CN113906661A - 用于控制单电感器多输出(simo)开关模式电源(smps)的技术 - Google Patents

用于控制单电感器多输出(simo)开关模式电源(smps)的技术 Download PDF

Info

Publication number
CN113906661A
CN113906661A CN202080039648.3A CN202080039648A CN113906661A CN 113906661 A CN113906661 A CN 113906661A CN 202080039648 A CN202080039648 A CN 202080039648A CN 113906661 A CN113906661 A CN 113906661A
Authority
CN
China
Prior art keywords
smps
current
threshold
amount
outputs
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080039648.3A
Other languages
English (en)
Inventor
L·郭
C·陶
J·邓肯
X·竞
A·帕拉亚纳德
J·菲尔波特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qualcomm Inc
Qualcomm Technologies Inc
Original Assignee
Qualcomm Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Qualcomm Inc filed Critical Qualcomm Inc
Publication of CN113906661A publication Critical patent/CN113906661A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/008—Plural converter units for generating at two or more independent and non-parallel outputs, e.g. systems with plural point of load switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083—Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/009—Converters characterised by their input or output configuration having two or more independently controlled outputs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本公开的某些方面总体上涉及用于操作开关模式电源(SMPS)的方法和装置。一种示例方法通常包括将表示跨SMPS的电感元件的电流量的信号与至少三个阈值进行比较，基于该比较选择SMPS的配置，以及基于该选择来配置SMPS。

Description

用于控制单电感器多输出(SIMO)开关模式电源(SMPS)的技术
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2019年5月30日提交的题为“TECHNIQUES FOR CONTROLLING ASINGLE-INDUCTOR MULTIPLE-OUTPUT(SIMO)SWITCHED-MODE POWER SUPPLY(SMPS)”的美国非临时申请号16/426,494的优先权，该非临时申请转让给本申请的受让人并且特此通过引用明确并入本文。
技术领域
本公开的某些方面总体上涉及电子电路，并且更具体地涉及用于功率调节的电路。
背景技术
电压调节器理想地提供恒定的直流(DC)输出电压，而不管负载电流或输入电压的变化。电压调节器可以分为线性调节器或开关调节器。虽然线性调节器往往小巧紧凑，但很多应用可能受益于开关调节器的效率提高。开关调节器可以由诸如降压转换器或升压转换器等开关模式电源(SMPS)实现。
功率管理集成电路(功率管理IC或PMIC)用于管理主机系统的功率需求。PMIC可以用于电池供电设备，诸如移动电话、平板电脑、笔记本电脑、可穿戴设备等，以控制设备中电功率的流动和方向。PMIC可以为设备执行各种功能，诸如直流(DC)到DC转换、电池充电、功率源选择、电压缩放、供电排序等。
发明内容
本公开的某些方面总体上涉及一种用于调节开关模式电源(SMPS)的电感器电流的方法和装置。
某些方面提供了一种用于操作SMPS的方法。该方法通常包括将表示跨SMPS的电感元件的电流量的信号与至少三个阈值进行比较，基于该比较选择SMPS的配置，以及基于该选择来配置SMPS。
某些方面提供了一种用于操作SMPS的装置。该装置通常包括比较电路和控制器，比较电路被配置为将表示跨SMPS的电感元件的电流量的信号与至少三个阈值进行比较，控制器被配置为基于该比较选择SMPS的配置并且基于该选择来配置SMPS。
某些方面提供了一种用于操作SMPS的装置。该装置通常包括用于将表示跨SMPS的电感元件的电流量的信号与至少三个阈值进行比较的装置、用于基于该比较选择SMPS的配置的装置、以及用于基于该选择来配置SMPS的装置。
附图说明
