CN112470384A - 具有电流感测及控制的dc-dc转换器 - Google Patents

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Abstract

一种电压调节器利用非侵入性感测电容器来差分地感测指示所述电压调节器的输出电容器的电流的电流。一些实施例利用电流镜及反相器来确定指示所述输出电容器的电流的所述电流是高于还是低于特定量值。一些实施例利用指示输出电容器电流的信息来确定切换电压调节器的工作循环，且一些实施例利用所述信息来激活瞬态控制电路。

Description

具有电流感测及控制的DC-DC转换器
背景技术
本发明一般来说涉及经调节DC-DC电压转换器，且更特定来说涉及针对DC-DC电压转换器的电容器电流控制。
经调节DC-DC电压转换器一般对操作电路(举例来说，用于各种各样的应用中的半导体装置中的集成电路)提供经调节电力。集成电路一般需要在操作期间提供特定参数内的电力。此电力的提供可面临许多复杂性。举例来说，包含集成电路的半导体芯片可具有在相同或不同时间需要电力的不同部分，不同部分可需要不同参数内的电力，且一些部分可在不同时间利用不同量的电力。复杂的是，一些装置可由具有相对较小容量的电池供电，而装置本身至少在各种时间可需要大量电力。
向集成电路提供大量电力可能对装置造成损坏。出于此原因及其它原因，经调节电压转换器可尝试确定由电压转换器的输出电容器提供或提供到所述输出电容器的电流。
另外，在许多情形中，操作电路的电力需求可极大地变化，且在短时间帧内极大地变化。面对所要输出电力的突然改变，恰当地控制转换器操作可难以实现。
发明内容
一些实施例的方面可提供使用至少一个差分电流比较器块来感测电压调节器的输出电容器的电流的指示。在一些实施例中，差分电流比较器块包括耦合到输出电容器的输出节点的至少一个感测电容器、耦合到感测电容器的至少一个电流镜、耦合到输出电容器的接地节点的至少一个接地感测电容器、耦合到接地感测电容器的至少一个其它电流镜，以及用于确定感测电容器的电流与接地感测电容器的电流之间的差的指示的至少一个电流比较器。在一些实施例中，至少一个电流比较器包括反相器。一些实施例的方面可提供对多个差分电流比较器块的使用，所述多个差分电流比较器块中的每一者共享对耦合到输出电容器的至少一个其它电流镜的使用。一些此类实施例的方面提供针对所述多个差分比较器块中的至少一些差分比较器块的不同偏移。
一些实施例的方面可提供使用多个差分电流比较器块来感测切换DC-DC电压调节器的输出电容器的电流的指示，所述多个差分电流比较器块中的至少一些差分电流比较器块经配置以便利用不同偏移，借此可确定输出电容器的不同电流电平。一些实施例的方面经配置以利用输出电容器的不同电流电平的指示来调整电压调节器的工作循环。一些实施例的方面经配置以基于不同电流电平中的至少一些电流电平的指示而激活瞬态控制电路。在一些实施例中，有源瞬态控制电路包含多个支路，每一支路经配置以向将输出电容器与负载耦合的输出线路提供电流及/或从将输出电容器与负载耦合的输出线路拉取电流，且一些实施例的方面确定支路以基于不同电流电平中的至少一些电流电平的指示而激活。
一些实施例的方面可提供一种确定电压调节器的输出电容器的电流的方法，其包括：将跨越耦合到所述电压调节器的输出电容器的输出节点的第一感测电容器的第一电压转换为第一电流；将跨越耦合到所述电压调节器的所述输出电容器的接地节点的接地感测电容器的电压转换为接地电流；及将所述第一电流减去所述电流与第一特定电流进行比较。
一些实施例的方面可提供一种用于确定电压调节器的输出电容器的电流的电路，其包括：至少一个感测电容器，其耦合到所述电压调节器的输出电容器的输出节点；至少一个电流镜，其耦合到所述感测电容器；至少一个接地感测电容器，其耦合到所述输出电容器的接地节点；至少一个其它电流镜，其耦合到所述接地感测电容器；及至少一个电流比较器，其用于相对于至少一个偏移电流确定所述感测电容器的电流与所述接地感测电容器的电流之间的差的指示。
