TW202127170A - 降壓-升壓式轉換器及其控制方法 - Google Patents

降壓-升壓式轉換器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一種控制器包括：用於設置降壓-升壓式轉換器的第一高側開關的打開時間的第一計時器，其中通過降壓-升壓式轉換器的輸入電壓、降壓-升壓式轉換器的輸出電壓和第一預設偏置電壓確定第一高側開關的打開時間；用於設置降壓-升壓式轉換器的第二低側開關的打開時間的第二計時器，其中通過降壓-升壓式轉換器的輸入電壓、降壓-升壓式轉換器的輸出電壓和第二預設偏置電壓確定第二低側開關的打開時間；以及用於設置降壓-升壓式轉換器的第一低側開關的打開時間和第二高側開關的打開時間的谷值電流模式控制裝置。

Description

降壓-升壓式轉換器及其控制方法
本發明涉及功率轉換器的控制方案，並且在特定實施例中，涉及在各種操作狀况下採用具有恆定開關頻率的恆定導通時間控制方案的功率轉換器。
隨著技術進一步發展，諸如移動電話、平板PC、數碼相機、MP3播放器和/或類似裝置的各種電子裝置變得普及。每個電子裝置都需要大體上恆定電壓的直流功率，其電壓甚至在由電子裝置汲取的電流可在較寬範圍內變化時也可在指定誤差內進行調節。為了使電壓維持在指定公差內，耦合到電子裝置的功率轉換器（例如，開關式dc/dc轉換器）提供非常快速的瞬態響應，同時在各種負載瞬變下保持穩定的輸出電壓。
諸如恆定導通時間方案或恆定關斷時間方案的基於滯後的功率轉換器控制方案可使得功率轉換器能夠提供快速瞬態響應。採用恆定導通時間控制方案的功率轉換器可只包括反饋比較器和導通計時器。在操作中，功率轉換器的反饋電路將反饋信號與內部參考直接進行比較。當反饋信號下降至低於內部參考時，功率轉換器的高側開關打開，並且在導通計時器時間內保持接通狀態。作為打開高側開關的結果，功率轉換器的電感電流上升。當導通計時器到期時，功率轉換器的高側開關關閉，並且直到反饋信號再次下降至低於內部參考時才打開。總之，當在功率轉換器中採用恆定導通時間控制方案時，通過導通計時器來終止功率轉換器的高側開關的導通時間。通過反饋比較器來終止功率轉換器的高側開關的關斷時間。
隨著電子裝置朝向便攜式和移動式發展，許多電子裝置依賴於可充電電池作為它們的電源。然而，由於可充電電池的特性，電池組的輸出電壓可能會在充滿電的狀態和完全耗盡的狀態之間的廣泛範圍內變化。另外，隨著C型通用串行總線（USB）作為充電和傳遞數據的新標準出現，USB端口的輸出電壓不再固定（例如，5V）。而是，輸出電壓可在從約3.5V到約20V的廣泛範圍內變化。與此同時，連接到新型USB端口（例如，C型USB）的下游功率轉換器可能仍然需要大體上約為5V的電壓。響應於廣泛的輸入電壓範圍，對於C型USB應用，四開關降壓-升壓式轉換器變得普遍存在。
在傳統的四開關降壓-升壓式轉換器中，在每個開關循環中，一次打開和關閉所有四個開關。另外，從不將輸入電源的能量直接傳遞到四開關降壓-升壓式轉換器的輸出端。而是，首先將輸入電源的能量儲存在降壓-升壓式轉換器的電感中，然後再傳遞到轉換器的輸出端。因此，傳統的四開關降壓-升壓式轉換器的效率不高。
可取的是提供用於使得採用恆定導通時間控制方案的傳統的四開關降壓-升壓式轉換器能夠在不同的輸入電壓下以降壓模式、升壓模式和降壓-升壓模式操作的設備和/或方法。此外，可取的是響應於輸入電壓變化在以上任意兩種操作模式之間具有平穩的轉變。
在特定實施例中，一種控制方案可在各種操作狀况下實現快速瞬態響應並提高四開關降壓-升壓式轉換器的性能。
根據一個實施例，一種設備包括：第一計時器，第一計時器配置成確定對降壓-升壓式轉換器的降壓轉換器部分的高側開關施加的栅極驅動信號的關閉沿，其中第一計時器包括配置成接收第一斜坡信號的第一輸入端和配置成接收第一閾值電壓的第二輸入端，並且其中第一斜坡信號由具有與降壓-升壓式轉換器的輸入電壓成比例的電流電平的第一電流源生成，並且第一閾值電壓與降壓-升壓式轉換器的輸出電壓成比例；以及第二計時器，第二計時器被配置成確定對降壓-升壓式轉換器的升壓轉換器部分的低側開關施加的栅極驅動信號的關閉沿，其中第二計時器包括配置成接收第二斜坡信號的第一輸入端和配置成接收第二閾值電壓的第二輸入端，並且其中第二斜坡信號由具有與降壓-升壓式轉換器的輸出電壓成比例的電流電平的第二電流源生成，並且第二閾值電壓與降壓-升壓式轉換器的輸出電壓和降壓-升壓式轉換器的輸入電壓之間的差成比例。
根據另一個實施例，一種方法包括：利用具有與降壓-升壓式轉換器的輸入電壓成比例的電流電平的第一電流源生成第一斜坡信號；利用具有與降壓-升壓式轉換器的輸出電壓成比例的電流電平的第二電流源生成第二斜坡信號；生成與降壓-升壓式轉換器的輸出電壓成比例的第一閾值電壓；生成與降壓-升壓式轉換器的輸出電壓和輸入電壓之間的差成比例的第二閾值電壓；利用第一比較器比較第一閾值電壓與第一斜坡信號和第一預設偏移電壓的總和；利用第二比較器比較第二閾值電壓與第二斜坡信號和第二預設偏移電壓的總和；基於由第一比較器生成的比較結果終止降壓-升壓式轉換器的降壓轉換器部分的高側開關的栅極驅動信號；以及基於由第二比較器生成的比較結果終止降壓-升壓式轉換器的升壓轉換器部分的低側開關的栅極驅動信號。
根據又一個實施例，一種控制器包括：用於設置降壓-升壓式轉換器的第一高側開關的打開時間的第一計時器，其中通過降壓-升壓式轉換器的輸入電壓、降壓-升壓式轉換器的輸出電壓和第一預設偏置電壓確定第一高側開關的打開時間；用於設置降壓-升壓式轉換器的第二低側開關的打開時間的第二計時器，其中通過降壓-升壓式轉換器的輸入電壓、降壓-升壓式轉換器的輸出電壓和第二預設偏置電壓確定第二低側開關的打開時間；以及用於設置降壓-升壓式轉換器的第一低側開關的打開時間和第二高側開關的打開時間的谷值電流模式控制裝置。
本公開的較佳實施例的優點是提高降壓-升壓式功率轉換器的性能。更具體地，降壓-升壓式轉換器的控制機制基於恆定導通時間（COnT）谷值電流模式（VCM）控制。恆定導通時間控制消除了對固定時鐘信號的需要。此外，利用恆定導通時間控制，可自動實現從脉衝寬度調製（PWM）模式到脉衝頻率調製（PFM）模式的轉變。而且，可消除峰值電流模式（PCM）控制所需的斜率補償。恆定導通時間控制可大大簡化控制電路和相關聯的電流消耗。利用谷值電流模式控制，由電感和輸出電容形成的輸出雙極可縮減為單極響應，從而使控制回路補償設計簡單得多。
上文相當廣泛地概述了本發明的特徵和技術優點，以便可以更好地瞭解以下對本發明的詳細描述。下文將描述形成本發明的請求項的主題的本發明的額外特徵和優點。本領域技術人員應明白，可容易地利用公開的概念和特定實施例作為修改或設計用於實現本發明的相同目的的其它結構或過程的基礎。本領域技術人員還應意識到，此類等效構造並未偏離隨附請求項中闡述的本發明的精神和範圍。
