專利名稱：控制開關(guān)調(diào)整器的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
以下所述的實(shí)施例大體上涉及開關(guān)調(diào)整器，尤其涉及在大負(fù)載電流和低負(fù)載電流的場(chǎng)合用于開關(guān)調(diào)整器的控制方案。
背景技術(shù)：
當(dāng)較高的效率，較小的體積，較輕的重量以及延長(zhǎng)電池壽命這些要求被提出后，開關(guān)調(diào)整器就開始替代簡(jiǎn)單的線性調(diào)整器應(yīng)用于電源管理中。并且，線性調(diào)整器只能降壓使用，而開關(guān)調(diào)整器能夠被設(shè)置成升壓型(boost)，降壓型(buck)或者將輸出電壓轉(zhuǎn)換為和輸入電壓極性相反。開關(guān)調(diào)整器就是用來調(diào)整負(fù)載端電壓的電路。它將能量以離散的包裹形式從輸入端傳送到輸出端，并且通過反饋電路來調(diào)節(jié)能量的傳輸，從而保證在電路所允許的負(fù)載范圍內(nèi)輸出電壓恒定。因?yàn)樘岣咝士梢源蟠笱娱L(zhǎng)電池的壽命，所以便攜式設(shè)備通常工作在低功耗的待機(jī)狀態(tài)。
通常的用于開關(guān)調(diào)整器中的控制方案是脈沖寬度調(diào)制(PWM)。這種控制方式采用恒定的開關(guān)頻率，但是占空比是根據(jù)負(fù)載電流的變化而變化的。這種控制方案可以獲得較好的調(diào)整效果，低的噪聲頻譜和較高的效率；但是當(dāng)工作在低負(fù)載電流下時(shí)，由于開關(guān)損耗以及大的靜態(tài)電流，PWM方式將會(huì)變得不再高效。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供一種用來控制提供給負(fù)載的輸出電壓的開關(guān)調(diào)整器，其中，當(dāng)負(fù)載電流高于預(yù)定值時(shí)，該開關(guān)調(diào)整器工作在PWM模式，當(dāng)負(fù)載電流低于預(yù)定值時(shí)，該開關(guān)調(diào)整器工作在PFM模式，該開關(guān)調(diào)整器包括輸入電壓端口，用于向該開關(guān)調(diào)整器提供輸入電壓VIN；輸出電壓端口，用于將調(diào)整后的輸出電壓VOUT提供給負(fù)載；開關(guān)SW端口，通過二極管或者M(jìn)OSFET連接該輸出電壓端口，用于導(dǎo)通和關(guān)斷輸出電壓，其中該SW端口被反映VOUT的反饋信號(hào)所部分控制著；反饋端口FB，接收該輸出電壓VOUT的預(yù)定部分；電感L，連接在該輸入電壓端口和該開關(guān)SW之間；以及控制器部分，包括振蕩器、誤差放大器、PWM比較器、反饋比較器以及輕載比較器。
根據(jù)所述的開關(guān)調(diào)整器，其中，在PFM模式下，開關(guān)頻率與負(fù)載電流成比例，并且在每個(gè)開關(guān)周期中僅僅產(chǎn)生一個(gè)“導(dǎo)通”脈沖來向輸出端傳送固定量的電感能量。
根據(jù)所述的開關(guān)調(diào)整器，其中，在PWM模式下，當(dāng)占空比大于40％時(shí)，一晶體管產(chǎn)生斜坡補(bǔ)償電流，并且一晶體管和電阻的組合限制峰值電感L電流。
根據(jù)所述的開關(guān)調(diào)整器，其中，在PWM模式下，在每個(gè)時(shí)鐘周期的開始處，RS觸發(fā)器被置位令N通道的開關(guān)管SW開通，并且其中，IL通過一晶體管和電阻的組合轉(zhuǎn)換為VIPK，并且其中，當(dāng)IL上升到足夠大使得VIPK＝VCONTROL時(shí)，該RS觸發(fā)器被復(fù)位令該N通道的開關(guān)管SW關(guān)斷。
根據(jù)所述的開關(guān)調(diào)整器，其中，在PFM模式下，該誤差放大器和該P(yáng)WM比較器不工作從而降低靜態(tài)電流，并且當(dāng)VOUT＜VREF時(shí)，該RS觸發(fā)器被置位令該N通道的SW開通，當(dāng)VIPK＝VIMIN時(shí)，該RS觸發(fā)器被復(fù)位令N通道的開關(guān)管SW關(guān)斷。
