CN109802658A - 振荡器和包括该振荡器的pwm控制器 - Google Patents

振荡器和包括该振荡器的pwm控制器 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种振荡器和包括该振荡器的PWM控制器。一种用于脉冲宽度调制(PWM)控制器的振荡器包括：振荡电路，该振荡电路包括电容器，并且被配置为通过使电容器充电和放电来生成第一脉冲信号；分频器，该分频器被配置为基于第一脉冲信号来生成第二脉冲信号，该第二脉冲信号的频率低于第一脉冲信号；和振荡控制电路，该振荡控制电路耦接到振荡电路和分频器，并且被配置为生成用于在振荡保持操作期间保持电容器的充电和放电的控制信号。

Description

振荡器和包括该振荡器的PWM控制器
技术领域
本公开涉及一种振荡器，具体涉及一种用于执行振荡保持操作的振荡器、该振荡器的振荡保持方法、和包括该振荡器的PWM控制器。
背景技术
诸如电源转换器、电源供应器等集成电路(IC)装置使用脉冲宽度调制(PWM)控制器。脉冲宽度调制(PWM)控制器包括振荡器以固定具有可变频率的脉冲信号。例如，在利用边界传导模式(BCM)控制算法的PWM控制器中，重要的是防止PWM控制器进入连续传导模式(CCM)。为了防止PWM控制器从BCM到CCM的模式变化，PWM控制器包括在PWM控制器的BCM结束时执行振荡保持操作的振荡器。
发明内容
实施方案包括用于脉冲宽度调制(PWM)控制器的振荡器。振荡器包括振荡电路、分频器、和振荡控制电路。振荡电路包括电容器，并且通过电容器充电和放电来生成第一脉冲信号。分频器基于第一脉冲信号生成第二脉冲信号，该第二脉冲信号的频率低于第一脉冲信号。振荡控制电路耦接到振荡电路和分频器，并生成用于在振荡保持操作期间保持电容器的充电和放电的控制信号。
在实施方案中，PWM控制器利用边界传导模式(BCM)控制算法，并且振荡控制电路基于第一脉冲信号、BCM结束检测信号、和脉冲检测信号来生成控制信号。
在实施方案中，当包括所述PWM控制器的装置的输出电压被接通时，启用所述BCM结束检测信号，且当耦接到所述装置的负载的存储能量为零时，禁用所述BCM结束检测信号。
在实施方案中，当BCM结束检测信号和脉冲检测信号被启用时激活振荡保持操作，并且当BCM结束检测信号被禁用时将振荡保持操作去激活。分频器通过检测对应于第二脉冲信号的一个周期的第一脉冲信号的N个周期中第一脉冲信号的第(N-j)个周期来生成脉冲检测信号，N和j为正整数，N大于j。
在实施方案中，振荡控制电路包括状态机，该状态机接收BCM结束检测信号、脉冲检测信号、和第一脉冲信号作为输入信号，并且基于输入信号来生成控制信号和中间脉冲信号，该中间脉冲信号对应于第一脉冲信号并且被输入到分频器。
在实施方案中，当BCM结束检测信号和脉冲检测信号被启用时激活振荡保持操作，并且当BCM结束检测信号被禁用时将振荡保持操作去激活。分频器通过检测对应于第二脉冲信号的一个周期的第一脉冲信号的N个周期中第一脉冲信号的第(N-j)个周期来生成脉冲检测信号，N和j为正整数，N大于j。脉冲检测信号在第一脉冲信号的第(N-j)个周期的上升沿或下降沿处被启用。
在实施方案中，振荡电路包括三角脉冲生成电路、第一比较器、第二比较器、和RS触发器。三角脉冲生成电路响应于来自振荡控制电路的控制信号执行电容器的充电或放电操作，并且生成三角脉冲信号。第一比较器在正输入端子处接收三角形脉冲信号，并且在负输入端子处接收第一基准电压。第二比较器在正输入端子处接收第二基准电压，并且在负输入端子处接收三角形脉冲信号。RS触发器在设定输入端子处接收第一比较器的输出信号，在复位输入端子处接收第二比较器的输出信号，并且输出第一脉冲信号。第一基准电压和第二基准电压确定三角形脉冲信号的摆动宽度。
在实施方案中，三角形脉冲生成电路包括电容器、第一开关、和第二开关。第一开关耦接到电容器，并且响应于控制信号中的第一控制信号而使电容器以来源电流充电。第二开关耦接到电容器，并且响应于控制信号中的第二控制信号而使电容器以吸收电流放电。振荡控制电路在振荡保持操作期间生成第一控制信号和第二控制信号以断开第一开关和第二开关。
在实施方案中，PWM控制器利用边界传导模式(BCM)控制算法。振荡控制电路基于第一脉冲信号、BCM结束检测信号、和脉冲检测信号生成控制信号。第二脉冲信号的频率在振荡器的目标频率范围内。当BCM结束检测信号和脉冲检测信号被启用时激活振荡保持操作，并且当BCM结束检测信号被禁用时将振荡保持操作去激活。分频器通过检测对应于第二脉冲信号的一个周期的第一脉冲信号的N个周期中第一脉冲信号的第(N-j)个周期来生成脉冲检测信号，N和j为正整数，N大于j。N通过在目标频率范围内的最小频率来确定。
在实施方案中，j随着N増大而増大。
在实施方案中，N在8至20的范围内。
附图说明
在附图中，所有独立视图以及以下详细描述中类似的附图标号表示相同或功能相似的元件，并且这些附图标号结合到说明书中并形成说明书的一部分，用于进一步说明包括受权利要求书保护的发明的概念的实施方案并且解释那些实施方案的各种原理和优点。
图1示出根据实施方案的包括振荡器的集成电路装置。
图2示出典型的锯齿波振荡器。
图3示出根据实施方案的振荡器。
图4为示出根据实施方案的图3的振荡器的操作的时序图。
图5为示出根据实施方案的振荡器的操作的流程图。
图6为示出根据实施方案的振荡保持方法的流程图。
具体实施方式
