异步开关模式电源的制作方法

异步开关模式电源的制作方法
【专利摘要】公开了一种异步开关模式电源，包括：减法器，其用于从参考信号减去所述开关模式电源的输出；滤波器，其用于对经减法处理后的输出进行滤波；量化器，其用于根据积分减法输出产生多个量化器输出；以及电源切换级，其用于根据所述量化器输出连接多个电源电压中的一个到所述开关模式电源的所述输出。
【专利说明】 异步开关模式电源
【技术领域】
[0001]本发明涉及异步开关模式电源，且尤其涉及包含输出反馈回输入的闭环布置的这种布置。本发明尤其不排他地涉及包含这种异步开关模式电源的包络跟踪电源。
【背景技术】
[0002]开关模式电源在本领域中是已知的。在开关模式电源中，已知提供闭路控制回路，其中代表选择的电源电压的输出被反馈回输入，在那里它与参考信号进行比较。控制回路然后用于校正输出处的信号和参考(或目标)信号之间的任意误差。
[0003]在已知现有技术布置中，提供同步操作。这种已知现有技术布置提供同步控制，其中开关模式电压典型地是多级、多相位电压转换器。使用时钟信号的不同相位以尤其用于产生比使用单个时钟相位所能够实现的更精细的相位/幅度分辨率。
[0004]本发明的目的是提供一种改进开关模式电源。

【发明内容】

[0005]根据本发明，提供一种异步开关模式电源，包括:减法器，其用于从参考信号减去所述开关模式电源的输出；滤波器，其用于对经减法处理后的输出进行滤波；量化器，其用于根据积分减法输出产生多个量化器输出；以及电源切换级，其用于根据所述量化器输出连接多个电源电压中的一个到所述开关模式电源的所述输出。
[0006]所述量化器可以包括多个比较器，每个比较器设置有从所述比较器的输出到所述比较器的输入的反馈回路。
[0007]所述开关模式电源还可以包括多个组合器，所述组合器用于组合每个相应比较器的输出与基于所述积分输出的信号以向相应比较器中的每一个提供输入。
[0008]所述开关模式电源还可以包括多个参考信号，且还可以包括多个其它组合器，所述多个其它组合器每一个均布置为组合相应参考信号与所述积分输出，以提供用于接收相应比较器中的每一个比较器的输出且产生用于相应比较器的输入的组合器的积分输出信号的表达。
[0009]所述多个参考信号可以根据输出切换级中的多个电源电压信号而产生。
[0010]输出切换级可以接收所述多个量化器输出，且根据所述多个量化器输出而连接多个电源电压中的一个到所述开关模式电源的所述输出。
[0011]所述多个量化器输出可以通过输出切换级中的电源电压的数目确定。
[0012]积分器可以包括回路滤波器。
[0013]包络跟踪电源可以包括所定义的开关模式电源。
[0014]所述开关模式电源还可以包括布置为组合所述积分输出和输入参考信号的组合器，该组合器的组合输出提供到所述量化器的输入。
[0015]所述开关模式电源还可以包括连接为接收输入参考信号的延迟级，其中，所述组合器布置为组合所述延迟级的输出与代表所述输出开关模式电源的反馈信号。[0016]所述延迟级的延迟可以对应于输出切换级的延迟。
[0017]所述开关模式电源还可以包括另外的切换级，所述另外的切换级用于接收所述多个量化器输出且用于连接代表电源电压的多个信号中的一个信号到输入减法器。所述另外的切换级的切换器件可以小于输出级的切换器件。所述信号可以是电流信号。
[0018]所述开关模式电源还可以包括从输出切换级的输出到输入组合器的反馈路径，其中，所述输入组合器组合输入参考信号、来自所述另外的切换级的反馈信号和来自所述输出切换级的所述输出的反馈信号。
[0019]包络跟踪电源可以包括所定义的开关模式电源。
[0020]该包络跟踪电源还可以包括用于产生将与所述开关模式电源的所述输出组合的误差信号的误差校正路径。
[0021]所述电源切换级可以包括多个转换开关级，每个转换开关级调适为根据所述量化器输出将多个开关模式电源中的一个切换到所述转换开关级的输出，且还包括用于组合转换开关级输出的组合器。
[0022]任意前述权利要求的开关模式电源或包络跟踪电源，其中，所述量化器布置为产生m个量化器输出，且所述电源切换级包括m个切换级，每个切换级布置为根据所述量化器输出连接η个电源电压中的一个到所述开关模式电源的输出，且还包括用于组合每个切换级的输出以产生开关模式电源输出的组合器。
[0023]本发明还提供一种开关模式电源，包括:η个电源级；m(n-l)级量化器，其布置为提供m(n-l)个量化器输出邱个切换级，每个切换级布置为根据所述m(n-l)个量化器输出而选择所述η个电源级中的一个以连接到切换级输出；以及组合器，其用于组合来自所述m个切换级中的每一个的所述η个电源级的选择级以产生输出电源级。
