具有连续电流的共振切换调节器的制作方法

本发明一般来说涉及切换模式电力调节器，且特定来说涉及在高频率下以高效率进行操作的电力调节器。

背景技术：

当今，消费者可获得各种各样的电子装置。这些装置中的许多装置具有由经调节低电压dc电源供电的集成电路。这些低电压电源通常是由专用电力调节器电路产生，所述专用电力调节器电路使用来自电池或另一电源的较高电压输入。在一些应用中，专用电力调节器电路可为电子装置的最大电力耗散组件中的一者，且有时可占用比其供电的集成电路更大的空间。

随着电子装置变得更加复杂且更加紧凑，需要改进专用电力调节器电路的大小、性能及效率。增加电力调节器电路的切换频率是用以解决这些竞争性要求的主要设计进展中的一者。经增加切换频率会减小大型无源组件(例如，电容器及电感器)的大小且通常会减小所述大型无源组件的成本，同时还使得电力调节器能够对更快瞬态要求作出响应。增加切换频率的困难通常是与经增加切换循环数目相关联的经增加切换损耗(即，经降低效率)。需要减小电力调节器电路的大小且改进其效率的新方法以满足未来电子装置的需要。

技术实现要素：

在一些实施例中，一种电力转换电路包括：第一端子；第一固态开关，其具有一对第一开关端子及第一控制端子，其中所述对第一开关端子连接于所述第一端子与第一结之间。第二固态开关具有一对第二开关端子及第二控制端子，其中所述对第二开关端子连接于所述第一结与第二结之间。第三固态开关具有一对第三开关端子及第三控制端子，其中所述对第三开关端子连接于所述第二结与第三结之间。第四固态开关具有一对第四开关端子及第四控制端子，其中所述对第四开关端子连接于所述第三结与接地之间。电容器耦合于所述第一结与所述第三结之间，且电感器耦合于所述第二结与负载之间。控制器发射控制信号以分别通过所述第一控制端子、所述第二控制端子、所述第三控制端子及所述第四控制端子控制所述第一固态开关、所述第二固态开关、所述第三固态开关及所述第四固态开关，使得通过重复地进行以下操作而调节所述负载处的电压：(1)给所述电容器充电，从而导致所述电感器中的电流的增加后续接着所述电感器中的电流的减小；以及在所述电感器中的所述电流停止之前，(2)给所述电容器放电，从而导致所述电感器中的电流的增加后续接着所述电感器中的电流的减小；以及在所述电感器中的所述电流停止之前，重复(1)。

在一些实施例中，所述电力转换电路在(1)之前，在所述电感器中产生第一预通量条件。在各种实施例中，在所述第一预通量条件期间，所述第一固态开关及所述第二固态开关处于接通状态中。在一些实施例中，在(2)之前，在所述电感器中产生第二预通量条件。在各种实施例中，在所述第二预通量条件期间，所述第二固态开关及所述第四固态开关处于接通状态中。

在一些实施例中，在(1)中的所述电感器的所述电流的减小之后，所述第一固态开关、所述第三固态开关及所述第四固态开关处于接通状态中。在各种实施例中，在(2)中的所述电感器的所述电流的减小之后，所述第二固态开关、所述第三固态开关及所述第四固态开关处于接通状态中。在一些实施例中，当重复地执行(1)及(2)时，连续电流流动穿过所述电感器。

在一些实施例中，所述控制器允许所述电感器中的所述电流在(1)中停止，且作为响应而将所述第一固态开关及所述第四固态开关控制到接通状态中且将所述第二固态开关及所述第三固态开关控制到关断状态中。在各种实施例中，所述控制器响应于所述负载处的电压高于预定阈值电压而将所述第一固态开关及所述第四固态开关控制到接通状态中且将所述第二固态开关及所述第三固态开关控制到关断状态中。在一些实施例中，所述控制器允许所述电感器中的所述电流在(2)中停止，且作为响应而将所述第二固态开关及所述第三固态开关控制到接通状态中且将所述第一固态开关及所述第四固态开关控制到关断状态中。在各种实施例中，电路安置于包含所述负载的单件式半导体裸片上。

在一些实施例中，一种电力转换电路包括：第一端子；第一固态开关，其具有一对第一开关端子及第一控制端子，其中所述对第一开关端子连接于所述第一端子与第一结之间。第二固态开关具有一对第二开关端子及第二控制端子，其中所述对第二开关端子连接于所述第一结与第二结之间。第三固态开关具有一对第三开关端子及第三控制端子，其中所述对第三开关端子连接于所述第二结与第三结之间。第四固态开关具有一对第四开关端子及第四控制端子，其中所述对第四开关端子连接于所述第三结与接地之间。电容器耦合于所述第一结与所述第三结之间，且电感器耦合于所述第二结与负载之间。其中所述第一固态开关、所述第二固态开关、所述第三固态开关及所述第四固态开关通过重复地进行以下操作而调节所述负载处的电压：(1)给所述电容器充电，从而导致所述电感器中的电流的增加后续接着所述电感器中的电流的减小；以及在所述电感器中的所述电流达到第一电平之前，(2)给所述电容器放电，从而导致所述电感器中的电流的增加后续接着所述电感器中的电流的减小；以及在所述电感器中的所述电流达到第二电平之前，重复(1)。

在一些实施例中，所述第一电平及所述第二电平是大体上0安培。在各种实施例中，在(1)之前，在所述电感器中产生第一预通量条件。在一些实施例中，在(2)之前，在所述电感器中产生第二预通量条件。在各种实施例中，当重复地执行(1)及(2)时，连续电流流动穿过所述电感器。在一些实施例中，响应于所述负载处的电压高于预定阈值电压，所述控制器允许所述电感器中的所述电流在(1)中停止。在各种实施例中，所述第一固态开关、所述第二固态开关、所述第三固态开关及所述第四固态开关安置于单件式半导体裸片上，所述单件式半导体裸片附接到具有用于与电路板形成电连接的多个触点的衬底。

在一些实施例中，一种操作电力转换电路以将电力递送到负载的方法包括利用连接到第一端子的电力供应器将电力供应到所述电力转换电路。所述电力转换电路包括：第一固态开关，其具有一对第一开关端子及第一控制端子，其中所述对第一开关端子连接于所述第一端子与第一结之间。第二固态开关具有一对第二开关端子及第二控制端子，其中所述对第二开关端子连接于所述第一结与第二结之间。第三固态开关具有一对第三开关端子及第三控制端子，其中所述对第三开关端子连接于所述第二结与第三结之间。第四固态开关具有一对第四开关端子及第四控制端子，其中所述对第四开关端子连接于所述第三结与接地之间。电容器耦合于所述第一结与所述第三结之间，且电感器耦合于所述第二结与负载之间。所述第一固态开关、所述第二固态开关、所述第三固态开关及所述第四固态开关的接通及关断状态经控制，使得通过重复地进行以下操作而调节所述负载处的电压：(1)给所述电容器充电，从而导致所述电感器中的电流的增加后续接着所述电感器中的电流的减小；以及在所述电感器中的所述电流达到第一电平之前，(2)给所述电容器放电，从而导致所述电感器中的电流的增加后续接着所述电感器中的电流的减小；以及在所述电感器中的所述电流达到第二电平之前，重复(1)。

为了更好地理解本发明的本质及优点，应参考以下说明及附图。然而，应理解，所述图中的每一者是仅出于图解说明目的而提供，且并不打算作为对本发明的范围的限制的界定。此外，一般来说且除非从说明可知显然与此相反，其中不同图中的元件使用相同参考编号，元件通常在功能或目的上是相同的或至少类似的。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的含有电力调节器部分及负载部分的单件式裸片的示意图；

图2是已从图1中的示意图的电力调节器部分移除的切换调节电路的示意图；

图3是根据本发明的实施例的图2中的切换调节电路的重复切换序列的流程图；

图4是图2中所展示的处于根据图3中的流程图的特定开关配置中的切换调节电路的示意图；

图5是图2中所展示的处于根据图3中的流程图的特定开关配置中的切换调节电路的示意图；

图6是图2中所展示的处于根据图3中的流程图的特定开关配置中的切换调节电路的示意图；

图7是图2中所展示的处于根据图3中的流程图的特定开关配置中的切换调节电路的示意图；

图8是根据图3中的切换序列的图2的切换调节电路内的电压及电流的时序图；

图9是根据本发明的实施例的图3中的切换调节电路的重复切换序列的流程图；

图10是图2中所展示的处于根据图9中的流程图的特定开关配置中的切换调节电路的示意图；

图11是图2中所展示的处于根据图9中的流程图的特定开关配置中的切换调节电路的示意图；

图12是根据本发明的实施例的具有寄生元件的切换调节电路的示意图；

图13是根据本发明的实施例的图2中所展示的切换调节电路的示意图，所述切换调节电路具有耦合到具有一对开关的电路的附加电力供应器；

图14是根据本发明的实施例的图2中的切换调节电路的重复切换序列的流程图；

图15是根据图14中的切换序列的图2的切换调节电路内的电压及电流的时序图；

图16是包含“软制动(softbraking)”、根据图14中的切换序列的图2的切换调节电路内的电压及电流的时序图；

图17是利用可变计时器来控制预通量时间的方法；

图18是利用可变计时器来控制预通量时间的替代方法；

图19是根据本发明的实施例的为图2中的切换调节电路提供连续电流输出的重复切换序列的流程图；

图20是根据图19中的切换序列的图2的切换调节电路内的电压及电流的时序图；

图21是图2中所展示的处于根据图19中的切换序列的特定开关配置中的切换调节电路的示意图；

图22是图2中所展示的处于根据图19中的切换序列的特定开关配置中的切换调节电路的示意图；

图23是图2中所展示的处于根据图19中的切换序列的特定开关配置中的切换调节电路的示意图；

图24是图2中所展示的处于根据图19中的切换序列的特定开关配置中的切换调节电路的示意图；

图25是图2中所展示的处于根据图19中的切换序列的特定开关配置中的切换调节电路的示意图；

图26是图2中所展示的处于根据图19中的切换序列的特定开关配置中的切换调节电路的示意图；且

图27是根据本发明的实施例的图2中的切换调节电路的实例性切换序列的流程图。

具体实施方式

本发明的特定实施例涉及电力调节器电路。尽管本发明可用于各种各样的电力调节器电路，但本发明的一些实施例特定来说用于可在相对高频率及高效率下操作、使得电路能够邻近于其供电的负载而完全含纳于单件式集成电路(ic)装置上的电力调节器电路，如下文更详细地描述。

现在参考图1，图解说明集成于单件式ic装置上的电力调节器电路及负载的非限制性实例性框图。单件式ic100可具有整体地集成的电力调节器部分105及负载部分110。负载部分110可执行任何功能，所述功能包含但不限于中央处理单元、图形处理单元、应用程序处理单元、显示器驱动器或其它功能。可通过负载电阻器115示意性地图解说明负载部分110。

