CN111756240A - 电源转换器，用于控制电源转换器的封装半导体器件及其操作方法 - Google Patents

电源转换器，用于控制电源转换器的封装半导体器件及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明题为“电源转换器，用于控制电源转换器的封装半导体器件及其操作方法”。本发明公开了电源转换器，用于控制电源转换器的封装半导体器件及其操作方法。示例性实施方案中的至少一些方法包括：在电源转换器的第一导通循环中驱动通过电感的电流；通过比较器来将指示通过耦接到比较器的第一输入的电感的电流的信号与施加到比较器的第二输入的阈值进行比较，并响应于指示电流的信号达到阈值来断言比较器输出；对第一输入和第二输入两端的差分电压进行采样，该采样响应于比较器输出的断言，并且该差分电压指示通过比较器的传播延迟；以及基于差分电压在第二导通循环中补偿比较器的补偿延迟，第二导通循环在第一导通循环之后。

Description

电源转换器，用于控制电源转换器的封装半导体器件及其操 作方法
技术领域
本申请涉及电源转换器的技术领域，并且具体地讲为直流(DC)到DC电源转换器。
背景技术
出于多种原因，发光二极管(LED)对于照明系统的普及性日益增加。普及性增加的原因可包括向LED供应的每单位功率产生更大的光(与例如白炽灯泡进行比较)以及LED的可控性。LED的普及性增加对于汽车工业也是如此。
发明内容
电源转换器，用于控制电源转换器的封装半导体器件及其操作方法。一个示例性实施方案是一种操作电源转换器的方法，该方法包括：在电源转换器的第一导通循环中驱动通过电感的电流；通过比较器来将指示通过耦接到比较器的第一输入的电感的电流的信号与施加到比较器的第二输入的阈值进行比较，并响应于指示电流的信号达到阈值来断言比较器输出；对比较器的第一输入和第二输入两端的差分电压进行采样，该采样响应于比较器输出的断言，并且该差分电压指示通过比较器的传播延迟和/或偏移；以及基于在第一导通循环中采样的差分电压在第二导通循环中补偿比较器的传播延迟和/或偏移，第二导通循环在第一导通循环之后。
该示例性方法还可包括在第一导通循环之前以及在电源转换器不在向负载供应电力的时间段期间：使比较器的第一输入和第二输入短接；在短接期间测量比较器输出的直流(DC)偏移；以及补偿比较器的DC偏移。
在该示例性方法中，将指示电流的信号与阈值进行比较还可包括将指示电流的信号与作为峰值电流阈值的阈值进行比较，在该峰值电流阈值下第一导通循环结束。
在该示例性方法中，将指示电流的信号与阈值进行比较还可包括将指示电流的信号与作为平均电流阈值的阈值进行比较。
该示例性方法还可包括：在第一导通循环期间，使误差控制器的放大器的第一输入和第二输入短接；在短接期间测量误差控制器的放大器的直流(DC)偏移；以及补偿误差控制器的放大器的DC偏移。
在该示例性方法中，补偿比较器还可包括：在第一断开循环期间驱动到电容器的补偿电压；以及将补偿电压耦接到比较器的补偿输入，在第二导通循环期间，补偿电压耦接到比较器的补偿输入。
另一个示例性实施方案是实现用于直流(DC)到DC电源转换器的驱动器的封装半导体器件，该封装半导体器件包括：比较器系统，该比较器系统限定第一输入、第二输入和比较器输出，第一输入耦接到指示由DC到DC转换器供应给负载的电流的电压，并且第二输入耦接到基准电压；以及调节控制器，该调节控制器被配置为生成脉冲信号，该脉冲信号控制电流到负载的供应，并且其中脉冲信号的断言时间基于供应给负载的电流的值指示。比较器系统还可包括：比较器，该比较器限定第一输入、第二输入、比较器输出和补偿输入，比较器被配置为基于补偿输入来补偿第一输入和第二输入；采样和保持电路，该采样和保持电路限定触发器输入、采样输出、耦接到第一输入的第一采样输入以及耦接到第二输入的第二采样输入，采样和保持电路被配置为响应于触发器输入的断言来对第一输入和第二输入两端的差分电压进行采样，并且响应于触发器输入的解除断言来将差分电压施加到采样输出；以及误差控制器，该误差控制器限定误差输入和控制输出，误差输入耦接到采样输出，并且控制输出耦接到比较器的补偿输入。误差控制器可被配置为基于脉冲信号的一个或多个循环内的差分电压来在控制输出上供应补偿信号，该补偿信号用以补偿比较器的通过比较器的传播延迟。
在示例性封装半导体中：采样和保持电路可被配置为在脉冲信号的第一导通循环期间对第一输入和第二输入上的差分电压进行采样；并且误差控制器可进一步被配置为基于在脉冲信号的第一导通循环期间的差分电压在脉冲信号的第二导通循环期间供应补偿信号。
在示例性封装半导体器件中：采样和保持电路可被配置为在脉冲信号的第一导通循环终止时对第一输入和第二输入上的差分电压进行采样；并且误差控制器可进一步被配置为基于在脉冲信号的第一导通循环终止时的采样期间的差分电压在脉冲信号的第二导通循环期间供应补偿信号。
在示例性封装半导体器件中，误差控制器可进一步被配置为使用来自包括以下组中的至少一种控制方法来创建补偿信号：比例积分微分(PID)控制；比例积分(PI)控制；仅积分控制。
在封装半导体器件中：比较器的补偿输入可以是包括第一连接和第二连接的差分输入；并且控制输出可以是包括第一连接和第二连接的差分输出。采样和保持电路的采样输出可以是包括第一连接和第二连接的差分输出，并且误差控制器的误差输入可以是包括第一连接和第二连接的差分输出。
在示例性封装半导体中，采样和保持电路的触发器输入可耦接到比较器的比较器输出。
在示例性封装半导体中，误差控制器还可包括：耦接到采样和保持电路的采样输出的放大器；第一电容器；以及耦接在放大器和第一电容器之间的第一开关。误差控制器可被配置为在脉冲信号的第一导通循环期间使第一开关不导电，并且误差控制器可被配置为在脉冲信号的第一断开循环期间使第一开关导电，并且可被配置为在第一断开循环期间将补偿信号驱动到第一电容器。
另一个示例性实施方案是用于向负载供应电力的系统，其包括：电源转换器；以及耦接到电源转换器的电感负载。转换器可包括：比较器系统，该比较器系统限定第一输入、第二输入和比较器输出，并且第一输入耦接到指示由电源转换器供应给电感负载的电流的电压；以及调节控制器，该调节控制器被配置为生成脉冲信号，该脉冲信号控制电流到负载的供应，并且其中脉冲信号的断言时间基于供应给电感负载的电流的值指示。比较器系统可被配置为：在脉冲信号的第一导通循环期间将指示到施加到第一输入的电感负载的电流的信号与施加到第二输入的阈值进行比较，并且在指示电流的信号达到或超过阈值时，断言比较器输出；对第一输入和第二输入两端的差分电压进行采样，该采样响应于比较器输出的断言，并且该差分电压指示通过比较器的传播延迟和/或偏移；以及在第一导通循环之后的第二导通循环中基于差分电压来补偿比较器系统的传播延迟和/或偏移。
在示例性系统中，当比较器系统将指示电流的信号与阈值进行比较时，比较器系统可进一步被配置为将指示电流的信号与作为峰值电流阈值的阈值进行比较。
在示例性系统中，当比较器系统将指示电流的信号与阈值进行比较时，比较器系统可进一步被配置为将指示电流的信号与作为平均电流阈值的阈值进行比较。
在示例性系统中，比较器系统可进一步被配置为：使比较器系统的第一输入和第二输入短接；在短接期间测量比较器输出的直流(DC)偏移；以及补偿比较器的DC偏移。
