CN114981747A - 电流模式dc-dc转换器 - Google Patents

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Abstract

一种转换器系统(100)包含第一开关(102)及控制器(110)，所述控制器(110)经配置以基于所述转换器系统(100)的输入及输出电压在第一与第二状态之间切换所述第一开关(102)，其中所述控制器(110)包含：定时器单元(200)，其包含第一定时器(202)，其经配置以基于所述转换器系统(100)的目标开关频率确定第一持续时间，及第二定时器(212)，其经配置以基于等于或大于所述第一开关(102)的所述第一状态的最小持续时间的预定持续时间以及所述输入及输出电压确定第二持续时间；及控制逻辑单元(124)，其经配置以在所述第一及第二持续时间两者期满时将所述第一开关(102)从所述第二状态切换到所述第一状态。

Description

电流模式DC-DC转换器
技术领域
本公开涉及集成电路，且更特定来说，涉及电流模式DC-DC转换器系统。
背景技术
DC-DC转换器广泛用于将输入DC电压转换为所期望的输出DC电压以驱动负载。电流模式DC-DC转换器可包含电流回路，其通过感测流过耦合到DC-DC转换器的开关节点的电感器的电感器电流来确定每一开关循环中开关的接通或关断时间，从而调节电感器电流。在常规自适应接通时间或关断时间电流模式DC-DC转换器中，控制开关的脉宽调制(PWM)信号基于所感测的电感器电流进行调节，接通时间或关断时间基于DC-DC转换器的输入及输出电压确定。在常规固定频率电流模式DC-DC转换器中，PWM信号基于所感测的电感器电流及具有固定目标频率的时钟信号进行调节。
发明内容
本公开涉及集成电路，且更特定来说，涉及具有更宽占空比范围的DC-DC转换器系统。一种DC-DC转换器系统(例如，开关模式DC-DC转换器)通常包含基于频率信号(例如，脉宽调制(PWM)信号)在接通与关断状态之间可操作的开关，通过周期性地存储来自在电感器或变压器的磁场中提供输入DC电压的源的能量，且从所述磁场释放所述能量，从而向负载产生输出DC电压。所述输出DC电压与所述输入DC电压之间的比率与所述PWM信号的占空比成比例。
在一个实例中，本公开提供一种DC-DC转换器系统，其包含第一开关，其耦合到开关节点且在第一与第二状态之间可操作，及控制器，其耦合到所述第一开关且经配置以基于所述DC-DC转换器系统的输入电压及输出电压在所述第一与第二状态之间切换所述第一开关。所述控制器包含：定时器单元，其包含第一定时器，其经配置以基于所述DC-DC转换器系统的目标开关频率确定第一持续时间，第二定时器，其经配置以基于大体上等于或大于所述第一开关的所述第一状态的最小持续时间的预定持续时间以及所述输入及输出电压确定第二持续时间，及逻辑电路系统，其耦合到所述第一及第二定时器且经配置以在所述第一及第二持续时间两者期满时产生期满信号；及控制逻辑单元，其经配置以基于所述期满信号将所述第一开关从所述第二状态切换到所述第一状态。
在另一实例中，本公开提供一种用于切换DC-DC转换器系统的第一开关的控制器。所述控制器包含：定时器单元，其包含第一定时器，其经配置以基于所述DC-DC转换器系统的目标开关频率确定第一持续时间，第二定时器，其经配置以基于所述DC-DC转换器系统的输入及输出电压以及大体上等于或大于所述第一开关的所述第一状态的最小持续时间的预定持续时间确定第二持续时间，及逻辑电路系统，其耦合到所述第一及第二定时器且经配置以在所述第一及第二持续时间两者期满时产生期满信号；及控制逻辑单元，其经配置以基于所述期满信号将所述第一开关从第二状态切换到所述第一状态。
在又一实例中，本公开提供一种DC-DC转换器系统，其包含：第一开关，其耦合到所述DC-DC转换器系统的开关节点及电压供应节点且在第一与第二状态之间可操作；第一定时器，其包含第一电容元件，其具有第一电容，第一定时开关，其与所述第一电容元件并联耦合，第一电流源，其与所述第一电容元件串联耦合且经配置以向所述第一电容元件或从所述第一电容元件供给或吸收第一电流，及第一比较器，其具有耦合到所述第一电容元件的第一输入端子、经配置以接收第一参考电压的第二输入端子，及经配置以在基于所述第一电容、所述第一电流源及所述第一参考电压确定的第一持续时间期满时产生第一定时器期满信号的输出端子；第二定时器，其包含第二电容元件，其具有第二电容，第二定时开关，其与所述第二电容元件并联耦合；第二电流源，其与所述第二电容元件串联耦合且经配置以向所述第二电容元件或从所述第二电容元件供给或吸收第二电流，及第二比较器，其具有耦合到所述第二电容元件的第一输入端子、经配置以接收第二参考电压的第二输入端子，及经配置以在基于所述第二电容、所述第二电流源及所述第二参考电压确定的第二持续时间期满时产生第二定时器期满信号的输出端子；逻辑栅极，其耦合到所述第一及第二比较器的输出，且经配置以基于所述第一及第二定时器两者的期满产生期满信号；及控制逻辑单元，其耦合在所述逻辑栅极与所述第一开关的控制端子之间，经配置以基于所述期满信号将所述第一开关从所述第二状态切换到所述第一状态。
附图说明
图1是根据本公开的第一实施方案的DC-DC转换器系统的示意框图；
图2A到2D展示图1的DC-DC转换器系统的定时器单元的示意电路图；
图3是根据本公开的第二实施方案的DC-DC转换器系统的示意框图；
图4是图3的DC-DC转换器系统的定时器单元的示意电路图；
图5是根据本公开的第三实施方案的DC-DC转换器系统的示意框图；
图6是图5的DC-DC转换器系统的定时器单元的示意电路图；
图7是根据本公开的第四实施方案的DC-DC转换器系统的示意框图；
图8是图7的DC-DC转换器系统的定时器单元的示意电路图；
图9是根据本公开的第五实施方案的DC-DC转换器系统的示意框图；
图10是图9的DC-DC转换器系统的定时器单元的示意电路图；
图11是根据本公开的第六实施方案的DC-DC转换器系统的示意框图；
图12是图11的DC-DC转换器系统的定时器单元的示意电路图；
图13是根据本公开的第七实施方案的DC-DC转换器系统的示意框图；
图14是图13的DC-DC转换器系统的定时器单元的示意电路图；
图15是根据本公开的第八实施方案的DC-DC转换器系统的示意框图；
图16是图15的DC-DC转换器系统的定时器单元的示意电路图；及
图17是根据本公开的实施方案的操作DC-DC转换器系统的方法的流程图。
具体实施方式
本公开涉及电流模式DC-DC转换器系统。
现在参考图1，展示根据本公开的第一实施方案的DC-DC转换器系统100的示意框图。更特定来说，图1展示具有峰值电流控制拓扑的自适应关断时间电流模式升压DC-DC转换器系统。
