CN113258757A - 延长接通时间以用于功率转换器控制 - Google Patents

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Abstract

以保持恒定的接通时间和变化的断开时间来使功率晶体管接通和断开。当检测到所述断开时间小于比最小断开时间限制大的阈值时，延长所述接通时间。随后，以保持恒定的延长的接通时间和变化的所述断开时间来使所述功率晶体管接通和断开。

Description

延长接通时间以用于功率转换器控制
相关申请
本申请要求于2020年12月15日提交的题为“Extending On-Time for PowerConverter Control”的美国非临时专利申请No.17/247,536的优先权，该案要求于2020年2月13日提交的题为“Extending On-Time for Power Converter Control”的美国临时专利申请No.62/976,171的优先权，两者均出于所有目的通过引用并入本文。
背景技术
功率转换器通常从接收到的输入电压Vin产生经调节的输出电压Vout。在需要跨具有快速改变的负载瞬态分布和宽范围的输入电压Vin和输出电压Vout的复杂的电力分配网络来驱动各种负载的应用如USB-PD(通用串行总线-电力配送)中，恒定接通时间控制架构可用于以相对简单的补偿来实现快速负载瞬态响应。恒定接通时间架构通常具有由接通时间除以接通时间加可变断开时间的和来确定的占空比。断开时间的最低值通常受最小断开时间限制，需要所述最小断开时间来确保在断开时间期间做出的任何决定都具有足够稳定的控制信号以及足够的时间来做出正确的决定。因此，恒定的接通时间与最小的断开时间导致最大的占空比，这限制了可针对任何给定输入电压Vin调节的最大输出电压Vout。因此，最小断开时间在一些应用中给适当的电压调节带来潜在问题，因此断开时间的变化一定不能导致断开时间降至最小值以下，从而导致在断开时间期间控制稳定性不足或时间不够用于做出正确的决定，以及其他潜在问题。
发明内容
改进的电子电路或方法通常包括功率晶体管，所述功率晶体管是以保持恒定的接通时间和变化的断开时间而接通和断开。当检测到所述断开时间小于比最小断开时间限制大的阈值时，延长所述接通时间。随后，以保持恒定的延长的接通时间和变化的断开时间来使功率晶体管接通和断开。
在一些实施方案中，由于重复检测到断开时间小于阈值，所以重复地延长接通时间。在一些实施方案中，通过检测接通时间开始信号(指示接通时间的开始)出现在最小断开时间限制之后的预定时间限制内来检测所述断开时间小于所述阈值。在一些实施方案中，当所述接通时间开始信号出现在所述预定时间限制之后的第二预定时间限制内时，维持所述延长的接通时间，并且当所述接通时间开始信号出现在所述第二预定时间限制之后时，减少所述延长的接通时间。在一些实施方案中，在检测到在使所述功率晶体管接通和断开的切换信号(例如，PWM信号)的预定数目个连续周期内所述断开时间小于阈值时，延长所述接通时间。在一些实施方案中，响应于检测到在所述切换信号的预定数目个连续周期内所述断开时间大于第二阈值，减少所述延长的接通时间，所述第二阈值大于所述第一阈值。
附图说明
图1是根据一些实施方案的具有脉宽调制(PWM)信号延长能力的功率转换器的简化示意图。
图2示出根据一些实施方案的简化时序图，所述时序图示出图1所示的功率转换器的PWM信号延长能力的操作。
图3是根据一些实施方案的在图1所示的功率转换器中使用的PWM控制和延长电路的简化示意图。
具体实施方式
图1示出用于向负载电路101提供电力的功率转换器100的简化示意图，所述功率转换器具有PWM(脉宽调制)延长电路102(即，PWM信号发生器)，所述PWM延长电路通过使接通时间保持恒定并改变断开时间来产生PWM信号(切换信号)。另外，当PWM控制和延长电路102的断开时间接近最小的容许断开时间时，但在断开时间达到或降至最小断开时间以下之前，PWM控制和延长电路102延长PWM信号的接通时间，从而允许断开时间也增加。因此，在PWM控制和延长电路102延长PWM信号的接通时间的点与最小的容许断开时间之间存在安全缓冲。该特征有别于现有技术的系统，所述现有技术的系统不包括此类安全缓冲，而改为直到断开时间达到最小的断开时间之前都不会延长接通时间。由于本公开中的安全缓冲防止断开时间无意中达到或降至最小断开时间以下，因此避免了与在断开时间期间控制稳定性不足或时间不够用来做出正确决定相关联的任何潜在问题以及其他潜在问题。
除了PWM控制和延长电路102之外，功率转换器100还大体上包括控制开关103、同步开关104、输出电感器105、输出电容器106、驱动电路107、PWM比较器(初始PWM信号发生器)108、反馈误差放大器109和电压斜坡信号源110，以及为了简单起见而未示出的其他组件。另选地，在一些实施方案中，不同的组件或组件的组合可用于执行本文针对组件102至110描述的大体上相同的功能。
在一些实施方案中，控制开关103(即，高侧开关)和同步开关104(即，低侧开关)是MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)装置，诸如如所示具有源极、漏极和栅极的NMOS功率晶体管装置。控制开关103和同步开关104串联地电连接在输入节点(处于Vin)与接地之间，其中控制开关103的漏极电连接至输入节点(处于Vin)以接收输入电压Vin，同步开关104的源极电连接至接地，并且控制开关103的源极电连接至同步开关104的漏极。
驱动电路107电连接至控制开关103和同步开关104的栅极。因此，驱动电路107是任何适当的电子电路，所述电子电路在功率转换器100的正常(或第一)操作模式期间产生使控制开关103和同步开关104接通和断开的高侧和低侧栅极驱动信号(分别在HG和LG处)。通常，当控制开关103接通时，同步开关104断开，而当同步开关104接通时，控制开关103断开，其中在控制开关与同步开关均断开时在接通/断开切换时间之间存在适当的空载时间，以防止直通电流。另外，当输出电感器105中的电流为负时，同步开关104通常不接通。控制开关103和同步开关104的交替接通/断开操作在开关或相位节点111处产生切换电流和切换电压，所述节点位于控制开关103的源极与同步开关104的漏极之间。
输出电感器105具有电连接至开关节点111的第一节点和电连接至输出节点(处于Vout)的第二节点。输出电容器106具有电连接至输出节点(处于Vout)的第一节点和电连接至接地的第二节点。因此，经由输出滤波器(包括输出电感器105和输出电容器106)施加(在开关节点111处产生的)切换电流和切换电压以产生输出电压Vout(具有输出电流)来以受控方式将功率从输入节点(处于Vin)传递至输出节点(处于Vout)，以对负载电路101供电。