为了能够详细理解本公开的上述特征，可以通过参考各方面进行上面简要概括的更具体的描述，其中一些方面在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了本公开的某些典型方面并且因此不应当被认为是对其范围的限制，因为该描述可以允许其他同样有效的方面。
图1是根据本公开的某些方面的包括功率调节器的示例设备的框图。
图2A至图2C是处于三种不同状态的示例开关模式电源(SMPS)的电路图。
图3是示出根据本公开的某些方面的SMPS的电感器电流的曲线图。
图4包括示出根据本公开的某些方面的不同场景中的示例SMPS的电感器电流的曲线图。
图5示出了根据本公开的某些方面的用于SMPS的示例电流感测电路。
图6是根据本公开的某些方面的用于将感测电流与电流阈值进行比较的比较电路。
图7是示出根据本公开的某些方面的用于操作SMPS的示例操作的流程图。
具体实施方式
以下参考附图更全面地描述本公开的各个方面。然而，本公开可以以很多不同形式体现并且不应当被解释为限于本公开中所呈现的任何特定结构或功能。相反，这些方面被提供以使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。基于本文中的教导，本领域技术人员应当理解，本公开的范围旨在涵盖本文中公开的公开内容的任何方面，无论是独立于本公开的任何其他方面实现还是与本公开的任何其他方面结合实现。例如，使用本文中阐述的任何数目的方面，可以实现装置或可以实践方法。此外，本公开的范围旨在覆盖这样的装置或方法，该装置或方法使用除了本文中阐述的本公开的各个方面之外或与其不同的其他结构、功能或结构和功能来实践。应当理解，本文中公开的本公开的任何方面可以由权利要求的一个或多个要素体现。
词语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何方面不一定被解释为优选于或优于其他方面。
示例设备
图1示出了设备100。设备100可以是电池供电设备，诸如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、手持设备、无线调制解调器、膝上型计算机、平板电脑、个人计算机等。设备100是可以被配置为实现本文中描述的各种系统和方法的设备的示例。
设备100可以包括控制设备100的操作的处理器104。处理器104也可以被称为中央处理单元(CPU)。存储器106可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)两者，存储器106向处理器104提供指令和数据。存储器106的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器(NVRAM)。处理器104通常基于存储在存储器106内的程序指令执行逻辑和算术运算。存储器106中的指令可以可执行以实现本文中描述的方法。
设备100还可以包括外壳108，外壳108可以包括传输器110和接收器112，以允许在设备100与远程位置之间传输和接收数据。传输器110和接收器112可以组合成收发器114。多个传输天线116可以附接到外壳108并且电耦合到收发器114。设备100还可以包括(未示出)多个传输器、多个接收器和多个收发器。
设备100还可以包括信号检测器118，信号检测器118可以用于检测和量化由收发器114接收的信号的电平。信号检测器118可以检测诸如总能量、每子载波每符号的能量、功率谱密度和其他信号等信号。设备100还可以包括用于处理信号的数字信号处理器(DSP)120。
设备100还可以包括用于为设备100的各个组件供电的电池122。设备100还可以包括功率管理集成电路(功率管理IC或PMIC)124，用于管理从电池到设备100的各种组件的功率。PMIC 124可以为设备执行各种功能，诸如DC到DC转换、电池充电、功率源选择、电压缩放、供电排序等。在某些方面，PMIC 124包括电压调节器，电压调节器可以使用单电感器多输出(SIMO)开关模式电源(SMPS)来实现，如本文中更详细地描述的。
设备100的各种组件可以通过总线系统126耦合在一起，除了数据总线之外，总线系统126还可以包括功率总线、控制信号总线和状态信号总线。
示例开关模式电源
单电感器多输出(SIMO)转换器通常是指开关模式电源(SMPS)，该SMPS可以被用于使用单个电感器为多个输出提供多个调节电压。例如，单电感器双输出(SIDO)转换器可以包括两个输出。SIDO转换器的第一输出可以具有第一电压Vreg1，并且SIDO转换器的第二输出可以具有第二电压Vreg2，第二电压Vreg2可以与Vout1不同。输出电压Vreg1和Vreg2中的任何一个可以高于、低于或等于SMPS的电源电压(例如，电池电压(Vbat))。换言之，如果SIDO转换器的两个输出都大于电源电压，则这两个输出可以是两个升压输出，如果这两个输出都小于电源电压，则这两个输出可以是两个降压输出，或者一个输出可以是降压输出而另一输出可以是升压输出。在某些情况下，与两个输出相关联的负载电流可以在零到几安培之间的任何位置，并且负载电流的量对于用于控制SMPS的开关的SMPS控制器来说可能是未知的。与输出相关联的负载电流也可能彼此不相关。
在SMPS的常规脉冲频率调制(PFM)操作中，可以存在三种操作状态。在第一状态下，跨SMPS的电感元件的电流斜升，在第二状态下，跨电感元件的电流斜降，在第三状态下，跨电感元件的电流为零(例如，也称为高阻抗(HiZ)状态)。