在示例性系统中，比较器系统还可包括：比较器，该比较器限定第一输入、第二输入、比较器输出和补偿输入，比较器被配置为基于补偿输入来补偿第一输入和第二输入；采样和保持电路，该采样和保持电路限定触发器输入、第一采样输入、第二采样输入和采样输出，采样和保持电路被配置为响应于触发器输入的断言来对第一输入和第二输入两端的差分电压进行采样，并且将差分电压施加到采样输出；以及误差控制器，该误差控制器限定误差输入和控制输出，误差输入耦接到采样输出，并且控制输出耦接到比较器的补偿输入。误差控制器可被配置为基于脉冲信号的一个或多个循环内的差分电压来在控制输出上供应补偿信号，该补偿信号用以补偿比较器的通过比较器的传播延迟。误差控制器还可包括：耦接到采样和保持电路的采样输出的放大器；第一电容器；以及耦接在放大器和电容器之间的第一开关。误差控制器可被配置为在脉冲信号的第一导通循环期间使第一开关不导电，并且误差控制器被配置为在脉冲信号的第一断开循环期间使第一开关导电，并且被配置为在第一断开循环期间通过放大器将补偿信号驱动到第一电容器。
附图说明
为了详细描述示例性实施方案，现在将参照附图，在附图中：
图1示出了根据至少一些实施方案的用于操作LED的系统的框图；
图2示出了根据至少一些实施方案的电源转换器的电路框图；
图3示出了根据至少一些实施方案的时序图；
图4示出了根据至少一些实施方案的时序图；
图5以局部框图和局部示意图的形式示出了根据至少一些实施方案的比较器系统；
图6示出了根据至少一些实施方案的比较器系统的示意图；
图7示出了根据至少一些实施方案的在电源转换器的导通循环期间的比较器系统；
图8示出了根据至少一些实施方案的在电源转换器的断开循环期间的比较器系统；
图9示出了根据至少一些实施方案的在后续导通循环期间的比较器系统；
图10示出了根据至少一些实施方案的在状态补偿期间的比较器系统；并且
图11示出了根据至少一些实施方案的方法。
符号和命名
各种术语用来指特定系统部件。不同公司可用不同名称来指一种部件–本文献并非意于在名称不同而功能相同的部件之间作出区分。在下面的讨论中以及在权利要求书中，术语“包括”和“包含”以开放形式使用，并且因此，这些术语应被解释成意指“包括但不限于…”。另外，术语“耦合”或“耦接”旨在意指间接连接或直接连接。因此，如果第一器件耦接到第二器件，则该连接可通过直接连接或通过经由其他器件和连接的间接连接进行。
术语“输入”和“输出”在用作名词时是指连接(例如，电连接、软件连接)，不应被解读为需要动作的动词。例如，衬底上的定时器电路可限定时钟输出。示例性定时器电路可在时钟输出上形成或驱动时钟信号。在直接在硬件中(例如，半导体衬底上)实现的系统中，这些“输入”和“输出”限定电连接。在软件中实现的系统中，这些“输入”和“输出”限定分别由实现功能的指令读取或写入的参数。
“引线”在用作名词时是指连接(例如，电连接、软件连接)，不应被解读为需要动作的动词。例如，开关限定第一引线和第二引线，连同控制输入。
“控制器”应意指被配置为读取信号并响应于此类信号而采取控制动作的衬底上的单独电路部件、衬底上构造的专用集成电路(ASIC)、衬底上构造的微控制器(其中控制软件存储在衬底上或衬底外)、现场可编程门阵列(FPGA)或它们的组合。
具体实施方式
以下讨论涉及本发明的各种实施方案。虽然这些实施方案中的一个或多个实施方案可能是优选的，但所公开的实施方案不应解释为或以其他方式用来限制包括权利要求书在内的本公开的范围。另外，本领域技术人员应当理解，以下描述具有广泛应用，并且对任何实施方案的讨论仅意指该实施方案的示例，而并非旨在表示包括权利要求书在内的本公开的范围限于该实施方案。
各种实施方案涉及操作直流(DC)到DC电源转换器的方法和系统。更具体地讲，示例性实施方案涉及这样的系统，其中比较器触发主晶体管的关断，从而控制电感器的导通或充电循环。示例性系统涉及补偿比较器的通过比较器的信号传播延迟和/或比较器的DC偏移，这可能致使主晶体管比预期或早或迟地关断。还更具体地讲，示例性实施方案涉及在断言比较器输出的时间点(例如，在主晶体管的导通循环期间或在导通循环结束时)对比较器的输入两端的差分电压进行采样，并且然后基于采样的差分电压在后续导通循环中补偿比较器。在驱动发光二极管(LED)电路的DC到DC转换器的背景下开发了各种实施方案，并且描述基于开发背景。然而，开发背景不应被解读为对各种补偿系统和方法的适用性的限制。本说明书首先转到示例性系统的高层描述。
图1示出了根据至少一些实施方案的用于操作发光二极管(LED)的示例性系统的框图。具体地讲，图1示出了示例性系统100，该系统可为汽车照明系统或家用照明系统，仅举几个例子。示例性系统100包括照明微控制器102。照明微控制器102可与其他设备进行通信，并且实现系统(例如，汽车、家庭)内许多LED的总体照明控制策略。示例性照明微控制器102通过通信信道106通信地耦接到电源转换器104。通信信道106可采取许多形式。在一些情况下，通信信道可为多个导体，可通过该多个导体在照明微控制器102与电源转换器104之间交换模拟和/或布尔信号。在其他情况下，通信信道可为并行或串行通信总线。在一个具体实施方案中，通信信道106是串行外围接口(SPI)总线，但可使用其他总线系统和协议(例如，I2C总线、通用串行总线(USB))。
示例性系统中的电源转换器104是驱动器电路，其被设计和构造成将一个DC电压下的功率转换为另一个DC电压。在示例性系统中，电源转换器104将功率从电压源VDC转换为较低电压(基于下文所讨论的附加电路)，因此可称为降压型DC-DC电源转换器。在一个或多个半导体衬底上构造的各种电路(下文更详细讨论)来实现电源转换器104的功能。半导体衬底可以以任何合适的形式诸如16引脚双列直插式封装件(DIP)来封装。还可使用其他封装配置。
在所示系统中，示例性负载是一组LED 108，并且电源转换器104通过电感器110耦接到LED 108。然而，电源转换器104耦接到任何合适类型的负载，诸如电磁体、螺线管、音圈或DC电机。由此，对于电感负载，可以省略单独电感器110。在图1的示例性系统中，电源转换器104耦接到电感器110的第一引线，并且电感器110的第二引线耦接到LED 108(示例性地示出为串联耦接的三个LED，但可使用任何电配置的一个或多个LED)。因为示例性系统作为开关电源转换器操作，所以在电源转换器104的操作的一些部分(例如，导通循环)期间，电源转换器向电感器110提供或驱动电流，从而将能量存储在电感器110周围的场中。在操作的其他部分期间，电源转换器104不向电感器110提供电流(例如，断开循环)，并且在断开循环期间，随着电感器周围的场放电或塌缩，电流继续流过电感器110。在电感器110放电的时间段期间，耦接在电感器的第一引线与接地端或公共端之间的续流二极管112为电感器110电流提供传导路径。在其他情况下，同步整流器(例如，操作性地控制的场效应晶体管(FET))可用于代替续流二极管112。电路部件还可包括平滑电容器114以对向LED 108提供的输出电压进行平滑处理。
示例性系统100可使用单独物理位置中的各种部件实现。例如，在汽车系统中，照明微控制器102可位于汽车的驾驶室内，而电源转换器104可位于发动机舱中，并且LED 108被设置为汽车的前灯或雾灯。在其他情况下，示例性系统100可全部或部分耦接在底层印刷电路板(PCB)上。如图1所示，照明微控制器102、电源转换器104和各种电路部件(例如，续流二极管112、电感器110和平滑电容器114)可位于单个PCB 116上，其中LED 108被设置在其他地方。或者，LED 108也可设置在PCB 116上(如图1的PCB 116的虚线延伸部所示)。
