降压-升压调节器的峰值电流模式控制的制作方法

降压-升压调节器的峰值电流模式控制
1.要求优先权
2.本技术要求对2021年2月4日提交的申请序列号17/167548享有优先权的权益，其全文通过引用并入本文。
技术领域
3.本文件一般地(但不限于)涉及功率管理领域，更具体地但不限于，涉及固定频率对称峰值电流模式控制方案，例如用于4开关降压-升压调节器。


背景技术：

4.电压调节器用于保持恒定电压。开关电压调节器可用于将dc输入电压转换为ac输出电压，或可用于将一个dc电压电平转换为另一个dc电平。降压调节器可用于降低或降压输入电压，并且升压调节器可用来升高或升压输入电压。
5.感应电压调节器可以设置为在不同模式下运行，例如取决于连接到输入和输出的负载。连续传导模式(ccm)的特征在于电流连续流过电感器储能元件。在不连续传导模式(dcm)中，电感器储能元件两端的电流可以变为零。dcm模式包括突发模式和脉冲跳闸模式。当负载需要非常小的电流时，可以使用突发模式和脉冲跳闸模式来节省功率。在突发模式操作中，调节器运行一段时间，将输出电容器充电至设定阈值电压，然后完全关闭。当输出电容器两端的输出电压下降到设定阈值电压以下时，转换器重新接通，循环重新开始。当负载电流很小，转换器可以“休眠”很长一段时间，然后才能再次打开时，这种方法效果很好。
6.脉冲跳闸模式类似于突发模式，并允许将输出电压或电流限制在最大允许裕度内。当负载较小时使用，以减少开关损耗。例如，这对于持续低负载是有用的模式，例如当期望的输出电压与输入电压类似时。
7.使用谷电流模式控制(例如，使用谷-降压-峰值-升压电流模式控制或峰值-降压-谷-升压电流模型控制操作)的电压调节器不能实现有效的不连续传导模式(dcm)操作。在谷电流模式控制中，反向电感器电流i
l
可以在电感器电压i
l
的谷电流值出现之前使控制比较器跳闸。这会使装置在dcm模式下没有任何可用的零谷电感器电流检测。如果没有反向电感器电流i
l
感测能力，则难以在dcm中实现。
8.为了解决dcm操作的这个问题，可以使用峰值降压-峰值升压型电流模式控制方案，其仅调制开关占空比的一侧，峰值降压或峰值升压。开关占空比的另一侧保持固定。开关占空比的单边调制有助于克服先前谷电流模式中的缺点，但存在较大的电感器电流i
l
纹波和更多的功率损耗。大的i
l
纹波会降低功率转换器的瞬态动态性能。


技术实现要素：

9.认识到这些缺点，本发明人描述了改进的性能对称峰值电流控制方案。本发明方案可以减少或优化i
l
纹波。它可以帮助提高同步4开关降压-升压调节器的功率效率。所提出的对称峰值-降压-峰值-升压电流控制可以帮助提供连续传导模式(ccm)和不连续传导
模式操作(dcm)之间的无缝过渡，并且可以允许容易的dcm实现。本控制方案可以更适合于dcm、脉冲跳闸、提供低电感器电流i
l
和更好的功率效率，特别是在轻负载条件下。即使当输入电压在输出之上或之下波动时，本方法也可以允许固定的输出电压。
10.与使用单侧固定开关占空比的不同方法相比，该方案可以提供更好的功率效率。当仅调制开关占空比的一侧(峰值降压或峰值升压)时，固定侧所需的“开”占空时间与最小占空比相比有较大的裕度，这导致较大的电感器电流i
l
纹波。大的i
l
纹波会导致更多的功率损耗，并可降低功率转换器的瞬态动态性能。本发明方面使用对称斜率补偿电路来设置同步4开关降压-升压调节器的最小导通时间周期，这导致最小开关占空比。最小开关占空比导致低i
l
纹波和更好的功率效率。因此，与固定开关占空比一侧的本发明的方面相比，由于低i
l
纹波，本发明方面与容易的dcm实现以及ccm和dcm之间的无缝转换一起，还具有更好的器件性能和功率效率。
11.下面提供本公开的各个方面的说明性、非限制性编号列表。
12.方面1可以包括或使用主题(例如，设备、系统、装置、方法、制品，例如，可以包括具有用于操作设备或执行方法的编码指令的机器可读介质)，该主题可以包括或用于经由电感器、电阻器和一组桥式开关的h桥布置提供开关模式电感降压-升压电压调节的电路。h桥可包括接收输入信号的输入端子和提供输出信号的输出端子，所述电路包括控制器电路。控制器电路可通过向该组桥式开关中的一组降压桥式开关和一组升压桥式开关提供相应的模式选择信号，选择性地使用降压模式、升压模式和降压-升压模式来操作该组桥式开关。所述控制器电路可包括：降压模式，其中该组降压桥式开关由峰值降压电流模式控制方案确定，并且该组升压桥式开关使用占空因数的“开”占空时间的0％；升压模式，其中该组升压桥式开关由峰值升压电流模式控制方案确定，并且该组降压桥式开关使用占空因数的“关”占空时间的0％；和降压-升压模式，其中该组降压桥式开关由峰值降压电流模式控制方案确定，并且该组升压桥式开关由峰值升压电流模式控制方案确定，当输出信号等于输入信号时，同时操作至少下列一种：(1)使该组升压桥式开关的“开”占空时间最小化或(2)使该组降压桥式开关“关”占空时间最小化。
