TW202318795A - 開關調節器和電源管理積體電路 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種開關調節器，可包含：電感器，連接至開關節點；電源開關，連接至開關節點且經組態以回應於第一控制信號而將第一電壓施加至開關節點，且回應於第二控制信號而將第二電壓施加至開關節點；以及控制器，經組態以產生第一控制信號及第二控制信號。在第一控制信號自低轉變至高之後的第一停滯時間之後，第二控制信號自低轉變至高；在第二控制信號自高位準轉變至低位準之後的第二停滯時間之後，第一控制信號自高轉變至低；且流動穿過電感器的電感電流在第一停滯時間期間在第一方向上且在第二停滯時間期間在不同於第一方向的第二方向上流動。

Description

開關調節器和電源管理積體電路
本發明概念的實施例大體上是關於將輸入電壓轉換成輸出電壓的開關調節器。本發明概念的實施例亦關於包含開關調節器的電源管理積體電路（power management integrated circuit；PMIC）。 [相關申請案的交叉參考]
本申請案根據35 U.S.C.§ 119主張2021年10月19日在韓國智慧財產局申請的韓國專利申請案第10-2021-0139386號的優先權，所述申請案的主題以全文引用的方式併入本文中。
PMIC可用於產生通常提供至電子系統、電路、組件及/或元件（通常下文為「電子裝置」）的一或多個供應電壓，其中參考用於電子裝置的效能判定供應電壓的各別位準。PMIC可包含用於產生（或界定）供應電壓位準的一或多個調節器。
就此而言，調節器可為將外部提供的輸入功率信號轉換成與預期電子裝置（例如，包含電源開關的系統）相容的內部直流（internal direct current；DC）功率信號的電路。假設輸入功率信號為DC功率信號，則可將調節器操作為例如升高或降低輸入DC功率信號的位準的DC-DC轉換器。此處，DC-DC轉換器可包含能夠增加輸入DC功率信號的位準的升壓轉換器（例如，一種類型的升壓轉換器）、能夠降低DC輸入功率信號的位準的降壓轉換器（例如，一種類型的降壓轉換器），及/或能夠增加或降低輸入DC功率信號的位準的降壓升壓轉換器。
本發明概念的實施例提供能夠執行柔性切換的開關調節器。本發明概念的實施例亦提供包含能夠執行柔性切換的開關調節器的電源管理積體電路（PMIC）。
根據實施例，一種開關調節器可包含：電感器，連接至開關節點；電源開關，連接至開關節點且經組態以回應於第一控制信號而將第一電壓施加至開關節點，且回應於第二控制信號而將第二電壓施加至開關節點；以及控制器，經組態以產生第一控制信號及第二控制信號，其中在第一控制信號自低轉變至高之後的第一停滯時間之後，第二控制信號自低轉變至高，在第二控制信號自高位準轉變至低位準之後的第二停滯時間之後，第一控制信號自高轉變至低，且流動穿過電感器的電感電流在第一停滯時間期間在第一方向上且在第二停滯時間期間在不同於第一方向的第二方向上流動。
根據實施例，一種用於將輸入電源電壓轉換成輸出電源電壓的開關調節器可包含：電感器，連接至開關節點；電源開關，包含回應於第一控制信號而將輸入電源電壓施加至開關節點的第一電晶體及回應於第二控制信號而將接地電壓施加至開關節點的第二電晶體；尖峰電流感測器，經組態以在流動穿過電感器的電感電流達到尖峰電流時提供尖峰電流感測信號；零電流偵測器，經組態以在電感電流為偏移電流時提供零電流感測信號；回饋控制器，經組態以比較輸出電源電壓與目標電壓且提供對應回饋信號；脈衝頻率調變產生器，經組態以基於尖峰電流感測信號、零電流感測信號、回饋信號以及參考電壓而提供脈衝頻率調變信號；以及閘極驅動器，經組態以基於脈衝頻率調變信號而提供第一控制信號及第二控制信號，其中第一電晶體及第二電晶體在電感電流達到尖峰電流之後的第一停滯時間期間斷開，第一電晶體及第二電晶體在電感電流達到偏移電流之後的第二停滯時間期間斷開，且尖峰電流的方向及偏移電流的方向彼此相對。
根據實施例，一種電源管理積體電路可包含組態以將輸入電源電壓轉換成輸出電源電壓的開關調節器。此處，開關調節器可包含：電感器，連接至開關節點；電源開關，連接至開關節點且經組態以回應於第一控制信號而將第一電壓施加至開關節點，且經組態以回應於第二控制信號而將第二電壓施加至開關節點；以及控制器，經組態以產生第一控制信號及第二控制信號。在第一控制信號自低轉變至高之後的第一停滯時間之後，第二控制信號可自低轉變至高，在第二控制信號自該高轉變至低之後的第二停滯時間之後，第一控制信號可自高轉變至低，且流動穿過電感器的電感電流可在第一停滯時間期間在第一方向上且在第二停滯時間期間在不同於第一方向的第二方向上流動。
貫穿書面描述及圖式，相同參考編號及標記用於標示相同或類似系統、組件、電路、元件、特徵及/或方法步驟。