一些实施例的方面可提供一种使用输出电容器电流信息来控制电压调节器的方法，其包括：将输出电容器电流与多个预定电流电平进行比较，所述预定电流电平界定电流电平的多个不同区域；当输出电容器电流处于第一区域中时，基于至少一个输出电压反馈信号且不考虑所述输出电容器电流而操作所述电压调节器的开关，所述第一区域包含等于零的输出电容器电流；当所述输出电容器电流处于第二区域或第三区域中时，将所述开关的操作的工作循环调整第一程度，所述第二区域及所述第三区域各自在相对侧上对所述第一区域进行限界；及当所述输出电容器电流处于第四区域或第五区域中时，将所述开关的操作的工作循环调整第二程度，所述第二程度具有大于所述第一程度的量值，所述第四区域对所述第二区域进行限界且所述第五区域对所述第三区域进行限界。
一些实施例的方面可提供一种控制电压调节器的瞬态响应电路的操作的方法，其包括：确定输出电容器电流的绝对量值超过预定极限；及响应于确定输出电容器电流的绝对量值超过预定极限，激活瞬态控制电路，所述瞬态控制电路经配置以向将所述输出电容器耦合到负载的线路提供电流或从将所述输出电容器耦合到所述负载的所述线路汲取电流。
在审阅本发明后会更全面地领会本发明的这些及其它方面。
附图说明
图1是切换电压调节器及负载的半框图半示意图。
图2是包含根据本发明的方面的具有差分电容器电流感测块的切换电压调节器的半框图半示意图。
图3提供针对电压调节器的随时间的电感器电流及随时间的输出电容器电流的图，其展示针对不同输出电容器电流电平的调节带。
图4是包含根据本发明的方面的具有差分电容器电流感测的切换电压调节器的半框图半示意图。
图5提供展示根据本发明的方面的电压调节器的经模拟稳态涟波的图。
图6提供展示根据本发明的方面的电压调节器的经模拟瞬态阶跃响应延迟的图。
图7提供展示根据本发明的方面的在不同工艺拐角处的电压调节器的经模拟操作的图。
图8是包含根据本发明的方面的切换电压调节器的半框图半示意图，所述切换电压调节器利用差分电容器电流感测来激活瞬态响应电路。
图9提供展示根据本发明的方面针对电压调节器的对负载阶跃的经模拟瞬态响应的图。
具体实施方式
图1是切换电压调节器111及负载113的半框图半示意图。如图1中所展示，一对开关：高侧开关115与低侧开关117串联耦合于输入电压与较低电压之间。在许多实施例中，输入电压为供应电压(举例来说，由电池提供)，且在一些实施例中，较低电压为接地或某一其它较低电压电平(举例来说，VSS)，其中(举例来说)输入电压为被视为VDD的较高电压电平。电感器119的第一端耦合到高侧开关与低侧开关之间的节点。电感器的第二端耦合到与负载并联的输出电容器121。另外，一些实施例可包含旁路开关(未展示)，所述旁路开关将电感器的第一端与第二端耦合。
控制器123控制高侧开关及低侧开关(以及旁路开关，如果存在)的操作。控制器基于(举例来说)指示提供到负载的电力的电压电平的电压反馈信号而控制开关。在各种实施例中，控制器使用脉冲宽度调制(PWM)及/或脉冲频率调制(PFM)来操作开关。一般来说，针对切换电压调节器，高侧开关闭合且低侧开关断开、低侧开关闭合且高侧开关断开，或者高侧开关及低侧开关两者均断开，以便维持去往负载的经调节电压。
针对图1，将电压反馈信号指示为电压反馈信号线路131上的Vfb信号。电压信号线路还展示为具有寄生电感133及寄生电容135。还针对图1，展示针对输出电容器的等效串联电感及等效串联电阻。等效串联电阻可用于确定输出电容器电流。然而，如此做存在困难；等效串联电阻可并非充分大的以形成有用信号(举例来说，考虑到噪声问题)，或如果等效串联电阻为充分大的，那么可将提供到负载的电力减少到不可接受或不合意的程度。
