CN108141134B - 调整峰值电感器电流以限制电源输入电流 - Google Patents

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Abstract

一种方法可包括：监测输入电源电压；监测升压转换器的电感器的电感；监测升压转换器的一个或更多个其他特性；在升压转换器的开关周期期间基于输入电源电压、电感、升压转换器的一个或更多个其他特性以及电感器的目标平均电流来计算目标峰值电感器电流。一种方法可包括：监测输入电源电压；监测升压转换器的电感器的电感；监测升压转换器的一个或更多个其他特性；在升压转换器的开关周期期间基于输入电源电压、电感、升压转换器的一个或更多个其他特性以及电感器的峰值电感器电流来计算电感器的平均电流。

Description

调整峰值电感器电流以限制电源输入电流
相关申请交叉引用
本公开主张于2016年8月5日提交的美国非临时专利申请序列号15/229,616的优先权，美国非临时专利申请序列号15/229,616主张于2015年8月7日提交的美国临时专利申请序列号62/202,295的优先权，两案全部内容均以引用方式并入本文中。
技术领域
本公开大体上涉及与基于电源状况动态地限制开关型直流-直流(DC-DC)升压转换器的峰值电流消耗，触发导致以动态地限制升压转换器的电源的峰值电源消耗为目的使开关型转换器的峰值电流限幅受控地变化的多种用户可配置阈值或动态阈值有关的电路。应用可包括但不限于手机、媒体播放器、平板型计算机、膝上型计算机、其他便携式电池供电型设备以及使用音频放大器、升压音频放大器或可对电池产生大的动态负载(对电池造成系统过载或大的电源电压降)的其他放大器设备的其他设备。对电源的实际负载和需求可以基于终端用户选定的内容(诸如语音或音频回放)而改变。
背景技术
便携式设备在我们生活的各个方面越来越常见并且影响我们如何与我们的音乐交互。例如，许多消费者从诸如MP3播放器或他们的手机的便携式音频播放器中聆听他们的音乐。当便携式设备在提供相同能力的同时缩小尺寸时，且当从给电池充一次电起便携式设备可以持续更长时间时，这些便携式设备使用起来变得更加容易和更加令人愉悦。为了支持持续时间更长的设备，通常减小便携式设备内部的部件的工作电压以减小这些部件的功率消耗。然而，工作电压的减小影响便携式设备的声音输出，这是因为输出给扬声器的音频信号的音量与输出电压成正比。因此，已经使用升压转换器来增大便携式设备内从较高电压中获益的选定部件的工作电压，诸如需要高电压来生成高音量的音频放大器。
图1示出如相关领域所知具有升压转换器的示例性音频放大器1。音频放大器1可包括电池电源2，该电池电源2向升压转换器4提供电压VP。升压转换器4可将电压VP增大到升压电压VBST。扬声器放大器8可接收升压电压VBST以及来自数字-模拟转换器(DAC)6的模拟音频信号SIG。扬声器放大器8可用从升压转换器4接收到的功率来增大音频信号SIG的低功率信号以生成激励扬声器10的信号。升压电压VBST可以高于电源电压VP，这可以允许扬声器放大器8通过扬声器10提供比可能在只有电源电压VP的情况下更响的音量范围。在电池供电的设备中，峰值可用功率的量可以基于电池的工作状态而改变。如果电池或电源电压处于低充状态，那么它提供电流或保持输出电压的能力通常从它在满充状态下工作时起降低。关于具有由升压转换器提供的音频放大器的系统，升压转换器向音频放大器的输出功率可以判定可以向负载输送多少功率，并且因此可以判定从扬声器负载中可以产生多少声能(响度)。
在图1所示的示例性升压放大器1中，当通过升压转换器4的峰值电感器电流受到限制时，系统的最大输入功率消耗和可以输送给放大器8且通过负载(例如，扬声器10)的最大输出功率相应地也都受到限制。
通常，电池可以提供有限量的输出电流。在诸如手机、媒体播放器、平板型计算机、膝上型计算机等的复杂型便携式设备中，这个电流预算在多个终端产品子系统(例如，应用程序、处理器、LCD屏幕、蜂窝式无线电设备等)之间共享。为了满足这些便携式设备对更高音频响度的市场需求，升压音频放大器可以从电池电源中消耗大的峰值能量。升压转换器的存在允许更多功率从放大器激励到负载，但是以更多功率消耗为代价。这种权衡意味着升压放大器设备必须能够从电池电源中适当地限制和管理其最大功率消耗以在电池能力的限幅内正常工作并与其他终端产品子系统共存，而不会在便携式设备上产生低电压“欠压”事件。
这些类型的系统中的升压转换器通常具有峰值电感器电流限幅器以限制通过升压转换器的电感器和开关(例如，场效应晶体管或“FET”)的电流消耗。可在一定程度上促使电感器的峰值电流限幅改变以限制升压转换器的输入功率。然而，这种限幅通常以极静方式执行，且系统不考虑电池电源电压变化或电感变化。因此，峰值电感器电流和电池电源电流消耗之间的关系可以发生变化，从而降低通过峰值电感器电流限幅来精确地管理电池电源电流消耗的能力。
