CN101167239B - 形成降压-升压模式电源控制器的方法及其结构 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，一种电源控制器配置成以降压-升压模式运行多个开关以控制输出电压，其中，对于降压-升压模式的循环的基本上固定的部分，启动所述多个开关中的至少一个开关。

Description

形成降压-升压模式电源控制器的方法及其结构
技术领域
本发明一般涉及电子学，更具体地，涉及形成半导体器件的方法和结构。
背景技术
在过去，半导体工业利用各种方法和结构来实现开关电源控制器，例如脉宽调制(PWM)电源控制器。使用开关电源控制器的系统通常配置为升压系统或降压系统。一些系统被实现为降压和升压系统或者降压-升压(buck-boost)系统。在2000年12月26日授权给Dwelley等人的美国专利号6,166,527中公开了这样的降压-升压系统的一个样例。这样的降压-升压系统的一个问题是降压-升压模式的效率一般不如期望的那样高。此外，用于实现降压-升压系统的电路一般是复杂的，这导致了高成本。
因此，期望有一种开关电源控制器，其能够以降压-升压运行模式工作、具有高效率、具有较简单的实施并具有降低的成本。
附图说明
图1简要示出了具有根据本发明的降压-升压电源控制器的降压-升压电源系统的实施例；
图2简要示出了根据本发明的图1的降压-升压电源控制器的一部分的实施例；
图3为具有曲线的图，其示出根据本发明的图1的降压-升压电源系统的一些信号；
图4简要示出了包括根据本发明的图1的电源控制器的半导体器件的放大的平面视图。
为了说明的简单和明了，图中的元件不一定按照比例，并且在不同的图中相同的参考号代表相同的元件。此外，为了说明的简要，省略了众所周知的步骤和元件的说明和细节。这里使用的载流电极(current carrying electrode)是指器件的元件，例如MOS晶体管的源极或漏极、或双极晶体管的发射极或集电极、或二极管的正极或负极，其承载通过该器件的电流，控制电极是指器件的元件，例如MOS晶体管的栅极或者双极晶体管的基极，其控制通过该器件的电流。虽然这里把器件解释为确定的N沟道或P沟道器件，本领域的普通技术人员应认识到，根据本发明，互补器件也是可能的。本领域的普通技术人员应认识到，这里使用的词汇“在...期间”、“在...的时候”、以及“当...时”不是表示一旦开始操作马上就会出现反应的准确术语，而是可能会在被初始操作激起的反应之间有一些微小但合理的延迟，例如传播延迟。
具体实施方式
图1简要示出了具有电源控制器25的示例性形式的电源系统10的一部分的实施例。控制器25接收具有表示多个功能状态的多个信号电平的信号。
电源系统10一般在功率输入端子11和功率返回端子12之间接收来自体电压(bulk voltage)的功率，并且在输出节点13和端子12之间形成输出电压。负载15可以被连接成接收来自输出节点13和端子12的输出电压和负载电流。施加在端子11和12之间的体电压可以为DC电压或者整流AC电压，例如半波整流正弦波。系统10一般包括由控制器25控制以形成输出电压的感应器14。系统10一般还包括通过串联电阻器18和19示出的反馈网络，该反馈网络用于提供表示输出节点13和端子12之间的输出电压值的感测信号，例如反馈(FB)信号。感测信号在感测节点20上形成。这样的反馈(FB)网络和反馈(FB)信号对于本领域的技术人员而言是众所周知的。