图2是包含根据本发明的方面的具有差分电容器电流感测块251的切换电压调节器211的半框图半示意图。如同图1的电压调节器，图2的电压调节器具有串联耦合于输入电压与较低电压之间的高侧开关215及低侧开关217。电感器219的第一端耦合到高侧开关与低侧开关之间的节点。电感器的第二端耦合到与负载213并联的输出电容器221。控制器123控制高侧开关及低侧开关的操作，以便将经调节电压提供到负载。如此做，控制器利用PTOL信号及NTOL信号，所述PTOL信号指示去往负载的电压高于所要电压电平加上容差量，且所述NTOL信号指示去往负载的电压低于所要电压减去容差量。
在控制高侧开关及低侧开关时，控制器还利用指示输出电容器电流的一或多个信号。所述指示输出电容器电流的信号可由一或多个差分电容器电流感测块251提供。
针对具有单个差分电容器电流感测块的实施例，可使用一对感测电容器，其中第一感测电容器与输出电容器及负载并联耦合，且接地感测电容器与输出电容器及接地(或Vss)并联耦合。在一些实施例中，第一感测电容器可被视为耦合到输出电容器的输出节点，即，输出电容器与负载之间的节点。在一些实施例中，接地感测电容器可被视为耦合到输出电容器的接地节点，即，输出电容器与接地(或Vss)之间的节点。第一感测电容器可被视为是输出电容器电流感测电路的一部分。接地感测电容器可被视为是接地感测电路的一部分。使用电压/电流转换电路将第一感测电容器及接地感测电容器中的每一者的电压转换为电流。在一些实施例中，使用电流比较电路将来自第一感测电容器的电流减去来自接地感测电容器的电流与第一特定电流有效地进行比较。在一些实施例中，使用双极结晶体管电流镜来将电压转换为电流。在一些实施例中，次级电流镜耦合到用于将电压转换为电流的BJT电流镜，且在一些实施例中，使用反相器来有效地执行所述比较。偏移电流源还可耦合到反相器，以便提供与特定电流电平的比较。
具有多个差分电容器电流感测块的实施例可简单地重复具有单个差分电容器电流感测块的实施例的电路，其中(举例来说)使用不同偏移来允许有效地执行与不同电流电平的比较。然而，在一些实施例中，可提供用于确定与接地感测电容器相关联的电流的电路(即，接地感测电路)的仅一个实例并通常将其用于所有差分电容器电流感测块。替代地且如图2中所图解说明，可使用单个差分电容器电流感测块，其中所述块包含电流比较电路的多个例示。
在图2的实例性实施例中，明确地展示用于预先形成针对单个特定电流电平的比较的电路。图2还指示输出电容器电流感测电路(或在一些实施例中，仅电流比较电路)将被例示6次(具有不同偏移)以提供与多个电流电平的比较。
在图2的实例中所图解说明的输出电容器电流感测电路包含第一电压/电流转换电路253a及第一电流比较电路255a。对于具有(举例来说)针对六个电流电平的比较的一些实施例，可存在电流比较电路的六个例示，具有(举例来说)第二电流比较电路255b(图2中未展示)，以此类推直到第六电流比较电路。然而，其它实施例可替代地包含输出电容器电流感测电路的六个例示，具有第二电压/电流转换电路253b(图2中未展示)及第二电流比较电路255b(图2中未展示)，以此类推直到图2的实施例的第六电压/电流转换电路及第六电流比较电路，且直到其它实施例中的第n此电路，n为整数。
电压/电流转换电路包含感测电容器261a，所述感测电容器耦合到输出电容器(及并联电感器219)与负载之间的节点。电阻器与感测电容器串联。优选地，感测电容器的电容与电阻器的电阻具有乘积RC，所述乘积等于输出电容器的电容与输出电容器的等效串联电阻的电阻的乘积。在一些实施例中，电阻器具有是输出电容器的等效串联电阻的电阻的N倍的电阻，且感测电容器具有是输出电容器的电容的1/N倍的电容。
