CN115700973A - 可编程开关转换器控制器 - Google Patents

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Abstract

一种用于具有开关(124)、电感器(122)和二极管(125)的功率级(120)的可编程开关转换器控制器(140，图1)，包括脉宽调制器(控制回路146)。脉宽调制器(146)被配置为：产生固定的或与需求信号(DS2)成正比例的接通时间间隔(Ton)，该需求信号与适于耦合到功率级(120)的输出端(128，图1)的负载(130，图1)成正比例；产生断开时间间隔(Toff)，该断开时间间隔与开关(124)断开时电感器(122)两端的电压和与负载成正比例的需求信号(DS1)的乘积成反比；当Toff过去时启动Ton；以及响应于外部触发信号而启动Ton。

Description

可编程开关转换器控制器
技术领域
背景技术
随着新电子设备的开发和集成电路(IC)技术的进步，新IC产品被商业化。用于电子设备的一个示例性IC产品是开关转换器或开关转换器控制器。开关转换器包括功率级和开关转换器控制器，以将输入电压转换成输出电压。根据开关转换器的类型，输出电压可能大于或小于输入电压。例如，升压转换器具有大于输入电压的输出电压，降压转换器具有小于输入电压的输出电压，降压-升压转换器具有大于或小于输入电压的输出电压。开关转换器控制器负责控制功率级的任何功率开关，以便维持目标输出电压的调节。
有许多功率级和开关转换器控制器拓扑。各种拓扑支持不同的输入电压、输出电压、额定功率、能效等级和/或其他参数。开关转换器的示例性操作模式包括连续导通模式(CCM)、过渡模式(TM)和不连续导通模式(DCM)。正在持续努力提高开关转换器性能(例如，模式与效率之间的平稳过渡)、鲁棒性(例如，支持一定范围的输入电压和/或输出电压)和功率密度(例如，W/in3)。
发明内容
在一个示例性实施例中，用于具有开关、电感器和二极管的功率级的可编程开关转换器控制器包括脉宽调制器。脉宽调制器被配置为：产生固定的或与需求信号成正比的接通时间间隔(Ton)，该需求信号与适于耦合到功率级输出端的负载成正比；产生断开时间间隔(Toff)，该断开时间间隔与开关断开时电感器两端的电压和与负载成正比的需求信号的乘积成反比；当Toff过去时启动Ton；并且响应于外部触发信号而启动Ton。
在一个示例性实施例中，可编程开关转换器控制器包括：控制器输出端，其适于耦合到功率级的开关；以及具有第一回路输入端、第二回路输入端和回路输出端的控制回路，第一回路输入端适于耦合到功率级的感测输出端，第二回路输入端适于耦合到功率级的输出电压端子，并且回路输出端耦合到控制器输出端。控制回路包括具有接通时间控制器输入端和接通时间控制器输出端的接通时间控制器，接通时间控制器输出端耦合到回路输出端。该控制回路还包括断开时间控制器，该断开时间控制器具有：耦合到接通时间控制器输入端的断开时间控制器输出端；和电感器电流合成器。电感器电流合成器包括第一合成器输入端、第二合成器输入端和合成器输出端，第一合成器输入端耦合到第一回路输入端，电感器电流合成器被配置为响应于从感测输出端获得的感测值而在合成器输出端产生电感器电流估计值，电感器电流估计值与功率级的电感器相关。断开时间控制器还包括具有斜率控制器输入端和斜率控制器输出端的斜率控制器，斜率控制器输入端适于接收需求信号，并且斜率控制器输出端耦合到第二合成器输入端并被配置为提供控制电感器电流估计值的斜率的控制信号。在另一个示例性实施例中，系统包括开关转换器控制器，该开关转换器控制器具有：第一控制器输入端，该第一控制器输入端适于耦合到功率级的感测输出端；第二控制器输入端，该第二控制器输入端适于耦合到功率级的输出端；以及控制器输出端，该控制器输出端适于耦合到功率级的开关的控制端子。开关转换器控制器还包括具有第一回路输入端、第二回路输入端和回路输出端的控制回路，第一回路输入端适于耦合到功率级的感测输出端，第二回路输入端适于耦合到功率级的输出电压端子，并且回路输出端耦合到控制器输出端。该控制回路包括：具有锁存器输入端和锁存器输出端的锁存器，该锁存器输出端耦合到回路输出端；以及断开时间控制器。断开时间控制器被配置为：产生电感器电流估计值；响应于需求信号而控制电感器电流估计值的斜率；将电感器电流估计值与阈值进行比较；并且如果电感器电流估计值等于或小于阈值，则向锁存器输入端发出有效的ON(导通)控制信号。
在又另一个实施例中，系统包括：具有第一控制器输入端的可编程开关转换器控制器，第一控制器输入端适于耦合到功率级的感测输出端。可编程开关转换器控制器还具有第二控制器输入端，第二控制器输入端适于耦合到功率级的输出电压端子。可编程开关转换器控制器还具有控制器输出端，该控制器输出端适于耦合到功率级的开关的控制端子。可编程开关转换器控制器还具有控制回路，该控制回路适于耦合到：控制器输出端；第一控制器输入端和第二控制器输入端。该控制回路包括断开时间控制器，该断开时间控制器被配置为：产生电感器电流估计值；响应于需求信号而控制电感器电流估计值的斜率；将电感器电流估计值与阈值进行比较；并且如果电感器电流估计值等于或小于阈值，则使接通时间启动信号有效。
附图说明
图1是根据示例性实施例的具有开关转换器的电气系统的框图。
图2是根据另一示例性实施例的具有开关转换器的电气系统的图。
图3是根据示例性实施例的用于可编程开关转换器控制器的可编程模式电路的图。
图4是根据示例性实施例的开关转换器的图。
图5是示出根据示例性实施例的开关转换器的过渡模式(TM)操作期间的电流的曲线图。
图6是示出根据示例性实施例的开关转换器的连续导通模式(CCM)操作期间的电流的曲线图。
图7是示出根据示例性实施例的开关转换器的CCM操作期间的电流的附加细节的曲线图。
图8是示出根据另一示例性实施例的开关转换器的TM操作期间的电流的曲线图。
图9是示出根据示例性实施例的开关转换器的不连续导通模式(DCM)操作期间的电流的曲线图。
图10是示出根据示例性实施例的开关转换器的DCM操作期间的电流的附加细节的曲线图。
图11是比较根据示例性实施例的开关转换器的稳态TM和CCM操作的电流的曲线图。
图12是比较根据示例性实施例的开关转换器的稳态TM和CCM操作的电流的附加细节的曲线图。
图13是根据示例性实施例的可编程开关转换器控制方法。
图14是根据示例性实施例的另一种可编程开关转换器控制方法。
在附图中使用相同的附图标记(或其他参考编号)来表示相同或相似的(结构和/或功能)特征。
具体实施方式
一些示例性实施例包括用于功率级(在此有时称为PWM转换器)的可编程开关转换器控制器(在此有时称为可编程脉宽调制(PWM)控制器)，功率级具有至少一个开关、电感器和二极管。在不同的示例性实施例中，功率级的拓扑可以变化(例如，升压转换器拓扑、降压转换器拓扑、降压-升压转换器拓扑、反激转换器拓扑等)。可编程开关转换器控制器被配置为策略性地控制功率级的至少一个开关的接通时间间隔(Ton)、断开时间间隔(Toff)和接通时间启动时序，以有效地向可变负载供电。为了优化效率，开关转换器控制器支持不同的操作模式，包括连续导通模式(CCM)、过渡模式(TM)和不连续导通模式(DCM)。如本文所使用的，CCM指的是这样一种模式，其中至少一个开关以将电感器中的电流持续保持在零电流水平之上(例如，电流水平随时间反复上升和下降)的方式操作。如本文所使用的，TM指的是这样一种模式，其中至少一个开关以保持电感器中的电流(例如，电流水平随时间反复上升和下降)同时允许电感器中的电流达到零电流水平的方式操作。当达到电感器中的零电流水平时，TM操作提供立即响应(以触发至少一个开关的状态，从而增加电感器中的电流量)。如本文所使用的，DCM指的是这样一种模式，其中至少一个开关以有时保持电感器中的电流(例如，电流水平上升然后下降)同时允许电感器中的电流达到零电流水平的方式操作。当达到电感器中的零电流水平时，DCM操作不提供立即响应，并且允许电感器中的电流在至少一个开关被切换之前停留在零电流水平一段时间(固定或可变的时间量)。
