从电流环路不稳定中恢复的方法与流程

本发明总的来说涉及开关稳压器，更具体地，涉及用于开关稳压器的最大电流阈值控制的方法、电路和系统，其保持稳定性并减少开关稳压器的正常开关操作中的中断的发生。

背景技术：

稳压器从不易调节或波动的电压源向负载提供调整后的输出电压。开关稳压器不从电压源向负载提供连续电流，而是从电压源向负载提供电流脉冲。稳压器包括耦合至负载的开关电路，该开关电路通常包括至少一个功率晶体管，并且该开关电路被控制为交替地在电感元件中存储电能量以及从电感元件中释放电能量。存储在电感元件中以及从电感元件中释放的电能量被用于生成提供给负载的调整后的输出电压。

开关电路具有开关循环sc，该开关循环sc包括开关电路接通的部分以及开关电路断开的部分。当开关电路接通时，来自电压源的能量被存储在电感元件中，以及当开关电路断开时，从电感元件释放能量。稳压器的占空比d被定义为开关电路接通的开关循环的一部分，并且通过开关电路接通的时间除以开关循环的周期来给出。开关稳压器控制占空比d，从而调整负载或提供给负载的输出电压。

开关稳压器通常包括用于控制稳压器的操作的两个控制环路。电压控制环路响应于输出电压的值生成控制电压，而内电流控制环路基于控制电压调整流过电感元件的峰值电流。术语电感元件和电感器在本说明书中互换使用以表示任何适当类型的电感电路，诸如单个电感器、多个电感器、变压器等。通过电流控制环路实施的这种电流模式控制通常检测通过电感器的峰值电流并且在电流达到该峰值电流时 断开开关电路。

当峰值电流模式用于控制开关稳压器的操作时，如本领域技术人员所理解的，当稳压器的占空比d超过50％(即，.5)时，由于次谐波振荡，在稳压器的操作中固有地存在不稳定性。由于这种固有的不稳定性，当占空比d超过50％时，用于峰值电流模式控制的电流阈值具有作为通过电感器的电流和补偿信号的函数的值。该补偿信号具有与每个开关循环通过电感器的电流的变化率相关的变化率或斜率，因此相应地称为斜率补偿。

除了刚刚描述的峰值电流模式控制之外，开关稳压器的电流控制环路还包括电流限制控制，如果通过电感器的电流超过最大电流阈值则控制开关。这用于在通过电感器的电流超过该最大电流阈值时保护电感器和稳压器免受损伤。例如，大电感器电流将导致由开关稳压器驱动的过负载条件，诸如在负载两端发生短路。这种最大电流阈值的传统方法是对于多个开关循环，在每个开关循环中检测电感器电流是否超过最大电流阈值，如果是，则执行稳压器的重启。

重启包括稳压器的开关操作被终止、随后跟随稳压器的“软启动”的时间周期。该软启动是稳压器的操作模式，其在重启期间控制流入稳压器的电流以防止相对较大的电流在重启期间流动。例如，在开关稳压器的重启期间，相对较大的电流可以需要来自不具有这种软启动操作模式的稳压器的输入电压源。软启动模式通过在软启动模式期间随时间逐渐增加通过电感器的允许电流限制来防止发生上述情况。

虽然这些传统方法利用包括操作的软启动模式的重启来执行最大电流阈值控制，但仍然存在不期望的结果。由于软启动而导致的一种不期望的结果是，这种操作的软启动模式占用相对较长的时间，因为被允许流过电感器的电流逐渐上升到其额定最大允许值。在该时间段的大部分期间，来自开关稳压器的输出电压没有如期望般被调整，因此会不期望地发生波动，这将不利地影响被稳压器驱动的负载中的电子电路的操作。这种重启的其他不期望的结果是，过负载条件期间的稳压器的特定部件中相对较高的功耗，这迫使特定的部件的尺寸超 大或者相应地增加相关散热器的尺寸。还可以使用已知为折返电流限制的技术(在过负载条件期间，随着输出电压的下降减小最大电流限制阈值)，但是本领域技术人员应该理解，这会导致稳压器的不可预期的操作。因此，需要一种在开关稳压器中执行最大电流阈值控制的改进技术。

技术实现要素：

本发明的一个实施例是一种控制开关稳压器的方法，包括：检测表示已经超过最大电感器电流阈值的电流限制事件。控制确定占空比并由此确定电感器电流的补偿电压，以减小电感器电流并消除电流限制事件的发生。该方法检测没有检测到电流限制事件的时间是否超过时间步长阈值。响应于该时间超过时间步长阈值，控制补偿电压以增加占空比并由此增加电感器电流。在一个实施例中，时间步长阈值是稳压器的整数个开关循环。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的包括最大电流(imax)控制电路的开关稳压器的功能框图和示意图，其中最大电流控制电路控制补偿电压以减少过电流事件的发生。

图2a是示出当发生引起imax事件的负载瞬变时图1的开关稳压器中的电感器电流中的次谐波振荡的示图。

图2b是示出当最大电流控制逻辑控制补偿电压且发生负载瞬变时图1的开关稳压器中的电感器电流中的次谐波振荡的消除的示图。

图3是示出在发生负载瞬变时的操作期间图1的开关稳压器和imax控制电路中的各种信号的信号定时图。

图4是示出在开关稳压器的操作期间由图1的imax控制逻辑生成的各种信号的更加详细的信号定时图。

图5是根据本发明实施例的包括含图1的开关稳压器的开关模式电源的电子设备的功能框图。

具体实施方式

图1是包括最大电流(imax)控制电路102的开关稳压器100的一个实施例的功能框图和示意图，其中imax控制电路102控制补偿电压vcn，从而在发生负载瞬变时减少过电流事件或电流限制事件以及开关稳压器的开关循环中断的发生。在操作中，imax控制电路102检测电流限制事件的发生，并控制补偿电压vcn的值以消除这种事件的发生而不中断开关电压转换器100的开关循环。当在特定数量的开关循环或者可编程时间量内没有检测到电流限制事件时，imax控制电路102控制补偿电压vcn以返回该电压并因此将开关稳压器100的操作电流返回为该操作电流的额定值。以下将更加详细地描述imax控制电路102的操作。以这种方式，imax控制电路102消除了当发生转换器的不稳定时中断转换器100的开关循环的需要。这消除了响应于这种不稳定的发生而断开和重启转换器的需要，从而避免了如前所述由于这种重启而固有的负面影响。