在一些情况下，当SMPS在第一状态与第二状态之间转变以调节SMPS的输出时，跨电感元件的电流可以斜升和斜降。在输出被充分充电之后，跨电感元件的电流下降到零，并且SMPS进入Hi-Z状态。用于控制电感器电流的常规设计，依赖于具有已知电感器电流分布的SMPS的每个状态。然而，在某些情况下，SMPS的输出电压可能无法预测。即，当将电流引导到SMPS的特定输出时，可能并不总是知道在SMPS的每个状态下电感器电流是斜升还是斜降。具体地，当电感器连接在电源电压(例如，Vbat)与SMPS的输出中的一个输出之间时，电感器电流可以斜升、斜降或保持恒定。SMPS控制器可能不知道在电感器电流被引导到输出之前，电感器电流是斜升、斜降还是保持恒定。
图2A至图2C是处于三种不同状态的示例SMPS 200的电路图。如图2A所示，在A1和A2状态(统称为A状态)下，SMPS 200的电感元件202耦合在电源节点210(例如，提供电源电压或电池电压(Vbat))与SMPS的输出节点212、214中的一个之间。例如，在用于调节Vreg1的A1状态下，开关204、206经由控制器240(也称为SMPS控制器)闭合，以将电感元件202耦合在电源节点210与输出节点212之间。在用于调节Vreg2的A2状态下，开关204、208经由控制器240闭合，以将电感元件202耦合在电源节点210与输出节点214之间。换言之，在A1状态下，电感器电流230被引导到输出节点212，并且在A2状态下，电感器电流230被引导到输出节点214。虽然对于图2A的SIDO仅示出两个A状态，但是本领域技术人员将认识到，当存在多于两个SMPS输出时，可以存在多于两个的A状态。
在A状态下，电感器电流230可以根据以下而斜升或斜降：耦合有电感元件202的输出电压具有低于电源电压(例如，Vbat)还是高于电源电压的电压。例如，在A1状态下，如果输出节点212处的电压(Vreg1)低于电源节点210处的电源电压，则电感器电流斜升，但如果电压(Vreg1)高于电源电压，则电感器电流斜降。如本文所述，控制器240可能不知道在电感器电流被引导到输出节点212之前电感器电流230是斜升还是斜降。
如图2B所示，在B1和B2状态(统称为B状态)期间，SMPS 200的电感元件202可以耦合在用于SMPS 200的参考电位节点290(例如，电接地(gnd))与输出节点212、214中的一个之间。例如，在用于调节Vreg1的B1状态下，开关220、206经由控制器240闭合，以将电感元件202耦合在参考电位节点与输出节点212之间。在用于调节Vreg2的B2状态下，开关220、208经由控制器240闭合，以将电感元件202耦合在参考电位节点与输出节点214之间。换言之，在B1状态下，电感器电流230被引导到输出节点212，并且在B2状态下，电感器电流230被引导到输出节点214。在B状态下，电感器电流230斜降，因为电感元件202通过开关220耦合到参考电位节点。虽然对于图2B的SIDO仅示出了两个B状态，但是本领域技术人员将认识到，当存在多于两个SMPS输出时，可以存在多于两个的B状态。
如图2C所示，在C状态期间，通过闭合开关204、222，SMPS 200的电感元件202耦合在电源节点210与参考电位节点之间。在C状态期间，电感元件202正在充电，并且电感器电流斜升。
如本文中呈现的，在A1和A2状态下，电感器电流可以根据以下而斜升或斜降：耦合有电感器的输出电压具有低于电源电压还是高于电源电压的电压。换言之，电感器电流230在A1和A2状态期间的行为是未知的，因为不清楚电感器电流在这些状态期间是斜升还是斜降。因此，为了调节电感器电流230，SMPS可以被配置为在B状态与C状态之间交替，在此期间，电感器电流的行为是已知的。然而，B状态与C状态之间的交替使SMPS处于强制升压降压操作模式，这是低效的。
本公开的某些方面涉及用于以比常规实现更高效的方式操作多输出转换器，以控制SMPS 200的电感器电流的技术。某些方面使得能够在某些预定阈值内调节电感器电流，而无需具体了解SMPS的电源电压与输出电压之间的关系。
图3是示出根据本公开的某些方面的示例SMPS 200的电感器电流230的曲线图300。如图所示，一旦控制器240检测到要向SMPS 200的输出中的一个输出提供电荷，SMPS就可以被配置为进入状态C，以对电感元件202充电并且使电感器电流230斜升。在某些方面，可以实现三个不同电流阈值(cur_low、cur_mid、cur_high)。例如，cur_low阈值可以低于cur_mid阈值，cur_mid阈值可以低于cur_high阈值。
一旦电感器电流230达到cur_mid阈值，SMPS就转变到A状态中的一个。例如，SMPS可以在时间302转变到状态A1。取决于Vreg1是低于还是高于SMPS 200的电源电压，电感器电流230可以斜升或斜降。例如，在图3所示的场景中，Vreg1可以高于电源电压，而Vreg2可以低于电源电压。由于Vreg 1高于电源电压，电感器电流230斜降。
一旦电感器电流230在时间306达到cur_low阈值，SMPS就可以被配置为C状态，以对电感元件202再充电并且使电感器电流230斜升。一旦电感器电流230在时间304达到cur_mid阈值，SMPS就可以被配置为状态A2。在状态A2下，如果输出节点214处的Vreg2低于电源电压，则电感器电流230可以斜升。一旦电感器电流230在时间308达到cur_high阈值，SMPS就可以被配置为B2状态，以在继续将电感器电流230引导到输出节点214的同时，使电感器电流230斜降。
