TW201440401A - 使用整合的低電流庫侖計數器之低電流ｄｃ－ｄｃ轉換器 - Google Patents

使用整合的低電流庫侖計數器之低電流ｄｃ－ｄｃ轉換器 Download PDF

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Abstract

一種功率供應系統包含：調整器電路，該調整器電路回應於在該輸入節點處的輸入訊號，在該輸出節點處產生具有所欲的位準的輸出訊號。調整器電路具有：控制器、電感性元件，及第一開關，該第一開關耦接至該電感器元件和由該控制器控制以產生該輸出訊號。亦者，功率供應系統包含：庫侖計數器(Coulomb counter)，該庫侖計數器用於產生：庫侖計數訊號，該庫侖計數訊號與從該輸入節點被傳遞至該輸出節點的庫侖數成比例。庫侖計數器係藉由代表預先決定的時間區間的致能訊號來致能(enabled)，而用於決定：在此預先決定的時間區間期間從該輸入節點被傳遞至該輸出節點的庫侖數。

Description

使用整合的低電流庫侖計數器之低電流DC-DC轉換器
此揭示係關於功率供應系統，及更為特定而言，此揭示係關於具有整合的低電流庫侖計數器的低電流DC-DC轉換器。
許多電池供電的應用處在不同於電池電壓的供應電壓的情況下能最佳地執行。DC-DC轉換器經設計以解決此問題，及許多不同類型的轉換器針對於此目的而存在。電池供電的應用經常需要低靜態電流的DC-DC轉換以延長電池壽命或對於效能進行最佳化。
因為電池被安裝或被完全地充電，在許多電池供電的應用中知悉已經消耗多少庫侖亦為有助益的。此資訊經常是用於估計剩餘的電池壽命的唯一可靠的手段-特別是在電池放電曲線係非常平坦(例如Li-SOCL2電池等等)和電池電壓並未提供任何的用於估計充電的狀態的有用的基礎的情況中。
傳統的庫侖計數器連續地監控：流入電池或流出電 池的電流，及對於已經經由外部感測電阻器傳遞的庫侖記流水帳(keep a running tally)。在對電池進行放電的情況中，藉由將平均電流乘以總時間來計算出消耗的庫侖。
然而，電池電流的連續的監控需要相對為高的操作 電流，該操作電流依次地對電池進行放電。在習知的庫侖計數器中，靜態電流可在70μA和100μA之間，前述者對於許多壽命長的一次電池組(primary cell battery)應用而言為不可接受地高。在不進行連續的監控的情況下，習知的庫侖計數器會錯失重要的放電事件。亦者，庫侖計數器的準確性會大大地受到影響。
因而，具有：對於將低靜態電流的DC-DC轉換與低 電流和準確的庫侖計數相結合的新的技術的需求。
根據一個態樣，本揭示提供：具有輸入節點和輸出節點的新穎的功率供應系統。功率供應系統包含：調整器電路，該調整器電路回應於在該輸入節點處的輸入訊號，在該輸出節點處產生具有所欲的位準的輸出訊號。調整器電路具有：控制器、電感性元件，及第一開關，該第一開關耦接至該電感器元件和由該控制器控制以產生該輸出訊號。亦者，該功率供應系統包含：庫侖計數器，該庫侖計數器用於產生庫侖計數訊號，該庫侖計數訊號與從該輸入節點被傳遞至該輸出節點的庫侖數成比例。庫侖計數器係藉由代表預先決定的時間區間的致能訊號來致能，用於決定：在此預先決定的時間區間的期間，從該輸入節點被傳遞至該輸出節點的庫侖 數。
當調整器電路經組態以操作於降壓-升壓模式或降 壓模式時，該致能訊號可代表時間區間，在該時間區間期間該第一開關為接通(ON)。
可替代性地，當調整器電路經組態以操作於升壓模 式，及包含耦接至電感性元件的第二開關時，該致能訊號可代表：該第一開關為接通的第一時間區間和該第二開關為接通的第二時間區間的總和。