根據(jù)所述的開關(guān)調(diào)整器，其中，在PWM模式下，當(dāng)至少連續(xù)兩個(gè)周期均有VIPK＜VIMIN并且輸出電壓VOUT高于目標(biāo)電壓，則從PWM模式轉(zhuǎn)換到PFM模式。
根據(jù)所述的開關(guān)調(diào)整器，其中，在PFM模式下，當(dāng)該開關(guān)SW關(guān)斷后，定時(shí)器啟動(dòng)；在該定時(shí)器結(jié)束時(shí)，該反饋比較器檢查輸出電壓VOUT，如果該輸出電壓VOUT小于目標(biāo)電壓，從PFM模式轉(zhuǎn)換到PWM模式。
根據(jù)所述的開關(guān)調(diào)整器，還包括電流傳感放大器。
根據(jù)所述的開關(guān)調(diào)整器，其中，在PFM模式下，能夠關(guān)斷所述誤差放大器、振蕩器、PWM比較器以及電流傳感放大器。
本發(fā)明還提供一種用于控制開關(guān)調(diào)整器的輸出電壓VOUT的方法，其中，當(dāng)負(fù)載電流高于預(yù)定值時(shí)，通過PWM來調(diào)整該輸出電壓VOUT，當(dāng)負(fù)載電流低于預(yù)定值時(shí)，通過PFM來調(diào)整該輸出電壓VOUT，該方法包括提供輸入電壓VIN；利用開關(guān)SW，通過控制開關(guān)頻率的占空比來調(diào)整VOUT；通過反饋VOUT的預(yù)定部分(VFB)來至少部分地控制開關(guān)SW；將電感L或等效電路元件連接在輸入與SW之間；如果在PWM模式下在每個(gè)時(shí)鐘周期的開始處導(dǎo)通開關(guān)SW來使電感L中的電流(IL)上升；將IL轉(zhuǎn)換成電壓VIPK；通過將VFB與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓VREF相比較來產(chǎn)生控制電壓VCONTROL；將VIPK和控制電壓VCONTROL相比較；以及一旦VIPK＝VCONTROL就關(guān)斷該開關(guān)SW；以及如果在PFM模式下利用VFB將VOUT和VREF相比較；并且當(dāng)VOUT＜VREF時(shí)導(dǎo)通開關(guān)SW來迫使IL上升；將IL轉(zhuǎn)換成電壓VIPK；以及將VIPK與基準(zhǔn)電壓VIMIN相比較，如果VIPK＝VIMIN，則關(guān)斷SW來迫使IL給輸出電壓VOUT充壓，并且其中，在VFB降低到VREF之前，該開關(guān)調(diào)整器保持空閑狀態(tài)，其中VIMIN為預(yù)定電壓值。
根據(jù)所述的方法，其中，在PFM模式下，該開關(guān)頻率與該負(fù)載電流成比例，并且在每個(gè)開關(guān)周期中僅僅產(chǎn)生一個(gè)“導(dǎo)通”脈沖來向輸出端傳送固定量的電感能量。
根據(jù)所述的方法，其中，在PWM模式下，當(dāng)占空比大于40％時(shí)，一晶體管產(chǎn)生斜坡補(bǔ)償電流，并且一晶體管和電阻的組合限制峰值電感L電流。
根據(jù)所述的方法，其中，在PWM模式下，在每個(gè)時(shí)鐘周期的開始處，RS觸發(fā)器被置位令N通道的開關(guān)管SW開通，并且其中，IL通過一晶體管和電阻的組合轉(zhuǎn)換為VIPK，并且其中，當(dāng)IL上升到足夠大使得VIPK＝VCONTROL時(shí)，該RS觸發(fā)器被復(fù)位令該N通道的開關(guān)管SW關(guān)斷。
根據(jù)所述的方法，其中，在PFM模式下，該誤差放大器和該P(yáng)WM比較器不工作從而降低靜態(tài)電流，并且當(dāng)VOUT＜VREF時(shí)，該RS觸發(fā)器被置位令該N通道的SW開通，當(dāng)VIPK＝VIMIN時(shí)，該RS觸發(fā)器被復(fù)位令該N通道的開關(guān)管SW關(guān)斷。
根據(jù)所述的方法，其中，在PWM模式下，當(dāng)至少連續(xù)兩個(gè)周期VIPK＜VIMIN并且輸出電壓VOUT高于目標(biāo)電壓，則從PWM模式轉(zhuǎn)換到PFM模式。
根據(jù)所述的方法，其中，在PFM模式下，當(dāng)該開關(guān)SW關(guān)斷后，定時(shí)器啟動(dòng)；在該定時(shí)器結(jié)束時(shí)，該反饋比較器檢查輸出電壓VOUT，如果該輸出電壓VOUT小于目標(biāo)電壓，從PFM模式轉(zhuǎn)換到PWM模式。