驱动电路107根据从PWM控制和延长电路102接收的脉宽调制(PWM)信号来产生高侧和低侧栅极驱动信号(在HG和LG处)。PWM比较器108响应于补偿器电压信号Vcomp(在PWM比较器108的正输入端处接收)和电压斜坡信号Vramp(在PWM比较器108的负输入端处接收)而产生初始PWM信号PWM-init。电压斜坡信号Vramp是由电压斜坡信号源110提供或产生的周期性信号。补偿器电压信号Vcomp(误差电压)由反馈误差放大器109产生，并由频率补偿器或频率补偿组件(未示出)补偿。
反馈误差放大器109基于反馈电压信号Vfb(在反馈误差放大器109的负输入端处接收)和第一参考电压信号Vref1(在反馈误差放大器109的正输入端处接收)来产生补偿器电压信号Vcomp。反馈电压信号Vfb是(或基于)输出电压Vout或指示输出电压Vout的电压电平。例如，反馈电压信号Vfb可通过分压器(未示出)由输出电压Vout产生。参考电压Vref1是(或指示)输出电压Vout的所要电压电平。因此，补偿器电压信号Vcomp由反馈误差放大器109产生，以指示反馈电压信号Vfb与参考电压信号Vref1之间的差异水平，并因此指示输出电压Vout与输出电压Vout的所要电压电平之间的差异水平。换句话说，反馈电压信号Vfb的电压电平与参考电压信号Vref1明显不同(即，两者之间的差较大)导致补偿器电压信号Vcomp的电压电平较大；并且反馈电压信号Vfb的电压电平较接近于参考电压信号Vref1(即，两者之间的差较小)导致补偿器电压信号Vcomp的电压电平较小。另外，在一些实施方案中，补偿器电压信号Vcomp相对于零伏偏移或归一化了平台或偏移电压量，并且电压斜坡信号Vramp的产生考虑了平台电压量，以确保PWM比较器108的输入不是零，因为典型比较器在零伏附近可能不会恰当地操作。
当补偿器电压信号Vcomp大于或高于电压斜坡信号Vramp时，PWM比较器108对初始PWM信号PWM-init断言为高，而当补偿器电压信号Vcomp小于或低于电压斜坡信号Vramp时，PWM比较器108对初始PWM信号PWM-init撤销断言为低。PWM控制和延长电路102通常接收初始PWM信号PWM-init并由此产生具有恒定接通时间的PWM信号，所述PWM信号在对初始PWM信号PWM-init的每次断言时被触发。为了改变PWM信号的占空比，允许改变断开时间，从而调节输出电压Vout。当PWM控制和延长电路102大体上检测到PWM信号的断开时间小于比最小断开时间限制大的第一阈值时(即，根据安全缓冲)，PWM控制和延长电路102大体上延长或增加PWM信号的接通时间。换句话说，当PWM信号的占空比接近(但是在其达到之前)最大值时，PWM控制和延长电路102延长PWM信号的接通时间，从而允许占空比增加甚至超过未延长的PWM信号可能出现的情况。(另选地，当断开时间接近下限，占空比接近上限，周期接近下限，输入电压Vin与输出电压Vout之间的差(Vin-Vout)接近下限，或者输出电压Vout接近上限时，PWM控制和延长电路102延长PWM信号的接通时间。)因此，较大的占空比能力使功率转换器100能够以较高的最大电压电平来产生输出电压Vout，同时在断开时间期间仍保持足够的控制稳定性和足够的时间来用于做出正确的决定。另外，当PWM控制和延长电路102大体上检测到PWM信号的断开时间大于第二阈值(所述第二阈值大于第一阈值)时，PWM控制和延长电路102通常减小PWM信号的接通时间的延长。换句话说，当PWM信号的占空比充分低于其最大值时，PWM控制和延长电路102减小PWM信号的接通时间的延长，从而允许占空比反映功率转换器100的正常操作。此外，PWM控制和延长电路102的操作通常防止补偿器电压信号Vcomp饱和。
此外，在一些实施方案中，在正常或最小接通时间与最大的延长接通时间之间按递增/递减步长来进行PWM信号的接通时间的延长的增加和减小。另外，为了帮助维持控制和减轻噪声，使递增/递减步长相对较小。例如，如果希望最大的延长接通时间比正常接通时间长40％并且希望接通时间在正常与最大的延长值之间具有8个可能值，则接通时间可按7个增量步长从正常(第一个)值增加或减小为最大的延长(第8个)值。如果在此实例中增量步长大小相同，则每一步长使接通时间增加或减小了其原始正常值的约5.7％。取决于应用，最大延长接通时间的值和增量数量的其他实例也是适当的。此外，在希望或需要时，每一增量步长的大小可相同或不同。
在一些实施方案中，在PWM信号的周期的高电平部分(即，接通时间)期间，PWM信号通常致使驱动电路107对HG处的高侧栅极驱动信号断言以接通或激活控制开关103并且对LG处的低侧栅极驱动信号撤销断言以断开或撤销激活同步开关104。被激活的控制开关103(和被撤销激活的同步开关104)通常致使切换电流和切换电压(在开关节点111处产生)的电平增加，这最终致使输出电压Vout的电平增加。另一方面，在PWM信号的周期的低电平部分(即，断开时间)期间，PWM信号通常致使驱动电路107对HG处的高侧栅极驱动信号撤销断言以断开或撤销激活控制开关103并对LG处的低侧栅极驱动信号断言以接通或激活同步开关104。被激活的同步开关104(和被撤销激活的控制开关103)最终致使切换电流和切换电压(在开关节点111处产生)的电平减小，这致使输出电压Vout的电平减小。
因此，在功率转换器100的正常操作模式期间，当输出电压Vout的电压电平增加到大于或高于期望电压电平的电平时，反馈电压信号Vfb与参考电压信号Vref1之间的差减小。补偿器电压信号Vcomp的电压电平随后减小，因此补偿器电压信号Vcomp高于电压斜坡信号Vramp的时间量减少，并且PWM信号的占空比减小。PWM信号的占空比减小致使HG处的高侧栅极驱动信号的断开时间的持续时间延长并且LG处的低侧栅极驱动信号的接通时间延长，使得控制开关103在总时间的较小量内接通，而同步开关104在较长量内接通。控制开关103的较长断开时间(和同步开关104的较长接通时间)致使输出电压Vout的电压电平朝着期望电压电平往回减小。因此，当输出电压Vout高于期望电压电平时，补偿器电压信号Vcomp的电压电平减小导致输出电压Vout的电压电平朝着期望电压电平往回减小。
另外，在功率转换器100的正常操作模式期间，当输出电压Vout的电压电平减小到小于或低于期望电压电平的电平时，反馈电压信号Vfb与参考电压信号Vref1之间的差增大。补偿器电压信号Vcomp的电压电平随后增加，因此补偿器电压信号Vcomp高于电压斜坡信号Vramp的时间量增加，并且PWM信号的占空比增大。PWM信号的占空比增大致使HG处的高侧栅极驱动信号的断开时间的持续时间缩短，并且LG处的低侧栅极驱动信号的接通时间的持续时间缩短，使得控制开关103在总时间的较大量内接通，而同步开关104在较短的量内接通。控制开关103的较短断开时间(以及同步开关104的较短接通时间)致使输出电压Vout的电压电平朝着期望电压电平往回增加。因此，当输出电压Vout低于期望电压电平时，补偿器电压信号Vcomp的电压电平增加导致输出电压Vout的电压电平朝着期望电压电平往回增加。
