[发明专利]降压开关电压转换器以及关联的切换控制方法

说明书

一种降压开关电压调节器，具有高压侧晶体管开关和低压侧晶体管开关，包括模式控制电路，其基于在开关周期截止时间(电感器放电)期间通过低压侧开关的感测电感器电流，在脉宽调制(PWM)模式和脉冲频率调制(PFM)模式之间切换。模式切换基于比较积分的电感器电流感测信号和相应于预定的平均电感器电流I_AVE的积分的参考信号。在一个实施例中，模式切换条件至少部分基于I_VALLEY＝2I_AVE‑I_PEAK，其中I_PEAK是在所述关闭时间开始时检测到的峰值电感器电流，并且I_VALLEY是由I_AVE和I_PEAK确定的电感器电流值。

技术领域

本发明一般涉及开关电压调节器，且具体涉及降压DC-DC转换器中操作的PWM和PFM模式之间切换控制的控制设备和方法。

背景技术

开关电压调节器通常用于从电源，如电池提供调节的电压源。一种普通类型开关调节器作为降压稳压器(降压转换器)，其提供小于利用脉冲宽度调制(PWM)的输入电压的电压输出。图1是传统降压转换器的简化的示图，其中控制电路没有示出。所提供的电感器L具有一个连接到调节的输出电压V_OUT节点的端子。电感器的另一个端子利用P型晶体管开关22连接到输入电压节点V_IN，该P型晶体管有时称为高压侧晶体管。同一电感器端子通过N型晶体管开关24连接到地，该N型晶体管有时称为低压侧晶体管。开关22和24反相驱动，其中有少量交叠的OFF周期，以便V_IN永不经这两个开关直接接地。PWM以固定频率操作。

控制电路控制P型晶体管开关22和N型晶体管开关24的状态从而提供调节的输出电压V_OUT。电感器L电流在图2的时序图中示出。平均电感器电流与负载电流相同。如可从图中看出的那样，负载电流是流经电感器L进入负载的DC电流。在初始开关周期T0到T1，P型晶体管22导通，而N型晶体管24截止。在该时间段，跨电感器L的电压相对固定在V_IN-V_OUT。这将引起电感器电流增加，增加电流的斜率等于(V_IN-V_OUT)/L。该充电电流提供给滤波电容器C1和RL表示的负载。假定使用电压模式架构，电感器电流增加直到其在时间T1达到峰值最大值I_PEAK。

在该峰值电流点，控制电路中的比较器会切断(trip)引起P型晶体管截止，且在短交叠时间段后，N型晶体管24导通。跨电感器L的电压现在约为V_OUT，其极性使电感器L的电流减小，电容器C1提供放电电流。从T1到T2的放电电流斜率为-V_OUT/L。在时间T2，开关周期结束，晶体管24截止。假定负载电流在给定开关时间段保持相对恒定，在开关周期T2结束时的电感器电流与在T0时周期开始时的一样。对于每个连续开关周期，开关重复。

在每个固定的持续开关周期中，输出电压V_OUT是通过调制晶体管22导通时间调节的(T0到T2；T2到T4等等)。因此，如果输出电压V_OUT由于负载电流增加而降低，则晶体管22的导通时间增加。类似地，如果V_OUT由于负载电流降低而减小，则晶体管22的占空比将减小。

平均负载电流等于平均电感器L电流I_AVE。平均电感器电流I_AVE可基于图2中的检测表达为：

I_AVE＝I_DC+(I_PEAK-I_DC)/2 (1)。

当DC负载电流I_DC接近零时，等式(1)简化为：

I_AVE＝I_PEAK/2 (2)。