13.方面2可以包括或使用，或者可以选择性地与方面1的主题相结合，以选择性地包括或使用对称斜率补偿电路作为控制器电路的一部分，以确定对峰值降压电流跳闸和峰值升压电流跳闸进行定时，以在输出信号等于输入信号时在降压-升压模式下将该组升压桥式开关的“开”占空时间均衡为该组降压桥式开关的“关”占空时间。
14.方面3可以包括或使用，或者可以选择性地与方面1或2的主题相结合，以选择性地包括或使用该组升压桥式开关的“开”占空时间和该组降压桥式开关的“关”占空时间用于确定最大开关占空比。
15.方面4可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-3中任一方面的主题结合，以可选地包括或使用时钟电路，被配置为响应于斜率补偿信号达到参考电压而生成时钟脉冲，其中所述时钟脉冲确定占空因数的开始。
16.方面5可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-4中任一方面的主题结合，以可选地包括或使用所述控制器电路包括或耦合到第一比较器和第二比较器，其中:(a)所述第一比较器用于基于(1)所述输入信号和(2)由所述最大开关占空比修改的所述输出信号之间的差来提供第一比较器输出；(b)所述第二比较器用于基于(1)所述输出信号和(2)由所
述最大开关占空比修改的所述输入信号之间的差来提供第二比较器输出；和其中，所述第一比较器输出和所述第二比较器输入用于在所述降压模式、所述升压模式或所述降压-升压模式中的操作之间进行选择。
17.方面6可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-5中任一方面的主题结合，以可选地包括或使用电阻器与电感器串联，用于感测电感器的电流。
18.方面7可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-6中任一方面的主题结合，以可选地包括或使用所述控制器电路，包括一起操作的多个比较，用于最小化该组升压桥式开关的“开”占空时间和该组降压桥式开关的“关”占空时间。
19.方面8可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-7中任一方面的主题结合，以可选地包括或使用分压器，从参考电压导出dc偏移电压，以确定峰值升压占空因数，从而将峰值降压占空因数保持在最大值
20.方面9可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-8中任一方面的主题结合，以可选地包括或使用所述对称斜率补偿电路，确定开关模式电感降压-升压电压调节器的最小占空因数。最小占空因数通过以下方式确定：提供参考信号并将所述参考信号分为第一参考信号和第二参考信号；将斜率补偿信号与所述第一参考信号进行比较，以确定峰值升压电流模式的最小占空因数；将所述斜率补偿信号与所述第二参考信号进行比较，以确定峰值降压电流模式的最大占空因数。使用所述第一参考信号和所述第二参考信号确定dc偏移电压。使用所述dc偏移电压确定峰值升压电流跳闸时间和峰值降压电流跳闸定时。响应于等于输入信号的输出信号，确定所述峰值升压电流跳闸对应于最小占空因数，并且所述峰值降压电流跳闸对应最大占空因数。使用所述dc偏移电压确定所述峰值升压电流模式的占空因数，使得当输出信号变得高于输入信号时，所述峰值降压电流模式的占空因数保持在其最大值。使用所述dc偏移电压确定所述峰值降压电流模式的占空因数，使得当所述输出信号变得低于所述输入信号时，所述峰值升压电流模式的占空因数保持在其最大值。使用所述占空因数的“开”占空时间段确定所述峰值升压电流模式到所述峰值降压电流模式的过渡点。
21.方面10可以包括或使用主题(例如，设备、系统、装置、方法、制品，例如，可以包括具有用于操作设备或执行方法的编码指令的机器可读介质)，或者可以可选地与方面1-9中的任一个结合，例如，包括或使用一种使用电压调节器在不连续传导模式(dcm)和连续传导模式之间平滑过渡的方法，例如通过感测电感器电流，至少部分地基于输入信号、输出信号、和一组升压控制桥式开关的最小“开”占空时间段或一组降压控制桥式开关的最小“关”占空时间段中的一种，将电压调节器的操作模式选择为峰值降压电流控制模式、峰值升压电流控制模式或降压-升压电流控制模式中的一种，并响应于所述电感器电流变为零而将所述电压调节器转换为dcm，或者响应于所述电感器电流变为非零而从dcm转换。