根據(jù)所述的方法，其中該開關(guān)調(diào)整器包括振蕩器、誤差放大器、PWM比較器、反饋比較器、輕載比較器以及電流傳感放大器。
根據(jù)所述的方法，其中，在PFM模式下，能夠關(guān)斷所述誤差放大器、振蕩器、PWM比較器以及電流傳感放大器。
根據(jù)本發(fā)明所提供的方法和裝置，當(dāng)負(fù)載電流高時(shí)，在PWM模式中使用傳統(tǒng)的恒頻峰值電流方案，當(dāng)負(fù)載電流下降到等于或小于預(yù)定值時(shí)，控制器轉(zhuǎn)換到恒定峰值電流、最小關(guān)斷時(shí)間的PFM模式，在這種情況下開關(guān)頻率更低，從而降低了開關(guān)損耗并提高了效率。同時(shí)靜態(tài)電流消耗大大的降低，從而提高了待機(jī)性能。這種方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是PFM模式下沒有脈沖簇的存在，從而降低了輸出紋波。


根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖1示出5腳升壓變換器的示意圖，用來舉例說明本文所公開的自適應(yīng)開關(guān)調(diào)整器。
圖2示出5腳升壓變換器與外部元件以及電路的應(yīng)用。
圖3示出從PWM到PFM模式的轉(zhuǎn)換過程中的一些關(guān)鍵波形。
圖4示出從PFM到PWM模式的轉(zhuǎn)換過程中的一些關(guān)鍵波形。
圖5和圖6分別示出從PWM到PFM模式和從PFM到PWM模式的轉(zhuǎn)換的仿真結(jié)果。
圖7示出將負(fù)載電流從5mA變化到200mA，以及從200mA再變回到5mA時(shí)的瞬態(tài)效應(yīng)。
具體實(shí)施例方式
當(dāng)負(fù)載電流很小(輕載下)，如果采用PWM方式控制開關(guān)調(diào)整器，由于開關(guān)損耗以及大的靜態(tài)電流，電路效率不高。在這種情況下，優(yōu)選脈沖頻率調(diào)節(jié)(PFM)模式。本文所公開的實(shí)施例描述了可以在PWM方式和PFM模式之間自動(dòng)切換且不會(huì)引起輸出電壓大的瞬態(tài)變化的方法和裝置。
一般來說開關(guān)調(diào)整器中有兩種損耗開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。當(dāng)開關(guān)調(diào)整器給輕的負(fù)載供電時(shí)，可以通過減少開關(guān)損耗來提高調(diào)整器的效率。在PFM模式中，開關(guān)調(diào)整器會(huì)開關(guān)必要多的周期來保證對(duì)輸出的調(diào)整。一旦實(shí)現(xiàn)了調(diào)整，開關(guān)就停止工作直到輸出電壓又需要調(diào)整才開始新的開關(guān)周期。在現(xiàn)有技術(shù)中，開關(guān)調(diào)整器只能夠在開關(guān)了若干個(gè)周期后才能停止工作。而在本文所公開的實(shí)施例中，僅僅需要一個(gè)開關(guān)周期就可以調(diào)整好輸出。由于在PFM模式下只有一個(gè)開關(guān)脈沖，因此可以降低開關(guān)損耗，從而提高調(diào)整器的效率。
下面將描述本發(fā)明的各種實(shí)施例。隨后的說明提供了對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行說明和全面理解所需要的具體細(xì)節(jié)。但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，無需一些所述細(xì)節(jié)也可以實(shí)施本發(fā)明。此外，本文可能不會(huì)示出或者詳細(xì)說明一些公知的結(jié)構(gòu)和功能，以免不必要的使多種實(shí)施例的相關(guān)說明不清楚。
在下文中所使用的術(shù)語即使是與本發(fā)明某些具體實(shí)施例的詳細(xì)說明結(jié)合使用的，也要以其最寬的合理方式解釋該術(shù)語。某些術(shù)語可能會(huì)在下面給予強(qiáng)調(diào)；但是，任何準(zhǔn)備以某種受限的方式進(jìn)行解釋的術(shù)語將會(huì)在具體實(shí)施方式
部分給予公開和明確的定義。
