SMPS以及SMPS的控制过程的制作方法

本申请要求于2017年12月18日所提交的法国专利申请号17/62374的优先权，其内容在法律允许的最大程度上通过引用以其整体并入本文。

本公开一般地涉及电子系统和方法，并且在特定实施例中涉及开关模式电源(switched-modepowersupply,smps)以及smps的控制过程。

背景技术：

在开关模式电源(smps)中，通过切换开关来切断dc电压，以在电感性元件中实现功率存储和放电的阶段。在电感性元件中所存储的功率被传递到被连接到开关模式电源的负载。

技术实现要素：

一些实施例涉及smps类型的dc/dc功率转换器，该dc/dc功率转换器将dc电压转变成另一dc电压。一些实施例涉及降压转换器(step-down(buck)converter)。

一个或多个实施例提供了控制开关模式电源的方法。

一些实施例提供了控制开关模式电源的方法，包括：与时钟信号同步的、在电感性元件中的功率存储的第一阶段；以及与时钟信号不同步的、在电感性元件中的功率存储的第二阶段。在一些实施例中，时钟信号具有固定频率。

根据一个实施例，第一阶段属于同步控制模式，而第二阶段属于异步控制模式。

根据一个实施例，从一个模式到另一模式的切换是通过检测到瞬态现象而引起的。

根据一个实施例，该切换进一步被表示流过电感性元件的电流的信号所调节。

根据一个实施例，从异步控制模式到同步控制模式的切换是由输出电压相对于参考电压的减小引起的。

根据一个实施例，减小是通过将表示输出电压和参考电压之间的差的信号与第一阈值的比较来检测的，优选地通过使用实施比例-积分-微分函数的电路来获得。

根据一个实施例，异步控制模式还包括：在每个第二阶段之后的、对在电感性元件中所存储的功率的放电的第三阶段。

根据一个实施例，减小是在第三阶段期间所检测到的。

根据一个实施例，从同步控制模式到异步控制模式的切换是由于输出电压相对于参考电压的增大引起的。

根据一个实施例，增大是通过将表示输出电压和参考电压之间的差的信号与第二阈值的比较来检测的，优选地通过使用实施比例-积分-微分-函数的电路来获得。

根据一个实施例，同步控制模式还包括：在每个第一阶段之后、对在电感性元件中所存储的功率的放电的第四阶段。

根据一个实施例，增大是在第四阶段期间所检测到的。

另一实施例提供了能够实施上述方法的开关模式电源。

根据一个实施例，开关模式电源包括：电感性元件、被耦合到电感性元件的端子的开关电路(switchingcircuit)、以及用于控制开关电路的电路。

根据一个实施例，控制电路包括：被配置为将控制信号供应到开关电路的异步状态机。

在结合附图的具体实施例的以下非限制描述中将详细讨论前述和其他特征和优点。

附图说明

图1示意性地图示了开关模式电源的一个实施例；

图2示意性地图示了用于控制图1的开关模式电源的电路的一个

实施例；

图3是示意性地图示了控制图1的开关模式电源的方法的一个实施例的流程图；

图4示意性地示出了图示在由负载所汲取的电流的增大期间的图3的方法的实施方式的时序图；

图5示意性地示出了图示在由负载所汲取的电流的减小期间的图3的方法的实施方式的时序图；以及

图6是示意性地图示了图3的控制方法的一个备选实施例的流程图。

具体实施方式

在各个附图中，相同的元件已经利用相同的附图标记来指定，并且进一步地，各个附图未按比例绘制。为清楚起见，仅示出了并且详细描述了对理解所描述的实施例有用的那些步骤和元件。

在以下描述中，除非另有规定，否则表述“近似”、“基本上”、以及“大约”意味着在10％内，优选地在5％内。

除非另有规定，否则当参考被连接在一起的两个元件时，这意味着这连个元件被直接地连接，其中除了导体外没有中间元件；并且当参考被耦合在一起的两个元件时，这意味着两个元件可以被直接地耦合(连接)、或者经由一个或多个其他元件而被耦合。

在一个实施例中，控制器(或控制电路)通过在同步控制模式与异步控制模式之间交替，来控制开关模式电源。在特定实施例中，在检测到与电源的输出电压的减小相对应的第一瞬态现象时，控制器使得开关模式电源从异步控制模式切换到同步控制模式，电源的输出电压的减小可以归因于由电源负载所汲取的电流的增大。相反地，在检测到与电源的输出电压的增大相对应的第二瞬态现象时，控制器使得开关模式电源从同步模式切换到异步模式，电源的输出电压的增大可以归因于由负载所汲取的电流的减小。

在一个实施例中，开关模式电源监测：负载瞬态、以及当负载瞬态大于阈值时从异步模式转换到同步模式。在一些实施例中，开关模式电源是dc-dc降压转换器。在一些实施例中，降压转换器具有最大输出电流，该最大输出电流大约比电感电流纹波大三倍(可以使用降压转换器的最大输出电流的其他值)。在一些实施例中，在以同步模式操作时，开关模式电源以固定频率操作。

图1示意性地示出了开关模式电源的一个实施例。

开关模式电源(在该示例中为降压转换器)包括：旨在接收dc电源电压vin的两个输入端子1和3、以及旨在供应dc输出电压vout的两个输出端子5和7。电压vin是例如正值，并且参考端子3(通常为接地)。电压vout是例如正值，并且参考端子7，端子7在这里被连接到端子3。

