CN103812318A - 电流的限制 - Google Patents

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CN103812318A CN201310521800.3A CN201310521800A CN103812318A CN 103812318 A CN103812318 A CN 103812318A CN 201310521800 A CN201310521800 A CN 201310521800A CN 103812318 A CN103812318 A CN 103812318A
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Abstract

在一实施例中，一种电源供应器的控制器是包含一切换式调节器以及一电流限制器。该切换式调节器被配置以产生一输入电流，使得一输出电压被产生以响应于该输入电流以及一输入电压，并且该电流限制器被配置以响应于一个相关该输出电压除以该输入电压的一比例的量来限制该输入电流。例如，此种电源供应器的控制器的一实施例能够通过响应于一个相关该输出电压至该输入电压的比例(例如，升压比例)的量来限制该输入电流，以限制来自一电源供应器的输出或负载电流至一设定的位准。

Description

电流的限制
本发明申请要求2012年11月2日申请的美国临时专利申请案号61/721,790的优先权，该专利申请案以其整体被纳入在此作为参考。
技术领域
本发明涉及电流的限制。
背景技术
电源供应器，例如降压转换器及升压转换器，是用于许多产品，例如计算机以及电话。为了避免电源供应器损害本身、或是该电源供应器中进行供电的构件，该电源供应器可包含过电流保护(over-current-protection，OCP)电路系统，其是避免一或多个电流(例如，负载(供应输出)电流和供应开关电流)超过个别的安全位准。
在一过电流状况期间，虽然电源供应器的过电流保护电路系统能够限制此种电流为可定义的，或是可预测的位准，但是该过电流保护电路系统不能限制一或更多其他的此种电流为可定义的，或是可预测的位准。举例来说，虽然用于一升压转换器的过电流保护电路系统能够在一过电流状况期间将该转换器切换电流限制成一可定义的位准，但是该过电流保护电路系统不能在一过电流状况期间将该转换器输出(负载)电流限制成一可定义的，或是可预测的位准。尽管有该过电流保护电路系统的动作，该过电流保护电路系统不能在一过电流状况期间将该转换器输出(负载)电流限制成可定义的或是可预测的位准的事实可能允许在过电流状况期间的损害发生。
发明内容
在一实施例中，一种电源供应器的控制器是包含一切换式调节器以及一电流限制器。该切换式调节器被配置以产生一输入电流以使得一输出电压响应于该输入电流以及一输入电压而被产生，并且该电流限制器被配置以响应于一个相关该输出电压除以该输入电压的一比例的量来限制该输入电流。
其中，该切换式调节器被配置以产生用于控制电源供应器的开关的控制信号，该电源供应器的开关是被配置以传导该输入电流。
其中，所述的电源供应器的控制器还包括该电源供应器的开关。
其中，该量是包含该控制信号。
该量是包含该控制信号的工作周期。
该量是包含1减去该控制信号的工作周期。
该量是包含一差值除以该控制信号的工作周期，该差值是等于1减去该工作周期。
该量是等于该输出电压除以该输入电压的比例。
该量是包含信号，该信号是具有相关于该控制信号的工作周期的位准。
一种电源供应器包括：
输入节点，其被配置以接收输入电压；
输出节点，其被配置以载有调节后的输出电压；
开关，其被配置以响应于控制信号来传导来自该输入节点的输入电流；以及
其中，电源供应器的控制器，其是包含
开关控制器，其被配置以产生该控制信号，以及
电流限制器，其被配置以响应于一个量来限制该输入电流，该量相关该输出电压除以该输入电压的比例。
所述的电源供应器，其中该开关系包含晶体管，该晶体管是具有被配置以接收该控制信号的控制节点。
所述的电源供应器，还包括：
电感器，其是耦接在该输入节点与该开关之间，并且被配置以在该开关的周期的第一部分期间传导该输入电流，以及在该周期的第二部分期间传导放电电流；以及
单向电流的装置，其是耦接在该电感器与该输出节点之间，并且被配置以在该周期的该第二部分期间传导该放电电流。
所述的电源供应器，还包括：
参考节点；
电感器，其是耦接在该输入节点与该开关之间，并且被配置以在该开关的周期的第一部分期间传导该输入电流，以及在该周期的第二部分期间传导放电电流；
单向电流的装置，其是耦接在该电感器与该输出节点之间，并且被配置以在该周期的该第二部分期间传导该放电电流；以及
电容器，其是耦接在该输出节点与该参考节点之间。
一种系统，包括：
电源供应器，其是包含
输入节点，其被配置以接收输入电压，
输出节点，其被配置以载有输出电压，
开关，其被配置以响应于控制信号来传导来自该输入节点的输入电流，以及
电源供应器的控制器，其是包含
开关控制器，其被配置以产生该控制信号，以及
电流限制器，其被配置以响应于一个量来限制该输入电流，该量相关该输出电压除以该输入电压的比例；以及
负载，其是耦接至该电源供应器的该输出节点。
其中，所述的系统，该电源供应器是包含升压转换器。
该负载是包含集成电路。
该负载以及该电源供应器的一部分被设置在同一个集成电路的晶粒上。
该负载以及该电源供应器的一部分被设置在个别的集成电路的晶粒上。
该负载被配置以传导负载电流；以及
该电流限制器被配置以响应于该量来限制该负载电流。
一种方法，包括：
响应于输入电压以及输入电流以产生输出电压；以及
响应于一个量以限制该输入电流，该量相关于该输出电压除以该输入电压的比例。
其中，产生该输出电压是包含周期性地使得该输入电流根据工作周期来流动；以及
该量相关于该工作周期。
产生该输出电压是包含使得该输出电压具有的大小是大于该输入电压的大小。