在以下描述中，结合所述实施例给出特定细节以提供对本公开的充分理解。然而，本领域技术人员应该理解，在不具有这些特定细节的情况下也可以实践其他实施例。此外，本领域技术人员将意识到，以下描述的示例性实施例不限制本公开的范围，还应该理解所述公开实施例的各种修改、等效和组合以及这些实施例的部件都落入本公开的范围内。包括比任何所述实施例的所有部件少的实施例也落入本公开的范围内，尽管下面没有详细描述。最后，以下没有详细示出或描述已知部件和/或处理的操作以避免不必要地模糊本公开。

在图1的示例性实施例中，开关稳压器100包括具有升压拓扑的开关电路104。开关电路104可以根据开关稳压器100的应用具有任何适当的拓扑，由此可以具有降压、降压-升压或其他适当的拓扑。开关电路104接收直流(dc)输入电压源vin，其可以对应于源于交流(ac)主电源(未示出)的整流dc电压。第一开关s1和第二开关s2串联连接在输出节点out和地之间，并且被交替激活以在电感 器l中存储来自输入电压源vin的电能以及从电感器l中去除电能。开关s1和s2是典型的功率晶体管，并且可以是任何适当类型的功率晶体管，其中针对图1的实施例中的开关示出了nmos功率晶体管。在输入电压源vin与相位节点ph(在串联连接的开关s1和s2的互连处限定该节点)之间，电感器l与感应电阻器rsns串联耦合。流过电感器l的电感器电流il还流过感应电阻器rsns，因此响应于该电流在感应电阻器两端存在的感应电压vsns具有表示流过电感器的电感器电流的值。

通过开关电路104中的开关s1和s2的开关，来自输入电压源vin的电能被存储在电感器l中，然后从电感器中去除以在输出节点out上生成输出电压vout以及提供给输出电路106的输出电流iout。输出电路106包括输出电容器cout，输出电容器cout过滤输出电压vout，使得该电压在开关稳压器100的正常操作状态期间具有基本恒定的值。负载108也被示为输出电路106的一部分并且对应于被开关稳压器100供电的电子电路。开关稳压器100向负载108提供输出电压vout和负载电流ild。负载100通常将对应于被开关稳压器100供电的一些种类的电子设备(诸如智能手机、平板计算机、膝上计算机或者一些其他类型的电子设备)中的电子电路。

在开关稳压器100的操作期间，开关电路104中的开关s1和s2通过施加给形成开关的两个nmos功率晶体管的对应栅极的栅极驱动信号vgd1和vgd2被脉宽调制。rs锁存器110具有输出q、qn，这两个输出通过驱动器112-1和112-2施加来分别生成栅极驱动信号vgd1和vgd2。时钟电路114生成提供给锁存器110的设置输入s的时钟信号clk。clk信号的每个上升沿设置锁存器110，表示锁存器驱动输出q为有效高，并且通过驱动器112-1施加该高输出以驱动栅极驱动信号vgd1为高，从而接通开关s1。输出qn被驱动为互补逻辑状态，即无效低，并且通过驱动器112-2施加该低输出以驱动栅极驱动信号vgd2为低，从而断开开关s2。在该状态下，锁存器110响应于clk信号的上升沿设置，电感器电流il流过感应电阻器rsns、 电感器l并接通开关s1，从而在电感器中存储电能。

锁存器110保持设置直到来自or门116的有效重置信号rst重置锁存器。当重置时，锁存器110驱动输出q为低，并且通过驱动器112-1施加该低输出以驱动栅极驱动信号vgd1为低，从而断开开关s1。同时，输出qn被驱动为高，并且通过驱动器112-2施加该高输出以驱动栅极驱动信号vgd2为高，从而接通开关s2。在该状态下，锁存器110响应于来自or门116的rst信号而重置，开关s1断开且开关s2接通，从而存储在电感器l中的电能使得输出电流iout通过开关s2流动至输出节点out，从而在输出电容器cout中存储能量并为负载108供电。

如刚刚所述，or门116激活rst信号以重置锁存器110，从而控制施加给开关s1和s2的经脉宽调制的栅极驱动信号vgd1和vgd2的占空比d。rst信号响应于来自pwm比较器118的成为有效高的pwm信号或者来自电流限制比较器120的成为有效高的电流限制信号cl而被激活。如以下更详细描述的，电流限制比较器120在通过电感器l的电感器电流il超过某最大电流阈值ilmax时激活cl信号，从而重置锁存器110并且分别断开开关s1和接通开关s2，从而终止从输入电压源vin提供电感器电流il。

如本领域技术人员所理解的，两个控制环路控制开关s1和s2的该脉宽调制以及开关稳压器100的总体操作：电压控制环路和电流控制环路。现在将简要描述这两个控制环路的操作。电压控制环路包括误差放大器122，如图1的示例性实施例所示，其通常为跨导放大器。误差放大器122在第一输入上接收具有由开关稳压器100的期望输出电压vout确定的值的参考电压vref。增益电路146生成反馈电压vfb，该反馈电压源于由稳压器100生成的实际输出电压vout。该vfb电压被提供给误差放大器122的第二输入。响应于这两个电压之间的差(vref-vfb)，误差放大器122在补偿节点cn上提供输出电流，从而生成提供给pwm比较器118的补偿电压vcn。以这种方式，误差放大器122生成提供给pwm比较器118的补偿电压vcn，并基 于由vfb表示的实际输出电压vout与由vref表示的期望输出电压之间的差来控制功率开关s1和s2的pwm开关。

