CN109818498B - 使用脉冲宽度调制和电流模式控制的开关转换器 - Google Patents

使用脉冲宽度调制和电流模式控制的开关转换器 Download PDF

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Abstract

本文公开了使用脉冲宽度调制和电流模式控制的开关转换器。本文中描述了一种开关转换器。根据一个实施例，开关转换器包括开关电路，该开关电路被配置为接收开关信号并且根据开关信号(SPWM)交替地将开关电路的输出节点与电源节点和参考节点连接。输入电压可操作地施加在电源节点与参考节点之间。开关转换器进一步包括耦合在开关电路的输出节点与开关转换器的输出节点之间的电感器以及被配置为生成具有取决于输入电压的振荡器频率的时钟信号的振荡器。开关控制器被配置为接收时钟信号并且使用脉冲宽度调制(PWM)生成开关信号，其中开关信号的频率是根据振荡器频率来设置的，并且开关信号的占空比是使用电流模式控制来确定的。

Description

使用脉冲宽度调制和电流模式控制的开关转换器
技术领域
本公开涉及诸如DC/DC降压转换器的开关转换器领域。
背景技术
开关转换器通常根据诸如输入电压、输出电压和输出电流(即，负载)等一个或多个参数以不同的操作模式进行操作。不同的操作模式在控制通过开关转换器的电感器(扼流圈)的电流的电子开关的开关控制方面不同。开关转换器可以以连续导通模式(CCM)和不连续导通模式(DCM)进行操作。在CCM中，电感器电流连续通过电感器而不会降至零，而在DCM中，电感器电流具有不连续的波形，因为电流在每个开关周期中降至零。
电子开关的切换操作是由触发电子开关的激活/去激活的开关信号确定的。开关信号是逻辑信号(即，假定仅逻辑高电平或逻辑低电平)，其可以使用不同的调制方案进行调制以便调节例如输出电压或输出电流。常见的调制方案是脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)。当使用PWM时，开关信号的占空比是通过调节开关信号在每个开关周期中的导通时间(即，脉冲宽度)来调节的，而开关频率是恒定的。当使用PFM时，开关频率是通过调节开关信号的脉冲的时间位置来调节的，而脉冲宽度(即，开关周期中的导通时间)是恒定的。
CCM和DCM这两种模式可以与调制方案PWM和PFM中的一种组合。因此，可以区分四种操作模式，即PFM-DCM、PWM-DCM、PWM-CCM和PFM-CCM。针对特定操作点针对不同操作模式(例如，针对输入电压、输出电压、输出电流的特定组合)，功率转换的可实现效率可以是不同的。此外，某些操作模式可能不适合特定范围的操作模式。为了优化效率，已经开发了多模式开关转换器，这些多模式开关转换器被配置为在两种或更多种不同的操作模式中操作。监测开关转换器的操作点，并且如果达到模式切换条件，则改变操作模式。
在一些操作模式中，可能发生稳定性问题，而在使用PWM-CCM时通常可以容易地保证稳定操作。然而，CCM在特定的工作点范围(诸如具有高输入电压和高输出电流(高负载)的工作点)内稳定可能并不容易。
发明内容
本文中描述了一种开关转换器。根据一个实施例，开关转换器包括开关电路，该开关电路被配置为接收开关信号并且根据开关信号(SPWM)交替地将开关电路的输出节点与电源节点和参考节点连接。输入电压可操作地施加在电源节点与参考节点之间。开关转换器进一步包括耦合在开关电路的输出节点与开关转换器的输出节点之间的电感器以及被配置为生成具有取决于输入电压的振荡器频率的时钟信号的振荡器。开关控制器被配置为接收时钟信号并且使用脉冲宽度调制(PWM)生成开关信号，其中开关信号的频率是根据振荡器频率来设置的，并且开关信号的占空比是使用电流模式控制来确定的。