实施方案涉及用于执行振荡保持操作的振荡器、包括该振荡器的PWM控制器、和该振荡器的振荡保持方法。
在以下详细描述中，举例说明和描述了某些例示性实施方案。本领域的技术人员将认识到，这些实施方案能够以各种不同的方式进行修改，而不脱离本公开的范围。因此，附图和说明书在本质上应被认为是示例性的，而不是限制性的。类似的附图标号在说明书中表示类似的元件。
在实施方案中，振荡器包括：振荡电路，包括电容器，并且被配置为通过使电容器充电和放电来生成第一脉冲信号；分频器，被配置为基于第一脉冲信号来生成第二脉冲信号，该第二脉冲信号的频率低于第一脉冲信号；以及振荡控制电路，耦接到振荡电路和分频器，并且被配置为生成用于在振荡保持操作期间保持电容器的充电和放电的控制信号。振荡器作为脉冲宽度调制(PWM)控制器的一部分提供。
在实施方案中，振荡电路使用锯齿波振荡器。PWM控制器利用边界传导模式(BCM)控制算法，并且振荡控制电路基于第一脉冲信号、BCM结束检测信号、和脉冲检测信号来生成控制信号。
在实施方案中，当BCM结束检测信号和脉冲检测信号被启用时激活振荡保持操作，并且当BCM结束检测信号被禁用时将振荡保持操作去激活。分频器通过检测对应于第二脉冲信号的一个周期的第一脉冲信号的N个周期中第一脉冲信号的第(N-j)个周期来生成脉冲检测信号，其中N和j为正整数，N大于j。
图1示出根据实施方案的集成电路装置100。集成电路100可包括电源转换器、电源供应器等等中的任一个。
集成电路装置100，例如电源转换器，接收输入电压Vin并提供输出电压VOUT到负载130。功率转换器100包括PWM控制器110。
图1的PWM控制器110被设计用于电源控制。根据该实施方案的PWM控制器110利用边界传导模式(BCM)控制算法，并且包括逻辑部件111和振荡器113。
图1的振荡器113可生成具有振荡频率的脉冲信号，该振荡频率在目标频率范围内变化，并且振荡器113可提供脉冲信号的振荡频率作为用于PWM控制器110的电源控制的可变频率。例如，可变频率被用来打开PWM控制器110的开关装置(未示出)，该开关装置向电源转换器100的储能装置(例如，电感器或变压器)提供电流。在PWM控制器110中使用的振荡器113可包括锯齿波振荡器。
在实施方案中，图1的振荡器113响应于来自逻辑部件111的第一模式端检测信号来执行振荡保持操作，以防止PWM控制器110的模式从第一模式变为第二模式。在实施方案中，第一模式为BCM，并且第二模式为连续传导模式(CCM)。
CCM和BCM涉及电源转换器100的操作周期，在该操作周期中，储能装置(诸如电感器)充电和放电。CCM和BCM可通过以下方式区分：在CCM中，在操作周期期间，储能装置的电流从不降为零；而在BCM中，在每个操作周期的放电时段结束时，电流降为零，并且然后当后续的操作周期的充电时段开始时，电流恢复。
图1的负载130可包括一个或多个集成芯片(IC)。在实施方案中，输出电压VOUT用于向中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、集成存储器电路、电池充电器、发光二极管(LED)、或任何类型的电负载供电。
图2示出锯齿波振荡器200，其是在PWM控制器中使用的振荡器的示例。锯齿波振荡器200包括三角脉冲生成电路210、第一比较器220和第二比较器230、以及RS触发器240。
图2的三角脉冲生成电路210包括来源电流源211、吸收电流源213、第一开关SW1和第二开关SW2、以及电容器cosc。电容器cosc具有通常耦接到第一比较器220、第二比较器230、以及第一开关SW1和第二开关SW2的共同节点的第一端，并且具有耦接到接地电压端子的第二端。
当第一开关SW1导通时，来源电流源211供应来源电流ISRC至第一开关SW1和第二开关SW2的共同节点。当第二开关SW2导通时，吸收电流源213吸收来自第一开关SW1和第二开关SW2的共同节点的吸收电流ISNK。
图2的第一比较器220在其正输入端子(+)处接收电容器COSC的三角脉冲信号SAW，该正输入端子耦接至电容器COSC的第一端，并且第一比较器220在其负输入端子(-)处接收第一基准电压VREF1。图2的第二比较器230在其正端子(+)处接收第二基准电压VREF2，并且在其负端子(-)处接收三角脉冲信号SAW，该负端子耦接到电容器COSC的第一端。第一基准电压VREF1和第二基准电压VREF2确定三角脉冲信号SAW的摆动宽度。也就是说，第一基准电压VREF1确定三角脉冲信号SAW的高电压电平，并且第二基准电压VREF2确定三角脉冲信号SAW的低电压电平。
图2的RS触发器240在设定(S)输入端子处接收第一比较器220的输出信号，并且在复位(R)输入端子处接收第二比较器230的输出信号。RS触发器240通过第一输出端子Q输出具有矩形形状的脉冲信号FOSC，并且通过第二输出端子/Q输出具有与脉冲信号FOSC相反的相位的脉冲信号FOSC的反相信号。
在包括第一开关SW1和第二开关SW2的图2的三角脉冲生成电路210中，第一开关SW1和第二开关SW2均响应于通过RS触发器240的第一输出端子Q输出的脉冲信号FOSC而操作。在示例中，第一开关SW1和第二开关SW2可分别包括PMOS晶体管和NMOS晶体管，并且因此PMOS晶体管和NMOS晶体管均可根据通过其栅极端子接收的脉冲信号FOSC而被选择性地激活或去激活。