在一些示例性实施例中，可编程开关转换器控制器包括具有可编程模式电路的控制回路，可编程模式电路被配置为提供第一控制信号(在此有时标记为“DS1”)以调制功率级的开关的Toff。一旦Toff结束，就提供接通时间启动信号以接通开关。可编程开关转换器控制器还提供第二控制信号(在此有时标记为“DS2”)以调制开关的Ton(开关保持接通的时间量)。可编程开关转换器控制器还提供第三控制信号，该第三控制信号是接通开关用于TM和DCM操作的选择性的(alternative)接通时间启动信号。
在一些示例性实施例中，第一控制信号和第二控制信号基于误差放大器的输出，误差放大器将功率级的输出电压(VOUT)与参考电压(VREF)进行比较。在一个示例性实施例中，第一控制信号是误差放大器的输出。第一控制信号可以用于控制与功率级的电感器相关的电感器电流估计值(例如，在此为Vsynth)的斜率(或放电速率)。当电感器电流估计值达到阈值时，Toff结束并且可编程开关转换器控制器提供接通时间启动信号以接通开关。通过控制电感器电流估计值的斜率，可以在电感器中的电流变为零之前、同时或之后提供接通时间启动信号的时序。
在一些示例性实施例中，第二控制信号是误差放大器的输出的受限或钳位版本。第二控制信号可以被限制在与最小接通时间间隔相关的第一阈值V(Ton_min)和与最大接通时间间隔相关的第二阈值V(Ton_max)之间。利用第二控制信号和相关限制，可编程模式电路支持适合于CCM的Ton范围。
如果Ton固定为某个值，则开关转换器的输入电流将与VIN成正比(即，转换器对于VIN源将作为电阻器)，从而提供功率因数校正(例如，图2中的升压转换器)。如果在开关(电感器)电流达到某个值时通过断开开关来设置Ton，则转换器的输入电流将基本上与VIN和VOUT无关，并且转换器的输出将充当恒流源。该特性极大地简化了VOUT控制回路的补偿。利用可编程开关转换器控制器，可以通过选择用于确定Ton的适当标准来定制转换器的输出/输入特性以实现其他期望的特性。
在一些示例性实施例中，第三控制信号基于过零检测(ZCD)信号或其他触发器。利用第三控制信号，可编程模式电路支持适合于TM和DCM操作的选择性的接通时间启动信号(与通过调制Toff提供的接通时间启动信号分开)。在一些示例性实施例中，选择可编程参数，例如V(Ton_min)、V(Ton_max)和选择性的接通时间启动信号的时序，以优化开关转换器效率并确保针对给定的VOUT、VIN和/或其他设计考虑(例如，部件、拓扑等)在CCM、TM和DCM之间的平稳过渡。在一些示例性实施例中，可编程开关转换器控制器与具有桥的功率因数校正(PFC)电路一起使用。在其他示例性实施例中，可编程开关转换器控制器与无桥PFC电路一起使用。
可编程开关转换器控制器与不同的功率级拓扑兼容，例如降压转换器拓扑、降压-升压转换器拓扑、反激转换器(flyback converter)拓扑或升压转换器拓扑。对于降压转换器、降压-升压转换器和反激转换器拓扑，可编程开关转换器控制器可以使用VOUT来调制Toff。对于升压转换器拓扑，可编程开关转换器控制器可以接收VOUT-VIN来调制Toff。
图1是根据示例性实施例的系统100的框图。如图所示，系统100包括电源110，电源110被配置为向功率级120的VIN输入端121以及可编程开关转换器控制器140的第二输入端145提供VIN。在图1的示例中，功率级120包括电感器122、开关124和二极管125。在图1中，电感器122、开关124和二极管125之间的连接可以根据功率级120的拓扑而变化。示例性拓扑包括降压转换器拓扑、升压转换器拓扑、降压-升压转换器拓扑和反激转换器拓扑。不管功率级120的拓扑如何，开关124被配置为从可编程开关转换器控制器140的控制器输出端148接收控制信号(CS1)。功率级120还可以包括耦合到开关转换器控制器140的第一控制器输入端142的电流感测输出端126。电流感测输出端126被配置为提供通过开关124的电流(以估计电感器电流)。在操作中，可编程开关转换器控制器140更新开关124的CS1的状态，以基于VIN和耦合到输出端128的负载130的需求来调节功率级120的输出端128处的VOUT。如图所示，输出电容器(COUT)位于输出端128与负载130之间以存储输出端128处的电荷。更具体地，COUT的第一侧耦合到输出端128，COUT的第二侧耦合到地(GND)。如图所示，VOUT还被提供给可编程开关转换器控制器140的第三输入端144。
在图1的示例中，电源110、功率级120、负载130和可编程开关转换器控制器140也连接到GND。随着时间的推移，可编程开关转换器控制器140可以根据需要在CCM操作、TM操作和DCM操作之间切换，以基于VIN和负载130的需求来调节VOUT。非限制性地，负载130可以是额定功率从几百瓦(例如300W)到几千瓦(例如2kW)的游戏适配器、电视或电信设备。
为了使用CCM、TM和DCM优化开关转换器效率并确保这些模式之间的平稳过渡，可编程开关转换器控制器140包括具有可编程模式电路170的控制回路146。可编程模式电路170被配置为提供第一控制信号(DS1)以调制Toff。一旦Toff持续时间结束，就提供接通时间启动信号以接通开关124。可编程模式电路170还被配置为提供：用于调制Ton的第二控制信号(DS2)；和第三控制信号。第三控制信号是用于接通开关124用于TM和DCM的选择性的接通时间启动信号。
如图所示，可编程开关转换器控制器140还包括耦合到可编程模式电路170的断开时间控制器150。断开时间控制器被配置为接收DS1并基于DS1在可调延迟之后提供接通时间启动信号。可编程开关转换器控制器140还包括耦合到可编程模式电路170和断开时间控制器150的接通时间控制器160。接通时间控制器160被配置为响应于来自断开时间控制器150的接通时间启动信号，或者响应于来自可编程模式电路170的选择性的接通时间启动信号而使CS1有效。接通时间的持续时间由接通时间控制器160基于DS1来控制。
在一些示例性实施例中，断开时间控制器150被配置为：提供与功率级120的电感器122相关的电感器电流估计值；基于需求信号(例如，图1中的DS1)控制电感器电流估计值的斜率(放电速率)；将电感器电流估计值与阈值(例如，图2中的GND)进行比较；以及如果电感器电流估计值等于或小于阈值，则产生接通时间启动信号(例如，图2中比较器218的输出)以接通开关124。在一些示例性实施例中，电感器电流估计值部分地基于当开关124激活时感测通过开关124的电流。控制电感器电流估计值的斜率可以基于DS1以及VOUT或VIN-VOUT。
