CN111788767A - 用于创建稳定接通时间的计时器 - Google Patents

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Abstract

为了创建稳定的接通时间，计时器(120)可以具有参考电压源(650)和输入电压源(602)。电压源(650、602)提供可施加到各种电路部件的电压，各种电路部件诸如电容器、电感器、电阻器、二极管、晶体管或其他部件。参考电压源(650)也可以在由计时器比较器(654)的输入看到之前通过耦合为二极管的晶体管(680)进行修改。可由电路部件修改的电压源(650、602)由计时器比较器(654)进行比较，并且然后作为计时器控制信号(661)输出。计时器控制信号(661)可以控制电压转换器或所述电压转换器的开关。

Description

用于创建稳定接通时间的计时器
背景技术
升压转换器在创建稳定接通时间信号方面存在问题。升压转换器具有升压模式，在升压模式中Vout被升压到大于Vin的值。然而，在升压转换器的降压模式操作期间，Vout可以小于Vin，从而导致Vin和Vmax相等的状况，这致使比较产生零或空信号并且导致任何耦合开关的控制误差。为了克服这个问题，生成固定接通时间以重建降压模式的接通时间。该固定接通时间可以由具有固定传播时间的硬连线RC网络生成。然而，这些硬连线RC网络缺乏准确的定时，并且没有稳定的频率，并且可能对负载的变化或者电路或负载的热特性做出反应。因此，这些硬接线或固定频率的计时器可能导致频率失控，从而无法控制或操作升压转换器。
发明内容
所描述的示例包括能够耦合到电压或电流转换器的计时器。计时器可以包括各种电路元件，诸如晶体管、二极管、电阻器、电容器、放大器、比较器、逻辑芯片或电感器。
在一方面中，所描述的示例可以针对耦合至升压转换器的计时器。计时器可以通过补偿升压转换器的电路元件的特性来对升压电路中的变化做出反应。这些元件可以具有热相关性质和负载相关性质。
在另一方面中，所描述的示例可以针对提供固定或准固定频率的计时器，该频率将允许计时器生成控制信号。然后，电压转换器可以使用这些控制信号。
附图说明
图1示出了电流控制的DC-DC(直流-直流)升压转换器的示意图。
图2示出了电感器电压和电流的图形时间线。
图3示出了峰值和谷值电流波形。
图4示出了升压转换器的计时器电路的示意图。
图5示出了计时器的电压的时序图。
图6示出了用于与升压转换器一起使用的计时器的示意图。
图7A示出了旧降压模式中的计时器电压。
图7B示出了升压模式中的计时器电压。
图7C示出了新降压模式中的计时器电压。
图7D示出了计时器信号。
图8示出了操作具有准固定计时器的升压转换器的方法。
图9示出了操作准固定计时器的方法。
具体实施方式
在图1中示出了电流控制的DC-DC升压转换器100的示意图。转换器可以由两个控制回路130、140标识。外部控制回路130可以是电压回路，其由电阻反馈分压器和/或分压器以及gm级(或跨导放大器级或增益级)组成，其中输出可以是低带宽信号Vcomp。外部控制回路130的目的可以是控制转换器100的电压变化。内部电流回路140可以控制转换器100的电流变化。内部电流回路140包括理想电流测量部件，并且可以在主电流比较器116处将其信息Vmeas与电压控制回路的输出Vcomp进行比较，以生成两个晶体管或控制开关105和控制开关104的接通信号。利用这种方法，通过两个回路130、140控制升压转换器的输出电压和电流以使升压转换器保持稳定的稳态操作。
输入电压源(Vin)102可以是升压转换器100的初始电压源，但示例可以具有多于一个的输入电压源。例如，串联或并联放置的多个电池可以提供输入电压。输入电压源102后面可接电感器103，该电感器可以提供一些(如果不是全部)能量存储以供升压转换器100进行转换。在一个示例中，输入电压源102可以耦合到计时器120或逻辑块。电感器103可以耦合到两个开关105和104，这些开关允许对升压转换器操作进行控制。开关之后的电压节点106A和/或106B(共同称106)可以承载开关的输出电压(Vout)以及负载所见的电压或Vload。在至少一个型式中，Vout和Vload相等或被承载在相同节点上，而其他替代示例可以具有在Vout和Vload承载节点之间的附加电路元件(诸如二极管、电阻器、电容器、电感器或晶体管)。