在其他示例中，图2的第一开关SW1和第二开关SW2可包括任何其他开关元件。例如，第一开关SW1和第二开关SW2均可包括NMOS晶体管。在这种情况下，第一开关SW1和第二开关SW2根据分别通过其栅极端子接收的脉冲信号FOSC而被选择性地激活或去激活。
在图2的振荡器200的例示性实施方案中，第一开关SW1和第二开关SW2分别包括PMOS晶体管和NMOS晶体管。因此，当脉冲信号FOSC具有低电平时，第一开关SW1导通并且第二开关SW2断开。当来源电流ISRC通过导通的第一开关SW1流至电容器COSC时，电容器COSC以来源电流ISRC充电。如果因充电操作导致三角脉冲信号SAW的电压电平变得高于第一基准电压VREF1，则第一比较器220的输出信号具有高电平，并且因此设定RS触发器240使得脉冲信号FOSC变为高电平。
另一方面，当脉冲信号FOSC具有高电平时，第一开关SW1断开并且第二开关SW2导通。此时，当吸收电流ISNK通过导通的第二开关SW2流至接地电压端子时，电容器COSC以吸收电流ISNK放电。如果因放电操作导致三角脉冲信号SAW的电压电平变得低于第二基准电压VREF2，则第二比较器230的输出信号具有高电平，并且因此复位RS触发器240使得脉冲信号FOSC变为低电平。
当脉冲信号FOSC变为低电平时，再次执行上述充电操作。这些重复的充电和放电操作导致振荡，并且产生具有在目标频率范围内变化的振荡频率f的脉冲信号FOSC。
假如来源电流ISRC和吸收电流ISNK基本上恒定并且与用于产生振荡频率f的振荡电流IOSC基本上相同，即ISRC＝ISNK＝IOSC，那么振荡周期T可由以下等式1表示，并且脉冲信号FOSC的振荡频率f可由以下等式2表示：
T＝(2*COSC*(VREF1-VREF2))/IOSC 等式1，以及
f＝IOSC/(2*COSC*(VREF1-VREF2)) 等式2
其中，COSC表示电容器COSC的电容，VREF1对应于三角脉冲信号SAW的高电压电平，并且VREF2对应于三角脉冲信号SAW的低电压电平。因此，三角脉冲信号SAW在第一基准电压VREF1和第二基准电压VREF2之间摆动。
如等式2所示，当第一基准电压VREF1和第二基准电压VREF2为预先确定的并且固定时，可以通过调整流经第一开关SW1或第二开关SW2的振荡电流IOSC(＝ISRC＝ISNK)的电平和电容器COSC的电容，来改变振荡频率f的频率范围。
在一些情况下，PWM控制器的操作所需的振荡频率的目标频率范围可被设定为具有800Hz至100kHz的范围，并且更具体地具有800Hz至65kHz的范围。
为了将目标频率范围设定为具有非常低的频率(例如，800Hz)作为最小频率，需要降低振荡器200的振荡电流IOSC的电平或者增大包括在振荡器200中的电容器COSC的电容，如从等式2中可见。
例如，当电容器COSC具有10pF的电容时，振荡器200的振荡电流IOSC应为约40nA，以确保800Hz的最小频率。
然而，由于振荡电流IOSC的40nA电平非常小并且类似于漏泄电流，因此振荡电流IOSC的电平容易受到噪声的影响，并且因此难以通过调整振荡电流IOSC的电平来精确地控制最小频率。因此，当电容器COSC的电容固定为10pF时，通过调整振荡电流IOSC的电平来控制最小频率便存在限制。
另选地，代替调整振荡电流IOSC的电平的是，可以调整振荡器200的电容器COSC的电容以精确地控制最小频率。然而，当增大电容器COSC的电容以获得800Hz的最小频率时，由于电容器COSC的尺寸，致使振荡器200的尺寸显着增加。
因此，为了克服缺点并精确地控制或修整目标频率范围的最小频率和最大频率，本公开提供了一种使用来源电流和吸收电流的振荡器，该来源电流和吸收电流中的每个具有合理的电平，例如，是在图2的振荡器200中使用的振荡电流IOSC的电平的N倍，从而容易控制或修整目标频率范围，特别是最小频率，N为正整数。
然而，由于当来源电流和吸收电流增加到电平为振荡电流IOSC的电平的N倍时，从图2的振荡器200输出的脉冲信号FOSC的最小频率和最大频率也增加到N倍，因此根据本公开的实施方案的振荡器可以使用电平均为振荡电流IOSC的电平的N倍的来源电流和吸收电流来产生振荡频率f，并且还采用1/N分频器使振荡器的振荡频率在目标频率范围内变化。
图3示出根据实施方案的振荡器300。振荡器300可用于利用BCM控制算法的PWM控制器，并且可具有例如800Hz至100kHz或800Hz至65kHz的目标频率范围。
图3的振荡器300设置有来源电流和吸收电流，该来源电流和吸收电流中的每个的电流电平为在图2的振荡器200中使用的振荡电流IOSC的电平的N倍，并且振荡器300生成具有在目标频率范围内变化的振荡频率的输出脉冲信号FOSC.F。
参考图3，振荡器300包括三角脉冲生成电路310、第一比较器320和第二比较器330、RS触发器340、1/N分频器350、以及振荡控制电路360。三角脉冲生成电路310、第一比较器320和第二比较器330、以及RS触发器340分别具有与图2中所示的三角脉冲生成电路210、第一比较器220和第二比较器230、以及RS触发器240基本上相同的配置。因此，为了简明起见，将省略其详细描述。
在该实施方案中，来源电流ISRC1和吸收电流ISNK1被供应给图3的三角脉冲生成电路310以执行电容器COSC的充电操作和放电操作。来源电流ISRC1和吸收电流ISNK1中的每个的电流电平为在图2的振荡器200中使用的振荡电流IOSC的电平的N倍，以精确地控制目标频率范围的最小频率。也就是说，在该实施方案中，ISRC1＝ISNK1＝N*IOSC，N为正整数。通过增加来源电流ISRC1和吸收电流ISNK1的电平，可以更容易地调整来源电流ISRC1和吸收电流ISNK1的最小电平而不受噪声影响，因此可以精确调整目标频率范围的最小频率。