此外，本文中描述了一种方法。根据一个实施例，该方法包括使用被包括在开关转换器中的开关电路根据开关信号交替地将输入电压和参考电位施加到开关转换器的电感器的第一端子。该方法进一步包括生成具有取决于输入电压的振荡器频率的时钟信号，以及使用脉冲宽度调制(PWM)生成开关信号，其中开关信号的频率是根据振荡器频率来设置的，并且开关信号的占空比是使用电流模式控制来确定的。
附图说明
参考以下附图和描述可以更好地理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制；相反，重点在于说明本发明的原理。在附图中，相同的附图标记表示相应的部分。在图中：
图1是示出具有电流模式控制的PWM的降压转换器的一个示例的电路图。
图2是示出在PFM中操作的降压转换器的一个示例的电路图。
图3是示出PFM-DCM、PWM-DCM、PWM-CCM和PFM-CCM之间的模式切换的模式切换条件的图。
图4是示出在从PWM-CCM到PFM-CCM以及反之亦然的模式切换期间的开关频率的图。
图5是示出针对高输入电压具有PWM开关频率的连续变化的开关转换器的一个示例性实施例的电路图。
图6是示出图5的实施例的电路图，其中更详细地示出了开关控制器的一个示例性实现。
图7是示出取决于输入电压而变化的PWM开关频率所根据的特性曲线以及用于在PWM-CCM与PFM-CCM之间进行切换的模式切换条件的图。
图8示出了可以在本文中描述的实施例中使用的PWM频率控制的一个示例性实现。
图9是示出图8的PWM频率控制电路的功能的图。
图10是示出类似于图3的模式切换条件的图，其中与图3的示例相比，可以使用PWM-CCM进行处理的输入电压的范围增加。
具体实施方式
图1是示出具有能够在PWM-CCM中(在其他操作模式中)操作的开关控制器的降压转换器的一个示例的电路图。在当前示例中，仅示出了电路的用于PWM控制的那些部分，以使图示简单。此外，应当理解，尽管在本文中描述的实施例中使用降压转换器，但是所使用的概念不限于降压转换器并且可以容易地应用于其他类型的开关转换器，诸如反激转换器、升压转换器等。
在本示例中，降压转换器包括连接在输入电路节点与参考节点之间的开关电路。在电源节点与参考节点之间施加有输入电压VIN，输入电压VIN通常处于参考电位(例如，接地电位)。在本示例中，开关电路被实现为由高侧晶体管THS和低侧晶体管TLS组成的晶体管半桥。两个晶体管TLS和THS在开关电路的输出电路节点处串联连接。在本示例中，两个晶体管TLS和THS实现为MOS晶体管(MOSFET)。然而，也可以采用任何其他类型的晶体管。在一些示例中，可以使用二极管代替低侧晶体管TLS。
开关转换器进一步包括连接在开关电路(例如，晶体管半桥)的输出电路节点与开关转换器的输出电路节点(简称为输出)之间的电感器LO，在输出电路节点处施加有输出电压VOUT。根据本示例，输出电容器CO可以连接在开关转换器的输出与参考电路节点(例如，接地节点)之间，以便缓冲输出电压VOUT。通常，开关电路被配置为交替地将输入电压VIN和参考电压(例如，0伏，接地电位)施加到电感器LO。
开关电路的开关操作可以由一个或多个开关信号确定，这些开关信号由开关控制器10生成。在图1的本示例中，提供给高侧晶体管的开关信号表示为SPWM，而提供给低侧晶体管的开关信号表示为注意，信号/>基本上是信号SPWM的反转版本(除了小的死区时间)。在其他实现中，单个开关信号SPWM可能是足够的，例如，因为开关电路包括用于将开关信号SPWM分配给两个或更多个电子开关的仅一个有源电子开关或电路。
PWM在开关转换器领域中是已知的，并且因此这里仅简要概述了开关信号的生成。通常，开关信号SPWM具有被表示为fPWM的恒定频率，而开关信号SPWM的导通时间TON在每个开关周期中被调节。导通时间TON与开关周期TPWM＝fPWM -1之间的比率通常称为占空比。换言之，开关信号的占空比在每个开关周期中被更新，以便调节输出电压或输出电流，同时开关周期基本上恒定。开关频率fPWM由可以由振荡器OSC生成的时钟信号SCLK确定。振荡器OSC可以使用诸如张弛振荡器电路等任何已知的振荡器电路来实现。