感测电容器及电阻器提供到电流镜263a中的输入支路。优选地，电流镜263a使用双极结晶体管(BJT)来形成，所述BJT可充当箝位器且阻止AC接地到感测电容器。还可使用偏置电流源265a来向电流镜263a提供偏置电流。
电流镜263a的镜像支路耦合到电流镜267a且提供到所述电流镜的输入支路。在一些实施例中，电流镜267a可为威尔逊(Wilson)电流镜。电流镜267a的镜像支路可连同第一漏型晶体管269a、第一偏移电流源275a及第一电流比较器273a一起被视为是第一电流比较电路的一部分。镜像支路通过第一漏型晶体管269a而耦合到接地(或Vss)。流动穿过漏型晶体管的电流的量值基于由接地感测电路257确定的电压，举例来说如下文所论述。第一电流比较器273a在电流镜267a与第一漏型晶体管269a之间的节点处耦合到镜像支路。在一些实施例中，电流比较器是反相器的一种形式。第一偏移电流源还耦合到电流镜267a与第一漏型晶体管之间的节点。如图2中所图解说明，将第一偏移电流源展示为向所述节点提供电流，在各种实施例中，针对电流比较电路的例示中的至少一些例示，偏移电流源可替代地吸收由所述节点接收到的电流。
与输出电容器电流感测电路一样，接地感测电路257还包含串联的感测电容器261m与电阻器。感测电容器261m耦合到输出电容器与接地(或Vss)之间的节点。与第一电压/电流转换电路一样，优选地，感测电容器的电容与电阻器的电阻具有乘积RC，所述乘积等于输出电容器的电容与输出电容器的等效串联电阻的电阻的乘积。在一些实施例中，电阻器具有是输出电容器的等效串联电阻的电阻的N倍的电阻，且感测电容器具有是输出电容器的电容的1/N倍的电容。在许多实施例中，接地感测电路的乘积RC与电压/电流转换电路的乘积RC相同。
还与输出电容器电流感测电路一样，接地感测电路的感测电容器及电阻器提供到电流镜263m中的输入支路。优选地，电流镜263m使用双极结晶体管(BJT)来形成，所述BJT可充当箝位器且阻止AC接地到感测电容器。还可使用偏置电流源265m来向电流镜263m提供偏置电流。
电流镜263m的镜像支路提供到电流镜267m的输入支路。电流镜267的镜像支路又提供耦合到晶体管271的漏极及栅极的信号线路，所述晶体管使其源极耦合到接地(或Vss)。另外，信号线路耦合到漏型晶体管269a(及针对输出电容器电流感测电路的其它例示的类似晶体管)的栅极，如上文所论述。
图3提供针对电压调节器的随时间的电感器电流及随时间的输出电容器电流的图，其展示针对不同输出电容器电流电平的调节带。举例来说，电压调节器可为图2的电压调节器。第一图311展示随时间的电感器电流的实例。第二图313展示在同一时间周期内的输出电容器电流的实例。
第二图还展示六个电流比较电平。举例来说，六个电流比较电平可为由图2的实施例的输出电容器电流感测电路的六个例示提供的电流比较电平。六个电平界定电流电平的七个区域。在一些实施例中，且如图3中所图解说明，七个区域可包含：中心区域，其指示输出电容器电流为零或接近零；针对输出电容器电流的三个区域，其指示与输出电容器电流的零电流的渐增正偏差；及三个区域，其指示与输出电容器电流的零电流的渐增负偏差。
关于这些区域的输出电容器电流的监视可用于电压调节器的操作中。举例来说，在一些实施例中，一般可期望使输出电容器电流为零或接近于零。在此类实施例中，且如图3中所图解说明，如果输出电容器电流在中心区域之内，那么不可采取任何动作来调整电压调节器的控制。如果输出电容器电流在下一较高区域或下一较低区域(其可被视为精细控制区域)中，那么可略微调整电压调节器的开关的操作，(举例来说)以分别略微增加或减小开关的工作循环。如果输出电容器电流在更高或更低区域(输出电容器电流展现与零电流的更大偏差且可被视为粗略控制区域的区域)，那么可在更大程度上调整电压调节器的开关的操作，(举例来说)以在更大程度上增加或减小开关的工作循环。如果输出电容器电流仍在更高或更低区域(其可被视为滞后控制带(其中输出电容器电流的绝对量值超过预定极限))中，那么可采取其它动作。举例来说，在一些实施例中，可采用滞后控制带中的电容器输出电流来指示负载要求中的瞬态阶跃已发生，且电压调节器应激活瞬态控制电路以针对过大的正输出电容器电流而向负载提供额外电流，或针对过大的负输出电容器电流而从负载吸收电流。