电力调节器部分105可经配置以从第一端子120接收输入电压且将经调节输出电压供应到负载115。电力调节器部分105可具有由一或多个外围电路操作及控制的切换调节电路125，如下文更详细地论述。

切换调节电路125可包括串联连接的四个固态开关、lc电路及输出电容器。更具体来说，可通过第一端子120为电力调节电路125供应dc电力。第一固态开关130具有分别连接于第一端子120与第一结135之间的一对第一开关端子133a、133b。第一固态开关130还可具有第一控制端子137，所述第一控制端子可用于使第一固态开关在接通状态与关断状态之间转变，如下文更详细地论述。

第二固态开关140具有分别连接于第一结135与第二结145之间的一对第二开关端子143a、143b。第二固态开关140进一步具有第二控制端子147。第三固态开关150具有分别连接于第二结145与第三结155之间的一对第三开关端子153a、153b。第三固态开关进一步具有第三控制端子157。第四固态开关160具有分别连接于第三结155与接地165之间的一对第四开关端子163a、163b。第四固态开关160进一步具有第四控制端子167。lc电路包含：电容器170，其连接于第一结135与第三结155之间；及电感器173，其连接于第二结145与负载115之间。在其它实施例中，电感器173可与电容器170串联。输出电容器175连接于电感器173与负载115之间且耦合到接地165。与电感器173、输出电容器175及负载115连接的输出节点176可用于监测切换调节电路125的输出电压(vout)。为便于识别起见，可在本发明通篇中使用标号m1、m2、m3及m4来分别识别第一固态开关130、第二固态开关140、第三固态开关150及第四固态开关160。在一些实施例中，电感器173可位于电容器170与节点135或节点155之间。

控制器经配置以从切换调节电路接收输入且控制固态开关的操作以提供大体上恒定输出，如下文更详细地论述。控制器180可利用控制线185(1)…185(4)来耦合到驱动器电路183，使得每一控制线控制一个固态开关的操作。在一个实施例中，控制器180可通过控制线185(1)…185(4)发射高控制信号及低控制信号以操作对应驱动器电路183。驱动器电路183可分别耦合到分别第一固态开关130、第二固态开关140、第三固态开关150及第四固态开关160的第一控制端子137、第二控制端子147、第三控制端子157及第四控制端子167。驱动器电路183可从控制器180接收命令且通过分别通过第一控制端子137、第二控制端子147、第三控制端子157及第四控制端子167发送信号而分别控制第一固态开关130、第二固态开关140、第三固态开关150及第四固态开关160的操作。驱动器电路183可具有其它功能，举例来说将控制电路的电压电平转换成用于驱动器的电压。

在一些实施例中，控制器180可通过分别控制第一固态开关130、第二固态开关140、第三固态开关150及第四固态开关160，通过重复地(1)给电容器170充电从而致使电流流入电感器173中及(2)给电容器放电从而致使电流流入电感器中而调节输出节点176处的电压，如下文更详细地论述。

在一些实施例中，可个别地或彼此组合地采用一或多个外围电路以帮助控制器180操作切换调节电路125。在一个实施例中，第一比较器187可从第一端子120连接到电容器170的第一侧181且经配置以比较相应电压电平。通过比较电压电平，第一比较器187可监测流动穿过第一固态开关130的电流(即，跨越比较器，零伏特等同于零电流流动穿过第一固态开关)。类似地，第二比较器190可连接于接地165与电容器170的第二侧191之间且经配置以检测流动穿过第四固态开关160的电流。因此，当第一固态开关130或第四固态开关160分别与电感器串联耦合时，第一比较器187及第二比较器190分别可用于监测流动穿过电感器173的电流，如下文更详细地描述。在一些实施例中，第一比较器187可连接于端子120与145之间以检测流动穿过开关130及140的电流(例如，以检测预通量电流)。在一些实施例中，第二比较器190可连接于端子145与165之间以检测流动穿过开关150及160的电流(例如，以检测软制动电流)。

在另一实施例中，第三比较器193可连接于第二结145与第一电压源194之间。在一个实施例中，第一电压源194可为接地连接(即，具有0伏特电位)。在一些实施例中，第一电压源194的电压电平可用于为控制器180形成时序偏移以适应开关致动延迟。第三比较器193可用于检测第二结145处的电压何时等效于第一电压源194的电压。类似地，第四比较器195可连接于输出节点176(vout)与第二电压源196之间，使得第四比较器195在检测到vout等效于第二电压源时，通知控制器180。第二电压源196还可经调整以补偿开关致动延迟。第一比较器187、第二比较器190、第三比较器193及第四比较器195的组合分别可用于帮助控制器180检测电感器173中的电流、跨越电容器170的电压及输出节点176处的电压(vout)。在其它实施例中，可在不背离本发明的情况下使用不同方法来检测切换调节电路125中的电压及电流。举例来说，在一个实施例中，跨越电感器173的电压可用于检测电感器中的电流。

虽然图1图解说明所有组件均集成于单件式ic内的单件式ic100，但其它实施例可使组件安置于多于一个ic上，而其它实施例可具有不位于ic上而是安置于邻近ic的电路上的一或多个组件。举例来说，一个实施例可具有安置成邻近一或多个ic的输出电容器175或电感器173。在其它实施例中，一或多个开关或驱动器或者控制电路可位于单独ic上。

现在参考图2，为图解说明简单起见，已从图1中所展示的单件式ic装置100的电力调节器部分105移除切换调节电路125。切换调节电路125将用于展示由电力调节器使用以控制输出节点176处的被递送到负载115(参见图1)的电压(vout)的重复切换序列。

现在同时参考图3到8，图解说明切换调节电路125的切换序列及时序图的第一实施例。图3识别四个不同固态开关配置、固态开关的接通及关断次序以及每一步骤之间的决策。图4到7图解说明四个不同固态开关配置中的每一者的简化电路示意图。以实线描绘处于接通状态中的固态开关且以虚线描绘处于关断状态中的固态开关。图8图解说明实例性时序图，其展示被递送到四个固态开关中的每一者的控制信号以及第二结145处的电压、电感器173内的电流、电感器电流比较器输出及跨越电容器173的电压。图3到8中所图解说明的切换序列仅为实例，且其它序列、时序及配置在本发明的范围内。

现在参考图3，图解说明具有顺序步骤305到360的第一切换序列300。在步骤305中，第二固态开关m2及第三固态开关m3分别经控制以处于接通状态中，且第一固态开关m1及第四固态开关m4经控制以处于关断状态中。在图4中图解说明步骤305中的切换调节电路125的简化示意图。第二固态开关140及第三固态开关150分别处于接通状态中(实线)，且第一固态开关130及第四固态开关160分别处于关断状态中(虚线)。因此，电容器170处于短路状况中，从而允许耗散电容器内的任何残余电荷，使得电容器被放电。

现在参考图8中的时序图800，第一步骤305发生在时间t1处。轨迹805图解说明被施加到第一固态开关130的控制电压。在图式800中所描绘的特定实施例中，当施加大约1伏特时，开关被接通。在时间t1处，轨迹805在大约0伏特处，因此第一固态开关130为关断的。轨迹810图解说明被施加到第二固态开关140的控制端子电压。在时间t1处，轨迹810在大约1伏特处，因此第二固态开关为接通的。轨迹815图解说明被施加到第三固态开关150的控制端子电压。在时间t1处，轨迹815转变到大约1伏特，因此第三固态开关150从关断转变为接通。轨迹820图解说明被施加到第四固态开关160的控制端子电压。在时间t1处，轨迹820在大约0伏特处，因此第四固态开关为关断的。

轨迹825图解说明第二结145处的电压。在时间t1处，电容器170是短路的。轨迹830图解说明穿过电感器173的电流。在时间t1处，电感器173与切换调节电路125的其余部分解耦，因此电感器173中的电流为零。轨迹835图解说明对应于电感器173中的零电流状况的比较器输出，如下文更详细地论述。轨迹840图解说明跨越电容器170的电压。在时间t1处，电容器170为短路的，从而致使跨越电容器173的电压随着所述电容器被放电而减小。

现在返回参考图3及4，在控制器将固态开关设定为在步骤305中所识别的其相应状态之后，控制器前进到步骤310，在步骤310处，控制器检测输出节点176处的电压(vout)。在一些实施例中，可如上文所论述使用比较器195(参见图1)或通过任何其它方法来检测vout。前进到步骤315，控制器可检测输出节点176处的电压是否已减小到低于第一阈值电压(vth1)。如果vout仍高于vth1，那么控制器继续检测vout(即，返回到步骤310)直到vout下降到低于vth1为止。在一些实施例中，控制器可循环地检测vout，接着将vout与vth1进行比较，而在其它实施例中，控制器可对vout已减小到低于vth1的信号(例如，来自比较器)作出响应。可使用许多方法来检测vout，将vout与vth1进行比较并通知控制器。

现在返回参考图3的步骤315，一旦vout下降到低于vth1，控制器便前进到步骤320，在步骤320处，第三固态开关m3保持接通，而接通第一固态开关m1，同时关断第二固态开关m2。因此，第一固态开关m1及第三固态开关m3分别为接通的，而第二固态开关m2及第四固态开关m4分别为关断的。在图5中图解说明步骤320中的切换调节电路125的简化示意图。在此状态中，第一端子120处的电压(vin)被直接施加到第二结145。电容器170在先前步骤中被完全放电且现在开始充电。电容器170以由电容器170及电感器173值设定的时间常数进行充电。此外，当电容器170开始充电时，由于145与输出之间的电压为正的，因此电感器173中的电流增加。

在时序图800(参见图8)中的时间t2处图解说明步骤320。现在同时参考图5及8，在时间t2处，接通第一固态开关130(即，轨迹805)，几乎同时关断第二固态开关140(即，轨迹810)。第二结145处的电压(即，轨迹825)迅速地增加到第一端子120处的电压(vin)，在此应用(或实施例)中为大约2伏特。在时间t1与t2之间，第二结145处的电压可波动。在时间t2处，电感器173中的电流(即，轨迹830)开始增加。在电容器170被充电(即，轨迹840接近2伏特)时，145处的电压开始减小。当145处的电压低于负载电压176时，电感器173中的电流(即，轨迹830)开始减小。因此，在步骤320中电容器170被充电，从而致使电流流入电感器173中且增加输出节点176处的电压(vout)。接着，控制器继续进行到步骤325(参见图3)。

