用于电力管理的电压转换器的制作方法

技术领域

示例性实施例总体上涉及电源装置，更具体地讲，涉及电压转换器和包括电压转换器的电力管理装置。

背景技术：

通常，使用电源装置来提供用于电子装置的操作的电压。一种类型的电源装置为电压转换器(诸如DC-DC转换器)。DC-DC转换器用于各种类型的电子装置以根据输出负载有效地提供稳定的电源电压。

技术实现要素：

本发明构思的示例性实施例提供一种能够提高电源转换效率并且执行稳定的模式转换的电压转换器。示例性实施例提供一种包括所述电压转换器的电源管理装置。

根据示例性实施例，电压转换器包括转换电路和开关控制电路。转换电路包括：电感器，连接到开关节点；第一开关装置，连接在开关节点和公共电压之间；第二开关装置，连接在开关节点和输出节点之间。第一开关装置响应于驱动控制信号将输入电源电压充入电感器并且使电感器放电。开关控制电路基于第一感测信号、第二感测信号和反馈电压通过执行脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)产生驱动控制信号。第一感测信号和第二感测信号基于流经第一开关装置的感测电流，反馈电压通过对在输出节点处的输出电压进行分压而得到。开关控制电路当开关控制电路执行PFM时的至少基于输入电压在时间基础上调整电感器的充电时间。

在示例性实施例中，开关控制电路可包括导通时间控制器、脉冲产生电 路、模式控制器和驱动控制器。导通时间控制器可基于输入电源电压和参考电压产生调整电感器的充电时间的导通时间控制脉冲。脉冲产生电路可基于参考电压、第一感测信号、第二感测信号、反馈电压和导通时间控制脉冲通过执行PWM产生第一脉冲信号并且可通过执行PFM产生第二脉冲信号，并且可产生表示参考电压与反馈电压之差的模式信号。第一感测信号可表示感测电流的电平，第二感测信号可表示感测电流的零电平。模式控制器可根据模式信号和基于导通时间控制脉冲的操作模式选择第一脉冲信号和第二脉冲信号之一作为输出脉冲信号。驱动控制器可基于输出脉冲信号产生驱动控制信号。

模式控制器可基于将第一导通时间与第二导通时间进行比较来选择第一脉冲信号和第二脉冲信号之一作为输出脉冲信号。第一导通时间可对应于第一脉冲信号的第一激活区间，第二导通时间可对应于第二脉冲信号的第二激活区间。

当第一导通时间小于第二导通时间达到参考次数或阈值时，模式控制器可将操作模式从PWM模式改变到PFM模式。

导通时间控制器可包括使能信号产生器、电流镜电路和导通时间脉冲产生器。使能信号产生器可基于来自外部的控制信号和参考脉冲信号产生第一使能信号和第二使能信号。电流镜电路可响应于第一使能信号通过对参考电流进行镜像来产生充电电流。导通时间脉冲产生器可基于第一使能信号、第二使能信号、充电电流和参考电压以及输入电源电压产生导通时间控制脉冲。

使能信号产生器可包括第一与门、第二与门和反相器。第一与门可对参考脉冲信号和控制信号的校准使能信号执行与运算。第二与门可对第一与门的输出和控制信号的控制器使能信号执行与运算来输出第一使能信号。控制器使能信号可指示导通时间控制器的激活。反相器可对第一使能信号进行反相来输出第二使能信号。

导通时间脉冲产生器可包括第一电容器、第一开关、至少一个第二开关和至少一个第二电容器、比较器和触发器。第一电容器可连接在连接到电流镜电路的第一节点和公共电压之间，并且可存储充电电流。第一开关可与第一电容器并联地连接在第一节点和公共电压之间，并且第一开关可响应于第二使能信号而进行切换。所述至少一个第二开关和所述至少一个第二电容器可串联连接在第一节点和公共电压之间。比较器可将第一节点处的斜坡电压 与参考电压进行比较。触发器可具有接收第一使能信号的设置端、接收比较器的输出的重置端和提供导通时间控制脉冲的输出端。

所述至少一个第二开关可响应于外部开关控制信号而进行切换，所述至少一个第二电容器可存储输入电源电压和与校准码相应的补偿电压中的至少一个。

导通时间控制脉冲的导通时间可根据斜坡电压的电平而被改变。

脉冲产生电路可包括第一脉冲产生器和第二脉冲产生器。第一脉冲产生器可基于参考电压、反馈电压和第一感测信号产生第一脉冲信号。第二脉冲产生器可基于参考电压、反馈电压、第二感测信号和导通时间控制脉冲产生第二脉冲信号。

第二脉冲产生器可包括第一迟滞比较器、第二迟滞比较器、第一或门、第二或门和触发器。第一迟滞比较器可产生与反馈电压和参考电压之差相应的PFM信号，并且可具有可变的迟滞窗。第二迟滞比较器可产生与参考电压和反馈电压之差相应的模式信号。第一或门可对PFM信号和第二感测信号执行或运算。第二或门可对模式信号和导通时间控制脉冲执行或运算。触发器可具有接收第一或门的输出的设置端、接收第二或门的输出的重置端和提供第二脉冲信号的输出端。

模式控制器可包括时间比较器、计数器、信号产生器和选择电路。时间比较器可将与第一脉冲信号的激活区间相应的第一导通时间和与第二脉冲信号的第二激活区间相应的第二导通时间进行比较来输出时间比较信号。计数器可对具有第一逻辑电平的时间比较信号进行计数以输出计数输出信号。信号产生器可基于计数输出信号和模式信号产生重置信号和选择信号。选择电路可响应于选择信号选择第一脉冲信号和第二脉冲信号之一作为输出脉冲信号。

当时间比较器将时间比较信号连续输出为第一逻辑电平达参考次数时，计数器可输出计数输出信号为第一逻辑电平。

当模式信号具有第一逻辑电平并且计数输出信号具有第一逻辑电平时，信号产生器可输出选择信号为第一逻辑电平。

在示例性实施例中，第一开关装置可包括n沟道电源开关，第二开关装置可包括连接在开关节点和输出节点之间的二极管，电压转换器可以是异步升压转换器。

在示例性实施例中，第一开关装置可包括n沟道电源开关，第二开关装置可包括连接在开关节点和输出节点之间的p沟道电源开关，电压转换器可以是同步升压转换器。

在示例性实施例中，转换电路还可包括第三开关装置。第三开关装置可连接在输入电源电压和电感器之间，并且第三开关装置可响应于升压控制信号将输入电源电压切换到电感器。第三开关装置可包括p沟道电源开关。

根据示例性实施例，电压转换器包括转换电路和开关控制电路。转换电路包括连接到开关节点的电感器、连接到开关节点的第一开关装置和连接在开关节点与输出节点之间的第二开关装置。第一开关装置响应于第一驱动控制信号在电感器中充入输入电源电压，第二开关装置响应于第二驱动控制信号使电感器放电。开关控制电路基于第一感测信号、第二感测信号和反馈电压通过执行脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)产生第一驱动控制信号和第二驱动控制信号。第一感测信号和第二感测信号基于流经电感器的电感器电流，反馈电压通过对输出节点处的输出电压进行分压而得到。开关控制电路当开关控制电路执行PFM时至少基于输入电压在时间基础上调整电感器的充电时间。

在示例性实施例中，开关控制电路可包括导通时间控制器、脉冲产生电路、模式控制器和驱动控制器。导通时间控制器可基于输入电源电压和参考电压产生调整电感器的充电时间的导通时间控制脉冲。脉冲产生电路可基于参考电压、第一感测信号、第二感测信号、反馈电压和导通时间控制脉冲通过执行PWM产生第一脉冲信号、通过执行PFM产生第二脉冲信号，并且可产生表示参考电压和反馈电压之差的模式信号。第一感测信号可表示电感器电流的电平，第二感测信号可表示电感器电流的零电平。模式控制器可根据模式信号和基于导通时间控制脉冲的操作模式选择第一脉冲信号和第二脉冲信号之一作为输出脉冲信号。驱动控制器可基于输出脉冲信号产生第一驱动控制信号和第二驱动控制信号。输出电压的电平可低于输入电源电压的电平。电压转换器可以是降压转换器。