图4是包含根据本发明的方面的具有差分电容器电流感测的切换电压调节器的半框图半示意图。图4的电压调节器包含电力传送电路411，其中高侧开关415及低侧开关417串联耦合于输入电压与较低电压之间。电感器419的第一端耦合到高侧开关与低侧开关之间的节点。电感器的第二端耦合到与负载413并联的输出电容器421。
图4的电压调节器包含用于控制高侧及低侧开关的操作的控制电路425。控制电路基于输出电压反馈信号及输出电容器电流反馈信号两者而控制高侧及低侧开关。
针对电压反馈信号，参考产生器437产生参考电压加上容差电压信号以及参考电压减去容差电压信号。参考电压可为(举例来说)由动态电压及频率缩放(DVFS)电路(未展示)确定的针对负载的所要操作电压，其中容差电压允许与参考电压的略微偏差。高比较器439确定供应到负载的电压是否大于参考电压加上容差电压，且如果这样，那么将PTOL信号设定为高。低比较器441确定供应到负载的电压是否小于参考电压减去容差电压，且如果这样，那么将NTOL信号设定为高。PTOL信号及NTOL信号用于分别将用于控制高侧及低侧开关的操作中的控制电路的计数器递增及递减。
图4的电压调节器还使用电流反馈块443来确定输出电容器电流的指示，且还使用所述确定来控制高侧及低侧开关的操作。在一些实施例中，电压调节器使用如关于图2不同地论述的输出电容器电流感测电路。在图4中，电流反馈块在第一信号线路上从输出电容器与负载之间的节点接收第一信号，且在第二信号线路上从输出电容器与接地(或Vss)之间的节点接收第二信号。在一些实施例中，第一信号线路及第二信号线路可被视为差分信号线路。在图4中，感测电容器将第一信号及第二信号提供到电流反馈块的差分电容器电流感测块445。针对图4的一些实施例，差分电容器电流感测块包含感测电容器及电阻器、接地感测电容器及电阻器、电流镜、电流源以及漏型晶体管，如关于图2所论述。在一些实施例中，感测电容器及电阻器(以及接地感测电容器及电阻器)具有电阻及电容，所述电阻与所述电容的乘积RC和输出电容器的等效串联电阻与电容的乘积相同。在一些实施例中，差分电容器电流感测块包含共同电压/电流块，具有电流比较块447的多个例示。举例来说，电流比较块提供对于输出电容器电流是高于还是低于各种电平的指示，举例来说如关于图3所论述。在一些实施例中，指示精细或粗略调整的信号还用于对控制电路的计数器进行递增或递减。
控制电路425可以多种方式实施，所述多种方式中的特定实例提供于图4中。在一些实施例中，当电压反馈信号指示欠电压情形时，控制电路增加高侧/低侧开关操作的工作循环，当电压反馈信号指示过电压情形时，控制电路减小所述工作循环，且所述控制电路基于输出电容器电流的指示而以其它方式增加或减小工作循环以使输出电容器电流最小化。在一些实施例中，控制电路还可在轻负载条件中进入PFM模式，或者针对瞬态电压下降或过冲条件调整开关操作。图4的实例性控制电路包含加法器块427，所述加法器块接收PTOL、NTOL及精细/粗略调整信号。加法器块将递增/递减信号提供到积分器块429。积分器可为计数器、某一其它积分器或者PID块或某一其它控制块。在一些实施例中，递增/递减信号及其量值取决于调节器的输出电压是过高还是过低，以及鉴于输出电容器电流，输出电容器电流是否指示所述精细或粗略调整及其方向为适当的。在一些实施例中，如果PTOL或NTOL信号为高的，那么忽略输出电容器电流指示信号，其中加法器在那些信号为高时分别提供递增或递减信号。在此类实施例中，如果PTOL及NTOL信号为低的，那么可分别基于粗略调整信号及精细调整信号而使计数器递增到更大程度或递减到更小程度，举例来说如关于图3所论述。
