CN102474182B - 包括电压调制电路的集成电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种集成电路(105)，其包括设置为将输入节点(110)处的输入电压电平转换为输出节点(115)处的输出电压电平的电压调制电路(100)。该电压调制电路(100)包括：开关元件(120)，其设置为在开关元件处于导通状态时将输入节点(110)连接至输出节点(115)；以及开关控制模块(125)，其操作地连接至开关元件(120)，并设置为根据开关频率通过开关元件(120)控制输入节点(110)到输出节点(115)的连接。该电压调制电路(100)还包括频率控制模块(130)，其操作地耦合至开关控制模块(125)，并设置为接收在输入节点(110)处的输入电压电平的指示(132)，且至少部分地根据该输入电压电平指示(132)来配置开关频率。

Description

包括电压调制电路的集成电路及其方法
技术领域
本发明的领域涉及包括电压调制电路的集成电路及其方法。更具体地，本发明的领域涉及包括被设置为将输入节点处的输入电压电平转换成输出节点处的输出电压电平的电压调制电路的集成电路及其方法。
背景技术
众所周知的是，使用DC(直流)至DC转换器将例如由电池提供的直流(DC)源的某一电压电平转换成例如特定电子电路所需的另一电压电平。特别地，开关模式DC至DC转换器是众所周知的，其通过暂时存储能量，且随后将所存储的能量以不同电压电平释放到输出而将一个DC电压电平转换成另一电压电平。能量可存储在磁场存储部件(例如电感器、变压器等)中，或电场存储部件(例如电容器)中。这种开关模式DC至DC转换比线性电压调节更有功率效率，且因此开关模式DC至DC转换器通常更适用于电池操作装置中。
在汽车工业中，DC至DC转换器例如用于将由车用电池提供的第一电压电平转换为在车辆中运行的一种或多种电子部件所需的第二电压电平。由于电池提供的电压会发生变化，所以要求这种DC至DC转换器能够处理较宽的输入电压范围，以及例如可能由“负载突降”而导致出现的瞬态电压。负载突降例如可在车用电池与交流发电机断开连接(这时，电池正在被充电)时发生。由于这种断开连接，连接至交流发电机的其他负载(例如DC至DC转换器)会经受功率骤增，这会使电压电平明显提高。因此，运行这种DC至DC转换器所需的典型的输入电压范围处于5V和40V之间。
当前正在为诸如在汽车工业中使用的下一代单板计算机(SBC)制定要求。特别地，这些要求包括当DC至DC转换器在SBC中使用时，影响DC至DC转换器性能需求的某些要求。DC至DC转换器的这些要求包括：最大功耗；总效率，动态响应，输出电压波动等等。
已知DC至DC转换器使用各种控制方法，例如脉冲频率调制(PFM)、脉冲突发调制(PBM)、脉冲宽度调制(PWM)等等。例如在PWM模式控制的情况下，例如，固定DC至DC转换器的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的开关频率，同时通过反馈环来调整占空比。开关MOSFET中的功耗可表示为：
(a)传导损失，其主要取决于MOSFET的开态电阻、占空比和负载电流；以及
(b)开关损失，其主要取决于输入电压、开关频率和负载电流。
当这种DC至DC转换器经受例如由负载突降导致的高输入电压时，开关功率损失显著增加，这就需要装置能将上述功率损失耗散为(例如)热量。为了实现上述目的，必须适当地设计DC至DC转换器的外部部件的尺寸，以便能充分耗散上述热量。但是，由于可用空间、成本等造成的尺寸约束，以及被提出用于下一代SBC的最大功耗和总效率的要求，意味着这种DC至DC转换器受限于如何才能应对由这种高输入电压导致的功率损失。
为了在高输入电压期间降低开关损失，需要降低DC至DC转换器的开关频率。但是，这会导致DC至DC转换器的动态响应明显退化，以及增大输出电压波动。这种动态响应的退化和输出电压波动的增大不仅有害于DC至DC转换器的性能，而且与用于适应于提出的用于下一代SBC的要求的DC至DC转换器的能力相冲突。
发明内容
如随附权利要求中所述，本发明提供一种包括电压调制电路的集成电路、包括这种集成电路的电子系统及其方法。
在从属权利要求中阐明本发明的特定实施例。