例如，如果升压放大器的峰值电感器电流限幅被静态地配置成对于当电池处于低电压工作状态或弱化工作状态时防止升压放大器使电池过载来说限制功率消耗，那么当给电池更加充分地充电时，它不能充分地利用来自电池的额外可用功率。以这种方式配置峰值电感器电流限幅对大部分的电池使用寿命产生过于保守的功率消耗限制以为最坏工作状况提供保护。保守配置限制从升压转换器到放大器和到负载(扬声器)的功率输送，转化为限制对扬声器的输出功率。
相反，如果升压放大器的峰值电感器电流被更激进地配置成利用当给电池充分地充电时可用的功率，那么一旦给电池放电，系统就有可能使电源过载。这个更激进的电感器电流配置可引起低电源电压事件，该低电源电压事件可引起设备自复位或“欠压”。这个自复位或“欠压”事件既对于便携式设备的用户来说是令人不快的，又对于设备制造商来说可能是有问题的。
为了防止最坏状况发生且仍然允许当可用时利用额外电池电源功率，功率消耗限制必须动态地适应升压放大器的电池电源和工作状况。图2A示出图1中如相关领域所知的示例性音频放大器1以及与示例性音频放大器1的部件相关联的多种寄生阻抗或固有阻抗。工作时，如图2B所示，通过升压转换器4的电感器12的开关峰值-峰值纹波电感器电流IL的大部分可通过电池电源2的本地电容CVP以及在电池电源2自身中或在电池电源2与升压转换器4的输入之间的连接中的任何串联阻抗ZVP进行滤波。由电池电源2看到并提供给音频放大器1的电流IP的频率通常可能比电感器电流IL的频率低得多。
用于监测、管理状况和/或改良升压转换器的放大的一些方法及系统通常存在。
作为第一示例，于2014年2月18日提交的名称为“基于音频信号而控制的升压转换器电压”并转让给Cirrus Logic,Inc.的美国专利公开号20150030183公开了“一种通过基于被放大的音频信号对音频放大器进行控制来改良音频放大的方法。例如，当音频信号电平增大或减小时，由升压转换器提供给音频放大器的升压电压也可增大或减小。又如，当音频信号电平减小到某个电平以下时，音频放大器可从用升压转换器输入对音频信号进行放大切换为用低电压输入对音频信号进行放大。音频放大器的控制可以在耦合到升压转换器和/或音频放大器的数字升压转换器控制器中实现”，该案以引用方式并入本文中。作为第二示例，于2014年2月18日提交的名称为“具有电感值判定的升压转换器控制器”并转让给Cirrus Logic,Inc.的美国专利公开号20150032396公开了“一种升压转换器的控制器，该控制器可被配置成通过监测升压转换器中的状况来动态地调整升压转换器内的状况。例如，该控制器可通过监测通过电感器的电流来判定升压转换器的电感器的电流电感值。当电感器的电感值已知时，可以使用斜率补偿值来判定在给升压转换器的电感器充电和给升压转换器的电感器放电之间的过渡时间”，该案以引用方式并入本文中。
作为第三示例，于2014年2月18日提交的名称为“在升压转换器中的反向电流期间的电感器电流判定”并转让给Cirrus Logic,Inc.的美国序列号14/182,939公开了“在升压转换器的工作期间，可能存在导致通过升压转换器的反向电流的状况，诸如当发生升压转换器的负载降低时。在反向电流周期期间，在正向电流周期期间作出的电感值判定可以用来估计反向电流的幅度，且该估计被控制器用来控制升压转换器并使升压转换器返回到正常工作。该控制器可通过改变升压转换器的电感器的充放电时间比、减小升压转换器的带宽和/或增大升压转换器的电阻来控制升压转换器”，该案以引用方式并入本文中。
作为第四示例，于2014年2月18日提交的名称为“用于调整升压转换器中的开关频率的控制器”并转让给Cirrus Logic,Inc.的美国专利号9,391517公开了“升压转换器的电感器中的热能级可通过控制通过电感器的平均电流来管理。例如，在给电感器充电和给电感器放电之间的升压转换器的开关频率可以增大或减小。增大或减小开关频率导致升压转换器的开关周期相应减小或增大。该控制器可调整开关频率来控制平均电流电平，同时通过监测电感器的电感和电感器中的峰值电流电平来保持电感器中的峰值-峰值电流电平。”，该案以引用方式并入本文中。
作为第五示例，于2014年2月18日提交的名称为“用于对用于管理热负载的升压转换器施加电流限幅的控制器”并转让给Cirrus Logic,Inc.的美国序列号14/183,096公开了“升压转换器的电感器中的热能级通过对升压转换器实施峰值电流限幅来管理。例如，可允许电感器在电流被控制器减到低电流限幅之前的某个时间段内进行某个峰值电流限幅。该控制器可在某个时间段内保持低电流限幅，之后允许通过电感器的电流再次超过低电流限幅。然而，如果再次超过高电流限幅或高电流限幅持续一段时间，那么可再次通过控制器施加低电流限幅。在该第五示例中，具有峰值电流硬限幅和软限幅的数字调节峰值电流模式控制的升压转换器特别为了保护电感器免受故障机制(诸如温度过热)影响具有动态软限幅，利用硬限幅”，该案以引用方式并入本文中。
