CN109494980A

CN109494980A - 通过降压-升压稳压器的调节

Info

Publication number: CN109494980A
Application number: CN201811054778.5A
Authority: CN
Inventors: 大卫·詹姆斯·梅盖瓦
Original assignee: Lingliert Technology Holding Co Ltd
Current assignee: Analog equipment International Co.,Ltd.
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2019-03-19
Anticipated expiration: 2038-09-11
Also published as: JP2019050723A; US10135340B1; DE102018007097A1; JP6668430B2; CN109494980B

Abstract

控制器可以控制具有输入电压和输出电压的降压‑升压稳压器。控制器可以包括：当输入电压低于预定电压窗口的底部时，使得降压‑升压稳压器的输出电压处于预定电压窗口的底部的电路；当输入电压高于预定电压窗口的顶部时，使降压‑升压稳压器的输出电压处于预定电压窗口顶部的电路；导致降压‑升压稳压器通过降压‑升压稳压器传递输入电压的电路，以便当输入电压在预定电压窗口内时，使降压‑升压稳压器的电压输出与输入电压处于相同的电平。

Description

通过降压-升压稳压器的调节

技术领域

本发明涉及用于降压-升压稳压器的控制器。

背景技术

有几种控制降压-升压稳压器的方法。这些包括：(1)具有固定输出电压的传统方法；(2)级联独立降压和升压稳压器，它们都允许100％占空比的顶部开关操作，并对其输出电压进行编程以形成通过区域；(3)在降压-升压稳压器周围放置并联电流路径(热插拔、理想二极管控制器、负载开关或继电器等)，并使用窗口比较器在降压-升压稳压器和并联电流路径之间切换。然而，如现在所描述的，每种方法都可能具有缺点。

例如，传统的固定输出电压降压-升压稳压器可以包括适用于汽车和工业电子设备的规范，并且通常具有一系列可接受的输入电压(例如LV224：9V-16V、LV248：36V-52V)。这些可能适用于窗口调节，而传统的降压-升压调节固定输出电压。可能需要降压-升压稳压器来维持故障条件期间的输出电压调节(例如，浪涌、负载突降、冷启动)，而输入和输出电压在绝大多数时间内都接近于值。降压-升压稳压器的连续切换也会降低效率并产生EMI。在降压-升压区域(VIN～VOUT)中，这可能是双重的，其中所有4个功率MOSFET都在切换。提高效率的方法可以在轻负载(不连续导通模式、突发切换)时提供改进。在切换期间改善EMI的方法(例如，PCB布局、扩频切换频率)可以仅部分地解决该问题。当输入电流和相关的传导损耗达到最大值时，降压-升压稳压器的最大电流/功率耗散也可能受到最大升压占空比的限制。

级联100％占空比降压和升压稳压器创建通过窗口也可能遇到问题。在升压和降压稳压器的通过窗口中，电感器电流可能不受控制。电感和功率MOSFET中的电流过大会导致损坏。级联的高Q RLC储罐存在于直通区域的输入和输出之间，并且电感器电流和输出电压的大幅度振铃可能由线路和负载瞬变引起。在大多数应用中，此限制可能导致直通窗口较小。当输入在直通区域内时，启动可能很难控制。可能需要两个电感器和两个输出电容器，从而降低了效率，并增加了解决方案尺寸和成本。在通过窗口边界处的四开关降压-升压切换可能是不可能的。

使用窗口比较器启用降压-升压的并行路径也可能遇到问题。并行路径开关设备，如果完全增强或线性控制，可能受到SOA约束并且容易损坏。它可能需要定时器来保护，这意味着输出电压可能会中断。如果保留快速启用和禁用该路径的能力，则并行路径设备中的静态电流可能很高。并联路径传导和降压或升压调节之间的转换可能由于启动延迟/软启动斜坡而导致大的输出下降，因为电感器电流可能必须从零开始。电感器可以有助于滤除输入噪声和驯服极端瞬变(例如断路器事件)。将其保留在当前路径中可能更好。用于降压和升压顶栅驱动器的升压电容器可提供理想的电荷储存器，以快速打开/关闭功率MOSFET。但是备用路径电路可以使用来自内部电荷泵的低值充电电流并且接通可能很慢。

发明概述

控制器可以控制具有输入电压和输出电压的降压-升压稳压器。控制器可以包括：当输入电压低于预定电压窗口的底部时，使得降压-升压稳压器的输出电压处于预定电压窗口的底部的电路；当输入电压高于预定电压窗口的顶部时，使降压-升压稳压器的输出电压处于预定电压窗口顶部的电路；导致降压-升压稳压器通过降压-升压稳压器传递输入电压的电路，以便当输入电压在预定电压窗口内时，使降压-升压稳压器的电压输出与输入电压处于相同的电平。

降压-升压稳压器包括具有输入和输出的电感器、将所述电感器的输入可控地连接到所述输入电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到输出电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输入连接到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关。控制器还可以包括使两个顶部电源开关持续接通的电路和两个底部电源开关，当输入电压在预定电压窗口内时，两个底部电源开关连续断开。

预定电压窗口可以是第一电压窗口。控制器还可以包括：当输入电压高于第一电压窗口顶部或部分重叠的第二电压窗口时，使降压-升压稳压器工作在降压模式的电路；当输入电压在第二电压窗口内时，使降压-升压稳压器工作在降压-升压模式的电路；当输入电压在第三电压窗口内时，使降压-升压稳压器工作在降压-升压模式的电路，该第三电压窗口恰好低于或部分地与第一电压窗口的底部重叠；当输入电压低于第三电压窗口时，使降压-升压稳压器工作在升压模式的电路。

降压-升压稳压器包括具有输入和输出的电感器、可控制地将电感器的输入连接到输入电压的顶部电源开关、可控制地连接电感器的输出的顶部电源开关、可控制地将电感器的输入连接到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关。当输入电压在第一预定电压窗口内时，控制器还包括：当电感器电压的幅度不超过预定阈值时，导致降压-升压稳压器与顶部电源开关连续工作并且底部电源开关持续关断的电路；当电感器电压的幅度超过预定阈值时，使降压-升压稳压器在输入和/或输出功率开关有效切换以降低电感器电压的情况下工作的电路。

降压-升压稳压器可以包括传导电流并具有输入和输出的电感器、可控制地将所述电感器的输入连接到所述输入电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到输出电压的顶部电源开关、可控制地将输入连接到电感器到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关。当输入电压在第一预定电压窗口内时，控制器还可以包括：当电感器中的电流大小不超过预定阈值时，使得降压-升压稳压器与顶部电源开关一起工作并且底部电源开关连续断开的电路；当电感器中的电流大小超过预定阈值时，使降压-升压稳压器在输入和/或输出功率开关有效地切换以调节或限制电感器电流的情况下操作的电路。

降压-升压稳压器可以包括传导电流并具有输入和输出的电感器、可控制地将所述电感器的输入连接到所述输入电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到输出电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输入连接到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关。控制器进一步可以包括：一个误差放大器，其输出控制通过电感的电流：导致降压-升压稳压器在顶部电源开关持续接通的情况下工作，并且在非切换模式期间底部电源开关持续断开的电路；导致降压-升压稳压器与输入和/或输出功率开关一起工作并在开关模式期间主动切换以调节输出电压、电感器电压或电感器电流的电路；将误差放大器的输出调整到一个水平，使得转换后的电感电流值立即与从非切换模式转换到切换模式时的转换之前的电感电流的平均值相同的电路。

控制器还可以包括允许预定电压窗口的顶部和底部设置为相同电平的电路。

现在，通过阅读以下对说明性实施例、附图和权利要求的详细描述，这些以及其他组件、步骤、特征、对象、益处和优点将变得清楚。

附图简述

附图是说明性实施例。它们没有示出所有实施例。可以另外或替代地使用其他实施例。可省略可能明显或不必要的细节以节省空间或用于更有效的说明。一些实施例可以用附加的组件或步骤和/或没有所示的所有组件或步骤来实践。当相同的数字出现在不同的图中时，它指的是相同或相似的组件或步骤。