22.方面11可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-10中任一方面的主题结合，以可选地包括或使用所述降压-升压电流控制模式，例如通过测量斜率补偿信号的第一电压，并将所述斜率补偿信号的第一电压与第一参考信号的第二电压进行比较，以确定峰值升压电流控制模式的最小“开”占空时间；和将所述斜率补偿信号的第一电压与第二参考信号进行比较，以确定峰值降压电流控制模式的最小“关”占空时间段。
23.方面12可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-11中任一方面的主题结合，以
可选地包括或使用确定最小占空因数，例如通过将参考电压分为第一参考电压和第二参考电压；使用所述第一参考电压和所述第二参考电压确定dc偏移电压；使用所述dc偏移电压确定占空因数的最大时间；将斜率补偿信号的电压与所述第一参考信号和所述第二参考信号的电压差进行比较，以确定峰值升压时间作为占空因数的一部分；和将斜率补偿信号的电压与所述第二参考电压进行比较，其中所述第二参考电压是从输入参考电压导出，以确定降压控制桥式开关的“开”占空时间段，该占空时间段与升压控制桥式开关的最小“开”占空时间段是占空因数的对称比例。
24.方面13可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-12中任一方面的主题结合，以可选地包括或使用：例如可通过使用所述dc偏移电压来确定峰值降压电流跳闸定时，使得当试试输出信号近似等于所述输入信号时，峰值升压电流跳闸发生在峰值升压电流控制模式的最小“开”占空时间段，并且峰值降压电流跳闸发生在峰值降压电流控制模式的最小“关”占空时间段。
25.方面14可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-13中任一方面的主题结合，以可选地包括或使用：选择所述电压调节器的操作模式，例如还可包括确定时钟信号、输入信号和输出信号中的至少一个
26.方面15可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-14中任一方面的主题结合，以可选地包括或使用：选择操作模式例如通过：确定输入信号和输出信号之间的差。
27.方面16可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-15中任一方面的主题结合，以可选地包括或使用：将斜率补偿信号与第一参考信号进行比较，以确定峰值降压的最小“开”占空时间段；和将斜率补偿信号与第二参考信号进行比较，以确定峰值升压的最小“关”占空时间段。
28.方面17可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-16中任一方面的主题结合，以可选地包括或使用：感测到的电感器电流的指示与斜率补偿信号求和以产生求和信号；和所述求和信号用作确定操作模式的输入。
29.方面18可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-17中任一方面的主题结合，以可选地包括或使用：使用参考电压和dc偏移电压来确定该组降压控制桥式开关的最小“开”占空时间段，并且其中所述最小“开”占空时间段用于维持该组升压控制桥式开关的“关”占空时间段的比例时间，以用于维持最大开关比。
30.方面19可以包括或使用主题(例如设备、系统、装置、方法、制品，例如，可以包括具有用于操作设备或执行方法的编码指令的机器可读介质)，或者可以可选地与方面1-18中的任一个结合，例如包括或使用一种确定开关模式电感降压-升压电压调节器的最小占空因数的方法，例如提供参考信号并将所述参考信号分为第一参考信号和第二参考信号。该方法还包括将斜率补偿信号与所述第一参考信号进行比较，以确定峰值升压电流模式的最小占空因数；和将所述斜率补偿信号与所述第二参考信号进行比较，以确定峰值降压电流模式的最大占空因数。可使用所述第一参考信号和所述第二参考信号确定dc偏移电压。例如使用所述dc偏移电压确定峰值升压电流跳闸时间和峰值降压电流跳闸定时。使用所述dc偏移电压确定峰值升压电流模式的占空因数，使得当输出信号变得高于输入信号时，所述峰值降压电流模式的占空因数保持在其最大值。可使用所述dc偏移电压确定峰值降压电流模式的占空因数，使得当所述输出信号变得低于所述输入信号时，所述峰值升压电流模式