系统100包含耦合在开关节点SW与电压供应节点(例如，接地节点GND)之间的第一开关102，及耦合在系统100的开关节点SW与输出节点VOUT之间的第二开关104，从而允许电流从开关节点SW流到输出节点VOUT。第一及第二开关102及104(也分别称为低侧及高侧开关)可为晶体管，例如，N沟道MOSFET，其分别由栅极驱动信号LSD_ON及HSD_ON控制，以在第一与第二状态(例如，接通及关断状态)之间交替可操作，允许电流从开关节点SW流向电压供应节点GND，并从开关节点SW流向输出节点VOUT。在替代实例中，第二开关104可由二极管替换，二极管允许电流以单向方式从开关节点SW流到输出节点VOUT。系统100还包含耦合在输入节点VIN与开关节点SW之间的输入电感器106，及耦合在输出节点VOUT与接地节点GND之间的输出电容元件108。
系统100包含耦合到第一及第二开关102及104的控制器110，以产生PWM信号，以通过驱动器单元112交替地接通及关断第一及第二开关102及104，驱动器单元112基于PWM信号产生栅极驱动信号LSD_ON及HSD_ON。在优选实例中，驱动器单元112可为控制器110的一部分或可与控制器110分离。
控制器110包含感测单元114，其经配置以基于与通过电感器106的电感器电流IL成比例的感测电压Vs与与参考电压VREF与由放大器116产生的输出电压VOUT成比例的反馈电压VFB之间的差成比例的控制电压Vc之间的差产生控制信号Sc。在一个实例中，感测单元114包含比较器118，其经配置以在感测电压Vs增加到控制电压Vc时产生控制信号Sc以将第一开关102从接通状态切换到关断状态。在一个实例中，感测电压Vs与流过第一开关102并通过电流/电压(I/V)单元120获得的电流Is成比例，例如，通过感测跨耦合在第一开关102与接地节点GND之间的感测电阻器(未展示)的电压。
控制器110包含控制逻辑124，其经配置以基于控制信号Sc，通过驱动器单元112将第一开关102从接通状态切换到关断状态。然而，由于DC-DC转换器系统100的各种因素，例如电感器电流IL感测的消隐时间、由比较器118、控制逻辑124及/或驱动器单元112引起的延迟，第一开关的接通状态的最小持续时间(也称为最小接通时间Ton_min)通常受到限制。第一开关102的最小接通时间限制输出电压VOUT与输入电压VIN的比的范围。
控制器110还包含定时器单元122，其经配置以基于DC-DC转换器系统100的目标开关频率fsw、第一开关的最小接通时间Ton_min以及系统100的输入及输出电压VIN及VOUT确定第一开关102的关断状态(也称为关断时间Toff)的优选持续时间。
定时器单元122经进一步配置以产生期满信号ST，以在优选的关断时间Toff期满时将第一开关102从关断状态切换到接通状态。控制逻辑124经配置以基于控制信号Sc及期满信号ST产生PWM信号。例如，控制逻辑124可为边缘触发的SR触发器，其基于期满信号ST断言PWM信号，并基于控制信号Sc解除断言PWM信号。
图2A展示定时器单元200的实例示意电路图，例如图1的DC-DC转换器系统100的定时器单元122。定时器单元200包含第一定时器202，其经配置以基于第一持续时间T1产生第一定时器期满信号ST1。在一个实例中，第一持续时间T1是基于DC-DC转换器系统100的目标开关频率fsw以及输入及输出电压VIN及VOUT确定的第一开关102的第二状态(例如关断状态)的标称持续时间，使得以目标开关频率fsw操作的DC-DC转换器系统通过在每一目标开关循环T的标称持续时间内将第一开关102保持在关断状态，将输入电压VIN转换为输出电压VOUT。在具有峰值电流控制拓扑的自适应关断时间电流模式升压DC-DC转换器系统的实例中，第一持续时间T1根据以下等式确定：
Figure BDA0003725300840000051
其中T是目标切换循环，T＝1/fsw。
在一个实例中，第一定时器202包含具有电容C1的第一电容元件204。第一电容元件204与由栅极驱动信号LSD_ON控制的第一充电控制开关206并联耦合，并与经配置以向第一电容元件204供给第一充电电流Ic1的第一电流源208串联。在图2的实例中，Ic1＝VOUT/R1。在第一开关102从接通状态切换到关断状态时，触发对第一电容元件204充电。第一定时器202包含第一比较器210，其具有耦合到图2B中所展示的参考电压产生器的反相输入，以接收参考电压Vref1＝K·VIN。第一电容元件204耦合在第一电容元件210的非反相输入与接地节点GND之间。第一电容元件210经配置以当跨第一电容元件204的电压增加到参考电压K*VIN时，产生第一定时器期满信号ST1。因此，第一持续时间T1由第一定时器202根据以下等式确定：
Figure BDA0003725300840000052
其中K是大于0的数字，K·R1是图2C中所展示的第一定时器202的充电路径的电阻器236的电阻，且K·R1·C1经配置以在由第一电容元件210及电阻器236的固有误差引起的可接受误差范围内，大体上等于DC-DC转换器系统100的目标开关循环T＝1/fsw。然而，只要满足以下等式，第一充电电流Ic1及参考电压Vref1可为其它值：
Figure BDA0003725300840000053
定时器单元200还包含第二定时器212，其具有类似于第一定时器202的结构的结构，除了第二定时器212的第二电容元件214具有电容C2且由第二电流源216用第二充电电流Ic2充电，其中Ic2＝(VOUT-VIN)/R2。第二定时器212经配置以大体上与基于栅极驱动信号LSD_ON的第一定时器同时触发，且基于基于第一开关102的最小接通时间Ton_min以及输入及输出电压VIN及VOUT确定的第二持续时间T2产生第二定时器期满信号ST2。第二持续时间T2根据以下等式提供：
Figure BDA0003725300840000054
其中K·R2是图2D中所展示的第二定时器212的充电路径的电阻器242的电阻，且K·R2·C2经配置以大体上等于或略(例如10ns)大于第一开关102的最小接通时间Ton_min。
在一个实例中，第二定时器212包含第二充电开关220，其经配置以在关断第一充电开关206的同时关断，且K·R2·C2经配置以大体上等于第一开关102的最小接通时间Ton_min，使得第二持续时间等于在第一开关102的接通时间为最小接通时间Ton_min的条件下确定的第一开关102的关断时间。