圖（Figure；FIG）1為示出根據本發明概念的實施例的電子裝置10的區塊圖。參考圖1，電子裝置10可通常包含中央處理單元（central processing unit；CPU）11、記憶體12、電源管理積體電路（PMIC）13、使用者介面14、儲存裝置15以及通信裝置16。
在一些實施例中，電子裝置10可包含各種半導體晶片、半導體裝置、半導體封裝、半導體模組、半導體系統及/或系統晶片（system-on-chip；SOC）裝置。作為所選擇的實例，電子裝置10為智慧型手機、平板個人電腦（personal computer；PC）、手機、視訊電話、電子書讀取器、桌上型個人電腦（PC）、膝上型個人電腦（PC）、迷你筆記型電腦、工作站、伺服器、個人數位助理（personal digital assistant；PDA）、攜帶型多媒體播放器（portable multimediaplayer；PMP）、MP3播放器、行動醫療裝置、數位TV、攝影機、可佩戴裝置、物聯網（Internet of Things；IoT）裝置、萬物互聯（Internet of Everything；IoE）裝置、虛擬實境（virtual reality；VR）裝置、擴增實境（augmented reality；AR）裝置、資料中心或LED驅動裝置。
CPU 11可執行操作電子裝置10所必需的各種運算/計算。舉例而言，CPU 11可執行負載至記憶體12中的軟體、韌體、指令序列及/或程式碼（例如，作業系統及/或在作業系統上運行的應用）。此外，CPU 11可將此類計算/運算的結果儲存於記憶體12中。
因此，記憶體12可用於儲存與CPU 11的操作相關聯的資料及程式碼。在一些實施例中，記憶體12可操作為用於電子裝置10的主記憶體裝置。替代地或另外地，記憶體12可操作為緩衝記憶體、快取記憶體及/或工作記憶體。
記憶體12可包含一或多個揮發性記憶體（例如，靜態隨機存取記憶體（random access memory；RAM）（static random access memory；SRAM）或動態RAM（dynamic RAM；DRAM））及/或一或多個非揮發性記憶體（例如，快閃記憶體、相變RAM（phase-change RAM；PRAM）、磁阻RAM（magneto-resistive RAM；MRAM）、電阻RAM（resistive RAM；ReRAM）、以及鐵電RAM（ferro-electric RAM；FRAM））。記憶體12可實體地實施為兩個或大於兩個記憶體或記憶體系統。記憶體12可實施為能夠與電子裝置10及/或一或多個內部記憶體通信的外部記憶體裝置。
PMIC 13可用於產生操作電子裝置10所必需的一或多個電源電壓及/或電流（下文中，單一地或統稱為「電源電壓/電流」）。可將此電源電壓/電流不同地提供至電子裝置10的組件（例如，CPU 11、記憶體12、使用者介面14、儲存裝置15及/或通信裝置16）。因此，電子裝置10的組件中的每一者可理解為回應於如由PMIC 13提供的電源電壓/電流而執行一或多個功能。在一些實施例中，PMIC 13可實施為電子裝置10的外部電路。
PMIC 13可包含能夠界定及產生電源電壓/電流的各種電路。舉例而言，PMIC 13可包含一或多個參考電壓產生器、一或多個調節器（例如，線性調節器及/或開關調節器）、以及一或多個轉換器（例如，升壓轉換器、降壓轉換器及/或升壓降壓轉換器）。
在圖1的所示出實例中，假設PMIC 13包含開關調節器100。
就此而言，開關調節器100可藉由調節（或轉換）輸入功率信號（例如，輸入電源電壓VIN）提供（或輸出）輸出功率信號（例如，輸出電源電壓VOUT）。因此，假設開關調節器100用作DC-DC轉換器。在一些實施例中，開關調節器100可理解為切換模式電源供應器（switching mode power supply；SMPS）或包含於SMPS中的電路。開關調節器100可使用例如電源開關、電感器以及電容器中的至少一者執行功率轉換。
在一些實施例中，開關調節器100可以重負載操作模式或輕負載操作模式選擇性地操作，如由CPU 11判定及控制。舉例而言，在電子裝置10的組件中的任何一者的操作負載（例如，一種類型的操作的數目）增加（例如，但CPU 11執行一或多個操作，置放於CPU 11上的運算負載增加，及/或將資料寫入至記憶體12及/或儲存裝置15或自記憶體12及/或儲存裝置15讀取資料時）時，CPU 11可判定開關調節器100將以重負載操作模式操作。在重負載操作模式中，開關調節器100可輸出使用（例如）脈衝寬度調變模式界定的對應輸出電源電壓。替代地，在電子裝置10進入待機模式時或在CPU 11進入閒置狀態時，CPU 11可判定開關調節器100將以輕負載操作模式操作。在輕負載操作模式中，開關調節器100可輸出使用（例如）脈衝頻率調變模式、突發模式或接通/斷開模式界定的對應輸出電源電壓。