所述的方法，还包括响应于该量来限制输出电流。
一种方法，包括：
响应于输入电压以产生输出电压以及输出电流；以及
响应于一个量以限制该输出电流，该量相关于该输出电压除以该输入电压的比例。
例如，此种电源供应器的控制器的一实施例可以是能够响应于一个相关该输出电压至该输入电压的比例的量以限制来自一电源供应器的输出或负载电流至一界定的位准。在该电源供应器是一种产生一具有大小是大于该输入电压的大小的输出电压的升压转换器的情形中，则此比例是该电源供应器的升压比例。
附图说明
图1是根据一实施例的包含一种电源供应器的控制器的电源供应器的图。
图2是根据一实施例的图1的电源供应器当操作在一正常的模式中的输入电流的时序图。
图3是根据一实施例的图1的电源供应器当操作在一正常的模式中的切换电流的时序图。
图4是根据一实施例的图1的电源供应器当操作在一正常的模式中的输入及切换电流两者的时序图。
图5是根据一实施例的图1的电源供应器当操作在一限制电流的模式中的切换电流的时序图。
图6A是根据一实施例的图1的电源供应器当操作在一正常的模式中以及当操作在一限制电流的模式中的输入与输出电压的时序图。
图6B是根据一实施例的图1的电源供应器当操作在一正常的模式中以及当操作在一限制电流的模式中的输入与输出电流的时序图。
图7A是根据一实施例的图1的电源供应器当操作在一正常的模式中以及当操作在一限制电流的模式中的输入与输出电压的另一时序图。
图7B是根据一实施例的图1的电源供应器当操作在一正常的模式中以及当操作在一限制电流的模式中的输入与输出电流的另一时序图。
图8是根据一实施例的图1的电源供应器的升压比例相对于图1的电源供应器的工作周期的曲线。
图9是根据另一实施例的包含一种电源供应器的控制器的电源供应器的图。
图10是根据一实施例的图9的电源供应器的控制器的一电流限制参考的产生器的图。
图11A是根据一实施例的图9的电源供应器当操作在一正常的模式中以及当操作在一限制电流的模式中的输入与输出电压的时序图。
图11B是根据一实施例的图9的电源供应器当操作在一正常的模式中以及当操作在一限制电流的模式中的输入与输出电流的时序图。
图12A是根据一实施例的图9的电源供应器当操作在一正常的模式中以及当操作在一限制电流的模式中的输入与输出电压的另一时序图。
图12B是根据一实施例的图9的电源供应器当操作在一正常的模式中以及当操作在一限制电流的模式中的输入与输出电流的另一时序图。
图13是根据一实施例的一种纳入图9的电源供应器的系统的图。
具体实施方式
图1是根据一实施例的一升压转换器电源供应器10以及一通过该电源供应器所供电的负载12的概要图。
该电源供应器10是被配置以在一正常的操作模式中响应于一节点16上的一输入电压Vin而在一节点14上产生一调节后的输出电压Vout，并且包含一具有一电感L的滤波器的电感器18、一单向电流的构件(在此是一个二极管)20、一具有一电容C的滤波器的电容器22、一电源供应器的控制器24、以及一参考节点(在此是一接地节点)26。
该电源供应器的控制器24是包含一被配置以产生输入、切换、输出及负载电流Iin、Iswitch、Iout及Iload或是造成其产生的切换式调节器28，并且包含一被配置以在一限制电流的模式期间通过限制Iswitch以及因此限制Iin至一限制电流的参考CLref所设定的个别值来限制Iout及Iload的电流限制器30。
该切换式调节器28是包含一误差放大器32、一脉冲宽度调变的(PWM)控制器34以及一NMOS开关晶体管36。在一正常的操作模式期间，该误差放大器32响应于该调节后的输出电压Vout以及一参考电压Vref来产生一误差信号，并且该PWM控制器34响应于该误差信号来产生一控制信号38并且调整该控制信号38的工作周期，该控制信号38是驱动该晶体管36的闸极以便于调节Vout至一通过Vref设定的电压位准(例如，12伏特)。
而且，该电流限制器30是包含一电流感测器40以及一限制比较器42。在一例如是由一通过或绕过该负载12的低阻抗的路径所引起的限制电流的操作模式期间，若Iswitch(例如，Iswitch的波峰或平均)大于该限制电流的参考CLref，则该比较器42是在其输出产生一限制电流的信号，该限制电流的信号是具有一逻辑高的位准以使得该PWM控制器34转变该控制切换的信号38至一逻辑低的位准以便于将该晶体管36“关断”。以此种方式限制Iswitch可以避免对于例如是该晶体管36的损坏。而且，因为限制Iswitch会固有地限制Iout及Iload，因此以此种方式限制Iswitch也可以避免对于该负载12的损坏。
图2是根据一实施例的图1的电源供应器10当操作在一正常的模式中的图1的输入电流Iin的时序图。
图3是根据一实施例，当图1的电源供应器10操作在一正常的模式中的图1的切换电流Iswitch的时序图。
图4是根据一实施例，当图1的供应器10操作在一正常的模式中的图2的输入电流Iin以及图3的切换电流Iswitch的时序图；Iin是以虚线展示，Iswitch是以实线展示，并且Iin及Iswitch是相等之处是以粗体虚线展示。
参照图2-4，在该晶体管36(图1)的一切换期间T的一第一部分Ton期间–Ton是对应于图1的控制信号38的逻辑高的部分–该晶体管是从Vin透过该电感器18导通该电流Iswitch=Iin。因为在通过一电感器的电流上的变化di/dt是等于横跨该电感器的电压除以该电感器的电感，因此在Ton期间，Iswitch=Iin是在一时间t0从一谷值位准Ivalley以一个Vin/L的斜率线性地斜波上升至在一时间t1的一波峰位准Ipeak，其中Vin是横跨该电感器18的电压(其中假设横跨该“导通”晶体管36的电压降是可忽略的)，并且L是该电感器的电感。
