专利名称：将单个比较器用于恒频降压升压转换器的调制方案的制作方法
技术领域：
本发明涉及恒频降压升压转换器，尤其涉及在恒频降压升压转换器中使用单个比较器的系统和方法。
背景技术：
使用降压升压转换器以响应于输入电压而提供经调整的电压。在降压工作模式中，经调整的电压比输入电压低。在升压工作模式中，经调整的电压处于比输入电压高的一个电平。用于调制恒频降压升压转换器的现有方法包括使用来自误差放大器的两个电平移动斜波信号或两个电平移动COMP(比较)信号。这些方法中的每一个都不提供降压升压转换器的完全满意的操作，因为它们具有准确度、保真度和低带宽的问题。因此，存在对于提供改进的转换器控制方案的需求，所述改进的转换器控制方案克服了使用来自误差放大器的两个电平移动斜波信号或两个电平移动COMP信号的现有实施方式中固有的问题。
发明内容
在这里揭示的和描述的本发明的一个方面中，本发明包括含降压升压转换器的装置，用于在降压工作模式、升压工作模式和降压升压工作模式中响应于输入电压和至少一个切换控制信号而产生输出电压。控制逻辑响应于输出电压、基准信号和与降压升压转换器的电感器电流相关联的检测电压而产生至少一个切换控制信号。与电感器电流相关联的检测电压在降压工作模式、升压工作模式和降压升压工作模式中能使控制逻辑产生至少一个控制信号。
为了更完整地理解，现在参考下述说明书连同附图，在附图中图1是降压升压转换器的示意图；图2示出降压升压转换器的调制方案的第一实施例；图3示出在降压模式中与图2的电路的工作相关联的各种波形；图4示出在升压模式中与图2的电路的工作相关联的各种波形；图5示出在降压升压模式中与图2的电路的工作相关联的各种波形；图6示出降压升压转换器的调制方案的另外的实施例；图7a示出在降压模式中与图6的电路相关联的一些波形；图7b示出在没有时钟信号的降压模式中与图6的电路相关联的一些波形；
图示出在升压模式中与图6的电路相关联的一些波形；图8b示出在没有时钟信号的升压模式中与图6的电路相关联的一些波形；图9示出在降压升压模式中与图6的电路相关联的一些波形；图10示出与降压升压转换器一起使用的调制方案的又一个实施例；图11示出在降压工作模式中与图10的电路相关联的一些波形；图12示出在升压工作模式中与图10的电路的工作相关联的一些波形；以及图13示出在降压升压工作模式中与图10的电路的工作相关联的一些波形。
具体实施例方式现在参考附图，其中在所有的附图中使用相同的附图标记来指明相同的元件，示出和描述了使用用于恒频降压升压转换器的单个比较器的调制方案的各种视图和实施例， 并且描述了其它可能的实施例。附图不必按比例绘制，并且在某些情况中，在仅为了示意的一些附图中，进行了夸大或简化。本技术领域中熟知普通技术的人员根据可能实施例的下述例子会理解许多可能的应用和变化。调制恒频降压升压转换器的现有方法包括使用来自误差放大器的两个电平移动斜波或两个电平移动COMP信号。这些方法中的每一个不提供完全满意的操作，并且具有准确度、保真度和低带宽的问题。因此，存在对于提供改进的降压升压调整器控制方案的需求，所述改进的调整器控制方案克服了现有实施方式中固有的问题。现在参考图1，图中示出了降压升压调整器102的一般示意图。在节点104处施加输入电压VIN。晶体管106的漏极/源极通路连接在节点104和节点108之间。晶体管 110的漏极/源极通路连接在节点108和地之间。电感器112连接在节点108和节点114 之间。晶体管116的漏极/源极通路连接在节点114和地之间。晶体管118的漏极/源极通路连接在输出电压节点Vqut 120和节点114之间。功率晶体管106、110、108和116中的每一个都在控制逻辑122的控制之下。控制逻辑122可以采用任何数量的配置，这里将在下面对其中的几个进行更完整的描述。除了这里上述的MOS晶体管的切换之外，在某些配置中还可以用二极管代替MOS晶体管。现在参考图2，图中示出了在控制逻辑122中实施的简单调制技术的第一实施例， 用于控制非反相降压升压转换器202。降压升压转换器202包括施加输入电压Vin的输入电压节点204。晶体管206的漏极/源极通路连接在节点204和节点208之间。二极管210 的阴极连接到节点208，而其阳极连接到地。电感器212连接在节点208和节点214之间。 第二开关晶体管216的漏极/源极通路连接在节点214和地之间。二极管218的阳极连接到节点214，而其阴极连接到输出电压节点220，并且从输出电压节点220提供输出电压 Vott。电容器222连接在输出电压节点220和地之间。分别从驱动器2 和230把控制信号提供给晶体管206和216的栅极，驱动器2 和230分别连接到SR锁存器2M和2 的Q输出。SR锁存器224的Q输出连接到放大器驱动器228的反相输入。放大器驱动器228的输出连接到晶体管206的栅极。把SR锁存器2 的Q输出提供给放大器驱动器230的输入，其输出连接到开关晶体管216的栅极。SR 锁存器2M把降压控制信号提供给晶体管206，而SR锁存器2 把升压控制信号提供给晶体管216。
