CN103019289B - 用于集成电路的自适应偏置 - Google Patents

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Abstract

公开了用于产生可调偏置电流的方法和装置。所述可调偏置电流的值可部分基于一个误差信号而确定，所述误差信号代表功率转换器的实际输出值和期望输出值之间的差。当所述误差信号在一个下阈值电压以下时，所述可调偏置电流可被设为一个第一值。当所述误差信号在一个上阈值电压以上时，所述可调偏置电流可被设为一个更高的第二值。当所述误差信号在所述下阈值电压和所述上阈值电压之间时，所述可调偏置电流可随着所述误差信号线性变化。

Description

用于集成电路的自适应偏置
相关申请的交叉引用
本申请要求享有同此提交的名称为“Controller with ConstantCurrent Limit”（代理人案卷号为No.68660-2000500）的美国专利申请No.13/243,813的优先权。
技术领域
本公开文本总体涉及功率转换器，更具体地，本公开文本涉及用于功率转换器的控制器。
背景技术
功率转换器在许多电气设备中被用于将交流（ac）电源转换为直流（dc）电源。通常，这些转换器包括一个控制器，该控制器将一个功率开关在通态（ON state）和断态（OFF state）之间切换，以控制传输至转换器的输出的功率的量。
在一些设备中，控制器可包括在集成电路内并且可使用比较器、运算放大器和类似的电路来执行各种功能。这些模拟和数字电路通常依赖于电流差——称为偏置电流——来工作。偏置电流的大小影响电路的速度。例如，较快的比较器一般要求大的偏置电流，而较慢的比较器一般要求较小的偏置电流。类似地，高带宽的放大器一般要求大的偏置电流，而低带宽的放大器一般要求较小的偏置电流。
在高负载时，可能会希望具有快的电路，而在低负载时，较慢的电路可以是可接受的。常规的功率转换器一般供应大小足以使电路以高负载时所要求的速度工作的一个稳定的偏置电流。尽管以这种方式供应偏置电流允许电路在轻负载和高负载条件下都以足够的速度工作，但在低功率消耗非常重要的情况下，在轻负载条件下就浪费了功率。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种用于产生可调偏置电流的电路，所述电路包括：
一个基准电流电路，可操作以产生一个恒定基准电流；
一个比较电路，可操作以：
接收一个代表实际输出值和期望输出值之间的差的误差信号；
接收一个代表下阈值电压的基准信号；以及
产生一个可调基准电流，其中所述可调基准电流的值可至少部分基于所述误差信号和所述基准信号之间的差变化；以及一个输出电路，耦合至所述基准电流电路和所述比较电路，所述输出电路可操作以至少部分基于所述恒定基准电流和所述可调基准电流产生所述可调偏置电流。
根据本发明的另一方面，提供一种用于产生一个可调偏置电流的方法，所述方法包括：
接收一个代表实际输出值和期望输出值之间的差的误差信号；
接收一个代表下阈值电压的基准信号；以及
产生一个可调偏置电流，其中所述可调偏置电流的值可至少部分基于所述误差信号和所述基准信号之间的差变化。
根据本发明的又一方面，提供一种功率转换器，该功率转换器包括：
一个直流-直流转换器，被耦合以接收一个未经调节的直流输入电压并且输出一个经调节的直流输出电压；以及
一个控制器，耦合至所述直流-直流转换器并且被耦合以控制通过所述直流-直流转换器的能量传递，其中所述控制器包括：
一个放大器，可操作以产生一个代表实际输出值和期望输出值之间的差的误差信号；
一个基准电流电路，可操作以产生一个恒定基准电流；
一个比较电路，可操作以：
接收所述误差信号；
接收一个代表下阈值电压的基准信号；以及
产生一个可调基准电流，其中所述可调基准电流的值可至少部分基于所述误差信号和所述基准信号之间的差变化；以及
一个输出电路，耦合至所述基准电流电路和所述比较电路，所述输出电路可操作以至少部分基于所述恒定基准电流和所述可调基准电流产生所述可调偏置电流。
附图说明
本发明的多个实施方案的上述以及其他方面、特征和优点将根据下面结合附图提供的对其更具体的描述而变得更明了。
图1是示出一个示例功率转换器的功能方框图。
图2是根据本发明的一个实施方案的一个示例可调偏置电流发生器的电路图。
图3示出在图2的示例可调偏置电流发生器中的一个误差电压和一个可调偏置电流之间的关系。
图4是可接收可调偏置电流的一个示例比较器的电路图。
图5是示出根据本发明的一个实施方案的包括一个可调偏置电流发生器的一个示例功率转换器的功能方框图。
图6示出根据本发明的一个实施方案的用于产生可调偏置电流的一个示例方法。
具体实施方式
在下文的描述中，阐明了许多具体细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域普通技术人员会明了，实施本发明不必使用所述具体细节。在其他情况下，为了避免模糊本发明，没有详细描述众所周知的材料或方法。