在该时间t1，该晶体管36是“关断”，使得Iswitch快速地减小到零，并且Iin开始以一个(Vout–Vin)/L的斜率减小，其中Vout–Vin是横跨该电感器18的电压(其中假设横跨该二极管20的电压降是可忽略的)。
在该晶体管36(图1)的切换期间T的一第二部分Toff期间–Toff是对应于图1的控制信号38的逻辑低的部分–该晶体管并不导通电流，并且因此Iswitch维持在零，而Iin是持续以一个(Vout-Vin)/L的速率斜波下降，直到一时间t2为止，时间t2是下一个正常模式的切换周期的开始。
图5是根据一实施例，当该电源供应器10操作在一限制电流的模式中的图1的切换电流Iswitch的时序图。使得该电源供应器10操作在该限制电流的模式中的状况例如可能是一介于该供应器的输出节点14以及该参考节点26(图1)之间的低阻抗的路径。此种低阻抗的路径的原因可能包含该负载12的损坏、耦接到一不适当的负载、以及一横跨该负载形成的短路(例如，来自被泼洒到的一种例如是水的导电液体)。
在该晶体管36(图1)的切换期间T的一第一部分Ton期间–Ton是对应于图1的控制信号38的逻辑高的部分–该晶体管是从Vin透过该电感器18来导通该电流Iswitch。因为在通过一电感器的电流上的变化di/dt是等于横跨该电感器的电压除以该电感器的电感，因此在Ton期间，Iswitch是从在一时间t0的Ivalley以一个Vin/L的斜率线性地斜波上升(其中假设横跨该“导通的”晶体管36的电压降是可忽略的)。但是由于过电流的状况，Iswitch是在一时间t1增加至一临界值位准Ilimit；换言之，即使该负载12是使得其原本将会使Iswitch增加到超过该临界值位准Ilimit而到一波峰位准Ipeak，但是该电流限制器30会防止Iswitch增加到超过Ilimit。该电源供应器10(图1)的设计者通常选择Ilimit以使得该电源供应器的构件(例如，该晶体管36)在一过电流的状况存在时不会受损。
在该时间t1，该晶体管36是“关断”，使得Iswitch快速地减小至零。
在该晶体管36(图1)的切换期间T的第二部分Toff期间–Toff是对应于图1的控制信号38的逻辑低的部分–该晶体管并不导通电流，并且因此Iswitch是维持在零直到一时间t2为止，t2是下一个限制电流模式的切换周期的开始。
参照图1-5，若过电流的状况停止存在，则该电源供应器的控制器24是从在以上结合图5所描述的限制电流的操作模式切换至在以上结合图2-4所描述的正常的操作模式。
参照图1-4，根据一实施例，该电源供应器10在该正常的模式中的操作是在一切换期间T上加以描述。
在该时间t0，该PWM控制器34是转变该控制信号38至一逻辑高的位准，因此将该晶体管36“导通”。
在该切换期间T从时间t0至时间t1的部分Ton期间，该晶体管36是透过该电感器18来导通该线性地斜坡上升的电流Iswitch=Iin，并且因此以磁能“充电”该电感器。
Ton的长度是至少部分通过Vout至该误差放大器32的负回授来加以决定。例如，若Vout低于一通过Vref设定的位准，则该PWM控制器34是趋向延长该控制信号38的逻辑高的部分以便于延长Ton，并且因此以便于使得Vout朝向由Vref设定的该位准增高。相反地，若Vout高于由Vref设定的该位准，则该PWM控制器34是趋向缩短该控制信号38的逻辑高的部分以便于缩短Ton，并且因此以便于使得Vout朝向由Vref设定的该位准降低。并且尽管Vout被描述为直接耦接至该误差放大器32的反相的节点，但是一相关Vout但不一定等于Vout的回授信号可以替代Vout来耦接至该误差放大器。
在该时间t1，该PWM控制器34是转变该控制信号38至一低逻辑位准以便于关断该晶体管36，并且因此以便于使得Iswitch快速地从其波峰位准Ipeak下降至零。
但仍然是在时间t1，因为就在该PWM控制器34将该晶体管36“关断”之前，该电感器18正在导通具有一Ipeak位准的Iswitch=Iin，因此通过该电感器的电流Iin并不会快速地下降到零，因为如同已知的，通过电感器的电流并不会瞬间改变。
反而，在时间t1开始，通过该电感器18的输入电流Iin是流过该二极管20，使得该输出电流Iout等于该输入电流Iin，也即Iout=Iin(在Ton期间Iout=0)。
由于该电源供应器10是一升压转换器，因此|Vout|>|Vin|。
因此，在该切换期间T的部分Toff期间，通过该电感器18的电流Iout=Iin衰减，其中衰减的速率是相关于该差值Vout–Vin，其是横跨该电感器的电压，其中假设横跨该二极管20的电压是相对可忽略的。尽管该电流Iout=Iin在该周期部分Toff期间的某个时点可衰减至零，但是其通常并不衰减至零，而使得由于该电感器18及电容器22的滤波作用，ILoad是等于Iout的平均，也即，ILoad=Iout_avg。
当操作在该正常的模式中，该电源供应器10是对于每个后续的切换期间T重复以上的步骤。
参照图1及5，根据一实施例，该电源供应器10在该限制电流的模式中的操作是在一切换期间T上加以描述。
在该时间t0，该PWM控制器34是转变该控制信号38至一逻辑高的位准，因此将该晶体管36“导通”。
在该切换期间T从该时间t0至该时间t1的部分Ton期间，该晶体管36是导通该通过电感器18的线性地斜坡上升的电流Iswitch=Iin，并且因此以磁能“充电”该电感器。
但是不同于当操作在该正常的模式中，该电源供应器的控制器24并不通过Vout至该误差放大器32的负回授来决定Ton的长度，因为此将会容许Iswitch=Iin超过一个安全值。因此，当操作在该限制电流的模式中，该切换式调节器28并不调节Vout；换言之，Vout是自由地从其经调节的位准改变，并且通常确实会从该位准改变。
