CN111987906A - 宽切换频率范围切换模式电力供应器控制拓扑 - Google Patents

宽切换频率范围切换模式电力供应器控制拓扑 Download PDF

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解建章
赵炜
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    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
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Abstract

本公开的实施例涉及宽切换频率范围切换模式电力供应器控制拓扑。本公开的方面提供一种电路(300)。在一些实例中，所述电路包含定时电路(302)及状态机电路(308)。所述定时电路确定功率转换器的占空比与阈值之间的关系。所述状态机电路耦合到所述定时电路，且包含多个状态，包含降压状态、升压状态及降压‑升压状态。所述状态机电路至少部分地基于所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而根据时域控制及电压域控制在所述多个状态之间转变，在所述时域控制指示从所述降压‑升压状态退出时根据所述时域控制在所述状态之间转变，且在所述电压域控制指示从降压‑升压状态的所述退出时根据所述电压域控制在所述状态之间转变。

Description

宽切换频率范围切换模式电力供应器控制拓扑
相关申请案的交叉引用
本申请案要求第62/850,775号美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案于2019年5月21日申请、标题为“具有宽切换频率范围的降压-升压DC-DC转换器(Buck-Boost DC-DC Converter with Wide Switching Frequency Range)”，且特此以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本公开的实施例涉及电力供应器技术，且更明确地说，涉及宽切换频率范围切换模式电力供应器控制拓扑。
背景技术
切换模式电力供应器(SMPS)通过切换经由切换节点/端子耦合到能量存储元件(例如电感器/变压器及/或电容器)的一或多个功率晶体管来将电力从输入电源传送至负载，所述能量存储元件能够耦合到负载。功率晶体管可包含于功率转换器中，功率转换器包含或能够耦合到能量存储元件。SMPS可包含SMPS控制器以将一或多个栅极驱动信号提供到功率晶体管。不同切换频率适用于SMPS的特定应用环境，但针对广泛范围的切换频率优化SMPS控制器可能带来挑战。
发明内容
本公开的方面提供一种电路。在至少一些实例中，所述电路包含定时电路及状态机电路。所述定时电路经配置以确定功率转换器的占空比与阈值之间的关系。所述状态机电路耦合到所述定时电路，且包含多个状态，包含降压状态、升压状态及降压-升压状态。所述状态机电路经配置以至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而根据时域控制及电压域控制在所述多个状态之间转变，在所述时域控制指示从所述降压-升压状态退出时根据所述时域控制在所述多个状态之间转变，且在所述电压域控制指示从降压-升压状态的所述退出时根据所述电压域控制在所述多个状态之间转变。
本公开的其它方面供一种电路。在至少一些实例中，所述电路包含定时电路及状态机电路。所述定时电路经配置以确定功率转换器的占空比与阈值之间的关系。所述状态机电路耦合到所述定时电路，且包括多个状态，包含降压-升压状态及至少另一状态。所述状态机电路经配置以在时域控制及电压域控制两者皆指示进入到所述降压-升压状态时至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而从所述另一状态转变到所述降压-升压状态。所述状态机电路进一步经配置以在所述时域控制或所述电压域控制指示从所述降压-升压状态退出时至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而从所述降压-升压状态转变到所述另一状态。
本公开的其它方面供一种系统。在至少一些实例中，所述系统包含负载、功率转换器及控制器。所述功率转换器耦合到所述负载，且经配置以向所述负载提供通过所述功率转换器从输入电压(VIN)切换的输出电压(VOUT)。所述控制器耦合到所述功率转换器，且经配置以控制所述功率转换器将VIN切换到VOUT。所述控制器通过以下操作将VIN切换到VOUT：产生多个时钟信号；确定所述功率转换器的占空比与根据所述多个时钟信号中的至少一些确定的阈值之间的关系；以及在时域控制及电压域控制两者皆指定所述功率转换器以降压-升压操作模式操作时至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而控制所述功率转换器以所述降压-升压操作模式操作。
附图说明
为了详细描述各种实例，现在参考随附图式，其中：
图1展示根据各种实例的说明性SMPS的框图；
图2展示根据各种实例的说明性降压-升压功率转换器的示意图；
图3展示根据各种实例的说明性模式转变控制电路的示意图；
图4展示根据各种实例的说明性状态图；
图5展示根据各种实例的降压-升压区宽度与切换频率的说明性曲线图；
图6展示根据各种实例的说明性时序检测电路的示意图；
图7展示根据各种实例的说明性时序图；
图8展示根据各种实例的说明性时序图；
图9展示根据各种实例的说明性时序图；
图10展示根据各种实例的说明性时序图；以及
图11展示根据各种实例的说明性时序图。
具体实施方式
在一些架构(例如降压-升压)中，切换模式电力供应器(SMPS)包含或能够耦合到与负载并联的输出/体电容器。SMPS控制器切换功率晶体管以形成使能量存储元件将负载电流供应到负载及/或输出/体电容器以维持经调节输出电压(例如，通过对经切换负载电流进行滤波)的电路配置。举例来说，功率晶体管可经由切换节点/端子耦合到能量存储电感器。能量存储电感器通过SMPS控制器在充电与放电循环之间切换，以将电感器电流(例如，穿过能量存储电感器的电流)供应到负载及输出/体电容器以对电感器电流进行滤波以维持经调节输出电压。在一些实例中，SMPS可经配置以用于作为恒定电流源操作，具有能量存储元件但不具有输出/体电容器。