在另一实例中，第二定时器212包含第二充电开关220，其经配置以在关断第一充电开关206的同时关断，且K·R2·C2经配置以略(例如10ns)大于第一开关102的最小接通时间Ton_min，以确保第二持续时间长于在第一开关102的接通时间为最小接通时间Ton_min的条件下确定的第一开关102的关断时间。
在又一实例中，K·R2·C2经配置以大体上等于第一开关102的最小接通时间Ton_min，且第二定时器212进一步包含延迟单元222，使得第二充电开关220经配置以稍(例如50ns或更多)晚于关断第一充电开关206而关断，以确保第二持续时间长于在第一开关102的接通时间为最小接通时间Ton_min的条件下确定的第一开关102的关断时间。
在一个实例中，第二定时器212进一步包含第二比较器224，其具有耦合到另一参考电压产生器的反相输入，以接收另一参考电压Vref2。只要满足以下等式，第二充电电流Ic2及参考电压Vref2可为其它值：
Figure BDA0003725300840000061
定时器单元200还包含逻辑栅极218，其经配置以在断言第一及第二定时器期满信号ST1及ST2时产生期满信号ST。在一个实例中，当VOUT/(R1·C1)>(VOUT-VIN)/(R2·C2)时，第二持续时间T2小于第一持续时间T1，第一开关102的关断状态的优选持续时间由第一持续时间T1确定，第一持续时间T1是基于目标开关频率fsw以及系统100的输入及输出电压确定的第一开关102的关断状态的标称持续时间。在另一个实例中，当VOUT/(R1·C1)<(VOUT-VIN)/(R2·C2)时，第一开关102的关断状态的优选持续时间由第二持续时间T2确定，且第一开关102的接通状态的持续时间被调节为(VOUT-VIN)/VIN*Toff＝K*R2*C2，其大体上等于或大于第一开关102的最小接通时间Ton_min，因此，仍可基于感测电压Vs调节电感器电流IL。在此类情况下，DC-DC转换器系统100的实际开关循环经配置为K·R2·C2·VOUT/(VOUT-VIN)，其大于DC-DC转换器系统100的目标切换循环。
图2B展示提供参考电压K·VIN的参考电压产生器226的实例示意电路图。在一个实例中，参考电压产生器226包含产生与输入电压VIN成比例的参考电压K·VIN的分压器228。
图2C展示电流源230的实例示意电路图，例如，图2的定时器单元200的第一电流源208。第一电流源230包含误差放大器232，其具有耦合到晶体管234的栅极节点的输出端子、经配置以接收参考电压K·VOUT的非反相输入端子，其可以类似于图2B中所展示的参考电压产生器220的方式提供，及耦合到晶体管234的源极节点的反相输入端子。第一电流源230还包含耦合在晶体管234的源极节点与接地节点GND之间且具有K·R1的电阻的电阻器236，及耦合到晶体管234的漏极节点并经配置以镜像流过电阻器236的电流的电流镜238，其被提供为第一充电电流Ic1＝VOUT/R1。
图2D展示另一电流源240的实例示意电路图，例如，图2的定时器单元200的第二电流源216。第二电流源240具有类似于第一电流源230的结构的结构，除了跨电阻器242的电压差经配置为VOUT-VIN。电流镜244经配置以镜像流过电阻器242的电流，其被提供为第二充电电流Ic2＝(VOUT-VIN)/R2。
返回参考图1，控制逻辑单元124经配置以基于期满信号ST将第一开关102从关断状态切换到接通状态。因此，第一开关102的关断状态的持续时间(即，关断时间Toff)经配置为第一与第二持续时间T1与T2之间的较大者。
在常规自适应关断时间电流模式升压DC-DC转换器系统中，第一开关(例如低侧开关)的关断时间Toff经配置为根据以下等式确定的标称关断时间Toff'：
Toff'＝T·VIN/VOUT (6)
由于系统的最小接通时间Ton_min的限制，系统的接通占空比范围限制在Ton_min/T与1之间，且因此VOUT与VIN范围的比限制在T/(T-Ton_min)与∞之间。类似地，具有其它拓扑的其它常规自适应接通时间/关断时间电流模式DC-DC转换器系统的操作范围也受到系统的标称关断时间及最小接通时间，或系统的标称接通时间及最小关断时间的限制。表1列出具有不同拓扑的常规自适应接通时间/关断时间电流模式DC-DC转换器系统的操作范围。
表1.常规自适应接通时间/关断时间电流模式DC-DC转换器系统的操作范围
Figure BDA0003725300840000071
Figure BDA0003725300840000081
在本公开中，当基于最小接通时间Ton_min以及输入及输出电压VIN及VOUT确定的关断时间大于DC-DC转换器系统的标称关断时间时，所提出的自适应关断时间电流模式升压DC-DC转换器系统100动态地延长第一开关102的关断时间Toff。由于第一开关102的关断时间可延长到Ton_min·VIN/(VOUT-VIN)，当VOUT与VIN的目标比率小于T/(T-Ton_min)时，接通占空比的范围可在0与1之间扩展，VOUT/VIN的范围可在1与∞之间扩展。
图3展示根据本公开的第二实施方案的DC-DC转换器系统300的示意框图。更特定来说，图3展示具有谷电流控制拓扑的自适应接通时间电流模式升压DC-DC转换器系统。
DC-DC转换器系统300大体上类似于图1的DC-DC转换器系统100，除了感测电压Vs与流过第二开关304(即高侧开关)的电流成比例地产生外，比较器318经配置以在感测电压Vs减小到控制电压Vc时产生控制信号Sc，且控制逻辑324经配置以基于控制信号Sc接通第一开关302，并基于由定时器单元322产生的期满信号ST关断第一开关302。
图4展示定时器单元400的实例示意电路图，例如图3的DC-DC转换器系统300的定时器单元322。定时器单元400包含第一定时器402，其经配置以基于第一持续时间T1产生第一定时器期满信号ST1。在一个实例中，第一持续时间T1是根据以下等式基于DC-DC转换器系统300的目标开关频率fsw以及输入及输出电压VIN及VOUT确定的第一开关302的接通状态的标称持续时间，即标称接通时间Ton：
Figure BDA0003725300840000082
其中T是系统300的目标切换循环，T＝1/fsw。
第一定时器402经配置以根据以下等式确定第一持续时间T1，即第一开关302的标称接通时间：
Figure BDA0003725300840000083
其中K·R1·C1经配置为大体上等于DC-DC转换器系统300的目标开关循环T＝1/fsw。
定时器单元400还包含第二定时器412，其具有类似于第一定时器402的结构的结构，除了第二定时器412经配置以基于根据以下等式提供的第二持续时间T2产生第二定时器期满信号ST2：