在步骤325中，检测电感器173中的电流(li)。在一些实施例中，可如图1中所图解说明利用比较器187来检测电流。在一个实施例中，比较器187通过比较第一端子120与电容器170的第一侧181之间的电压差而监测穿过第一固态开关130的电流。当电压差减小时，第一固态开关130及电感器173两者中的电流相当地减小。现在参考图3中的步骤330，一旦电感器173中的电流大约等于零，控制器便继续进行到步骤335，在步骤335处，分别关断第一固态开关m1及第三固态开关m3且接通第四固态开关m4，而第二固态开关m2保持关断。如上文所论述，由于仅在电感器176中的电流大约为零时发生到步骤335的转变，因此到步骤335的转变可采用第一固态开关m1的零电流切换。在改变开关状态之前，当穿过固态开关的电流大约为零时发生零电流切换。此减少切换损耗、减小输入供应噪声且改进切换调节电路125的效率，如下文更详细地论述。

继续参考图3中的步骤335，在一些实施例中，可同时发生若干切换转变，而在其它实施例中，若干切换转变之间可存在微小延迟。在图6中图解说明步骤335中的切换调节电路125的简化示意图。第四固态开关160将电容器170的第二侧191联结到接地，然而使电容器的第一侧181浮动使得电容器保持被充电。此配置本质上是关断状态，其中系统大体上处于稳定状态。其它实施例可具有不同关断状态配置。在一个实施例中，所有固态开关可均处于关断位置中，而在其它实施例中，第三固态开关150可为唯一处于接通状态中的开关，其将电容器170连接到电感器173。在另一实施例中，第一固态开关130及第四固态开关160两者可分别同时为接通的。其它关断状态固态开关配置在本发明的范围内。

在图8的时序图800中的时间t3处图解说明图3的步骤335。现在同时参考图6及8，在时间t3处，分别关断第一固态开关130及第三固态开关150，且接通第四固态开关160，而第二固态开关140保持关断。在切换转变之后，第二结145(即，轨迹825)与固态开关断开连接，且所述第二结的电压开始增加。电容器170(即，轨迹840)保持充电且电感器173中的电流(即，轨迹830)保持接近零。在步骤340中，可如上文在步骤310中所论述利用比较器195(参见图1)来检测输出节点176处的电压(vout)。在其它实施例中，可使用不同方法检测vout。如步骤345中所展示，当vout下降到低于第二阈值电压(vth2)时，控制器前进到步骤350。

现在参考图3的步骤350，第四固态开关m4保持接通，且接通第二固态开关m2，而第一固态开关m1及第三固态开关m3分别保持关断。在图7中图解说明步骤350中的切换调节电路125的简化示意图。电容器170连接于电感器173与接地165之间，从而允许将电容器中所存储的电荷通过电感器释放到负载115(参见图1)。当电容器170开始放电(以由电容器170及电感器173设定的时间常数)时，电感器173中的电流开始增加且输出节点176处的电压(vout)增加。在图8中的时序图800中的时间t4处图解说明此状况。

现在同时参考图7及8，在时间t4处，接通第二固态开关140(即，轨迹810)。当第二结145连接到经完全充电电容器170时，第二结145处的电压(即，轨迹825)做出大约2伏特的调整。当电容器170与电感器173共振时，电容器170放电(即，轨迹840)从而致使电感器173中的电流(即，轨迹830)增加。此致使vout处的电压增加。随着电容器170中的电荷减少，电感器173中的电流减小(即，轨迹830)。在固态开关进行配置之后，控制器前进到步骤355及360(参见图3)。

在步骤355中，检测电感器173中的电流。在一些实施例中，可如图1中所图解说明利用比较器190来检测电流。在其它实施例中，比较器190(参见图1)可用于通过检测接地165与电容器170的第二侧191之间的电压差来监测穿过第四半导体开关160及间接地穿过电感器173的电流。举例来说，在图8中的时序图800中的时间t5处，轨迹835图解说明对应于电感器173中的零电流状况的比较器输出。在其它实施例中，可使用不同方法来检测电感器173中的电流。

现在同时参考图3及7，在步骤360中，一旦电感器173中的电流大约等于零，控制器便继续进行回到步骤305，在步骤305处，接通第三固态开关m3且第二固态开关m2保持接通，而第一固态开关m1保持关断且关断第四固态开关m4。因此，m2及m3为接通的，而m1及m4为关断的。此配置使电容器170短路，从而重复整个切换序列300。如上文所论述，由于在从步骤360至305的转变期间电感器173及第四固态开关m4中的电流在零处或接近零，因此可使用零电流切换方法来减小切换损耗，减少输入供应噪声且改进效率，如下文更详细地论述。

在图3中所图解说明的特定切换序列中，在每一重复切换循环期间每一固态开关仅接通及关断一次。此序列可通过将切换损耗最小化而实现经改进效率。在其它实施例中，可使用其中一或多个开关可被接通及关断多于一次的不同切换配置及序列。

如上文在图1中所论述，电力调节器部分105与负载部分110可整体地集成于单件式ic100上。在一个实施例中，单件式ic100可包括硅，且第一固态开关130、第二固态开关140、第三固态开关150及第四固态开关160可为结型栅极场效应装置(jfet)，而在其它实施例中，所述固态开关可为金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、双极装置或任何其它类型的固态晶体管。在其它实施例中，其它材料可用于单件式ic100，例如硅锗、碳化硅、氮化镓、砷化镓及其它材料。在一个实施例中，单件式ic100可使用28nm及40nm制作过程，其中裸片上电感器在1nh到5nh的范围内，且裸片上电容器在100pf到300pf的范围内，从而形成在1ns到5ns的范围内的接通时间。

在其它实施例中，虽然固态开关130、140、150及160可为以单数形式提及，但在一些实施例中，所述开关中的一或多者可包括多于一个开关。更具体来说，在一个实施例中，第一固态开关m1可由串联连接的两个固态开关制成。在其它实施例中，固态开关中的一或多者可包括彼此相结合地操作的两个或多于两个固态开关。

现在参考图9，图解说明顺序切换序列900的另一实施例。序列900具有与图3中的序列300类似的许多步骤，例如步骤305到325及335到355。因此，所述序列之间相同的步骤使用相同参考编号及图4到7中的相同示意图。然而，序列900具有包含两个附加开关配置的附加步骤—步骤328及358，在图10及11中图解说明所述附加步骤的示意图。现在将同时参考图4到7及9到11。

现在参考图9，图解说明具有顺序步骤305到361的第二切换序列900。在步骤305中，第二固态开关m2及第三固态开关m3分别经控制以处于接通状态中，且第一固态开关m1及第四固态开关m4经控制以处于关断状态中。在图4中图解说明步骤305中的切换调节电路125的简化示意图。第二固态开关140及第三固态开关150分别处于接通状态中(实线)，且第一固态开关130及第四固态开关160分别处于关断状态中(虚线)。因此，电容器170处于短路状况中，从而允许耗散电容器内的任何残余电荷，使得电容器被放电。

现在返回参考图3及4，在控制器将固态开关设定为在步骤305中所识别的其相应状态之后，控制器前进到步骤310，在步骤310处，所述控制器检测输出节点176处的电压(vout)。在一些实施例中，可如上文所论述使用比较器195(参见图1)或通过任何其它方法来检测输出节点176处的电压(vout)。前进到步骤315，控制器可检测输出节点176处的电压是否已减小到低于第一阈值电压(vth1)。如果vout仍高于vth1，那么控制器继续检测vout(即，返回到步骤310)直到vout下降到低于vth1为止。在一些实施例中，控制器可循环地检测vout，接着将vout与vth1进行比较，而在其它实施例中，控制器可对vout已减小到低于vth1的信号(例如来自比较器)作出响应，且相应地作出响应。可使用许多方法来检测vout，将vout与vth1进行比较并通知控制器。

现在返回参考图9的步骤315，一旦vout下降到低于vth1，控制器便前进到步骤320，在步骤320处，第三固态开关m3保持接通，而接通第一固态开关m1，同时关断第二固态开关m2。因此，第一固态开关m1及第三固态开关m3分别为接通的，而第二固态开关m2及第四固态开关m4分别为关断的。在图5中图解说明步骤320中的切换调节电路125的简化示意图。在此状态中，第一端子120处的电压(vin)被直接施加到第二结145。电容器170在先前步骤中被完全放电且现在开始充电。电容器170以由电容器170及电感器173值设定的时间常数进行充电。此外，当电容器170开始充电时，电感器173中的电流增加接着减小。

在一些实施例中，可使用一或多个比较器或其它技术使步骤325及326同时发生，如下文更详细地论述。在步骤325中，检测电感器173中的电流(li)。在一些实施例中，可如图1中所图解说明利用比较器187来执行此检测。在一个实施例中，比较器187通过比较第一端子120与电容器170的第一侧181之间的电压差而监测穿过第一固态开关130的电流。当电压差减小时，第一固态开关130及电感器173两者中的电流相当地减小。在步骤326中，使用一或多个比较器来检测跨越电容器170的电压降(vcap)，如上文所论述。更具体来说，控制器经配置以使电容器继续充电，直到第二结上的电压电位为大约0伏特为止。在步骤327中，控制器确定在电感器173中的电流变为零之前，电容器170上的电压(vcap)是否等效于(vin)120处的电压。更具体来说，在步骤320、325、326及327期间，电容器170被充电且一旦其达到完全充电(即，电容器170上的电压等效于(vin)120处的电压)，控制器便确定电感器170中是否仍存在电流流动。如果电感器170中仍存在电流，那么控制器继续进行到步骤328，然而如果电感器中不存在电流，那么控制器继续进行到步骤335。

现在继续进行到步骤328，假定条件当vcap＝vin时li>0，第一固态开关m1及第三固态开关m3保持接通，而接通第四固态开关m4，同时关断第二固态开关m2。因此，第一固态开关m1、第三固态开关m3及第四固态开关m4分别为接通的，而第二固态开关m2为关断的。在一些实施例中，可缓慢地接通m4，使得m1中的电流缓慢地减少以便减少供应噪声量。在图10中图解说明步骤328中的切换调节电路125的简化示意图。在此状态中，电感器173短路到接地165，从而使得所述电感器内的任何剩余电流被释放。在固态开关进行配置之后，控制器前进到步骤329及331(参见图9)。

在步骤329中，检测电感器173中的电流。在一些实施例中，可如图1中所图解说明利用比较器190来检测电流。在一些实施例中，比较器190(参见图1)可用于通过检测接地165与电容器170的第二侧191之间的电压差而监测穿过第四半导体开关160及间接地穿过电感器173的电流。在其它实施例中，可使用不同方法来检测电感器173中的电流。

现在同时参考图3及7，在步骤331中，一旦电感器173中的电流大约等于零，控制器便继续进行到步骤335。总之，步骤328、329及331释放电感器170中的剩余电流且在步骤335中转变到等待状态。