通常使用恒定接通时间技术来执行PWM信号的产生，使得改变断开时间以便产生在任何给定时间都具有适合于负载电路101所要求的功率和电压电平的占空比的PWM信号。当通过PWM控制和延长电路102延长接通时间时，仍使用恒定接通时间技术来产生PWM信号，但接通时间延长。以此方式，延长接通时间也允许通过正常的恒定接通时间操作技术来延长断开时间，使得在延长接通时间之后，占空比将保持为与之前大致相同。因此，输出电压Vout的电压电平在延长接通时间之后也保持为与之前大致相同。然而，随之而来的断开时间延长允许断开时间再次减少，使得占空比和输出电压Vout可增大到比延长接通时间之前可能的电平高的电平。因此，接通时间延长允许在输出电压Vout的产生上具有较大灵活性，在负载电路101的操作期间可能需要这样。
PWM控制和延长电路102的示例操作由图2所示的简化示例时序图示出。时序图201大体上示出了在正常操作期间在不需要增加而是可减少接通时间的延长时PWM控制和延长电路102的操作。时序图202大体上示出了在需要增加接通时间的延长时PWM控制和延长电路102的操作。时序图203大体上示出了在不需要增加或减少接通时间的延长时PWM控制和延长电路102的操作。为了描述和说明的目的，时序图可表示PWM控制和延长电路102内的所述信号(或基于所述信号的另选信号)的理想版本。另外，应理解，在一些实施方案中，对于一些信号，时序图中的上升沿和下降沿、高和低信号以及逻辑1和逻辑0值的描绘和描述可颠倒。
时序图201包括初始PWM信号PWM-init、PWM信号、最小断开时间信号Toffmin、向上计数时钟信号CTUP-clk和向下计数时钟信号CTDN-clk。尺寸箭头204示出了初始PWM信号PWM-init和PWM信号的周期。在所示周期的开始或结束时，初始PWM信号PWM-init的上升沿触发PWM信号的上升沿。如上所述，初始PWM信号PWM-init根据PWM比较器108的操作在其下降沿重置。如下所述，PWM信号在由PWM控制和延长电路102提供的恒定接通时间的控制下在其下降沿重置，并触发最小断开时间信号Toffmin的上升沿。另外，最小断开时间信号Toffmin的持续时间(如尺寸箭头205所示)指示PWM信号的最小容许断开时间。向上计数时钟信号CTUP-clk和向下计数时钟信号CTDN-clk用于检测何时使PWM信号的接通时间的延长增加或减小或保持稳定。
在时序图201中，PWM信号的断开时间(如尺寸箭头206所示)大于最小断开时间信号Toffmin，使得断开时间的结束出现在向上计数时钟信号CTUP-clk和向下计数时钟信号CTDN-clk的上升沿之后。另选地，指示下一个接通时间的开始的信号出现在向上计数时钟信号CTUP-clk和向下计数时钟信号CTDN-clk的结束之后。在这种情况下，不需要延长PWM信号的接通时间，因此PWM控制和延长电路102不延长接通时间。另一方面，如果在这种情况下当前已经延长了接通时间，则可减小接通时间的延长，因此PWM控制和延长电路102将接通时间的延长减小一增量步长。接通时间不会减少到小于正常或最小的接通时间。在一些实施方案中，PWM控制和延长电路102在遇到这种情况的每一次或每一周期使接通时间延长减小一个增量步长。另选地，PWM控制和延长电路102在减少接通时间延长之前等待在其中重复这种情况的预定的时间量或预定数目的连续周期，从而确保PWM信号稳定，使得在可能不确定是否需要减少接通时间延长时，PWM控制和延长电路102不会减少接通时间延长。
时序图202同样包括初始PWM信号PWM-init、PWM信号、最小断开时间信号Toffmin、向上计数时钟信号CTUP-clk和向下计数时钟信号CTDN-clk。在时序图202中，PWM信号的断开时间(如尺寸箭头207所示)小于向上计数时钟信号CTUP-clk的持续时间，使得断开时间的结束出现在最小断开时间信号Toffmin的结束(即，下降沿)之后但在向上计数时钟信号CTUP-clk的结束(即，上升沿)之前。另选地，指示下一个接通时间的开始的信号出现在向上计数时钟信号CTUP-clk的结束之前。因此，如尺寸箭头208所指示，向上计数时钟信号CTUP-clk的上升沿表示比最小断开时间限制大(即，根据安全缓冲)的第一阈值。在这种情况下，PWM控制和延长电路102将PWM信号的接通时间延长一个增量步长。接通时间不能增加到超过最大的延长接通时间。在一些实施方案中，PWM控制和延长电路102在遇到这种情况的每一次或每一周期将接通时间延长增加一个增量步长。另选地，PWM控制和延长电路102在增加接通时间延长之前等待在其中重复这种情况的预定的时间量或预定数目的连续周期，从而确保PWM信号稳定，使得在可能不确定是否需要增加接通时间延长时，PWM控制和延长电路102不会增加接通时间延长。(此预定的时间量或预定数目的连续周期可与上述情况相同，如下面的实例中所示，或可大于或小于上述情况。)另外，由于由向上计数时钟信号CTUP-clk的上升沿表示的第一阈值大于由最小断开时间信号Toffmin的结束表示的最小断开时间限制，因此PWM控制和延长电路102在PWM信号的断开时间可能会潜在地掉落到最小断开时间以下之前开始延长PWM信号的接通时间，从而避免与在断开时间期间控制稳定性不足或时间不够用来作出正确决定相关联的任何潜在问题，以及其他潜在问题。在一些实施方案中，如尺寸箭头208所指示，最小断开时间信号Toffmin的下降沿与向上计数时钟信号CTUP-clk的上升沿之间的差(即，安全缓冲的长度)为约5ns至约20ns，所述差可以是可编程的。
时序图203同样包括初始PWM信号PWM-init、PWM信号、最小断开时间信号Toffmin、向上计数时钟信号CTUP-clk和向下计数时钟信号CTDN-clk。在时序图203中，PWM信号的断开时间(如尺寸箭头209所示)大于向上计数时钟信号CTUP-clk的持续时间但小于向下计数时钟信号CTDN-clk的持续时间，使得断开时间的结束出现在向上计数时钟信号CTUP-clk的结束(即，上升沿)之后但在向下计数时钟信号CTDN-clk的结束(即，上升沿)之前。另选地，指示下一个接通时间的开始的信号出现在向上计数时钟信号CTUP-clk的结束之后并且在向下计数时钟信号CTDN-clk的结束之前。因此，如尺寸箭头210所指示，向下计数时钟信号CTDN-clk的上升沿表示比第一阈值大的第二阈值。在这种情况下，不需要增加或减少PWM信号的接通时间，因此PMW控制和延长电路102不会改变PWM信号的接通时间延长。除了第一阈值之外还使用第二阈值会在PWM控制和延长电路102将增加或减少接通时间延长的点之间提供一些滞后。在一些实施方案中，如尺寸箭头210所指示，向上计数时钟信号CTUP-clk的上升沿与向下计数时钟信号CTDN-clk的上升沿之间的差约为5ns。
在图3中示出了PWM控制和延长电路102的简化示例电路。在此实例中，PWM控制和延长电路102大体上包括D触发器301至304、逻辑门305、计数核准逻辑306、周期计数器307、计数时钟发生器308、快速计数逻辑309、向上/向下计数器310、电容器311至314、开关315至318、电流源319、比较器320和SR触发器321以及为简单起见未示出的其他组件。另选地，在一些实施方案中，不同的组件或组件的组合可用于执行本文针对组件301至321所描述的大体上相同的功能。