除非另外指示，否則不同圖中的對應數字和符號一般指對應部分。繪製附圖是為了清楚地說明各種實施例的相關方面，附圖不一定按比例繪製。
下文詳細論述目前較佳的實施例的製作和使用。但是，應明白，本發明提供可在各種各樣的特定背景中實施的許多適用的發明概念。論述的特定實施例只是說明製作和使用本公開的特定方式，而不是限制本公開的範圍。
將在特定背景、即在各種操作狀况下以固定開關頻率或幾乎固定的開關頻率操作的恆定導通時間控制的功率轉換器中關於較佳實施例描述本公開。然而，本發明也可適用於各種功率轉換器。在下文中，將參考附圖詳細解釋各種實施例。
圖1示出根據本公開的各種實施例的降壓-升壓式轉換器及其相關聯的恆定導通時間控制電路的示意圖。如圖1所示，降壓-升壓式轉換器包括第一高側開關Q1、第一低側開關Q2、第二低側開關Q3、第二高側開關Q4和電感204。第一高側開關Q1和第一低側開關Q2串聯連接在輸入電容201的正極端子和負極端子之間。輸入電容201連接到電源VIN。採用輸入電容201來為降壓-升壓式轉換器提供穩定電壓。第二高側開關Q4和第二低側開關Q3串聯連接在輸出電容207的正極端子和負極端子之間。電感204耦合在第一高側開關Q1和第一低側開關Q2的公共節點與第二高側開關Q4和第二低側開關Q3的公共節點之間。
降壓-升壓式轉換器可劃分成兩個部分，即降壓轉換器部分和升壓轉換器部分。降壓轉換器部分可包括第一高側開關Q1和第一低側開關Q2。降壓轉換器部分和電感204可充當降壓型轉換器。另一方面，升壓轉換器部分可包括第二高側開關Q4和第二低側開關Q3。升壓轉換器部分和電感204可充當升壓型轉換器。降壓轉換器部分、電感204和升壓轉換器部分級聯連接在輸入電容201和輸出電容207之間。
降壓-升壓式轉換器的降壓轉換器部分和升壓轉換器部分均由恆定導通時間控制電路控制。如圖1所示，恆定導通時間控制電路包括放大器218、谷值電流比較器214、降壓導通時間計時器230、升壓導通時間計時器240、第一鎖存器211、第二鎖存器219、降壓控制邏輯單元210和升壓控制邏輯單元212。
如圖1所示，恆定導通時間控制電路可檢測輸出電壓VOUT和流過電感204的電流，並相應地生成用於驅動開關Q1、Q2、Q3和Q4的多個栅極驅動信號。
在一些實施例中，放大器218是電壓誤差放大器。如圖1所示，放大器218的反相輸入端（FB）用於通過由電阻208和209形成的分壓器檢測輸出電壓VOUT。放大器218的同相輸入端連接到預設參考電壓VREF。放大器218的輸出端連接到谷值電流比較器214的同相輸入端。補償網路連接在放大器218的輸出端和地之間。補償網路包括電阻215、電容216和電容217。電阻215與電容216串聯連接，並且進一步與電容217並聯連接。補償網路有助於穩定控制回路並提供足夠的相位裕量，從而提高降壓-升壓式轉換器的瞬態響應性能。
谷值電流比較器214的反相輸入端被配置成接收檢測的電流信號（CS）。如圖1所示，通過合適的電流感應裝置來檢測流過電感204的電流，例如直流電阻（DCR）電流感應設備。通過電流感應放大器213將感應的電流信號饋送到谷值電流比較器214的反相輸入端。採用電流感應放大器213來提供合適的電流感應增益。
採用第一鎖存器211來分別為開關Q1和Q2生成栅極驅動信號。如圖1所示，第一鎖存器211的復位輸入端配置成接收降壓導通時間計時器230的輸出信號。第一鎖存器211的設置輸入端配置成接收谷值電流比較器214的輸出信號。第一鎖存器211的輸出是用於控制降壓-升壓式轉換器的降壓轉換器部分的PWM信號。如圖1所示，通過降壓控制邏輯單元210將第一鎖存器211的輸出分別施加到開關Q1和Q2的栅極。採用降壓控制邏輯單元210來基於由第一鎖存器211生成的PWM信號生成高壓側栅極驅動信號和低壓側栅極驅動信號。此外，降壓控制邏輯單元210在高壓側栅極驅動信號和低壓側栅極驅動信號之間增加適當的延遲。降壓導通時間計時器230的詳細示意圖將在下文中的圖2進行描述。
採用第二鎖存器219來分別為開關Q3和Q4生成栅極驅動信號。如圖1所示，第二鎖存器219的復位輸入端配置成接收升壓導通時間計時器240的輸出信號。第二鎖存器219的設置輸入端配置成接收谷值電流比較器214的輸出信號。第二鎖存器219的輸出是用於控制降壓-升壓式轉換器的升壓轉換器部分的PWM信號。如圖1所示，通過升壓控制邏輯單元212將第二鎖存器219的輸出分別施加到開關Q3和Q4的栅極。採用升壓控制邏輯單元212來基於由第二鎖存器219生成的PWM信號生成高壓側栅極驅動信號和低壓側栅極驅動信號。此外，升壓控制邏輯單元212在高壓側栅極驅動信號和低壓側栅極驅動信號之間增加適當的延遲。下文將參照圖2描述升壓導通時間計時器240的詳細示意圖。
應注意，儘管本描述通篇中的示例基於降壓-升壓式轉換器和配置成為降壓-升壓式轉換器（例如，如圖1所示的降壓-升壓式轉換器）生成栅極驅動信號的恆定導通時間控制電路，但是如圖1所示的降壓-升壓式轉換器和恆定導通時間控制電路可具有許多改變、備選和修改。例如，恆定導通時間控制電路可檢測其它必需的信號，如降壓-升壓式轉換器的輸入電壓、輸入電流和/或輸出電流。此外，可以有一個專用驅動器或多個專用驅動器耦合在恆定導通時間控制電路與開關Q1、Q2、Q3和Q4之間。總之，限制本文中說明的降壓-升壓式轉換器和恆定導通時間控制電路只是為了清楚地說明各種實施例的發明方面。本公開不限於任何特定的功率拓撲和系統配置。
圖1中示出的開關（例如，第一高側開關Q1）可作為n-型金屬氧化物半導體（NMOS）晶體管實現。在另一些實施例中，這些開關可作為其它合適的可控裝置實現，如金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）裝置、雙極結型晶體管（BJT）裝置、超級結型晶體管（SJT）裝置、絕緣栅雙極晶體管（IGBT）裝置、基於氮化鎵（GaN）的功率裝置和/或類似裝置。
還應注意，儘管圖1示出四個開關Q1、Q2、Q3和Q4，但是本公開的各種實施例可包括其它改變、修改和備選。例如，可通過續流二極管和/或類似組件來取代低側開關Q2。可通過整流二極管和/或類似組件來取代高側開關Q4。
基於不同設計需要和應用，降壓-升壓式轉換器可配置成以三種不同的操作模式、即降壓操作模式、升壓操作模式和降壓-升壓操作模式操作。下文將分別參照圖3至圖5描述這三種操作模式的詳細操作原理。
在一些實施例中，降壓-升壓式轉換器配置成以降壓操作模式操作。在降壓操作模式中，採用與傳統的降壓轉換器中相同的方式來控制開關Q1和Q2，即通過具有合適的開關死區時間的互補栅極驅動信號來控制開關Q1和Q2。開關Q3始終關閉，並且開關Q4始終打開。下文將參照圖3描述降壓操作模式的詳細操作原理。