开关电路10(图1中的虚线中)被连接在端子1与端子3之间。电路10包括输出端子11。电路10被配置为选择性地将端子11耦合到端子1、耦合到端子3、或者不耦合到这两个端子。电路10例如包括在端子1与端子3之间、被串联连接的两个开关13和15。在该示例中，开关13是其源极和其漏极被分别地连接到端子1和端子11的mos晶体管，以及开关15是其漏极和其源极被分别地连接到端子3和端子11的mos晶体管。

电感性元件20将电路10的端子11耦合到开关模式电源的端子5。进一步地，在该示例中，电容性元件30(例如，电容器)将输出端子5耦合到端子7。

开关模式电源包括控制电路40(ctrl)，该控制电路40例如利用电压vin供电。电路40包括输入端子41、43、45、47、49和51、以及输出端子53、55和57。端子41旨在接收表示流过电感性元件20的电流il的信号s0。信号s0由与电感性元件20相关联的传感器70(诸如电流传感器)所供应。端子43被耦合到开关模式电源的输出端子5。端子45旨在接收表示待被施加到参考电压的迟滞的信号δv。输入端子47旨在接收周期性二进制信号或时钟信号clk。在一些实施例中，时钟信号clk具有固定频率。

端子49旨在接收表示参考电压的信号vref。电压斜坡vr(例如参考端子3)旨在被施加到端子51，并且源自电压斜坡发生器60的输出端子63。输出端子53将控制信号sr供应到斜坡发生器60的输入端子61。端子55和57将控制信号cmd1和cmd2供应到开关电路10的晶体管13和15。作为一个示例，信号cmd1和cmd2是二进制信号。例如，信号cmd1的高态或低态控制开关13的断开状态或接通状态，并且信号cmd2的高态或低态控制开关15的断开状态或接通状态。在所示示例中，端子55和57被连接到相应的晶体管13和15的栅极。

斜坡发生器60(gen_r)是例如利用电压vin供电。作为一个示例，信号sr是二进制信号，并且发生器60供应上升的电压斜坡vr，每个斜坡在信号sr从第一二进制状态切换到第二二进制状态(例如从低到高)时开始，并且在sr信号从第二二进制状态到第一二进制状态(例如从高到低)的下一切换时结束，电压vr在两个连续的斜坡之间等于零，并且在斜坡期间能够达到电压vin的值。其他斜坡电压也是可能的。

在操作中，信号δv、clk和vref被供应到控制电路40，并且负载80被连接到输出端子5(例如在端子5和端子7之间)。电流iout流过负载80。作为一个示例，信号δv是迟滞电压，例如参考端子3，是正值，并且小于电压vin。信号vref是例如dc参考电压，例如参考端子3，是正值，并且小于电源电压vin。根据电压vout、vref、δv和vr的值、以及在其输入端子上可获得的信号s0和clk的值，控制电路40生成控制信号cmd1、cmd2和sr，以(跨负载80和电容性元件30的组件)维持dc输出电压vout基本上等于参考电压vref，如在下文所描述的图4和图5中可以看到的，参考电压vref具有基本上恒定的、并且表示针对输出电压vout的目标值的值。在特定实施例中，当开关13和15分别接通和断开时、在电感性元件20中的功率存储的阶段期间，电流il随着功率被存储而增大。相反地，当开关13和15分别断开和接通时、在对电感性元件20中所存储的全部或部分的功率放电的阶段期间，电流il随着电感性元件20对功率的放电而减小。进一步地，如果电流il大于电流iout，则电容性元件30充电，这导致电压vout增大，而如果电流il小于电流iout，则电容性元件30放电，这导致电压vout减小。

图2示意性地示出了图1的控制电路40的一个实施例。

电路40包括阈值生成电路410(gen_t)，该阈值生成电路410例如利用电压vin供电。电路410包括被连接到电路40的端子45的输入端子411、以及被连接到电路40的端子49的输入端子413。电路410还包括供应第一阈值vth的输出端子415、以及供应第二阈值vtl的输出端子417。阈值vth和vtl中的每个阈值表示输出电压vout与参考电压vref之间的给定差。作为一个示例，电路410供应阈值电压vth和阈值电压vtl，阈值电压vth例如参考端子3并且等于电压vref+δv，阈值电压vtl例如参考端子3并且等于电压vref-δv。

控制电路40还包括实施比例-积分-微分函数的电路或放大器420(pid)以及比较器430(c1)、440(c2)、450(c3)、460(c4)和465(c5)，放大器和每个比较器例如利用电压vin供电。

放大器420包括一个输出端子和两个输入端子，该两个输入端子被分别连接到电路40的端子43和49。放大器420被配置为在其输出端子处供应电压verr，电压verr表示电压vout与vref之间的差。在该实施例中，电压verr例如在电压vref和vout相等时等于电压vref，在电压vout小于电压vref时大于电压vref，以及在电压vout大于电压vref时小于电压vref。

比较器430包括一个输出端子和两个输入端子，该两个输入端子被分别连接到放大器420的输出端子和电路410的输出端子415。比较器430被配置为在其输出端子处供应信号s1，信号s1表示信号verr与阈值vth的比较。在该实施例中，信号s1是具有其高态或低态的二进制信号，指示电压verr是否大于电压vth。