参考下文所述的实施例将使本发明的这些和其他方面变得显而易见并清楚明了。
附图说明
将参考附图并仅通过实例说明本发明的更多细节、方面和实施例。附图中所示元素用于简单并清楚地说明本发明，且附图无需按比例绘制。
图1示出包括电压调制电路的集成电路的一个实例。
图2示出包括图1的集成电路的电子系统的一个实例。
图3为示出开关损失的实例的曲线图。
图4为示出输出电压波动的实例的曲线图。
图5为示出效率的一个实例的曲线图。
图6示出用于将输入节点处的输入电压电平转换为输出节点处的输出电压电平的方法的一个实例的简化流程图。
具体实施方式
现在将根据集成电路(IC)并通过举例的方式说明本发明，该集成电路(IC)包括构成电子系统(例如，适用于汽车工业中的单板计算机(SBC)装置)的一部分的DC至DC转换器。但是，下文说明的实例同样适用于其他电子系统和装置，且特别适用于交变电压调制电路设置和交变电子装置。此外，因为实施本发明的设备大部分由本领域技术人员熟知的电子部件和电路构成，所以如下所述，为了理解和认识本发明的基本概念，以及为了不混淆或分散本发明的教导内容，不会以比认为必要的程度更深的程度来详细说明电路细节。
现在参考图1，其示出包括电压调制电路(总体表示为100)的IC 105的一个实例，其被设置为将输入节点110处的输入电压电平转换为输出节点115处的另一输出电压电平。特别地，对于所述实例来说，输入节点110处的输入电压由诸如电池的电源170提供，且输出节点115处的输出电压将提供至负载175。IC 105可设置为构成诸如总体由图2中的200表示的单板计算机(SBC)的电子系统的一部分。对于图2中所示的实例来说，IC 105的电压调制电路100被设置为将输入节点110处由电源170提供的输入电压电平转换为输出节点115处将提供给负载175的输出电压电平，图2中所示的实例的负载包括多个总体由210表示的系统元件。
再次参考图1，电压调制电路100包括开关元件120，其被设置为在开关元件120处于导通状态时将输入节点110连接至输出节点，且随后在开关元件120处于导通状态时释放所存储的能量。对于所述实例来说，电压调制电路100基于降压转换器构造，且特别包括MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)形式的开关元件120，其可操作地连接在输入节点110和输出节点115之间；以及能量存储电路，其可操作地在开关元件120和输出节点115之间与开关元件120串联。对于所述实例来说，能量存储电路包括电感器190，其可操作地与开关元件120串联；以及电容器195，其可操作地连接在输出节点115和接地端之间。二极管197被设在接地端和开关元件120与电感器190之间的连接之间，以便在开关元件处于断开状态且能量存储在电感器190中时，二极管197变为正向偏置，由此使得电流流过二极管190。可提供交变能量存储部件，其例如包括电感器、变压器、电容器等中的一种或多种的任何适当的组合。由此，能量存储部件190、195和二极管197在开关元件120处于导通状态时，暂时存储来自输入节点的能量，且随后在开关元件120处于断开状态时释放所存储的能量，从而与输入节点110处的平均电压电平相比，可在输出节点115处形成基本上连续但较低的平均电压电平。因此，电压调制电路100被设置为在输入节点110和输出节点115之间提供开关模式电压调制。同时对于所述实例来说，能量存储部件集成在IC 105中，而在其他实例中，能量存储部件可另外或额外地设在在包括了电压调制电路的IC外部。
在本实例中，电压调制电路100还包括开关控制模块125，其可操作地连接至开关元件120，并设置为根据开关频率通过开关元件120来控制输入节点110到输出节点115的连接。对于所述实例来说，开关控制模块125设置为根据从振荡器电路140接收的开关频率信号145通过开关元件120来调节输入节点110到输出节点115的连接。更具体地，对于所述实例来说，开关控制模块125包括SR触发器，其设置为接收开关频率信号145作为“设置”信号。开关控制模块125可设置为利用任意适当的控制方法通过开关元件120来调节输入节点110到输出节点115的连接，所述控制方法例如是脉冲频率调制(PFM)、脉冲突发调制(PBM)、脉冲宽度调制(PWM)等等。例如，在PWM模式控制的情况下，用于开关元件120的开关频率基本上是规则的，同时用于开关元件120的开关的占空比可通过反馈环来调整，如下文详细说明的那样。