积分器块将指示所得积分的N位信号提供到数/模转换器(DAC)431，所述所得积分可为计数。在一些实施例中，且如图4中所图解说明，计数器块还使N位信号基于脉冲频率调制块449是否指示应执行脉冲频率调制，在此情形中，可(举例来说)基于PTOL信号而执行脉冲跳过。DAC将电压信号提供到电压/工作循环转换器块433，所述电压/工作循环转换器块将PWM信号提供到状态机及高侧/低侧开关驱动器块435。状态机及高侧/低侧开关驱动器块还从电流反馈块接收关于是否期望进行对调节器的滞后控制的指示。当期望进行对调节器的滞后控制时，在一些实施例中，状态机及高侧/低侧开关驱动器块可使对高侧及低侧开关的控制基于滞后信号，而非由电压/工作循环转换器块提供的信号。
图5提供展示根据本发明的方面的电压调节器的经模拟稳态涟波的图。所述图指示针对稳态负载要求，输出电容器电流可平均到零，其中电压调节器的工作循环接近最优值以获得最小输出电压涟波。
图6提供展示根据本发明的方面的电压调节器的经模拟瞬态阶跃响应延迟的图。针对图6的图，负载阶跃发生，其导致输出电容器电流进入滞后控制区域中。在滞后控制区域中，接通高侧开关或低侧开关，其中鉴于图6的正负载阶跃，接通高侧开关。然而，输出电容器电流迅速返回到较接近于零，进入精细控制区域中。
图7提供展示根据本发明的方面的在不同工艺拐角处的电压调节器的经模拟操作的图。如图中所指示，电压调节器的最优工作循环随温度及工艺而变化。然而，在相同条件下的感测电容器及无源电阻器变化一般比有源装置的变化小，从而允许减小的操作可变性。
图8是包含根据本发明的方面的切换电压调节器的半框图半示意图，所述切换电压调节器利用差分电容器电流感测来激活瞬态响应电路。图8的配置为降压类型调节器的电压调节器包含串联耦合于输入电压与较低电压之间的高侧开关815及低侧开关417。电感器819的第一端耦合到高侧开关与低侧开关之间的节点。电感器的第二端耦合到与负载813并联的输出电容器821。高侧及低侧开关由驱动器827驱动，如由控制及PWM产生器块825所控制。控制及PWM产生器块基于输出电压反馈信号及输出电容器电流信号而确定开关操作，举例来说如本文中所论述。
指示输出电容器电流的信号还可用于提供瞬态控制功能。在图8中，瞬态控制电路829包含多个支路，每一支路包含电流提供电路835及电流汲取电路837。支路的数目可从实施例到实施例变化，其中图8指示提供N个支路。电流提供电路展示为能够在上拉开关831闭合时向将输出电容器与负载耦合的线路提供电流。电流汲取电路展示为能够在下拉开关833闭合时从将输出电容器与负载耦合的线路汲取电流。
可基于输出电容器电流电平而断开或闭合上拉开关及下拉开关。在图8中，差分电容器电流感测块851基于由位于输出电容器的相对侧上的第一信号通路及第二信号通路提供的差分信号而确定来自输出电容器的电流的指示。通过(举例来说)N个上拉电流比较器853及N个下拉电流比较器855将来自输出电容器的电流的指示与多个电流电平进行比较。取决于使用，比较的结果还可被视为电容器电流的指示。在一些实施例中，差分电容器电流感测块可为如关于图2或4所论述，且在一些实施例中，差分电容器电流感测块可包含比较器。然而，为易于论述，在图8中，比较器展示为与差分电容器电流感测块分开，且差分电容器电流感测块本身在图的一侧单独地展示(未展示也耦合到控制及PWM产生器的比较器的输出，如在一些实施例中的情形)，以允许更容易地理解其与瞬态控制电路的一起使用。在一些实施例中，N个上拉电流比较器中的每一者可用于激活N个上拉开关中的对应一者，且N个下拉电流比较器中的每一者可用于激活N个下拉开关中的对应一者。