D触发器301和302以及逻辑门305响应于PWM信号、向上计数时钟信号CTUP-clk和向下计数时钟信号CTDN-clk而产生向上计数信号CTUP和向下计数信号CTDN。D触发器301在D输入端处接收PWM信号，在时钟输入端处接收向上计数时钟信号CTUP-clk，并且在Q输出端处输出向上计数信号CTUP。在这种配置中，当向上计数时钟信号CTUP-clk变为高而PWM信号已经为高时，D触发器301对向上计数信号CTUP断言(否则对向上计数信号CTUP撤销断言)，从而指示在有可能时可能需要延长PWM信号的接通时间，而这正是在示例时序图202中所发生的。因此，D触发器301检测何时PWM信号的断开时间小于第一阈值，所述第一阈值大于最小断开时间限制。(第一阈值由向上计数时钟信号CTUP-clk变高指示。)逻辑门305(例如，或非门)在其输入端处接收PWM信号和向上计数信号CTUP并且在所述两个输入为低时输出高信号。D触发器302在D输入端处接收逻辑门305的输出，在时钟输入端处接收向下计数时钟信号CTDN-clk，并且在Q输出端处输出向下计数信号CTDN。在具有逻辑门305的这种配置中，在向下计数时钟信号CTDN-clk变高而逻辑门305的输入已经为高时，D触发器302对向下计数信号CTDN断言(否则对向下计数信号CTDN撤销断言)，从而指示有可能的话可能需要减少PWM信号的接通时间的延长，而这正是示例时序图201中所发生的。因此，D触发器302检测何时断开时间大于第二阈值，所述第二阈值大于第一阈值。(第二阈值由向下计数时钟信号CTDN-clk变高指示。)
另外，D触发器303在D输入端处接收向上计数信号CTUP，在时钟输入端处接收最小断开时间信号Toffmin并且在Q输出端处输出或断言前一向上计数信号CTUP-P。此外，D触发器304在D输入端处接收向下计数信号CTDN，在时钟输入端处接收最小断开时间信号Toffmin，并且在Q输出端处输出或断言前一向下计数信号CTDN-P。因此，由于最小断开时间信号Toffmin出现在向上计数时钟信号CTUP-clk和向下计数时钟信号CTDN-clk的上升沿之前，因此，在向上计数信号CTUP和向下计数信号CTDN在当前周期内可能发生改变之前，D触发器303和304将向上计数信号CTUP和向下计数信号CTDN的前一周期值(即，被断言或被撤销断言)分别锁存为前一向上计数信号CTUP-P和前一向下计数信号CTDN-P。因此，向上计数信号CTUP为针对PWM信号的当前周期的当前向上计数信号，前一向上计数信号CTUP-P为针对PWM信号的前一周期的前一向上计数信号，向下计数信号CTDN为针对PWM信号的当前周期的当前向下计数信号，并且前一向下计数信号CTDN-P为针对PWM信号的前一周期的前一向下计数信号。
计数核准逻辑306接收向上计数信号CTUP、前一向上计数信号CTUP-P、向下计数信号CTDN和前一向下计数信号CTDN-P。(在一些实施方案中，如下文所述，计数核准逻辑306也可选地接收快速计数信号CT-快速)。响应于向上计数信号CTUP和前一向上计数信号CTUP-P均被断言，或响应于向下计数信号CTDN和前一向下计数信号CTDN-P均被断言，计数核准逻辑306在其输出端处输出或断言计数核准信号CT-OK。另一方面，当自从前一周期以来向上计数信号CTUP和向下计数信号CTDN已改变时(如由向上计数信号CTUP与前一向上计数信号CTUP-P不同或向下计数信号CTDN与前一向下计数信号CTDN-P不同所指示)，则计数核准逻辑306在其输出端处对计数核准信号CT-OK撤销断言。另外，当向上计数信号CTUP与向下计数信号CTDN均被撤销断言时(指示时序图203所示的情况)，则计数核准逻辑306在其输出端处对计数核准信号CT-OK撤销断言。
周期计数器307接收计数核准信号CT-OK和最小断开时间信号Toffmin并由此产生周期计数CT-周期作为其输出。只要计数核准信号CT-OK被断言(即，只要向上计数信号CTUP和向下计数信号CTDN相对于前一周期并未改变)，周期计数器307随着由最小断开时间信号Toffmin的断言所指示的每一周期而使其输出计数增大。以此方式，周期计数器307对向上计数信号CTUP和向下计数信号CTDN相对于前一周期并未改变的连续周期的数目进行计数，直到达到最大的计数值。周期计数器307输出周期的计数，作为周期计数CT-周期。取决于特定应用的要求，周期计数器307针对周期计数CT-周期产生任何适当数目的计数位以便对任何适当数目的连续周期计数。因此，最大计数值表示预定数目的连续周期。另外，当计数核准信号CT-OK被撤销断言(指示向上计数信号CTUP和/或向下计数信号CTDN相对于前一周期已发生改变或向上计数信号CTUP和向下计数信号CTDN被撤销断言)时，周期计数器307将其计数重置为开始值，例如，零。周期计数器307在周期计数CT-周期达到其最大计数值的周期之后的周期中也将其计数重置为开始值(即，在向上计数信号CTUP和/或向下计数信号CTDN未改变的情况下的连续周期的预定数目)。
计数时钟发生器308接收周期计数CT-周期并产生时钟计数信号CT-clk。(在一些实施方案中，如下文所述，计数时钟发生器308也可选地接收快速计数信号CT-快速。)响应于来自周期计数器307的周期计数CT-周期达到其最大计数值(连续周期的预定数目)，计数时钟发生器308例如在周期的一半内对时钟计数信号CT-clk断言。换句话说，计数时钟发生器308检测何时周期计数器307的输出达到其最大计数值并响应于此而输出或断言时钟计数信号CT-clk。否则，计数时钟发生器308使时钟计数信号CT-clk维持为撤销断言。以此方式，只要向上计数信号CTUP和/或向下计数信号CTDN在预定数目的连续周期内维持其值，即，D触发器301或302分别针对预定数目的连续周期向上计数或向下计数，计数时钟发生器308便对时钟计数信号CT-clk断言。在一些实施方案中，预定数目的连续周期是8个或9个周期。在一些实施方案中，组件301至308的行为和时钟计数信号CT-clk导致PWM信号的接通时间延长的增加仅在检测到在PWM信号的至少2至9个连续周期内断开时间小于第一阈值时(如向上计数信号CTUP所指示)发生。类似地，组件301至308的行为和时钟计数信号CT-clk导致PWM信号的接通时间延长的减少仅在检测到在PWM信号的至少2至9个连续周期内断开时间大于第二阈值时(如向下计数信号CTDN所指示)发生。