在图1的示例中，控制回路146的断开时间控制器150包括电感器电流(IL)合成器152，其被配置为提供电感器122的电感器电流估计值。在一些示例性实施例中，IL合成器152使用：电流传感器(例如，图2中的电流传感器226)来感测通过开关124的电流；以及电容器(例如，图2中的Csynth)来存储来自电流传感器的电荷。
在一些示例性实施例中，斜率控制器154被配置为控制由IL合成器152提供的电感器电流估计值的斜率(放电速率)。在一些示例性实施例中，斜率控制器154将VIN与VOUT之差乘以DS1(例如，在升压转换器情况下)。在其他示例性实施例中，斜率控制器154将VOUT乘以DS1(例如，降压转换器、降压-升压转换器或反激转换器情况下)。相乘的结果作为输入被提供给耦合到IL合成器的电容器(例如，图2中的Csynth)的电压-电流转换器(例如，图2中的电压-电流转换器214)。在该示例中，电压-电流转换器基于乘法结果DS1*(VIN-VOUT)或DS1*VOUT来控制电感器电流估计值的斜率。因此，在一些示例性实施例中，电感器电流估计值的斜率(放电速率)作为DS1以及VIN-VOUT或VOUT的函数而变化。
在图1的示例中，接通时间控制器160被配置为响应于从可编程模式电路170接收的DS2而调制Ton。接通时间控制器160还被配置为响应于由断开时间控制器150提供的接通时间启动信号和/或响应于由可编程模式电路170提供的选择性的接通时间启动信号而在Ton期间使CS1有效。利用DS2，Ton是可调节的。使CS1有效的时序可以基于来自断开时间控制器150的接通时间启动信号(例如，以支持CCM操作)，和/或来自可编程模式电路170的选择性接通时间启动信号(例如，以支持TM/DCM操作)。
利用断开时间控制器150，控制回路140被配置为以支持不同VIN和/或VOUT组合以及不同功率级拓扑/部件的方式控制电感器电流估计值的斜率。断开时间控制器150可以附加地或替代地控制电感器电流估计值的斜率，以实现开关转换器操作模式(例如CCM、TM和DCM)之间的平稳过渡。
图2是根据另一示例性实施例的系统200的图。如图所示，系统200包括电源110A(图1中电源110的示例)。在一些示例性实施例中，电源110A包括耦合到桥式电路204的交流(AC)源202。电源110A的输出端205提供整流的直流(DC)电压，以用作功率级120A(图1中功率级120的示例)的VIN。
如图所示，电源110A的输出端205耦合到功率级120A的VIN输入端207。在图2的示例中，功率级120A具有升压转换器拓扑，该升压转换器拓扑具有电感器Lboost(图1中电感器122的示例)、二极管D1(图1中二极管的示例)和功率晶体管Q1(图1中开关124的示例)。更具体地，Lboost的第一侧耦合到VIN输入端207，并且Lboost的第二侧耦合到D1的阳极。D1的阴极耦合到功率级120A的输出端128A(图1中输出端128的示例)。Lboost的第二侧还耦合到Q1的第一电流端子。Q1的第二电流端子耦合到GND，Q1的控制端子耦合到功率级120A的控制输入端209。
在图2的示例中，Q1是n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOS晶体管)，其由可编程开关转换器控制器140A(图1中可编程开关转换器控制器140的示例)提供的控制信号(例如，CS1)控制，以基于VIN和负载(Rload)的需求调节VOUT。如图所示，功率级120A的输出端128A(图1中输出端128的示例)耦合到输出电容器(COUT)和Rload。更具体地，COUT的第一侧和Rload的第一侧耦合到输出端128A。COUT和Rload的第二侧耦合到GND。非限制性地，Rload可以是额定功率从几百瓦(例如300W)到几千瓦(例如2kW)的游戏适配器、电视或电信设备。
如图所示，可编程开关转换器控制器140A包括第一输入端219(图1中第一输入端142的示例)、第二输入端215(图1中第二输入端145的示例)、第三输入端213(图1中第三输入端144的示例)和控制器输出端217。第一输入端219耦合到功率级120A的电流感测输出端211，以感测当Q2激活时通过Q2的电流。第二输入端215耦合到VIN输入端207。第三输入端213耦合到功率级120A的输出端128A。可编程开关转换器控制器140A的控制器输出端217耦合到功率级120A的控制输入端209。
在一些示例性实施例中，可编程开关转换器控制器140A包括具有Toff调制和Ton调制的控制回路146A(图1中控制回路146的示例)，控制回路146A由可编程模式电路170控制。如图1所述，可编程模式电路170被配置为提供DS1以调制Toff；提供DS2以调制Ton。可编程模式电路170还提供选择性的接通时间启动信号以导通Q1用于TM和DCM。
在图2的示例中，使用减法电路210、乘法器212和电压-电流转换器214对控制回路146A进行Toff调制。更具体地，减法电路210具有：耦合到第三输入端213以接收VOUT的第一减法电路输入端；和耦合到第二输入端215以接收VIN的第二减法电路输入端。减法电路210还包括被配置为提供VIN-VOUT的减法电路输出端。VIN-VOUT的值被提供给乘法器电路212的第一输入端，乘法器电路212将VIN-VOUT乘以DS1(DS1被提供给乘法器电路212的第二输入端)。乘法器电路212的输出被提供给电压-电流转换器214的控制输入端(图2中的“-”输入端)。电压-电流转换器214的电流端子耦合到Csynth的第一侧。在操作中，由乘法器电路212的输出控制的电压-电流转换器214确定在Csynth处电荷(电感器电流估计值)随时间放电的缓慢程度。在图2的示例中，减法电路210、乘法器电路212和电压-电流转换器214是斜率控制器(例如，图1的斜率控制器154)的部件。
在图2的示例中，电荷通过可编程开关转换器控制器140A的第一输入端219从耦合到功率级120A的电流感测输出端211的电流传感器226添加到Csynth。电流传感器226被配置为监测通过Q1流到GND的电流(当Q1导通时)。在一些示例性实施例中，电流传感器226提供感测电压，该感测电压通过二极管D2以将电荷添加到Csynth。Csynth上的电荷用作与Lboost相关的电感器电流估计值(Vsynth)。在图2的示例中，电流传感器226、D2和Csynth是IL合成器(例如，图1中的IL合成器152)的部件。
在图2的示例中，电感器电流估计值被提供给比较器218的反相(“-”)输入端，而比较器218的非反相(“+”)输入端耦合到GND。比较器218被配置为将电感器电流估计值与阈值(例如，GND)进行比较。如果电感器电流估计值等于或小于阈值，则比较器218使接通时间启动信号有效(结束断开时间)以导通Q1。接通时间启动信号的延迟是经调制的Toff，其可以基于图2中的DS1、VIN和VOUT进行调节。比较器218的输出端耦合到或门220的第一输入端。如图所示，或门220的第二输入端接收来自可编程模式电路170的选择性的接通时间启动信号。选择性的接通时间启动信号用于为TM和DCM导通Q1。在图2的示例中，或门的输出被提供给单稳态电路222的第一输入端。在图2的示例中，或门220、单稳态电路222和电压-电流转换器224是接通时间控制器(例如，图1中的接通时间控制器160)的部件。