发明内容
根据本公开的教导，可以减少或消除与控制功率转换器中的电流消耗的现有方法相关联的一个或更多个缺点和问题。
根据本公开的实施例，一种方法可包括：监测电源的输入电源电压；监测升压转换器的电感器的电感，该升压转换器包括该电感器；监测升压转换器的一个或更多个其他特性；在升压转换器的开关周期期间基于输入电源电压、电感、升压转换器的一个或更多个其他特性以及电感器的目标平均电流来计算目标峰值电感器电流。
根据本公开的这些和其他实施例，一种装置可包括：升压转换器，该升压转换器具有用于接收电源的输入电源电压的电源输入、电感器和用于生成比输入电源电压更大的输出电压的输出；和控制器，被配置成监测输入电源电压，监测电感器的电感，监测升压转换器的一个或更多个其他特性，在升压转换器的开关周期期间基于输入电源电压、电感、升压转换器的一个或更多个其他特性以及电感器的目标平均电流来计算目标峰值电感器电流。
根据本公开的这些和其他实施例，一种方法可包括：监测电源的输入电源电压；监测升压转换器的电感器的电感，该升压转换器包括该电感器；监测升压转换器的一个或更多个其他特性；在升压转换器的开关周期期间基于输入电源电压、电感、升压转换器的一个或更多个其他特性以及电感器的峰值电感器电流来计算电感器的平均电流。
根据本公开的这些和其他实施例，一种装置可包括：升压转换器，该升压转换器具有用于接收电源的输入电源电压的电源输入、电感器和用于生成比输入电源电压更大的输出电压的输出；和控制器，被配置成监测输入电源电压，监测电感器的电感，监测升压转换器的一个或更多个其他特性，在升压转换器的开关周期期间基于输入电源电压、电感、升压转换器的一个或更多个其他特性以及电感器的峰值电感器电流来计算电感器的平均电流。
本公开的技术优点对于本领域普通技术人员而言从本文中所包括的附图、说明书和权利要求书中可以很容易看出。实施例的目的和优点将至少通过权利要求范围中特别指出的要素、特征及组合来实现和达到。
应当理解，上述大致说明和下面详细说明都是示例且是解释性的，而不是对本公开中所述的权利要求范围的限制。
附图说明
通过结合附图参照下面说明，可以获得对本公开示例性实施例及其某些优点的更完整的理解，其中相同附图标记表示相同特征，其中：图1示出如相关领域所知具有升压转换器的示例性音频放大器；
图2A示出图1中如相关领域所知的示例性音频放大器以及与示例性音频放大器的部件相关联的多种寄生阻抗或固有阻抗；
图2B示出图1中如相关领域所知的音频放大器内的电源电流IP和电感器电流IL对时间的示例性变化曲线；
图3示出根据本公开的实施例的示例性升压转换器系统8的方块图；
图4示出根据本公开的实施例用于升压转换器系统8的示例性动态峰值电流控制1的方块图；
图5是根据本公开的实施例可用作电源的示例性电池的模型的电路图；
图6示出平均输入电流对电源电压的变化曲线，用来根据本公开的实施例对具有可编程响应速率的多阈值限流方法可如何用变动电源电压作出响应的示例进行说明；
图7示出峰值电感器电流限幅对电源电压的变化曲线，用来根据本公开的实施例对用户可如何配置多种响应速率以基于系统功率来定制对包括升压转换器的系统的软限幅响应进行说明；
图8示出峰值电感器电流限幅和电源电压VP随时间变化的曲线图，用来根据本公开的实施例对单阈值线性响应可如何跟踪电源电压瞬变波形以当电源电压下降时减少输入电流消耗进行说明；
图9示出峰值电感器电流限幅和电源电压随时间变化的曲线图，用来根据本公开的实施例对峰值电感器电流限幅时基响应的示例性实施方案进行说明；
图10示出峰值电感器电流限幅和电源电压随时间变化的曲线图，用来根据本公开的实施例对峰值电流软限幅持续减小直至电源电压返回到峰值电感器电流限幅时基响应的初始触发阈值以上的示例性实施方案进行说明；
图11示出峰值电感器电流限幅和电源电压随时间变化的曲线图，用来根据本公开的实施例对利用多阈值响应的示例性实施方案进行说明，其中当电源电压降至各个阈值以下时，对各个阈值施加不同响应速率。
具体实施方式
根据本公开的实施例，可提供用于动态地调整升压放大器的峰值电感器电流以管理电源电流消耗的系统及方法。通过动态地调整升压放大器的峰值电感器电流，可以管理从电源(例如，电池电源)提供给升压放大器的电源电流，从而允许升压放大器适应当系统允许时最大限度地增大负载的输送功率，同时当电源不太能够向包括升压放大器的系统供电时仍然适当地限制输入功率消耗。它还可允许利用已经普遍用于传统升压转换器的峰值电流控制机制。本文中所公开的动态峰值电流控制可利用向峰值电感器电流施加硬限幅以及小于硬限幅的动态可变软限幅以根据系统参数和工作状况来调整峰值电感器电流的概念。然而，在本公开中，这种动态峰值电流控制可能不是起着保护电感器的作用，而是可以用来基于系统级工作状况来限制升压放大器的最大输入功率消耗。因此，可增大峰值电感器电流硬限幅以当可用时利用来自电源的额外功率，并可基于系统状况动态地调整峰值电感器电流软限幅以当电池放电并弱化时防止电源过载，防止过载、电源电压下降或欠压状况。