在图1中所示的控制器25的示例性形式一般在电压输入26和电压返回27之间接收来自体电压的功率。输入26一般连接至端子11，而返回27一般连接至端子12。感应器14连接至控制器25的感应器输入28和29。控制器25一般包括开关控制部件49、PWM控制部件53、误差放大器55、参考发生器或参考56、内部调节器或调节器58、以及多个功率开关如第一功率晶体管35、第二功率晶体管36、第三功率晶体管37以及第四功率晶体管38。调节器58一般连接在输入26和返回27之间以接收来自输入26的输入电压。调节器58在输出59上形成用于运行控制器25的其他元件的内部运行电压，控制器25的其他元件包括开关控制部件49、PWM控制部件53、参考56以及误差放大器55。误差放大器55在感测输入32上接收感测信号例如反馈(FB)信号，以及在放大器55的输出上形成表示输出电压值和输出电压期望值之间差的误差信号。PWM控制部件53接收来自放大器55的误差信号，并响应性地形成用于运行晶体管35-38以便调节输出电压值的PWM控制(PCS)信号。PWM控制部件53可以具有对于本领域的技术人员而言公知的各种实现。在1999年1月12日授权给Jefferson Hall等人的美国专利号5,859,768中公开了一种适当的PWM控制部件的一个样例，其因此在这里通过引用被并入。在优选实施例中，部件53为固定频率电流模式PWM控制器，因此，
PCS信号具有固定频率，并且占空比(duty cycle)由输出电压值确定，如本领域技术人员所公知的。
如在下文中将进一步看到的，控制器25配置成以降压模式、升压模式或降压-升压模式运行系统10。部件49配置成设置控制器25的运行模式以及利用PCS信号来控制所选择的运行模式的功能。部件49配置成通过启动晶体管35、禁止晶体管36来以升压模式运行系统10以及响应于输出电压值而利用PCS信号来接通或关断晶体管37和38。部件49配置成通过启动晶体管37、禁止晶体管38来以降压模式运行系统10以及响应于输出电压值而利用PCS信号来接通或关断晶体管35和36。在降压-升压模式中，部件49配置成将降压-升压模式的一个循环形成为3个部分。在降压-升压模式循环的一个部分期间，部件49配置成耦合感应器14以从输入26接收输入电压。在降压-升压模式循环的第二部分期间，部件49配置成耦合感应器14以向输出节点13和负载15提供功率，以及在降压-升压模式循环的第三部分期间，部件49配置成耦合感应器14以从输入26中接收功率以及将功率耦合至输出节点13和负载15。在降压-升压模式运行循环的这三个部分之一的期间，晶体管35-38中的一个被启动以用于降压-升压模式循环的固定部分。在降压-升压模式循环的另外两个部分中，PCS信号用于控制晶体管35-38。固定部分被选择为循环周期的固定百分比。例如，时间的固定量或者循环周期的固定百分比。如果时间的固定量太短或者固定百分比太低，精确地调节输出电压值就变得很难。
图1所示开关控制部件49的示例性实施例包括模式检测电路或模式检测器40、脉冲发生器50以及逻辑/驱动器或者逻辑/驱动模块60。脉冲发生器50从PWM控制部件53中接收PCS信号，并形成两个脉冲信号，这两个脉冲信号帮助形成降压-升压循环的三个部分。发生器50接收PCS信号以及响应性地在输出51上形成TO脉冲信号，并在输出52上形成TE脉冲信号。模式检测器40接收输入电压以及输出电压，并响应性地形成用于设置控制器25的运行模式的控制信号。使降压控制(BU)信号有效以指示控制器25应该以降压运行模式工作，而使升压控制(BO)信号有效以指示控制器25应该以升压运行模式工作。检测器40使BU和BO信号无效以指示控制器25应该以降压-升压运行模式工作。在图1所示的示例性实施例中，检测器40包括升压比较器45、升压电流源46、升压电阻器47、降压参考比较器41、降压电流源42以及降压电阻器43。如果输入电压值减去输出电压值大于电流源42和电阻器43确定的第一阈值，则比较器41的输出为高以使降压控制(BU)信号有效。如果输入电压值减去输出电压值小于由电流源46和电阻器47确定的第二阈值，则比较器45的输出为高，迫使升压控制(BO)信号为高，以使升压控制(BO)信号有效。如果输入电压减去输出电压值小于第一阈值但大于第二阈值，则比较器41和45的输出均为低，迫使BU和BO信号都为低，指示控制器25应该以降压-升压模式工作，从而使降压-升压模式有效。第一和第二阈值之间的范围选择成足够窄以便提供这里所述的降压-升压运行模式的最大优势，以及选择成足够宽以便为每个PWM循环提供充分的时间。在优选实施例中，第一阈值和第二阈值之间的差为大约1.3伏特。然而，该范围可以更大或更小。