在本说明书全文中提到“一个实施方案”“一实施方案”“一个实施例”或“一实施例”意指，关于该实施方案或实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，在本说明书全文中多个地方出现的短语“在一个实施方案中”“在一实施方案中”“一个实施例”或“一实施例”未必全都指相同的实施方案或实施例。再者，具体的特征、结构或特性可以在一个或多个实施方案或实施例中以任何合适的组合和/或子组合结合。具体的特征、结构或特性可被包括在提供所述的功能性的一个集成电路、电子电路、组合逻辑电路或其他合适的部件中。此外，应理解，在此提供的附图是出于向本领域普通技术人员解释的目的，并且这些图未必按比例绘制。
在下文描述的多个实施方案中，可调偏置电流发生器可产生具有如下电流的可调偏置电流：该电流部分基于代表功率转换器的实际输出值和期望输出值之间的差的误差信号。所述偏置电流发生器可被配置使得当误差信号在一个下阈值电压以下时，所述可调偏置电流可被设为第一值。所述偏置电流发生器还可被配置使得当误差信号在一个上阈值电压以上时，所述可调偏置电流可被设为一个较高的第二值。所述偏置电流发生器还可被配置使得当误差信号在所述下阈值电压和所述上阈值电压之间时，所述可调偏置电流可随着误差信号成比例变化。
图1是示出一个示例功率转换器100的功能方框图，可使用具有产生可调偏置电流的电路的控制器170控制该功率转换器100。功率转换器100被提供为可使用控制器170进行控制的转换器的一个一般示例。尽管下文描述了具体实施例，但应理解，具有其他类型的功率转换器拓扑——诸如但不限于，回扫、正激、降压、升压拓扑等——的功率转换器也可得益于本公开文本的教导。
在该示出的实施例中，功率转换器100包括一个直流-直流转换器110，该直流-直流转换器110用于从一个未经调节的直流输入电压VIN105向负载145提供一个经调节的直流输出电压VO 140。在图1的实施例中，输入电压VIN 105相对于输入回路（input return）195为正，输出电压VO 140相对于输出回路（output return）150为正。在一些实施例中，输入回路195可耦合至输出回路150，而在另一些实施例中，输入回路195可与输出回路150隔离。在一些实施例中，直流-直流转换器110包括一个开关120，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），该开关进行切换以控制通过能量传递元件125的能量传递。具体而言，通过在通态（允许开关传导电流）和断态（阻止开关传导电流）之间切换，开关120可被用于控制在能量传递元件125的初级绕组中的电流ISW 115的量，从而控制传递至能量传递元件125的输出绕组的功率的量。直流-直流转换器110还包括一个用于对输出电压VO 140滤波的输出电容器130。直流-直流转换器110还可包括用于限制开关120上的最大电压的箝位电路（未示出）、用于产生反馈信号UFB 165的反馈电路（未示出）或者本领域技术人员知道如何进行布置用于一个具体应用的其他电路元件。
在一些实施例中，功率转换器100可替代地接收一个未经调节的交流输入电压，并且可包括一个用于整流该交流输入电压以产生未经调节的直流输入电压VIN 105的桥式整流器（未示出）。
功率转换器100还包括控制器170，该控制器用于通过选择性地安排开关120的切换事件来控制输出电压VOUT 140、输出电流IO 135或二者的组合。具体而言，控制器170可被配置用于通过向开关120的门接线端（gate terminal）或控制端发送具有周期TS的驱动信号UD 155来开始一个切换事件。响应于驱动信号UD 155，开关120可被驱动为通态或断态。控制器170可调节切换事件的特性（例如，频率、持续时间等）以控制传送至功率转换器100的输出的功率的量。可根据多个信号调节切换事件的特性，所述信号诸如：电流感测160，其代表开关电流ISW 115；以及，反馈信号UFB 165，其可代表输出电压VO 140、输出电流IO 135或二者的组合。
控制器170还可包括放大器185，用于比较反馈信号UFB 165与基准信号UREF 180以产生误差信号UERROR 190，所述基准信号代表一个期望输出（例如，输出电压VO 140），所述误差信号UERROR 190代表实际输出电压和期望输出电压（例如，输出电压VO 140）之间的差。在一个实施例中，放大器185包括一个积分器，该积分器对基准信号UREF 180和反馈信号UFB 165之间的差进行积分。在另一些实施例中，放大器185可包括一个微分器以及一个积分器，以根据输入电压VIN105和输出电流IO 135的变化提供电源的稳定性和性能的期望特性，如本领域公知的。控制器170还可包括控制电路175，用于接收电流感测160信号以及用于产生驱动信号UD 155。在一些实施例中，控制器170可被实现为集成电路。在另一些实施例中，控制器170和开关120可构成被制造为混合集成电路或单片集成电路的集成控制电路的一部分。