动态峰值电流控制系统允许用户限制电源(例如，电池电源)所看到的峰值输入功率消耗。对于以下来说：(1)防止在便携式设备上可以产生“欠压”状况的最大电源消耗过载；(2)对于电源能力变化，调整升压转换器的最大可允许输入功率消耗，使得可以在较高电池充电状态下输送最大功率，而不会在较低充电状态下增加风险；和/或(3)创建“电池节电”模式，这按比例缩小功率消耗以在低充电情况下延长电池寿命，这种限制可通过监测系统的工作状态以持续地计算峰值电流控制升压转换器的最大可允许电感器电流限幅来执行。
持续地监测电源的状态允许系统自动地更新峰值电感器电流限幅以考虑电池的功率输送能力的变化。这种持续更新允许诸如图3所示的升压转换器系统当可用时利用额外功率输送以及当电池处于弱化状态时按比例缩小可允许消耗。
从用户的角度来看，动态峰值电流控制是相对于终端设备所期望的电源限制而配置。如本文中使用，术语“用户”可以广义地不仅包括设备(包括动态峰值电流控制)的终端用户，而且包括设计者、制造商、供应商或因此在某种意义上“使用”动态峰值电流控制以及包括动态峰值电流控制的升压转换器系统以建立设备的其他设备提供商。动态峰值电流控制可自动地监测和/或管理适当的变量以免违反经由峰值电感器电流控制对特定应用的适用电源消耗限制。对峰值电流限幅的动态变化的确切响应和界限旨在使用户可配置并灵活适用于多种应用。
图3示出根据本公开的实施例的示例性升压转换器100的方块图。图4示出根据本公开的实施例用于升压转换器100的示例性动态峰值电流控制111的方块图。如图3和图4所示，动态峰值电流控制111可监测电源电压VP(例如，用VP监测120，下面对其工作进行更详细说明)和升压电源电压VBST(例如，用VBST监测121，下面对其工作进行更详细说明)，并可接收来自电感监测部110表示功率转换器100的电感器101的电感的电感值IL。这种信息可经由数字信号或模拟信号来接收。动态峰值电流控制111还可接收升压转换器开关信息102，该升压转换器开关信息102可包括(但不限于)功率转换器100的开关频率、功率转换器100的开关(例如，在功率转换器100的输出级117内)的占空比、对于此类开关的任何边缘(例如，电磁干扰)控制的工作状态、升压转换器100的功率效率和/或可影响峰值电感器电流ILPEAK转换为功率转换器输入电流IP的此类开关的阻抗变化。这种信息可被提供给电流转换部122以根据峰值电感器电流ILPEAK来计算等效平均功率转换器输入电流IP。这种平均功率转换器输入电流IP然后可被提供给软限幅控制123，该软限幅控制123可用作动态峰值电流控制状态机。
软限幅控制123可将经计算得到的平均功率转换器输入电流IP与用户配置103进行比较以判定是否需要软限幅响应。虽然峰值电感器电流软限幅适当时可动态地变化，但是可能总是比静态峰值电感器电流硬限幅的值小。如果需要软限幅响应，那么软限幅控制123可计算必要软限幅以相对于电源保持期望工作状况，如在用户配置103或其他预定义配置内设定。
如果不需要响应，那么软限幅控制123可将峰值电感器电流硬限幅104作为峰值电流阈值传给峰值电流比较器112。
当被触发时，峰值电流比较器112可将适当的信号传递给循环比较器115，该循环比较器115又可向占空比和开关控制116以信号告知必须使输出级117中的升压开关119无效(例如，停用、断开、关闭等)。这种使升压开关无效可超越控制环113的正常升压转换器调节。一旦使升压开关119无效，电感器电流IL就可开始下降，既限制峰值电感器电流ILPEAK又限制功率转换器输入电流IP。
VP监测部120可报告经由包括升压转换器100的升压放大器设备的本地专用感测引脚或以任何其他合适的方式测量的电源电压VP以判定在电感器101的输入处或附近的电源VP。电源(例如，电池)电压可能因平台、负载状况以及电池充电而改变。包括升压转换器100的设备中共享提供电源电压VP的电源的其他子系统也可向电源施加动态负载。另外，电源可具有输出阻抗，且这种动态负载可能使原始电源电压VP持续变化。
为了说明，图5是根据本公开的实施例可用作电源的示例性电池的模型140的电路图。如图5所示，电池可被建模为具有输出电压VIDEAL的理想电压供应器142和具有可变阻抗ZOUT的输出阻抗144，该可变阻抗ZOUT可能由于电池充电、放电电流电平变化、电池老化和/或环境影响而变化。工作时，可变阻抗ZOUT可能由于电池充电电平变化而变化。因此，当从电池输送的电流ILOAD增大时，它生成的输出电压VP可减小。例如，如果假设特定电池的输出阻抗(ZOUT)固定在0.3Ω，并且它不向负载提供任何电流(例如，ILOAD＝0A)且它的理想电池电压VIDEAL为3.6V，那么电池的输出电压VP等于理想电池电压(VP＝VIDEAL＝3.6V)。然而，如果电池向负载提供1A的电流ILOAD，那么输出电压VP＝(3.6V)-(1A)×(0.3Ω)＝3.3V。对于真实(非理想)电池，VP可能通常小于3.3V。
