CN106208755B - 具有负载电阻器仿真的电流模式控制调节器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电流模式控制调节器，其包括一控制电路及一电流产生器。该控制电路使用电流模式控制而基于一参考电压来调节一输出电压。该电流产生器将一调整电流施加至一回馈电流信号，其中该调整电流与指示该输出电压的一电压与该参考电压之间的一差成比例，以仿真该电流模式调节器的一输出处的一AC负载电阻。当在一电池未耦接至该输出的情况下操作时，诸如当该电池实体上被移除或以其他方式被电断接时，一负载电阻器仿真器仿真一AC负载电阻器以增加电流模式控制调节器的相位边限。当该电池被连接时，操作未实质上改变，使得在具有或没有该电池的情况下达成该所要相位边限。

Description

具有负载电阻器仿真的电流模式控制调节器
技术领域
本发明涉及电流模式控制调节器领域，尤其涉及一种具有负载电阻器仿真的电流模式控制调节器。
背景技术
经配置以将电力提供至系统负载且对电池充电的调节器可在没有该电池的情况下操作。常常使用电流模式控制来实施用于电池充电器应用的调节器以简化控制回路补偿。电流模式控制的具挑战性问题为：电流回馈回路并有调节器的输出电感器-电容器(LC)滤波器的交流电(AC)信息。当电池被连接时，电池的内部电阻呈现增加相位边限以帮助使控制操作稳定的AC负载电阻器。然而，当电池自输出被电断接时，相位边限减小。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种具有负载电阻器仿真的电流模式控制调节器，解决了当电池自输出被电断接时，相位边限减小问题。
当在没有电池的情况下操作时，诸如当电池实体上被移除或以其他方式被电断接时，如本文中所描述的负载电阻器仿真器仿真AC负载电阻器以增加电流模式控制调节器的相位边限。当电池被连接时，操作未实质上改变，使得在具有或没有电池的情况下达成所要相位边限。
附图说明
图1表示包括根据一个具体实例而实施的调节器的电子装置的简化方块图，该调节器包括负载电阻器仿真；
图2表示图1的调节器的现有调节器的示意图，其中该调节器耦接至电力配接器及电池且被实施为具有输出电阻RO的窄电压直流电(NVDC)充电器，该输出电阻RO表示图1的调节器的输出处的等效负载电阻；
图3表示根据一个具体实例而实施的具有负载电阻器仿真的调节器的示意图及方块图，该调节器可用作图1的调节器；
图4表示根据另一具体实例的描绘被实施为具有合成电流信息的电流模式磁滞控制器的另一调节器的示意图，该调节器亦可用作图1的调节器；
图5表示根据一个具体实例的说明使用负载电阻器仿真来调节输出电压的方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本申请案主张2015年6月1日申请的美国临时申请案第62/169，209号及2015年12月22日申请的美国临时申请案第62/270874号的权益，该两个美国临时申请案的全文均出于所有意图及目的而特此以引用的方式并入。
图1为包括根据一个具体实例而实施的调节器111的电子装置109的简化方块图，调节器111包括负载电阻器仿真，如本文中进一步所描述。调节器111并有用于对可再充电电池119进行充电的电池充电器功能。101处所展示的AC线路电压被提供至电力配接器103的输入，电力配接器103将AC电压转换至DC配接器电压VADP。VADP的电压位准及电力配接器103的电流容量应适合于将足够电力提供至电子装置109。适用于不同类型的电子装置。
VADP经展示为由合适连接件105提供以将VADP提供至调节器111的输入，调节器111将输出电压VO提供至系统负载113。当配接器103不可用时，可再充电电池119将电池电压VBAT提供至电力接口的另一输入以用于生成VO。电池119及系统负载113经展示为参考接地(GND)，其中应理解，GND通常表示任何合适正或负电压位准及/或多种接地类型，诸如电力接地、信号接地、模拟接地、机壳接地等等。
电子装置109可为任何类型的电子装置，包括行动、携带型或手持型装置，诸如任何类型的个人数字助理(PDA)、个人计算机(PC)、携带型计算机、膝上型计算机等等、蜂巢式电话、个人媒体装置等等。电子装置109的主要功能由系统负载113执行，系统负载113可包括一或多个不同系统负载组件。在所说明的具体实例中，系统负载113包括中央处理单元(CPU)或处理器115，诸如微处理器或控制器或其类似者，其耦接至通常用于电子装置的任何类型的内存117的任何组合，诸如各种类型及配置的随机存取内存(RAM)及只读存储器(ROM)及其类似者。