图2示出一个示例可调偏置电流发生器200的电路图。偏置电流发生器200被配置为产生具有如下一个值的可调偏置电流：所述值基于代表功率转换器的实际输出和期望输出之间的差的一个误差信号的电压而变化。所述误差信号还可代表附接至功率转换器的负载。因此，所述可调偏置电流对于较大负载可具有较大值，对于较小负载可具有较小值。结果，在低负载条件期间可消耗较少的功率。可调偏置电流发生器200可与同图1中所示的控制器170类似或相同的一个控制器分开，或者部分包括在或完全包括在其内。
可调偏置电流发生器200包括电源电压VSUPPLY 204、电流源206、运算放大器216和234、晶体管208、210、218、220、222、230和232以及电阻器228。运算放大器216和234以及相应的晶体管218和230被配置为电压跟随器，使得在每个放大器的倒相输入处的电压基本等于在同相输入处的电压。在该示出的实施例中，可调偏置电流发生器200包括基准电流电路，所述基准电流电路包括用于产生恒定基准电流214的电流源206以及晶体管208和210。在一些实施例中，电流源206产生具有恒定值IREF的恒定电流212，该恒定电流可被传导通过二极管接法晶体管（diode connected transistor）208。晶体管210的栅极耦合至晶体管208的栅极，从而将晶体管210耦合至晶体管208作为电流镜。晶体管210的沟道宽度与沟道长度的比值可以与晶体管208的沟道宽度与沟道长度的比值相同或者至少基本相同。因此，晶体管210可传导一个等于或至少基本等于电流源206产生的恒定电流212的恒定基准电流214。本领域技术人员应理解，晶体管208和210不必具有这样的尺寸使得基准电流214基本等于电流源206产生的恒定电流212。根据本公开文本的教导，晶体管208和210可被选择使得基准电流214是电流212的一个任意倍数或任意分数，并且偏置电流发生器200中的其他部件的值可被合适地调节，以实现期望性能。
偏置电流发生器200还包括一个比较电路，该比较电路包括晶体管218、230和232、运算放大器216和234以及电阻器228。在一些实施例中，比较电路基于误差电压VERROR 202（误差信号UERROR 190的一个例子）和基准信号VLREF 236之间的差产生可调基准电流240。在该示出的实施例中，晶体管232的栅极耦合至晶体管208的栅极，将晶体管232和晶体管208耦合作为电流镜。然而，与晶体管210不同，晶体管232的沟道宽度与沟道长度的比值可以是晶体管208的沟道宽度与沟道长度的比值的“N”倍。因此，晶体管232可传导等于(N×IREF)的电流238。
晶体管232还耦合至电阻器228、晶体管230以及晶体管218，使得晶体管232中的电流与晶体管230、电阻器228以及晶体管218中的电流相同。晶体管230和218的栅极分别耦合至运算放大器234和216的输出。运算放大器216在其同相输入端子处接收误差电压VERROR202，该误差电压可以是代表误差信号UERROR 190的电压，运算放大器216在其倒相输入端子处耦合至电阻器228的第一端。运算放大器234在其倒相输入端子处接收基准电压VLREF 236，该基准电压代表误差电压VERROR 202的下阈值，运算放大器234在其同相输入端子处耦合至电阻器228的第二端。在运算放大器216和234以这种方式耦合为电压跟随器时，当VERROR 202大于VLREF 236且小于VLREF+(N×IREF×R)时，运算放大器216和234使晶体管232中有具有等于的(VERROR-VLREF)/(R)的值IADJ的电流240。然而，由于晶体管232的沟道宽度与沟道长度的比值是晶体管208的沟道宽度与沟道长度的比值的“N”倍，因此电流240的最大值IADJ等于(N×IREF)。因此，当VERROR 202大于VLREF+(N×IREF×R)时，运算放大器234和晶体管230不能将运算放大器234的同相输入处的电压保持在值VLREF 236。结果，对于大于VLREF+(N×IREF×R)的VERROR 202值，电阻器228中的电流IADJ 240保持恒定。另外，当VERROR 202小于基准电压VLREF 236时，运算放大器216和晶体管218不能将电流传导到电阻器228，因此晶体管232基本不传导电流。
在一些实施例中，N可等于3或更大。然而，应意识到，根据基准电流IREF和偏置电流226的期望最大值，也可使用其他值。另外，可基于可用电压（例如，VSUPPLY 204）以及所期望的偏置电流226的量来选择电阻器228的电阻R。在另一些实施例中，电阻器228可包括温度无关的电阻器。