庫侖計數器可經組態以用於：對從耦接至輸入節點 的電池被傳輸至輸出節點的庫侖數進行計數。
可替代性地，庫侖計數器可經組態以用於：對從輸 入節點被傳輸到耦接至輸出節點的電池的庫侖數進行計數。
根據本揭示的一個態樣，庫侖計數器可被致能以用 於決定：在預先決定的數目的連續的接通的時間區間中於第一開關的僅有一個接通的時間區間期間的庫侖數。
根據本揭示的另一態樣，調整器電路可經組態以用 於當輸出電壓高於預先決定的調整點時，操作在休眠模式(sleep mode)。當調整器電路處於休眠模式時，用於決定庫侖數的電路並不為有效的(active)。
根據本揭示的示例性的實施例，庫侖計數器可包 含：庫侖測量電路，該庫侖測量電路用於決定在預先決定的時間區間期間，從輸入節點被傳遞至輸出節點的庫侖數，以產生代表決定的庫侖數的數值。
結果累加電路可被耦接至庫侖測量電路的輸出，以 用於累加由庫侖測量電路所產生的數值。在結果累加電路中的累加的數值可代表：第一開關為接通的時間區間的總數。
調整器電路和庫侖計數器可被整合在單一的積體電 路(integrated circuit)上。
根據本揭示的方法，當功率從輸入節點被供應至輸出節點時，進行後續的步驟：-回應於在該輸入節點處的輸入訊號，在輸出節點處產生具有所欲的位準的輸出訊號，-決定：在預先決定的時間區間期間，從該輸入節點被傳遞至該輸出節點的庫侖數，以產生代表每個預先決定的時間區間的庫侖數的測量數值，及-累加在一數目的預先決定的時間區間期間所決定的測量數值，以產生代表從輸入節點被傳輸至輸出節點的庫侖的總數的庫侖計數訊號。
本揭示的額外的優點和態樣對於彼些該發明所屬技術領域中具有通常知識者而言將從後續的【實施方式】中容易地變得明顯的，其中簡單地藉由示例說明被考慮用於實施本揭示的最佳實施例的方式來顯示和描述本揭示的實施例。如同將被描述者，本揭示能夠實施在其他的和不同的實施例，及本揭示的一些細節容許在各個顯明的層面中的修正，所有者並未偏離本揭示的精神。從而，圖式和描述在本質上被認為是示例說明性的，而非限制性的。
10‧‧‧降壓-升壓DC-DC轉換器
12‧‧‧控制器
14‧‧‧電池
16‧‧‧磁滯比較器
18‧‧‧IPEAK比較器
20‧‧‧IZERO比較器
22‧‧‧庫侖計數器
24‧‧‧庫侖測量電路
26‧‧‧結果累加電路
28‧‧‧串列介面
30‧‧‧運算放大器
32‧‧‧運算放大器
34‧‧‧MOSFET電晶體
36‧‧‧MOSFET電晶體
38‧‧‧MOSFET電晶體
40‧‧‧分配器
42‧‧‧類比至數位轉換器
100‧‧‧降壓轉換器
112‧‧‧降壓控制器
200‧‧‧升壓轉換器
212‧‧‧升壓控制器
300‧‧‧DC-DC轉換器
當結合後續的圖式來閱讀時，本揭示的實施例的後 續的【實施方式】可被最佳地理解，其中在該等圖式中特徵並不必然地按照尺寸來繪示，而是被繪示以最佳地示例說明相關的特徵。在圖式中，類似的元件符號意指為相同的或類似的元件。
第1圖根據本揭示來示例說明示例性的降壓-升壓DC-DC轉換器的簡化的示圖。
第2圖係：示例說明在第1圖中的轉換器的操作的示圖。
第3圖更為詳細地示例說明：具有庫侖計數器的示例性的降壓-升壓DC-DC轉換器。
第4圖示例說明：本揭示的示例性的降壓DC-DC轉換器。
第5圖示例說明：本揭示的示例性的升壓DC-DC轉換器。
第6圖根據本揭示來示例說明：用於對電池進行充電的示例性的DC-DC轉換器。
本揭示將使用在後文中呈現的特定的示例來實現。然而，下列所述者將變得明顯的：本揭示的觀念可應用於具有庫侖計數器的任何的功率轉換器。
