升降压电源转换器及用于控制升降压电源转换器的方法和驱
动器
技术领域
[0001] 本
申请涉及用于发光
二极管(LED)的
驱动器电路的技术领域，并且具体地涉及用于驱动LED的升
降压转换器。
背景技术
[0002] 电源转换器将第一
电压下的
电能转换为第二电压。降压转换器接收输入电压并形成低于输入电压的
输出电压。相比之下，
升压转换器接收输入电压并形成高于输入电压的输出电压。在一些情况下，输入电压最初可从高于输出电压摆动到低于输出电压。例如，在
汽车情况下，
电池电压标称上可为12伏(V)。在
发动机的起动期间，电池电压可降至约4V，并且在发动机运行且交流发
电机充电之后，电池电压可为约14V。因此，尝试对下游器件保持恒定电压(例如，12V)的电路(诸如照明电路)可能需要在一些时间点在降压模式下操作，并且在其他时间点在升压模式下操作。因此，可使用
升降压转换器。
发明内容
[0003] 一个示例性
实施例是操作升降压转换器的方法，该方法包含：从升降压转换器产生输出电压和输出
电流；由设置在升降压转换器的电感器与负载之间的
传感器感测反馈参数；基于反馈参数来生成误差
信号；在仅降压模式下运行升降压转换器，该仅降压模式在
开关频率下并在误差信号处于第一值范围内的时间段期间操作；以及在误差信号处于第二值范围内时改变为升降压模式，该升降压模式在开关频率下操作；以及在误差信号处于第三值范围内时转变为仅升压模式，该仅升压模式在开关频率下操作。
[0004] 在示例性方法中，在仅降压模式下运行升降压转换器还可包含在误差信号处于第一值范围内时掩蔽升压
时钟信号。掩蔽升压时钟信号还可包含在误差信号处于第一值范围内时
断言升压触发器的复位输入。
[0005] 在示例性方法中，改变为升降压模式还可包含：感测到误差信号已改变为处于第二值范围内；并且在流过升降压转换器的电感器的充电电流达到或超过电流
阈值时断言升压触发器的复位输入。
[0006] 在升降压转换器的升降压模式期间，示例性方法还可包含在开关频率的每个开关周期期间：通过仅使降压开关导通来驱动电流流过电感器，该降压开关被配置用于降压操作；以及通过保持降压开关导通并使升压开关导通来驱动电流流过电感器，该升压开关被配置用于升压操作；并且通过仅使升压开关导通来驱动电流流过电感器。
[0007] 在示例性方法中，转变为仅升压模式还可包含：感测到误差信号已改变为处于第三值范围内；以及基于该感测来抑制断言降压触发器的复位输入。
[0008] 在示例性方法中，在仅降压模式下运行升降压转换器还可包含在误差信号低于第一预定阈值时在升降压模式下运行。进一步在示例性方法中，改变为升降压模式还可包含在误差信号升至高于第一预定阈值时改变为升降压模式。并且还更进一步在示例性方法中，转变为仅升压模式还可包含在误差信号升至高于第二预定阈值时转变。
[0009] 另一个示例性实施例是电源转换器，该电源转换器包含：降压
场效应晶体管(FET)，该降压场效应晶体管限定栅极、漏极和源极，该漏极耦合到输入电压；电感器，该电感器限定第一引线和第二引线，该第一引线耦合到降压FET的源极；升压FET，该升压FET限定栅极、漏极和源极，该升压FET的漏极耦合到电感器的第二引线，并且该升压FET的源极耦合到接地；反馈传感器，该反馈传感器限定反馈输出，该反馈传感器耦合在电源转换器的电压输出与电感器的第二引线之间，该反馈传感器被配置为感测由电源转换器供应给负载的电压或电流；电流传感器，该电流传感器限定电流感测输出，该电流传感器被配置为感测流过电感器的电流并在电流感测输出上产生电流感测信号；以及
控制器，该控制器限定电流感测输入、反馈感测输入、降压栅极输出和升压栅极输出，该电流感测输入耦合到电流感测输出，该反馈感测输入耦合到反馈输出，该降压栅极输出耦合到降压FET的栅极，并且该升压栅极输出耦合到升压FET的栅极。该控制器可包含：
振荡器电路，该振荡器电路被配置为在开关频率下生成降压时钟信号，并且被配置为在开关频率下生成升压时钟信号，该升压时钟信号与该降压时钟信号具有
相位差；以及误差
放大器，该误差放大器限定反馈感测输入和误差输出，该反馈感测输入耦合到反馈传感器的反馈输出，该误差放大器被配置为在反馈感测输入上感测反馈信号并在误差输出上产生误差信号，该误差信号与该反馈信号成比例；降压电路，该降压电路被配置为基于降压时钟信号的断言来断言降压栅极输出，并且然后在电流感测信号达到峰值电流值时解除断言降压栅极输出；以及
升压电路，该升压电路被配置为在误差信号高于第一预定阈值时基于升压时钟信号的断言来断言升压栅极输出，并且然后在电流感测信号达到峰值电流值时解除断言升压栅极输出。
[0010] 在示例性电源转换器中，该降压电路还可包含：降压
锁存器，该降压锁存器限定时钟输入、复位输入和锁存器输出，该时钟输入耦合到降压时钟信号，并且该锁存器输出耦合到降压栅极输出；以及降压比较器，该降压比较器限定第一输入、第二输入和比较输出，该第一输入耦合到电流传感器的电流感测输出，该第二输入耦合到误差信号，并且该比较输出耦合到降压锁存器的复位输入。该降压锁存器可被配置为基于降压时钟信号的断言来断言降压栅极输出，并且在复位输入被断言时解除断言降压栅极输出。