功率晶体管可实施为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或任何其它合适的固态晶体管装置(例如，双极接面晶体管(BJT))。随着功率转换器的输入电压(VIN)或输出电压(VOUT)改变，SMPS控制器可控制功率转换器以不同操作模式操作。举例来说，在VIN大于VOUT时，SMPS控制器可控制功率转换器以降压操作模式操作。在VIN小于VOUT时，SMPS控制器可控制功率转换器以升压操作模式操作。在VIN大致等于VOUT时，SMPS控制器可控制功率转换器以降压-升压操作模式操作。在至少一些实例中，使功率转换器以降压-升压操作模式操作的时间量最小化可为有利的。举例来说，在以降压-升压操作模式操作时，如存在于功率转换器的VOUT或电感器电流中的功率转换器的输出纹波大于以降压或升压操作模式操作时。在至少一些实施方案中，降压-升压操作模式中的纹波大致为降压或升压操作模式期间的纹波的两倍。对于至少一些降压-升压功率转换器实施方案，最小化纹波以例如降低对由降压-升压功率转换器产生及输出的VOUT进行滤波的需要或强度为有利的。
为控制功率转换器的操作模式，SMPS控制器将栅极控制信号提供到功率转换器的一或多个功率晶体管。这些栅极控制信号中的每一者的值确定接收栅极控制信号的相应功率晶体管处于导电状态(例如，接通)还是非导电状态(例如，关断)。为改变功率转换器的操作模式，SMPS控制器修改栅极控制信号中的一或多者的值以接通或关断功率晶体管中的一或多者。此外，在保持处于功率转换器的操作模式中的同时，SMPS控制器可修改栅极控制信号中的一或多者的值，以例如交替地接通及关断一或多个功率晶体管。
通常，SMPS控制器控制功率转换器以特定频率操作。例如高频率(例如，大于约1.8兆赫兹(MHz))的一些频率通过使得能够使用较小电路组件来实现功率转换器及/或SMPS控制器的较小物理占据面积。例如低频率(例如，小于约500千赫兹(kHz))的其它频率使得能够通过减少功率转换器的切换损耗来增大功率转换器的效率。通常，SMPS控制器实施固定频率控制方案，其针对高频操作或低频操作进行优化。然而，针对跨越宽频率范围的操作进行优化的SMPS控制器可有利地在实施SMPS控制器时提供增大的灵活性。
本公开的至少一些方面涉及适合于控制例如SMPS中的功率转换器的控制器。在至少一个实例中，控制器包含适合于实施双滞后控制方案的元件。在至少一些实例中，双滞后控制方案在功率转换器以低频率(例如，小于约1.2MHz、小于约500kHz，等)操作时由一种类型的控制主导，且在功率转换器以高频率(例如，大于约1.2MHz、大于约1.8MHz，等)操作时由另一类型的控制主导。举例来说，双滞后控制方案在功率转换器以低频率操作时由时域滞后控制主导，且在功率转换器以高频率操作时由电压域滞后控制主导。
控制器根据双滞后控制方案来控制功率转换器以某一操作模式操作。举例来说，控制器基于由时域滞后控制及电压域滞后控制确定的降压-升压区中的最小者来控制功率转换器以某一操作模式操作。举例来说，如果根据VOUT与VIN的比率来界定降压-升压操作区，则在与在时域滞后控制或电压域滞后控制的个别控制下的降压-升压区的值相比时，在双滞后控制方案的控制下的降压-升压区的值最小化。在至少一些实例中，实施本公开的双滞后控制在广泛范围的切换频率(例如，例如约200kHz到约2MHz)内提供在降压-升压模式中的最小化操作持续时间及在降压-升压模式中的最小可实现电感器电流纹波。举例来说，对于电感为约4微亨(uH)、以约400kHz的切换频率及约10伏特(V)的VOUT操作的功率转换器电感器，本公开的双滞后控制在功率转换器处于降压-升压操作模式时将电感器电流纹波限制为约1.5安培(A)。
现转向图1，展示说明性SMPS 100的框图。在至少一个实例中，SMPS 100包含控制器102及功率转换器104。至少经由功率转换器104，SMPS 100将来自节点150的由电源106提供的电力切换到负载108。功率转换器104是例如降压-升压功率转换器，其能够根据降压操作模式、升压操作模式及降压-升压操作模式来操作。在至少一个实例中，控制器102包含或经配置以耦合到反馈电路112、定时产生器114、振荡器116、频率电路118、斜坡产生器120、比较器122、比较器124、模式转变控制电路126及栅极驱动器128。出于描述起见，SMPS 100说明及描述为对功率转换器104实施平均电流模式控制。然而，本公开的双滞后控制方案同等地适用于其它控制方法，例如峰值电流模式控制、电压模式控制，或在固定频率系统中实施的任何其它合适形式的控制。
SMPS 100的至少一个实例包含在同一半导体裸片及/或同一组件封装上的控制器102及功率转换器104的至少一些方面，但在其它实例中，控制器102与功率转换器104可单独地制造且经配置以耦合在一起。举例来说，控制器102的至少一些方面可单独地制造且耦合在一起。因此，尽管说明为包含栅极驱动器128，但在至少一个实例中，控制器102不包含栅极驱动器128，且替代地经配置以耦合到栅极驱动器128。类似地，说明为包含于控制器102中的其它组件可替代地经配置以整体或部分地耦合到控制器102，且不包含在与控制器102相同的半导体裸片及/或相同的组件封装上。
在至少一个实例中，反馈电路112包含耦合在节点152与节点154之间的电阻器130及耦合在节点154与接地节点156之间的电阻器132。反馈电路112进一步包含放大器134，其第一输入端子(例如，非反相输入端子)耦合到节点158且经配置以接收节点158处的参考电压(VREF)。放大器134进一步具有耦合到节点154的第二输入端子(例如，反相输入端子)及耦合到节点160的输出端子。反馈信号(FB)存在于节点154处且为VOUT的经缩放表示，其是根据电阻器132的电阻与电阻器130的电阻的比率而缩放。信号(VC)存在于节点160处，其由放大器134基于VREF与FB之间的差异而输出。电阻器136耦合于节点160与电容器138的顶板之间，且电容器138的底板耦合到接地节点156。反馈电路112进一步包含电流感测电路140及放大器142。电流感测电路140经配置以耦合到功率转换器104以产生输出信号(VI)，其为流过功率转换器104的电流的电压表示。放大器142具有耦合到节点160的第一输入端子(例如，正或非反相输入端子)、耦合到电流感测电路140的输出端子的第二输入端子(例如，负或反相输入端子)，及耦合到节点162的输出端子。电流控制信号(CC)存在于节点162处，其由放大器142基于VC与VI之间的差异输出。电阻器144耦合于节点162与电容器146的顶板之间，且电容器146的底板耦合到接地节点156。