第1圖顯示：具有輸入節點VIN和輸出節點VOUT的本揭示的示例性的降壓-升壓DC-DC轉換器10。轉換器10可包含：電感器L、耦接至電感器L的開關A、B、C及D、耦接至輸出節點VOUT的輸出電容器COUT，及控制開關A、 B、C，及D的控制器12。轉換器10回應於在該轉換器的輸入節點處的輸入電壓VIN，以在該轉換器的輸出節點處產生調整的輸出電壓VOUT，該調整的輸出電壓VOUT可高於或低於VIN，或等於VIN。舉例而言，DC-DC轉換器10可調整從耦接至輸入節點VIN的電池14所供應的電壓。負載(例如由電池14供電的電子裝置)可被連接至DC-DC轉換器10的輸出節點VOUT。
使用磁滯控制來達成輸出電壓調整，該磁滯控制可 基於非常低的電流的磁滯比較器16來實施，該非常低的電流的磁滯比較器控制DC-DC轉換器10的致能。磁滯比較器16感測輸出電壓VOUT，及將VOUT與由參考電壓VREF所界定的調整點作比較。舉例而言，比較器16的非反相輸入可從耦接至輸出節點VOUT的電壓分配器的電阻器R1、R2之間的節點處供應。可供應VREF電壓給比較器16的反相輸入。
若電壓VOUT高於調整點，DC-DC轉換器10被去 能(disabled)，以及操作於休眠模式(SLEEP mode)，在該休眠模式期間對於測量輸出電壓VOUT而言並非為必要的所有的電路被關閉，藉此將DC-DC轉換器10的靜態電流最小化。 當VOUT低於調整點，比較器16致能DC-DC轉換器10，及經過編程的、固定數量的電荷從節點VIN重覆地被傳輸至節點VOUT，直到輸出電壓VOUT高於調整點為止。
當DC-DC轉換器10被致能，控制器12同時將開關 A和C接通，而提供：供給電流從VIN節點流動經過電感器L和流動進入接地端點的路徑。電流將經由電感器L線性地 斜坡上升，直到到達預設的經過編程的峰值電流的數值IPEAK(如同由監控橫跨於開關A的電壓的IPEAK比較器18所感測到者)為止。
一旦到達IPEAK的數值，將開關A和C斷開和將開 關B和D接通。電流目前將繼續流動經過電感器L和傳輸電荷進入輸出VOUT。電感器電流被允許斜坡下降至零(如同由監控橫跨於開關B的電壓的IZERO比較器20所感測到者)。 一旦電感器電流到達零點，開關B和D被斷開。若在此時，輸出VOUT尚未高於調整點，再次地將開關A和C接通，以及重覆前文所描述的整個切換週期。
因此，DC-DC比較器10的每一切換週期包含：當 開關A和C為接通和開關B和D為斷開的AC「接通(ON)」階段，以及當開關B和D為接通和開關A和C為斷開時的BD「接通(ON)」階段。斜坡上升電流變化率和斜坡下降電流變化率二者係由應用條件和方程式V/L=di/dt來決定，其中L係電感器L的電感值，di/dt係電流變化率(current rate)，在AC「接通(ON)」階段期間，V=VIN，以及在BD「接通(ON)」階段期間，V=VOUT。一旦在完成一切換週期之後，VOUT已經上升高於該調整點，轉換器被去能，及DC-DC轉換器10返回進入到低靜態電流休眠模式。
再者，DC-DC轉換器10包含：庫侖計數器22，該 庫侖計數器可在單一的積體電路上與電壓調整器電路相整合。庫侖計數器22可包含：庫侖測量電路24和結果累加電路26。僅當開關A和C被接通時，庫侖測量電路24被致能， 及當開關A和C為斷開時，庫侖測量電路24被去能。
因此，為了要達成低靜態電流，庫侖測量電路24決 定：僅有在DC-DC轉換器10的AC「接通(ON)」階段期間，從VIN節點被傳遞至VOUT節點的庫侖數。從VIN節點被傳輸至VOUT節點的庫侖總數係藉由結果累加電路26來計算出，該結果累加電路將由電路24執行的庫侖測量的結果累加。結果累加電路26可包含：暫存器，該等暫存器用於儲存每個AC「接通(ON)」階段的庫侖測量的結果，及加法器，該加法器用於將最為新近的庫侖測量結果加入至先前的測量結果。代表從VIN節點被傳輸至VOUT節點的庫侖的總數的累加的數值可藉由應用處理器透過串列介面28從結果累加電路26中讀取。
