專利名稱：用于控制轉(zhuǎn)換器的電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)換器，尤其涉及用于控制轉(zhuǎn)換器的電路和方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前轉(zhuǎn)換器被普遍應(yīng)用于電子系統(tǒng)來提供穩(wěn)壓電源。轉(zhuǎn)換器通常采用 一種開關(guān)模式電源的結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)更高的效率、更小的尺寸或更輕的重量。 目前存在著各種轉(zhuǎn)換器，例如降壓轉(zhuǎn)換器，升壓轉(zhuǎn)換器，以及降壓/升壓 轉(zhuǎn)換器。
圖1所示為一個(gè)常規(guī)轉(zhuǎn)換器電路100的示意圖。通常，轉(zhuǎn)換器電路 100將來自電源(例如一個(gè)電池130)的輸入電壓VIN轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的輸出 電壓V0UT。例如，轉(zhuǎn)換器電路100可以包括一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器110和一個(gè)控 制器120。降壓轉(zhuǎn)換器110還可以包括第一開關(guān)102，第二開關(guān)104，電感 106和輸出電容108。第一開關(guān)102通常與電池130相連接，因此被稱為 高側(cè)開關(guān)。第二開關(guān)104通常接地，因此被稱為低側(cè)開關(guān)。在工作過程中， 控制器120控制第一開關(guān)102和第二開關(guān)104交替地接通或斷開，因此在 輸出電容108處產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓VOUT?？刂破?20通常產(chǎn)生脈寬調(diào)制 (PWM)信號(hào)以控制第一開關(guān)102和第二開關(guān)104的導(dǎo)通狀態(tài)。PWM信號(hào)的 占空比決定了輸出電壓VOUT的電平。
然而，降壓轉(zhuǎn)換器IIO在斷開過程中面臨功率損失和低效率等問題。 例如，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)102和第二開關(guān)104都關(guān)斷時(shí)，斷開過程開始。在斷開 過程中，保留在輸出電容108中的能量將通過一個(gè)負(fù)載(未標(biāo)示)釋放， 該負(fù)載通常串聯(lián)耦合于輸出電容108并且具有高阻抗。由此，降低了降壓
轉(zhuǎn)換器110的功率效率并縮短了電池130的運(yùn)行時(shí)間。此外，由于負(fù)載通 常具有高阻抗，將存在一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的斷開過程。
圖2所示為另一個(gè)常規(guī)轉(zhuǎn)換器電路200的示意圖。與圖1中標(biāo)記相同 的單元具有相似的功能，為了簡(jiǎn)明起見，在此將不對(duì)其進(jìn)行重復(fù)性描述。 在圖2中，降壓轉(zhuǎn)換器110的輸出與一個(gè)電阻負(fù)載230耦合，該負(fù)載230 還通過一個(gè)放電開關(guān)240接地。由控制器220發(fā)出的放電信號(hào)250控制放 電開關(guān)240的導(dǎo)通狀態(tài)。在斷開過程中，放電開關(guān)240被接通，這將能通 過電阻負(fù)載230來釋放保留在輸出電容108中的能量。雖然斷開過程被顯 著縮短，仍然存在能量損失和低效率等缺陷。
另一個(gè)斷開轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)方法是將輸出電壓VOUT以一種受控的方式 斜降為零。例如，控制器工作于一個(gè)閉環(huán)從而使輸出電壓VOUT與一個(gè)內(nèi) 部參考電壓相關(guān)聯(lián)。當(dāng)轉(zhuǎn)換器斷開時(shí)，內(nèi)部參考電壓逐漸的斜降為零，因 此調(diào)整PWM信號(hào)的占空比。這樣，在斷開過程中第一和第二開關(guān)仍然由PWM 信號(hào)交替性地接通或斷開，但由于P謂信號(hào)的占空比是動(dòng)態(tài)調(diào)整的，輸出 電壓VOUT逐漸斜降為零。在這種情況下，如果在斷開過程中沒有負(fù)載， 保留于輸出電容中的能量即可被恢復(fù)至電源中。然而，仍然發(fā)生能量通過 第一和第二開關(guān)從電源傳輸至轉(zhuǎn)換器。具體地說，如果在斷開過程中轉(zhuǎn)換 器的輸出端連有負(fù)載，那么負(fù)載端將存在能量消耗。由于在斷開過程中第 一和第二開關(guān)具有高切換頻率，因此轉(zhuǎn)換器電路的效率會(huì)進(jìn)一步降低。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于控制轉(zhuǎn)換器的電路和方法。在一個(gè)實(shí) 施例中，轉(zhuǎn)換器中的第一開關(guān)被斷開，并且當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)被斷開時(shí)，轉(zhuǎn)換器 中的第二開關(guān)響應(yīng)于一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)被交替地接通和斷開。通過交替地 接通和斷開第二開關(guān)，保留于轉(zhuǎn)換器中的能量即可被恢復(fù)至轉(zhuǎn)換器的電 源。