图1比较了左侧传统降压-升压操作的示例，右侧是直通调节示例。

图2A-D示出了降压-升压稳压器和实现降压-升压稳压器的通过调节的控制器的示例。

图3显示了带VIN扫描的ADI LT8210的直通操作示例。

图4示出了直通启动的示例。

图5示出了通过和传统降压-升压调节之间的效率比较的示例。

图6示出了对大的正输入瞬态的直通响应的示例。

图7示出了从直通调节到固定输出降压-升压调节的转换的示例。

图8示出了从固定输出降压-升压调节到通过调节的转变的示例。

发明详述

现在描述说明性实施例。可以另外或替代地使用其他实施例。可省略可能明显或不必要的细节以节省空间或用于更有效的呈现。一些实施例可以用附加的组件或步骤和/或没有所描述的所有组件或步骤来实践。

现在将描述通过降压-升压稳压器的调节的示例。可以使用具有直通模式的4开关降压-升压稳压器。可以将输出电压调节到由可编程的最小值和最大值定义的窗口。控制器可以保持对输出电压窗口之上、之下和之内的输入电压的调节。当输入在窗口上方时，降压稳压器可以将输出保持在最大设定值。当输入低于窗口时，升压稳压器可将输出保持在最小设定值。当输入电压在通过窗口的边界附近时，可以进行4开关降压-升压操作以将输出调节到最小/最大值并避免脉冲跳跃。当输入在窗口内时，开关损耗可能变为零，并且输入可以通过连续打开两个顶部开关直接传递到电感器的输出。在通过窗口内，可以监视电感器电压、或输入和输出电压、以及电流或输入或输出电流，并且当电感器上产生大电压(正或负)或电感电流超过正或负电流限制阈值时，可以恢复开关。一旦电感器电压和电流再次稳定在预设限制内，就可以重新进入非切换直通状态。在操作期间，稳压器可以使用模式选择输入信号在直通窗口调节和传统固定输出调节之间转换。

这些方法可具有一个或多个优点。在直通窗口中没有切换可能意味着没有开关损耗，从而导致从极轻负载到最大输出电流的更高效率。在直通窗口中没有切换可能意味着没有辐射或传导EMI。由于零栅极驱动电流，并且因为可以禁用高电源电流块(例如，振荡器、电流模式比较器)，所以在非开关状态下稳压器电源电流可以从几十毫安下降到微安。通过窗口可以通过限制最小降压和最大升压占空比来改善降压和升压效率。窗口越宽，占空比范围越小，耗散功率越低。当选择功率MOSFET时，非开关状态可以通过在栅极电荷(Qg)上优先化Rds(on)来进一步优化，因为耗散功率可能几乎完全是由传导损耗引起的。当由于线路或负载瞬变而在电感器上产生正或负电压时，可以在通过窗口中监视和控制电感器电流。该方法可以减轻电流和输出电压的大振幅振铃，并且可以在存在大的正和负线瞬变的情况下保持低电流。它还可以允许直通窗口任意大。可以检测和限制反向电流。由于降压和升压环路可在必要时在直通窗口内切换，因此当输入电压位于直通窗口内时，可在整个启动期间控制输出电压和电感器电流。类似地，响应于线路瞬态或操作模式的改变，可以通过降压和升压调节回路之间的协调切换来控制直通窗口内的输出电压的任何充电或放电。

这些方法可以在操作期间在直通调节和传统的固定输出电压降压-升压调节之间转换。随着应用条件的变化，可以交换效率和低噪声，以实现更严格的输出容差和改善的瞬态响应。

图1比较了左侧传统降压-升压操作的示例，右侧是直通调节示例。左侧的传统降压-升压稳压器可以将输出电压调节到预设值，无论输入电压是高于、低于还是等于输出电压。传统的降压-升压稳压器可以具有三个不同的开关区域，这些开关区域由输入和输出电压之间的关系确定。当输入电压基本上低于输出电压时，稳压器可以位于升压区域，其中降压顶部开关持续接通并且降压底部开关关闭，而升压顶部和底部开关切换，用作同步升压稳压器。当输入电压基本上高于输出电压时，稳压器可以驻留在降压区域中，其中升压顶部开关持续接通并且升压底部开关断开，而降压顶部和底部开关切换，用作同步降压稳压器。当输入电压在输出电压附近的预定窗口内时，稳压器可以驻留在降压-升压区域中，其中降压和升压顶部和底部开关都切换以便保持输出电压的调节在预设值而不采用脉冲跳跃来实现非常接近100％的占空比。右侧的直通稳压器可以将输出电压调节到由最大值VOUT_降压和最小值VOUT_升压定义的窗口。当输入电压基本上低于VOUT_升压时，稳压器可能位于降压顶部开关持续导通的升压区域，降压底部开关关闭，而升压顶部和底部开关切换，充当同步升压稳压器，调节输出电压为VOUT_升压。当输入电压在VOUT_升压下方或附近的预定窗口内时，稳压器可以驻留在降压-升压区域，其中降压和升压顶部和底部开关都切换，以便在不诉诸脉冲跳跃的情况下维持VOUT_升压输出电压的调节。当输入电压大大高于VOUT_降压时，稳压器可以位于升压顶部开关连续导通的降压区域，升压底部开关关闭，而降压顶部和底部开关切换，充当同步降压稳压器，将输出电压调节至VOUT_降压。当输入电压在VOUT_降压上方或以VOUT_降压为中心的预定窗口内时，稳压器可以驻留在降压-升压区域中，其中降压和升压顶部和底部开关都切换以便维持VOUT_降压处的输出电压的调节，而不需要求助于脉冲跳跃。当输入电压大于VOUT_升压且小于VOUT_降压时，稳压器可以驻留在直通窗口中，其中输出将跟随输入电压。降压和升压顶部开关可以连续导通，当电感器电流和电压稳定在预定窗口内时，底部在该区域关闭。

图2A-D中所示的各种组件可以如现在所描述的那样起作用。可以替代地使用其他组件或组件布置。

比较器200可以产生输出信号降压_模式，其响应于输入电压VIN大于输出电压VOUT的1.15倍而变高。当降压_模式为高时，控制器可以在降压区域中操作，其中电源开关244和245接通和断开作用于同步降压稳压器，而开关247连续接通并且开关246断开。

比较器201可以产生输出信号升压_模式，其响应于输入电压小于输出电压的0.85倍而变高。当升压_模式为高时，控制器可以在升压区域中操作，其中电源开关246和247接通和断开作为同步升压稳压器，而开关244持续接通并且开关245断开。

比较器202可以产生输出信号降压_睡眠，其响应于降压误差放大器234的输出VC2超过阈值(例如2.5V)而变高。

比较器203可以产生输出信号升压_睡眠，其响应于升压误差放大器221的输出VC1低于阈值(例如0.2V)而变高。

双输入和逻辑门204可以产生输出信号睡眠，其响应于同时为高的降压_睡眠和升压_睡眠输入而变高。睡眠信号可以通过降压驱动器控制243、SR锁存器242和3输入或门240强制开关244连续接通以及开关245断开。睡眠信号也可以通过升压驱动器控制229、SR锁存器228和3输入或门227强制开关247持续接通以及开关246断开。

参考发生器205可用于创建用于瞄准输出电压调节的系统参考VREF。其他缩放版本的参考(例如，0.93×VREF、0.98×VREF、1.07×VREF)可以用作比较器208、209和213的输入信号。

VIN、VOUT分压器206可以产生输入和输出电压的缩放版本，其可以经由模拟复用器219、220、232和233用作比较器200、201、214、230的输入信号以及用于降压和升压误差放大器的输入。

时钟207可以产生用于降压环CLK_降压的开关时钟，其可以通过将SR锁存器242的输出PWM_降压设置为高并且使得降压驱动器控制243在开关周期开始时接通降压顶部开关244来启动降压切换周期。时钟207还可以产生用于升压回路CLK_升压的开关时钟，其可以通过将SR锁存器228的输出PWM_升压设置为高并且使得升压驱动器控制229在开关周期开始时接通升压顶部开关247来启动升压开关周期。时钟还可以产生斜率补偿斜坡SLOPE_COMP_降压和SLOPE_COMP_升压，其可以是降压和升压电流模式比较器239和225的输入，并且用于稳定电流模式控制环路以用于切换大于50％的占空比。

比较器208可以产生输出信号VIN_TOP，其响应于电阻器255上的FB2电压小于0.93×VREF而变高。该信号可用于确定输入电压是否小于通过窗口的顶部，该通过窗口可通过输出VOUT和地之间的FB2电阻分压器254和255编程。

比较器209可以产生输出信号VIN_底部，其响应于电阻器253上的FB1电压大于1.07×VREF而变高。该信号可用于确定输入电压是否大于直通窗口的底部，其可通过输出VOUT与地之间的FB1电阻分压器252和253编程。