如图所示，单稳态电路222还包括耦合到电压-电流转换器224的第二输入端。电压-电流转换器224被配置为响应于DS2向单稳态电路222的第二输入端发出信号。对于图2的拓扑，当或门输出为高(例如，逻辑“1”)时，单稳态电路222使CS1为高(逻辑“1”)。接通持续时间(CS1保持有效的时间量)基于DS2。
在另一示例性实施例中，接通时间控制器(例如，图1中的接通时间控制器160)包括：第一比较器；第二比较器；以及SR锁存器。第一比较器被配置为检测Csynth上的电压过零，其中第一比较器的输出设置SR锁存器。第二比较器被配置为当电流感测值(例如，指示通过开关的电流量)超过DS2值时重置SR锁存器，从而针对Q1调制Ton。
在图2的示例中，在Q1导通期间，电流传感器226(例如，分流器或电流互感器)将Csynth充电至与Lboost中的电流成正比例的电压。电压-电流转换器214以与(VOUT–VIN)和DS1的乘积成正比例的速率对Csynth放电。当Csynth上的电压(有时称为“Vsynth”)达到零时，比较器218触发在Ton的持续时间内导通Q1的单稳态电路222。基于DS2、VIN和/或VOUT，Ton持续时间可以是固定的或可调整的。根据DS1的值，Vsynth可能以与Lboost的电感器电流随时间减少的速率相比更高、更低或相等的速率减少。
如果Vsynth以与电感器电流随时间减少速率相等的速率减少，则Q1将在Lboost中的电流达到零时导通，并且开关转换器(即，由可编程开关转换器控制器140A引导的功率级120A)以TM操作。如果Vsynth以比电感器电流随时间减少速率更高的速率减少，则Q1将在Lboost中的电流达到零之前导通，并且开关转换器以CCM操作。如果Vsynth以低于电感器电流的速率减少，则Q1将在Lboost中的电流达到零之后导通，并且开关转换器以DCM操作。
图3是可编程模式电路170A的图(图1和图2的可编程模式电路170的示例)。如图所示，可编程模式电路170A包括误差放大器302，误差放大器302具有耦合到VOUT的反相(“-”)输入端和耦合到VREF的非反相(“+”)输入端。误差放大器302的输出指示VOUT和VREF之差，并被用作DS1。如图所示，可编程模式电路170A还包括耦合到误差放大器302的输出端的电阻器(R1)。更具体地，R1的第一侧耦合到误差放大器302的输出端，R1的第二侧耦合到限制或钳位电路，该限制或钳位电路将R1的第二侧的电压限制在V(Ton_min)和V(Ton_max)之间的范围内。在一些示例性实施例中，限制或钳位电路包括二极管D3和D4。具体地，D3的阴极耦合到误差放大器302的输出端，而D3的阳极耦合到可编程模式电路170A的可编程模式参数选择块304，可编程模式参数选择块304选择V(Ton_min)以将DS2限制为大于V(Ton_min)的值。此外，D4的阳极耦合到误差放大器302的输出端，而D4的阴极耦合到可编程模式参数选择块304，可编程模式参数选择块304选择V(Ton_max)以将DS2限制为小于V(Ton_max)的值。
在图3的示例中，可编程参数选择块304提供V(Ton_min)、V(Ton_max)以及选择性的接通时间启动信号用于TM/DCM控制。在一些示例性实施例中，可编程参数选择块304包括从软件用户界面(例如，用户或设计者能够选择参数)接收和存储参数的电路。在其他示例性实施例中，可编程参数选择块304包括如下配置的电路：执行测试或测量；并且基于测试/测量结果选择可编程参数。
图4是根据示例性实施例的开关转换器400的图。开关转换器400包括具有电感器122A(图1中电感器122的示例)、开关124A(图1中开关124的示例)和二极管125A(图1中二极管125的示例)的功率级120B(PWM转换器)。在不同的示例性实施例中，功率级120B可以具有降压转换器拓扑、降压-升压转换器拓扑、反激转换器拓扑或升压转换器拓扑(例如，如图2所示)。不管使用的特定功率级拓扑如何，可编程开关转换器控制器140B被配置为提供控制信号(例如，CS1)以控制开关124A的开/关状态，其中CS1是基于PWM的信号。
为了控制CS1，可编程开关转换器控制器140B包括耦合到接通时间控制器160A(图1中接通时间控制器160的示例)的断开时间控制器150A(图1中断开时间控制器150的示例)。断开时间控制器150A被配置为获得电感器电流估计值并控制电感器电流估计值的斜率(放电速率)。
更具体地，断开时间控制器被配置为感测电感器电流或开关电流。在图3的示例中，感测到的电流是通过二极管(Dsynth)并存储在Csynth两端的电压。Csynth两端的电压用作电感器电流估计值。利用断开时间控制器150A，电感器电流估计值的斜率(放电速率)可使用由乘法器406的输出控制的电压-电流转换器404(图2中电压-电流转换器214的示例)来调整。乘法器406的第一输入是DS1。乘法器406的第二输入根据功率级120B的拓扑而变化。对于降压转换器拓扑、降压-升压转换器拓扑和反激转换器拓扑，乘法器406的第二输入可以是VOUT。对于升压转换器拓扑(例如，如图2所示)，乘法器406的第二输入可以是VIN-VOUT。
如图所示，通过比较器402(图2中比较器218的示例)将电感器电流估计值与接地进行比较，以检测电感器电流估计值何时过零。在这种情况下，接通时间初始化信号被提供给接通时间控制器160A，其中接通时间初始化信号的定时/时序基于通过控制器针对电感器电流估计值的斜率来调制Toff。如图所示，接通时间控制器160A还接收用于TM/DCM的选择性接通时间启动信号。接通时间控制器160A还接收用于调制Ton的DS2。在一些示例性实施例中，由可编程模式电路(例如，图1和2中的可编程模式电路170，或者图3中的可编程模式电路170)提供DS1、DS2和选择性的接通时间启动信号。
在一些示例性实施例中，开关转换器(例如，开关转换器400)包括开关(例如，开关124A)、整流器(例如，二极管125A)和电感器(例如，电感器122A)。开关的接通和断开传导间隔(Ton和Toff)由脉宽调制器(例如，可编程开关转换器控制器140B)控制。脉宽调制器被配置为：产生可以是固定的或与需求信号成正比例的Ton，该需求信号与转换器的负载成正比例；并且产生Toff，该Toff与开关断开时电感器两端出现的电压和与耦合到开关转换器输出端的负载成正比例的需求信号的乘积成反比。在一些示例性实施例中，Ton在PWM产生的Toff过去时或者在由外部触发信号(例如，选择性的接通时间启动信号)启动时开始。
在一些示例性实施例中，PWM通过以下方式产生Toff：在Ton期间，通过与电感器中的电流成正比例的电压对电容器充电；并且在Ton到期后，使用与电感器两端的电压和与转换器的负荷成正比例的需求信号的乘积成正比例的电流对电容器放电。在一些示例性实施例中，Toff等于Ton结束和电容器上的电压达到零之间的时间间隔。
图5是示出根据示例性实施例的开关转换器的TM操作期间作为时间函数的电流的曲线图500。在曲线图500中，表示了I_Lboost、I_Synth、I_Lboost_ZCD和I_Synth_ZCD的波形。I_Lboost是通过Lboost的电流。I_Synth是与Lboost相关的电感器电流估计值。在一些示例性实施例中，I_Synth表示使用电压(例如，Vsynth)估计的电流。I_Lboost_ZCD是指示与I_Lboost相关的电感器电流ZCD出现的信号。I_Synth_ZCD是指示与I_Synth相关的电感器电流ZCD出现的信号。如图所示，I_Synth的向下斜率没有I_Lboost的向下斜率陡，I_Synth和I_Lboost的向上斜率相等。当I_Lboost达到零时，I_Lboost_ZCD发出ZCD事件的信号。由于I_Synth的向下斜率小于I_Lboost的向下斜率，因此没有针对I_Synth的ZCD事件，如I_Synth_ZCD所示。