在本示例中，开关控制器10实现所谓的电流模式控制(例如，在本示例中的峰值电流模式控制)，电流模式控制包括两个反馈回路，即，电流反馈以及电压反馈。基本上，第一(内部)控制回路调节电感器电流iL的峰值。用于电流控制的电流设定点(参见图1的VCOMP)由第二(外部)控制回路确定，并且被设置为使得输出电压VOUT稳定在期望的电压设定点。
在图1的示例中，开关控制器10包括在设置输入S处接收时钟信号SCLK的RS触发器FF1。因此，在RS触发器FF1的输出Q处提供的开关信号SPWM定期地并且与时钟信号SCLK同步地被设置为高信号电平。RS触发器FF1在复位输入R处接收复位信号SOFF，其中复位信号SOFF指示(通过在复位输入R处施加高电平)电感器电流iL达到电流设定点的时刻。电感器电流iL由电流感测信号VCS表示，并且电流设定点由阈值VCOMP表示。开关控制器10包括被配置为将电流感测信号VCS与阈值VCOMP进行比较的比较器K1。每当电流感测信号VCS达到阈值VCOMP时，比较器K1向RS触发器FF1发信号通知以将开关信号SPWM重置为低信号电平。在输出处提供有反向开关信号/>
在本示例中，电流感测信号VCS由电流感测电路CS提供，电流感测电路CS被配置为感测电感器电流iL并且生成相应的电流感测信号VCS。在简单示例中，电流感测电路CS可以是与电感器LO串联连接的简单电流感测电阻器。然而，已知更复杂的电路用于电流测量目的，诸如耦合到开关电路中的晶体管的感测晶体管等。
阈值VCOMP(即，内部控制回路的当前设定点)在误差放大器EA的输出处提供，误差放大器EA被配置为放大控制误差VVS-VREF，其中VVS是表示输出电压VOUT的电压感测信号，并且VREF是表示外部控制回路的电压设定点的参考电压。可选地，积分器和/或环路滤波器可以耦合在误差放大器EA与比较器K1之间。
在本示例中，电压感测信号VVS由耦合在开关转换器的输出与误差放大器EA的输入之间的电压感测电路VS提供。在本示例中，电压感测电路VS由电阻器R1和R2组成，以形成简单电阻式分压器。然而，可以替代地使用更复杂的电压感测电路。
综上所述，在PWM-CCM中，开关控制器10利用两个反馈回路，其中第一反馈回路由电流感测电路CS和比较器K1形成，并且第二反馈回路由电压感测电路VS和误差放大器EA形成。第一反馈回路是用于控制电感器电流iL的控制回路的一部分，而第二反馈回路是用于控制输出电压VOUT的控制回路的一部分。
应当理解，在如图1所示的开关转换器的PWM操作期间的(峰值)电流模式控制的概念可以以若干方式实现。在一些实现中，误差放大器EA是具有电流输出的跨导放大器；类似地，电流感测电路CS也具有电流输出。也就是说，误差信号VCOMP以及电流感测信号VCS是这种实现中的电流。误差信号和电流感测信号(两个电流)然后可以在电路节点处被减去(通过叠加)，并且差电流被引导到电阻器。跨晶体管的电压降然后被提供给使用固定的比较器阈值的比较器电路(对应于图1中的K1)。可以在所提到的电路节点处叠加另外的电流，例如，用于斜率补偿以避免次谐波振荡。然而，这个和各种其他实现基本上提供与图1的一般示例相同的基本功能。这些实现中的很多是已知的，并且因此这里不再进一步讨论。
如上所述，PWM-CCM在某些情况下可能不适合。例如，当开关转换器仅通过非常轻的负载(输出电流低)被加载或当输入电压VIN高时，可能需要模式切换到PFM-DCM或PFM-CCM以便能够维持输出电压调节。在更详细地讨论模式切换条件之前，在图2中示出了以PFM-CCM模式中操作的开关控制器的一个示例。在该示例中，仅示出了开关控制器10的用于PFM控制的那些部分，以保持图示简单。可以理解，用于PWM控制和PFM控制的电路部件以及用于触发模式开关的另外的电路可以被包括在开关控制器10中。