本文所述的有關(guān)本發(fā)明實(shí)施例及其應(yīng)用的說明是示例性的，不用以限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例的各種變化和改型都是可能的，且這里所公開的實(shí)施例中各種元件的實(shí)際替代物或等同物對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的?？梢詫?duì)所公開的實(shí)施例進(jìn)行這些變化和改型，而不背離本發(fā)明的范圍和精神。
在所公開的實(shí)施例中，當(dāng)負(fù)載電流高時(shí)，在PWM模式中使用傳統(tǒng)的恒頻峰值電流方案。當(dāng)負(fù)載電流下降到等于或小于預(yù)定值時(shí)，控制器轉(zhuǎn)換到恒定峰值電流、最小關(guān)斷時(shí)間的PFM模式，在這種情況下開關(guān)頻率更低，從而降低了開關(guān)損耗并提高了效率。同時(shí)靜態(tài)電流消耗大大的降低，從而提高了待機(jī)性能。這種方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是PFM模式下沒有脈沖簇的存在，從而降低了輸出紋波。
圖1示出一個(gè)本發(fā)明實(shí)施例的簡(jiǎn)化示意圖。在這個(gè)實(shí)施例中采用5腳升壓變換器100來進(jìn)行示例性的說明。控制器部分包括基準(zhǔn)模塊U12、誤差放大器U1、環(huán)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)R1、C1和C2、PWM比較器U4、電流限制比較器U3、輕載比較器U5、電流傳感放大器U6、反饋比較器U2、定時(shí)器U8、振蕩器U7、驅(qū)動(dòng)器U11以及N溝道的功率MOSFET，SW。圖2示出5腳升壓變換器與外部元件以及電路的示例性應(yīng)用。
PWM模式當(dāng)工作在PWM模式下時(shí)，誤差放大器U1通過監(jiān)視FB腳的電壓來調(diào)整輸出電壓，該誤差放大器接收了輸出電壓VOUT的一些特定部分，并將它和內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓VREF相比較，從而通過晶體管MN2產(chǎn)生控制電壓VCONTRL。在每個(gè)時(shí)鐘周期的開始處，RS觸發(fā)器X18被置位，令N通道的開關(guān)管SW開通，從而迫使電感L1的電流上升。電流采樣電阻RSEN采到的電流信號(hào)被電流傳感放大器U6放大并被MP5和R6轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)VIPK。接著，VIPK通過PWM比較器U4與VCONTRL相比較。當(dāng)電感L1的電流上升到足夠大，使得VIPK和VCONTRL相等時(shí)，PWM比較器U4置高，復(fù)位RS觸發(fā)器X18來關(guān)斷N通道的開關(guān)管SW，從而迫使電感L1中的電流通過外部的整流二極管D1轉(zhuǎn)移到輸出電容。
被輸出電壓VOUT所控制的控制電壓VCONTRL通過上升和下降來控制峰值電感L1電流。這樣，輸出電壓VOUT控制了電感L1電流的大小從而來滿足負(fù)載要求。當(dāng)占空比大于40％時(shí)，MP6產(chǎn)生斜坡補(bǔ)償電流。MP4和R5為電流限制比較器U3設(shè)定了IMAX的電壓閾值VIMAX來限制峰值電流。
PFM模式當(dāng)工作在PFM模式下時(shí)，誤差放大器U1、PWM比較器U4、電流限制比較器U3和振蕩器U7都不工作，從而降低了靜態(tài)電流?？刂破鞴ぷ髟诤愣ǚ逯惦娏骱涂勺冴P(guān)斷時(shí)間的斷續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)下。反饋比較器U2通過FB腳將輸出電壓VOUT和內(nèi)部基準(zhǔn)電壓VREF相比較。當(dāng)VOUT＜VREF，RS觸發(fā)器X14被置位，令N通道的開關(guān)管SW開通，迫使電感L1的電流上升。