图6是示出根据示例性实施例的开关转换器的CCM操作期间的电流的曲线图。在曲线图600中，表示了I_Lboost和Iin(进入功率级的输入电流)的波形。如图所示，I_Lboost随时间在大约0安培到+15安培之间变化，这取决于范围从大约-15A到+15A的Iin。
图7是示出根据示例性实施例的开关转换器的CCM操作期间的电流的附加细节的曲线图700。在曲线图700中，I_Lboost和I_Synth的波形被一起和分开表示。如图所示，I_Lboost随时间在大约+8安培到+16安培之间变化，并且不会达到0。另一方面，I_Synth的范围在大约0安培到+16安培之间。如图所示，I_Synth和I_Lboost具有相同的向上斜率。此外，I_Synth具有比I_Lboost陡的向下斜率，这允许I_Synth达到零。
图8是示出根据另一示例性实施例的开关转换器的TM操作期间的电流的曲线图800。在曲线图800中，表示了I_Lboost和Iin的波形。如图所示，I_Lboost随时间在大约0安培到+8安培之间变化，这取决于范围从大约-4A到+4A的Iin。
图9是示出根据示例性实施例的开关转换器的DCM操作期间的电流的曲线图900。在曲线图900中，表示了I_Lboost和Iin的波形。如图所示，I_Lboost随时间在大约0安培到+7安培之间变化，这取决于范围从大约-1A到+1A的Iin。在曲线图900中，Iin发生了一些失真，但是形状仍然大致为正弦曲线。
图10是示出根据示例性实施例的开关转换器的DCM操作期间的电流的附加细节的曲线图1000。在曲线图1000中，I_Lboost和I_Synth的波形被一起表示。I_Lboost也被单独示出。如图所示，I_Synth的向下斜率没有I_Lboost的向下斜率陡。通过控制I_Synth的向下斜率，功率级开关的断开持续时间可针对DCM操作进行调整。
图11是比较根据示例性实施例的开关转换器的稳态TM和CCM操作的电流的曲线图1100。在曲线图1100中，表示了I_Lboost_TM、I_Lboost_CCM、Iin_CCM和Iin_TM的波形。I_Lboost_TM是稳态TM操作期间的I_Lboost。I_Lboost_CCM是CCM操作期间的I_Lboost。Iin_CCM是CCM操作期间来自电源(例如，图1中的电源110)的输入电流。Iin_TM是TM操作期间来自电源的输入电流。如图所示，I_Lboost_CCM的范围从大约0安培到+18安培，I_Lboost_TM的范围从大约0安培到+7安培。此外，Iin_CCM的范围从大约-15安培到+15安培，Iin_TM的范围从大约-4安培到+4安培。
图12是比较根据示例性实施例的开关转换器的稳态TM和CCM操作的电流的附加细节的曲线图1200。在曲线图1200中，表示了I_Lboost_CCM和I_Lboost_TM的波形。如图所示，最初I_Lboost_CCM的范围从大约+8安培到+13安培，其中+8安培对应于DC底座。最终，I_Lboost_CCM的范围从大约+10到+18。此外，最初I_Lboost_TM的范围从大约0安培到+5安培。最终，I_Lboost_TM的范围从大约0安培到+7安培。
图13是根据示例性实施例的可编程开关转换器控制方法1300。可编程开关转换器控制方法1300例如由可编程开关转换器控制器(例如，图1中的可编程开关转换器控制器140、图2中的可编程开关转换器控制器140A、图4中的可编程开关转换器控制器140B)执行，以控制功率级(例如，图1中的功率级120、图2中的功率级120A或图4中的功率级120B)的开关(例如，图1中的开关124、图2中的Q1或图4中的开关124A)。如图所示，方法1300包括在框1302提供与功率级的电感器(例如，图1中的电感器122或图2-图4中的Lboost)相关的电感器电流估计值(例如，Vsynth)。在框1304，基于需求信号(例如，图1、图2和图4中的DS1)控制电感器电流估计值的斜率。在一些示例性实施例中，在框1304控制电感器电流估计值的斜率是基于功率级的VIN与功率级的VOUT之间的差。例如，电感器电流估计值的斜率可以是VIN-VOUT乘以需求信号的函数。在另一示例中，电感器电流估计值的斜率可以是VOUT乘以需求信号的函数。在框1306，将电感器电流估计值与阈值进行比较。在框1308，如果电感器电流估计值等于或小于阈值，则产生用于开关的接通时间启动信号。在一些示例性实施例中，方法1300包括基于电流感测电压提供电感器电流估计值，该电流感测电压指示当开关(例如，图1中的开关124、图2中的Q1和图4中的Q6)激活时通过该开关的电流。
图14是根据示例性实施例的另一种可编程开关转换器控制方法1400。可编程开关转换器控制方法1400例如由可编程模式电路(例如，图1和图2中的可编程模式电路170或者图3中的可编程模式电路170A)执行。如图所示，方法1400包括在框1402基于VOUT和VREF获得误差放大器输出。在框1404，基于误差放大器输出，提供第一需求信号以调制Toff。在框1406，提供第二需求信号以调制Ton，其中第二需求信号被限制到预定范围(例如，使用V(Ton_min到V(Ton_max))。在框1408，选择性地为TM/DCM控制提供选择性的ON(接通)控制信号。
利用方法1400，第一需求信号(例如，DS1)、第二需求信号(例如，DS2)、第二需求信号的预定范围(例如，使用V(Ton_min到V(Ton_max))和选择性的接通时间启动信号的时序可以根据不同的功率级拓扑、不同的VIN、不同的VOUT、不同的负载和/或其他设计参数而变化。不管特定的开关转换器情况如何，可编程开关转换器控制器都能够使用可用的输入(例如，VOUT、VIN、与激活时的开关相关的电流感测值)和可编程参数选择来优化效率。可编程参数的示例包括V(Ton_min)、V(Ton_max)和用于TM/DCM控制的选择性的接通时间启动信号的时序。此类可编程参数可以通过软件接口提供，并被存储以供可编程开关转换器控制器使用。作为另一种选择，可编程参数可以基于片上测试或测量电路来确定适当的值。
在一些示例性实施例中，可编程开关转换器控制器是集成电路(IC)或将耦合到功率级的其他电路(另一个IC或分立部件)。可编程开关转换器控制器IC可以包括用于VIN、VOUT、与激活时的开关相关的电流感测值以及可能的可编程参数的输入(例如，通信接口或接收指令的其他接口)。可编程开关转换器控制器还将包括向功率级的开关提供控制信号的输出。利用可编程开关转换器控制器，使用本文描述的可编程参数和模式选项，不管特定的功率级拓扑如何，都可以实现效率和鲁棒性。相比之下，传统的开关转换器控制器通常受限于特定的功率级拓扑、VIN值和VOUT值等。
