對電流模式切換穩(wěn)壓器的依賴于占空比的斜坡補償?shù)闹谱鞣椒?br>【專利說明】對電流模式切換穩(wěn)壓器的依賴于占空比的斜坡補償
【背景技術】
[0001] 可以使用電力轉(zhuǎn)換電路來向電子電路提供穩(wěn)壓的電壓。一種類型的電力轉(zhuǎn)換電路 是直流到直流（DC-到-DC)穩(wěn)壓器（regulator)。DC-到-DC穩(wěn)壓器可以將從諸如電池的 能源接收的DC輸入電壓轉(zhuǎn)換為可以提供給輸出負載的DC輸出電壓。DC-到-DC穩(wěn)壓器可 以是使用切換電路來生成穩(wěn)壓的DC輸出電壓的切換穩(wěn)壓器。切換穩(wěn)壓器可以使用脈寬調(diào) 制（PWM)，其中通過切換電路傳輸與PWM信號的脈沖寬度成比例的能量的量以維持DC輸出 電壓。
[0002] 在某些情形下，電流模式切換穩(wěn)壓器可能呈現(xiàn)不穩(wěn)定性。例如，當PffM信號的占空 比超過50%時，通過電感器傳輸?shù)截撦d的電流可能經(jīng)歷從經(jīng)過該電感器的最小峰值電流的 標定值偏離的逐個周期（cycle-by-cycle)增加，這可能導致穩(wěn)壓器的不穩(wěn)定操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的實施例由權利要求限定，且在該部分中的任何內(nèi)容不應該被視為對那 些權利要求的限制。通過示例，在本文檔中描述且在附圖中圖示的實施例通常涉及斜坡 (slope)補償電路以及生成用于進行穩(wěn)壓器的斜坡補償?shù)男逼卵a償輸出的方法。
[0004] 在一個例子中，斜坡補償電路被配置為對電流模式切換穩(wěn)壓器進行斜坡補償。電 流模式切換穩(wěn)壓器可以包括切換電路用于控制流經(jīng)電感器的電流的斜升部分和斜降部分 以生成輸出電壓。該切換電路可以響應于具有一周期的切換信號，該周期具有對應于斜升 部分的第一持續(xù)時間和對應于斜降部分的第二持續(xù)時間。第一持續(xù)時間與切換信號的占 空比成比例。該斜坡補償電路包括：存儲設備，被配置為生成電壓；下拉電路，被配置為基 于所述切換信號的占空比來將所述電壓下拉到對應于邏輯低的電平；以及電壓到電流轉(zhuǎn)換 器，被配置為基于所述電壓來生成第一電流。該斜坡補償電路還包括電流鏡電路，其被配置 為：鏡像所述第一電流以生成第二電流并向所述存儲設備供應所述第二電流用于生成所述 電壓；以及鏡像所述第一電流以生成第三電流并向所述斜坡補償電路的輸出供應所述第三 電流用于生成斜坡補償輸出。
[0005] 總之，補償斜坡電路可以輸出依賴于占空比的斜坡輸出，使得存在對于占空比的 整個范圍的最小斜坡補償。以此方式，可以進行斜坡補償而沒有在較低占空比處的過度補 償。
[0006] 根據(jù)在此的描述、所附權利要求和此后描述的附圖，將更好地理解本發(fā)明的這些 和其他實施例、特征、方面和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0007] 并入本說明書并組成本說明書的一部分的附圖圖示了本發(fā)明的各個方面，并與本 描述一起用于說明其原理。在方便時，相同的參考數(shù)字將在附圖中通篇用于指示相同或類 似的元件。
[0008] 圖1是具有斜坡補償?shù)氖纠娏髂Ｊ角袚Q穩(wěn)壓器的示意圖。
[0009] 圖2是示例的降壓穩(wěn)壓器拓撲的示意電路圖。
[0010] 圖3是示例的升壓穩(wěn)壓器拓撲的示意電路圖。
[0011] 圖4是示例的降壓-升壓穩(wěn)壓器拓撲的示意電路圖。
[0012] 圖5是示例的非反轉(zhuǎn)降壓-升壓穩(wěn)壓器拓撲的示意電路圖。