向上/向下计数器310接收时钟计数信号CT-clk和向上计数信号CTUP并按接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2产生计数值作为其输出。如下文所述，使用接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的计数值来设置PWM信号的接通时间的延长。在所示实例中，向上/向下计数器310为三位计数器，所述三位计数器实现八个接通时间延长状态，例如，非延长、正常或最小接通时间以及七个增量延长接通时间。然而，可由向上/向下计数器310产生任何适当数目的位，以实现任何适当数目的延长增量或状态。在向上计数信号CTUP也被断言时对时钟计数信号CT-clk的每次断言指示在预定数目的连续周期内向上计数信号CTUP保持被断言，即，周期计数器307的输出已达到其最大的计数值。因此，随着在向上计数信号CTUP也被断言并且向上/向下计数器310未达到其最大值时对时钟计数信号CT-clk的每次断言，即，响应于周期计数器307的输出达到其最大计数值，向上/向下计数器310使接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的计数值增大或增加。另一方面，在向上计数信号CTUP被撤销断言时对时钟计数信号CT-clk的每次断言指示向下计数信号CTDN在预定数目的连续周期内保持被断言。因此，随着在向上计数信号CTUP被撤销断言并且向上/向下计数器310未达到其最小值时对时钟计数信号CT-clk的每次断言，向上/向下计数器310使接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的计数值减少或减小。对向上计数信号CTUP的撤销断言可以此方式使用，因为示例实现方式确保在向下计数信号CTDN被断言时向上计数信号CTUP被撤销断言；然而，在另选实施方案中，向上/向下计数器310也可接收向下计数信号CTDN，从而在向下计数信号CTDN随着时钟计数信号CT-clk的每次断言而被断言时，使接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的计数值减少或减小。以此方式，给定组件301至308的上述操作，只要在预定数目的连续周期内发生时序图202所示的情况(即，PWM控制和延长电路102的组件301至308检测到PWM信号的断开时间小于第一阈值，所述第一阈值大于最小断开时间)，向上/向下计数器310将使接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的计数值增加或增大，直到达到最大计数值。同样地，只要在预定数目的连续周期内发生时序图201所示的情况(即，PWM控制和延长电路102的组件301至308检测到PWM信号的断开时间大于第二阈值，所述第二阈值大于第一阈值)，向上/向下计数器310将使接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的计数值向下减小或减少至最小计数值，例如，零。另外，只要发生时序图203所示的情况(即，PWM控制和延长电路102的组件301至308检测到PWM信号的断开时间大于第一阈值并小于第二阈值)，向上/向下计数器310不改变接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的计数值。在一些实施方案中，因此，组件301至308形成断开时间检测电路，所述断开时间检测电路检测PWM信号的断开时间1)小于第一阈值，2)大于第一阈值并且小于第二阈值，或3)大于第二阈值。
在一些实施方案中，向上/向下计数器310也可选地接收快速计数信号CT-快速、不连续导通模式(DCM)信号和过电流保护(OCP)信号。
DCM信号以常规方式产生并指示功率转换器100将进入DCM操作。在一些实施方案中，如果接通时间已延长，那么功率转换器100将不会进入DCM操作，从而降低在连续导通模式(CCM)与DCM操作之间来回切换(即，CCM/DCM摇摆)的任何风险。然而，在一些实施方案中，DCM信号导致向上/向下计数器310将所有接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2设置为高值，使得在DCM操作期间或只要DCM信号被断言，功率转换器100以最大的延长接通时间来操作。在从DCM操作退出(即，DCM信号的撤销断言)后，接通时间延长(即，位Ext0、Ext1和Ext2的计数值)将根据如上所述的组件301至308的操作而递减(如果适当的话)。在从DCM退出而进入CCM后接通时间延长的递减而非即刻完全减少确保从DCM平滑地过渡到CCM。
OCP信号以常规方式触发并指示功率转换器100已遇到潜在的过电流状况。在一些实施方案中，OCP信号导致向上/向下计数器310维持其当前状态，即，只要OCP信号被断言，接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的计数值便不会改变。另外，在一些实施方案中，还将OCP信号提供至周期计数器307以使周期计数器307重置其周期计数CT-周期。
快速计数逻辑309表示检测希望快速地增加接通时间延长的情况的任何适当的逻辑电路。在检测到此类情况时，快速计数逻辑309对快速计数信号CT-快速断言，否则对快速计数信号CT-快速撤销断言。例如，在一些实施方案中，快速计数逻辑309接收初始PWM信号PWM-init、向上计数信号CTUP和最小断开时间信号Toffmin，并且在初始PWM信号PWM-init和向上计数信号CTUP被断言且在最小断开时间Toffmin变低或被撤销断言时产生快速计数信号CT-快速。以此方式，当已通过上文针对组件301至308和310描述的操作使接通时间延长至少一个增量时，在初始PWM信号PWM-init在整个周期内保持被断言或保持为逻辑高时，快速计数逻辑309对快速计数信号CT-快速断言。快速计数信号CT-快速的以下示例使用中的每一者可被视为可选的。在图3所示的实例中，快速计数信号CT-快速被计数核准逻辑306、计数时钟发生器308和向上/向下计数器310接收。在另选实施方案中，这些组件306、308和310中的一者或多者而非其全部接收快速计数信号CT-快速。对于接收快速计数信号CT-快速的这些组件306、308和310中的每一者，快速计数信号CT-快速的断言大体上超控其上述操作以便导致接通时间延长的更快速增加。例如，不管向上计数信号CTUP、前一向上计数信号CTUP-P、向下计数信号CTDN和前一向下计数信号CTDN-P的状态如何，当快速计数信号CT-快速被断言时，计数核准逻辑306对计数核准信号CT-OK断言，从而确保周期计数器307对每个周期计数，而不是只对向上计数信号CTUP或向下计数信号CTDN不改变的那些周期计数。不管周期计数CT-周期的计数如何，当快速计数信号CT-快速被断言时，计数时钟发生器308对时钟计数信号CT-clk断言，从而确保向上/向下计数器310每个周期或比上述连续周期的预定数目更频繁地使其计数值增大。另外，不管时钟计数信号CT-clk何时被断言，在快速计数信号CT-快速被断言时，向上/向下计数器310使接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的计数值增加一个以上增量步长或一个以上位。快速计数逻辑309和快速计数信号CT-快速的以上示例使用中的任何一种或多种可包括在功率转换器100或PWM控制和延长电路102中用于确保在需要时更快速地发生接通时间延长的增加。另外，在一些实施方案中，快速计数信号或另一类似信号可用于以快速方式倒计数，同时还确保防止在快速向上计数与快速向下计数之间来回跳动。
