[发明专利]基于电感器电流的升降压变换器模式控制

说明书

本文涉及基于电感器电流的升降压变换器模式控制。提供了一种用于控制电压变换器的设备和方法。在示例中，开关模式直流‑直流电压变换器可以包括电感器、至少四个开关和控制器电路，其中开关被耦接到电感器并且被配置为引导电流通过电感器，从而使用变换器的输入电压供应和参考地在电压变换器的输出电压端子处提供期望输出电压，控制器电路被配置为接收通过电感器的电感器电流的指示，并且使用电感器电流的斜率来控制包括升压运行模式、降压运行模式和升降压运行模式的运行模式组中的两个运行模式之间的改变。

背景技术

直流(DC)到直流电压变换在电子装置中是有用的，尤其在依赖于电池或者相似的固定的或可充电的能量源来获得电力的移动装置中是有用的。电压变换可以帮助由输入电压电平产生稳定的输出电压电平，其中随着从能量源消耗电力或随着能量源被充电，输入电压电平可以显著地变化。一些电压变换器使用电感器来提供相对稳定的输出电压。降压模式可以被用于提供低于输入电压的输出电压。升压模式可以被用于提供高于输入电压的输出电压。开关晶体管可以被用于引导电流通过电感器。

在窗口化类型(windowed-type)控制中，如果输入电压(Vin)大于输出电压(Vout)加上开关晶体管的阈值电压(Vth)，那么变换器在降压模式下运行。如果Vin小于Vout-Vth，那么变换器在升压模式下运行。在一些变换器中，如果Vin在Vout+Vth和Vout-Vth之间，那么变换器可以在升降压模式下运行。窗口化控制器需要监测Vin和Vout的相对电平的比较器一直开启。随着时间，比较器使用的电力可能很多。这可能极大地缩短电池充电事件之间的运行间隔。

可以由电压变换器使用无窗口(windowless)控制从而仅提供降压运行模式或升压运行模式。无窗口控制不需要与窗口化类型控制相关联的比较器。然而，无窗口控制在响应输入电压或输出电压的突然改变(诸如由于电流需要)时慢。

发明内容

本文献描述了一种不需要与窗口化类型控制相关联的比较器的电压变换器和技术。替代地，可以使用通过电感器的电感器电流的指示和电感器电流的斜率来控制在以下运行模式中的两种之间的改变：升压运行模式、降压运行模式和升降压运行模式。

在示例中，开关模式直流-直流(DC-DC)电压变换器可以包括电感器。至少四个开关可以被耦接到电感器并且配置为引导电流通过电感器，从而使用变换器的输入电压供应和参考地，在电压变换器的输出电压端子处提供期望输出电压。控制器电路可以被配置为接收通过电感器的电感器电流的指示并且使用电感器电流的斜率来控制在包括升压运行模式、降压运行模式和升降压运行模式的运行模式组中的两种运行模式之间的改变。

这一概述意图提供对本专利申请的主题的概述。这一概述不意图提供对本主题的排他性的或穷尽的解释。本文包括详细描述以提供关于本专利申请的进一步的信息。

附图说明

在附图中，在不同示意图中的相似的附图标记可以描述相似的组件，其中附图不必然按比例绘制。具有不同字母后缀的相似的附图标记可以表示相似的组件的不同例子。附图通过示例的方式而非通过限定的方式，总体例示了在本文献中讨论的各种实施例。

图1总体例示了电压变换器的示例。

图2总体例示了与控制图1的电压变换器相关联的五个机器状态。

图3总体例示了用于电压变换器的示例滞回控制方法。

图4A和4B总体例示了当输入电压经历阶跃改变时，变换器的示例的控制功能的改变。

图5总体例示了用于电压变换器的断续电流模式(DCM)控制方法的示例。

图6A和6B总体例示了当输入电压经历阶跃改变时，示例DCM变换器的控制功能的改变。

图7总体例示了用于电压变换器的快速脉冲宽度调制(FPWM)控制方法的示例。

图8A和8B总体例示了滞回变换器的各种信号。