一旦电感器电流230在时间310达到cur_mid阈值，电感器电流就可以被配置为A1状态，以将电感器电流230引导到输出节点212并且使电感器电流230斜降。一旦电感器电流230在时间312达到cur_low阈值时，SMPS就可以被配置为C状态，以对电感元件202再充电并且使电感器电流230斜升。在时间314，当控制器240确定Vreg1和Vreg2被适当调节并且不再需要将更多电荷提供给输出节点212、214时，SMPS 200可以被配置为B1状态以使电感器电流230斜降，直到电感器电流达到零，此时，SMPS可以被配置为Hi-Z状态，如本文所述。
换言之，一旦电感器电流达到阈值cur_high或cur_low，控制器240就能够确定电感器电流230太高(例如，处于cur_high阈值)或太低(例如，处于cur_low阈值)。如果电感器电流230太高，则控制器240可以使SMPS转变为B状态中的一个以使电感器电流230斜降。如果电感器电流230太低，则控制器240可以使SMPS转变为C状态以使电感器电流230斜升。无论哪种方式，控制器240都调节电感器电流230以将其保持在由cur_low和cur_high阈值设置的边界内。
图4包括示出根据本公开的某些方面的不同场景中的电感器电流230的曲线图400、402、404。例如，在时间410，Vreg1和Vreg2都低于电源电压(例如，Vbat)。曲线图400示出了当Vreg1和Vreg2都低于电源电压时的电感器电流230。如图所示，由于Vreg1和Vreg2都低于电源电压(即，双升压场景)，无论电感器电流230在时间302、304之后被引导到输出节点212还是输出节点214，电感器电流都将斜降。因此，电感器电流230将在cur_low阈值与cur_mid阈值之间转变。
在时间412，Vregl高于电源电压，并且Vreg2低于电源电压。曲线图402示出了当Vreg1高于电源电压并且Vreg2低于电源电压时的电感器电流230，并且对应于图3中描绘的场景。换言之，在这种场景中，电感器电流230在cur_low阈值与cur_mid阈值之间以及在cur_mid阈值与cur_high阈值之间转变，如本文所述。
在时间414，Vregl和Vreg2都高于电源电压(例如，Vbat)。曲线图404示出了当Vreg1和Vreg2都高于电源电压时的电感器电流230。如图所示，由于Vreg1和Vreg2都高于电源电压(即，双降压场景)，无论电感器电流230在时间302、420之后被引导到输出节点212还是输出节点214，电感器电流230都将斜升。因此，电感器电流230将在cur_mid阈值与cur_high阈值之间转变。
图5示出了根据本公开的某些方面的用于SMPS 200的示例电流感测电路502。如图所示，电阻元件504可以耦合在电感元件202的第一端子与电容元件506所在的节点590之间。电容元件506可以耦合在电感元件202的第二端子与电阻元件504所在的节点590之间。跨电容元件506的电压可以表示电感器电流230。跨导(Gm)电路508可以被实现以感测跨电容元件506的电压，并且生成与电感器电流230相对应的感测电流(Isns)。电阻元件520表示电感元件202的寄生电阻(也称为等效串联电阻或ESR)。
图6是根据本公开的某些方面的本文中描述的比较电路600，用于将感测电流Isns与电流阈值进行比较。如图所示，Isns可以被源送到感测电阻元件(R_sns)602，以在比较器604、606、608的正输入端子处(例如，在节点650处)生成感测电压(Vsns)。在某些方面，电流源620可以被用于向节点650提供偏移电流(Ioffset)以实现Vsns的电压偏移。
表示相应电流阈值cur_high、cur_mid、cur_low的电压Vcur_high、Vcur_mid、Vcur_low，可以被提供给比较器604、606、608的相应负输入端子。例如，比较电路600可以包括耦合到模拟电压轨(avdd)的电流源632。电流源632可以源送电流(Imid)以使其跨电阻元件630流动，以在缓冲器634的输入处生成与Vcur_mid相对应的电压。缓冲器634的输出耦合到比较器606的负输入端子，并且将Vcur_mid提供给比较器606的负输入端子。此外，比较电路600可以包括电流源640、642以跨电阻元件636、638源送电流，以生成电压Vcur_high和Vcur_low。换言之，电压Vcur_low可以等于电压Vcur_mid减去跨电阻元件638的电压，电压Vcur_high可以等于电压Vcur_mid加上跨电阻元件636的电压。Vcur_mid可以通过调节电流Imid或调节电阻元件630的电阻来设置。Vcur_high和Vcur_low可以通过设置电阻元件636、638的电阻来设置。比较器604、606、608的输出可以指示电感器电流230是否等于或大于cur_low、cur_mid和cur_high阈值中的相应阈值。由比较器604、606和608生成的信号可以被输入到控制器240，控制器240基于该信号来控制SMPS 200，如本文所述。
图7是示出根据本公开的某些方面的用于操作SMPS的示例操作700的流程图。操作700可以由诸如控制器240和SMPS 200等电源系统执行。例如，SMPS可以包括单个电感器，但可以具有多个输出(例如，SIMO电压调节器)。
操作700开始于框702，其中电源系统将表示跨SMPS的电感元件(例如，电感元件202)的电流量(例如，电感器电流230)的信号与至少三个阈值(例如，cur_low、cur_mid和cur_high阈值)进行比较。在框704，电源系统可以基于该比较来选择SMPS的配置，并且在框706，基于该选择来配置SMPS。