根据示例性实施例，电源管理装置包括参考电压产生器、重置信号产生器和电压转换器。参考电压产生器响应于电源使能信号产生参考电压。重置信号产生器基于电源使能信号和参考电压产生重置信号。电压转换器基于反馈电压和参考电压通过执行脉冲频率调制(PFM)和脉冲宽度调制(PWM) 产生驱动控制信号，并且响应于驱动控制信号将输入电源电压转换为输出电压。反馈电压通过对输出节点的输出电压进行分压而得到。电压转换器包括转换电路和开关控制电路。转换电路包括连接开关节点的电感器、连接在开关节点和公共电压之间的第一开关装置以及连接在开关节点和输出节点之间的第二开关装置。第一开关装置响应于驱动控制信号在电感器中充入输入电源电压并使电感器放电。开关控制电路基于第一感测信号、第二感测信号和反馈电压通过执行PWM和PFM产生驱动控制信号。第一感测信号和第二感测信号基于流经第一开关装置的感测的电流。开关控制电路当开关控制电路执行PFM时至少基于输入电压在时间基础上调整电感器的充电时间。

因此，电压转换器可在时间基础上前馈地调整电感器的充电时间并且可基于导通时间控制脉冲执行模式转换。因此，电压转换器可提高稳定性和电源转换效率。

示例性实施例的电源转换器包括：转换电路，连接到输入节点并且具有开关节点；储能装置，连接到开关节点；连接到开关节点的多个开关装置；以及开关控制电路，连接以基于至少一个反馈信号、至少一个前馈信号和至少一个感测信号通过每次遵循多个电源转换操作模式中的一个电源转换操作模式和基于基本上流经输出节点的电流在所述多个电源转换操作模式之间进行开关来控制所述多个开关装置的输入以控制所述多个开关装置，其中，所述至少一个反馈信号基于输出节点处的输出电势，所述至少一个前馈信号基于输入节点处的输入电势，所述至少一个感测信号基于基本上流经所述多个开关装置中的至少一个开关装置的感测电流，所述多个开关装置中的第一个开关装置连接在开关节点和公共节点之间。

附图说明

通过参照附图详细描述本发明构思的示例性实施例，对于本领域普通技术人员而言特征将会变得清楚，其中：

图1是示出根据示例性实施例的电压转换器的框图；

图2是示出根据示例性实施例的电压转换器的框图；

图3A和图3B分别示出在图1或图2的电压转换器中的转换电路的操作；

图4是示出根据示例性实施例的图1或图2中的电流感测电路的框图；

图5是示出根据示例性实施例的图1或图2中的脉冲产生电路的框图；

图6是示出在图5中的第一脉冲产生器中的各种信号的时序图；

图7是示出根据示例性实施例的图1或图2中的导通时间控制器的框图；

图8是示出根据示例性实施例的图1中的导通时间控制器的电路图；

图9A是示出图8的导通时间控制器的操作的时序图；

图9B是示出在图5的脉冲产生电路中的第二脉冲产生器的操作的时序图；

图10是示出根据示例性实施例的图1或图2的电压转换器中的模式控制器的框图；

图11示出图1或图2的电压转换器在PFM模式下调整导通时间；

图12示出根据图1或图2的电压转换器中的负载的模式转换；

图13示出图1或图2的电压转换器的电力传输效率；

图14是示出根据示例性实施例的电压转换器的框图；

图15A和图15B分别示出图14的电压转换器中的转换电路的操作；

图16是解释图14的电压转换器的操作的曲线图；

图17是放大图16的一部分的曲线图；

图18是示出根据示例性实施例的电压转换器的框图；

图19是示出根据示例性实施例的电源管理装置的框图；

图20是示出根据示例性实施例的电源管理系统的框图；

图21是示出根据示例性实施例的电源管理系统的框图；

图22是示出根据示例性实施例的包括电压转换器的电子装置的框图；

图23是示出根据示例性实施例的包括图19的电源管理装置的移动系统的框图；

图24是示出根据示例性实施例的包括图19的电源管理装置的计算系统的框图。

具体实施方式

本发明构思的示例性实施例提供一种在宽范围的负载电流中具有高传输效率的电压转换器，所述电压转换器基于在时间窗期间流过储能装置和/或开关装置的电流的准确测量通过诸如在脉冲宽度调制和脉冲频率调制之间切换模式执行稳定的模式转换。实施例提供一种能够基于脉冲导通时间和电流在电力传输操作模式(例如，PWM、PFM、升压、降压、混合)之间进行稳定 转换的具有前馈、反馈和电流感测的开关模式电源。将参照示出示例性实施例的附图更充分地描述本发明构思。然而，本发明构思可以以许多不同的形式被实施，而不应该被解释为局限于在这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完整的，并将本发明构思的范围充分传达给本领域的技术人员。贯穿本申请，相同的参考标号可指相同的元件。

将理解，尽管在这里可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应被这些术语限制。这些术语被用来将一个元件与另一元件区分开。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可被称作第二元件，并且，类似地，第二元件可被称作第一元件。例如，如果元件被称作第三元件，则第二元件不需要存在。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任意组合和所有组合。

将理解，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。应该以相同的方式解释用来描述元件之间的关系的其他词汇(例如，“在…之间”与“直接在…之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。

这里使用的术语是为了描述特定实施例的目的，而不是旨在限制本公开。如在这里使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也旨在包括复数形式。还应理解的是，当在这里使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件。

除非另有定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，除非这里明确定义，否则术语(诸如在通用字典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的环境中的含义一致的含义，而将不以理想的或者过于正式的含义来解释它们。

在下文中，将参照附图详细地描述本发明构思的示例性实施例。相同的参考标号可被分配给相同的元件，并且它们的细节可被省略，以避免冗余。

图1是示出根据示例性实施例的电压转换器的框图。

参照图1，示例性实施例的电压转换器10包括连接在输入节点和输出节点之间的转换电路100、连接在输出节点和公共节点之间的电容器C1、连接 在输出节点和公共节点之间的反馈单元40、产生参考信号的参考电压产生器70、产生感测信号的电流感测电路150以及接收参考信号和感测信号的开关控制电路160。为方便起见，在图1中示出负载50，但是电压转换器10不需要包括负载50。电压转换器10可被称为开关模式电源(SMPS)或电源转换器。

转换电路100包括储能装置(诸如电感器L)、第一开关装置120、第二开关装置D和第三开关装置110。第一开关装置120可包括在开关节点SN和公共电压节点之间的n沟道电源开关，第二开关装置D可包括二极管。第三开关装置110可连接在输入电源电压Vin节点和电感器L之间，并且可响应于从外部提供的升压控制信号BSTEN而将输入电源电压Vin传输到电感器L。第二开关装置D可连接在开关节点SN和输出节点NO之间。

平滑电容器C1可连接在输出节点NO和公共电压节点之间。反馈单元40与电容器C1并联地连接在输出节点NO和公共电压节点之间，并且包括在反馈节点FN处互相连接的电阻器R1和R2，所述电阻器R1和R2对在输出节点NO处的输出电压Vout进行分压以提供反馈电压VFB。负载电流ILOAD从输出节点NO流入负载50。电感器L和电容器C1可作为去除输出电压Vout中的纹波的低通滤波器而工作。可选地，可用主要使用电感器和/或主要使用电容器作为储能装置的等效电路来替换。

第一开关装置120响应于具有第一逻辑电平的驱动控制信号GP而使用输入电源电压Vin对电感器L充电，并且响应于具有第二逻辑电平的驱动控制信号GP而将充入到电感器L的电压传输到输出节点NO。第一开关装置120包括具有连接到开关节点SN的漏极、连接到公共电压节点的源极和接收驱动控制信号GP的栅极的n沟道电源开关。

第二开关装置D可包括基本防止电流从开关节点SN流向输出节点NO的二极管。

电流感测电路150基于流经第一开关装置120的感测电流ISEN产生表示感测电流ISEN的非零峰值或阈值电平的第一感测信号CS，并且产生表示感测电流ISEN的基本上为零的电平的第二感测信号ZCS。参考电压产生器70产生参考电压VREF。