[0011] 在示例性电源转换器中，该升压电路还可包含：升压锁存器，该升压锁存器限定时钟输入、复位输入和锁存器输出，该升压锁存器的时钟输入耦合到升压时钟信号，并且该升压锁存器的锁存器输出耦合到升压栅极输出；以及升压比较器，该升压比较器限定第一输入、第二输入和比较输出，该升压比较器的第二输入耦合到误差信号，并且该升压比较器的比较输出耦合到升压锁存器的复位输入。该升压电路可被配置为基于升压时钟信号的断言来断言升压栅极输出，并且在升压锁存器的复位输入被断言时解除断言升压栅极输出。该升压电路还可包含：求和电路，该求和电路限定第一总和输入、第二总和输入和总和输出，该第一总和输入耦合到电流感测输出，该第二总和输入耦合到偏移电压，并且该总和输出耦合到升压比较器的第一输入；该求和电路被配置为将偏移电压加到电流感测信号以形成总和电压，并且将总和电压驱动到总和输出。该升压电路还可包含：求和电路，该求和电路限定第一总和输入、第二总和输入和总和输出，该第一总和输入耦合到误差信号，该第二总和输入耦合到偏移电压，并且该总和输出耦合到升压比较器的第二输入；该求和电路被配置为从误差信号减去偏移电压以形成差值电压，并且将差值电压驱动到总和输出。
[0012] 在示例性电源转换器中，该降压电路还可包含：第一D触发器，该第一D触发器限定时钟输入、复位输入、D输入和Q输出，该时钟输入耦合到降压时钟信号，该D输入耦合到电源轨，并且该Q输出耦合到降压栅极输出；以及降压比较器，该降压比较器限定第一输入、第二输入和比较输出，该第一输入耦合到电流传感器的电流感测输出，该第二输入耦合到误差信号，并且该比较输出耦合到第一D触发器的复位输入。进一步在示例性电源转换器中，该升压电路还可包含：第二D触发器，该第二D触发器限定时钟输入、复位输入、D输入和Q输出，该第二D触发器的时钟输入耦合到升压时钟信号，该第二D触发器的D输入耦合到第一D触发器的Q输出，并且该第二D触发器的Q输出耦合到升压栅极输出。示例性电源转换器还可包含：升压比较器，该升压比较器限定第一输入、第二输入和比较输出，该升压比较器的第二输入耦合到误差信号，并且该升压比较器的比较输出耦合到第二D触发器的复位输入；求和电路，该求和电路限定第一总和输入、第二总和输入和总和输出，该第一总和输入耦合到电流感测信号，该第二总和输入耦合到偏移电压，并且该总和输出耦合到升压比较器的第一输入；该求和电路被配置为将偏移电压加到电流感测信号以形成总和电压，并且将总和电压驱动到总和输出。
[0013] 另一个示例性实施例是用于升降压转换器的驱动器集成电路(驱动器IC)，该驱动器集成电路包含：供电电压
端子、开关
节点端子、升压栅极端子以及反馈端子；降压场效应晶体管(FET)，该降压场效应晶体管限定栅极、源极和漏极，该漏极耦合到供电电压端子，并且该源极耦合到开关节点端子；电流传感器，该电流传感器限定电流感测输出，该电流传感器与降压FET相关联，并且该电流传感器被配置为生成与流过降压FET的电流成比例的电流感测信号；控制器，该控制器限定电流感测输入、反馈感测输入、降压栅极输出和升压栅极输出，该电流感测输入耦合到电流感测信号，该反馈感测输入耦合到反馈端子，该降压栅极输出耦合到降压FET的栅极，并且该升压栅极输出耦合到升压栅极端子。该控制器可包含：振荡器电路，该振荡器电路被配置为在开关频率下生成降压时钟信号，并且在开关频率下生成升压时钟信号，该升压时钟信号与该降压时钟信号具有
相位差；误差放大器，该误差放大器限定反馈感测输入和误差输出，该误差放大器被配置为在反馈端子上感测反馈信号并在误差输出上产生误差信号，该误差信号与该反馈信号成比例；降压电路，该降压电路被配置为基于降压时钟信号的断言来断言降压FET的栅极，并且然后在电流感测信号达到峰值电流值时解除断言降压FET的栅极；以及升压电路，该升压电路被配置为在误差信号高于第一预定阈值时基于升压时钟信号的断言来断言升压栅极端子，并且然后在电流感测信号达到峰值电流值时解除断言升压栅极端子。
[0014] 在示例性驱动器IC中，该降压电路还可包含：降压锁存器，该降压锁存器限定时钟输入、复位输入和锁存器输出，该时钟输入耦合到降压时钟信号，并且该锁存器输出耦合到降压FET的栅极；以及降压比较器，该降压比较器限定第一输入、第二输入和比较输出，该第一输入耦合到电流传感器的电流感测输出，该第二输入耦合到误差放大器的误差输出，并且该比较输出耦合到降压锁存器的复位输入。降压锁存器可被配置为在降压时钟信号断言时断言降压FET的栅极，并且在复位输入被断言时解除断言降压FET的栅极。
[0015] 在示例性驱动器IC中，该升压电路还可包含：升压锁存器，该升压锁存器限定时钟输入、复位输入和锁存器输出，该升压锁存器的时钟输入耦合到升压时钟信号，并且该升压锁存器的锁存器输出耦合到升压栅极端子；以及升压比较器，该升压比较器限定第一输入、第二输入和比较输出，该升压比较器的第二输入耦合到误差放大器的误差输出，并且该升压比较器的比较输出耦合到升压锁存器的复位输入；其中该升压电路被配置为基于升压时钟信号的断言来断言升压栅极端子，并且在升压锁存器的复位输入被断言时解除断言升压栅极端子。该升压电路还可包含：求和电路，该求和电路限定第一总和输入、第二总和输入和总和输出，该第一总和输入耦合到电流传感器的电流感测输出，该第二总和输入耦合到偏移电压，并且该总和输出耦合到升压比较器的第一输入；该求和电路被配置为将偏移电压加到电流感测信号以形成总和电压，并且将总和电压驱动到总和输出。另选地，该升压电路还可包含：求和电路，该求和电路限定第一总和输入、第二总和输入和总和输出，该第一总和输入耦合到误差放大器的误差输出，该第二总和输入耦合到偏移电压，并且该总和输出耦合到升压比较器的第二输入；该求和电路被配置为从误差信号减去偏移电压以形成差值电压，并且将差值电压驱动到总和输出。