在一些實施例中，降壓-升壓式轉換器配置成以降壓-升壓操作模式操作。在降壓-升壓操作模式中，採用與傳統的降壓轉換器中相同的方式來控制開關Q1和Q2，即通過具有合適的開關死區時間的互補栅極驅動信號來控制開關Q1和Q2。採用與傳統的升壓轉換器中相同的方式來控制開關Q3和Q4，即通過具有合適的開關死區時間的互補栅極驅動信號來控制開關Q3和Q4。下文將參照圖4描述第二種控制機制的詳細操作原理。
在一些實施例中，降壓-升壓式轉換器配置成以升壓操作模式操作。在升壓操作模式中，採用與傳統的升壓轉換器中相同的方式通來控制開關Q3和Q4，即通過具有合適的開關死區時間的互補栅極驅動信號來控制開關Q3和Q4。開關Q2始終關閉，並且開關Q1始終打開。下文將參照圖5描述升壓操作模式的詳細操作原理。
圖2示出根據本公開的各種實施例的降壓導通時間計時器和升壓導通時間計時器的示意圖。在一些實施例中，降壓導通時間計時器230配置成計算降壓轉換器部分的導通時間，並且升壓導通時間計時器240配置成計算升壓轉換器部分的導通時間。
如圖2所示，降壓導通時間計時器230包括電流源303、電容304、開關305、比較器301、“或”門306、反相器307和降壓偏置電壓源302。如圖2所示，電流源303的電流電平與輸入電壓VIN成比例。在一些實施例中，k2是預設係數。利用電流源303來對電容304充電。電容304兩端的電壓是電壓斜坡信號。在通篇描述中，電容304也可稱為斜坡信號電容。
降壓偏置電壓源302與電容304串聯連接。如圖2所示，降壓偏置電壓源302的負極端子連接到電容304的第一端子。電容304的第二端子接地。將電容304兩端的電壓和降壓偏置電壓源302的總和饋送到比較器301的同相輸入端。比較器301的反相輸入端連接到閾值電壓，該閾值電壓與輸出電壓成比例。在一些實施例中，k1是預設係數。通過“或”門306的輸出信號控制開關305的栅極。如圖2所示，“或”門306配置成通過反相器307接收由第一鎖存器211生成的PWM信號以及接收由谷值電流比較器214生成的CMP信號。如圖2所示，PWM和CMP信號的組合確定電容304的復位。
如圖2所示，在比較器301處將電容304兩端的電壓和降壓偏置電壓源302的總和與閾值電壓進行比較。在電容304兩端的電壓和降壓偏置電壓源302的總和達到閾值電壓之後，比較器301的輸出端生成降壓轉換器部分的導通時間的終止信號（用於關閉開關Q1的終止信號）。
通過電容304兩端的電壓和降壓偏置電壓源302的總和與閾值電壓之間的比較結果確定高側開關Q1的打開時間或低側開關Q2的關閉時間。高側開關Q1的打開時間（或低側開關Q2的關閉時間）滿足以下等式：
Figure 02_image001
。
其中CBUCK 是電容304的電容，並且k1和k2是預設參數。VBIASBUCK 是降壓偏置電壓源302的電壓。
升壓導通時間計時器240包括電流源313、電容314、開關315、比較器311、“或”門316、反相器317和升壓偏置電壓源312。如圖2所示，電流源313的電流電平與輸出電壓VOUT成比例。利用電流源313來對電容314充電。電容314兩端的電壓是電壓斜坡信號。在本通篇描述中，電容314也可稱為斜坡信號電容。
將電容314兩端的電壓和升壓偏置電壓源312的總和饋送到比較器311的同相輸入端。如圖2所示，升壓偏置電壓源312的正極端子連接到電容314的第一端子。電容314的第二端子接地。比較器311的反相輸入端連接到閾值電壓，該閾值電壓與輸出電壓VOUT和輸入電壓VIN之間的電壓差成比例。通過“或”門316的輸出信號控制開關315的栅極。如圖2所示，“或”門316配置成通過反相器317接收由第二鎖存器219生成的PWM信號以及接收由谷值電流比較器214生成的CMP信號。PWM和CMP信號的組合確定電容314的復位。
在比較器311處將電容314兩端的電壓和升壓偏置電壓源312的總和與閾值電壓進行比較。在電容314兩端的電壓和升壓偏置電壓源312的總和達到閾值電壓之後，比較器311的輸出端生成升壓轉換器部分的導通時間的終止信號。
通過電容314兩端的電壓和升壓偏置電壓源312的總和與閾值電壓之間的比較結果確定低側開關Q3的打開時間或高側開關Q4的關閉時間。低側開關Q3的打開時間（或高側開關Q4的關閉時間）滿足以下等式：
Figure 02_image003
。
其中CBOOST 是電容314的電容，並且k3和k4是預設參數。VBIASBOOST 是升壓偏置電壓源312的電壓。
在以上等式中，k1和k3是電壓縮放因子，並且k2和k4是電壓對電流縮放因子。通過選擇不同的縮放因子，可相應地調整TOFFBUCK /TOFFBOOST 和對應的開關頻率。
在一些實施例中，採用降壓偏置電壓源302和升壓偏置電壓源312來實現在不同的操作模式、即降壓操作模式、降壓-升壓操作模式和升壓操作模式中的自動轉變。
圖3示出根據本公開的各種實施例與圖1中示出的降壓-升壓式轉換器的降壓操作模式相關聯的時序圖。圖3的水平軸表示時間間隔。有12行。第一行401表示由第一鎖存器211生成的PWM信號。第二行402表示饋送到比較器301中的閾值電壓和斜坡信號。第三行403表示比較器301的輸出電壓。第四行404表示由第二鎖存器219生成的PWM信號。第五行405表示饋送到比較器311中的閾值電壓和斜坡信號。第六行406表示比較器311的輸出電壓。第七行407表示饋送到谷值電流比較器214中的檢測的電流信號和誤差放大器電壓。第八行408表示谷值電流比較器214的輸出電壓。第九行409表示開關Q1的栅極驅動信號。第十行410表示開關Q2的栅極驅動信號。第十一行411表示開關Q3的栅極驅動信號。第十二行412表示開關Q4的栅極驅動信號。
在操作中，當降壓-升壓式轉換器的輸入電壓VIN比降壓-升壓式轉換器的輸出電壓VOUT高得多時，升壓轉換器部分的關斷時間比降壓-升壓式轉換器的開關周期長得多。參考圖2，在降壓操作模式中，VRBOOST 總是高於k3·(VOUT-VIN) 。因此，信號TONBOOST 處於邏輯高狀態，這在PWMBOOST 處生成邏輯低狀態。響應於PWMBOOST 處的邏輯低狀態，高側開關Q4始終打開，並且低側開關Q3始終關閉。降壓轉換器部分的導通時間由降壓導通時間計時器230確定。降壓-升壓式轉換器以降壓操作模式操作。
返回參考圖1，在降壓操作模式中，電流感應放大器213配置成檢測開關Q1的電流（流過電感204的電流）。根據谷值電流模式控制，當電流感應放大器213的輸出達到比較器214的控制電壓VCTRL 時，打開開關Q1。在打開開關Q1之後，降壓導通時間計時器230開始計數。一旦降壓導通時間計時器230觸發，便關閉開關Q1，且打開開關Q2。一旦電流感應放大器213的輸出達到比較器214的控制電壓VCTRL ，便關閉開關Q2，且再次打開開關Q1，以便開始另一個循環。
圖3示出用於說明降壓操作模式的操作原理的時序圖。在時刻t1，電流感應放大器213的輸出（圖3中的CS）下降並達到比較器214的控制電壓VCTRL 。返回參考圖1，在時刻t1，比較器214的輸出生成邏輯電平“1”，並將該邏輯電平“1”發送到第一鎖存器211的設置輸入端。根據R-S鎖存器的操作原理，比較器214的輸出確定開關Q1的栅極驅動信號的導通沿。
