可重新配置的开关式转换器的制作方法

相关申请

本公开主张于2015年4月16日提交的美国临时专利申请序列号62/148,567的优先权，其全部内容以引用方式并入本文中。

本公开大体上涉及音频设备电路，包括但不限于个人音频设备，诸如无线电话机和媒体播放器，更具体地，涉及包括用于驱动音频设备的音频换能器的可重新配置的开关式转换器的开关式放大器。

背景技术：

个人音频设备，包括无线电话机(诸如移动式电话机/蜂窝式电话机、无绳电话机)、mp3播放器及其他消费类音频设备，得到广泛应用。这样的个人音频设备可包括用于驱动一对耳机或一个或更多个扬声器的电路。这样的电路通常包括扬声器驱动器，该扬声器驱动器包括用于驱动音频输出信号至耳机或扬声器的功率放大器。

驱动音频输出信号的一个现有方法是采用扬声器驱动器，诸如图1所示的扬声器驱动器100。扬声器驱动器100可包括包络跟踪升压转换器102(例如，h类放大器)，接着是全桥输出级104(例如，d类放大器)，该全桥输出级104作为另一个转换器级有效地工作。升压转换器102可包括如图所示布置的电源电感器105、开关106，108和电容器110。全桥输出级104可包括如图所示的开关112，114，116和118、电感器120和124以及电容器122和126。

扬声器驱动器,诸如扬声器驱动器100,有很多缺点。一个缺点是由于输出级104中的开关，这种扬声器驱动器100可能产生可能对其他电磁信号造成干扰的大量放射状电磁辐射。这种放射状电磁干扰可通过使用电感器120和电容器122以及电感器124和电容器126形成的lc滤波器来减轻。然而，这样的lc滤波器通常尺寸非常大，且至输出换能器的端子的耦合电容器122和126可能对扬声器驱动器100的电源效率有负面影响。

此外，这样的体系结构通常不处理大的脉冲信号。为了降低功耗，电源电压vsupply可根据输出信号而变化，使得电源电压vsupply可在较低输出信号幅值的较低电压电平下工作。因此，如果信号迅速增大，那么可能没有足够时间来增大电压vsupply，从而导致信号削波，除非在信号路径中设置延迟。然而，向信号路径添加延迟可能造成与其他类型的音频电路(诸如自适应消噪电路)不兼容。

技术实现要素：

根据本公开的教导，可以减少或消除与驱动音频输出信号至音频换能器的现有方法相关联的一个或更多个缺点和问题。

根据本公开的实施例，一种用于向负载产生输出电压的开关电源级可包括可配置开关式电源转换器和控制器。可配置开关式电源转换器可包括电源电感器、布置成在多个开关配置下顺序地工作的多个开关以及用于产生输出电压的输出。输出包括第一输出端子和第二输出端子。控制器可被配置成对于输出电压的至少一个幅值范围，控制多个开关在可配置开关式电源转换器的每个开关循环的至少三个开关相位内工作以生成输出电压，其中可配置开关式电源转换器的开关循环的周期基本上大致相等，并控制多个开关对于至少三个开关相位中的每个开关相位应用多个开关配置中的相应开关配置以实现以下至少一者：在输出电压的整个动态范围内的电源电感器的连续电流的维持；在输出电压的整个动态范围内的电源电感器的连续峰值电流的维持；第一输出端子和第二输出端子的共模电压的调节；电源转换器的电磁干扰的最小化；和电源转换器的电源效率的优化。

根据本公开的这些和其他实施例，一种用于向负载产生输出电压的方法可包括在可配置开关式电源转换器中，该可配置开关式电源转换器包括电源电感器、布置成在多个开关配置下顺序地工作的多个开关以及用于产生输出电压的输出，该输出包括第一输出端子和第二输出端子，对于输出电压的至少一个幅值范围，控制多个开关在可配置开关式电源转换器的每个开关循环的至少三个开关相位内工作以生成输出电压，其中可配置开关式电源转换器的开关循环的周期基本上大致相等。该方法还可包括控制多个开关对于至少三个开关相位中的每个开关相位应用多个开关配置中的相应开关配置以实现以下至少一者：在输出电压的整个动态范围内的电源电感器的连续电流的维持；在输出电压的整个动态范围内的电源电感器的连续峰值电流的维持；第一输出端子和第二输出端子的共模电压的调节；电源转换器的电磁干扰的最小化；和电源转换器的电源效率的优化。