偏置电流发生器200还包括一个包括晶体管220和222的输出电路。在一些实施例中，所述输出电路可至少部分基于由基准电流电路产生的恒定基准电流214和由比较电路产生的可调基准电流240输出可调偏置电流226。在该示出的实施例中，二极管接法晶体管220耦合至电源电压VSUPPLY 204、晶体管210、晶体管218以及晶体管222。这样，晶体管220中的电流等于晶体管210中的电流（电流214）加上晶体管218、晶体管230、电阻器228以及晶体管232中的电流（电流240）。如上所述，晶体管210中的电流214具有等于恒定基准电流IREF的恒定值，而晶体管218、晶体管230、电阻器228以及晶体管232中的电流240可具有在零和(N×IREF)之间的一个可调值IADJ。因此，晶体管220中的电流具有IREF到(IREF+(N×IREF))安培（A）的范围。
在输出电路中，晶体管222的栅极耦合至晶体管220的栅极，从而将晶体管222耦合至晶体管220作为电流镜。晶体管222的沟道尺寸可与晶体管220的沟道尺寸相同或至少基本相同。因此，晶体管222可输出一个具有如下值IBIAS的可调偏置电流226：该值IBIAS等于或至少基本等于（例如，在5%或更小的范围内）晶体管220中的电流。在图2的实施例中，晶体管220和222的栅极相对于输入回路195具有电压VGBIAS。本领域技术人员将意识到，晶体管220和222不是必需具有这样的尺寸使得可调偏置电流226基本等于晶体管220中的电流。根据本公开文本的教导，晶体管220和222可被选择使得偏置电流226是晶体管220中的电流的一个任意倍数或一个任意分数，以实现期望性能。
图3示出图解误差电压VERROR 202和可调偏置电流226之间的关系的示例曲线。如图3中所示，当误差信号UERROR 190的误差电压VERROR 202等于或小于基准电压VLREF 236时，偏置电流226等于最小电流极限IMIN 340。参照回图2，当误差电压VERROR 202等于或小于基准电压VLREF 236时，电流240的值IADJ等于或至少基本等于零。结果，当误差电压VERROR 202等于或小于基准电压VLREF 236时，晶体管220中的电流，并且因此晶体管222中的偏置电流226等于IREF(晶体管210中的恒定基准电流214)。
当误差电压VERROR 202在基准电压VLREF 236和上阈值电压VH 360之间时，可调偏置电流226随误差电压VERROR 202成比例（以1/R的斜率380）变化。参照回图2，随着误差电压VERROR 202增加到基准电压VLREF 236以上，晶体管218、晶体管230、电阻器228以及晶体管232传导具有值IADJ的电流240。由于电阻器228是恒定值，具有值IADJ的电流240线性增加。结果，当误差电压VERROR 202在基准电压VLREF 236和上阈值电压VH 360之间时，晶体管220中的电流，并且因此晶体管222中的偏置电流226等于IREF(晶体管210中的恒定基准电流214)加上具有值IADJ的线性增加的电流240。
如图3中所示，当误差电压VERROR 202等于或大于上阈值电压VH360时，偏置电流226等于最大电流极限IMAX 320(IREF+IADJ)。上阈值VH 360对应于使具有值IADJ的电流240达到其最大值的误差电压VERROR 202的值。参照回图2并且如上所述，随着误差电压VERROR202增加到基准电压VLREF 236以上，偏置电流226线性增加。然而，随着误差电压VERROR 202增加到上阈值电压VH 360，电流240达到其最大值(N×IREF)并且保持恒定或者至少基本恒定——对于大于VH360的误差电压VERROR 202值。对于大于VH 360的误差电压VERROR 202值，运算放大器234和晶体管230不能控制运算放大器234的同相输入处的电压，电阻器228中的电流仅由晶体管232中的镜像基准电流决定。结果，当误差电压VERROR 202大于上阈值电压VH 360时，晶体管220中的电流，并且因此晶体管222中的偏置电流226等于基准电流IREF(晶体管210中的恒定基准电流214)加上电流240的最大值(N×IREF)。
如上所述，误差信号UERROR 190的误差电压VERROR 202可随着附接至功率转换器的负载而变化。结果，可调偏置电流226可随着负载（以及误差信号UERROR 190的误差电压VERROR 202）增加而增加，同时可调偏置电流226可随着负载（以及误差信号UERROR 190的误差电压VERROR 202）减小而减小。这样，当需要较小电流时，可通过提供一个较小的偏置电流来节省功率。
如上所述，偏置电流发生器200产生的可调偏置电流226可由比较器、运算放大器以及类似电路用于执行各种功能。例如，图4示出了如下一个示例比较器400的电路图：所述比较器可接收偏置电流226并且可包括在与控制器170类似或相同的一个控制器内。比较器400包括晶体管405、420、425、430、435、440、445、450、455、460、465以及470。比较器400还包括施密特倒相器475以及倒相器415和480。