如圖3所示，在時刻t1，開關Q2已經關閉，並且開關Q1已經打開。應注意，在打開開關Q1和關閉開關Q2之間有適當的延遲。作為打開開關Q1的結果，從時刻t1到時刻t2，感應電流CS以線性方式增加。從時刻t1到時刻t2，控制信號PWMBUCK 具有邏輯高狀態，由此關閉圖2中示出的斜坡信號生成電路的開關305。因此，對斜坡信號電容304充電，並且從時刻t1到時刻t2，電容304兩端的電壓以線性方式增加。在降壓操作模式期間，從不觸發升壓導通時間計時器。通過比較器214的輸出（圖3中的CMP）來復位升壓斜坡信號。
在時刻t2，斜坡信號電壓VRBUCK 達到閾值電壓k1· VOUT 。比較器301的輸出生成邏輯電平“1”，並將該邏輯電平“1”發送給第一鎖存器211的復位輸入端。根據R-S鎖存器的操作原理，比較器301的輸出確定開關Q1的栅極驅動信號的關閉沿。
如圖3所示，在時刻t2，通過降壓控制邏輯單元210分別將邏輯電平“1”和邏輯電平“0”施加到Q2和Q1的栅極。作為打開開關Q2並關閉開關Q1的結果，從時刻t2到時刻t3，檢測到的感應電流CS以線性方式減小，並且斜坡信號電容304放電。
在時刻t3，電流感應放大器213的輸出（圖3中的CS）再次達到比較器214的控制電壓VCTRL 。降壓-升壓式轉換器進入到新的開關周期。
圖4示出根據本公開的各種實施例與圖1中示出的降壓-升壓式轉換器的降壓-升壓操作模式相關聯的時序圖。圖4的水平軸表示時間間隔。有12行。第一行421表示由第一鎖存器211生成的PWM信號。第二行422表示饋送到比較器301中的閾值電壓和斜坡信號。第三行423表示比較器301的輸出電壓。第四行424表示由第二鎖存器219生成的PWM信號。第五行425表示饋送到比較器311中的閾值電壓和斜坡信號。第六行426表示比較器311的輸出電壓。第七行427表示饋送到谷值電流比較器214中的檢測的電流信號和誤差放大器電壓。第八行428表示谷值電流比較器214的輸出電壓。第九行429表示開關Q1的栅極驅動信號。第十行430表示開關Q2的栅極驅動信號。第十一行431表示開關Q3的栅極驅動信號。第十二行432表示開關Q4的栅極驅動信號。
在操作中，當輸入電壓VIN下降至近似等於輸出電壓VOUT的電平時，即使在輸入電壓VIN仍然高於輸出電壓VOUT時，由於偏移電壓VBIASBOOST ，所以升壓轉換器部分的關斷時間減小。當升壓轉換器部分的導通時間（TONBOOST ）增加並達到閾值水平時，開關Q4開始關閉，並且開關Q3打開。作為關閉開關Q4和打開開關Q3的結果，降壓-升壓式轉換器以降壓-升壓操作模式操作。
圖4的時序圖示出降壓-升壓操作模式的操作原理。在時刻t1之前，開關Q2和Q4最初處於打開狀態。流過電感的電流（圖4中的CS）以線性方式減小。在時刻t1，感應的電流CS達到控制電壓VCTRL ，並且如圖4所示，關閉開關Q2和Q4。在適當的延遲之後，打開開關Q1和Q3。在時刻t1，降壓導通時間計時器230（如圖2所示）和升壓導通時間計時器240（如圖2所示）均開始計數。在一些實施例中，降壓轉換器部分的導通時間（TONBUCK ）比升壓轉換器部分的導通時間（TONBOOST ）長得多。
如圖4所示，在時刻t2，觸發升壓導通時間計時器240。作為觸發升壓導通時間計時器240的結果，在時刻t2，關閉開關Q3，並打開開關Q4。在時刻t3，觸發降壓導通時間計時器230。作為觸發降壓導通時間計時器230的結果，在時刻t3，關閉開關Q1，並打開開關Q2。從時刻t3到時刻t4，流過電感的電流（圖4中的CS）以線性方式減小。在時刻t4，感應的電流信號CS達到控制電壓VCTRL，並如圖4所示，關閉開關Q2和Q4。在適當的延遲之後，打開開關Q2和Q3。另一個開關周期開始。
圖5示出根據本公開的各種實施例與圖1中示出的降壓-升壓式轉換器的升壓操作模式相關聯的時序圖。圖5的水平軸表示時間間隔。有12行。第一行441表示由第一鎖存器211生成的PWM信號。第二行442表示饋送到比較器301中的閾值電壓和斜坡信號。第三行443表示比較器301的輸出電壓。第四行444表示由第二鎖存器219生成的PWM信號。第五行445表示饋送到比較器311中的閾值電壓和斜坡信號。第六行446表示比較器311的輸出電壓。第七行447表示饋送到谷值電流比較器214中的檢測的電流信號和誤差放大器電壓。第八行448表示谷值電流比較器214的輸出電壓。第九行449表示開關Q1的栅極驅動信號。第十行450表示開關Q2的栅極驅動信號。第十一行451表示開關Q3的栅極驅動信號。第十二行452表示開關Q4的栅極驅動信號。
在操作中，輸入電壓VIN下降至低於輸出電壓VOUT的預設電平。該預設電平滿足以下條件：k1 ·VOUT 始終大於VRBUCK 。在輸入電壓VIN達到該預設電平之後，如圖5所示，TONBUCK 始終是低電平。因此，開關Q1總是打開，並且開關Q2總是關閉。降壓-升壓式轉換器以升壓操作模式操作。
圖5的時序圖示出升壓操作模式的操作原理。在升壓操作模式中，降壓導通時間計時器230的輸出始終處於邏輯低狀態。由於降壓導通時間計時器230的輸出始終處於邏輯低狀態，所以開關Q1總是打開，並且開關Q2總是關閉。
在時刻t1，電流感應放大器213的輸出（圖5中的CS）達到比較器214的控制電壓VCTRL 。如上文關於圖2所論述的，在時刻t1，比較器214的輸出（圖5中的CMP）生成邏輯電平“1”，並將該邏輯電平“1”發送到第二鎖存器219的設置輸入端（如圖1所示）。根據R-S鎖存器的操作原理，比較器214的輸出確定開關Q3的栅極驅動信號的導通沿。
如圖5所示，在時刻t1，開關Q4已經關閉。在適當的延遲之後，打開開關Q3。作為打開開關Q3的結果，從時刻t1到時刻t2，感應電流CS以線性方式增加。從時刻t1到時刻t2，控制信號PWMBOOST 具有邏輯高狀態。在經過反相器之後，控制信號PWMBOOST 關閉圖2中示出的斜坡信號生成電路的開關315。因此，對斜坡信號電容314充電，並且從時刻t1到時刻t2，電容314兩端的電壓以線性方式增加。
在時刻t2，斜坡信號電壓VRBOOST 達到閾值電壓。比較器311的輸出（TONBOOST ）生成邏輯電平“1”，並將該邏輯電平“1”發送到第二鎖存器219的復位輸入端。根據R-S鎖存器的操作原理，比較器311的輸出（TONBOOST ）確定開關Q3的栅極驅動信號的關閉沿。
如圖5所示，通過升壓控制邏輯單元212分別將邏輯電平“0”和邏輯電平“1”施加到開關Q3和Q4的栅極。作為關閉開關Q3並打開開關Q4的結果，從時刻t2到時刻t3，感應電流CS以線性方式減小。在時刻t2，斜坡信號電容314放電。在時刻t3，電流感應放大器213的輸出（圖3中的CS）再次達到比較器214的控制電壓VCTRL 。降壓-升壓式轉換器進入到新的開關周期。