对图3所示的示例电路的以上描述中的一些确保PWM信号的接通时间延长的增加或减小不会过快地发生，以便避免接通时间延长的快速向后和向前增加和减小。然而，在一些实施方案中，总是优选的是确保接通时间延长的快速改变。在这种情况下，D触发器303和304、计数核准逻辑306、周期计数器307、计数时钟发生器308和快速计数逻辑309的操作可能是不必要的，因此可以不包括这些组件。而是，可将向上计数信号CTUP和向下计数信号CTDN直接提供至向上/向下计数器310，使得向上/向下计数器310可随着对这些信号的每次断言而分别使接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的计数值增大和减小。
电容器311至314、开关315至318、电流源319、比较器320和SR触发器321根据或基于初始PWM信号PWM-init和接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2来控制PWM信号的产生。电容器311至314和第一开关315并联电连接在电流源319与接地(或参考电压)之间。另外，开关316至318中的每一者串联电连接在电容器312至314中的对应者与接地之间。第二开关316、第三开关317和第四开关318的控制输入分别电连接至接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的输出，使得接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2分别被提供至开关316、317和318的控制输入。因此，当接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2中的任一者为高或逻辑1时，则其相应的开关316至318闭合并且对应的电容器312至314连接到电流源319与接地之间的电路中；并且当接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2中的任一者为低或逻辑0时，则其相应的开关316至318断开并且对应的电容器312至314与所述电路断开连接。另选地，在一些实施方案中，代替或除了改变电路中的电容之外，还可将接通时间延长计数位Ext0，Ext1和Ext 2提供至电流源319以改变从其输出的电流的电平。
电流源319与组件311至315中的每一者之间的节点322电连接至比较器320的正输入端。第二参考电压Vref2电连接至比较器320的负输入端。当节点322的电压电平(充电电压Vc)上升到第二参考电压Vref2的电压电平以上时，比较器320对其输出断言，例如变高；并且当充电电压Vc降至第二参考电压Vref2的电压电平以下时，比较器320对其输出撤销断言，例如变低。在一些实施方案中，电流源319输出的电流和/或第二参考电压Vref2的电压电平可基于输入电压Vin或输出电压Vout或其他因素，以便实现与在不同的操作条件下以恒定频率操作类似的电路特性。SR触发器321在R输入端处接收比较器320的输出，在S输入端处接收初始PWM信号PWM-init，并且在Q输出端处产生PWM信号。因此，当在S输入端处对初始PWM信号PWM-init断言时，SR触发器321在Q输出端处对PWM信号断言，并且当在R输入端处对比较器320的输出断言时，SR触发器在Q输出端处对PWM信号撤销断言。
第一开关315的控制输入端电连接至比较器320的输出端。因此，当第一开关315接收比较器320的被撤销断言的输出时，第一开关315断开，从而允许电流源319根据相应的接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2对第一电容器311以及通过对应的开关316至318而连接到电路中的电容器312至314中的任一者充电。另一方面，当第一开关315接收到比较器320的被断言的输出时，第一开关315闭合，从而对电容器311至314放电。
在功率转换器100的正常或非延长操作下，即，在接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的计数值为000b时，开关316至318断开，使得电容器312至314中无一者连接到电路中。在这种情况下，当第一开关315断开时，当开关315断开时仅第一电容器311被充电。在接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的计数值为001b时，将电容器312与电容器311并联地添加至电路中，因此在开关315断开时，这些电容器311和312都被充电。在接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的计数值为010b时，将电容器313与电容器311并联地添加至电路，因此在开关315断开时，这些电容器311和313都被充电。在接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的计数值为011b时，将电容器312和313与电容器311并联地添加至电路，因此在开关315断开时，电容器311至313被充电。类似地，对于接通时间延长计数位Ext0、Ext1和Ext2的每一计数值，在电路中包括电容器311至314的不同组合。电容器311至314的每一不同组合导致以不同速率来产生充电电压Vc，使得充电电压Vc在不同的时间达到第二参考电压Vref2。
电容器311的电容致使充电电压Vc以最小的接通时间达到第二参考电压Vref2的电压电平，使得比较器320的输出以最小的接通时间重置SR触发器321，从而重置PWM信号。另外，第一额外电容器312的电容使得其将一个增量步长添加至延长的接通时间，第二额外电容器313的电容使得其将两个增量步长添加至延长的接通时间，并且第三额外电容器314的电容使得其将四个增量步长添加至延长的接通时间。因此，电容器311和312的并联组合电容致使充电电压Vc在大于最小接通时间的第一增量步长时达到第二参考电压Vref2的电压电平，使得PWM信号在第一延长的接通时间时重置。另外，电容器311和313的并联组合电容致使充电电压Vc在大于最小接通时间的第二增量步长时达到第二参考电压Vref2的电压电平，使得PWM信号在第二延长的接通时间时重置。此外，电容器311至313的并联组合电容致使充电电压Vc在大于最小接通时间的第三增量步长时达到第二参考电压Vref2的电压电平，使得PWM信号在第三延长的接通时间时重置。电容器311至314的不同组合的遍历以每一增量步长继续，直到所有三个额外电容器312至314与第一电容器311并联组合以致使PWM信号在最大的延长的接通时间被重置为止。此过程的反向操作是朝着最小接通时间往回递减每一步长。因此，组件310至321用作接通时间调整电路，所述接通时间调整电路1)响应于组件301至308检测到断开时间小于第一阈值(在预定数目的连续周期内)而延长接通时间，并且2)响应于组件301至308检测到断开时间大于第二阈值(在预定数目的连续周期内)而减少接通时间的延长。