平滑电容器107和/或负载电阻(Rload)108可以连接到电压节点106A和/或106B。电压节点106A可以直接通过测量设备耦合到比较器116，或者通过间接耦合(诸如感测设备)来耦合到该比较器116。在本公开的一个实施例中，可以在电压节点106A处感测电流。在其他示例中，所感测的电流还可以在耦合到比较器116之前由电路部件转换为电压。然而，电压节点106A和106B也可以直接耦合并且可以被认为是相同节点。平滑电容器允许平衡由开关104和105供应的电压。分压器包括两个串联的电阻器109A和109B。电阻器109A具有第一电阻Rfb1，并且电阻器109B具有第二电阻Rfb2。在一个示例中，如果对于期望的输出电压存在固定值，则可以使用固定电阻或电阻集合。在另一个示例中，当可以从多个值中选择输出电压时，可微调电阻器或电位器可以用于一个或两个电阻器109A和109B。
分压器152提供能够馈送到放大器112的第一输入中的反馈电压(Vfb)110。在一个实施方式中，放大器112可以是误差放大器。放大器112的第二输入可以是参考电压(Vref)111。参考电压111也可以是输入电压或最大电压(Vmax)。节点Vcomp 114处的频率补偿电容器115用于确保在馈送到比较器116的第一输入中之前的外部电压控制回路的控制回路稳定性。在其他示例中，比较器116可以是电流比较器，其将来自节点106A的感测电流与从放大器112输出的电流进行比较。比较器还可以包括电压比较器、电流比较器、运算放大器、放大器、跨导放大器、逻辑电路或它们的组合或与它们互换。
比较器116可以具有至少两个输入(正或同相输入以及负或反相输入)，并且可以比较测量电压(Vmeas)113以及比较电压(Vcomp)114。沿着测量电压113线的电压可以是电压节点106，或者来自测量设备(诸如电流传感器或从所感测的Imeas电流生成Vmeas的其他类似设备)的测量电压。比较器116的输出然后可以直接馈送到开关104/105，或某个栅极驱动器电路118可以包括缓冲器、延迟器和/或逻辑电路以延迟或操纵到开关104和105的控制信号。比较器116和/或栅极驱动器电路118之间的耦合也可以包括计时器。在另一个型式中，计时器120可以具有耦合到比较电压的最大端子电压(Vmax)，和/或具有耦合到输入电压源102的计时器输入电压节点。
在本公开的其他示例中，比较器116的输出可以连接到逻辑电路119。逻辑电路119可以包括状态机、保护电路、电压或电流调节电路、缓冲器、延迟器和/或其他逻辑电路，以辅助控制(一个或多个)晶体管和/或(一个或多个)开关104/105。逻辑电路119还可以具有连接到计时器120的输入(Ton)161和/或用于重置信号的输出121。重置信号可以由计时器使用。在本公开的一个型式中，重置信号121将对应于何时开关或晶体管105被关断或者何时开关或晶体管104被接通。逻辑电路119的输出可以耦合到栅极驱动器电路118。栅极驱动器电路118可以包括用于单独开关和/或晶体管的单独驱动器，或者可以具有用于多个开关和/或晶体管的单个驱动器。在本公开的一个型式中，栅极驱动器电路118还可以具有用于由计时器120生成的Vmax信号150的Vmax输入。在至少一个型式中，Vmax信号150是输入电压源102或电压节点106上的电压中的较大者。
计时器120可以基于期望的操作或操作模式来生成到电压转换器的输入161的对应的接通时间信号(Ton)或关断时间信号。计时器可以使用到输入电压源102和电压节点106的耦合作为输入。而在一个型式中，计时器的输出将为Toff或关断时间信号或输出。在一个型式中，计时器120可以生成与降压模式操作的接通时间相对应的接通时间信号。
在至少一个型式中，控制开关104是PMOS或P型金属氧化物半导体MOSFET晶体管，并且控制开关105是NMOS或N型金属氧化物半导体MOSFET晶体管。可替代地，开关104和/或105都可以是PMOS、NMOS、或者一个PMOS晶体管和一个NMOS晶体管的组合。
在图2中示出了升压转换器的电感器电流和电压波形200。例如，当控制开关105接通并且电感器耦合到接地时，可产生这些波形。如等式(1)所示，计算跨电感器的电压和电感器电流斜率。为了使电感器放电，可以关断控制开关105，并且可以接通控制开关104以将电感器连接至输出。如等式(2)所示，因为升压转换器中的Vout>Vin，计算了跨电感器的相应电感器电压和电流斜率。在启动期间或在输出电压Vout可能小于输入电压(Vin)的应用中，升压转换器以所谓的降压模式操作。降压模式操作指示升压转换器的其中Vout<Vin的稳态操作。
VL＝Vin＞0，