因为电源电压VP可以既以缓慢的近类似直流(DC)方式又以更快的瞬变方式持续地变化以将峰值电感器电流ILPEAK精确地转换为输入电源电流IP，所以必须持续地监测电源电压VP。从软限幅控制123的状态机响应的角度来看，电源电压VP可与一个或更多个阈值进行比较以触发状态机响应，或对于调整软限幅来说，开始峰值电感器电流限幅以直接跟踪电源电压VP。
VBST监测121可报告来自升压转换器100的升压电压VBST。取决于升压转换器100的架构，升压电压VBST可基于升压转换器100的调节能力而变化。例如，在一些升压转换器架构中，差的交流(AC)调节是可以接受的。其他升压转换器架构可能跟踪负载信号要求，诸如H类升压放大器架构。升压转换器也可进入在重负载下一旦达到峰值电感器电流限幅就发生失调的状况。这种状况可快速地改变升压电压VBST。
电感监测110可跟踪电感器101的电感。实际电感值可因部位而改变、因温度而改变和/或在不同重负载状况下改变。例如，实际电感值相对于通常规定的标称电感值可能相差多达30％。实际电感可能对通过电感器101的纹波电流的斜率以及将峰值电感器电流ILPEAK转换为电源电流IP的能力具有主导作用。为了最大限度地减小将峰值电感器电流ILPEAK转换为电源电流IP的误差，必须监测电感器101的实际电感以对任何变动和实时变化作出解释。
对于通过升压转换器100来限制电源消耗来说，电流转换部122可将峰值电感器电流ILPEAK与电源电流IP相关联。既可对来自软限幅控制123的软限幅执行电流转换，又可对峰值电感器电流硬限幅104执行电流转换。经计算得到的硬限幅和软限幅(相对于电源电流IP)都可被提供给软限幅控制123。
对于电源管理来说，电源电流IP可以是为了利用峰值电感器电流软限幅电源管理方案而最关注的基准电流。它通常是电源电流IP消耗，而不是电感器电流IL的纹波，该纹波判定便携式设备是否会“欠压”。峰值电感器电流硬限幅104可包括由用户配置的静态限幅。峰值电感器电流硬限幅104通常可基于电感器101的电流处理能力而设定。峰值电感器电流硬限幅104可被配置成为在任何工作点期间可以允许的最大峰值电感器电流ILPEAK。
峰值电流比较器112可将通过升压开关119的升压开关电流IB(其应当与当使升压开关119有效时的电感器电流IL相同)与预配置硬或软限幅进行比较，且当升压开关电流IB超过预配置(硬或软)限幅时，峰值电流比较器112可生成使升压开关119失效的信号。一旦升压开关电流IB/电感器电流IL达到峰值电流阈值，使升压开关119失效就可限制通过电感器101的峰值电感器电流ILPEAK，且进一步限制来自电源的升压转换器100的功率消耗。
传递给峰值电流比较器112的峰值电流阈值可以是基于静态峰值电感器电流硬限幅或动态峰值电感器电流软限幅。在一些实施例中，峰值电感器电流软限幅不能超过系统设定的硬限幅。通常，当软限幅启用时，它从略小于硬限幅的阈值开始。当软限幅不再需要时，峰值电流比较器112的阈值可返回到硬限幅值。
用户配置103可允许用户基于系统级要求来定制动态峰值电流控制111的响应。此类用户配置103可包括但不限于电压响应阈值、多个电压响应阈值、各个阈值的斜率响应、状态机响应时序、ΔIP/ΔVP关系(例如，相对于电源电压VP变化如何控制软电流限幅)、期望量或峰值电流限制的限幅量以及一旦电源电压VP恢复后的恢复选项。
如图4所示，软限幅控制123可接收用户配置103、峰值电感器电流硬限幅104以及从电流转换122经计算得到的硬限幅输入电流IP和软限幅输入电流IP。根据此类信息，软限幅控制123可判定峰值电感器电流ILPEAK是否需要降至静态硬限幅以下以管理来自升压转换器100的电源的功率消耗。如果峰值电感器电流ILPEAK需要降至静态硬限幅以下，那么可计算峰值电感器电流软限幅并输出给峰值电流比较器112，从而减小允许通过升压开关119的电感器电流IL的最大量。可从软限幅控制123(在动态峰值电流控制111内)输出单个峰值电流限幅阈值到峰值电流比较器112。峰值电感器电流动态软限幅或静态硬限幅在给定时间可以是有效的。因此，软限幅控制123可管理对峰值电流比较器112的限幅，从而允许对于硬限幅和软限幅都利用单个峰值电流比较器112。
至少两个不同的方法可以用来通过操纵峰值电感器电流限幅来控制输入电流IP。本文中称为“方法1”的第一方法可允许更缓慢的响应和更迅速的恢复。方法1既可用作瞬变响应系统又可用作电池节电器系统，其中输入电流IP的减小被调整为对电源电压VP变化的持续直接响应。本文中称为“方法2”的第二方法通常可具有一旦触发就比方法1更迅速和激进的响应。方法2可更具体地处理瞬变负载状况并快速地限制升压转换器100的输入功率消耗，使得电源有机会恢复并防止包括升压转换器100的系统欠压。