在一些實施例中，開關調節器100可包含連接至開關節點的電感器L，其中電源開關的輸出端連接至開關節點。此處，電源開關可回應於第一控制信號而將第一電壓施加至開關節點，或回應於第二控制信號而將第二電壓施加至開關節點，其中控制器可用於產生第一控制信號及第二控制信號。第二控制信號可在第一停滯時間之後自低位準（下文中「低」）轉變至高位準（下文中「高」）。（此處，術語「停滯時間」可指一個電晶體的斷開及另一電晶體的接通之間的時段——例如第一控制信號自高轉變至低的時間）。同樣地，第一控制信號可在第二停滯時間（例如，第二控制信號自高轉變至低的時間）之後自高轉變至低。因此，流動穿過電感器L的電流在第一停滯時間期間在一個方向（亦即，第一方向）上可反向且在第二停滯時間期間在另一方向上（亦即，第二方向）流動穿過電感器L。
使用者介面14可用於在CPU 11的控制下與電子裝置10的使用者通信。舉例而言，使用者介面14可向使用者提供儲存於記憶體12或儲存裝置15中的資料。就此而言，使用者介面14可接收來自使用者的資料或用於資料處理的請求。在一些實施例中，使用者介面14可包含以下中的至少一者：例如麥克風、鍵盤、滑鼠、觸控螢幕、顯示裝置（例如監視器）以及揚聲器。
儲存裝置15可提供為與電子裝置10有關的儲存媒體。儲存裝置15可儲存由CPU 11產生的資料（例如，需要長期儲存的資料）、待由CPU 11操作的檔案以及各種軟體、韌體、程式碼以及可執行的指令。儲存裝置15可用作與電子裝置10有關的輔助記憶體裝置。在一些實施例中，儲存裝置15可不同地實施為記憶體卡（例如，MMC、eMMC、SD、microSD等）。替代地或另外地，儲存裝置15可包含諸如NAND快閃記憶體、NOR快閃記憶體、PRAM、MRAM、ReRAM或FRAM的非揮發性記憶體。在一些實施例中，電子裝置10可包含兩個或大於兩個儲存裝置15。在一些實施例中，儲存裝置15可在電子裝置10的外部。
通信裝置16可用於使用一或多個有線通信協定及/或無線通信協定與電子裝置10的外部的各種裝置通信。舉例而言，在CPU 11的控制下，通信裝置16可自外部裝置接收資料及/或將自記憶體12或儲存裝置15擷取的資料傳輸至外部裝置。
圖2為在一個實例中進一步示出圖1的開關調節器100的區塊圖。參考圖1及圖2，開關調節器100可包含電源開關101、控制電源開關101的控制器110、電感器L、電阻器DCR以及輸出電容器Cout。出於清晰性的目的，亦在圖2中指示寄生電容器Cpar及開關節點NSW。輸入電源電壓VIN可施加（或提供）至開關調節器100的輸入端子IN，且輸出電源電壓VOUT可在開關調節器100的輸出端子OUT處提供（表現）。
下文假設開關調節器100以脈衝頻率調變（pulse frequency modulation；PFM）模式操作。然而，開關調節器100可以一或多個額外模式操作，諸如脈衝寬度調變（pulse width modulation；PWM）模式。進一步假設開關調節器100包含各種DC-DC轉換器，諸如升壓轉換器、降壓轉換器及/或降壓升壓轉換器。
可在控制器110的控制下切換（例如，接通或斷開）電源開關101。當切換電源開關101時，可回應於輸入電源電壓VIN而向上拉動或向下拉動開關節點NSW處表現的電壓。因此，可調節自開關節點NSW流動穿過電感器L的電感電流IL的量值。
寄生電容器Cpar可理解為連接於開關節點NSW與接地之間。寄生電容器Cpar可進一步理解為與開關節點NSW、電源開關101及/或與開關節點NSW及電源開關101相關的元件及特徵相關聯的模型化（或數學導出的）電容。因此，當向上拉動開關節點NSW處表現的電壓時，電荷可儲存於寄生電容器Cpar中。
當向上拉動開關節點NSW的電壓時，可增加流動至電感器L的電感電流IL。電感電流IL可經由電阻器DCR將電荷供應至輸出電容器Cout。電阻器DCR可理解為與電感器L相關聯的模型化DC電阻。
輸出電源電壓VOUT的位準可參考由輸出電容器Cout儲存的電荷的量變化。
此處，輸出電源電壓VOUT可與輸入電源電壓VIN、參考電壓VREF以及開關節點NSW處表現的電壓一起回饋至控制器110。作為回應，控制器110可產生控制電源開關101的切換的控制信號。舉例而言，控制器110可偵測（或監測）電感電流IL，比較輸出電源電壓VOUT與參考電壓VREF，且產生用於與輸入電源電壓VIN有關的電源開關101的開關控制信號。因此，可回應於由控制器110產生的開關控制信號而切換電源開關101以便調節輸出電源電壓VOUT的位準。
在一些實施例中，開關調節器100可為同步開關調節器，但本發明概念的範疇不限於此。
圖3為在另一實例（100a）中進一步示出圖1的開關調節器100的區塊圖。參考圖1、圖2以及圖3，圖2的開關調節器100可替代地實施為圖3的開關調節器100a。