Figure BDA0002660254340000041
VL＝Vin-Lout＜0，
Figure BDA0002660254340000042
水平轴线或时间轴线226可以包括分离指示器230以区分开升压模式时段228和降压模式时段229。电感器电压轴线225示出了上电压231和/或下电压232。在升压模式操作中，上电压231可以是输入电压(Vin)，并且下电压232可以是输入电压(Vin)减去输出电压(Vout)。在降压模式操作中，上电压231可以是输入电压(Vin)并且下电压232可以是阈值电压(VT)。电感器电流轴线227示出了何时出现升压模式上升电流233、升压模式下降电流234、降压模式上升电流235和/或降压模式下降电流236。升压模式上升电流可以被表征为输入电压(Vin)除以电感器值L。同样，升压模式下降电流可以被表征为输入电压(Vin)减去输出电压(Vout)的组合除以电感器值L。对于降压模式，上升电流235可以被表征为输入电压(Vin)除以电感器值L，而下降电流236可以由相应控制开关的阈值电压(VT)除以电感器值L表征。
在降压模式中，电感器放电可以通过耦合到Vin承载节点的控制开关104的栅极来完成。在控制开关104的栅极耦合到最高电压承载节点的情况下，晶体管保持关断并且表现为无源二极管。一旦控制开关105关断并且控制开关105开始变为高阻抗，电感器电流就对电感器充电。在这种情况下，控制开关阻抗增加，直到超过控制开关104的阈值电压(VT)以再次接通控制开关104。图2总结了升压模式和降压模式期间的电压和电流波形。在降压模式中，控制开关电压可以作为输入电压和阈值电压的函数来计算，如等式(3)所示。如等式(4)所示，所得到的电感器电压可以是阈值电压(VT)的函数。利用跨电感器的负电压，可以通过在降压模式操作期间关断控制开关104用等式(5)来减小电流。
Vsw＝Vin+VT. (3)
VL＝Vin-(Vin+VT)＝-VT<0. (4)
Figure BDA0002660254340000051
通常，有两种方法可以在升压转换器处施加图1的理想电流测量。首先，可以跨低侧晶体管或控制开关105进行测量。可以测量增加的电感器电流斜率，并且可以将电感器峰值电流与误差放大器输出信号进行比较。转换器可以处于峰值电流控制内。其次，可以跨高侧晶体管或控制开关104进行测量。可以测量减少的电感器电流斜率，并且可以将电感器谷值电流与误差放大器输出信号进行比较。转换器可以处于谷值电流控制内。
图3是峰值电流和谷值电流的波形图示300。竖直轴线或电流轴线340可以用于提供对电流评估或测量的参考。水平轴线或时间轴线341示出了相对于所示出或绘制的数据的时间流逝。竖直轴线或电流轴线340可以具有上电流342和下电流343。上电流342或下电流343可以是阈值电流值，诸如比较电流值(Icomp)或测量电流值(Imeas)。在至少一个型式中，可以在图1的电压节点106A处感测或测量Imeas。在其他示例中，可以使用跨图1的开关或晶体管164的电压来测量Imeas电流。
在峰值电流模式344中，接通时间电流值346可以是Imeas，其中比较或阈值电流Icomp触发关断时间348和/或所生成的电流斜率348。在谷值电流模式345中，关断时间电流值347可以是Imeas，其中比较或阈值电流Icomp结束Imeas斜率347。可以激活所生成的电流斜率和/或关断时间348，直到可以达到特定值或时间段，然后可以激活关断时间或Imeas电流斜率。
升压转换器的输入和输出电压范围确定使用峰值电流控制还是谷值电流控制。转换器的占空比D可以根据输入和/或输出电压两者来计算，并且可以被指示为接通时间值，如等式(6)所示。
Figure BDA0002660254340000061
转换器接通时间(Ton)定义了电感器可以被充电并且控制开关105可以被接通的时间。当控制开关104可以接通以使电感器放电时，完整开关时段(Ts)由接通时间ton和关断时间toff＝Ts-Ton组成。关于每种应用中的给定Vin和Vout范围，转换器控制可以是峰值电流控制或谷值电流控制。当最大输入电压Vin与最小输出电压Vout之间的差异较大时，接通时间ton可以被延长，并且可以使用峰值电流控制。当最大输入电压(Vin)与最小输出电压(Vout)之间的差异较小时，接通时间ton可以很短，并且可以使用谷值电流控制。一旦选择了电流控制方法，就必须正确设置开关时段的相应部分(其可能不在活动电流控制下)。在固定频率系统中，系统时钟重置开关周期Ts以重新启动转换器操作。在准固定频率系统中，恒定计时器信号重置转换器操作。因此，准固定频率系统中的峰值电流控制转换器需要恒定toff计时器以生成缺失的电感器放电斜率。谷值电流控制的转换器需要恒定ton计时器以生成缺失的转换器接通时间ton或缺失的电感器充电斜率。