如图1和图12中所示，开关控制电路160基于反馈电压VFB、参考电压VREF、第一感测信号CS和第二感测信号ZCS通过执行脉冲频率调制 (PFM)和脉冲宽度调制(PWM)，来产生驱动控制信号GP。当开关控制电路160执行PFM时，开关控制电路160可至少基于输入电源电压Vin在时间基础上调整电感器L的充电时间。开关控制电路160可至少基于输入电源电压Vin根据时间来调整驱动控制信号GP的激活区间。

参考电压产生器70产生参考电压VREF并且将参考电压VREF提供给开关控制电路160。

开关控制电路160包括脉冲产生电路200、导通时间控制器300、模式控制器400和驱动控制器470。

图1、图7和图8的导通时间控制器300基于输入电源电压Vin和参考电压VREF产生限制或调整电感器L的充电时间的导通时间控制脉冲VON。图1和图5的脉冲产生电路200接收VON信号并且基于参考电压VREF、第一感测信号CS、第二感测信号ZCS、反馈电压VFB和导通时间控制脉冲VON通过执行PWM产生第一脉冲信号PWMO，和/或通过执行PFM产生第二脉冲信号PFMO，并且基于参考电压VREF与反馈电压VFB之间的差产生模式信号MD。导通时间控制器300可响应于从外部提供的控制器使能信号OTCEN而被激活。导通时间控制器300还可接收校验码CCD。

模式控制器400基于模式信号MD和导通时间控制脉冲VON根据操作模式选择第一脉冲信号PWMO或第二脉冲信号PFMO之一作为输出脉冲信号PLO。模式控制器400基于对第一导通时间与第二导通时间的比较来选择第一脉冲信号PWMO和第二脉冲信号PFMO之一作为输出脉冲信号PLO。第一导通时间可表示第一脉冲信号PWMO的第一激活区间，第二导通时间可表示第二脉冲信号PFMO的第二激活区间。可选地，第一导通时间和第二导通时间可表示第一脉冲信号的不同激活区间，或者它们可表示第二脉冲信号的不同激活区间。

驱动控制器470基于输出脉冲信号PLO输出驱动控制信号GP。因此，当负载通常保持在阈值以上时，开关控制电路160使电压转换器10在对较高的电气负载可更有效的PWM模式下工作，而当负载通常保持在阈值以下时，开关控制电路160使电压转换器10在对较低的电气负载可更有效的PFM模式下工作。

图2是示出根据示例性实施例的电压转换器的框图。

参照图2，电压转换器10a与图1的电压转换器10类似，因此可省略重 复描述。电压转换器10a包括转换电路100a、电容器C1、反馈单元40、参考电压产生器70、电流感测电路150和开关控制电路160。

转换电路100a包括电感器L、第一开关装置120、第二开关装置130和第三开关装置110。第一开关装置120可包括连接在开关节点SN和公共电压之间的n沟道电源开关，第二开关装置130可包括连接在开关节点SN和输出节点NO之间的p沟道电源开关。第三开关装置110可连接在输入电源电压Vin和电感器L之间，并且可响应于从外部提供的升压控制信号BSTEN而将输入电源电压Vin传输到电感器L。第二开关装置130可以是具有连接到开关节点SN的源极、连接到输出节点NO的漏极和接收驱动控制信号GP的栅极的p沟道电源开关。

因此，图1的电压转换器10可以是异步升压转换器而图2的电压转换器10a可以是同步升压转换器。无论哪种情况，当负载电流保持在阈值以下时，开关控制电路160使电压转换器10或电压转换器10a在对较低的电流负载更加有效的PFM模式下工作这，而当负载电流保持在阈值以上时，开关控制电路160使电压转换器10或电压转换器10a在对较高的电流负载更加有效的PWM模式下工作这。在电压转换器10a的同步配置中，第二开关装置是从漏极到源极具有更低阻抗以进一步降低损耗并且提高总体转换效率的互补晶体管，其中，第一晶体管和第二晶体管不同时导通。

图3A和图3B分别示出在图1或图2的电压转换器中的转换电路的操作。

参照图1、图2和图3A，当第一开关装置120响应于具有第一逻辑电平的驱动控制信号GP而导通时，转换电路100和转换电路100a可通过执行电流增大(current build-up)操作来将输入电源电压Vin充入电感器L。当转换电路100和转换电路100a执行电流增大操作时，在转换电路100和转换电路100a中形成第一电流路径IPATH1。此外，当转换电路100和转换电路100a执行电流增大操作时，电感器L的电感器电流IL与感测电流ISEN基本相同。

参照图1、图2和图3B，当响应于具有第二逻辑电平的驱动控制信号GP，第一开关装置120截止而第二开关装置130导通时，转换电路100和转换电路100a可通过执行电流传输操作将存储在电感器L中的能量传输到输出节点NO。当转换电路100和转换电路100a执行电流传输操作时，在转换电路100和转换电路100a中形成第二电流路径IPATH2，并且负载电流ILOAD被提供给负载50。

图4是示出根据示例性实施例的图1或图2中的电流感测电路的框图。

参照图4，电流感测电路150包括电流传感器151和零电流传感器153。电流传感器151对感测电流ISEN的非零峰值或阈值电平进行感测来输出第一感测信号CS。零电流传感器153对感测的电流ISEN的基本上为零的电平进行感测来输出第二感测信号ZCS。例如，第一感测信号CS和第二感测信号ZCS可以是由于不同的阈值而基本上彼此独立的电压信号。

图5是示出根据示例性实施例的图1或图2中的脉冲产生电路的框图。

参照图5，脉冲产生电路200包括第一脉冲产生器210和第二脉冲产生器230。

第一脉冲产生器210基于参考电压VREF、反馈电压VFB、第一感测信号CS和时钟信号CLK产生第一脉冲信号PWMO。第二脉冲产生器230基于参考电压VREF、反馈电压VFB、第二感测信号ZCS和导通时间控制信号VON产生第二脉冲信号PFMO。

第一脉冲产生器210包括误差放大器211、迟滞比较器213和RS触发器215。误差放大器211对参考电压VREF与反馈电压VFB的差进行放大以输出误差电压VER。迟滞比较器213将第一感测信号CS与误差电压VER进行比较来输出表示第一感测信号CS与误差电压VER之差的PWM信号PWMS。RS触发器215包括接收具有预定频率的时钟信号CLK的设置端子S、接收PWM信号PWMS的重置端子R以及提供第一脉冲信号PWMO的输出端子Q。因此，第一脉冲信号PWMO响应于时钟信号CLK的上升沿被设置并且响应于PWM信号PWMS的上升沿被重置。

第二脉冲产生器230包括第一迟滞比较器231、第二迟滞比较器233、第一或门235、第二或门237和RS触发器239。

第一迟滞比较器231将反馈电压VFB与参考电压VREF进行比较来输出与反馈电压VFB与参考电压VREF之差相应的PFM信号PFMS。第一迟滞比较器231可具有可变的迟滞窗。第二迟滞比较器233将参考电压VREF与反馈电压VFB进行比较来输出与参考电压VREF与反馈电压VFB之差相应的模式信号MD。第一或门235对PFM信号PFMS与第二感测信号ZCS执行或运算。第二或门237对模式信号MD与导通时间控制脉冲VON执行或运算。RS触发器239包括接收第一或门235的输出的设置端子S、接收第二或门237的输出的重置端子R以及提供第二脉冲信号PFMO的输出端子Q。 因此，第二脉冲信号PFMO响应于第二感测信号ZCS的上升沿或PFM信号PFMS的上升沿被设置并且响应于模式信号MD的上升沿或导通时间控制脉冲VON的上升沿被重置。

图6是示出图5的第一脉冲产生器中的各种信号的时序图。

在图6中，VREF'代表在反馈电压VFB与参考电压VREF相等的情况下的输出电压Vout的电势。

在T1期间，Vout大于VREF当输出电压Vout高于对应于参考电压VREF的VREF'时，也就是说，在时间段T1期间，误差电压VER是低电平。在时间段T1期间，第一脉冲信号PWMO同样是低电平。