现在返回参考步骤327，假定条件li＝0(即，电感器170中不存在电流)，替代进行到步骤328，控制器直接进行到步骤335，在步骤335处，分别关断第一固态开关m1及第三固态开关m3，且接通第四固态开关m4而第二固态开关m2保持关断。因此，m4为接通的，而m1、m2及m3为关断的。如上文所论述，由于仅在电感器176中的电流大约为零时发生到步骤335的转变，因此到步骤335的转变可采用第一固态开关m1的零电流切换。在改变开关状态之前，当穿过固态开关的电流大约为零时发生零电流切换。此减少切换损耗，减少输入供应噪声且改进切换调节电路125的效率，如下文更详细地论述。

继续参考图9中的步骤335，在一些实施例中，可同时发生若干切换转变，而在其它实施例中，若干切换转变之间可存在微小延迟。在图6中图解说明步骤335中的切换调节电路125的简化示意图。第四固态开关160将电容器170的第二侧191联结到接地，然而使电容器的第一侧181浮动使得电容器保持被充电。此配置本质上是关断状态，其中系统大体上处于稳定状态。其它实施例可具有不同关断状态配置。在一个实施例中，所有固态开关可均处于关断位置中，而在其它实施例中，第三固态开关150可为唯一处于接通状态中的开关，其将电容器170连接到电感器173。在另一实施例中，第一固态开关130及第四固态开关160两者可分别同时是接通的。其它关断状态固态开关配置在本发明的范围内。

在于步骤335中对开关进行配置之后，控制器前进到步骤340，在步骤340处，可如上文在步骤310中所论述利用比较器195(参见图1)来检测输出节点176处的电压(vout)。在其它实施例中，可使用不同方法检测vout。如步骤345中所展示，当输出节点176处的电压(vout)下降到低于第二阈值电压(vth2)时，控制器前进到步骤350。

现在参考图9的步骤350，第四固态开关m4保持接通，且接通第二固态开关m2，而第一固态开关m1及第三固态开关m3分别保持关断。在图7中图解说明步骤350中的切换调节电路125的简化示意图。电容器170连接于电感器173与接地165之间，从而允许将电容器中所存储的电荷通过电感器释放到负载115(参见图1)。当电容器170开始放电(以由电容器170及电感器173设定的时间常数)时，电感器173中的电流开始增加且输出节点176处的电压(vout)增加。

在一些实施例中，步骤355及356可同时发生。在对固态开关进行配置之后，控制器前进到其中检测电感器173中的电流的步骤355及其中检测跨越电容器170的电压降(vcap)的步骤356，如上文所论述。更具体来说，在一个实施例中，控制器可使电容器继续放电，直到第二结上的电压电位为大约0伏特为止。接着，在步骤357中，控制器确定在电感器173中的电流变为零之前跨越电容器170的电压(vcap)是否为零伏特。更具体来说，在步骤350、355、356及357期间，电容器170被放电且一旦所述电容器接近零电荷，控制器便确定电感器170中是否仍有电流流动。如果电感器170中不存在电流，那么控制器继续进行回到切换序列的开始—步骤305。然而，如果电感器170中仍存在电流，那么控制器继续进行到步骤358。

现在继续进行到步骤358，假定条件当vcap＝0伏特时li>0(即，当电容器被放电时，电感器中仍存在电流)，第二固态开关m2及第四固态开关m4分别保持接通，而接通第三固态开关m3且关断第一固态开关m1。因此，第二固态开关m2、第三固态开关m3及第四固态开关m4分别为接通的，而第一固态开关m1为关断的。在图11中图解说明步骤358中的切换调节电路125的简化示意图。在此状态中，电感器173短路到接地165，从而使得所述电感器内的任何剩余电流被释放。在固态开关进行配置之后，控制器前进到步骤359及361(参见图9)。

在步骤359中，检测电感器173中的电流。在一些实施例中，可如图1中所图解说明利用比较器190来检测电流。在一些实施例中，比较器190(参见图1)可用于通过检测接地165与电容器170的第二侧191之间的电压差而监测穿过第四半导体开关160及间接地穿过电感器173的电流。在其它实施例中，可使用不同方法来检测电感器173中的电流。

现在同时参考图7及9，在步骤361中，一旦电感器173中的电流大约等于零，控制器便继续进行回到步骤305，在步骤305处，接通第三固态开关m3且第二固态开关m2保持接通，而第一固态开关m1保持关断且关断第四固态开关m4。因此，m2及m3为接通的，而m1及m4为关断的。此配置使电容器170短路，从而重复整个切换序列900。如上文所论述，由于在从步骤361到步骤305的转变期间电感器173及第四固态开关m4中的电流为零，因此可使用零电流切换方法来减小切换损耗，减少输入供应噪声且改进效率，如下文更详细地论述。

在图9中所图解说明的特定切换序列中，在每一重复切换循环期间每一固态开关仅接通及关断一次。此序列可通过将切换损耗最小化而实现经改进效率。在其它实施例中，可使用其中一或多个开关可被接通及关断多于一次的不同切换配置及序列。其它实施例可使用其中所述固态开关中的一或多者每切换循环被接通及关断多于一次的切换序列。

一些实施例可采用一或多个比较器(例如，图1中的比较器187、190、193、195)以将信息提供到控制器来操作切换调节电路125(参见图1)。其它实施例可使用比较器与计时器的组合来操作切换调节电路125。更具体来说，在获悉特定切换调节电路125参数的情况下，可使用相当准确的计时器来替换比较器以触发控制器来改变开关配置。在一个实施例中，在获悉切换调节电路125的一或多个电特性(例如，vin、vout、电感器17的电感或电容器170的电容)的情况下，可使用一或多个计时器来估计切换调节电路的一或多个电特性(例如，电感器中的电流或电容器上的电压)，且触发开关配置之间的转变。在一些实施例中，计时器的实施可比比较器更快且更简单。在一个实施例中，可仅使用一个比较器来查看vout，且可将计时器用于所有其它转变。

上文论述了多个电路特性，且如所论述，这些特性中的一或多者(例如但不限于vcap、vout、vin及li)可用于确定何时改变开关状态。在此类实施例中，可连续监测电路特性且可在流程图中所述的每一开关序列期间的特定时间处做出决策。此外，时序图(例如图8)中所展示的波形仅用于图解说明，且实际波形可为不同的。

如上文所论述，在一些切换转变中，可使用零电流切换。如本文中所使用，零电流切换意指仅在通过开关的电流在零处或接近零时才可关断固态开关。切换损耗(即，在开关传导电流时关断所述开关，或在开关具有跨越其的电压电位时接通所述开关)可为系统中电力损耗的显著导致因素。因此，使用零电流切换可使得切换损耗减少、操作频率增加且在一些实施例中会减少电磁干扰(emi)产生，如下文更详细地论述。

现在参考图12，在一些实施例中，可减少零电流切换及固态切换转变速度以抑制输入供应噪声(即，emi类型)，如下文更详细地描述。图12展示含有fet及其它电路、由输入供应器1210(vin)供电且接地到接地端子1215的电力调节器电路1205的简化示意图1200。在一个实施例中，电力调节器电路1205可安置于单件式裸片上，所述单件式裸片囊封于半导体封装中。第一电感器1220a及第二电感器1220b分别表示与电力调节器电路1205的电力连接相关联的寄生电感。寄生电感可由电路板上的迹线、电子封装内的互连件、与裸片的线接合、集成电路上的迹线或任何其它导体产生。电容器1225a表示供应侧上的电力供应器线之间的寄生电容，且电容器1225b表示接收侧上的输入与输出电力供应器线之间的寄生电容。

在电力调节器电路1205的操作期间，当电力调节器停止从输入供应器1210(vin)汲取电流时(例如，当关断m1(参见图1)时)，第一寄生电感器1220a及第二寄生电感器1220b分别无法立即停止载运电流。当在载运电流时突然关断m1时，第一寄生电感器1220a及第二寄生电感器1220b内的残余能量可扰动电力调节器电路1205内的一或多个组件。

为了最小化或减少扰动(即，输入供应噪声)，可使用零电流切换，其中在关断m1之前分别使第一寄生电感器1220a及第二寄生电感器1220b中的电流接近零。上文更详细地描述了此类转变，其中一旦电路中的电流已衰减到大约零，便可检测所述电流并操作开关。在其它实施例中，可通过使m1从接通状态较缓慢地转变到关断状态而减慢从通过m1载运电流到断开m1且立即终止载运电流的突然转变。更具体来说，在一个实施例中，如果电感器173中存在残余电流，那么可接通m4以耗散电感器中的电流。然而，如果电流从m1过快地转移到m4，那么可在系统中产生噪声。因此，在一些实施例中，可相对缓慢地接通m4，使得电流可从通过m1缓慢地转变到通过m4，从而形成“较安静”切换转变。在一个实例性实施例中，晶体管可为以28nm过程制作而成，从而具有大约10ps的正常固态切换转变速度。为了减少扰动，在一个实施例中，经减慢转变可为慢大约100ps的十分之一。在其它实施例中，经减慢转变可为介于慢五分之一与慢十五分之一之间。在其它实施例中，与正常转变时间相比，经减慢转变可为介于慢3分之一与慢17分之一之间。关断m1的较缓慢转变可允许第一寄生电感器1220a及第二寄生电感器1220b中的电流缓慢地减少，使得最小化或消除对芯片上组件的扰动。

在其它实施例中，本文中所揭示的零电流切换及电力调节电路可实现在1mhz与500mhz之间进行操作的切换速度。在其它实施例中，切换速度可介于50mhz与200mhz之间。在其它实施例中，切换速度可为大约100mhz。

现在参考图13，在其它实施例中，可通过将切换调节电路125与电力供应器1305组合而形成升压电路1300，所述电力供应器分别通过第一固态开关1310a及第二固态开关1310b耦合到电容器170。在此实施例中，电力供应器1305可给电容器170预充电，使得当电容器连接到输入端子120(vin)时，所述电容器充当电池且增加或减小被供应到切换调节电路125的电压电位。在一个实例性实施例中，电容器170可被预充电到-2伏特，使得当切换序列开始且电容器及电感器连接到处于2.5伏特的第一端子120(vin)时，将4.5伏特的电位施加到电容器及电感器。

更具体来说，参考图3的步骤305及图9的步骤305，替代使电容器170短路且将其完全放电，电容器可替代地耦合到对其进行预充电的电力供应器1305，使得在图3及9中的步骤320中，当电容器连接到vin时，被施加到电容器170及电感器176的电压可高于vin。在其它实施例中，当切换调节电路125在升压下不操作时，预充电可用于增加所述切换调节电路的范围。切换调节电路125的其它配置及变化形式以及给电容器预充电的方法在本发明的范围内。举例来说，在一个实施例中，用于预充电的电力供应器可与切换调节电路125位于同一裸片上。在一些实施例中，电力供应器可为位于同一裸片上的低压降调节器、切换电容器或切换调节器。在其它实施例中，电力供应器可不与切换调节电路125位于同一裸片上。