当对图3的三角脉冲生成电路310施加电流电平均为N*IOSC的来源电流ISRC1和吸收电流ISNK1时，电容器COSC的充电操作和放电操作的速度变成图2的振荡器200的充电操作和放电操作的速度的N倍。因此，图3的RS触发器340输出振荡频率为图2中所示的振荡器200的脉冲信号FOSC的振荡频率的N倍的内部脉冲信号(或第一脉冲信号)FOSC.I，其中在该振荡器200中，振荡电流IOSC用作来源电流ISRC和吸收电流ISNK。也就是说，内部脉冲信号FOSC.I的振荡频率对应于电容器COSC的充电或放电速度。
在该实施方案中，为了输出具有在目标频率范围内变化的振荡频率的输出脉冲信号(或第二脉冲信号)FOSC.F，增设图3的1/N分频器350使其耦接到RS触发器340的输出端子。1/N分频器350降低内部脉冲信号FOSC.I的振荡频率，该内部脉冲信号FOSC.I以1/N倍从RS触发器340输出，并且1/N分频器350输出频率降低的脉冲信号作为输出脉冲信号FOSC.F。
例如，假设图3的振荡器300的目标频率范围是800Hz至65kHz并且N为10，对图3的三角脉冲生成电路310施加电流电平均为振荡电流IOSC的电平的10倍的来源电流ISRC1和吸收电流ISNK1，即ISRC1＝ISNK1＝10*IOSC，那么电容器COSC的充电操作和放电操作的速度是图2的振荡器200的充电操作和放电操作的10倍。因此，从图3的RS触发器340输出的内部脉冲信号FOSC.I具有在8kHz至650kHz的范围内变化的振荡频率，该振荡频率对应于各自具有10*IOSC的电流电平的来源电流ISRC1和吸收电流ISNK1。此后，用作1/N分频器350的1/10分频器将内部脉冲信号FOSC.I的振荡频率降低为1/10倍。因此，从振荡器300的1/10分频器输出在800Hz至65kHz的目标频率范围内变化的输出脉冲信号FOSC.F。
此外，由于在利用BCM控制算法的PWM控制器中可以采用图3的振荡器300，因此振荡器300还包括振荡控制电路360，该振荡控制电路用于通过检测PWM控制器的BCM的结束来控制振荡保持操作。执行振荡保持操作以防止PWM控制器的操作模式从BCM变为CCM。在该实施方案中，为了执行振荡保持操作，振荡控制电路360被设置在RS图3的触发器340和1/N分频器350之间。
图3的振荡器300可基于BCM结束检测信号SBCM.END和从1/N分频器350输出的第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H来执行振荡保持操作，j为小于N的正整数。BCM结束检测信号SBCM.END由PWM控制器的逻辑部件(例如，图1中的逻辑部件111)提供。
在实施方案中，当集成电路装置(例如，图1中所示的电源转换器100)的输出电压VOUT被启用时，BCM结束检测信号SBCM.END可以被启用，并且当负载(例如，图1中所示的负载130)的存储能量为零时，BCM结束检测信号SBCM.END可以被禁用。
在实施方案中，在输出脉冲信号FOSC.F转变为高电平之后，BCM结束检测信号SBCM.END被启用为高电平。当BCM结束检测信号SBCM.END被启用为高电平并且从1/N分频器350输出的第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H被启用为高电平时，激活振荡保持操作。当BCM结束检测信号SBCM.END被禁用为低电平时，将振荡保持操作去激活。
在输出脉冲信号FOSC.F转变为高电平之后，1/N分频器350对内部脉冲信号FOSC.I的周期进行计数，并且当内部脉冲信号FOSC.I的N个周期被1/N分频器350转换为输出脉冲信号FOSC.F的一个周期时，1/N分频器350通过检测内部脉冲信号FOSC.I的第(N-j)个周期来生成第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H。
第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H可以在内部脉冲信号FOSC.I的第(N-j)个周期的上升沿或下降沿处被启用。第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H可以在其被启用之后在内部脉冲信号FOSC.I的半个周期内保持该启用的高电平，或者可以在输出脉冲信号FOSC.F转变为高电平之后被禁用。
参照图3，当振荡保持操作被激活时，即当BCM结束检测信号SBCM.END和内部脉冲信号FOSC.I的第(N-j)个周期均被启用为高电平时，振荡控制电路360生成断开三角脉冲生成电路310的第一开关SW1和第二开关SW2的第一开关控制信号SRC和第二开关控制信号SNK，使得振荡器300保持振荡操作。在响应于被禁用为低电平的BCM结束检测信号SBCM.END而将振荡保持操作去激活之前，保持振荡操作。当振荡保持操作被激活时，内部脉冲信号FOSC.I和输出脉冲信号FOSC.F可保持它们先前的电平。