電流采樣電阻RSEN采到的電流信號(hào)被電流放大器U6放大并被MP5和R6轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)VIPK。在MN3和R3的連接處，VIPK通過輕載比較器U5與VIMIN相比較。當(dāng)電感L1電流上升到預(yù)定值(一般設(shè)為最大峰值電流的10-20％)，使得VIPK等于VIMIN后，輕載比較器U5置高，復(fù)位RS觸發(fā)器X14來關(guān)斷N通道的開關(guān)管SW，從而迫使電感L1中的電流通過外部的整流二極管D1來給輸出電壓VOUT充壓。
控制器保持空閑狀態(tài)直到FB的電壓VFB降低到VREF。因?yàn)殚_關(guān)頻率與負(fù)載電流成比例，因此可以降低開關(guān)損耗。在每個(gè)開關(guān)周期中，控制器僅產(chǎn)生一個(gè)“導(dǎo)通”脈沖將電感L1中固定量的能量傳送到輸出端。因此，輸出電壓VOUT的紋波與突發(fā)模式的方案相比小得多。
模式間的轉(zhuǎn)換本文所公開的實(shí)施例提供了一種在不同模式間轉(zhuǎn)換的方法，從而可以將輸出電壓瞬態(tài)變化減小到最小。圖3示出從PWM到PFM模式的轉(zhuǎn)換過程中的一些關(guān)鍵波形。在每個(gè)“導(dǎo)通”周期的末端，控制器通過輕載比較器U5來監(jiān)視峰值電流。如果連續(xù)兩個(gè)周期電流峰值均比預(yù)設(shè)值低(VIPK＜VIMIN)，并且由反饋比較器U2所決定的輸出電壓VOUT比目標(biāo)電壓高，則CLK的有效高電平將會(huì)復(fù)位RS觸發(fā)器X12。這就會(huì)使得MODE＝1并轉(zhuǎn)換到PFM模式下。
當(dāng)MODE＝1時(shí)發(fā)生兩個(gè)工作過程。首先，當(dāng)MN4關(guān)斷時(shí)，VIMIN將從VIMIN1轉(zhuǎn)換到較高的電壓VIMIN2，這就會(huì)使得在PFM模式中，峰值電流高于控制器要求的值，并且開關(guān)頻率降低。其次，誤差放大器U1的輸出VEAO是三態(tài)的，并被箝位在MN2的柵極電壓大小上，其中MN2的柵極和漏極連接到電流源MP2。注意，當(dāng)MODE＝1時(shí)，MP7是“關(guān)斷”的而MN7是“導(dǎo)通”的。在這種情況下，因?yàn)橛蠱P2＝MP3，MN2＝MN3和R2＝R3+R4，所以有VCONTRL＝VIMIN＝VIMIN2。因此，當(dāng)控制器轉(zhuǎn)換回PWM模式時(shí)，誤差放大器U1的輸出VEAO接近控制值。
圖4示出從PFM到PWM模式的轉(zhuǎn)換。在每個(gè)“導(dǎo)通”周期的末端，定時(shí)器U8啟動(dòng)并在T1＝1時(shí)停止來產(chǎn)生一個(gè)最小“關(guān)斷”時(shí)間。如果輸出電壓Vout仍然比目標(biāo)電壓低，那么D觸發(fā)器X4的輸出端Q置高并復(fù)位RS觸發(fā)器X12，從而使得MODE＝0并轉(zhuǎn)換回PWM模式，其中所述目標(biāo)電壓是在T1＝1時(shí)，由反饋比較器U2所決定的。
圖5和圖6分別示出從PWM到PFM模式和從PFM到PWM模式的轉(zhuǎn)換的仿真結(jié)果。頂端的波形是MODE，在MODE下面是負(fù)載電流，第三個(gè)波形是電感L1的電流。底端的波形是輸出電壓。舉例來說，當(dāng)負(fù)載電流降低到9mA時(shí)，控制器轉(zhuǎn)換到PFM模式，當(dāng)負(fù)載電流超過17mA時(shí)，控制器轉(zhuǎn)換回PWM模式。
圖7示出將負(fù)載電流從5mA變化到200mA再變回到5mA時(shí)一些信號(hào)的轉(zhuǎn)換。在這個(gè)圖中，頂端的波形是MODE，中間的波形是電感L1的電流，底端波形是輸出電壓。MODE的波形從PFM模式開始，并在重新返回到PFM模式之前轉(zhuǎn)換到PWM模式。
結(jié)論除非上下文明確要求，否則整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中的“包括”等類似詞語應(yīng)當(dāng)解釋為包含的含義，而不是排它或者窮舉的含義；也就是說，是“包含，但不局限于”的含義。如這里所使用的，術(shù)語“連接”、“耦合”或者其變型意味著在兩個(gè)或者更多元件之間直接或者間接的連接或耦合；這種在元件之間連接上的耦合可以是物理上的、邏輯上的、或者其結(jié)合。