在一些示例性实施例中，系统(例如，图1中的系统100)包括可编程开关转换器控制器(例如，图1中的可编程开关转换器控制器140、图2中的可编程开关转换器控制器140A或图4中的可编程开关转换器控制器140B)，其具有：第一控制器输入端(例如，图1中的第一输入端142)。第一控制器输入端适于耦合到功率级的电流感测输出端(例如，图1中的感测输出端126)。可编程开关转换器控制器还包括第二控制器输入端(例如，图1中的第三输入端144)。第二控制器输入端适于耦合到功率级的输出端(例如，图1中的输出端128)。可编程开关转换器控制器还包括控制器输出端(例如，图1中的控制器输出端148)。控制器输出端适于耦合到功率级的开关(例如，图1中的开关124)的控制端子。
在一些示例性实施例中，可编程开关转换器控制器还包括控制回路(例如，图1中的控制回路146)，其适于耦合到：控制器输出端(例如，图1中的控制器输出端148)；功率级的感测输出端(例如，图1中经由第一输入端142的感测输出端126)；以及功率级的输出电压端子(例如，图1中经由第三输入端144的输出端128)。控制回路包括断开时间控制器(例如，图1中的断开时间控制器150)，其被配置为：产生电感器电流估计值(例如，图2和图4中的Vsynth)；响应于需求信号(例如，图1、图2和图4中的DS1)而控制电感器电流估计值的斜率；将电感器电流估计值与阈值(例如，图2和图4中的GND)进行比较；以及如果电感器电流估计值等于或小于阈值，则使接通时间启动信号有效(例如，图2中的比较器218的输出，或者图4中的比较器402的输出)。
在一些示例性实施例中，需求信号是第一需求信号(例如，DS1)，并且可编程开关转换器控制器包括具有单稳态电路(例如，图2中的单稳态电路222)的接通时间控制器，其被配置为响应于第二需求信号(例如，DS2)而调制Ton。在一些示例性实施例中，需求信号是第一需求信号，并且可编程开关转换器控制器包括具有SR锁存器(未示出)的接通时间控制器，其被配置为响应于第二需求信号而调制Ton。
在一些示例性实施例中，控制回路(例如，图1中的控制回路146)被配置为：产生固定的或与需求信号成正比例的Ton，该需求信号与适于耦合到功率级的输出端的负载成正比例；产生Toff，该Toff与开关断开时电感器两端的电压和与负载成正比例的需求信号的乘积成反比；当Toff过去时启动Ton；以及响应于外部触发信号而启动Ton。在一些示例中，控制回路被配置为通过以下方式产生Toff：在Ton期间，通过与电感器中的电流成正比例的电压对电容器充电；以及在Ton到期后，使用与电感器两端的电压和与负载成正比例的需求信号的乘积成正比例的电流对电容器放电，其中Toff等于Ton结束和电容器上的电压达到零之间的时间间隔。
在一些示例性实施例中，断开时间控制器被配置为响应于需求信号并响应于功率级的输出电压端子处的电压(例如，图1中输出端128处的VOUT)与功率级的输入电压端子处的电压(例如，图1中VIN输入端121处的VIN)之间的差来控制电感器电流估计值的斜率。在一些示例性实施例中，需求信号是第一需求信号(例如，DS1)，并且控制回路包括可编程模式电路，其被配置为提供：用于调制Toff的第一需求信号；用于调节Ton的第二需求信号(例如，DS2)；以及用于过渡模式和不连续导通模式的选择性的接通时间启动信号。
在一些示例性实施例中，可编程模式电路(例如，图1和图2中的可编程模式电路170，或图3中的可编程模式电路170A)包括：具有第一输入端、第二输入端和输出端的误差放大器(例如，图3中的误差放大器302)，误差放大器的第一输入端耦合到输出电压端子(例如，如图3中那样接收VOUT)，误差放大器的第二输入端适于接收参考电压(图3中的VREF)，并且误差放大器的输出用作第一控制信号(例如，DS1)；以及限制电路(例如，图3中的D3和D4，具有由可编程参数选择块304提供的限制)，其耦合到误差放大器的输出，并且被配置为提供误差放大器的输出的受限版本作为第二控制信号(例如，DS2)。在一些示例性实施例中，可编程开关转换器控制器被配置为控制功率级的开关，以向选自以下部件的负载供电：游戏适配器、400W-1kW电视和300W-2kW电信设备。
在一些示例性实施例中，可编程开关转换器控制器(例如，图2中的可编程开关转换器控制器140A，或图4中的可编程开关转换器控制器140B)包括控制器输出端(例如，图2中的控制器输出端217)，其适于耦合到功率级(例如，图2中的功率级120A)的开关(例如，图2中的Q1)。可编程开关转换器控制器还包括控制回路(例如，图2中的控制回路146A)，其具有第一回路输入端(例如，图2中耦合到电流感测输出端211的第一输入端219)、第二回路输入端(例如，图2中的第三输入端213)以及回路输出端(例如，图2中的单稳态电路222的输出端)。第一回路输入端适于耦合到功率级的电流感测输出端。第二回路输入端适于耦合到功率级的输出电压端子。回路输出端耦合到控制器输出端(例如，图2中单稳态电路222的输出端耦合到控制器输出端217)。
在一些示例性实施例中，控制回路包括接通时间控制器(例如，图1中的接通时间控制器160，或图2和图4中的相关部件)，其具有接通时间控制器输入端(例如，以从断开时间控制器接收接通时间启动信号)和接通时间控制器输出端(例如，以输出CS1)，接通时间控制器输出端耦合到回路输出端。在一些示例性实施例中，控制回路还包括断开时间控制器(例如，图1中的断开时间控制器150，或图2和图4中的相关部件)，其具有：耦合到接通时间控制器输入端的断开时间控制器输出端(例如，比较器218的输出端)。断开时间控制器还包括具有合成器输入端(例如，图2中的电流传感器226或相关输入端)和合成器输出端(例如，图2中具有耦合到比较器218的Vsynth的节点或端子)的电感器电流合成器(例如，图1中的IL合成器152，或图2和图4中的相关部件)。合成器输入端耦合到第一回路输入端(以在开关激活时接收与该开关相关的电流感测值)。电感器电流合成器被配置为响应于从电流感测输出端(例如，图2中的电流感测输出端211)获得的电流感测值(例如，指示开关激活时通过该开关的电流量)，在合成器输出端处产生电感器电流估计值(例如，Vsynth)。电感器电流估计值与功率级的电感器相关。
在一些示例性实施例中，控制回路还包括斜率控制器(例如，图1中的斜率控制器154，或图2和图4中的相关部件)，其具有斜率控制器输入端(例如，图2中的乘法器电路212或图4中的乘法器电路406的输入端之一)和斜率控制器输出端(例如，图2中的电压-电流转换器214的输出端，或图4中的电压-电流转换器404的输出端)。斜率控制器输入端适于接收需求信号(例如，DS1)。斜率控制器输出端耦合到电感器电流合成器。斜率控制器被配置为响应于需求信号而控制电感器电流估计值随时间推移的斜率。
在一些示例性实施例中，断开时间控制器还包括比较器(例如，图2中的比较器218)，其具有第一比较器输入端(比较器218的反相“-”输入端)、第二比较器输入端(比较器218的非反相“+”输入端)以及比较器输出端。第一比较器输入端耦合到合成器输出端。第二比较器输入端适于接收阈值(例如，GND)。比较器输出端被配置为响应于第一比较器输入端处的值等于或小于阈值而提供接通时间启动信号。
在一些示例性实施例中，接通时间控制器包括具有第一输入端、第二输入端和输出端的或门(例如，图2中的或门220)，该或门的第一输入端耦合到比较器输出端，以接收接通时间启动信号，或门的第二输入端适于接收用于过渡模式和不连续导通模式的选择性的接通时间启动信号。