3输入和逻辑门210可以产生响应于VIN_TOP信号为高而变高的输出(指示输入电压小于直通窗口的顶部)、VIN_底部信号为高(表示输入电压大于直通窗口的底部)、模式信号为高(表示该部件配置为以直通模式工作)。

2输入或逻辑门211可以产生响应于降压_模式或升压_模式信号为高而变高的输出。当此门的输出为低电平时，可能表示输入电压在输出电压的15％范围内。

3输入和门212可产生响应于逻辑门210的输出而变高的输出，并且216为高并且211为低，表示稳压器未处于降压或升压模式(门211)，稳压器被配置用于直通操作，同时输入电压在通过窗口(门210)的底部和顶部之间，并且软启动例程已经完成(门216)。该门PASS_REG的输出可以通过模拟多路复用器232和233将降压误差放大器234的输入从FB2、VREF改变为VOUT、1.03×VIN。这可以使降压环路将输出电压调节到1.03×VIN。类似地，升压误差放大器221的输入可以通过模拟复用器219和220从FB1、VREF变为VOUT、0.97×VIN。这可以使升压环路将输出电压调节到0.97×VIN。

比较器213可以产生响应于FB2电压超过0.98×VREF而变高的输出信号，指示FB2电压大于通过FB2电阻分压器254和255编程的值的98％。

比较器214可以产生响应VOUT超过0.97×VIN而变高的输出信号，表明输出电压大于输入电压的97％。

比较器215可以产生响应于SS节点上的电压超过2.5V而变高的输出信号。

3输入或逻辑门216可以产生输出信号SS_OVER，其指示控制开启的软启动例程已经完成。当模式输入为高电平以选择直通模式且SS_OVER信号为高电平时，来自2输入NAND逻辑门217的短_FB信号可能变低，导致FB1和FB2节点断开，从而允许降压和升压环路分别针对单独的输出电压目标进行调节，即通过窗口的顶部和底部。

2输入NAND逻辑门217可以产生输出信号短_FB，其使得能够响应于其输入信号模式和SS_OVER中的任一个为低而连接FB1和FB2电压的开关。在启动时，或者当控制器未配置为直通模式时，FB1和FB2节点可能会连接，导致降压和升压调节环路以相同的输出电压为目标，该输出电压由FB1和FB2电阻分压器252、253、254和255的并联组合设定。

当短_FB信号为高时，低阻开关218可以连接FB1和FB2节点。

当控制信号PASS_REG为低时，模拟复用器219可以将FB1信号传递到其输出。当PASS_REG为高电平时，它可以将VOUT信号传递到其输出。输出可以连接到升压误差放大器221的正输入。

当控制信号PASS_REG为低时，模拟复用器220可以将VREF信号传递到其输出。当PASS_REG为高电平时，它可以将0.97×VIN信号传递到其输出。输出可以连接到升压误差放大器221的负输入。

升压误差放大器221的输入可以确定升压回路输出电压调节目标是什么。当PASS_REG为低电平时，升压环路可能会尝试将FB1电压调节到内部基准电压VREF。当PASS_REG为高电平时，升压环路可能会尝试将VOUT电压调节为0.97×VIN。

升压软启动钳位PNP晶体管222可以将升压误差放大器221的输出钳位到高于Css电容器266上的电压的二极管电压。在软启动期间，Css上的电压可以随着充电电流265缓慢增加。VC1电压可能以类似的方式斜坡上升，导致电感器电流以类似的方式斜坡上升。

升压误差放大器221输出补偿网络223可用于稳定升压调节回路。

响应于来自或门262的输出的输入信号从低转变为高，20微秒单触发逻辑门224可在其输出POS_TRAN上产生20us脉冲。

升压电流模式比较器225可以将升压误差放大器221的输出信号和升压斜率补偿斜坡SLOPE_COMP_升压相加，并将该和与来自256的感测电感器电流IL_SENSE进行比较。当所感测的电感器电流下降到低于该和时，输出信号RESET_升压可以变高，导致升压顶部开关247的导通时间经由SR锁存器228和升压驱动器控制229终止。

3输入或逻辑门227可以产生输出信号SET_升压，其响应于CLK_升压、降压_模式或睡眠信号为高而变高。当SET_升压信号为高时，SR锁存器228的输出PWM_升压可以使升压功率级的顶部开关247经由升压驱动器控制229接通。CLK_升压可以在升压调节期间启动开关周期。当升压电流模式比较器225的输出RESET_升压变高时，升压顶部开关247的导通时间可以终止。当降压_模式或睡眠输入为高时，开关247可以连续接通，并且开关246可以连续断开。

升压SR锁存器228的输出PWM_升压可以通过SET_升压信号变高而设置为高。这可能导致升压顶部开关247接通并且底部开关246通过升压驱动器控制229断开。当RESET_升压输入变高时，这可能导致PWM_升压变低，导致通过升压_驱动器_控制229使升压顶部开关247关闭以及底部开关246打开。

当升压驱动器控制229的输入信号PWM_升压为高时，这可能导致TG_升压信号为高，导致升压顶部开关247导通并且BG_升压信号为低，导致底部开关246断开。当升压驱动器控制输入信号PWM_升压为低时，这可能导致TG_升压信号为低，导致升压顶部开关247断开并且BG_升压信号为高，导致底部开关246导通。

比较器230可以提供输出，该输出指示输出电压VOUT超过输入电压VIN 7％或更多。

2输入和逻辑门231可以产生输出OUT_DISCON，当其输入信号PASS_REG和比较器230的输出都为高时，输出OUT_DISCON变高。在直通窗口中操作时，OUT_DISCON可指示输出电压超过输入电压7％。当OUT_DISCON信号为高时，降压驱动器控制243可以使开关245接通并且开关244断开。类似地，当OUT_DISCON信号为高时，升压驱动器控制229可以使开关246和247都断开。该信号的目的可以是当输出电压足够高于输入电压时断开输入与输入的连接，以防止电感器电流在通过调节时反向。

当控制信号PASS_REG为低时，模拟复用器232可以将FB2信号传递到其输出。当PASS_REG为高电平时，它可以将VOUT信号传递到其输出。输出可以连接到降压误差放大器234的正输入。

当控制信号PASS_REG为低时，模拟复用器233可以将VREF信号传递到其输出。当PASS_REG为高电平时，它可以将1.03×VIN信号传递给其输出。输出可以连接到降压误差放大器234的负输入。

降压误差放大器234的输入可以确定降压环路输出电压调节目标是什么。当降压环路切换时，负反馈可能倾向于迫使误差放大器的正输入和负输入相等。当PASS_REG为低电平时，降压环路可能会尝试将FB2电压调节到内部参考电压VREF。当PASS_REG为高电平时，降压环路可能会尝试将VOUT电压调节到1.03×VIN。

降压软启动钳位PNP晶体管235可以使降压误差放大器234的输出在软启动期间跟踪Css电容器266上的电压以控制冲击电流。当从顶部开关244和247连续接通的非切换状态转换到有效切换时，可以将Css上的电压强制为可以经由缓冲放大器267感测的电感器电流IL_SENSE的函数的值。其主要目的可能是使VC2电压被拉低至2.5V以下，导致比较器202的输出降压_睡眠变低，从而使控制器退出睡眠模式，从而退出非开关状态。次要目的可以是将降压误差放大器的输出上的电压驱动到一个值，该值将使电感器电流保持在切换开始之后在非切换状态下具有的值。以这种方式，电感器电流可以保持在其先前值，并且对输出电压的扰动最小化。

连接到降压误差放大器234的输出的输出补偿网络236可用于稳定降压调节环路。

当控制信号短_FB为高时，模拟复用器238可以将VC1信号传递到其输出。当短_FB为低电平时，它可以将VC2信号传递到其输出。当模式引脚为低电平或软启动程序尚未完成时，这可能导致降压和升压环路共用公共误差放大器221和控制信号VC1。

降压电流模式比较器239可以对模拟多路复用器238的输出信号和降压斜率补偿斜坡SLOPE_COMP_降压求和，并将该总和与来自256的感测电感器电流IL_SENSE进行比较，以控制降压顶部和底部开关244和245的占空比。当感测的电感器电流超过总和时，输出信号RESET_降压可以变高，从而导致降压顶部开关244的导通时间经由SR锁存器242和降压驱动器控制243终止其导通时间。