连接一比较器232，以接收来自节点208的电流检测信号ISEN。可以使用任何数量的电流检测设备来检测提供给比较器232的反相输入的电流。把ISEN电流检测信号提供给比较器232的反相输入。比较器232的非反相输入连接到误差放大器234的输出。连接误差放大器234的反相输入以接收来自节点220的输出电压信号VQUT。误差放大器234 的非反相输入连接到基准电压REF。比较器232的输出连接到节点238处的反相器236的输入。锁存器224的S输入也连接到节点238处的比较器232的输出。提供反相器236的输出作为到与门240的第一输入。连接与门240的另一个输入以接收来自时钟电路242的时钟信号。与门MO的输出连接到SR锁存器224的R输入。反相器236的输出也连接到 SR锁存器226的R输入。SR锁存器226的S输入连接到与门M4的输出。连接与门244 的第一输入以接收来自时钟电路M2的时钟信号，并且其另一个输入连接到节点238处的比较器232的输出。当节点204处的输入电压Vin大于节点220处的输出电压Vqut时，降压升压转换器 202在降压工作模式中工作，晶体管216截止，对晶体管206进行调制而调整节点220处的输出电压Vqut。当节点204处的输入电压Vin小于节点220处的输出电压Vqut时，降压升压转换器202在升压工作模式中工作，晶体管206导通，对晶体管216进行调制而调整输出电压VOT。当输入电压Vin和输出电压Vot大致相等时，降压升压转换器在降压升压工作模式中工作，对两个晶体管进行调制而调整节点220处的输出电压VOTT。尽管示出晶体管206和216作为MOSFET电路，但是可以替换地利用任何类型的受控制的开关，诸如双极结型晶体管、继电器或其它。可以用同步整流器来代替二极管210 和218而不会改变降压升压转换器202的工作。如2006年11月7日提出的美国专利 7，132,820中所描述的那样，可以使从节点208提供的电感器电流反馈信号ISEN直接与电感器电流成比例或与电容器和跨导放大器合成，这里结合该专利作为参考。现在参考图3，图中分别示出节点208处的检测电流ISEN 302、误差放大器234的 COMP输出304、时钟电路M2的输出时钟信号306以及308和310处的晶体管206和216 的“导通”或“截止”状态。在降压工作模式期间，节点204处的输入电压Vin大于节点220 处的输出电压VQUT。起初，假定晶体管206导通，晶体管216截止，电感器电流增加，节点208 处的电感器电流反馈信号ISEN大于误差放大器输出C0MP。比较器232的输出处于低电平， 以致例如，当在时刻T1处时钟信号306触发时，降压SR锁存器2M复位，并且使晶体管216 导通。然后，从时刻T2到T3,电感器电流像ISEN信号302那样增加，直到在时刻T3处ISEN 信号302变成大于COMP信号304。这是因为在时钟信号上的时钟脉冲期间比较器232处于 “低电平”而引起的。现在参考图4，图中示出当输入电压Vin小于输出电压Vot时在升压工作模式期间图2的降压升压转换器中的工作波形。起初，在时刻Tl处，假定晶体管206导通，晶体管216 截止，并且节点208处的电感器电流反馈信号ISEN大于误差放大器输出C0MP。比较器232 的输出处于“低电平”，以致当在时刻T2时发生钟信号306中的时钟脉冲时，使升压SR锁存器2 置位，并且使晶体管216导通。然后，从时刻T2到时刻T3,电感器电流开始像ISEN信号302那样地增加，直到在T3处ISEN信号302变成能大于COMP信号304。这导致比较器 232趋向“低电平”，并且使升压SR锁存器2 复位和使晶体管216截止。然后从时刻T3到 T4电感器电流开始减小，这降低了 ISEN信号302的电平。然后循环自行重复。在这个工作模式中，由于在来自时钟电路M2的时钟脉冲信号期间比较器232处于“高电平”，所以降压 SR锁存器2M保持置位状态，晶体管206截止。现在参考图5，图中示出输入电压Vin基本上等于输出电压Vqut时图2的电路的降压升压工作模式。起初，在时刻T1处，晶体管206导通，并且晶体管216截止。此外，电感器电流反馈信号ISEN信号302大于误差放大器234C0MP信号304。