圖3的開關調節器100a可包含控制器110a、電源開關101、電感器L以及輸出電容器Cout。負載裝置LOAD可連接至開關調節器100a的輸出端子OUT。
控制器110a可包含PFM產生器111a、閘極驅動器112、反相器112-1及反相器112-2、電感電流偵測器113a以及回饋控制器114。PFM產生器111a可回應於參考電壓VREF、電流感測信號CS以及回饋信號FB而產生控制閘極驅動器112的信號PFMa。在一些實施例中，PFM產生器111a可包含比較參考電壓VREF與回饋信號FB的比較器。產生器111a可接收來自電感電流偵測器113a的電流感測信號CS。PFM產生器111a可接受來自回饋控制器114的回饋信號FB。PFM產生器111a可使用PFM技術回應於電流感測信號CS、回饋信號FB以及參考電壓VREF與回饋信號FB之間的比較而產生信號PFMa。產生器111a可將產生的信號PFMa施加至閘極驅動器112。
在一些實施例中，可由PFM產生器111a調整每單位時間信號PFMa中的脈衝數（例如，信號PFMa的頻率）。舉例而言，為了增加負載電流ILOAD，PFM產生器111a可增加信號PFMa的頻率。因此，可更快速地（或在單位時間期間更頻繁地接通/斷開，進而增加PFMa信號頻率）接通/斷開電源開關101。因此，可增加輸出電源電壓VOUT，且亦可增加負載電流ILOAD的量值。
閘極驅動器112可產生回應於由PFM產生器111a輸出的信號PFMa而切換電源開關101的控制信號。閘極驅動器112可回應於自PFM產生器111a輸出的信號PFMa而產生控制信號。舉例而言，基於信號PFMa，閘極驅動器112可產生經由反相器112-1施加至電晶體M1的閘極的第一控制信號，及經由反相器112-2施加至電晶體M2的閘極的第二控制信號。可由閘極驅動器112回應於信號PFMa而控制第一控制信號較高的時段、第二控制信號較高的時段以及電源開關101的停滯時間。在一些實施例中，閘極驅動器112可更包含控制電源開關101的停滯時間的週期的控制器（例如，微控制器）。
閘極驅動器112可經由反相器112-1及反相器112-2分別將控制信號施加至電源開關101的電晶體M1及電晶體M2的閘極。因此，由閘極驅動器112產生的控制信號可由反相器112-1及反相器112-2反相，且其後作為控制信號PDRV及控制信號NDRV分別提供至電晶體M1及電晶體M2的閘極。
電感電流偵測器113a可偵測電感電流IL的量值。電感電流偵測器113a可比較電感電流IL的量值與尖峰電流（例如，圖4的尖峰電流）的量值。替代地，電感電流偵測器113a可比較電感電流IL的量值與最小電流的量值。可預先判定尖峰電流的量值及最小電流的量值。若電感電流IL的量值大於或等於尖峰電流的量值，或若電感電流IL的量值小於或等於最小電流的量值，則電感電流偵測器113a可將電流感測信號CS輸出至PFM產生器111a。舉例而言，若電感電流IL的量值大於或等於尖峰電流的量值，則電流感測信號CS可具有指示此第一關係的第一位準。然而，若電感電流IL的量值小於或等於最小電流的量值，則電流感測信號CS可具有指示此第二關係的不同於第一位準的第二位準。
回饋控制器114可感測輸出電源電壓VOUT。亦即，回饋控制器114可根據輸出電源電壓VOUT大於或小於目標電壓的判定而輸出回饋信號FB。舉例而言，若輸出電源電壓VOUT小於目標電壓，則回饋控制器114可將指示輸出電源電壓VOUT的位準的增加的回饋信號FB輸出至PFM產生器111a。然而，若輸出電源電壓VOUT大於目標電壓，則回饋控制器114可將指示輸出電源電壓VOUT的位準的降低的回饋信號FB輸出至PFM產生器111a。
電源開關101可包含電晶體M1及電晶體M2。此處，電晶體M1可實施為P通道金屬氧化物半導體（P-channel Metal-Oxide-Semiconductor；PMOS）電晶體，且電晶體M2可實施為N通道金屬氧化物半導體（N-channel Metal Oxide Semiconductor；NMOS）電晶體。寄生二極體Dpar1及寄生二極體Dpar2可為分別對應於電晶體M1及電晶體M2的寄生二極體（例如，主體二極體）的模型化的元件。
電晶體M1可包含接收輸入電源電壓VIN的第一端子（例如，源極）、接收控制信號PDRV的閘極，以及連接至開關節點NSW的第二端子（例如，汲極）。寄生二極體Dpar1可連接於電晶體M1的第一端子與第二端子之間。電晶體M2可包含連接至開關節點NSW的第一端子（例如，汲極）、接收控制信號NDRV的閘極，以及接收施加的接地電壓的第二端子（例如，源極）。寄生二極體Dpar2可連接於電晶體M2的第一端子與第二端子之間。
電晶體M1可回應於低控制信號PDRV而接通。在此情況下，輸入電源電壓VIN可經由電晶體M1傳輸至開關節點NSW，且因此可增加開關電壓VSW。電晶體M1可回應於高控制信號PDRV而斷開。