电流控制环路包括电流感应放大器124，电流感应放大器124的输入横跨感应电阻器rsns耦合以接收感应电压vsns，感应电压vsns具有与通过电感器l的电感器电流il成比例的值。响应于vsns电压，电流感应放大器124生成与vsns电压成比例并从而与电感器电流il成比例的电流感应电压vcs，该vcs电压被提供给加法电路126的第一输入。加法电路126的第二输入接收来自斜率补偿电路128的斜率补偿信号vslc，并将该斜率补偿信号与电流感应电压vcs相加以生成提供给pwm比较器118的一个输入的电流控制信号vcl。在操作中，斜率补偿电路128响应于来自时钟电路114的clk信号生成斜率补偿信号vslc。如本领域技术人员理解的，斜率补偿信号vslc理想地具有等于电流感应电压vcs的向下斜率的斜率，这表示通过电感器l的电感器电流il的向下斜率。以这种方式，斜率补偿信号vslc消除了如前所述会在占空比d超过50％时发生的电感器电流il中的次谐波振荡。当稳压器100的占空比d小于50％时，操作内在是稳定的，因此斜率补偿电路128仅需要在占空比超过50％时提供斜率补偿信号vslc，但是斜率补偿电路通过斜率补偿信号开始提供斜率补偿的特定占空比可以变化。通常在占空比大于约30％(即，0.3)时提供斜率补偿，但是这些斜率补偿还可以从开关循环的开始处引入，因此也可以在占空比小于.3时引入。在稳压器100的一个实施例中，斜率补偿电路128从开关循环的开始处提供斜率补偿信号vslc，因此与稳压器的所有占空比无关。本领域技术人员应该理解，通常使用斜率补偿来防止开关稳压器操作中和开关稳压器100中的不稳定性，并且为了简化，这里不再详细描述斜率补偿电路128的操作。

如前所述，开关稳压器100包括电流限制比较器120，电流限制比较器120在通过电感器l的电流il超过某最大电流阈值ilmax时激活电流限制信号cl。以这种方式，电流限制比较器120检测过电流或电流限制事件，并且有效cl信号对应于这种事件的发生。更 具体地，电流限制比较器120在一个输入上接收与电感器电流il成比例的电流感应电压vcs。参考电压发生器130向电流限制比较器120的另一输入提供具有表示最大电流阈值ilmax的值的最大电感器电流参考电压vilmax。在操作中，当电感器电流il超过最大电流阈值ilmax时，电流感应电压vcs超过最大电感器电流参考电压vilmax，并且电流限制比较器120激活电流限制信号cl，通过or门116施加该电流限制信号cl以重置锁存器110。如前所述，当锁存器110重置时，锁存器驱动输出q为低且驱动qn为高以分别断开开关s1和接通开关s2。开关s1和s2分别断开和接通使得存储在电感器l中的电能通过输出电流iout流过开关s2移除到输出节点out。以这种方式，电流限制比较器120通过限制流过电感器的最大电流ilmax来保护开关稳压器100中的电感器l和其他部件。

稳压器100的开关循环sc通过来自时钟电路114的clk信号的周期tsc来限定，因此开关循环sc对应于锁存器110响应于clk信号的连续上升沿被设置之间的时间。通过锁存器110在每个开关循环sc内重置时确定稳压器100的占空比d。因此，假设没有电流限制比较器120激活电流限制信号cl的过电流/电流限制事件，来自pwm比较器118的pwm信号在每个开关循环sc中控制锁存器110的重置，从而控制稳压器10的占空比d。如上面关于电流限制比较器120所描述的，术语“过电流事件”或“电流限制事件”用于描述通过电感器l的电感器电流il超过某最大允许电流阈值的情况的发生。

本领域技术人员应该理解开关稳压器100的整体操作，因此为了简化，这里不再详细描述该操作。简而言之，时钟电路114生成设置锁存器110的clk信号，闭合开关s1并断开开关s2，从而在电感器l中存储电能。然后，锁存器110通过来自pwm比较器118的pwm信号或者来自电流限制比较器120的电流限制信号cl来重置。重置锁存器110断开开关s1并闭合开关s2，使得存储在电感器l中的电能生成通过开关s2提供给输出节点out的输出电流iout，从而在 输出电路106上生成输出电压vout。当电感器电流il不超过最大电感器电流ilmax时，如开关稳压器100的正常操作期间的情况，通过pwm比较器118来控制锁存器110的重置，并且以这种方式，pwm比较器脉宽调制开关s1和s2。

如本领域技术人员理解的，开关稳压器100还可以包括用于控制稳压器的总体操作的附加控制电路(未示出)。例如，当稳压器首先上电时，控制电路通常以操作的启动模式来控制稳压器100，以限制并逐渐增加流入稳压器的电流，从而保护稳压器中的部件以及输入电压源vin。

如本领域技术人员理解的，斜率补偿使得通过电感器l的最大电流il在每个开关循环随着占空比d的增加而成比例地降低。这是不期望的，因为这防止稳压器100在较大占空比的条件下如其全电流供应水平下进行操作。不管在什么占空比d下，斜率补偿电路128开始通过vslc信号提供斜率补偿，通过电感器l的最大电流il将开始降低并且将低于稳压器100的允许操作水平。消除斜率补偿的这种不期望的效果的现有方法基于通过vslc信号提供的斜率补偿控制或调整补偿电压vcn的值。