参照图3，振荡控制电路360包括与非门360-1、与门360-2、或门360-3、和反相器360-4。与非门360-1接收BCM结束检测信号SBCM.END和第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H。与门360-2接收与非门360-1的输出信号和内部脉冲信号FOSC.I，并生成第二开关控制信号SNK。或门360-3接收内部脉冲信号FOSC.I和与非门360-1的输出信号的反相信号，并生成第一开关控制信号SRC。反相器360-4使或门360-3的输出信号反相，并将反相信号作为中间脉冲信号FOSC.IN输出到1/N分频器350。振荡控制电路360的详细操作将在稍后描述。
在另一个实施方案中，图3的振荡控制电路360可以由状态机实现。状态机接收BCM结束检测信号SBCM.END、第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H、和内部脉冲信号FOSC.I作为输入信号，并基于输入信号生成用于控制振荡保持操作第一开关控制信号SRC和第二开关控制信号SNK、以及中间脉冲信号FOSC.IN。
图3的1/N分频器350接收从振荡控制电路360输出的中间脉冲信号FOSC.IN，并生成输出脉冲信号FOSC.F和第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H。当BCM结束检测信号SBCM.END被启用时，第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H被供应给振荡控制电路360以激活振荡保持操作。
在实施方案中，第(N-1)个脉冲检测信号用作用于控制振荡保持操作的脉冲信号FOSC.H。在另一个实施方案中，早于第(N-1)个脉冲检测信号生成的脉冲信号，例如，第(N-2)个脉冲检测信号，可用于激活振荡保持操作。
N由目标频率范围的最小频率确定。由于最小频率具有更低的值，因此N具有更大的值。在一些实施方案中，N可以等于或大于8，并且可在8至20的范围内。
图4示出根据实施方案的图3的振荡器的振荡保持操作的时序图。振荡保持操作将参照图3和图4进行描述。
在图4所示的实施方案中，N被设定为10。第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H在内部脉冲信号FOSC.I的第9个周期的下降沿处被启用。根据该实施方案，图3的振荡器300使用来源电流ISRC1和吸收电流ISNK1执行电容器COSC的充电和放电操作，其中该来源电流ISRC1和吸收电流ISNK1中的每个具有对应于10*IOSC的电流电平，并且振荡器300包括1/10分频器作为1/N分频器350。
参照图3和图4，在一时间段内，例如，“A”，振荡器300执行正常振荡操作。当振荡器300执行正常振荡操作时，BCM结束检测信号SBCM.END具有禁用状态，例如，低电平。由于BCM结束检测信号SBCM.END具有低电平，所以与非门360-1的输出信号具有高电平，而与第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H的逻辑电平无关，并且因此振荡控制电路360基于内部脉冲信号FOSC.I生成第一开关控制信号SRC和第二开关控制信号SNK。
图3的三角脉冲生成电路310、第一比较器320和第二比较器330、以及RS触发器340响应于基于内部脉冲信号FOSC.I生成的第一开关控制信号SRC和第二开关控制信号SNK执行振荡操作。具体地讲，如上面参考图2所述，在三角脉冲生成电路310的第一开关SW1和第二开关SW2分别包括PMOS晶体管和NMOS晶体管的实施方案中，当从RS触发器340输出的内部脉冲信号FOSC.I具有低电平时，分别响应于具有与内部脉冲信号FOSC.I相同的逻辑电平(即，低电平)的第一开关控制信号SRC和第二开关控制信号SNK，第一开关SW1导通并且第二开关SW2断开。此时，当来源电流ISRC1通过导通的第一开关SW1流至电容器COSC时，电容器COSC以来源电流ISRC1充电。如果因充电操作导致三角脉冲信号SAW的电压电平变得高于第一基准电压VREF1，则第一比较器320的输出信号具有高电平，并且因此设定RS触发器340使得内部脉冲信号FOSC.I变为高电平。
另一方面，当内部脉冲信号FOSC.I具有高电平时，分别响应于具有与内部脉冲信号FOSC.I相同的逻辑电平(即，高电平)的第一开关控制信号SRC和第二开关控制信号SNK，第一开关SW1断开并且第二开关SW2导通。此时，当吸收电流ISNK1通过第二开关SW2流至接地电压端子时，电容器COSC以吸收电流ISNK1放电。如果因放电操作导致三角脉冲信号SAW的电压电平变得低于第二基准电压VREF2，则第二比较器330的输出信号具有高电平，并且因此复位RS触发器340使得内部脉冲信号FOSC.I变为低电平。
当内部脉冲信号FOSC.I变为低电平时，再次执行上述充电操作。这些重复的充电操作和放电操作导致振荡，并产生具有对应于来源电流ISRC1和吸收电流ISNK1的电流电平的振荡频率的内部脉冲信号FOSC.I。
当第一开关SW1和第二开关SW2分别响应于第一控制信号SRC和第二控制信号SNK而正常操作时，当N设定为10时，图3的振荡器300生成频率为振荡器200的脉冲信号FOSC的振荡频率10倍的内部脉冲信号FOSC.I，并且振荡器300使用1/10分频器生成频率为内部脉冲信号FOSC.I,的频率的1/10的输出脉冲信号FOSC.F，使得输出脉冲信号FOSC.F在目标频率范围内变化。