而且，电感器中的电流可以继续上升，而晶体管处于关断状态，直到在特定点处，电流引起跨晶体管的连接，从而导致能够被解释为VT的电压降。该电压降还可能导致跨负载的电压降，从而在系统上生成更多消耗并且甚至引起更多的问题。因为跨负载的电流无法针对适当的接通时间进行适当补偿，或者无法由固定计时器生成。所示问题中的固定计时器会在所需点之前或之后生成接通时间，并且可能导致频率失控发生。
图4是升压转换器计时器400的示意性电路的示例。与所有电路一样，该电路可以经由电路接地401来接地。最大电压(Vmax)450可以连接到斜坡电容器451和/或斜坡电阻器452，其可以提供计算的斜率值。同样，重置开关453可以由控制信号控制，并且允许从Vmax节点绕过斜坡电容器451和/或斜坡电阻器452到达第一比较器输入。计时器比较器454可以从Vmax 450参考侧接收输入，该参考侧可以包括斜坡电容器451和/或斜坡电阻器452，并且还可以包括其他电路元件。而且，计时器比较器454可以在第二比较器输入处接收计时器输入电压(Vin)455，其可以包括负载调节控制的电流源456和/或平滑电容器457，并且还可以包括其他电路元件(诸如晶体管462/463)。计时器比较器454的输出可以通向数字逻辑块460，数字逻辑块460可以具有多个输入，诸如来自降压模式RC延迟458的信号、固定最小接通时间或min Ton 459、和/或计时器比较器的输出。然后，数字逻辑块460可以输出接通时间值461以将控制信号提供给转换器。
计时器的目标是在转换器处于ton控制(峰值电流模式)下时生成缺失的toff，或者在转换器处于toff控制(谷值电流模式)下时生成缺失的ton。在峰值电流控制中，如等式(7)所示的重建占空比可以是峰值电流控制转换器的关断时段。而谷值电流控制可以具有接通时段，如等式(8)所示。
Figure BDA0002660254340000071
Figure BDA0002660254340000072
电容器Cramp可以耦合到Vmax。当激活计时器时，可以打开重置开关，并且与Vmax成比例的电流IC以给定斜率使Cramp放电。当电压VC达到输入电压Vin时，比较器可以触发，并且可以达到接通时间ton占空比。可以在等式(9)中示出接通时间的电容器等式。
Figure BDA0002660254340000073
然而，对于更高的负载电流，系统效率和开关上的损耗要求更长的接通时间。在实际转换器中，有效输入电压源(Vin)对电感器充电，并且可以是图1的控制开关105的接通电阻和DC电感器电流IL的函数。换句话说，较长的接通时间必须克服较低的有效输入电压以保持频率稳定。因此，如等式(10)所示，随着电感电流的增加，有效接通时间ton,eff可以高于ton。因此，计时器通过在比较器的正输入处的受控电流电路Iloadreg使输入电压(Vin)减小电阻器R上的电流降。
Figure BDA0002660254340000081
图5是可被示为计时器比较器454的输入波形的时序图500。电压轴线570可以用于示出各种电压的操作窗口，诸如上电压(Vmax)572或下电压(Vin)573。Vmax可以被描述为大于输入电压(Vin)的输出电压(Vout)。水平轴线或时间轴线571示出了由竖直轴线570示出的电压的相应时间段(Tperiod)。
第一关断时间或Toff部分574与第二关断时间(Toff)部分576不匹配，类似地第一接通时间(Ton)时段575与第二接通时间(Ton)577不匹配。关断时间部分574和/或576示出了何时可以关断计时器比较器，而接通时间部分575和/或577示出了何时可以在采样阶段接通计时器比较器。在本公开的至少一个型式中，接通时间部分575可以示出无负载情况下的比较器的输入。然而，当比较器可能处于加载状态时(诸如在关断时间部分576和/或接通时间部分577中)，输入值或波形发生变化。阈值电压降可以由578示出，其中该电压降可以被称为跨电阻DS的电压乘以负载电流Iload或负载电流补偿。