图2简要示出了模块60中的逻辑的示例性实施例。模块60接收BU和BO信号，并利用BU和BO信号的状态来设置控制器25的运行状态以及控制晶体管35-38的运行。模块60还接收来自部件53的PCS信号以及来自发生器50的脉冲控制信号TO和TE。模块60具有输出86、87、88和89，在其上，模块60形成用于驱动各个晶体管35、36、37和38的相应的驱动信号A、B、C和D。图2所示的模块60的示例性实施例包括“与”门65、68、69、70、79、80和85；“与非”门72和83；变极器(inverter)63、64、66、75和76；“或”门67、77和85以及“或非”门62、71和82。该说明参考图1和图2。
在运行中，如果输入电压值减去输出电压大于第一阈值，则控制器25以降压模式工作。检测器40使BU信号有效并使BO信号无效。模块60接收BO和BU信号。高BU信号迫使门62的示出为低，从而迫使降压-升压(BB)信号为低。来自门62的低信号迫使门72的输出为高以启动门69和70，以及还迫使门83和84的输出为高以启动门85的一个输入。高BU信号迫使门77的输出为高以启动门79的一个输入。高BU信号还迫使变极器66和76的输出为低。来自变极器76的低信号迫使门80的输出低，因而使C驱动信号为低，以禁止晶体管36。来自C驱动信号的低信号被延迟元件或者延迟73延迟，并由门67接收以启动门67的一个输入。来自变极器66的低信号迫使门68的输出为低，这也迫使门70的输出、因而迫使输出89上的D驱动信号为低，以启动晶体管。启动晶体管37将输入29、因而将感应器14的一个端子耦合至控制器25的输出31，因而耦合至输出节点13。来自D驱动信号的低信号被延迟元件或延迟78延迟，并由门77的输入接收，但对门77没有影响。低BO信号迫使变极器63的输出为高以启动门65的一个输入，并且还启动门80和82的一个输入。当PWM控制部件53迫使PCS信号为高以开始升压运行模式的循环时，高PCS信号迫使门67的输出为高。来自门67的高信号迫使门71的输出为低，从而迫使门69的输出、因而迫使输出87上的B驱动信号为低。低B驱动信号由延迟74接收，在其被变极器75接收之前，延迟74使B驱动信号延迟。来自延迟74的低信号迫使变换器75的输出为高，这个高信号由门79接收。因为PCS信号也为高，来自变极器75的高信号迫使门79的输出为高。来自门79的高信号迫使门82的输出为低，从而迫使门85的输出、因而迫使输出86和A驱动信号为低。低的A驱动信号启动晶体管35。低的A驱动信号还被延迟61接收，在其由变极器64接收之前，延迟61使低信号延迟，从而迫使变极器64的输出为高。因为门65的另一输入已经为高，来自变极器64的高迫使门65的输出高，因为输入已经为高，这对门67没有影响。因此，可以看到，正向PCS信号迫使A驱动信号为低，从而启动晶体管35。启动晶体管35耦合了输入28、因而耦合了感应器14以接收来自输入26的功率。因为晶体管35和37被启动，电流从输入26流过晶体管35，经由输入28至感应器14，经由输入29和晶体管37至输出31以及输出节点13，以便向负载15提供电流。
晶体管35保持启动直到输入32上的感测信号迫使部件53使PCS信号无效。PCS信号的下降沿由发生器50接收，这响应性地在TO输出上产生固定宽度的输出脉冲。固定的脉冲宽度可以由各种公知的脉冲生成电路例如单触发(one-shot)或其他等效电路来实现。举例来说，例如通过利用由用于形成循环的振荡器驱动的计数器，可以将脉冲宽度形成为由控制53形成的每个循环的持续时间的固定百分比。负向TO信号由门84接收，因为门84的其他输入已经为高，这没有影响。当来自TO信号的固定脉冲宽度变低时，对PCS循环的剩余部分，发生器50迫使TE信号为高，直到PCS信号再一次变高。TE信号可以通过简单的逻辑电路例如“与非”门由TO和PCS信号产生。向高的TE信号由门72接收，因为门72的其他输入为低，所以这没有影响。低向PCS信号也由模块60接收。低PCS信号迫使门79的输出为低，这迫使门82的输出为高。