根据图2，开关电路(晶体管半桥)、电感器LO、输出电容器CO、电压感测电路VS和误差放大器EA与图1的示例中的相同。但是，开关控制器的配置与前面的示例不同。因此，误差放大器EA的输出信号VCOMP(误差信号)通过(反相)积分器INT积分，并且积分的误差信号通过比较器K2与阈值(其可以是0伏或任何其他恒定阈值VREF,PFM，如图2所示)进行比较。比较器K2的输出耦合到脉冲发生器电路MF1，脉冲发生器电路MF1被配置为当由比较器输出信号触发时生成具有定义的脉冲长度TON的脉冲。脉冲发生器电路的各种实现是已知的，并且因此这里不再进一步说明。一些脉冲发生器实现被称为“单触发电路”或单稳态多谐振荡器电路。然而，提供相同功能的各种其他实现是适用的。
响应于比较器K2检测到积分的误差信号已经达到被提供给比较器K2的阈值而生成脉冲。这样，开关信号中的脉冲的脉冲长度(导通时间TON,min)是固定的，其中开关频率(脉冲重复频率)根据测量的误差信号VCOMP而变化。如在图1的前一示例中，开关信号被提供给高侧晶体管THS，并且反向开关信号被提供给半桥的低侧晶体管TLS。
图3是示出PFM-DCM、PWM-DCM、PWM-CCM和PFM-CCM之间的模式切换的模式切换条件的图。因此，PFM-DCM用于在点划线和虚线对角线上方的浅阴影区域中的操作点。PWM-DCM用于在点划线与弯曲虚线之间的区域中的操作点。PWM-CCM用于在弯曲虚线右下方和水平实线下方的阴影区域中的操作点。最后，PFM-CCM用于在水平实线上方和虚线对角线右侧的操作点。
以下讨论集中于PWM-CCM与PFM-CCM之间的模式切换，其在具有大于iOUT′的相对较高的输出电流iOUT(高负载)的情况下相关。在图3的示例中，用于从PWM-CCM到PFM-CCM的模式切换的模式切换条件(水平实线)由以下等式给出。
其中fSW＝TSW -1是由振荡器OSC在使用PWM的操作模式中提供的PWM开关频率fPWM。最小导通时间TON,min是可以在PWM操作中生成的最小导通时间(TON,min·fPWM是最小占空比)，并且也等于PFM操作期间的固定导通时间。
换言之，当输出电压VOUT低于由下式给定的值VOUT′时，从PWM-CCM到PFM-CCM的模式切换被触发。
VOUT′＝VIN·fPWM·TON，min， (2)
其中PWM开关频率fPWM和最小导通时间TON,min是已知的恒定系统参数。这相当于输入电压VIN超过由下式给出的值VIN′
图4是示出当使用如参考图1和图2描述的多模式开关控制器时在从PWM-CCM到PFM-CCM的模式切换期间开关频率fsw与输入电压VIN之间的关系的图。因此，开关频率fsw等于PWM频率fPWM，并且对于低于VIN′的输入电压VIN恒定。当输入电压超过临界电压VIN′时(见等式(3))，开关控制器切换到PFM-CCM，并且开关频率fsw随着输入电压VIN的增加而单调减小。对于模式切换回到PWM-CCM，临界电压在VIN″处稍低，并且模式切换表现出滞后现象，如图4所示。滞后的宽度可能取决于负责模式切换的电路的实际实现而变化。
除了在一些应用中可能不期望的滞后之外，由于在PFM-CCM操作模式中可能发生稳定性问题，到PFM-CCM的模式切换可能进一步是不期望的，这可能在开关转换器的输出电压中产生不期望的RF信号分量。下面讨论的示例性开关转换器实现允许利用PWM-CCM模式覆盖更大范围的操作点，并且从而避免需要切换到PFM-CCM。
图5示出了开关转换器的一个实施例，其能够使用经修改的脉冲宽度调制(PWM)来操作，其中PWM开关频率fPWM不是恒定的，而是当输入电压超过特定阈值VIN*时可以逐渐减小，该特定阈值VIN*显著低于等式(3)中提到的阈值VIN′。