在一个具体实例中，电池119可自电子装置109实体上被移除。当电池119实体上存在且电连接至电子装置109时，调节器111可作为电池充电器而操作以对电池119充电直至其被完全地充电为止。当被完全地充电时，电池119即使实体上存在亦可自调节器111被电断接(诸如由电子开关或其类似者)。
图2为被实施为窄电压直流电(NVDC)充电器的现有调节器200的示意图，调节器200耦接至电力配接器103、电池119及具有电阻RO的输出电阻器213，该电阻RO表示调节器200的输出处的等效负载电阻。举例而言，输出电阻器RO表示由系统负载113呈现的负载。电力配接器103生成VADP，VADP被提供至电子开关201的一个电流端子。电子开关201的另一电流端子耦接至相位节点202，相位节点202耦接至二极管203的阴极且耦接至具有电感LO的输出电感器205的一个末端。二极管203的另一末端耦接至GND。二极管203作为用于降压调节器配置的异步开关而操作。输出电感器205的另一末端耦接至具有电阻RL的电阻器207的一个末端，电阻器207使其另一末端耦接至生成输出电压VO的输出节点204。电阻器207并非实体电阻器，而是表示输出电感器205的内部寄生阻抗。
输出节点204进一步耦接至具有电阻RCO的电阻器209的一个末端且耦接至电阻器213的一个末端。电阻器209的另一末端耦接至具有电容CO的输出电容器211的一个末端。输出电容器211的另一末端及电阻器213的另一末端耦接至GND。电阻器209并非实体电阻器，而是表示输出电容器211的等效串联电阻(ESR)或寄生电阻。输出节点204耦接至电池119的正端子，电池119使其负端子耦接至GND。然而，如所展示，电池119经表示为与电压源216串联的电阻器215，其中电阻器215表示电池119的内部串联电阻RB，且电压源生成电池电压VBAT。
电流传感器217感测通过输出电感器205的电流，且将电流感测信号IS提供至控制器219的输入。控制器219具有耦接至输出节点204的另一输入以用于接收输出电压VO，且具有提供闸极驱动信号GD的输出，闸极驱动信号GD被提供至电子开关201的控制输入。在一个具体实例中，电子开关201经配置为场效晶体管(FET)或MOS晶体管或其类似者，但可替代开关配置及实施方案。输出电感器205及电阻器207集体地形成阻抗参数ZLO。电阻器209及213以及输出电容器211集体地形成输出阻抗参数ZCO。
在与图3所展示的具体实例相似的替代具体实例中，同步开关(例如，与电子开关201相似的另一电子开关)可替换二极管203。当使用同步开关时，控制器219在每一循环的第一部分中接通电子开关201及关断同步开关，且接着在正常操作期间关断电子开关201及接通同步开关。可(诸如)在低功率操作期间使用二极管仿真，其中在循环的早期关断同步开关，此为本领域技术人员所理解。
控制器219经说明为电流模式控制器，其中侦测及使用流动通过输出电感器LO的电流IL以在控制器219内产生脉宽调变(PWM)信号(例如，图3)。PWM信号在第一状态与第二状态之间双态触发以用于控制切换动作，其中第一状态可为用以宣告GD的作用中状态，以接通电子开关201而用于将电流驱动至输出电路，及用于自输出电路拉电流的非作用中状态。PWM信号用以生成用于切换电子开关201(及同步开关(若被提供))的GD。输出电压VO直接地或间接地经由感测电路(图中未示)被侦测，且与表示VO的目标电压位准的参考电压(例如，VREF，图3)相比较以生成控制或误差信号(例如，VC，图3)。控制信号及指示电感器电流IL的信号(例如，IS)用以双态触发或转变PWM信号，以在调节输出电压VO时控制通过电感器205的电流切换。许多方法可用于侦测电感器电流IL，诸如直接地使用电流传感器(电阻性或电感性)，或间接地(诸如)通过感测横越RL的电压。如本文中所描述的另一方法通过将横越输出电感器205所施加的电压转换至施加至斜坡电容器的电流来合成地侦测电感器电流，如本文中进一步所描述。
电流控制回路含有来自ZLO+ZCO之信息。可根据以下等式(1)来判定ZCO：
可根据以下等式(2)来判定ZLO：