如图4中所示，比较器400从图2中所示的可调偏置电流发生器200的晶体管222接收偏置电流226。晶体管405中的偏置电流226被镜像在晶体管455和470中。比较器400在晶体管445的栅极处接收倒相输入VINN，并且在晶体管450的栅极处接收同相输入VINP。由于晶体管455保持具有值IBIAS的恒定电流490，因此晶体管445和450中的电流的和也是恒定的。因此，输入VINN和VINP分别控制晶体管445和450中的电流的相对量。例如，当同相输入VINP大于倒相输入VINN时，晶体管450中的电流大于晶体管445中的电流。结果，晶体管440的漏-源电压高，从而拉低晶体管430的栅极处的电压。这减小了晶体管430的漏-源电压，从而将施密特倒相器475的输入处的电压拉高。因此施密特倒相器475的电压输出是低值。倒相器480将施密特倒相器475输出的低电压倒相为高值。
相反，当同相输入VINP小于倒相输入VINN时，晶体管450中的电流小于晶体管445中的电流。结果，晶体管440的漏-源电压低，从而将晶体管430的栅极处的电压拉高。这增加了晶体管430的漏-源电压，从而将施密特倒相器475的输入处的电压拉低。因此施密特倒相器475的电压输出是高值。倒相器480将施密特倒相器475输出的高电压倒相为低值。
在图4示出的实施例中，比较器400包括可选的关断电路。具体而言，比较器400在晶体管460的栅极、晶体管465的栅极以及倒相器415的输入处接收关断信号VSD 410。当关断信号VSD 410无效（低值）时，晶体管460、465、420以及425被切换至断态，允许比较器如上所述地正常工作。然而，当关断信号VSD 410有效（高值）时，晶体管420、425、460以及465被切换至通态，从而将施密特倒相器475的输入处的电压拉低。结果，输出485也被拉低。
尽管上面提供了比较器400的一个具体实施例，但本领域普通技术人员应理解，可调偏置电流226可类似地被供应至具有其他已知拓扑和配置的比较器、运算放大器以及其他类似电路。
图5示出一个示例回扫转换器500，该回扫转换器可与具有与上文所述的可调偏置电流发生器相似或相同的可调偏置电流发生器的控制器一起使用。功率转换器500被配置为接收输入电压VIN 105以及输出一个输出电压VO 140和一个输出电流IO 135。
功率转换器500类似于功率转换器100，只是功率转换器500包括一个偏置绕组540以感测输出电压VO 140。具体而言，功率转换器500包括一个包括耦合电感器的能量传递元件T1，该耦合电感器具有初级绕组515、次级绕组520以及偏置绕组540。能量传递元件T1提供功率转换器500的输入侧和输出侧之间的电流隔离，以防止输入侧和输出侧之间的直流电流。输入回路195电耦合至一般被称为在功率转换器500的“输入侧”上的电路。类似地，输出回路150——可与输入回路195隔离并且分开——电耦合至一般被称为在功率转换器500的“输出侧”上的电路。功率转换器500还包括箝位电路505，以限制开关120上的最大电压。
功率转换器500还包括开关120，该开关耦合至能量传递元件T1的初级绕组515，使得在工作中，当开关120处于通态时，能量传递元件T1以电流ISW 115接收能量，在开关120被切换至断态之后，能量传递元件T1将能量传送至功率转换器500的输出。开关120可包括晶体管，诸如金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、双极结型晶体管（BJT）或任何其他晶体管，或者任何其他可由一个控制信号接通和断开的开关。
功率转换器500还包括控制器565，该控制器被配置为使用驱动信号UD 155控制开关120。控制器565输出的驱动信号UD 155可耦合至开关120的门接线端或控制端，并且可使开关120在通态和断态之间切换以控制在能量传递元件T1的初级绕组515中的开关电流ISW115的量，从而控制传递至能量传递元件T1的输出绕组525的功率的量。控制器565可调节切换事件的特性（例如，频率、持续时间等），以控制传送至功率转换器500的输出的功率的量。切换事件的特性可根据多个信号调节，所述信号例如：电流感测160，其代表开关电流ISW 115；电压感测VSENSE 555，其代表输出电压VO 140；以及，输入电压VIN 105。功率转换器500的输出可通过二极管D1525整流并且通过电容器C1 530滤波，以产生输出电压VO 140和输出电流IO 135。