图6是用于与升压转换器一起使用的计时器600的示意图。计时器600可以被实现为诸如图1中的计时器120的电路。计时器600耦合到升压转换器的Vin节点602和Vout节点606。回想到在升压操作期间，Vout大于Vin。Vout节点606耦合到第一比较器683的高(非反相)侧，而Vin节点602耦合到第一比较器的低(反相)侧。比较器683检测Vout和Vin的相对值。当在升压模式期间Vout大于Vin时，比较器产生分别断开或闭合开关684A和684B的输出。比较器通常在高信号大于低信号时产生二进制输出1(或某个电压，诸如3V、3.3V或5V)，否则产生零(或负电压)。开关684A和684B还耦合到Vout节点606和Vin节点602。因此，在升压模式期间，开关684A闭合，并且开关684B保持打开。在这种情况下，Vmax等于Vout。当Vin大于Vout时，在降压模式期间，第一比较器683产生通过反相器679的低信号。反相器为开关684A/684B创建高信号输出，从而致使开关684B闭合并且开关684A打开。在这种情况下，Vmax等于Vin。在至少一个型式中，比较器683以及开关684A和684B用作电压选择电路。
Vmax节点650可以通过电阻、开关、晶体管662/663或其他电路元件耦合到接地601。在至少一个型式中，晶体管662/663是电流镜。斜坡电容器651和/或斜坡电阻652也可以耦合到最大电压节点650。斜坡电容器651和/或斜坡电阻652可以由重置开关653绕过。斜坡电容器651和/或斜坡电阻652将所计算的斜率值提供给第二比较器654。重置开关653可以包括重置信号621，该重置信号可以由耦合至转换器的电路元件提供或者从其他逻辑电路提供。斜坡电容器651和/或斜坡电阻652和/或重置开关653的输出可以被馈送到第二比较器654的第一输入，第二比较器也称为计时器比较器。
第二比较器654用于产生稳定Ton 661所需的信号。第二比较器654的低(反相)侧输入选择性地耦合到最大电压节点650，并且通过开关681选择性地将高(非反相)侧输入耦合到Vin 602或Vin减去跨晶体管680的电压降。如以下将更详细讨论的，在升压模式期间，开关681闭合，从而将Vin耦合到第二比较器654的高侧。在降压模式中，开关681打开并且Vin耦合到晶体管680，从而产生电压降(VT)或阈值电压。因此，在降压模式中，电压Vin-VT耦合到第二比较器654的高侧。在升压模式中，Vmax将始终大于Vin。更重要的是，在降压模式下，Vmax将始终大于Vin-VT。
在至少一个型式中，输入电压节点602可以耦合到电阻和/或可以耦合到可以被配置为二极管的晶体管680，并且耦合到开关681。开关681可以具有被配置为控制开关的输入660，在至少一个型式中，开关可以耦合到比较器683的输出或者可以耦合到可指示电压转换器何时处于升压或降压模式的其他信号或端子。晶体管680可以被配置为二极管，并且在升压模式操作期间，开关681可以被闭合以绕过二极管配置的晶体管680。在降压模式操作中，开关681打开，并且流过二极管连接的晶体管680的电流产生Vt电压降。比较器654的输入可以直接或间接耦合到输入电压节点602和/或最大电压节点650。
晶体管680和/或开关681可以耦合到负载调节控制的电流源656和/或降压模式控制的电流源682或晶体管偏置控制的电流源，其都可以耦合到接地601。在一个型式中，晶体管680和/或开关681由负载调节控制的电流源656和/或降压模式控制的电流源682偏置，以便在开关681打开时晶体管680保持在饱和区域和/或活动区域中。在至少一个示例中，晶体管680和/或开关681可以是PMOS或p型金属氧化物半导体场效应晶体管。在替代示例中，晶体管680和/或开关681可以是NMOS或n型金属氧化物半导体场效应晶体管，或者一个PMOS和一个NMOS晶体管的组合。
平滑电容器657也可以用于提供对提供给比较器654的第二输入的信号的某种稳定。平滑电容器可以在一侧耦合到比较器654的第二输入、晶体管680和/或681、负载调节控制的电流源656和/或降压模式控制的电流源682，而在另一侧，平滑电容器657可以耦合到接地601。比较器654的输出可以生成针对Ton节点661的Ton信号以提供给升压转换器。图6所示的计时器可能以有利的方式操作。升压模式中的操作可以与以上所述以及图2和图3所示的相同。然而，在降压模式中，可以在比较器654之前引入附加的二极管压降，以匹配电感器电流放电斜率的二极管压降。正或第二比较器输入处的二极管压降使Vin减小VT压降。由此得出，Vmax-(Vin-VT)＝VT，其在降压模式期间与电感电流放电相匹配，如等式(11)所示。虽然升压模式中的电容器等式仍可以是输入电压和/或输出电压的函数，如等式(12)所示。而在降压模式中，在等式(13)中，接通时间可以是阈值电压的函数。