根据本公开的这些和其他实施例，一种用于向负载产生输出电压的开关电源级可包括可配置开关式电源转换器和控制器。可配置开关式电源转换器可包括电源电感器、耦合至第一电源电压的第一电源端子、耦合至第二电源电压的第二电源端子、用于产生输出电压的输出以及多个开关，该输出包括第一输出端子和第二输出端子，所述多个开关包括用于将电源电感器分别耦合至第一电源端子、第二电源端子、第一输出端子和第二输出端子中的每个端子使得多个开关在第一电源端子、第二电源端子、第一输出端子和第二输出端子之间提供多个开关的至少七个开关配置的开关。控制器可被配置成启用可配置开关式电源转换器的每个开关循环的至少七个开关配置中的至少三个开关配置，其中可配置开关式电源转换器的开关循环的周期基本上大致相等。

根据本公开的这些和其他实施例，一种用于向负载产生输出电压的方法可包括在可配置开关式电源转换器中，该可配置开关式电源转换器包括电源电感器、耦合至第一电源电压的第一电源端子、耦合至第二电源电压的第二电源端子、用于产生输出电压的输出以及多个开关，该输出包括第一输出端子和第二输出端子，所述多个开关包括用于将电源电感器分别耦合至第一电源端子、第二电源端子、第一输出端子和第二输出端子中的每个端子使得多个开关在第一电源端子、第二电源端子、第一输出端子和第二输出端子之间提供多个开关的至少七个开关配置的开关，启用可配置开关式电源转换器的每个开关循环的至少七个开关配置中的至少三个开关配置，其中可配置开关式电源转换器的开关循环的周期基本上大致相等。

本公开的技术优势对于本领域技术人员而言从本文中所包括的图式、说明书和权利要求可以显而易见。实施例的目的和优点将至少通过在权利要求中特别指出的元件、特征及组合来实现和达成。

应当理解，前述大致说明和以下详细说明都为举例说明，并不限制本公开中所提出的权利要求。

附图说明

通过结合附图参照以下说明，可更完整地理解本实施例及其优点，其中相同附图标记表示相同特征，以及其中：

图1示出现有技术中已知的示例性扬声器驱动器；

图2示出根据本公开的实施例的示例性个人音频设备；

图3示出根据本公开的实施例的个人音频设备的示例性音频集成电路的选定部件的方块图；

图4示出根据本公开的实施例的示例性开关式放大器的选定部件的电路方块图；

图5示出根据本公开的实施例的另一个示例性电源转换器的选定部件的电路图；

图6a和图6b示出示出图5中根据本公开的实施例的电源转换器可工作的各种开关配置的表；

图7a和图7b示出在图5中根据本公开的实施例的电源转换器的开关循环的各个相位内工作的电源转换器的选定部件的等效电路图；

图8示出可应用于图5中根据本公开的实施例在差分输出模式下三相工作的电源转换器的每个工作相位的开关配置的表；

图9示出可应用于图5中根据本公开的实施例在单端输出模式下三相工作的电源转换器的每个工作相位的开关配置的表；

图10示出描绘图5中根据本公开的实施例的电源转换器的电感器电流与开关循环时间的示例性波形的曲线图；

图11示出描绘图5中根据本公开的实施例的电源转换器的电源电感器的电感器电流的示例性峰值电流和最小电流随在电源转换器的降压-升压模式和升压模式下工作的输出电压的幅值而变化的曲线图；以及