如同在第2圖中所示例說明者，每個AC「接通(ON)」 階段所傳輸的庫侖數等於：DC-DC轉換器10的平均電流乘以開關A或開關C的「接通(ON)」時間tAC(意即乘以開關A和開關C為接通的時間區間)。平均電流等於IPEAK/2。因此，每個AC「接通(ON)」階段所傳輸的庫侖數等於：(IPEAK/2)x[IPEAK x(L/VIN)](假設VIN和L在AC「接通(ON)」階段期間維持為常數)。
第2圖顯示：轉換器10的簡化的電路，該轉換器包 含：耦接至電感器L的開關A、B、C，及D，及時序圖，該時序圖示例說明：在AC「接通(ON)」和BD「接通(ON)」階段期間的電感器電流IL的變化。該示圖顯示示例，其中在該示例中在轉換器10從休眠模式(SLEEP mode)被啟動之後，直 到轉換器10返回至休眠模式為止，轉換器10的二個切換週期被執行。
因為對於在電池的壽命時間中的給定的應用，輸入 電壓VIN和電感器L的數值變化得非常緩慢，靜態電流可藉由利用預先決定的低取樣速率來致能庫侖測量電路24而進一步地被減少。舉例而言，針對於轉換器10的每1024個AC「接通(ON)」階段中，僅有在一個AC「接通(ON)」階段期間，庫侖測量電路24可被致能。因此，在針對於每1024個AC「接通(ON)」階段中的一個AC「接通(ON)」階段期間，庫侖測量將被執行。當電路24並未執行庫侖測量時，庫侖測量電路24的所有的電路可被去能。因此，相較於測量在每個AC「接通(ON)」階段中的庫侖的庫侖測量電路的靜態電流，庫侖測量電路24的有效的靜態電流可被減少1024倍。用於測量每個AC「接通(ON)」時間的庫侖的取樣速率可如同所需要地被減少以將下列者最小化：由於當庫侖未被測量時在AC「接通(ON)」階段中的靜態電流所造成的庫侖計數誤差。該權衡係：每個AC「接通(ON)」階段的庫侖的較少的取樣測量將在電池的操作壽命期間中被使用。為了要進一步地減少靜態電流，當DC-DC轉換器10處於休眠模式(SLEEP mode)時，庫侖計數器22亦可被去能。
第3圖更為詳細地顯示：具有庫侖計數器的降壓- 升壓DC-DC轉換器10的示例性的實施例。如同前文結合第1圖所討論者，DC-DC轉換器10回應於在該DC-DC轉換器的輸入節點處的輸入電壓VIN，在該DC-DC轉換器的輸出節點 處產生調整的輸出電壓VOUT，該調整的輸出電壓VOUT可高於或低於VIN，或等於VIN。DC-DC轉換器10包含：控制器12、電感器L、耦接至輸出節點VOUT的輸出電容器COUT，及耦接至電感器L的開關A、B、C及D。舉例而言，開關A和D可為P型MOSFET元件，及開關B和C可為N型MOSFET元件。
在第3圖的示例中，轉換器10的VIN節點被耦接 至電池14以調整從電池14所供應的電壓。如同結合第1圖所討論者，DC-DC轉換器10包含：非常低的電流的磁滯比較器16，該非常低的電流的磁滯比較器藉由感測輸出電壓VOUT來控制DC-DC轉換器10的致能，及將VOUT與由參考電壓VREF所界定的調整點作比較。由齊納二極體D所代表的能隙電壓參考可被使用於提供參考電壓VREF至磁滯比較器。
亦者，轉換器10包含：1PEAK比較器18，該IPEAK 比較器監控橫跨於開關A的電壓以將電感器電流與預編程的峰值電流的數值IPEAK作比較。轉換器10進一步包含：IZERO比較器20，該IZERO比較器監控橫跨於開關B的電壓以將電感器電流與零位準作比較。