Figure BDA0002660254340000101
Figure BDA0002660254340000102
Figure BDA0002660254340000103
降压模式接通时间ton,down与电感器放电斜率匹配，并且可以能够重建正确频率。当以更高的负载电流驱动转换器时，跨所实现的计时器降压模式二极管的电压降与无源高侧功率晶体管二极管的增加的电压降匹配。这可以通过负载调节电流Iloadreg来确保，该电流可以是输出电流的函数并且取自转换器误差放大器。因此，可以避免频率失控。图7A、图7B和图7C总结了升压模式中和降压模式中的计时器信号。
图7A、图7B和图7C示出了在各种操作状况(诸如旧降压模式700A、升压模式700B和新降压模式700C)下的计时器电压。竖直轴线或电压轴线785A、785B、785C(统称为785)允许基于图形信息指示各种电压值。水平轴线或时间轴线786A、786B、786C(统称为786)允许指示对应于特定时间段的与竖直轴线785相关的各种动作。在旧降压模式700A中，最大电压(Vmax)可以等于输入电压(Vin)，从而导致固定电压787。Vin或Vmax电压没有变化会导致接通时间值也被固定。因此，在任何时间都不会触发接通时间。
升压模式700B允许当最大电压(Vmax)大于输入电压(Vin)时，最大电压(Vmax)可以是输出电压(Vout)的操作。最大电压788和/或输入电压(Vin)798是升压模式操作期间的电压波形799的基线值。电压波形799在最大电压788和/或输入电压789之间变化，当电压波形799下降到指定值(诸如输入电压789)时，关断时间(Toff)时段793在由虚线790指示的时刻开始。关断时间时段793可以在升压模式700B中最好地描述为计时器电压可处于最大电压时的时间段。接通时间(Ton)时段794可以被最好地描述为在由虚线示出的时间点791触发的时段，电压波形799在指定时间或触发事件下降。电压波形799将继续下降，直到其下降到指定值或触发事件，诸如将允许关断时间时段开始的触发点(虚线792)。
降压模式操作700C可以被最好地描述为最大电压(Vmax)可以等于比输出电压(Vout)更大的输入电压(Vin)的操作时段。下电压795可以被最好地描述为输入电压(Vin)减去阈值电压(VT)。降压模式电压波形798可以在最大电压和下电压795之间变化。降压模式关断时间时段796可以是当降压模式电压波形798在一段时间内与最大电压相对应时，或者直到特定事件触发降压模式电压波形的变化。当可能触发变化或时间段到期时，降压模式电压波形798进入降压模式接通时间时段797。降压模式接通时间时段797可以被描述为当降压模式电压波形798基于特定时间段或触发事件从最大电压下降至下电压795时。降压模式电压波形798可以下降到特定值，诸如可以是输入电压(Vin)减去阈值电压(VT)的下电压795。
图7D示出了计时器信号700D。计时器信号700D可以包括接通时间(Ton)时段797或关断时间(Toff)时段796。可以参考竖直轴线或计时器信号轴线785D以及水平轴线或时间轴线786D看到计时器信号强度。这些高时段和低时段也对应于图7A、图7B和图7C的Ton 797和Toff796。
图8示出了操作具有准固定计时器的升压转换器的方法800。步骤802示出了将输入电压施加到电感器或电感器输入节点。DC到DC升压转换器将依靠可被充电和放电的电感器来生成针对负载的电压升压。负载可以是电阻性、电容性或电感性的。步骤804示出了通过至少一个开关来控制电感器电压。为了对电感器充电和放电，可以使用开关。步骤806示出了将电感器电压的输出或输出电压节点或输出节点连接到至少一个负载。电感器电压可以经由控制电感器电压的至少一个开关耦合到至少一个负载。在电感器充电中，至少一个开关可以耦合到接地，或者通过其他电路元件耦合到接地。为了使电感器放电，可以将至少一个开关从接地去耦或耦合到负载和/或平滑电容器或充电电容器以生成负载电压。步骤808示出了通过至少一个放大器输入来接收负载电压。放大器和/或比较器可以用作控制或控制电路系统的一部分，以确保可以将负载电压维持在设定值或给定值内，或者可以响应于变化的负载条件。放大器的输入也可以通过反馈电阻器、分压器和/或可调整电阻器馈送以便创建可进行比较的电压电平。步骤810示出了从耦合到电压转换器的计时器电路产生输出。计时器可以用于控制转换器的至少一个开关。计时器还可以包括多个电压输入、电阻器、电容器和/或其他电路元件。在一种型式中，计时器可以具有感测或测量的电压输入和/或参考电压输入。