的占空因数保持在其最大值。可使用所述占空因数的“开”占空时间段确定所述峰值升压电流模式到所述峰值降压电流模式的过渡点。
31.方面20可以包括或使用，或者可以可选地与方面1-19中任一方面的主题结合，以可选地包括或使用：响应于输出信号等于输入信号，峰值升压电流跳闸对应于最小占空因数，并且峰值降压电流跳闸对应最大占空因数并使用dc偏移电压确定。
32.这些非限制性示例中的每一个可以独立存在，或者可以以各种排列或组合与一个或多个其他示例组合。
33.该概述旨在提供本专利申请的主题的概述。其不旨在提供本发明的排他性或穷举性解释。包括详细描述以提供关于本专利申请的进一步信息。
附图说明
34.在不一定按比例绘制的附图中，相同的数字可以在不同的视图中描述类似的部件。具有不同字母后缀的类似数字可以表示类似组件的不同实例。附图作为示例而非限制性地总体示出了本文档中讨论的各种实施例。
35.图1：方框图说明了所提出的对称峰值电流模式控制示例，例如用于同步4开关降压-升压调节器。
36.图2a：所提出的对称峰值电流模式控制电路图示例的一部分，例如用于同步4开关降压-升压调节器。
37.图2b：所提出的对称峰值电流模式控制电路图示例的一部分，例如用于同步4开关降压-升压调节器。
38.图2c：提出的对称峰值电流模式控制电路图示例的一部分，例如用于同步4开关降压-升压调节器。
39.图3a：提出控制方案的模式选择逻辑控制流程图示例。
40.图3b：提出控制方案示例的模式选择逻辑波形。
41.图4：4开关降压-升压模式下提出的对称峰值电流模式控制方案示例的操作波形。
42.图5:ccm和dcm转换的4开关降压-升压模式下提出的对称峰值电流模式控制方案示例的操作波形。
43.图6a：2开关纯峰值升压模式下提出的对称峰值电流模式控制方案示例的操作波形。
44.图6b：2开关纯峰值降压模式下提出的对称峰值电流模式控制方案示例的操作波形。
具体实施方式
45.本文描述了对称峰值电流模式控制方案，例如用于同步4开关降压-升压调节器。它允许电感电流(i
l
)感测，例如使用单个电流感测电阻器。开关模式感应降压-升压电压调节器通过确定其是否应在降压模式、升压模式或降压-升压转换模式下运行来运行。它可用于执行对称峰值电流调节，例如用于提供峰值降压和峰值升压控制以调制开关占空比。当处于降压-升压模式时，峰值降压电流模式控制方案和峰值升压电流模式控制方案都可以同时操作，例如，使升压模式的“开”占空时间最小化，或使降压模式的“关”占空时间最小
化，或两者都最小化。
46.与某些其他控制方案相比，本方案的一个可能优点是可以提供对称斜率补偿编程方法。这有助于确保4开关降压-升压操作可以在其最小开关占空比下运行，从而比其他方案降低电感电流(i
l
)纹波并提高功率效率。另一个可能的优点是，目前的同步4开关降压升压调节器可以帮助启用反向电感电流(i
l
)检测，例如在不连续导电模式下工作。这可以包括在脉冲跳闸模式或突发模式中的一种或两种模式下操作电压调节器。此外，通过仅在峰值电流模式下运行降压和升压，所提出的控制方案可以帮助实现ccm和dcm操作之间的无缝过渡。
47.图1显示了用于同步4开关降压-升压稳压器的电路块的框图示例。这种电路可以包括电感器130、电阻器128、降压调节器块118和升压调节器块126。控制电路可以包括峰值降压控制112电路和峰值升压控制120电路。模式选择逻辑块106可以分别包括接收输入电压102的输入和输出电压104，斜率补偿发生器110可以包括接收参考输入108的输入。模式选择逻辑模块106的输出是模式选择信号，其确定开关模式电感降压-升压电压调节器是在降压模式、升压模式还是降压-升压转换模式下运行。峰值降压控制112和峰值升压控制120的输入可以耦合到来自模式选择逻辑块106和斜率补偿发生器110的输出信号。峰值降压控制112、v
a 114和v
b 116的输出信号可以用于通过降压调节器块118控制相应的开关，降压调节器模块118是峰值降压控制的一部分。类似地，来自峰值升压控制120、v
c 122和v
d 124的输出信号可用于经由升压调节器块126控制相应的开关，升压调节器模块126是峰值升压控制120的一部分。
48.图2a、2b和2c显示本发明对称峰值电流模式控制的电路图示例，例如用于同步4开关降压-升压调节器。降压-升压调节器可以包括电感器130、输入电容器202、输出电容器204和四个功率开关sa、sb、sc和sd(206、208、212、210)，例如可以分别由栅极信号va、vb、vc和vd(114、116、122和1214)控制。