如图5中所示，感测电路550的偏置绕组540适于通过将电压感测VSENSE 555发送至控制器565来提供主反馈，这允许从功率转换器500的输入侧间接感测输入电压VIN 105和输出电压VO 140。在开关120的接通时间期间，偏置绕组540产生一个代表输入电压VIN 105的电压VB 545。在开关120的断开时间期间，电压感测VSENSE 555的电压VB 545可等于输出电压VO 140，或者比例缩放形式的输出电压VO140。由于能量传递元件T1中的磁耦合，在开关120被切换至断态后，能量被传送至输出绕组525和偏置绕组540。磁耦合还使得偏置绕组540上感应的电压与次级绕组520上的电压基本成比例。由于在二极管D1525导通时输出绕组525上的电压比输出电压VO 140大仅大约0.7V（二极管正向压降），因此当在开关120的断态期间传递能量时，偏置电压VB 545增加至一个代表输出电压VO 140的电压。换言之，控制器565可使用电压感测VSENSE 555来将所感测的输出电压调节至一个代表期望输出电压的期望电压。例如，偏置电压VB 545的正向部分（positive portion）可被调节至约10V，以将输出电压VO 140间接调节至约5V。
在一些实施例中，控制器565包括一个用于接收电压感测VSENSE555以及产生反馈信号UFB 165的信号分离器电路560。控制器565还包括放大器185，用于放大反馈信号UFB 165和基准信号UREF 180之间的差以产生误差信号UERROR 190，所述反馈信号UFB 165代表输出电压VO 140，所述基准信号UREF 180代表期望输出电压，所述误差信号UERROR 190代表期望输出电压和实际输出电压之间的差。控制器565还包括一个控制电路175，用于至少部分基于误差信号UERROR 190和电流感测160来产生驱动信号UD 155。
在一些实施例中，控制器565的控制电路175可包括与图2的偏置电流发生器200类似或相同的一个偏置电流发生器。所述偏置电流发生器可利用放大器185输出的误差信号UERROR 190来产生如上文关于图2和3所描述的可调偏置电流。所述可调偏置电流可用于在低负载条件和高负载条件下使比较器、运算放大器以及其他类似电路高效工作。
在一些实施例中，控制器565可被实现为一个集成电路。在另一些实施例中，控制器565和开关120可构成被制造为混合集成电路或单片集成电路的一个集成控制电路的一部分。
尽管上文提供了一个具体的回扫转换器，但应理解，具有可调偏置电流发生器的控制器可用在具有其他类型的功率转换器拓扑——诸如但不限于，正激、降压、升压拓扑等——的其他功率转换器系统中。
现在参照图6，示出了用于产生可调偏置电流的一个示例方法600。在一些实施例中，可调偏置电流可被供应至一个比较器、运算放大器或其他类似电路。方法600始于方框605，并进行至方框610，在方框610处感测一个功率转换器的输出。例如，可使用一个与偏置绕组540类似或相同的偏置绕组来感测一个代表功率转换器的输出电压的信号。在另一些实施例中，可使用其他用于感测输出的技术。
在方框615，可将所感测的输出与一个基准进行比较。例如，可使用一个与放大器185类似或相同的放大器来将所感测的输出（例如，电压感测VSENSE 555）与一个基准（例如，反馈基准信号UREF 180）进行比较，所感测的输出代表功率转换器的输出，所述基准代表功率转换器的期望输出。
在方框620，可产生一个误差信号。例如，可使用一个与放大器185类似或相同的放大器来产生一个误差信号（例如，误差信号UERROR190），所述误差信号代表期望输出值（例如，基准信号UREF 180）和实际输出值（例如，电压感测VSENSE 555）之间的差。
在方框625，可确定所述误差信号是否小于一个下阈值。例如，可使用一个与可调偏置电流发生器200类似或相同的电路来将误差信号（例如，误差信号UERROR 190的电压VERROR 202）与一个下阈值——诸如基准电压VLREF 236——进行比较。如果误差信号小于所述下阈值，则所述方法可进行至方框630，在方框630处所述可调偏置电流可被设置为一个最小值，在此之后，所述方法可返回至方框610。例如，如果误差信号小于所述下阈值，则所述可调偏置电流可被设为IREF。然而，如果所述误差信号不小于所述下阈值，则所述方法可进行至方框635。
在方框635，可确定所述误差信号是否大于一个上阈值。例如，可使用一个与可调偏置电流发生器200类似或相同的电路来确定所述误差信号（例如，误差信号UERROR 190的电压VERROR 202）是否大于一个上阈值，诸如上阈值电压VH 360。如果误差信号大于所述上阈值，则所述方法可进行至方框640，在方框640处所述可调偏置电流可被设置为一个最大值，在此之后，所述方法可返回至方框610。例如，如果误差信号大于所述上阈值VH 360，则所述可调偏置电流可被设为IREF+(N×IREF)。然而，如果所述误差信号不大于所述上阈值，则所述方法可进行至方框645。
在方框645，可根据所述误差信号将所述可调偏置电流设置为一个值。例如，使用一个与可调偏置电流发生器200类似或相同的电路，所述可调偏置电流可被设置为如图3中所示随着误差信号（例如，误差信号UERROR 190的电压VERROR 202）成比例变化。所述方法可随后返回至方框610。
尽管按一特定顺序给出了方法600的方框，但应理解，这些方框可按任意顺序执行，并且可同时执行一个或多个方框。