同时，如果PWM控制器的BCM结束并且因此BCM结束检测信号SBCM.END被启用为高电平，则根据第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H确定图3的与非门360-1的输出信号。因此，当第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H也在图4中所示的时间点T1变为高电平时，与非门360-1产生具有低电平的输出信号。因此，响应于具有低电平的与非门360-1的输出信号，图3的与门360-2产生被设定为低电平的第二开关控制信号SNK，并且图3的或门360-3产生被设定为高电平的第一开关控制信号SRC。
响应于分别被设定为高电平和低电平的第一开关控制信号SRC和第二开关控制信号SNK，图3的三角脉冲生成电路310中的第一开关SW1和第二开关SW2均被断开，并且因此电容器COSC的充电操作和放电操作均被去激活。当电容器COSC的充电操作和放电操作被去激活时，振荡操作被保持，即振荡保持操作被激活。
当振荡保持操作被激活时，内部脉冲信号FOSC.I和输出脉冲信号FOSC.F保持它们先前的逻辑电平，即图4中的低电平。第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H也维持其先前的逻辑电平，即高电平。
在执行振荡保持操作后，当BCM结束检测信号SBCM.END被禁用至低电平时，PWM控制器不在CCM中而在BCM中，并且然后振荡保持操作停止。
具体地讲，如果BCM结束检测信号SBCM.END被禁用到如图4所示的时间点T2处的低电平，则图3的与非门360-1的输出信号变为高电平，并且因此第一开关控制信号SRC和第二开关控制信号SNK由内部脉冲信号FOSC.I的逻辑电平确定。因此，如图4所示，当BCM结束检测信号SBCM.END被禁用为低电平时，第一开关控制信号SRC响应于此时具有低电平的内部脉冲信号FOSC.I而变为低电平。第二开关控制信号SNK响应于具有低电平的内部脉冲信号FOSC.I而维持低电平。
当第一开关控制信号SRC变为低电平并且第二开关控制信号SNK维持低电平时，图3的第一开关SW1和第二开关SW2分别导通和断开，使得执行图3的电容器COSC的充电操作。因此，图3的RS触发器340被设定，并且因此内部脉冲信号FOSC.I变为高电平。因此，图3的振荡器300恢复振荡操作，并且内部脉冲信号FOSC.I和输出脉冲信号FOSC.F如图4的“A”时段所示被正常生成。
当振荡保持操作被去激活时，第一开关控制信号SRC和第二开关控制信号SNK之一根据内部脉冲信号FOSC.的先前逻辑电平而被启用。
如上所述，在执行振荡保持操作后的一定时间内，PWM控制器返回到BCM。如果PWM控制器返回到BCM而不进入CCM，则BCM结束检测信号SBCM.END被禁用为低电平。
当在输出脉冲信号FOSC.F的一个周期中产生第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H之前BCM结束检测信号SBCM.END被禁用为低电平时，振荡器300可以连续地执行振荡操作，而不保持振荡操作。因此，为了避免不必要的振荡保持，有利的是通过使用由1/N分频器350产生的第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H，来确定振荡保持激活时间更接近输出脉冲信号FOSC.F的一个周期的结束。
在一些实施方案中，j随着N增加变得更大。在图4所示的实施方案中，当N为10时j为1，并且检测内部脉冲信号FOSC.I的第9个周期的信号被用作确定振荡保持激活时间的第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H，但是实施方案不受此限制。在另一个实施方案中，检测内部脉冲信号FOSC.I的第8个周期的信号可被用作第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H。
图5为示出根据实施方案的振荡器的操作的流程图。图5的振荡保持方法将参照图3进行描述。
在S510处，响应于第一开关控制信号SRC和第二开关控制信号SNK，振荡器300通过使电容器COSC充电和放电而产生具有第一频率的内部脉冲信号FOSC.I(或第一脉冲信号)，以便执行振荡操作。
在S520处，振荡器300基于内部脉冲信号FOSC.I产生具有第二频率的输出脉冲信号FOSC.F(或第二脉冲信号)，第一频率是第二频率的N倍，内部脉冲信号FOSC.I的N个周期对应于输出脉冲信号FOSC.F的一个周期，N是正整数。
在S530处，当BCM结束检测信号SBCM.END且第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H被禁用时，其中第(N-j)个脉冲检测信号是通过从内部脉冲信号FOSC.I的N个周期中检测内部脉冲信号FOSC.I的第(N-j)个周期而产生，振荡器300通过生成第一开关控制信号SRC和第二开关控制信号SNK来保持振荡操作，以便将振荡器300的电容器COSC的充电和放电去激活。
在S540处，当BCM结束检测信号SBCM.END被禁用时，振荡器300通过生成第一开关控制信号SRC和第二开关控制信号SNK来恢复振荡操作，以激活电容器COSC的充电操作和放电操作之一。