[0024]所述输出电源级可以从作为干线电压级的多个电源级和多个干线间电源电压级选择，控制器调适为通过连接至少两个切换级到所述η个电源电压级的不同电源电压级而选择干线间级。
[0025]如果所述切换级的多个开关位置提供给定的干线间电源级，则所述控制器可以调适为选择与在先前的干线间电源电压选择时的切换组合不同的切换组合。
[0026]所述至少两个切换级可以连接到相邻电源电压级。
[0027]所述控制器可以调适为:针对干线间电源级的选择，确定电流是否超过阈值，且根据确定结果维持转换开关状态。
[0028]所述组合器可以包括m个电感器，每个电感器具有连接到所述m个切换级的相应一个切换级的输出的第一端子，且每个电感器具有连接到所述开关模式电源的输出端子的
A-Ap ~.丄山—7*
弟一觸子。
[0029]根据一个电感器中的电流超过阈值，所述切换级到不同电源电压级的连接可以改变，从而反转电流的方向。
[0030]本发明还提供一种用于异步开关模式电源的方法，该方法包括以下步骤:从参考信号减去所述开关模式电源的输出；对经减法处理后的输出进行滤波；根据积分减法输出产生多个量化器输出；以及根据所述量化器输出连接多个电源电压中的一个到所述开关模式电源的所述输出。
[0031]量化器可以包括多个比较器，每个比较器设置有从所述比较器的输出到所述比较器的输入的反馈回路。
[0032]所述方法还可以包括多个组合器，所述组合器用于组合每个相应比较器的输出与基于所述积分输出的信号以向相应比较器中的每一个提供输入。
[0033]所述方法还可以包括多个参考信号，且还可以包括多个其它组合器，所述多个其它组合器每一个均组合相应参考信号与所述积分输出，以提供用于接收相应比较器中的每一个比较器的输出且产生用于相应比较器的输入的组合器的积分输出信号的表达。
[0034]所述方法还可以包括根据输出切换级中的多个电源电压信号而产生所述多个参
考信号。
[0035]所述方法还可以包括:在输出切换级，接收所述多个量化器输出，且根据所述多个量化器输出而连接多个电源电压中的一个到所述开关模式电源的所述输出。
[0036]所述方法可以包括通过输出切换级中的电源电压的数目确定所述多个量化器输出。
[0037]积分器可以包括回路滤波器。
[0038]包络跟踪电源中的方法可以包括所定义的方法。
[0039]所述方法还可以包括布置为组合所述积分输出和输入参考信号的组合器，该组合器的组合输出提供到量化器的输入。
[0040]所述方法还可以包括连接为接收输入参考信号的延迟级，所述方法包括组合所述延迟级的输出与代表所述输出开关模式电源的反馈信号。
[0041]所述延迟级的延迟可以对应于输出切换级的延迟。
[0042]所述方法还可以包括另外的切换级，所述方法包括接收所述多个量化器输出且连接代表电源电压的多个信号中的一个信号到输入减法器。
[0043]所述另外的切换级的切换器件可以小于输出级的切换器件。
[0044]所述信号可以是电流信号。
[0045]所述方法还可以包括提供从输出切换级的输出到输入组合器的反馈路径，其中，所述输入组合器组合输入参考信号、来自所述另外的切换级的反馈信号和来自所述输出切换级的所述输出的反馈信号。
[0046]包络跟踪电源中的方法可以包括所定义的开关模式电源。
[0047]所述方法还可以包括用于产生将与所述开关模式电源的所述输出组合的误差信号的误差校正路径。
[0048]开关模式电源或包络跟踪电源中的方法，其中，所述电源切换级可以包括多个转换开关级，每个转换开关级根据所述量化器输出将多个开关模式电源中的一个切换到所述转换开关级的输出，且还包括组合转换开关级输出。
[0049]所述量化器可以产生m个量化器输出，且所述电源切换级包括m个切换级，每个切换级根据所述量化器输出连接η个电源电压中的一个到所述开关模式电源的输出，且还包括组合每个切换级的输出以产生开关模式电源输出。
[0050]本发明还提供一种控制开关模式电源的方法，该方法可以包括以下步骤:提供η个电源级；布置m(n-l)级量化器，以提供m(n-l)个量化器输出；布置m个切换级，每个切换级根据所述m(n-l)个量化器输出而选择所述η个电源级中的一个以连接到切换级输出；以及组合来自所述m个切换级中的每一个的所述η个电源级的选择级以产生输出电源级。[0051]一般地，电源电压的数目优选地是η ;切换级或输出电感器的数目是m ;量化器输出的数目是m(n-l);可能的输出电压级的数目是m(n-l)+l ;且干线间电源电压输出级的数目是(m (η-1) +1) -ηο
[0052]所述输出电源级可以包括η个电源电压干线级和干线间电源电压级选择，所述方法包括通过连接至少两个切换级到所述电源电压级的不同电源电压级而选择干线间级。
[0053]如果所述切换级的多个开关位置提供给定的干线间电源级，则可以选择与在先前的干线间电源电压选择时的切换组合不同的切换组合。