不期望地影响开关稳压器100的操作和性能的另一种情况是过电流事件的发生。电流限制比较器120如前所述检测过电流事件。在连续开关循环上重复发生过电流事件当然会不利地影响开关稳压器的操作。例如，在这种情况下，电流限制比较器120将重置锁存器110，从而缩短稳压器100的占空比d而与输出电压vout的实际值无关，这样稳压器理想地保持在期望值。如前所述，处理这种过电流事件的通常方法是执行稳压器的重启，这会产生中断输出电压vout的调整的不利结果，并且需要稳压器的超大特定部件。

如现在更加详细描述的，在开关稳压器100中，imax控制电路102控制补偿电压vcn以减少过电流事件的发生以及开关稳压器100的开关循环中断(即，重启和软启动)的需求。imax控制电路102包括imax控制逻辑134，其接收来自电流限制比较器120的电流限 制信号cl并响应于电流限制信号生成n位补偿计数cc。该n位补偿计数cc被施加给数模转换器(dac)136，模转换器(dac)136生成模拟补偿控制节点电压vccn，该模拟补偿控制节点电压vccn的值基于补偿计数的值。该模拟补偿控制节点电压vccn确定补偿节点cn上的补偿电压vcn的值。

钳位器电路138接收来自dac136的模拟补偿控制节点电压vccn，并且钳位器电路基于模拟补偿控制节点电压驱动或“钳位”补偿电压vcn。在图1的实施例中，钳位器电路138包括运算放大器140，运算放大器140在反相输入上接收模拟补偿控制节点电压vccn并驱动耦合在补偿节点cn和地之间的nmos晶体管142。钳位器电路138的非反相输入还耦合至补偿节点cn，以这种方式，运算放大器140生成控制nmos晶体管142将补偿节点上的vcn电压驱动至来自dac136的模拟补偿控制节点电压vccn的值的输出。如本领域技术人员所理解的，当然也可以使用钳位器电路138的其他适当实施例。

如下面更加详细描述的，在操作中，imax控制逻辑134控制施加给钳位器电路138的vccn电压，从而在电流限制事件期间控制vcn电压。imax控制逻辑134通过将补偿计数cc的值调整到期望值并将该cc计数施加给dac136来进行操作，其中dac136又基于cc计数的值调整vccn电压。如以下也将更详细描述的，imax控制逻辑134将vccn电压以及从而将vcn电压设置为该电压可设置的最大值，而不会发生电流限制事件。当电流限制比较器120没有检测到电流限制事件时，imax控制逻辑134将cc计数以及从而将vccn电压设置为最大值，这使得运算放大器断开或者轻微地驱动nmos晶体管142，使得误差放大器122驱动cn节点来确定施加给pwm比较器118的vcn电压的值。

开关稳压器100还包括耦合在补偿节点cn和地之间的补偿网络144以有效地过滤在补偿节点上生成的vcn电压。在图1的实施例中，补偿网络144包括用于过滤vcn电压的串联连接的电阻器r和 电容器c。更具体地，通过误差放大器122提供补偿电流icn并且通过补偿网络144的rc部件有效整合，以在补偿节点cn上生成补偿电压vcn。如本领域技术人员所理解的，关于钳位器电路138，当然也可以使用补偿网络144的其他适当实施例。

现在将参照图2a和图2b更详细地描述imax控制逻辑134的操作以及imax控制电路102的整体操作。图2a是示出当发生引起补偿电压vcn突然增加从而试图迫使峰值电感器电流大于可允许最大电流imax值(如下面更详细描述的，这引起imax事件)的负载瞬变时，图1的开关稳压器100中的电感器电流il中的次谐波振荡的示图。图2b是示出当最大电流控制逻辑控制补偿电压并发生负载瞬变时消除图1的开关稳压器中的电感器电流的次谐波振荡的示图。在这些附图中的每一幅中，如下面更详细描述的，水平轴为时间，而垂直轴是稳压器100在操作期间的各种信号的电压。

图2a和图2b示出了在时间t0处发生负载瞬变lt的情况。这种负载瞬变可对应于图1的输出电路106的负载108中的变化，例如在负载是初始耦合至开关稳压器100的电子电路的情况下发生。在时间t0之前，通过误差放大器122控制补偿节点cn上的补偿电压vcn的值。这是在电流限制比较器120没有检测到电流限制事件并相应地驱动电流限制信号cl为无效时的稳压器100的正常操作期间的情况。

图2a示出了补偿电压vcn的值响应于负载瞬变lt在时间t0处开始快速改变的情况。然后，补偿电压vcn在图中所示的剩余时段内保持恒定，在此期间，钳位器电路138将补偿电压钳位到所示值。然后，误差放大器122将在图2a所示的时段之后再次控制vcn电压。因此，图2a示出了imax控制电路102不控制vcn电压的情况，并且通过传统钳位电路以传统方式控制该电压以示出会通过这种方法产生的不稳定性。在发生负载瞬变lt的时间t0之前，稳压器100在不具有电流限制事件的情况下正常操作。这通过图2a的信号定时图中所示的三个信号来示出。参照图1和图2a，图2a中的实线是补偿电压vcn，点线是从加法电路126输出的电流控制信号vcl，以及 短划线是从电流感应放大器124输出的表示通过电感器l的电感器电流il的电流感应电压vcs。如图所示，在时间t0之前，电流感应电压vcs是对应于通过电感器l的电感器电流il的斜坡波形，因为开关s1和s2在每个开关循环接通和断开。通过误差放大器122，补偿电压vcn保持在相对恒定的值。电流控制信号vcl是电流感应电压vcs加上斜率补偿信号vslc。这些信号vcn、vcl和vcs在时间t0之前如图2a所示是稳定的。