[0013] 圖6是示出在時鐘信號、置位信號、控制信號、傾斜（ramp)信號、和復位信號之間 的時序關系的圖。
[0014] 圖7是具有示例的降壓配置的圖1所示的示例電流模式切換穩(wěn)壓器的示意圖。
[0015] 圖8是圖1所示的電流模式切換穩(wěn)壓器的斜坡補償電路的示意電路圖。
[0016] 圖9是示出在時鐘信號、置位信號、復位信號、由切換穩(wěn)壓器生成的電壓、和補償 傾斜信號之間的時序關系的圖。
[0017] 圖10是示出圖7的斜坡補償電路的輸出與其他斜坡補償輸出相比較的圖。
[0018] 圖11是生成斜坡補償輸出的示例方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 對所描述和示出的實施例的各種修改和等同替換是可能的，且在此定義的各種通 用原理可以被應用于這些和其他實施例。因此，所要求保護的發(fā)明要符合與在此公開的原 理、特征和教導一致的最寬的范圍。
[0020] 本說明書描述了電子電路和電路系統(tǒng)，其輸出用于進行斜坡補償?shù)男逼卵a償信號 以防止或最小化電流模式切換穩(wěn)壓器的不穩(wěn)定操作。電流模式切換穩(wěn)壓器可以使用切換電 路來生成穩(wěn)壓的DC輸出電壓?？梢酝ㄟ^具有相關的占空比的切換信號來控制切換電路，該 相關的占空比可以被調(diào)整以控制和/或調(diào)整DC輸出電壓。斜坡補償輸出可以是依賴于切 換信號的占空比的占空比，使得存在對于占空比的從〇%到100%的整個范圍的最小斜坡 補償。以此方式，可以進行斜坡補償而沒有在較低占空比處的過度補償。
[0021] 圖1示出包括斜坡補償電路（circuit)或電路組（circuitry) 102的示例電流模 式切換穩(wěn)壓器100的方框圖。電流模式切換穩(wěn)壓器100可以將在切換穩(wěn)壓器100的輸入108 處接收的DC輸入電壓V in轉(zhuǎn)換為在輸出103處生成的DC輸出電壓Vtw。可以在輸出103處 包括輸出電容器C twW生成和/或維持DC輸出電壓V QUT。
[0022] 電流模式切換穩(wěn)壓器100可以包括電感器和切換電路104來生成DC輸出電壓 Vi3ut。電感器和切換電路104可以包括電感器105來存儲能量。切換電路107可以被連接到 電感器105且連接到地GND來確定或控制流經(jīng)電感器105的電流L以生成輸出電壓V QUT。 切換電路107可以包括一個或多個晶體管，其可以是各種類型的，諸如雙極結(jié)晶體管（BJT) 或包括金屬氧化物半導體FET (MOSFET)的場效應晶體管（FET)，作為例子。另外，切換電路 107的一些示例配置可以包括二極管。流經(jīng)電感器105的平均電流可以基于在輸出103處 生成的電流。
[0023] 經(jīng)過電感器105的電流1^可以包括斜升部分和斜降部分。切換電路107可以配置 為在狀態(tài)之間切換以確定或控制流經(jīng)電感器105的電感器電流L，包括斜升部分和斜降部 分。對于一些配置，切換電路107的開關可以被配置為在"接通"和"斷開"狀態(tài)之間切換， 這可以確定切換電路107的狀態(tài)。如以下更詳細描述的，可以使用切換信號來在狀態(tài)之間 切換該切換電路中的開關，來控制電感器電流的斜升部分和斜降部分。各種配置是可能 的。