Figure BDA0003725300840000091
其中K·R2·C2经配置为大体上等于或略大于(例如大10ns)第一开关302的关断状态的最小持续时间，即最小关断时间Toff_min。
第一及第二定时器402及412经配置以在第二开关304从接通状态切换到关断状态时开始定时，即，当第一开关302从关断状态切换到接通状态时。类似于图2的定时器单元200，定时器单元400经配置以在断言第一及第二定时器期满信号ST1及ST2两者时产生期满信号ST。
类似于图1的DC-DC转换器系统100，由于第一开关302的接通时间可延长到Toff_min·(VOUT-VIN)/VIN，当VOUT与VIN的目标比率大于T/Toff_min时，接通占空比的范围可在0与1之间扩展，且VOUT/VIN的范围可在1与∞之间扩展。
图5结合图6展示根据本公开的第三实施方案的DC-DC转换器系统500的示意框图。更特定来说，图5展示具有谷值电流控制拓扑的自适应接通时间电流模式降压DC-DC转换器系统。类似于图3中所展示的自适应接通时间电流模式升压DC-DC转换器系统300结合图4的定时器单元400，DC-DC转换器系统500经配置以基于由定时器单元522产生的期满信号ST关断第一开关502(即高侧开关)。更详细地展示为图6的定时器单元600的定时器单元522经配置以产生期满信号ST，以在分别由第一及第二定时器确定的第一及第二持续时间T1及T2两者期满时关断第一开关502。第一持续时间T1基于基于开关频率fsw以及DC-DC转换器系统500的输入及输出电压VIN及VOUT确定的第一开关602的接通状态的标称持续时间(例如标称接通时间Ton)确定，且第二持续时间T2基于输入及输出电压VIN及VOUT以及大体上等于大于第一开关502的关断状态的最小持续时间(也称为最小关断时间Toff_min)的预定持续时间确定。类似于图3的DC-DC转换器系统300，由于第一开关502的接通状态的持续时间(即，接通时间)可延长到Toff_min·VOUT/(VIN-VOUT)，当VOUT与VIN的目标比率大于1-Toff_min/T时，占空比范围可在0与1之间扩展，且VOUT/VIN范围可在0与1之间扩展。
图7结合图8展示根据本公开的第四实施方案的DC-DC转换器系统700的示意框图。更特定来说，图7展示具有峰值电流控制拓扑的自适应关断时间电流模式降压DC-DC转换器系统。类似于图5中所展示的自适应接通时间电流模式降压DC-DC转换器系统500结合图6的定时器单元600，DC-DC转换器系统700经配置以基于由定时器单元722产生的期满信号ST接通第一开关702(即高侧开关)。更详细地展示为图8的定时器单元800的定时器单元722经配置以当分别由第一及第二定时器确定的第一及第二持续时间T1及T2两者期满时，产生期满信号ST以接通第一开关702。第一持续时间T1基于基于开关频率fsw以及DC-DC转换器系统700的输入及输出电压VIN及VOUT确定的第一开关702的关断状态的标称持续时间(即标称关断时间)确定，且第二持续时间T2基于输入及输出电压VIN及VOUT以及大体上等于大于第一开关702的最小接通时间Ton_min的预定持续时间确定。类似于图5的DC-DC转换器系统500，由于第一开关702的关断时间可延长到Ton_min·(VIN-VOUT)/VOUT，当VOUT与VIN的目标比率小于Ton_min/T时，接通占空比的范围可在0与1之间扩展，且VOUT/VIN的范围可在0与1之间扩展。
表2列出根据本公开的第一到第四实施方案的具有不同拓扑的自适应接通时间/关断时间电流模式DC-DC转换器系统的操作范围。
表2.根据本公开的实施方案的自适应接通时间/关断时间电流模式DC-DC转换器系统的操作范围
Figure BDA0003725300840000101
参考图9，展示根据本公开的第五实施方案的DC-DC转换器系统900的示意框图。更特定来说，图9展示具有峰值电流控制拓扑的固定频率电流模式升压DC-DC转换器系统。DC-DC转换器系统900大体上类似于图1的DC-DC转换器系统100，除了提供到比较器918的感测电压Vs与流过第一开关902的电流及斜率补偿信号的组合成比例，且控制逻辑924经配置以基于由定时器单元922产生的时钟信号CLK(例如，时钟信号CLK的上升沿)接通第一开关902。
图10展示定时器单元1000的实例示意电路图，例如图9的DC-DC转换器系统900的定时器单元922。定时器单元1000大体上类似于图2的定时器单元200，除了定时器单元922进一步包含耦合到开关1006及1020的一次性信号产生器1022，以基于时钟信号CLK提供一次性信号RST，使得第一及第二定时器1002及1012在第一开关902从关断状态切换到接通状态时开始定时。第一定时器1002经配置以基于第一持续时间T1产生第一定时器期满信号ST1。在一个实例中，第一持续时间T1是目标开关循环T＝1/fsw，其中fsw是DC-DC转换器系统900的目标开关频率。第一持续时间T1根据以下等式提供：
T1＝K·R1·C1 (9)
其中K·R1·C1经配置为大体上等于DC-DC转换器系统900的目标开关循环T＝1/fsw。
定时器单元1000还包含第二定时器1012，其经配置以基于基于第一开关902的接通状态的最小持续时间，即最小接通时间Ton_min以及输入及输出电压VIN及VOUT确定的第二持续时间T2产生第二定时器期满信号ST2。在一个实例中，基于输入及输出电压VIN及VOUT以及大体上等于大于第一开关902的最小接通时间Ton_min的预定持续时间确定第二持续时间T2。第二持续时间T2根据以下等式提供：
Figure BDA0003725300840000111
其中K·R2·C2经配置为大体上等于或略大于(例如大10ns)第一开关902的最小接通时间Ton_min。
定时器单元1000进一步包含栅极逻辑1018，其经配置以基于第一及第二定时器期满信号ST1及ST2产生例如时钟信号CLK的上升沿，其中时钟信号CLK的循环经配置为第一及第二持续时间T1及T2中的较大者。
在常规固定频率峰值电流控制模式升压DC-DC转换器系统中，由常规系统的目标开关频率fsw固定时钟信号CLK的循环，其周期性地将第一开关从第二状态(例如关断状态)切换到第一状态(例如接通状态)。
由于常规系统的最小接通时间Ton_min，系统的接通占空比范围限制在Ton_min/T与1-Toff_min/T之间，且因此VOUT与VIN的比率范围限制在T/(T-Ton_min)与T/Toff_min之间。类似地，具有其它拓扑的其它常规固定频率电流模式DC-DC转换器系统的操作范围也受到系统的第一开关的目标开关循环及最小接通或关断时间的限制。表3列出具有不同拓扑的常规固定频率电流模式DC-DC转换器系统的操作范围。