来自门82的高信号由门85接收，并且迫使输出为高，因为门85的其他输入已经为高。来自门85的高信号迫使驱动信号A为高以禁止晶体管35。输出86上的高信号由延迟61接收，在其由变极器64接收之前，延迟61使高信号延迟。来自延迟61的高信号迫使变极器64的输出为低，从而迫使门65的输出为低。因为PCS信号已经迫使门67的其他输入为低，来自门65的低信号迫使门67的输出为低，从而迫使门71的输出为高。因为门69的其它输入为高，来自门71的高信号迫使门69的输出、因而迫使输出87上的驱动信号B为高，从而启动晶体管36。启动晶体管36将输  28、因而将感应器14的一个端子耦合至返回27，以便开始对感应器14放电。高B驱动信号由延迟74接收，在其由变极器75接收之前，延迟74使高驱动信号B延迟。高信号迫使变极器75的输出为低，因为PCS信号已经为低，所以这对门79没有影响。因此，PCS信号的低部分使驱动信号A无效并且使驱动信号B有效，从而禁止晶体管35并启动晶体管36。如可看到的，在升压运行模式中，高BU信号响应于PCS信号而迫使C和D驱动信号为低，以启动晶体管37并禁止晶体管38，以及接通或关断晶体管35和36。因为PCS信号响应于输出电压值而进行接通或关断，控制器25响应于输出电压值而接通或关断晶体管35和36。
如果输入电压值减去输出电压值小于第二阈值，则控制器25以升压模式工作。检测器40使升压(BO)信号有效并使降压(BU)信号无效。高BO信号迫使门62的输出为低，因而迫使降压-升压(BB)信号为低。来自门62的低信号迫使门72的输出为高以启动门69和70，以及还迫使门83和84的输出为高以启动门86的一个输入。低BU信号迫使变极器66的输出为高以启动门68的输入。低BU信号还启动门77的一个输入，并迫使变极器76的输出为高。来自变极器76的高信号启动门80的一个输入。高BO信号迫使变极器63的输出为低，从而迫使门65的输出为低以启动门67的输出。高BO信号还迫使门82的输出为低，从而迫使门85的输出、因而迫使输出86上的A驱动信号为低。低A驱动信号启动晶体管35以耦合输入28，因而耦合感应器14的一个端子而接收来自输入26的功率。低A驱动信号还由延迟61接收，在将其施加至变极器64的输入之前，延迟61使低信号延迟。来自延迟61的低信号迫使变极器64的输出为高，因为其他输入为低，所以这对门65没有影响。高BO信号还迫使门71的输出为低，从而迫使门69的输出、因而迫使输出87上的B驱动信号为低以禁止晶体管36。低B驱动信号由延迟74接收，在将其施加至变极器75的输入之前，延迟74使低信号延迟。来自延迟74的低信号迫使变极器75的输出高，这个高信号由门79的一个输入接收以启动门79的另一输入。
因为部件53迫使PCS信号为高，高信号迫使门67的输出为高。来自门67的高信号由门68接收，从而迫使输出为高，因为门68的另一输入已经为高。来自门68的高信号迫使门70的输出为高，因为另一输入已经为高。来自门70的高信号迫使输出89上的D驱动信号为高，从而禁止晶体管37。高D驱动信号由延迟78接收，在将高信号施加至门77的输入之前，延迟78使其延迟。高信号迫使门77的输出为高，高信号由门79接收。因为PCS信号已经为高，来自门77的高信号迫使门79的输出为高。来自门79的高信号迫使门80的输出为高，因为门80的其他输入已经为高。来自门80的高信号迫使输出88上的C驱动信号为高，从而启动晶体管38。启动晶体管38将输入29、因而将感应器14的一个端子耦合至返回27以对感应器14充电。高C驱动信号由延迟73接收，在将其施加至门67的输入之前，延迟73使高信号延迟，因为一个输入已经为高，所以这对门67没有影响。