ZLO＝sLO+RL(2)
阻抗参数ZLO及ZCO形成出于回路补偿的目的而呈现双极的输出LC滤波器。当使用电压模式控制时，双LC极较靠拢，从而呈现显著补偿挑战。当使用电流模式控制时，双LC极被分成低频率极及高频率极。以此方式，针对电流模式控制而简化补偿，此由于其通常必须补偿仅一个极。出于此原因，电池充电器应用典型地使用电流模式控制。然而，如本文中进一步所描述，电流控制回路中的回馈电流信息含有来自输出LC滤波器的AC信息，该输出LC滤波器包括输出电感器205及输出电容器CO。
针对输出电阻RO的不同值的用于阻抗参数ZCO+ZLO的增益及相位相对于频率，连同在没有回路补偿的情况下针对输出电阻RO的相同值的调节器200(如图2所描绘)的电流控制回路的增益及相位相对于频率，揭露出极低输出阻抗提供具有高相位边限的改良型回应。RO的较大电阻值使负载更具电容性，此将ZCO极移动至较低频率。较大负载电阻在低频率下造成显著相移。电池充电器常常以在低频率极的频率范围内的回路带宽而操作。
用于如图2所描绘的调节器200的电流控制回路的经验结果已用以在电池119被连接(具有电池)时及在电池119未被连接(没有电池)时比较相位边限。此等结果说明没有电池119的模式具有较少相位边限，且电池119在被连接时将相位边限提升达显著量。举例而言，在一个具体实例中，当电池119被连接时，相位边限可被改良达30度至40度。电池119的内部电阻RB将增加对于调节器200的AC负载以改良相位边限。
如本文中所描述的负载电阻器仿真器仿真AC负载电阻以改良调节器200的相位边限。负载电阻器仿真器改良相位边限，此在电池119未被连接时特别有益。当电池119被连接时，电路参数未显著地改变，使得与没有负载电阻器仿真器的电路相比较，相位边限保持显著地改良。可将控制器219提供于芯片或集成电路(IC)上，其中在芯片上产生AC负载电池仿真。
图3为根据一个具体实例而实施的调节器300的示意图及方块图，调节器300可用作图1的调节器111，调节器300经展示为耦接至具有电阻RO的输出电阻器213，该电阻RO表示诸如系统负载113的输出负载。调节器300亦被实施为与图2所描绘的调节器200相似的具有输出电阻RO的窄电压直流电(NVDC)充电器，但其中电池119被移除且进一步包括根据一个具体实例的负载电阻器仿真。包括输出电感器205(包括具有电阻RL的内部电阻器207)的输出部分、电流传感器217、电容器209以及电阻器211及213经展示为以与调节器200相似的方式而耦接。输出电流IO经展示为被提供至输出电阻器213(RO)。输入电压VIN(诸如配接器电压VADP)被提供至电子开关609的电流端子，电子开关609使其另一电流端子耦接至相位节点615。相位节点615耦接至输出电感器205的一个末端，且耦接至电子开关613的一个电流端子。电子开关613的另一电流端子耦接至GND。提供PWM信号以控制电子开关609及613的控制端子。反相器611插入于PWM与电子开关613的控制端子之间，此表示电子开关609及613相对于彼此异相地切换。电子开关609及613、输出电感器205及输出电容器209通常形成电压转换器614，其如由PWM信号所控制般地将输入电压转换至输出电压。调节器300经展示为包括经配置为降压类型转换器之转换器614，其中应理解，调节器300可根据其他转换器架构(诸如升压转换器或降压-升压转换器或其类似者)而配置。
感测电阻器601耦接于感测节点602与GND之间。电流侦测器包括经由感测节点602将感测电流IS提供至感测电阻器601的电流传感器217，其中感测电阻器601在节点602上生成电流感测电压CS。VO或其经感测版本被回馈至误差放大器603的反相(负)输入，误差放大器603在其非反相(正)输入处接收参考电压VREF。尽管图中未示，但可将VO提供至电阻性分压器以施加对应输出感测电压而非VO。VREF具有为输出电压VO的目标电压位准或以其他方式表示输出电压VO的目标电压位准的电压位准，输出电压VO可具有指示VO或其经感测版本的目标电压位准的电压位准。尽管图中未示，但误差放大器603可包括用于补偿回路的补偿组件。误差放大器603的输出提供控制信号VC，控制信号VC被提供至比较器605的正输入。CS被提供至比较器605的负输入，比较器605使其输出耦接至设定-重设(SR)锁存器607的重设(R)输入。SR锁存器607的设定(S)输入经展示为接收频率信号CLK。SR锁存器607的Q输出提供PWM信号以控制电子开关609及613的控制端子。