在一些示例性实施例中，需求信号是第一需求信号(例如，DS1)，并且接通时间控制器包括由第二需求信号(例如，DS2)控制的单稳态电路(例如，图2中的单稳态电路222)。在一些示例性实施例中，需求信号是第一需求信号(例如，DS1)，并且接通时间控制器包括由第二需求信号(例如，DS2)控制的SR锁存器(未示出)。
在一些示例性实施例中，电感器电流合成器包括：耦合到合成器输入端的电流传感器(例如，图2中的电流传感器226)；具有阳极和阴极的二极管(例如，图2中的D2)，阳极耦合到电流传感器；以及具有第一侧和第二侧的电容器(例如，图2中的Csynth)，电容器的第一侧耦合到二极管的阴极，并且电容器的第二侧耦合到地。
在一些示例性实施例中，斜率控制器包括：具有第一输入端、第二输入端和输出端的减法电路(例如，图2中的减法电路210)，减法电路的第一输入端适于耦合到功率级的输出电压端子(例如，图2中的128A)，减法电路的第二输入端适于耦合到功率级的输入电压端子(例如，图2中的VIN输入端207)。斜率控制器还包括具有第一输入端、第二输入端和输出端的乘法器电路(例如，图2中的乘法器电路212)，乘法器电路的第一输入端耦合到减法电路的输出端，乘法器电路的第二输入端耦合到斜率控制器输入端。斜率控制器还包括具有电流端子和控制端子的电压-电流转换器(例如，图2中的电压-电流转换器214)，电压-电流转换器的控制端子耦合到乘法器电路的输出端。电压-电流转换器的电流端子耦合到电感器电流合成器(例如，以基于乘法器输出来控制Vsynth放电的速率)。
在一些示例性实施例中，控制回路被配置为：产生固定的或与需求信号成正比例的Ton，该需求信号与适于耦合到输出电压端子的负载成正比例；产生Toff，该Toff与开关断开时电感器两端的电压和与负载成正比例的需求信号的乘积成反比；当Toff过去时启动Ton；以及响应于外部触发信号而启动Ton。在一些示例性实施例中，控制回路被配置为通过以下方式产生Toff：在Ton期间，通过与电感器中的电流成正比例的电压对电容器(例如，图2中的Csynth)充电；以及在Ton到期后，使用与电感器两端的电压和与负载成正比例的需求信号(例如，DS1)的乘积成正比例的电流(例如，图2中乘法器212的输出)对电容器放电，其中Toff等于Ton结束和电容器上的电压达到零之间的时间间隔。
在一些示例性实施例中，控制回路包括可编程模式电路(例如，图2中的可编程模式电路170，或图3中的可编程模式电路170A)，其具有：误差放大器(例如，图3中的误差放大器302)，其具有第一输入端、第二输入端和输出端。误差放大器的第一输入端耦合到输出电压端子(例如，用于接收VOUT的输出端128A)。误差放大器的第二输入端适于接收参考电压(例如，图3中的VREF)，并且误差放大器的输出用作第一控制信号(例如，DS1)。可编程模式电路还包括限制电路(例如，图3中的D3和D4，其具有由可编程参数选择块304提供的限制)，该限制电路耦合到误差放大器的输出并被配置为提供误差放大器的输出的受限版本作为第二控制信号(例如，DS2)。
在本说明书中，术语“耦合(couple)”可以涵盖实现与本说明书一致的功能关系的连接、通信或信号路径。例如，如果设备A产生信号来控制设备B执行动作：(a)在第一个示例中，设备A通过直接连接耦合到设备B；或者(b)在第二个示例中，如果中间部件C不改变设备A与设备B之间的功能关系，则设备A通过中间部件C耦合到设备B，使得设备B经由设备A产生的控制信号由设备A来控制。
“被配置为”执行任务或功能的设备可以由制造商在制造时配置(例如，编程和/或硬连线)以执行该功能，和/或可以由用户在制造后配置(或重新配置)以执行该功能和/或其他附加或替代功能。该配置可以通过设备的固件和/或软件编程，通过设备的硬件部件和互连的构造和/或布局或者它们的组合。本文描述为包括某些部件的电路或设备可以改为适于耦合到那些部件以形成所描述的电路或设备。
虽然上述示例性实施例利用nMOS晶体管，但是其他示例性实施例可以利用pMOS晶体管、NPN双极结型晶体管(BJT)、PNP BJT或任何其他类型的晶体管。因此，当提到电流端子时，这种端子可以是发射极、集电极、源极或漏极。此外，控制端子可以是基极或栅极。
如本文所使用的，术语“端子(terminal)”、“节点(node)”、“互连(interconnection)”、“引脚(pin)”和“引线(lead)”可以互换使用。除非有相反的具体说明，否则这些术语通常用于表示设备元件、电路元件、集成电路、设备或其他电子或半导体部件之间的互连或其终端之间的互连。
在前面的描述中，术语“接地(ground)”的使用包括底盘接地、地面接地、浮动接地、虚拟接地、数字接地、公共接地和/或适用于或适合本说明书教导的任何其他形式的接地连接。除非另有说明，否则数值前的“大约”、“近似”或“基本上”是指所述数值的+/-10％。
本文描述为包括某些部件或功能的电路或功能可以改为适于耦合到这些部件或功能块，以形成所述电路或功能。虽然某些部件或功能块在本文中可能被描述为在集成电路中或在单个半导体衬底上(或者相反地，在多个集成电路中或在多个半导体衬底上)实现，但是这种实现可以使用更多或更少的集成电路或更多或更少的半导体衬底来完成。示例性实施例的电路/功能块可以封装在一个或多个设备封装中。
在权利要求的范围内，可以对所述实施例进行修改，并且其他实施例也是可能的。

Claims (21)

1.一种用于具有开关、电感器和二极管的功率级的可编程开关转换器控制器，所述可编程开关转换器控制器包括：
脉宽调制器，其被配置为：
产生固定的或与需求信号成正比的接通时间间隔(Ton)，所述需求信号与适于耦合到所述功率级的输出端的负载成正比；
产生断开时间间隔(Toff)，所述断开时间间隔与所述开关断开时所述电感器两端的电压和与所述负载成正比的需求信号的乘积成反比；
当Toff逝去时启动Ton；以及
响应于外部触发信号而启动Ton。
2.根据权利要求1所述的可编程开关转换器控制器，其中所述脉宽调制器被配置为通过以下方式产生Toff：
在Ton期间，通过与所述电感器中的电流成正比的电压对电容器充电；和
在Ton到期后，使用与所述电感器两端的电压和与所述负载成正比的需求信号的乘积成正比的电流对所述电容器放电，其中Toff等于Ton的结束与所述电容器上的所述电压达到零之间的时间间隔。
3.一种可编程开关转换器控制器，包括：
控制器输出端，其适于耦合到功率级的开关；以及
具有第一回路输入端、第二回路输入端和回路输出端的控制回路，所述第一回路输入端适于耦合到所述功率级的电流感测输出端，所述第二回路输入端适于耦合到所述功率级的输出电压端子，所述回路输出端耦合到所述控制器输出端，并且所述控制回路包括：
接通时间控制器，其具有接通时间控制器输入端和接通时间控制器输出端，所述接通时间控制器输出端耦合到所述回路输出端；以及
断开时间控制器，其具有：
耦合到所述接通时间控制器输入端的断开时间控制器输出端；
具有合成器输入端和合成器输出端的电感器电流合成器，所述合成器输入端耦合到所述第一回路输入端，所述电感器电流合成器被配置为响应于从所述电流感测输出端获得的电流感测值在所述合成器输出端处产生电感器电流估计值，所述电感器电流估计值与所述功率级的电感器相关；
斜率控制器，其具有斜率控制器输入端和斜率控制器输出端，所述斜率控制器输入端适于接收需求信号，所述斜率控制器输出端耦合到所述电感器电流合成器，所述斜率控制器被配置为响应于所述需求信号控制所述电感器电流估计值随时间推移的斜率。