在时间t0处，发生负载瞬变lt，并且如图2a所示，电流感应电压vcs开始上升，因为电感器电流il响应于负载瞬变增加。补偿电压vcn也增加到图中所示的钳位或固定值。在时间t0之后，在图中可见由于增加的电流感应电压vcs加上斜率补偿信号vslc所导致的电流控制信号vcl的向上爬升。在时间t0之后，在图2a中对于vcs和vcl信号可见电感器电流il的不想要的次谐波振荡，因此可见电流感应电压vcs的不想要的次谐波振荡。因此，如果补偿电压vcn仅允许增加并钳位到恒定值，则响应于负载瞬变lt在开关稳压器100中会发生这些不想要的次谐波振荡。

图2b示出了imax控制电路102的操作，如现在参照图1和图2b更详细描述的，imax控制电路102响应于负载瞬变lt调整补偿电压vcn的值以提供开关稳压器100的稳定操作。再次，在发生负载瞬变lt的时间t0之前，稳压器100在没有电流限制事件的情况下正常操作。图2b中的实线也是补偿电压vcn，点线是电流控制信号vcl，以及短划线是电流感应电压。再次，在时间t0之前，电流感应电压vcs是对应于通过电感器l的电感器电流il的斜坡波形，因为开关s1和s2在每个开关循环接通和断开。再次，通过误差放大器122，补偿电压vcn保持在相对恒定的值，而电流控制信号vcl是电流感应电压vcs加上斜率补偿信号vslc。这些信号vcn、vcl和vcs在时间t0之前如图2b所示也是稳定的。

在时间t0处，发生负载瞬变lt，并且如图2b所示，电流感应电压vcs开始上升，正如图2a中电感器电流il响应于负载瞬变增 加。此外，响应于负载瞬变lt，补偿电压vcn如图2b所示初始增加到某最大值，其中通过由dac140输出的模拟补偿控制电压vccn来设置vcn的最大值。这是因为响应于负载瞬变lt，输出电压vout降低，这使得误差放大器122驱动补偿电压vcn为高直到钳位器电路138接通，从而将补偿电压限制或钳位到模拟补偿控制电压vccn的值(即，vcn＝vccn)。

随着电流感应电压vcs增加，然后超过最大电感器电流参考电压vilmax(即，表示电感器电流il超过电感器电流的最大可允许阈值)，电流限制比较器120激活电流限制信号cl，表示电流限制事件的发生。imax控制电路102响应于cl信号有效(即，响应于电流限制事件)而被激活，此后如图2b所示控制vcn电压来消除电感器电流il的次谐波振荡。更具体地，在发生负载瞬变lt的时间t0和时间t1之间，imax控制逻辑134减小施加给dac135的补偿计数cc，从而控制模拟补偿控制节点电压vccn的值。钳位器电路138将补偿节点cn上的vcn电压驱动至来自dac136的vccn电压。这是因为钳位器电路138中的运算放大器140驱动晶体管142以将其非反相输入处的vcn电压设置为其反相输入处的vccn电压。imax控制逻辑134持续递减cc计数直到来自dac的vccn电压使得钳位器电路138将vcn电压驱动至消除电流限制事件的发生的值为止，这刚好发生在图2b中的时间t1之后。在时间t1之后，在图2b中可见稳压器100的操作再次稳定，vcs和vcl电压具有与t0之前的稳定操作期间相同的形式，除了围绕新的较高平均电感器电流il，这是因为由负载瞬变lt引起稳压器100上的负载增加。

现在将参照图3和图4更详细地描述imax控制电路102的详细操作。图3是示出发生负载瞬变lt时的操作期间图1的开关稳压器100和imax控制电路102中的各种信号的信号定时图。图3在最下面的信号中再次示出了补偿电压vcn，其中该信号对应于图2b中的相同信号，其中负载瞬变lt发生在时间t0处并且刚好在时间t1之后再次发生稳压器100的稳定操作。图3中最上面的信号是由imax控 制逻辑134响应于电流限制信号cl生成的补偿计数cc，其中cl信号在图3中被示为接下来的信号。cl信号下方的接下来的两个信号是如上面参照图1讨论的施加给开关s1和s2的栅极驱动信号。这些驱动信号vgd1和vgd2示出了稳压器100的开关循环。如上所述，通过锁存器110被设置之间的时间来限定稳压器100的开关循环，同时通过在每个开关循环内何时重置锁存器110来确定占空比d，占空比d由此对应于每个开关循环的其中栅极驱动信号vgd1为有效高以接通开关s1的部分。

图3中的稳压器100的操作与图2b所示成镜像，除了图3额外示出了imax控制逻辑134的操作，其响应于由电流限制信号cl表示的电流限制事件而递减补偿计数cc。如更加详细描述的，栅极驱动信号vgd1和vgd2示出时间t0之前和时间t1之后的稳定操作期间以及时间t0和t1之间的时段期间的稳压器100的开关循环，在时间t0和t1之间的时段期间，imax控制逻辑134调整cc计数的值，从而调节vcn电压以消除电流限制事件的发生。

在时间t0之前，即在没有发生电流限制事件的稳压器100的正常操作期间，imax控制逻辑134向dac136提供最大补偿计数cc，这限制可在发生负载瞬变lt时在cn节点上生成的补偿电压vcn的最大值。在时间t0处的负载瞬变lt之后，imax控制逻辑134开始响应于由来自电流限制比较器120(图1)的cl信号表示的电流限制事件而递减cc计数。如图3所示，从时间t0到时间t1的每个开关循环中发生限流限制事件。在发生特定数量的电流限制事件之后(即，在cl信号的特定数量的脉冲之后)，imax控制逻辑134递减cc计数。将参照图4更详细地描述该操作。

如图3所示，在每次发生cl信号的特定数量的脉冲之后(即，在特定数量的电流限制事件之后)，imax控制逻辑134递减cc计数。提供给dac136的cc计数又生成vccn信号，该vccn信号如前所述设置补偿电压vcn。因此，可以看出在时间t0和t1之间，imax控制逻辑134随着vcn电压的降低而递减cc计数。在图3中示出 了cc计数的整数值，其中计数值在时间t0之前为15，然后在t0之后不久递减到14，然后递减到13，直到近似在时间t1处递减到9。如参照图2b在时间t1之后所讨论的，可以看出在时间t1之后，没有更多的cl信号脉冲出现，意味着没有发生更多的电流限制事件，并且稳压器100的操作再次稳定。