在图5的示例中，开关电路(晶体管半桥)、电感器LO、输出电容器CO、电压感测电路VS和电流感测电路CS与图1的示例中的基本上相同，并且参考上面的相应描述以避免多余的解释。在本示例中，开关控制器10被配置为使用PWM和(例如峰值)电流模式控制来生成用于开关电路(晶体管半桥)的开关信号SPWM和
在本示例中，开关控制器10接收电压感测信号VVS和电流感测信号VCS作为反馈信号(以便监测输出电压VOUT和电感器电流iL)。如参考图1详细描述，电流模式控制包括使用第一反馈回路来用于控制电感器电流iL以及使用第二控制回路来控制输出电压VOUT。脉冲宽度调制的开关信号的频率fsw由振荡器OSC提供的时钟信号SCLK的频率fPWM确定(fsw＝fPWM)。然而，与图1的传统示例不同，时钟信号SCLK的频率fPWM没有被设置为恒定值，而是当输入电压VIN增加到超过特定阈值VIN*时逐渐减小(从标称值开始)。为了调谐振荡器OSC的振荡频率，开关转换器包括频率控制电路11，频率控制电路11被配置为根据当前输入电压VIN来生成频率控制信号SF，其中频率控制信号SF表示振荡器OSC的期望振荡频率。因此，频率控制电路11可以根据表示输入电压VIN与开关频率fPWM之间的关系的任何特性曲线来生成频率控制信号SF。
注意，频率控制电路11和振荡器OSC一起形成压控振荡器，压控振荡器的振荡频率可以由开关转换器(VIN控制的振荡器)的输入电压VIN控制，同时在PWM-CCM中操作。降低PWM开关频率fPWM以用于增加输入电压VIN同时保持PWM操作(使用电流模式控制)允许避免向针对高输入电压的PFM-CCM的模式切换。然而，应当注意，本文中描述的实施例允许针对低输出电流(低负载)向PFM-DCM(或具有低静态电流的其他操作模式，如具有脉冲跳跃或突发模式的PFM-DCM)切换。
图6的示例与图5的示例基本上相同，其中开关控制器10以与图1的示例中相同的方式实现。因此，可以看到两个反馈回路，其中第一反馈回路(电流感测电路CS和比较器K1)是电流控制回路的部分，并且第二反馈回路(电压感测电路VS和误差放大器EA)是电压控制回路的部分。误差放大器EA、比较器K1和RS触发器FF1的功能与图1的示例中的相同，并且参考上面的相应描述以避免多余的解释。然而，与图1的示例不同，时钟信号SCLK的频率fPWM以及因此开关信号SPWM的频率不是恒定的，而是可以根据输入电压VIN的电流值而变化。
注意，不应当将具有开关频率fPWM的调节的这种“经修改的”PWM操作与PFM操作相混淆。在PFM中，使用闭合控制回路中的输出电压(电压感测信号VVS)的反馈来调节开关频率(脉冲重复频率)以调节输出电压VOUT。与此相反，在图5和图6的示例中，PWM开关频率仅基于输入电压VIN来被直接(前馈)控制。除了PWM开关频率的调节之外，电流模式控制如参考图1详细描述的那样实现。
图7是示出根据图5和图6的实施例的可以取决于输入电压VIN而变化的PWM开关频率fPWM所根据的特性曲线的图。从图7中可以看出，对于低于或等于输入电压阈值VIN*的输入电压VIN(VIN≤VIN*)，特性曲线是平坦的(PWM开关频率fPWM＝fPWM*是恒定的)，而对于高于输入电压阈值VIN*的输入电压VIN(对于VIN>VIN*，fPWM<fPWM*)，特性曲线单调减小。阈值VIN*和PWM开关频率fPWM*是在针对特定应用设计开关转换器时可以(直接或间接)固定的恒定系统参数。在PWM开关频率fPWM*或输出电压VOUT可以由电路的用户编程或以其他方式设置的应用中，可以根据VOUT或fPWM*设置阈值VIN*，以便获得类似于图7所示的那些的合适的特性曲线。PWM-CCM与PFM-CCM之间的边界也在图7中以虚线示出。边界线具有根据等式(3)的1/x特性，边界线由函数fPWM＝(VOUT/TON，min)·1/VIN给出。当沿x轴绘制输入电压VIN时，边界线与1/VIN成比例。