在至少一些实例中，定时产生器114具有耦合到振荡器116及模式转变控制电路126的第一输出端子、耦合到斜坡产生器120的第二输出端子，及耦合到模式转变控制电路126的第三输出端子。在至少一些实例中，定时产生器114包含适合于基于所接收时钟信号产生额外时钟信号的任何一或多个组件。举例来说，定时产生器114包含一或多个延迟单元(未展示)，其经配置以在所接收时钟信号中实施固定或可变延迟以产生额外时钟信号。在至少一个实例中，定时产生器114从振荡器116接收CLK_HYS，产生并输出CLK到斜坡产生器120，且产生并输出CLK_TMIN到模式转变控制电路126。
在至少一些实例中，振荡器116为适合于产生图1中说明为CLK_HYS的时钟信号的任何组件。在至少一些实例中，CLK_HYS的频率是基于从频率电路118接收的信号的值而确定。举例来说，频率电路118至少部分地基于耦合到频率电路118的电阻器148的值来产生电流信号ICLK。频率电路118将ICLK输出到振荡器116以使得振荡器116能够至少部分地根据ICLK来产生CLK_HYS。在至少一些实例中，频率电路118进一步将ICLK输出到斜坡产生器120。
在至少一些实例中，斜坡产生器120为适合于产生降压及升压斜坡信号供用于控制功率转换器104的任何一或多个组件。在至少一些实例中，降压及升压斜坡信号是通过以指定充电速率(其由为一或多个电容器充电的信号的电流值指定)为一或多个电容器(未展示)充电及使其复位(例如，放电)而产生。在至少一些实例中，基于所接收的CLK及ICLK信号，斜坡产生器120产生并输出降压斜坡信号及升压斜坡信号。
比较器122包含耦合到节点162的第一输入端子(例如，正或非反相输入端子)、耦合到斜坡产生器120且经配置以从斜坡产生器120接收降压斜坡信号的第二输入端子(例如，负或反相输入端子)，及输出端子。比较器124包含耦合到节点162的第一输入端子(例如，正或非反相输入端子)、耦合到斜坡产生器120且经配置以从斜坡产生器120接收升压斜坡信号的第二输入端子(例如，负或反相输入端子)，及输出端子。在至少一些实例中，控制信号PWM_BK存在于比较器122的输出端子处，且控制信号PWM_BST存在于比较器124的输出端子处。在一些实例中，PWM_BK在CC的值大于降压斜坡时具有断言值，且在CC的值小于降压斜坡时具有撤销断言值。类似地，在一些实例中，PWM_BST在CC的值大于升压斜坡时具有断言值，且在CC的值小于升压斜坡时具有撤销断言值。
模式转变控制电路126具有经配置以至少接收CLK_TMIN、CLK_HYS、PWM_BK、PWM_BST、VOUT及VIN(相对于模式转变控制电路126统称为所接收信号)的多个输入端子。在至少一些实例中，模式转变控制电路126包含或实施状态机以产生用于根据所接收信号控制功率转换器104的一或多个控制信号。下文更详细地论述模式转变控制电路126的操作。
在至少一个实例中，SMPS 100经配置以在节点150处从电源106接收VIN，且在节点152处提供VOUT以用于供应负载108。VOUT至少部分地基于如由SMPS 100在节点158处接收的VIN及VREF。VREF可从例如处理器、微控制器或对SMPS 100施加控制以控制VOUT的值的任何其它装置的任何合适装置(未展示)接收。在至少一个实例中，VREF的值表示FB的所需(例如，用户所需、目标、预配置、经编程，等)值。因此，在至少一些实施方案中，控制器102从功率转换器104接收一或多个信号。举例来说，控制器102可从功率转换器104接收VOUT及/或接收功率转换器104的电感器电流(IL)。在各种实例中，IL可为从功率转换器104的电感器(未展示)(或电感器也耦合到的功率转换器104的另一组件的端子)直接测量的值或从功率转换器104的感测元件(未展示)感测的值。感测元件是例如感测电阻器、晶体管或能够测量功率转换器104的IL且将表示IL的值提供到控制器102的任何其它组件或组件组合。在至少一个实例中，表示IL的值提供到反馈电路112以用于产生VI，且VOUT提供到反馈电路112及模式转变控制电路126。
在至少一个实例中，反馈电路112经配置以接收VREF及VOUT，且产生指示VREF从VFB的变化的VC。在一些实例中，VC称为错误信号。在至少一些实例中，FB为由电阻器130及电阻器132形成的分压器的输出，其中到分压器的输入为VOUT。VC随后通过电阻器136及电容器138滤波，然后由放大器142接收。在至少一个实例中，放大器142经配置以接收VC及VI，且产生指示VC从VI的变化的CC。CC随后通过电阻器144及电容器146滤波，然后由比较器122及比较器124接收。
如上文所论述，在至少一个实例中，频率电路118基于电阻器148的电阻产生且输出信号ICLK。ICLK至少部分地确定由振荡器116产生且输出的时钟信号CLK_HYS的频率。定时产生器114接收CLK_HYS，且通过操纵CLK_HYS而产生一或多个额外时钟信号(图1中说明为CLK及CLK_TMIN)。举例来说，在至少一个实施方案中，定时产生器114通过延迟CLK_HYS一或多个预定时间周期来修改CLK_HYS以产生CLK及CLK_TMIN。在至少一个实例中，定时产生器114通过根据延迟thys(例如，使得CLK＝CLK_HYS+thys)延迟CLK_HYS来产生CLK，且根据延迟thys减tmin(例如，使得CLK_TMIN＝CLK_HYS+thys-tmin)来产生CLK_TMIN。在至少一些实例中，延迟thys大致等于功率转换器104在以降压操作模式操作时的导通时间的滞后时间(Ton_hys)及功率转换器104在以升压操作模式操作时的断开时间的滞后时间(Toff_hys)。另外，在至少一些实例中，延迟tmin大致等于功率转换器104在以升压操作模式操作时的最小导通时间(Ton_min)及功率转换器104在以降压操作模式操作时的断开时间(Toff_min)。在至少一个实例中，定时产生器114通过实施任何合适架构的一或多个延迟单元来产生CLK及CLK_TMIN。然而，在至少一个实例中，一系列数字电路组件实施所述延迟。举例来说，延迟由一或多个d触发器(d-flip flop)、一或多个数字反相器电路或适合于实施延迟的任何其它电路组件实施，其范围在本文中不受限制。
模式转变控制电路126接收CLK_TMIN、CLK_HYS、PWM_BK、PWM_BST、VOUT及VIN，且产生用于控制栅极驱动器128以控制功率转换器104的控制信号。在至少一个实例中，模式转变控制电路126包含或以其它方式实施数字状态机以基于CLK_TMIN、CLK_HYS、PWM_BK、PWM_BST、VOUT及/或VIN的值产生控制信号。在至少一些实例中，为产生控制信号，模式转变控制电路126实施双滞后控制方案。在双滞后控制方案中，在CLK_HYS的低频率下，模式转变控制电路126根据时域滞后控制产生控制信号，且在CLK_HYS的高频率下根据电压域滞后控制产生控制信号。下文将更详细地论述模式转变控制电路126的操作。