通過下述對(duì)參考實(shí)施例結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更
為明顯，其中
圖l所示為一個(gè)常規(guī)轉(zhuǎn)換器電路的示意圖。 圖2所示為另一個(gè)常規(guī)轉(zhuǎn)換器電路的示意圖。
圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器電路的示意圖。 圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器電路的示意圖。
圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示范性表格，闡明了在正常的
工作模式下的開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)。
圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示范性表格，闡明了在斷開模
式下的開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)。
圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器控制器的示意圖。
圖8所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于控制轉(zhuǎn)換器的方法流程圖。
圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于控制能夠工作于一個(gè)正 常工作模式和一個(gè)斷開模式的轉(zhuǎn)換器的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例給出詳細(xì)的參考。雖然本發(fā)明將結(jié)合實(shí)施例 進(jìn)行闡述，但應(yīng)理解這并非意指將本發(fā)明限定于這些實(shí)施例。相反，本發(fā) 明意在涵蓋由后附的各項(xiàng)權(quán)利要求所界定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)所定義 的各種可選方案，可修改方案和等價(jià)物。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器電路300的示意圖。作為 示例，轉(zhuǎn)換器電路300可以包括一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器310， 一個(gè)控制器320和 一個(gè)電源，例如電池340。降壓轉(zhuǎn)換器310可以包括第一開關(guān)(Sl) 305， 第二開關(guān)(S2) 307，電感309，輸出電容311。第一和第二開關(guān)305和307 串聯(lián)連接于電池340和地之間。電感309與第一開關(guān)305和第二開關(guān)307 的連接點(diǎn)303相耦合。輸出電容311耦合于電感309和地之間，用于提供 一個(gè)輸出電壓VOUT。此外，轉(zhuǎn)換器310還可以包括一個(gè)與第一開關(guān)305 并聯(lián)連接的開關(guān)設(shè)備，例如一個(gè)二極管301?？刂破?20可以包括一個(gè)輸 入引腳CTL，用于接收一個(gè)控制信號(hào)330。通過響應(yīng)該控制信號(hào)330，控制 器320即可指示降壓轉(zhuǎn)換器310工作于一個(gè)正常工作模式或是一個(gè)斷開模 式。
在一個(gè)實(shí)施例中，控制信號(hào)330被設(shè)為邏輯1從而選擇正常工作模式，
此時(shí)第一開關(guān)305和第二開關(guān)307被交替地接通或斷開以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出 電壓VOUT。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)305被接通并且第二開關(guān)307被斷開時(shí)的狀態(tài)為稱 為降壓轉(zhuǎn)換器310的接通狀態(tài)。在接通狀態(tài)下，電流將從電池340流向輸 出電容311，之后流經(jīng)第一開關(guān)305和電感309。同樣地，電感309耦合 于電池340以存儲(chǔ)能量。此外，在實(shí)施例中，當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器310的輸出連 接于一個(gè)負(fù)載時(shí)，即可直接將能量從電池340傳輸至負(fù)載。相反的，當(dāng)?shù)?一開關(guān)305被斷開并且第二開關(guān)307被接通時(shí)的狀態(tài)被稱為降壓轉(zhuǎn)換器 310的斷路狀態(tài)。在斷路狀態(tài)下，電感309維持與接通狀態(tài)時(shí)具有相同流 向的感應(yīng)電流。電流將從地端流向輸出電容311，之后流經(jīng)第二開關(guān)307 和電感309。同樣的，存儲(chǔ)于電感309中的能量將被釋放到輸出電容311 中。此外，在實(shí)施例中，當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器310的輸出連接于一個(gè)負(fù)載時(shí)，能 量同樣釋放到負(fù)載。