3输入或逻辑门240可以产生输出信号SET_降压，其可以响应于CLK_降压、升压_模式或睡眠信号为高而变高。当SET_降压信号为高时，SR锁存器242的输出PWM_降压可以使降压功率级244的顶部开关通过降压驱动器控制243导通。CLK_降压可以在降压调节期间启动开关周期，并且当降压电流模式比较器239的输出RESET_降压变高时，可以终止降压顶部开关244的导通时间。当升压_模式或睡眠输入为高时，开关244可以连续接通，而开关245断开。

当降压SR锁存器242的输出PWM_降压通过SET_降压信号变高而设置为高时，这可能导致通过降压驱动器控制243使降压顶部开关244接通并且底部开关245断开。当RESET_降压输入变高，则可能导致PWM_降压变低，导致通过降压_驱动器_控制243使降压顶部开关244断开以及底部开关245导通。

降压功率级顶部开关244可以在接通时将输入电压VIN连接到SW_降压节点。

降压功率级底部开关245可以在接通时将SW_降压节点连接到地。

当接通时，升压功率级底部开关246可以将SW_升压节点连接到地。

当接通时，升压功率级顶部开关247可以将输出电压VOUT连接到SW_升压节点。

电流感测电阻器248两端的电压可以与流过电感器249的电流成比例。电流感测电阻器248两端的电压可以是电流感测放大器256的输入信号，其输出可以用于电流模式控制(通过比较器225和239)和通过过电流检测比较器(257)的最大电流限制。

输入电容器250可用于在切换时过滤时变输入电流。

输出电容器251可用于在切换时滤除时变输出电流。

可以存在FB1分压器顶部电阻器252、FB1分压器底部电阻器253、FB2分压器顶部电阻器254和FB2分压器底部电阻器255。

比较器260可以提供输出，该输出指示输出电压VIN超过输入电压VOUT 7％或更多。

当输入信号PASS_REG和比较器260的输出都为高时，2输入和逻辑门261可以产生输出LINE_STEP。当在通过窗口中操作时，LINE_STEP信号可以指示输入电压超过输出电压7％或更多。

4输入或逻辑门262可以产生输出RESUME_SW，当其输入信号LINE_STEP、PASS_模式_EDGE、PASS_REG_EDGE或OVERCURRENT中的任何一个为高时，该输出RESUME_SW变高。当RESUME_SW信号从低转变为高时，这可能导致20us单触发224的输出输出20us长脉冲POS_TRAN。当POS_TRAN信号变高时，Css电容器266上的电压可被缓冲到将VC2节点拉低至2.5V以下的电压，导致睡眠信号通过比较器202和和门204变为低电平，退出顶部开关244和247都接通的非开关状态。在VC2节点上施加的电压可以使电感器249中的平均开关电流基本上等于切换之前的平均测量电流。POS_TRAN信号可以通过最小化对电感器电流的任何扰动并且由此最小化输出电压来平滑从非切换状态到切换状态的转变。

当控制信号POS_TRAN为高时，开关263可以将SS节点连接到缓冲放大器267的输出。

当控制输入信号RESET为高时，开关264可以将SS节点连接到地，指示控制器被禁用。

SS节点上拉电流265可以利用该电流和软启动电容器Css电容器266的值来设置SS节点的电压斜坡率，并且可以通过钳位VC1和VC2电压来控制启动时或POS_TRAN事件后电感电流的斜率。

软启动电容器266的电压斜坡率可以用该电容器的值和SS上拉电流265来设置，并且可以在启动时和POS_TRAN信号变高之后控制电感器电流的斜坡率。

POS_TRAN缓冲放大器267可以将感测的电感器电流信号IL_SENSE作为输入并且将电压输出到软启动电容器266上，这导致VC2上的电压被驱动到2.5V以下，从而通过比较器202和和门204使睡眠模式退出，并且可以强制切换恢复。可以迫使VC2节点在不切换到切换转换之前跟踪所感测的电感器电流的电压，一旦切换开始就保持平均电感器电流基本不变。这可能是需要的，因为VC2节点可能由于误差放大器补偿网络236而相对缓慢地移动，并且电感器电流可以在VC2电压稳定所需的时间段内基本上低于或高于非切换值，导致输出电压分别不希望地下降或上升。

电荷泵269可以在直通开关244和247连续接通的直通非切换状态下将降压和升压自举电容器270和271上的电压维持在预定水平之上。

降压自举电容器270CB_降压上的电压可以为降压驱动器控制243中的顶部开关驱动器供电。

升压自举电容器271BB_升压两端的电压可以为升压驱动器控制229中的顶部开关驱动器供电。

刚刚描述的各种组件可以协作以执行其他功能，如现在所描述的。

图2A-D显示了4开关降压-升压稳压器，其通过将可包括开关244和245的降压功率级通过电感器249连接到可包括开关246和247的升压功率级而形成。功率级可以包括顶部开关244和底部开关245。这些开关可以响应于降压_驱动器_控制243中产生的TG_降压和BG_降压信号而接通和断开。当PWM_降压信号为高时，它可能导致降压_驱动器_控制243强制TG_降压信号为高，这可能导致顶部开关244导通同时导致BG_降压信号为低，迫使底部开关245断开。当PWM_降压信号为低时，降压_驱动器_控制243可以迫使TG_降压为低，导致顶部开关244断开并且BG_降压信号为高，迫使底部开关245导通。

降压功率级的占空比可以通过电流模式控制架构来调节。电流模式控制电路可以包括误差放大器234或221、电流模式比较器239和SR锁存器242。在调节时，负反馈可以迫使降压误差放大器234或221的输入基本相等。

升压功率级可以包括顶部开关247和底部开关246。响应于升压_驱动器_控制229中产生的TG_升压和BG_升压信号，可以接通和断开这些开关。当PWM_升压信号为高时，升压_驱动器_控制229可以设置TG_升压信号为高电平且顶部开关247可导通，同时使BG_升压信号为低，迫使底部开关246断开。当PWM_升压信号为低时，升压_驱动器_控制229可以强制TG_升压信号为低，导致顶部开关247断开并且BG_升压信号为高，迫使底部开关246导通。

可以通过电流模式控制架构来调节升压功率级的占空比。电流模式控制电路可以包括误差放大器221、电流模式比较器225和SR锁存器228。在调节时，负反馈可以迫使升压误差放大器221的输入基本相等。

可以通过模式选择输入信号模式在该降压-升压稳压器中选择两种开关模式。当模式信号为低时，输出可以被调节到由输出和地之间的FB1和FB2电阻分压器252、253、254和255的并联组合以及来自参考发生器205的内部电压参考定义的电压。无论输入电压高于、低于还是等于输出电压，输出都可以保持稳定。当输入电压VIN小于输出电压VOUT 15％或更多时，比较器201的输出升压_模式可能变高，迫使降压功率级进入静态状态，其中降压顶部开关244持续接通并且降压底部开关245关闭。这可以通过或门240和SR锁存器242通过升压_模式信号将PWM_降压信号设置为高来实现。在该升压调节状态中，控制电路221、225、227、228、229可以继续强制升压功率级的占空比，以便保持误差放大器221的输入基本相等。

类似地，当输入电压VIN大于输出电压VOUT 15％或更多时，比较器200的输出降压_模式可能变高，迫使升压功率级进入静态状态，其中升压顶部开关247持续接通并且增压底部开关246关闭。这可以通过降压_模式信号来实现，该信号通过或门227和升压SR锁存器228将PWM_升压信号设置为高。在该降压调节状态中，控制电路221、239、240、242和243可以继续强制降压功率级的占空比，以保持误差放大器221的输入基本相等。

当VIN在VOUT的15％以内时，降压_模式和升压_模式信号都可能为低，从而使稳压器处于降压-升压调节状态，其中降压和升压功率级都在主动切换。控制电路221、225、227、228、229、239、240、242和243可以继续强制降压和升压功率级的占空比，以便保持误差放大器221的输入基本相等。

可以通过将模式选择输入信号模式设置为高来选择直通切换模式。在直通模式中，可以将输出电压调节到窗口，其顶部值定义在VOUT和地之间的FB2电阻分压器254和255，其底部值定义在VOUT和地之间的FB1电阻分压器252和253。当VIN低于定义窗口的底部时，稳压器可以升高输入电压，以保持窗口底部的输出电压。当VIN高于定义窗口的顶部时，稳压器可以降低输入电压，以将输出电压保持在窗口顶部。