[0016] 在示例性驱动器IC中，该降压电路还可包含：第一D触发器，该第一D触发器限定时钟输入、复位输入、D输入和Q输出，该时钟输入耦合到降压时钟信号，该D输入耦合到电源轨，并且该Q输出耦合到降压FET的栅极；以及降压比较器，该降压比较器限定第一输入、第二输入和比较输出，该第一输入耦合到电流传感器的电流感测输出，该第二输入耦合到误差放大器的误差输出，并且该比较输出耦合到第一D触发器的复位输入。并且该升压电路还可包含：第二D触发器，该第二D触发器限定时钟输入、复位输入、D输入和Q输出，该第二D触发器的时钟输入耦合到升压时钟信号，该第二D触发器的D输入耦合到第一D触发器的Q输出，并且该第二D触发器的Q输出耦合到升压栅极端子；升压比较器，该升压比较器限定第一输入、第二输入和比较输出，该升压比较器的第二输入耦合到误差放大器的误差输出，并且该升压比较器的比较输出耦合到第二D触发器的复位输入；求和电路，该求和电路限定第一总和输入、第二总和输入和总和输出，该第一总和输入耦合到电流传感器的电流感测输出，该第二总和输入耦合到偏移电压，并且该总和输出耦合到升压比较器的第一输入；该求和电路被配置为将偏移电压加到电流感测信号以形成总和电压，并且将总和电压驱动到总和输出。
[0017] 在示例性驱动器IC中，该降压电路还可包含：第一D触发器，该第一D触发器限定时钟输入、复位输入、D输入和Q输出，该时钟输入耦合到降压时钟信号，该D输入耦合到电源轨，并且该Q输出耦合到降压FET的栅极；以及降压比较器，该降压比较器限定第一输入、第二输入和比较输出，该第一输入耦合到电流传感器的电流感测输出，该第二输入耦合到误差放大器的误差输出，并且该比较输出耦合到第一D触发器的复位输入。并且该升压电路还可包含：第二D触发器，该第二D触发器限定时钟输入、复位输入、D输入和Q输出，该第二D触发器的时钟输入耦合到升压时钟信号，该第二D触发器的D输入耦合到第一D触发器的Q输出，并且该第二D触发器的Q输出耦合到升压栅极端子；升压比较器，该升压比较器限定第一输入、第二输入和比较输出，该升压比较器的第二输入耦合到误差放大器的误差输出，并且该升压比较器的比较输出耦合到第二D触发器的复位输入；求和电路，该求和电路限定第一总和输入、第二总和输入和总和输出，该第一总和输入耦合到电流传感器的电流感测输出，该第二总和输入耦合到偏移电压，并且该总和输出耦合到升压比较器的第二输入；该求和电路被配置为从误差输出减去偏移电压以形成差值电压，并且将差值电压驱动到总和输出。
附图说明
[0018] 为了详细描述示例性实施例，现在将参照附图，在附图中：
[0019] 图1示出了根据至少一些实施例的系统的电路
框图；
[0020] 图2示出了根据至少一些实施例的相对于仅降压模式的电路图；并且
[0021] 图3示出了根据至少一些实施例的相对于仅升压模式的电路图；
[0022] 图4示出了根据至少一些实施例的升降压转换器的电路图；
[0023] 图5示出了根据至少一些实施例的用于升降压转换器的驱动器集成电路；并且[0024] 图6示出了根据至少一些实施例的方法。
[0025] 定义
[0026] 各种术语用来指特定系统部件。不同公司可用不同名称来指一种部件–本文献并非意于在名称不同而功能相同的部件之间作出区分。在下面的讨论中以及在
权利要求书中，术语“包含”和“包含”以开放形式使用，并且因此，这些术语应被解释成意指“包含但不限于…”。另外，术语“耦合”或“耦合”旨在意指间接连接或直接连接。因此，如果第一器件耦合到第二器件，则该连接可通过直接连接或通过经由其他器件和连接的间接连接进行。
[0027] 升降压转换器的“仅降压模式”应当意指这样的操作模式，其中降压开关在每个开关周期内断开和闭合，并且升压开关在每个开关周期自始至终保持断开(即，不导通)。
[0028] 升降压转换器的“升降压模式”应当意指这样的操作模式，其中降压开关和升压开关均在每个开关周期内断开和闭合。
[0029] 升降压转换器的“仅升压模式”应当意指这样的操作模式，其中降压开关在每个开关周期自始至终闭合(即，导通)，并且升压开关在每个开关周期期间断开和闭合。
[0030] “控制器”应当意指被配置为读取信号并响应于此类信号而采取动作的单独电路部件、
专用集成电路(ASIC)、
微控制器(具有控制
软件)、现场可编程
门阵列(FPGA)或其组合。
[0031] 就电气设备而言，术语“输入”和“输出”是指到电气设备的电连接，并且不应被视为需要动作的动词。例如，控制器可具有栅极输出和一个或多个感测输入。
具体实施方式
[0032] 以下讨论涉及本发明的各种实施例。虽然这些实施例中的一个或多个实施例可能是优选的，但所公开的实施例不应解释为或以其他方式用来限制包含权利要求书在内的本公开的范围。另外，本领域技术人员应当理解，以下描述具有广泛应用，并且对任何实施例的讨论仅意指该实施例的示例性，而并非旨在表示包含权利要求书在内的本公开的范围限于该实施例。
[0033] 各种实施例涉及操作升降压转换器的方法和系统。具体地讲，示例性实施例涉及升降压转换器，这些升降压转换器在单个频率下操作并在所有操作模式(例如，仅降压模式、升降压模式和仅升压模式)之中具有峰值电流控制。此外，示例性实施例涉及升降压转换器，这些升降压转换器具有这些模式之间的无缝转变，并且利用升降压模式下的直通调制。本
说明书首先转到示例性升降压转换器实施方式以使读者取向。
[0034] 图1示出了根据至少一些实施例的系统的电路框图。具体地讲，系统100包含升降压转换器102，该升降压转换器耦合到
发光二极管(LED)模