在一個(gè)實(shí)施例中，控制信號(hào)330被設(shè)置為邏輯O從而選擇斷開模式， 此時(shí)第一開關(guān)305保持?jǐn)嚅_并且第二開關(guān)307被交替地接通和斷開。在斷 開模式下，第一開關(guān)305保持?jǐn)嚅_，因此二極管301，第二開關(guān)307，電 感309和輸出電容311形成一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器的功率級(jí)從而實(shí)現(xiàn)能量從輸出 電容311恢復(fù)至電池340。同時(shí)，能量從電池340傳送至輸出電容311的 途徑將由二極管301和第一開關(guān)305所切斷。以下部分將詳細(xì)描述斷開模 式的這些特征。
當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)305被斷開并且第二開關(guān)307被接通時(shí)，二極管301將被 反向偏置從而切斷能量從電池340到輸出電容311的傳輸通道。同時(shí)，電 流將從輸出電容311流向地端，之后流經(jīng)電感309和第二開關(guān)307。在這 種情況下，輸出電容311作為一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器的電源將所存儲(chǔ)的能量傳送 給電感309。當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)305和第二開關(guān)307都被斷開時(shí)，電感309維持 相同方向上的感應(yīng)電流，將導(dǎo)致連接點(diǎn)303處的電壓升高從而正向偏置二 極管301。因此，電流將從輸出電容311流向電池340，之后流經(jīng)電感309 和正向偏置二極管301。在這種情況下，電池340作為一個(gè)負(fù)載接收由電 感309通過正向偏置二極管301所釋放的能量。同樣，存儲(chǔ)于輸出電容311 的能量可以經(jīng)由正向偏置二極管301直接傳送給電池340。最后，能量從電池340轉(zhuǎn)送至輸出電容311是由反向偏置二極管301所決定，并且存儲(chǔ) 于輸出電容311的能量經(jīng)由正向偏置二極管301恢復(fù)至電池340。
此外，在實(shí)施例中，即使在斷開模式下降壓轉(zhuǎn)換器310的輸出與一個(gè) 負(fù)載耦合，由于反相偏置二極管301的存在，將沒有能量從電池340釋放 至負(fù)載，并且仍然會(huì)有能量從輸出電容311恢復(fù)至電池340。
另外，同樣可以使用第一開關(guān)305的一個(gè)本征體二極管以替換所采用 的與第一開關(guān)305并聯(lián)耦合的二極管301，以實(shí)現(xiàn)上述斷開模式的這些特 性。例如，可以采用金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)構(gòu)造第一開關(guān) 305， MOSFET的體二極管可以被反向偏置以終止能量從電池340傳送至輸 出電容311，并且可以被正向偏置從而將能量從輸出電容311恢復(fù)至電池 340。
由于在斷開模式下可以將存儲(chǔ)于降壓轉(zhuǎn)換器310的能量恢復(fù)至電池 340，所以降壓轉(zhuǎn)換器310的功率效率被顯著增強(qiáng)。此外，當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器 310的輸出與一個(gè)負(fù)載耦合時(shí)，在斷開模式下可終止能量從電池340傳送 至負(fù)載，這樣在負(fù)載端沒有能量消耗。由此，功率效率將得到進(jìn)一步的提 高。
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器電路400的示意圖。 與圖3中標(biāo)記相同的單元具有相似的功能，為了簡(jiǎn)明起見，在此將不對(duì)其 進(jìn)行重復(fù)性描述。轉(zhuǎn)換器400包括一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器410， 一個(gè)控制器420 和一個(gè)驅(qū)動(dòng)430?？刂破?20在此處和驅(qū)動(dòng)430共同運(yùn)作以控制降壓轉(zhuǎn)換 器410的運(yùn)作。
在實(shí)施例中，控制器420用于向驅(qū)動(dòng)430提供一個(gè)PWM信號(hào)405和一 個(gè)LDR一EN信號(hào)407。通過響應(yīng)控制器420的多個(gè)輸入信號(hào)以生成PWM信號(hào) 405和LDI^EN信號(hào)407。例如，控制器420可以接收一個(gè)回轉(zhuǎn)(slew)信 號(hào)429，該信號(hào)表示在一個(gè)SLEW端的輸出電壓VOUT的電平Vslew。在圖4 的示范性實(shí)施例中，通過對(duì)一個(gè)耦合于SLEW端和地端間的回轉(zhuǎn)電容422 進(jìn)行充電從而產(chǎn)生一個(gè)回轉(zhuǎn)信號(hào)429。此處通過一個(gè)REF引腳處的參考電 壓Vref和一個(gè)由電阻424和426組成的分壓器對(duì)回轉(zhuǎn)電容422進(jìn)行充電。 同樣，此處可以采用各種方式對(duì)回轉(zhuǎn)電容422進(jìn)行充電并產(chǎn)生表示目標(biāo)電 平Vslew的回轉(zhuǎn)信號(hào)429?？