当输入电压在窗口内时，输出电压可以跟踪输入，并且一旦输出已经在输入电压的限定窗口内稳定，则降压和升压功率级的顶部开关244和247可以连续接通。如果电感器249两端的电压或通过它的电流超过预定限制，则可以在该窗口中恢复切换，以便限制或最小化这些量。

在启动时，可以启用切换并且RESET信号可以变低，断开将SS节点连接到地的开关264，允许SS电压以由软启动充电电流265和软启动电容器266设定的速率斜坡上升。升压误差放大器221的输出可以通过钳位PNP晶体管222跟踪软启动节点上的电压，将VC1电压保持在高于SS节点电压的二极管电压。在电流模式控制开关稳压器中，电感器电流可以按比例关系跟踪误差放大器的输出处的电压。VC1电压的缓慢斜坡可能导致电感器电流以类似的方式斜坡上升。启动时浪涌电流的限制可以称为“软启动”。

当SS节点电压超过2.5V、VOUT电压大于0.97×VIN或FB2电压大于0.98×VREF时，可以完成启动顺序。当模式信号为高(指示直通操作)并且SS_OVER信号为低时，门217的输出短_FB可以为高，使得FB1和FB2节点通过低电阻开关218连接。当开关218导通，FB1和FB2电压可以基本相等，并且可以通过FB1分压电阻器252和253以及FB2电阻分压器254和255的并联组合来设置分压比。

当FB_短为高时，可以用模拟复用器238旁路降压误差放大器234，使得发送到降压电流模式比较器239的信号是升压误差放大器221的输出VC1，而不是VC2。在这种状态下，降压和升压调节回路可以共享共同的误差放大器，并且两者都可以瞄准导致升压误差放大器221的输入相等的输出电压，无论稳压器是在降压、升压还是降压-升压区域工作。

可以使SS_OVER信号变高的多个输入，比较器213、214和215的输出覆盖输入电压相对于直通窗口所处的三种情况，在下方、上方或内部，以确定软启动例程已完成。如果VIN低于直通窗口，则一旦VOUT超过0.97×VIN(比较器214)，SS_OVER可能变高。如果VIN在直通窗口之内或之上，则一旦FB2超过0.98×VREF，SS_OVER可能会变高。SS节点电压超过2.5V的检测(比较器215)可以是看门狗定时器，其在比较器213或214的输出应该变高之后很长时间内完成软启动程序。一旦短_FB信号变低，降压和升压环路可以独立地与单独的调节目标和误差放大器234和221一起工作。

如果输入电压高于直通窗口的顶部，则降压控制稳压器可以将FB2电压调节为基本上等于内部参考VREF，并且可以将VOUT调节到直通窗口的顶部。如果VIN大于通过窗口顶部的15％或更多，则比较器200的输出降压_模式可能变高，导致升压功率级进入非开关状态，其中顶部开关247持续接通并且底部开关244总是关闭。

如果VIN比直通窗口的顶部小15％，则降压和升压环路都可能会切换。在该直通窗口正上方的降压-升压区域中，可以控制降压功率级开关244和245的占空比以将输出电压调节到直通窗口的顶部，而升压功率级开关246和247可以以固定的占空比切换。

如果输入电压低于直通窗口的底部，则升压稳压器将FB1电压调节为基本上等于内部参考电压VREF，并且VOUT将被调节到直通窗口的底部。如果VIN小于直通窗口的底部超过15％或更多，则比较器201的输出升压_模式可能变高，使降压功率级进入非开关状态，其中顶部开关244连续接通而底部开关245总是断开。如果VIN位于直通窗口底部和低于该点15％之间，则降压和升压环路都将切换。

在该通过窗口正下方的降压-升压区域中，可以通过电流模式控制电路221、225、228和229来控制升压功率级开关246和247的占空比，以调节输出电压，而降压功率级开关244和245可以以固定的占空比切换。

当在直通模式下操作时，控制器可以确定输入电压VIN是否位于通过窗口的顶部和底部之间，通过FB1和FB2电阻分压器252、253、254和255定义。升压调节回路可以将输出电压定位到直通窗口的底部。升压回路可能只能从输入电压升高输出电压(不降压)，如果VIN超过直通窗口的底部，输出可能会跟随它。一旦输入电压(因此也是输出电压)比直通窗口的底部高7％，比较器209的输出VIN_底部可以变高。

降压调节环路可以将输出电压定位到通过窗口的顶部。降压环路可能只能降低输入电压的输出电压(不会升压)。如果VIN低于直通窗口的顶部，则输出可能会跟随它。一旦输入电压(因此也是输出电压)比直通窗口的顶部低7％，比较器208的输出VIN_TOP可以变高。

当来自比较器208和209的VIN_TOP和VIN_底部信号均为高时，模式信号为高，SS_OVER信号为高，并且VIN在来自比较器200和201的VOUT的15％以内，和门214、PASS_REG的输出信号可能会变高，控制器可能处于直通调节状态。在直通调节中，可以通过改变降压和升压误差放大器234和221的输入来重新调整降压和升压电流模式控制电路。降压误差放大器234的正输入可以通过模拟复用器232从FB2改变到VOUT。降压误差放大器234的负输入可以通过模拟复用器233从VREF改变到1.03×VIN。净效果是当PASS_REG信号为高电平时，降压环路可以将输出调节电压对准1.03×VIN，而不是通过窗口的顶部。

由于降压环路不能使输出电压升高，所以VOUT可以稳定在基本上等于VIN的电压，并且降压误差放大器234的输出VC2可以被强制为其正限制。升压误差放大器221的正输入可以通过模拟复用器219从FB1变为VOUT。升压误差放大器221的负输入可以通过模拟复用器220从VREF变为0.97×VIN。净效应可以是当PASS_REG信号为高电平时，升压环路将输出调节电压定位到0.97×VIN，而不是通过窗口的底部。

由于升压环路不能降低输出电压，VOUT可以稳定在基本上等于VIN的电压，并且升压误差放大器234的输出VC1可以被强制为其负限制。当VC1降至200mV以下时，比较器203的输出信号升压_睡眠可以变高，表明输出电压大于0.97×VIN。当VC2电压超过2.5V时，比较器202的输出信号降压_睡眠可以变高，表明输出电压小于1.03×VIN。当升压_睡眠和降压_睡眠信号均为高时，表明输出电压位于输入电压的3％内，并且睡眠的输出和门204可能变高。睡眠信号可以使控制器进入非开关状态，其中降压和升压顶部开关244和247连续接通，并且两个底部开关245和246通过或门、SR锁存器和驱动器控制块227、228、229和240、242和243。睡眠信号还可以用于禁用在非开关状态下不必要的电路，例如时钟207和降压和升压电流模式比较器239和225以降低功耗。

当处于非开关状态时，降压和升压自举电容器270和271可以周期性地用电荷泵269再充电，以便提供足够的电压来为降压_驱动器_控制243和升压_驱动器_控制229供电。

有多种情况可能导致控制器从非切换状态转换到切换状态。这些可能包括以下一个或多个或全部：

在直通调节中，线路或负载瞬变导致VOUT高于1.03×VIN。这可能导致降压误差放大器234的输出VC2降至2.5V以下，导致比较器202的输出降压_睡眠变低，导致睡眠信号变低并退出非开关状态。可以恢复开关并且降压环路可以尝试将输出调节到1.03×VIN，而升压环路试图将输出调节到0.97×VIN。

在直通调节中，线路或负载瞬变导致VOUT低于0.97×VIN。这可能导致升压误差放大器221的输出VC1上升到200mV以上，导致比较器203的输出升压_睡眠变低，导致睡眠信号变低并退出非开关状态。可以恢复开关并且降压环路可以尝试将输出调节到1.03×VIN，而升压环路试图将输出调节到0.97×VIN。