圖6示出根據本公開的各種實施例的另一個降壓-升壓式轉換器及其相關聯的恆定導通時間控制電路的示意圖。圖6中示出的降壓-升壓式轉換器與圖1中示出的降壓-升壓式轉換器類似，不同之處在於，通過控制單元550來確定操作模式轉變。特別地，控制單元550根據輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係來確定降壓-升壓式轉換器以哪種操作模式（降壓、降壓-升壓或升壓）操作。
如圖6所示，控制單元550包括第一比較器551和第二比較器553。第一比較器551具有連接到輸出電壓VOUT和第一偏移電壓VOFFSET1的總和的同相輸入端。第一比較器551具有連接到輸入電壓VIN的反相輸入端。基於輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係將第一比較器551的輸出施加到降壓-升壓式轉換器的升壓轉換器部分的控制電路。
第二比較器553具有連接到輸入電壓VIN的同相輸入端。第一比較器551具有連接到等於輸出電壓VOUT減去第二偏移電壓VOFFSET2的電壓電平的反相輸入端。基於輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係將第二比較器553的輸出施加到降壓-升壓式轉換器的降壓轉換器部分的控制電路。
應注意，第一偏移電壓VOFFSET1和第二偏移電壓VOFFSET2均是預先設定的。基於不同應用和設計需要，第一偏移電壓VOFFSET1和第二偏移電壓VOFFSET2的值可相應地改變。
圖7示出根據本公開的各種實施例在圖6中示出的降壓導通時間計時器和升壓導通時間計時器的示意圖。降壓導通時間計時器530和升壓導通時間計時器540與圖2中示出的計時器類似，不同之處在於，利用圖6中示出的比較器551和553的輸出來確定降壓-升壓式轉換器的操作模式。
如圖7所示，“與”門601配置成接收由第二比較器553生成的BKM信號。採用BKM信號來啓用降壓-升壓式轉換器的降壓轉換器部分。BKM信號還用於復位斜坡信號電容605。如圖7所示，將PWMBUCK 信號和BKM信號饋送到“與非”門607中。利用“與非”門607的輸出來復位斜坡信號電容605。
如圖7所示，“或”門611配置成接收由第一比較器551生成的BSTM信號。採用BSTM信號來啓用降壓-升壓式轉換器的升壓轉換器部分。BSTM信號還用於復位斜坡信號電容617。如圖7所示，將PWMBOOST 信號和BSTM信號饋送到“與非”門616中。利用“與非”門616的輸出來復位斜坡信號電容617。
圖8示出根據本公開的各種實施例在圖6中示出的比較器的操作原理。在圖8中，當輸入電壓VIN高於VOUT + VOFFSET1時，降壓-升壓式轉換器禁用升壓操作模式，並以降壓操作模式操作。返回參考圖6，控制電路生成PWM信號（例如，PWMBUCK ），並將PWM信號施加到開關Q1和Q2。在該操作模式中，開關Q3總是關閉，並且開關Q4總是打開。
在操作中，當輸入電壓VIN低於VOUT – VOFFSET2時，降壓-升壓式轉換器禁用降壓操作模式，並以升壓操作模式操作。返回參考圖6，控制電路生成PWM信號（例如，PWMBOOST ），並將PWM信號施加到開關Q3和Q4。在該操作模式中，開關Q2總是關閉，並且開關Q1總是打開。
操作中，當輸入電壓VIN介於VOUT – VOFFSET2和VOUT + VOFFSET1之間時，降壓-升壓式轉換器以降壓-升壓操作模式操作。在每個開關循環期間，控制電路可開關所有四個開關。
圖9示出根據本公開的各種實施例與圖6中示出的降壓-升壓式轉換器的降壓操作模式相關聯的時序圖。圖9的水平軸表示時間間隔。有14行。第一行801表示由比較器551生成的BSTM信號。第二行802表示由比較器553生成的BKM信號。第三行803表示由第一鎖存器512生成的PWM信號。第四行804表示饋送到比較器602中的閾值電壓和斜坡信號。第五行805表示“與”門601的輸出電壓。第六行806表示由第二鎖存器519生成的PWM信號。第七行807表示饋送到比較器612中的閾值電壓和斜坡信號。第八行808表示“或”門611的輸出電壓。第九行809表示饋送到谷值電流比較器514中的檢測的電流信號和誤差放大器電壓。第十行810表示谷值電流比較器514的輸出電壓。第十一行811表示開關Q1的栅極驅動信號。第十二行812表示開關Q2的栅極驅動信號。第十三行813表示開關Q3的栅極驅動信號。第十四行814表示開關Q4的栅極驅動信號。
圖9中示出的時序圖與圖3中示出的時序圖類似，不同之處在於，採用BSTM信號和BKM信號來確定降壓-升壓式轉換器的操作模式。在降壓操作模式中，BSTM信號具有邏輯低狀態，如圖9所示。BKM信號具有邏輯高狀態，如圖9所示。利用BSTM信號的邏輯低狀態來禁用升壓操作模式。如圖9所示，PWMBOOST 信號具有邏輯低狀態。此類邏輯低狀態使開關Q3保持始終關閉，並使Q4保持始終打開。通過反相器603將BKM信號的邏輯高狀態饋送到“或”門601中。反相的BKM信號是邏輯低信號，其對降壓轉換器部分的操作沒有影響。
圖10示出根據本公開的各種實施例與圖6中示出的降壓-升壓式轉換器的降壓-升壓操作模式相關聯的時序圖。圖10的水平軸表示時間間隔。有14行。第一行821表示由比較器551生成的BSTM信號。第二行822表示由比較器553生成的BKM信號。第三行823表示由第一鎖存器512生成的PWM信號。第四行824表示饋送到比較器602中的閾值電壓和斜坡信號。第五行825表示“與”門601的輸出電壓。第六行826表示由第二鎖存器519生成的PWM信號。第七行827表示饋送到比較器612中的閾值電壓和斜坡信號。第八行828表示“或”門611的輸出電壓。第九行829表示饋送到谷值電流比較器514中的檢測的電流信號和誤差放大器電壓。第十行830表示谷值電流比較器514的輸出電壓。第十一行831表示開關Q1的栅極驅動信號。第十二行832表示開關Q2的栅極驅動信號。第十三行833表示開關Q3的栅極驅動信號。第十四行834表示開關Q4的栅極驅動信號。
圖10中示出的時序圖與圖4中示出的時序圖類似，不同之處在於，採用BSTM信號和BKM信號來確定降壓-升壓式轉換器的操作模式。在降壓-升壓操作模式中，BSTM信號和BKM信號均處於邏輯高狀態，如圖10所示。利用BSTM信號的邏輯高狀態來啓用升壓轉換器部分。如圖10所示，在每個開關循環中，打開和關閉開關Q3和Q4。利用BKM信號的邏輯高狀態來啓用降壓轉換器部分。如圖10所示，在每個開關循環中，打開和關閉開關Q1和Q2。
圖11示出根據本公開的各種實施例與圖6中示出的降壓-升壓式轉換器的升壓操作模式相關聯的時序圖。圖11的水平軸表示時間間隔。有14行。第一行841表示由比較器551生成的BSTM信號。第二行842表示由比較器553生成的BKM信號。第三行843表示由第一鎖存器512生成的PWM信號。第四行844表示饋送到比較器602中的閾值電壓和斜坡信號。第五行845表示“與”門601的輸出電壓。第六行846表示由第二鎖存器519生成的PWM信號。第七行847表示饋送到比較器612中的閾值電壓和斜坡信號。第八行848表示“或”門611的輸出電壓。第九行849表示饋送到谷值電流比較器514中的檢測的電流信號和誤差放大器電壓。第十行850表示谷值電流比較器514的輸出電壓。第十一行851表示開關Q1的栅極驅動信號。第十二行852表示開關Q2的栅極驅動信號。第十三行853表示開關Q3的栅極驅動信號。第十四行854表示開關Q4的栅極驅動信號。
圖11中示出的時序圖與圖5中示出的時序圖類似，不同之處在於，採用BSTM信號和BKM信號來確定降壓-升壓式轉換器的操作模式。在升壓操作模式中，BSTM信號具有邏輯高狀態，如圖11所示。BKM信號具有邏輯低狀態，如圖11所示。利用BKM信號的邏輯低狀態來禁用降壓操作模式。如圖11所示，PWMBUCK 信號具有邏輯高狀態。此類邏輯高狀態使開關Q2保持始終關閉並使開關Q1保持始終打開。將BSTM信號的邏輯高狀態饋送到“或”門611中。BSTM的邏輯高信號對升壓轉換器部分的操作沒有影響。
圖12示出根據本公開的各種實施例用於檢測流過降壓-升壓式轉換器的電感的電流的電流感應電路的第一實現的示意圖。返回參考圖1和圖6，可採用諸如直流電阻（DCR）電流感應裝置的電流感應裝置來檢測流過降壓-升壓式轉換器的電感的電流。圖12示出DCR電流感應裝置的第一實現的示意圖。如圖12所示，電感連接在開關節點SW1和SW2之間。RL表示電感的等效串聯電阻。如圖12所示，RL與電感L串聯連接。
如圖12所示，DCR電流感應裝置包括Rs1、Rs2、Cs1和Cs2。Rs1和Cs1串聯連接在開關節點SW1和地之間。Rs2和Cs2串聯連接在開關節點SW2和地之間。Rs1和Cs1的公共節點連接到電流感應放大器213的同相輸入端。Rs2和Cs2的公共節點連接到電流感應放大器213的反相輸入端。在一些實施例中，DCR感應裝置與控制電路以及功率裝置集成在一起。
SW1和SW2是開關節點。Rs1、Rs2、Cs1和Cs2形成兩個濾波器，這兩個濾波器可過濾掉SW1和SW2處的脉動電壓，並將脉動電壓轉換為饋送到電流感應放大器213中的合適的直流電壓。為了更好地衰減脉動電壓，通過以下等式給定兩個濾波器的分量值：
Figure 02_image005
。
在以上等式中，L是降壓-升壓式轉換器的電感。RL是電感的等效串聯電阻。Rs是感應電阻（Rs1和Rs2）的電阻值。Cs是感應電容（Cs1和Cs2）的電容值。在一些實施例中，Isns+和Isns-之間的電壓與流過電感L的電流成比例。
圖13示出根據本公開的各種實施例用於檢測流過降壓-升壓式轉換器的電感的電流的電流感應電路的第二實現的示意圖。圖13中示出的電流感應電路與圖12中示出的電流感應電路類似，不同之處在於，在電流感應放大器213的兩個輸入端之間放置電容Cs0。在該實現中，通過以下等式給定兩個濾波器的分量值：
Figure 02_image007
。
具有Cs0的一個有利特徵是，該電容有助於減少由Cs1和Cs2之間的不匹配造成的感應誤差。如圖13所示，電容Cs1和Cs2分別連接到SW1和SW2。那兩個電容之間的不匹配可對感應的電壓（電流感應放大器213的兩個輸入端之間的電壓）造成顯著誤差。由於感應的輸出在幾十mV範圍內，所以電流感應電路的性能極度依賴於兩個電容（Cs1和Cs2）之間的匹配。另一個問題與電容的電壓係數有關。響應於不同的輸入和輸出電壓，電容上的直流電壓可在廣泛範圍內改變。利用不同的直流偏置電壓，陶瓷電容（例如，Cs1和Cs2）的實際電容可顯著改變。
在如圖13所示的實現中，Cs0/Cs1或Cs0/Cs2的比例遠大於1。換句話說，A遠大於1。A是預設值。通過選擇合適的A，Cs1和Cs2的電壓係數的不匹配可對感應性能具有輕微的影響。同時，Cs（Cs1和Cs2）上的電壓變化接近於0。因此，DCR感應電路不具有電壓係數問題。
圖14示出根據本公開的各種實施例用於檢測流過降壓-升壓式轉換器的電感的電流的電流感應電路的第三實現的示意圖。圖14中示出的電流感應電路與圖13中示出的電流感應電路類似，不同之處在於，通過去除Cs1和Cs2來進一步簡化電流感應電路。在該實現中，通過以下等式給定兩個濾波器的分量值：
Figure 02_image009
。
在以上等式中，Rs是Rs1和Rs2的電阻值。
圖15示出根據本公開的各種實施例用於檢測流過降壓-升壓式轉換器的電感的電流的電流感應電路的第四實現的示意圖。圖15中示出的電流感應電路與圖13中示出的電流感應電路類似，不同之處在於，在電流感應電路中增加兩個額外的電阻Rd1和Rd2。利用這兩個電阻，Isns+和Isns-上的電壓總是低於輸入電壓或輸出電壓。該電路可簡化電流感應放大器的設計。通過以下等式給定電流感應電路的分量值：
Figure 02_image011
。
圖16示出根據本公開的各種實施例用於檢測流過降壓-升壓式轉換器的電感的電流的電流感應電路的第五實現的示意圖。圖16中示出的電流感應電路與圖15中示出的電流感應電路類似，不同之處在於，通過去除Cs1和Cs2簡化了電流感應電路。通過以下等式確定Cs0：
Figure 02_image013
。
儘管詳細描述了本發明的實施例和其優點，但是應瞭解，在不偏離由隨附請求項定義的本發明的精神和範圍的情况下，可在本文中進行各種改變、替換和變更。
此外，不希望將本申請的範圍局限於本說明書中描述的過程、機器、製造、物質組成、方式、方法和步驟的特定實施例。本領域技術人員將從本發明的公開容易地明白，根據本發明，可利用目前現有或稍後開發的用於與本文中描述的對應實施例執行大體上相同的功能或實現大體上相同的結果的過程、機器、製造、物質組成、方式、方法或步驟。因此，希望隨附請求項在它們的範圍內包含此類過程、機器、製造、物質組成、方式、方法或步驟。