若VOUT高於調整點，DC-DC轉換器10被比較器 16去能和操作於休眠模式(SLEEP mode)，在該休眠模式期間對於測量輸出電壓VOUT而言並非為必要的所有的電路被關閉，藉此將DC-DC轉換器10的靜態電流最小化。當VOUT低於調整點時，比較器16致能DC-DC轉換器10，及經過編 程的、固定數量的電荷重覆地從節點VIN被傳輸至節點VOUT，直到輸出電壓VOUT高於調整點為止。開關A、B、C及D係由控制器12利用在前文中結合第1圖所描述的方式來控制。轉換器10的整個切換週期包含：當開關A和C為接通和開關B和D為斷開時的AC「接通(ON)」階段，及當開關B和D為接通和開關A和C為斷開時的BD「接通(ON)」階段。
如同在第3圖中所顯示者，測量在AC「接通(ON)」 階段期間被傳輸的庫侖數的示例性的庫侖測量電路24可包含：運算放大器30和32、分別地耦接至放大器30和32的輸出的MOSFET電晶體34和36、分別地連接至MOSFET電晶體34和36的汲極端點的電流源IPK_REF和ITFS_REF，及分別地耦接至MOSFET電晶體34和36的源極端點的電阻器RIPEAK和RTFS。MOSFET電晶體38可被耦接在比較器16的輸出和電流源IPK_REF之間。舉例而言，電晶體34和36可為N型的MOSFET元件，及電晶體38可為P型的MOSFET元件。
亦者，庫侖測量電路24可包含：時基電容器(timing capacitor)CT、耦接至電容器CT的開關m1和m2，及可被控制以提供用於對電容器CT進行充電的輸入電壓VIN的開關m3。分配器40可控制開關m1、m2，及m3。分配器40可接收：當開關C被接通時所產生的AC「接通(ON)」訊號，及可執行：除以預先決定的數目(例如1024)的除法，以基於所欲的取樣速率(例如僅有在連續的1024個AC「接通(ON)」階段 中的一個AC「接通(ON)」階段中)將開關m3閉合。開關m3被閉合以供應輸入電壓VIN至庫侖測量電路24，以對下列所述者致能：對於僅有在基於取樣速率(例如在每1024個AC「接通(ON)」階段中的僅有一個AC「接通(ON)」階段期間)所選擇的AC「接通(ON)」階段期間的庫侖數進行計數。
類比至數位轉換器(ADC)42可被耦接在庫侖測量電 路24的輸出處，以將類比測量結果轉換為被供應至結果累加電路26的數位值。可供應參考電壓VREF2給ADC 42，該參考電壓VREF2經選擇以在所欲的範圍中支援類比至數位轉換。
運算放大器30與電晶體34和38被連接以設定橫跨 於電阻器RIPEAK的預先決定的參考電壓VREF1，以利用相對於在開關A處監控的峰值電流IPEAK的固定比例來設定參考電流IPK_REF。舉例而言，參考電流IPK_REF可被設定為等於峰值電流IPEAK電流的1/1000。在電晶體38的汲極處產生的參考電壓VIPK_REF可被供應至IPEAK比較器18。
運算放大器32和電晶體36經連接以設定橫跨於電 阻器RTFS的參考電壓VREF1，以利用相對於IPEAK電流的固定的比例來產生參考電流ITFS_REF。針對於AC「接通(ON)」階段的持續時間中，參考電流ITFS_REF被使用以對電容器CT進行充電。
在將開關A和C接通之前，電容器CT藉由將開關 m2閉合而完全地被放電。在AC「接通(ON)」階段的開始處，將開關m2斷開和將開關m1閉合以允許ITFS_REF電流對電 容器CT進行充電。在AC「接通(ON)」階段的結束處，將開關m1斷開，前述者避免在電容器CT上的電壓改變。因為流動進入電容器CT的固定的電流造成直接地與時間成比例的電壓，在開關m1被斷開之後存在於電容器CT上的電壓直接與AC「接通(ON)」階段的持續時間成比例，在AC「接通(ON)」階段期間電流流動進入CT電容器。因為庫侖數等於：平均電流乘以時間，存在於電容器CT上的電壓亦直接地與每個AC「接通(ON)」階段傳輸的庫侖數成比例。