基于从模式转变控制电路126接收的控制信号，栅极驱动器128产生用于控制功率转换器104的功率晶体管的栅极控制信号，如上文所论述。举例来说，栅极驱动器128产生栅极控制信号，其交替地且选择性地接通及断开功率转换器的功率晶体管，以使例如电感器及/或电容器(每一者均未展示)等元件通电及断电。此通电及断开提供本文中论述的降压、升压及/或降压-升压功能性。栅极驱动器128根据任何合适架构实施，其范围在本文中不受限制。
现转向图2，展示说明性降压-升压功率转换器200的示意图。在至少一个实例中，降压-升压功率转换器200适合于实施上文所论述的图1的SMPS 100的功率转换器104。因此，描述图2时参考图1的至少一些组件或信号。
在一个实例中，降压-升压功率转换器200包含多个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)205、210、215及220及至少一个能量存储装置(此实例中说明为电感器225)。在另一实例中，降压-升压功率转换器200进一步包含第二电感器(未展示)及/或飞行电容器(未展示)。在一个实例中，MOSFET 205及220实施为p型MOSFET(PMOS)，且MOSFET 210及215实施为n型MOSFET(NMOS)。在至少一个实例中，降压-升压功率转换器200进一步包含适合于感测电感器225的IL且产生表示IL的信号的感测元件230。感测元件230是例如MOSFET、电阻器或能够感测、测量或检测IL或具有感测、测量或检测IL的构件的任何其它合适的电路。在至少一个实例中，感测元件230由MOSFET 205、210、215或220中的一者实施，使得感测元件230不为降压-升压功率转换器200的独立、额外组件。另外，在至少一些实例中，感测元件230还充当电流感测电路140或为是说电流感测电路的组件。
在一个实例架构中，MOSFET 205的源极端子耦合到节点150且经配置以接收VIN，MOSFET 205的漏极端子耦合到节点235，MOSFET 205的栅极端子耦合到控制器。控制器是例如栅极驱动器128。MOSFET 210的漏极端子耦合到节点235，MOSFET 210的源极端子耦合到接地节点156，且MOSFET 210的栅极端子耦合到控制器。电感器225的第一端子耦合到节点235，且电感器225的第二端子耦合到节点245。在至少一个实例中，感测元件230串联耦合于节点235与电感器225的第一端子之间。MOSFET 215的漏极端子耦合到节点245，MOSFET 215的源极端子耦合到接地节点156，且MOSFET215的栅极端子耦合到控制器。MOSFET 220的源极端子耦合到节点245，MOSFET 220的漏极端子耦合到存在VOUT的接地节点152，且MOSFET220的栅极端子耦合到控制器。在至少一个实例中，电感器225实施为外部组件，使得降压-升压功率转换器200不包含电感器225，但经配置以在节点235与节点245之间耦合到电感器225。在至少一个实例中，降压-升压功率转换器200经配置以在MOSFET 220的漏极端子与接地节点156之间耦合到电容器250(例如，例如滤波电容器)。
在一个实例中，MOSFET 205、210、215及/或220基于在其相应栅极端子处接收的信号而被控制为接通(例如，在其相应漏极端子与源极端子之间传导电流)及/或断开(例如，停止在其相应漏极端子与源极端子之间传导电流)。举例来说，基于从控制器接收的栅极控制信号(例如，作为在模式转变控制电路126的控制下的栅极驱动器128的输出)，MOSFET205、210、215及/或220中的一或多者被控制为接通或断开。MOSFET 205、210、215及/或220可基于存在于其相应栅极端子及/或源极端子中的一或多者处的值或值之间的关系而接通(或断开)。基于MOSFET 205、210、215或220中的哪一者在给定时间接通、MOSFET 205、210、215或220中的哪一者在给定时间关断以及接通及/或断开MOSFET 205、210、215及/或220的顺序，降压-升压功率转换器200以降压操作模式、升压操作模式或降压-升压操作模式操作。
现转向图3，展示模式转变控制电路126的说明性实施方案的示意图。因此，如图3中所示的模式转变控制电路126适合于实施于图1的SMPS 100的控制器102的至少一些实例中。因此，描述图3时可参考上文关于图1所介绍及/或描述的至少一些组件及/或信号。
在至少一个实例中，模式转变控制电路126包含定时检测电路302、比较器304、比较器306及状态机电路308。定时检测电路302经配置以接收PWM_BK、PWM_BST、CLK_HYS及CLK_TMIN。基于PWM_BK、PWM_BST、CLK_HYS及/或CLK_TMIN中的至少一些，定时检测电路302进行多个定时确定，且将指示所述定时确定中的相应一者的结果的多个信号输出到状态机电路308。举例来说，定时检测电路302执行一或多个计算以确定功率转换器104的升压操作模式的导通时间(Ton_bst)是否大于或等于Ton_hys及Ton_bst是否小于或等于Ton_min。定时检测电路302进一步执行一或多个计算以确定降压操作模式的断开时间(Toff_bk)是否大于或等于Toff_hys及Toff_bk是否小于或等于Toff_min。在至少一些实例中，指示这些确定的结果的一或多个信号由定时检测电路302输出到状态机电路308。在至少一些实例中，Ton_hys及Toff_hys是分别根据以下等式(1)及(2)确定，其中tmin为功率转换器104及栅极驱动器128可实现的最小接通/断开时间，且Δ为用以防止功率转换器104的控制在操作模式之间振荡的滞后因数。
Ton_hys＝3tmin+Δ (1)
Toff_hys＝3tmin+Δ (2)
在至少一些实例中，功率转换器104在处于降压操作模式时可调节的最小VIN与VOUT比率界定为Rbk。在SMPS 100的至少一个实施方案中，根据以下等式(3)确定Rbk，其中k为用以防止功率转换器104的控制在操作模式之间振荡的滞后因数，且Tmin为功率转换器104在以其最高支持切换频率操作时的切换周期。
Figure BDA0002498169250000101