表3.常规固定频率电流模式DC-DC转换器系统的操作范围
Figure BDA0003725300840000121
在本公开中，当基于最小接通时间Ton_min以及输入及输出电压VIN及VOUT确定的切换循环大于DC-DC转换器系统的目标切换循环时，所提出的固定频率电流模式升压DC-DC转换器系统900动态地延长切换循环。由于切换循环可延长到Ton_min·VOUT/(VOUT-VIN)，当VOUT与VIN的目标比率小于T/(T-Ton_min)时，接通占空比的范围可在0与1-Toff_min/T之间扩展，且VOUT/VIN的范围可在1与T/Toff_min之间扩展。
图11结合图12展示根据本公开的第六实施方案的DC-DC转换器系统1100的示意框图。更特定来说，图11展示具有谷值电流控制拓扑的固定电流模式升压DC-DC转换器系统。类似于图10的定时器单元1000，定时器单元1200经配置以产生时钟信号CLK，其具有基于DC-DC转换器系统1100的目标切换循环与基于输入及输出电压VIN及VOUT确定的经调整循环之间的较大者，以及大体上等于大于DC-DC转换器的第一开关1102的最小关断时间Toff_min的预定持续时间确定的循环。控制逻辑1124经配置以在例如时钟信号CLK的上升沿时关断第一开关1102。
图13结合图14展示根据本公开的第七实施方案的DC-DC转换器系统1300的示意框图。更特定来说，图13展示具有峰值电流控制拓扑的固定电流模式降压DC-DC转换器系统。类似于图10的定时器单元1000，定时器单元1400经配置以产生时钟信号CLK，其具有基于DC-DC转换器系统1300的目标切换循环与基于输入及输出电压VIN及VOUT确定的经调整循环之间的较大者，以及大体上等于大于DC-DC转换器的第一开关1302的最小接通时间Ton_min的预定持续时间确定的循环。控制逻辑1324经配置以在例如时钟信号CLK的上升沿上接通第一开关1302。
图15结合图16展示根据本公开的第八实施方案的DC-DC转换器系统1500的示意框图。更特定来说，图15展示具有谷值电流控制拓扑的固定电流模式降压DC-DC转换器系统。类似于图12的定时器单元1200，定时器单元1200经配置为产生时钟信号CLK，其具有基于DC-DC转换器系统1500的目标切换循环与基于输入及输出电压VIN及VOUT确定的经调整循环之间的较大者，以及大体上等于大于DC-DC转换器的第一开关1502的最小接通时间Toff_min的预定持续时间确定的循环。控制逻辑1524经配置以在例如时钟信号CLK的上升沿时关断第一开关1502。
表4列出根据本公开的第五到第八实施方案的具有不同拓扑的固定频率电流模式DC-DC转换器系统的操作范围。
表4.根据本公开的实施方案的固定频率电流模式DC-DC转换器系统的操作范围
Figure BDA0003725300840000131
参考图17，展示根据本公开的实施方案的用于调节DC-DC转换器系统的方法1700的流程图。参考图1的DC-DC转换器系统100，DC-DC转换器系统包含耦合在开关节点SW与电压供应节点(例如，接地节点GND)之间的第一开关102。电感器106耦合在开关节点SW与电压输入节点VIN之间，且第二开关104耦合在开关节点SW与电压输出节点VOUT之间。第一开关102经配置以周期性地允许电感器电流IL流过其。具有相同的机制来感测负载电流及调节DC-DC转换器系统的电流模式DC-DC转换器系统的其它拓扑也是可能的，例如图3到15中分别展示的DC-DC转换器系统300到1500。
从步骤1702开始，控制逻辑124产生PWM信号，以通过驱动单元112将第一开关102从第一状态(例如接通状态)切换到第二状态(例如关断状态)。
在步骤1704处，定时器单元122的第一定时器202开始定时第一持续时间T1，且大体上同时，定时器单元122的第二定时器212开始定时基于DC-DC转换器系统100的输入及输出电压VIN及VOUT以及第一开关102的第一状态的最小持续时间(即，第一开关102的最小接通时间Ton_min)确定的第二持续时间T2。
在一个实例中，针对自适应关断时间/接通时间电流模式DC-DC转换器系统，例如图1、3、5及7的DC-DC转换器系统100到700，以及图2A、4、6及8的对应定时器单元200到800，第一及第二定时器202及212经配置以在第一开关102从第一状态切换到第二状态时开始定时，第一持续时间T1是基于DC-DC转换器系统的目标开关频率fsw以及输入及输出电压确定的第一开关102的第二状态的标称持续时间，且第二持续时间T2是基于输入及输出电压VIN及VOUT以及大体上等于大于第一开关的第一状态的最小持续时间的预定持续时间确定的第一开关的第二状态的经调整持续时间。
在参考图1的DC-DC转换器系统100的实例中，第一持续时间T1是第一开关102的关断状态的标称持续时间，即，标称关断时间Toff，并根据以下等式提供：
T1＝T·VIN/VOUT (II)
其中T是DC-DC转换器系统100的目标开关循环T＝1/fsw，fsw是DC-DC转换器系统100的目标开关频率。
第二持续时间T2是基于输入及输出电压VIN及VOUT以及大体上等于或大于第一开关102的接通状态的最小持续时间(即，最小接通时间Ton_min)的预定持续时间Ton_min'确定的第一开关102的关断状态的经调整持续时间，即经调整关断时间。第二持续时间T2根据以下等式提供：
Figure BDA0003725300840000141
其中Ton_min'是大体上等于或略大于(例如大10ns)第一开关902的最小接通时间Ton_min的预定持续时间。
在另一实例中，针对固定频率电流模式DC-DC转换器系统，例如图9的DC-DC转换器系统900及图10的定时器单元1000，第一及第二定时器在第一开关902从第二状态切换到第一状态时开始定时，例如，针对DC-DC转换器系统900，从关断状态切换到接通状态。第一持续时间T1是DC-DC转换器系统900的目标开关循环T。第二持续时间T2是基于输入及输出电压VIN及VOUT以及大体上等于或大于第一开关902的最小接通时间Ton_min的预定持续时间Ton_min'确定的经调整切换循环。第二持续时间T2根据以下等式提供：
Figure BDA0003725300840000142
其中Ton_min'是大体上等于或略大于(例如大10ns)第一开关902的最小接通时间Ton_min的预定持续时间。