基于期望电源管理响应，方法1和方法2可以相互结合使用或单独使用。例如，在电池供电的便携式设备中，其中电池可以缓慢放电，引起电源电压VP降低，以及其中瞬变负载状况的突发可导致电源电压VP快速下降，可能期望同时使用方法1和方法2。
方法1
方法1可跟踪电源电压VP并将最大可允许电流IP消耗和电源电压VP一起进行缩放。方法1可允许单个或多个阈值，对于最大可允许电流IP消耗变化相对于电源电压VP变化(例如，ΔIP/ΔVP)具有可配置响应速率，所述可配置响应速率可以实时或以延迟方式进行更新以防止电位控制环振荡。这种方法可允许动态峰值电流控制111增大或减小可允许峰值输入电流IP消耗以基于电源(例如，电池)能力对电源电压VP消耗进行缩放。
当系统过载或欠压的风险低时，单个或多个阈值可允许电流限幅的渐进初始相位。当电池处于弱化状态且系统处于更容易过载或全系统欠压的状态时，可施加更激进的响应。例如，图6示出平均输入电流IP对电源电压VP的变化曲线，用来根据本公开的实施例对具有可编程响应速率的多阈值方法可如何用变动电源电压VP作出响应的示例进行说明。本示例假设诸如电感器101的电感、升压电压VBST和电源的负载的其他变量保持不变。如图6所示，也可向由软限幅控制123执行的电感器电流软限幅施加绝对最小值。一旦达到这个绝对最小值，电源电压VP和电流限幅之间的响应速率关系(例如，图6所示的响应速率2)就可能会进一步受限于配置的软限幅最小值。
图7示出峰值电感器电流ILPEAK限幅对电源电压VP的变化曲线，用来根据本公开的实施例对用户可如何配置多种响应速率以基于系统功率来定制对包括升压转换器100的系统的软限幅响应以及它可如何对应于峰值电感器电流的限幅进行说明。基于当跟踪对电源电压VP下降的响应和电感器电流IL与输入电流IP关系变化时的用户配置的组合，峰值电感器电流限幅响应速率可以是线性或非线性。
图8示出峰值电感器电流ILPEAK限幅和电源电压VP随时间变化的曲线图，用来根据本公开的实施例对单阈值线性响应可如何跟踪电源电压VP瞬变波形以当电源电压VP下降时减少输入电流消耗，以防止包括升压转换器100的系统由于从电源吸取比电源能够提供的电流更多的电流而欠压进行说明。在电源电压VP降至VP阈值以下之前，峰值电感器电流限幅可保持在峰值电感器电流硬限幅。在电源电压VP再次降至VP阈值以上且软限幅已有机会赶上电源电压VP变化之后，峰值电感器电流ILPEAK可返回到硬限幅以允许升压转换器100的最大功率输送。
方法2
方法2可包括触发时基系统，其中可利用计时器、用户可配置响应步长大小和(多个)阈值的组合来判定响应。方法2可采用攻击状态，其中峰值电感器电流软限幅响应于电源电压VP的电压瞬变而以可配置速率减小，而不是一旦违反阈值电源电压VP就直接用ΔIP/ΔVP方法来跟踪电源电压VP。因此，方法2旨在防止消耗大量电流，否则可能导致过载或欠压状况。
方法2可被设计成从软限幅的角度来看故意反应过度以尽可能快地减少输入电流IP消耗以及允许电源电压VP快速恢复。正如背景技术部分所讨论的那样，分布电容可能出现在电源的输出处。这种电容在发生重负载事件之后可能需要一段时间来再充电。因此，以快速且激进的方式减少升压转换器100的可允许功率消耗可允许电源电压VP更快恢复并可降低终端设备上的欠压事件的可能性。
图9示出峰值电感器电流ILPEAK限幅和电源电压VP随时间变化的曲线图，用来根据本公开的实施例对峰值电感器电流限幅时基响应的示例性实施方案进行说明。如图9所示，当电源电压VP降至第一阈值VP阈值1以下时，可触发峰值电流软限幅，且软限幅控制123可开始减小峰值电感器电流ILPEAK的限幅。只要电源电压VP保持在VP阈值1以下且继续减小，就可继续减小峰值电感器电流ILPEAK的限幅。一旦电源电压VP停止下降，软限幅控制123就可在可配置时间段tWAIT内保持静止。一旦这个时间段结束，软限幅控制123的软限幅就可开始解除，且软限幅控制123可增大峰值电感器电流软限幅，直至它达到硬限幅，电源电压VP保持在VP阈值1以下且又开始下降，或电源电压VP返回到VP阈值1以上且然后在稍后时间点降回到VP阈值1以下，此时软限幅控制123可经由动态软限幅再次减小最大可允许峰值电流。等待电源电压VP开始增大当首次发生低电源电压状况时允许激进响应，但电源电压VP一表现出恢复迹象就通过升压转换器100快速恢复可允许功率，以最大限度地减小升压转换器100的功率输送受到影响的总时间量。