因此电源转换器104具有耦接到电压源VDC(例如，来自汽车电池的12伏)的VDC输入118。电源转换器104还在续流二极管112和电感器110之间以电的方式限定开关节点120。电源转换器104可任选地包括电压感测输入122，该电压感测输入耦接到电感器的第二引线(即，耦接到向LED 108提供的感测电压)。
图2示出了根据至少一些实施方案的电源转换器104的电路框图。具体地讲，图2示出了电源转换器104包括半导体衬底200，在该半导体衬底上构造了电源转换器104的各种电路和控制器。虽然在图2中仅示出了一个半导体衬底200，但是可以在共封装到单个封装半导体器件中的两个或更多个半导体衬底上实现各种电路。示例性系统包括限定总线接口204的总线控制器202，总线控制器202被配置为通过该总线接口与其他设备诸如照明微控制器102(图1)进行通信。示例性系统还包括能够由总线控制器202访问的多个寄存器206。也就是说，总线控制器202，以及因此照明微控制器102，可以读取和/或写入多个寄存器206。
对于图2的示例性系统而言，在多个寄存器中实现七个寄存器。一个示例性寄存器是感测增益寄存器208。在示例性系统中，电源开关210实现感测或基准晶体管(下文更详细讨论)，其Ron电阻比主晶体管(也在下文更详细讨论)要高已知的量，并且使用以使得通过基准晶体管的基准电流可形成与主晶体管基本上相同的电压。感测增益寄存器208可保持指示基准晶体管相对于主晶体管的电流的关系或比率的值。寄存器可还包括能够由总线控制器202访问的断开时间寄存器212。断开时间寄存器212被配置为保持指示向电源开关210施加的脉冲信号的断开时间的值。可实现纹波电流寄存器214，并且其能够由总线控制器202访问。纹波电流寄存器214被配置为保持指示纹波电流的值，该值最初可由照明微控制器102(图1)通过总线接口204写入；然而，纹波电流寄存器214中指示纹波电流的值变成电源转换器104的控制回路的控制变量。可实现导通时间寄存器216，并且其能够由总线控制器202访问。导通时间寄存器216被配置为在向电源开关210施加的脉冲信号的最近的导通或断言的循环上保持指示向电源开关210施加的脉冲信号的导通时间的值。可实现输入电压寄存器218，并且其能够由总线控制器202访问。输入电压寄存器218被配置为保持指示向电源转换器104提供的输入电压VDC的值。可实现输出电压寄存器220，并且其能够由总线控制器202访问。输出电压寄存器220被配置为保持指示电源转换器104的输出电压的值。最后，可实现平均电流寄存器224，并且其能够由总线控制器202访问。平均电流寄存器224被配置为保持指示由电源转换器104提供给LED 108的平均电流的值。在示例性系统中，指示平均电流的值是电源转换器104的控制回路的设定点。
电源转换器104包括电源开关210。电源开关210限定栅极输入226。具体地讲，电源开关210包括主晶体管228，该主晶体管具有漏极，其漏极通过VDC输入118耦接到VDC，并且具有源极，其源极通过开关节点120和电感器110耦接到LED 108。电源开关210还包括基准晶体管230，该基准晶体管同样具有耦接到VDC的其漏极。在示例性系统中，当栅极输入226被断言时，主晶体管228和基准晶体管230两者使电流能够从漏极流动到源极。在其他系统中，基准晶体管230可以是永久导电的。负载电流通过主晶体管228汲取，并形成与负载电流成比例的电压。已知基准电流通过基准晶体管230(其Ron比主晶体管大X倍)汲取，该基准晶体管形成基准电压。比较器比较这两个电压。当电压相等时，比较器切换，这意味着负载电流是基准电流的X倍。然后，该信息用于控制PWM活动。在一些系统中，主晶体管228与基准晶体管230之间的电流比率可为可设定的或可调节的，并且在此类系统中，该电流比率(1:X)受到写入到感测增益寄存器208的值的控制，其中感测增益寄存器208耦接到电源开关210的控制输入232。
仍然参见图2，示例性电源转换器104还包括调节控制器234。调节控制器234产生电源转换器104内使用的控制信号，并且在一些情况下，调节控制器234实现控制回路(例如，比例积分微分(PID)控制器239)以控制电源转换器所产生的平均电流。因此，调节控制器234耦接到电源开关210的栅极输入226。调节控制器234被配置为从照明微控制器102(图1)接收断开时间的指示。在示例性系统中，从耦接到调节控制器234的断开时间寄存器212接收断开时间的指示。调节控制器234被配置为在电源开关210的栅极输入226上生成脉冲信号，其中脉冲信号的被解除断言的时间基于断开时间的指示，并且脉冲信号的被断言的时间基于保持在平均电流寄存器224中的指示平均电流的值以及保持在纹波电流寄存器214中的指示纹波电流的最新值。如图2所示，平均电流寄存器224不直接耦接到调节控制器234。指示断开时间的值、指示平均电流的值和脉冲信号之间的控制关系将在介绍其他电源转换器104电路部件之后更详细讨论。
示例性电源转换器104还包括比较器系统236，该比较器系统具有第一输入238、第二输入240和比较器输出242。第一输入238耦接到主晶体管228的源极，并且第二输入240耦接到基准晶体管230的源极。比较器输出242耦接到调节控制器234。示例性系统还包括电流开关244，该电流开关具有控制输入250、第一开关引线246和第二开关引线248。第一开关引线246耦接到基准晶体管230的源极(和第二输入240)。电流开关244的控制输入250耦接到调节控制器234，特别是调节控制器234内的开关控制器252。
示例性系统还包括耦接到电流开关244的第二开关引线248的电流源266。电流源266具有控制输入268，该控制输入设定流过电流源266的受控电流。在图2的示例性系统中，控制输入268耦接到指示保持在纹波电流寄存器214中的纹波电流的值。系统还包括耦接到第二比较器输入240的第二电流源270。电流源270具有控制输入272，该控制输入设定流过电流源270的受控电流。在图2的示例性系统中，控制输入272耦接到指示保持在平均电流寄存器224中的平均电流的值。
仍然参见图2，示例性电源转换器104还包括具有模拟输入290和数字输出292的模数(A/D)转换器288。模拟输入290耦接到VDC(如气泡“B”所示)。数字输出292耦接到输入电压寄存器218。因此A/D转换器288用向电源转换器104提供的输入电压连续地更新输入电压寄存器218。示例性电源转换器104还包括具有模拟输入296和数字输出298的A/D转换器294。模拟输入296耦接到转换器的输出电压，更具体地讲，电感器110与LED 108之间的节点(如气泡“C”所示)。数字输出298耦接到输出电压寄存器220。因此A/D转换器294用电源转换器104所提供的输出电压连续地更新输出电压寄存器220。