在控制cc计数以通过消除电流限制事件的发生来稳定稳压器100的操作之后，imax控制逻辑134将间或地递增cc计数以查看是否可以递增计数值而不导致电流限制事件的发生，这将在下面参照图4进行更加详细的描述。以这种方式，imax控制逻辑134设置cc计数，从而将cn节点上的最大允许电压vcn设置为不会导致电流限制事件的最大值。理想地，imax控制逻辑134将cc计数递增到某最大值，在图3的实例中最大值为15。vcn电压理想地保持在不会导致电流限制事件的最大值处，因为这然后确保稳压器100提供最大电感器电流il而不触发电流限制事件。imax控制逻辑134的操作还减少了由于电流限制事件而重启稳压器100的需要以及执行与这种重启和前面讨论的这些操作的不利后果相关联的相关软启动操作的需要。

图4是示出在开关稳压器100的操作期间由图1的imax控制逻辑134生成的各种信号的更加详细的定时图。在图4中示出了五个信号，其中一些是由imax控制逻辑134生成的内部信号。图4在图中的顶部和底部示出了相同的五个信号，其中沿着表示时间的水平轴，底部信号是顶部信号的继续。如现在更加详细解释的，垂直轴表示这些信号的不同信号的不同事项。

每个部分中最上面的信号是开关循环信号scs，其表示稳压器100的开关循环sc。如上所讨论的，稳压器100的开关循环sc通过clk信号的周期tsc以及开关s1和s2的相关开关来确定。图4中用于scs信号的每个向上的箭头都简单地表示稳压器100的开关循环sc的发生。开关循环信号scs下面接下来的信号是时间步长计数tsc，其表示操作期间由imax控制逻辑134使用的时间步长阈值或 简单的时间步长ts期间的开关循环sc的发生。时间步长ts是针对imax控制逻辑134的操作限定的可编程时间常数。在图4的实施例中，根据稳压器100的开关循环sc的整数n来限定时间步长ts。因此，时间步长ts＝(nxsc)。在图4的实例中，如图中的右上角所示，时间步长ts等于5个(即，n＝5)开关循环sc，但是在imax控制逻辑134的不同实施例中n当然可以变化。

通过使时间步长ts作为稳压器100的开关循环sc的函数，如果开关频率fs＝(1/tsc)改变，则imax控制逻辑134使用的时间步长ts的值相应变化。如上所述，clk信号的周期tsc限定稳压器100的开关循环sc。当开关频率fs改变时，将在给定的时间单位内发生或多或少的电流限制事件。通过使时间步长ts作为开关循环sc的函数，由imax控制逻辑134实施的算法根据开关频率fs而变化。这通常是期望的，因为这将保持被imax控制逻辑134使用的相同数量的电流限制事件，用于控制稳压器100而与稳压器的开关频率fs无关。然而，在其他实施例中，时间步长ts可编程或调整为与稳压器100的开关循环sc无关的期望值。因此，时间步长ts可以是恒定的，可以与开关频率fs无关地进行调整，或者可以是稳压器100的开关频率fs的函数。

在图4中，scs信号下面接下来的信号是时间步长计数tsc。imax控制逻辑134在稳压器100的每个开关循环sc期间递增时间步长计数tsc的值。如图4所示，imax控制逻辑134还响应于1)tsc计数达到最大值(其在图4的实例中为五(5))或2)如由电流限制信号cl的激活脉冲所表示那样检测到电流限制事件时，将tsc计数重置为1。在一个实施例中，imax控制逻辑134中的计数器(未示出)异步重置，从而将tsc计数重置为0，然后tsc计数在下一开关循环scs的开始处响应于开关时钟同步地递增到1。在tsc计数和cl信号之间示出时间步长ts完成信号tscs。tscs信号表示时间步长ts的发生，其发生在时间步长ts中包含的n个开关循环sc内没有电流限制事件(即，cl信号的脉冲)时。因此，在图4示 出时间步长ts的右上角，tsc计数通过imax控制逻辑134从1递增到5，然后当tsc＝5时，imax控制逻辑通过脉动该信号有效来激活tscs信号。因此，无论何时imax控制逻辑134生成tscs信号的脉冲，这都表示如cl信号所表示的在时间步长ts中包含的n个开关循环sc内没有电流限制事件。

图4还示出了由imc表示的最大电感器电流imax计数，其是由imax控制逻辑134生成的内部计数值。imax控制逻辑134响应于每个电流限制事件(即，cl信号的脉冲)将imc计数递增到某最大值。imax控制逻辑134响应于达到最大值(其在图4的实例中为三(3))的计数将imc计数重置为零(0)。此外，imax控制逻辑134还响应于tscs信号变为有效来重置imc计数，如前所述，这在n个开关循环sc内没有电流限制事件时发生。最后，图4中还示出了补偿计数cc，其是如前面参照图1讨论的由imax控制逻辑134生成的n位数字信号。imax控制逻辑134响应于imc计数达到最大值(在图4的实例中也为3)来递减补偿计数cc。此外，如下面更详细描述的，imax控制逻辑134还基于imc计数和tscs信号递增cc计数的值。

现在将参照图4更详细地描述imax控制逻辑134的整体操作，其控制补偿电压vcn以消除稳压器100的过电流或电流限制事件的发生而不需要稳压器的重启。在操作中，imax控制逻辑134检测在每个开关循环sc是否发生电流限制事件。再次，如上所述，电流限制事件表示通过电感器l的电感器电流il超过最大电流阈值ilmax。电流限制事件在图4中表示为电流限制信号cl的垂直线，并且在以下描述中，为了描述的方便，每个这样的电流限制事件都将简称为限流限制事件cl。