[0054]所述至少两个切换级可以连接到相邻电源电压级。
[0055]所述方法可以包括:针对干线间电源级的选择，确定电流是否超过阈值，且根据确定结果维持转换开关状态。
[0056]所述组合器可以包括m个电感器，每个电感器具有连接到所述m个切换级的相应一个切换级的输出的第一端子，且每个电感器具有连接到所述开关模式电源的输出端子的
A-Ap ~.丄山—7*
弟一觸子。
[0057]根据一个电感器中的电流超过阈值，所述切换级到不同电源电压级的连接可以改变，从而反转电流的方向。
【专利附图】

【附图说明】
[0058]现在将参考附图通过举例的方式描述本发明，附图中:
[0059]图1说明根据本发明的一个实施方式的异步开关模式电源的架构；
[0060]图2说明对如图1说明的本发明的异步开关模式电源的另一修改；
[0061]图3说明根据本发明对如图1说明的开关模式电源的另一修改；
[0062]图4说明根据跟发明对如图1说明的开关模式电源的又一修改；
[0063]图5说明根据本发明的一个实施方式的异步开关模式电源中的改进；
[0064]图6与图5的布置一同使用，说明根据本发明的一个实施方式的异步开关模式电源的改进输出级；
[0065]图7说明在一个实施方式中与图6的输出级一同使用的控制器；以及
[0066]图8说明根据本发明的实施方式利用异步开关模式电源的功率放大器的包络跟踪电源的实现方式。
【具体实施方式】
[0067]现在将参考指定示例和实施方式描述本发明。本领域技术人员将意识到，本发明不限于此处给出的指定实施方式的细节。另外，此处描述的各个实施方式并不相互排他。此处描述的实施方式可以独立或以任意组合实施。
[0068]参考图1，例示了如参考数字2所表示的根据本发明的优选实施方式的异步开关模式电源。异步开关模式电源2包括输入级4、量化器6和电源开关8。在信号线路10上接收作为输入的参考信号，且在输出线路12上产生作为输出的电源电压。
[0069]在优选实现方式中，输出级包含减法器18和积分器20。减法器18在线路10上接收参考信号输入，且经由反馈线路16接收在线路12上的输出信号的反馈。减法器18从线路10上的输入参考信号减去线路16上的反馈信号，且在其输出产生代表其间差异的误差信号。线路12上的输出信号旨在是线路10上的输入参考信号的高功率复制，且减法器18的输出处的任意误差信号代表与输入参考信号相比复制信号中的误差。组合器18的输出被提供作为到积分器20的输入，该积分器在线路14上产生积分或平均误差信号。
[0070]量化器6在优选实施方式中示出，且接收在线路14上的积分信号作为输入，且产生在线路28i至283上的三个控制信号作为输出。一般地，开关模式电源是基于η个可能的电源电压中的一个产生输出电源电压的η级电源。在此处描述的示例中，描述了 4级开关模式电源，即其中η等于4。对于η级开关模式电源，需要量化器产生η-l个输出控制信号以控制η级之间的切换。量化器6因而产生在线路28i至283上的三个输出控制信号，但是一般地可以被认为产生η-l个输出控制信号。
[0071]量化器6有效地包含三个相同的电路，用于产生用于4级开关模式电源的三个控制信号中的每一个。更一般地，量化器将包含用于η个输出电压的η-l个相同电路。在图1中，与其它电路的元件相对应的三个电路的每个元件通过后缀为I至3的相同参考数字指示。因而，在描述量化器6的实现方式的以下段落中，应当理解，每个参考数字的提及实际上是三个电路中的每一个电路的该元件的提及。
[0072]线路14上的积分信号在到在相应各个线路至213上的多个减法器22i至223的输入被提供。线路。^至〗、上的输入因此是到量化器6的三个电路中的每一个电路的输入。
[0073]每个减法 器22i至223从参考数字2七至243指示的相应参考电压源Vkefi至Vkef3接收输入作为第二输入。参考电SVkefi至Vkef3从提供为到电源开关8的电源电压的一组输出电压(V1至V3)得出。参考电压以升序提供，电压Vkefi是最低电压，且参考电压Vkef3是最闻参考电压。
[0074]如本领域所已知，参考电压被设置为提供用于每个量化器级的过渡点。例如，4个电源电压WV3和V4可以对应于电压级0V、1V、2V、3V。参考电压VKEn例如设置在OV至IV之间的某处，所以随着输入信号从OV过渡到IV，线路28上的输出从状态O变化为状态
I。在一个示例中，例如 Veefi=0.5V ；Veef2=1.5V ;且 V鹏=2.5V。
[0075]减法器22i至223中的每一个从线路14上的公共积分误差信号减去相关参考电压。