图12a和图12b各自示出分别描绘图5中根据本公开的实施例采用正交开关的电源转换器的电感器电流与开关循环时间的示例性波形的曲线图。

具体实施方式

图2示出根据本公开的实施例的示例性个人音频设备1。图2描绘耦合至以一对耳塞式扬声器8a和8b的形式的耳机3的个人音频设备1。图2所示的耳机3仅仅作为示例，且应当理解，个人音频设备1可结合各种音频换能器使用，包括但不限于耳机、耳塞、入耳式耳机和外部扬声器。插塞4可为耳机3与个人音频设备1的电气端子连接而设。个人音频设备1可提供显示器给用户并使用触摸屏2来接收用户输入，或可选择地，标准液晶显示器(lcd)可与设置在个人音频设备1的正面和/或侧面上的各种按钮、滑块和/或拨号盘相结合。也如图2所示，个人音频设备1可包括用于生成发送给耳机3和/或另一个音频换能器的模拟音频信号的音频集成电路(ic)9。

图3示出根据本公开的实施例的个人音频设备的示例性音频ic9的选定部件的方块图。如图3所示，微控制器内核18可向数字-模拟转换器(dac)14提供数字音频输入信号dig_in，该dac14可将数字音频输入信号转换为模拟信号vin。dac14可向放大器16提供模拟信号vin，该放大器16可放大或衰减音频输入信号vin以提供可使扬声器、耳机换能器工作的差分音频输出信号vout、线路电平信号输出和/或其他合适的输出。在一些实施例中，dac14可以是放大器16不可分割的部件。电源10可提供放大器16的电源导轨输入。在一些实施例中，电源10可包括电池。虽然图2和图3考虑音频ic9驻留在个人音频设备中，但是本文中所述的系统及方法也可适用于除个人音频设备外的电气和电子系统及设备，包括用于比个人音频设备更大的计算设备的音频系统、汽车、大厦或其他结构。

图4示出根据本公开的实施例的示例性开关式放大器20的选定部件的电路方块图。在一些实施例中，开关式放大器20可实现关于图3所述的放大器16的全部或一部分。如图4所示，开关式放大器20可包括环路滤波器22、转换器控制器24和电源转换器26。

环路滤波器22可包括被配置成接收输入信号(例如，音频输入信号vin或音频输入信号vin的衍生信号)和反馈信号(例如，音频输出信号vout、音频输出信号vout的衍生信号或表示音频输出信号vout的其他信号)并基于这样的输入信号和反馈信号来生成将传递给转换器控制器24的控制器输入信号的任何系统、设备或装置。在一些实施例中，这样的控制器输入信号可包括表示输入信号和反馈信号之间的积分误差的信号。在其他实施例中，这样的控制器输入信号可包括表示将作为输出电流iout驱动至耦合至电源转换器26的输出端子的负载的目标电流信号或将作为输出电压vout驱动至耦合至电源转换器26的输出端子的负载的目标电压信号的信号。

转换器控制器24可包括被配置成基于控制器输入信号顺序地选择电源转换器26的多个开关配置并基于输入信号(例如，输入信号input)、输出信号vout、电源转换器26的电源电感器的峰值电流ipk的检测和/或开关式放大器20的其他特性将多个控制信号传递给电源转换器26以根据输入信号来应用电源转换器26的开关的多个开关配置中的开关配置选择性地使多个开关中的每个开关有效或使多个开关中的每个开关无效以将来自电源vsupply的电能转移到开关式放大器20的负载的任何系统、设备或装置。在本公开的其他章节对各自相关联的开关配置的示例进行更详细说明。此外，在一些实施例中，转换器控制器24可控制电源转换器26的开关以调节电源转换器26的输出端子的共模电压vcm，下面进行更详细说明。

电源转换器26可在其输入处接收电压vsupply(例如，由电源10提供)作为电源转换器26的输入并可在其输出处生成音频输出信号vout。虽然图3中未明确示出，但是在一些实施例中，电压vsupply可经由包括正输入端子和可耦合至接地电压的负输入端子的输入端子来接收。如本公开中更详细说明，电源转换器26可包括电源电感器和多个开关，所述多个开关被从转换器控制器24接收到的控制信号控制以将电压vsupply转换为音频输出信号vout，使得音频输出信号vout随环路滤波器22的输入信号而变化。在本公开的其他章节对电源转换器26的示例进行更详细说明。