在另一个示例中，时间可以包括电压选择或最大电压电路。最大电压电路可以包括在输入电压节点和输出电压节点处的来自电压转换器的输入电压和输出电压，分别耦合到输入电压节点和输出电压节点的至少两个开关，和/或用于比较输入电压和输出电压的比较器或第一比较器。至少两个开关可以由比较器的输出控制以在计时器的最大电压节点或端子处产生最大电压。
例如，比较电压可以用作计时器的参考电压，并且可以在转换器的至少一个开关之前或之后测量或感测到的感测或测量的电压。步骤812示出了根据来自计时器电路的输出或至少一个比较器的输出来操作或切换至少一个开关。在其他示例中，计时器的输出信号或比较器的输出信号可以用于控制转换器的至少一个开关。计时器的输出信号可以是接通时间信号。可能以将转换器维持在指定操作状态的方式来控制开关，指定操作状态诸如升压模式、降压模式、峰值控制或谷值控制。
图9示出了操作准固定计时器的方法900。步骤902示出了测量计时器的至少一个操作电压。可以测量或感测操作电压，并且在本公开的一个型式中，可以在至少一个控制开关之前或之后测量操作电压。所测量的电压也可以被认为是测量电压或感测电压。步骤904示出了接收计时器的至少一个参考电压。计时器的参考电压输入可以是从转换器和/或其他电路元件提供的电压。在其他示例中，参考电压可以是经由比较器从转换器生成的比较电压。转换器比较器可以基于来自负载电压和固定或变化的参考负载电压的输入来生成比较电压。步骤906示出了控制计时器的至少一个旁路开关。旁路开关也可以是重置开关，该重置开关可以通过重置端子处接收到的重置信号来控制。参考电压可以具有与其连接的各种电路元件或部件，包括可以与至少一个重置开关并联的斜坡电容器、斜坡电阻器。至少一个重置开关可以由来自计时器电路的信号或从转换器生成的信号控制。重置开关可以用于生成参考电压到计时器比较器的直接路径。
步骤908示出了通过至少一个测量电压或感测电压来偏置至少一个测量电压晶体管或感测电压晶体管以在第一比较器节点处创建减小的电压。为了确保计时器的稳定操作，可以在测量或感测的电压输入与计时器比较器之间引入至少一个晶体管。至少一个晶体管可以是被耦合以形成二极管(诸如PMOS二极管)的两个晶体管。替代地，测量或感测电压将是转换器的输入电压，并且至少一个晶体管将是两个晶体管，一个晶体管以二极管配置连接，并且另一个晶体管作为旁路开关。当处于升压模式时，二极管配置的晶体管被绕过以防止升压模式电压的改变，但在降压模式中，输入电压和对应的电流流过二极管配置的晶体管以生成电压降。至少一个晶体管从测量或感测的电压创建电压降，以允许当由计时器比较器与参考电压比较时出现电压差。电压降可能导致减小的电压，其可以在比较器输入处看到。步骤910示出了跨至少一个斜坡电容器和至少一个斜坡电阻器施加至少一个操作电压以在第二比较器节点处创建斜坡电压。至少一个斜坡电容器和至少一个斜坡电阻器可以用于创建固定斜率值以供计时器比较器进行比较。在本公开的其他示例中，斜率值可以匹配转换器所期望的期望波形或电压或电流水平。步骤912示出了比较在第一比较器节点处的减小的电压和在第二比较器节点处的斜坡电压。计时器比较器可以用于比较参考电压和所测量或感测的电压。参考电压和测量或感测的电压中的任一者也可以由比较器之前的电路元件或部件修改。参考电压和所测量或感测的电压可能不是由比较器比较的确切电压，因为各种电路部件或元件可能导致信号和/或信号强度的变化或损失。步骤914示出了输出计时器信号。计时器比较器的输出可以是可用于控制转换器的开关的控制信号。可以修改计时器比较器的输出，或者将其与具有多个输入和输出的其他附加计时器或数字逻辑电路进行比较。然而，应当注意，在本公开的其他示例中，计时器输出信号可以被直接发送到转换器的控制元件。计时器可以在独立芯片中实现或者被实现为电压转换器芯片的部分，并且可以包括附加的输入、输出或端子以合并附加的电路部件或控件。
在权利要求的范围内，所描述的实施例中的修改是可能的，并且其他实施例是可能的。

Claims (20)

1.一种计时器，包括：
第一比较器，所述第一比较器具有耦合到第一节点以接收第一电压的第一输入，以及耦合到第二节点以接收具有升压模式和降压模式的升压转换器的第二电压的第二输入；
电压选择电路，所述电压选择电路耦合到所述第一比较器的输出以及耦合到所述第一节点和所述第二节点，其中所述电压选择电路被配置为在第三节点处选择所述第一电压或所述第二电压中的较高电压；以及