電晶體M2可回應於高控制信號NDRV而接通。在此情況下，開關節點NSW的開關電壓VSW可朝向接地電壓降低。電晶體M2可回應於低控制信號NDRV而斷開。且在此情況下，開關節點NSW可自接收接地電壓的電晶體M2的第二端子電斷開。
負載裝置LOAD可連接至開關調節器100a的輸出端子OUT，使得負載電流ILOAD回應於輸出電源電壓VOUT的位準而自開關調節器100a的輸出端子OUT流動穿過負載裝置LOAD。然而，當負載電流ILOAD流動時，輸出電源電壓VOUT的量值可隨時間降低，且開關調節器100a可感測輸出電源電壓VOUT的降低並將輸出電源電壓VOUT調整至目標電壓。此處，可根據負載裝置LOAD的特定操作特性及要求而界定目標電壓。
圖4為示出圖3的開關調節器100a的操作的時序圖。電感電流IL、開關電壓VSW、控制信號PDRV以及控制信號NDRV的變化取決於開關調節器100a的操作。
圖4的各種信號波形假設使用如與圖1、圖2及圖3中所描述的開關調節器相關的開關調節器。此處，出於此說明的目的，假設電感電流IL的脈衝波形包含兩個三角形脈衝。
在時間t0處，假設電感電流IL的量值約為0。當電晶體M1回應於低控制信號PDRV位準而接通時，開關電壓VSW的量值可與輸入電源電壓VIN的量值實質上相同。亦即，開關電壓VSW的量值可近似於輸入電源電壓VIN的量值。（此處，進一步假設寄生電容器Cpar在時間t0之前已由輸入電源電壓VIN充分充電）。在時間t0之後，流動穿過電感器L的電感電流IL可回應於開關電壓VSW而增加。
在時間t1處，電感電流IL的量值可與尖峰電流相同。電感電流偵測器113a可偵測電感電流IL的量值，且可將電流感測信號CS輸出至PFM產生器111a，所述電流感測信號CS指示電感電流IL的量值與尖峰電流Ipeak相同（或近似）。PFM產生器111a可產生用於斷開電源開關101的信號PFMa且可將所產生的信號PFMa施加至閘極驅動器112。由閘極驅動器112提供至電晶體M1的閘極的控制信號PDRV可回應於信號PFMa而自低轉變至高。
電晶體M1可回應於高控制信號PDRV而斷開。在時間t1之後，電感電流IL及開關電壓VSW可回應於連接至開關調節器100a的輸出端子OUT的負載裝置LOAD的y功率消耗而降低。亦即，負載裝置LOAD的功率消耗可將開關電壓VSW降低至小於接地電壓的位準。舉例而言，當由負載裝置LOAD消耗功率時，可使與寄生電容器Cpar相關聯的電荷放電。隨後，電晶體M2的寄生二極體Dpar2可由於正電感電流IL（亦即，經由電感器L及電阻器DCR自開關節點NSW流動至輸出端子OUT的電流）而接通。因此，開關電壓VSW可降至低於接地電壓，下降多達與電晶體M2相關聯的寄生二極體Dpar2的臨限電壓。
在時間t2處，由閘極驅動器112提供至電晶體M2的閘極的控制信號NDRV可自低轉變至高。舉例而言，閘極驅動器112可操作使得高控制信號NDRV在時間t1之後的第一停滯時間DT1a之後施加至電晶體M2的閘極。電晶體M2可回應於高控制信號NDRV而接通，且接地電壓可經由電晶體M2施加至開關節點NSW。因此，開關電壓VSW可增加至接地電壓，且電感電流IL可降低。此處，電感電流IL降低的速度可與輸出電源電壓VOUT的量值成正比。
在時間t3處，控制信號NDRV可自高轉變至低。且一旦電感電流IL的量值變得與最小電流大致相同（例如，近似），那麼電感電流偵測器113a可偵測電感電流IL的量值且將電流感測信號CS輸出至PFM產生器111a。PFM產生器111a可產生用於斷開電源開關101的信號PFMa且可將所產生的信號PFMa施加至閘極驅動器112。由閘極驅動器112提供至電晶體M2的閘極的控制信號NDRV可回應於信號PFMa而自高轉變至低。
電晶體M2可回應於低控制信號NDRV而斷開，且電晶體M2的寄生二極體Dpar2可由於正電感電流IL而接通。因此，開關電壓VSW的量值可降低，從而降低接地電壓。舉例而言，開關電壓VSW降至低於接地電壓，下降多達與電晶體M2相關聯的寄生二極體Dpar2的臨限電壓。
在時間t4處，由閘極驅動器112提供至電晶體M1的閘極的控制信號PDRV可自高轉變至低。舉例而言，閘極驅動器112可操作使得在時間t3之後的第二停滯時間DT2a之後將低控制信號PDRV施加至電晶體M1的閘極。電晶體M1可回應於低控制信號PDRV而接通，且輸入電源電壓VIN可經由電晶體M1而施加至開關節點NSW。因此，開關電壓VSW可增加至輸入電源電壓VIN，且電感電流IL亦可增加。
在時間t5處，電感電流IL的量值可與尖峰電流大致相同（例如，近似）。且如關於時間t1處所描述，由閘極驅動器112提供至電晶體M1的閘極的控制信號PDRV可自低轉變至高，且電晶體M1可回應於高控制信號PDRV而斷開。然後，電感電流IL及開關電壓VSW可回應於連接至開關調節器100a的輸出端子OUT的負載裝置LOAD的功率消耗而降低。當由負載裝置LOAD消耗功率時，可使寄生電容器Cpar放電，可接通寄生二極體Dpar2，且可將開關電壓VSW降至低於接地電壓。舉例而言，開關電壓VSW降至低於電壓，下降多達與電晶體M2相關聯的寄生二極體Dpar2的臨限電壓。
