允许最佳动态占空比限制的升压变换器最大输出功率检测器的制作方法

本申请涉及升压变换器的输出功率最大化的占空比的检测，并且特别地涉及具有生成占空比并且根据占空比操作升压变换器的反馈级的升压变换器。

背景技术：

升压变换器在传统上以具有固定的最大值的可变占空比操作。将升压变换器限制为最大占空比保护升压变换器免受过多的电感器电流的影响，但是没有使由升压变换器提供的输出功率最大化。例如，当由电压源(诸如电池)提供的输入可变(最大)功率随着时间和使用而降低时，升压变换器的输出功率意图通过反馈调节回路保持恒定。然而，在占空比被限制为最大值D_MAX的情况下，升压变换器没有达到期望的输出电压，并且因此没有达到期望的输出功率。另外，在没有固定(或者在高值)占空比极限的情况下操作升压变换器引入了使得升压变换器变得不稳定的风险。通过超过某个临界占空比值D_CRIT，升压变换器变得不稳定并且落入升压变换器输入输出变换特性的负增益区域。

技术实现要素：

升压变换器是一种直流(DC)到DC(DC到DC)变换器，其(向负载)提供比(例如通过电源，诸如电池)向升压变换器提供的输入电压大的输出电压。升压变换器可以根据指定升压变换器的开关的定时的占空比来操作。在0到1的范围内的占空比指定升压变换器的输出电压。

为了操作升压变换器，存在使升压变换器的输出功率(和输出电压)最大化的临界占空比。以更低的占空比操作升压变换器不会产生最大可能输出电压。然而，在很多应用和情况下，期望的输出电压小于最大可能输出电压。因此，在这些情况下，升压变换器可以以小于临界占空比D_CRIT的占空比操作。如果想要更高的输出电压，则增加占空比以提供更高的输出电压。然而，重要的是不超过临界占空比。以比临界占空比更高的占空比操作升压变换器将产生更低的电压并且可能导致使升压变换器变得不稳定(由于负增益)。

本文中描述了一种反馈级，其检测升压变换器的临界占空比D_CRIT。在升压变换器的操作期间，当期望更高的输出电压并且占空比增加时，反馈级确保升压变换器以临界占空比D_CRIT或者低于临界占空比D_CRIT操作(封顶)。封顶占空比确保在想要的情况下输出最大输出电压。另外，封顶占空比避免了通过增加占空比使其超过临界占空比D_CRIT而将升压变换器的增益反转并且避免了使升压变换器变得不稳定或者破坏升压变换器。

附图说明

图1示出了包括升压变换器和占空比限制反馈级的设备的框图；

图2示出了耦合到脉冲宽度调制器的升压变换器；

图3示出了具有建模的寄生电阻和负载电阻的升压变换器；

图4示出了取决于变化后的占空比的用于各种寄生电阻和负载电阻的升压变换器的输出电压的图；

图5示出了耦合到电压感测级的升压变换器；

图6示出了根据实施例的耦合到电压感测级的升压变换器；

图7示出了耦合到动态占空比限制器的参考图5描述的电压感测级；

图8示出了根据实施例的耦合到电压感测级的升压变换器；

图9示出了根据实施例的耦合到电压感测级的升压变换器；以及

图10示出了根据实施例的耦合到反馈控制器的动态占空比限制器。

具体实施方式

图1示出了包括升压变换器102a和反馈级101a的设备100a的框图。反馈级101a包括临界占空比检测器104a、动态占空比限制器106a、反馈控制器106b和脉冲宽度调制器112a。临界占空比检测器104a包括电压感测级105a。临界占空比检测器104a耦合到升压变换器102a和动态占空比限制器106a。特别地，临界占空比检测器104a的电压感测级105a在其输入处耦合到升压变换器102a并且在其输出处耦合到动态占空比限制器106a。动态占空比限制器106a在其输入处耦合到临界占空比检测器104a的输出。动态占空比限制器106a在其输出处耦合到反馈控制器106b。反馈控制器106b在其输入处耦合到动态占空比限制器106a的输出、升压变换器102a的输出端子118和参考电压。反馈控制器106b的输出耦合到脉冲宽度调制器112a的输入。脉冲宽度调制器112a在其输出处耦合到升压变换器102a。