在某些方面，至少三个阈值包括第一阈值(例如，cur_low阈值)、第二阈值(例如，cur_mid阈值)和第三阈值(例如，cur_high阈值)，第二阈值在第一阈值与第三阈值之间。该配置可以包括第一配置(例如，B状态中的一个)和第二配置(例如，C状态)，在第一配置中，如果表示电流量的信号等于或大于第三阈值，则电流量减小，在第二配置中，如果表示电流量的信号等于或小于第一阈值，则电流量增加。
在某些方面，SMPS的配置可以包括将SMPS配置为基于该选择将电流引导到SMPS的一个或多个输出中的第一输出。在某些方面，在电流被引导到第一输出之前，电感元件可以耦合在SMPS的电源电压节点(例如，电源节点210)与SMPS的参考电位节点(例如，参考电位节点290)之间。在某些方面，将表示电流量的信号与至少三个阈值进行比较可以包括：将表示电流量的信号与至少三个阈值中的第一阈值(例如，cur_mid阈值)进行比较。该配置可以基于表示电流量的信号与第一电流阈值的比较来选择。在某些方面，将表示电流量的信号与至少三个阈值进行比较还可以包括：将表示电流量的信号与至少三个电流阈值中的电流阈值进行比较。在这种情况下，操作700还可以包括基于表示电流量的信号与第二阈值的比较，来重新配置SMPS。在某些方面，SMPS的重新配置包括：如果第二阈值(例如，cur_low阈值)小于第一阈值，则将电感元件耦合在SMPS的电源电压节点与SMPS的参考电位节点(例如，参考电位节点290)之间；或者如果第二阈值(例如，cur_low阈值)大于第一阈值，则将电感元件耦合在参考电位节点与SMPS的一个或多个输出中的一个输出之间。在某些方面，一个或多个输出包括多个输出，并且多个输出中的一个输出可以包括与第一输出不同的SMPS的第二输出。
在某些方面，第二阈值(例如，cur_low)小于第一阈值。在某些方面，表示电流量的信号与至少三个阈值的比较还包括在将电感元件耦合在电源电压节点与参考电位节点之间之后，执行表示电流量的信号与至少三个阈值中的第一阈值(例如，cur_mid阈值)的另一比较。一个或多个输出可以包括多个输出，并且SMPS的配置可以涉及将SMPS配置为基于另一比较来将电流引导到多个输出中的第二输出。在某些方面，第二输出可以与第一输出相同或不同。在某些方面，将表示电流量的信号与至少三个阈值进行比较还可以包括：在将电流引导到第二输出之后，将电流量与至少三个阈值中的第三阈值(例如，cur_high阈值)进行比较，并且基于表示电流量的信号与第三阈值的比较来执行SMPS的另一重新配置。在某些方面，另一重新配置可以包括将电感元件耦合在SMPS的参考电位节点与多个输出中的一个输出之间。在某些方面，多个输出中的一个输出可以包括第二输出。
在某些方面，第二阈值(例如，cur_high阈值)大于第一阈值，并且SMPS的重新配置包括将电感元件耦合在参考电位节点与一个或多个输出中的一个输出之间。在一些情况下，一个或多个输出中的一个输出包括第一输出。在某些方面，一个或多个输出包括多个输出，并且表示电流量的信号与至少三个阈值的比较包括将电感元件耦合在参考电位节点与多个输出中的一个输出之间之后，执行表示电流量的信号与第一阈值(例如，cur_mid阈值)的另一比较。SMPS的配置可以涉及将SMPS配置为基于另一比较来将电流引导到多个输出中的第二输出。在一些情况下，将表示电流量的信号与至少三个阈值进行比较还包括：在将电流引导到第二输出之后，将表示电流量的信号与至少三个阈值中的第三阈值(例如，cur_low阈值)进行比较。操作700还可以包括基于表示电流量的信号与第三阈值的比较，来执行SMPS的另一重新配置。在一些情况下，另一重新配置包括将电感元件耦合在SMPS的电源电压节点与SMPS的参考电位节点之间。
在某些方面，操作700还包括经由感测电路(例如，电流感测电路502)感测电流量。在某些方面，表示电流量的信号的比较经由比较电路(例如，比较电路600)来执行。在某些方面，感测电路可以包括电容元件(例如，电容元件506)，以及耦合在电感元件的第一端子与电容元件之间的电阻元件(例如，电阻元件504)，电容元件耦合在电感元件的第二端子与电阻元件之间。感测电路还可以包括跨导电路(例如，跨导电路508)，跨导电路具有耦合到电容元件与电阻元件之间的节点(例如，节点590)的第一输入和耦合到电感元件的第二端子的第二输入。在某些方面，比较电路可以包括第一比较器(例如，比较器604)、第二比较器(例如，比较器606)和第三比较器(例如，比较器608)、第一比较器、第二比较器和第三比较器的正输入端子耦合到感测电路的输出。比较电路还可以包括耦合在第一比较器的负输入端子与第二比较器的负输入端子之间的第一电阻元件(例如，电阻元件636)，以及耦合在第二比较器的负输入端子与第三比较器的负输入端子之间的第二电阻元件(例如，电阻元件638)。
上述方法的各种操作可以通过能够执行对应功能的任何合适的装置来执行。该装置可以包括各种硬件和/或软件组件和/或模块，包括但不限于电路、专用集成电路(ASIC)或处理器。通常，在有图中所示的操作的地方，这些操作可以具有对应的具有相似编号的对应装置加功能组件。在某些方面，用于选择的装置和用于配置的装置可以是控制器，诸如控制器240。在某些方面，用于比较的装置可以是比较电路，诸如比较电路600。
如本文中使用的，术语“确定”包括多种动作。例如，“确定”可以包括计算(calculating)、计算(computing)、处理、导出、调查、查找(例如，在表、数据库或另一数据结构中查找)、确认等。此外，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问存储器中的数据)等。此外，“确定”可以包括解析、选择、挑选、建立等。