图10示出峰值电感器电流ILPEAK限幅和电源电压VP随时间变化的曲线图，用来根据本公开的实施例对峰值电流软限幅持续减小直至电源电压VP返回到峰值电感器电流限幅时基响应的初始触发阈值以上的示例性实施方案进行说明。这种持续减小在很长一段时间内可能快速降低输入电流IP消耗以允许电源电压VP恢复。这个示例性实施方案对于确保电源电压VP恢复的权重比最大限度地减小对升压转换器100的功率输送的影响的权重更大。由于主动减小软限幅的时间段较长，最小软限幅值可能较低且可能比图9的示例性实施方案需要更长时间返回到正常工作。
图11示出峰值电感器电流ILPEAK限幅和电源电压VP随时间变化的曲线图，用来根据本公开的实施例对利用多阈值响应的示例性实施方案进行说明，其中当电源电压VP降至各个阈值以下时，对各个阈值施加不同响应速率。多个阈值(例如，VP阈值1、VP阈值2和VP阈值3)可对应于不同用户可配置级别，使得当电源电压VP降至各个阈值以下时，触发不同响应(例如，响应1、响应2、响应3)。对于本示例来说，响应1、响应2和响应3可包括具有固定时间率的不同步减。当峰值电流限幅从响应1进行到响应3时，此类响应步长可能变得越来越激进。可以执行这种多阈值响应以对于电源电压VP的较小下降使峰值电感器电流软限幅的减小最小化，同时当电源电压VP发生较大下降时自动地按比例放大响应步长大小来作出响应。在时基软限幅方法中，图11的实施方案可能因减小对电源电压VP小的瞬变下降的过度反应而获益，同时仍允许对电源电压VP更严重的下降进行大功率限制。
本领域普通技术人员应当明白，本公开包括对本文中示例性实施例的所有更改、替换、变动、变形和修改。同样地，本领域普通技术人员应当明白，在适当的情况下，所附权利要求包括对本文中示例性实施例的所有更改、替换、变动、变形和修改。此外，所附权利要求中对装置或系统或装置或系统的部件的引用包括所述装置、系统或部件，所述装置、系统或部件适应执行特定功能，被布置成执行特定功能，能够执行特定功能，被配置成执行特定功能，被启用为执行特定功能，可操作为执行特定功能或操作为执行特定功能，无论其或特定功能是否启动、打开或开启，只要所述装置、系统或部件适应执行特定功能，被布置成执行特定功能，能够执行特定功能，被配置成执行特定功能，被启用为执行特定功能，可操作为执行特定功能或操作为执行特定功能。
本文中所述的所有示例和条件性语言都旨在教学目的，以帮助读者理解本公开及发明人为深化技术而提出的概念，且被解释为并不限于这样具体陈述的示例和条件。虽然已经对本公开的实施例进行详细说明，但是应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可对本公开的实施例进行多种更改、替换和变形。

Claims (32)

1.一种确定升压转换器的电感器的目标电感器电流的方法，包括：
监测电源的输入电源电压；
监测升压转换器的电感器的电感，该升压转换器包括所述电感器；
监测所述升压转换器的一个或更多个其他特性；
在所述升压转换器的开关周期期间基于所述输入电源电压、所述电感、所述升压转换器的所述一个或更多个其他特性以及所述电感器的目标平均电流来计算目标峰值电感器电流。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在开关周期期间通过根据最大平均电感器电流对所述电感器的峰值电感器电流进行调节来控制所述电感器的平均电流。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的开关的开关占空比。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的输出电压。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的输出电流。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的效率。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于所述电感器的瞬时电感器电流超过所述目标峰值电感器电流，使所述升压转换器的开关无效。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括基于用户配置来控制瞬时电感器电流和目标峰值电感器电流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述用户配置包括电压响应阈值、电压响应阈值的斜率响应、状态机响应时序、电源电流相对于输入电源电压的变化、目标峰值电感器电流的期望限幅以及响应于电源恢复的恢复选项中的至少一者。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于所述输入电源电压降至阈值电压以下，以可控方式减小所述目标峰值电感器电流。
11.一种产生一输出电压的装置，包括：
升压转换器，该升压转换器具有用于接收电源的输入电源电压的电源输入、电感器和用于生成比所述输入电源电压更大的输出电压的输出；