应了解到例图解经过简化，其中可提供额外电路系统以用于驱动电子开关609及613的闸极。举例而言，可提供驱动电路系统以足够驱动能力来接通及关断开关。可实施停滞时间控制以在每一切换循环期间确保不在相同时间下接通开关609及613。进一步地，可(诸如)在低输出功率操作期间实施二极管仿真，其中在每一循环的早期关断(或甚至不接通)开关613，其中两个开关均在顺次切换循环期间关断一段时间。
在调节器300的操作中，当PWM高时，接通电子开关609，而关断电子开关613。电流自VIN流动通过输出电感器205以对输出电容器CO充电且将电流提供至输出负载(被表示为RO)及/或对电池119(图中未示为被连接)充电。在接通电子开关609时，电感器电流IL斜升，此致使CS相应地斜升。当CS上升至高于VC时，比较器605切换以重设SR锁存器607，使得将PWM拉低。当PWM低时，接通电子开关613，而关断电子开关609。电感器电流IL斜降，此致使CS相应地斜降。最终，CLK上的上升边缘设定SR锁存器607，从而将PWM往回拉高，且操作在顺次循环中重复。
需要将AC电阻自VO提供至GND以仿真AC负载电阻，此在电池119被移除时特别有利。VREF可用作AC接地参考。因此，自VO至VREF时得参考AC电阻。负载步升或负载瞬变会引起VO缩减。电流自VREF流动至VO直至VO返回至VREF的位准为止。可由跨导放大器617仿真此行为，跨导放大器617使其正输入接收VREF、使其负输入接收VO，且使其输出将电流自节点602驱动至GND。跨导放大器617生成与在VREF与VO之间的差或gm*(VREF-VO)成比例的电流，其中“gm”为跨导放大器617的跨导增益。跨导放大器617调整回馈回路的增益，此又调整调节器111的正向回路的增益。跨导放大器617形成改良调节器300的相位边限的负载仿真器。
图4为根据另一具体实例的描绘被实施为具有合成电流信息的电流模式磁滞控制器的调节器400的示意图，其中调节器400亦可用作图1的调节器111，调节器111经展示为耦接至系统负载113及电池119。VO及VREF被提供至误差放大器701的各别输入，误差放大器701输出控制电压VC。控制信号VC表示输出电压VO相对于VREF之相对误差。尽管图中未示，但误差放大器701可包括补偿回馈电路，此为一般技术者所理解。VC被提供至电压窗口电路703，电压窗口电路703分别产生正窗口电压极性VW+及负窗口电压极性VW-。如所展示，VC被提供至耦接于窗口电阻器RW+与RW-之间的节点704。窗口电阻器RW+的另一末端耦接至节点706，节点706进一步耦接至生成窗口电流IW的第一电流源，以用于在节点706上生成正窗口电压极性VW+。窗口电阻器RW-的另一末端耦接至节点708，节点708进一步耦接至输出窗口电流IW的第二电流源，以用于在节点708上生成负窗口电压极性VW-。在操作中，窗口电流源维持通过窗口电阻器RW+及RW-两者的窗口电流IW，而不管控制电压VC的改变。因此，电压VW+及VW-遵循VC的电压位准，同时维持在VW+及VW-之间的恒定窗口电压(VW+-VW-)。
在此配置中，调节器400包括斜坡产生器705，其合成地复制通过输出电感器205之电感器电流LO。跨导放大器707生成电流gmVIN，其中VIN为诸如VADP的输入电压，且gm为跨导增益。电流gmVIN被提供至单极单投(SPST)开关709的一个端子，开关709具有接收PWM信号的控制输入。SPST开关709的另一末端耦接至横越具有电容CR的斜坡电容器711生成斜坡电压VR的斜坡节点710，斜坡电容器711使其另一末端耦接至GND。另一跨导放大器713生成吸收电流gmVO，其自斜坡节点710被拉至GND。生成VR的斜坡节点710耦接至第一PWM比较器715的负输入，且耦接至第二PWM比较器717的正输入，其中第一比较器715及第二比较器717形成比较器电路718。VW-被提供至比较器715的正输入，且VW+被提供至比较器717的负输入。比较器715的输出被提供至SR锁存器721的设定输入，且比较器717的输出被提供至SR锁存器717的重设输入。SR锁存器721的Q输出提供PWM信号。进一步地，跨导放大器723汲取与在VREF与VO之间的差或Kgm*(VREF-VO)成比例的电流，其中“K”为增益因子。