如本文中使用的，提及项目列表中的“至少一个”的短语是指这些项目的任何组合，包括单个成员。例如，“a、b或c中的至少一个”旨在涵盖：a、b、c、ab、ac、bc和abc、以及与相同元素的倍数的任何组合(例如，aa、aaa、aab、aac、abb、acc、bb、bbb、bbc、cc和ccc、或a、b和c的任何其他顺序)。
结合本公开描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以用被设计成执行本文中描述的功能的分立硬件组件来实现或执行。本文中公开的方法包括用于实现所述方法的一个或多个步骤或动作。在不脱离权利要求的范围的情况下，方法步骤和/或动作可以彼此互换。换言之，除非指定步骤或动作的特定顺序，否则在不脱离权利要求的范围的情况下，可以修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。
应当理解，权利要求不限于上面所示的精确配置和组件。在不脱离权利要求的范围的情况下，可以对上述方法和设备的布置、操作和细节进行各种修改、改变和变化。

Claims (20)

1.一种用于操作开关模式电源(SMPS)的方法，包括：
将表示跨所述SMPS的电感元件的电流的量的信号与至少三个电流阈值进行比较；
基于所述比较选择所述SMPS的配置；以及
基于所述选择配置所述SMPS。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少三个阈值包括第一阈值、第二阈值和第三阈值，所述第二阈值在所述第一阈值与所述第三阈值之间，其中所述配置包括：
第一配置，在所述第一配置中，如果表示所述电流的量的所述信号等于或大于所述第三阈值，则所述电流的量减小；以及
第二配置，在所述第二配置中，如果表示所述电流的量的所述信号等于或小于所述第一阈值，则所述电流的量增加。
3.根据权利要求1所述的方法，其中配置所述SMPS包括：将所述SMPS配置为基于所述选择将所述电流引导到所述SMPS的一个或多个输出中的第一输出。
4.根据权利要求3所述的方法，其中在所述电流被引导到所述第一输出之前，所述电感元件被耦合在所述SMPS的电源电压节点与所述SMPS的参考电位节点之间。
5.根据权利要求3所述的方法，其中：
将表示所述电流的量的所述信号与所述至少三个阈值进行比较包括：将表示所述电流的量的所述信号与所述至少三个阈值中的第一阈值进行比较；
所述配置是基于表示所述电流的量的所述信号与所述第一阈值的所述比较来选择的；
将表示所述电流的量的所述信号与所述至少三个阈值进行比较还包括：将所述电流的量与所述至少三个阈值中的第二阈值进行比较；以及
所述方法还包括：基于表示所述电流的量的所述信号与所述第二阈值的所述比较，来重新配置所述SMPS。
6.根据权利要求5所述的方法，其中重新配置所述SMPS包括：
如果所述第二阈值小于所述第一阈值，则将所述电感元件耦合在所述SMPS的电源电压节点与所述SMPS的参考电位节点之间；或者
如果所述第二阈值大于所述第一阈值，则将所述电感元件耦合在所述参考电位节点与所述SMPS的所述一个或多个输出中的一个输出之间。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述一个或多个输出包括多个输出，并且其中所述多个输出中的所述一个输出包括所述SMPS的第二输出，所述第二输出与所述第一输出不同。
8.根据权利要求6所述的方法，其中：
所述一个或多个输出包括多个输出；
所述第二阈值小于所述第一阈值；
将表示所述电流的量的所述信号与所述至少三个阈值进行比较还包括：在将所述电感元件耦合在所述电源电压节点与所述参考电位节点之间之后，执行表示所述电流的量的所述信号与所述至少三个阈值中的所述第一阈值的另一比较；以及
所述SMPS的所述配置包括：将所述SMPS配置为基于所述另一比较，来将所述电流引导到所述多个输出中的第二输出。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：
将表示所述电流的量的所述信号与所述至少三个阈值进行比较还包括：在将所述电流引导到所述第二输出之后，将所述电流的量与所述至少三个阈值中的第三阈值进行比较；以及
所述方法还包括：基于表示所述电流的量的所述信号与所述第三阈值的所述比较，来执行所述SMPS的另一重新配置。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述另一重新配置包括：
将所述电感元件耦合在所述SMPS的所述参考电位节点与所述多个输出中的一个输出之间。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述多个输出中的一个输出包括所述第二输出。
12.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二阈值大于所述第一阈值，并且其中重新配置所述SMPS包括：将所述电感元件耦合在参考电位节点与所述一个或多个输出中的一个输出之间。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述一个或多个输出中的所述一个输出包括所述第一输出。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述一个或多个输出包括多个输出；