控制器，被配置成：
监测所述输入电源电压；
监测所述电感器的电感；
监测所述升压转换器的一个或更多个其他特性；
在所述升压转换器的开关周期期间基于所述输入电源电压、所述电感、所述升压转换器的所述一个或更多个其他特性以及所述电感器的目标平均电流来计算目标峰值电感器电流。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述控制器还被配置成在开关周期期间通过根据最大平均电感器电流对所述电感器的峰值电感器电流进行调节来控制所述电感器的平均电流。
13.根据权利要求11所述的装置，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的开关的开关占空比。
14.根据权利要求11所述的装置，其中所述一个或更多个特性包括所述输出电压。
15.根据权利要求11所述的装置，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的输出电流。
16.根据权利要求11所述的装置，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的效率。
17.根据权利要求11所述的装置，其中所述控制器还被配置成响应于所述电感器的瞬时电感器电流超过所述目标峰值电感器电流，使所述升压转换器的开关无效。
18.根据权利要求11所述的装置，其中所述控制器还被配置成基于用户配置来控制瞬时电感器电流和目标峰值电感器电流。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述用户配置包括电压响应阈值、电压响应阈值的斜率响应、状态机响应时序、电源电流相对于输入电源电压的变化、目标峰值电感器电流的期望限幅以及响应于电源恢复的恢复选项中的至少一者。
20.根据权利要求11所述的装置，其中所述控制器还被配置成响应于所述输入电源电压降至阈值电压以下，以可控方式减小所述目标峰值电感器电流。
21.一种确定升压转换器的电感器的平均电感器电流的方法，包括：
监测电源的输入电源电压；
监测升压转换器的电感器的电感，该升压转换器包括所述电感器；
监测所述升压转换器的一个或更多个其他特性；
在所述升压转换器的开关周期期间基于所述输入电源电压、所述电感、所述升压转换器的所述一个或更多个其他特性以及所述电感器的峰值电感器电流来计算所述电感器的平均电流。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括在开关周期期间通过根据最大峰值电感器电流对所述电感器的平均电流进行调节来控制所述电感器的峰值电感器电流。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的开关的开关占空比。
24.根据权利要求21所述的方法，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的输出电压。
25.根据权利要求21所述的方法，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的输出电流。
26.根据权利要求21所述的方法，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的效率。
27.一种产生一输出电压的装置，包括：
升压转换器，该升压转换器具有用于接收电源的输入电源电压的电源输入、电感器和用于生成比所述输入电源电压更大的输出电压的输出；
控制器，被配置成：
监测所述输入电源电压；
监测所述电感器的电感；
监测所述升压转换器的一个或更多个其他特性；
在所述升压转换器的开关周期期间基于所述输入电源电压、所述电感、所述升压转换器的所述一个或更多个其他特性以及所述电感器的峰值电感器电流来计算所述电感器的平均电流。
28.根据权利要求27所述的装置，其中所述控制器还被配置成在开关周期期间通过根据最大峰值电感器电流对所述电感器的平均电流进行调节来控制所述电感器的峰值电感器电流。
29.根据权利要求27所述的装置，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的开关的开关占空比。
30.根据权利要求27所述的装置，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的输出电压。
31.根据权利要求27所述的装置，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的输出电流。
32.根据权利要求27所述的装置，其中所述一个或更多个特性包括所述升压转换器的效率。
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