此外，本申請(qǐng)中所使用的詞語“這里”、“上述”、“下文”以及含有類似含義的詞語應(yīng)當(dāng)涉及本申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容，而不是本申請(qǐng)的特定部分。在上下文允許時(shí)，上述詳細(xì)說明中使用單數(shù)或者復(fù)數(shù)的詞語也可以分別包括復(fù)數(shù)或者單數(shù)。關(guān)于兩個(gè)或者更多選項(xiàng)列表的詞語“或者”覆蓋了該詞語的所有下述解釋列表中的任意選項(xiàng)，列表中的所有選項(xiàng)，以及列表中選項(xiàng)的任意組合。
在上文所進(jìn)行的關(guān)于本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)說明并不是排它的或者用于將本發(fā)明限制在上述明確的形式當(dāng)中。在上述以示意性為目的，對(duì)本發(fā)明特定實(shí)施例和實(shí)例進(jìn)行說明的同時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到有可能可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種等效的改動(dòng)。
本發(fā)明在這里提供的啟示并不是必須應(yīng)用到上述系統(tǒng)中，還可以應(yīng)用到其它系統(tǒng)中?？蓪⑸鲜龈鞣N實(shí)施例的元件和功能相結(jié)合以提供更多的實(shí)施例。
可以根據(jù)上述的詳細(xì)說明對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改。在上述說明中描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例且描述了預(yù)期最佳模式，但無論在上文中出現(xiàn)了如何詳細(xì)的說明，其實(shí)是可以用許多方式來實(shí)施本發(fā)明的。上述補(bǔ)償系統(tǒng)的細(xì)節(jié)在具體的執(zhí)行中可以進(jìn)行相當(dāng)多的變化，然而其仍然包含在這里公開的本發(fā)明中。
如上述一樣應(yīng)當(dāng)注意，在說明本發(fā)明的某些特征或者方案時(shí)所使用的特殊術(shù)語不應(yīng)當(dāng)用于表示在這里重新定義該術(shù)語以限制與該術(shù)語相關(guān)的本發(fā)明的某些特定特點(diǎn)、特征或者方案?？傊粦?yīng)當(dāng)將隨附的權(quán)利要求書中使用的術(shù)語解釋為將本發(fā)明限定在說明書公開的特定實(shí)施例，除非上述詳細(xì)說明部分明確的限定了這些術(shù)語。因此，本發(fā)明的實(shí)際范圍不僅包括所公開的實(shí)施例，還包括在權(quán)利要求書之下實(shí)施或者執(zhí)行本發(fā)明的所有等效方案。
在下面以某些特定權(quán)利要求的形式來描述本發(fā)明某些方案的同時(shí)，發(fā)明人仔細(xì)考慮了本發(fā)明各種方案的許多權(quán)利要求形式。因此，發(fā)明人保留在完成本發(fā)明的申請(qǐng)后增加附加權(quán)利要求的權(quán)利，從而以這些附加權(quán)利要求的形式追述本發(fā)明的其它方案。
權(quán)利要求
1.一種用來控制提供給負(fù)載的輸出電壓的開關(guān)調(diào)整器，其中，當(dāng)負(fù)載電流高于預(yù)定值時(shí)，該開關(guān)調(diào)整器工作在PWM模式，當(dāng)負(fù)載電流低于預(yù)定值時(shí)，該開關(guān)調(diào)整器工作在PFM模式，該開關(guān)調(diào)整器包括輸入電壓端口，用于向該開關(guān)調(diào)整器提供輸入電壓VIN；輸出電壓端口，用于將調(diào)整后的輸出電壓VOUT提供給負(fù)載；開關(guān)SW端口，通過二極管或者M(jìn)OSFET連接該輸出電壓端口，用于導(dǎo)通和關(guān)斷輸出電壓，其中該SW端口被反映VOUT的反饋信號(hào)所部分控制著；反饋端口FB，接收該輸出電壓VOUT的預(yù)定部分；電感L，連接在該輸入電壓端口和該開關(guān)SW之間；以及控制器部分，包括振蕩器、誤差放大器、PWM比較器、反饋比較器以及輕載比較器。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)調(diào)整器，其中，在PFM模式下，開關(guān)頻率與負(fù)載電流成比例，并且在每個(gè)開關(guān)周期中僅僅產(chǎn)生一個(gè)“導(dǎo)通”脈沖來向輸出端傳送固定量的電感能量。