对示出的本发明的实施例的上述描述——包括摘要中所描述的内容——不意在是穷举性的或者对所公开的准确形式进行限制。虽然出于示例目的在本文中描述了本发明的具体实施方案和实施例，但是在不偏离本发明的更宽泛主旨和范围的情况下，各种等同修改是可能的。事实上，应意识到，具体的示例电压、电流、频率、功率范围值、时间等是出于解释的目的提供的，并且根据本发明的教导，在其他实施方案和实施例中也可使用其他值。
可根据上述详细描述对本发明的实施例做出这些修改。下列权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制为说明书和权利要求中所公开的具体实施方案。而是，所述范围完全由下列权利要求确定，权利要求应根据权利要求解释的既定原则进行解释。因此，本说明书和附图应被认为是示例性的而非限制性的。

Claims (24)

1.一种用于产生可调偏置电流的电路，所述电路包括：
一个基准电流电路，可操作以产生一个恒定基准电流；
一个比较电路，可操作以：
接收一个代表实际输出值和期望输出值之间的差的误差信号；
接收一个代表下阈值电压的基准信号；以及
通过用第一和第二电压跟随器控制包括在所述比较电路中的一个电阻器的第一端处的电压和第二端处的电压，产生一个可调基准电流，其中所述可调基准电流的值可至少部分基于所述误差信号和所述基准信号之间的差变化；以及
一个输出电路，耦合至所述基准电流电路和所述比较电路，所述输出电路可操作以至少部分基于所述恒定基准电流和所述可调基准电流产生所述可调偏置电流，
其中：
当所述误差信号的电压小于所述基准信号的电压时，所述可调偏置电流的值等于一个第一值；
当所述误差信号的电压大于所述基准信号的电压且小于一个上阈值电压时，所述可调偏置电流的值随着所述误差信号的电压成比例变化；以及
当所述误差信号的电压大于所述上阈值电压时，所述可调偏置电流的值等于一个第二值，其中所述第二值大于所述第一值。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述可调偏置电流的值至少等于所述可调基准电流的值加上一个恒定基准电流的值。
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述基准电流电路包括：
一个电流源，可操作以产生一个恒定电流；
一个第一晶体管，耦合至所述电流源，其中所述第一晶体管被耦合以接收来自所述电流源的所述恒定电流；以及
一个第二晶体管，耦合至所述第一晶体管作为一个电流镜，其中所述第二晶体管被耦合以接收所述恒定基准电流。
4.根据权利要求3所述的电路，其中所述恒定基准电流的值等于所述恒定电流的值。
5.根据权利要求3所述的电路，其中所述比较电路包括：
一个第三晶体管，耦合至所述第一晶体管作为一个电流镜；
一个第四晶体管，耦合至所述第三晶体管；
一个第五晶体管，耦合至所述第三晶体管和所述第四晶体管；
所述电阻器，耦合至所述第三晶体管、所述第四晶体管和所述第五晶体管；
一个第一运算放大器，可操作以接收所述基准信号，其中所述第一运算放大器耦合至所述第四晶体管作为一个电压跟随器，以及其中所述第一运算放大器还被耦合以控制所述电阻器的第一端处的电压；以及
一个第二运算放大器，可操作以接收误差电压，其中所述第二运算放大器耦合至所述第五晶体管作为一个电压跟随器，以及其中所述第二运算放大器还被耦合以控制所述电阻器的第二端处的电压。
6.根据权利要求5所述的电路，其中：
当所述误差信号的电压小于所述基准信号的电压时，所述第四晶体管和所述第五晶体管被配置为处于断态；以及
当所述误差信号的电压大于所述基准信号的电压时，所述第四晶体管和所述第五晶体管被配置为处于有效导通状态。
7.根据权利要求5所述的电路，其中所述可调基准电流的值至少部分基于所述电阻器的第一端处的电压、所述电阻器的第二端处的电压以及所述电阻器的值。
8.根据权利要求1所述的电路，其中所述输出电路包括：
一个第一输出晶体管，耦合至所述基准电流电路和所述比较电路，使得所述第一输出晶体管传导一个输出基准电流，其中所述输出基准电流的值等于所述恒定基准电流与所述可调基准电流的和；以及
一个第二输出晶体管，可操作以输出所述可调偏置电流，其中所述第一输出晶体管和所述第二输出晶体管耦合在一起作为电流镜。
9.根据权利要求1所述的电路，其中所述误差信号包括电压，以及其中所述基准信号包括电压。
10.根据权利要求1所述的电路，被包括在用于功率转换器的一个控制器内，其中所述电路耦合至一个比较器，使得在工作期间，所述可调偏置电流被供应至所述比较器。
11.根据权利要求1所述的电路，被包括在用于功率转换器的一个控制器内，其中所述电路耦合至一个运算放大器，使得在工作期间，所述可调偏置电流被供应至所述运算放大器。
12.根据权利要求1所述的电路，其中所述第二值是所述第一值的至少四倍。
13.一种用于产生一个可调偏置电流的方法，所述方法包括：
接收一个代表实际输出值和期望输出值之间的差的误差信号；
接收一个代表下阈值电压的基准信号；以及
通过用第一和第二电压跟随器控制包括在比较电路中的一个电阻器的第一端处的电压和第二端处的电压，产生一个可调偏置电流，其中所述可调偏置电流的值可至少部分基于所述误差信号和所述基准信号之间的差变化，
其中：
当所述误差信号的电压小于所述基准信号的电压时，所述可调偏置电流的值等于一个第一值；
当所述误差信号的电压大于所述基准信号的电压且小于一个上阈值电压时，所述可调偏置电流的值随着所述误差信号的电压成比例变化；以及
当所述误差信号的电压大于所述上阈值电压时，所述可调偏置电流的值等于一个第二值，其中所述第二值大于所述第一值。
14.根据权利要求13所述的方法，其中产生所述可调偏置电流包括：
响应于所述误差信号的电压减小到所述基准信号的电压以下，将所述可调偏置电流的值减小至一个第一值；
当所述误差信号的电压大于所述基准信号的电压且小于一个上阈值电压时，响应于所述误差信号的电压的变化，使所述可调偏置电流的值随着所述误差信号的电压成比例变化；以及
响应于所述误差信号的电压增加到一个上阈值电压以上，将所述可调偏置电流的值增加到一个第二值，其中所述第二值大于所述第一值。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二值是所述第一值的至少四倍。
16.根据权利要求13所述的方法，进一步包括将所述可调偏置电流供应至一个用于功率转换器的控制器内的比较器。
17.根据权利要求13所述的方法，进一步包括将所述可调偏置电流供应至一个用于功率转换器的控制器内的运算放大器。
18.一种功率转换器，包括：
一个直流-直流转换器，被耦合以接收一个未经调节的直流输入电压并且输出一个经调节的直流输出电压；以及
一个控制器，耦合至所述直流-直流转换器并且被耦合以控制通过所述直流-直流转换器的能量传递，其中所述控制器包括：
一个放大器，可操作以产生一个代表实际输出值和期望输出值之间的差的误差信号；
一个基准电流电路，可操作以产生一个恒定基准电流；
一个比较电路，可操作以：
接收所述误差信号；
接收一个代表下阈值电压的基准信号；以及
通过用第一和第二电压跟随器控制包括在所述比较电路中的一个电阻器的第一端处的电压和第二端处的电压，产生一个可调基准电流，其中所述可调基准电流的值可至少部分基于所述误差信号和所述基准信号之间的差变化；以及
一个输出电路，耦合至所述基准电流电路和所述比较电路，所述输出电路可操作以至少部分基于所述恒定基准电流和所述可调基准电流产生所述可调偏置电流，
其中：
当所述误差信号的电压小于所述基准信号的电压时，所述可调偏置电流的值等于一个第一值；
当所述误差信号的电压大于所述基准信号的电压且小于一个上阈值电压时，所述可调偏置电流的值随着所述误差信号的电压成比例变化；以及
当所述误差信号的电压大于所述上阈值电压时，所述可调偏置电流的值等于一个第二值，其中所述第二值大于所述第一值。
19.根据权利要求18所述的功率转换器，其中所述可调偏置电流的值至少等于所述可调基准电流的值加上一个恒定基准电流的值。
20.根据权利要求18所述的功率转换器，其中所述基准电流电路包括：
一个电流源，可操作以产生一个恒定电流；
一个第一晶体管，耦合至所述电流源，其中所述第一晶体管被耦合以接收来自所述电流源的所述恒定电流；以及
一个第二晶体管，耦合至所述第一晶体管作为一个电流镜，其中所述第二晶体管被耦合以接收所述恒定基准电流。
21.根据权利要求20所述的功率转换器，其中所述比较电路包括：
一个第三晶体管，耦合至所述第一晶体管作为一个电流镜；
一个第四晶体管，耦合至所述第三晶体管；
一个第五晶体管，耦合至所述第三晶体管和所述第四晶体管；
所述电阻器，耦合至所述第三晶体管、所述第四晶体管和所述第五晶体管；
一个第一运算放大器，可操作以接收所述基准信号，其中所述第一运算放大器耦合至所述第四晶体管作为一个电压跟随器，以及其中所述第一运算放大器还被耦合以控制所述电阻器的第一端处的电压；以及
一个第二运算放大器，可操作以接收所述误差电压，其中所述第二运算放大器耦合至所述第五晶体管作为一个电压跟随器，以及其中所述第二运算放大器还被耦合以控制所述电阻器的第二端处的电压。
22.根据权利要求21所述的功率转换器，其中：
当所述误差信号的电压小于所述基准信号的电压时，所述第四晶体管和所述第五晶体管被配置为处于断态；以及
当所述误差信号的电压大于所述基准信号的电压时，所述第四晶体管和所述第五晶体管被配置为处于有效导通状态。
23.根据权利要求18所述的功率转换器，其中所述输出电路包括：
一个第一输出晶体管，耦合至所述基准电流电路和所述比较电路，使得所述第一输出晶体管传导一个输出基准电流，其中所述输出基准电流的值等于所述恒定基准电流与所述可调基准电流的和；以及
一个第二输出晶体管，可操作以输出所述可调偏置电流，其中所述第一输出晶体管和所述第二输出晶体管耦合在一起作为电流镜。
24.根据权利要求18所述的功率转换器，其中所述第二值是所述第一值的至少四倍。
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