在至少一些实例中，功率转换器104在处于升压操作模式时可调节的最大VIN与VOUT比率界定为Rbst。在SMPS 100的至少一个实施方案中，根据以下等式(4)确定Rbst，其中k2为用以防止功率转换器104的控制在操作模式之间振荡的滞后因数。
Figure BDA0002498169250000102
比较器304经配置以在第一输入端子(例如，正或非反相输入端子)处接收大致等于VOUT*Rbst的值，且在第二输入端子(例如，负或反相输入端子)处接收VIN。虽然在图3中未展示，但在至少一些实例中，信号VOUT*Rbst是由接收VOUT的分压器产生。在其它实例中，VOUT*Rbst是以任何合适方式且由任何合适组件形成。比较器304的输出端子耦合到状态机电路308的输入端子。在至少一些实例中，由比较器304输出的信号在VIN/VOUT小于Rbst时被断言，且在VIN/VOUT大于Rbst时被撤销断言。比较器306经配置以在第一输入端子(例如，正或非反相输入端子)处接收大致等于VIN/Rbk的值，且在第二输入端子(例如，负或反相输入端子)处接收VOUT。虽然在图3中未展示，但在至少一些实例中，信号VIN/Rbk是由接收VOUT的分压器产生。在其它实例中，VIN/Rbk是以任何合适方式且由任何合适组件形成。比较器306的输出端子耦合到状态机电路308的输入端子。在至少一些实例中，由比较器306输出的信号在VIN/VOUT大于Rbk时被断言，且在VIN/VOUT小于Rbk时被撤销断言。
在至少一些实例中，状态机电路308如本文所论述接收多个信号，且实施状态机以产生用于控制栅极驱动器128以控制功率转换器104的控制信号。短暂地转向图4，展示说明性状态图400。在至少一些实例中，状态图400说明由模式转变控制电路126的状态机电路308实施的状态机的状态及转变条件。因此，在描述状态图400时可参考本公开的一或多个其它图的组件及/或信号。此外，状态图400的描述开始于降压状态402，假设功率转换器104首先被控制为以降压操作模式操作。然而，在功率转换器104被替代地控制为首先以升压操作模式操作时，可实施的状态图400的第一状态可为升压状态406。
在降压状态402下，状态机电路308产生用于控制功率转换器104以降压操作模式操作的控制信号。在控制功率转换器104以降压操作模式操作时，状态机电路308监视多个所接收输入信号以确定是否转变到降压-升压状态404或升压状态406。举例来说，在以降压状态402操作且状态机电路308基于所接收的输入信号确定VIN/VOUT小于Rbst时，状态机电路308转变到升压状态406。类似地，在以降压状态402操作且状态机电路308基于所接收的输入信号确定Toff_bk小于或等于Toff_min且VIN/VOUT大于或等于Rbst时，状态机电路308转变到降压-升压状态404。
在降压-升压状态404下，状态机电路308产生用于控制功率转换器104以降压-升压操作模式操作的控制信号。举例来说，状态机电路308产生控制信号以致使功率转换器104交替地以降压操作模式及升压操作模式操作。举例来说，只要状态机电路308在降压-升压状态404下操作，由状态机电路308产生的控制信号就会致使功率转换器104执行降压操作循环、继之以升压操作循环、继之以另一降压操作循环，且以此交替方式继续。在控制功率转换器104以降压-升压操作模式操作时，状态机电路308监视多个所接收输入信号以确定是否转变到降压状态402或升压状态406。举例来说，在以降压-升压状态404操作且状态机电路308基于所接收的输入信号确定Toff_bk大于或等于Toff_hys且Ton_bst小于或等于Ton_min或VIN/VOUT大于Rbst时，状态机电路308转变回到降压状态402。类似地，在以降压-升压状态404操作且状态机电路308基于所接收的输入信号确定Ton_bst大于或等于Ton_hys且Toff_bk小于或等于Toff_min或VIN/VOUT小于Rbst时，状态机电路308转变到升压状态406。
在升压状态406下，状态机电路308产生用于控制功率转换器104以升压操作模式操作的控制信号。在控制功率转换器104以升压操作模式操作时，状态机电路308监视多个所接收输入信号以确定是否转变到降压状态402或降压-升压状态404。举例来说，在以升压状态406操作且状态机电路308基于所接收的输入信号确定VIN/VOUT大于Rbk时，状态机电路308转变回到降压状态402。类似地，在以升压状态406操作且状态机电路308基于所接收的输入信号确定Ton_bst小于或等于Ton_min且VIN/VOUT小于Rbk时，状态机电路308转变回到降压-升压状态404。
如由状态图400说明，到及从降压-升压状态404的转变由时域或电压域控制来控制。以此方式，状态机电路308实施本公开的双滞后控制方案以最小化状态机电路308以降压-升压状态404操作的时间量。举例来说，通过仅在满足时域及电压域要求两者时才转变到降压-升压状态404，且在满足时域或电压域要求时从降压-升压状态404转变出，状态机电路308最小化以降压-升压状态404操作的时间量。在至少一些实例中，由状态机电路308实施的控制方案称为双滞后控制方案，而非简称为双控制方案。此参考是从如上文所论述用于计算由状态机电路308防止在状态之间快速振荡所依赖的值中的至少一些的滞后因数得出。
短暂地转向图5，展示降压-升压区宽度与切换频率的说明性曲线图500。在至少一些实例中，曲线图500对应于在控制器102(包含模式转变控制电路126)的控制下的SMPS100的功率转换器104的降压-升压操作区的宽度。曲线图500在y轴上说明功率转换器104的VOUT与VIN的比率，且在x轴上以MHz为单位说明功率转换器104的切换频率。如由曲线图500所示，在根据本公开的双滞后控制方案操作时，功率转换器104的降压升压操作区的宽度当与单一控制方案相比时减小。举例来说，如由曲线图500所示，在大致200kHz(例如，0.2MHz)的切换频率下，功率转换器104的降压升压操作区的宽度为约0.06。如曲线图500中所说明，为0.06的此宽度小于相同切换频率下仅根据时域滞后操作的降压升压操作区的大致0.2的宽度。类似地，在约2MHz的切换频率下，功率转换器的降压升压操作区的宽度为约0.58。
现在返回到图3，如上文所论述，定时检测电路302进行多个定时确定，且将指示所述定时确定中的相应一者的结果的多个信号输出到状态机电路308。现转向图6，展示定时检测电路302的说明性实施方案的示意图。因此，如图3中所示的定时检测电路302适合于实施于图3的模式转变控制电路126的至少一些实例中。因此，描述图6时可参考上文关于本公开的其它图所介绍及/或描述的至少一些组件及/或信号。