已经在模拟和实验室实施方案中使用0.667MHz、1MHz、1.67MHz和2MHz的切换频率、比最小断开时间极限大5ns、10ns和20ns的第一阈值、比第一阈值大5ns的第二阈值以及约24伏的输入电压Vin来测试上述电路和过程。测试模拟表明，可将最大占空比可靠地提高约1至2.7个百分点，致使输出电压Vout增加约0.23至0.66伏，而不会对输出电压Vout的控制或波动产生不适当的负面后果。
已详细参考了所公开的发明的实施方案，在附图中已示出所述实施方案的一个或多个实例。每一实例均以解释本技术而非限制本技术的方式提供。实际上，虽然已参考本发明的具体实施方案来详细描述本说明书，但应理解，本领域的技术人员在理解前述内容之后可容易构想出这些实施方案的替代物、变化和等同物。例如，示出或描述为一个实施方案的一部分的特征可以与另一个实施方案一起使用以产生又一个实施方案。因此，期望本主题涵盖所附权利要求及其等效物的范围内的所有此类修改和变化。在不脱离所附权利要求书中更特定阐述的本发明的范围的情况下，本领域的普通技术人员可实践本发明的这些和其他修改和变型。此外，本领域的普通技术人员应理解前述描述是仅举例说明，而不意图限制本发明。

Claims (20)

1.一种方法，所述包括：
以保持恒定的接通时间和变化的断开时间来使功率晶体管接通和断开；
检测所述断开时间小于阈值，所述阈值大于最小断开时间限制；
响应于所述检测到所述断开时间小于所述阈值而延长所述接通时间；以及
以保持恒定的延长的接通时间和变化的所述断开时间来使所述功率晶体管接通和断开。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述阈值为第一阈值，所述方法还包括：
检测所述断开时间大于第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值；以及
响应于所述检测到所述断开时间大于所述第二阈值，减少所述延长的接通时间。
3.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
重复地检测所述断开时间小于所述阈值；以及
每次检测到所述断开时间小于所述阈值时，重复所述接通时间的延长，直到最大的延长接通时间。
4.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
通过检测指示所述接通时间的开始的接通时间开始信号在所述最小断开时间限制之后的预定时间限制内出现来检测所述断开时间小于所述阈值。
5.如权利要求4所述的方法，所述方法还包括：
当所述接通时间开始信号在所述预定时间限制之后的第二预定时间限制内出现时，维持所述延长的接通时间；以及
当所述接通时间开始信号在所述第二预定时间限制之后出现时，减少所述延长的接通时间。
6.如权利要求1所述的方法，所述还包括：
检测在使所述功率晶体管接通和断开的切换信号的预定数目个连续周期内所述断开时间小于所述阈值；
并且其中：
所述接通时间的所述延长是响应于所述检测到在所述切换信号的所述预定数目个连续周期内所述断开时间小于所述阈值而发生。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述阈值为第一阈值，所述方法还包括：
检测在所述切换信号的所述预定数目个连续周期内所述断开时间大于第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值；以及
响应于所述检测到在所述切换信号的所述预定数目个连续周期内所述断开时间大于所述第二阈值，减少所述延长的接通时间。
8.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
对于使所述功率晶体管接通和断开的切换信号的预定数目个连续周期中的每一周期：
响应于检测到在前一周期期间所述断开时间小于所述阈值，在所述前一周期内对前一向上计数信号断言；
响应于检测到所述断开时间小于所述阈值，对当前向上计数信号断言；
响应于所述前一向上计数信号和所述当前向上计数信号被断言，对计数核准信号断言；以及
响应于所述计数核准信号被断言，使周期计数器的输出增大；
检测所述周期计数器的所述输出已达到最大计数值并且所述当前向上计数信号被断言；
响应于检测到所述周期计数器的所述输出已达到所述最大计数值并且所述当前向上计数信号被断言，使向上/向下计数器的输出增大；以及
基于所述向上/向下计数器的所述输出来延长所述接通时间。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述阈值为第一阈值，所述方法还包括：
对于所述切换信号的所述预定数目个连续周期中的每一周期：
响应于检测到在所述前一周期期间所述断开时间大于第二阈值，在所述前一周期内对前一向下计数信号断言，所述第二阈值大于所述第一阈值；
响应于检测到所述断开时间大于所述第二阈值，对当前向下计数信号断言；
响应于所述前一向下计数信号和所述当前向下计数信号被断言，对所述计数核准信号断言；以及
响应于所述计数核准信号被断言，使所述周期计数器的所述输出增大；
检测所述周期计数器的所述输出已达到所述最大计数值并且所述当前向上计数信号未被断言；
响应于检测到所述周期计数器的所述输出已达到所述最大计数值并且所述当前向上计数信号未被断言，使所述向上/向下计数器的所述输出减小；以及
基于所述向上/向下计数器的所述输出而减少所述延长的接通时间。
10.如权利要求9所述的方法，所述方法还包括：
对于所述切换信号的所述预定数目个连续周期中的每一周期：
响应于1)所述当前向上计数信号与所述前一向上计数信号不同，2)所述当前向下计数信号与所述前一向下计数信号不同，或3)所述当前向上计数信号和所述当前向下计数信号被撤销断言，对所述计数核准信号撤销断言；以及
响应于所述计数核准信号被撤销断言，重置所述周期计数器的所述输出。
11.一种电子电路，所述电子电路包括：
功率晶体管，所述功率晶体管是通过脉宽调制(PWM)信号而在接通时间内接通并且在断开时间内断开；
PWM信号发生器，所述PWM信号发生器通过使所述接通时间保持恒定并且改变所述断开时间而产生所述PWM信号；
断开时间检测电路，所述断开时间检测电路检测所述断开时间小于阈值，所述阈值大于最小断开时间限制；
接通时间调整电路，所述接通时间调整电路响应于检测到所述断开时间小于所述阈值而延长所述接通时间。
12.如权利要求11所述的电子电路，其中：
所述阈值为第一阈值；
所述断开时间检测电路还检测所述断开时间大于第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值；并且
所述接通时间调整电路响应于检测到所述断开时间大于所述第二阈值而减少所述接通时间的所述延长。
13.如权利要求11所述的电子电路，其中：
所述断开时间检测电路重复地检测所述断开时间小于所述阈值；并且
每次检测到所述断开时间小于所述阈值时，所述接通时间调整电路重复地延长所述接通时间，直到最大的延长接通时间。
14.如权利要求11所述的电子电路，其中：
所述断开时间检测电路通过检测指示所述接通时间的开始的接通时间开始信号在所述最小断开时间限制之后的预定时间限制内出现来检测所述断开时间小于所述阈值。