示例性电源转换器104作为平均电流控制器操作。说明书以平均电流控制器的形式描述了设置和操作以形成对比较器系统236的操作的理解。具体地讲，照明微控制器102(图1)最初向系统所使用的所述多个寄存器206提供特定信息。例如，照明微控制器102可向感测增益寄存器208中写入指示主晶体管228和基准晶体管230的电流比率的值，使得电源开关210实现所需比率。接下来，对于特定系统设置(例如，电感器的电感及预期输出电压)而言，向电源开关210提供的脉冲信号的断开时间是恒定的，因此照明微控制器102可向断开时间寄存器212中写入指示断开时间的值。指示断开时间的值耦接到断开定时器235，该断开定时器向脉冲驱动器237提供定时器信号。在一些实施方案中，断开定时器235所生成的断开时间可与VLED(例如，转换器的输出上的电压，标记为“C”)成反比，以便在输出电压变化时保持纹波恒定。在操作中，脉冲驱动器237将脉冲信号驱动到栅极输入226，并且脉冲信号的被解除断言的时间是恒定的且由断开定时器235(及因此断开时间寄存器212中指示断开时间的值)设定。照明微控制器102可还将初始值写入到纹波电流寄存器214中。然而，如上所指出，纹波电流寄存器214中所保持的值是控制平均电流的控制回路内的控制变量，因此纹波电流寄存器214内的值在操作期间改变。在一个示例性系统中，一旦电源转换器104是操作性的，PID控制器239(示例性地示出为在调节控制器234内)便在每个导通循环结束时更新纹波电流寄存器214中的值，作为平均电流的闭环控制的一部分。
照明微控制器102可还向平均电流寄存器224中写入指示平均电流的值，该值实际上是电源转换器104所实现的控制的设定点。因此，如图2中明确示出，电流源266因此产生与纹波电流相关的电流，并且电流源270因此产生与平均电流相关的电流，并且这两个电流源在设定向电源开关210的栅极输入226提供的脉冲信号的导通时间中发挥作用(通过比较器系统236的操作，下文将更详细讨论)。
图3示出了根据至少一些实施方案的时序图。具体地讲，曲线图300示出了随时间变化的电感器电流，特别是经过约1.5个切换周期的电感器电流。应当注意，未在示例性电源转换器104中实际测量电感器电流，而是出于解释的目的来提供该曲线图。曲线图302示出了随时间变化的流过主晶体管228的电流。曲线图304示出了该系统内的多个示例性布尔信号，具体地示出了向电源开关210的栅极输入226提供的脉冲信号306、向电流开关244的控制输入250提供的开关信号308以及比较器系统236所形成的比较信号310。
同时参见图2和图3(并且具体地为曲线图300和304)，在断开定时器235到期(时间320)时，脉冲驱动器237断言脉冲信号306。因此电源开关210被激活，并且流过电感器的电流开始上升，如曲线图300中所示。在表示为tON的有限时间量之后，流过电感器的电流达到曲线图300中表示为IMAX的峰值。当电感器电流在时间322达到IMAX时，脉冲信号306被解除断言(即，电源开关210变为不导通)，并且断开定时器235被触发，迫使进入下一固定断开时间(在图3中表示为tOFF)。对于恒定输入电压和恒定输出电压而言，当向负载提供稳态电流时，导通时间tON和断开时间tOFF应为恒定的。然而，变化的物理条件(例如，外部温度、LED 108的温度、操作中的LED 108的数量、输入电压)可能导致电源转换器104的操作的改变以便保持设定点平均电流。例如，环境温度波动可改变电感器110的有效电感。环境温度波动可改变LED的接线的阻抗。输入电压可改变。为了提供设定点平均电流，电源转换器通过调节IMAX电平来控制tON时间。
导通时间tON可在概念上分成第一周期t1和第二周期t2，如图3所示。第一周期t1在脉冲信号306被断言且电源开关210变为导通时开始，并且第一周期在流过电感器的电流达到中点电流318时结束。第二周期t2在流过电感器的电流达到中点电流318时开始，并且在电流在时间322达到峰值电流IMAX时结束。当第一周期t1的时间长度匹配第二周期t2的时间长度时，在数学上算出中点电流318是向LED 108提供的平均电流IAVG。因此电源转换器104监测第一周期t1的长度和第二周期t2的长度，并且调节该系统以在稳态操作中使t1匹配t2。
如上所提及，在示例性系统中，纹波电流是通过调制来控制设定点平均电流的受控变量。纹波电流、IAVG电流和IMAX电流之间的关系在曲线图300中示出。具体地讲，在稳态操作中，峰间电流值是纹波电流的两倍(即，2*IRIP)，如图所示。由此，纹波电流与IMAX之间的关系是IMAX等于IAVG加IRIP。于是从概念上讲，在导通循环tON中t1不等于t2的瞬变循环期间，系统100调节纹波电流寄存器214中指示纹波电流的值，试图以此迫使t1在下一个导通循环中等于t2。例如，如果t1在脉冲信号的第一导通循环中大于t2，则增加指示纹波电流的值(即，增加IMAX)，试图以此在脉冲信号的下一个导通循环中延长t2。相反地，如果t1在脉冲信号的第一循环中小于t2，则减小指示纹波电流的值(即，减小IMAX)，试图以此在下一个导通循环中缩短t2。
在转到由电源转换器104测量t1和t2的示例性实施方式之前，暂时将注意力转到曲线图302。同样，曲线图302示出了流过主晶体管228的电流。当脉冲信号306被断言时，基准晶体管230和主晶体管228两者均变为导通。由于系统100内的寄生电容，最初可存在流过主晶体管228的高浪涌电流，在一些情况下该浪涌电流甚至可超过预期平均电流IAVG或甚至可超过IMAX。浪涌电流并不真实指示电感器电流(如曲线图300所示)，因此为了避免比较器系统236的错误指示，示例性系统实现消隐时间tBLANK。
根据示例性实施方案，由电源转换器利用比较器系统236、电流开关244以及电流源266和270的组合来测量导通时间tON。具体地讲，在周期t1期间，电流开关244断开或不导通。因此，在这两个电流源266和270之中，仅第二电流源270耦接到第二输入240，并且如图2所示，电流源270驱动与平均电流寄存器224中所保持的指示平均电流的值(即，设定点平均电流)成比例的电流。因此比较器系统236将主晶体管228的源极上的电压(该电压与流过主晶体管228的电流成比例)与基准晶体管230的源极上的电压(电流源270所固定的电压)进行比较。当电压相交(指示已达到IAVG)时，比较器系统236断言比较器输出242，如比较信号310所示。一旦比较信号310被断言，调节控制器234便断言电流开关244的控制输入250，从而闭合电流开关244或使之导电。
使电流开关244导电将第一电流源266切换到耦接到第二输入240的电路中。因此比较器输出242上的比较信号310再次被解除断言，并且比较器系统236继续将主晶体管228的源极上的电压与基准晶体管230的源极上的电压(电流源266和270所固定的电压)进行比较。当电压相交(指示已达到IMAX)时，比较器系统236再次断言比较器输出242，如比较信号310所示。比较信号310的第二断言标志着导通循环tON的结束和断开循环tOFF的开始。然而，出于控制的目的，由调节控制器234将时间t1测量为脉冲信号306的断言(或等同地，断开定时器的到期)与比较信号310的第一断言之间的时间。由比较信号310的第一断言与第二断言之间的时间来测量时间t2。
在一些示例性系统中，PID控制器239接收时间周期t1和t2的指示，并且根据平衡t1和t2的需要对纹波电流寄存器214中指示纹波电流的值进行调节，并因此提供设定点平均电流。然而，在其他情况下，电源转换器104外部的设备(诸如照明微控制器102)可从多个寄存器206读取各种值，并且实现控制回路方面。例如，照明微控制器102可：将指示平均电流的值写入到电源转换器；将指示纹波电流的值写入到电源转换器；并且递归地读取指示t1和t2的值(在未明确示出的t1和t2的寄存器中)。更具体地讲，在控制回路位于电源转换器104外部的一个示例性系统中，开关控制器252可将指示t1的值和指示t2的值写入到一个或多个寄存器。因此照明微控制器102可通过总线接口204从导通时间寄存器216读取指示t1和t2的值，然后将指示纹波电流的更新值写入到纹波电流寄存器214以在下一切换循环中控制IMAX电流。在控制回路位于电源转换器104外部的另一个实施方案中，开关控制器252可将指示t1与t2比较的状态写入到导通时间寄存器216中(例如，所测量的导通时间以外的一位值)。