具有电感器预通量的调节器

在另一实施例中，切换调节电路125(参见图2)可经配置以施预通量于电感器173，使得切换调节电路可递送经增加输出电压及/或经增加输出电流，如下文更详细地论述。

现在同时参考图2、14及15，图解说明具有电感器预通量的切换调节电路125的切换序列及时序图的实施例。更具体来说，图2图解说明切换调节电路125的简化示意图，图14图解说明针对切换调节电路中的四个开关的具有顺序步骤1405到1460的切换序列1400，且图15图解说明实例性时序图，其展示被递送到四个固态开关中的每一者的控制信号以及第二结145处的电压、电感器173内的电流(il)及跨越电容器170的电压(v135-v155)。图14及15中所图解说明的切换序列仅为实例，且其它序列、时序及配置在本发明的范围内。

现在参考图14，图解说明具有顺序步骤1405到1460的切换序列1400。在步骤1405中，第二固态开关m2及第三固态开关m3分别经控制以处于接通状态中，且第一固态开关m1及第四固态开关m4经控制以处于关断状态中。电容器170处于短路状况中，从而允许耗散电容器内的任何残余电荷，使得电容器被放电。

在图15中的时序图1500中图解说明步骤1405的切换调节电路125内的实例性电流及电压。指示信号m1、m2、m3、m4的逻辑电平。逻辑高电平(有时标注为1)指示开关(或复合开关)为接通的，逻辑低(有时标注为0)指示开关为关断的。第一步骤1405发生在时间t1处。轨迹1505图解说明被施加到第一固态开关130的控制信号。在图式1500中所描绘的特定实施例中，当施加大约1伏特时，接通开关。在时间t1处，轨迹1505在大约0伏特处，因此第一固态开关130为关断的。轨迹1510图解说明被施加到第二固态开关140的控制端子电压。在时间t1处，轨迹1510在大约1伏特处，因此第二固态开关为接通的。轨迹1515图解说明被施加到第三固态开关150的控制端子电压。在时间t1处，轨迹1515在大约1伏特处，因此第三固态开关150为接通的。轨迹1520图解说明被施加到第四固态开关160的控制端子电压。在时间t1处，轨迹1520在大约0伏特处，因此第四固态开关为关断的。

轨迹1525图解说明第二结145处的电压。在时间t1处，电感器电流(il)大约为零且电容器170短路，因此第二结145大约处于(vout)176的电压处。轨迹1530图解说明穿过电感器173的电流。在时间t1处，电感器173与切换调节电路125的其余部分解耦，因此电感器173中的电流大约为零。轨迹1540图解说明跨越电容器170的电压。在时间t1处，电容器170短路，从而致使跨越电容器173的电压随着电容器被放电而减小到大约零伏特。

现在返回参考图14，在控制器将固态开关设定到在步骤1405中所识别的其相应状态之后，控制器前进到步骤1410，在步骤1410处，所述控制器检测输出节点176处的电压(vout)。在一些实施例中，可如上文所论述使用比较器195(参见图1)或通过任何其它方法来检测vout。前进到步骤1415，控制器可检测输出节点176处的电压是否已减小到低于第一阈值电压(vth1)。如果vout仍高于vth1，那么控制器继续检测vout(即，返回到步骤1410)直到vout下降到低于vth1为止。在一些实施例中，控制器可循环地检测vout，接着将vout与vth1进行比较，而在其它实施例中，控制器可对vout已减小到低于vth1的信号(例如，来自比较器)作出响应。可使用许多方法来检测vout，将vout与vth1进行比较并通知控制器。

现在返回参考图14的步骤1415，一旦vout下降到低于vth1，控制器便前进到步骤1416，在步骤1416处，接通第一固态开关m1，第二固态开关m2及第三固态开关m3保持接通且第四固态开关m4保持关断。步骤1416为第一电感器预通量状态，其中在电容器170被充电之前，电感器中的电流因第一输出端子120处的电压(vin)被施加到电感器而线性地增加。与上文所描述的切换配置相比，预通量步骤使得切换调节电路125能够递送经增加输出电压及/或输出电流。在此状态中，第一端子120处的电压(vin)是跨越电感器173而被直接施加。

现在参考时序图1500，在t2处展示第一预通量状态。第二结145处的电压迅速地增加到第一节点120处的vin电压(减去跨越m1及m2的相对小电压降)，由轨迹1525所展示。电感器170中的电流(轨迹1530)对应于所施加电压及电感器173的特性而迅速地增加。对于一些实施例来说，与跨越电感器的电压相比，176处的电压可改变相对小的量，且因此电流可以近似于vin–vout的速率大体上线性地增加，其中vout为176处的电压。电感器173中的电流继续直到开关状态被改变为止，在一个实施例中，所述开关状态改变可由步骤1418中所展示的计时器控制。在一些实施例中，步骤1418中的计时器可为可变计时器，可使用查找表以根据不同负载条件及对切换调节电路125的要求而调整所述可变计时器。在其它实施例中，步骤1418中的计时器可为可变的且可由反馈环路基于切换调节电路125的一或多个特性而控制。在一些实施例中，计时器可由反馈环路调整以用适当电流量来激励电感器173，使得电感器电流仅在电容器170被完全充电(在下一步骤1420中进行论述)时共振到零。

在一些实施例中，计时器可经形成从而利用电容器上的电流。所述电流在预通量循环开始时开始充电且可与电压进行比较。当电容器上的电压达到规定电压时，计时器指示预通量循环应结束。在其它实施例中，可利用逻辑门来实现此功能。本文中所揭示的其它计时器可使用类似技术。

在一个实施例中，反馈环路可用于监测电感器173中的电流且调整计时器。在一些实施例中，如果电流仍为正的，那么当电容器170被完全充电时，可针对下一充电循环减小计时器。相反地，如果电感器173中的电流在电容器170被完全充电之前达到零，那么可针对下一循环增加计时器。在一些实施例中，环路可使用模拟环路。在一些实施例中，dac可用于通过改变电流、电容器、比较器上的电压阈值或逻辑门的数目中的一或多者来调整计时器。

在一些实施例中，替代用于设定预通量的计时器，可在预通量期间监测电流且当电流达到规定电平时结束预通量循环。可在逐循环基础上调整所述规定电平以将性能优化。所述性能可将会达到所供应的规定平均电流，或使得电容器上的电压及电感器中的电流大约同时达到零。本文中所揭示的其它计时器可使用类似技术。

在采用下文更详细地论述的软制动方法的其它实施例中，可将计时器设定为至少与施预通量于电感器173所需的时间一样长，因此在电容器170被完全充电之前电流始终不会达到零，且软制动可用于转移电感器173中的剩余电流。其它实施例可使用不同技术来控制计时器且在本发明的范围内。

现在返回参考图14，在计时器已运行之后，控制器前进到步骤1420，在步骤1420处，第一固态开关m1及第三固态开关m3保持接通，而关断第二固态开关m2且第四固态开关保持关断。因此，第一固态开关m1及第三固态开关m3分别为接通的，而第二固态开关m2及第四固态开关m4分别为关断的。在此状态中，第一端子120处的电压(vin)被直接施加到第二结145。电容器170在步骤1405中被完全放电且现在开始充电。电容器170以由电容器170及电感器173值设定的时间常数进行充电。此外，当电容器170开始充电时，由于145与输出之间的电压为正的，因此电感器173中的电流增加。由于步骤1416中的预通量操作，因此已流动于电感器173中的电流继续增加，如下文更详细地论述。

在时序图1500(参见图1500)中的时间t3处图解说明步骤1420。现在同时参考图2及15，在时间t3处，关断第二固态开关140(即，轨迹1510)。第二结145处的电压(即，轨迹1525)开始减小。电感器173中的电流(轨迹1530)随着电容器170充电而继续积累。电容器170的电压(轨迹1540)朝向vin增加。当电容器170被充电时，电感器173的电流增加(轨迹1530)会减慢且在节点145处的电压等于176处的电压时逆转并且在电容器于t4处被完全充电时开始减小。因此，在步骤1420中，电容器170充电，从而致使电流流入电感器173中，且增加输出节点176处的电压(vout)。接着，控制器继续进行到步骤1425(参见图14)。

在步骤1425中，检测电感器173中的电流(li)。在一些实施例中，可如图1中所图解说明利用比较器187来检测电流。在一个实施例中，比较器187通过比较第一端子120与电容器170的第一侧181之间的电压差而监测穿过第一固态开关130的电流。当电压差减小时，第一固态开关130及电感器173两者中的电流相当地减小。现在参考图14中的步骤1430，一旦电感器173中的电流大约等于零，控制器便继续进行到步骤1435。在时序图中，1425与1430被展示为离散步骤，而在一个实施例中，可在1420传导循环期间连续监测电流li。在其它实施例中，步骤1425及1455可类似于图9中的步骤356及355，在所述步骤中监测电感器电流及电容器电压两者。

在步骤1435中，关断第三固态开关m3且接通第四固态开关m4，而第二固态开关m2保持关断。如上文所论述，由于到步骤1435的转变仅在电感器176中的电流大约为零时发生，因此到步骤1435的转变可采用零电流切换。在改变开关状态之前，当穿过固态开关的电流大约为零时发生零电流切换。此可减少切换损耗，减小输入供应噪声且改进切换调节电路125的效率，如下文更详细地论述。

继续参考图14中的步骤1435，在一些实施例中，可同时发生若干切换转变，而在其它实施例中，若干切换转变之间可存在微小延迟。在图15中所图解说明的实施例中，在t4处，开关m4可具有微小延迟使得其在m3关断之后接通。此配置本质上为关断状态，其中系统大体上处于稳定状态。其它实施例可具有不同关断状态配置。在一些实施例中，仅m4可为接通的，而m1、m2及m3为关断的。在其它实施例中，所有固态开关可均处于关断位置中，而在其它实施例中，第三固态开关150可为唯一处于接通状态中的开关，其将电容器170连接到电感器173。其它关断状态固态开关配置在本发明的范围内。

在图15的时序图1500中的时间t4处图解说明图14的步骤1435。现在同时参考图2及15，在时间t4处，第三固态开关150关断且第四固态开关160稍微延后接通。第一固态开关130保持接通且第二固态开关140保持关断。在切换转变之后，第二结145(即，轨迹1525)达到vout处的电压(例如，其与电感器173及结145处的寄生电容共振)。跨越电容器170的电压(即，轨迹1540)保持在充电电平处且电感器173中的电流(即，轨迹1530)保持接近零。在步骤1440中，可如上文在步骤1410中所论述利用比较器195(参见图1)来检测输出节点176处的电压(vout)。在其它实施例中，可使用不同方法检测vout。如步骤1445中所展示，当vout下降到低于第二阈值电压(vth2)时，控制器前进到步骤1446。