因此，该电流限制器30反而是限制Iswitch=Iin的波峰位准至与Vout的位准无关的Ilimit。更详细说，该电流感测器40是转换横跨该晶体管36的导通节点的电压(此电压是成比例于Iswitch=Iin)成为一电流感测的信号，该电流比较器42是在其非反相的(“+”)节点接收该电流感测的信号。当该电流感测的信号变成大于CLref时，该比较器42是转变其输出信号从一逻辑低的位准至一逻辑高的位准，此是使得该PWM控制器34转变该控制信号38至一逻辑低的位准，并且因此使得该PWM控制器关断该晶体管36。换言之，该电流限制器30限制该信号38的工作周期D，使得Iswitch及Iin的波峰位准并不超过Ilimit，其中D=Ton/T。
仍然参照图1及5，在该时间t1，该PWM控制器34是响应于该电流限制器30来转变该控制信号38至一低逻辑的位准以便于关断该晶体管36，并且因此以便于使得Iswitch快速地从该限制电流的临界值Ilimit减小至零。
但是，仍然是在时间t1，因为该电感器18就在该PWM控制器34“关断”该晶体管36之前是导通具有一Ilimit的位准的Iswitch=Iin，因此通过该电感器的电流Iin并不会下降到零，因为如同已知的，通过一电感器的电流并不会瞬间改变。
因此，开始在该时间t1，通过该电感器18的电流Iin是流过该二极管20而作为该电流Iout，使得Iout=Iin。
即使该电源供应器10是一升压转换器，在该限制电流的模式期间是否|Vout|>|Vin|是依据过电流状况的严重性而定(例如，在该输出节点14以及该参考节点26(其中该参考节点是一接地节点)之间的一真正的短路将会使得Vout=0)。但是为了举例的目的，可以假设在大多数的情况中，即使在该限制电流的模式期间，Vout也可以从其经调节的位准减低，而|Vout|>|Vin|至少是在该电源供应器10的限制电流的作用期间仍然成立。
因此，在该切换期间T的部分Toff期间，通过该电感器18的电流Iout=Iin衰减，其中衰减的速率是相关于Vout–Vin，此是横跨该电感器的电压，其中假设横跨该二极管20的电压是相对可忽略的。该电流Iout=Iin是否在该期间T的部分Toff期间的某个时点衰减至零是依据该过电流状况的原因而定。但是在许多情况中，Iout=Iin在Toff期间并不衰减至零，而使得由于该电感器18以及该电容器22的滤波作用，Iload是等于Iout的平均，就如同其在该正常的操作模式期间所为者。
仍然参照图1及5，当该过电流状况持续时，该电源供应器10是对于每个后续的切换期间T重复以上的步骤。
若该过电流状况结束，则该电源供应器10转变至如上结合图1–4所述的正常的操作模式。更详细地说，若该过电流状况结束，则该输出电压Vout是增加至其经调节的位准，并且此在Vout的增加是缩短该控制信号38的工作周期D，使得Iswitch=Iin的波峰位准Ipeak(图5)也减小。当Iswitch=Iin的波峰位准Ipeak(图5)减小时，来自该电流感测器40的电流感测的信号的位准减小至低于CLref，使得该比较器42不再转变其输出信号至一逻辑高的位准。因此，该控制信号38的工作周期D的控制是从该电流限制器30转移回到包含该误差放大器32的回授回路。
根据一实施例，图6A是当该电源供应器10操作在该正常的模式中以及在该限制电流的模式中的图1的Vin及Vout的时序图，并且其中Vin=5V，ILimit=5A，并且当操作在该正常的模式时，该供应器调节Vout至16V。
根据一实施例，图6B是当图1的电源供应器10如同以上结合图6A所述地操作时，通过该电感器18的电流Iin以及通过该负载12的电流ILoad的时序图。
类似地，根据一实施例，图7A是当该电源供应器10操作在该正常的模式中以及在该限制电流的模式中的图1的Vin及Vout的另一时序图，并且其中Vin=5V，ILimit=5A，并且当操作在该正常的模式时，该供应器调节Vout至6V。
而且根据一实施例，图7B是当图1的电源供应器10如同以上结合图5A所述地操作时的电流Iin及ILoad的另一时序图。
参照图1–7B，该电源供应器10所采用的上述的限制电流的技术的一潜在的问题是该供应器限制ILoad所到的位准可能会根据例如是Vin的位准以及该升压比例Vout/Vin的电源供应器的设计因素而变化。
然而，此ILoad的电流限制的位准对于此种因素的相依性可能是非所要的，因为要避免该负载12的损坏，该电源供应器10的使用者可能会想要该供应器将ILoad限制到与电源供应器的设计因素无关的一可设定的值、或至少是一可预测的值。
例如，参照图1-6B，在图6A–6B的一时间t0，该电源供应器10开始操作，在图6A–6B的一时间t1，该供应器开始升压Vout至一位准是大于Vin的位准，并且在图6A–6B的一时间t2，该供应器达到在该正常的模式中的稳态的操作，该供应器在该期间维持Vout=16V，Ipeak≈4.2A，并且ILoad≈3.6A–注意到的是，Ipeak是当该供应器操作在该正常的模式时的Iin的实际的波峰位准。
但是在图6A–6B的一时间t3，该电源供应器10是响应于一过电流状况而开始运作在该限制电流的模式中，以使得该电源供应器的控制器24使Vout减弱至约10V，此是限制该电流Iin的波峰位准至ILimit=5A，并且限制ILoad至约2A–注意的是，ILimit是当该供应器操作在该限制电流的模式时的Iin的实际的波峰位准。
类似地，参照图1–5及7A–7B，在图7A–7B的一时间t0，该电源供应器10是开始操作，在图7A–7B的一时间t1，该供应器是开始升压Vout至一位准是大于Vin的位准，并且在图7A–7B的一时间t2，该供应器是达到在该正常的模式中的稳态的操作，该供应器在该期间维持Vout=6V，Ipeak≈1.5A，并且ILoad≈1.0A–注意到的是，Ipeak是当该供应器操作在该正常的模式时的Iin的实际的波峰位准。