再次参见图2。因此，比较器系统236在电源转换器104的操作中起着核心作用。比较器系统236的操作中的任何缺点都可能在向LED 108提供多于或少于设定点平均电流的整体电源转换器104中体现出来。本申请的示例性实施方案涉及改善比较器系统236的性能。还更具体地讲，示例性实施方案涉及针对通过比较器系统236内的比较器传播延迟补偿比较器系统236的功能，以及/或者针对比较器系统236内的比较器的DC偏移补偿比较器系统236的功能。
具体地讲并且如上所述，在操作中，当第一输入238上的电压下降到第二输入240上的电压时，比较器系统236断言其比较器输出242。实际上，断言在每个导通循环ton中发生两次，例如，一次是在电压指示通过IAVG中点电流318时发生(图3)，并且第二次是在电压指示通过IMAX电流时发生。在理想情况下，当比较器输出242被断言时，第一输入238与第二输入240之间的电压相同。然而，本说明书的发明人发现，由于通过比较器系统236的比较器的传播延迟以及比较器系统236内的DC偏移，基于通过主晶体管228的电流上升的速度、通过比较器系统236的比较器的延迟和/或比较器系统236的比较器的DC偏移，第一输入238上的实际电压将不同于第二输入240上的电压。由此，实际平均电流可高于或低于所期望的设定点平均电流。
图4示出了根据至少一些实施方案的时序图，以便示出围绕通过比较器系统236的传播延迟的示例性问题。具体地讲，曲线图400示出了随时间变化的电感器电流，特别是经过约1.5个切换周期的电感器电流。同样，在示例性实施方案中，未通过电源转换器104实际测量电感器电流，而是出于解释的目的来提供曲线图。曲线图404示出了向电源开关210的栅极输入226提供的脉冲信号306，曲线图406示出了向电流开关244的控制输入250提供的开关信号308，并且曲线图408示出了比较器系统236所形成的比较信号310。
如果没有通过比较器系统236的传播延迟，则当通过电感器的电流与平均电流IAVG匹配时，比较信号408将首先在时间410处被断言。类似地，如果没有通过比较器系统236的传播延迟，则当通过电感器的电流与峰值电流IMAX匹配时，比较信号408将在时间412处被断言。但是，在每种情况下，当输入相交时比较器断言其比较器输出所花费的时间量有限，这会导致比较输出的断言被延迟。在断言与到达IAVG相关联的情况下，比较输出242随后断言，如星号414所示，并且为清楚起见，放大了延迟。在断言与到达IMAX相关联的情况下，比较输出242随后断言，如星号416所示，并且为清楚起见，放大了延迟。该示例的结果是导通循环tON的时间长度比期望更长，这意味着提供的平均电流大于所期望的。当调节控制器234将比较器输出242视为从被解除断言转变为被断言时，具有非零DC偏移的比较器同样会产生影响。
返回到图2。各种示例性实施方案减少或消除了与传播延迟和/或DC偏移相关联的问题。具体地讲，在示例性电源转换器104正在第一导通循环中驱动通过电感器110的电流的时间段期间，比较器系统236内的比较器将指示通过电感器(耦接到第一输入238)的电流的信号与(通过电流源266和/或270)施加到第二输入240的阈值进行比较。比较器响应于指示电流的信号达到阈值来断言比较器输出242。比较器系统236对第一输入238和第二输入240两端的差分电压进行采样，该采样响应于比较器输出242的断言，并且该差分电压指示通过比较器的传播延迟和/或比较器的DC偏移。比较器系统然后基于差分电压在第二导通循环中补偿比较器系统236内的比较器的补偿延迟，使得比较器输出242的断言在第一输入238和第二输入240上的信号满足或匹配的时间点匹配或更接近匹配。在一些示例性方法和系统中，当断言比较器输出242与将指示通过电感器的电流的信号与作为峰值电流阈值IMAX的阈值进行比较相关联时，执行对差分电压的采样，从而触发导通循环的结束。在其他情况下，当断言比较器输出242与将指示通过电感器的电流的信号与作为平均电流阈值IAVG的阈值进行比较相关联时，示例性方法和系统进行采样。在以平均电流阈值进行采样的情况下，补偿在导通循环结束后(例如，在连续的断开循环内)进行。
图5以局部框图和局部示意图的形式示出了根据至少一些实施方案的比较器系统236。具体地讲，示例性比较器系统236包括比较器500、采样和保持电路502、误差控制器504和逻辑与门506。每个都将依次进行说明。
比较器500限定非反相输入508、反相输入510、补偿输入512和输出514。在示例性系统中，反相输入510直接耦接到第一输入238，非反相输入508直接耦接到第二输入240，并且输出514直接耦接到比较器输出242。示例性系统中的补偿输入512是限定第一连接516和第二连接518的差分输入。在其他情况下，可以使用用于补偿输入512的单个输入(例如，以基准电压为参考的单个输入，诸如接地)。由比较器500基于提供给补偿输入512的信号实现的补偿可以采取多种形式。例如，补偿输入512可以是用于使比较器的输出514为零的输入，但是也可以用于解决如上所述的传播延迟(例如，提供非零DC偏移以实现一些或全部传播延迟补偿)。在其他情况下，施加到补偿输入512的信号可以用于偏置反相输入510、非反相输入508或这两者。例如，补偿信号可用于向指示通过电感器的电流的信号提供正偏置，使得信号较早地越过阈值，并且较早地断言比较输出242，从而补偿了通过比较器500的延迟。
示例性比较器系统236还包括采样和保持电路502。采样和保持电路限定触发器输入520、第一采样输入522、第二采样输入524和采样输出526。在示例性系统中，采样输出526是包括第一连接528和第二连接530的差分输出。在其他情况下，可以使用来自采样和保持电路502的单个输出(例如，以基准电压为参考的单个输出，诸如接地)。示例性系统中的采样和保持电路502被配置为对第一采样输入522和第二采样输入524两端的差分电压(对应于第一输入238和第二输入240两端的差分电压)进行采样，该采样响应于触发器输入520的断言。采样和保持电路502进一步被配置为在一些情况下响应于触发器输入520的解除断言来将差分电压施加到采样输出526。
采样和保持电路502在施加到电源开关210(图2)的脉冲信号的导通循环期间对差分电压进行采样。更具体地讲，在一些示例性系统中，当断言比较器输出242与电感器电流达到平均电流IAVG相关联时，采样和保持电路502对差分电压进行采样。因此，触发器输入520可耦接到比较器输出242。在其他示例性系统中，采样和保持电路502被配置为在导通循环终止(例如，施加到电源开关210的脉冲信号的解除断言)时对差分电压进行采样。更具体地讲，当断言比较器输出242与电感器电流达到峰值电流IMAX相关联时，采样和保持电路502可对差分电压进行采样。调节控制器234(图2)可通过耦接到逻辑与门506的采样控制输入532连同比较器输出242直接或间接地确定何时进行采样。调节控制器234因此可掩蔽比较器输出242的断言，以选择性地控制触发器输入520的断言。在一个示例性实施方案中，采样控制输入532耦接到电流开关244的控制输入250，使得仅与电感器电流达到峰值电流IMAX相关联的比较器输出242的断言用于触发采样和保持电路502。在另外的其他实施方案中，采样和保持电路502在IAVG和IMAX相交处对差分电压进行采样，并且在采样输出526上提供的信号是每个采样的差分电压的组合(例如，平均值)。在其他实施方案中，采样和保持电路502在IAVG和IMAX相交处对差分电压进行采样，并且独立地基于每个采样来进行补偿。