块104形式的示例性负载。因此，示例性系统在汽车应用中可为用于驱动LED的电路；然而，驱动LED模块的示例性汽车应用不应被解读为对本发明的限制。操作升降压转换器102的方法和系统可用于驱动多种类型的负载的任何操作情形中。示例性LED模块104包含多个LED 106且示出了三个LED，但可实现任何非零数量的LED。LED模块104可为例如汽车的前灯、汽车的运行灯或闪
光信号灯，仅举几例。
[0035] 示例性升降压转换器102耦合到输入电压VIN，并且产生电压输出VOUT，其中VOUT在这种情况下耦合到示例性LED模块104。就内部而言，升降压转换器102包含振荡器电路108、降压电路110、升压电路112、误差放大器114和反馈传感器116。振荡器电路108、降压电路110、升压电路112、误差放大器114和反馈传感器116用于控制各种电控制的开关的栅极。具体地，升降压转换器102包含电感器118，该电感器包含第一引线120和第二引线122。第一引线120耦合到降压开关，该降压开关被例示性地示出为场效应晶体管(FET)124(下文称降压FET 124)。降压FET 124限定栅极126、漏极128、源极130以及漏极128与源极130之间的
体二极管132。栅极126耦合到降压电路110。漏极128耦合到输入电压VIN，并且源极130耦合到电感器118的第一引线120。电感器的第二引线122耦合到升压开关，该升压开关被例示性地示出为FET 134(下文称升压FET 134)。升压FET 134限定栅极136、漏极138、源极140以及漏极
138与源极140之间的体二极管142。栅极136耦合到升压电路112。漏极138耦合到电感器118的第二引线122，并且源极140耦合到接地144。
[0036] 仍然参见图1，示例性系统中的电感器118的第二引线122还耦合到二极管146的
阳极。二极管146的
阴极耦合到反馈传感器116，并且然后耦合到输出电压VOUT。输出电容器150耦合在二极管146的阴极与接地之间。二极管146防止反向电流从输出电容器150以及下游器件流入升降压转换器102。在一些情况下，为了减少与二极管146的正向电压降相关联的功率损耗，二极管146可被更换为FET，在电感器118将电流输送到输出电容器150的时间段期间使该FET导通。示例性电路还包含第二二极管148。示例性系统中的电感器118的第一引线120耦合到二极管148的阴极，并且二极管148的阳极耦合到接地。在一些操作模式下，二极管148可在使降压FET 124不导通之后传导电流(例如，充当
飞轮二极管)。在一些情况下，为了减少与二极管148的正向电压降相关联的功率损耗，二极管148可被更换为FET，在降压FET 124不导通的时间段期间使该FET导通。
[0037] 振荡器电路108被配置为生成两个时钟信号：降压时钟输出152上的降压时钟信号以及升压时钟输出154上的升压时钟信号。根据示例性实施例，降压时钟信号和升压时钟信号均具有相同频率，但具有不同相位。在一个示例中，升压时钟信号具有与降压时钟信号相同的频率，但升压时钟信号
相位延迟了180°度，尽管其他相位关系是可能的。降压时钟信号和升压时钟信号的频率限定降压电路110和升压电路112的开关频率，并且因此降压电路110和升压电路112在所有操作模式之中在相同开关频率下操作。
[0038] 根据示例性实施例，升降压转换器102在所有三种操作模式(例如，仅升压模式、升降压模式和仅降压模式)中使用峰值电流控制来操作。即，在示例性实施例中，降压电路110和升压电路112控制流过电感器118的峰值电流，并且基于电流传感器所形成的电流感测信号来实现峰值电流控制。在一些示例性实施例中，电流传感器是电流感测
变压器156，该电流感测变压器包含耦合到输入电压VIN的导电迹线或引线(充当单
匝初级绕组)以及单匝初级绕组周围的一个或多个次级绕组。示例性电流感测变压器156的次级绕组的引线耦合到放大器160，并且该放大器限定电流感测输出158。因此，放大器160在电流感测输出158上产生电流感测信号，该电流感测信号与单匝初级绕组上的电流成比例。其他电流传感器是可能的。例如，低值
电阻器可与来自输入电压VIN的电流
串联耦合，因此该低值
电阻器产生与电流成比例的电压。在其他情况下，降压FET 124可以是购自亚利桑那州菲尼克斯的安森美
半导体公司的SENSEFETTM品牌器件，该器件能够产生附加
输出信号，该附加输出信号可与流过FET的主要部分(并因此流过电感器118和反馈传感器116)的电流成比例。
[0039] 仍然参见图1，示例性升降压转换器102包含反馈传感器116。示例性反馈传感器116限定反馈输出162，并且反馈传感器116耦合在二极管146的阴极与电压输出VOUT之间。反馈传感器116被配置为感测由升降压转换器供应给负载(诸如LED模块104)的电压或电流。
在LED模块104形式的负载的示例性情况下，一旦LED 106导通，输出电压VOUT变化就非常小，即便流过LED 106的电流有变化。因此，在一些示例性系统中，反馈传感器116是电流传感器，诸如与电流串联的电流感测变压器或小电阻器。在其他情况(诸如非LED负载)下，反馈传感器116可为感测输出电压VOUT的电压传感器。反馈传感器116在反馈输出162上产生的反馈信号耦合到误差放大器114。
[0040] 误差放大器114限定反馈感测输入164、参考输入166和误差输出168。反馈感测输入164耦合到反馈传感器116的反馈输出162，并且误差放大器114被配置为在反馈感测输入164上感测反馈信号并在误差输出168上产生误差信号。该误差信号与该反馈信号成比例。