晶体管38保持启动，直到输入32上的感测信号迫使部件53使PCS信号无效。PCS信号的下降沿由发生器50接收，这响应性地确认被TE信号跟随的固定脉冲宽度TO信号。TO信号对门84没有影响，因为另一输入已经为高。向高的TE信号由门72接收，因为门72的另一输入为低，所以这没有影响。低PCS信号迫使门79的输出为低，因而迫使门80的输出以及C驱动信号为低，从而禁止晶体管38。低C驱动信号由延迟73接收，在施加到门67的输入之前，延迟73使低信号延迟。因为PCS信号也为低，来自延迟73的低信号迫使门67的输出为低，从而迫使门68的输出为低。来自门68的低信号迫使门70的输出为低，从而迫使D驱动信号为低并启动晶体管37以将输出31耦合至输入29以及感应器14的一个端子。低D驱动信号还由延迟78接收，在将其施加至门77的一个输入之前，延迟78使低信号延迟。因为门77的另一输入已经为低，来自延迟78的低信号迫使门77的输出为低，因为PCS信号为低，所以这对门79没有影响。因此，可以看到在升压模式中，有效的升压信号和无效的降压信号响应于PCS信号、因而响应于输出电压值而启动晶体管35，禁止晶体管36并接通或关断晶体管37和38。
如果输入电压值减去输出电压大于第二阈值但小于第一阈值，升压(BO)和降压(BU)信号均为低，并且控制器25以降压-升压模式工作。
图3为具有曲线的图，其示出在降压-升压模式中的系统10的一部分运行的期间的一些信号。横坐标表示时间，而纵坐标表示所示信号的信号增加值。曲线91示出在模块60的输出86上的驱动信号A。曲线92示出了模块60的输出87上的驱动信号B。曲线93示出了模块60的输出88上的驱动信号C。曲线94示出了模块60的输出89上的驱动信号D。曲线95示出了来自PWM控制部件53的PCS信号。曲线96示出了发生器50的输出51上的TO信号，而曲线97示出了发生器50的输出52上的TE信号。该说明参考图1、图2以及图3。
在降压-升压模式中，控制器25将PCS控制信号的循环形成为三个部分的循环，其中一个部分具有固定的持续时间。一个部分的持续时间响应于输入电压值而被控制，另一部分的持续时间是固定的，而第三部分的持续时间为PWM控制器的循环的剩余部分，因此，也响应于输出电压值。形成具有固定持续时间的循环的一个部分导致运行效率提高。三相运行还更容易实现现有的降压-升压运行模式并降低控制器25的成本。如图3中所示，T0和T1时刻之间的循环部分响应于输出电压值。T1和T2时刻之间的循环部分是固定的，并且T2和T3时刻之间的循环部分是PWM控制部件53的剩余周期。
如在图2中所看到的，低BO和BU信号迫使门62的输出上的BB信号为高。来自门62的高信号启动每个门72和83的一个输入。低BU信号迫使变极器66的输出为高以启动门68的一个输入。低BU信号还启动门77的一个输入，并迫使变极器76的输出为高以启动门80的一个输入。低BO信号启动门82的一个输入以及门71的一个输入。低BO信号还迫使变极器63的输出为高以启动门65的一个输入。当控制53迫使PCS信号为高时，门67的输出被迫为高，从而迫使门68和70的输出、因而迫使D驱动信号为高，以禁止晶体管37。来自信号D的高信号由延迟78接收，在将其施加至门77的输入并迫使门77的输出为高之前，延迟78使高信号延迟。来自门77的高信号启动门79的输入。来自门67的高信号还迫使门71和69的输出、因而迫使B驱动信号为低，并禁止晶体管36。来自B驱动信号的低信号在迫使变极器75的输出为高之前被延迟74延迟。来自变极器75的高信号迫使门79的输出为高。来自门79的高信号迫使门82和80的输出、因而迫使A驱动信号为低，从而启动晶体管35。低A驱动信号在迫使变极器64和门65的输出为高以启动门67的一个输入之前被延迟61延迟。来自门79的高信号还迫使门80的输出、因而迫使C驱动信号为高，以启动晶体管38。高C驱动信号被延迟73延迟，并接着由门67接收，因为门67的输出已经为高，所以这没有影响。