但是在图7A–7B的一时间t3，该电源供应器10响应于一过电流状况以开始运作在该限制电流的模式中，以使得该电源供应器的控制器24使Vout减弱至约5.5V，此是限制Iin的波峰位准至ILimit=5A，并且限制ILoad至约3.5A–注意到的是，ILimit是当该供应器操作在该限制电流的模式时的Iin的实际的波峰位准。
参照图6A–7B，尽管在两个例子中，当操作在该限制电流的模式时，该电源供应器的控制器24是限制Iswitch=Iin的波峰位准至ILimit=5A，但是该控制器24在每个例子中是限制ILoad至一显著不同的位准(也即，分别约2A及3.5A)。
再者，尽管在该第一例子中，该电源供应器的控制器24是限制ILoad至一小于其正常模式的位准(也即，约3.6A)的限制电流模式的位准(也即，限制到约2A)，但是在该第二例子中，该控制器24是限制ILoad至一显著高于其正常模式的位准(也即，约1A)的限制电流模式的位准(也即，约3.5A)。
然而，由该两个上述的例子所描绘的ILoad的不一致的限制对于该电源供应器10的使用者而言可能是一项问题。尽管此使用者可能会想要知道该电源供应器的控制器24在该电源供应器10操作于该限制电流的模式中时限制该切换及输入电流Iswitch及Iin所到的限制波峰的临界值ILimit，但是对该使用者而言通常更重要的是知道或是至少能够预测该控制器24限制ILoad所到的位准。
再次参照图1，一种该电源供应器的控制器24可以采用于该电源供应器10操作在一限制电流的模式时限制ILoad至一可预测的位准的技术将会是去监视ILoad，并且限制ILoad至一设定的临界值位准。
但是此技术可能会需要该电源供应器的控制器24包含一用于接收ILoad或是用于接收一相关于ILoad的信号的额外的接脚，并且可能需要该电源供应器10包含用于感测ILoad额外的电路(例如，一霍尔效应的传感器)。
然而，包含一额外的接脚可能会增加该电源供应器的控制器24的成本、覆盖区或复杂度、或是降低效率，并且包含额外的电路可能会增加该电源供应器10的成本、覆盖区或复杂度、或是降低效率。
仍然参照图1，一种用于限制ILoad至一可设定或至少是可预测的位准的技术的一实施例是需要响应于该电源供应器10的升压比例Vout/Vin或是响应于一个相关于该升压比例的量来限制Iswitch，并且因此限制Iin及ILoad。
从能量守恒的理论，根据以下的方程式，也为已知的是，进入一例如是该电源供应器10的一理想的版本的理想的转换器的功率是等于离开该理想的转换器的功率(因为在一理想的转换器中没有损失)：
(1)Vin·Iin_avg=Vout·Iout_avg
并且假设该负载12纯粹是电阻性的，由于该输出滤波器的电容器22的滤波作用，吾人可以假设在一稳定的状态中Iout_avg=ILoad。因此，从方程式(1)，吾人可以导出以下在Iin_avg及ILoad之间的数学关系式：
(2)Iin_avg/ILoad=Vout/Vin=Boost_Ratio
(3)ILoad=Iin_avg·(Vin/Vout)=Iin_avg/Boost_Ratio
并且尽管图1的电源供应器10不是一个理想的供应器，但是由这些方程式所给出的ILoad值对于电流限制的目的而言是足够正确的。
因此，如同在以下进一步所述，因为Iin_avg、Vin及Vout是已经通过图1的电源供应器的控制器24的现有的接脚接收、或是可从该些接脚来判断出，因此吾人可以是能够在该控制器或供应器的成本、覆盖区或复杂度上很小的增加或没有增加下，并且在效率上很小的减少或没有减少下，配置图1的电源供应器的控制器以及电源供应器10以利用一种使用该电源供应器的升压比例的限制电流的技术。
再者，对于图1的升压电源供应器10的一理想的版本而言也为已知的是：
(4)Vout/Vin=Boost_Ratio=1/(1-D)
其中D=Ton/T是驱动该开关晶体管36的控制信号38的工作周期。
类似地，对于一升降压电源供应器(未显示)的一理想的版本而言
(5)Vout/Vin=Boost_Ratio=D/(1-D)
图8是分别根据方程式(4)及(5)，针对0≤D<1，对于图1的升压电源供应器10的一理想的版本Boost_Ratio相对于工作周期D的一曲线60、以及对于一升降压电源供应器(未显示)的一理想的版本的升压比例相对于该工作周期的一曲线62。
对于图1的升压电源供应器10的一理想的版本，吾人可以从方程式(3)及(4)导出以下的方程式：
(6)ILoad=(1-D)·Iin_avg=(1-D)·(Ivalley+(Ipeak–Ivalley)T/2)
参照图1及方程式(6)，因为该PWM控制器34是产生该控制信号38，所以该工作周期D也是可供该电源供应器的控制器24利用为一个相关于该Boost_Ratio的量。
根据一实施例，图9是一电源供应器70的一实施例，其是被配置以利用一种用于响应于该电源供应器的Boost_Ratio=Vout/Vin、或是响应于一个相关于该Boost_Ratio的量来限制ILoad至一可设定或至少是一可预测的位准的技术。如同在以下叙述的，该电源供应器70是如此通过响应于该Boost_Ratio或是响应于一个相关于该Boost_Ratio的量以限制Iswitch及Iin的波峰来限制ILoad。再者，该电源供应器70中类似于图1的电源供应器10的个别的构件的每个构件是在图1及9中标示以相同的组件符号，并且为了简洁的缘故而不再叙述。
图9的电源供应器70包含一电源供应器的控制器72，该控制器72是包含除了该切换式调节器28之外的一电流限制器74。
除了该比较器42之外，该电流限制器74包含一限制电流的控制器76，该控制器76包含该电流感测器40并且接收除了横跨该晶体管36的电压之外的Vin、Vout以及PWM控制信号38。