类似地，比较器440包括一个输出端子和两个输入端子，该两个输入端子被分别连接到放大器420的输出端子和电路410的输出端子417。比较器440被配置为在其输出端子处供应信号s2，信号s2表示信号verr与阈值vtl的比较。在该实施例中，信号s2是具有其高态或低态的二进制信号，指示电压verr是否大于电压vtl。

比较器450包括一个输出端子和两个输入端子，该两个输入端子被连接到电路40的相应的端子49和51。比较器450被配置为在其输出端子处供应信号s3，信号s3表示电压vr与参考电压vref的比较。在该实施例中，信号s3是具有其高态或低态的二进制信号，指示电压vr是否大于参考电压vref。

比较器460包括一个输出端子和两个输入端子，该两个输入端子被分别连接到电路40的放大器51的输出端子和放大器420的输出端子。比较器460被配置为在其输出端子处供应信号s4，信号s4表示电压vr与电压verr的比较。在该实施例中，信号s4是具有其高态或低态的二进制信号，指示电压vr是否大于电压verr。

比较器465包括一个输出端子和两个输入端子，该两个输入端子被分别连接到电路40的端子43和49。比较器465被配置为在其输出端子处供应信号s5，信号s5表示电压vout与参考电压vref的比较。在该实施例中，信号s5是具有其高态或低态的二进制信号，指示电压vout是否大于电压vref。

电路40还包括异步状态机电路470(asyncsm)，其中状态切换操作不必与时钟信号同步。块470例如利用电压vin供电，并且可以例如使用定制逻辑、控制器或处理核、或者通用控制器或处理器来实施。

在操作中，状态机470根据信号s0、s1、s2、s3、s4、s5和clk的状态来生成控制信号cmd1、cmd2和sr。因此，状态机470包括被连接到电路40的输入端子41和47的输入端子、被连接到比较器430、440、450、460和465的输出端子的输入端子、以及被分别连接到电路40的输出端子53、55和57的三个输出端子。

图3是图示了控制图1的开关模式电源的方法的一个实施例的流程图，并且更特别地，控制开关电路10的方法的流程图。控制方法例如通过控制电路40(诸如通过电路40的异步状态机470)来实施。

在空闲状态91(块“空闲”)(例如，方法的初始状态)中，在电感性元件20中不存在功率，开关13和15断开，并且控制发生器60，使得不生成电压斜坡vr。检测到输出电压vout变得小于参考电压vref(条件vout<vref)的事实引起从状态91到状态93(块“负载l”)的切换。

切换到状态93引起电感性元件20(即，对电感性元件20充电)中的功率存储的阶段的开始，其中存储阶段与时钟信号clk不同步。为实现该目的，电路40将开关13控制到接通状态，开关15保持断开。进一步地，电路40例如通过断言(asserting)控制信号sr来引起电压斜坡vr的开始。检测到电压斜坡vr已经达到大于或等于电压vref的值(条件vr>vref)的事实引起从状态93到状态95(块“放电l”)的切换。

切换到状态95引起在电感性元件20中所存储的功率朝向负载80和电容性元件30的组件的放电的阶段的开始。为实现该目的，在状态95时，电路40将开关13控制为断开状态，并且将开关15控制为接通状态。进一步地，在切换到状态95时，电路40引起电压斜坡vr的结束(例如，通过解除断言(deasserting)控制信号sr)。

在步骤95处，对于信号clk的每个上升边缘(clk↑)(下降边缘)，核实是否检测到第一瞬态现象/事件(电压vout相对于电压vref的减小)。在一些实施例中，第一瞬态事件的检测是通过将vout(或基于vout的电压(例如，verr))与第一阈值(这里为阈值vth)比较来执行的。在信号clk的上升边缘期间检测到第一瞬态事件引起在该时钟边缘期间从状态95到状态97(块“负载l”)的切换。只要在信号clk的上升边缘处没有检测到瞬态事件，那么开关模式电源保持在状态95，由此电流il渐进地减小到零值。然后，检测到电流il已经取零值(条件il≤0)引起从状态95到空闲状态91的切换。

更特别地，在该实施例中，如果电压verr大于阈值电压vth(verr>vth)，则检测到第一瞬态现象。因此，当核实条件clk↑&il>0&verr>vth时，发生从状态95到状态91的切换。核实电流il是正值，使能避免从状态95到状态97和到状态91的同时切换。

切换到状态97引起在电感性元件20中的功率存储的阶段的开始，其中存储阶段与时钟信号clk同步。为实现该目的，在状态97时，电路40将开关13控制为接通状态，并且将开关15控制为断开状态。进一步地，电路40命令电压斜坡vr的开始。检测到电压斜坡vr已经达到大于或等于电压verr的值(条件vr≥verr)的事实引起从状态97到状态99(块“放电l”)的切换。

切换到状态99引起在电感性元件20中所存储的功率的放电的阶段的开始。然后，电路40将开关13控制为断开状态，并且将开关15控制为接通状态。进一步地，电路40命令电压斜坡vr的结束。