图1中所示的电压调制电路100还包括频率控制模块130，其设置为接收输入节点110处的输入电压电平的指示132，且至少部分地根据路径中提供的输入电压电平指示132来配置开关频率。由此，可以调整开关控制电路125控制开关元件120所依据的开关频率，来考虑输入节点110处的输入电压电平的变化。特别地，频率控制模块130可设置为适配该开关频率，从而补偿例如可能由于“负载突降”等而导致出现的瞬态电压。例如，在汽车工业中，在车用电池与交流发电机断开连接(此时电池正在充电)时可能发生负载突降。由于出现这种断开连接，所以连接至交流发电机的其他负载(例如，电压调制电路100)会经受功率骤增，这会导致显著增加输入电压电平。
对于图1中所示的实例来说，频率控制模块130还设置为将基于输入电压电平指示132的输入参考值136与一个或多个阈值比较，从而确定适当的开关频率值。频率控制模块130随后可根据所确定的开关频率值配置开关频率。因此，对于所述实例来说，频率控制模块130包括存储元件135，其例如包括一个或多个寄存器，其内可存储一个或多个阈值。频率控制模块130还包括比较模块137，其设置为将输入参考值136与存储在存储元件135中的一个或多个阈值进行比较。特别地，对于所述实例来说，比较模块137设置为将频率控制信号138输出至振荡器电路140，由此，振荡器电路140设置为根据所接收的频率控制信号138来产生开关频率信号145。
由此，可在存储元件135中至少配置第一阈值，以致在输入电压电平处于第一电压范围内(例如0V和20V之间)时，在正常操作条件期间，输入参考值136可能小于该第一阈值。因此，在通过比较模块137比较输入参考值136和该第一阈值时，如果输入参考值136小于该第一阈值，则比较模块137可设置为使振荡器电路140产生包括第一开关频率的开关频率信号145。相反，如果输入参考值136大于该第一阈值，则比较模块137可设置为使振荡器电路140产生包括降低的第二开关频率的开关频率信号145。
因此，当输入电压电平例如由于负载突降等原因升高超过与正常操作情况有关的该第一电压范围(且因此超过阈值)时，则降低开关频率。由此，可在高输入电压电平过程中降低电压调制电路的开关损失，且因此在该过程中也降低了例如需要被耗散为热量的功率量。因此，也降低了IC 105的外部部件(未示出)为了能充分耗散这种热量而需要的尺寸，同时降低最大功耗并使总效率满足下一代SBC所提出的需求。此外，因为处于这种正常操作情况，所以当输入电压电平处于该第一电压范围内时，配置较高的开关频率。因此，可在这种正常操作条件下，充分避免由降低频率导致的电压调制电路100的动态响应的退化和因此产生的输出电压波动的增大。这就在这种正常操作条件下提升了电压调制电路100的性能，并能使电压调制电路100在这种正常操作条件下满足下一代SBC所提出的需求。因为导致输入电压电平升高超过该第一电压范围的操作条件(该情况中包括非典型扩展电压范围)可被认为是异常的，所以在这种异常操作条件下，由开关频率的暂时降低导致的动态响应的略微退化和输出电压波动的略微增大通常对于降低开关损失的折衷来说，也是可接受的。
在一个实例中，可在存储元件135中配置一个以上的阈值。例如，可在存储元件135中配置第二阈值，以致在输入电压电平高于不同值(例如高于40V)时的非常操作情况下，输入参考值136可能大于该第二阈值。因此，在通过比较模块137比较输入参考值136和第一阈值(如上所述)时，如果确定输入参考值136大于第一阈值，则比较模块137随后会将输入参考值136与第二阈值进行比较。如果输入参考值136小于第二阈值，则比较模块137随后会被设置为使振荡器电路140产生包括了降低的第二开关频率的开关频率信号145。相反，如果输入参考值136也大于第二阈值，则比较模块137被设置为使振荡器电路140产生包括了进一步降低的第三开关频率的开关频率信号145。由此，可实现(a)功率损失和效率以及(b)动态响应和输出电压波动之间的更加渐进的折衷。
例如，振荡器电路140可设置为产生默认开关频率(fs)。比较模块137可设置为根据输入参考值136与一个或多个阈值的比较结果，并通过频率控制信号138来将修正值提供给振荡器电路140。因此，当需要比较模块137使振荡器140产生包括第一开关频率的开关频率信号145(即，在正常操作条件下使用)时，比较模块137可输出修正值，比如“1”。因此，振荡器电路140可设置为用默认开关频率除以该修正值，并输出结果得到的信号作为开关频率信号145。因此，在该情况下的第一开关频率包括默认开关频率(fs)。
相反，当需要比较模块137使振荡器电路140产生包括降低的第二开关频率的开关频率信号145时，比较模块137可输出修正值，比如“2”。因此，振荡器电路140可用默认开关频率除以该修正值，并输出结果得到的信号作为开关频率信号145。因此，在该情况下的第二开关频率包括默认开关频率的二分之一(fs/2)。类似地，当需要比较模块137使振荡器电路140产生包括进一步降低的第三开关频率的开关频率信号145时，比较模块137可输出修正值，比如“4”。因此，振荡器电路140可用默认开关频率除以该修正值，并输出结果得到的信号作为开关频率信号145。因此，在该情况下的第三开关频率包括默认开关频率的四分之一(fs/4)。
在一个实例中，存储元件135例如可由图2中所示的，由IC 105构成其一部分的电子系统200中的信号处理单元(未示出)等构造。由此，阈值例如可在启动序列过程中或通过(即)调试端口(未示出)等在外部激励的系统设置过程中，通过由所述信号处理单元执行的应用代码来配置。此外，虽然上述实例已经说明采用一个以及两个阈值，但在其他实例中也可采用任意适当数目的阈值，其中，更多的阈值可以获得开关频率的更高的粒度，因此能在平衡(a)功率损失和效率以及(b)动态响应和输出电压波动之间的折衷实现更高的粒度。
再次参考图1，所述实例的频率控制模块130还设置为接收负载电流的指示134，且组合输入电压电平指示132和负载电流指示134，以产生输入参考值136，以致输入参考值136包括输入功率参考值。对于图1中所示的实例来说，通过检测负载电流路径中的电阻173上的电势差来提供负载电流指示134。因此，对于所述实例来说，频率控制模块130被设置为不仅根据输入电压电平指示132，也根据负载电流指示134来配置开关频率。特别地，对于所述实例来说，频率控制模块130包括乘法模块133，其设置为将输入电压电平指示132与负载电流指示134相乘，从而产生输入参考值136。由此，输入参考值136包括用于电压调制电路100的输入功率的指示。因此，对于所述实例来说，频率控制模块130设置为根据用于电压调制电路100的输入功率的指示来配置开关频率。
所述实例的开关控制模块125设置为除开关频率信号145之外，还接收占空比信号150，并进一步根据占空比信号150通过开关元件120来调节输入节点110到输出节点115的连接。更具体地，对于所述实例来说，包括SR触发器的开关控制模块125被设置为接收占空比信号150作为“复位”信号。因此，对于所述实例来说，开关控制模块125可设置为利用脉冲宽度调制(PWM)模式控制来调节开关元件120，由此使用于开关元件120的开关频率基本上规则，同时根据占空比信号150调整占空比。对于所述实例来说，比较模块155根据负载电流指示134和电压反馈信号160之间的比较来产生占空比信号150，对于所述实例来说，根据输出节点115处的输出电压电平的指示185和电压参考信号180之间的差值来产生电压反馈信号160。由此，根据输出节点115处的输出电压电平指示185和电压参考信号180之间的差值，电压反馈信号160是动态的，并且由此占空比信号150是动态的。
特别地，对于所述实例来说，当输出电压电平指示185小于电压参考信号值180时(因此指示输出节点115处的输出电压电平低于规定电压电平)，则结果得到的电压反馈信号160指示输出电压电平指示185到底低于电压参考信号180多少。假设这种输出电压电平指示185到底低于电压参考信号180多少的指示大于负载电流指示134，则比较模块155产生占空比信号150，其致使开关控制模块125在下一开关频率循环开始时将开关元件120导通。因此，在下一开关频率循环开始时导通开关元件120时，输出节点115(通过能量存储部件)连接至输入节点110，由此致使输出节点115处的电压电平升高。当输出节点115处的电压电平升高超过上述规定电压电平时，输出电压电平指示185将超过电压参考信号180的值。因此，电压反馈信号160为比较模块155提供输出电压电平指示185超过电压参考信号185的值以及超过多少的指示。假设该指示小于负载电流指示134，则比较模块155产生占空比信号150，从而致使开关控制模块125断开开关元件120。因此，在开关元件断开时，输出节点155与输入节点110断开连接，以致提供至输出节点115的电流(能量)由能量存储部件190，195，197提供，由此致使输出节点115处的电压电平随存储在能量存储部件190，195，197中的能量减少而逐渐降低。
由此，可动态调节电压调制电路100的占空比，以便根据电压参考信号180在输出节点115处基本上保持平均电压电平。因此，当频率控制模块130使开关频率改变(例如，补偿负载突降等)时，可动态调整占空比以补偿开关频率的变化，以便在输出节点115处保持基本上相同的平均电压电平。
根据某些实例，比较模块137可包括滞后比较器。由此，可基本上避免由接近于阈值的输入参考值136导致的开关频率之间的振荡。
现在参考图3，其是示出已知电压调制电路和根据本发明一个实例适配的可比较的电压调制电路的开关损失相对于输入电压乘以负载电流(Vin*Iload)的曲线图300。特别地，曲线图300示出第一曲线310，其说明设置为使用常规脉冲宽度调制(PWM)的电压调制电路的相对于Vin*Iload绘制的开关损失。曲线图300还示出第二曲线320，其说明根据本发明一个实例适配的电压调制电路(例如图1的电压调制电路100)的相对于Vin*Iload绘制的开关损失。
对于Vin*Iload的较小值而言(例如表示正常操作情况)，两个曲线310，320基本上沿相同的曲线弯曲，因为在这种情况下，各个电压调制电路的开关频率和占空比都被配置为用于实现相应电压调制电路的良好的动态响应和输出电压波动特性。如图所示，随着Vin*Iload值的增大，开关损失也增大，由此要求包括了相应电压调制电路的外部部件以热量形式耗散越来越多的功率。如曲线310所示，使用常规脉冲宽度调制的电压调制电路的开关损失基本上会持续随Vin*Iload的增大而无限增大，由此就需要将包括了常规电压调制电路的外部部件的尺寸设计为充分满足这种功耗需求。
但是，对于根据本发明一个实例适配的电压调制电路来说，当Vin*Iload的值达到阈值(大致由箭头330表示)时，开关频率会如上所述降低。因此，也降低开关损失，如曲线320所示。因此，可显著降低需要由包括了根据本发明一个实例适配的电压调制电路的外部部件耗散的功率量，因此能显著降低外部部件的尺寸。与使用常规脉冲宽度调制的电压调制电路相比，降低大约为5％。
现在参考图4，其是示出已知电压调制电路和根据本发明一个实例适配的可比较的电压调制电路的输出电压波动相对于输入电压乘以负载电流(Vin*Iload)绘制的曲线图400。特别地，曲线图400示出四个曲线410，420，430，440。第一曲线410说明了用于被设置为使用常规PWM的第一电压调制电路(包括300kHz的固定开关频率，并包括采用47μH的电感器的形式的能量存储部件)的、相对于Vin*Iload的输出电压波动。第二曲线420说明了用于被设置为使用常规PWM的第二电压调制电路(包括150kHz的固定开关频率，并包括采用47μH的电感器的形式的能量存储部件)的，相对于Vin*Iload绘制的输出电压波动。第三曲线430说明了被设置为使用常规PWM的第三电压调制电路(包括150kHz的固定开关频率，并包括采用90μH的电感器的形式的能量存储部件)的，相对于Vin*Iload绘制的输出电压波动。第四曲线440说明了用于根据本发明一个实例适配的第四电压调制电路(包括可适配的开关频率，并包括采用47μH的电感器的形式的电能存储部件)的，相对于Vin*Iload绘制的输出电压波动。
如曲线420所示，采用相对低的150kHz开关频率和相对低值的47μH电感器会导致不合要求的高输出电压波动。为了利用常规电压调制电路避免这种高输出电压波动，可增大开关电压(例如在300kHz时如曲线410所示)或增大电感值(例如在90μH时如曲线430所示)。
随着开关频率的增大，随之而来的问题是增大了开关损失，特别是在经受高输入电压(例如由负载突降等造成)时。因此，开关频率的增大会增加散热量，这又会要求增加用于电压调制电路的外部部件的尺寸。因此，增大开关频率是不可取的。
虽然增大电感值可避免增大开关频率的需求，但增大的电感值会显著降低电压调制电路的效率(如图5中以及下文所述)。
对于根据本发明适配的电压调制电路来说，其由曲线440表示，在Vin*Iload的值较小时，开关频率可配置为相对较高的值，例如为300kHz。由此，输出电压波动保持为足够低，以实现良好性能，同时也允许可接受的较低电感值，由此提供良好的电压转换效率。但是，当Vin*Iload达到阈值(大致由箭头450表示)时，开关频率如上所述例如降低至150kHz。由此，可避免由高输入电压和高开关频率导致的开关损失的显著增大。虽然这种开关频率的降低会导致输出电压波动的增大(如曲线440所示)，但是因为导致Vin*Iload增大超过阈值的操作情况通常是异常的，这种输出电压波动的暂时退化通常被认为是可接收的折衷方案。
现在参考图5，其是示出已知电压调制电路和根据本发明一个实例适配的比较的电压调制电路的、效率相对于输入电压乘以负载电流(Vin*Iload)绘制的示例的曲线图500。特别地，曲线图500示出第一曲线510，其说明了被设置为使用常规PWM的电压调制电路(包括150kHz的固定开关频率，并包括采用90μH的电感器的形式的能量存储部件)的，相对于Vin*Iload绘制的效率。曲线图500还示出第二曲线520，其说明了根据本发明一个实例适配的电压调制电路(包括可适配的开关频率，并包括采用47μH的电感器的形式的能量存储部件)的，相对于Vin*Iload绘制的效率。
参考图4的曲线430，如上文所述，在该实例中，由曲线510表示的常规电压调制电路的90μH的高电感值和150kHz的较低开关频率带来的问题是高电感值和低开关频率会导致电压调制电路相对较差的效率性能，如曲线510所示。但是，对于根据本发明适配的电压调制电路(由曲线520表示)来说，对于较低的Vin*Iload值来说，可将开关频率配置得较高的值，例如300kHz。由此，较高的开关频率和较低的电感值会产生相对较高的效率。当Vin*Iload达到阈值(大致由箭头530表示)时，开关频率如上所述例如降低至150kHz，以便避免由高输入电压和高开关频率导致的开关损失的增大。虽然这种开关频率的降低会导致电压调制电路的输出效率降低(如曲线520所示)，但因为导致Vin*Iload增大超过阈值的操作情况通常是异常的，这种效率的暂时降低通常被认为是可接受的折衷方案。
因此，如图3至5所示，根据本发明的实例适配的电压调制电路能实现在较低输入电压电平下的效率、输出电压波动、和动态响应的良好性能，同时降低由较高输入电压电平引起的开关损失，且因此降低例如需要被耗散为热量的功率量。此外，根据本发明的实例适配的电压调制电路需要电压调制电路的外部部件的减小的尺寸。
现在参考图6，其示出用于将输入节点处的输入电压电平转换为输出节点处的输出电压电平的方法的一个实例的简化流程图600，该方法例如可由诸如DC至DC转换器等的电压调制电路执行。该方法开始于步骤610，且进行至步骤620，其中，接收在输入节点620处的输入电压电平的指示。对于所述实例来说，该方法随后包括在步骤630中接收负载电流指示。随后，在步骤640中，通过组合所接收的输入电压指示和负载电流指示而产生输入参考值。随后在步骤650中，将输入参考值与一个或多个阈值进行比较，从而确定适当的开关频率值。随后在步骤660中，根据所确定的开关频率值来配置开关频率，且随后在步骤670中，根据所配置的开关频率来调节输入节点到输出节点的连接。
在以上说明书中，已经参考本发明的实施例的特定实例说明了本发明。但显而易见的是，在不脱离随附权利要求中阐明的本发明的广义范围的情况下，可对本发明做出各种改进和改变。例如，连接可以是适于例如通过中间装置，从相应节点、单元或装置传送信号或将信号传送至相应节点、单元或装置的任意类型的连接。因此，除非暗示或明确规定，否则连接可以例如是直接连接或间接连接。
因为执行本发明的设备大都由本领域技术人员熟知的电子部件和电路构成，所以如上所述，为了理解和认识本发明的基本概念以及为了不混淆或分散本发明的教导内容，将不会以比认为必须的更大程度来详细说明电路细节。
虽然已经参考特定传导类型或特定的电势极性说明了本发明，但是本领域技术人员将认识到可以颠倒所述传导类型或电势极性。
可以理解的是，本文所述的架构仅是示例性的，且实际上可采用能实现相同功能的多种其他架构。在抽象但明确的意义上，实现相同功能的部件的任意设置实际上都是“关联的”，以便实现所需功能。因此，不管架构如何或是否存在中间部件，本文中组合的以实现特定功能的任意两个部件都可被视为彼此“关联”，以便实现所需功能。同样地，任意两个如上关联在一起的部件也可被视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”，从而实现所需功能。
此外，本领域技术人员将认识到上述操作的功能之间的界限仅为说明性的。多个操作的功能可组合成单一操作，和/或单一操作的功能可分解成另外的操作。此外，可替换的实施例可包括特定操作的多种实例，且在各种其他实施例中可改变操作的顺序。
而且，本发明并不限于以非可编程硬件来实现的物理装置或单元，而是还可应用于能根据合适的程序代码进行操作来执行所需装置功能的可编程装置或单元。此外，装置可物理分布于多个设备上，同时功能上可操作为单一装置。而且，功能上构成分离装置的装置可集成在单一物理装置中。其他改进、变型和替换方案也是可行的。因此，说明书和附图应被视为说明性而不是限制性的。
在权利要求中，括号中的任何附图标记都不应解释为是对权利要求的限定。词语“包括”不排除存在除记载在权利要求中之外的其他元素或步骤。而且，本文中使用的术语“一”应解释为一个或一个以上。而且，权利要求中使用的诸如“至少一个”和“一个或一个以上”的引导性短语不应解释为暗示通过不定冠词“一”引入另一要求保护的元素将包含这种引导性要求保护的元素的任意特定权利要求限制为仅包含一个这种元素的发明，即使在相同的权利要求包括引导性短语“至少一个”或“一个或一个以上”以及诸如“一”的不定冠词时也是如此。这也适用于定冠词的使用。除非另外说明，否则诸如“第一”和“第二”的术语用于任意区分利用这种术语进行修饰的元素。因此，这些术语不一定旨在表示这些元素的时间或其他优先次序。事实上记载在相互不同的权利要求中的某些度量并不表示它们的组合不能用于有利的方面。

Claims (12)

1.一种集成电路(IC)(105)，其包括设置为将输入节点(110)处的输入电压电平转换为输出节点(115)处的输出电压电平的电压调制电路(100)，该电压调制电路(100)包括：
开关元件(120)，其设置为在所述开关元件处于导通状态时将所述输入节点(110)连接至所述输出节点(115)；
开关控制模块(125)，其操作地耦合至所述开关元件(120)，并设置为根据开关频率通过开关元件(120)来控制所述输入节点(110)到所述输出节点(115)的连接，以及
频率控制模块(130)，其操作地耦合至开关控制模块(125)，并设置为：
接收在所述输入节点(110)处的输入电压电平的输入电压电平指示(132)，
将至少部分地基于所述输入电压电平指示(132)的输入参考值(136)与至少一个第一阈值进行比较；
如果所述输入参考值(136)被确定为小于所述第一阈值，则确定适当的开关频率值以包括第一开关频率；
如果所述输入参考值(136)被确定为大于所述第一阈值，则将所述输入参考值(136)与至少一个进一步的阈值进行比较；
如果所述输入参考值(136)被确定为小于所述至少一个进一步的阈值，则确定适当的开关频率值以包括第二个降低的开关频率；
如果所述输入参考值(136)被确定为大于所述至少一个进一步的阈值，则确定适当的开关频率值以包括至少一个进一步降低的开关频率；以及
根据所确定的适当的开关频率来配置所述开关频率。
2.根据权利要求1所述的集成电路(105)，其中，所述频率控制模块(130)还设置为接收负载电流的指示(134)，并将所述输入电压电平指示(132)与所述负载电流指示(134)组合，从而产生所述输入功率参考值(136)。
3.根据前述权利要求任一项所述的集成电路(105)，其中，所述电压调制电路(100)还包括振荡器电路(140)，所述振荡器电路(140)设置为根据从所述频率控制模块(130)接收的频率控制信号(138)产生开关频率信号(145)，且将所述开关频率信号(145)提供给所述开关控制模块(125)；且其中所述开关控制模块(125)设置为根据所述开关频率信号(145)通过所述开关元件(120)来调节所述输入节点(110)到所述输出节点(115)的连接。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的集成电路(105)，其中，所述开关控制模块(125)还设置为接收占空比信号(150)，且还根据所述占空比信号(150)通过所述开关元件(120)来调节所述输入节点(110)到所述输出节点(115)的连接。
5.根据权利要求4所述的集成电路(105)，其中，所述占空比信号(150)基于负载电流指示(134)与从所述输出节点(115)反馈的电压反馈信号(160)之间的比较。
6.根据权利要求5所述的集成电路(105)，其中，根据所述输出节点(115)处的所述输出电压电平的指示(185)和电压参考信号(180)之间的比较而产生所述电压反馈信号(160)。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的集成电路(105)，其中，所述电压调制电路(100)包括降压转换器。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的集成电路(105)，其中，所述电压调制电路(100)还包括操作地耦合在所述开关元件(120)和所述输出节点(115)之间的至少一个能量存储部件(190，195)；且其中所述至少一个能量存储部件(190，195)包括从由电感器、变压器和电容器组成的组中选出的至少一个元件。
9.一种设置为将输入节点(110)处的输入电压电平转换为输出节点(115)处的输出电压电平的电压调制电路(100)，所述电压调制电路(100)包括：
开关元件(120)，其设置为在所述开关元件处于导通状态时将所述输入节点(110)连接至所述输出节点(115)；以及
开关控制模块(125)，其操作地耦合至所述开关元件(120)，并设置为根据开关频率通过所述开关元件(120)来控制所述输入节点(110)到所述输出节点(115)的连接，
其中，所述电压调制电路(100)还包括频率控制模块(130)，所述频率控制模块(130)操作地耦合至所述开关控制模块(125)，并设置为接收在所述输入节点(110)处的输入电压电平的指示(132)，且：
将至少部分地基于所述输入电压电平指示(132)的输入参考值(136)与至少一个第一阈值进行比较；
如果所述输入参考值(136)被确定为小于所述第一阈值，则确定适当的开关频率值以包括第一开关频率；
如果所述输入参考值(136)被确定为大于所述第一阈值，则将所述输入参考值(136)与至少一个进一步的阈值进行比较；
如果所述输入参考值(136)被确定为小于所述至少一个进一步的阈值，则确定适当的开关频率值以包括第二个降低的开关频率；
如果所述输入参考值(136)被确定为大于所述至少一个进一步的阈值，则确定适当的开关频率值以包括至少一个进一步降低的开关频率；以及
根据所确定的适当的开关频率值来配置所述开关频率。
10.一种电子系统(200)，其包括根据权利要求1所述的集成电路(105)。
11.根据权利要求10所述的电子系统(200)，其中，所述电子系统(200)包括单板计算机装置。
12.一种用于将输入节点处的输入电压电平转换为输出节点处的输出电压电平的方法(600)，所述方法包括：
接收所述输入节点处的所述输入电压电平的指示(620)；
将至少部分地基于所述输入电压电平指示(132)的输入参考值(136)与至少一个第一阈值进行比较；
如果所述输入参考值(136)被确定为小于所述第一阈值，则确定适当的开关频率值以包括第一开关频率；
如果所述输入参考值(136)被确定为大于所述第一阈值，则将所述输入参考值(136)与至少一个进一步的阈值进行比较；
如果所述输入参考值(136)被确定为小于所述至少一个进一步的阈值，则确定适当的开关频率值以包括第二个降低的开关频率；
如果所述输入参考值(136)被确定为大于所述至少一个进一步的阈值，则确定适当的开关频率值以包括至少一个进一步降低的开关频率；
根据所确定的适当的开关频率值来配置开关频率(660)；以及
根据所配置的开关频率来调节所述输入节点到所述输出节点的连接(670)。
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