大直线或负载瞬态导致VIN在直通调节时高于1.07×VOUT。在电感器249两端的大瞬态电压的情况下，误差放大器的响应时间可能太慢而不能充分地控制电感器电流。比较器260的输出可以变高并且馈入和门261，并且馈送到或门262，或门262馈送到产生POS_TRAN信号的20微秒单触发224。POS_TRAN信号可以通过开关263将SS节点连接到缓冲放大器267的输出，缓冲放大器267的输入信号可以是感测的电感器电流IL_SENSE。可以缩放缓冲放大器267的输出，使得SS引脚上的电压将晶体管235和222的降压和升压误差放大器234和221的输出VC2和VC1钳位到近似值，以将平均电感电流维持在非切换到开关转换之前的值。在转换之前，降压误差放大器234输出VC2的输出位于正极限，大于2.5V，并且升压误差放大器221输出VC1处于其负极限，小于200mV。由于电流模式受控稳压器中的电感器电流以成比例的方式跟踪误差放大器的输出，因此降压误差放大器234将倾向于将电感器电流命令为其最大值，而升压误差放大器221在切换开始时倾向于将电感器电流控制到其最小值。VC1和VC2电压稳定以适当地编程电感器电流以调节VOUT电压所需的时间可能相当大，并且是误差放大器跨导、电流驱动和为误差放大器补偿网络123和136选择的元件的的函数。由于在点切换开始时的高误差放大器输出电压引起的电感器电流的突然增加将导致输出电压VOUT的过冲。由于点开关处的低误差放大器输出电压而引起的电感器电流的突然减小将导致输出电压VOUT的下冲。通过使用检测电阻器248和放大器256测量电感器电流，然后在发出POS_TRAN脉冲时使用放大器267和PNP钳位222和235将该电压缩放和缓冲到误差放大器输出VC1和VC2上，降压和升压回路可以将开关电感器电流维持在与非开关电流基本相同的值。一旦开始切换，由于PNP钳位222和235，电感器电流可以随着SS节点上的电压而斜坡上升，并且输出可以以类似于软启动的方式朝向输入电压上升。一旦输出电压大于0.97×VIN，稳压器可再次进入非开关状态。

在直通调节中，大线或负载瞬变导致VOUT高于1.07×VIN。在电感器249两端的大瞬态电压的情况下，误差放大器的响应时间可能太慢而不能充分地控制电感器电流。比较器230的输出可以变高并馈入和门231，和门231的输出信号OUT_DISCON馈入驱动器_控制_降压243和驱动器_控制_升压229。响应OUT_DISCON变高，驱动器_控制_升压可以强制TG_升压和BG_升压信号都为低，关闭升压顶部开关247和底部开关246。驱动器_控制_降压可以强制TG_降压信号为低并且BG_降压为高，使得降压底部开关245在顶部开关244断开时导通。这种静态开关配置的净效应是输出与稳压器断开，电感放电。一旦输出电压充分放电使得比较器230的输出为低，则可以恢复开关并且降压环路可以尝试将输出调节到1.03×VIN，同时升压环路试图将输出调节到0.97×VIN。

VIN上升到通过窗口的顶部之上，VOUT跟随它，导致FB2引脚超过0.93×VREF，导致比较器208处的VIN_TOP信号变低并且在和门212处退出直通调节。在这种情况下，降压误差放大器234的正输入和负输入可以分别回复到FB2和VREF，并且降压环路可以将输出调节到直通窗口的顶部。每当PASS_REG信号从高转变为低时，边沿检测器电路258可以监视PASS_REG信号并发出输出脉冲PASS_REG_EDGE。PASS_REG_EDGE信号被输入到门262并且可以使得POS_TRAN脉冲被发出，通过最小化电感器电流的扰动来平滑非切换到切换转换。

VIN低于直通窗口的底部，VOUT跟随它，导致FB1引脚下降到1.07×VREF以下，导致比较器209处的VIN_底部信号变低，并且在门212处退出直通调节。在这种情况下，升压误差放大器234的正和负输入可以分别回复到FB1和VREF，并且升压回路可以将输出调节到直通窗口的底部。每当PASS_REG信号从高转变为低时，边沿检测器电路258可以监视PASS_REG信号并发出输出脉冲PASS_REG_EDGE。PASS_REG_EDGE信号可以输入到门262并且使得POS_TRAN脉冲被发出，通过最小化电感器电流的扰动来平滑非切换到切换转换。

模式信号从高变低。这可能导致门217的输出变高，使FB1和FB2节点短路，使通过窗口塌陷并使PASS_REG信号变低。这种情况可能类似于启动，因为输出电压调节目标由FB1和FB2电阻分压器252、252、254和255的并联组合设置，并且降压和升压环路可以使用单个误差放大器221并将输出定向到相同的值。每当模式信号从高转变为低时，边沿检测器电路257可以监视模式信号并发出输出脉冲PASS_模式_EDGE。PASS_模式_EDGE信号可以输入到门262并且使得POS_TRAN脉冲被发出，通过最小化电感器电流的扰动来平滑非切换到切换转换。

电阻器248处的感测电感器电流IL_SENSE超过预设最大值MAX_IL_REF，导致比较器257的输出OVERCURRENT变高。OVERCURRENT信号可以输入到门262并且使得POS_TRAN脉冲被发出，通过最小化电感器电流的扰动来平滑非切换到切换转换。

图3显示了具有VIN扫描的ADI LT8210的直通操作示例。在此应用中，直通窗口的最小输出电压设置为19V，最大设置为29V。VIN电压最初由5V相对于地供电，并且该电压在18ms的过程中上升至37V。随着VIN电压的增加，可以看到直通操作的每个开关区域。当VIN小于16.15V时，SW_降压持续为高电平且只有SW_升压切换指示稳压器处于升压调节模式，输出电压被调节到该区域中通过窗口的最小值19V。当VIN增加超过通过窗口底部的85％时，稳压器进入降压-升压区域，SW_降压和SW_升压节点都以开关频率切换，将VOUT调节为19V。当VIN超过20.33V，比通过窗口底部高出7％时，稳压器进入非开关直通状态，SW_降压和SW_升压持续高电平，VOUT在该区域基本上等于VIN。一旦VIN超过27V，比通过窗口顶部低7％，稳压器退出非开关状态并进入直通区域正上方的降压-升压区域，其中SW_降压和SW_升压节点都切换，VOUT被调节到29V。一旦VIN超过33.3V，稳压器进入降压区域，SW_升压节点持续变为高电平，SW_降压切换，VOUT调节至29V。

图4显示了配置为直通模式时ADI LT8210启动的示例。VOUT最初放电至0V，一旦启用开关，稳压器就会在降压区域启动。SW_升压在该区域持续高电平，SW_降压在开关频率处切换。电感器电流IL最初以线性方式从零跟踪软启动电容器上的电压(信号未示出)并最终达到其最大平均值5A。VOUT充电直到达到22V，此时稳压器进入降压-升压区域，SW_降压和SW_升压节点都以开关频率切换。VOUT在该区域继续上升，直到超过23.5V(VIN电压的98％)，此时启动程序完成，稳压器转换为直通调节，并通过SW_降压和SW_升压高电平进入非切换状态。

图5示出了输出端的通过和传统降压-升压调节与负载电流ILOAD(A)之间的效率比较的示例。在ILOAD＝50mA至最大ILOAD＝5A的极轻负载条件下，在整个输出电流范围内，直通调节效率大大提高，因为在非开关状态下没有开关损耗。

图6显示了ADI LT8210对大正输入瞬态的直通响应示例。稳压器最初处于直通非开关状态，其中VIN和VOUT基本上等于12V。大的正瞬态电压将输入电压VIN从12V升高到45V，超过200us。瞬态VIN开始后不久，VOUT超过VOUT 7％，通过POS_TRAN脉冲使开关恢复，电感电流从其非开关DC值平滑过渡到其开关值，然后随软启动电容电压线性上升，同时VOUT充电到直通窗口的最大值16V。输入电压VIN稳定在30V的最终值，使稳压器位于降压区域并将VOUT调节至16V。

图7显示了ADI LT8210从直通调节到固定输出降压-升压调节的转换示例。LT8210最初处于直通非开关状态，VOUT位于21.5V，SW_降压和SW_升压节点持续高电平。当模式信号从高电平变为低电平时，退出直通操作模式并重新开始切换。降压和升压误差放大器的输出缓冲到一个电压，允许电感电流从其非开关值平滑过渡到其开关值，电感电流随软启动电容上的电压线性上升。一旦VOUT充电至其固定输出目标调节电压24V，电感器电流IL就返回其标称值，并且稳压器位于降压-升压区域。

图8显示了ADI LT8210从固定输出降压-升压调节到直通模式非开关状态的转换示例。LT8210最初位于降压-升压区域，VOUT调节至24V，SW_降压和SW_升压节点以开关时钟频率切换。当模式信号从低电平变为高电平时，退出固定输出电压降压-升压模式，并进入直通操作模式。当输出电压VOUT充电时，电感器电流值随软启动电容器电压线性上升。一旦VOUT在输入电压VIN的3％范围内，LT8210就会进入非开关状态，降压和升压顶部开关持续导通，SW_降压和SW_升压和VOUT电压基本上等于输入电压。