在至少一个实施方案中，定时检测电路302包含d触发器602、d触发器604、d触发器606及d触发器608。在至少一些实例中，d触发器602经配置以在数据输入端子(图6中指示为D)处接收PWM_BK。d触发器602进一步经配置以在时钟输入端子(图6中指示为CLK)处接收CLK_TMIN。d触发器602在输出端子(图6中指示为Q)处输出Toff_bk<＝Toff_min。在至少一些实例中，数据输入端子耦合到图1的比较器122的输出端子，时钟输入端子耦合到定时产生器114，且输出端子耦合到图3的状态机电路308。
在至少一些实例中，d触发器604经配置以在数据输入端子处接收PWM_BK。d触发器604进一步经配置以在时钟输入端子处接收CLK_HYS。d触发器604在反向输出端子(图6中指示为Qz)处输出Toff_bk>＝Toff_hys。在至少一些实例中，数据输入端子耦合到图1的比较器122的输出端子，时钟输入端子耦合到振荡器116，且输出端子耦合到图3的状态机电路308。
在至少一些实例中，d触发器606经配置以在数据输入端子处接收PWM_BST。d触发器606进一步经配置以在时钟输入端子处接收CLK_HYS。d触发器606在输出端子处输出Ton_bst>＝Ton_hys。在至少一些实例中，数据输入端子耦合到图1的比较器124的输出端子，时钟输入端子耦合到振荡器116，且输出端子耦合到图3的状态机电路308。
在至少一些实例中，d触发器608经配置以在数据输入端子处接收PWM_BST。d触发器608进一步经配置以在时钟输入端子处接收CLK_TMIN。d触发器608在反向输出端子处输出Ton_bst<＝Ton_min。在至少一些实例中，数据输入端子耦合到图1的比较器124的输出端子，时钟输入端子耦合到定时产生器114，且输出端子耦合到图3的状态机电路308。
基于PWM_BK、PWM_BST、CLK_TMIN及CLK_HYS的值，定时检测电路302产生且输出Toff_bk<＝Toff_min、Toff_bk>＝Toff_hys、Ton_bst>＝Ton_hys及Ton_bst<＝Ton_min。举例来说，现转向图7-10，展示展现定时检测电路302的操作的各种说明性时序图。如图7-10中所示，CLK_TMIN的上升边缘与PWM_BK的上升边缘之间的持续时间为Toff_min。类似地，CLK_TMIN的上升边缘与PWM_BST的下降边缘之间的持续时间为Ton_min。CLK_HYS的上升边缘与PWM_BK的上升边缘之间的持续时间为Toff_hys，且CLK_HYS的上升边缘与PWM_BST的下降边缘之间的持续时间为Ton_hys。
举例来说，图7的时序图700说明指示Toff_bk大于Toff_hys的控制信号的产生。如上文所论述，定时检测电路302接收PWM_BK、PWM_BST、CLK_TMIN及CLK_HYS。基于CLK_HYS的上升边缘处的PWM_BK的值，定时检测电路302产生输出信号Toff_bk>Toff_hys。举例来说，在PWM_BK在CLK_HYS的上升边缘处被撤销断言(例如，在至少一个实例中，具有逻辑低值)时，定时检测电路302断言Toff_bk>Toff_hys。在至少一些实例中，Toff_bk>＝Toff_hys保持被断言，直到PWM_BK的下一上升边缘。
图8的时序图800说明指示Ton_bst大于Ton_hys的控制信号的产生。如上文所论述，定时检测电路302接收PWM_BK、PWM_BST、CLK_TMIN及CLK_HYS。基于CLK_HYS的上升边缘处的PWM_BST的值，定时检测电路302产生输出信号Ton_bst>Ton_hys。举例来说，在PWM_BST在CLK_HYS的上升边缘处被断言(例如，在至少一个实例中，具有逻辑高值)时，定时检测电路302断言Ton_bst>Ton_hys。在至少一些实例中，Ton_bst>＝Ton_hys保持被断言，直到PWM_BST的下一上升边缘。
图9的时序图900说明指示Toff_bk小于或等于Toff_min的控制信号的产生。如上文所论述，定时检测电路302接收PWM_BK、PWM_BST、CLK_TMIN及CLK_HYS。基于CLK_TMIN的上升边缘处的PWM_BK的值，定时检测电路302产生输出信号Toff_bk<＝Toff_min。举例来说，在PWM_BK在CLK_TMIN的上升边缘处被断言(例如，在至少一个实例中，具有逻辑高值)时，定时检测电路302断言Toff_bk<＝Toff_min。在至少一些实例中，Toff_bk<＝Toff_min保持被断言，直到PWM_BK的下一上升边缘。
图10的时序图1000说明指示Ton_bst小于或等于Ton_min的控制信号的产生。如上文所论述，定时检测电路302接收PWM_BK、PWM_BST、CLK_TMIN及CLK_HYS。基于CLK_TMIN的上升边缘处的PWM_BST的值，定时检测电路302产生输出信号Ton_bst<＝Ton_min。举例来说，在PWM_BST在CLK_TMIN的上升边缘处被撤销断言(例如，在至少一个实例中，具有逻辑低值)时，定时检测电路302断言Ton_bst<＝Ton_min。在至少一些实例中，Ton_bst<＝Ton_min保持被断言，直到PWM_BST的下一上升边缘。
现转向图11，展示说明性时序图1100。在至少一些实例中，时序图1100说明上文所论述的图1的SMPS 100的至少一些信号。因此，描述图11时可参考上文关于图1所介绍及/或描述的至少一些组件及/或信号。时序图1100说明如由振荡器116产生及输出的CLK_HYS。如上文所论述，定时产生器114通过延迟或以其它方式操纵CLK_HYS来产生CLK及CLK_TMIN。举例来说，如由时序图1100所示，定时产生器114操控CLK_HYS以产生上升边缘从CLK_HYS的上升边缘延迟thys的CLK。如进一步由时序图1100所示，定时产生器114操控CLK_HYS以产生上升边缘从CLK_HYS的上升边缘延迟thys减tmin的CLK_TMIN。以此方式，CLK_TMIN的上升边缘先于CLK的上升边缘达tmin。