跨导放大器707、713及723以简化形成被展示为电流装置。应理解，该等跨导放大器可被实施为与具有电压输入及合适跨导增益的跨导放大器617相似。跨导放大器707可在各别正及负输入处接收输入电压VIN(或VADP)及GND。跨导放大器713可在各别正及负输入处接收输出电压VO及GND。跨导放大器723可在各别正及负输入处接收参考电压VREF及输出电压VO。
PWM被提供至将输入电压VIN(诸如配接器电压VADP)转换至输出电压VO的转换器725。系统负载113及电池119经展示为耦接于输出电压VO与GND之间。转换器725可包括控制切换装置(与电子开关609及613相似)的切换的驱动器电路(图中未示)、输出电感器(与输出电感器LO相似)，及集体地用于电压转换之任何其他支持电路。
在调节器400的操作中，且在暂时忽略跨导放大器723的情况下，补偿电路701基于在VO与VREF之间的差来驱动VC，且窗口电压VW+及VW-相应地调整(两者均遵循VC，该VC在窗口电压VW+与VW-之间居中)。当PWM低时，切断开关709，使得斜坡电容器711通过与输出电压VO或gmVO成比例的电流而放电。当VR下降至低于负窗口电压VW-时，PWM比较器715设定SR锁存器721，从而将PWM拉高。PWM变高会闭合开关709，使得斜坡电容器711现在基于在VIN与VO之间的差或gm*(VIN-VOUT)而充电，此假定：对于降压模式配置，VIN大于VO。当VR上升至高于正窗口电压VW+时，PWM比较器717重设SR锁存器721以将PWM往回拉低。操作以此方式重复以用于基于VREF及负载位准来调节输出电压VO。
以与电流感测电压CS斜升及斜降来追踪IL相似的方式，斜坡节点710斜升及斜降而合成地复制通过输出电感器205的电流IL。将VR与VW+及VW-相比较，使得VR在窗口电压之间斜变以控制PWM信号。电压窗口电路703基于控制电压VC来生成介于VW+与VW-之间的窗口电压。调节器400的电流模式操作与调节器300相似，其中CS斜升及斜降且直接地与控制信号VC相比较。
在调节器400的配置中，斜坡节点710产生斜坡电压，该斜坡电压斜升及斜降以控制PWM信号。跨导放大器723形成负载仿真器，该负载仿真器通过产生与在电压VO与VREF之间的差成比例的电流而对GND仿真AC电阻。跨导放大器723调整回馈回路的增益，此又调整调节器400的正向回路的增益。以此方式，跨导放大器723的操作改良调节器400的相位边限。
图5为根据一个具体实例的说明使用负载电阻器仿真来调节输出电压的方法的流程图。在第一区块501处，使用脉宽调变信号来切换施加至输出电感器的电压而将输入电压转换至输出电压。此可(例如)由调节器300的电压转换器614或调节器400的转换器725执行。在下一区块503处，侦测通过输出电感器的电流且提供对应电流感测信号。在下一区块505处，提供指示输出电压的目标位准与指示输出电压的电压之间的差的控制信号。调节器300及400中之误差放大器603及701分别说明此功能。在下一区块507处，将控制信号与电流感测信号相比较以生成比较信号，该比较信号用以生成脉宽调变信号。最后，在区块509处，基于在指示输出电压的电压与参考电压之间的差来调整电流感测信号。跨导放大器617或723可用以执行此功能，如针对调节器300及400所展示。
可使用将电流提供至感测电阻器(诸如针对调节器300所展示)的电流传感器(将IS提供至601之217)来实施区块503的侦测。在调节器400中，通过在斜坡节点710上生成用以模拟通过输出电感器的电流的斜坡电压VR，来合成地判定通过输出电感器205之电流。在一个具体实例中，斜坡电容器711以与输出电压VO成比例之电流而连续地放电，且另外，在PWM为作用中(诸如通过闭合开关709)时以与输入电压成比例的电流而充电。在调节器300中，可由比较器605及锁存器607执行比较。在调节器400中，生成高于及低于控制电压VC的正及负窗口电压，且将斜坡电压VR与窗口电压相比较以用于使PWM信号在其第一状态与第二状态之间转变。
结果已表明，通过添加负载电阻器仿真而极大地改良在电池119不存在时之瞬变回应。结果已进一步展示，当电池119被连接时，对操作模式存在极小影响。通过添加负载电阻器仿真且针对给定配置来选择K的适当值，会极大地改良在电池119被断接时的AC回应。在一个具体实例中，K的值可为固定的，或对于替代具体实例，K的值可为可调整的。当电池119被连接时，K的值对操作模式具有极小影响。