在图7中，描绘了三个不同的特性曲线作为示例。应当理解，所描绘的曲线必须被视为示例，并且各种其他曲线可以适用于不同的应用。对于低于阈值VIN*＝VIN1的输入电压VIN，第一特性曲线表现出恒定的PWM开关频率fPWM*＝fPWM1，而对于较高的输入电压(高于VIN1)，第一特性曲线表现出线性减小。对于低于阈值VIN*＝VIN2的输入电压VIN，第二特性曲线表现出恒定的PWM开关频率fPWM*＝fPWM2，而对于较高的输入电压(高于VIN2)，第二特性曲线表现出线性减小。最后，对于低于阈值VIN*＝VIN1的输入电压VIN，第三特性曲线表现出恒定的PWM开关频率fPWM*＝fPWM3，而对于较高的输入电压(高于VIN2)，第三特性曲线表现出1/x形状的减小。当使用1/x特性时，PWM开关频率可以保持在恒定值fPWM*，直到越过边界线之前不久并且特性曲线的1/x形状的减小与边界线的形状相匹配，使得向PFM-CCM的不期望的模式切换被避免并且PWM操作被保持。此外，由于在输入电压VIN*处没有发生模式切换，因此避免了如图4所示的上述滞后。
图8示出了可以在图5和图6所示的实施例中使用的PWM频率控制电路11的一个示例性实现。图8的电路基本上实现了被配置为根据定义的特性曲线(诸如图7的第一曲线)基于输入电压来被控制的可控电流源。因此，图8的电路包括可以被视为压控电流源(晶体管电流iFF)的晶体管T1和用于消耗电流iP的电流源Q1，其中在开关转换器被设计用于特定应用时电流iP可以被固定。如下面将进一步示出，iP影响阈值VIN*(参见图7)。晶体管T1和电流源Q1连接到电阻器RC的第一端子，使得和电流iFF+iP通过电阻器RC。电阻器RC的第二端子可以接地。图8的电路还包括分压器，该分压器由电阻器RA和RB组成，并且被配置为对输入电压VIN进行分压并且提供分数VIN·RB/(RA+RB)。该分压器输出电压以及电阻器RC两端的电压降RC(iFF+ip)被提供给差分放大器A1(运算放大器)，差分放大器A1的输出控制通过晶体管T1的晶体管电流iFF。
如果运算放大器A1的增益足够高，则可以如下计算晶体管电流：
其中
频率控制电路11的输出信号(其在图5和图6中表示为SF)是电流差iCH-iFF，其中电流iCH由另外的电流源Q2提供。在所描绘的示例中，电流iCH确定恒定的开关频率fPWM*并且可以在开关转换器被设计用于特定应用时被固定。因此，振荡器OSC的开关频率与电流iCH-iFF成比例，即：
fPWM～iCH-iFF。 (6)
图9示出了频率控制电路11与振荡器OSC组合的功能，其可以被配置为生成具有开关频率fPWM的时钟信号SCLK。对于低于阈值VIN*的输入电压VIN，电流iFF为零，并且频率控制电路11生成恒定输出电流iCH(参见等式(4)至(6))。对于大于阈值VIN*的输入电压VIN，电流iFF线性增加，并且频率控制电路11因此生成线性减小的输出电流iCH-iFF(参见等式(4)至(6))。由于输出电流iCH-iFF用于控制振荡器OSC，PWM开关频率fPWM也随着输入电压VIN的增加而线性地减小(如果VIN>VIN*)。
尽管图8和图9所示的示例性实现提供了针对高输入电压的线性频率降低，但是其他实现可以使用不同的特性，诸如所提到的1/x特性。此外，应当理解，尽管已经讨论了特定的模拟实现作为示例，但是其他模拟或(至少部分地)数字实现可以是适用的。例如，在使用可以数字地控制的振荡器OSC的实施例中，通过在控制输入处施加数字信号，输入电压VIN可以被数字化并且相应的数字频率控制信号(参见例如图5的信号SF)可以被数字地计算，例如使用如微控制器等处理器。处理器可以被配置为执行实现诸如图7中所示的特性曲线等特性曲线的软件。