图6为示出根据实施方案的振荡保持方法的流程图。图6的振荡保持方法将参照图3进行描述。
在S610处，振荡器300接收被启用为第一逻辑电平，例如高电平，的BCM结束检测信号SBCM.END。
在S620处，响应于由1/N分频器350生成为具有第一逻辑电平的第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H，振荡器300激活振荡保持操作。在输出脉冲信号FOSC.F变为高电平之后，通过检测从RS触发器340输出的内部脉冲信号FOSC.I的第(N-j)个周期而生成第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H。
在S630处，在第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H被生成为具有第一逻辑电平之后，在BCM结束检测信号SBCM.END维持第一逻辑电平的同时，振荡器300执行振荡保持操作。在振荡保持操作期间，其中BCM结束检测信号SBCM.END和第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H均被启用为第一逻辑电平，振荡器300生成第一开关控制信号SRC和第二开关控制信号SNK以同时将电容器COSC的充电操作和放电操作去激活，使得内部脉冲信号FOSC.I和输出脉冲信号FOSC.F维持它们先前的逻辑电平而不振荡。
在S640处，振荡器300接收被禁用为第二逻辑电平，例如低电平的BCM结束检测信号SBCM.END。
在S650处，响应于被禁用的BCM结束检测信号SBCM.END，振荡器300将振荡保持操作去激活并恢复振荡操作，并且因此内部脉冲信号FOSC.I和输出脉冲信号FOSC.F正常振荡。具体地讲，当振荡保持操作被去激活时，第一开关控制信号SRC和第二开关控制信号SNK之一根据内部脉冲信号FOSC.I的先前逻辑电平而被启用，并且因此恢复振荡操作。
当产生第(N-j)个脉冲检测信号FOSC.H同时BCM结束检测信号SBCM.END被启用时，振荡器300执行图5的上述振荡保持操作，从而防止PWM控制器进入CCM。
本公开的实施方案包括被配置成进行本文所述操作中的一个或多个操作的电子装置，例如一个或多个封装的半导体装置。然而，实施方案并不限于此。
A1。一种操作用于脉冲宽度调制(PWM)控制器的振荡器的方法，所述方法包括：
响应于控制信号，通过使电容器充电和放电来生成第一脉冲信号，以便执行振荡操作；
基于第一脉冲信号生成第二脉冲信号，该第二脉冲信号的频率低于第一脉冲信号；
通过生成控制信号以将振荡器的电容器的充电和放电去激活，来保持振荡操作；以及
通过生成用于激活电容器的充电操作和放电操作之一的控制信号来恢复振荡操作。
A2。根据A1所述的方法，其中PWM控制器利用边界传导模式(BCM)控制算法。
其中基于第一脉冲信号、BCM结束检测信号、和脉冲检测信号生成控制信号，并且
其中当包括所述PWM控制器的装置的输出电压被接通时，启用所述BCM结束检测信号，且当耦接到所述装置的负载的存储能量为零时，禁用所述BCM结束检测信号。
A3。根据A2所述的方法，其中当BCM结束检测信号和脉冲检测信号被启用时，保持振荡操作，并且
其中当BCM结束检测信号被禁用时，恢复振荡操作，
其中振荡器的分频器通过检测对应于第二脉冲信号的一个周期的第一脉冲信号的N个周期中第一脉冲信号的第(N-j)个周期来生成脉冲检测信号，并且
其中N和j为正整数，N大于j。
B1。一种利用边界传导模式(BCM)控制算法的脉冲宽度调制(PWM)控制器，包括：
逻辑部件，被配置为生成BCM结束检测信号；和
振荡器，被配置为执行振荡操作以生成具有第一频率的第一脉冲信号；基于第一脉冲信号执行1/N分频操作以生成具有在振荡器的目标频率范围内变化的第二频率的第二脉冲信号；并且基于BCM结束检测信号和第(N-j)个脉冲检测信号执行用于保持振荡操作的振荡保持操作，j为小于N的正整数，
其中第一频率是第二频率的N倍大，并且
其中振荡器通过检测对应于第二脉冲信号的一个周期的第一脉冲信号的N个周期中第一脉冲信号的第(N-j)个周期来生成第(N-j)个脉冲检测信号。
B2。根据B1所述的PWM控制器，其中当包括所述PWM控制器的装置的输出电压被接通时，启用所述BCM结束检测信号，且当耦接到所述装置的负载的存储能量为零时，禁用所述BCM结束检测信号。
B3。根据B1所述的PWM控制器，其中当BCM结束检测信号和第(N-j)个脉冲检测信号均被启用时激活振荡保持操作，并且当BCM结束检测信号被禁用时将振荡保持操作去激活。
B4。根据B1所述的PWM控制器，其中振荡器包括：
振荡电路，包括电容器，并且被配置为通过使用来源电流和吸收电流使电容器充电和放电来生成第一脉冲信号，第一脉冲信号的第一频率对应于电容器的充电或放电速度；
1/N分频器，用于执行1/N分频操作以生成第二脉冲信号；和
振荡控制电路，耦合在振荡电路和1/N分频器之间，并且被配置为通过基于第一脉冲信号、BCM结束检测信号、和第(N-j)个脉冲检测信号控制电容器的充电操作和放电操作，来控制振荡操作和振荡保持操作，
其中1/N分频器还生成第(N-j)个脉冲检测信号。
B5。根据B4所述的PWM控制器，其中振荡控制电路包括：