在步骤1706处，感测单元114基于与电感器电流IL成比例的感测电压Vs与与输出电压VOUT成比例的参考电压VREF与反馈电压VFB之间的差，产生控制信号Sc，以将第一开关102从第一状态(例如接通状态)切换到第二状态(例如关断状态)。
在一个实例中，针对具有峰值电流控制拓扑的DC-DC转换器系统，例如分别在图1、7、9及13中所展示的DC-DC转换器系统100、700、900及1300，将第一开关从第一状态切换到第二状态包括在通过第一开关的电流增加到基于输出电压VOUT的反馈电压VFB与参考电压VREF之间的差以及第一开关的最小接通时间期满而确定的峰值时，将第一开关从接通状态切换到关断状态。
在另一实例中，针对具有谷值电流控制拓扑的DC-DC转换器系统，例如分别在图3、5、11及15中所展示的DC-DC转换器系统300、500、1100及1500，将第一开关从第一状态切换到第二状态包括在通过第二开关的电流减小到基于输出电压VOUT的反馈电压VFB与参考电压VREF之间的差以及第一开关的最小关断时间期满而确定的谷值时，将第一开关从关断状态切换到接通状态。
在步骤1708处，定时器单元122产生期满信号ST，以在第一及第二定时器两者期满时将第一开关102从第二状态切换到第一状态。
出于说明及描述的目的，已呈现对本公开的优选实施方案的描述，但并不旨在为详尽无遗或将本公开限于所公开的形式。如权利要求书中所描述的，在不脱离本公开的精神及范围的情况下，许多修改、变更、变化、替换及等效物对于所属领域技术人员来说将是显而易见的。
贯穿本说明书使用术语“耦合”。术语可涵盖实现与本公开的描述一致的功能关系的连接、通信或信号路径。例如，如果装置A产生信号以控制装置B执行动作，那么在第一实例中，装置A通过直接连接耦合到装置B，或在第二实例中，如果中间组件C没有改变装置A与装置B之间的功能关系，那么装置A通过中间组件C耦合到装置B，使得装置B经由由装置A产生的控制信号由装置A控制。

Claims (19)

1.一种DC-DC转换器系统，其包括：
第一开关，其耦合到开关节点且在第一与第二状态之间可操作；及
控制器，其耦合到所述第一开关且经配置以基于所述DC-DC转换器系统的输入电压及输出电压在所述第一与第二状态之间切换所述第一开关，其中所述控制器包括：
定时器单元，其包括：
第一定时器，其经配置以基于所述DC-DC转换器系统的目标开关频率确定第一持续时间；
第二定时器，其经配置以基于大体上等于或大于所述第一开关的所述第一状态的最小持续时间的预定持续时间以及所述输入及输出电压确定第二持续时间；及
逻辑电路系统，其耦合到所述第一及第二定时器且经配置以在所述第一及第二持续时间两者期满时产生期满信号；及
控制逻辑单元，其经配置以基于所述期满信号将所述第一开关从所述第二状态切换到所述第一状态。
2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器系统，其中：
所述第一定时器经配置以在所述第一开关从所述第一状态切换到所述第二状态时开始定时，并在所述第一持续时间期满时产生第一定时器期满信号，其中所述第一持续时间是基于所述DC-DC转换器系统的所述目标开关频率以及所述输入及输出电压确定的所述第一开关的所述第二状态的持续时间；且
所述第二定时器经配置以大体上与所述第一定时器同时开始定时，并在所述第二持续时间期满时产生第二定时器期满信号，其中所述第二持续时间是基于所述输入及输出电压以及所述预定持续时间确定的所述第一开关的所述第二状态的经调整持续时间，
其中所述逻辑电路系统经配置以基于所述第一或第二定时器期满信号中的后一者产生所述期满信号。
3.根据权利要求2所述的DC-DC转换器系统，其中所述控制器经配置以：
在通过所述第一开关的电流增加到基于所述输出电压的反馈电压与参考电压之间的差确定的峰值，且所述第一开关的接通状态的最小持续时间期满时，将所述第一开关从所述接通状态切换到关断状态；及
基于所述期满信号将所述第一开关从所述关断状态切换到所述接通状态。
4.根据权利要求2所述的DC-DC转换器系统，其进一步包括第二开关，其在开关节点处耦合到所述第一开关且在所述第一与第二状态之间与所述第一开关交替地可操作，其中所述控制器经配置以：
在通过所述第二开关的电流减小到基于所述输出电压的反馈电压与参考电压之间的差确定的谷值，且所述第一开关的关断状态的最小持续时间期满时，将所述第一开关从所述关断状态切换到接通状态；及
基于所述期满信号将所述第一开关从所述接通状态切换到所述关断状态。
5.根据权利要求1所述的DC-DC转换器系统，其中：
所述第一定时器经配置以在所述第一开关从所述第二状态切换到所述第一状态时开始定时，并在所述第一持续时间期满时产生第一定时器期满信号，其中所述第一持续时间是基于所述DC-DC转换器系统的所述目标开关频率确定的开关循环；且
所述第二定时器经配置以大体上与所述第一定时器同时开始定时，并在所述第二持续时间期满时产生第二定时器期满信号，其中所述第二持续时间是基于所述输入及输出电压以及所述预定持续时间确定的经调整开关循环，
其中所述逻辑电路经配置以基于所述第一或第二定时器期满信号中的后一者产生所述期满信号，以将所述第一开关从所述第二状态切换到所述第一状态。
6.根据权利要求5所述的DC-DC转换器系统，其中所述控制器经配置以：
在通过所述第一开关的电流与斜率补偿信号的组合增加到基于所述输出电压的反馈电压与参考电压之间的差确定的峰值，且所述第一开关的接通状态的最小持续时间期满时，将所述第一开关从所述接通状态切换到关断状态；及
基于所述期满信号将所述第一开关从所述关断状态切换到所述接通状态。
7.根据权利要求5所述的DC-DC转换器系统，其进一步包括第二开关，其在开关节点处耦合到所述第一开关且在所述第一与第二状态之间与所述第一开关交替地可操作，其中所述控制器经配置以：
在通过所述第二开关的电流与斜率补偿信号的组合减小到基于所述输出电压的反馈电压与参考电压之间的差确定的谷值，且所述第一开关的关断状态的最小持续时间期满时，将所述第一开关从所述关断状态切换到接通状态；及
基于所述期满信号将所述第一开关从所述接通状态切换到所述关断状态。
8.一种用于切换DC-DC转换器系统的第一开关的控制器，其包括：
定时器单元，其包括：
第一定时器，其经配置以基于所述DC-DC转换器系统的目标开关频率确定第一持续时间；
第二定时器，其经配置以基于所述DC-DC转换器系统的输入及输出电压以及大体上等于或大于所述第一开关的所述第一状态的最小持续时间的预定持续时间确定第二持续时间；及
逻辑电路系统，其耦合到所述第一及第二定时器且经配置以在所述第一及第二持续时间两者期满时产生期满信号；及