3.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)調(diào)整器，其中，在PWM模式下，當(dāng)占空比大于40％時(shí)，一晶體管產(chǎn)生斜坡補(bǔ)償電流，并且一晶體管和電阻的組合限制峰值電感L電流。
4.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)調(diào)整器，其中，在PWM模式下，在每個(gè)時(shí)鐘周期的開始處，RS觸發(fā)器被置位令N通道的開關(guān)管SW開通，并且其中，IL通過一晶體管和電阻的組合轉(zhuǎn)換為VIPK，并且其中，當(dāng)IL上升到足夠大使得VIPK＝VCONTROL時(shí)，該RS觸發(fā)器被復(fù)位令該N通道的開關(guān)管SW關(guān)斷。
5.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)調(diào)整器，其中，在PFM模式下，該誤差放大器和該P(yáng)WM比較器不工作從而降低靜態(tài)電流，并且當(dāng)VOUT＜VREF時(shí)，該RS觸發(fā)器被置位令該N通道的SW開通，當(dāng)VIPK＝VIMIN時(shí)，該RS觸發(fā)器被復(fù)位令N通道的開關(guān)管SW關(guān)斷。
6.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)調(diào)整器，其中，在PWM模式下，當(dāng)至少連續(xù)兩個(gè)周期均有VIPK＜VIMIN并且輸出電壓VOUT高于目標(biāo)電壓，則從PWM模式轉(zhuǎn)換到PFM模式。
7.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)調(diào)整器，其中，在PFM模式下，當(dāng)該開關(guān)SW關(guān)斷后，定時(shí)器啟動(dòng)；在該定時(shí)器結(jié)束時(shí)，該反饋比較器檢查輸出電壓VOUT，如果該輸出電壓VOUT小于目標(biāo)電壓，從PFM模式轉(zhuǎn)換到PWM模式。
8.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)調(diào)整器，還包括電流傳感放大器。
9.如權(quán)利要求8所述的開關(guān)調(diào)整器，其中，在PFM模式下，能夠關(guān)斷所述誤差放大器、振蕩器、PWM比較器以及電流傳感放大器。
10.一種用于控制開關(guān)調(diào)整器的輸出電壓的方法，其中，當(dāng)負(fù)載電流高于預(yù)定值時(shí)，通過PWM來調(diào)整輸出電壓VOUT，當(dāng)負(fù)載電流低于預(yù)定值時(shí)，通過PFM來調(diào)整該輸出電壓VOUT，該方法包括提供輸入電壓VIN；利用開關(guān)SW，通過控制開關(guān)頻率的占空比來調(diào)整VOUT；通過反饋VOUT的預(yù)定部分(VFB)來至少部分地控制開關(guān)SW；將電感L或等效電路元件連接在輸入與SW之間；如果在PWM模式下在每個(gè)時(shí)鐘周期的開始處導(dǎo)通開關(guān)SW來使電感L中的電流(IL)上升；將IL轉(zhuǎn)換成電壓VIPK；通過將VFB與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓VREF相比較來產(chǎn)生控制電壓VCONTROL；將VIPK和控制電壓VCONTROL相比較；以及一旦VIPK＝VCONTROL就關(guān)斷該開關(guān)SW；以及如果在PFM模式下利用VFB將VOUT和VREF相比較；并且當(dāng)VOUT＜VREF時(shí)導(dǎo)通開關(guān)SW來迫使IL上升；將IL轉(zhuǎn)換成電壓VIPK；以及將VIPK與基準(zhǔn)電壓VIMIN相比較，如果VIPK＝VIMIN，則關(guān)斷SW來迫使IL給輸出電壓VOUT充壓，并且其中，在VFB降低到VREF之前，該開關(guān)調(diào)整器保持空閑狀態(tài)，其中VIMIN為預(yù)定電壓值。