综上所述，如本文中所描述的负载电阻器仿真在不必添加外部补偿的情况下提供改良型稳定性效能。如本文中所描述的负载电阻器仿真在具有及没有电池及负载条件的情况下，提供较一致的动态响应。
现在关于前述描述及随附图式而较佳地理解本发明的益处、特征及优势。呈现前述描述以使得一般技术者能够制作及使用本发明，如在特定应用及其要求的上下文内所提供。然而，对较佳具体实例的各种修改对于本领域技术人员而言将显而易见，且本文中所定义的一般原理可应用于其他具体实例。因此，本发明并不意欲限于本文中所展示及描述的特定具体实例，而是应符合与本文中所揭示的原理及新颖特征一致的最广泛范围。尽管已参考本发明的某些较佳版本而相当详细地描述本发明，但其他版本及变化亦为可能的及预期的。本领域技术人员应了解，其可容易地将所揭示的概念及特定具体实例用作设计或修改其他结构的基础，以用于提供本发明的相同目的而不脱离本发明的精神及范围。

Claims (12)

1.一种电子装置，其特征在于，包含将经调节输出电压提供至负载的调节器，其中，该调节器包含：
转换器，其使用脉宽调变信号来切换施加至输出电感器的电压，以将输入电压转换至该经调节输出电压；
电流侦测器，其提供用以指示通过该输出电感器的电流的电流感测信号；
误差放大器，其接收用以指示该经调节输出电压的电压，接收用以指示该经调节输出电压的目标位准的参考电压，且提供控制信号；
比较器电路，其使用该控制信号及该电流感测信号以生成该脉宽调变信号；及
负载仿真器，其基于用以指示该经调节输出电压的该电压与该参考电压之间的差来调整该电流感测信号；
其中，该电流侦测器包含：
斜坡电容器，其耦接至生成斜坡电压的斜坡节点；
第一电流产生器，其将与该经调节输出电压成比例的电流施加至该斜坡节点；
开关，其具有耦接至该斜坡节点的第一开关端子，具有第二开关端子，且具有接收该脉宽调变信号的控制端子；及
第二电流产生器，其将与该输入电压成比例的电流施加至该开关的该第二开关端子；
其中，该负载仿真器包含跨导放大器，该跨导放大器具有接收该参考电压的第一输入，具有接收用以指示该经调节输出电压的该电压的第二输入，且具有将调整电流施加至该斜坡节点的输出。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，还包含：
窗口电路，其生成大于经提供作为控制电压的该控制信号的正窗口电压，且提供小于该控制电压的负窗口电压；
一锁存电路，其具有接收第一锁存信号的第一输入、接收第二锁存信号的第二输入，及提供该脉宽调变信号的输出；且
其中该比较器电路包含：
第一比较器，其具有接收该斜坡电压的第一输入、接收该负窗口电压的第二输入，及提供该第一锁存信号的输出；
第二比较器，其具有接收该斜坡电压的第一输入、接收该正窗口电压的第二输入，及提供该第二锁存信号的输出。
3.根据权利要求2所述的电子装置，其特征在于，当该斜坡电压降低至该负窗口电压时，该第一比较器指示该第一锁存信号；
其中当该斜坡电压上升至该正窗口电压时，该第二比较器指示该第二锁存信号；且
其中该锁存电路包含设定-重设锁存器，其具有接收该第一锁存信号的设定输入，及接收该第二锁存信号的重设输入。
4.根据权利要求2所述的电子装置，其特征在于，该窗口电路包含：
第一窗口电阻器，其具有耦接至用以生成该控制电压的控制节点的第一末端，且具有耦接至用以生成该正窗口电压的正窗口节点的第二末端；
第二窗口电阻器，其具有耦接至该控制节点的第一末端，且具有耦接至用以生成该负窗口电压的负窗口节点的第二末端；及
电流产生器电路，其施加通过该第一窗口电阻器及该第二窗口电阻器的窗口电流。
5.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，该负载包括耦接至内存的处理器。
6.一种调节输出电压的方法，其特征在于，包含：
使用脉宽调变信号来切换施加至输出电感器的电压，而将输入电压转换至该输出电压；
侦测通过该输出电感器的电流且提供电流感测信号；
提供控制信号，其指示在用以指示该输出电压的目标位准的参考电压与用以指示该输出电压的电压之间的差；
将该控制信号与该电流感测信号相比较以生成比较信号，且使用该比较信号以生成该脉宽调变信号；及
基于在用以指示该输出电压的该电压与该参考电压之间的差来调整该电流感测信号；