控制逻辑单元，其经配置以基于所述期满信号将所述第一开关从所述第二状态切换到所述第一状态。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中：
所述第一定时器经配置以在所述第一开关从所述第一状态切换到所述第二状态时开始定时，并在所述第一持续时间期满时产生第一定时器期满信号，其中所述第一持续时间是基于所述DC-DC转换器系统的所述目标开关频率以及所述输入及输出电压确定的所述第一开关的所述第二状态的持续时间；且
所述第二定时器经配置以大体上与所述第一定时器同时开始定时，并在所述第二持续时间期满时产生第二定时器期满信号，其中所述第二持续时间是基于所述输入及输出电压以及所述预定持续时间确定的所述第一开关的所述第二状态的经调整持续时间，
其中所述逻辑电路系统经配置以基于所述第一或第二定时器期满信号中的后一者产生所述期满信号。
10.根据权利要求9所述的控制器，其中所述控制器经配置以：
在通过所述第一开关的电流增加到基于所述输出电压的反馈电压与参考电压之间的差确定的峰值，且所述第一开关的接通状态的最小持续时间期满时，将所述第一开关从所述接通状态切换到关断状态；及
基于所述期满信号将所述第一开关从所述关断状态切换到所述接通状态。
11.根据权利要求9所述的控制器，其进一步包括第二开关，其在开关节点处耦合到所述第一开关且在所述第一与第二状态之间与所述第一开关交替地可操作，其中所述控制器经配置以：
在通过所述第二开关的电流减小到基于所述输出电压的反馈电压与参考电压之间的差确定的谷值，且所述第一开关的关断状态的最小持续时间期满时，将所述第一开关从所述关断状态切换到接通状态；及
基于所述期满信号将所述第一开关从所述接通状态切换到所述关断状态。
12.根据权利要求8所述的控制器，其中：
所述第一定时器经配置以在所述第一开关从所述第二状态切换到所述第一状态时开始定时，并在所述第一持续时间期满时产生第一定时器期满信号，其中所述第一持续时间是基于所述DC-DC转换器系统的所述目标开关频率确定的开关循环；且
所述第二定时器经配置以大体上与所述第一定时器同时开始定时，并在第所述二持续时间期满时产生第二定时器期满信号，其中所述第二持续时间是基于所述输入及输出电压以及所述预定持续时间确定的经调整开关循环，
其中所述逻辑电路经配置以基于所述第一或第二定时器期满信号中的后一者产生所述期满信号，以将所述第一开关从所述第二状态切换到所述第一状态。
13.根据权利要求12所述的控制器，其中所述控制器经配置以：
在通过所述第一开关的电流与斜率补偿信号的组合增加到基于所述输出电压的反馈电压与参考电压之间的差确定的峰值，且所述第一开关的接通状态的最小持续时间期满时，将所述第一开关从所述接通状态切换到关断状态；及
基于所述期满信号将所述第一开关从所述关断状态切换到所述接通状态。
14.根据权利要求12所述的控制器，其进一步包括第二开关，其在开关节点处耦合到所述第一开关且在所述第一与第二状态之间与所述第一开关交替地可操作，其中所述控制器经配置以：
在通过所述第二开关的电流与斜率补偿信号的组合减小到基于所述输出电压的反馈电压与参考电压之间的差确定的谷值，且所述第一开关的关断状态的最小持续时间期满时，将所述第一开关从所述关断状态切换到接通状态；及
基于所述期满信号将所述第一开关从所述接通状态切换到所述关断状态。
15.一种DC-DC转换器系统，其包括：
第一开关，其耦合到所述DC-DC转换器系统的开关节点且在第一与第二状态之间可操作；
第一定时器，其包括：
第一电容元件，其具有第一电容；
第一定时开关，其与所述第一电容元件并联耦合；
第一电流源，其与所述第一电容元件串联耦合且经配置以向所述第一电容元件或从所述第一电容元件供给或吸收第一电流；及
第一比较器，其具有耦合到所述第一电容元件的第一输入端子、经配置以接收第一参考电压的第二输入端子，及经配置以在基于所述第一电容、所述第一电流源及所述第一参考电压确定的第一持续时间期满时产生第一定时器期满信号的输出端子；
第二定时器，其包括：
第二电容元件，其具有第二电容；
第二定时开关，其与所述第二电容元件并联耦合；
第二电流源，其与所述第二电容元件串联耦合且经配置以向所述第二电容元件或从所述第二电容元件供给或吸收第二电流；及
第二比较器，其具有耦合到所述第二电容元件的第一输入端子、经配置以接收第二参考电压的第二输入端子，及经配置以在基于所述第二电容、所述第二电流源及所述第二参考电压确定的第二持续时间期满时产生第二定时器期满信号的输出端子；
逻辑栅极，其耦合到所述第一及第二比较器的输出，且经配置以基于所述第一及第二定时器两者的期满产生期满信号；及
控制逻辑单元，其耦合在所述逻辑栅极与所述第一开关的控制端子之间，经配置以基于所述期满信号将所述第一开关从所述第二状态切换到所述第一状态。
16.根据权利要求15所述的DC-DC转换器系统，其中：
所述第一定时开关包含耦合到所述控制逻辑单元的控制端子，且经配置以响应于所述第一开关从所述第一状态切换到所述第二状态而关断，
所述第一比较器经配置以在跨所述第一电容元件的电压差改变第一电压差时产生所述第一定时器期满信号，其中所述第一持续时间基于所述DC-DC转换器系统的目标开关循环以及输入及输出电压确定，
所述第二定时开关包含耦合到所述控制逻辑单元的控制端子，且经配置以与所述第一定时开关大体上同时关断，且
所述第二比较器经配置以在跨所述第二电容元件的电压差改变第二电压差时产生所述第二定时器期满信号，其中所述第二持续时间基于等于或大于所述第一开关的所述第一状态的最小持续时间的预定持续时间以及所述DC-DC转换器系统的所述输入及输出电压确定。
17.根据权利要求16所述的DC-DC转换器系统，其中
所述第一电容与所述第一电压差与所述第一电流的比的乘积等于基于所述DC-DC转换器系统的目标开关循环以及输入及输出电压确定的所述第一开关的所述第二状态的持续时间，且
所述第二电容与所述第二电压差与所述第二电流的比的乘积等于基于所述预定持续时间以及所述DC-DC转换器系统的所述输入及输出电压确定的所述第一开关的所述第二状态的经调整持续时间。
18.根据权利要求15所述的DC-DC转换器系统，其进一步包括：
一次性信号产生器，其经配置以响应于所述第一开关从所述第二状态切换到所述第一状态而产生一次性信号，其中
所述第一定时开关包含耦合以接收所述一次性信号的控制端子，且经配置以在所述一次性信号被解除断言时关断，
所述第一比较器经配置以在跨所述第一电容元件的电压差改变第一电压差时产生所述第一定时器期满信号，其中所述第一持续时间基于所述DC-DC转换器系统的所述目标开关循环确定，
所述第二定时开关包含耦合以接收所述一次性信号的控制端子，且经配置以大体上与所述第一定时开关同时关断，且