已经讨论的组件、步骤、特征、对象、益处和优点仅仅是说明性的。它们中没有一个，也没有与它们有关的讨论，都是为了以任何方式限制保护范围。还构想了许多其他实施例。这些包括具有更少、附加和/或不同组件、步骤、特征、对象、益处和/或优点的实施例。这些还包括其中组件和/或步骤以不同方式布置和/或排序的实施例。

例如，控制器可以仅监视通过非切换状态的电感器电流(不是输入和输出电压)，并且当测量的电流分别超过正/负电流限制时，继续切换/断开输出。仅监测电感器电流的缺点可能是需要时间(10微秒)才能在电感器上产生大电流，而电感器两端的电压直接比较可能仅受比较器传播延迟的限制，使得速度更快。

除了外部故障阈值(输出断开，POS_tran事件以恢复切换)之外，没有任何形式的调节可用于控制电感器电压，并且让RLC槽自行稳定。这可能是一种有效的方法，可以根据输入电压上的噪声减少发生的切换量。通常，直通调节可以通过窗口中的切换量与电感器电流的控制程度进行权衡。

可以使用脉冲跳跃，而不是在直通窗口的边界上进行交错降压-升压切换，以最小化效率的下降。

如果不能容忍反向电流，过零比较器可以监控电感电流并在触发时断开输出。可以增加在通过区域中的切换的折衷。

能够调节输出电压的稳压器具有定义的底部、顶部和直通区域，其中输出可以跟踪输入电压并且可以进入非开关状态，其可通过任何稳压器拓扑结构或级联稳压器拓扑结构实现，这些稳压器拓扑结构能够升压和降压输入电压以调节输出电压。后接降压稳压器的升压稳压器可用于升压稳压器(保持输出电压等于或低于该值的窗口底部的输出电压)和降压稳压器(输入电压等于或高于该值时，保持窗口顶部的输出电压)的窗口调节。类似地，能够从输入端降低其输出电压的线性稳压器的级联和能够从输入端升高输出电压的开关稳压器，例如升压稳压器，可以以类似的方式使用，其中线性稳压器将保持输出位于窗口顶部，输入电压等于该值以上，并且升压稳压器当输入电压等于或低于该值时保持窗口底部的输出电压。可以以相同的方式使用能够从其输入升高输出电压，然后是能够从其输入降低其输出电压的线性稳压器的开关稳压器。

也可以通过开关稳压器实现直通调节，该开关稳压器仅能够降低输入电压的输出，例如降压稳压器。对于高于该值的输入电压，这种稳压器可以将输出电压调节在预定的最大值，并且对于低于该值的电压，遵循输入。在稳压器的通过区域内，当电感器电压或输入和输出电压之间的差值、或电感器电流或输入或输出电流超过预定水平并控制电源开关的占空比以限制或最小化这些量时，可以恢复切换。这种稳压器还可以预占用占空比控制电路，以便尝试在非切换状态和切换状态之间的转换处匹配电感器电流值。一旦开关开始，电感器电流或输入或输出电流可以响应于信号(例如，软启动电容器或跟踪输入两端的电压)以受控方式斜坡上升。

开关区域(升压，降压-升压，降压，通过)、故障条件和传递窗口内的模式转换的确定可以通过直接检测输入电压和输出电压来完成，间接通过节点电压基本上等于输入或输出电压、或通过连接到输入或输出的电容分压器电路的外部或内部电阻或者电压基本上类似于输入和输出电压的节点来完成。在直通非切换状态中，输入电压和电感器输入端子上的电压将基本相等，并且其与电感器之间的输入或任何节点电压可用于推断电感器电压。在非切换直通状态中，输出电压和电感器输出端子上的电压将基本相等，并且其与电感器之间的输出或任何节点电压可用于推断电感器电压。当降压和/或升压回路切换时，降压或升压顶部或底部功率开关的组合接通时间或占空比可用于确定切换区域、故障状况和模式转换。由于测量的电流超过预定极限而导致的故障条件和模式转换的确定可以通过测量稳压器输入或输出电流、电感器电流或通过电流路径中的电源开关(例如当处于非开关状态时的降压和升压顶部开关)的电流来实现。用于直通调节的开关稳压器控制方案可以是但不限于电流模式控制、电压模式控制、滞后控制或恒定导通时间控制。用于开关稳压器功率级的开关可以用场效应晶体管、FET、双极结型晶体管、BJT、IGBT或任何能够响应控制输入信号(例如栅极电压)调制导通沟道阻抗的器件实现。降压稳压器的底部开关可以用二极管代替，用于异步降压调节。升压稳压器的顶部开关可以用二极管代替，用于异步升压调节。

在通过区域内，可以通过测量输入、输出、电感器、降压顶部开关或升压顶部开关电流来实现从输出流回输入的反向电流的检测。还可以通过测量导电路径中的任何两个或更多个节点之间的电压差来确定反向电流。可以通过在断开稳压器的输出和/或输入的静态状态下配置功率级开关来实现防止通过区域中的反向电流。另一种方法是一旦检测到反向电流，就使开关在非连续导通模式下恢复。

已经讨论的各种阈值和窗口的级别也可以是不同的。已经阐述的级别仅是示例。

除非另有说明，否则本说明书中阐述的所有测量值、值、额定值、位置、大小、尺寸和其他规格，包括在随后的权利要求中，都是近似的，而不是精确的。它们旨在具有与它们所涉及的功能以及它们所属领域中的惯例一致的合理范围。

本公开中引用的所有文章、专利、专利申请和其他出版物均通过引用并入本文。

当在权利要求中使用时，短语“用于......的装置”旨在并且应该被解释为包含已经描述的相应结构和材料及其等同物。类似地，当在权利要求中使用时，短语“步骤”旨在并且应该被解释为包含已经描述的相应动作及其等同物。权利要求中缺少这些短语意味着权利要求不旨在且不应被解释为限于这些对应的结构、材料或动作或其等同物。

保护范围仅受现在的权利要求限制。该范围旨在并且应当被解释为与根据本说明书和随后的起诉历史进行解释时在权利要求中使用的语言的普通含义一致的宽泛，除非已经阐明具体含义，并包括所有结构和功能等同物。

诸如“第一”和“第二”之类的关系术语可以仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不一定要求或暗示它们之间的任何实际关系或顺序。当结合说明书或权利要求中的元件列表使用时，术语“包括”、“包含”及其任何其他变型旨在表示该列表不是排他性的并且可以包括其他元件。类似地，在没有进一步限制的情况下，由“一”或“一个”继续的元素不排除存在相同类型的附加元素。

没有任何权利要求旨在包含不满足专利法第201、202或203节要求的主题，也不应以这种方式解释它们。特此声明不对此类主题进行任何无意的报道。除非本段刚才说明，否则任何已陈述或说明的内容均无意或应被解释为致使任何组成部分、步骤、特征、对象、利益、优势或等同于公开的奉献，无论是否在权利要求中叙述。

提供摘要是为了帮助读者快速确定技术公开的性质。提交时的理解是，它不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在各种实施例中将前述详细描述中的各种特征组合在一起以简化本公开。该公开方法不应被解释为要求要求保护的实施例要求比每个权利要求中明确记载的更多特征。而是，如以下权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求在此并入详细描述中，每个权利要求自身作为单独要求保护的主题。

Claims

1.一种用于控制具有输入电压和输出电压的降压-升压稳压器的控制器，该控制器包括：

当输入电压低于预定电压窗口的底部时，使降压-升压稳压器的输出电压处于预定电压窗口底部的电路；

当输入电压高于预定电压窗口的顶部时，使降压-升压稳压器的输出电压处于预定电压窗口顶部的电路；

导致降压-升压稳压器通过降压-升压稳压器传递输入电压的电路，以便当输入电压在预定电压窗口内时，降压-升压稳压器的电压输出与输入电压处于同一电平。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述降压-升压稳压器包括具有输入和输出的电感器、将所述电感器的输入可控地连接到所述输入电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到输出电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输入连接到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关，控制器还包括使两个顶部电源开关持续接通的电路和两个底部电源开关，当输入电压在预定电压窗口内时，两个底部电源开关连续断开。