在前文论述中，术语“包含”和“包括”以开放方式使用，且因此应解释为意指“包含但不限于”。贯穿本说明书使用术语“耦合”。所述术语可涵盖使得函数关系能够与本公开的描述一致的连接、通信或信号路径。举例来说，如果装置A向控制装置B产生信号以执行动作，那么在第一实例中装置A耦合到装置B，或在第二实例中在介入组件C大体上并不更改装置A与装置B之间的函数关系使得装置B经由装置A产生的控制信号而受装置A控制的情况下，装置A经由介入组件C耦合到装置B。“经配置以”执行任务或功能的装置可以在制造商制造时经配置以(例如，经编程及/或硬接线)执行所述功能，及/或在制造之后可以由用户配置(或可重新配置)来执行所述功能及/或其它额外或替代的功能。配置可以是通过装置的固件及/或软件编程、通过装置的硬件组件和互连的构造及/或布局，或其组合来实施。此外，据称包含某些组件的电路或装置可替代地被配置成耦合到那些组件以形成所描述的电路系统或装置。举例来说，被描述为包含一或多个半导体元件(例如晶体管)、一或多个无源元件(例如电阻器、电容器及/或电感器)及/或一或多个源(例如电压及/或电流源)的结构可替代地仅包含单个物理装置内的半导体元件(例如，半导体裸片及/或集成电路(IC)封装)且可被配置成耦合到无源元件及/或源中的至少一些以在制造时或在制造之后例如由终端用户及/或第三方形成所描述结构。
虽然某些组件在本文中描述为属于特定处理技术(例如，FET、MOSFET、n型、p型等等)，但这些组件可与其它处理技术的组件交换(例如，用BJT替代FET及/或MOSFET、用p型替代n型或反之亦然等等)且重新配置包含替代组件的电路以提供至少部分地类似于在组件替换之前可用的功能性的期望功能性。除非另外陈述，否则说明为电阻器的组件大体上表示串联及/或并联耦合以提供由所说明电阻器表示的阻抗的量的任何一或多个元件。此外，词组“接地电压电位”在前述论述中的使用意图包含底座接地、地线接地、浮动接地、虚拟接地、数字接地、通用接地，及/或适用于或适于本公开的教示的任何其它接地连接形式。除非另外陈述，否则值前面的“约”、“大致”或“大体上”意指陈述的值的+/-10％。
以上论述意在说明本公开的原理和各种实例。一旦完全了解上文公开内容，许多变化和修改对于所属领域的技术人员将变得显而易见。希望将本公开解译为包涵所有此类变化和修改。

Claims (21)

1.一种电路，其包括：
定时电路，其经配置以确定功率转换器的占空比与阈值之间的关系；以及
状态机电路，其耦合到所述定时电路，且包括多个状态，包含降压状态、升压状态及降压-升压状态，其中所述状态机电路经配置以：
至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而根据时域控制及电压域控制在所述多个状态之间转变；
在所述时域控制指示从所述降压-升压状态退出时根据所述时域控制在所述多个状态之间转变；以及
在所述电压域控制指示从降压-升压状态的所述退出时根据所述电压域控制在所述多个状态之间转变。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述降压状态经配置以：
产生用于控制处于降压操作模式的所述功率转换器的控制信号；
在输入电压VIN与输出电压VOUT的比率小于可由处于升压操作模式的所述功率转换器调节的最大VIN与VOUT比率时转变到所述多个状态中的升压状态；以及
在所述降压操作模式的断开时间小于或等于所述功率转换器在以所述降压操作模式操作时的最小断开时间且所述VIN与VOUT比率大于或等于可由处于所述升压操作模式的所述功率转换器调节的所述最大VIN与VOUT比率时，转变到所述多个状态中的降压-升压状态。
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述升压状态经配置以：
产生用于控制处于升压操作模式的所述功率转换器的控制信号；
在输入电压VIN与输出电压VOUT的比率大于可由处于降压操作模式的所述功率转换器调节的最小VIN与VOUT比率时，转变到所述多个状态中的降压状态；以及
在所述升压操作模式的接通时间小于或等于所述功率转换器在以所述升压操作模式操作时的最小接通时间且所述VIN与VOUT比率小于或等于可由处于所述降压操作模式的所述功率转换器调节的所述最小VIN与VOUT比率时，转变到所述多个状态中的降压-升压状态。
4.根据权利要求1所述的电路，其中所述降压-升压状态经配置以：
产生用于控制处于降压-升压操作模式的所述功率转换器的控制信号；以及
在以下情况下转变到所述多个状态中的降压状态：
所述降压-升压操作模式的降压循环的断开时间大于或等于滞后断开时间，且所述降压-升压操作模式的升压循环的接通时间小于或等于所述功率转换器在以升压操作模式操作时的最小接通时间；或
输入电压VIN与输出电压VOUT比率大于可由处于降压操作模式的所述功率转换器调节的最小VIN与VOUT比率。
5.根据权利要求1所述的电路，其中所述降压-升压状态经配置以：
产生用于控制处于降压-升压操作模式的所述功率转换器的控制信号；以及
在以下情况下转变到所述多个状态中的升压状态：
所述降压-升压操作模式的升压循环的接通时间大于或等于滞后接通时间，且所述降压-升压操作模式的降压循环的断开时间小于或等于所述功率转换器在以所述降压操作模式操作时的最小断开时间；或
输入电压VIN与输出电压VOUT比率小于可由处于升压操作模式的所述功率转换器调节的最大VIN与VOUT比率。
6.根据权利要求1所述的电路，其中所述时域控制经配置以在所述功率转换器以小于约500千赫兹的频率操作时控制所述状态机的操作。
7.根据权利要求1所述的电路，其中所述电压域控制经配置以在所述功率转换器以大于约1.8兆赫兹的频率操作时控制所述状态机的操作。
8.根据权利要求1所述的电路，其中所述定时电路进一步经配置以：
接收界定第一阈值的第一时钟信号；
接收界定第二阈值的第二时钟信号；
接收指示所述功率转换器的所述占空比的信号；
确定指示所述功率转换器的所述占空比的所述信号与所述第一阈值及所述第二阈值的关系；
输出指示指示所述功率转换器的所述占空比的所述信号与所述第一阈值的所述关系的第一信号；以及
输出指示指示所述功率转换器的所述占空比的所述信号与所述第二阈值的所述关系的第二信号。
9.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括第一比较器，所述第一比较器包括：
第一输入端子，其经配置以接收表示所述功率转换器的输出电压VOUT乘以可由处于升压操作模式的所述功率转换器调节的最大输入电压VIN与VOUT比率的信号；
第二输入端子，其经配置以接收VIN；以及
输出端子，其耦合到所述状态机电路的输入端子且经配置以输出指示所述功率转换器的VIN与VOUT比率是否小于可由处于所述升压操作模式的所述功率转换器调节的所述最大VIN与VOUT比率的信号。
10.根据权利要求1所述的电路，其进一步包括第二比较器，所述第二比较器包括：