现在参考图14的步骤1446，第一固态开关m1及第四固态开关m4保持接通，接通第二固态开关m2，且第三固态开关m3保持关断。此为第二电感器预通量阶段，其中在电容器170内的能量被释放到电感器173之前，所述电感器中的电流因第一输出端子120处的电压(vin)被施加到电感器而增加。与上文所描述的切换配置相比，预通量步骤使得切换调节电路125能够递送经增加输出电压及/或输出电流。在此状态中，第一端子120处的电压(vin)是跨越电感器173而被直接施加。

现在参考时序图1500，在t5处展示第二预通量状态。第二结145处的电压迅速地增加到第一节点120处的vin电压，由轨迹1525所展示。电感器170中的电流(轨迹1530)对应于所施加电压及电感器173的特性而迅速地增加。在一些实施例中，电流增加速率可大体上类似于在t2与t3之间的时间内的电流增加速率。电感器173中的电流继续增加直到开关状态改变为止，在一个实施例中，所述开关状态改变可由步骤1448中所展示的计时器控制。在一些实施例中，步骤1448中的计时器可为可变计时器，可使用查找表以根据不同负载条件及对切换调节电路125的要求而调整所述可变计时器。在其它实施例中，步骤1448中的计时器可为可变的且可由反馈环路基于切换调节电路125的一或多个特性而控制。在一些实施例中，计时器可由反馈环路调整以用适当电流量来激励电感器173，使得当电容器170被完全放电时，电感器电流共振到零(在下一步骤1450中进行论述)。可使用如本文中所论述的其它计时器技术且所述计时器技术在本发明的范围内。在一些实施例中，对于切换序列内的多个步骤来说，计时器技术可为相同的。

在一个实施例中，反馈环路可用于监测电感器173中的电流，且如果当电容器170被完全放电时电流仍为正的，那么可针对下一充电循环减小计时器。相反地，如果电感器173中的电流在电容器170被完全放电之前达到零，那么可针对下一循环增加计时器。在采用下文更详细地论述的软制动方法的其它实施例中，可将计时器设定为至少与施预通量于电感器173所需的时间一样长，因此在电容器170被完全放电之前电流始终不会达到零，且软制动可用于转移电感器173中的剩余电流。其它实施例可使用不同技术来控制计时器且在本发明的范围内。

现在参考图14的步骤1450，第二固态开关m2及第四固态开关m4保持接通，且接通第一固态开关m1，而第三固态开关m3保持关断。电容器170连接于电感器173与接地165之间，从而允许将电容器中所存储的电荷通过电感器释放到负载115(参见图1)。当电容器170开始放电(以由电容器170及电感器173设定的时间常数)时，电感器173中的电流继续增加且输出节点176处的电压(vout)增加。在图15中的时序图1500中的时间t6处图解说明此状况。

现在同时参考图2及15，在时间t6处，第一固态开关130(即，轨迹1505)关断。第二结145处的电压(即，轨迹825)开始减小。当电容器170与电感器173共振时，所述电容器放电(即，轨迹1540)，从而致使电感器173中的电流继续增加(即，轨迹1530)。此致使vout处的电压增加。由于电容器170中的电荷减少，因此电感器173中的电流可逆转且减小(即，轨迹1530)。接着，控制器前进到步骤1455及1460(参见图14)。

在步骤1455中，检测电感器173中的电流。在一些实施例中，可如图1中所图解说明利用比较器190来检测电流。在其它实施例中，比较器190(参见图1)可用于通过检测接地165与电容器170的第二侧191之间的电压差而监测穿过第四半导体开关160及间接地穿过电感器173的电流。在其它实施例中，可使用不同方法来检测电感器173中的电流。

现在同时参考图14及15，在步骤1460中，一旦电感器173中的电流大约等于零，控制器便继续进行回到步骤1405，在步骤1405处，接通第三固态开关m3且第二固态开关m2保持接通，而第一固态开关m1保持关断且关断第四固态开关m4。因此，m2及m3为接通的，而m1及m4为关断的。在一些实施例中，可稍微早于关断m3而接通m4。此配置使电容器170短路，从而重复整个切换序列1400。如上文所论述，由于在从步骤1460至1405的转变期间电感器173及第四固态开关m4中的电流在零处或接近零，因此可使用零电流切换方法来减小切换损耗，减少输入供应噪声且改进效率，如下文更详细地论述。

在图14中所图解说明的特定切换序列中，每一固态开关可经配置以在每一重复切换循环期间仅接通及关断一次。此序列可通过减小切换转变的数目且将切换效率损耗最小化而实现经改进效率。在其它实施例中，可使用其中一或多个开关可被接通及关断多于一次的不同切换配置及序列。

现在参考图16，图解说明时序图1600，其为与图15中的序列1500类似的切换序列的时序图，然而时序图1600具有两个附加“软制动”步骤。如上文所论述，在一些实施例中，计时器步骤(图14中的1418及1448)可经设定以确保预通量步骤为电感器173添加足够能量，因此在电容器170于充电循环期间被完全充电(或于放电循环期间被完全放电)之前电流始终不会达到零，且软制动可用于转移电感器173中的剩余电流。与上文所论述的方法相比，软制动可实现每阶段较高电流及/或每阶段较小电容器170。

在一个实施例中，其中m1、m3及m4为接通而m2为关断的切换序列可位于图14中的步骤1430之后。在另一实施例中，其中m2、m3及m4为接通而m1为关断的切换序列可添加在步骤1460之后。第一软制动序列在图16中标记为t4且第二软制动开关序列标记为t8。可使用其它方法及切换序列且所述方法及切换序列在本发明的范围内。

现在参考图17，将描述预通量计时器方法1700的一个实施例。预通量计时器方法1700是与调节器的各种特性中的一或多者成比例的预通量计时器的实例，然而其它预通量计时器也可与调节器的各种特性中的一或多者成比例且可具有在本发明的范围内的不同示意图及/或配置。

在一些实施例中，预通量计时器可为基于vout/vin(即，工作因数)的数字编程计时器，如下文更详细地描述。在其它实施例中，计时器的准确度可影响电路的效率且因此可期望实施具有经增加准确度的方法。

在一个实施例中，预通量计时器1700可使用切换电容器组1710，所述切换电容器组可经编程以使用表示电路的目标输出电压的数/模转换(dac)码的最高有效位(msb)来激活特定数目个电容器。也就是说，msb可表示且可用于设定电路的目标输出电压。举例来说，在一个实施例中，较高目标输出电压可对应于电容器组1710中的较高数目个作用电容器且较低目标输出电压可对应于电容器组中的较低数目个作用电容器。

在一些实施例中，可使用固定电流源1715结合可变电流源1720来给电容器组1710中的作用电容器充电。可变电流源1715可由可变反馈信号控制，所述可变反馈信号为预通量调谐算法1725的输出。调谐算法1725可经配置以基于来自cres比较器及电流比较器的输入(例如上文所论述的输入)而调整可变电流源1720。在一个实施例中，调谐算法1725可经配置而以cres比较器与电流比较器同时跳闸为目标来调整可变反馈信号以控制可变电流源1720。在其它实施例中，调谐算法1720可致使用适当电流量来激励电感器，使得在电容器被完全充电的同时电感器内的电流共振到零。可将计时器窗1730设定在一值处，使得如果cres比较器及电流比较器在计时器窗时间内跳闸，那么调谐算法1725不对可变电流源1720做出改变。然而，如果cres比较器比电流比较器快或慢大于计时器窗1730的时间而跳闸，那么调谐算法1725以使得cres比较器在时间上较接近于电流比较器的方式而调整反馈/可变电流1720。在一些实施例中，计时器窗1730可为固定的，而在其它实施例中，所述计时器窗可为可变的且可为可编程的。

在一个实施例中，调谐算法1725可使用以下步骤，而其它实施例可使用不同步骤：

步骤1：如果电流比较器首先跳闸，那么增加预通量时间。否则进行到步骤2。

步骤2：在cres比较器跳闸之后，开始100ps计时器窗。进行到步骤3。

步骤3：如果100ps计时器窗在电流比较器跳闸之前终止，那么减少预通量时间。如果100ps计时器窗在电流比较器跳闸之前未终止，那么不对预通量时间做出改变。进行到步骤1。

在一些实施例中，电容器组1710可具有馈送到比较器1735中的电容器组输出电压。在一个实施例中，比较器1735可包含取样与保持功能以及比较器功能且可具有由可变反馈信号调整的设定点，如上文所论述。比较器1735还可使用电路的输出电压(vout)作为输入以与电容器组输出电压进行比较。在一个实施例中，当预通量操作开始时，比较器1735可对电路的输出电压(vout)进行取样，接着对电容器组输出电压进行连续取样且将电容器组输出电压与vout进行比较。一旦电容器组输出电压斜升且等于vout，比较器1735便可发射信号以停止预通量操作。

在一个实施例中，取样与保持功能可具有自动归零比较器且可用于将斜升电容器组输出电压与所取样vout值进行比较。在一些实施例中，vout取样可避免在计时器计算时来自vout的任何主动/连续(不稳定)反馈，这是因为在一些实施例中，预通量vout可极快速地斜升。比较器1735的输出可用于发送信号以停止电感器预通量操作。

因此，在一些实施例中，预通量计时器1700可具有用以控制预通量时间的三个变量，包含：1)调谐算法1725；2)dacmsb设定(即，目标输出电压)；及3)电路的实际输出电压(vout)。在其它实施例中，可使用这些变量中的一者或组合。举例来说，在一个实施例中，可仅使用dacmsb设定来调整目标输出电压且调谐算法可具有固定电流(与可变电流相对比)且vout可使用固定参考电压(与实际vout电压相对比)。

现在参考图18，将描述预通量计时器方法1800的另一实施例。预通量计时器方法1800类似于方法1700，然而方法1800为简化版本，其移除可编程电容器组及取样与保持功能。类似于预通量计时器方法1700，预通量计时器方法1800也与调节器的各种特性中的一或多者成比例。

在一个实施例中，预通量计时器1800可使用参考产生器1810以从两个输入产生参考电压。第一输入可为上文所描述的表示电路的目标输出电压的dac/msb。第二输入可为比较器设定点，其使用来自由预通量调谐算法1825的输出控制的反馈环路的可变输入。调谐算法1825可经配置以基于来自cres比较器及电流比较器的输入(例如，上文所论述的输入)而调整反馈。在一个实施例中，调谐算法1825可经配置而以cres比较器与电流比较器同时跳闸为目标来调整反馈。在其它实施例中，调谐算法1820可致使用适当电流量来激励电感器，使得在电容器被完全充电的同时电感器内的电流共振到零。计时器窗1830可被设定在一值处，使得如果cres比较器与电流比较器在计时器窗时间内跳闸，那么调谐算法1825不对反馈做出改变。然而，如果cres比较器比电流比较器快或慢大于计时器窗1830的时间而跳闸，那么调谐算法1825以使得cres比较器在时间上较接近于电流比较器的方式而调整反馈。在一些实施例中，计时器窗1830可为固定的，而在其它实施例中，所述计时器窗可为可变的且可为可编程的。