Q1:開關 Q2:開關 Q3:開關 Q4:開關 201:輸入電容 204:電感 207:輸出電容 208:電阻 209:電阻 210:降壓控制邏輯單元 211:第一鎖存器 212:升壓控制邏輯單元 213:電流感應放大器 214:比較器 215:電阻 216:電容 217:電容 218:放大器 219:第二鎖存器 230:降壓導通時間計時器 240:升壓導通時間計時器 301:比較器 302:降壓偏置電壓源 303:電流源 304:電容 305:開關 306:門 307:反相器 311:比較器 312:升壓偏置電壓源 313:電流源 314:電容 315:開關 316:門 317:反相器 401:第一行 402:第二行 403:第三行 404:第四行 405:第五行 406:第六行 407:第七行 408:第八行 409:第九行 410:第十行 411:第十一行 412:第十二行 421:第一行 422:第二行 421:第一行 424:第四行 425:第五行 423:第三行 426:第六行 427:第七行 428:第八行 429:第九行 430:第十行 431:第十一行 432:第十二行 441:第一行 442:第二行 443:第三行 444:第四行 445:第五行 446:第六行 447:第七行 448:第八行 449:第九行 450:第十行 451:第十一行 452:第十二行 512:第一鎖存器 514:比較器 530:降壓導通時間計時器 540:升壓導通時間計時器 550:控制單元 551:比較器 553:比較器 601:門 602:比較器 603:反相器 605:斜坡信號電容 607:門 611:門 612:比較器 616:門 617:電容 801:第一行 802:第二行 803:第三行 804:第四行 805:第五行 806:第六行 807:第七行 808:第八行 809:第九行 810:第十行 811:第十一行 812:第十二行 813:第十三行 814:第十四行 821:第一行 822:第二行 823:第三行 824:第四行 825:第五行 826:第六行 827:第七行 828:第八行 829:第九行 830:第十行 831:第十一行 832:第十二行 833:第十三行 834:第十四行 841:第一行 842:第二行 843:第三行 844:第四行 845:第五行 846:第六行 847:第七行 848:第八行 849:第九行 850:第十行 851:第十一行 852:第十二行 853:第十三行 854:第十四行 VOUT:輸出電壓 VREF:參考電壓 VIN:輸入電壓 Rd1,Rd2:電阻 t1,t2,t3,t4:時刻 CS:電流 VOFFSET1:第一偏移電壓 VOFFSET2:第二偏移電壓
[圖1] 示出根據本公開的各種實施例的降壓-升壓式轉換器及其相關聯的恆定導通時間控制電路的示意圖。 [圖2] 示出根據本公開的各種實施例的降壓導通時間計時器和升壓導通時間計時器的示意圖。 [圖3] 示出根據本公開的各種實施例與圖1中示出的降壓-升壓式轉換器的降壓操作模式相關聯的時序圖。 [圖4] 示出根據本公開的各種實施例與圖1中示出的降壓-升壓式轉換器的降壓-升壓操作模式相關聯的時序圖。 [圖5] 示出根據本公開的各種實施例與圖1中示出的降壓-升壓式轉換器的升壓操作模式相關聯的時序圖。 [圖6] 示出根據本公開的各種實施例的另一個降壓-升壓式轉換器及其相關聯的恆定導通時間控制電路的示意圖。 [圖7] 示出根據本公開的各種實施例在圖6中示出的降壓導通時間計時器和升壓導通時間計時器的示意圖。 [圖8] 示出根據本公開的各種實施例在圖6中示出的比較器的操作原理。 [圖9] 示出根據本公開的各種實施例與圖6中示出的降壓-升壓式轉換器的降壓操作模式相關聯的時序圖。 [圖10] 示出根據本公開的各種實施例與圖6中示出的降壓-升壓式轉換器的降壓-升壓操作模式相關聯的時序圖。 [圖11] 示出根據本公開的各種實施例與圖6中示出的降壓-升壓式轉換器的升壓操作模式相關聯的時序圖。 [圖12] 示出根據本公開的各種實施例用於檢測流過降壓-升壓式轉換器的電感的電流的電流感應電路的第一實現的示意圖。 [圖13] 示出根據本公開的各種實施例用於檢測流過降壓-升壓式轉換器的電感的電流的電流感應電路的第二實現的示意圖。 [圖14] 示出根據本公開的各種實施例用於檢測流過降壓-升壓式轉換器的電感的電流的電流感應電路的第三實現的示意圖。 [圖15] 示出根據本公開的各種實施例用於檢測流過降壓-升壓式轉換器的電感的電流的電流感應電路的第四實現的示意圖。 [圖16] 示出根據本公開的各種實施例用於檢測流過降壓-升壓式轉換器的電感的電流的電流感應電路的第五實現的示意圖。
Q1:第一高側開關
Q2:第一低側開關
Q3:第二低側開關
Q4:第二高側開關
204:電感
207:輸出電容
208:電阻
209:電阻
210:降壓控制邏輯單元
211:第一鎖存器
212:升壓控制邏輯單元
213:電流感應放大器
214:比較器
215:電阻
216:電容
217:電容
218:放大器
219:第二鎖存器
230:降壓導通時間計時器
240:升壓導通時間計時器
VOUT:輸出電壓
VREF:參考電壓
VIN:輸入電壓

Claims (20)

  1. 一種設備，包括： 一第一計時器，其配置成確定對一降壓-升壓式轉換器的降壓轉換器部分的高側開關施加的栅極驅動信號的關閉沿，其中所述第一計時器包括配置成接收一第一斜坡信號的第一輸入端和配置成接收一第一閾值電壓的第二輸入端，並且其中所述第一斜坡信號由具有與所述降壓-升壓式轉換器的輸入電壓成比例的電流電平的第一電流源生成，並且所述第一閾值電壓與所述降壓-升壓式轉換器的輸出電壓成比例；以及 一第二計時器，其配置成確定對所述降壓-升壓式轉換器的升壓轉換器部分的低側開關施加的栅極驅動信號的關閉沿，其中所述第二計時器包括配置成接收一第二斜坡信號的第一輸入端和配置成接收一第二閾值電壓的第二輸入端，並且其中所述第二斜坡信號由具有與所述降壓-升壓式轉換器的輸出電壓成比例的電流電平的第二電流源生成，並且所述第二閾值電壓與所述降壓-升壓式轉換器的輸出電壓和所述降壓-升壓式轉換器的輸入電壓之間的差成比例。
  2. 如請求項1所述的設備，包括： 連接在所述第一計時器的第一輸入端和所述第一斜坡信號之間的一第一偏移電壓源，其中所述第一偏移電壓源配置成使得當復位所述第一斜坡信號時對所述第一計時器的第一輸入端施加第一負電壓；以及 連接在所述第二計時器的第一輸入端和所述第二斜坡信號之間的一第二偏移電壓源，其中所述第二偏移電壓源配置成使得當復位所述第二斜坡信號時對所述第二計時器的第一輸入端施加第二負電壓。
  3. 如請求項1所述的設備，其中通過一比較器來確定對所述降壓-升壓式轉換器的所述降壓轉換器部分的低側開關施加的栅極驅動信號的關閉沿和對所述降壓-升壓式轉換器的所述升壓轉換器部分的高側開關施加的栅極驅動信號的關閉沿，並且其中所述比較器具有配置成接收誤差放大器的輸出電壓的第一輸入端和配置成接收與流過所述降壓-升壓式轉換器的一電感的電流成比例的信號的第二輸入端。
  4. 如請求項3所述的設備，其中所述誤差放大器具有連接到預設參考電壓的第一輸入端和配置成檢測所述降壓-升壓式轉換器的輸出電壓的第二輸入端。
  5. 如請求項4所述的設備，其中與流過所述降壓-升壓式轉換器的所述電感的電流成比例的信號由一電流感應裝置生成，所述電流感應裝置包括： 連接在所述降壓-升壓式轉換器的一第一開關節點和一第二開關節點之間的一電阻-電容網路；以及 連接到所述電阻-電容網路的一電流感應放大器。