[0076]每个减法器22i至223的输出作为第一输入被提供到相应加法器23i至233。相应加法器23i至233的输出作为相应输入被提供到相应比较器26i至263。比较器26i至263的输出被反馈且作为第二输入被提供到相应加法器23i至233。相应比较器26i至263的输出另外地形成量化器6的在线路28i至283上的输出控制信号。
[0077]围绕比较器Zei至263的反馈回路提供围绕该比较器的滞后。比较器261至263必须具有滞后以具有明确定义的开关状态。
[0078]进一步参考图1，来自量化器6的在信号线路28i至283上的输出提供到电源开关8的输入。
[0079]电源开关8包括解码器30和切换级34。解码器30接收在线路28i至283上的控制信号，且如本领域所已知，解码所述信号以将线路32上的控制信号提供到切换级34。切换级34包括连接到输出线路12的开关33，同样如本领域所已知，该开关33依赖于线路32上的控制信号切换以将电源电压Vl至V3中的一个连接到输出线路12。如本领域所已知，切换级34的开关实际上实施为晶体管。切换级34的开关是用于切换电源电压的电源开关，且因此是物理大器件。作为到减法器18的输入，线路12上的所选择的电源电压在线路16上的反馈路径上提供到输入级4。
[0080]积分器20是用于图1的闭环布置的回路滤波器的示例实现方式。积分器20还提供求和效果，以提供用于图1的开关模式电源的德尔塔(Λ )拓扑(delta topology)。回路滤波器用作斜坡发生器。因而，回路滤波器20与具有提供滞后的反馈的比较器26i至263组合，提供自时钟布置。
[0081]通过比较器26i至263附近的反馈与回路滤波器20和线路10上的输入波形本身的组合的提供的滞后定义了开关模式电源2的带宽和切换速率。
[0082]整体上，量化器6将在输入线路14上提供的模拟信号转换成在线路28i至283上的一系列数字信号，如果输入信号在温标上超过阈值(或过渡点)，这些数字信号中每一个被设置为高。
[0083]围绕比较器26i至263的滞后反馈提供用作内部时钟的振荡条件。整体反馈回路中的积分器20提供用于量化器的斜坡。
[0084]经由反馈线路16从输出12到输入级路4的闭环反馈的设置提供了图1的开关模式电源2的希格玛(Σ)拓扑(sigma topology)。
[0085]希格玛拓扑和德尔塔拓扑均在图1的开关模式电源中提供，图1是用于开关模式电源的异步德尔塔-希格玛(Σ - Λ)控制器的实现方式。
[0086]用于异步操作的图1的布置在量化器中使用从同步操作已知的适于进一步调适的某些技术和某些功能性。然而，不提供外部时钟信号，且因而布置是异步的。异步操作通过围绕比较器26i至263的反馈连接的设置和示例性地实施为积分器20的回路滤波器的设置来实现。
[0087]因而图1的布置示出用于异步开关模式电源的完整德尔塔-希格玛电源调制器回路。积分器20与围绕比较器26i至263的反馈的滞后范围以及由线路16上的反馈提供的回路延迟一起设置回路带宽。
[0088]图1的异步开关模式电源可以在另外的实施方式中进一步改进。现在描述的另外的实施方式不限于图1的异步开关模式电源的指定实现方式。下面的改进可以实施在任意异步开关模式电源中，且并不限于与图1的详细布置组合地实施。然而，它们可以有利地与如图1所示的异步开关模式电源的实现方式组合地实施。在使用相似参考数字的图中，每个图中指示的元件指示相应的元件。
[0089]参考图2，说明了对图1的开关模式电源2的输入级4的改进。如图2所示，另外的组合级36被包括在输入级4中。积分器20的输出向组合级36提供第一输入。线路10上的参考输入信号向组合级36提供第二输入。组合级36的输出在到量化器6的输入处提供在线路14上的信号。否者，图1的输入级4未经修改。
[0090]图2的改进提供在高带宽改进的精确跟踪。输入参考信号被直接前向反馈到量化器输入。对于高频，量化器6的行为就好像它是没有反馈的开环量化器。在低频，线路16上的反馈提供闭环操作。因而，在低频操作中，德尔塔-希格玛功能操作，通过组合输入参考信号和反馈输出信号允许量化级之间的插值。因而，通过直接向量化器的输入前向反馈参考信号获得改进。[0091]在图3中说明对于图1的开关模式电源的另一修改。同样，改进涉及输入级4。如图3所示，与图2的布置相比，输入级4被进一步修改以包括延迟框38。应当理解，尽管图3的改进与图2的改进组合地输出，可以在不实施与图2相关联的改进的条件下获得图3的改进。
[0092]进一步参考图3，在减法器18的输入处提供延迟框38，使得线路10上的参考输入信号在被提供到减法器18的输入之前通过延迟块38延迟。在其它方面，与图2的输入级4相比，输入级未经修改。延迟级30的实现方式有利于开关模式电源的跟踪精确度。延迟级38的延迟优选地计算为等于切换级8引入的延迟。这导致应用于减法器18输入的输入参考信号与线路16上的反馈信号时间对准，从而在减法器18的输出提供改进的误差信号。
[0093]参考图4，例示了对于图1的异步开关模式电源的又一优选改进。在图4的布置中，根据如图1所示的布置实施输入级4。然而，应当理解，输入级4可以根据图2或图3中示出的改进中的任意一个实施，且在无图2的改进的条件下根据图3的改进实施。
[0094]由于器件大小，电源开关8向反馈系统添加明显延迟。图4的布置克服这种延迟的缺点。这通过跟踪用于从电源开关级8的输入或量化器6的输出而不是电源开关级8的输出向输入级4提供反馈的输出信号实现，且因而避免了电源开关的延迟。
[0095]参考图4，在该实施方式中，提供包括相关解码器44和转换开关42的附加切换级40。解码器44接收在量化器6的线路281至284上的输出作为输入。在备选布置中，可以不提供解码器44，且切换级42可以从线路32上的解码器30的输出接收控制信号。切换级42的输出在线路52上提供到减法器50，该减法器50代替了图1的输入级4的减法器18。减法器50代替减法器18以提供另一示例性修改中的附加组的输入。如下面进一步描述，除了线路10上的输入参考信号和线路52上的来自切换级42的反馈信号，图4的输入级4的减法器50可选地接收第三组输入。
[0096]线路28i至283上的量化器6的输出(或线路32上的解码器30输出)同时操作输出电源开关8的切换级34和可以被认为包含局部低电源开关的切换级42。
[0097]在优选实施方式中，开关级42包含一组电流开关43，其切换从输入电压得出的开关电流到如电压源VI’至V4’指示的主开关。切换级42的局部开关43的输出则变成电源开关8的相应主开关33的输出的复制。切换级42是切换级34的低功率和小规模复制。
[0098]因而，切换级42包括一般通过开关43指示的多个开关，该多个开关对应于一般通过开关33指示的切换级8的多个开关。然而，因为可以使用比电源切换级8明显更小的物理器件实施切换级42，与电源开关8导致的延迟相比，切换级42导致的延迟明显减小。因而，通过提供来自切换级8的输入(或量化器6的输出)而不是切换级8的输出的反馈回路，在仍提供希望的反馈信息的同时，控制回路的延迟明显减小。
[0099]另一可选改进可以包括在图4的布置中，其包含电流检测器46和通过反馈线路48提供到减法器50的附加反馈回路。如图4所示，电流检测器46连接为接收输出线路12上的信号，且反馈路径48连接电流检测器的输出到减法器50的可选第三输入。因而，电流检测器46提供的反馈与来自切换级42的反馈52的减法一起从线路10上的输入参考信号减去。
[0100]电流检测器46和反馈路径48提供围绕开关模式电源的第二反馈回路。这校正了流经电源开关8的切换器件的电流引入的任意误差。[0101]电流检测器46提供的校正回路测量实际上可以是从电源开关级8的输出得出的任意参数，且例如可以用于在从信号线路12接收输入的校正放大器中去除偏移电流。
[0102]在又一修改中，在任意实施方式中，量化器6可以被修改以使得参考信号2七至243是动态的，以跟踪电源开关级8中转换开关输入级中的变化，使得量化级并不是被固定，它们将跟踪相关电源中的变化。电源中的变化例如可以是不良调节电源的结果。
[0103]另外，上面描述的各个实施方式还可以通过使用单极回路滤波器代替积分器20修改。这种单极回路滤波器将仍提供积分器20的求和或希格玛操作。如上所述，积分器是这种滤波器的复制。
[0104]在同步脉冲宽度调制(PWM)控制器中，可以通过使用多级转换开关来增加系统的分辨率。时钟信号的不同相位可以被使用，使得分辨率增加。例如，在双相位系统中，分辨率可以翻倍。这允许可以选择输出电压的电压范围翻倍。
[0105]在不存在时钟信号的异步系统中，不可能使用时钟信号的不同相位来增加分辨率。在根据本发明的一个实施方式中，提供一种用于增加异步系统的分辨率的技术，使得同步系统中多相位时钟的用户实现的有效分辨率增益在异步系统中被赶超。
[0106]为了实现这种更大的分辨率，在该实施方式中，图1的量化器6中的级数目增加。以这种方式,可以增加系统的分辨率,实际上,级数目对应于同步系统中增加后的相位数目。
[0107]一般地，根据所述实施方式，量化级的数目η增加m倍从n+1个电源电压提供增加数目的mn+1个输出电 压。在实施方式中，这通过提供m个转换开关级实现，该转换开关级均在n+1个电源电压之间切换。用于说明性示例的目的，n=3且m=2。
[0108]参考图5，例示了对于图1的量化器6的修改，调适为根据该布置提供增加数目的量化器输出级。在所述指定示例中，与图1相比，量化器级的数目翻倍为6，且因此在线路28!至286上产生指示为Q1至Q6的6个量化器输出。
[0109]如上面参考图1所讨论，图5的量化器6包含多个、在所述示例中为6个相同的量化器电路。每个从线路14上的积分器或回路滤波器接收公共输入信号，且产生相应多个量化器输出信号中的一个。
[0110]使用图1的布置，图5的每个量化器级设置有可以指示为VKEn至Vkef6的相应参考电压。尽管与图1的布置相比，量化器级的数目增加(翻倍)，电源电压的数目保持相同。因而，在图1中，每个量化器提供位于两个独立电源电压之间的过渡点，而在图5的布置中，每对量化器均具有位于两个相邻电源电压之间的过渡点。这些过渡点指示用于一对量化器级中的每个量化器级的参考电压。
[0111]因而，用于VkefJPVkef2的参考电压或过渡级必须位于O至IV伏特之间；用于Vkef3和的参考电压必须位于I和2伏特之间，且用于Vkef5和Vkef6的参考电压必须位于电压级2伏特和3伏特之间。
[0112]另外，在每对量化器级内，过渡级必须不同地设置，使得量化器输出从一个状态向另一个状态过渡的点不同，否则附加量化器的设置将没有效果。
[0113]根据优选实施方式，用于每个量化器级的参考电压设置如下:
[0114]Veefi=0.25V
[0115]Veef2=0.75V[0116]Veef3=L 25V
[0117]Veef4=L 75V
[0118]VEEF5=2.25V
[0119]VEEF6=2.75V
[0120]因而从上文可以看出，对于每对量化器级，存在响应于增加或减小输入信号直到从一个电压级过渡到相邻电压级的过渡点的过渡。
[0121]为了使得系统的分辨率翻倍，在维持相同数目的电源电压的同时，每个量化器级被翻倍或复制。
[0122]本领域技术人员应当意识到，参考图5描述的实施方式的原理可以进一步扩展。应当理解，图1的每个量化器级被图5中的两个量化器级代替。这可以扩展，使得图1的每个量化器级被备选布置中的三个或更多量化器级代替。在三个量化器级代替图1的一个量化器级的情况中，例如，用于三个量化器级组内每个量化器级的参考电压被适当地设置，使得用于每个量化器级的过渡级不同。例如，量化器过渡级可以设置为使得用于与电源电压级O伏特和I伏特之间的过渡相关的三个量化器级的最低组的参考电压是0.25V、0.5V和
0.75V。
[0123]表1例不来自图5的量化器6的量化器输出Ql至Q6,例不了每个量化器输出的状态输出级，以及用于所述示例中每组量化器输出的输出切换级的所旨输出电压。
[0124]
【权利要求】
1.一种异步开关模式电源，该异步开关模式电源包括: 减法器，其用于从参考信号减去所述开关模式电源的输出； 滤波器，其用于对经减法处理后的输出进行滤波； 量化器，其用于根据积分减法输出产生多个量化器输出；以及 电源切换级，其用于根据所述量化器输出将多个电源电压中的一个连接到所述开关模式电源的所述输出。
2.根据权利要求1所述的开关模式电源，其中，所述量化器包括多个比较器，每个比较器设置有从所述比较器的输出到所述比较器的输入的反馈回路。
3.根据权利要求2所述的开关模式电源，所述开关模式电源还包括多个组合器，所述多个组合器用于组合每个相应比较器的输出与基于所述积分输出的信号以向相应比较器中的每一个提供输入。
4.根据权利要求3所述的开关模式电源，所述开关模式电源还包括多个参考信号，且还包括多个其它组合器，所述多个其它组合器每一个均布置为组合相应参考信号与所述积分输出，以提供用于接收相应比较器中的每一个比较器的输出且产生用于相应比较器的输入的组合器的积分输出信号的表达。
5.根据权利要求4所述的开关模式电源，其中，所述多个参考信号根据输出切换级中的多个电源电压信号而产 生。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的开关模式电源，其中，所述输出切换级接收所述多个量化器输出，且根据所述多个量化器输出而将多个电源电压中的一个连接到所述开关模式电源的所述输出。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的开关模式电源，其中，所述多个量化器输出通过输出切换级中的电源电压的数目确定。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的开关模式电源，其中，所述积分器包括回路滤波器。
9.一种包络跟踪电源，该包络跟踪电源包括根据权利要求1至7中任一项所述的开关模式电源。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的开关模式电源，所述开关模式电源还包括布置为组合所述积分输出和输入参考信号的组合器，该组合器的组合输出提供到所述量化器的输入。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的开关模式电源，所述开关模式电源还包括连接为接收所述输入参考信号的延迟级，其中，所述组合器布置为组合所述延迟级的输出与代表所述输出开关模式电源的反馈信号。