4.根据权利要求3所述的可编程开关转换器控制器，其中所述断开时间控制器包括具有第一比较器输入端、第二比较器输入端和比较器输出端的比较器，所述第一比较器输入端耦合到所述合成器输出端，所述第二比较器输入端适于接收阈值，并且所述比较器输出端被配置为响应于所述第一比较器输入端处的值等于或小于所述阈值而提供接通时间启动信号。
5.根据权利要求4所述的可编程开关转换器控制器，其中所述接通时间控制器包括具有第一输入端、第二输入端和输出端的或门，所述或门的所述第一输入端耦合到所述比较器输出端以接收所述接通时间启动信号，所述或门的所述第二输入端适于接收用于过渡模式和不连续导通模式的选择性的接通时间启动信号。
6.根据权利要求3所述的可编程开关转换器控制器，其中所述需求信号是第一需求信号，并且所述接通时间控制器包括由第二需求信号控制的单稳态电路。
7.根据权利要求3所述的可编程开关转换器控制器，其中所述需求信号是第一需求信号，并且所述接通时间控制器包括由第二需求信号控制的SR锁存器。
8.根据权利要求3所述的可编程开关转换器控制器，其中所述电感器电流合成器包括：
耦合到所述第一合成器输入端的电流传感器；
具有阳极和阴极的二极管，所述阳极耦合到所述电流传感器；以及
具有第一侧和第二侧的电容器，所述电容器的所述第一侧耦合到所述二极管的所述阴极，所述电容器的所述第二侧耦合到地。
9.根据权利要求3所述的可编程开关转换器控制器，其中所述斜率控制器包括：
具有第一输入端、第二输入端和输出端的减法电路，所述减法电路的所述第一输入端适于耦合到所述功率级的所述输出电压端子，并且所述减法电路的所述第二输入端适于耦合到所述功率级的输入电压端子；
具有第一输入端、第二输入端和输出端的乘法器电路，所述乘法器电路的所述第一输入端耦合到所述减法电路的所述输出端，所述乘法器电路的所述第二输入端耦合到所述斜率控制器输入端；以及
具有电流端子和控制端子的电压-电流转换器，所述电压-电流转换器的所述控制端子耦合到所述乘法器电路的所述输出端，所述电压-电流转换器的所述电流端子耦合到所述电感器电流合成器。
10.根据权利要求3所述的可编程开关转换器控制器，其中所述控制回路被配置为：
产生固定的或与需求信号成正比的接通时间间隔(Ton)，所述需求信号与适于耦合到所述输出电压端子的负载成正比；
产生断开时间间隔(Toff)，所述断开时间间隔与所述开关断开时所述电感器两端的电压和与所述负载成正比的需求信号的乘积成反比；
当Toff逝去时启动Ton；以及
响应于外部触发信号而启动Ton。
11.根据权利要求3所述的可编程开关转换器控制器，其中所述控制回路被配置为通过以下方式产生Toff：
在Ton期间通过与所述电感器中的电流成正比的电压对电容器充电；和
在Ton到期后，使用与所述电感器两端的电压和与所述负载成正比的需求信号的乘积成正比的电流对所述电容器放电，其中Toff等于Ton的结束与所述电容器上的所述电压达到零之间的时间间隔。
12.根据权利要求10所述的可编程开关转换器控制器，其中所述控制回路包括可编程模式电路，所述可编程模式电路具有：
误差放大器，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述误差放大器的所述第一输入端耦合到所述输出电压端子，所述误差放大器的所述第二输入端适于接收参考电压，所述误差放大器的所述输出端用作所述第一控制信号；以及
限制电路，其耦合到所述误差放大器的所述输出端，并且被配置为提供所述误差放大器的所述输出端的受限版本作为所述第二控制信号。
13.一种系统，包括：
可编程开关转换器控制器，其具有：
第一控制器输入端，所述第一控制器输入端适于耦合到功率级的电流感测输出端；
第二控制器输入端，所述第二控制器输入端适于耦合到所述功率级的输出电压端子；
控制器输出端，所述控制器输出端适于耦合到所述功率级的开关的控制端子；以及
控制回路，其适于耦合到：所述控制器输出端；所述第一控制器输入端和所述第二控制器输入端，所述控制回路包括断开时间控制器，所述断开时间控制器被配置为：
产生电感器电流估计值；
响应于需求信号而控制所述电感器电流估计值的斜率；
将所述电感器电流估计值与阈值进行比较；以及
如果所述电感器电流估计值等于或小于所述阈值，则使接通时间启动信号有效。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述需求信号是第一需求信号，并且所述可编程开关转换器控制器包括具有单稳态电路的接通时间控制器，所述单稳态电路被配置为响应于第二需求信号而调制接通时间(Ton)间隔。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述需求信号是第一需求信号，并且所述可编程开关转换器控制器包括具有SR锁存器的接通时间控制器，所述SR锁存器被配置为响应于第二需求信号而调制接通时间(Ton)间隔。
16.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制回路被配置为：
产生固定的或与需求信号成正比的接通时间间隔(Ton)，所述需求信号与适于耦合到所述功率级的输出端的负载成正比；
产生断开时间间隔(Toff)，所述断开时间间隔与所述开关断开时所述电感器两端的电压和与所述负载成正比的需求信号的所述乘积成反比；
当Toff逝去时启动Ton；以及
响应于外部触发信号而启动Ton。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制回路被配置为通过以下方式产生Toff：
在Ton期间，通过与所述电感器中的电流成正比的电压对电容器充电；和
在Ton到期后，使用与所述电感器两端的电压和与所述负载成正比的需求信号的所述乘积成正比的电流对所述电容器放电，其中Toff等于Ton的结束与所述电容器上的所述电压达到零之间的时间间隔。
18.根据权利要求13所述的系统，其中所述断开时间控制器被配置为响应于所述需求信号并且响应于：所述功率级的输出电压端子处的电压与所述功率级的输入电压端子处的电压之间的差，控制所述电感器电流估计值的所述斜率。
19.根据权利要求13所述的系统，其中所述需求信号是第一需求信号，并且所述控制回路包括可编程模式电路，所述可编程模式电路被配置为提供：
用于调制断开时间间隔(Toff)的第一需求信号；
用于调制接通时间间隔(Ton)的第二需求信号；以及
用于过渡模式和不连续导通模式的选择性的接通控制信号。
20.根据权利要求19所述的系统，其中所述可编程模式电路包括：
误差放大器，其具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述误差放大器的所述第一输入端耦合到所述输出电压端子，所述误差放大器的所述第二输入端适于接收参考电压，所述误差放大器的所述输出端用作所述第一控制信号；和
限制电路，其耦合到所述误差放大器的所述输出端，并且被配置为提供所述误差放大器的所述输出端的受限版本作为所述第二控制信号。
21.根据权利要求13所述的系统，其中所述可编程开关转换器控制器被配置为控制所述功率级的开关以向选自游戏适配器、400W-1kW电视和300W-2kW电信设备的负载供电。
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