因此，在时间段T1期间，输出电压Vout逐渐减小，并且反馈节点FN的电压相应减小。当输出电压Vout变为等于或低于VREF'时，误差电压VER由低电平改变为高电平。因为在时间t1和t2之间第一感测信号CS的电平低于误差电压VER的电平，所以迟滞比较器213输出具有低电平的PWM信号PWMS。因为在时间t2和t3之间第一感测信号CS的电平高于误差电压VER的电平，所以迟滞比较器213输出具有高电平的PWM信号PWMS并且在时间t3时钟信号CLK转换到高电平。因此，第一脉冲信号PWMO在时间t1处响应于时钟信号CLK的上升沿而被设置，在时间t2处响应于PWM信号PWMS的上升沿而被重置，并且在时间t3处响应于时钟信号CLK的上升沿而被设置。

图7是示出根据示例性实施例的图1或图2中的导通时间控制器的框图。

图8是示出根据示例性实施例的图1中的导通时间控制器的电路图。

参照图7和图8，导通时间控制器300包括使能信号产生器310、电流镜电路330和导通时间脉冲产生器350。此外，导通时间控制器300还可包括参考电流产生器320。参考电流产生器320可产生至电流镜电路330的参考电流IBGR。

使能信号产生器310基于控制信号CLEN与OTCEN和参考脉冲信号PLON产生第一使能信号EN和第二使能信号ENB。控制信号CLEN与OTCEN可从外部提供。第一使能信号EN和第二使能信号ENB可彼此互补。电流镜电路330基于第一使能信号EN通过对参考电流IBGR进行镜像而产生充电电流ICH。导通时间脉冲产生器350基于第一使能信号EN、第二使能信号ENB、充电电流ICH、参考电压VREF和输入电源电压Vin产生导通时 间控制脉冲VON。

使能信号产生器310包括第一与门311、第二与门313和反相器315。第一与门311对校准使能信号CLEN与参考脉冲信号PLON执行与运算。第二与门313对第一与门311的输出与指示导通时间控制器的激活的控制器使能信号OTCEN执行与运算来输出第一使能信号EN。反相器315对第一使能信号EN进行反相来输出第二使能信号ENB。

电流镜电路330包括n沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管331、332和333以及p沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管334和335。

NMOS晶体管331具有接收参考电流IBGR的漏极、接收第一使能信号EN的栅极和连接到节点N1的源极。NMOS晶体管332具有连接到节点N1的漏极、连接到节点N1的栅极和连接到公共电压的源极。NMOS晶体管333具有连接到节点N2的漏极、连接到节点N1的栅极和连接到公共电压的源极。

PMOS晶体管334具有连接到电源电压VDD的源极、连接到节点N2的栅极和连接到节点N2的漏极。PMOS晶体管335具有连接到电源电压VDD的源极、连接到节点N2的栅极和提供充电电流ICH的漏极。PMOS晶体管335的漏极在节点N3处连接到实时脉冲产生器350。

NMOS晶体管331、332和333可组成第一电流镜，NMOS晶体管333和PMOS晶体管334与335可组成第二电流镜。因此，在节点N3处提供的充电电流ICH可基于NMOS晶体管331、332与333和PMOS晶体管334与335的尺寸而与参考电流IBGR具有相同的大小或者可具有比参考电流IBGR更大的大小。

导通时间脉冲产生器350包括第一开关351、第一电容器352、第二开关353、第二电容器354、比较器355和RS触发器356。

第一开关351连接在节点N3与公共电压之间，第一开关351响应于第二使能信号ENB对存储在第一电容器352和第二电容器354中的电压进行放电或使保持在电流镜电路330中的电流下降。第一电容器352与第一开关351并联地连接在节点N3与公共电压之间，第一电容器352存储与充电电流ICH相应的电压。第二开关353和第二电容器354串联连接在节点N3与公共电压之间。多个第二开关353和第二电容器354可连接在节点N3与公共电压之间，第二电容器354可存储输入电源电压Vin和与校验码CCD相应的电压之一，第二开关353响应于从外部提供的开关控制信号SCS而将存储在第二 电容器354中的电压提供给节点N3。

比较器355响应于第一使能信号EN而被激活，将节点N3处的斜坡电压VRMP与参考电压VREF进行比较并且提供与斜坡电压VRMP和参考电压VREF之差相应的输出信号CMPO。因此，斜坡电压VRMP的电平根据存储在第一电容器352和第二电容器354中的电压的电平而升高，并且随着斜坡电压VRMP的电平升高，输出信号CMPO更快地达到参考电压VREF。此外，因为斜坡电压VRMP的电平至少与输入电源电压Vin的电平关联，所以输出信号CMPO达到参考电压VREF的速度至少与输入电源电压Vin的电平关联。

RS触发器356具有接收第一使能信号EN的设置端子S、接收比较器355的输出CMPO的重置端子R和提供导通时间控制脉冲VON的输出端子Q。因此，导通时间控制脉冲VON响应于第一使能信号EN的上升沿而被设置，并且响应于输出信号CMPO的上升沿而被重置。因为输出信号CMPO达到参考电压VREF的速度至少与输入电源电压Vin的电平关联，作为所以导通时间控制脉冲VON的激活区间的导通时间(on-time)与输入电源电压Vin关联。因此，导通时间控制器300可基于输入电源电压Vin在时间基础上前馈地调整电感器L的充电时间。

图9A是示出图8的导通时间控制器300的操作的时序图。

参照图8和图9，因为控制器使能信号OTCEN和校准使能信号CLEN在时间t21-t28之间被启用，并且参考脉冲信号PLON分别在时间t21-t22、t24-t25和t27-t28之间被启用，所以第一使能信号EN的激活区间与参考脉冲信号PLON相同。

因为斜坡电压VRMP的电平与参考电压VREF的电平分别在时间t23、t26和t28处基本相同，所以输出信号CMPO分别在时间t23、t26和t28处的短区间期间被启用。当校验码CCD被输入时，斜坡电压VRMP的电平分别从时间t21、t24和t27逐渐升高。因此，导通时间控制脉冲VON响应于第一使能信号EN的上升沿被设置或启用，并且响应于输出信号CMPO的上升沿被重置或停用。

图9B是示出在图5的脉冲产生电路中的第二脉冲产生器的操作的时序图。

参照图5、图9A和图9B，反馈电压VFB的电平分别在时间t31-t34、t35-t38和t39-t42之间升高，而反馈电压VFB的电平分别在时间t34-t35、t38-t39和 t42-t43之间降低。因为电感器电流IL的电平分别在时间t35和t39处基本为零电平，所以第二感测信号ZCS在时间t35-t36之间和时间t39-t40之间的短区间期间被激活。基于反馈电压VFB与参考电压VREF之差，作为图5的第一迟滞比较器231的输出的PFM信号PFMS分别在时间t31-t34、t35-t38和t39-t42之间被激活，并且作为图5的第二迟滞比较器233的输出的模式信号MD分别在时间t32-t33、t36-t37和t40-t41之间被激活。

导通时间控制脉冲VON分别在时间t34-t35、t38-t39和t42-t43之间被激活。因此，第一或门235的输出S分别在时间t31-t34、t35-t38和t39-t42之间被激活，并且第二或门237的输出R分别在时间t32-t33、t34-t35、t36-t37、t38-t39、t40-t41和t42-t43之间被激活。因此，第二脉冲信号PFMO响应于第一或门235的输出的上升沿被激活并且响应于第二或门237的输出的上升沿而被失活。也就是说，第二脉冲信号PFMO分别在时间t31-t32、t35-t36和t39-t40之间被激活。