在電容器CT上的電壓係藉由ADC 42來測量，該 ADC 42產生：輸出代碼，該輸出代碼提供：每個AC「接通(ON)」週期中傳輸的庫侖數的數位表示。可在轉換器10的晶片上對於ITFS_REF電流和電容器CT的數值進行編程，以使得ADC 42的全刻度測量範圍對應於預先決定的全刻度時間tFS。乘積IPEAK/2*tFS係預設的經過編程的數值，以及等於：在每個AC「接通(ON)」階段中可被測量的從VIN被傳遞至VOUT的最大庫侖數。ADC的實際的輸出代碼代表：基於取樣速率所選擇的每個AC「接通(ON)」階段的實際的庫侖數。
因為每個AC「接通(ON)」週期中所傳輸的實際的庫 侖數在轉換器10的晶片上被測量，用於對庫侖的總數進行計數的方法被簡化。在AC「接通(ON)」階段期間，每次當開關A和C被「接通(turned“ON”)」時，可從開關C的閘極供應的AC「接通(ON)」訊號致能結果累加電路26以將ADC 42的最為新近的輸出值加入至已經被計數的累加的庫侖數。每次開關A和C「被接通(turned“ON”)」時，重覆此加法程序， 以及每次由庫侖測量電路24執行新的庫侖數測量時，更新要被加入至總數的數值。結果累加電路26可包含：加法器，該加法器用於將在ADC 42的輸出處的數值加入至累加的數值，及數位暫存器，該等數位暫存器用於儲存累加的數目。 加法器和暫存器可被提供在控制器10的晶片上。
在結果累加電路26中的累加的數值代表：已從VIN 節點被傳遞至VOUT節點的庫侖的總數。在電池應用中，此數值代表：已經從電池14放電與被傳遞到耦接至VOUT節點的負載的庫侖的總數，及因此提供：總電池容量消耗的指示。 儲存對於從VIN節點被傳輸至VOUT節點的庫侖的累加的數值的數位暫存器可在AC「接通(ON)」階段之間保持為靜態的。因而，累加的資料可由應用處理器藉由串列介面28(如同所需要者)讀回(read back)。因為當DC-DC轉換器處於休眠模式，並無庫侖計數器22的任何的其他的電路係有效的，用於整個庫侖計數器22的總體靜態電流大約為零。
因此，本揭示的DC-DC轉換器10提供：從輸入電 壓VIN至所欲的輸出電壓VOUT的超低的靜態電流DC-DC轉換，以及從VIN節點被傳輸至VOUT節點的庫侖的準確的計數。可同時地使用單一的積體電路來達成DC-DC轉換和庫侖計數。再者，庫侖計數器靜態電流實質上被減少至零。
第4圖示例說明：具有本揭示的整合的庫侖計數器 22的示例性的降壓轉換器100。降壓轉換器100包含：控制開關A和B以產生調整的輸出電壓VOUT的降壓控制器112，該調整的輸出電壓VOUT低於輸入電壓VIN。在進行降壓 DC-DC轉換期間，將開關A接通以允許電流從VIN節點經由電感器L流動至VOUT節點。一旦到達峰值電流的數值(如同由IPEAK比較器18所監控到者)，將開關A斷開和將開關B接通以允許電流繼續地經由電感器流動進入VOUT節點，直到電流斜坡下降至零(如同由IZERO比較器20所偵測到者)為止。每次開關A為接通時，對於從VIN節點被傳遞至VOUT節點的庫侖進行計數。開關A的控制電極藉由反相電路114被耦接至庫侖測量電路24的致能輸入和結果累加電路26的更新計數輸入。只要經由開關A的電流開始於其斜波的零處和斜坡上升至已知的、經過編程的峰值，計數方法完全與在結合第1圖所討論的降壓-升壓的情況中相同。