  6. 如請求項5所述的設備，其中所述電阻-電容網路包括： 串聯連接在所述第一開關節點和地之間的一第一電阻和一第一電容；以及 串聯連接在所述第二開關節點和地之間的一第二電阻和一第二電容，並且其中： 所述第一電阻和所述第一電容的公共節點連接到所述電流感應放大器的第一輸入端；並且 所述第二電阻和所述第二電容的公共節點連接到所述電流感應放大器的第二輸入端。
  7. 如請求項5所述的設備，其中所述電阻-電容網路包括： 串聯連接在所述第一開關節點和地之間的一第一電阻和一第一電容； 串聯連接在所述第二開關節點和地之間的一第二電阻和一第二電容；以及 串聯連接在所述電流感應放大器的第一輸入端和所述電流感應放大器的第二輸入端之間的一第三電容，並且其中： 所述第一電阻和所述第一電容的公共節點連接到所述電流感應放大器的第一輸入端；並且 所述第二電阻和所述第二電容的公共節點連接到所述電流感應放大器的第二輸入端。
  8. 如請求項5所述的設備，其中所述電阻-電容網路包括： 連接在所述第一開關節點和所述電流感應放大器的第一輸入端之間的一第一電阻； 連接在所述第二開關節點和所述電流感應放大器的第二輸入端之間的一第二電阻；以及 連接在所述電流感應放大器的第一輸入端和所述電流感應放大器的第二輸入端之間的一第一電容。
  9. 如請求項5所述的設備，其中所述電阻-電容網路包括： 串聯連接在所述第一開關節點和地之間的一第一電阻和一第一電容； 串聯連接在所述第二開關節點和地之間的一第二電阻和一第二電容； 分別與所述第一電容和所述第二電容並聯連接的一第三電阻和一第四電阻；以及 連接在所述電流感應放大器的第一輸入端和所述電流感應放大器的第二輸入端之間的第三電容，並且其中： 所述第一電阻和所述第一電容的公共節點連接到所述電流感應放大器的第一輸入端；並且 所述第二電阻和所述第二電容的公共節點連接到所述電流感應放大器的第二輸入端。
  10. 如請求項5所述的設備，其中所述電阻-電容網路包括： 串聯連接在所述第一開關節點和地之間的一第一電阻和一第三電阻； 串聯連接在所述第二開關節點和地之間的一第二電阻和一第四電阻；以及 連接在所述電流感應放大器的第一輸入端和所述電流感應放大器的第二輸入端之間的一第一電容，並且其中： 所述第一電阻和所述第三電阻的公共節點連接到所述電流感應放大器的第一輸入端；並且 所述第二電阻和所述第四電阻的公共節點連接到所述電流感應放大器的第二輸入端。
  11. 一種方法，包括： 利用具有與一降壓-升壓式轉換器的輸入電壓成比例的電流電平的第一電流源生成一第一斜坡信號； 利用具有與所述降壓-升壓式轉換器的輸出電壓成比例的電流電平的第二電流源生成一第二斜坡信號； 生成與所述降壓-升壓式轉換器的輸出電壓成比例的一第一閾值電壓； 生成與所述降壓-升壓式轉換器的輸出電壓和所述降壓-升壓式轉換器的輸入電壓之間的差成比例的一第二閾值電壓； 利用一第一比較器比較所述第一閾值電壓與所述第一斜坡信號和第一預設偏移電壓的總和； 利用第二比較器比較所述第二閾值電壓與所述第二斜坡信號和第二預設偏移電壓的總和； 基於由所述第一比較器生成的比較結果終止所述降壓-升壓式轉換器的降壓轉換器部分的高側開關的栅極驅動信號；以及 基於由所述第二比較器生成的比較結果終止所述降壓-升壓式轉換器的升壓轉換器部分的低側開關的栅極驅動信號。
  12. 如請求項11所述的方法，包括： 生成與流過所述降壓-升壓式轉換器的電感的電流成比例的一電流感應信號； 利用一誤差放大器比較所述降壓-升壓式轉換器的檢測的輸出電壓和預設參考電壓； 利用一比較器比較所述電流感應信號與所述誤差放大器的輸出電壓；以及 基於由所述比較器生成的比較結果終止所述降壓-升壓式轉換器的所述降壓轉換器部分的低側開關的導通時間。
  13. 如請求項12所述的方法，包括：基於由所述比較器生成的比較結果終止所述降壓-升壓式轉換器的所述升壓轉換器部分的高側開關的導通時間。
  14. 如請求項11所述的方法，包括： 當所述降壓-升壓式轉換器的輸入電壓大於一第一操作模式閾值時，將所述降壓-升壓式轉換器配置成以降壓操作模式操作； 當所述降壓-升壓式轉換器的輸入電壓小於一第二操作模式閾值時，將所述降壓-升壓式轉換器配置成以升壓操作模式操作，其中所述第一操作模式閾值大於所述第二操作模式閾值；以及 當所述降壓-升壓式轉換器的輸入電壓介於所述第一操作模式閾值和所述第二操作模式閾值之間時，將所述降壓-升壓式轉換器配置成以降壓-升壓操作模式操作。
  15. 如請求項14所述的方法，包括： 分別通過一第一比較器和一第二比較器將所述降壓-升壓式轉換器的輸入電壓與所述第一操作模式閾值和所述第二操作模式閾值進行比較；以及 基於所述第一比較器和所述第二比較器的輸出結果確定所述降壓-升壓式轉換器的操作模式。
  16. 一種控制器，包括： 用於設置一降壓-升壓式轉換器的一第一高側開關的打開時間的一第一計時器，其中通過所述降壓-升壓式轉換器的輸入電壓、所述降壓-升壓式轉換器的一輸出電壓和第一預設偏置電壓確定所述第一高側開關的打開時間； 用於設置所述降壓-升壓式轉換器的一第二低側開關的打開時間的一第二計時器，其中通過所述降壓-升壓式轉換器的所述輸入電壓、所述降壓-升壓式轉換器的輸出電壓和第二預設偏置電壓確定所述第二低側開關的打開時間；以及 用於設置所述降壓-升壓式轉換器的所述第一低側開關的打開時間和所述第二高側開關的打開時間的谷值電流模式控制裝置。
  17. 如請求項16所述的控制器，其中所述第一計時器包括配置成接收一第一斜坡信號的第一輸入端和配置成接收一第一閾值電壓的第二輸入端，並且其中所述第一斜坡信號由具有與所述降壓-升壓式轉換器的輸入電壓成比例的電流電平的第一電流源生成，並且所述第一閾值電壓與所述降壓-升壓式轉換器的輸出電壓成比例；並且 所述第二計時器包括配置成接收一第二斜坡信號的第一輸入端和配置成接收一第二閾值電壓的第二輸入端，並且其中所述第二斜坡信號由具有與所述降壓-升壓式轉換器的輸出電壓成比例的電流電平的第二電流源生成，並且所述第二閾值電壓與所述降壓-升壓式轉換器的輸出電壓和所述降壓-升壓式轉換器的輸入電壓之間的差成比例。
  18. 如請求項16所述的控制器，其中通過一比較器的輸出確定對所述降壓-升壓式轉換器的所述第一低側開關施加的栅極驅動信號的關閉沿和對所述降壓-升壓式轉換器的所述第二高側開關施加的栅極驅動信號的關閉沿，並且其中所述比較器具有配置成接收一誤差放大器的輸出電壓的第一輸入端和配置成接收與流過所述降壓-升壓式轉換器的電感的電流成比例的信號的第二輸入端。
  19. 如請求項18所述的控制器，其中通過一直流電阻（DCR）電流感應裝置生成與流過所述降壓-升壓式轉換器的所述電感的電流成比例的信號。
  20. 如請求項19所述的控制器，其中所述誤差放大器具有連接到預設參考的第一輸入端和配置成檢測所述降壓-升壓式轉換器的所述輸出電壓的第二輸入端。
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