3.如权利要求1所述的控制器，其中，所述预定电压窗口是第一电压窗口，所述控制器还包括：

当输入电压高于第一电压窗口顶部或部分重叠的第二电压窗口时，使降压-升压稳压器工作在降压模式的电路；

当输入电压在第二电压窗口内时，使降压-升压稳压器工作在降压-升压模式的电路；

当输入电压在第三电压窗口内时，使降压-升压稳压器工作在降压-升压模式的电路，该第三电压窗口恰好低于或部分地与第一电压窗口的底部重叠；

当输入电压低于第三电压窗口时，使降压-升压稳压器工作在升压模式的电路。

4.如权利要求1所述的控制器，其中降压-升压稳压器包括具有输入和输出的电感器、可控制地将电感器的输入连接到输入电压的顶部电源开关、可控制地连接电感器的输出的顶部电源开关、可控制地将电感器的输入连接到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关，当输入电压在第一预定电压窗口内时，控制器还包括：

当电感器电压的幅度不超过预定阈值时，导致降压-升压稳压器与顶部电源开关连续工作并且底部电源开关持续关断的电路；

当电感器电压的幅度超过预定阈值时，使降压-升压稳压器在输入和/或输出功率开关有效切换以降低电感器电压的情况下工作的电路。

5.根据权利要求1所述的控制器，其中所述降压-升压稳压器包括传导电流并具有输入和输出的电感器、可控制地将所述电感器的输入连接到所述输入电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到输出电压的顶部电源开关、可控制地将输入连接到电感器到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关，当输入电压在第一预定电压窗口内时，控制器还包括：

当电感器中的电流大小不超过预定阈值时，使得降压-升压稳压器与顶部电源开关一起工作并且底部电源开关连续断开的电路；

当电感器中的电流大小超过预定阈值时，使降压-升压稳压器在输入和/或输出功率开关有效地切换以调节或限制电感器电流的情况下操作的电路。

6.根据权利要求1所述的控制器，其中所述降压-升压稳压器包括传导电流并具有输入和输出的电感器、可控制地将所述电感器的输入连接到所述输入电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到输出电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输入连接到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关，控制器进一步包括：

一个误差放大器，其输出控制通过电感的电流：

导致降压-升压稳压器在顶部电源开关持续接通的情况下工作，并且在非切换模式期间底部电源开关持续断开的电路；

导致降压-升压稳压器与输入和/或输出功率开关一起工作并在开关模式期间主动切换以调节输出电压、电感器电压或电感器电流的电路；

将误差放大器的输出调整到一个水平，使得转换后的电感电流值立即与从非切换模式转换到切换模式时的转换之前的电感电流的平均值相同的电路。

7.如权利要求1所述的控制器，还包括允许将预定电压窗口的顶部和底部设置为相同电平的电路。

8.具有输入电压和输出电压的降压-升压稳压器，降压-升压稳压器包括用于控制降压-升压稳压器的控制器，该控制器包括：

使降压-升压稳压器通过降压-升压稳压器传递输入电压，以便当输入电压在预定电压窗口内时，降压-升压稳压器的电压输出与输入电压处于同一电平的电路。

9.根据权利要求8所述的降压-升压稳压器，其中所述降压-升压稳压器包括具有输入和输出的电感器、可控制地将所述电感器的输入连接到所述输入电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到输出电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输入连接到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关、控制器还包括当输入电压在预定电压窗口内时使两个顶部电源开关连续接通并且两个底部电源开关连续断开的电路。

10.如权利要求8所述的降压-升压稳压器，其中，所述预定电压窗口是第一电压窗口，所述控制器还包括：

11.如权利要求8所述的降压-升压稳压器，其中降压-升压稳压器包括具有输入和输出的电感器、可控制地将电感器的输入连接到输入电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到输出电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输入连接到地的底部电源开关、其可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关、当输入电压在第一预定电压窗口内时控制器还包括：

当电感器电压的幅度超过预定阈值时，使降压-升压稳压器在输入和/或输出功率开关主动切换的情况下操作以降低电感器电压的电路。

12.根据权利要求8所述的降压-升压稳压器，其中所述降压-升压稳压器包括传导电流并具有输入和输出的电感器、可控制地将所述电感器的输入连接到所述输入电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到输出电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输入连接到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关，控制器还包括，当输入电压在第一预定电压窗口内时：

13.根据权利要求8所述的降压-升压稳压器，其中所述降压-升压稳压器包括传导电流并具有输入和输出的电感器、可控制地将所述电感器的输入连接到所述输入电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到输出电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输入连接到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关，控制器还包括：

一个误差放大器，其输出控制通过电感的电流：

使降压-升压稳压器在输入和/或输出功率开关主动切换的情况下工作以在开关模式期间调节输出电压、电感器电压或电感器电流的电路；

14.如权利要求8所述的降压-升压稳压器，还包括允许将预定电压窗口的顶部和底部设置为相同电平的电路。

15.一种用于控制具有输入电压和输出电压的降压-升压稳压器的控制器，该控制器包括：

意味着当输入电压低于预定电压窗口的底部时，使降压-升压稳压器的输出电压处于预定电压窗口的底部；

意味着当输入电压高于预定电压窗口的顶部时，使降压-升压稳压器的输出电压处于预定电压窗口的顶部；

意味着降压-升压稳压器将输入电压通过降压-升压稳压器，以便当输入电压在预定电压窗口内时，降压-升压稳压器的电压输出与输入电压处于同一电平。

16.如权利要求15所述的控制器，其中降压-升压稳压器包括具有输入和输出的电感器、可控制地将电感器的输入连接到输入电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到输出电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输入连接到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关，控制器还包括当输入电压在预定电压窗口内时使两个顶部电源开关持续接通并且两个底部电源开关连续断开的装置。

17.如权利要求15所述的控制器，其中，所述预定电压窗口是第一电压窗口，所述控制器还包括：

意味着当输入电压高于第二电压窗口时，降压-升压稳压器以降压模式工作，该第二电压窗口刚好高于或部分地与第一电压窗口的顶部重叠；

意味着当输入电压在第二电压窗口内时，降压-升压稳压器工作在降压-升压模式；

意味着当输入电压在第三电压窗口内时，降压-升压稳压器以降压-升压模式工作，该第三电压窗口恰好低于或部分地与第一电压窗口的底部重叠；

意味着当输入电压低于第三电压窗口时，降压-升压稳压器工作在升压模式。

18.如权利要求15所述的控制器，其中降压-升压稳压器包括具有输入和输出的电感器、可控制地将电感器的输入连接到输入电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到输出电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输入连接到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关，控制器还包括，当输入电压在第一预定电压窗口内时：

意味着当电感器电压的幅度不超过预定阈值时，降压-升压稳压器在顶部电源开关持续接通并且底部电源开关连续断开的情况下工作；

这意味着当电感器电压的幅度超过预定阈值时，使降压-升压稳压器在输入和/或输出功率开关主动切换以降低电感器电压的情况下工作。

19.如权利要求15所述的控制器，其中降压-升压稳压器包括传导电流并具有输入和输出的电感器、可控制地将电感器的输入连接到输入电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到输出电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输入连接到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关，控制器还包括，当输入电压在第一预定电压窗口内时：

这意味着当电感器中的电流大小不超过预定阈值时，降压-升压稳压器在顶部电源开关持续接通并且底部电源开关持续断开的情况下工作；

意味着降压-升压稳压器在当电感中的电流大小超过预定阈值时输入和/或输出电源开关有效地切换以调节或限制电感器电流的情况下工作。

20.如权利要求15所述的控制器，其中降压-升压稳压器包括传导电流并具有输入和输出的电感器、可控制地将电感器的输入连接到输入电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到输出电压的顶部电源开关、可控制地将电感器的输入连接到地的底部电源开关、可控制地将电感器的输出连接到地的底部电源开关，控制器进一步包括：

一个误差放大器，其输出控制通过电感的电流：

意味着降压-升压稳压器在顶部电源开关持续接通以及底部电源开关在非开关模式下连续断开的情况下工作；

意味着降压-升压稳压器在输入和/或输出功率开关有效地切换以在切换模式期间调节输出电压、电感器电压或电感器电流的情况下工作；

意味着将误差放大器的输出调整到一个水平，使得转换后的电感电流值立即与从非切换模式转换到切换模式时的转换之前的电感电流的平均值相同。

21.如权利要求15所述的控制器，还包括允许将预定电压窗口的顶部和底部设置为相同电平的装置。