在步骤99时，对于信号clk的每个上升边缘(clk↑)，核实是否检测到第二瞬态现象(电压vout相对于电压vref的增大)，这种瞬态现象的检测是由第二阈值(这里为阈值vtl)来调节。在信号clk的上升边缘期间没有检测到第二瞬态现象引起在该边缘期间从状态99到状态97的切换，从而引起在该边缘处所同步的功率存储阶段的开始。只要在信号clk的上升边缘处检测到第二瞬态现象，那么其保持在状态99，由此电流il渐进减小到等于零。然后，检测到电流il已经取零值(条件il≤0)引起从状态99到空闲状态91的切换。

更特别地，在该实施例中，如果电压verr小于阈值电压vtl(verr<vtl)，则检测到第二瞬态现象，因此如果电压verr大于电压vtl(verr≥vtl)，则不会检测到第二瞬态现象。因此，如果核实条件clk↑&il>0&verr≥vtl，则发生从状态99到状态97的切换，核实电流il是正值(il>0)的事实使能避免从状态99到状态97和到状态91的同时切换。

因此，上文所描述的方法包括控制模式async，控制模式async与信号clk不同步、并且包括状态91、93和95。控制模式async类似于当前被称为“脉冲跳跃模式”的控制模式。该方法还包括控制模式sync，控制模式sync与信号clk同步、并且包括状态97和99。控制模式sync类似于连续导电类型的同步模式，即其中非零电流il永久地流过电感性元件20的同步实施例。在图3中，从模式sync到模式async、以及从模式async到模式sync的切换是通过虚线示意性地示出。

作为一个示例，引起从一个状态到另一状态的切换的上文所提及的条件由电路40的状态机470核实。例如根据信号s5来核实条件vout<vref。例如根据信号s3来核实条件vr≥vref。例如根据信号s0来核实条件il≤0。例如根据信号clk、s0和s1来核实条件clk↑&il>0&verr>vth。例如根据信号s4来核实条件vr≥verr。例如根据信号clk、s0和s2来核实条件clk↑&il>0&verr≥vtl。

在一个备选实施例中，电路410包括被耦合到比较器465的输出端子的附加的输入端子，并且具有单个输出端子。然后，电路410被配置为当电压vout小于电压vref时在其输出端子处供应阈值vth，并且当电压vout小于电压vref时在其输出端子处供应阈值vtl。这使能抑制(suppress)比较器430和440中的一个比较器，从而减小开关模式电源的压降。

图4和图5中的每个附图示出了示意性地并且未按比例绘制的时序图，图示了在图1的开关模式电源中实施图3的方法期间的电压vref、vout、verr、vr、vth和vtl的、电流il和iout的以及时钟信号clk的形状的示例。更特别地，图4和图5图示了分别在第一瞬态现象(电压vout相对于电压vref的减小)期间和在第二瞬态现象(电压vout相对于电压vref的增大)期间开关模式电源的操作。

在图4中，其中在时间t0时控制电路40处于状态91、并且跨负载80和电容性元件30的组件的电压vout为使得电压verr在电压vref与vtl之间的情况被认为一个示例。电流il等于零，并且小于电流iout，由此电压vout渐进减小。

在时间t0之后的时间t1时，电压vout变得小于电压vref，并且然后电路40切换到状态93。因此，电压斜坡vr开始，并且电流il从时间t1渐进增大。一旦电流il变得大于电流iout(时间t2)，则电压vout渐进增大。

在时间t1之后的时间t3时，电压vr变得大于电压vref，并且然后电路40切换到状态95。这引起电压斜坡vr的结束以及电流il从时间t3渐进减小，只要电流il保持大于电流iout，电压vout的渐进增大就会继续，这里直到时间t5。

在时间t3之后、并且与信号clk的上升边缘相对应的时间t4时，电路40处于状态95，并且电流il是正值。然而，电压verr小于阈值电压vth，这指示不存在第一瞬态现象(电压vout相对于电压vref的减小)。然后，电路40保持在状态95，并且因此处于控制模式async中。

从时间t5，归因于电流il小于电流iout的事实，电压vout渐进减小。

在时间t4和t5之后的时间t6时，电流il变得等于零，并且电路40切换到状态91。

在相应的连续时间t7、t8和t9时，重复关于时间t1、t3和t6所描述的操作。

在控制模式async中，在功率放电(状态95)的阶段与功率存储(状态93)的下一阶段之间(例如，这里是在时间t6与t7之间)，电流il被维持在零值，相对于根据其中电流il在已达到零值后将继续减小的控制模式来控制的情况，这使能减小开关模式电源中的损耗。

在时间t9之后的时间t10时，电流iout增大，这导致第一瞬态现象。电压vout变得几乎立即小于电压vref，这引起电路40从状态91到状态93的切换。电压斜坡vr开始，并且电流il渐进增大。进一步地，电压vout相对于电压vref的减小引起电压verr的增大。

在时间t10之后的时间t11时，电压vr变得大于电压vref，并且电路40切换到状态95。这引起电压斜坡vr的结束以及电流il的渐进减小。

在时间t11之后、并且与跟随时间t10的信号clk的上升边缘相对应的时间t12时，归因于电压verr大于电压vth的事实而检测到第一瞬态现象。电路40从状态95切换到状态97，即，从控制模式async切换到控制模式sync。电路40切换到状态97引起电压斜坡vr的开始以及电流il的渐进增大。