15.如权利要求14所述的电子电路，其中：
当所述接通时间开始信号在所述预定时间限制之后的第二预定时间限制内出现时，所述接通时间调整电路维持所述延长的接通时间；并且
当所述接通时间开始信号在所述第二预定时间限制之后出现时，所述接通时间调整电路减少所述延长的接通时间。
16.如权利要求11所述的电子电路，其中：
所述断开时间检测电路检测在所述PWM信号的预定数目个连续周期内所述断开时间小于所述阈值；并且
所述接通时间调整电路响应于检测到在所述PWM信号的所述预定数目个连续周期内所述断开时间小于所述阈值而延长所述接通时间。
17.如权利要求16所述的电子电路，其中：
所述阈值为第一阈值；
所述断开时间检测电路检测在所述PWM信号的所述预定数目个连续周期内所述断开时间大于第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值；并且
所述接通时间调整电路响应于检测到在所述PWM信号的所述预定数目个连续周期内所述断开时间大于所述第二阈值而减少所述延长的接通时间。
18.如权利要求11所述的电子电路，其中：
对于所述PWM信号的预定数目个连续周期中的每一周期：
所述断开时间检测电路响应于检测到在前一周期期间所述断开时间小于所述阈值，在所述前一周期内对前一向上计数信号断言；
所述断开时间检测电路响应于检测到所述断开时间小于所述阈值，对当前向上计数信号断言；
所述断开时间检测电路响应于所述前一向上计数信号和所述当前向上计数信号被断言，对计数核准信号断言；并且
所述断开时间检测电路响应于所述计数核准信号被断言，使周期计数器的输出增大；
所述接通时间调整电路检测所述周期计数器的所述输出已达到最大计数值并且所述当前向上计数信号被断言；
所述接通时间调整电路响应于检测到所述周期计数器的所述输出已达到所述最大计数值并且所述当前向上计数信号被断言，使向上/向下计数器的输出增大；并且
所述接通时间调整电路基于所述向上/向下计数器的所述输出而延长所述接通时间。
19.如权利要求18所述的电子电路，其中：
所述阈值为第一阈值；
对于所述PWM信号的所述预定数目个连续周期中的每一周期：
所述断开时间检测电路响应于检测到在所述前一周期期间所述断开时间大于第二阈值，在所述前一周期内对前一向下计数信号断言，所述第二阈值大于所述第一阈值；
所述断开时间检测电路响应于检测到所述断开时间大于所述第二阈值，对当前向下计数信号断言；
所述断开时间检测电路响应于所述前一向下计数信号和所述当前向下计数信号被断言，对所述计数核准信号断言；并且
所述断开时间检测电路响应于所述计数核准信号被断言，使所述周期计数器的输出增大；
所述接通时间调整电路检测所述周期计数器的所述输出已达到所述最大计数值并且所述当前向上计数信号未被断言；
所述接通时间调整电路响应于检测到所述周期计数器的所述输出已达到所述最大计数值并且所述当前向上计数信号未被断言，使所述向上/向下计数器的所述输出减小；并且
所述接通时间调整电路基于所述向上/向下计数器的所述输出而减少所述延长的接通时间。
20.如权利要求19所述的电子电路，其中：
所述阈值为第一阈值；
对于所述PWM信号的所述预定数目个连续周期中的每一周期：
所述断开时间检测电路响应于1)所述当前向上计数信号与所述前一向上计数信号不同，2)所述当前向下计数信号与所述前一向下计数信号不同，或3)所述当前向上计数信号和所述当前向下计数信号被撤销断言，对所述计数核准信号撤销断言；并且
所述断开时间检测电路响应于所述计数核准信号被撤销断言而重置所述周期计数器的所述输出。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112994453A (zh) * 2019-12-18 2021-06-18 力智电子股份有限公司 电源转换器的时间信号产生电路及其控制方法
US11336270B2 (en) * 2020-08-28 2022-05-17 Intel Corporation Fuse-less self-start controller
US11886264B2 (en) * 2020-09-15 2024-01-30 Cypress Semiconductor Corporation Load transient detection circuit and method
TWI738554B (zh) * 2020-11-02 2021-09-01 富達通科技股份有限公司 訊號解析電路及方法
CN113659815B (zh) * 2021-08-30 2023-09-08 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 用于开关变换器的控制电路

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7453709B2 (en) 2005-07-08 2008-11-18 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for increasing the power capability of a power supply
US7443148B2 (en) * 2006-09-11 2008-10-28 Micrel, Inc. Constant on-time regulator with increased maximum duty cycle
TWI411901B (zh) 2010-08-23 2013-10-11 Anpec Electronics Corp 切換式穩壓器
CN102594097B (zh) 2012-03-13 2014-07-16 成都芯源系统有限公司 开关电源及其控制电路和控制方法
US9882475B2 (en) 2013-05-24 2018-01-30 Idt Europe Gmbh PWM calculation after light load to high load transition
US10110122B2 (en) 2014-04-01 2018-10-23 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Transient performance improvement for constant on-time power converters
US10020732B2 (en) * 2016-08-25 2018-07-10 Silanna Asia Pte Ltd Power converter having low power operating mode
US10348199B2 (en) 2017-06-08 2019-07-09 Infineon Technologies Ag Step-down converter control

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