在時間t6處，由閘極驅動器112提供至電晶體M2的閘極的控制信號NDRV可自低轉變至高。舉例而言，閘極驅動器112可操作使得高控制信號NDRV在時間t5之後的第三停滯時間DT3a之後施加至電晶體M2的閘極。電晶體M2可回應於高控制信號NDRV而接通，且接地電壓可經由電晶體M2施加至開關節點NSW。因此，開關電壓VSW可增加至接地電壓，且電感電流IL亦可降低。
在時間t7處，由閘極驅動器112提供至電晶體M2的閘極的控制信號NDRV可自高轉變至低。舉例而言，回應於回饋信號FB，PFM產生器111a可判定開關調節器100a的輸出電源電壓VOUT與目標電壓相同（或近似）。電源開關101可藉由閘極驅動器112根據判定結果來控制且不再保持切換狀態。亦即，電晶體M1及電晶體M2可保持斷開。因此，電感電流IL可降低至值0，且開關電壓VSW亦可降低或收斂。圖4中示出開關電壓VSW暫時收斂的一個實例，但取決於負載裝置LOAD的功率消耗，開關電壓VSW可以其他方式暫時降低（例如，逐漸降低）。隨後，電源開關101可在輸出電源電壓VOUT降至低於目標電壓時再次切換。
因此，電晶體M1及電晶體M2可在第一停滯時間DT1a（例如，自t1至t2的時段）、第二停滯時間DT2a（例如，自t3至t4的時段）以及第三停滯時間DT3a（例如，自t5至t6的時段）期間斷開。且因此，電晶體M1及電晶體M2可不同時接通。因此，接收輸入電源電壓VIN的電晶體M1的第一端子及接收接地電壓的電晶體M2的第二端子將在可潛在地致使損壞電源開關101的條件下不電連接。
此處，應注意在沿著圖4中所示出的時段的離散時刻處（例如，自時間t0至時間t7），開關調節器100a的開關操作可導致功率損失。舉例而言，由於開關調節器100a的開關操作，因此電源開關101的電晶體M1及電晶體M2將不同地接通/斷開。無論何時電源開關101的電晶體M1及電晶體M2替代地接通/斷開時，功率損失可由於與開關節點NSW相關聯的寄生電容器Cpar的存在及與電晶體M2相關聯的寄生二極體Dpar2的存在而出現。
舉例而言，如上文所描述，在接通任何電晶體之前，電源開關101的電晶體M1及電晶體M2兩者均可在第一停滯時間DT1a、第二停滯時間DT2a及/或第三停滯時間DT3a期間斷開。當電晶體M1及電晶體M2兩者均斷開時，由於正電感電流IL，可使開關節點NSW的寄生電容器Cpar放電，且可接通寄生二極體Dpar2。因此，功率損失可由於寄生二極體Dpar2的傳導而出現。
此外，作為另一實例，當電晶體M1再次接通時，放電的寄生電容器Cpar可再次由輸入電源電壓VIN充電。基於輸入電源電壓VIN而供應至寄生電容器Cpar的損耗電流可與開關節點NSW的開關電壓VSW成為輸入電源電壓VIN所花費的時段成反比。
隨著第一停滯時間DT1a、第二停滯時間DT2a以及第三停滯時間DT3a的週期增加，且隨著電源開關101的切換頻率增加，由於寄生二極體Dpar2的傳導而出現的功率損失及由於寄生電容器Cpar的再充電而出現的功率損失可增加。
圖5為在另一實例（100b）中進一步示出圖2的開關調節器100的區塊圖。參考圖1、圖2以及圖5，圖2的開關調節器100可替代地實施為圖5的開關調節器100b。
如同圖3中的開關調節器100a，圖5的開關調節器100b可包含電源開關101、寄生電容器Cpar、電感器L、電阻器DCR以及輸出電容器Cout，且負載裝置LOAD可連接至開關調節器100b的輸出端子OUT。不同於圖3中的開關調節器100a，圖5的開關調節器100b可包含控制器110b而非控制器110a。在下文中，圖3的開關調節器100a與圖5的開關調節器100b之間的材料差異將在一些額外細節中描述。
圖5的控制器110b可包含PFM產生器111b、閘極驅動器112、零電流偵測器113b、回饋控制器114以及尖峰電流感測器115。不同於圖3的PFM產生器111a，圖5的PFM產生器111b可產生回應於尖峰電流感測信號PCS、零電流感測信號ZCS、回饋信號FB以及參考電壓VREF而控制閘極驅動器112的信號PFMb。
舉例而言，PFM產生器111b可接收來自零電流偵測器113b的零電流感測信號ZCS。PFM產生器111b可接收來自回饋控制器114的回饋信號FB。PFM產生器111b可接收來自尖峰電流感測器115的尖峰電流感測信號PCS。PFM產生器111b可比較回饋信號FB與參考電壓VREF。PFM產生器111b可基於比較結果而判定是否增加電源開關101的切換頻率。PFM產生器111b可基於零電流感測信號ZCS、回饋信號FB、尖峰電流感測信號PCS以及比較結果而將PFM信號PFMb輸出至閘極驅動器112。電源開關101的切換（或切換頻率）可取決於PFM信號PFMb而經由閘極驅動器112來控制。