仍然参见图5，比较器系统236还包括误差控制器504。示例性误差控制器504限定误差输入534、控制输出536，并且在一些情况下限定触发器输入650。在示例性系统中，误差输入534是包括第一连接538和第二连接540的差分输入。在其他情况下，可以使用单个误差输入(例如，以基准电压为参考的单个输入，诸如接地)。类似地，控制输出536可以是包括第一连接542和第二连接544的差分输出。在其他情况下，可以使用单个控制输出(例如，以基准电压为参考的单个输出，诸如接地)。误差输入534耦接到采样和保持电路502的采样输出526。控制输出536耦接到比较器500的补偿输入512。如下将更详细讨论的，除了补偿比较器500的传播延迟问题之外，比较器系统236还可补偿比较器500的DC偏移，并且为此，误差控制器504还限定耦接到比较器500的采样输入546。在一些情况下，采样输入546可如图所示耦接到比较器输出242，但是在其他情况下，采样输入546可耦接到可以从中确定DC偏移的任何信号，诸如来自比较器500的中间级输出。
误差控制器504被配置为基于在施加到电源开关210(图2)的脉冲信号的一个或多个循环内的差分电压来在控制输出536上供应补偿信号。补偿信号补偿比较器500的通过比较器500的传播延迟。更具体地讲，在一些示例性系统中，采样和保持电路502在第一导通循环期间(例如，在IAVG点处、在IMAX点处或这两者)对差分电压进行采样，并且将表示差分电压的信号传递到误差控制器504。误差控制器504继而在第一导通循环之后的第二导通循环期间供应补偿信号。在一些情况下，后续导通循环是紧接的后续导通循环，但是在测量差分电压与将所得补偿信号供应给比较器500之间可存在一个或多个导通循环。
误差控制器504可以在概念上被认为是回路控制器，其基于差分电压(用作误差信号)对施加到补偿输出536的补偿信号进行周期性调整，目的是在每次采样时降低差分电压或使差分电压为零。因为呈差分电压形式的误差信号在每个导通循环被更新一次，所以由误差控制器504实现的回路控制器不一定是连续的；相反，可以在施加到电源开关210(图2)的脉冲信号的每个周期确定一次对补偿信号的更新。然而，误差控制器504可以实现若干种控制方法之一，诸如：比例积分微分(PID)控制；比例积分(PI)控制；和/或仅积分控制。
图6示出了根据至少一些实施方案的比较器系统236的示意图。具体地讲，图6中示出的是比较器500、采样和保持电路502以及误差控制器504。示例性采样和保持电路502包括四组开关。尽管将开关示意性地示出为物理开关，但实际上，这些开关可以是任何电控开关(例如，晶体管、结型晶体管、FET、电控制整流器)。具体地讲，示例性采样和保持电路502包括短接开关600。当导电时，短接开关600使第一采样输入522和第二采样输入524短接并且耦接到接地。使采样输入522和524短接同样使第一输入238和第二输入240短接并且耦接到接地，以及使比较器500的反相输入510和非反相输入508短接并且耦接到接地。示例性电路还包括采样开关602。当导电时，采样开关602将第一采样输入522和第二采样输入524两端的差分电压耦接到电容器604和606的第一引线。示例性电路还包括短接开关608。当导电时，短接开关608使电容器604和606的第一引线短接并且耦接到接地。示例性电路还包括短接开关610。当导电时，短接开关610使电容器604和606的第二引线短接并且耦接到接地。示例性采样和保持电路502还包括开关控制电路612，该开关控制电路控制采样和保持电路502内的所有开关。例如，在各种开关是FET形式的电控制开关的情况下，开关控制电路612可以控制栅极的断言以确保在开关组之间不发生交叉导电。由开关控制电路612实现的控制可以基于触发器输入520的被断言和未被断言状态。尽管将在下面更多地讨论各种开关在特定时间的状态，但是在每个导通循环期间的某个时刻，采样和保持电路502通过将第一采样输入522和第二采样输入524分别耦接到电容器604和606的第一引线来对差分电压进行采样。在采样之后(例如，在紧接的后续断开循环期间)，由电容器604和606保持的电压被施加到误差控制器504。
仍然参见图6，示例性误差控制器504包括跨导放大器的示例性形式的放大器614(例如，生成与输入上的电压成比例的电流)。具体地讲，放大器614限定输入616，该输入耦接到采样和保持电路502的电容器604的第二引线。放大器614进一步限定输入618，该输入耦接到采样和保持电路502的电容器606的第二引线。放大器614进一步限定第一连接620和第二连接622形式的补偿输入。第一连接620和第二连接622分别耦接到补偿电容器626和628的第一引线，并且补偿电容器626和628的第二引线连接到基准电压，诸如接地。在给定放大器614的跨导性质的情况下，示例性系统中放大器614的输出是两个连接630和632，通过这两个连接来驱动与输入616和输入618两端的电压成比例的电流。
示例性误差控制器504包括三组开关。尽管将开关示意性地示出为物理开关，但实际上，这些开关可以是任何电控开关(例如，晶体管、结型晶体管、FET、电控制整流器)。开关634分别耦接在连接630和632与电容器636和638的第二引线之间。电容器636和638的第二引线也耦接到比较器500的补偿输入512(呈第一连接516和第二连接518的形式的补偿输入512)。电容器636的第一引线耦接到反相输入616，并且电容器638的第一引线耦接到输入618。
示例性误差控制器504还包括开关640，该开关将连接630和632分别选择性地耦接到电容器628和626。示例性误差控制器504还包括开关642，该开关将放大器656选择性地耦接到电容器636和638的第二引线。在示例性系统中，放大器656通过输出652和654实现跨导特征。也就是说，放大器656在输入658(耦接到采样输入546并限定采样输入546)上形成与电压成比例的电流。误差控制器504还包括开关控制电路648，该开关控制电路控制误差控制器504内的所有开关。由开关控制电路648实现的控制可以基于触发器输入650(示例性地耦接到比较器输出242)的被断言和未被断言状态。
说明书现在通过一系列附加图来转向对图6的示例性电路的操作的描述，这些附加图对应于与电源转换器104(图1)的导通循环和断开循环有关的各种状态，比较器系统236在该电源转换器内操作。在下图中的每个中，导电的开关被示出为闭合，并且省略了不导电的开关。