图10是示出类似于图3的模式切换条件的图。然而，与图3的示例相比，可以使用PWM-CCM来处理的输入电压的范围增加。取决于实际实现，可以完全避免PFM-CCM中的操作。与图3的示例相比，通过降低PWM开关频率fPWM而不执行向PFM-CCM的模式切换，由等式(1)或(2)定义的水平线从VIN′到VIN″(例如，从22伏到35伏)向上移位(朝向更高的输入/输出电压)。取决于应用，VIN″处的水平线向上移位，直到它等于或高于开关转换器的最大输入电压VIN,MAX。在这种情况下，如果系统按照规范操作，则永远不会发生向PFM-CCM的模式切换。
尽管已经关于一个或多个实现图示和描述了本发明，但是在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以对所示出的示例进行改变和/或修改。特别是关于由上述部件或结构(单元、组件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述这样的部件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于执行所描述的部件的指定功能的任何部件或结构(例如，功能上等同的)，即使在结构上不等同于所公开的结构，其在本发明的这里示出的示例性实现中执行功能。

Claims (16)

1.一种开关转换器，包括：
开关电路，被配置为接收开关信号，并且根据所述开关信号交替地将所述开关电路的输出节点与电源节点和参考节点连接，输入电压可操作地施加在所述电源节点与所述参考节点之间；
电感器，耦合在所述开关电路的输出节点与所述开关转换器的输出节点之间；
频率控制电路，被配置为：
生成第一电流；
通过针对所述输入电压的大小不大于预定义阈值而将第二电流的大小设置为零来生成所述第二电流；以及
基于所述第一电流的大小和所述第二电流的大小来生成频率控制信号；
振荡器，被配置为：
接收所述频率控制信号；以及
根据所述频率控制信号生成具有振荡器频率的时钟信号，使得如果所述输入电压的大小大于所述预定义阈值，则所述振荡器频率响应于所述输入电压的大小的增大而减小；以及
开关控制器，被配置为接收所述时钟信号并且使用脉冲宽度调制(PWM)生成所述开关信号，其中所述开关信号的频率根据所述振荡器频率来被设置，并且所述开关信号的占空比使用电流模式控制来被确定。
2.根据权利要求1所述的开关转换器，其中对于电流模式控制，所述占空比基于通过所述电感器的电感器电流以及进一步基于所述开关转换器的输出节点处的输出电压来被设置。
3.根据权利要求1所述的开关转换器，进一步包括：
电压感测电路，耦合到所述开关转换器的输出节点，并且被配置为提供表示所述输出电压的电压感测信号；以及
电流感测电路，耦合到所述电感器，并且被配置为提供表示所述电感器电流的电流感测信号，
其中对于电流模式控制，所述占空比基于所述电流感测信号和所述电压感测信号来被设置。
4.根据权利要求1所述的开关转换器，其中所述频率控制电路被配置为生成所述频率控制信号，使得所述振荡器频率针对所述输入电压的大小不大于所述预定义阈值而保持基本恒定。
5.根据权利要求1所述的开关转换器，其中所述振荡器被配置为生成所述时钟信号，使得如果所述输入电压的大小大于所述预定义阈值，则所述振荡器频率线性地减小或与所述输入电压的大小反比例地减小。
6.根据权利要求1所述的开关转换器，
其中所述开关控制器是被配置为以两个或更多个操作模式进行操作的多模式控制器，其中所述操作模式包括以下中的两个或更多个：使用PWM的连续导通模式(CCM)、使用PWM的不连续导通模式(DCM)、使用脉冲频率调制(PFM)的DCM，并且
其中两种不同操作模式之间的模式切换条件根据以下中的至少一个：所述输出电压、所述输出电流或所述输入电压。
