據權利要求14所述的調節器電路，其中所述谷值閾值控制電路包括可調整增 益；且其中所述指定的谷值閾值由所述可調整增益縮放。
16.根據權利要求15所述的調節器電路，其中所述可調整增益是使用關于所述第一電 壓與所述第三電壓之間的差的信息控制的。
17.一種用于調節供應到負載的電能量的方法，所述方法包含使用第一開關以可控制方式將第一電壓連接到電感器；使用第二開關以可控制方式將第二電壓連接到所述電感器；將所述第一開關關斷且將所述第二開關接通達一持續時間，所述持續時間和所述第一 電壓與第三電壓之間的差除以所述第一電壓成比例；及將所述第一開關接通且將所述第二開關關斷達一持續時間，所述持續時間和所述第三 電壓除以所述第一電壓成比例，其中所述第一或第三電壓中的一者對應于所需輸出電壓， 且其中所述第二電壓小于所述第一及第三電壓。
18.根據權利要求17所述的方法，其包含使用所述以可控制方式連接所述第一電壓及 所述以可控制方式連接所述第二電壓來提供對應于所述第三電壓的所需輸出電壓，其中所 述第一電壓包含大于所述第三電壓的輸入電壓。
19.根據權利要求17到18中任一權利要求所述的方法，其包含使用所述以可控制方式 連接所述第一電壓及所述以可控制方式連接所述第二電壓來提供對應于所述第一電壓的 所需輸出電壓，其中所述第三電壓包含輸入電壓，且其中所述第一電壓大于所述第三電壓。
20.根據權利要求17到19中任一權利要求所述的方法，其包含控制所述第一及第二開 關的對應于當所述電感器正在驅動指定的負載時的指定的周期的所述總接通時間，其中所 述指定的周期對應于所需穩態操作頻率。
全文摘要
此文獻除其它之外還論述調節器電路。所述調節器電路可使用第一開關以可控制方式將第一電壓連接到電感器且可使用第二開關以可控制方式將第二電壓連接到所述電感器。可將所述第一開關關斷且可將所述第二開關接通達一持續時間，所述持續時間和所述第一電壓與第三電壓之間的差除以所述第一電壓成比例。可將所述第一開關關斷且可將所述第二開關接通達一持續時間，所述持續時間和所述第三電壓除以所述第一電壓成比例。所述第一或第三電壓中的一者可對應于所需輸出電壓。
文檔編號H02M3/00GK102111067SQ20101055999
公開日2011年6月29日 申請日期2010年11月24日 優先權日2009年11月24日
發明者克里斯托弗·D·布里奇, 詹姆斯·加勒特 申請人:飛兆半導體公司