其中，侦测通过该输出电感器的电流包含在斜坡节点上生成用以模拟通过该输出电感器的电流的斜坡电压，且其中该调整的步骤包含将在该参考电压与用以指示该输出电压的该电压之间的差转换至调整电流，及将该调整电流施加至该斜坡节点。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，侦测通过该输出电感器的电流包含直接地感测通过该输出电感器的该电流，及将经感测的该电流转换至感测节点上的电流感测电压。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，调整该电流感测信号包含将在用以指示该输出电压的该电压与该参考电压之间的差转换至调整电流，及将该调整电流施加至该感测节点。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该比较及该使用的步骤包含：
将该控制信号与该电流感测信号相比较以生成该比较信号作为重设信号；及
基于频率信号而将该脉宽调变信号指示成第一状态，且响应于该重设信号而将该脉宽调变信号指示成第二状态。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，生成用以模拟通过该输出电感器的电流的斜坡电压包含：
使耦接至该斜坡节点的斜坡电容器以与该输出电压成比例的电流进行放电；及
仅当该脉宽调变信号处于作用中状态时，才使该斜坡电容器以与该输入电压成比例的电流进行充电。
11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该比较及该使用的步骤包含：
生成大于用以指示该控制信号的控制电压的正窗口电压，且生成小于该控制电压的负窗口电压；
将该斜坡电压与该负窗口电压相比较，且当该斜坡电压降低至该负窗口电压时，将该脉宽调变信号转变至作用中状态；及
将该斜坡电压与该正窗口电压相比较，且当该斜坡电压上升至该正窗口电压时，将该脉宽调变信号转变至非作用中状态。
12.一种提供输出电压的电流模式控制调节器，其特征在于，控制电路，其使用电流模式控制以基于参考电压来调节该输出电压；及
电流产生器，其耦接至该控制电路的回馈部分，该电流产生器将调整电流施加至该回馈部分，该调整电流与在用以指示该输出电压的电压与该参考电压之间的差成比例，以仿真在该电流模式调节器的输出处的AC负载电阻；
其中，该控制电路包含具有合成电流信息的电流模式磁滞控制器，该电流模式磁滞控制器包括以合成方式对通过输出电感器的电流进行复制的斜坡节点，且其中该电流产生器调整该斜坡节点的电压；
其中，该电流产生器包含跨导放大器，该跨导放大器产生电流，该电流与在用以指示该输出电压的该电压与用以指示该输出电压的目标位准的参考电压之间的差成比例。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI769160B (zh) 2016-06-03 2022-07-01 美商英特矽爾美國有限公司 用以軟啟動大功率電荷泵的方法、電路，及電子系統
CN106655818A (zh) * 2016-12-26 2017-05-10 许昌职业技术学院 一种发电机稳压器
IL255585B (en) * 2017-11-09 2021-01-31 Zak Alexander Battery operated current stabilizer for pulsating loads
FR3075511A1 (fr) * 2017-12-18 2019-06-21 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Alimentation a decoupage et son procede de commande
TWI697751B (zh) 2019-05-22 2020-07-01 群光電能科技股份有限公司 電壓補償電路以及電壓補償方法
CN114938136B (zh) * 2022-07-19 2022-11-01 伏达半导体(合肥)有限公司 功率调节装置、双电池充电装置及充电电流调节方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7145317B1 (en) * 2004-12-13 2006-12-05 Intersil Americas Inc. Constant frequency duty cycle independent synthetic ripple regulator