所述第二比较器经配置以在跨所述第二电容元件的电压差改变第二电压差时产生所述第二定时器期满信号，其中所述第二持续时间基于大体上等于或长于所述第一开关的所述第一状态的最小持续时间的预定持续时间以及所述DC-DC转换器系统的所述输入及输出电压确定。
19.根据权利要求18所述的DC-DC转换器系统，其中
所述第一电容与所述第一电压差与所述第一电流的比的乘积等于所述DC-DC转换器系统的目标开关循环，且
所述第二电容与所述第二电压差与所述第二电流的比的乘积等于基于所述预定持续时间以及所述DC-DC转换器系统的所述输入及输出电压确定的所述DC-DC转换器系统的经调整开关循环。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11469663B2 (en) * 2020-03-06 2022-10-11 Infineon Technologies LLC Dual regulation-loop ramp-controlled DC-DC converter
US11594964B2 (en) * 2020-12-01 2023-02-28 Synaptics Incorporated DC-DC converter output regulation systems and methods
FI20215492A1 (fi) * 2021-04-28 2022-10-29 Nordic Semiconductor Asa DC-jänniteregulaattori vähävirtaiselle laitteelle
CN114825897B (zh) * 2022-05-06 2023-05-26 电子科技大学 一种自适应死区时间控制电路

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050134247A1 (en) * 2002-11-12 2005-06-23 Laszlo Lipcsei Controller for DC to DC converter
US20080088284A1 (en) * 2006-09-11 2008-04-17 Micrel, Inc. Constant On-Time Regulator With Increased Maximum Duty Cycle
US20090140708A1 (en) * 2004-12-03 2009-06-04 Texas Instruments Incorporated DC to DC converter with Pseudo Constant Switching Frequency
CN101540548A (zh) * 2008-03-19 2009-09-23 斯沃奇集团研究和开发有限公司 控制处于不连续模式的dc-dc转换器的方法
US20130009557A1 (en) * 2011-07-06 2013-01-10 Allegro Microsystems, Inc. Electronic Circuits and Techniques for Improving a Short Duty Cycle Behavior of a DC-DC Converter Driving a Load
US20170302180A1 (en) * 2016-04-13 2017-10-19 Nxp B.V. Dc-dc converter

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0912745D0 (en) * 2009-07-22 2009-08-26 Wolfson Microelectronics Plc Improvements relating to DC-DC converters
US8598856B1 (en) * 2010-02-25 2013-12-03 International Rectifier Corporation Power supply switching and discontinuous power supply mode
JP6049290B2 (ja) * 2012-04-11 2016-12-21 キヤノン株式会社 Ｄｃ／ｄｃコンバータ及びｄｃ／ｄｃコンバータを搭載した画像形成装置
US10476387B1 (en) * 2018-05-16 2019-11-12 M3 Technology Inc. Switching frequency control apparatus and control method thereof
US10992231B1 (en) * 2019-12-17 2021-04-27 M3 Technology Inc. Buck-boost converter and control method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050134247A1 (en) * 2002-11-12 2005-06-23 Laszlo Lipcsei Controller for DC to DC converter
US20090140708A1 (en) * 2004-12-03 2009-06-04 Texas Instruments Incorporated DC to DC converter with Pseudo Constant Switching Frequency
US20080088284A1 (en) * 2006-09-11 2008-04-17 Micrel, Inc. Constant On-Time Regulator With Increased Maximum Duty Cycle
CN101540548A (zh) * 2008-03-19 2009-09-23 斯沃奇集团研究和开发有限公司 控制处于不连续模式的dc-dc转换器的方法
US20130009557A1 (en) * 2011-07-06 2013-01-10 Allegro Microsystems, Inc. Electronic Circuits and Techniques for Improving a Short Duty Cycle Behavior of a DC-DC Converter Driving a Load
US20170302180A1 (en) * 2016-04-13 2017-10-19 Nxp B.V. Dc-dc converter

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