[0024] 圖2-5示出了包括圖1所示的存儲電路105和切換電路107的各種配置或組合的 電感器和切換電路104的各種切換穩(wěn)壓器拓撲。圖2示出了階梯下降（step-down)或降壓 切換穩(wěn)壓器拓撲204。階梯下降或降壓切換穩(wěn)壓器可以生成小于輸入電壓V in的輸出電壓 Vqut。在切換電路207的第一狀態(tài)中，輸入電壓Vin可以連接到電感器205,且電感器205可 以向輸出203充電和放電電流。在切換電路207的第二狀態(tài)中，輸入電壓V in可以與電感器 205斷開連接，且電感器205可以僅向輸出203放電電流。
[0025] 圖3示出了階梯上升（step-up)或升壓切換穩(wěn)壓器拓撲304。階梯上升或升壓切 換穩(wěn)壓器可以生成大于輸入電壓V in的輸出電壓V (jUT。對于升壓切換穩(wěn)壓器拓撲300,與切 換電路307的狀態(tài)無關，輸入電壓Vin連接到電感器305。在切換電路307的第一狀態(tài)中， 電感器305與輸出303斷開連接。在切換電路307的第二狀態(tài)中，電感器305連接到輸出 303〇
[0026] 圖4示出了降壓-升壓切換穩(wěn)壓器拓撲404,其可以是反轉(zhuǎn)的降壓-升壓拓撲。降 壓-升壓切換穩(wěn)壓器拓撲可以被配置為從輸入電壓V in反轉(zhuǎn)負輸出電壓V _。對于圖4所示 的降壓-升壓切換穩(wěn)壓器拓撲404,取決于切換電路407的狀態(tài)，電感器405交替地連接到 輸入408或輸出403。
[0027] 圖5示出了可以作為非反轉(zhuǎn)（階梯上升或階梯下降輸出電壓）降壓-升壓拓撲的 動態(tài)降壓-升壓切換穩(wěn)壓器拓撲504的配置。用于拓撲504的切換電路507可以包括兩個 部分：第一切換電路部分507a和第二切換電路部分507b。第一切換電路部分507a可以交 替地將電感器505的第一端與輸入508以接收輸入電壓V in或與地GND連接。類似地，第 二切換電路507b可以交替地將電感器505的第二、相對端與輸出503連接以產(chǎn)生輸出電壓 Vqut或與地GND連接。在一些配置中，當電感器505的第一端連接到輸入508時，第二端連 接到地GND，且當電感器505的第一端連接到地GND時，第二端連接到輸出503。
[0028] 參考回圖1，電流模式切換穩(wěn)壓器100可以包括驅(qū)動器電路110來控制切換電路 107。具體地，驅(qū)動器電路110可以被配置為向切換電路107輸出切換信號來確定切換電路 107的狀態(tài)。切換信號可以將切換電路107中的開關"接通"和"斷開"，這可以確定流經(jīng)電 感器105的電流]包括斜升部分和斜降部分。
[0029] 切換信號可以具有確定開關的狀態(tài)、諸如開關是"接通"還是"斷開"和/或開關 "接通"或"斷開"多久的特征。示例特征可以包括波形、頻率、周期、脈沖寬度和/或占空比。 根據(jù)這些特征，切換信號通?？梢栽诟唠娖胶偷碗娖街g振蕩，比如對應于邏輯"高"和邏 輯"低"電平的電壓電平，以將開關"接通"和"斷開"。在一個例子中，切換信號可以是脈寬 調(diào)制的（PffM)信號，雖然可以使用其他類型的切換信號。
[0030] 切換信號的周期可以對應于用于控制切換穩(wěn)壓器100中的定時和計時 (clocking)的時鐘信號CLK和/或由該時鐘信號CLK確定。切換信號的占空比可以確定 在周期期間切換信號的脈寬的持續(xù)時間、或在周期期間切換信號是"高"和"低"的時間量。 可以按照百分比或比率來標識的占空比可以標識切換信號或時鐘信號CLK的脈沖持續(xù)時 間和周期之間的關系。例如，百分之五十（50%)占空比可以指代切換信號具有其周期或?qū)?應于切換信號的時鐘信號CLK的周期的大約一半或50%的脈寬。
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