在控制模式async中，检测到电压vout相对于电压vref的减小独立于信号clk的边缘(这里是上升边缘)而发生。因此，不必等待信号的上升边缘来控制电感性元件20中的功率存储的非同步阶段，以补偿电压vout的减小。当电压vout的这种减小对应于第一瞬态现象的开始(如这里在时间t10时发生)时，在下一信号clk的上升边缘期间(这里在时间t12时)检测到第一瞬态现象，这引起从控制模式async到控制模式sync的切换，以及同时引起电感性元件20中的功率存储的新阶段的开始。这导致在第一瞬态现象相对于仅利用信号clk同步地控制电源的情况的持续时间的减小。

在时间t12之后的时间t13，电压斜坡vr变得大于电压verr，并且电路40切换到状态99。这引起电压斜坡vr的结束以及电流il的渐进减小。

在与跟随时间t13的信号clk的上升边缘相对应的时间t14时，电流il是正值，并且电压verr大于电压vtl，这指示不存在第二瞬态现象(电压vout相对于电压vref的增大)。电路40切换到状态97，从而保持在控制模式sync中。切换到状态97引起电压斜坡vr的开始以及电流il的渐进增大。

在时间t14之后的时间t15，电压斜坡vr变得大于电压verr，并且电路40切换到状态99。对于信号clk的接下来的时段的每个时段，只要电压verr保持大于电压vtl(不存在第二瞬态现象)，电路40就会在信号clk的上升边缘期间(时间t16和t18)从状态99切换到状态97，并且当电压vr达到电压verr时(时间t17)从状态97切换到状态99。

在同步控制模式sync中(从图4中的时间t12)，电压vr与电压verr的比较使能针对信号clk的每个时段、根据电压vout与vref之间的差来适配相对于状态99的持续时间的状态97的持续时间，从而适配电流il大于电流iout的持续时间。这使能在信号clk的一个或多个时段之后将电压vout返回到基本上等于电压vref的值的值，然后将电压vout保持在该值。

在图5中，在例如与图4的时间t18相对应的时间t20时，电路处于模式sync的状态99中，电压vout使得电压verr是在电压vref与vth之间。归因于电压verr大于电压vtl的事实(没有检测到第二瞬态现象)，在时间t20时发生的信号clk的上升边缘引起电路40从状态99到状态97的切换。归因于在时间t22和t24时电压verr大于电压vtl的事实，接下来的连续时间t21、t22、t23、t24和t25对应于针对时间t21、t23和t25的从状态97到状态99，以及针对时间t22和t24的从状态99到状态97的切换操作。

在时间t25之后的时间t26时，电流iout减小，这导致第二瞬态现象(电压vout相对于电压vref的增大)。

在时间t26之后的时间t27时，电压vout相对于电压vref的增大使得电压verr变得小于阈值电压vtl。

在时间t27之后、并且与跟随时间t26的信号clk的上升边缘相对应的时间t28时，归因于电压verr小于电压vtl的事实而检测到第二瞬态现象。因此，电路40不从状态99切换到状态97，并且保持在状态99，由此在时间t25时开始的电流il的渐进减小继续，直到电流il在时间t29时变得小于电流iout、并且然后在时间t29之后的时间t30时变为零。从时间t29，电压vout渐进减小，这使能补偿其增大。

在时间t30时，电流il已经达到零值的检测引起从状态99到状态91的切换，从而引起从控制模式sync到控制模式async的切换。归因于在时间t31时电流il保持在零值、从而小于电流iout的事实，电压vout的渐进减小继续，并且电压vout变得更接近vref。

在时间t30之后的时间t31时，电压vout变得小于电压vref，并且电路40从状态91切换到状态93，类似于先前针对图4的时间t1和t7已经描述的。

在模式sync的状态99时，并且只要第二瞬态现象正在进行，那么没有信号clk的上升边缘引起从状态99到状态97的切换，并且电流il渐进减小直到其变得等于零。换而言之，只要第二瞬态现象正在进行，就没有新的功率存储阶段被实施。相对于电源仅仅被同步控制的情况，这使能减小第二瞬态现象的持续时间，其中信号clk的每个上升边缘将引起新的功率存储阶段的开始。进一步地，在这种第二瞬态现象期间，引起从控制模式sync到控制模式async的切换的电流il已经达到零值的检测(图5中的时间t30)还导致电流il的减小之后紧接着其中电流il保持在零值(时间t30和t31之间)、直到电压vout变得小于电压vref的阶段。这使能进一步减小第二瞬态现象的持续时间。

图6是图示了结合图3所描述的控制方法的一个备选实施例的流程图。在例如由电路40所实施的，优选地由异步状态机470所实施的该变型中，第一瞬态现象的检测(电压vout相对于电压vref的减小)被执行，以将和电压vout的快速且显著减小相对应的第一突发瞬态现象与和电压vout的缓慢和/或轻微减小相对应的第一渐进瞬态现象区分开来。在该变型中，然后根据第一瞬态现象是突发的还是渐进的来不同地执行从模式async到模式sync的切换。

在实践中，如果瞬态现象导致电压verr达到由信号δv所限定的迟滞之外的值，则瞬态现象被称为突发的，否则瞬态现象被称为渐进的。作为一个示例，如果瞬态现象在比信号clk的时段短得多的时间内(例如，小于信号clk的时段的30％，优选地在信号clk的时段的从10％至30％的范围内的时间)对应于电压vout的变化大于或小于电压vref的5％的幅度，则瞬态现象被称为突发的，否则瞬态现象被称为渐进的。