在一些实施例中，用于确定输出电容器电流电平的偏移(举例来说，如关于图2所论述)可在操作期间动态地改变。举例来说，且考虑图3中所展示的电平，在一些实施例中，每当输出电容器电流进入滞后区域时(或在一些实施例中，其中输出电容器电流处于滞后区域中的每一预定义时间周期)，偏移的量值可增加。在此类实施例中，举例来说，在最初进入到滞后区域中后，可即刻激活瞬态控制电路的第一支路，其中如果在偏移的量值增加之后输出电容器电流仍保持在滞后区域中，那么激活额外支路。此外，在一些实施例中，当输出电容器电流离开当时设定的滞后区域时，偏移的量值可减小。
在一些实施例中，瞬态控制电路的支路经配置以能够将预期最大负载电流供应到负载Imax，(举例来说)使得在极大负载阶跃的情况下，输出电容器电流可为零或接近于零。在此实施例中，总共N个支路中的每一个别支路可能够提供电流Imax/N。在此类实施例中，用于不同比较器的偏移的量值可基于瞬态控制电路的支路的数目、感测电容器与输出电容器的电容比率及用于感测电路中的BJT的增益而不同。举例来说，在一些实施例中，量值的偏移差可等于Imax/N x Csns/Cout x(1-1/β)，其中N为支路的数目、Csns为感测电容器的电容、Cout为输出电容器的电容且β为用于感测电路中的BJT的增益。
图9提供展示根据本发明的方面针对电压调节器的对负载阶跃的经模拟瞬态响应的图。上部一组图图解说明对瞬态负载阶跃的电压调节器响应，其中电压调节器不包含基于输出电容器电流的指示而进行操作的瞬态响应电路。下部一组图图解说明对瞬态负载阶跃的电压调节器响应，其中电压调节器包含基于输出电容器电流的指示而进行操作的瞬态响应电路。如由图所指示，针对下部一组图的电压下降的量值是针对上部一组图的电压下降的量值的近似仅三分之一。
虽然已关于各种实施例论述了本发明，但应认识到，本发明包括本揭示内容所支持的新颖及非显而易见的权利要求书。

Claims (21)

1.一种确定电压调节器的输出电容器的电流的方法，其包括：
将跨越耦合到所述电压调节器的输出电容器的输出节点的第一感测电容器的第一电压转换为第一电流；
将跨越耦合到所述电压调节器的所述输出电容器的接地节点的接地感测电容器的电压转换为接地电流；及
将所述第一电流减去所述电流与第一特定电流进行比较。
2.根据权利要求1所述的方法，其中双极结晶体管电流镜用于所述将跨越所述第一感测电容器的所述第一电压转换为所述第一电流及所述将跨越所述接地感测电容器的所述电压转换为所述接地电流。
3.根据权利要求2所述的方法，其中第一电阻与所述第一感测电容器串联，且所述第一电阻的电阻与所述第一感测电容器的电容的乘积等于所述输出电容器的等效串联电阻的电阻与所述输出电容器的电容的乘积。
4.根据权利要求1所述的方法，其中使用第一反相器来将所述第一电流减去所述接地电流与所述第一特定电流进行比较。
5.根据权利要求4所述的方法，其中将第一偏移电流源提供到所述第一反相器，以便提供所述第一特定电流。
6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括各自耦合到多个其它偏移电流源中的一者的多个其它反相器，所述多个其它反相器中的每一者将所述第一电流减去所述接地电流与其它多个特定电流中的一者进行比较。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述电压调节器包括串联耦合于输入电压与较低电压之间的高侧开关及低侧开关、具有第一端及第二端的电感器，所述第一端耦合到所述高侧开关与所述低侧开关之间的节点，所述第二端耦合到所述输出电容器，所述输出电容器与负载并联。
8.一种用于确定电压调节器的输出电容器的电流的电路，其包括：
至少一个感测电容器，其耦合到所述电压调节器的输出电容器的输出节点；
至少一个电流镜，其耦合到所述感测电容器；
至少一个接地感测电容器，其耦合到所述输出电容器的接地节点；
至少一个其它电流镜，其耦合到所述接地感测电容器；及