更具体地讲，在误差输出168上产生的误差信号与向参考输入166施加的参考电压VREF和误差放大器的增益之间的电压差成比例。在误差输出168上产生的误差信号被提供给升压电路112和降压电路110两者。
[0041] 降压电路110接收以下信号作为输入：误差输出168上的误差信号、由振荡器电路108在降压时钟输出152上产生的降压时钟信号以及由电流传感器变压器156在电流感测输出158上产生的电流感测信号。降压电路被配置为基于降压时钟信号的断言来断言降压FET
124的栅极126，并且然后在电流感测信号达到峰值电流值时解除断言降压FET124的栅极
126。类似地，升压电路112接收以下信号作为输入：误差输出168上的误差信号、在升压时钟输出154上产生的升压时钟信号(如气泡“A”所示)以及在电流感测输出158上产生的电流感测信号(如气泡“B”所示)。升压电路112被配置为在误差信号处于第一值范围内时基于降压时钟信号的断言来断言升压FET 134的栅极136，并且然后在电流感测信号达到峰值电流值时解除断言升压FET 134的栅极136。本说明书现在转到对各种操作模式的更详细描述，从仅降压模式开始。
[0042] 图2示出了根据至少一些实施例的相对于仅降压模式的电路图。具体地讲，图2示出了降压电路110，该降压电路耦合到形成输出电压VOUT的各种电气设备(例如，降压FET 124、电感器118、二极管146和二极管148)。示例性降压电路110包含降压锁存器，该降压锁存器被例示性地示出为D触发器200。D触发器200限定时钟输入202、复位输入204、以及锁存器或Q输出206以及D输入208。时钟输入202耦合到降压时钟输出152(图1)上的降压时钟信号。D输入208耦合到逻辑高信号(例如，Vdd)。Q输出206经由栅极驱动器电路210耦合到降压FET 124的栅极126。如下文将进一步讨论，D触发器200充当锁存电路，但也可使用其他类型的锁存电路(例如，置位复位触发器)。
[0043] 示例性降压电路110还包含降压比较器212(例如，
运算放大器)，该降压比较器限定第一输入214、第二输入216和比较输出218。第一输入214耦合到放大器160的电流感测输出158，该放大器耦合到电流感测变压器156，第二输入216耦合到误差输出168(图1)上的误差信号，并且比较输出218耦合到D触发器200的复位输入204。本说明书暂时忽略降压斜坡补偿电路220和求和电路222。
[0044] 图2还包含示出示例性降压时钟信号的嵌入式时序图224。具体地讲，示例性降压时钟信号包含一系列脉冲。邻接脉冲的对应特征(例如，上升沿)之间的时间限定开关循环或开关周期P1，并且开关周期的数学倒数是开关频率。首先假定Q输出206被解除断言，并且降压时钟信号的脉冲到达时钟输入202。通过D触发器200的操作，Q输出206在时钟输入202断言后变为被断言。因此，降压FET 124的栅极126被断言且降压FET124变为导通。电流开始从输入电压VIN流过降压FET 124，流过电感器118，并到达负载，并且由电流感测变压器156测量该电流。示例性实施例实现峰值电流控制，并且因此在达到流过电感器118(或等效地，流过降压FET 124)的峰值电流时使降压FET 124不导通。具体地讲，向比较器212的第二输入216施加的误差信号表示峰值电流值。当向比较器212的第一输入214施加的电流信号(来自电流感测变压器156和放大器160)达到或超过第二输入216上的误差信号时，比较器输出218被断言到D触发器200的复位输入204。当复位输入204被断言时，Q输出206被解除断言，并且因此使降压FET124不导通。
[0045] 由于在使降压FET 124不导通之后流过电感器118的电流不能瞬时改变，因此电流继续流过电感器118并流过二极管148。在图2的示例性情况下，如果供应给负载的平均电流(如反馈传感器116所测量)降至低于由VREF(图1)设定的设定点，则向比较器施加的误差信号的幅值增加，并且因此下一个循环中的峰值电流增加。相反，如果供应给负载的平均电流高于设定点，则向比较器施加的误差信号的幅值减小，并且因此下一个循环中的峰值电流减小。
[0046] 当在峰值电流模式下操作降压转换器时，某些占空比往往会引发电气部件中的次谐波振荡。例如，电感器118可与降压FET 124和其他未示出的FET(诸如升压FET 134(图1))的寄生电容谐振。为了减少或消除次谐波振荡，示例性降压电路110实现降压斜坡补偿电路220和求和电路222。具体地讲，降压斜坡补偿电路220产生时变信号，该时变信号用于改变或
颤振向降压比较器212施加的误差信号，使得峰值电流在邻接开关循环之间可不同(而不考虑误差信号的变化)。图2还包含示出示例性斜坡补偿信号的另一个嵌入式时序图226。具体地讲，示例性斜坡补偿信号包含一系列
锯齿波脉冲。邻接锯齿波脉冲的对应特征(例如，下降沿)之间的时间限定开关周期P2，并且开关周期的数学倒数是开关频率。在一些示例性实施例中，开关周期P2是降压时钟信号的开关周期P1的两倍长，但开关周期P2也可为P1的两倍或更多倍。示例性斜坡补偿信号还限定峰值幅值VA，其值可用于形成控制操作模式之间的转变的偏移电压(下文将进一步讨论)。
[0047] 降压斜坡补偿电路220限定斜坡输出228。求和电路222限定第一输入230、第二输入232和总和输出234。第一输入230耦合到误差输出168(图1)上的误差信号，第二输入232耦合到斜坡输出228上的斜坡补偿信号，并且总和输出234耦合到降压比较器212的第二输入216。示例性求和电路222被配置为从误差信号减去斜坡补偿信号的瞬时值(该减法由与第二输入232相关联的负号指示)，并且在总和输出234上产生经