在一些实施例中，参考电压产生器1810可具有馈送到比较器1835中的参考电压输出。比较器1835还可使用跨越上文在图1中所描述的固态开关中的一者(例如，m1、m2、m3或m4)的电压。在一个实施例中，跨越m1的电压(vm1)可用作去往比较器1835的输入以与参考产生器1810电压进行比较。在一些实施例中，第一固态开关m1可具有特性电阻，因此当m1处于接通状态中从而允许电流流动穿过电感器时，输入(例如，vm1)与电感器173(参见图1)中的电流成比例。比较器1835的输出可用于发送信号以停止电感器预通量操作。

在其它实施例中，可使用比率测量电路来形成用以监测跨越上文在图1中所描述的固态开关中的一者(例如m1、m2、m3或m4)的电压的比较器。举例来说，在一个实施例中，可通过在同一裸片上制作按比例缩小的固态晶体管m1x而监测跨越相对大型m1固态晶体管的电压。在一些实施例中，举例来说，m1x可为m1的大小的千分之一，且m1x可具有与m1相同的栅极电压及源极电压。m1x的电流可去往电流槽，且电流比较器可用于将m1x的电流与参考电流进行比较来监测穿过m1x的电流。由于m1x为m1的大小的千分之一，因此可将参考电流设定为m1中的所要电流的千分之一，因此当达到m1中的所要电流时，比较器跳闸。在一个实施例中，第二结145(参见图1)可用作去往比较器的参考输入。此可使得m1x中的复制电流与m1中的电流相匹配。注意，在一些实施例中，m1固态开关可处于线性传导(不饱和)中，因此m1x可需要相同栅极驱动电压及相同漏极源极电压来准确地复制电流。在其它实施例中，可使用不同比率或其它比较器方法且所述不同比率或其它比较器方法在本发明的范围内。

具有连续电流的调节器

在其它实施例中，切换调节电路125(参见图2)可经配置以通过将电感器173中的电流维持为高于零而将连续电流及/或增加电流提供到负载115，如下文更详细地描述。

现在同时参考图2及19到26，图解说明具有连续及/或经增加电流的切换调节电路125(参见图2)的实施例的实例性切换序列及时序图。更具体来说，图2图解说明切换调节电路125的简化示意图；图19图解说明切换调节电路125中的四个开关的具有顺序步骤1905到1940的实例性切换序列1900；图20图解说明实例性时序图，其展示在切换序列1900期间，被递送到四个固态开关中的每一者的控制信号以及电感器173内的电流(il)及第二结145处的电压(v145)；且图21到26图解说明切换序列1900中所描述的六个不同固态开关配置中的每一者的简化电路示意图。在图21到26中，以实线描绘处于接通状态中的固态开关且以虚线描绘处于关断状态中的固态开关。图19中所图解说明的切换序列仅为实例，且其它切换序列、时序及配置在本发明的范围内。

现在参考图19，图解说明具有顺序步骤1905到1940的切换序列1900。在步骤1905中，第一固态开关m1、第二固态开关m2及第三固态开关m3分别经控制以处于接通状态中，且第四固态开关m4经控制以处于关断状态中。在图21中图解说明步骤1905中的切换调节电路125的简化示意图。步骤1905为第一电感器预通量状态，其中在电容器170被充电之前的时间处，通过跨越电感器173(参见图2)施加第一端子120处的输入电压(vin)而使所述电感器中的电流以大体上线性速率增加。

在时序图2000(参见图20)中图解说明步骤1905的切换调节电路125内的实例性电流及电压。分别通过轨迹2005、2010、2015及2020而指示固态开关控制信号m1、m2、m3、m4的逻辑电平。高逻辑电平(有时标注为1)指示开关(或复合开关)处于接通状态中，且低逻辑电平(有时标注为0)指示开关处于关断状态中。

时序图2000图解说明发生在时间t1处的第一步骤1905。在时间t1处，轨迹2005展示将高逻辑电平控制信号施加到第一固态开关130，从而将所述第一固态开关置于接通状态中。轨迹2010图解说明在时间t1处，将高逻辑电平控制信号施加到第二固态开关140，从而将所述第二固态开关置于接通状态中。轨迹2015图解说明在时间t1处，将高逻辑电平控制信号施加到第三固态开关150，从而将所述第三固态开关置于接通状态中。轨迹2020图解说明在时间t1处，将低逻辑电平控制信号施加第四固态开关160，从而将所述第四固态开关置于关断状态中。

继续参考时序图2000，在t1处，第二结145(参见图2)处的电压由轨迹2025图解说明且大体上等效于第一节点120处的vin电压(减去跨越m1及m2的相对小电压降)。电感器170中的电流(il，轨迹2030)对应于所施加电压及电感器173的特性而迅速地增加。对于一些实施例来说，与跨越电感器的电压相比，节点176(参见图2)处的电压可改变相对小的量，且因此电流可以近似于(vin-vout)/l的速率大体上线性地增加，其中vout为节点176处的电压。电感器173中的电流继续增加，而在此开关状态中，电流增加的持续时间(在步骤1910中展示为延迟)可由计时器控制。

在一些实施例中，步骤1910中的计时器可为固定的，而在其它实施例中，其可为可变计时器。在一个实例中，可使用查找表以根据不同负载条件及对切换调节电路125的要求而调整可变计时器。更具体来说，在一些实施例中，可将计时器设定成与“工作因数”(例如，vout/vin)成比例，使得当需要较高vout时，选择较长时间量。在其它实施例中，步骤1910中的计时器可由反馈环路基于切换调节电路125的一或多个特性而控制。在一些实施例中，计时器可由反馈环路调整以用适当电流量来激励电感器173，使得当处于第一共振状态中(在下一步骤1915中进行论述)时，电感器电流共振到预定电流。在其它实施例中，计时器可使用将电感器中的电流与可编程电流阈值进行比较的比较器。

在其它实施例中，可利用电容器上的电流形成计时器，其中在预通量循环开始时电流开始充电且可将所述电流与预定电压进行比较。当电容器上的电压达到规定电压时，计时器指示预通量循环应结束。在其它实施例中，可利用逻辑门来执行计时器功能。

在一些实施例中，替代用于设定预通量的量的计时器，可在预通量(例如，步骤1905)期间监测电感器中的电流，且当电流达到规定电平时，可将预通量循环设定为结束。可在逐循环基础上调整所述规定电流电平以将性能优化。可使用其它计时器技术及计时器架构且所述计时器技术及计时器架构在本发明的范围内。

现在参考图19，在步骤1910中的延迟之后，控制器前进到步骤1915，在步骤1915处，第一固态开关m1及第三固态开关m3保持接通，而关断第二固态开关m2且第四固态开关m4保持关断。因此，第一固态开关m1及第三固态开关m3分别为接通的，而第二固态开关m2及第四固态开关m4分别为关断的。在图22中图解说明步骤1915中的切换调节电路125的简化示意图。此状态将电容器170与电感器173串联耦合且第一端子120处的电压(vin)被直接施加到第二结145。电容器170现在开始充电。电容器170以由电容器170及电感器173值设定的时间常数进行充电。此外，当电容器170开始充电时，由于第二结145与输出之间的电压为正的，因此电感器173中的电流继续增加。由于步骤1905中的预通量操作，因此已流动于电感器173中的电流继续增加，如下文更详细地论述。

在时序图2000(参见图20)中的时间t2处图解说明步骤1915。现在同时参考图2及20，在时间t2处，第二固态开关140(即，轨迹2010)关断。第二结145处的电压(即，轨迹2025)开始减小。电感器173中的电流(轨迹2030)随着电容器170充电而继续积累。电容器170中的电压朝向vin增加。随着电容器170被充电，电感器173中的电流(轨迹2030)达到峰值，接着在节点145处的电压等于节点176处的电压时开始减小且继续朝向时间t3减小。因此，在步骤1915中，电容器170充电，从而致使电流流入电感器173中，且增加输出节点176处的电压(vout)。当电容器170被完全充电到(vin)120处的电压时，控制器继续进行到步骤1920(参见图19)，所述步骤是可用于转移电感器173中剩余的电流的第一“软制动”配置。与上文所论述及下文更详细地解释的方法相比，软制动可实现每阶段较高电流及/或每阶段较小电容器170。

在第一软制动配置(步骤1920)中，第一固态开关m1、第三固态开关m3及第四固态开关m4分别为接通的，而关断第二固态开关m2。在图23中图解说明步骤1920中的切换调节电路125的简化示意图。在此状态中，电感器173通过电容器170耦合到vin(节点120)且还分别通过第三固态开关m3及第四固态开关m4耦合到接地165，从而允许电感器中的残余电流继续减小到非零最小电流(imin)。

在时序图2000(参见图20)中的时间t3处图解说明步骤1920。现在同时参考图2及20，在时间t3处，第四固态开关160(即，轨迹2020)接通，从而在电感器173与接地165之间添加路径。第二结145处的电压(即，轨迹2025)保持在接地电位处，且电感器173中的电流(轨迹2030)随着电感器耗散其所存储能量而继续减小。电感器173中的电流继续减小到预定最小电流(imin)，在此特定实施例中，所述预定最小电流(imin)为非零的。在一些实施例中，最小电流(imin)可介于10毫安与50安培之间，而在其它实施例中，其可介于100毫安与1安培之间，且在另一实施例中，其可介于200毫安与400毫安之间。接着，控制器继续进行到步骤1925(参见图19)，所述步骤为可用于增加流动穿过电感器173的电流的第二预通量状态。

现在参考图19，在步骤1925中，第一固态开关m1及第四固态开关m4保持接通，接通第二固态开关m2，且第三固态开关m3保持关断。在图24中图解说明步骤1925中的切换调节电路125的简化示意图。此为第二电感器预通量阶段，其中通过将第一输出端子120处的电压(vin)施加到电感器而使电感器173中的电流以大体上线性速率增加。在此状态中，第一端子120处的电压(vin)是跨越电感器173而被直接施加。

现在参考时序图2000，在t4处展示第二预通量状态(步骤1925)。第二结145处的电压迅速地增加到第一节点120处的vin电压，由轨迹2025所展示。电感器170中的电流(轨迹2030)对应于所施加电压及电感器173的特性而迅速地增加。在一些实施例中，电流增加速率可大体上类似于t1与t2之间的时间中的电流增加速率。电感器173中的电流继续增加直到开关状态改变为止，在一个实施例中，此可由步骤1930中所展示的可由计时器控制的延迟进行控制，如上文所论述。