图10是示出根据示例性实施例的图1或图2的电压转换器中的模式控制器的框图。

参照图10，模式控制器400包括时间比较器410、计数器420、信号产生器430和选择电路440。

时间比较器410将与第一脉冲信号PWMO的第一激活区间相应的第一导通时间和与导通时间控制脉冲VON的第二激活区间相应的第二导通时间进行比较，来输出时间比较信号TOUT。当第一导通时间小于第二导通时间时，时间比较器410输出第一逻辑电平的时间比较信号TOUT。当时间比较信号TOUT具有第一逻辑电平时，计数器420对时间比较信号TOUT进行计数并输出计数输出信号COUT。当时间比较信号TOUT连续具有第一逻辑电平达参考数量的次数(诸如在短时间段期间)时，计数器420输出第一逻辑电平的计数输出信号COUT。

信号产生器430基于计数输出信号COUT和模式信号MD产生重置信号RST和选择信号SS。信号产生器430将重置信号RST提供给计数器，并且将选择信号SS提供给选择电路440。当模式信号MD具有第一逻辑电平并且计数输出信号COUT具有第一逻辑电平时，信号产生器430输出第一逻辑电平的选择信号SS。信号产生器430响应于第一逻辑电平的计数输出信号COUT而将重置信号RST输出到计数器420，以来重置计数器420。

选择电路440响应于选择信号SS来选择第一脉冲信号PWMO和第二脉冲信号PFMO之一作为输出脉冲信号PLO。当模式信号MD具有第一逻辑电平并且计数输出信号COUT具有第一逻辑电平时，选择电路440选择第二脉冲信号PFMO作为输出脉冲信号PLO。

图11示出图1或图2的电压转换器在PFM模式下调整导通时间。

参照图11，图1、图2、图7或图8的导通时间控制器300可根据基于输入电源电压Vin的电感器电流IL的峰值电平IPEAK在PFM模式下自适应地调整驱动控制信号GP的导通时间。当电感器电流IL的峰值电平为高时，导通时间控制器300将驱动控制信号GP的导通时间调整为导通时间TON1，而当电感器电流IL的峰值电平为低时，导通时间控制器300将驱动控制信号GP的导通时间调整为导通时间TON2。

因此，根据本发明构思的示例性实施例，针对电感器电流的充电时间通过使用前馈配置在时间基础上被调整。

图12示出图1或图2的电压转换器中的根据减小的负载的模式转换。

参照图12，图1的电压转换器10或图2的电压转换器10a在第一区间INT11和第二区间INT12期间在PWM模式下工作并且在第三区间INT13期间在PFM模式下工作。在第一区间期间，驱动控制信号GP的导通时间大于导通时间控制信号VON的导通时间。在第二区间INT12期间，驱动控制信号GP的导通时间小于导通时间控制信号VON的导通时间。

图10的模式控制器400的计数器420对驱动控制信号GP的导通时间小于导通时间控制信号VON的导通时间的次数进行计数，并且当计数的次数达到或超过参考次数时输出第一逻辑电平的计数输出信号COUT。当计数输出信号COUT具有第一逻辑电平并且模式信号MD具有第一逻辑电平时，图1的电压转换器10或图2的电压转换器10a如在第三区间INT13期间一样在PFM模式下工作。

图13示出图1和/或图2的电压转换器的电力传输效率。

在图13中，在区间INT21期间，传递到负载50的负载电流ILOAD很小，在区间INT22期间，传递到负载50的负载电流ILOAD小，在区间INT23期间，传递到负载50的负载电流ILOAD大。此外，参考标号451表示在没有示例性实施例的全部益处的情况下当输入电源电压Vin被提高到具有3.3[V]的输出电压时的情况，参考标号453表示在采用示例性实施例的情况下当输 入电源电压Vin被提高到具有3.3[V]的输出电压时的情况，参考标号455表示在采用示例性实施例的情况下当输入电源电压Vin被提高到具有5.5[V]的输出电压时的情况。此外，参考标号456、457和458表示在电压转换器中随着负载电流ILOAD增大从PFM模式到PWM模式的模式转换。

参照图13，应注意，在图1的电压转换器10或图2的电压转换器10a中的PFM模式和PWM模式二者下的电力传输效率被提高。

图14是示出根据示例性实施例的电压转换器的框图。

参照图14，电压转换器20包括转换电路60、电容器C1、反馈单元40、参考电压产生器560、电流感测电路510和开关控制电路515。为方便起见，在图14中示出负载50，而电压转换器20不需要包括负载50。电压转换器20还可被称为开关模式电源(SMPS)或电源转换器。

转换电路60包括第一开关装置61、第二开关装置63和电感器L。电感器L连接在开关节点SN和输出节点NO之间。第一开关装置61连接在输入电源电压Vin和开关节点SN之间，并且响应于第一驱动控制信号GP1而将输入电源电压Vin充入电感器L。第二开关装置63连接在开关节点SN和公共电压之间，并且响应于第二驱动控制信号GP2使电感器L放电。

第一开关装置61可包括PMOS晶体管，该PMOS晶体管具有连接到输入电源电压Vin的源极、接收第一驱动控制信号GP1的栅极和连接到开关节点SN的漏极。第二开关装置63可包括NMOS晶体管，该NMOS晶体管具有连接到开关节点SN的漏极、接收第二驱动控制信号GP2的栅极和连接到公共电压的源极。第一驱动控制信号GP1和第二驱动控制信号GP2具有相同的逻辑电平。

平滑电容器C1连接在输出节点NO和公共电压之间。反馈单元40与电容器C1并联地连接在输出节点NO和公共电压之间，且反馈单元40包括在反馈节点FN处连接的电阻器R1和R2，并且在输出节点NO处对输出电压Vout1进行分压来提供反馈电压VFB1。负载电流ILOAD从输出节点NO流入负载50。电感器L和电容器C1作为去除输出电压Vout1中的纹波的低通滤波器而工作。

电流感测电路510基于感测电流ISEN1产生第一感测信号CS1和第二感测信号ZCS1，其中，第一感测信号CS1表示流经电感器L的感测电流ISEN1的电平，第二感测信号ZCS1表示感测电流ISEN1的零电平。参考电压产生 器560产生参考电压VREF。

开关控制电路515基于反馈电压VFB1、参考电压VREF、第一感测信号CS1和第二感测信号ZCS1通过执行PFM和PWM产生第一驱动控制信号GP1和第二驱动控制信号GP2。当开关控制电路515执行PFM时，开关控制电路515可至少基于输入电源电压Vin在时间基础上调整电感器L的充电时间。开关控制电路515可至少基于输入电源电压Vin在时间基础上调整第一驱动控制信号GP1的低激活区间。

开关控制电路515包括脉冲产生电路520、导通时间控制器530、模式控制器540和驱动控制器550。

导通时间控制器530基于输入电源电压Vin和参考电压VREF产生调整(或限制)电感器L的充电时间的导通时间控制脉冲VON1。脉冲产生电路520基于参考电压VREF、第一感测信号CS1、第二感测信号ZCS 1、反馈电压VFB1和导通时间控制脉冲VON1通过执行PWM产生第一脉冲信号PWMO1、通过执行PFM产生第二脉冲信号PFMO1，并且产生表示参考电压VREF与反馈电压VFB1之差的模式信号MD1。导通时间控制器530可响应于从外部提供的控制器使能信号OTCEN而被激活。导通时间控制器530可接收校验码CCD。

模式控制器540基于模式信号MD1和导通时间控制脉冲VON1根据操作模式选择第一脉冲信号PWMO1和第二脉冲信号PFMO1之一作为输出脉冲信号PLO1。模式控制器540基于对第一导通时间和第二导通时间的比较来选择第一脉冲信号PWMO1和第二脉冲信号PFMO1之一作为输出脉冲信号PLO1。第一导通时间可表示第一脉冲信号PWMO1的第一激活区间，第二导通时间可表示第二脉冲信号PFMO1的第二激活区间。

驱动控制器550基于输出脉冲信号PLO1将第一驱动控制信号GP1和第二驱动控制信号GP2分别输出到第一开关装置61和第二开关装置63。

图15A和图15B分别示出图14的电压转换器中的转换电路的操作。

参照图14和图15A，当第一开关装置61响应于具有第二逻辑电平的第一驱动控制信号GP1而导通并且第二开关装置63响应于具有第二逻辑电平的第二驱动控制信号而截止时，转换电路60可通过执行电流增大操作来将输入电源电压Vin充入电感器L。当转换电路60执行电流增大操作时，在转换电路60中形成第一电流路径IPATH21。