将表示所述电流的量的所述信号与所述至少三个阈值进行比较还包括：在将所述电感元件耦合在所述参考电位节点与所述多个输出中的所述一个输出之间之后，执行表示所述电流的量的所述信号与所述第一阈值的另一比较；以及
所述SMPS的所述配置包括：将所述SMPS配置为基于所述另一比较，来将所述电流引导到所述多个输出中的第二输出。
15.根据权利要求14所述的方法，其中：
将表示所述电流的量的所述信号与所述至少三个阈值进行比较还包括：在将所述电流引导到所述第二输出之后，将表示所述电流的量的所述信号与所述至少三个阈值中的第三阈值进行比较；以及
所述方法还包括：基于表示所述电流的量的所述信号与所述第三阈值的所述比较，来执行所述SMPS的另一重新配置。
16.根据权利要求15所述的方法，其中执行所述另一重新配置包括：
将所述电感元件耦合在所述SMPS的电源电压节点与所述SMPS的所述参考电位节点之间。
17.一种用于操作开关模式电源(SMPS)的装置，包括
比较电路，被配置为将表示跨所述SMPS的电感元件流动的电流的量的信号与至少三个阈值进行比较；以及
控制器，被配置为：
基于所述比较选择所述SMPS的配置；以及
基于所述选择配置所述SMPS。
18.根据权利要求17所述的装置，还包括感测电路，所述感测电路被配置为感测所述电流的量，并且生成表示所述电流的量的所述信号。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述感测电路包括：
电容元件；
电阻元件，耦合在所述电感元件的第一端子与所述电容元件之间，所述电容元件被耦合在所述电感元件的第二端子与所述电阻元件之间；以及
跨导电路，具有：
第一输入，耦合到所述电容元件与所述电阻元件之间的节点；以及
第二输入，耦合到所述电感元件的所述第二端子。
20.根据权利要求18所述的装置，其中所述比较电路包括：
第一比较器；
第二比较器；
第三比较器，所述第一比较器、所述第二比较器和所述第三比较器的正输入端子被耦合到所述感测电路的输出；
第一电阻元件，耦合在所述第一比较器的负输入端子与所述第二比较器的负输入端子之间；以及
第二电阻元件，耦合在所述第二比较器的负输入端子与所述第三比较器的负输入端子之间。
CN202080039648.3A 2019-05-30 2020-05-15 用于控制单电感器多输出(simo)开关模式电源(smps)的技术 Pending CN113906661A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/426,494 2019-05-30
US16/426,494 US10958168B2 (en) 2019-05-30 2019-05-30 Techniques for controlling a single-inductor multiple-output (SIMO) switched-mode power supply (SMPS)
PCT/US2020/033078 WO2020242786A1 (en) 2019-05-30 2020-05-15 Techniques for controlling a single-inductor multiple-output (simo) switched-mode power supply (smps)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113906661A true CN113906661A (zh) 2022-01-07

Family

ID=70978605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080039648.3A Pending CN113906661A (zh) 2019-05-30 2020-05-15 用于控制单电感器多输出(simo)开关模式电源(smps)的技术

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10958168B2 (zh)
CN (1) CN113906661A (zh)
WO (1) WO2020242786A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11515786B2 (en) * 2019-08-28 2022-11-29 Qualcomm Incorporated Techniques for current sensing for single-inductor multiple-output (SIMO) regulators

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7948720B2 (en) 2008-03-19 2011-05-24 Qualcomm Incorporated Voltage regulator with transient recovery circuit
GB0912745D0 (en) 2009-07-22 2009-08-26 Wolfson Microelectronics Plc Improvements relating to DC-DC converters
EP2337203B1 (en) * 2009-12-15 2013-05-22 Nxp B.V. Circuit for a switch mode power supply