晶体管35和38保持启动，直到输入32上的感测信号迫使部件53使PCS信号无效。PCS信号的下降沿由发生器50接收，这响应性地产生输出信号TO的固定宽度输出脉冲。正向TO信号由门84接收，并迫使门84的输出为高以启动门85的一个输入。TE信号仍为低以迫使门72的输出为高。低PCS信号由门67的一个输入接收，因为其它输入为高，所以这没有影响。低PCS信号还迫使门79的输出为低，从而迫使门80的输出、因而迫使C驱动信号为低，并禁止晶体管38。低C驱动信号在启动门67的另一输入之前被延迟73延迟。来自门79的低信号还迫使门82和85的输出、因而迫使A驱动信号为高，并启动晶体管35。向高的A驱动信号被延迟61延迟，并接着迫使变极器64和门65的输出为低。来自门65的低信号迫使门67的输出为低，因为其它输入已经为低。来自门67的低信号迫使门68和70的输出、因而迫使D驱动信号为低，以启动晶体管37。低D驱动信号在迫使门77的输出为低之前被延迟78延迟，因为门79的输出已经为低，所以这没有影响。来自门67的低信号还迫使门71和69的输出、因而迫使B驱动信号为高，以启动晶体管36。输出87上的高信号在由门79接收之前被延迟74延迟。因为其他输入已经为低，所以低信号对门79没有影响。
因为TO信号的固定时间周期终止，发生器50驱使TE信号为高并驱使TO信号为低。高TE信号迫使门电路72和69的输出为低。来自门69的低信号迫使B驱动信号为低，并禁止晶体管36。低B驱动信号在驱使变极器75的输出为高之前由延迟74延迟，所以这没有影响。低TE信号迫使门84和85的输出、因而迫使A驱动信号为低，以启动晶体管35。
当部件53驱使PCS信号为高以开始控制器25的另一循环时，发生器50迫使TO和TE信号为高，并且驱动器60响应于PCS、BO以及BU信号而形成驱动信号A-D。可以看到，延迟保证驱动信号A-D不会交叠，从而避免通过晶体管35-38的交叉传导。
如可从前述内容看到的，控制器25配置成在降压-升压模式的每个循环的第一部分期间耦合感应器14以接收输入电压，以及在降压-升压模式的每个循环的第二部分期间耦合感应器14以向负载15提供功率，以及在升降压模式的每个循环的第三部分期间耦合感应器14以接收输入电压和向负载15提供能量。
为了实现控制器25的这个功能，检测器40的输入连接至输入26和晶体管35的源极。电阻器43的第一端子连接至检测器40的输入以及比较器41的反向输入。电阻器43的第二端子一般连接至比较器41的反向输入以及电流源42的第一端子。电流源42的第二端子连接至电流源46的第一端子以及返回27。电流源46的第二端子连接至比较器45的非反向输入以及电阻器47的第一端子。电阻器47的第二端子连接至比较器41的非反向输入以及输出31。比较器41的输出连接至驱动器60的BU输入，而比较器45的输出连接至驱动器60的BO输入。晶体管35的漏极一般连接至晶体管36的漏极以及至输入28。输入29连接至晶体管37的源极以及晶体管38的漏极。晶体管37的漏极连接至输出31。晶体管38的源极一般连接至晶体管36的源极和返回27。驱动器60的输出86、87、88和89连接至相应的晶体管35、36、38和37的栅极。控制53的PCS输出连接至驱动器60的PCS输入以及发生器50的输入。发生器50的输出51和52连接至驱动器60的相应输入TO和TE。放大器55的反向输入连接至输入32，而放大器55的非反向输入连接成接收来自参考56的参考信号。放大器55的输出连接至控制53的输入。驱动器60的BO输入一般连接至门71的第一输入、变极器63的输入、门62的第一输入以及门82的输入。驱动器60的BU输入一般连接至门62的第二输入、变极器66的输入、门77的第一输入以及变极器76的输入。驱动器60的PCS输入连接至门67的第一输入以及门79的第一输入。驱动器60的TO输入连接至门84的第一输入。驱动器60的TE输入连接至门72的第一输入。门82的输出连接至门72的第二输入以及门83的第一输入。变极器63的输出连接至门85的第一输入，而门85的输出连接至门67的第一输入。门67的输出连接至门68的第一输入以及门71的第二输入。门71的输出连接至门69的第一输入，门69具有一般连接至输出87和延迟74的输入的输出。延迟74的输出连接至变极器75的输入，变极器75具有一般连接至门79的第二输入以及门83的第二输入的输出。门83的输出连接至门84的第二输入，门84具有连接至门85的第一输入的输出。门85的输出一般连接至输出86和延迟61的输入。