閘極驅動器112可產生回應於自PFM產生器111b輸出的信號PFMb而控制電源開關101的切換的第一控制信號及第二控制信號。自閘極驅動器112產生的第一控制信號及第二控制信號可作為控制信號PRDV及控制信號NDRV經由反相器112-1及反相器112-2分別提供至電晶體M1及電晶體M2的閘極。
零電流偵測器113b可偵測跨越電感器L流動的電感電流IL的量值。舉例而言，零電流偵測器113b可根據開關節點NSW的開關電壓VSW的量值偵測電感電流IL的量值。零電流偵測器113b可包含比較器113b-1及偏移控制器113b-2。
比較器113b-1可包含連接至開關節點NSW的第一輸入端子、向其施加接地電壓的第二輸入端子以及輸出零電流感測信號ZCS的輸出端子。比較器113b-1可接收來自偏移控制器113b-2的偏移信號OFS。比較器113b-1可基於偏移信號OFS而比較開關電壓VSW與接地電壓。藉由比較開關電壓VSW與接地電壓，比較器113b-1可判定電感電流IL是否低於「0」，多達對應於偏移信號OFS的偏移電流（例如，圖6的偏移電流）的量值（例如，可判定電感電流IL是否具有負值且電感電流IL的量值是否與偏移信號OFS的量值相同）。回應於電感電流IL低於「0」，多達偏移信號OFS的量值，比較器113b-1可輸出零電流感測信號ZCS。
偏移控制器113b-2可基於施加至電晶體M2及零電流感測信號ZCS的控制信號NDRV而將偏移信號OFS提供至比較器113b-1。偏移信號OFS可為電流信號。可預先考慮寄生電容器Cpar的電容、輸入電源電壓VIN、停滯時間的持續時間等而判定對應於偏移信號OFS的偏移電流的量值（或當偏移信號OFS為電流信號時偏移信號OFS的量值）。下文將在一些額外細節中描述判定對應於偏移信號OFS的偏移電流的量值的一種方法。
回饋控制器114可使用關於圖3所描述的方法基於輸出電源電壓VOUT的量值而將回饋信號FB輸出至PFM產生器111b。
不同於圖3的開關調節器100a，圖5的開關調節器100b可更包含尖峰電流感測器115。尖峰電流感測器115可連接至電源開關101。舉例而言，尖峰電流感測器115可連接至電源開關101的電晶體M1的第一端子。尖峰電流感測器115可感測由輸入端子IN經由電晶體M1提供至開關節點NSW的電感電流IL的量值。尖峰電流感測器115可感測電感電流IL的量值與尖峰電流（例如，圖4及圖6的尖峰電流Ipeak）相同（或近似）。若電感電流IL的量值與尖峰電流Ipeak相同（或近似），則尖峰電流感測器115可將尖峰電流感測信號PCS輸出至PFM產生器111b。
圖6為示出圖5的開關調節器100b的操作的時序圖。電感電流IL、開關電壓VSW、控制信號PDRV以及控制信號NDRV的變化取決於圖5的開關調節器100b的操作。
參考圖1、圖2、圖5以及圖6，在時間t8處，電感電流IL的量值可約為0。當電晶體M1回應於低控制信號PDRV而接通時，開關電壓VSW的量值可與輸入電源電壓VIN的量值實質上相同。亦即，開關電壓VSW的量值可近似於輸入電源電壓VIN的量值。（此處，假設寄生電容器Cpar在時間t8之前已由輸入電源電壓VIN充分充電）。此後，流動穿過電感器L的電感電流IL可回應於開關電壓VSW而增加。
在時間t9處，電感電流IL的量值可與尖峰電流Ipeak相同。尖峰電流感測器115可偵測電感電流IL的量值，且可在電感電流IL的量值與尖峰電流Ipeak相同（或近似）時將尖峰電流感測信號PCS輸出至PFM產生器111b。PFM產生器111b可產生用於斷開電源開關101的信號PFMb且可將所產生的信號PFMb施加至閘極驅動器112。由閘極驅動器112提供至電晶體M1的閘極的控制信號PDRV可回應於信號PFMb而自低轉變至高。
電晶體M1可回應於高控制信號PDRV而斷開。此後，電感電流IL及開關電壓VSW可回應於連接至開關調節器100b的輸出端子OUT的負載裝置LOAD的功率消耗而降低。負載裝置LOAD的功率消耗可使開關電壓VSW降至低於接地電壓。
不同於圖4中所示出的實施例，在圖6中所示出的實施例中，在電晶體M2的寄生二極體Dpar2由於寄生電容器Cpar的放電而接通之前，控制信號NDRV可自低轉變至高。因此，圖6的第一停滯時間DT1b的持續時間可根據以下方程式1判定：
Figure 02_image001
[方程式1]
在方程式1中，
Figure 02_image003
可為停滯時間DT1b的持續時間，
Figure 02_image005
可為寄生電容器Cpar的電容，
Figure 02_image007
可為輸入電源電壓VIN的量值，且
Figure 02_image009