参照图14和图15B，当第一开关装置61响应于具有第一逻辑电平的第一驱动控制信号GP1而被截止并且第二开关装置63响应于具有第一逻辑电平的第二驱动控制信号GP2而被导通时，转换电路60可通过执行电流传输操作将存储在电感器L中的能量传输到输出节点NO。当转换电路60执行电流传输操作时，在转换电路60中形成第二电流路径IPATH22，并且负载电流ILOAD被提供给负载50。

图14的电压转换器20将输入电源电压Vin转换为输出电压Vout并且输出电压Vout的电平低于输入电源电压Vin的电平。因此，图14的电压转换器20可以是降压转换器的类型。

图14的电压转换器20的操作与参考图1至图13的图1的电压转换器10和图2的电压转换器10a的操作相似，将省略对图14的电压转换器20的操作的详细描述。

图16是解释图14的电压转换器的操作的曲线图，图17是放大图16的一部分的曲线图。

参照图16和图17，因为在电压转换器20的操作的初始阶段负载电流ILOAD的电平低于参考电平，也就是说，输出电压Vout1的电平高于参考电平，所以电压转换器20在PFM模式下工作。在时间t1”之前的PFM模式下，电压转换器20可通过至少基于输入电源电压Vin在时间基础上前馈地调整开关控制电路515中的电感器L的充电时间，来提高在PFM模式下传输到负载50的电力的效率。

当负载电流ILOAD开始增大并且负载电流ILOAD的电平在时间t1”-t2”之间接近参考电平时，电压转换器20的操作模式从PFM模式转换到PWM模式。

负载电流ILOAD的电平在时间t1”-t2”之间大于参考电平并且电压转换器20在时间t2”之后在PWM模式下工作。应注意，因为在图17中的模式转换区间491中电感器电流IL的平均值被传输到负载50，所以电力以比当电感器电流IL达到它的零值时的情况更高的效率被传输到负载50。

图18是示出根据示例性实施例的电压转换器的框图。

参照图18，电压转换器600包括转换电路610、电容器C1、反馈单元40、参考电压产生器670、电流感测电路620和开关控制电路625。为方便起见，在图18中示出负载50，但是电压转换器600不需要包括负载50。电压 转换器600可被称为开关模式电源(SMPS)或电源转换器。

转换电路610包括电感器L、第一开关装置611、第二开关装置612、第三开关装置613和第四开关装置614。电感器L连接在第一开关节点SW1和第二开关节点SW2之间。第一开关装置611连接在输入电源电压Vin和第一开关节点SW1之间并且在降压模式下响应于第一驱动控制信号GP21而将输入电源电压Vin充入电感器L。第二开关装置612连接在第一开关节点SW1和公共电压之间并且在降压模式下响应于第二驱动控制信号GP22使电感器L放电。

第三开关装置613连接在第二开关节点SW2和公共电压之间并且在升压模式下响应于第三驱动控制信号GP23将输入电源电压Vin充入电感器L。第四开关装置614连接在第二开关节点SW2和输出节点NO之间并且在升压模式下响应于第四驱动控制信号GP24使电感器L放电。

第一开关装置611可包括具有连接到输入电源电压Vin的源极、接收第一驱动控制信号GP21的栅极和连接到第一开关节点SW1的漏极的PMOS晶体管。第二开关装置612可包括具有连接到第一开关节点SW1的漏极、接收第二驱动控制信号GP22的栅极和连接到公共电压的源极的NMOS晶体管。第三开关装置613可包括具有连接到第二开关节点SW2的漏极、接收第三驱动控制信号GP23的栅极和连接到公共电压的源极的NMOS晶体管。第四开关装置614可包括具有连接到第二开关节点SW2的源极、接收第四驱动控制信号GP24的栅极和连接到输出节点NO的漏极的PMOS晶体管。

平滑电容器C1连接在输出节点NO和公共电压之间。反馈单元40与电容器C1并联地连接在输出节点NO和公共电压之间，且反馈单元40包括在反馈节点FN处连接的电阻器R1和R2，并且在输出节点NO处对输出电压Vout2进行分压来提供反馈电压VFB2。负载电流ILOAD从输出节点NO流入负载50。电感器L和电容器C1作为去除输出电压Vout2中的纹波的低通滤波器而工作。

转换电路610在降压模式下通过降低输入电源电压Vin来产生输出电压Vout2，转换电路610在升压模式下通过提升输入电源电压Vin来产生输出电压Vout2并且在升降压模式下通过降低或提升输入电源电压Vin来产生输出电压Vout2。

输出电压Vout2的电平在降压模式下低于输入电源电压Vin的电平，输 出电压Vout2的电平在升压模式下高于输入电源电压Vin的电平，并且输出电压Vout2的电平在升降压模式下与输入电源电压Vin的电平可大致相似。

在降压模式下，第四开关装置614导通，第三开关装置613截止并且第一开关装置611和第二开关装置612交替地导通。在升降压模式下，第一开关装置611和第三开关装置613交替地导通并且第二开关装置612和第四开关装置614交替地导通。在升压模式下，第一开关装置611导通，第二开关装置612截止并且第三开关装置613和第四开关装置614交替地导通。

电流感测电路620产生表示流经电感器L的第一感测电流ISEN21的峰值或非零电平的第一感测信号CS21，基于感测电流ISEN21产生表示第一感测电流ISEN21的基本上为零的电平的第二感测信号ZCS21，产生表示流经第三开关装置613的第二感测电流ISEN22的峰值或非零电平的第三感测信号CS22，并且基于第二感测电流ISEN22产生表示第二感测电流ISEN22的基本上为零的电平的第四感测信号ZCS22。

开关控制电路625基于反馈电压VFB2、参考电压VREF、第一感测信号至第四感测信号CS21、ZCS21、CS22和ZCS22通过执行PFM和PWM产生第一驱动控制信号GP21至第四驱动控制信号GP24。当开关控制电路625执行PFM时，开关控制电路625可至少基于输入电源电压Vin在时间基础上调整电感器L的充电时间。开关控制电路625可至少基于输入电源电压Vin在降压模式下在时间基础上调整第一驱动控制信号GP21的低激活区间并且在升压模式下在时间基础上调整第三驱动控制信号GP23的激活区间。

开关控制电路625包括脉冲产生电路630、导通时间控制器640、模式控制器650和驱动控制器660。

导通时间控制器640基于输入电源电压Vin和参考电压VREF产生调整(或限制)电感器L的充电时间的导通时间控制脉冲VON21和VON22。脉冲产生电路630基于参考电压VREF、第一感测信号CS21、第二感测信号ZCS21、第三感测信号CS22、第四感测信号ZCS22、反馈电压VFB2以及导通时间控制脉冲VON21和VON22通过执行PWM产生第一脉冲信号PWMO2并通过执行PFM产生第二脉冲信号PFMO2，并且产生表示参考电压VREF与反馈电压VFB2之差的模式信号MD2。导通时间控制器640可接收校验码CCD。

模式控制器650根据基于模式信号MD2和导通时间控制脉冲VON21和 VON22的操作模式而选择第一脉冲信号PWMO2和第二脉冲信号PFMO2之一作为输出脉冲信号PLO2。模式控制器650在降压模式下基于对第一脉冲信号PWMO1的激活区间的第一导通时间和导通时间控制脉冲VON21的激活区间的第二导通时间的比较来选择第一脉冲信号PWMO2和第二脉冲信号PFMO2之一作为输出脉冲信号PLO2。模式控制器650在升压模式下基于对第一脉冲信号PWMO2的激活区间的第一导通时间和导通时间控制脉冲VON22的激活区间的第二导通时间的比较来选择第一脉冲信号PWMO2和第二脉冲信号PFMO2之一作为输出脉冲信号PLO2。

驱动控制器660根据基于输出脉冲信号PLO2的操作模式将第一驱动控制信号GP21至第四驱动控制信号GP24分别输出到第一开关装置611至第四开关装置614。

电压转换器600在升压模式下的操作与参考图1至图13的电压转换器10和10a的操作相似，并且电压转换器600在降压模式下的操作与参考图14至图17的电压转换器20的操作相似。

图19是示出根据示例性实施例的电源管理装置的框图。

参照图19，电源管理装置700包括参考电压产生器710、重置信号产生器720和电压转换器730。参考电压产生器710基于电源使能信号PEN产生参考电压VREF。虽然未在图19中示出，但是参考电压产生器710可通过用作用于产生第一参考电压VREF的分压器的电阻器来实现。在期望更稳定的参考电压的情况下，参考电压产生器710可用带隙参考电压电路来实现。带隙参考电压电路能够提供对温度变化不敏感的稳定的参考电压。带隙参考电压电路可包括启动电路、至少一个晶体管、至少一个电阻器等。

重置信号产生器720基于电源使能信号PEN和参考电压VREF来产生重置信号RST。虽然未在图19中示出，但是重置信号产生器720可包括重置使能单元、重置禁用单元和锁定单元。重置使能单元基于电源使能信号PEN产生重置使能信号。重置禁用单元基于第一参考电压VREF和重置使能信号产生重置禁用信号。锁定单元基于重置使能信号和重置禁用信号产生重置信号RST。

电压转换器730可采用图1的电压转换器10、图2的电压转换器10a、图14的电压转换器20和图18的电压转换器600中的一种电压转换器。

电压转换器730包括开关控制电路731、转换电路732和输出电路733。 开关控制电路731产生驱动转换电路732的至少一个驱动控制信号GP，并且转换电路732响应于所述至少一个驱动控制信号GP而将输入电源电压Vin转换为输出电压Vout。输出电路733可包括图1的电容器C1和反馈单元40，并且可基于输出电压Vout向负载提供负载电流。因此，开关控制电路731基于流经转换电路732中的电感器的电感器电流和反馈电压VFB通过执行PWM和PFM产生所述至少一个驱动控制信号GP，当开关控制电路731执行PFM时基于输入电源电压Vin在时间基础上前馈地调整电感器的充电时间，并且基于导通时间控制脉冲执行模式转换。因此，电压转换器730可通过稳定地执行模式转换来提高稳定性并且可提高电力传输效率。

图20是示出根据示例性实施例的电源管理系统的框图。

参照图20，电源管理系统800包括电源管理装置820和多个集成电路830a、830b、……、830n。电源管理装置820和所述多个集成电路830a、830b、……、830n可形成于印刷电路板(PCB)810上。

例如，电源管理装置820可以是图19中示出的电源管理装置700。电源管理装置820基于输入电源电压Vin产生输出电压Vout并且基于电源使能信号PEN产生重置信号RST。

电压转换器可采用图1的电压转换器10、图2的电压转换器10a、图14的电压转换器20和图18的电压转换器600中的一种电压转换器。

因此，电压转换器基于流经电感器的电感器电流和反馈电压通过执行PWM和PFM产生所述至少一个驱动控制信号，当执行PFM时基于输入电源电压Vin在时间基础上前馈地调整电感器的充电时间，并且基于导通时间控制脉冲执行模式转换。因此，电压转换器可通过稳定地执行模式转换提高稳定性并且可提高电力传输效率。

集成电路830a、830b、……、830n基于重置信号RST保持重置状态，直到输出电源电压Vout达到稳定状态为止。在输出电压Vout达到稳定状态之后，集成电路830a、830b、……、830n准备工作并且基于输出电压Vout被驱动。

图21是示出根据示例性实施例的电源管理系统的框图。

参照图21，电源管理系统900包括片上系统(SoC)910和滤波器940。SoC 910包括电源管理装置920和功能块930。

例如，电源管理装置920可以是图19的电源管理装置700。电源管理装 置920基于输入电源电压Vin产生输出电流并且基于电源使能信号PEN产生重置信号RST。包括在电源管理装置920中的如参考图1至图18所述的电压转换器基于流经电感器的电感器电流和反馈电压通过执行PWM和PFM产生所述至少一个驱动控制信号，当执行PFM时基于输入电源电压Vin在时间基础上前馈地调整电感器的充电时间，并且基于导通时间控制脉冲执行模式转换。因此，电源管理装置920可通过稳定地执行模式转换提高稳定性并且可提高电力传输效率。

滤波器940可被实现为具有电感器LS和电容器CS的低通滤波器。

功能块930基于重置信号RST保持重置状态，直到输出电源电压Vout达到稳定状态。在输出电源电压Vout达到稳定状态之后，功能块930准备工作并且基于输出电压Vout被驱动。

虽然图21示出包括被布置在SoC 910外部的滤波器940的电源管理系统900的示例，但是可选地，滤波器940可被包括在SoC 910内部。

图22是示出根据示例性实施例的包括电压转换器的电子装置的示例的框图。

参照图22，电子装置1000可被实现为个人计算机(PC)、平板计算机、上网本、电子阅读器、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、MP3播放器或MP4播放器。电子装置1000包括电源管理IC 1050和电池1060。

从电池1060向电源管理IC 1050供电，并且电源管理IC 1050可管理处理器1010、图像传感器1020、存储器1040或显示器1030的电力。电源管理IC 1050可采用图1的电压转换器10、图2的电压转换器10a、图14的电压转换器20和图18的电压转换器600中的一种电压转换器。因此，如参考图1至图18所述，电源管理IC 1050基于流经电感器的电感器电流和反馈电压通过执行PWM和PFM来产生所述至少一个驱动控制信号，当执行PFM时基于输入电源电压Vin在时间基础上前馈地调整电感器的充电时间，并且基于导通时间控制脉冲执行模式转换。因此，电源管理装置1050可通过稳定地执行模式转换提高稳定性并且可提高电力传输效率。

电子装置1000的图像传感器1020可将光信号转换为数字信号。转换后的数字信号可在处理器1010的控制下被存储到存储器1040或者通过显示器1030被显示。此外，存储到存储器1040的数字信号可在处理器1010的控制下通过显示器1030被显示。

图23是示出根据示例性实施例的包括图19的电源管理装置的移动系统的框图。

参照图23，移动系统1100包括应用处理器1110、连通单元1120、易失性存储器装置1130、非易失性存储器装置1140、用户接口1150和电源1160。根据各种实施例，移动系统1100可以是任意移动系统(诸如移动电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、数码相机、便携式游戏机、音乐播放器、摄像机、视频播放器、导航系统等)。

应用处理器1110可执行应用(诸如网络浏览器、游戏应用、视频播放器等)。应用处理器1110可包括电源管理装置1111。电源管理装置1111可采用图1的电压转换器10、图2的电压转换器10a、图14的电压转换器20和图18的电压转换器600中的一种电压转换器。电压转换器基于流经电感器的电感器电流和反馈电压通过执行PWM和PFM来产生所述至少一个驱动控制信号，当执行PFM时基于输入电源电压在时间基础上前馈地调整电感器的充电时间，并且基于导通时间控制脉冲执行模式转换。因此，电源管理装置1111可通过稳定地执行模式转换提高稳定性并且可提高电力传输效率。

连通单元1120可执行与外部装置的有线通信或无线通信。例如，连通单元1120可执行以太网通信、近场通信(NFC)、射频识别(RFID)通信、移动电信、存储卡通信、通用串行总线(USB)通信等。在一些实施例中，连通单元1120可包括支持通信的基带芯片组(诸如全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)、宽带码分多址(WCDMA)、高速下行链路/上行链路分组接入(HSxPA)等)。

易失性存储器装置1130可存储由应用处理器1110处理的数据，或者可作为工作存储器而操作。例如，易失性存储器装置1130可以是动态随机存取存储器(诸如DDR SDRAM、LPDDR SDRAM、GDDR SDRAM、RDRAM等)，或者可以是需要刷新操作的任意易失性存储器装置。

非易失性存储器装置1140可存储用于启动移动系统1100的启动图像。例如，非易失性存储器装置1140可以是电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、相变随机存取存储器(PRAM)、电阻式随机存取存储器(RRAM)、纳米浮栅存储器(NFGM)、聚合物随机存取存储器(PoRAM)、磁随机存取存储器(MRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)等。

用户接口1150可包括至少一个输入装置(诸如键盘、触摸屏等)和至少 一个输出装置(诸如扬声器、显示装置等)。电源1160可向移动系统1100提供电源电压。在一些实施例中，移动系统1100还可包括相机图像处理器(CIS)和/或存储装置(诸如存储卡、固态驱动器(SSD)、硬盘驱动器(HDD)、CD-ROM等)。

在一些实施例中，移动系统1100和/或移动系统1100的组件可以以各种方式封装，诸如层叠封装(Package on Packages：PoPs)、球栅阵列(BGAs)、芯片级封装(CSPs)、塑料有引线芯片载体(PLCC)、塑料双列直插式封装(PDIP)、小片叠片包装(Die in Waffle Pack)、小片叠片形式(Die in Wafer Form)、板上芯片封装(COB)、陶瓷双列直插式封装(CERDIP)、塑料公制四方扁平封装(MQFP)、薄型四方扁平封装(TQFP)、小外形集成电路(SOIC)、收缩小外形封装(SSOP)、薄型小外形封装(TSOP)、系统封装(SIP)、多芯片封装(MCP)、晶圆级制备封装(WFP)、晶圆级堆叠工艺封装(WSP)等。

图24是示出根据示例性实施例的包括图19的电源管理装置的计算系统的框图。

参照图24，计算系统1200包括处理器1210、输入/输出集线器(IOH)1220、输入/输出控制器集线器(ICH)1230、至少一个存储器模块1240和图形卡1250。在一些实施例中，计算系统1200可以是个人计算机(PC)、服务器计算机、工作站、膝上型计算机、移动电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、数码相机、数码电视、机顶盒、音乐播放器、便携式游戏机、导航系统等。

处理器1210可执行各种计算功能(诸如执行用于执行特定计算或任务的特定软件)。例如，处理器1210可以是微处理器、中央处理器(CPU)、数字信号处理器等。处理器1210可包括电源管理装置1211。电源管理装置1211可采用图1的电压转换器10、图2的电压转换器10a、图14的电压转换器20和图18的电压转换器600中的一个。因此，电压转换器基于流经电感器的电感器电流和反馈电压通过执行PWM和PFM来产生所述至少一个驱动控制信号，当执行PFM时基于输入电源电压在时间基础上前馈地调整电感器的充电时间，并且基于导通时间控制脉冲执行模式转换。

在一些实施例中，处理器1210可包括单核或多核。例如，处理器1210可以是多核处理器(诸如双核处理器、四核处理器、六核处理器等)。虽然图 24示出包括一个处理器1210的计算系统1200，但是在一些实施例中，计算系统1200可包括多个处理器。处理器1210可包括内部或外部高速缓存器。

处理器1210可包括用于控制存储器模块1240的操作的存储器控制器。包括在处理器1210中的存储器控制器可被称为集成存储器控制器(IMC)。存储器控制器可包括结构并且/或者执行这里描述的一个或多个实施例的方法。存储器控制器与存储器模块1240之间的存储器接口可用包括多个信号线的单通道来实现，或者可用多个通道来实现。至少一个存储器模块1240可连接到多个通道中的每个通道。在一些实施例中，存储器控制器可位于输入/输出集线器1220的内部，所述存储器控制器可被称为存储器控制器集线器(MCH)。

输入/输出集线器1220可管理处理器1210和装置(诸如图形卡1250)之间的数据传输。输入/输出集线器1220可经由各种接口连接到处理器1210。例如，处理器1210和输入/输出集线器1220之间的接口可以是前置总线(FSB)、系统总线、超传输(HyperTransport)、闪电数据传输(LDT)、快速通道互联(QPI)、通用系统接口(CSI)等。虽然图24示出包括一个输入/输出集线器1220的计算系统1200，但是在一些实施例中，计算系统1200可包括多个输入/输出集线器。输入/输出集线器1220可提供各种与装置的接口。例如，输入/输出集线器1220可提供加速图形端口(AGP)接口、外设组件快速接口(PCIe)、通信流架构(CSA)接口等。

图形卡1250可经由AGP接口或PCIe连接到输入/输出集线器1220。图形卡1250可控制用于显示图像的显示装置(未示出)。图形卡1250可包括用于处理图像数据的内部处理器和内部存储器装置。在一些实施例中，输入/输出集线器1220可包括内部图形装置与布置在输入/输出集线器1220外部的图形卡1250或者不包括所述图形卡1250。包括在输入/输出集线器1220中的图形装置可被称为集成图形。此外，包括内部存储器控制器和内部图形装置的输入/输出集线器1220可被称为图形和存储器控制器集线器(GMCH)。

输入/输出控制器集线器1230可执行数据缓存和接口仲裁以有效地操作各种系统接口。输入/输出控制器集线器1230可通过内部总线(诸如直接媒体接口(DMI)、集线器接口、企业南桥芯片(ESI)、PCIe等)连接到输入/输出集线器1220。输入/输出控制器集线器1230可提供各种与外围装置的接口。例如，输入/输出控制器集线器1230可提供通用串行总线(USB)端口、 串行高级技术附件(SATA)端口、通用输入/输出(GPIO)、低引脚数(LPC)总线、串行外围接口(SPI)、PCI、PCIe等。

在一些实施例中，处理器1210、输入/输出集线器1220和输入/输出控制器集线器1230可被实现为单独的芯片集或单独的集成电路。在其他实施例中，处理器1210、输入/输出集线器1220和输入/输出控制器集线器1230中的至少两个可被实现为单独的芯片集。

术语“电压转换器”的使用不应被视为限制示例性实施例的电流转换能力。因此，电源转换器可包括连接到输入节点并且具有开关节点、连接到开关节点的储能装置和连接到开关节点的多个开关装置的转换电路、储能装置；以及连接以控制所述多个开关装置的输入的开关控制电路，以基于至少一个反馈信号、至少一个前馈信号和至少一个感测信号通过每次遵循多个电力传输模式中的一个和基于基本上流经输出节点的短期电流在所述多个电力传输模式之间进行切换来控制所述多个开关装置，其中，所述至少一个反馈信号是基于在输出节点处的输出电势，所述至少一个前馈信号是基于在输入节点处的输入电势，所述至少一个感测信号是基于基本上流经所述多个开关装置中的至少一个的感测电流，并且所述多个开关装置中的第一个连接在开关节点和公共节点之间。

如上所述，根据示例性实施例，电压转换器通过在第二感测信号被激活之前在开关控制电路中使用定时关闭控制电压来使第一驱动装置导通并且使第二驱动装置截止来增大电感器电流。因此，电压转换器可提高在PFM模式下电力传输到负载的效率。此外，电压转换器基于第一感测信号和第二感测信号在基于第一感测信号和第二感测信号的模式转换区间稳定地执行模式转换。

虽然已经示出并描述了针对更高的电流负载的PWM和针对更低的电流负载的PFM的两个示例性电力传输操作模式，但是应该理解，上述任意一个模式可响应于各种设计和使用约束被其他可应用的模式替换。例如，PFM模式可被另一模式(例如，包括软开关模式和/或不连续导通模式)替换或使用另一模式以在各种范围的相对低的负载下调整开关调节器的效率。本发明构思不限于所述的特定数量的模式或特定模式。虽然示例性存储装置被表示为电感器，但是应该理解，等效电路可使用电容器替换电感器或者除了电感器之外还使用电容器。类似地，可使用其他存储装置。根据本发明构思的实施 例，电源管理装置或开关模式电源(SMPS)可包含电压转换器或电源转换器。

上述实施例可应用于可受益于更高的电力传输效率和稳定的模式转换的集成电路和/或电子系统。例如，上述实施例可应用于向片上系统(SoC)供电的电源管理装置。

虽然已经参照示例性实施例描述了本公开，但对于相关领域的普通技术人员明显的是，在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下，可进行各种改变和修改。因此，应该理解，上面的实施例不是限制性的，而是说明性的。