图7示出了根据至少一些实施方案的在电源转换器的导通循环(称为导通循环(N))期间的比较器系统。具体地讲，在导通循环(N)期间，采样和保持电路502中的开关602和610导电。此外，误差控制器504中的开关640导电。在图7所示的状态中，电容器604的第一引线耦接到第一采样输入522，并且电容器604的第二引线接地。电容器606的第一引线耦接到第二采样输入524，并且电容器606的第二引线接地。由此，电容器604和606的第一引线两端的电压是第一采样输入522和第二采样输入524两端的差分电压。开关610将电容器604和606的第二引线接地，并且还使误差控制器504中的放大器614的输入616和输入618短接并接地。示例性采样和保持电路502在导通循环(N)期间保持在图7所示的条件，直到触发事件发生。
仍在导通循环(N)期间，在电容器604和606如图所示耦接到第一采样输入522和第二采样输入524的时间段期间，误差控制器504正在向比较器500的补偿输入512提供补偿信号(补偿输入为连接516和518的示例性形式)。具体地讲，基于先前的导通循环(例如，导通循环(N-1))，电容器636和638保持或限定差分电压。在图7所示的配置中，电容器636和638的第一引线接地(通过开关610)，电容器636和638的第二引线分别耦接到比较器500的连接516和518。因此，电容器636和638向补偿输入512提供补偿信号。
同样在导通循环(N)期间，因为输入616和输入618被短接，所以误差控制器504可以在后续导通循环中检查并补偿放大器614的DC偏移。具体地讲，在如图所示的导通循环(N)期间，在输入616和618短接的情况下，放大器614的输出630和632处的任何DC偏移都通过开关640将差分电压驱动到电容器626和628，该差分电压将在后续断开循环中使用(在下文中进行更多讨论)。
当通过电感(例如，电感器110)的电流达到平均电流IAVG时，或者当通过电感的电流达到峰值电流IMAX时(或这两者)，可以发生用于通过采样和保持电路502对差分电压进行采样的触发事件。出于该讨论的目的，假设触发事件是达到峰值电流IMAX的电流。一旦达到峰值电流，示例性系统便转变到紧接的后续断开循环(称为断开循环(N))。
图8示出了根据至少一些实施方案的在电源转换器的断开循环期间的比较器系统。具体地讲，图8示出了紧随导通循环(N)之后的断开循环中的比较器系统(因此断开循环称为断开循环(N))。具体地讲，在断开循环(N)期间，采样和保持电路502中的开关608导电。此外，误差控制器504中的开关634导电。在图8所示的状态中，电容器604的第二引线耦接到放大器614的输入616，并且第一引线接地。电容器606的第二引线耦接到放大器614的输入618，并且第一引线接地。由此，如图所示，在导通循环(N)期间的采样期间在电容器604和606两端感应的差分电压在断开循环(N)期间被施加到比较器输入616和618。
仍在断开循环(N)期间，在电容器604和606上的差分电压耦接到输入616和618的时间段期间，放大器614产生通过连接630和632的与差分电压成比例的电流。此外并且如图所示，通过连接630和632的电流与通过电容器626和628施加到第一连接620和第二连接622的电压成比例地补偿(其中电容器626和628上的电压在导通循环(N)中形成)。由此，在断开循环(N)期间，误差控制器504对呈电容器604和606两端的差分电压的形式的差分电压进行有效地积分(例如，随时间推移来进行求和)，结果存储在电容器636和638上。如我们将看到的，在后续导通循环(例如，导通循环(N+1))中，电容器636和638的第二引线两端的差分电压是施加到补偿输入512的补偿信号，目的是在比较器500切换时减小或最小化比较器500输入处的差分电压。
图9示出了根据至少一些实施方案的在后续导通循环期间的比较器系统。具体地讲，图9示出了在紧接的后续导通循环(称为导通循环(N+1))期间的比较器系统。在导通循环(N+1)期间，采样和保持电路502中的开关602和610再次导电。此外，误差控制器504中的开关640导电。在图9所示的状态中，再次设置电容器604和606以对第一采样输入522和第二采样输入524两端的差分电压进行采样。与之前一样，在导通循环(N+1)中，开关610将电容器604和606的第二引线接地，并且还使误差控制器504中的放大器614的输入616和618短接并接地。因此，再次在导通循环(N+1)期间，放大器614的任何DC偏置都会导致通过开关640的电容器626和628两端的差分电压。
仍在导通循环(N+1)期间，在电容器604和606如图所示耦接到第一采样输入522和第二采样输入524的时间段期间，误差控制器504正在向比较器500的补偿输入512提供补偿信号(补偿输入为连接516和518的示例性形式)。具体地讲，基于在导通循环(N)结束时采样的差分电压，在断开循环(N)期间的积分，电容器636和638的第二引线两端的电压是施加到补偿输入512的补偿信号。并且循环继续。
暂时返回到图1。至此所描述的各种操作技术已经假设照明微控制器102已经命令电源转换器104向作为LED 108的示例性负载提供平均电流，并且因此调节控制器234(图2)正在向电源开关210提供脉冲信号。然而，可能会存在系统100断开的时间段(例如，汽车的前大灯关闭，转向信号无效，并且在PWM调光期间)。在此类情况下，电源转换器104内的各个电容器上的电压可能会放电。在下一次上电事件中，放电的电容器可能导致到负载的电流的下冲或过冲。为了减少延长的断电事件之后的下冲和过冲，示例性实施方案可以在向电源转换器供电之后但在将脉冲信号施加到电源开关210(图2)之前执行静态补偿。
图10示出了根据至少一些实施方案的在静态补偿期间的比较器系统。具体地讲，在静态补偿期间，可以补偿比较器500的DC偏移，可以补偿放大器614的DC偏移，或者这两项同时进行。假设比较器500和放大器614均被补偿，则继续讨论。因此，在静态补偿期间，采样和保持电路502中的开关600和610导电。同样在静态补偿期间，误差控制器504中的开关640和642导电。比较器500的反相输入510和非反相输入508通过开关600短接和接地。因此，可以测量比较器500的输出514的任何DC偏置，并且在第一导通循环中对比较器500进行补偿。在比较器500输入如图所示短接的周期期间，输出514上的任何电压都会产生电流，该电流通过放大器656的输出652和654驱动。因为输出如图所示连接到电容器636和638的第二引线，所以输出514的DC偏置导致电容器636和638的第二引线两端的差分电压的变化。在后续导通循环(例如，长时间停机后的第一导通循环)中，电容器636和638的第二引线两端的差分电压是施加到补偿输入512的补偿信号。
在示例性静态补偿中，放大器614也被补偿。也就是说，在图10的静态补偿情况下，放大器614的输入616和输入618被短接。误差控制器504在后续断开循环中补偿放大器614的DC偏移。具体地讲，在如图所示的静态补偿情况期间，在输入616和618短接的情况下，放大器614的输出630和632处的任何DC偏移都通过开关640将差分电压驱动到电容器626和628以在后续断开循环中使用。
图11示出了根据至少一些实施方案的方法。具体地讲，方法开始(框1100)并且包括：在电源转换器的第一导通循环中驱动通过电感的电流(框1102)；通过比较器来将指示通过耦接到比较器的第一输入的电感的电流的信号与施加到比较器的第二输入的阈值进行比较，并响应于指示电流的信号达到阈值来断言比较器输出(框1104)；对第一输入和第二输入两端的差分电压进行采样，该采样响应于比较器输出的断言，并且差分电压指示通过比较器的传播延迟(框1106)；以及基于差分电压在第二导通循环中补偿比较器的补偿延迟，第二导通循环在第一导通循环之后(框1108)。此后，该方法结束(框1110)，可能重新开始。