修改的误差信号。因此，任何一个循环中的峰值电流被修改以减少或消除次谐波振荡。
[0048] 在一些示例性情况下，升降压转换器102可在仅降压模式下操作。即，当输入电压VIN足够高时，升降压转换器102可在这样的模式下操作，其中降压FET在每个开关周期内断开和闭合，并且升压FET(未在图2中示出)在每个开关周期自始至终保持断开或不导通。因此，未示出升压FET的图2可被视为示出仅降压操作模式。本说明书现在转到对仅升压模式的更详细描述。
[0049] 图3示出了根据至少一些实施例的相对于仅升压模式的电路图。具体地讲，图3示出了升压电路112，该升压电路耦合到形成输出电压VOUT的各种电气设备，诸如升压FET 134、电感器118、二极管146和二极管148。示例性升压电路112包含升压锁存器，该升压锁存器被例示性地示出为D触发器300。D触发器300限定时钟输入302、复位输入304、以及锁存器或Q输出306以及D输入308。时钟输入302耦合到升压时钟输出154(图1)上的升压时钟信号。
出于图3的目的，考虑D输入308耦合到逻辑高信号。该Q输出306经由栅极驱动器电路310耦合到升压FET 134的栅极136。如下文将进一步讨论，D触发器300充当锁存电路，但也可使用其他类型的锁存电路。
[0050] 示例性升压电路112还包含升压比较器312(例如，运算放大器)，该升压比较器限定第一输入314、第二输入316和比较输出318。第一输入314耦合到电流感测变压器156的电流感测输出158，第二输入316耦合到误差输出168(图1)上的误差信号，并且比较输出318耦合到D触发器300的复位输入304。本说明书暂时忽略升压斜坡补偿电路320、求和电路322和求和电路324。
[0051] 图3包含以实线示出示例性升压时钟信号的嵌入式时序图327。具体地讲，示例性升压时钟信号包含一系列脉冲。邻接脉冲的对应特征(例如，上升沿)之间的时间限定开关循环或开关周期P1，其是与上文所讨论的降压时钟信号相同的开关周期。此外，时序图327示出了升压时钟信号与以虚线示出的示例性降压时钟信号的关系。在一些情况下，升压时钟信号具有与降压时钟信号相同的频率，但升压时钟信号具有不同相位，诸如与降压时钟信号的180°相位偏移，如图所示。
[0052] 首先假定Q输出306被解除断言，并且降压时钟信号的脉冲到达时钟输入302。通过D触发器300的操作，Q输出306在时钟输入302被断言时被断言。因此，升压FET134的栅极136被断言且升压FET 134变为导通。电流开始从输入电压VIN流过降压FET124(该降压FET导通，因此被省略并仅仅示出为
短路)，流过电感器118并经升压FET 134到达接地，并且由电流感测变压器156测量该电流。当达到流过电感器118的峰值电流时使升压FET 134不导通。具体地讲，向比较器312的第二输入316施加的误差信号表示峰值电流值。当向比较器312的第一输入314施加的电流信号达到或超过第二输入316上的误差信号时，比较器输出318被断言到D触发器300的复位输入304。当复位输入304被断言时，Q输出306被解除断言，并且因此使升压FET 134不导通。
[0053] 由于在使升压FET 134不导通之后流过电感器118的电流不能瞬时改变，因此电流流过电感器118和二极管146到达负载。因此在电感器118下游产生的电压是输入电压VIN与跨电感器118的电压的总和，从而是升压操作。在图3的示例性系统中，如果供应给负载的平均电流(如反馈传感器116所测量)降至低于设定点，则向比较器312施加的误差信号的幅值增加，并且因此下一个循环中的峰值电流增加。相反，如果供应给负载的平均电流高于设定点，则向比较器312施加的误差信号的幅值减小，并且因此下一个循环中的峰值电流减小。
[0054] 当在峰值电流模式下操作升压转换器时，某些占空比往往会引发电气部件中的次谐波振荡。例如，电感器118可与升压FET 134的寄生电容谐振，并且可与其他未示出的FET(诸如降压FET 124(图1))的寄生电容谐振。为了减少或消除次谐波振荡，示例性升压电路112实现升压斜坡补偿电路320和求和电路322。具体地讲，升压斜坡补偿电路320产生时变信号，该时变信号用于改变或颤振向升压比较器312施加的误差信号，使得峰值电流在邻接开关循环之间可不同。升压斜坡补偿电路320所产生的补偿信号随输入电压VIN与输出电压VOUT之间的差值而变化。对升压模式操作的理解不需要对升压斜坡补偿信号的精确特征的理解，不过直到整个升降压转换器102在仅升压模式下操作，升压斜坡补偿电路320才会产生升压补偿信号。
[0055] 升压斜坡补偿电路320限定斜坡输出326。求和电路322限定第一输入328、第二输入330和总和输出332。第一输入328耦合到误差信号，第二输入330耦合到斜坡输出326上的斜坡补偿信号，并且总和输出332耦合到升压比较器312的第二输入316。示例性求和电路322被配置为从误差信号减去斜坡补偿信号的瞬时值(该减法由与第二输入330相关联的负号指示)，并且在总和输出332上产生经修改的误差信号。因此，任何一个循环中仅升压模式下的峰值电流被修改以减少或消除次谐波振荡。