因此，当该电源供应器70操作在一限制电流的模式中，该电源供应器的控制器72可以根据方程式(3)来判断出ILoad的位准，并且响应于ILoad判断出的值来产生及改变CLref以便于限制ILoad至一设定的界值位准。例如，若ILoad将被限制为1A，但是最初设定的切换电流限制临界值是ILimit=5A，则响应于操作的状况，该电源供应器的控制器72被配置以调整(例如，降低)CLref的位准。该电源供应器的控制器72持续调整CLref、根据方程式(3)来判断ILoad的位准、以及监视此位准直到该负载电流小于或等于1A的临界值限制位准为止。换言之，该控制器72利用Iin、Vout以及Vin的负回授来调整Iswitch及Iin的波峰位准，直到通过解出方程式(3)所获得的ILoad的位准小于或等于该临界值限制位准为止，该临界值限制位准在以上的例子中是1A。
仍然参照图9，替代的是，该电源供应器的控制器72可以根据方程式(6)来判断出ILoad的位准，并且响应于ILoad判断出的位准来产生及改变(例如，降低)CLref，以便于限制ILoad至该临界值限制位准。例如，若ILoad将被限制为1A，但是该切换限制位准是ILimit=5A，则该电源供应器的控制器72调整CLref的位准，此是通过调整在该期间T中，该比较器42转变其输出至一逻辑高的位准的时间来调整(例如，缩短)Ton，并且因此调整该控制信号38的工作周期D。该电源供应器的控制器72持续调整CLref、根据方程式(6)来判断ILoad的一位准、以及监视此判断出的位准直到该判断出的位准小于或等于该临界值位准1A为止。换言之，该电源供应器的控制器72使用Iin及工作周期D的负回授来调整Iin，直到通过解出方程式(6)所获得的ILoad的位准小于或等于该临界值限制位准为止。
该电源供应器的控制器72可以通过在图2–4的个别的时间t0及t1量测横跨该晶体管36的电压并且通过将这些电压除以该晶体管的导通电阻RDSon来判断出在方程式(6)中的Ivalley及Ipeak的值。或者是，因为该差值Ipeak–Ivalley相较于Ivalley可被视为可忽略的，因此该电源供应器的控制器72可以将Iin_avg近似为等于Ivalley或Ipeak、或是近似为等于(Ipeak–Ivalley)/2。再者，有其它习知的用于判断Iin_avg的技术可供该电源供应器的72采用。
参照图2-5及9，根据一实施例，该电源供应器70的操作被描述。
参照图2-4及9，当该电源供应器70操作在一正常的模式时，其是以一种类似于如上结合图1–4所述的图1的电源供应器10在一正常的模式中操作所用的方式来操作。
参照图5及9，当操作在一限制电流的模式时，该电源供应器70是在不直接感测ILoad的下限制ILoad至一临界值位准。
当该电源供应器70首先进入该限制电流的模式时，该电流限制器74是如上结合图1及5所述地限制Iswitch及Iin的波峰位准至ILimit。
再者，该限制电流的控制器76是根据方程式(3)或方程式(6)来判断ILoad的一位准。例如，若根据方程式(3)来判断ILoad的一位准，则该控制器76可以包含计算Iin_avg=(Ivalley+(ILimit–Ivalley)T/2)并且将Vout除以Vin来计算该Boost_Ratio的电路。或者是，若根据方程式(6)来判断ILoad的一位准，则该控制器76可以包含计算Iin_avg=(Ivalley+(ILimit–Ivalley)T/2)、通过将该时间Ton除以该期间T以计算该工作周期D、并且计算1-D的电路。
接着，该限制电流的控制器76是比较针对ILoad所判断出的位准与该负载电流的限制临界值。
若针对ILoad所判断出的位准小于或等于该负载电流的限制临界值，则该限制电流的控制器76将CLref维持在其目前的位准。
但是若针对ILoad所判断出的位准大于该负载电流的限制临界值，则该限制电流的控制器76视需要地调整(例如，降低)CLref的位准以降低ILoad；该控制器76可以利用一种抖动(dithering)技术以决定是提升或降低CLref的位准来降低ILoad，并且可以用步阶或是根据一连续的斜率来调整CLref的位准，以避免振荡。
接着，该限制电流的控制器76是持续判断ILoad的一位准、比较此位准与该负载电流的限制临界值、以及调整CLref的位准直到ILoad判断出的位准小于或等于该负载电流的限制临界值为止。
若该过电流状况的原因被移除，则ILoad将会减少到低于该负载电流的限制临界值，并且该限制电流的控制器76将会响应以设定CLref的位准回到其正常模式的位准。
仍然是参照图5及9，该限制电流的模式的替代实施例被思及。例如，上述的动作可以用任何适当的顺序来执行，该些动作中的一或多个可被省略，并且一或多个其它动作可以加入。
参照图9及10，根据一实施例，该电源供应器70只有使用该工作周期D来调整CLref的一实施例被描述。
根据一实施例，图10是一种被配置以响应于该控制信号38的工作周期D来产生CLref，并且可被设置在图9的限制电流的控制器76上的电路80的图。
该电路80包含一滤波器级82、一比较器级84、一解码器级86以及一参考产生器级88。
该滤波器级82转换该控制信号38成为其平均DC值，此是成比例于该工作周期D。
该比较器级84包含一或多个比较器90(在此为三个比较器)，该些比较器90分别比较来自该滤波器级82的控制信号38的DC值与一个别的参考电压VREF(这些参考电压可以是不同于图9的参考电压Vref)。
该解码器级86接收来自该比较器级84的一或多个比较器产生的输出信号，并且响应于这一或多个输出信号以产生一或多个控制信号92。
该参考产生器级88包含一或多个开关94，该些开关94耦接一对应于该一或多个控制信号92的电压至一CLref节点96；换言之，CLref等于该级88耦接至该节点96的电压。在一实施例中，该等开关94可耦接至该节点96的一或多个电压通过一电阻性分压器98以及另一参考电压VREF(此参考电压可以是不同于图9的参考电压Vref以及该比较器级84的参考电压VREF)来加以产生。