比较器232的输出处于 “低电平”，以致当时钟电路242产生时钟信号306上的脉冲时，使SR锁存器2 复位，并且使晶体管206截止。从时刻T2到时刻T3,电感器电流像ISEN信号302那样减小，以致当在时刻T3处ISEN信号302变成小于COMP信号时，比较器输出趋向“高电平”，并且使SR锁存器2M置位，使晶体管206导通。比较器232的输出保持“高电平”，以致当在时刻T4处产生下一个时钟脉冲时，使升压SR锁存器2 置位，并且使晶体管216导通。降压SR锁存器 224保持置位，并且晶体管206导通。从时刻T4到时刻T5,电感器电流和ISEN信号302增加，直到ISEN信号302变成大于COMP信号304。这导致在时刻T5处比较器输出趋向“低电平”，并且使SR锁存器2 复位和使晶体管216截止。当比较器输出趋向“低电平”和晶体管206截止时，在下一个脉冲处循环自行重复。因此，使用误差放大器输出COMP来控制降压模式中的电感器谷电流以及升压模式中的电感器峰电流，当输入电压跌到降压模式不再能够向负载供电时，模式之间的转换是平滑的和自然的。反馈回路除去了 COMP信号，以按需要调整降压升压模式或升压模式中的输出。现在参考图6，图中示出使用交错窗口降压升压调整器配置的降压升压调整器的控制方法的另外一个实施例。在节点602处施加输入电压VIN。晶体管604的漏极/源极通路连接在节点602和节点606之间。晶体管608的漏极/源极通路连接在节点606和地之间。电感器610连接在节点606和节点612之间。晶体管614的漏极/源极通路连接在节点612和输出电压Vqut节点616之间。电容器618连接在输出电压节点616和地之间。晶体管620的漏极/源极通路连接在节点612和地之间。误差放大器622的反相输入连接到输出电压节点616以监视输出电压VQUT。误差放大器622的非反相输入连接到基准电压REF。误差放大器622在其输出处产生到节点624 的误差电压信号(C0MP)。节点拟4在一个电阻串中，该电阻串包括连接在节点拟8和节点 630之间的电阻器626。电阻器632连接在节点630和节点6M之间，并且电阻器634连接在节点6M和节点636之间。最后，电阻器638连接在节点636和节点640之间。电流源Iw 642连接在节点6289和节点640之间与电阻串并联。从节点630产生电压L3，并且在节点 636处提供电压L2。还在节点640和6 处分别提供电压L1和L4。电流源642和包括电阻器6沈、632、6；34和638的电阻器阶梯分别在节点6观、630、6对、636和640处产生多个偏移电压信号。经由开关648、652、662和666轮流地把这些电压施加于比较器644和658的非反相输入。从电阻器阶梯结合误差放大器622提供的偏移电压能使误差放大器622如滞后比较器那样地工作。连接比较器644的反相输入以检测节点606处的电感器电流(ISEN)。 比较器644的非反相输入连接到节点646。开关648响应于节点650处的降压信号而把节点6 处的电阻器阶梯连接到节点646。开关652响应于反相的降压信号而把节点646连接到电阻器阶梯的节点636。比较器644的输出连接到与门656的第一输入。连接与门656的另一个输入以接收来自相关联的时钟电路的时钟信号CLK。与门656的输出连接到节点650。节点650连接到一对驱动器电路659和660的反相输入。驱动器658驱动晶体管604的栅极，同时驱动器660驱动晶体管608的栅极。比较器658的反相输入连接到节点606以接收电感器电流的ISEN电流测量值。比较器658的非反相输入连接到节点661。开关662响应于来自节点664的升压信号而把节点630连接到节点661。开关666响应于反相的升压信号而把节点661连接到节点640。在图6的电路的降压工作模式中，使比较器644响应于ISEN信号小于L2电压电平而置位(即，它的输出趋向逻辑高电平)。在降压工作模式中(时钟触发模式)，当 RIPPLE(纹波)小于L2电压电平时，这使晶体管604导通，而CLK信号使晶体管604截止。 在升压工作模式(时钟触发模式)中，CLK信号使晶体管620导通，当RIPPLE小于L3电压电平时，这使晶体管620截止。在降压升压工作模式(时钟触发模式)中，具有相同的切换操作，但是在降压和升压模式之间轮流工作。开关648、652、662和666响应于与门656输出处的降压信号和或门670输出处的升压信号而把节点6观、630、636和640上的各个电压施加于比较器644和658的非反相输入。当降压信号处于逻辑“0”电平时，开关648断开，而开关652闭合，把来自节点636的 L2电压施加于比较器644的非反相输入。当降压信号处于逻辑“高”电平时，开关648闭合，而开关652断开。这把来自节点628的Ll电压施加于比较器644的非反相输入。相似地，当升压信号处于逻辑“低”电平时，开关662断开，而开关666闭合。把来自节点640的Ll电压施加于比较器658的非反相输入。当升压信号处于逻辑“高”电平时， 开关622闭合，而开关666断开。这把节点630的L3信号电压施加于比较器658的非反相输入。现在参考图7a，图中示出当节点602处的输入电压Vin大于节点616处的输出电压Vott时，图6的电路在降压工作模式中的工作。在降压工作模式中，晶体管Q3 614导通， 而晶体管Q4 620截止。来自节点606的电流检测信号ISEN702在L2电压电平和从COMP 信号和电阻器阶梯得到的L4电压电平之下的一个未定义的电平之间振荡。直到时刻Tl， ISEN信号702始终在增加。在时刻Tl处接收到时钟信号时，Ql晶体管604截止，而晶体管 Q2 608导通。这导致从时刻T1到T2节点606处的ISEN信号开始减小。在时刻T2处，当节点606处的ISEN电压达到L2电压电平时，晶体管Ql 604返回导通状态，而晶体管Q2 608 截止。这导致节点606处的电压信号ISEN开始再次增加，直到时刻T3。然后，该处理过程以相似的方式自行重复。现在参考图7b，图中示出没有利用电路中的时钟信号时的降压工作模式。在该工作模式中，ISEN信号702终是在L2电压和L4电压之间振荡。当在时刻T1处ISEN信号702 超过L4电压时，晶体管Ql 604截止，而晶体管Q2 608导通。这导致从时刻T1到时刻T2节点606处的ISEN电压开始减小。在时刻T2处，当ISEN电压跌到L2电压之下时，晶体管Ql 604返回导通状态，而晶体管Q2 608截止。然后，从时刻T2到时刻T3，节点606处的电压 ISEN开始增加。然后，该处理过程自行重复。现在参考图8a，图中示出当输入电压Vin小于输出电压Vott时，图6的电路在升压工作模式中的工作。在升压工作模式中，ISEN信号702在Ll电压电平之上的一个未定义的电平和L3电压电平之间振荡，如图8a所示。在升压工作模式中，晶体管Ql 604始终导通，而晶体管Q2 608始终截止。节点606处的ISEN信号702始终增加，直到时刻T1，它超过了 L3电压电平。这导致晶体管Q3 614导通而晶体管Q4 620截止。然后，节点606处的 ISEN信号开始减小，直到在时刻T2处接收到下一个时钟脉冲。响应于时钟脉冲，晶体管Q3 614截止，而晶体管Q4 620通。这导致节点606处的ISEN信号702从时刻T2到时刻T3开始增加。当在时刻T3处ISEN信号702超过L3电压时，晶体管Q3 614再次导通，而晶体管 Q4 620再次截止，并且该处理过程重复，如上所述。现在参考图8b，图中示出当不存在时钟信号时图6的降压升压转换器的工作。既然是这样，ISEN信号702在Ll电压电平和来自电阻器阶梯的L3电压之间振荡。在时刻T1 处，当ISEN电压702超过L3电压时，晶体管Q3 614导通，而晶体管Q4 620截止。这导致从时刻T1到时刻T2ISEN电压减小。当ISEN信号702跌到Ll电压之下时，晶体管Q3 614 截止，而晶体管Q4 620返回导通状态。这再次导致ISEN信号开始增加，直到它到达L3电压。然后，该处理过程将重复。现在参考图9，图中示出图6的降压升压电路的降压升压工作模式。既然是这样， 两个比较器644和658如上所述地工作。图6的逻辑迫使在晶体管Q1、Q2、Q3和Q4之间轮流地切换。在时刻Ttl处，响应于时钟脉冲，晶体管Q3 614导通，而晶体管Q4 620截止。这导致从时刻T0到时亥Ij T1ISEN信号702增加。在时刻T1处，当ISEN信号702达到L3电压电平时，晶体管Q3 614截止，而晶体管Q4 620导通。从时刻T1到时刻T3，ISEN信号702将基本上保持相同，因为输入电压Vin基本上等于输出电压或电感器上的电压接近零。在时刻 T2处，响应于下一个时钟脉冲，晶体管Ql 604截止，而晶体管Q2 608导通。这导致从时刻 T2到时亥Ij T3ISEN信号702减小，直到ISEN信号702等于L2电压。当ISEN 702等于L2电压时，晶体管Ql 604返回导通状态，而晶体管Q2 608截止。这导致从时刻T3到时刻T4ISEN 电压保持在L2电平，由于输入电压Vin基本上等于输出电压或电感器上的电压接近零。在时刻T4处，响应于下一个时钟脉冲，该过程重复，如上所述。现在参考图10，图中示出与降压升压转换器一起使用的调制方案的又一个实施例。在节点1102处施加输入电压VIN。晶体管1104的漏极/源极通路连接在节点1102和节点1106之间。开关晶体管1108的漏极/源极通路连接在节点1106和节点1110之间。 电阻器1112连接在节点1110和地之间。电感器1114连接在节点1106和节点1116之间。开关晶体管1118的漏极/源极通路连接在节点1120、输出电压节点和节点1116之间。晶体管1122的漏极/源极通路连接在节点1116和地之间。响应于PWM A控制信号，晶体管1122的栅极连接到驱动器IlM 的输出。反相驱动器1126响应于PWM A控制信号而驱动晶体管1108的栅极。连接驱动器 1128的输出以响应于PWM B控制信号而驱动晶体管1118的栅极。反相驱动器1130响应于 PWM B控制信号而驱动晶体管1122的栅极。从SR锁存器1132产生PWM A控制信号。连接SR锁存器1132的R输入以接收 CLKA时钟信号。SR锁存器1132的S输入连接到比较器11；34的输出。连接比较器11；34的反相输入以接收来自节点1110的ISEN信号。连接比较器1134的非反相输入以接收将在下面更全面地描述的C0MP_A误差信号。从SR锁存器1136产生PWM B控制信号。连接SR锁存器1136的R输入以接收 CLKB时钟信号，同时SR锁存器的S输入连接到比较器1138的输出。比较器1138的反相输入接收C0MP_B误差信号，同时把非反相输入连接到节点1110处的ISEN信号。分别在累加电路1140和1142的输出处产生C0MP_A和C0MP_B信号。把来自误差放大器的COMP信号施加于累加电路1140和1142的每一个。在累加电路1140中，把COMP 信号加到偏移电压-Vhw中以产生C0MP_A误差信号。以相对于图6示出的相同的方式来建立累加电路1140的偏移电压。电流源642流过电阻器626以建立偏移电压VHW。通过调节电流源或电阻器626的值而得到不同的偏移电压。相似地，在累加电路1142中，COMP信号与偏移电压Vhw相加以产生C0MP_B信号。累加电路1140和1142分别把-VHW和+Vhw的偏移加到电压误差信号COMP上。扣除了偏移-Vhw的COMP信号提供信号C0MP_A。累加电路 1142组合COMP信号和Vhw以提供C0MP_B信号。分别在与门1144和1146的输出处产生CLKA和CLKB时钟信号。连接与门1144 的第一输入以接收CLK时钟信号。连接与门1144的其它输入以接收来自比较器1148的输出的模式信号。连接比较器1148的反相输入以接收误差电压信号C0MP。连接非反相输入以接收来自节点1116的ISEN信号。响应于已经把CLK时钟信号施加于与门1146的第一输入以及已经通过反相器1150把来自比较器1148的模式信号的反相形式施加于与门1146 的其它输入，提供从与门1146提供的CLKB时钟信号。在比较器1134中对0)1^_々信号和来自节点1110的ISEN信号进行比较，把比较器的输出提供给SR锁存器1132的S输入以产生PWM A信号。同样，在比较器1138中对来自节点1110的ISEN信号和C0MP_B信号进行比较以产生到SR锁存器1136的S输入的输入而提供PWM B输出。把CLKA信号施加于SR锁存器1132的R输入。把CLKB信号施加于 SR锁存器1136的R输入。现在参考图11，当ISEN信号始终低于(即，从未到达)C0MP_B时，降压升压调整器进入降压工作模式。当ISEN首次超过COMP而在时刻T4处ISEN信号与COMP信号交叉时， 来自比较器1148的输出的模式信号趋向“高电平”，启动了锁存器1132的下一个时钟脉冲时CLKA信号的产生。在时刻T5处发生下一个时钟脉冲时，晶体管1104截止，晶体管1108 导通，导致节点1110处的ISEN电流开始下降。在时刻T6处，ISEN信号下降到COMP信号之下。这导致来自比较器1148的输出的模式信号复位到零。接着，在时刻T7处，ISEN信号下降到较低窗口电压C0MP_A之下，这导致晶体管1104返回导通状态，而晶体管1108截止。这导致ISEN信号开始增加，并且重复上述过程。在降压工作模式中，ISEN斜波从不到达C0MP_B电平，并且晶体管1118始终导通以保持SWB节点1116为输出电压VOTT。现在参考图12，图中示出当ISEN信号始终高于(即，从未到达或降低到其下) C0MP_A时的升压工作模式。例如，当在时刻T2处ISEN信号降低到COMP信号之下时，来自比较器1148的输出的模式信号趋向“低电平”，启动了锁存器1136的下一个时钟脉冲时的 CLKB信号的产生。在时刻T3处发生下一个时钟脉冲升压时，晶体管1122导通。这导致ISEN 开始增加。在时刻T4处，ISEN信号趋向COMP信号之上，并且使模式信号设置为一。当在时刻T5处ISEN信号趋向较高窗口 COMP电压COMP B之上时，这使锁存器1136置位，终止PWM 信号，并且使晶体管1122截止。这导致ISEN信号开始减小。然后重复该过程。在升压工作模式中，ISEN斜波从未到达C0MP_A电平，并且晶体管1104始终导通以保持SWA节点1106 为输入电压VIN。现在参考图13，图中示出当Vin近似地等于Vqut时的降压升压工作模式。在降压升压工作模式中，降压升压调整器将在一个周期中运行于降压模式，而在下一个周期中运行于升压模式，而来自比较器1148的输出的模式信号在两个周期期间在“零”和“一”值之间跳变。在图13所示的左侧，在时刻T4之前，ISEN信号在COMP信号之下，导致来自比较器 1148的输出的模式信号设置到“低电平”值。每个周期都触发模式信号(在降压模式和升压模式两者中)。使用模式信号从CLK时钟信号产生降压时钟(CLKA)和升压时钟(CLKB)。 在发生时钟(CLK)的时刻处，模式信号的状态决定了转换器是处于降压模式还是处于升压模式(或在每个时钟信号处当模式的逻辑值改变时的降压升压模式)。当在时刻T1处ISEN 信号下降到COMP A信号之下时，使来自锁存器1132的PWM A输出置位而使晶体管1108截止，把SWA节点1106拉到输入电压VIN。由于把SWB节点1116拉到几乎等于输入电压Vin的输出电压VOT，所以从时刻T1到时刻T3，ISEN信号可以保持不变。当在时刻1~3处发生下一个时钟信号时，比较器1148的输出处的模式信号趋向“零”，这导致晶体管1122导通。这把 SWB节点1116拉到“零”。然后，在时刻T3到时刻T5处ISEN开始增加。在时刻T4处，ISEN信号趋向COMP信号之上。这导致模式信号趋向逻辑“高电平” 值。在时刻T5处，ISEN信号趋向较高窗口电压COMP B，这终止了到晶体管1122的PWM信号，使晶体管1122截止。把SWA节点1106拉到输入电压Vin，并且把SWB节点1116拉到输出电压VOTT。由于输入电压和输出电压基本上是相等的，所以在时刻T5到时刻T7之间，ISEN 信号会保持相当地恒定。当在时刻T7处发生下一个时钟信号时，使模式信号设置为逻辑“高电平”值，使晶体管1108导通，并且导致ISEN开始减小。然后，重复上述过程。获得了本揭示优点的本技术领域中技术人员会理解，用于恒频降压升压转换器的本调制方案提供了改进的降压升压转换器的控制。应该理解，认为这里的附图和详细说明是示意性的而非限制性的，并且不旨在限制这里揭示的特定的形式和例子。相反地，对于本技术领域中熟知普通技术的人员来说，所包括的任何进一步的修改、变化、重新配置、替换、 改变、设计选择和实施例都是显而易见的，不偏离如下面权利要求书所限定的本发明的精神和范围。因此，旨在把下面的权利要求书解释为包括所有如此的进一步的修改、变化、重新配置、替换、改变、设计选择和实施例。
权利要求
1.一种装置，包括降压升压转换器，用于在降压工作模式、升压工作模式和降压升压工作模式中响应于输入电压和至少一个切换控制信号而产生输出电压；控制逻辑，用于响应于输出电压、基准电压以及与降压升压转换器的电感器电流相关联的检测电压而产生至少一个切换控制信号；以及其中，与电感器电流相关联的检测电压能使控制逻辑在降压工作模式、升压工作模式和降压升压工作模式中选中的一个模式中产生至少一个切换控制信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制逻辑还包括 误差放大器，用于响应于输出电压和基准电压而产生误差电压；比较器，用于响应于误差电压以及与电感器电流相关联的检测电压而产生模式选择信号，所述模式选择信号用于选择降压工作模式和升压工作模式之一；以及控制信号电路，用于响应于模式选择信号和时钟信号而产生至少一个切换控制信号。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，至少一个切换控制信号还包括用于在降压工作模式中选择地切换第一功率晶体管的降压切换控制信号以及用于在升压工作模式中选择地切换第二功率晶体管的升压切换控制信号，进一步，其中，降压切换控制信号和升压切换控制信号中的每一个在降压升压工作模式中切换第一和第二功率晶体管中的每一个。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制信号电路还包括 第一逻辑电路，用于响应于模式选择信号和时钟信号而产生第一控制信号；第一锁存器电路，用于响应于模式选择信号和第一控制信号而产生降压切换控制信号；第二逻辑电路，用于响应于模式选择信号和时钟信号而产生第二控制信号；以及第二锁存器电路，用于响应于反相的模式选择信号和第二控制信号而产生升压切换控制信号。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括电流传感器，用于监视通过降压升压转换器的电感器的电感器电流并且响应于此而产生检测电压。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制逻辑还包括 误差放大器，用于响应于输出电压和基准电压而产生误差电压； 连接到误差放大器的输出的电阻器阶梯；连接在电阻器阶梯上的电流源；其中响应于电流源而在电阻器阶梯的多个节点处产生多个电压电平； 第一控制逻辑，用于响应于检测电压和来自电阻器阶梯的至少一个电压而产生降压控制信号，所述降压控制信号用于控制与降压工作模式相关联的至少一个第一开关晶体管的切换；以及第二控制逻辑，用于响应于检测电压和来自电阻器阶梯的至少一个电压而产生升压控制信号，所述升压控制信号用于控制与升压工作模式相关联的至少一个第二开关晶体管的切换。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一控制逻辑还包括第一和第二开关， 用于在第一状态中响应于降压控制信号而把来自电阻器阶梯的第一电压施加于第一控制逻辑，还用于在第二状态中响应于降压控制信号而把来自电阻器阶梯的第二电压施加于第一控制逻辑。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二控制逻辑还包括第一和第二开关， 用于在第一状态中响应于升压控制信号而把来自电阻器阶梯的第三电压施加于第二控制逻辑，还用于在第二状态中响应于升压控制信号而把来自电阻器阶梯的第二电压施加于第二控制逻辑。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制逻辑还包括 误差放大器，用于响应于输出电压和基准电压而产生误差电压；累加电路，用于响应于误差电压和正偏移值而产生第一误差电压，还用于响应于误差电压和负偏移值而产生第二误差电压；比较器，用于响应于检测电压和误差电压而确定模式信号；时钟逻辑电路，用于响应于时钟信号和模式信号而产生第一时钟信号和第二时钟信号；降压驱动器电路，用于产生降压升压转换器的降压切换晶体管的降压驱动信号，所述降压驱动器电路包括第一比较器，用于对第一误差电压和检测电压进行比较；第一锁存器，用于响应于第一比较器的输出和第一时钟信号而产生降压驱动信号； 升压驱动器电路，用于产生降压升压转换器的升压切换晶体管的升压驱动信号，所述升压驱动器电路包括第二比较器，用于对第二误差电压和检测电压进行比较；第二锁存器，用于响应于第二比较器的输出和第二时钟信号而产生升压驱动信号。
10.一种装置，包括降压升压转换器，用于在降压工作模式、升压工作模式和降压升压工作模式中响应于输入电压和至少一个切换控制信号而产生输出电压；电流传感器，用于监视通过降压升压转换器的电感器的电感器电流并且响应于此而产生检测电压；误差放大器，用于响应于输出电压和基准电压而产生误差电压； 比较器，用于响应于误差电压以及与电感器电流相关联的检测电压而产生模式选择信号，所述模式选择信号用于选择降压工作模式和升压工作模式之一；以及控制信号电路，用于响应于模式选择信号和时钟信号而产生至少一个切换控制信号； 其中，与电感器电流相关联的检测电压能使控制信号电路在降压工作模式、升压工作模式和降压升压工作模式中选中的一个模式中产生至少一个切换控制信号。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，至少一个切换控制信号还包括降压切换控制信号和升压切换控制信号，所述降压切换控制信号用于在降压工作模式中选择地切换第一功率晶体管，所述升压切换控制信号用于在升压工作模式中选择地切换第二功率晶体管，进一步，其中，在降压升压工作模式中降压切换控制信号和升压切换控制信号中的每一个切换第一和第二功率晶体管中的每一个。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述控制信号电路还包括 第一逻辑电路，用于响应于模式选择信号和时钟信号而产生第一控制信号；第一锁存器电路，用于响应于模式选择信号和第一控制信号而产生降压切换控制信号；第二逻辑电路，用于响应于模式选择信号和时钟信号而产生第二控制信号；以及第二锁存器电路，用于响应于反相的模式选择信号和第二控制信号而产生升压切换控制信号。
13.一种用于选择降压升压转换器的工作模式的方法，包括下列步骤在降压工作模式、升压工作模式和降压升压工作模式中，响应于输入电压和至少一个切换控制信号而产生输出电压；在降压工作模式、升压工作模式和降压升压工作模式中选中的一个模式中，响应于输出电压、基准电压以及与降压升压转换器的电感器电流相关联的检测电压而产生至少一个切换控制信号。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，产生至少一个控制信号的步骤还包括下列步骤响应于输出电压和基准电压而产生误差电压；响应于误差电压以及与电感器电流相关联的检测电压而产生模式选择信号，所述模式选择信号用于选择降压工作模式和升压工作模式之一；以及响应于模式选择信号和时钟信号而产生至少一个切换控制信号。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤在降压工作模式中，响应于降压切换控制信号而选择地切换第一功率晶体管； 在升压工作模式中，响应于升压切换控制信号而选择地切换第二功率晶体管；以及在降压升压工作模式中，响应于降压切换控制信号和升压切换控制信号中的每一个而选择地切换第一和第二功率晶体管中的每一个。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤 响应于模式选择信号和时钟信号而产生第一控制信号； 响应于模式选择信号和第一控制信号而产生降压切换控制信号； 响应于模式选择信号和时钟信号而产生第二控制信号；以及响应于反相的模式选择信号和第二控制信号而产生升压切换控制信号。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤监视通过降压升压转换器的电感器的电感器电流并且响应于此而产生检测电压。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括下列步骤响应于电流源和来自误差放大器的误差电压而在电阻器阶梯的多个节点处产生多个电压电平；响应于检测电压和来自电阻器阶梯的多个电压电平中的至少一个而产生降压控制信号，所述降压控制信号用于控制与降压工作模式相关联的至少一个第一开关晶体管的切换；以及响应于检测电压和来自电阻器阶梯的多个电压电平中的至少一个而产生升压控制信号，所述升压控制信号用于控制与升压工作模式相关联的至少一个第二开关晶体管的切换。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，产生降压控制信号的步骤还包括下列步骤在第一状态中响应于降压控制信号而施加来自电阻器阶梯的第一电压；以及在第二状态中响应于降压控制信号而施加来自电阻器阶梯的第二电压。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，产生升压控制信号的步骤还包括下列步骤在第一状态中响应于升压控制信号而施加来自电阻器阶梯的第三电压；以及在第二状态中响应于升压控制信号而施加来自电阻器阶梯的第二电压。
21.如权利要求13所述的方法，其特征在于，产生的步骤还包括下列步骤 响应于输出电压和基准电压而产生误差电压；使误差电压和正偏移值相加以产生第一误差电压； 使误差电压和负偏移值相加以产生第二误差电压；对检测电压和误差电压进行比较以确定模式信号，其中模式信号表示降压工作模式或升压工作模式；响应于时钟信号和模式信号而产生第一时钟信号和第二时钟信号；对第一误差电压和检测电压进行比较；响应于比较的步骤和第一时钟信号而产生降压驱动信号；对第二误差电压和检测电压进行比较；响应于比较的步骤和第二时钟信号而产生升压驱动信号。
全文摘要
本发明揭示了将单个比较器用于恒频降压升压转换器的调制方案。一种降压升压转换器在降压工作模式、升压工作模式和降压升压工作模式中响应于输入电压和至少一个切换控制信号而产生输出电压。控制逻辑响应于输出电压、基准电压和与降压升压转换器的电感器电流相关联的检测电压而产生至少一个切换控制信号。与电感器电流相关联的检测电压能使控制逻辑在降压工作模式、升压工作模式和降压升压工作模式中选中的一个模式中产生至少一个切换控制信号。
文档编号H02M3/158GK102195481SQ20111006860
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月14日 优先权日2010年3月19日
发明者M·M·沃尔特斯, 裘卫红 申请人:英特赛尔美国股份有限公司