图5示出根据本公开的实施例的示例性电源转换器26的选定部件的电路图。在一些实施例中，图5所示的电源转换器26可实现关于图4所述的电源转换器26的全部或一部分。如图5所示，电源转换器26可在包括正输入端子和可耦合至接地电压的负输入端子的输入端子处接收电压vsupply(例如，由电源10提供)作为电源转换器26的输入并可在其输出处生成差分输出信号vout。电源转换器26可包括电源电感器62和多个开关51-59。电源电感器62可包括阻止通过它的电流变化并使得当流过它的电流变化时，根据法拉第电磁感应定律，时变磁场在电源电感器62中感应出与产生磁场的电流变化相反的电压的任何无源双端电气部件。

每个开关51-59可包括响应于被开关接收到的控制信号，当开关启用(例如，有效、闭合或接通)时连接电路并当开关停用(例如，无效、断开或切断)时断开连接的任何合适的设备、系统或装置。为了清楚地说明，虽然未示出开关51-59的控制信号(例如，从转换器控制器24传递的控制信号)，但是存在这样的控制信号以选择性地启用和停用开关51-59。在一些实施例中，开关51-59可包括n型金属氧化物半导体场效应晶体管。开关51可耦合在电源电压vsupply的正输入端子和电源电感器62的第一端子之间。开关52可耦合在电源电压vsupply的正输入端子和电源电感器62的第二端子之间。开关53可耦合在电源电压vsupply的负输入端子(例如，接地电压)和电源电感器62的第二端子之间。开关54可耦合在电源电压vsupply的负输入端子(例如，接地电压)和电源电感器62的第一端子之间。开关55可耦合在电源转换器26的正输出端子和电源电感器62的第二端子之间。开关56可耦合在电源转换器26的负输出端子和电源电感器62的第一端子之间。开关57可耦合在电源转换器26的负输出端子和第二输入端子(例如，接地电压)之间。开关58可耦合在电源转换器26的正输出端子和第二输入端子(例如，接地电压)之间。开关59可耦合在公共电容器节点和第二输入端子(例如，接地电压)之间。

除了开关51-59和电源电感器62，电源转换器26可包括耦合在电源转换器26的输出端子的正端子和公共电容器节点之间的第一输出电容器66和耦合在电源转换器26的输出端子的负端子和公共电容器节点之间的第二输出电容器68。每个输出电容器66和68可包括用来在电场中静电地存储能量的无源双端电气部件，并可响应于电容器两端的时变电压而生成电流。

如上所述，电源转换器26可在多个不同开关配置下工作。图6a和图6b示出示出电源转换器26可工作的各种开关配置的表。

图6a描绘根据本公开的实施例的转换器控制器24可选择的开关51-56的七个不同开关配置。例如，在配置config1⁺下，转换器控制器24可启用开关51和53并停用开关52，54，55和56，从而形成从电源的正端子通过电源电感器62到电源的负端子(例如，接地电压)的电气路径以对电源电感器62进行充电。又如，在配置config2⁺下，转换器控制器24可启用开关51和55并停用开关52，53，54和56，从而形成从电源的正端子通过电源电感器62到电源转换器26的第一输出端子的电气路径以将存储在电源电感器62中的能量转移到电源转换器26的负载。此外，在配置config3⁺下，转换器控制器24可启用开关54和55并停用开关51，52，53和56，从而形成从电源转换器26的第二输出端子通过电源电感器62到电源的负端子(例如，接地电压)的电气路径以将来自第二输出端子的电荷放电到电源的负端子或将存储在电源电感器62中的能量转移到第二输出端子。此外，在配置config4下，控制器24可启用开关55和56并停用开关51，52，53和54，从而形成从电源转换器26的第一输出端子通过电源电感器62到电源转换器26的第二输出端子的电气路径以在差分输出模式下重新分配电源转换器26的输出端子之间的电荷或在单端模式下将输出端子中的一个输出端子放电到电源的负端子，下面进行更详细说明。

在配置config1^-下，转换器控制器24可启用开关52和54并停用开关51，53，55和56，从而形成从电源的正端子通过电源电感器62到电源的负端子(例如，接地电压)的电气路径以用与config1⁺的极性相反的极性对电源电感器62进行充电。在配置config2^-下，转换器控制器24可启用开关52和56并停用开关51，53，54和55，从而形成从电源的正端子通过电源电感器62到电源转换器26的输出的第二端子的电气路径以将存储在电源电感器62中的能量转移到电源转换器26的负载。在配置config3^-下，转换器控制器24可启用开关53和54并停用开关51，52，55和56，从而形成从电源转换器26的第一输出端子通过电源电感器62到电源的负端子(例如，接地电压)的电气路径以将来自第一输出端子的电荷放电到电源的负端子或将存储在电源电感器62中的能量转移到第一输出端子。

在一些实施例中，电源转换器26可包括允许与以上配置类似的配置但电源电感器26的极性相反的一个或更多个额外开关。

图7a和图7b示出在图6a所示根据本公开的实施例的电源转换器26的各个相位内工作的电源转换器26的选定部件的等效电路图。图6b描绘转换器控制器24基于输出电压vout的极性和vout相对于vsupply的幅值可选择的开关57，58和59的三个不同开关配置。当输出电压vout的幅值小于电源电压vsupply时，转换器控制器24可启用开关59并停用开关57和58，这可具有使输出电压vout为差分电压(例如，电源转换器26的输出的输出端子都不耦合至电压的第二端子)的作用。当输出电压vout的幅值大于或等于电源电压vsupply且输出电压vout为正时，转换器控制器24可启用开关57并停用开关58和59，这可具有使输出电压vout为等于电源转换器26的第一输出端子上的电位的单端电压的作用。当输出电压vout的幅值大于或等于电源电压vsupply且输出电压vout为负时，转换器控制器24可启用开关58并停用开关57和59，这可具有使输出电压vout为等于电源转换器26的第二输出端子上的电位的单端电压的作用。

工作时，转换器控制器24可控制电源转换器26的开关51-59以基于输入信号(例如，input)生成输出电压vout。例如，电源转换器26的开关循环的相位数以及应用于这些相位中的每个相位的开关配置可以是基于期望输出电压vout，且在一些情况下是基于电源转换器26的输出端子的共模电压vcm是增大还是减小，以调节共模电压vcm。

为了说明，当0≤|vout|<v1时，转换器控制器24可控制电源转换器26的开关51-59以在第一输出电压范围内的每个开关循环的两个相位内工作，其中v1是大于或等于0且小于电源电压vsupply的预定阈值电压。例如，在第一输出电压范围内的第一工作相位t1内，转换器控制器24可应用配置config1⁺(或配置config1^-)，并在第一输出电压范围内的第二工作相位t2内(例如，在两相降压工作模式下工作)应用配置config4。此外，当v1≤|vout|<v2时，转换器控制器24可控制电源转换器26的开关51-59以在第二输出电压范围内的每个开关循环的三个相位内工作，其中v2是大于电源电压vsupply的预定阈值电压。换言之，对于电源转换器26的每个开关循环，电源转换器26可在开关循环期间的三个相位内工作，且电源转换器26对于三个相位中的每个相位维持不同开关配置。在本公开的实施例中，电源转换器26的开关循环的周期可基本上大致相等(例如，在可能导致期望周期相等的开关循环的周期性差异通常不明显的制造公差和工作公差内)。

第二输出电压范围(例如，v1≤|vout|<v2)可进一步细分为第一三相子范围a(其中v1≤|vout|<vsupply)和第二三相子范围b(其中vsupply≤|vout|<v2)。在第一三相子范围a内，电源转换器26可在差分输出模式下工作(例如，启用开关59并停用开关57和58，使得输出端子都不耦合至电源的负输入端子)。在第二三相子范围b内，电源转换器26可在单端输出模式下工作(例如，停用开关59并基于输出电压vout的极性来停用开关57或开关58，如图6b所示，使得输出端子中的一个输出端子耦合至电源的负输入端子)。