参照图2–4以及9-10，当在该正常的模式中，该电源供应器70是以一种类似于如上结合图1–4所述的图1的电源供应器10在该正常的模式期间操作所用的方式来操作。
参照图5以及9–10，当该电源供应器70操作在该限制电流的模式中，该电路80响应于该控制信号38的工作周期D来调整CLref，以便于使得ILoad小于或等于该负载电流的限制临界值。若该过电流状况结束，则该工作周期D回到其稳态的正常操作的值，并且该电路80响应以使得CLref回到其正常操作的位准。参照图5，即使在此实施例中Iload并非响应于Iin_avg来加以判断出，但是该工作周期D响应于该过电流状况而增长，因为Ilimit-(图5)是大于Ipeak的正常模式的位准(图2-4)。因此，当D增长到超过一通过该电路80所设定的临界值位准时，此电路调整CLref以便于降低ILoad至一较低的更可预测的位准。
根据一实施例，两个描绘图9的电源供应器70可以限制ILoad至一可预测或可设定的临界值限制的例子是在以下结合图11A–12B来加以描述。
根据一实施例，图11A是当该电源供应器70操作在该正常的模式中以及在该限制电流的模式中的图9的Vin及Vout的时序图，并且其中Vin=5V，Ilimit(用于Iswitch及Iin的波峰的限制临界值)=5A，用于ILoad的负载电流的限制临界值是1.5A，并且当操作在该正常的模式时，该供应器调节Vout至16V。
根据一实施例，图11B是当图9的电源供应器70如上结合图11A所述地操作时，通过该电感器18的电流Iin以及通过该负载12的电流ILoad的时序图。
类似地，根据一实施例，图12A是当图9的电源供应器70操作在该正常的模式中以及在该限制电流的模式中的图9的Vin及Vout的时序图，并且其中Vin=5V，Ilimit=5A，用于ILoad的负载电流的限制临界值是1.5A，并且当操作在该正常的模式时，该供应器调节Vout至6V。
而且根据一实施例，图12B是当图9的电源供应器70如上结合图12A所述地操作时，电流Iin及Iload的时序图。
例如，参照图2–4、9以及11A–11B，在图11A–11B的一时间t0，该电源供应器70开始运作，在图11A–11B的一时间t1，该供应器开始升压Vout至一位准是大于Vin的位准，并且在图11A–11B的一时间t2，该供应器达到在该正常的模式中的一稳态的操作，在该期间，其维持Vout=16V，Ipeak≈4.2A，并且Iload≈3.6A。
但是在图11A–11B的一时间t3，同时也参考图5及9，该电源供应器70响应于一过电流状况而开始运作在该限制电流的模式中，以使得该电源供应器的控制器72使Vout减弱至约8V，其最初限制该切换及输入电流Iswitch及Iin的波峰位准至ILimit=5A，并且接着在该电流限制器74限制ILoad至该设定的1.5A的临界值时，限制该切换及输入电流Iswitch及Iin的波峰位准至约3A。
类似地，参照图2-4、9以及12A–12B，在图12A–12B的一时间t0，该电源供应器70开始运作，在图12A–12B的一时间t1，该供应器开始升压Vout至一位准是大于Vin的位准，并且在图12A–12B的一时间t2，该供应器达到在该正常的模式中的稳态的操作，在该期间，该供应器维持Vout=6V，Ipeak≈1.5A，并且Iload≈1.0A。
但是在图12A–12B的一时间t3，同时也参考图5及9，该电源供应器70响应于一过电流状况而开始运作在该限制电流的模式中，以使得该电源供应器的控制器24使Vout减弱至5.5V，其限制该切换及输入电流Iswitch及Iin的波峰位准至ILimit≈2A，并且限制ILoad到该1.5A的负载电流的限制临界值。
因此，参照图11A–12B，不同于图1的电源供应器10，图9的电源供应器70限制ILoad至1.5A的限制临界值，该限制临界值的与例如是Vin、Vout、该波峰切换/输入电流限制ILimit以及该Boost_Ratio=Vout/Vin的电源供应器的设计以及电源供应器的实施的因素无关。
参照图9–12B，该电源供应器70的替代实施例被思及。例如，该电源供应器的控制器72可以用硬件、韧体或软件、或是用其任意组合或子组合来加以实施。再者，若该限制电流的控制器72在该限制电流的模式中只有使用该控制信号38的工作周期D来限制Iswitch、Iin及ILoad，则其可以不接收Vout及Vin，并且若其在该限制电流的模式中只有使用该Boost_Ratio=Vout/Vin来限制Iswitch、Iin及ILoad，则其可以不接收该控制信号38。再者，除了该工作周期D之外，该限制电流的控制器76可以在该限制电流的操作模式期间使用相关于该Boost_Ratio的量来限制Iswitch、Iin及ILoad。此外，一种具有除了升压转换器拓扑之外的一拓扑的电源供应器(例如，一升降压拓扑或是一返驰拓扑，其中ILoad=[(1-D)/D]·Iin_avg)也可以采用上述用于限制Iswitch、Iin及ILoad的实施例中的一实施例。
根据一实施例，图13是一种计算机系统100的一实施例的方块图，其是纳入图9的电源供应器70。尽管该系统100是被描述为一计算机系统，但是其可以是任何该电源供应器70的一实施例所适用的系统。
该系统100包含计算电路102、至少一输入装置106、至少一输出装置108、以及至少一资料储存装置110，该计算电路102是包含除了该供应器10之外的一通过该供应器所供电的处理器104。
除了处理数据之外，该处理器104可以编程或控制该供应器70。例如，该电源供应器的控制器72、PWM控制器34以及限制电流的控制器76(图9)的功能可通过该处理器104来加以执行。
该输入装置(例如，键盘、鼠标)106容许提供数据、程序以及命令至该计算电路102。
该输出装置(例如，显示器、打印机、扬声器)108容许该计算电路102能够以一种可被人类操作者感知的形式来提供数据。