状态机，接收BCM结束检测信号、第(N-j)个脉冲检测信号、和第一脉冲信号作为输入信号，并且基于输入信号来生成控制信号和中间脉冲信号，该中间脉冲信号对应于第一脉冲信号并且被输入到1/N分频器。
B6。根据B4所述的PWM控制器，其中振荡控制电路包括：
与非门，接收BCM结束检测信号和第(N-j)个脉冲检测信号；
与门，接收第一脉冲信号和与非门的输出信号，并生成控制信号中的第二控制信号；和
或门，接收第一脉冲信号和与非门的输出信号的反相信号，并生成控制信号中的第一控制信号，
其中第一控制信号对应于输入到1/N分频器的中间脉冲信号。
虽然已结合目前被认为实用的实施方案描述了本发明，但是实施方案并不限于所公开的实施方案，而是相反可包括所附权利要求的实质和范围内所包括的各种修改形式和等同布置方式。该方法中描述的操作的顺序是例示性的，并且一些操作可以被重新排序。此外，两个或更多个实施方案可以组合。

Claims (10)

1.一种用于脉冲宽度调制PWM控制器的振荡器，包括：
振荡电路，所述振荡电路包括电容器，并且被配置为通过使所述电容器充电和放电来生成第一脉冲信号；
分频器，所述分频器被配置为基于所述第一脉冲信号生成第二脉冲信号，所述第二脉冲信号的频率低于所述第一脉冲信号；和
振荡控制电路，所述振荡控制电路耦接至所述振荡电路和所述分频器，并且被配置为生成用于在振荡保持操作期间保持所述电容器的所述充电和放电的控制信号。
2.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述PWM控制器利用边界传导模式BCM控制算法，并且
其中所述振荡控制电路基于所述第一脉冲信号、BCM结束检测信号、和脉冲检测信号来生成所述控制信号。
3.根据权利要求2所述的振荡器，其中当包括所述PWM控制器的装置的输出电压被接通时，启用所述BCM结束检测信号，且当耦接到所述装置的负载的存储能量为零时，禁用所述BCM结束检测信号。
4.根据权利要求2所述的振荡器，其中当所述BCM结束检测信号和所述脉冲检测信号被启用时激活所述振荡保持操作，并且当所述BCM结束检测信号被禁用时将所述振荡保持操作去激活，
其中所述分频器通过检测对应于所述第二脉冲信号的一个周期的所述第一脉冲信号的N个周期中所述第一脉冲信号的第(N-j)个周期来生成所述脉冲检测信号，并且
其中N和j为正整数，所述N大于j。
5.根据权利要求2所述的振荡器，其中所述振荡控制电路包括：
状态机，所述状态机接收所述BCM结束检测信号、所述脉冲检测信号和所述第一脉冲信号作为输入信号，并且基于所述输入信号生成所述控制信号和中间脉冲信号，所述中间脉冲信号对应于所述第一脉冲信号并且被输入到所述分频器。
6.根据权利要求2所述的振荡器，其中当所述BCM结束检测信号和所述脉冲检测信号被启用时激活所述振荡保持操作，并且当所述BCM结束检测信号被禁用时将所述振荡保持操作去激活，
其中所述分频器通过检测对应于所述第二脉冲信号的一个周期的所述第一脉冲信号的N个周期中所述第一脉冲信号的第(N-j)个周期来生成所述脉冲检测信号，
其中N和j为正整数，所述N大于j，并且
其中所述脉冲检测信号在所述第一脉冲信号的所述第(N-j)个周期的上升沿或下降沿处被启用。
7.根据要求1所述的振荡器，其中所述振荡电路包括：
三角脉冲生成电路，所述三角脉冲生成电路被配置为响应于来自所述振荡控制电路的所述控制信号来执行所述电容器的充电或放电操作，并且生成三角脉冲信号；
第一比较器，所述第一比较器被配置为在正输入端子处接收所述三角脉冲信号，并且在负输入端子处接收第一基准电压；
第二比较器，所述第二比较器被配置为在正输入端子处接收第二基准电压，并且在负输入端子处接收所述三角脉冲信号；和
RS触发器，所述RS触发器被配置为在设定输入端子处接收所述第一比较器的输出信号，在复位输入端子处接收所述第二比较器的输出信号，并且输出所述第一脉冲信号，
其中所述第一基准电压和所述第二基准电压确定所述三角脉冲信号的摆动宽度。
8.根据权利要求7所述的振荡器，其中所述三角脉冲生成电路包括：
所述电容器；
第一开关，所述第一开关耦接到所述电容器，并且被配置为响应于所述控制信号中的第一控制信号而使所述电容器以来源电流充电；和
第二开关，所述第二开关耦接到电容器，并且被配置为响应于所述控制信号中的第二控制信号而使所述电容器以吸收电流放电，
其中所述振荡控制电路在所述振荡保持操作期间生成所述第一控制信号和所述第二控制信号以断开所述第一开关和所述第二开关。
9.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述PWM控制器利用边界传导模式BCM控制算法，
其中所述振荡控制电路基于所述第一脉冲信号、BCM结束检测信号、和脉冲检测信号来生成所述控制信号，
其中所述第二脉冲信号的所述频率在所述振荡器的目标频率范围之内，
其中当所述BCM结束检测信号和所述脉冲检测信号被启用时激活所述振荡保持操作，并且当所述BCM结束检测信号被禁用时将所述振荡保持操作去激活，
其中所述分频器通过检测对应于所述第二脉冲信号的一个周期的所述第一脉冲信号的N个周期中所述第一脉冲信号的第(N-j)个周期来生成所述脉冲检测信号，
其中N和j为正整数，所述N大于所述j，并且
其中所述N由在所述目标频率范围内的最小频率确定。
10.根据权利要求9所述的振荡器，其中所述j随着所述N増大而増大。
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