上述讨论意在说明本发明的原理和各种实施方案。一旦完全理解了上述公开的内容，对于本领域技术人员来说许多变型形式和修改形式就将变得显而易见。例如，虽然示例性实施方案感测电压与通过主晶体管和感测晶体管的电流相关联，但是在其他情况下，可以通过感测电阻器感测电压。以下权利要求书被解释为旨在包含所有此类变型形式和修改形式。

Claims (12)

1.一种操作电源转换器的方法，包括：
在所述电源转换器的第一导通循环中驱动电流通过电感；
通过比较器将耦接到所述比较器的第一输入的指示通过所述电感的电流的信号与施加到所述比较器的第二输入的阈值进行比较，并响应于指示电流的所述信号达到所述阈值来断言比较器输出；
对所述比较器的所述第一输入和所述第二输入两端的差分电压进行采样，所述采样响应于比较器输出的断言，并且所述差分电压指示通过所述比较器的传播延迟和/或偏移；以及
基于在所述第一导通循环中采样的所述差分电压，在第二导通循环中补偿所述比较器的所述传播延迟和/或偏移，所述第二导通循环在所述第一导通循环之后。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述第一导通循环之前以及在所述电源转换器不向负载供应电力的时间段期间：
使所述比较器的所述第一输入和所述第二输入短接；
在所述短接期间测量所述比较器输出的直流DC偏移；以及
补偿所述比较器的所述DC偏移。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述第一导通循环期间，使误差控制器的放大器的第一输入和第二输入短接；
在所述短接期间测量所述误差控制器的所述放大器的直流DC偏移；以及
补偿所述误差控制器的所述放大器的所述DC偏移。
4.根据权利要求1所述的方法，其中补偿所述比较器还包括：
在第一断开循环期间将补偿电压驱动到电容器；以及
将所述补偿电压耦接到所述比较器的补偿输入，在所述第二导通循环期间，所述补偿电压耦接到所述比较器的所述补偿输入。
5.一种实现用于直流DC到DC电源转换器的驱动器的封装半导体器件，所述封装半导体器件包括：
比较器系统，所述比较器系统限定第一输入、第二输入和比较器输出，所述第一输入耦接到指示由所述DC到DC转换器供应给负载的电流的电压，并且所述第二输入耦接到基准电压；
调节控制器，所述调节控制器被配置为生成脉冲信号，所述脉冲信号控制对所述负载的电流供应，并且其中所述脉冲信号的断言时间基于供应给所述负载的电流的值指示；
所述比较器系统还包括：
比较器，所述比较器限定所述第一输入、所述第二输入、所述比较器输出和补偿输入，所述比较器被配置为基于所述补偿输入来补偿所述第一输入和所述第二输入；
采样和保持电路，所述采样和保持电路限定触发器输入、采样输出、耦接到所述第一输入的第一采样输入以及耦接到所述第二输入的第二采样输入，所述采样和保持电路被配置为响应于所述触发器输入的断言来对所述第一输入和所述第二输入两端的差分电压进行采样，并且响应于所述触发器输入的解除断言来将所述差分电压施加到所述采样输出；
误差控制器，所述误差控制器限定误差输入和控制输出，所述误差输入耦接到所述采样输出，并且所述控制输出耦接到所述比较器的所述补偿输入；并且
所述误差控制器被配置为基于所述脉冲信号的一个或多个循环内的所述差分电压来在所述控制输出上供应补偿信号，所述补偿信号用以补偿所述比较器的通过所述比较器的传播延迟。
6.根据权利要求5所述的封装半导体器件：
其中所述采样和保持电路被配置为在所述脉冲信号的第一导通循环期间对所述第一输入和所述第二输入上的所述差分电压进行采样；并且
其中所述误差控制器进一步被配置为基于在所述脉冲信号的所述第一导通循环期间的所述差分电压，在所述脉冲信号的第二导通循环期间供应所述补偿信号。
7.根据权利要求5所述的封装半导体器件：
其中所述采样和保持电路被配置为在所述脉冲信号的第一导通循环终止时对所述第一输入和所述第二输入上的所述差分电压进行采样；并且
其中所述误差控制器进一步被配置为基于在所述脉冲信号的所述第一导通循环终止时的采样期间的所述差分电压，在所述脉冲信号的第二导通循环期间供应所述补偿信号。
8.根据权利要求5所述的封装半导体器件：
其中所述比较器的所述补偿输入是包括第一连接和第二连接的差分输入；并且
其中所述控制输出是包括第一连接和第二连接的差分输出。
9.根据权利要求5所述的封装半导体器件，其中所述误差控制器还包括：
放大器，所述放大器耦接到所述采样和保持电路的所述采样输出；
第一电容器；和
第一开关，所述第一开关耦接在所述放大器和所述第一电容器之间；
所述误差控制器被配置为在所述脉冲信号的第一导通循环期间使所述第一开关不导电，并且所述误差控制器被配置为在所述脉冲信号的第一断开循环期间使所述第一开关导电，并且被配置为在所述第一断开循环期间将所述补偿信号驱动到所述第一电容器。
10.一种用于向负载供应电力的系统，包括：
电源转换器；
电感负载，所述电感负载耦接到所述电源转换器；
所述电源转换器包括：
比较器系统，所述比较器系统限定第一输入、第二输入和比较器输出，并且所述第一输入耦接到指示由所述电源转换器供应给所述电感负载的电流的电压；
调节控制器，所述调节控制器被配置为生成脉冲信号，所述脉冲信号控制对所述负载的电流供应，并且其中所述脉冲信号的断言时间基于供应给所述电感负载的电流的值指示；
其中所述比较器系统被配置为：
在所述脉冲信号的第一导通循环期间将施加到所述第一输入的指示到所述电感负载的电流的信号与施加到所述第二输入的阈值进行比较，并且在指示电流的所述信号达到或超过所述阈值时，断言所述比较器输出；
对所述第一输入和所述第二输入两端的差分电压进行采样，所述采样响应于比较器输出的断言，并且所述差分电压指示通过所述比较器系统的传播延迟和/或偏移；以及
在所述第一导通循环之后的第二导通循环中，基于所述差分电压来补偿所述比较器系统的所述传播延迟和/或偏移。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述比较器系统进一步被配置为：
使所述比较器系统的所述第一输入和所述第二输入短接；
在所述短接期间测量所述比较器输出的直流DC偏移；以及
补偿所述比较器系统的所述DC偏移。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述比较器系统还包括：
比较器，所述比较器限定所述第一输入、所述第二输入、所述比较器输出和补偿输入，所述比较器被配置为基于所述补偿输入来补偿所述第一输入和所述第二输入；
采样和保持电路，所述采样和保持电路限定触发器输入、第一采样输入、第二采样输入和采样输出，所述采样和保持电路被配置为响应于所述触发器输入的断言来对所述第一输入和所述第二输入两端的差分电压进行采样，并且将所述差分电压施加到所述采样输出；
误差控制器，所述误差控制器限定误差输入和控制输出，所述误差输入耦接到所述采样输出，并且所述控制输出耦接到所述比较器的所述补偿输入；
所述误差控制器被配置为基于所述脉冲信号的一个或多个循环内的所述差分电压来在所述控制输出上供应补偿信号，所述补偿信号用以补偿所述比较器的通过所述比较器的传播延迟。
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