刂破?20還可以接收分別表示引腳CSN和CSP 處的感應(yīng)電流的反饋信號(hào)423和425。反饋信號(hào)423和425在此處由一個(gè) 與電感309串聯(lián)耦合的可選感應(yīng)電容401所感應(yīng)?；谶@些反饋信號(hào)423 和425，電感309上的過電流情況即可被控制器420檢測(cè)到。此外，控制 器420可以接收一個(gè)表示VFB引腳處的輸出電壓VOUT的反饋信號(hào)421， 一 個(gè)SKIP引腳處的跳躍(skip)信號(hào)428， 一個(gè)SHUTDOWN引腳處的斷開信 號(hào)，以下部分將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。
除了由控制器420產(chǎn)生的P麗信號(hào)405和LDR—EN信號(hào)407外，驅(qū)動(dòng) 器430還接收斷開信號(hào)403。響應(yīng)于斷開信號(hào)403，驅(qū)動(dòng)器430使降壓轉(zhuǎn) 換器410能夠工作于一個(gè)正常工作模式或者一個(gè)斷開模式。
如圖5所示一個(gè)示范性表格500，說明了在正常工作模式下第一開關(guān) 305和第二開關(guān)307的各種導(dǎo)通狀態(tài)。在實(shí)施例中，通過設(shè)置斷開信號(hào)403 為邏輯1從而選擇正常工作模式。如果表格500的第一項(xiàng)510中的LDR_EN 信號(hào)407為邏輯1，則由P麗信號(hào)405的狀態(tài)控制第一開關(guān)305和第二開 關(guān)307。例如，當(dāng)P確信號(hào)405為邏輯1時(shí)，開關(guān)305被接通并且開關(guān)307 被斷開，這被稱為降壓轉(zhuǎn)換器410的接通狀態(tài)。當(dāng)P麗信號(hào)405為邏輯0 時(shí)，開關(guān)305被斷開并且開關(guān)307被接通，這被稱為降壓轉(zhuǎn)換器410的斷 路狀態(tài)。
相反地，如果表格500第二項(xiàng)520中的LDR—EN信號(hào)407為邏輯0， 那么第二開關(guān)307將保持?jǐn)嚅_狀態(tài)。在這種情況下，當(dāng)PWM信號(hào)405為邏 輯1時(shí)，第一開關(guān)305將被接通并且第二開關(guān)307被斷開，這樣降壓轉(zhuǎn)換 器410工作于接通狀態(tài)。當(dāng)P觀信號(hào)405為邏輯0時(shí)，第一開關(guān)305和第 二開關(guān)307都被斷開，這樣降壓轉(zhuǎn)換器410工作于一個(gè)跳躍狀態(tài)。在跳躍 狀態(tài)中，處于電感309的開關(guān)側(cè)的連接點(diǎn)303將會(huì)處于浮動(dòng)狀態(tài)。
在正常工作模式，電感309依賴于第一開關(guān)305和第二開關(guān)307的導(dǎo) 通狀態(tài)(降壓轉(zhuǎn)換器410的接通或斷路狀態(tài))而交替性地耦合于電池340 或地。在接通狀態(tài)中，電感309耦合于電池340以接收輸入電壓VIN。忽 略具有低阻抗的感應(yīng)電阻401上的壓降，電感309上的電壓等于VIN-VOUT。 對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換器410，輸入電壓VIN必須大于輸出電壓VOUT，這樣電感309 上具有一個(gè)凈正電壓并且在接通狀態(tài)時(shí)感應(yīng)電流依照等式l)斜升。
<formula>formula see original document page 11</formula>
在等式1)中，TON表示接通狀態(tài)的時(shí)間間隔，A I表示TON時(shí)間間隔內(nèi)的 電流變化，并且L表示電感309的電感值。
在斷路狀態(tài)時(shí)，電感309上的電壓等價(jià)于VOUT。然而，在這種情況 下，電感309上存在一個(gè)凈負(fù)電壓，這樣在斷路狀態(tài)時(shí)電感電流依照等式 2)斜降。<formula>formula see original document page 11</formula>
在等式2)中，TOFF表示斷路(OFF)狀態(tài)的時(shí)間間隔，A I表示TOFF時(shí) 間間隔內(nèi)的電流變化，而L表示電感309的電感值。
在正常工作模式的接通狀態(tài)時(shí)，能量從電池340傳遞至電感309和輸 出電容311的現(xiàn)象被稱作能量傳遞。此外，如果降壓轉(zhuǎn)換器410的輸出端 耦合于一個(gè)負(fù)載(未示出)，能量將從電池340直接傳送給負(fù)載。在正常 工作模式的斷路狀態(tài)下，存儲(chǔ)于電感309中的能量被進(jìn)一步釋放到輸出電 容311。此外，如果降壓轉(zhuǎn)換器410的輸出端耦合于一個(gè)負(fù)載(未示出)， 能量同樣從電感309被釋放至負(fù)載?？傊?，在正常工作模式時(shí)，能量從電 池340被傳遞至降壓轉(zhuǎn)換器410。
如圖6所示一個(gè)示范性表格600，說明了在斷開模式下第一開關(guān)305 和第二開關(guān)307的各種導(dǎo)通狀態(tài)。在實(shí)施例中，通過設(shè)置斷開信號(hào)403為 邏輯0從而選擇斷開模式。如果表格600的第一項(xiàng)610中的LDR_EN信號(hào) 407為邏輯1，第一開關(guān)305維持?jǐn)嚅_狀態(tài)并且第二開關(guān)307隨著PWM信 號(hào)405交替性地接通和斷開。這樣，降壓轉(zhuǎn)換器410在跳躍狀態(tài)和斷開狀 態(tài)間進(jìn)行交替性的切換。在這種情況下，二極管301，第二開關(guān)307，電 感309和輸出電容311組成一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器的能量級(jí)從而實(shí)現(xiàn)能量從輸出 電容311恢復(fù)至電池340。
在跳躍狀態(tài)時(shí)，二極管301是正向偏置并且電流從輸出電容311流向 電池340且依照等式3)斜降。
di/dt=(V0UT-VIN)/L:AI/TSKIP 3)
在等式3)中，TSKIP表示跳躍狀態(tài)的時(shí)間間隔，A I表示TSKIP時(shí)間間隔 內(nèi)的電流變化，VD表示二極管301上的電壓并且L表示電感309的電感值。 此外，當(dāng)考慮到當(dāng)二極管301上的電壓VD時(shí)，電流將依照等式4)斜降。
di/dt=(VOUT-VIN-VD)/L= AI/TSKIP 4) 依照等式4)，電流將在TSKIP時(shí)間間隔期滿前斜降為0。
在斷路狀態(tài)時(shí)，二極管301被反向偏置并且電流從輸出電容311流向 地且依照等式5)斜升。
di/dt=VOUT/L=A I /TOFF 5)
在等式5)中，TOFF表示斷路(OFF)狀態(tài)的時(shí)間間隔，A I表示TOFF時(shí) 間間隔內(nèi)的電流變化而L表示電感309的電感值。
在降壓轉(zhuǎn)換器410的OFF狀態(tài)時(shí)，存儲(chǔ)于輸出電容311中的能量被傳 遞至電感309的現(xiàn)象稱作能量傳遞。由于反向偏置二極管301的存在，可 終止能量從電池340傳送至轉(zhuǎn)換器410。在降壓轉(zhuǎn)換器410的跳躍狀態(tài)， 由于正向偏置二極管301的存在，存儲(chǔ)于電感309和輸出電容311的能量 將被恢復(fù)至電池340。
此外，如果表格600的第二項(xiàng)620中的LDR—EN信號(hào)407為邏輯0， 第一開關(guān)305和第二開關(guān)307都維持?jǐn)嚅_狀態(tài)。這樣，降壓轉(zhuǎn)換器410總 是處于跳躍狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖7所示為圖4中控制器420的示意圖。 此處結(jié)合圖4進(jìn)行圖7的描述。控制器420包括第一電流源701，第二電 流源703，第三電流源705，能量存儲(chǔ)單元707 (例如電容C1)，與門713， 與非門715，比較器709、 711、 717和719， P麗信號(hào)發(fā)生器721，以及 開關(guān)723和725。 P觀信號(hào)發(fā)生器721可以進(jìn)一步包括一個(gè)與門727和一 個(gè)觸發(fā)器729。第一電流源701提供表示輸出電壓VOUT或目標(biāo)電平Vslew 的電流Il。第二電流源703提供表示輸入電壓VIN的電流12。第三電流
源705提供表示輸出電壓V0UT的電流13。在實(shí)施例中，電流13大于電流 II。例如，13被設(shè)為II的十倍。電流13有助于濾除一個(gè)新P觀信號(hào)的寄 生觸發(fā)。然而，電流I3是非強(qiáng)制性的。
如圖7所示，存儲(chǔ)單元707耦合與電流源701和703，并且存儲(chǔ)單元 707可以根據(jù)開關(guān)723的導(dǎo)通狀態(tài)交替性的充電和放電。開關(guān)723的導(dǎo)通 狀態(tài)可進(jìn)一步由P觀信號(hào)405控制。存儲(chǔ)單元707同樣通過開關(guān)725與電 流源705相耦合。與門713的一個(gè)輸出信號(hào)控制開關(guān)725的導(dǎo)通狀態(tài)，因 此即可允許或禁止存儲(chǔ)單元707的一個(gè)加速放電過程。與門713的輸出信 號(hào)由觸發(fā)器729的QB引腳處的輸出，比較器717的比較結(jié)果和斷開信號(hào) 403所決定。比較器717將SLEW引腳處的回轉(zhuǎn)信號(hào)429和VFB引腳處的反 饋信號(hào)421進(jìn)行比較。比較器719將CSN引腳處的反饋信號(hào)423和CSP引 腳處的反饋信號(hào)425進(jìn)行比較，從而感應(yīng)電感106上的過電流情況。同樣 的， 一個(gè)偏置電壓V3被加到反饋信號(hào)425以定義一個(gè)觸發(fā)閥值。此外， 存儲(chǔ)單元707上的電壓在比較器711處與一個(gè)第一標(biāo)稱閥值電壓VK例如 2. 5V)相比較，并且在比較器709處與一個(gè)第二標(biāo)稱閥值電壓V2 (例如 20mV)相比較。將比較器709的比較結(jié)果和跳躍信號(hào)428提供給與非門715 以產(chǎn)生LDR—EN信號(hào)407。將比較器711的比較結(jié)果提供給觸發(fā)器729的復(fù) 位(R)端。將比較器709、 717和719的比較結(jié)果通過與門727提供給觸 發(fā)器729的設(shè)置(S)端?；谠O(shè)置端和復(fù)位端的信號(hào)，'觸發(fā)器729生成 PWM信號(hào)405。
在工作狀態(tài)，能量存儲(chǔ)單元707上的電壓被初始化設(shè)置為0伏，并且 P麗信號(hào)405被初始化為邏輯0。當(dāng)激活控制器420時(shí)，由于回轉(zhuǎn)電容422 的充電過程，SLEW引腳處的電壓將開始從O伏增加到目標(biāo)電平Vslew，導(dǎo) 致回轉(zhuǎn)信號(hào)429大于表示輸出電壓VOUT的反饋信號(hào)421。由此，比較器 717的比較結(jié)果為邏輯1。同時(shí)，由于沒有電流流經(jīng)電感106，將不會(huì)感應(yīng) 到過電流情況，這樣比較器719的比較結(jié)果被設(shè)為邏輯1。此外，開關(guān)723 通常由P麗信號(hào)405斷開，這樣能量存儲(chǔ)單元707被電流源701放電至零 伏。這樣，當(dāng)比較器711的比較結(jié)果被設(shè)為邏輯O時(shí)，比較器709的比較 結(jié)果被設(shè)為邏輯1。響應(yīng)于比較器709、 711、 717和719的這些比較結(jié)果， 觸發(fā)器729的R禾B S端分別被設(shè)為邏輯0和邏輯1，導(dǎo)致Q和QB端分別為邏輯1和邏輯0。
在這種情況下，P麗信號(hào)405變?yōu)檫壿?并且開關(guān)723響應(yīng)于邏輯1 的P麗信號(hào)而被接通。同時(shí)由于在QB端的邏輯O信號(hào)，開關(guān)725被斷開。 當(dāng)開關(guān)723被接通時(shí)，由一個(gè)等價(jià)于電流12減電流II的電流對(duì)能量存儲(chǔ) 單元707進(jìn)行充電。如上所述，電流I1可以代表輸出電壓V0UT或者目標(biāo) 電平Vslew。電流12可以代表輸入電壓VIN。由此，能量存儲(chǔ)單元707由 一個(gè)相當(dāng)于(VIN-VOUT)或者(VIN-Vslew)的電流值進(jìn)行充電。
在充電過程中，比較器711將能量存儲(chǔ)單元707上的電壓和第一標(biāo)稱 闊值電壓V1進(jìn)行比較，并且將比較結(jié)果提供給觸發(fā)器729的R端。 一旦 能量存儲(chǔ)單元707上的電壓超過第一標(biāo)稱閥值電壓VI，比較結(jié)果被設(shè)為邏 輯1并且觸發(fā)器729被重置，導(dǎo)致Q端和QB端分別為邏輯O和邏輯1。由 此，P觀信號(hào)405變?yōu)檫壿?并且開關(guān)723相應(yīng)地被斷開。在那時(shí)，能量 存儲(chǔ)單元707不再被充電而是通過電流源701放電。
在放電過程中，如果開關(guān)725被接通，能量存儲(chǔ)單元707可被加速放 電。由于加速放電過程，能量存儲(chǔ)單元707可以通過電流源701和電流源 705同時(shí)被放電。如以上所討論的，開關(guān)725由QB端的邏輯值，比較器 717的比較結(jié)果和斷開信號(hào)403所控制。QB端的邏輯值保證了加速放電只 在放電過程中是可行的。斷開信號(hào)403保證了加速放電只在正常工作模式 中是可行的。比較器717的比較結(jié)果允許能量存儲(chǔ)單元707在控制器420
工作于一個(gè)正常工作模式時(shí)以一個(gè)正常速率或一個(gè)加速速率放電。由于能 量存儲(chǔ)單元707可以以一個(gè)正常速率或一個(gè)加速速率放電，在正常工作模 式下，控制器420能夠以一個(gè)正常頻率或是一個(gè)加速頻率輪流切換第一開 關(guān)305和第二開關(guān)307。然而，由于加速頻率可加重能量損失以及降低能 量恢復(fù)效率，因此不希望在斷開模式下加速頻率。結(jié)果是，因此，在斷開 模式下采用斷開信號(hào)403以禁止加速放電過程，這樣控制器420將控制第 一開關(guān)305和第二開關(guān)307處于正常模式。
不論在放電過程中采用何種放電速率如何，比較器709都將能量存儲(chǔ) 單元707上的跨接電壓和第二標(biāo)稱閥值電壓V2進(jìn)行比較，并且通過與門 727向觸發(fā)器729的S端提供比較結(jié)果。 一旦能量存儲(chǔ)單元707上的電壓 通過放電達(dá)到一個(gè)低于第二標(biāo)稱閥值電壓V2的值，比較結(jié)果將設(shè)置為邏
輯1并且觸發(fā)器729也被設(shè)置，導(dǎo)致Q端和QB端分別為邏輯1和邏輯0。 由此，P麗信號(hào)405變?yōu)檫壿媗并且開關(guān)723相應(yīng)地被接通。在那時(shí)，能 量存儲(chǔ)單元707不再放電，而是由等于電流12減去電流II的電流進(jìn)行充 電。
這樣，控制器420向驅(qū)動(dòng)器430提供P麗信號(hào)405和LDR一EN信號(hào)407， 輪流控制降壓轉(zhuǎn)換器410的操作。特別是，控制器420能夠禁止第一開關(guān) 305和第二開關(guān)307的加速頻率，從而避免在斷開模式中額外的能量損失。
圖8所示為一個(gè)用于操作一個(gè)轉(zhuǎn)換器的方法的流程圖800。圖8是結(jié) 合圖4進(jìn)行描述。雖然在圖8中公開了具體步驟，但這些步驟是示范性的。 那就是說，本發(fā)明可很好的適用于進(jìn)行各種其他的步驟或圖8所列舉步驟 的各種變化。
在框圖810中，第一開關(guān)被斷開。例如，當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器410工作于斷 開模式時(shí)，第一開關(guān)305被斷開。在框圖820中，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)被斷幵時(shí)， 第二開關(guān)響應(yīng)于一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)被交替地接通和斷開。例如，當(dāng)?shù)谝婚_ 關(guān)305在斷開模式下保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，第二開關(guān)307響應(yīng)于P麗信號(hào)405被 交替地接通和斷開。
該方法還可以包括如框圖830和840中舉例說明的步驟。在框圖830 中，當(dāng)?shù)诙_關(guān)被接通時(shí)一個(gè)開關(guān)裝置被斷開。例如，當(dāng)?shù)诙_關(guān)307在 斷開模式下被接通，此開關(guān)裝置，例如二極管301，因處于反向偏置而被 斷開。在框圖840中，當(dāng)?shù)诙_關(guān)被斷開時(shí)開關(guān)裝置被接通。例如，當(dāng)?shù)?二開關(guān)307在斷開模式下被斷開，開關(guān)裝置，例如二極管301，因處于正 向偏置而被接通。
圖9所示為一個(gè)用于操作一個(gè)轉(zhuǎn)換器的方法的流程圖900。圖9是結(jié) 合圖4進(jìn)行描述。雖然在圖9中公開了具體步驟，但這些步驟是示范性的。 就是說，本發(fā)明可很好地適用于進(jìn)行各種其他的步驟或圖9所列舉步驟的 各種變化。
在框圖910中，當(dāng)轉(zhuǎn)換器工作于一個(gè)正常工作模式時(shí)，能量從電源傳 送至轉(zhuǎn)換器。例如，降壓轉(zhuǎn)換器410可以工作于正常工作模式或是斷開模 式。當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器410工作于正常工作模式時(shí)，通過交替性地接通或斷開 第一開關(guān)305和第二開關(guān)307從而將來自電池340的能量傳送至降壓轉(zhuǎn)換
器410。
在框圖920中， 一個(gè)耦合于電源的二極管是正向偏置的。例如，當(dāng)?shù)?一開關(guān)305保持?jǐn)嚅_并且第二開關(guān)307同樣被斷開時(shí)二極管301是正向偏 置的。
在框圖930中，當(dāng)轉(zhuǎn)換器工作于斷開模式時(shí)，能量從轉(zhuǎn)換器恢復(fù)至電 源。例如，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)305維持?jǐn)嚅_并且第二開關(guān)307同樣被斷開時(shí)，將 通過正向偏置二極管301將存儲(chǔ)于電感309和輸出電容311的能量恢復(fù)至 電池340。
在框圖940中，轉(zhuǎn)換器響應(yīng)于一個(gè)控制信號(hào)從而在工作于一個(gè)正常工 作模式和工作于一個(gè)斷開模式間進(jìn)行切換。例如，響應(yīng)于斷開信號(hào)403， 降壓轉(zhuǎn)換器410能夠工作于正常工作模式或斷開模式。
此外，以上所討論的方法和電路同樣可被應(yīng)用于具有其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 轉(zhuǎn)換器，例如一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器和一個(gè)降壓/降壓型轉(zhuǎn)換器，為了簡(jiǎn)明起見， 此處將不對(duì)這些轉(zhuǎn)換器進(jìn)行闡述。同樣的，二極管可以被功能性相似于二 極管的已知單元所替代。
此處所采用的術(shù)語和措辭是作為描述的術(shù)語并不限于此，并且在使用 這些術(shù)語和措辭時(shí)沒有意向去排斥所示和所述功能(或其中的一部分)的 任何等價(jià)物，而且應(yīng)認(rèn)識(shí)到在權(quán)利要求項(xiàng)的范圍內(nèi)各種修改都是可能的。 其他的修改，變更和替代也同樣可能。相應(yīng)的，權(quán)利要求項(xiàng)意在覆蓋所有 這樣的等價(jià)物。
權(quán)利要求
1.一種用于控制耦合于電源的轉(zhuǎn)換器的方法，所述方法包括步驟將所述轉(zhuǎn)換器中的第一開關(guān)斷開；并且在所述第一開關(guān)被斷開時(shí)，響應(yīng)于一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)將所述轉(zhuǎn)換器中的第二開關(guān)交替性地接通和斷開其中所述第二開關(guān)耦合于所述第一開關(guān)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述開關(guān)控制信號(hào)是 一個(gè)脈寬調(diào)制(P麗)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括: 在所述第二開關(guān)被接通時(shí)斷開一個(gè)開關(guān)裝置；并且 在所述第二開關(guān)被斷開時(shí)接通所述開關(guān)裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述開關(guān)裝置包括一個(gè) 所述第一開關(guān)的體二極管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述開關(guān)裝置包括一個(gè) 與所述第一開關(guān)并聯(lián)耦合的二極管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第一幵關(guān)是一個(gè)耦 合于所述電源的高側(cè)開關(guān)，并且所述第二開關(guān)是一個(gè)耦合于地的低側(cè)開 關(guān)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述第一開關(guān)被斷開 時(shí)，沒有能量從電源被傳送至所述轉(zhuǎn)換器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在第一開關(guān)被斷開時(shí)， 將能量從所述轉(zhuǎn)換器恢復(fù)至所述電源。
9. 一種用于操作一個(gè)轉(zhuǎn)換器的方法，所述方法包括步驟-在所述轉(zhuǎn)換器工作于一個(gè)正常工作模式時(shí)，將能量從電源傳送至所述轉(zhuǎn)換器；正向偏置一個(gè)耦合于所述電源的二極管；在所述轉(zhuǎn)換器工作于一個(gè)斷開模式時(shí)，通過所述正向偏置二極管將能 量從所述轉(zhuǎn)換器恢復(fù)至所述電源；并且響應(yīng)一個(gè)控制信號(hào)從而在工作于所述正常工作模式和所述斷開模式 間進(jìn)行切換。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述轉(zhuǎn)換器工作于多個(gè) 頻率，包括正常頻率和加速頻率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述轉(zhuǎn)換器在所述斷 開模式下工作于所述正常頻率。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于還包括 在所述轉(zhuǎn)換器工作于所述斷開模式時(shí)將耦合于所述電源的第一開關(guān)斷開；并且在所述第一開關(guān)被斷開時(shí)將耦合于地的第二開關(guān)交替性地接通和斷開。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述二極管是所述第 一開關(guān)的體二極管。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述二極管是并聯(lián)耦 合于所述第一開關(guān)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于還包括 反向偏置所述二極管；并且 當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器工作于所述斷開模式時(shí)，通過所述反向偏置二極管終止 能量從所述電源傳遞至所述轉(zhuǎn)換器。
16. —種電路，包括轉(zhuǎn)換器，用于將電源所提供的輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓； 耦合于所述電源的二極管；以及耦合于所述轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器控制器，用于接收一個(gè)控制信號(hào)并且響應(yīng) 所述控制信號(hào)以控制所述轉(zhuǎn)換器工作于一個(gè)斷開模式，其中在所述轉(zhuǎn)換器工作在所述斷開模式時(shí)，通過正向偏置所述二極管 將能量從所述轉(zhuǎn)換器恢復(fù)至所述電源。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路，其特征在于所述轉(zhuǎn)換器還包括 耦合于所述電源的第一開關(guān)；和 耦合于所述第一開關(guān)和地之間的第二開關(guān)，其中在所述第一開關(guān)被斷開時(shí)，所述第二開關(guān)被交替性地接通和斷開。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，其特征在于所述二極管是一個(gè)所 述第一開關(guān)的體二極管，并且其中所述體二極管被反向偏置從而終止所述能量從所述電源傳遞至所述轉(zhuǎn)換器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，其特征在于所述二極管被并聯(lián)耦 合于所述第一開關(guān)；并且其中所述二極管被反向偏置從而終止所述能量從 所述電源傳遞至所述轉(zhuǎn)換器。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電路，其特征在于所述轉(zhuǎn)換器控制器生 成一個(gè)脈寬調(diào)制(P麵)信號(hào)以控制所述轉(zhuǎn)換器工作于所述斷開模式。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于控制轉(zhuǎn)換器的電路和方法。轉(zhuǎn)換器中的第一開關(guān)能夠被斷開，并且在第一開關(guān)被斷開時(shí)，響應(yīng)于一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)從而能夠交替性地接通和斷開轉(zhuǎn)換器中的第二開關(guān)。通過將第二開關(guān)交替性地接通和斷開，能夠?qū)⒋鎯?chǔ)于轉(zhuǎn)換器中的能量恢復(fù)至轉(zhuǎn)換器的電源。
文檔編號(hào)H02M3/10GK101188380SQ200710167330
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者拉茲洛·利普賽依, 肖邦-米哈依·龐貝斯庫, 鄭清華 申請(qǐng)人:美國(guó)凹凸微系有限公司