49.在本发明电流模式控制中，可以使用电流传感器感测电感电流(214')。例如，电流传感器可以是与电感器130串联的电流传感电阻器128。传感电阻器rs128的每个端子处的节点电压可以馈送到电流传感放大器234的各个输入。传感的电感器电流214可以用于峰值降压和峰值升压电流模式控制。降压模式由峰值电流模式降压桥式开关控制。因此，在纯降压模式下，s
c 212始终“关”，并且s
d 210始终“开”以用于整个占空因数。升压模式由峰值电流模式升压桥式开关控制，其中在纯升压模式下s
a 206始终“开”并且s
b 208始终“关”以用于整个占空因数。纯降压模式和纯升压模式的定时在下面结合图6进行了更详细的描述。当调节器处于降压升压模式时，所有四个开关都是可控开关。当输入电压v
in 102略大于、等于或略小于输出电压v
out 104时，开关的“开”和“关”占空时间控制调节器在哪种模式下运行。感应电感器电流v(i
l0
)214的指示，可与斜率补偿信号(v
slope
)220相加或以其他方式组合，以帮助确定调节器是否应在降压模式、升压模式或降压-升压模式下运行。这种方法可以利用斜率补偿电路110来确定哪个占空因数部分将处于降压模式，哪个占空因数将处于相应的升压模式，以保持所需的输出电压。产生的组合信号(v
slope
+v(i
l0
))可馈入主峰值电流比较器(pcc)226的输入。这样的串联电阻128电感电流(i
l
)传感架构有助于实现反向电流检测，例如用于dcm(例如，脉冲跳闸模式和突发模式)。
50.斜率补偿电路110可以使用输入参考电压(v
ref
)108来使用时钟生成电路生成时钟
信号(v
clk
)218。时钟边缘决定电压调节器的占空因数的开始。输入参考电压还可用于生成开关s
c 212和s
b 208在降压-升压模式下各自“开”占空因数的最小持续时间。在图2c中，当节点电压v
slope 220增加到足以达到指示占空因数开始的参考电压(v
ref 108)时，时钟信号v
clk 218提供时钟脉冲。电阻分压器可以串联电阻器布置。分压器可以在对称斜率补偿电路中提供三个不同的参考电压v
l 108”、v
ref-v
l 108'和v
os 224(如图2b所示)。分压电阻器串联顶部和底部中有两个匹配的分压电阻器r
ref 240，v
l 108”和v
ref-v
l 108'可以设置为相等。v
l 108”可以与v
slope 220进行比较。这可以包括比较器，它生成脉冲信号v
minon_c
，其中它的占空因数设置sc开关的最小接通时间(t
minon_c
)。类似地，v
ref-v
l 108'可以与v
slope 220进行比较。这可以包括生成脉冲信号v
minon_b 216，其中它的占空因数设置sb开启的时间的最小接通时间(t
minon_b
)。当v
l 108”和v
ref-v
l 108'相同时，这将导致v
minon_c 222和v
minon_b 216的接通时间也相同。对称斜率补偿编程设置v
minon_b 216和v
minon_c 222，当v
l 108”和v
ref-v
l 108'相同时，它们在时间上是相等和对称的。这将是使用分压器根据v
ref
确定v
l 108”和v
ref-v
l 108'的情况。dc偏移电压(v
os
)224可以作为v
l 108”和v
ref-v
l
108'之间的电压差生成。该v
os
可添加到误差放大器(ea)238输出(v
ea
236)，从而生成替代峰值电流控制信号(v
ea
+v
os
)224'。信号v
ea 236可用于控制峰值升压电流模式控制。替代峰值电流控制信号224'可用于控制峰值降压电流模式控制。
51.图3a是模式选择的流程图。模式选择可用于在循环开始时基于输入信号和输出信号确定电压调节器的激活模式。调节器的激活模式设置为升压模式(也称为峰值升压模式)、降压模式(也称之为峰值降压模式)或降压-升压过渡模式(也称其为降压-升压模式)。峰值升压模式是当调节器升压输出电压高于输入电压时的情况。在纯峰值降压模式下，只有两个开关s
a 206和s
b 208交替打开。峰值降压模式是指调节器降压输出电压，使其低于输入电压。在纯峰值降压电流模式控制中，s
c 212在整个开关周期内关闭，并且s
d 210打开。降压-升压转换模式根据电压是否需要降压或升压到较低电压来交替打开哪些开关。
52.在一些示例中，两个比较器(降压设置比较器230和升压设置比较器232)可以分别感测调节器的输入信号102和输出信号104电压，并可以设置逻辑输出。降压设置比较器232的降压比较器230输出(on_buk)被设置为打开降压模式。升压设置比较器232的升压比较器输出(on_bst)设置为打开升压模式。模式选择逻辑块106获取并使用on_bst和on_buk的结果设置两个峰值电流模式逻辑信号pk_bst 248和pk_buk 244，如图3a所示的选择模式逻辑图。