CN202872673U (zh) * 2012-08-08 2013-04-10 国电南京自动化股份有限公司 电流控制型开关电源

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6377032B1 (en) * 2000-07-20 2002-04-23 Semtech Corporation Method and apparatus for virtual current sensing in DC-DC switched mode power supplies
TW200600995A (en) * 2004-02-19 2006-01-01 Int Rectifier Corp DC-DC regulator with switching frequency responsive to load
US8154268B2 (en) * 2007-12-03 2012-04-10 Intersil Americas Inc. Switching regulator with balanced control configuration with filtering and referencing to eliminate compensation
US8129972B2 (en) * 2007-12-05 2012-03-06 Analog Devices, Inc Single integrator sensorless current mode control for a switching power converter
US8299764B2 (en) * 2009-04-24 2012-10-30 Intersil Americas Inc. System and method for determining output voltage level information from phase voltage for switched mode regulator controllers
US8487593B2 (en) * 2010-04-22 2013-07-16 Intersil Americas Inc. System and method for detection and compensation of aggressive output filters for switched mode power supplies
US8975885B2 (en) * 2011-02-18 2015-03-10 Intersil Americas Inc. System and method for improving regulation accuracy of switch mode regulator during DCM
US9401639B2 (en) * 2013-09-03 2016-07-26 Intersil Americas LLC Injection locked phasing for a peak-valley multiphase regulator
US9614380B2 (en) * 2014-10-10 2017-04-04 Intersil Americas LLC Hysteretic current mode buck-boost control architecture

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7145317B1 (en) * 2004-12-13 2006-12-05 Intersil Americas Inc. Constant frequency duty cycle independent synthetic ripple regulator
CN202872673U (zh) * 2012-08-08 2013-04-10 国电南京自动化股份有限公司 电流控制型开关电源

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