最初，刚好在时间t0之前，最大电感器电流计数imc为零，并且补偿计数cc具有值7(通过实例假设用于计数cc的初始值)。电流限制事件cl发生在时间t0并且响应于此，imax控制逻辑134将imc计数从0递增到1。以这种方式，imax控制逻辑134利用imc 计数来保持跟踪发生在稳压器100的操作的开关循环sc期间的电流限制事件cl的数量。此外，响应于时间t0处的电流限制事件cl，imax控制逻辑134将时间步长计数tsc重置为1。以这种方式，tsc计数被imax控制逻辑134用于跟踪没有发生电流限制事件cl的连续开关循环sc的数量。imax控制逻辑134在没有检测到电流限制事件cl的每个开关循环递增tsc计数，并且在检测到电流限制事件的每个开关循环sc将tsc计数重置为1。

在图4的实例中，在时间t1处，检测到另一电流限制事件cl并且响应于该电流限制事件，imax控制逻辑134递增imc计数至2并且将tsc计数重置为1。注意，在时间t0和t1之间，发生没有限流限制事件cl的开关循环sc，因此imax控制逻辑134在该间隔内将tsc计数递增至2。然后，响应于时间t1处的电流限制事件cl，tsc计数从2被重置为1。在时间t1之后，在接下来的两个开循环sc内没有电流限制事件cl，因此刚好在时间t2之前，imax控制逻辑134将tsc计数递增到2，然后到3。在时间t2处，imax控制逻辑134检测到另一电流限制事件cl，并且响应于该电流限制事件，控制逻辑将imc计数递增到3并且将tsc计数重置为1。

当imax控制逻辑134在时间t2处将imc计数递增到3时，控制逻辑还调整补偿计数cc的值并将imc计数重置为0。更具体地，imax控制逻辑响应于imc计数达到最大值3而递减补偿计数cc。如图4所示，cc计数从7递减到6。在图1的dac136中，该结果减小了由dac生成的模拟补偿控制节点电压vccn的值。该减小的vccn电压降低了提供给pwm比较器118的vcn电压，这将降低稳压器100的占空比d，试图降低通过电感器l的imax电流，从而消除电流限制事件cl的发生。imax控制逻辑134使用imc计数来跟踪cl事件的发生并递减补偿计数cc，从而当imc计数达到其最大值(在图4的实例中为3)时调整vccn电压。以这种方式，如以下更详细描述的，imax控制逻辑134使用cl事件的检测和imc计数来递减cc计数直到在设置数量的开关循环内消除cl事件为止， 其中该设置数量的开关循环对应于时间步长ts。

在时间t2处，如图4所示，随后检测到多个cl事件，并且imax控制逻辑134以与刚刚描述相同的方式递增imc计数并且重置或递增tsc计数，直到时间t3。在时间t3处，检测到另一电流限制事件cl，这是第三次发生这种事件，而没有五个连续开关循环sc不具有这种事件(即，在可编程时间步长ts没有结束之前发生cl事件)。响应于该电流限制事件cl，imax控制逻辑134递增imc计数至3并将tsc计数重置为1。作为imc计数等于3的结果，刚好在时间t3之后，imax控制逻辑134还将补偿计数cc的值从6递减至5并且将imc计数重置为0。新的较低补偿计数cc使得dac136(图1)再次减小模拟补偿控制节点电压vccn的值，从而减小提供给pwm比较器118的vcn电压并降低稳压器100的占空比d，仍然进一步试图降低通过电感器l的ilmax电流，从而消除电流限制事件cl的发生。

在时间t3之后，在时间t4处发生另一cl事件，并且imax控制逻辑134相应地重置imc和tsc计数。然而，在时间t4之后，没有发生cl事件直到时间t5，其中持续时间(t5-t4)对应于时间步长ts。因此，在时间t5处，imax控制逻辑134脉动时间步长ts来实现信号tscs为有效高，这将在时间t4处递增到1的imc计数重置回0。如下面更详细描述的，当如tscs信号的背靠背脉冲所表示的发生连续时间步长ts时，imax控制逻辑134递增cc计数的值。

响应于cl事件以及时间步长ts的完成时tscs信号的有效脉冲，imax控制逻辑134以刚刚描述的方式继续操作。以这种方式，imax控制逻辑134响应于cl事件的发生继续递减cc计数，试图消除这些cl事件。每当递减cc计数时，dac136(图1)再次减小模拟补偿控制节点电压vccn的值，从而减小提供给pwm比较器118的vcn电压并降低稳压器100的占空比d。降低占空比d来试图降低通过电感器l的ilmax电流，从而消除电流限制事件cl的 发生。

在时间t6处，发生cl事件，使得imc计数递增到1，然后在时间t7处发生的时间步长ts内没有检测到cl事件。因此，在时间t7处，响应于tscs信号的有效脉冲，imc计数被重置为0并且tsc计数重置为1。在时间t7之后，在时间t8处发生另一时间步长ts，并且时间t7-t8之间的第二时间步长是第二连续时间步长，表示在两个连续的时间步长内没有发生cl事件。结果，在时间t8处，imax控制逻辑134再次脉动tscs信号有效，使得tsc计数重置为1且imc计数重置为0(注意，imc计数已经在时间t8处具有值0)。此外，由于时间t8处tscs信号的这种有效脉冲表示第二连续时间长步长ts，所以imax控制逻辑134还在时间t8处递增cc计数的值。