而且该资料储存装置(例如，随身碟、硬盘机、RAM、光驱)110容许例如是程序及数据的储存。
从前述内容将会体认到的是，尽管特定实施例已经在此为了说明的目的来加以叙述，但是各种的修改可以在不偏离该揭露内容的精神及范畴下加以完成。再者，在一替代方案被揭示用于一特定实施例的情形中，即使未明确叙明，此替代方案也可以应用到其它实施例。再者，上述的构件可被设置在单一或多个IC晶粒上以形成一或多个IC，这一或多个IC可以耦接至一或多个其它IC。此外，任何叙述的构件或操作都可以用硬件、软件、韧体、或是硬件、软件及韧体的任意两个或多个的一组合来加以实施/执行。再者，一种所叙述的装置或系统中的一或多个构件可能为了清楚起见或是其它原因而已经从该说明中省略。再者，一种所叙述的装置或系统中的一或多个已经内含在该说明中的构件可以从该装置或系统中省略。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (24)

1.一种电源供应器的控制器，其特征在于，包括：
切换式调节器，其被配置以产生输入电流，使得调节后的输出电压响应于该输入电流以及输入电压而被产生；以及
电流限制器，其被配置以响应于一个量来限制该输入电流，该量相关于该调节后的输出电压除以该输入电压的比例。
2.如权利要求1所述的电源供应器的控制器，其特征在于，该切换式调节器被配置以产生用于控制电源供应器的开关的控制信号，该电源供应器的开关是被配置以传导该输入电流。
3.如权利要求2所述的电源供应器的控制器，其特征在于，还包括该电源供应器的开关。
4.如权利要求2所述的电源供应器的控制器，其特征在于，该量是包含该控制信号。
5.如权利要求2所述的电源供应器的控制器，其特征在于，该量是包含该控制信号的工作周期。
6.如权利要求2所述的电源供应器的控制器，其特征在于，该量是包含1减去该控制信号的工作周期。
7.如权利要求2所述的电源供应器的控制器，其特征在于，该量是包含一差值除以该控制信号的工作周期，该差值是等于1减去该工作周期。
8.如权利要求1所述的电源供应器的控制器，其特征在于，该量是等于该输出电压除以该输入电压的比例。
9.如权利要求2所述的电源供应器的控制器，其特征在于，该量是包含信号，该信号是具有相关于该控制信号的工作周期的位准。
10.一种电源供应器，其特征在于，包括：
输入节点，其被配置以接收输入电压；
输出节点，其被配置以载有调节后的输出电压；
开关，其被配置以响应于控制信号来传导来自该输入节点的输入电流；以及
电源供应器的控制器，其是包含
开关控制器，其被配置以产生该控制信号，以及
电流限制器，其被配置以响应于一个量来限制该输入电流，该量相关该输出电压除以该输入电压的比例。
11.如权利要求10所述的电源供应器，其特征在于，该开关包含晶体管，该晶体管是具有被配置以接收该控制信号的控制节点。
12.如权利要求10所述的电源供应器，其特征在于，还包括：
电感器，其是耦接在该输入节点与该开关之间，并且被配置以在该开关的周期的第一部分期间传导该输入电流，以及在该周期的第二部分期间传导放电电流；以及
单向电流的装置，其是耦接在该电感器与该输出节点之间，并且被配置以在该周期的该第二部分期间传导该放电电流。
13.如权利要求10所述的电源供应器，其特征在于，还包括：
参考节点；
电感器，其是耦接在该输入节点与该开关之间，并且被配置以在该开关的周期的第一部分期间传导该输入电流，以及在该周期的第二部分期间传导放电电流；
单向电流的装置，其是耦接在该电感器与该输出节点之间，并且被配置以在该周期的该第二部分期间传导该放电电流；以及
电容器，其是耦接在该输出节点与该参考节点之间。
14.一种系统，其特征在于，包括：
电源供应器，其是包含
输入节点，其被配置以接收输入电压，
输出节点，其被配置以载有输出电压，
开关，其被配置以响应于控制信号来传导来自该输入节点的输入电流，以及
电源供应器的控制器，其是包含
开关控制器，其被配置以产生该控制信号，以及
电流限制器，其被配置以响应于一个量来限制该输入电流，该量相关该输出电压除以该输入电压的比例；以及
负载，其是耦接至该电源供应器的该输出节点。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，该电源供应器包含升压转换器。
16.如权利要求14所述的系统，其特征在于，该负载包含集成电路。
17.如权利要求14所述的系统，其特征在于，该负载以及该电源供应器的一部分被设置在同一个集成电路的晶粒上。
18.如权利要求14所述的系统，其特征在于，该负载以及该电源供应器的一部分被设置在个别的集成电路的晶粒上。
19.如权利要求14所述的系统，其特征在于，
该负载被配置以传导负载电流；以及
该电流限制器被配置以响应于该量来限制该负载电流。
20.一种方法，其特征在于，包括：
响应于输入电压以及输入电流以产生输出电压；以及
响应于一个量以限制该输入电流，该量相关于该输出电压除以该输入电压的比例。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，
产生该输出电压是包含周期性地使得该输入电流根据工作周期来流动；以及
该量相关于该工作周期。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，产生该输出电压是包含使得该输出电压具有的大小是大于该输入电压的大小。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括响应于该量来限制输出电流。
24.一种方法，其特征在于，包括：
响应于输入电压以产生输出电压以及输出电流；以及
响应于一个量以限制该输出电流，该量相关于该输出电压除以该输入电压的比例。
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