第5圖顯示：具有本揭示的整合的庫侖計數器22的 示例性的升壓DC-DC轉換器200。升壓轉換器200包含：升壓控制器212，該升壓控制器控制開關A和B以產生調整的輸出電壓VOUT，該調整的輸出電壓VOUT高於輸入電壓VIN。就升壓轉換器200而言，當開關A為接通時，電流從VIN節點經由電感器L流動至接地。電流將從零斜坡上升，直到利用由電壓VIN和電感器L的電感所決定的速率到達峰值IPEAK為止。經由開關A的平均電流等於IPEAK/2(類似於結合第1圖所討論的降壓-升壓的情況)。一旦到達IPEAK位準(如同由IPEAK比較器18所決定者)，開關A被斷開和開關B被接通，前述者允許電流繼續地從VIN經由電感器L和經由開關B流動進入VOUT節點。在開關B中的電流將從IPEAK位準線性地衰減至零(如同由IZERO比較器20所偵測到者)。 此時，開關B將會被斷開。此週期將會重覆，直到輸出完成調整為止。當開關B為接通時流動經過開關B的電流的平均值係IPEAK/2。庫侖計數器22利用在前文中結合第1圖所討論的方式對於當開關A和開關B二者為接通時所傳輸的庫侖進行計數。
第6圖顯示：本揭示的DC-DC轉換器可被使用以對 進入電池14的庫侖進行計數，該電池係使用DC-DC轉換器來進行充電。在第6圖中的DC-DC轉換器300可具有與在第1圖中的DC-DC轉換器10相同的排置，然而，電池14被耦接至轉換器的VOUT節點，而非耦接至VIN節點。輸入電容器CIN被連接至VIN節點。被整合的庫侖計數器22對於被傳輸至電池14的庫侖的總數進行計數。當轉換器300被致能時，且當開關A和C為接通時，經由電感器L的電流從零斜坡上升至IPEAK，及當開關B和D為接通時，流動進入電池14的電流從IPEAK斜坡下降至零。因此，當開關B和D為接通時流動進入電池14的平均電流係IPEAK/2。每次開關B和D為接通時，庫侖計數器22對進入電池14的庫侖進行計數。因此，在BD「接通(ON)」階段期間(而非AC「接通(ON)」階段(如同在結合第1圖所討論的情況中))，庫侖計數器22被致能。
結合其他的切換轉換器拓撲(例如返馳式(flyback) 等等)的庫侖計數可使用相同的方法(藉由驅使電流在每一電荷傳輸週期上從零斜坡上升至已知的峰值，然後在下一個週期開始之前斜坡下降回到零)來實現。若此些條件被滿足，則 適當的「接通(ON)」時間可在晶片上被測量出，及每個週期的相對應的數目的庫侖可被計算出和被加入至傳輸的庫侖的累加的總和。
前面的描述示例說明和描繪本發明的態樣。此外， 本揭示僅顯示和描述較佳實施例，但如同前文所提及者，理解到：本發明能被使用於各種其他的組合、修正，及環境中，及能夠於如同在此表達的本發明的觀念的範疇之內進行改變或修正，而與前文的教示，及/或相關的技術領域的技藝或知識相匹配。
於前文中所描述的實施例進一步地意欲於解釋被知 悉以實施本發明的最佳實施例，以及促進在該發明所屬技術領域中其他的具有通常知識者將本發明利用在此些或其他的實施例中，及進行本發明的特定的應用或使用所要求的各種修正。從而，描述並不意欲於將本發明限制為在此揭示的形式。
10‧‧‧降壓-升壓DC-DC轉換器
12‧‧‧控制器
14‧‧‧電池
16‧‧‧磁滯比較器
18‧‧‧IPEAK比較器
20‧‧‧IZERO比較器
22‧‧‧庫侖計數器
24‧‧‧庫侖測量電路
26‧‧‧結果累加電路
28‧‧‧串列介面

Claims (18)