7.根据权利要求1所述的开关转换器，其中所述开关电路和所述电感器以降压转换器拓扑结构连接。
8.一种用脉冲宽度调制和电流模式控制操作开关转换器的方法，包括：
使用被包括在开关转换器中的开关电路，根据开关信号来交替地将输入电压和参考电位施加到所述开关转换器的电感器的第一端子；
使用频率控制电路，生成第一电流；
使用所述频率控制电路，通过针对所述输入电压的大小不大于预定义阈值而将第二电流的大小设置为零来生成所述第二电流；
使用所述频率控制电路，基于所述第一电流的大小和所述第二电流的大小来生成频率控制信号；
使用所述频率控制电路，确定所述输入电压的大小大于所述预定义阈值；
使用振荡器来生成具有根据所述输入电压的振荡器频率的时钟信号，使得响应于确定所述输入电压的大小大于所述预定义阈值，所述振荡器频率随着所述输入电压的大小增大而减小；以及
使用开关控制器使用脉冲宽度调制(PWM)来生成所述开关信号，其中所述开关信号的频率根据所述振荡器频率来被设置，并且所述开关信号的占空比使用电流模式控制来被确定。
9.根据权利要求8所述的方法，其中对于电流模式控制，所述占空比基于通过所述电感器的电感器电流以及进一步基于所述开关转换器的输出节点处的输出电压来被设置。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
感测所述开关转换器的输出节点处的输出电压并且提供相应的电压感测信号；以及
感测通过所述电感器的电感器电流并且提供相应的电流感测信号，
其中对于电流模式控制，所述占空比基于所述电流感测信号和所述电压感测信号来被设置。
11.根据权利要求8所述的方法，其中生成具有零的大小的所述频率控制信号包括：生成所述频率控制信号，使得所述振荡器频率针对所述输入电压的大小不大于所述预定义阈值而保持基本恒定。
12.根据权利要求8所述的方法，其中针对所述输入电压的大小大于所述预定义阈值，所述振荡器频率线性地减小或与所述输入电压的大小反比例地减小。
13.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
在PWM连续导通模式中操作时，检测模式切换条件；以及
在检测到模式切换条件时，改变所述开关控制器的操作模式。
14.根据权利要求1所述的开关转换器，其中如果所述输入电压的大小大于所述预定义阈值，则所述振荡器频率与所述输入电压的大小成反比。
15.根据权利要求8所述的方法，其中生成所述时钟信号包括：生成所述时钟信号使得响应于确定所述输入电压的大小大于所述预定义阈值，所述时钟信号的频率与所述输入电压的大小成反比。
16.一种开关转换器，包括：
开关电路，被配置为接收开关信号，并且根据所述开关信号交替地将所述开关电路的输出节点与电源节点和参考节点连接，输入电压可操作地施加在所述电源节点与所述参考节点之间；
电感器，被耦合在所述开关电路的所述输出节点与所述开关转换器的输出节点之间；
频率控制电路，被配置为：
接收所述输入电压；
生成第一电流；
通过针对所述输入电压的大小不大于预定义阈值而将第二电流的大小设置为零来生成所述第二电流；以及
基于所述第一电流的大小和所述第二电流的大小来生成频率控制信号；
振荡器，被配置为：
接收根据所述输入电压的大小的所述频率控制信号；以及
生成具有根据所述频率控制信号设置的振荡器频率的时钟信号，使得：
当所述输入电压的大小不大于预定义阈值时，所述振荡器频率保持恒定；以及
当所述输入电压的大小大于所述预定义阈值时，所述振荡器频率与所述输入电压的大小成反比；以及
开关控制器，被配置为接收所述时钟信号，并且使用脉冲宽度调制(PWM)来生成所述开关信号，其中所述开关信号的频率根据所述振荡器频率来被设置，并且所述开关信号的占空比使用电流模式控制来被确定。
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