第二比较器，所述第二比较器具有第一输入和第二输入，所述第一输入耦合到所述第三节点，并且所述第二输入选择性地耦合到所述第二节点。
2.根据权利要求1所述的计时器，其中所述电压选择电路包括：
第一开关，所述第一开关耦合在所述第一比较器的所述输出和所述第一节点之间；以及
第二开关，所述第二开关通过反相器耦合在所述第二节点和所述第一比较器的所述输出之间。
3.根据权利要求1所述的计时器，其中所述电压选择电路的所述输出耦合到电流镜。
4.根据权利要求1所述的计时器，其中所述电压选择电路的所述输出耦合到斜坡电阻。
5.根据权利要求3所述的计时器，其中所述电流镜包括第一晶体管和第二晶体管。
6.根据权利要求1所述的计时器，其中所述第二比较器的所述输出包括接通时间信号。
7.根据权利要求1所述的计时器，进一步包括耦合到所述第二比较器的所述第二输入的负载调节控制的电流源。
8.根据权利要求1所述的计时器，其中所述开关包括耦合到所述第二比较器的所述第二输入的降压模式控制的电流源。
9.一种系统，包括：
升压转换器；以及
耦合到所述升压转换器的计时器，所述计时器包括：
第一比较器，所述第一比较器具有耦合到第一节点以接收第一电压的第一输入，以及耦合到第二节点以接收所述升压转换器的第二电压的第二输入；
电压选择电路，所述电压选择电路耦合到所述第一比较器的输出以及所述第一节点和所述第二节点，其中所述电压选择电路被配置为在第三节点处选择所述第一电压或所述第二电压中的较高电压；以及
第二比较器，所述第二比较器具有第一输入和第二输入，所述第一输入耦合到所述第三节点，并且所述第二输入选择性地耦合到所述第二节点。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述升压转换器具有升压模式和降压模式。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述晶体管是以二极管配置耦合的PMOS晶体管，所述以二极管配置耦合的PMOS晶体管允许在所述升压转换器的降压模式期间的在所述第二节点与所述第二比较器的所述第二输入之间的电压降。
12.根据权利要求9所述的系统，进一步包括耦合到所述第二比较器的所述第二输入的负载调节控制的电流源。
13.根据权利要求9所述的系统，进一步包括耦合到所述第二比较器的所述第二输入的降压模式控制的电流源。
14.一种方法，包括：
从电压源向电感器的输入节点施加输入电压；
通过开关控制所述电感器的输出节点处的输出电压，所述开关耦合在所述输出节点与负载之间；
从耦合到所述开关的计时器产生接通时间信号，所述计时器进一步与所述电压源和所述输出节点耦合；以及
通过来自所述计时器的所述接通时间信号来操作所述开关；
所述计时器包括电压选择电路、开关和晶体管。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
通过所述电压选择电路：接收所述输入电压和所述输出电压；通过第一比较器比较所述输入电压和所述输出电压；以及交替至少两个开关以产生最大电压，所述至少两个开关耦合到所述输入电压和所述输出电压。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述计时器包括比较器，所述比较器具有选择性地耦合到所述电压选择电路的第一输入以及通过所述晶体管或所述开关选择性地耦合到所述输入电压的第二输入。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述计时器包括比较器，所述比较器具有用于产生所述接通时间信号的输出。
18.一种方法，包括：
在第一电压端子处接收输出电压并且在第二电压端子处接收输入电压；
通过从电压转换器接收的重置信号来控制重置开关；
将来自电压选择电路的最大电压选择性地施加到比较器的第一输入；
通过晶体管或开关选择性地将所述输入电压耦合到所述比较器的第二输入；以及
比较所述最大电压和耦合到所述比较器的所述输入电压；以及
从所述比较器输出接通时间信号。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括基于所述接通时间信号来控制升压转换器。
20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括基于所述接通时间信号来控制升压转换器的开关。
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