升压变换器102a在升压变换器102a的输入处耦合到电压源114a并且在升压变换器102a的输出处耦合到负载116a。可以是诸如锂离子电池等电池的电压源114a向升压变换器102a供应电压(输入电压)。所供应的电压可以根据电压源114a的额定电压，其例如可以是3伏特(V)或者其他额定电压。另一方面，负载116a从升压变换器102a汲取电压(输出电压)。负载116a可以是升压变换器向其供应电压的消费电子耳机等。负载116a在图1中被示出为从升压变换器102a的输出端子118汲取输出电压。

升压变换器102s向负载116a供应比电压源114a向升压变换器102s供应的输入电压高的输出电压。

如本文中所描述的升压变换器102a的操作依赖于升压变换器102a的一对开关的接通(置于导电状态)和断开(置于非导电状态)的定时。脉冲宽度调制器112a如本文中所描述地根据占空比控制升压变换器102a的开关的接通和断开。占空比表示开关之一接通的时间与该开关接通或断开的总时间的百分比。

临界占空比检测器104a的电压感测级105a感测如本文中所描述的升压变换器102a的电压数并向动态占空比限制器106a输出所感测的电压。动态占空比限制器106a接收所感测的电压并且比较所感测的电压。所感测的电压之间的差值指示可以以其对升压变换器102a进行操作的临界占空比。临界占空比表示在电压源114a的输出功率给定的情况下升压变换器102a以其提供最高输出电压的占空比。临界占空比还维持升压变换器102a的稳定性和安全操作。维持稳定的升压变换器102a包括避免升压变换器102a的增益反转以及避免负反馈情况。

升压变换器102a不一定需要以临界占空比操作。临界占空比是在输入功率给定的情况下升压变换器102a以其输出最大电压的极限或边界。如果想要更小的输出电压，则升压变换器102a可以使用更低的占空比来操作。

反馈控制器106b从动态占空比限制器106a接收临界占空比的指示。反馈控制器106b还接收升压变换器102a的输出电压作为输出端子118上的输出。反馈控制器106b还接收参考电压，以便提供期望输出电压的反馈调节。参考电压可以具有想要被升压变换器102a输出的电压电平。反馈控制器106b将输出电压与参考电压相比较。基于比较，反馈控制器106b确定应当增加还是降低升压变换器102a以其进行操作的占空比。例如，如果输出电压小于参考电压，则可以增加占空比，反之亦然。反馈控制器106b确保占空比没有被增加超过由动态占空比限制器106a的输出信号指示的临界占空比。

反馈控制器106b向脉冲宽度调制器112a输出指示升压变换器102a的占空比的变化的输出信号。脉冲宽度调制器112a接收反馈控制器106b的输出信号，相应地调节升压变换器102a在其上操作的占空比。脉冲宽度调制器112a根据占空比操作升压变换器102a的开关以实现接通/断开定时。

虽然图1中未示出，然而设备100a还可以包括警告系统。警告系统可以从动态占空比限制器106a接收临界占空比的指示并且确定电压源114a的输出功率是否低于阈值。如果是，则警告系统输出输出功率低于阈值的警告。另外，设备100a还可以包括电压源管理系统。电压源管理系统可以保护电压源114a避免出现过度放电。例如，电压源管理系统可以对临界占空比强加另外的限制以限制电压源出现过度放电。

图2示出了耦合到脉冲宽度调制器112b的升压变换器102b。升压变换器102b包括电感122、电容124、第一开关126和第二开关128。电感耦合在升压变换器102b的输入端子120与中间节点130之间。第一开关126耦合在中间节点130与作为接地参考的接地节点132之间。第二开关128耦合在中间节点130与升压变换器120b的输出端子118之间，并且电容124耦合在输出端子118与接地节点132之间。

脉冲宽度调制器112b控制在导电状态(即当开关126、128接通时)与非导电状态(即当开关126、128断开时)之间切换第一开关126和第二开关128。脉冲宽度调制器112b操作开关126、128使得开关126、128随着时间在导电状态和非导电状态之间交替并且开关126、128在任何一个点具有相反的状态。

对于第一时间段，脉冲宽度调制器112b将第一开关126置于导电状态并且将第二开关128置于非导电状态。对于第二时间段，脉冲宽度调制器112b反转开关126、128的状态并且将第二开关128置于导电状态并且将第一开关16置于非导电状态。第一周期的长度与第一周期和第二周期的长度之和之比被称为升压变换器102b的占空比，并且在本文中用“D”表示。占空比在0到1之间。

在第一周期期间，由耦合到输入端子120和接地节点132的电压源提供的电压引起电流流过电感122和第一开关126。因此，电感122存储能量。同时，先前已经存储电荷的电容124向耦合在输出端子118与接地节点132之间的负载中放电。因为第二开关128处于非导电状态，所以电容124被阻止向中间节点130中放电。

在第二周期期间，由电感122存储的能量被释放以维持电流流过第二开关128到达负载。电容124的电荷由于来自电感122以及电压源的电流而被补充。由电感122和电压源提供的电流的组合(在输入端子120处)以比由电压源提供的电压更高的电压对电容124充电。因此，在其操作过程期间，升压变换器102b被称为对由电压源提供的输入电压升压。也就是，升压变换器102b输出大于输入电压的输出电压。当占空比增加时，升压变换器102b的输出电压也增加，只要占空比不超过升压变换器102b的临界占空比。优选的是，在占空比增加到临界占空比以上时在临界占空比以下操作升压变换器102b，导致如本文中所描述地反转升压变换器102b的增益。

升压变换器102b的电感122、第一开关126和第二开关128是非理想部件并且包括寄生电阻。电部件的寄生电阻是指作为部件的一部分的内部电阻。寄生电阻阻止部件理想地工作，从而，例如，电开关可能没有操作为具有零电阻的路径。相反，电开关可能包括通常相对小的寄生电阻。因此，电开关可能操作为串联耦合到寄生电阻的非理想开关。

由于电感122、第一开关126和第二开关128的寄生电阻，参考图2描述的升压变换器102b可以建模为具有耦合到其相应的寄生电阻的理想的电感122、第一开关126和第二开关128。

图3示出了具有所建模的寄生电阻的升压变换器102c。与参考图2描述的升压变换器102b类似的图3的升压变换器102c的元件具有相同的附图标记。假定升压变换器102c的电感122、第一开关126和第二开关128为没有寄生电阻的理想部件。它们的寄生电阻分别串联耦合到这些元件。

因此，电感电阻134串联耦合到电感122。电感电阻134耦合在电感122与输入端子120之间。第一开关电阻136串联耦合到第一开关126(在第一开关126与接地节点132之间)。第二开关电阻138串联耦合到第二开关128(在第二开关128与接地节点132之间)。注意，图3所示的寄生耦合是示例性的，在各种实施例中，电阻134、136、138可以耦合到相应的电感122、第一开关126或第二开关128的其他端子。

升压变换器102c的输出功率(即在输出端子118与接地节点132之间获得的功率)表示为：

P_OUT＝P_IN-P_LOSS 等式(1)，

其中P_IN为在输入端子120与接地节点132之间供应的输入功率，P_LOSS为升压变换器102c中的功率损失。升压变换器102c中的功率损失通过寄生电阻134、136、138(分别表示为R_COIL、R_DOWN和R_UP)来耗散。升压变换器102c的输入功率是到升压变换器102c的输入电压(V_IN)与输入电流之积。注意，输入电压源可以建模为假设具有零串联电阻。也就是，电压源的最终寄生电阻被包括在R_COIL中，因为它们串联连接。到升压变换器102c的输入电流整个流过电感122(及其相关联的电感电阻134)并且在本文中表示为I_COIL。因此，升压变换器102c的输出功率可以表示为：

由于通过电感122的电流在占空比(表示为D)的第一部分期间通过第一开关126及其相关联的第一开关电阻136，所以第一开关电阻136耗散的功率被D缩放。类似地，第二开关电阻138耗散的功率被互补值1-D缩放。

想要使输出功率最大化的占空比。当其相应导数具有零值时，输出功率最大化，如本文中所描述的。

图4示出了针对寄生电阻134、136、138以及负载116a的电阻的各个值的升压变换器102c的输出电压的图402-408。在特定图402中，示出了如下升压变换器的输出电压，其输入电压为1伏特(V)、电感电阻134为50毫欧(mΩ)、第一开关电阻136为150mΩ、第二开关电阻138为250mΩ、负载电阻为16欧姆(Ω)、并且电容器124电容为4微法拉(μF)。图404示出了如下升压变换器的输出电压，其输入电压为1V、电感电阻134为400mΩ、第一开关电阻136为320mΩ、第二开关电阻138为520mΩ、负载电阻为16Ω、并且电容器124电容为4μF。图406示出了如下升压变换器的输出电压，其输入电压为1V、电感电阻134为1Ω、第一开关电阻136为320mΩ、第二开关电阻138为520mΩ、负载电阻为16Ω、并且电容器124电容为4μF。图408示出了升压变换器的输出电压，其中输入电压为1V、电感电阻134为1Ω、第一开关电阻136为320mΩ、第二开关电阻138为520mΩ、负载电阻为8Ω、并且电容器124电容为4μF。

从图402-408可知，存在在其处使升压变换器102c输出最大电压的临界占空比D_CRIT。在高于临界占空比的占空比中，存在负增益区域。在负增益区域中，增加占空比导致降低升压变换器102c的输出电压。

为了确定临界占空比，将升压变换器102c的输出功率关于输入电流求微分，并且使其等于0。因此：

求得使输出功率最大化的输入电流为：

给定等式(4)的输入电流，在等式(2)中被表示为的功率损失被确定为：

另外，输出功率V_INI_COIL-P_Loss被确定为：

升压变换器102c的功率损失项和输出功率项相同。因此，推导出，升压变换器102c的输出功率在其与升压变换器102c的功率损失相同时被最大化。

升压变换器102c的输出功率可以在输入电流方面被表示为P_OUT＝I_COIL(1-D)V_OUT。通过使得输出功率项与等式(2)的功率损失项相等，获得以下相等关系：

P_LOSS＝P_OUT等式(7)，

有利地，消除了I_COIL的平方。等式(7)还可以表示为：

因此，跨当电感电阻134、第一开关电阻136和第二开关电阻138的平均电压之和与按照占空比的互补周期(1-D)缩放后的平均输出电压相同时，升压变换器102c的输出功率被最大化。等式(8)中表示的各种电压可以被感测，并且占空比可以从0到1被修改，以便获得具有满足等式(8)的相等关系的感测电压的输出功率最大化占空比。

图5示出了耦合到电压感测级105b的升压变换器102c。电压感测级105b包括四个电压感测子级140a-146a。每个电压感测子级140a-146a感测等式(8)的相应电压项。电压感测子级140a-146a可以是可以感测跨相应寄生电阻的平均电压以及输出电压的RC滤波器。另外，电压感测子级140a-146a可以包括按照互补周期1-D缩放电压所必需的缩放电路。

第一电压感测子级140a感测跨电感122的平均电压，并且因此感测跨电感电阻134的平均电压。第二电压感测子级142a感测跨第一开关电阻136的平均电压，第三电压感测子级144a感测跨第二开关电阻138的平均电压。第四电压感测子级146a感测在输出电压仅在占空比的第二周期上被提供的情况下的平均输出电压。

第一电压感测子级140a耦合在输入端子120与中间节点130之间。第二电压感测子级142a耦合在中间节点130与接地节点132之间。第三电压感测子级144a耦合在中间节点130与输出端子118之间。第四电压感测子级146a耦合在输出端子118与接地节点132之间。电压感测子级140a-146a可以是如本文中所描述的电阻电容(RC)滤波器。另外，电压感测子级还可以包括电压缩放级。如果感测电压被假定为仅在占空比的一个周期上被提供，则电压缩放级被包括在电压感测子级中。例如，第四电压感测子级146a具有电压感测级，因为其感测(1-D)V_OUT(即输出电压在时间上被求平均并且仅在占空比的第二周期上被提供)。

图6示出了根据实施例的耦合到电压感测级105c的升压变换器102c。电压感测级105c包括多个电压感测子级140b-146b。每个电压感测子级140b-146b包括RC滤波器并且分别包括分别串联耦合的电阻150-156以及电容160-166。除了串联耦合的电阻156和电容166，第四电压感测子级148b还包括第二周期电压缩放级168。第二周期电压缩放级168仅在占空比的第二周期上激活输出电压。第四电压感测子级148b的RC滤波器感测在仅在占空比的第二周期上提供输出电压的情况下的平均电压。

第二周期电压缩放级168包括两个开关：耦合在输出端子118与中间节点174之间的第一开关170以及耦合在中间节点174与接地节点132之间的互补开关172。第一开关170可操作以在占空比的第二周期(断开周期)期间切换到导电状态并且在占空比的第一周期(接通周期)期间切换到非导电状态。第二开关172具有互补的第一开关170的反转状态。第四电压感测电路148b的RC滤波器171耦合在中间节点174与接地节点132之间。第四电压感测电路148b的RC滤波器171感测在仅在占空比的第二周期上提供输出电压的情况下的平均电压。使用电压感测子级140b-146b感测的电压跨子级的相应电容器160-166来读取。

图7示出了耦合到动态占空比限制器106c的参考图5描述的电压感测级105b。电压感测级105b包括多个电压感测子级140a-146a。动态占空比限制器106c包括加法器176和比较器178。

第一、第二和第三电压感测子级140a-144a的输出耦合到加法器178的输入。加法器178的输出以及第四电压感测子级146a的输出分别耦合到比较器178的输入。

第一、第二和第三电压感测子级140a-144a分别向加法器176输出感测电压。加法器176接收第一、第二和第三电压感测子级140a-144a的输出。加法器176将所接收的电压相加以到达等式(8)的右侧的项。加法器176向比较器178输出和。第四电压感测子级146a输出表示等式(8)的左侧的项的输出电压。比较器178将第四电压感测子级146a的输出与加法器176的输出相比较。比较器178输出电压之间的差值。该差值用于限制升压变换器102c的占空比的变化。

等式(8)的输出功率最大化相等关系需要感测四个电压，这需要使用四个电压感测电路。已知跨电感电阻134的电压(I_COILR_COIL)可以表示为占空比的第一周期期间跨电感电阻134的电压(DI_COILR_COIL)与占空比的第二周期上跨电感电阻134的电压((1-D)I_COILR_COIL)之和，则等式(8)可以重写为：

(1-D)V_OUT＝DI_COILR_COIL+(1-D)I_COILR_COIL+DI_COILR_DOWN++(1-D)I_COILR_UP

等式(9)。

在相等关系的相对侧聚集D项和1-D项，等式(9)可以重写为：

(1-D)(V_OUT-I_COILR_COIL-I_COILR_UP)＝D(I_COILR_COIL+I_COILR_DOWN)

等式(10)。

每个等式(10)，仅需要感测两个电压并且将其相比较以获得占空比最大化输出功率。

图8示出了根据实施例的耦合到电压感测级105d的升压变换器102c。电压感测级105d包括第一电压感测子级180和第二电压感测子级182。第一电压感测子级180包括第一RC滤波器184、第一周期电压缩放级186和第二RC滤波器188。第二电压感测子级182包括电压求和级190、电压减法级192、第二周期电压缩放级194和第三RC滤波器196。

在第一电压感测子级180中，第一RC滤波器184耦合在输入端子120与中间节点130之间。第一周期电压缩放级186耦合到第一RC滤波器184，并且第二RC滤波器188耦合到第一周期电压缩放级186。

在第二电压感测子级182中，电压求和级190耦合到第一电压感测子级180的第一RC滤波器184和升压变换器102c的输出端子118二者。电压减法(反转)级192耦合到电压求和级190和升压变换器102c的输出端子118。第二周期电压缩放级194耦合到电压减法级192和升压变换器102c的接地节点132。第三RC滤波器196耦合到第二周期电压缩放级194和升压变换器102c的接地节点132。

第一电压感测子级180用于感测表示等式(10)的右侧的电压，第二电压感测子级182用于感测表示等式(10)的左侧的电压。感测电压然后被比较并且用于限制升压变换器102c的占空比的变化，如本文中所描述的。

特别地，第一RC滤波器184感测跨电感电阻134的电压。第一周期电压缩放级186在电压仅在占空比的第一周期上被提供的情况下缩放电压。第二RC滤波器188感测表示等式(10)的右侧的缩放后的电压。

在第二电压感测子级182中，电压求和级190对跨第二开关电阻138和电感电阻134的电压求和。电压减法级192从输出电压中减去求和电压。第二周期电压缩放级194缩放仅要在占空比的第二周期上提供的电压减法级192的输出。第三RC滤波器196感测被第二周期电压缩放级194缩放后的电压。由第三RC滤波器196感测的电压表示等式(10)的左侧。RC滤波器的电阻和电容值可以被选择为使得RC滤波器的截止频率低于主切换频率。

第一RC滤波器184包括与在其之间的第一节点204串联耦合的第一电阻198和第一电容202。第一周期电压缩放级186包括与在其之间的第二节点210串联耦合的第一开关206和第二开关208。第一开关206是第一周期开关(其在占空比的第一周期处于导电状态并且在占空比的第二周期处于非导电状态)。相反，第二开关208是第二周期开关(其在占空比的第二周期处于导电状态并且在占空比的第一周期处于非导电状态)。

第一开关206耦合到第一RC滤波器184的第一节点204和第二节点210。另一方面，第二开关208耦合到第二节点210和第三节点212。第三节点212可以是接地节点。

第二RC滤波器188耦合在第二和第三节点210、212之间。第二RC滤波器包括与在其之间的第四节点218串联耦合的第二电阻214和第二电容216。第一电压感测级184的感测电压跨第二电容216被感测(即第三和第四节点212、218之间的电压差)。

转向第二电压感测子级182，电压求和级190包括第一和第二开关220、222以及第一电容224。第一和第二开关220、222是第二周期开关。第一开关220耦合在第一电压感测子级180的第一节点204与电压求和级190的第一节点226之间。第二开关222耦合在输出端子118与电压求和级190的第二节点228之间。另一方面，第一电容224耦合在第一节点226与第二节点228之间。第一电容224存储由电压求和级190求和的电压。

电压减法级192包括第三和第四开关230、232以及第二电容234。第三和第四开关230、232是第一周期开关。第三开关230耦合在电压求和级190的第一节点226与升压变换器102c的输出端子118之间。第四开关232耦合在电压求和节点190的第二节点228与第三节点236之间。第二电容234耦合在第三节点236与输出端子118之间。第二电容234存储作为升压变换器102c的输出电压与第一电容224中存储的电压之间的差值的电压。

第二周期电压缩放级194包括与在其之间的第四节点242串联耦合的第五和第六开关238、240。第五开关238是第二周期开关，而第六开关240是第一周期开关。第五开关238耦合在第三节点236与第四节点242之间。第六开关240耦合在第四节点242与接地节点132之间。

第三RC滤波器196与第六开关240并联耦合，使得使用第三RC滤波器196感测的电压以互补占空比被缩放。第三RC滤波器196包括与在其之间的中间节点248彼此串联耦合的第三电阻244和第三电容246。第三RC滤波器196耦合在第四节点248与接地节点132之间。由等式(10)的左手侧表示的电压可以跨第三电容246被感测(即在中间节点248与接地节点132之间)。

电压求和级190在第二周期上对跨电感电阻134和第二开关电阻138二者的电压求和，并且将和存放在第一电容224中。在第一周期期间，电压减法级192在第二电容234中存储与第一电容224中存储的电压相同的电压。

第二周期电压缩放级194按照互补占空比(1-D)对第二电容器234中存储的电压进行缩放。第三RC滤波器196感测通过第二周期电压缩放级194被缩放的电压。注意，第一电压感测子级180的开关206、208以及第二电压感测子级182的开关220、222、230、232、238、240与升压变换器102c的第一开关126和第二开关128类似地被控制。第一和第二电压感测子级180、182的开关可以由参考图1描述的脉冲宽度调制器102a根据用于操作升压变换器102c的占空比来控制。第一周期开关126、206、230、232、240在占空比的第一周期中闭合并且在第二周期中断开。相反地，第二周期开关128、208、220、222、238在占空比的第二周期中闭合并且在第一周期中断开。

在实施例中，第二电压感测子级182可以包括执行由电压求和和减法级190、192执行的对电压的求和和减法。

图9示出了根据实施例的耦合到电压感测级105e的升压变换器102c。与参考图8描述的相似的图9的元件具有相同的附图标记。电压感测级105e包括第一电压感测子级180和第二电压感测子级250。第二电压感测子级250包括电压求和和减法级252、第二周期电压缩放级194和第三RC滤波器196。

电压求和和减法级252在其输入处耦合到第一电压感测子级180和输出端子118。电压求和和减法级252的输出耦合到第二周期电压缩放级194。第三RC滤波器196耦合到第二周期电压缩放级194。

电压求和和减法级252从升压变换器102c的输出端子119接收输出电压。电压求和和减法级252还从第一电压感测子级180接收仅在占空比的第二周期上供应的作为输出电压、跨电感电阻134的电压降和跨第二开关电阻138的电压降之和的电压。电压求和和减法级252每个等式(10)根据需要确定输出电压与跨电感电阻134和第二开关电阻138的电压降的和之间的差值。电压求和和减法级252向第二周期电压缩放级194输出所确定的电压。第二周期电压缩放级194在电压仅在第二周期上被供应的情况下缩放电压。第三RC滤波器196感测由第二周期电压缩放级194缩放的电压。

电压求和和减法级252包括作为第二周期开关的第一开关254、第一电阻256、第二电阻258、第一电容260和运算放大器262。第一开关254耦合在第一RC滤波器184的第一节点204与电压求和和减法级252的中间节点264之间。第一电阻256耦合在中间节点264与运算放大器262的反相输入之间。第一电容260耦合在中间节点264与运算放大器262的非反相输入之间。运算放大器262的非反相输入还耦合到升压变换器102c的输出端子118。第二电阻258耦合在运算放大器262的反相输入与运算放大器262的输出之间。运算放大器262的输出耦合到第二周期电压缩放级194。特别地，运算放大器的输出耦合到第二周期电压缩放级194的第五开关238以便提供运算放大器262的输出电压用于缩放。

运算放大器262的非反相输入接收升压变换器102c的输出电压。另一方面，电压求和和减法级252的中间节点264接收作为输出电压、跨第二开关电阻138的电压降和跨电感电阻134的电压降之和的电压。跨电容的电压降与跨电感电阻134和第二开关电阻138的电压降之和相同。因此，运算放大器262的非反相输入接收升压变换器102c的输出电压。运算放大器262的反相输入接收跨电感电阻134和第二开关电阻138的电压之和。运算放大器262输出表示在没有电压缩放的情况下等式(10)的左侧项的电压。

如参考图8所描述的，第二周期电压缩放级194和第三RC滤波器196的组合用于感测表示等式(10)的左侧项的电压。注意，通过电阻256、258的电流可以非常低(例如接近零)，其可以通过非常大的电阻256、258来获得。

图10示出了根据实施例的耦合到反馈控制器106b的动态占空比限制器106d。动态占空比限制器106d和反馈控制器106b可以是反馈级(诸如参考图1描述的反馈级101)的部分。动态占空比限制器106d的输入分别耦合到参考图8和9描述的电压感测级105d、105e(未示出)的输出。动态占空比限制器106d的输出耦合到反馈控制器106b的输出。反馈控制器106b的输出可以耦合到脉冲宽度调制器(未示出)(诸如参考图1描述的脉冲宽度调制器112a)的输入。

占空比限制器106d包括第一放大器266、第二放大器280、第一、第二、第三和第四电容268-274以及第一和第二电阻276、278。可以是运算跨导放大器的第一放大器266的输出端子耦合到第二放大器280的非反相输入端子。有利地，放大器266的输入呈现非常高的(理想情况下为无限的)输入阻抗。类似地，放大器280的输出呈现非常低的(理想情况下为零的)输出阻抗。第一电容268在第一放大器266的输出端子与接地节点282之间串联耦合到第一电阻276。第二电容也耦合在第一放大器266的输出端子与接地节点282之间。第一放大器266具有用于接收感测电压并且将感测电压相比较的两个电压输入节点，如本文中所描述的。另外，第一放大器266具有用于接收偏置电流的偏置电流输入节点。

第三电容272耦合在第二放大器280的反相输入与接地节点282之间。第二电阻278和第四电容274二者在第二放大器280的反相输入与第二放大器280的输出之间关于彼此并联耦合。

动态占空比反馈控制器106b包括分压器(具有第一和第二分压电阻286、288)、第一和第二RC电路290、292、运算放大器294和电压限制器296。第一RC电路290包括第一电阻304和第一电容306，第二RC电路292包括第二电阻308和第二电容310。

分压器284耦合在升压变换器的输出端子(诸如本文中所描述的升压变换器102c的输出端子118)与接地节点302之间，接地节点302可以连接到接地。第一和第二分压电阻286、288二者均耦合至其的分压器284的中间节点298耦合至运算放大器294的反相输入。

第一RC电路290耦合在输出端子118与运算放大器294的反相输入之间，第二RC电路292耦合在运算放大器294的反相输入与电压限制器296的输出之间。运算放大器294的非反相输入耦合到供应参考电压的参考电压节点312。另外，运算放大器294的输出耦合到电压限制器296的第一输入。电压限制器296的第二输入耦合到占空比限制器106d的输出。电压限制器296的输出可以耦合到脉冲宽度调制器(诸如参考图1描述的脉冲宽度调制器112a)的输入。

在占空比限制器106d中，可以是如本文中所描述的运算跨导放大器的第一放大器266是压控电流源。第一放大器266在其电压输入处分别接收电压感测级(诸如参考图8和9描述的电压感测级105d、105e)感测的电压。例如，如参考图8所描述的，第一放大器266的第一电压输入可以耦合到节点248，第一放大器266的第二电压输入可以耦合到节点218。因此，第一放大器266的第一电压输入接收用等式(10)的左侧项表示的电压，而第一放大器266的第二电压输入接收用等式(10)的右侧项表示的电压。第一放大器266将电压相比较并且在其输出处输出表示电压之间的差值的电流。第一放大器266的传输函数是第一电阻276以及第一和第二电容268、270的函数。

第二放大器280具有作为第三和第四电容272、274以及第二电阻174的函数的传输函数。还产生了限制器296所需要的“低阻抗”输出。第二放大器280在其非反相输入处接收第一放大器266的输出。可以操作为导数级的第二放大器280输出表示达到临界占空比所需要的占空比的变化的电压。如果要限制占空比，则第二放大器280的输出限制输出电压V_ERROR的值。当向脉冲宽度调制器供应这一最大电压时，升压变换器以临界占空比操作。如果升压变换器102c已经在临界占空比操作，则期望到第一放大器266的电压输入相同。因此，第二放大器280输出的最大电压差为V_ERROR。

转向反馈控制器106b，分压器284将输出电压缩放为参考电压。例如，如果参考电压为1V并且生成电压想要是3V，则第一和第二分压电阻286、288的电阻值的比率可以是二比一。运算放大器294在其非反相输入处接收参考电压并且在其反相输入处接收缩放后的输出电压。运算放大器294在其输出处输出参考电压与输出电压之间的差值。如果升压变换器102c的输出电压符合参考电压(即在被分压器284缩放时与参考电压相同)，则运算放大器294的输出在零与正电源电压之间的某处并且占空比不变。相反，如果缩放后的输出电压的输出小于参考电压，则运算放大器294输出电压差。电压差表示使缩放后的输出电压与参考电压相同所需要的占空比的增加。

电压限制器296在其第一输入处接收运算放大器294输出的电压差。电压限制器296还在其第二输入处接收来自占空比限制器106d的最大电压差。电压限制器296在其输出处输出等于294的输出电压但是通常低于(被限制为、被钳位为)280的输出V_{ERROR_MAX}的电压。电压限制器296将其输出提供给脉冲宽度调制器(未示出)。电压限制器296将电压V_ERROR限制为放大器280的最大电压。因此，占空比没有被脉冲宽度调制器增加为超过临界占空比。

可以组合以上描述的各种实施例以提供另外的实施例。可以鉴于以上详述的描述对实施例做出这些和其他变化。总之，在以下权利要求中，所使用的术语不应当被理解为将权利要求限制为本说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应当被理解为包括所有可能的实施例连同这样的权利要求被授权的等同方案的整个范围。因此，权利要求不受本公开的限制。