第一输入端子，其经配置以接收表示所述功率转换器的输入电压VIN除以可由处于降压操作模式的所述功率转换器调节的最小VIN与输出电压VOUT比率的信号；
第二输入端子，其经配置以接收VOUT；以及
输出端子，其耦合到所述状态机电路的输入端子且经配置以输出指示所述功率转换器的VIN与VOUT比率是否大于可由处于升压操作模式的所述功率转换器调节的所述最小VIN与VOUT比率的信号。
11.一种电路，其包括：
定时电路，其经配置以确定功率转换器的占空比与阈值之间的关系；以及
状态机电路，其耦合到所述定时电路，且包括多个状态，包含降压-升压状态及至少另一状态，其中所述状态机电路经配置以：
在时域控制及电压域控制两者皆指示进入到所述降压-升压状态时至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而从所述另一状态转变到所述降压-升压状态；以及
在所述时域控制或所述电压域控制指示从所述降压-升压状态退出时至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而从所述降压-升压状态转变到所述另一状态。
12.根据权利要求11所述的电路，其中所述另一状态为降压状态，且其中所述状态机电路经配置以在以所述降压-升压状态操作时在以下情况下从所述降压-升压状态转变到所述降压状态：
所述功率转换器的降压循环的断开时间大于或等于滞后断开时间，且所述功率转换器的升压循环的接通时间小于或等于所述功率转换器的升压循环的最小接通时间；或
输入电压VIN与输出电压VOUT比率大于可由处于降压操作模式的所述功率转换器调节的最小VIN与VOUT比率。
13.根据权利要求11所述的电路，其中所述另一状态为升压状态，且其中所述状态机电路经配置以在以所述降压-升压状态操作时在以下情况下从所述降压-升压状态转变到所述升压状态：
所述功率转换器的升压循环的接通时间大于或等于滞后接通时间，且所述功率转换器的降压循环的断开时间小于或等于所述功率转换器的降压循环的最小断开时间；或
输入电压VIN与输出电压VOUT比率小于可由处于升压操作模式的所述功率转换器调节的最大VIN与VOUT比率。
14.根据权利要求11所述的电路，其中在所述功率转换器的切换频率小于约500千赫兹时，所述时域控制主导所述状态机及所述功率转换器的控制，且其中在所述功率转换器的所述切换频率大于约1.8兆赫兹时，所述电压域控制主导所述状态机及所述功率转换器的控制。
15.根据权利要求11所述的电路，其中当与仅由所述时域控制或所述电压域控制控制的另一状态机相比时，所述状态机在由所述时域控制及所述电压域控制两者控制时保持于所述降压-升压状态中的时间量减小。
16.一种系统，其包括：
负载；
功率转换器，其耦合到所述负载且经配置以向所述负载提供通过所述功率转换器从输入电压VIN切换的输出电压VOUT；
控制器，其耦合到所述功率转换器且经配置以通过以下操作来控制所述功率转换器将VIN切换到VOUT：
产生多个时钟信号；
确定所述功率转换器的占空比与根据所述多个时钟信号中的至少一些确定的阈值之间的关系；以及
在时域控制及电压域控制两者皆指定所述功率转换器以降压-升压操作模式操作时至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而控制所述功率转换器以所述降压-升压操作模式操作。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包括定时电路，所述定时电路经配置以：
接收界定第一阈值的第一时钟信号；
接收界定第二阈值的第二时钟信号；
接收指示所述功率转换器的所述占空比的信号；
确定指示所述功率转换器的所述占空比的所述信号与所述第一阈值及所述第二阈值的关系；
输出指示指示所述功率转换器的所述占空比的所述信号与所述第一阈值的所述关系的第一信号；以及
输出指示指示所述功率转换器的所述占空比的所述信号与所述第二阈值的所述关系的第二信号。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包括状态机电路，所述状态机电路经配置以：
在时域控制及电压域控制两者皆指示进入到降压-升压状态时至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而转变到所述降压-升压状态；以及
在所述时域控制或所述电压域控制指示从所述降压-升压状态退出时至少部分地基于所述功率转换器的所述占空比与所述阈值之间的所述所确定关系而从所述降压-升压状态转变。
19.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包括状态机电路，所述状态机电路经配置以：
在所述功率转换器的降压操作模式的断开时间小于或等于所述功率转换器在以所述降压操作模式操作时的最小断开时间时且输入电压VIN与输出电压VOUT比率大于或等于可由处于升压操作模式的所述功率转换器调节的所述最大VIN与VOUT比率时转变到降压-升压状态；或
在所述升压操作模式的接通时间小于或等于所述功率转换器在以所述升压操作模式操作时的最小接通时间且所述VIN与VOUT比率小于或等于可由处于所述降压操作模式的所述功率转换器调节的所述最小VIN与VOUT比率时，转变到所述降压-升压状态。
20.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器包括状态机电路，所述状态机电路经配置以：
在以下情况下转变到降压状态：
所述降压-升压操作模式的降压循环的断开时间大于或等于滞后断开时间，且所述降压-升压操作模式的升压循环的接通时间小于或等于所述功率转换器在以升压操作模式操作时的最小接通时间；或
输入电压VIN与输出电压VOUT比率大于可由处于降压操作模式的所述功率转换器调节的最小VIN与VOUT比率；或
在以下情况下转变到升压状态：
所述降压-升压操作模式的升压循环的接通时间大于或等于滞后接通时间，且所述降压-升压操作模式的降压循环的断开时间小于或等于所述功率转换器在以所述降压操作模式操作时的最小断开时间；或
所述VIN与VOUT比率小于可由处于升压操作模式的所述功率转换器调节的最大VIN与VOUT比率。
21.根据权利要求16所述的系统，其中在所述功率转换器的切换频率小于约500千赫兹时，所述时域控制主导由所述控制器及所述功率转换器实施的状态机的控制，且其中在所述功率转换器的所述切换频率大于约1.8兆赫兹时，所述电压域控制主导所述状态机及所述功率转换器的控制。
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