TWI427908B (zh) * 2010-12-30 2014-02-21 Realtek Semiconductor Corp 單電感雙輸出電源轉換器與其驅動方法
US9362828B2 (en) * 2013-02-06 2016-06-07 Microsemi Corporation Hysteretic current mode control converter with low, medium and high current thresholds
US10345353B2 (en) * 2017-11-13 2019-07-09 Texas Instruments Incorporated Fully differential current sensing

Also Published As

Publication number Publication date
US20200381993A1 (en) 2020-12-03
WO2020242786A1 (en) 2020-12-03
US10958168B2 (en) 2021-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9479060B2 (en) Control circuit, battery power supply device and control method
US8040121B2 (en) Switching regulator
US8018212B1 (en) Buck-boost regulator
US20210067033A1 (en) Differential sensing and maintenance of flying capacitor voltage in a switched-mode power supply circuit
US7522432B2 (en) Switching regulator and control circuit and method used therein
US11705812B2 (en) Current-based transitions between buck converter and charge pump modes in an adaptive combination power supply circuit
US7965058B2 (en) Charging and power supply for mobile devices
US20130141070A1 (en) Control system and method for shared inductor regulator
US20140002041A1 (en) Digital low drop-out regulator
CN113273070A (zh) 自适应组合电源电路和充电架构
US9712041B2 (en) Apparatuses and methods for over-current protection of DC-DC voltage converters
JP2016085591A (ja) Ｕｓｂ給電装置、それを用いた電子機器、ｕｓｂ給電装置の制御方法
US10389243B2 (en) Current limit boost converter
US10693376B2 (en) Electronic converter and method of operating an electronic converter
US11424672B2 (en) Current limiting for a boost converter
US20240055992A1 (en) Three-level buck converter configurable for two-level buck converter mode operation
US9673701B2 (en) Slew rate enhancement for transient load step response
US20220294248A1 (en) Charge systems with a bi-directional linear charger and associated operating methods
US10958168B2 (en) Techniques for controlling a single-inductor multiple-output (SIMO) switched-mode power supply (SMPS)
US11515786B2 (en) Techniques for current sensing for single-inductor multiple-output (SIMO) regulators
US20200287465A1 (en) Switched-mode power supply with fixed on-time control scheme
US10924017B2 (en) Techniques for controlling a single-inductor multiple-output switched-mode power supply
KR20220114463A (ko) 양방향 스위칭 컨버터 및 이의 동작 방법
CN115912897A (zh) 转换电路、电能提供装置和相关产品

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination