對(duì)電流模式切換穩(wěn)壓器的依賴于占空比的斜坡補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br>【專利說明】對(duì)電流模式切換穩(wěn)壓器的依賴于占空比的斜坡補(bǔ)償
【背景技術(shù)】
[0001] 可以使用電力轉(zhuǎn)換電路來向電子電路提供穩(wěn)壓的電壓。一種類型的電力轉(zhuǎn)換電路 是直流到直流（DC-到-DC)穩(wěn)壓器（regulator)。DC-到-DC穩(wěn)壓器可以將從諸如電池的 能源接收的DC輸入電壓轉(zhuǎn)換為可以提供給輸出負(fù)載的DC輸出電壓。DC-到-DC穩(wěn)壓器可 以是使用切換電路來生成穩(wěn)壓的DC輸出電壓的切換穩(wěn)壓器。切換穩(wěn)壓器可以使用脈寬調(diào) 制（PWM)，其中通過切換電路傳輸與PWM信號(hào)的脈沖寬度成比例的能量的量以維持DC輸出 電壓。
[0002] 在某些情形下，電流模式切換穩(wěn)壓器可能呈現(xiàn)不穩(wěn)定性。例如，當(dāng)PffM信號(hào)的占空 比超過50%時(shí)，通過電感器傳輸?shù)截?fù)載的電流可能經(jīng)歷從經(jīng)過該電感器的最小峰值電流的 標(biāo)定值偏離的逐個(gè)周期（cycle-by-cycle)增加，這可能導(dǎo)致穩(wěn)壓器的不穩(wěn)定操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的實(shí)施例由權(quán)利要求限定，且在該部分中的任何內(nèi)容不應(yīng)該被視為對(duì)那 些權(quán)利要求的限制。通過示例，在本文檔中描述且在附圖中圖示的實(shí)施例通常涉及斜坡 (slope)補(bǔ)償電路以及生成用于進(jìn)行穩(wěn)壓器的斜坡補(bǔ)償?shù)男逼卵a(bǔ)償輸出的方法。
[0004] 在一個(gè)例子中，斜坡補(bǔ)償電路被配置為對(duì)電流模式切換穩(wěn)壓器進(jìn)行斜坡補(bǔ)償。電 流模式切換穩(wěn)壓器可以包括切換電路用于控制流經(jīng)電感器的電流的斜升部分和斜降部分 以生成輸出電壓。該切換電路可以響應(yīng)于具有一周期的切換信號(hào)，該周期具有對(duì)應(yīng)于斜升 部分的第一持續(xù)時(shí)間和對(duì)應(yīng)于斜降部分的第二持續(xù)時(shí)間。第一持續(xù)時(shí)間與切換信號(hào)的占 空比成比例。該斜坡補(bǔ)償電路包括：存儲(chǔ)設(shè)備，被配置為生成電壓；下拉電路，被配置為基 于所述切換信號(hào)的占空比來將所述電壓下拉到對(duì)應(yīng)于邏輯低的電平；以及電壓到電流轉(zhuǎn)換 器，被配置為基于所述電壓來生成第一電流。該斜坡補(bǔ)償電路還包括電流鏡電路，其被配置 為：鏡像所述第一電流以生成第二電流并向所述存儲(chǔ)設(shè)備供應(yīng)所述第二電流用于生成所述 電壓；以及鏡像所述第一電流以生成第三電流并向所述斜坡補(bǔ)償電路的輸出供應(yīng)所述第三 電流用于生成斜坡補(bǔ)償輸出。
[0005] 總之，補(bǔ)償斜坡電路可以輸出依賴于占空比的斜坡輸出，使得存在對(duì)于占空比的 整個(gè)范圍的最小斜坡補(bǔ)償。以此方式，可以進(jìn)行斜坡補(bǔ)償而沒有在較低占空比處的過度補(bǔ) 償。
[0006] 根據(jù)在此的描述、所附權(quán)利要求和此后描述的附圖，將更好地理解本發(fā)明的這些 和其他實(shí)施例、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0007] 并入本說明書并組成本說明書的一部分的附圖圖示了本發(fā)明的各個(gè)方面，并與本 描述一起用于說明其原理。在方便時(shí)，相同的參考數(shù)字將在附圖中通篇用于指示相同或類 似的元件。
[0008] 圖1是具有斜坡補(bǔ)償?shù)氖纠娏髂Ｊ角袚Q穩(wěn)壓器的示意圖。
[0009] 圖2是示例的降壓穩(wěn)壓器拓?fù)涞氖疽怆娐穲D。
[0010] 圖3是示例的升壓穩(wěn)壓器拓?fù)涞氖疽怆娐穲D。
[0011] 圖4是示例的降壓-升壓穩(wěn)壓器拓?fù)涞氖疽怆娐穲D。
[0012] 圖5是示例的非反轉(zhuǎn)降壓-升壓穩(wěn)壓器拓?fù)涞氖疽怆娐穲D。
[0013] 圖6是示出在時(shí)鐘信號(hào)、置位信號(hào)、控制信號(hào)、傾斜（ramp)信號(hào)、和復(fù)位信號(hào)之間 的時(shí)序關(guān)系的圖。
[0014] 圖7是具有示例的降壓配置的圖1所示的示例電流模式切換穩(wěn)壓器的示意圖。
[0015] 圖8是圖1所示的電流模式切換穩(wěn)壓器的斜坡補(bǔ)償電路的示意電路圖。
[0016] 圖9是示出在時(shí)鐘信號(hào)、置位信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、由切換穩(wěn)壓器生成的電壓、和補(bǔ)償 傾斜信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系的圖。
[0017] 圖10是示出圖7的斜坡補(bǔ)償電路的輸出與其他斜坡補(bǔ)償輸出相比較的圖。
[0018] 圖11是生成斜坡補(bǔ)償輸出的示例方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 對(duì)所描述和示出的實(shí)施例的各種修改和等同替換是可能的，且在此定義的各種通 用原理可以被應(yīng)用于這些和其他實(shí)施例。因此，所要求保護(hù)的發(fā)明要符合與在此公開的原 理、特征和教導(dǎo)一致的最寬的范圍。
[0020] 本說明書描述了電子電路和電路系統(tǒng)，其輸出用于進(jìn)行斜坡補(bǔ)償?shù)男逼卵a(bǔ)償信號(hào) 以防止或最小化電流模式切換穩(wěn)壓器的不穩(wěn)定操作。電流模式切換穩(wěn)壓器可以使用切換電 路來生成穩(wěn)壓的DC輸出電壓?？梢酝ㄟ^具有相關(guān)的占空比的切換信號(hào)來控制切換電路，該 相關(guān)的占空比可以被調(diào)整以控制和/或調(diào)整DC輸出電壓。斜坡補(bǔ)償輸出可以是依賴于切 換信號(hào)的占空比的占空比，使得存在對(duì)于占空比的從〇%到100%的整個(gè)范圍的最小斜坡 補(bǔ)償。以此方式，可以進(jìn)行斜坡補(bǔ)償而沒有在較低占空比處的過度補(bǔ)償。
[0021] 圖1示出包括斜坡補(bǔ)償電路（circuit)或電路組（circuitry) 102的示例電流模 式切換穩(wěn)壓器100的方框圖。電流模式切換穩(wěn)壓器100可以將在切換穩(wěn)壓器100的輸入108 處接收的DC輸入電壓V in轉(zhuǎn)換為在輸出103處生成的DC輸出電壓Vtw?？梢栽谳敵?03處 包括輸出電容器C twW生成和/或維持DC輸出電壓V QUT。
[0022] 電流模式切換穩(wěn)壓器100可以包括電感器和切換電路104來生成DC輸出電壓 Vi3ut。電感器和切換電路104可以包括電感器105來存儲(chǔ)能量。切換電路107可以被連接到 電感器105且連接到地GND來確定或控制流經(jīng)電感器105的電流L以生成輸出電壓V QUT。 切換電路107可以包括一個(gè)或多個(gè)晶體管，其可以是各種類型的，諸如雙極結(jié)晶體管（BJT) 或包括金屬氧化物半導(dǎo)體FET (MOSFET)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET)，作為例子。另外，切換電路 107的一些示例配置可以包括二極管。流經(jīng)電感器105的平均電流可以基于在輸出103處 生成的電流。
[0023] 經(jīng)過電感器105的電流1^可以包括斜升部分和斜降部分。切換電路107可以配置 為在狀態(tài)之間切換以確定或控制流經(jīng)電感器105的電感器電流L，包括斜升部分和斜降部 分。對(duì)于一些配置，切換電路107的開關(guān)可以被配置為在"接通"和"斷開"狀態(tài)之間切換， 這可以確定切換電路107的狀態(tài)。如以下更詳細(xì)描述的，可以使用切換信號(hào)來在狀態(tài)之間 切換該切換電路中的開關(guān)，來控制電感器電流的斜升部分和斜降部分。各種配置是可能 的。
[0024] 圖2-5示出了包括圖1所示的存儲(chǔ)電路105和切換電路107的各種配置或組合的 電感器和切換電路104的各種切換穩(wěn)壓器拓?fù)?。圖2示出了階梯下降（step-down)或降壓 切換穩(wěn)壓器拓?fù)?04。階梯下降或降壓切換穩(wěn)壓器可以生成小于輸入電壓V in的輸出電壓 Vqut。在切換電路207的第一狀態(tài)中，輸入電壓Vin可以連接到電感器205,且電感器205可 以向輸出203充電和放電電流。在切換電路207的第二狀態(tài)中，輸入電壓V in可以與電感器 205斷開連接，且電感器205可以僅向輸出203放電電流。
[0025] 圖3示出了階梯上升（step-up)或升壓切換穩(wěn)壓器拓?fù)?04。階梯上升或升壓切 換穩(wěn)壓器可以生成大于輸入電壓V in的輸出電壓V (jUT。對(duì)于升壓切換穩(wěn)壓器拓?fù)?00,與切 換電路307的狀態(tài)無關(guān)，輸入電壓Vin連接到電感器305。在切換電路307的第一狀態(tài)中， 電感器305與輸出303斷開連接。在切換電路307的第二狀態(tài)中，電感器305連接到輸出 303〇
[0026] 圖4示出了降壓-升壓切換穩(wěn)壓器拓?fù)?04,其可以是反轉(zhuǎn)的降壓-升壓拓?fù)洹＝?壓-升壓切換穩(wěn)壓器拓?fù)淇梢员慌渲脼閺妮斎腚妷篤 in反轉(zhuǎn)負(fù)輸出電壓V _。對(duì)于圖4所示 的降壓-升壓切換穩(wěn)壓器拓?fù)?04,取決于切換電路407的狀態(tài)，電感器405交替地連接到 輸入408或輸出403。
[0027] 圖5示出了可以作為非反轉(zhuǎn)（階梯上升或階梯下降輸出電壓）降壓-升壓拓?fù)涞?動(dòng)態(tài)降壓-升壓切換穩(wěn)壓器拓?fù)?04的配置。用于拓?fù)?04的切換電路507可以包括兩個(gè) 部分：第一切換電路部分507a和第二切換電路部分507b。第一切換電路部分507a可以交 替地將電感器505的第一端與輸入508以接收輸入電壓V in或與地GND連接。類似地，第 二切換電路507b可以交替地將電感器505的第二、相對(duì)端與輸出503連接以產(chǎn)生輸出電壓 Vqut或與地GND連接。在一些配置中，當(dāng)電感器505的第一端連接到輸入508時(shí)，第二端連 接到地GND，且當(dāng)電感器505的第一端連接到地GND時(shí)，第二端連接到輸出503。
[0028] 參考回圖1，電流模式切換穩(wěn)壓器100可以包括驅(qū)動(dòng)器電路110來控制切換電路 107。具體地，驅(qū)動(dòng)器電路110可以被配置為向切換電路107輸出切換信號(hào)來確定切換電路 107的狀態(tài)。切換信號(hào)可以將切換電路107中的開關(guān)"接通"和"斷開"，這可以確定流經(jīng)電 感器105的電流]包括斜升部分和斜降部分。
[0029] 切換信號(hào)可以具有確定開關(guān)的狀態(tài)、諸如開關(guān)是"接通"還是"斷開"和/或開關(guān) "接通"或"斷開"多久的特征。示例特征可以包括波形、頻率、周期、脈沖寬度和/或占空比。 根據(jù)這些特征，切換信號(hào)通常可以在高電平和低電平之間振蕩，比如對(duì)應(yīng)于邏輯"高"和邏 輯"低"電平的電壓電平，以將開關(guān)"接通"和"斷開"。在一個(gè)例子中，切換信號(hào)可以是脈寬 調(diào)制的（PffM)信號(hào)，雖然可以使用其他類型的切換信號(hào)。
[0030] 切換信號(hào)的周期可以對(duì)應(yīng)于用于控制切換穩(wěn)壓器100中的定時(shí)和計(jì)時(shí) (clocking)的時(shí)鐘信號(hào)CLK和/或由該時(shí)鐘信號(hào)CLK確定。切換信號(hào)的占空比可以確定 在周期期間切換信號(hào)的脈寬的持續(xù)時(shí)間、或在周期期間切換信號(hào)是"高"和"低"的時(shí)間量。 可以按照百分比或比率來標(biāo)識(shí)的占空比可以標(biāo)識(shí)切換信號(hào)或時(shí)鐘信號(hào)CLK的脈沖持續(xù)時(shí) 間和周期之間的關(guān)系。例如，百分之五十（50%)占空比可以指代切換信號(hào)具有其周期或?qū)?應(yīng)于切換信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)CLK的周期的大約一半或50%的脈寬。
[00