延迟61的输出连接至变换器64的输入，变极器64具有连接至门85的第二输入的输出。变极器66的输出连接至门68的第二输入，门68具有连接至门70的第一输入的输出。门72的输出一般连接至门69和70的第二输入。门70的输出一般连接至输出89以及延迟78的输入，延迟78具有连接至门77的第二输入的输出。门77的输出连接至门79的第三输入。门79的输出一般连接至门80的第一输入和门82的第二输入。门82的输出连接至门85的第二输入。变极器76的输出连接至门80的第二输入，门80具有一般连接至输出88和延迟73的输入的输出。延迟73的输出连接至门67的第三输入。
在系统10的可选实施例中，电阻器18可以由发光二极管(LED)如发射白光的LED代替。对于这样的实施例，在节点13和端子12之间一般没有连接负载15。
图4简要示出了在半导体管芯(die)111上形成的半导体器件110的实施例的一部分的放大的平面视图。控制器25在管芯111上形成。管芯111还可以包括为了简化附图而未在图4中示出的其他电路。控制器25和器件110通过本领域技术人员公知的半导体制备技术在管芯111上形成。
鉴于上述内容，显然公开了一种新颖的器件和方法。包括其他特征的是配置控制器25以使多个开关如晶体管35-38以降压-升压运行模式运行，其中，所述多个开关中的至少一个开关被启动一段降压-升压模式循环的基本上固定的时间。控制器25的这样的运行具有较少的波纹(ripple)电流，因此，比现有的降压-升压控制器更加有效。控制器25的结构还在功率开关中产生了较少的耗散，从而还提高了效率。控制器25的结构还允许对感应器14使用较低饱和电流的感应元件，从而有利于使用较小的较便宜的感应器并降低系统如系统10的成本。
尽管用具体的优选实施例对本发明的主题进行了描述，但是显然对于半导体技术领域的技术人员而言很多替换和变更是明显的。例如，开关控制部件49在应用中被显示为电压模式控制器，但是部件49可以用于包括电压模式控制器和滞后控制器以及电流模式控制器的各种控制器。尽管控制器25被示为驱动感应器，本领域的技术人员应认识到，感应器14可以由变压器代替，并且电阻器18和19可以由本领域公知的光耦合反馈网络代替。驱动器60的逻辑是提供部件49的期望功能的逻辑的一个示例性元件。模块60可以以其他逻辑结构实现。而且，降压-升压模式循环的部分可以不同于发生器50的示例性图解而被划分。另外，为了清楚地描述，始终使用词语“连接(connect)”，但是，其被规定为与词语“耦合(couple)”具有相同的意思。因此，应该将“连接”解释为包括直接连接或间接连接。

Claims (9)

1.一种形成降压-升压电源控制器的方法，其包括：
配置开关控制部件来以降压模式、升压模式或降压-升压模式之一运行多个开关以控制输出电压；
所述开关控制部件配置成将降压-升压模式的一个循环形成三个部分，其中，所述开关控制部件配置成运行所述多个开关来在降压-升压模式的循环的第一部分期间，耦合感应器以接收输入电压但不向输出电压提供功率；在降压-升压的模式循环的第二部分期间，耦合感应器以向输出电压提供功率但不接收输入电压；接着，在降压-升压模式的循环的第三部分期间，耦合感应器以从输入电压接收功率以及将功率耦合至输出电压，
其中，所述第二部分在所述第一部分之后并且在所述第三部分之前，以及
其中，在降压-升压循环的三个部分之一期间，对于所述降压-升压模式的循环的固定的部分，所述多个开关中的至少一个开关被启动，其中所述降压-升压模式的循环的固定的部分被选择为固定的时间量或者所述降压-升压模式的循环的周期的固定百分比。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述配置所述开关控制部件以运行所述多个开关的步骤包括以H桥结构耦合所述多个开关。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述配置所述开关控制部件以运行所述多个开关的步骤包括：