现在参考图19，在步骤1935中，第四固态开关m4保持接通，且接通第二固态开关m2，而第一固态开关m1及第三固态开关m3分别保持关断。在图25中图解说明步骤1935中的切换调节电路125的简化示意图。电容器170连接于电感器173与接地165之间，从而允许将电容器中所存储的电荷通过电感器释放到负载115(参见图1)。当电容器170开始放电(以由电容器170及电感器173设定的时间常数)时，电感器173中的电流增加。在图20中的时序图2000的时间t5处图解说明此状况，其展示第二结145处的电压(即，轨迹2025)在接近于vin(120)处的电压的电压处，这是因为所述第二结连接到经完全充电电容器170。当电容器170与电感器173共振时，电容器170放电从而致使电感器173中的电流增加(即，轨迹2030)。电流增加致使vout(节点176)处的电压增加。随着电容器170中所存储的电荷减少，电感器173中的电流达到峰值(ipeak)，接着开始减小(轨迹2030)。

接着，控制器继续进行到步骤1940(参见图19)，所述步骤为可用于转移电感器173中的剩余电流的第二“软制动”配置。软制动可实现每阶段较高电流及/或每阶段较小电容器170，如上文所论述。

更具体来说，在步骤1940中，第二固态开关m2、第三固态开关m3及第四固态开关m4分别为接通的，而关断第一固态开关m1。在图26中图解说明步骤1935中的切换调节电路125的简化示意图。在此状态中，电感器173分别通过第三固态开关m3及第四固态开关m4耦合到接地165，从而允许电感器中的残余电流继续减小到非零最小电流(imin)。

在时序图2000(参见图20)中的时间t6处图解说明步骤1940。现在同时参考图2及20，在时间t6处，第三固态开关150(即，轨迹2015)接通，从而在电感器173与接地165之间添加路径。第二结145处的电压(即，轨迹2025)保持在接地电位处，且电感器173中的电流(轨迹2030)随着电感器耗散其所存储能量而继续减小。电感器173中的电流继续减小到预定最小电流(imin)，在此特定实施例中，所述预定最小电流(imin)为非零的。接着，控制器返回到步骤1905(参见图19)，所述步骤为可用于增加流动穿过电感器173的电流的第一预通量状态。

图20中的时序图2000仅出于图解说明，且为以非零电感器电流进行操作的电路125(参见图2)的功能的一个实例。可在不背离本发明的情况下实施其它切换算法、控制功能及特征。为了控制图19中所图解说明的步骤1905到1940中的任一者的持续时间，可使用任何类型的计时器或控制电路，包含本文中所揭示的计时器或控制电路。举例来说，在一些实施例中，比较器可用于将输出电压(vout)与所命令电压进行比较。如果输出电压太低，那么控制器可缩短软制动持续时间且较早地开始下一预通量步骤，从而形成被递送到负载115(参见图1)的较高输出电压及较高平均输出电流。此控制算法还可为具有高瞬态电压要求的负载提供相对快速响应时间。在其它实施例中，可采用多相架构，其中一起使用多个切换调节电路125(参见图2)来将电力提供到负载115。

在其它实施例中，替代切换序列1900可用于提供切换调节电路125(参见图2)的额外特征及功能。举例来说，可在第一软制动步骤及第二软制动步骤(分别为步骤1920及1940)之后添加等待状态以提供轻负载性能。更具体来说，当负载115(参见图1)需要经减少电流及/或电压量时，在第一软制动(步骤1920)之后，可命令等待状态，在所述等待状态中，第一固态开关m1及第四固态开关m4分别为接通的且第二固态开关m2及第三固态开关m3为关断的。此基本上停止穿过电路125到负载115(参见图1)的电流，直到命令后续预通量步骤1925为止。类似地，在第二软制动(步骤1940)之后，可命令第二等待状态，在所述第二等待状态中，第二固态开关m2及第三固态开关m3分别为接通的，且第一固态开关m1及第四固态开关m4分别为关断的。此状态基本上停止穿过电路125的电流，直到命令后续预通量步骤1905为止。

现在参考图27，图解说明切换序列2700，其描绘可用于提供切换调节电路125(参见图2)的额外特征及功能的额外实例性切换序列。切换序列2700中的许多开关配置类似于图19中的开关配置，其中相似编号指代类似配置(例如，图19中的开关配置1905对应于图27中的开关配置1905)，然而切换序列2700添加两个额外开关配置(步骤2723)及(步骤2743)，所述两个额外开关配置是允许切换调节电路125在轻负载条件下进行操作的等待状态。如切换序列2700中进一步图解说明，还存在由线2750、2755、2760、2765、2770、2775、2780及2785识别的数个替代切换序列，下文将更详细地论述所述数个替代切换序列中的每一者。

在一个实例中，切换序列2700包含步骤(1915、1920、2723、1935、1949及2743)，且因此分别不执行第一预通量步骤1905及第二预通量步骤1925。替代沿循顺序切换序列，在此实例中，切换序列2700沿循路径2760及2775，从而分别跳过第一预通量步骤1905及第二预通量步骤1925。分别省略第一预通量步骤1905及第二预通量步骤1925可致使流动穿过电感器173的电流减少。此序列可用于将较低电流及/或电压递送到负载115(参见图1)。在一些实施例中，可彼此独立地跳过第一预通量步骤1905或第二预通量步骤1925以提供对改变的负载要求的相对快速响应。

在另一实例中，切换序列2700包含步骤(1905、1915、2723、1925、1935及2743)，且因此分别不执行第一软制动步骤1920及第二软制动步骤1940。替代沿循顺序切换序列，在此实例中，切换序列2700沿循路径2755及2765，从而分别跳过第一软制动步骤1920及第二软制动步骤1940。可在其中电容器170(参见图2)为相对大且在电感器173中的电流接近零的同时被完全充电/放电的实施例中分别省略第一软制动步骤1920及第二软制动步骤1940。因此，由于电容器可从电感器“吸收”大体上所有能量，因此在用于软制动步骤的共振步骤结束时，电感器中几乎没有、甚至根本没有余下电流可供耗散。在类似实例中，切换序列2700不仅可分别跳过第一软制动步骤1920及第二软制动步骤1940，而且可分别跳过第一等待步骤2723及第二等待步骤2743。在此情形中，切换调节电路125上的加载条件为充分的，使得控制器不必通过使用等待状态(步骤2723及2743)来降低输出电流及/或电压。在此实例中，切换序列2700沿循路径2780及2785，从而跳过步骤1920、2723、1940及2743。

在另一实例中，切换序列2700可用于基于切换调节电路125的一或多个参数而改变切换调节电路125(参见图2)在连续电流输出模式与不连续电流输出操作模式之间的操作。更具体来说，在一些实施例中，在操作期间，负载115的要求可改变，且控制器180可通过更改切换序列2700来增加或减小切换调节电路125的输出电流而作出响应，如下文更详细地描述。

在一些实施例中，在轻负载条件下，在切换调节电路125的连续非中断操作期间，控制器180可跳过切换序列2700中的一或多个步骤。在一个实例中，可在第一软制动步骤及/或第二软制动步骤(分别为步骤1920及1940)期间发生到替代切换序列的自主转变。所述转变可为(vout)176处的电压高于或低于预定阈值电压的结果或是响应于电路的任何参数。

在一个实例中，(vout)176处的电压高于预定阈值电压(例如，负载不需要额外电力)，且控制器180将切换序列2700无缝转变到不连续电流操作模式。在一些实施例中，当控制器180在电感器173中的电流达到零(例如，不连续电流输出)时结束第一软制动步骤及/或第二软制动步骤(分别为步骤1920及1940)时，出现不连续电流模式。控制器180可进一步继续进行到第一等待状态及/或第二等待状态(分别为步骤2723及2743)，直到控制器180确定负载115需要较多电力为止(例如，(vout)176下降到低于预定阈值电压)。

在一些实施例中，如果在第一软制动步骤及/或第二软制动步骤(分别为步骤1920及1940)期间，(vout)176处的电压低于预定阈值电压(例如，负载需要额外电力)，那么控制器180可缩短第一软制动步骤及/或第二软制动步骤(分别为步骤1920及1940)的持续时间，且前进到第一预通量状态及/或第二预通量状态(分别为步骤1905及1925)，以增加输出电流及/或转变到连续电流操作模式。

在其它实施例中，控制器180可响应于切换调节电路125的一或多个参数而缩短或延长切换序列2700内的任何步骤的持续时间。作为另一说明性实例，如果当切换调节电路125处于第一共振模式及/或第二共振模式(分别为步骤1915及1935)时，电感器173中的电流减小且负载115需要额外电力，那么控制器180可提早结束所述步骤且可转变到第一预通量状态及/或第二预通量状态(分别为步骤1905及1925)，以增加输出电流及/或转变到连续电流操作模式。

在其它实施例中，切换调节电路125可使用电感器173内的第一电流电平及第二电流电平以控制电路的操作。更具体来说，可通过重复地进行以下操作而调节负载处的电压：(1)给电容器充电，从而导致电感器中的电流的增加，后续接着电感器中的电流的减小；以及在电感器中的电流达到第一电平之前，(2)给电容器放电，从而导致电感器中的电流的增加，后续接着电感器中的电流的减小；以及在电感器中的电流达到第二电平之前，重复(1)。第一电平及第二电平可由控制器180或任何其它电路设定且为基于切换调节电路125的一或多个电特性。在一些实施例中，第一电平及第二电平可大体上等于0安培，然而在其它实施例中，所述第一电平及第二电平可具有正值或负值。在其它实施例中，第一电平及第二电平可具有不同值。

其它切换序列在本发明的范围内，且图27中所展示的开关配置不必以任何特定次序或在特定时间内执行。此外，图27中所展示的开关配置并不指示在切换调节电路125(参见图2)的操作期间必须重复地执行同一序列。更具体来说，由于切换调节电路125(参见图2)的设计灵活性，因此可如(但不限于)线2750、2755、2760、2765、2770、2775、2780及2785所图解说明而由控制器180(参见图1)在任何时间修改切换序列。也就是说，基于去往控制器的输入，控制器180可立即改变切换序列，举例来说通过跳过第一软制动(步骤1920)且继续进行到第一等待状态(步骤2723)，继续进行到第二预通量(步骤1925)，继续进行到第二共振(步骤1935)且继续进行到第二软制动(步骤1940)。因此，正是由于控制器跳过第一软制动(步骤1920)，因此不必跳过第二软制动(步骤1940)。在前述说明书中，已参考可在实施方案之间变化的众多特定细节而描述了本发明的实施例。因此，应将本说明书及图式视为具有说明性意义而非限制性意义。本发明的范围及由申请人既定为本发明的范围的内容的唯一专属指示符是由本申请案得出的权利要求书集合(呈发布这些权利要求的特定形式，包含任何后续校正)的字面及等效范围。