12.根据权利要求11所述的开关模式电源，其中，所述延迟级的延迟对应于所述输出切换级的延迟。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的开关模式电源，所述开关模式电源还包括另外的切换级，所述另外的切换级用于接收所述多个量化器输出且用于将代表电源电压的多个信号中的一个信号连接到输入减法器。
14.根据权利要求13所述的开关模式电源，其中，所述另外的切换级的切换器件小于所述输出级的切换器件。
15.根据权利要求13或14所述的开关模式电源，其中，所述信号是电流信号。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的开关模式电源，所述开关模式电源还包括从输出切换级的输出到输入组合器的反馈路径，其中，所述输入组合器组合输入参考信号、来自所述另外的切换级的反馈信号和来自所述输出切换级的所述输出的反馈信号。
17.—种包络跟踪电源，该包络跟踪电源包括根据权利要求1至16中任一项所述的开关模式电源。
18.根据权利要求17所述的包络跟踪电源，该包络跟踪电源还包括用于产生将与所述开关模式电源的所述输出组合的误差信号的误差校正路径。
19.根据任一前述权利要求所述的开关模式电源或包络跟踪电源，其中，所述电源切换级包括多个转换开关级，每个转换开关级调适为根据所述量化器输出将多个开关模式电源中的一个切换到所述转换开关级的输出，且所述电源切换级还包括用于组合转换开关级输出的组合器。
20.根据任一前述权利要求所述的开关模式电源或包络跟踪电源，其中，所述量化器被设置为产生m个量化器输出， 且所述电源切换级包括m个切换级，每个切换级被设置为根据所述量化器输出将η个电源电压中的一个连接到所述开关模式电源的输出，且所述电源切换级还包括用于组合每个切换级的输出以产生开关模式电源输出的组合器。
21.—种开关模式电源,该开关模式电源包括: η个电源级； m(n-l)级量化器，其布置为提供m(n-l)个量化器输出； m个切换级，每个切换级布置为根据所述m(n-l)个量化器输出而选择所述η个电源级中的一个以连接到切换级输出；以及 组合器，其用于组合来自所述m个切换级中的每一个的所述η个电源级的选择级以产生输出电源级。
22.根据权利要求21所述的开关模式电源，其中，所述输出电源级从作为干线电压级的多个电源级和多个干线间电源电压级选择，控制器调适为通过连接至少两个切换级到所述η个电源电压级的不同电源电压级而选择干线间级。
23.根据权利要求22所述的开关电源，其中，如果所述切换级的多个开关位置提供给定的干线间电源级，则所述控制器调适为选择与在先前的干线间电源电压选择时的切换组合不同的切换组合。
24.根据权利要求23所述的开关模式电源，其中，所述至少两个切换级连接到相邻电源电压级。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的开关模式电源，其中，所述控制器调适为:针对干线间电源级的选择，确定电流是否超过阈值，且根据确定结果维持转换开关状态。 25.根据权利要求21至24中任一项所述的开关模式电源，其中，所述组合器包括m个电感器，每个电感器具有连接到所述m个切换级的相应一个切换级的输出的第一端子，且每个电感器具有连接到所述开关模式电源的输出端子的第二端子。
26.根据权利要求25所述的开关模式电源，其中，根据一个电感器中的电流超过阈值，所述切换级到不同电源电压级的连接改变，从而反转电流的方向。
27.一种用于异步开关模式电源的方法，该方法包括以下步骤:从参考信号减去所述开关模式电源的输出； 对经减法处理后的输出进行滤波； 根据积分减法输出产生多个量化器输出；以及 根据所述量化器输出将多个电源电压中的一个连接到所述开关模式电源的所述输出。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述量化器包括多个比较器，每个比较器设置有从所述比较器的输出到所述比较器的输入的反馈回路。
29.根据权利要求28所述的方法，所述方法还包括多个组合器，所述组合器用于组合每个相应比较器的输出与基于所述积分输出的信号以向相应比较器中的每一个提供输入。
30.根据权利要求29所述的方法，所述方法还包括多个参考信号，且还包括多个其它组合器，所述多个其它组合器每一个均组合相应参考信号与所述积分输出，以提供用于接收相应比较器中的每一个比较器的输出且产生用于相应比较器的输入的组合器的积分输出信号的表达。