在第二输出电压范围的每个子范围内，转换器控制器24可控制电源转换器26的开关51-59以根据电源转换器26的期望特性(例如，输出端子的共模电压vcm的调节、电源效率的优化、电磁干扰的最小化等)来选择任何合适顺序的开关配置。例如，根据本公开的实施例，图8示出描绘与第一三相子范围a内的每个工作相位相关联的示例性相位和开关配置的表，图9示出描绘与第二三相子范围b内的每个工作相位相关联的示例性相位和开关配置的表。

如图8所示，在第一三相子范围a内，转换器控制器24可控制电源转换器26的开关51-59以在电源转换器26的每个开关循环的相位t1，t2和t3内工作。当输出电压vout为正时，转换器控制器24可在相位t1内应用配置config1⁺，如果需要增大共模电压vcm以将共模电压vcm调节到期望共模电压(例如，vsupply/2)，那么在相位t2内应用配置config2⁺，如果需要减小共模电压vcm以将共模电压vcm调节到期望共模电压，那么在相位t2内应用配置config3^-，以及在相位t3内应用配置config4。类似地，当输出电压vout为负时，转换器控制器24可在相位t1内应用配置config1^-，如果需要增大共模电压vcm以将共模电压vcm调节到期望共模电压(例如，vsupply/2)，那么在相位t2内应用配置config2^-，如果需要减小共模电压vcm以将共模电压vcm调节到期望共模电压，那么在相位t2内应用配置config3⁺，以及在相位t3内应用配置config4。

如图9所示，转换器控制器24可控制电源转换器26的开关51-59以在电源转换器26的每个开关循环的相位t1，t2和t3内工作。当输出电压vout为正时，转换器控制器24可在相位t1内应用配置config1⁺，在相位t2内应用配置config2⁺以及在相位t3内应用配置config3⁺。类似地，当输出电压vout为负时，转换器控制器24可在相位t1内应用配置config1^-，在相位t2内应用配置config2^-以及在相位t3内应用配置config3^-。

相应地，当在第二输出电压范围内(例如，v1≤|vout|<v2)工作时，转换器控制器24可在电源转换器26的每个开关循环的相位t1，t2和t3内控制电源转换器26的开关51-59，使得：(ⅰ)在相位t1期间，电源电感器62从正输入端子充电到负输入端子；(ⅱ)在相位t2期间，电源电感器62耦合在电源端子和输出端子中的一个输出端子之间；以及(ⅲ)在相位t3期间，电源电感器62耦合在输出端子中的一个输出端子和负电源端子之间(单端模式)或耦合在两个输出端子之间(差分模式)。

此外，当|vout|>v2时，转换器控制器24可控制电源转换器26的开关51-59以在第三输出电压范围内的每个开关循环的两个相位内工作。例如，在第三输出电压范围内的第一工作相位t1内，转换器控制器24可应用配置config1⁺(或配置config1^-)，并在第三输出电压范围内的第二工作相位t2内应用配置config2⁺(或配置config2^-)(例如，在两相升压工作模式下工作)。

虽然上面考虑在输出电压vout的三个范围内工作，但是在一些实施例中，可以在三个以下的工作范围内进行工作。例如，在一些实施例中，阈值电压v1可以等于0，在这种情况下，第一输出电压范围不存在，且转换器控制器24和电源转换器26在这种第一输出电压范围内的两相开关时不工作。在这些和其他实施例中，阈值电压v2可以等于输出电压vout的最大满量程电压，在这种情况下，第三输出电压范围不存在，且转换器控制器24和电源转换器26在这种第三输出电压范围内的两相开关时不工作。

在第二输出电压范围(例如，v1≤|vout|<v2)内三相工作时，假设在电源电感器62连续导通模式下工作，在每个开关循环内，以下伏秒方程必然成立：

vsupplyt1+((vsupply-vout)/k)t2+voutt3＝0

式中，t1，t2和t3分别是周期t1、t2和t3的持续时间，k是当电源转换器26的输出为差分(例如，停用开关57和58)时值为2以及当电源转换器26的输出为单端(例如，启用开关57和58中的一个开关)时值为1的常数。

在这些和其他实施例中，转换器控制器24还可基于输入信号(例如，环路滤波器22的输入信号input或转换器控制器24的控制器输入信号)、输出电压vout和/或表示输出电压vout的期望电压的另一个信号来控制所述相位中的至少两个相位的持续时间。例如，在一些实施例中，相位t1的持续时间t1可通过电感器电流il的峰值电流ipk来判定，相位t2的持续时间t2可以是固定持续时间，以及相位t3的持续时间t3可以是电源转换器26的开关循环内的剩余时间(例如，t3＝tt-t1-t2，式中，tt是电源转换器26的开关循环的周期)。又如，在一些实施例中，相位t3的持续时间t3可通过电感器电流il的峰值电流ipk来判定，相位t2的持续时间t2可以是固定持续时间，以及相位t1的持续时间t1可以是电源转换器26的开关循环内的剩余时间(例如，t1＝tt-t2-t3)。

图10示出描绘图5中根据本公开的实施例在三相工作时的电源转换器的电流与开关循环时间的曲线图。为了判定第一三相子范围a内的峰值电流ipk(例如，|vout|<vsupply)，可以使用以下方程：

式中，imin是在开关循环期间电感器电流il的最小值，imid是在开关循环的相位t1完成时的电感器电流il，iout是流向电源转换器26的输出端子之间的负载的电流，δ1是电感器电流il在相位t1期间的变化幅值，δ2是电感器电流il在相位t2期间的变化幅值，以及δ3是电感器电流il在相位t3期间的变化幅值。

为了判定第二三相子范围b内的峰值电流ipk(例如，|vout|≥vsupply)，可以使用以下方程：

以上方程可以假设电感器电流il在开关循环结束时与开关循环开始时相同的稳态条件。

因此，电源转换器26的每个开关循环可以评估为一系列事件。在第一事件中，可在具有强制持续时间的第一相位内强制开关配置。在一些实施例中，这样的持续时间可以是0(使得开关循环在两个相位内工作)。在第二事件中，可在第二相位内检测峰值电流。在第三事件中，在第三相位内可能发生伏秒平衡，直至下一个开关循环。

通过在至少三个相位之间开关并控制相位的顺序和持续时间，电源转换器26可更加有效地且可靠地在当输出电压vout小于电源电压vsupply时的降压工作模式和当输出电压vout大于电源电压vsupply时的升压工作模式之间转变。

此外，通过在至少三个相位之间开关并控制相位的顺序和持续时间，转换器控制器24和电源转换器26可更加有效地(与传统方法相比)调节电源转换器26的输出端子的共模电压，这是因为在差分模式下工作期间的每个相位将电源转换器26的输出端子经由电源电感器62耦合至电源端子或经由电源电感器62耦合至其他输出端子。

此外，通过在三个相位之间开关并控制相位的顺序和持续时间，转换器控制器24和电源转换器26可允许当在工作模式之间开关时(例如，当在输出电压vout的较低幅值的降压或降压-升压模式和vout的较高幅值的升压模式之间开关时)电源电感器62的连续峰值电流和/或连续ccm电流的维持。例如，图11示出描绘根据本公开的实施例的电源转换器26的电感器电流il的示例性峰值电流ipk和最小电流imin随在电源转换器26的降压-升压模式和升压模式下工作的输出电压vout的幅值而变化的曲线图。

此外，通过在至少三个相位之间开关并控制相位的顺序和持续时间，转换器控制器24和电源转换器26从功耗角度看可更加高效地工作(与传统方法相比)，这是因为t1和t2相位将电源转换器26的输出端子经由电源电感器62耦合至电源端子，从而减少损耗并减少峰值-峰值电流(这又可减少电磁干扰辐射)。

虽然以上示例通过模式的开关循环来迫使特定相位具有固定持续时间，但是在本公开的其他实施例中，可通过模式的开关循环来迫使其他相位具有固定持续时间。在一些实施例中，判定可以是定性判定。在其他实施例中，这样的判定可以是基于测量峰值电流ipk、直流电感器电流il和/或工作模式(例如，降压、降压-升压、升压)所需的时间。此外，迫使具有固定时间的持续时间的相位的固定时间量的判定可以是基于电源转换器26的输出端子的共模电压的变化、工作模式的变化和/或在工作模式(例如，降压、降压-升压、升压)之间提供平稳转变所需的时序的变化。

虽然以上讨论考虑电源转换器26的每个开关循环的三相开关，但是在一些实施例中，转换器控制器24可在电源转换器26的差分输出模式下(例如，当停用开关57和58时，对于小于电源电压vsupply的输出电压vout的幅值)调用电源转换器26的正交开关以控制电源转换器26的输出端子的共模电压vcm。在正交开关中，除了上述相位t1、t2和t3，可使用第四相位t4，并基于增大或减小电源转换器26的输出端子的共模电压vcm，转换器控制器24可使开关配置在这些相位期间进行排序。例如，如图12a所示，在相位t1、t2、t3和t4内可分别使用config3⁺、config1⁺、config2⁺和config4的顺序以经由图12a所示的开关循环来增大共模电压vcm，这是因为在相位t3期间向输出端子可添加比在相位t1期间从输出端子移除的电荷更多的电荷。同样地，如图12b所示，在相位t1、t2、t3和t4内可分别使用config2⁺、config1⁺、config3⁺和config4的顺序以经由图12b所示的开关循环来减小共模电压vcm，这是因为在相位t3期间从输出端子可移除比在相位t1期间向输出端子添加的电荷更多的电荷。因此，根据配置config2⁺和config3⁺中的哪一个配置在开关循环内排在第一，可增大或减小共模电压vcm，并可通过控制采用config2⁺和config3⁺的相位t1和t3的持续时间来控制共模电压vcm的变化。

在一些实施例中，在正交开关中的相位t1和t3的持续时间可以是固定的，这可导致对共模电压vcm的滞后控制。在其他实施例中，相位t1和t3的持续时间可以是自适应控制，从而可以对共模电压vcm精确控制。在其他实施例中，相位t1和t3的持续时间的和可以是固定的但可相对于彼此而变化，以控制输出端子的充电电平和放电电平来控制共模电压vcm。

正交开关可具有比前面讨论的三相开关更多的优点。首先，正交开关可允许每个开关循环的共模电压vcm的更小变化。其次，正交开关可减少电磁干扰，这是因为正交开关的开关波形比三相开关的开关波形更为正弦并对共模能量所置之处提供更强控制。再者，正交开关可能需要较低峰值电流，从而提高电源效率。

如本文中使用，当两个或更多个元件被称为相互“耦合”时，这样的术语表示这样的两个或更多个元件是电子联接或机械联接，根据具体情况，无论是间接连接或直接连接，有无中间元件。

本领域普通技术人员应当明白，本公开包括对于本文中示例性实施例的所有更改、替换、变动、变形和修改。同样地，本领域普通技术人员应当明白，在适当的情况下，所附权利要求包括对于本文中示例性实施例的所有更改、替换、变动、变形和修改。此外，在所附权利要求中对于装置或系统或装置或系统的部件的引用包括所述装置、系统或部件，所述装置、系统或部件自适应执行特定功能，被布置为执行特定功能，可执行特定功能，被配置成执行特定功能，能够执行特定功能，可操作为执行特定功能或操作为执行特定功能，无论它或所述特定功能是否启动、打开或开启，只要所述装置、系统或部件自适应执行特定功能，被布置为执行特定功能，可执行特定功能，被配置成执行特定功能，能够执行特定功能，可操作为执行特定功能或操作为执行特定功能。

本文中所述的所有示例和条件性语言旨在教学目的，以帮助读者理解本发明及发明者深化技术所提供的概念，且被解释为并不限于这样具体所述的示例和条件。虽然已经对本发明的实施例进行详细说明，但是应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可对本发明的实施例进行各种更改、替换和变形。