  1. 一種具有一輸入節點和一輸出節點的功率供應系統，包含：一調整器電路，該調整器電路回應於在該輸入節點處的一輸入訊號，在該輸出節點處產生具有一所欲的位準的一輸出訊號，及具有一控制器、一電感性元件，及一第一開關，該第一開關耦接至該電感器元件和由該控制器控制以產生該輸出訊號，及一庫侖計數器，該庫侖計數器用於產生一庫侖計數訊號，該庫侖計數訊號與從該輸入節點被傳遞至該輸出節點的庫侖數成比例，該庫侖計數器係藉由代表一預先決定的時間區間的一致能訊號來致能，而用於決定在該預先決定的時間區間期間從該輸入節點被傳遞至該輸出節點的庫侖數。
  2. 如請求項1所述之系統，其中該致能訊號代表一時間區間，在該時間區間期間該第一開關為接通。
  3. 如請求項2所述之系統，其中該調整器電路經組態以操作於一降壓-升壓模式。
  4. 如請求項2所述之系統，其中該調整器電路經組態以操作於一降壓模式。
  5. 如請求項1所述之系統，其中該調整器電路經組態以操 作於一升壓模式，及包含耦接至該電感器元件的一第二開關。
  6. 如請求項5所述之系統，其中該致能訊號代表該第一開關為接通的一第一時間區間和該第二開關為接通的一第二時間區間的總和。
  7. 如請求項1所述之系統，其中該庫侖計數器經組態以用於對從耦接至該輸入節點的一電池被傳輸至該輸出節點的庫侖數進行計數。
  8. 如請求項1所述之系統，其中該庫侖計數器經組態以用於對從該輸入節點被傳輸到耦接至該輸出節點的一電池的庫侖數進行計數。
  9. 如請求項2所述之系統，其中該庫侖計數器被致能以用於決定在該第一開關的一預先決定的數目的連續的接通的時間區間中於該第一開關的僅有一個接通的時間區間期間的庫侖數。
  10. 如請求項1所述之系統，其中該調整器電路經組態以用於當該輸出電壓高於一預先決定的調整點時，操作於一休眠模式。
  11. 如請求項10所述之系統，其中當該調整器電路處於一休 眠模式時，用於決定庫侖數的電路並不為有效的(active)。
  12. 如請求項1所述之系統，其中該庫侖計數器包含：一庫侖測量電路，該庫侖測量電路用於決定在該預先決定的時間區間期間從該輸入節點被傳遞至該輸出節點的庫侖數以產生代表該決定的庫侖數的一數值，及一結果累加電路，該結果累加電路用於累加由該庫侖測量電路所產生的數值。
  13. 如請求項12所述之系統，其中在該結果累加電路中的一累加的數值代表該第一開關為接通的時間區間的總數。
  14. 如請求項1所述之系統，其中該調整器電路和該庫侖計數器被整合在一單一的積體電路上。
  15. 一種從一輸入節點供應功率至一輸出節點的方法，包含以下步驟：回應於在該輸入節點處的一輸入訊號，在一輸出節點處產生具有一所欲的位準的一輸出訊號，決定在一預先決定的時間區間期間，從該輸入節點被傳遞至該輸出節點的庫侖數，以產生代表每個該預先決定的時間區間的庫侖數的一測量數值，及累加在一數目的預先決定的時間區間期間所決定的測量數值，以產生代表從該輸入節點被傳輸至該輸出節點的庫侖的總數的一庫侖計數訊號。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該輸出訊號係由一調整器電路來產生，該調整器電路具有一第一可控制的開關，及該預先決定的時間區間代表該第一可控制的開關的一接通的時間區間。
  17. 如請求項16所述之方法，其中在該第一可控制的開關的一預先決定的數目的連續的接通的時間區間中於該第一可控制的開關的僅有一個接通的時間區間期間的庫侖數被決定。
  18. 如請求項15所述之方法，其中該輸出訊號係由一調整器電路來產生，該調整器電路具有第一可控制的開關和第二可控制的開關，及該預先決定的時間區間代表該第一可控制的開關的一接通的時間區間和該第二可控制的開關的一接通的時間區間的總和。
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