在图4的实例中，imax控制逻辑134将补偿计数cc的值从4递增到5。新的较大补偿计数cc使得dac136(图1)增加模拟补偿控制节点电压vccn的值，从而增加提供给pwm比较器118的vcn电压并增加稳压器100的占空比d，试图将通过电感器ilmax电流增到更大值。以这种方式，当imax控制逻辑134确定不再发生电流限制事件cl时，控制逻辑试图增加占空比d，从而增加稳压器提供的通过电感器l的ilmax电流。以这种方式，通过电感器l的最大电感器电流ilmax不被设置为比防止发生电流限制事件cl所需的值更低的值。

在图4中，在时间t8之后发生两个cl事件，其中第二个发生在时间t9处，然后在时间t10处发生的时间步长ts内没有检测到进一步的电流限制事件。因此，如前所述，从t9到t10的时间对应于时间步长ts，并且在时间t10处，imax控制逻辑134脉动tscs信号有效，使得tsc和imc计数被分别重置为1和0。由于这仅仅是在时间t9处发生的最近的电流限制事件cl之后发生的第一时间步长ts，所以imax控制逻辑134不在时间t10处递增cc计数的值。在时间t10之后的时间t11处，发生另一时间步长ts，表示在该间隔内没有检测到电流限制事件cl。结果，在时间t11处，imax 控制逻辑134将补偿计数cc的值从5递增到6，因为这是没有检测到电流限制事件cl的第二连续时间步长ts。新的较大补偿计数cc使得在dac136(图1)中增加模拟补偿控制节点电压vccn的值，从而增加提供给pwm比较器118的vcn电压并增加稳压器100的占空比d，以进一步将通过电感器l的ilmax电流增加到较大的值。最后，在时间t12处，发生另一时间步长ts，表示在从t11到t12的间隔内没有检测到电流限制事件cl。注意，发生在时间t11和t12之间的该时间步长ts是没有检测到电流限制事件cl的第三连续时间步长。结果，如上所述，在时间t12处，imax控制逻辑134再次在此时将补偿计数cc的值从6递增到7，并且这将导致增加的占空比d以及由稳压器提供的ilmax电流。在操作中，在检测到第二连续时间步长之后，imax控制逻辑134在发生每个时间步长ts时将cc计数递增到某最大值。换句话说，在发生两个连续时间步长ts时，imax控制逻辑134开始递增补偿计数cc的值，并且将在发生随后的时间步长ts时该将补偿计数递增到最大值，只要没有检测到电流限制事件。在图4的示例性实施例中，两个后续的tscs事件或脉冲发生在补偿计数cc的第一递增之前，并且此后，每个tscs事件或脉冲都递增补偿计数cc。然而，imax控制逻辑134的这种具体功能是可编程的，因此与递增cc计数相关联的tscs事件的具体数量可以被调整来实现包括稳压器100中的imax控制电路102的控制环路的不同响应时间。

参照图1和图4，从imax控制逻辑134的上面描述可以看出，控制逻辑监控作为通过电感器l的电流il超过最大ilmax的结果而发生的电流限制事件cl。如果通过电感器l的电流il在最大阈值ilmax之上，则在每个开关循环sc确实生成最大电流或“电流限制”事件cl。imax控制逻辑134根据所检测的电流限制事件cl通过钳位器电路138来控制电流限制事件cl的钳位。在控制vcn电压值的过程中，imax控制逻辑134调整该电压的钳位值，试图退出稳压器100的环路不稳定性，其中不稳定性通常存在于当最大电流ilmax 超过允许电流时。通过降低补偿节点cn上的钳位电压vcn的值，可以实现稳压器100的稳定操作条件，其中不发生更多电流限制事件cl。在特定的时间量之后，稳压器100以稳定条件进行操作，表示不发生电流限制事件cl，imax控制逻辑134开始将钳位补偿电压vcn的值增加回其正常操作值。虽然这样做，但如果电流限制事件cl再次开始发生(il>ilmax)，则imax控制逻辑134将停止增加并且可以再次降低钳位补偿电压vcn，并且如果需要，则将稳压器100置于il不超过ilmax从而触发电流限制事件的稳定操作状态。imax控制逻辑134控制消除对中断稳压器100的开关循环的需要或者减少对对中断稳压器100的开关循环的需要，诸如如前所述在重启和软启动操作模式期间所发生的。如前所述，这消除了在稳压器操作期间由于开关循环的这种中断而导致的对稳压器100的操作的负面影响。

图5是根据本发明的一个实施例的电子设备500的功能框图，电子设备500包括开关模式电源502，电源502包括图1的开关稳压器100。开关模式电源502包括整流器电路504(诸如二极管桥)，其连接至主电源506。如本领域技术人员理解的，电磁干扰过滤器508连接在主电源506两端以抑制主电源上可能存在的不想要的噪声。整流器504整流来自电源506的过滤ac信号，并在电容元件c两端提供该整流信号以生成提供给开关模式稳压器100的输入电压vin。开关模式稳压器100如上参照图1至图4所述进行操作，以生成输出电压vout并将该输出电压提供给电子设备500中的电子电路510。

电子电路510的结构和功能当然将根据电子设备500的类型改变。在电子设备500例如是桌上型计算机的情况下，电子电路510将通常包括显示器、处理器、存储器、接口和电源管理电路。电源管理电路可以包含通过输出电压vout充电的电池。在其他实施例中，提供给稳压器100的输入电压vin可以从包含在电子电路510中的电池提供，稳压器然后根据该输入电压生成vout电压并提供输出电压来为电子电路中的其他电路供电。

上述各个实施例可以进行组合来提供进一步的实施例。在说明书中提到和/或在申请数据表中列出的所有美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开物都结合于此作为参考。可以修改实施例的方面，如果需要则采用各个专利、申请和公开的概念来提供又一些实施例。

可以根据上面的详细描述对实施例进行这些和其他改变。通常，在以下权利要求中，所使用的术语应该不将权利要求限于说明书和权利要求中公开的具体实施例，但是应该包括所有可能的实例以及权利要求所提到的等效物的全部范围。因此，权利要求不受本公开限制。