至少一个电流比较器，其用于相对于至少一个偏移电流确定所述感测电容器的电流与所述接地感测电容器的电流之间的差的指示。
9.根据权利要求8所述的电路，其中所述至少一个电流比较器包括反相器。
10.根据权利要求8所述的电路，其中所述至少一个电流比较器包括多个差分电流比较器块，所述多个差分电流比较器块中的每一者耦合到所述至少一个其它电流镜，所述至少一个其它电流镜耦合到所述输出电容器。
11.根据权利要求10所述的电路，其中所述多个差分电流比较器块经配置以相对于多个偏移电流确定所述感测电容器的电流与所述接地感测电容器的电流之间的差的指示。
12.根据权利要求8所述的电路，其中所述至少一个电流镜及所述至少一个其它电流镜包括BJT电流镜。
13.根据权利要求12所述的电路，其进一步包括与所述至少一个感测电容器串联耦合的至少一个感测电阻器。
14.根据权利要求13所述的电路，其中所述至少一个感测电阻器的电阻与所述至少一个感测电容器的电容的乘积等于所述输出电容器的电容与所述输出电容器的等效串联电阻的电阻的乘积。
15.根据权利要求8到14中任一权利要求所述的电路，其中所述电压调节器包括串联耦合于输入电压与较低电压之间的高侧开关及低侧开关、具有第一端及第二端的电感器，所述第一端耦合到所述高侧开关与所述低侧开关之间的节点，所述第二端耦合到所述输出电容器，所述输出电容器与负载并联。
16.一种使用输出电容器电流信息来控制电压调节器的方法，其包括：
将输出电容器电流与多个预定电流电平进行比较，所述预定电流电平界定电流电平的多个不同区域；
当输出电容器电流处于第一区域中时，基于至少一个输出电压反馈信号且不考虑所述输出电容器电流而操作所述电压调节器的开关，所述第一区域包含等于零的输出电容器电流；
当所述输出电容器电流处于第二区域或第三区域中时，将所述开关的操作的工作循环调整第一程度，所述第二区域及所述第三区域各自在相对侧上对所述第一区域进行限界；及
当所述输出电容器电流处于第四区域或第五区域中时，将所述开关的操作的工作循环调整第二程度，所述第二程度具有大于所述第一程度的量值，所述第四区域对所述第二区域进行限界且所述第五区域对所述第三区域进行限界。
17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括：
确定所述输出电容器电流处于第六区域或第七区域中，所述第六区域对所述第四区域进行限界且所述第七区域对所述第五区域进行限界；及
响应于确定所述输出电容器电流处于所述第六区域或所述第七区域中，激活瞬态控制电路，所述瞬态控制电路经配置以向将所述输出电容器耦合到负载的线路提供电流或从将所述输出电容器耦合到所述负载的所述线路汲取电流。
18.根据权利要求16或权利要求17所述的方法，其中使用根据权利要求8到14中任一权利要求所述的电路来执行所述将输出电容器电流与所述多个预定电流电平进行比较。
19.一种控制电压调节器的瞬态响应电路的操作的方法，其包括：
确定输出电容器电流的绝对量值超过预定极限；及
响应于确定输出电容器电流的绝对量值超过预定极限，激活瞬态控制电路，所述瞬态控制电路经配置以向将所述输出电容器耦合到负载的线路提供电流或从将所述输出电容器耦合到所述负载的所述线路汲取电流。
20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括每当输出电容器电流的所述绝对量值超过所述预定极限时，增加所述预定极限。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中使用根据权利要求8到14中任一权利要求所述的电路来执行所述确定输出电容器电流的所述绝对量值超过所述预定极限。
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