[0056] 在一些示例性情况下，升降压转换器102可在仅升压模式下操作。即，当输入电压VIN足够低时，升降压转换器102可在这样的模式下操作，其中升压FET在每个开关周期内断开和闭合，并且降压FET(未在图2中示出)在每个开关周期自始至终保持闭合或导通。因此，图3可被视为示出仅升压操作模式。
[0057] 仍然参见图3，并具体地参见所提及但上文未描述的求和电路324，求和电路324限定第一总和输入334、第二总和输入336和总和输出338。第一总和输入334耦合到电流感测输出158上的电流感测信号。第二总和输入336耦合到偏移电压。总和输出338耦合到比较器312的第一输入314。求和电路324被配置为将偏移电压加到电流感测信号以形成总和电压(该加法由与输入相关联的正号指示)，并且将总和电压驱动到总和输出338。如下文将相对于图4更详细讨论的，向第二总和输入336施加的偏移电压限定若干值范围，误差信号与这些值范围进行比较以控制整个升降压转换器102是在仅降压模式、升降压模式还是仅升压模式下操作。换句话说，偏移电压设定与误差信号相关的预定阈值，在该预定阈值下升压电路112开始单独地或与降压电路110相结合地操作。虽然未明确示出以便不会使附图过于复杂化，但第二求和电路324可被移位以驻留在求和电路322与比较器312的第二输入316之间，其中求和电路324被配置为从经修改的误差信号减去偏移电压，并且总体效果将相同。
[0058] 图4示出了根据至少一些实施例的升降压转换器的电路图。具体地讲，图4示出了耦合到各种电气部件的降压电路110和升压电路112，这些电气部件诸如为降压FET 124、电感器118、反馈传感器116和升压FET 134。还示出了耦合到放大器160的电流感测变压器156。放大器160的电流感测输出158上的电流感测信号耦合到降压电路110和升压电路112两者。另外如图4所示，并且出于下文将进一步讨论的原因，在升压电路112中，D触发器300的D输入308耦合到降压电路110中的D触发器200的Q输出206。
[0059] 图4的示例性降压斜坡补偿电路220限定以峰值输出400的形式的附加输出。在示例性系统中，降压斜坡补偿电路220驱动峰值输出400上的电压，该电压与降压斜坡补偿电路220所产生的斜坡补偿信号的峰值幅值VA成比例。斜坡补偿信号的峰值幅值VA可因固定的电感和开关频率而保持固定，并且因此斜坡补偿信号的峰值幅值VA可不因任何特定升降压转换器100布置而改变。由此可见，驱动到峰值输出400的电压一旦建立便可为稳态DC值。然而，由于降压电路110和升压电路112可被共同封装到单个驱动器集成电路(IC)中且与不同电路部件一起使用，因此峰值幅值VA在升降压转换器之间可改变。在其他情况下，与斜坡补偿的峰值幅值VA成比例的电压可从外部提供，诸如由外部
分压器电路提供。与峰值幅值VA成比例的电压被提供给升压电路112。
[0060] 更具体地讲，与峰值幅值VA成比例的电压耦合到乘法器电路402。乘法器电路402限定第一输入404、第二输入406和乘法输出408。乘法器电路402被设计和构造为在数学上将第一输入404上的电压的幅值乘以第二输入406上的电压的幅值，并且将结果驱动到乘法输出408。在该示例性实施例中，向第二输入406施加的值被称为占空比阈值Dth。占空比阈值Dth和与峰值幅值VA成比例的电压的乘积形成设定预定阈值或电压范围的偏移电压，误差信号与这些预定阈值或电压范围进行比较以控制升压电路112何时变为操作性的。在所示的示例性系统中，当误差信号低于乘法器电路402所产生的偏移电压与向第一输入314施加的电流信号的总和时，比较器312的比较输出318被断言，并且因此升压时钟信号被掩蔽。当误差信号高于偏移电压与向第一输入314施加的电流信号的总和时，比较器312的比较输出318被解除断言，复位输入304被解除断言，并且因此升压时钟信号不再被掩蔽。如果在复位输入304未被断言的时间段期间升压时钟信号被断言，则升压FET 134的栅极136被断言并使升压FET 134导通直到达到峰值电流。
[0061] 仍然参见图4，现在已相对于图2描述了仅降压模式并相对于图3描述了仅升压模式，本说明书现在转到电路经过升降压模式的转变。具体地讲，本说明书转到从仅降压模式、再到升降压模式、再到仅升压模式的示例性移动。首先考虑升降压转换器102在仅降压模式下运行。如相对于图2所讨论，在示例性实施例中，仅降压模式在开关频率下操作。此外，升降压电路102在误差信号处于第一值范围内的时间段期间在仅降压模式下操作。在仅降压模式在误差信号具有低幅值时操作的具体情况下，升压电路112内的乘法器电路402所形成的偏移电压形成第一预定阈值，低于第一预定阈值时，误差信号驻留在仅降压模式假设下。因此，降压电路110如上所讨论的那样操作，并且升压电路112不操作升压FET 134，这是由于升压时钟信号因D触发器300的复位输入304保持被断言而被掩蔽。
[0062] 现在考虑输入电压VIN开始下降，诸如在发动机起动时的示例性汽车情况下。当输入电压VIN下降时，流过电感器118的平均电流同样下降，并且因此反馈传感器116和误差放大器114(图1)所形成的误差信号开始增加。因此当误差信号处于第二值范围内时，示例性电路改变为升降压模式。更具体地讲，示例性升降压转换器102感测到误差信号已改变为处于第二值范围内，并且当误差信号处于第二值范围内时，升压时钟信号因D触发器300的复位输入304解除断言而未被掩蔽。在误差信号具有对于仅降压模式的低幅值和对于仅升压模式的高幅值的具体情况下，升压电路112内的乘法器电路402所形成的偏移电压再次形成第一预定阈值，高于第一预定阈值时，误差信号驻留在升降压模式下。因此升压电路112开始在每个开关周期内操作，从而在基于D输入308与Q输出206的连接假定降压FET 124导通的情况下基于升压时钟信号的断言来使升压FET134导通，并且然后在流过电感器118的电流达到或超过电流阈值时使升压FET 134不导通。