53.在图3a所示的一些示例中，on_bst可以在on_buck之前确定。如果on_bst设置为0，则选择逻辑块106使用的选择模式逻辑确定电压调节器将在峰值降压模式下工作。on_bst设置为1表示峰值升压模式打开或设置为“激活”。当v
out 104》k
×vin 102'时，on_bsd发生。on_buk设置为1表示峰值降压模式打开。当v
in 102》k
×vout 104'时，on_bug发生。对于这两种情况，k是任何切换期间的最大切换占空比。如果on_buk和on_bst都设置为1，则选择逻辑块106选择降压升压模式。
54.图3a所示的选择模式逻辑图在选择模式块106中使用，以通过使用降压设置比较器230和升压设置比较器232的输出来确定电压调节器模式，从而选择电压调节器应在操作循环中运行的模式。选择模式块106的输出馈送至峰值降压控制112和峰值升压控制120，其将信号发送至桥式开关，以打开和关闭特定开关，以操作电压调节器。在每个开关周期(a)
中，控制方案技术首先检查峰值升压阶段是否设置为激活状态。当on_bst＝1时，on_bst设置为激活。如果不是(on_bst＝0)，调节器在纯峰值降压模式下运行(pk_buk＝1和pk_bst＝0)。在纯峰值降压模式下，只有两个开关s
a 206和s
b 208交替打开，每峰值降压电流模式控制，s
c 212在整个开关周期内关闭，并且s
d 210打开。当on_bst设置为激活(on_bst＝1)时，则进程检查降压阶段是否处于激活状态(on_buk＝1)。如果on_bst和on_buk都设置为激活(on_bst＝1和on_bak＝1)，则降压升压模式设置为激活。这在峰值增强模式下开始(pk_buk＝0且pk_bst＝1)。因此，s
c 212打开并且s
d 210交替打开，每峰值升压电流模式控制，直到v
a_peak 242触发或t
minon_c
＝0。在此期间，sa206设置为始终打开，并且sb 208始终关闭，直到v
a_peak 242或t
minon_b
触发转换为峰值降压模式(pk_buck＝1和pk_bst＝0)。峰值降压模式如上所述工作，直到时钟v
clk 218完成占空因数。如果确定增压模式应激活，但降压模式未激活(on_bst＝1，on_buk＝0)，则调节器在纯增压模式下运行(pk_buk＝0和pk_bst＝1)。在此模式下，只有两个开关s
c 212和s
d 210交替打开，每峰值升压电流模式控制，而s
a 206打开和s
b 208在整个开关周期关闭。在检测到零i
l
(i
l
＝0)214'时，在dcm中操作时，所有桥式开关在时钟周期的剩余时间内均关闭。
55.图3b描述了比较器输出和模式选择之间的关系。图302显示了模式选择，纯峰值降压选择如图304所示，并且纯峰值升压选择如图306所示。滞后可以添加到模式选择中，如图3b波形所示。滞后可以帮助抑制或防止模式转换之间的振荡。当on_bst在图306中设置为1或“激活”但on_buk未设置或在图304中为“非激活”时，则在图302中选择相应的升压模式。当on_bst和on_buck在图307和304中分别设置为1和“激活”时，相应的图302选择降压升压模式。当on_bst在图306中未设置或“不激活”且on_buk在图304中设置为1或“激活”时，则相应的图302已选择降压模式。
56.图4是波形图，显示了电压调节器如何在4开关降压-升压模式下工作的示例。例如，当on_bst设置为1且on_buk设置为1时，可以选择此模式。当v
in 102等于v
out 104时，进行对称的峰值降压和峰值升压切换操作。在v
clk 218的上升沿，所呈现的模式选择逻辑最初将pk_bst设为1，pk_buk设为0，并且比较器ea238、v
ea 236的输出设置为直接连接到峰值电流比较器的输入。首先，s
a 206和s
c 212打开，也称为ac相位，并且i
l
上升。当感测到的v(i
l
)增加到v
ea
和v
slope
之间的差值时，峰值电流比较器226跳闸，并且v
a_peak
设置为1或“激活”，以及s
c 212关闭和s
d 210打开。这由图4波形图中的ad相位显示。在v
a_peak 242的上升沿，模式选择逻辑将pk_bst设置为0，pk_buk设置为1，并且vc与v
os 224相加。由于v
ea 236被v
os 224跳起来，v
a_peak 242将重置为0。当v(i
l
)214增加到v
ea
+v
os 224'的水平时，该水平由v
slope
(＝v
ea
+v
os-v
slope
)补偿，比较器再次跳闸，产生第二v
a_peak 242，并且s
a 206关闭和s
b 208打开，直到下一个时钟周期。这由图4波形图中的bd相位显示，其中bd相位对应于开启的s
b 208和s
d 210。
57.当v
in 102和v
out 104相同或基本相似时，这会打开降压-升压阶段，这意味着当输入电压v
in 102等于输出电压v
out 104时，ac相位和bd相位都被设置为打开相等的对称时间，如图4所示。当对称斜率补偿发生器110使用比较器设置v
minon_c 222和v
minon_b 216时，设置ac相位和bd相位，v
minon_c 222与v
minon_b 216设置s
c 122和s
b 124开关的最小接通时间段，t
minon_c
和t
minon_b
在时间上相等且对称。v
os 224是通过考虑两个参考电压v
l 180”和v
ref-v
l 180'之间的差异而生成的。此差异可用于生成v
minon_c 222和v
minon_b 216。相同的v
slope 220
信号可用于峰值电流模式控制中的斜率补偿以及t
minon_c
和t
minon_b
的定时控制电压。在一些示例中，v
os 224和v
slope 220的斜率彼此成比例，因为它们都是由相同的v
ref 108设置的。在这种情况下，第一和第二v
a_peak 242之间的定时差由v
os 236设置，并且可以表示为：
58.δt(v
a_peak
)＝ts–
(t
minon_c
+t
minon_b
)
59.其中δt(v
a_peak
)是两个v
a_peak
触发器之间的时差，并且ts是切换周期。第一v
a_peak 242在t
minon_c
周期后触发，并且第二v
a_peak 242则在t
minon_b
之前触发。这有助于使4开关降压-升压操作以其最小开关占空比运行。此外，最小开关占空比对于ac相位和bd相位的周期是对称的。因此，效率有所提高，因为i
l
纹波电流振幅130也处于最小值。
60.图4显示，当v
in 102高于v
out 104时，ea 238最终会降低v
ea 236，从而导致v
a_peak 242提前触发。然后，随着第一v
a_peak 242被推入t
minon_c
内部，bd相位将自适应扩展，而ac相位仍固定在其最小值。电感电流i
l 130纹波仍处于最小值，从而允许提高效率。
61.图4显示，当v
in 102低于v
out 104时，ea 238将提升v
ea 236，以便稍后触发v
a_peak 242。在这种情况下，随着第二v
a_peak 242从t
minon_b
推出，ac相位将自适应扩展，而bd相位仍固定在其最小负载。在这种情况下，与其他情况一样，电压调节器仍然具有最小的i
l 130纹波并提高效率。
62.图5是波形图，展示本发明控制方案在ccm和dcm之间转换时的操作波形示例。该方案在降压模式和升压模式下均工作在峰值电流模式，因此该方案具有最佳dcm实现。当调节器的输出负载降低时，v
ea 236和输出信号v
out 104之间的关系将导致系统在ccm和dcm之间转换，以响应v
ea 236和v
ea
+v
os 224'的下降。这两个信号控制v
a_peak 242的调节周期。直到负载和i
l
降低到ccm和dcm边界，控制方案仍然如图4所示运行。如图5所示，随着调节器系统从ccm过渡到dcm，轻负载的效率得到提高，因为当i
l 214'降低时，v
ea 236也将继续下降，这样v
a_peak 242就会提前触发。为了获得最小ac相位，v
a_peak 242被推入t
minon_c
内部。通过v
a_peak 242被推入t
minon_c
内部，ac相位在占空因数内具有最小“接通”时间。如图5的中间和最右侧波形所示，当第二v
a_peak 242提前跳闸时，ad相位将收缩，而bd相位保持与反向电感电流i
l
比较器触发器相同，v(i
l0
)＝1。随着i
l 214'线性减小，ad相位也将成比例收缩。理想情况下，当ac相位和bd相位的持续时间保持不变时，这种关系将是线性的。这有助于在每个开关周期中实现电荷转移到负载的平稳下降。
63.电压调节器可以配置为在降压模式和升压模式下仅在峰值电流模式下运行，从而为dcm在不同模式下(例如，脉冲跳闸模式和突发模式)提供易于实现和改进的性能，以及从ccm平稳过渡到dcm。
64.图6a和6b是在2开关纯峰值升压电流模式或纯峰值降压电流模式下运行的波形图示例。当v
in 102远低于或远高于v
out 104时，会在纯峰值升压电流模式或纯峰值降压电流模式下运行。当v
in 102远低于v
out 104时(图6a)，电压调节器会在纯峰升压电流模式下工作。在纯升压模式(pk_bst＝1，pk_buk＝0)下，ea 238、v
ea 236的输出直接连接到峰值电流比较器226的输入，仅验证v
ea-v
slope
触发v
a_peak 242。因此，s
c 212和s
d 210在每个峰值升压电流模式控制中交替开启，同时s
a 206开启，并且s
b 208在整个开关周期关闭。当v
in 102远高于v
out 104(图6b)时，电压调节器以纯峰值降压电流模式运行。在纯峰值降压模式下(pk_buk＝1和pk_bst＝0)，v
ea 236与v
os 224相加，仅验证v
ea
+v
os-v
slope
触发v
a_peak 242。因此，sa206和s
b 208交替打开每峰值降压电流模式控制，同时s
c 212关闭，并且s
d 210在整个开关周期
打开。
65.上述说明包括对附图的引用，附图构成详细说明的一部分。附图以图解的方式显示了可以实施本发明的具体实施例。这些实施例在本文中也被称为“示例”。除了所示或描述的元素外，这些示例还可以包括元素。然而，本发明者还考虑了仅提供所示或所述元件的示例。此外，本发明人还考虑了使用所示或描述的那些元素(或其一个或多个方面)的任何组合或置换的示例，无论是关于特定示例(或其中一个或一个以上方面)，还是关于本文所示或说明的其他示例(或其其中一个以上的方面)。
66.如果本文件与通过引用合并的任何文件之间的用法不一致，则以本文件中的用法为准。
67.在本文件中，术语“一个”或“一种”如专利文件中常见的一样，用于包括一个或多个，独立于“至少一个”或“一个或一个以上”的任何其他实例或用法。在本文件，术语“或”用于指代非排他性或，除非另有说明，否则“a或b”包括“a但不包括b”、“b但不包括a”以及“a和b”。在本文件中，术语“包括”和“其中”被用作各自术语“包含”和“在
…
中”的纯英语等效物。此外，在以下权利要求中，术语”包括”和”包含”是开放的，即系统、装置、物品、组合物、配方，或者，除了在权利要求中的此类条款之后列出的元素之外，还包括其他元素的过程仍被视为属于该权利要求的范围。此外，在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标签，并不打算对其对象施加数字要求。
68.本文描述的方法示例可以是机器或计算机至少部分实现的。一些示例可以包括计算机可读介质或编码有指令的机器可读介质，所述指令可操作以配置电子设备以执行上述示例中描述的方法。这种方法的实现可以包括代码，例如微码、汇编语言代码、高级语言代码等。这样的代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，在一个示例中，代码可以有形地存储在一个或多个易失性、非暂时性或非易失性有形计算机可读介质上，例如在执行期间或在其他时间。这些有形计算机可读介质的示例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如，光盘和数字视频盘)、磁带、存储卡或棒、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)等。
69.以上描述旨在说明而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以相互结合使用。其他实施例可以使用，例如在回顾上述描述后，由本领域普通技术人员使用。摘要的提供符合37c.f.r.
§
1.72(b)的规定，以便读者快速确定技术披露的性质。提交时的理解是，它不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在上述详细描述中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意味着无人要求的公开特征对于任何权利要求都是必要的。相反，本发明的主题可能不在于特定公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求在此作为示例或实施例合并到详细描述中，其中每个权利要求作为单独的实施例独立存在，并且可以预期这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应当参照所附权利要求书以及这些权利要求书所享有的全部等效范围来确定。