在空闲状态910(块“空闲”)(例如，方法的初始状态)中，在电感性元件20中不存在功率，开关13和15断开，并且发生器60被控制使得不生成电压斜坡vr。检测到输出电压vout变得小于参考电压vref(条件vout<vref)的事实引起电感性元件20中的功率存储从状态910到状态930(块“负载l”)的切换。

切换到状态930引起功率存储阶段和电压斜坡vr的开始。检测到电压斜坡vr已经达到大于电压vref的值(条件vr>vref)的事实引起从状态930到在电感性元件20中所存储的功率的放电的状态950(块“放电l”)的切换。

切换到状态950引起朝向负载80和电容性元件30的组件的功率放电的阶段的开始以及电压斜坡vr的结束。

在状态950处，在跟随其被切换到状态950的时间的时间段tmax期间，核实是否检测到第一瞬态现象(电压vout相对于电压vref的快速且显著减小)，这种检测由第一阈值(这里为阈值vth)来调节。如果在时段tmax期间检测到这种瞬态现象，则其被切换到电感性元件20中的功率存储的状态970(块“负载l”)。与将在电感性元件20中所存储的所有功率放电所必需的时间相比，时段tmax是短的。作为一个示例，时段tmax比在不存在瞬态现象时发生的功率存储阶段期间将在电感性元件20中所存储的所有功率放电的时间短10％(优选地5％)。时段tmax例如在从30ns至35ns的范围中。从切换到状态950已经过去的时间t比时段tmax更短(条件t<tmax)的核实可以由本领域技术人员以不同的方式实施，例如通过延迟线。

从状态950到状态970的切换仅仅可以在切换到状态950之后的时段tmax期间执行的事实，使能确保利用电感性元件20中非零电流il，其被切换到状态970，相对于其中在电流il等于零时执行从状态970的切换的情况，这导致第一瞬态现象的持续时间的减小。

在状态950处，如果在没有检测到第一突发瞬态现象的情况下已经过去了时间段tmax，则开关模式电源保持在状态950，直到电流il变为等于零。当电流il变为等于零(条件il≤0)时，核实是否检测到第一现象(突发或渐进)。

在状态950处，如果当电流il变为等于零时，检测到第一突发瞬态现象，则这意味着第一突发瞬态现象发生得太晚，无法在时段tmax期间检测到。然后，其被切换到功率存储状态930。这使能确保在下一状态950的开始时(换而言之，在时段tmax期间)、利用电感性元件20中非零电流il，其被切换到状态970。

在状态950处，如果当电流il变为零时，检测到第一渐进瞬态现象，则其被切换到空闲状态990(“空闲”)。通过第一阈值vth和参考电压vref来调节第一渐进瞬态现象的检测。切换到状态990引起电压斜坡vr的结束以及开关13和15的断开。在状态990处，一旦检测到信号clk的上升边缘，则其与时钟信号同步地被切换到状态970。

在状态950处，如果当电流il变为零时没有检测到第一瞬态现象，则其被切换到空闲状态910。

在图6中所图示的实施例中，如果电压verr大于阈值电压vth(verr>vth)，并且可选地，如果电压vout进一步小于电压vref(vout<vref)，则检测到第一突发瞬态现象。例如，这种可选的条件使能考虑由电路40的比较器和放大器所引入的可能的延迟。因此，如果核实条件vout<vref&verr>vth&t<tmax，则发生从状态950到状态970的切换，并且如果核实条件il≤0&vout<vref&verr>vth，则发生从状态950到状态930的切换。例如，如果电压vout小于电压vref但是电压vref小于电压vth，换而言之，如果所检测到的第一瞬态现象不是突发的，则检测到第一渐进瞬态现象。因此，如果核实条件il≤0&vout<vref&verr<vth，则发生从状态950到状态990的切换。如果电压vout保持大于电压vref，则不会检测到瞬态现象，然后如果核实条件il≤0&vout>vref，则发生从状态950到状态990的切换。

切换到状态970引起在电感性元件20中的功率存储的阶段的开始以及电压斜坡vr的开始。检测到电压vr变得大于电压verr的事实引起从状态970到在电感性元件20中所存储的功率的放电的状态1000(“放电l”)的切换。

切换到状态1000引起功率放电的阶段的开始以及电压斜坡vr的结束。

在步骤1000时，对于信号clk的每个上升边缘(clk↑)，核实是否检测到第二瞬态现象(电压vout相对于电压vref的增大)，这种检测由第二阈值(这里为阈值vtl)来调节。在信号clk的上升边缘期间没有检测到第二瞬态现象，引起在该边缘期间从状态1000到状态970的切换，从而引起在该边缘处同步的功率存储阶段的开始。只要在信号clk的上升边缘处检测到第二瞬态现象，那么其保持在状态1000，由此电流il渐进减小到变为等于零。然后，检测到电流il已经取零值(条件il≤0)引起从状态1000到空闲状态910的切换。

在图6中所图示的实施例中，如果电压verr小于阈值电压vtl，并且可选地，如果电压vout进一步大于电压vref，则检测到第二突发瞬态现象。换而言之，如果电压verr大于阈值电压vtl，或者可选地，如果电压vout小于电压vref(条件verr>vtl或vout<vref)，则没有检测到第二瞬态现象。因此，在该示例中，如果核实条件clk&(verr>vtl或vout<vref)&il>0，则发生从状态1000到状态970的切换，核实电流il是正值(il>0)的事实使能避免从状态1000到状态970以及到状态910的同时切换。

应当注意，在结合图6所描述的备选实施例中，类似于结合图3所描述的实施例，与时钟信号clk同步的所有存储阶段属于包括状态970和1000的同步控制模式，异步控制模式async(状态910、930、950和990)仅包括与时钟信号clk不同步的存储阶段。然而，与结合图3所描述的实施例相反，在结合图6所描述的备选实施例中，控制模式sync可以包括非同步存储阶段，其开始对应于从状态950到状态970的切换。

在上文所描述的实施例中，在同步模式sync或异步模式async中发生的电感性元件20中的功率存储阶段是由切换所导致的，并且更特别地是由具有其被连接到电感性元件20的端子的输出端子11的开关电路10的切换所导致的。因此，在同步和异步控制模式中，电源以切换的方式来操作。

在上文所描述的实施例中，可以观察到，开关模式电源根据模式async来控制，以得到比根据模式sync控制时更小的电流。进一步地，开关模式电源的切换噪音随着由其负载所汲取的电流而减小。因此，根据模式async所控制的电源的切换噪音不干扰(或者仅仅略微干扰)其他电路的操作。当根据模式sync来控制开关模式电源时，优选地，对于在开关模式电源中发生的信号clk上同步的每个切换，设置为与在可能由开关模式电源的切换噪音所干扰的同步电路中发生的切换同步地执行。换而言之，对于引起开关模式电源中的切换的信号clk的每个边缘，设置为与引起不受干扰的同步电路中的切换的时钟信号的边缘同时发生。然后，将电源的切换噪音与不受干扰的电路的切换噪音混淆，由此电源的噪音不会干扰该(或者仅仅略微干扰)该电路的操作。作为一个示例，不受干扰的电路是同步电路，例如在与开关模式电源相同的半导体衬底内部或顶部上所形成的电路和/或负载80的电路。作为一个示例，同步电路是模拟到数字(adc)或数字到模拟(dac)转换器。电源的信号clk是例如不受干扰的同步电路的时钟信号。

进一步地，在实践中，在模式async期间的切换频率低于在模式sync期间的切换的频率。因此，相对于仅仅利用信号clk来同步控制的情况，控制模式async的提供使能减小开关模式电源的损耗。

电源以同步模式sync操作的电流大于异步模式async的电流的事实是由(出其他外)在输出电压vout相对于参考电压vref减小时完成从模式async到模式sync的切换的事实。换而言之，当由负载所汲取的电流从低值上升到高值时，完成该切换。此外，当输出电压vout相对于参考电压vref上升时，也就是说当由负载所汲取的电流从高值减小到低值时，完成从模式sync到模式async的切换。

在上文所描述的实施例中，应当理解，阈值vth和vtl以及放大器420的增益的选择，调节对于电压vout相对于电压vref的减小或增大的最小幅度，该最小幅度将被检测作为瞬态现象。优选地，电压δv以及因此的阈值vth和vtl与电压vin成比例，由此瞬态现象的检测还与电压vin成比例。作为一个示例，电压斜坡vr的发生器60包括能够供应这种电压δv的电路。

在上文所描述的实施例中，通过将电压verr与阈值vth和vtl相比较来执行瞬态现象的检测。对于该检测可以被设置为通过将输出电压vout与阈值vth和vtl直接地相比较来执行。然而，在其中放大器420被实施使得电压verr与vref之间的差的幅度大于电压vout与vref之间的对应差的幅度的情况中，电压verr(而不是电压vout)与阈值vth和vtl的比较，使能更加准确地检测瞬态现象。

放大器420和比较器的实施方式尚未进行详细描述，基于这些元件的操作的以上描述，例如利用可能设置有反馈回路的运算放大器，形成这些元件是在本领域技术人员的能力之内。

基于其操作的以上描述，设计异步状态机470的电路将也是在本领域技术人员的能力之内。

在本文中结合图1和图2所描述的电路的一个优选的实施例中，术语被耦合指的是被直接地连接，如对应的附图中所示。

已经描述了具体实施例。本领域技术人员将想到各种变更、修改和改进。特别地，将本文中以上所描述的方法和开关模式电源适配到当电压vout相应地增加或减小时电压verr增加或减小的情况，将在本领域技术人员的能力之内，该情况与本文中以上所描述的当电压vout相应地增加或减小时电压verr减小或增加相反。

上文所描述的实施例可以适于与图1中所示的开关模式电源不同的开关模式电源，例如适于提供具有比其电源电压的值更大的值的输出电压的开关模式电源。

尽管已经描述了包括电容性元件30的开关模式电源，在备选实施例中，该电容性元件不属于开关模式电源，但是对应于负载80的输入电容。

根据一些实施例，本公开提供了一种控制开关模式电源的方法，方法包括：通过与时钟信号同步地接通和断开开关模式电源的开关电路的开关，来在同步模式中切换开关模式电源的开关电路，其中开关电路被耦合到电感性元件，并且其中同步模式包括充电阶段和放电阶段；在同步模式的充电阶段期间，对电感性元件充电；在同步模式的放电阶段期间，对电感性元件放电；通过在与时钟信号不同步的情况下、接通和断开开关电路的开关，来在异步模式中切换开关电路，其中异步模式包括充电阶段和放电阶段；在异步模式的充电阶段期间，对电感性元件充电；在异步模式的放电阶段期间，对电感性元件放电。根据一些实施例，该方法还包括：检测瞬态事件；以及响应于所检测到的瞬态事件，来在异步模式与同步模式之间转换。根据一些实施例，该方法还包括：其中瞬态事件是基于表示流过电感性元件的电流的信号。根据一些实施例，该方法还包括：其中瞬态事件包括：开关模式电源的输出电压相对于参考电压的减小，并且其中从异步模式转换到同步模式是由输出电压相对于参考电压的减小引起的。根据一些实施例，该方法还包括：通过将表示输出电压和参考电压之间的差的误差信号与第一阈值相比较，来检测输出电压的减小。根据一些实施例，该方法还包括：其中检测输出电压的减小包括：在异步模式的放电阶段期间，每当时钟信号从第一状态转换到第二状态时，检测输出电压的减小。根据一些实施例，该方法还包括：其中检测输出电压的减小包括：在异步模式的放电阶段期间，检测输出电压的减小。根据一些实施例，该方法还包括：其中从异步模式转换到同步模式包括：当误差信号高于第一阈值时，从异步模式的放电阶段转换到同步模式的充电阶段。根据一些实施例，该方法还包括：其中从异步模式的放电阶段转换到同步模式的充电阶段包括：当时钟信号从第一状态转换到第二状态时，从异步模式的放电阶段转换到同步模式的充电阶段。根据一些实施例，该方法还包括：其中将误差信号与第一阈值相比较包括：使用比例-积分-微分函数。根据一些实施例，该方法还包括：其中瞬态事件包括：开关模式电源的输出电压相对于参考电压的增大，并且其中从同步模式转换到异步模式是由输出电压相对于参考电压的增大引起的。根据一些实施例，该方法还包括：其中检测输出电压的增大包括：在同步模式的放电阶段期间检测输出电压的增大。根据一些实施例，该方法还包括：通过将表示输出电压和参考电压之间的差的误差信号与第二阈值相比较，来检测输出电压的增大。根据一些实施例，该方法还包括：其中将误差信号与第二阈值相比较包括：使用比例-积分-微分函数。根据一些实施例，该方法还包括：其中瞬态事件还包括：开关模式电源的输出电压相对于参考电压的减小，并且其中从异步模式转换到同步模式是由输出电压相对于参考电压的减小引起的，方法还包括：通过将误差信号与第一阈值相比较，来检测输出电压的减小，其中第一阈值与参考电压之间的差基本上等于第二阈值与参考电压之间的差。根据一些实施例，该方法还包括：其中异步模式还包括空闲阶段，并且其中在异步模式的空闲阶段期间开关电路不切换。根据一些实施例，该方法还包括：生成斜坡信号，其中在异步模式的充电阶段期间，斜坡信号增大，其中在异步模式的放电阶段期间，斜坡信号不增大，并且其中在异步模式的空闲阶段期间，斜坡信号不增大。根据一些实施例，该方法还包括：生成斜坡信号，其中在同步模式的充电阶段期间，每当时钟信号从第一状态转换到第二状态时，斜坡信号开始增大，并且其中在同步模式的放电阶段期间，当斜坡信号变得高于表示开关模式电源的输出电压与参考电压之间的差的误差信号时，斜坡信号减小。

根据一些实施例，本公开提供了一种开关模式电源，包括：开关电路，包括被配置为被耦合到电感性元件的第一开关；以及控制电路，被配置为：通过与时钟信号同步地接通和断开第一开关，来以同步模式切换开关电路，其中同步模式包括充电阶段和放电阶段；在同步模式的充电阶段期间，对电感性元件充电；在同步模式的放电阶段期间，对电感性元件放电；通过在与时钟信号不同步的情况下接通和断开第一开关，来以异步模式切换开关电路，其中异步模式包括充电阶段和放电阶段；在异步模式的充电阶段期间，对电感性元件充电；在异步模式的放电阶段期间，对电感性元件放电。根据一些实施例，本公开所提供的开关模式电源，还包括电感性元件。根据一些实施例，本公开所提供的开关模式电源，还包括：其中开关模式电源是降压转换器。

根据一些实施例，本公开提供了一种控制开关模式电源的方法，该方法包括：在忽略时钟信号时，当开关模式电源的输出电压变得低于参考电压时、在异步模式的充电阶段期间，开始对开关模式电源的电感性元件充电；在忽略时钟信号时，在异步模式的充电阶段期间，当输出电压变得低于参考电压时，开始增大斜坡电压；在忽略时钟信号时，当斜坡电压变得等于或高于参考电压时、在异步模式的放电阶段期间，开始对电感性元件放电；在异步模式的放电阶段期间、通过将表示输出电压和参考电压之间的差的误差信号与第一阈值相比较，来检测输出电压的减小；当在异步模式的放电阶段期间检测到输出电压的减小时，在时钟信号从第一状态转换到第二状态时开始对电感性元件充电，并且在同步模式的充电阶段期间开始增大斜坡电压；以及当斜坡电压变得等于或高于参考电压时、在同步模式的放电阶段期间，开始对电感性元件放电。

这种变更、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的精神和范围内。因此，前述描述仅仅是通过示例的方式，并且不旨在限制。本发明仅限于如所附的权利要求及其等同所限定的。