[0063] 在升降压模式下，示例性升降压转换器102实现流过电感器118的电流的直通方案以降低均方根(RMS)电感器电流。更具体地讲，在升降压模式下，在开关频率的每个开关周期期间，转换器首先通过仅使降压FET 124导通来驱动电流流过电感器118，并且随后通过保持降压FET 124导通并使升压FET 134导通来驱动电流流过电感器118，并且然后通过仅使升压FET 134导通来驱动电流流过电感器118。
[0064] 现在考虑输入电压VIN继续下降，诸如在发动机起动时的示例性汽车情况下。当输入电压VIN继续下降时，流过电感器118的平均电流同样继续下降，并且因此反馈传感器116和误差放大器114(图1)所形成的误差信号进一步增加。因此当误差信号处于第三值范围内时，示例性电路改变为仅升压模式，并且仅升压模式再次在开关频率下操作。更具体地讲，示例性升降压转换器102感测到误差信号已改变为处于第三值范围内，并且当误差信号处于第三值范围内时，发生几种情况。更具体地讲，误差信号变得足够高而使降压电路110无法达到峰值电流，并且因此降压FET 124变为导通并在仅升压模式下持续保持导通。如在升降压模式下，当误差信号处于第三值范围内时，升压时钟信号仍然未被掩蔽。在误差信号具有对于仅升压模式的高幅值的具体情况下，升压电路112内的乘法器电路402所形成的偏移电压再次形成第一预定阈值，高于第一预定阈值时，误差信号驻留在仅升压模式下。此外，当误差信号升至高于第二预定阈值时，发生向仅升压模式的转变，使得降压电路110持续保持降压FET 124导通。因此升压电路112在每个开关周期内操作，从而基于升压时钟信号的断言来使升压FET 134导通，并且然后在流过电感器118的电流达到或超过电流阈值时使升压FET 134不导通。
[0065] 现在考虑输入电压VIN开始再次上升，诸如在发动机起动已停止、发动机正在运行以及正在进行电池充电时的示例性汽车情况下。当误差信号的幅值开始下降(由于平均电流高于设定点)时，则示例性升降压转换器102可从仅升压模式改变为升降压模式。并且当误差信号的幅值由于平均电流高于设定点而继续下降时，则示例性升降压转换器102可从升降压模式改变为仅降压模式。
[0066] 图5示出了根据至少一些实施例的用于升降压转换器的驱动器IC。具体地讲，驱动器IC 500可为任何合适封装类型(诸如双列直插式封装或球栅阵列)的封装集成电路。驱动器IC 500包含供电电压端子502、开关节点端子504、升压栅极端子506和反馈端子508。同样将存在其他端子(例如，接地子)，但未示出附加端子以便不会使附图过于复杂化。供电电压端子502耦合到输入电压VIN。开关节点端子504耦合到升降压转换器102(图1)的电感器118(图1)的第一引线120(图1)。升压栅极端子506耦合到升压FET 134(图1)的栅极136(图1)。反馈端子508耦合到反馈传感器116的反馈输出162(图1)。
[0067] 就内部而言，驱动器IC 500包含在一个或多个半导体衬底上实现的控制电路510。示例性控制电路510包含降压FET 124以及二极管148，如前所述。然而，在其他情况下，可从外部提供降压FET和飞轮二极管，并且因此开关节点端子504将变为或被替换为降压栅极端子(即，将与外部降压FET的栅极电耦合的端子)。控制电路510还包含限定电流感测输出158的电流传感器，如前所述。
[0068] 示例性驱动器IC 500(特别是控制电路510)进一步限定控制器512。示例性控制器512限定电流感测输入514、反馈感测输入516、降压栅极输出518和升压栅极输出520。电流感测输入514耦合到电流感测输出158上的电流感测信号。反馈感测输入516耦合到反馈端子508。降压栅极输出518耦合到降压FET 124的栅极126。并且升压栅极输出520耦合到升压栅极端子506。在操作上，控制器512包含如前所讨论的振荡器电路108、如前所讨论的误差放大器114、如前所讨论的降压电路110以及如前所讨论的升压电路112。
[0069] 图6示出了根据至少一些实施例的方法。具体地讲，该方法开始(方框600)并包含：从升降压转换器产生输出电压和输出电流(方框602)；由设置在升降压转换器的电感器与负载之间的传感器感测反馈参数(方框604)；基于反馈参数来生成误差信号(方框606)；并且然后在仅降压模式下运行升降压转换器，该仅降压模式在开关频率下并在误差信号处于第一值范围内的时间段期间操作(方框608)；在误差信号处于第二值范围内时改变为升降压模式，该升降压模式在开关频率下操作(方框610)；在误差信号处于第三值范围内时转变为仅升压模式，该仅升压模式在开关频率下操作(方框612)。然后，该方法结束(方框614)。
[0070] 附图中的许多电连接被示为没有中间器件的直接耦合，但在上面的描述中并未如此明确说明。然而，对于在附图中示出的没有中间设备的电连接，该段落应充当权利要求书的先行
基础，以用于引用任何电连接作为“直接耦合”。
[0071] 上述讨论意在说明本发明的原理和各种实施例。一旦完全理解了上述公开的内容，对于本领域技术人员来说许多变型形式和修改形式就将变得显而易见。以下权利要求书被解释为旨在包含所有此类变型形式和修改形式。