配置所述开关控制部件以：对于所述降压-升压模式的所述循环的所述第一部分和所述第二部分，响应于所述输出电压的值而启动所述多个开关中的开关；以及对于所述降压-升压模式的所述循环的第三部分，将所述多个开关中的所述至少一个开关运行所述循环的所述固定的部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述配置所述开关控制部件以运行所述多个开关的步骤，包括配置所述电源控制器以将所述循环的所述固定的部分形成为大约等于开关周期的25％的固定的时间量。
5.一种形成降压-升压电源控制器的方法，其包括：
配置所述降压-升压电源控制器以降压模式、升压模式或降压-升压模式之一运行多个开关；
配置所述降压-升压电源控制器来耦合感应器，以在所述降压-升压模式的第一部分期间接收输入电压；
配置所述降压-升压电源控制器来耦合所述感应器，以在所述降压-升压模式的第二部分期间向负载提供功率，其中所述第二部分在所述第一部分之后；以及
配置所述降压-升压电源控制器来耦合所述感应器，以在所述降压-升压模式的第三部分期间接收所述输入电压以及向所述负载提供功率，其中所述第三部分在所述第二部分之后，以及其中，在循环的第一、第二或第三部分之一期间，电源控制器不将所述感应器单独耦合到公共参考电压以将所述感应器放电。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括配置所述降压-升压电源控制器以形成所述第一部分、所述第二部分或者所述第三部分中的一个作为所述降压-升压模式的循环的周期的固定部分。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述配置所述降压-升压电源控制器以形成所述第一部分、所述第二部分或者所述第三部分中的一个作为所述降压-升压模式的所述循环的周期的所述固定部分的步骤包括配置所述降压-升压电源控制器来形成具有固定时间量的持续时间的所述第一部分、所述第二部分或者所述第三部分中的一个。
8.一种降压-升压模式电源控制器，其包括：
以H桥结构耦合的多个开关，包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；
检测器，其配置成形成响应于由所述降压-升压电源控制器控制的输出电压和提供至所述降压-升压电源控制器的输入电压之间的第一差值的第一控制信号，以及形成响应于所述输出电压和所述输入电压之间的第二差值的第二控制信号；
PWM控制部件，其配置成形成响应于所述输出电压值的PWM控制信号；以及
开关控制部件，其配置成控制多个开关来以降压-升压模式运行电源控制器，调节所述输出电压，以及响应于所述输出电压和所述输入电压之间的第三差值而将所述多个开关中的一个开关启动所述PWM控制信号的循环的固定部分，其中，所述第三差值大于所述第一差值并小于所述第二差值，其中所述循环的固定的部分被选择为固定的时间量或者所述降压-升压模式的循环的周期的固定百分比，以及
所述开关控制部件被配置成将降压-升压模式的所述循环形成三个部分，其中，在降压-升压模式的循环的第一部分期间，所述开关控制部件启动所述第一和第三开关并且禁止所述第二和第四开关，以在所述循环的一部分期间首先耦合感应器以接收输入电压但不向输出电压提供功率；在降压-升压的模式循环的第二部分期间，启动所述第二和第四开关并且禁止所述第一和第三开关，来耦合感应器以向输出电压提供功率但不接收输入电压；并且在降压-升压模式的循环的第三部分期间，启动所述第一和第四开关并且禁止所述第二和第三开关，来耦合感应器以从输入电压接收功率以及将功率耦合至输出电压。
9.根据权利要求8所述的降压-升压模式电源控制器，其中，所述开关控制部件配置成响应于所述第一控制信号而在所述输出电压的控制下启动所述多个开关中的所述第一开关以及接通或关断所述多个开关中的所述第二开关，以及响应于所述第二控制信号而在所述输出电压的控制下启动所述第二开关以及接通或关断所述第一开关。
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