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在PFM模式下，該開關(guān)頻率與該負(fù)載電流成比例，并且在每個(gè)開關(guān)周期中僅僅產(chǎn)生一個(gè)“導(dǎo)通”脈沖來向輸出端傳送固定量的電感能量。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在PWM模式下，當(dāng)占空比大于40％時(shí)，一晶體管產(chǎn)生斜坡補(bǔ)償電流，并且一晶體管和電阻的組合限制峰值電感L電流。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在PWM模式下，在每個(gè)時(shí)鐘周期的開始處，RS觸發(fā)器被置位令N通道的開關(guān)管SW開通，并且其中，IL通過一晶體管和電阻的組合轉(zhuǎn)換為VIPK，并且其中，當(dāng)IL上升到足夠大使得VIPK＝VCONTROL時(shí)，該RS觸發(fā)器被復(fù)位令該N通道的開關(guān)管SW關(guān)斷。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在PFM模式下，該誤差放大器和該P(yáng)WM比較器不工作從而降低靜態(tài)電流，并且當(dāng)VOUT＜VREF時(shí)，該RS觸發(fā)器被置位令該N通道的SW開通，當(dāng)VIPK＝VIMIN時(shí)，該RS觸發(fā)器被復(fù)位令該N通道的開關(guān)管SW關(guān)斷。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在PWM模式下，當(dāng)至少連續(xù)兩個(gè)周期VIPK＜VIMIN并且輸出電壓VOUT高于目標(biāo)電壓，則從PWM模式轉(zhuǎn)換到PFM模式。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，在PFM模式下，當(dāng)該開關(guān)SW關(guān)斷后，定時(shí)器啟動(dòng)；在該定時(shí)器結(jié)束時(shí)，該反饋比較器檢查輸出電壓VOUT，如果該輸出電壓VOUT小于目標(biāo)電壓，從PFM模式轉(zhuǎn)換到PWM模式。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該開關(guān)調(diào)整器包括振蕩器、誤差放大器、PWM比較器、反饋比較器、輕載比較器以及電流傳感放大器。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，在PFM模式下，能夠關(guān)斷所述誤差放大器、振蕩器、PWM比較器以及電流傳感放大器。
全文摘要
公開了一種用于控制開關(guān)調(diào)整器的方法和裝置，該方法和裝置在負(fù)載電流高于預(yù)定值時(shí)，采用傳統(tǒng)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)模式，而當(dāng)負(fù)載電流低于預(yù)定值時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換到脈沖頻率調(diào)制(PFM)模式。這種模式轉(zhuǎn)換可以在負(fù)載電流較小時(shí)提高調(diào)整器的效率，而不引起輸出電壓大的瞬態(tài)變化。在一些實(shí)施例中，在PFM模式下通過一個(gè)開關(guān)周期來調(diào)整輸出，這就可以減少開關(guān)損耗并提高調(diào)整器的效率。
文檔編號(hào)H02M3/156GK101034851SQ200610142569
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2006年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者詹姆斯·H.·阮, 托馬斯·T.·江, 克里斯托弗·T.·法爾維 申請(qǐng)人:美國芯源系統(tǒng)股份有限公司