31.根据权利要求30所述的方法，所述方法还包括根据输出切换级中的多个电源电压信号而产生所述多个参考信号。
32.根据权利要求27至31中任一项所述的方法，所述方法还包括:在输出切换级，接收所述多个量化器输出，且根据所述多个量化器输出而将多个电源电压中的一个连接到所述开关模式电源的所述输出。
33.根据权利要求27至32中任一项所述的方法，所述方法包括通过输出切换级中的电源电压的数目确定所述多个量化器输出。
34.根据权利要求27至33中任一项所述的方法，其中，所述积分器包括回路滤波器。
35.一种在包络跟踪电源中的方法，该方法包括根据权利要求27至34中任一项所述的控制开关模式电源的方法。
36.根据权利要求27至35中任一项所述的方法，所述方法还包括被设置为组合所述积分输出和输入参考信号的组合器，该组合器的组合输出提供到量化器的输入。
37.根据权利要求27至36中任一项所述的方法，所述方法还包括连接为接收输入参考信号的延迟级，所述方法包括组合所述延迟级的输出与代表所述输出开关模式电源的反馈信号。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述延迟级的延迟对应于所述输出切换级的延迟。
39.根据权利要求27至38中任一项所述的方法，所述方法还包括另外的切换级，所述方法包括接收所述多个量化器输出且将代表电源电压的多个信号中的一个信号连接到所述输入减法器。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述另外的切换级的切换器件小于所述输出级的切换器件。
41.根据权利要求39或40所述的方法，其中，所述信号是电流信号。
42.根据权利要求39至41中任一项所述的方法，所述方法还包括提供从输出切换级的输出到所述输入组合器的反馈路径，其中，所述输入组合器组合输入参考信号、来自所述另外的切换级的反馈信号和 来自所述输出切换级的所述输出的反馈信号。
43.一种在包络跟踪电源中的方法，所述包络跟踪电源包括根据权利要求27至42中任一项所述的开关模式电源。
44.根据权利要求43所述的方法，所述方法还包括用于产生将与所述开关模式电源的所述输出组合的误差信号的误差校正路径。
45.根据权利要求27至44中任一项所述的在开关模式电源或包络跟踪电源中的方法，其中，所述电源切换级包括多个转换开关级，每个转换开关级根据所述量化器输出将多个开关模式电源中的一个切换到所述转换开关级的输出，且所述方法还包括组合转换开关级输出。
46.权利要求27至45中任一项所述的开关模式电源或包络跟踪电源，其中，所述量化器产生m个量化器输出，且所述电源切换级包括m个切换级，每个切换级根据所述量化器输出将n个电源电压中的一个连接到所述开关模式电源的输出，且还包括组合每个切换级的输出以产生开关模式电源输出。
47.一种控制开关模式电源的方法，该方法包括以下步骤: 提供η个电源级； 布置m(n-l)级量化器，以提供m(n-l)个量化器输出； 布置m个切换级，每个切换级根据所述m(n-l)个量化器输出而选择所述η个电源级中的一个以连接到切换级输出；以及 组合来自所述m个切换级中的每一个的所述η个电源级的选择级以产生输出电源级。
48.根据权利要求47所述的方法，其中，所述输出电源级包括作为电压干线级的电源电压级和多个干线间电源电压级，所述方法包括通过连接至少两个切换级到所述电源电压级的不同电源电压级而选择干线间级。
49.根据权利要求48所述的方法，其中，如果所述切换级的多个开关位置提供给定的干线间电源级，则选择与在先前的干线间电源电压选择时的切换组合不同的切换组合。
50.根据权利要求49所述的方法，其中，所述至少两个切换级连接到相邻电源电压级。
51.根据权利要求47至50中任一项所述的方法，所述方法包括:针对干线间电源级的选择，确定电流是否超过阈值，且根据确定结果维持转换开关状态。
52.根据权利要求47至51中任一项所述的方法，其中，组合器包括m个电感器，每个电感器具有连接到所述m个切换级的相应一个切换级的输出的第一端子，且每个电感器具有连接到所述开关模式电源的输出端子的第二端子。
53.根据权利要求52所述的方法，其中，根据一个电感器中的电流超过阈值，所述切换级到不同电源电压级的连接改变，从而反转电流的方向。
【文档编号】H03F3/217GK103975524SQ201280049647
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年8月9日 优先权日:2011年8月9日
【发明者】马丁·威尔逊 申请人:努吉拉有限公司