可為尖峰電流Ipeak的量值。參考方程式1，停滯時間DT1b的持續時間
Figure 02_image003
可為使儲存於寄生電容器Cpar中的電荷充分放電的時段。同時，停滯時間DT1b的持續時間
Figure 02_image003
可為不足以接通電晶體M2的寄生二極體Dpar2的時段。亦即，第一停滯時間DT1b可在電晶體M2的寄生二極體Dpar2接通之前結束。因此，在與寄生電容器Cpar相關聯的電荷放電後且在電晶體M2的寄生二極體Dpar2接通之前，電晶體M2可接通。在此情況下，可使與寄生電容器Cpar相關聯的所有電荷放電且供應至輸出端子OUT。因此，可避免由於寄生電容器Cpar而出現的功率損失，且亦可避免由於寄生二極體Dpar2的傳導而出現的功率損失。
在時間t10處，由閘極驅動器112提供至電晶體M2的閘極的控制信號NDRV可自低轉變至高。舉例而言，閘極驅動器112可操作使得在時間t9之後的第一停滯時間DT1b之後將高控制信號NDRV施加至電晶體M2的閘極。電晶體M2可回應於高控制信號NDRV而接通，且接地電壓可經由電晶體M2施加至開關節點NSW。因此，開關電壓VSW可增加至接地電壓，且電感電流IL可降低。電感電流IL降低的速度可與輸出電源電壓VOUT的量值成正比。
在時間t11處，控制信號NDRV可自高轉變至低。舉例而言，零電流偵測器113b可偵測開關電壓VSW與接地電壓相同（或近似）。回應於此偵測結果，零電流偵測器113b可偵測電感電流IL具有負方向（亦即，電感電流IL由於儲存於輸出電容器Cout中的電荷而經由電阻器DCR及電感器L自輸出端子OUT流動至開關節點NSW），且電感電流IL的量值與偏移電流Iofs相同（或近似）。回應於判定電感電流IL具有負方向，且同時判定電感電流IL的量值與偏移電流Iofs相同（或近似），零電流偵測器113b可將零電流感測信號ZCS輸出至PFM產生器111b。PFM產生器111b可產生用於切換電源開關101的信號PFMb且可將所產生的信號PFMb施加至閘極驅動器112。自閘極驅動器112施加至電晶體M2的閘極的控制信號NDRV可回應於信號PFMb而自高轉變至低。因此，不同於圖4中所示出的實施例，在圖6中所示出的實施例中，控制信號NDRV可在電感電流IL具有負方向之後自高轉變至低。
電晶體M2可回應於低控制信號NDRV而斷開。不同於圖4中所示出的實施例，在圖6中所示出的實施例中，由於負電感電流IL，與電晶體M2相關聯的寄生二極體Dpar2可不接通。同時，由於負電感電流IL，電荷可在第二停滯時間DT2b期間儲存於開關節點NSW的寄生電容器Cpar中。此處，圖6的第二停滯時間DT2b的持續時間可根據以下方程式2判定：
Figure 02_image011
[方程式2]
在方程式2中，
Figure 02_image013
可為第二停滯時間DT2b的持續時間，
Figure 02_image015
可為寄生電容器Cpar的電容，
Figure 02_image016
可為輸入電源電壓VIN的量值，且
Figure 02_image017
可為偏移電流Iofs的量值。參考方程式2，第二停滯時間DT2b的持續時間可回應於電感電流IL而足以對寄生電容器Cpar電性充電，使得開關節點NSW的開關電壓VSW增加至約輸入電源電壓VIN。
在第二停滯時間DT2b期間，基於儲存於輸出電容器Cout中的電荷，電感電流IL可具有負方向。亦即，回應於儲存於輸出電容器Cout中的能量，電感電流IL可自輸出端子OUT流動至開關節點NSW。因此，在第二停滯時間DT2b的持續時間過長的情況下，由於電晶體M1能夠接通，因此對輸出電容器Cout充電所需的時間可變長，進而使開關調節器100b的效率降低。相比之下，在第二停滯時間DT2b的持續時間過短的情況下，寄生電容器Cpar可變得不充分充電。
在一些實施例中，回應於預先判定的輸入電源電壓VIN的量值
Figure 02_image016
及寄生電容器Cpar的電容
Figure 02_image015
，可不同地組合第二停滯時間DT2b的持續時間
Figure 02_image013
及偏移電流Iofs的量值
Figure 02_image017
。基於此等可能組合，第二停滯時間DT2b的持續時間
Figure 02_image013
及偏移電流Iofs的量值
Figure 02_image017
可經由常規實驗及/或模擬實驗來判定。
在時間t12處，由閘極驅動器112提供至電晶體M1的閘極的控制信號PDRV可自高轉變至低。舉例而言，閘極驅動器112可操作使得低控制信號PDRV在時間t11之後的第二停滯時間DT2b之後施加至電晶體M1的閘極。電晶體M1可回應於低控制信號PDRV而接通，且輸入電源電壓VIN可經由電晶體M1而施加至開關節點NSW。
不同於圖4中所示出的實施例，在圖6中所示出的實施例中，寄生電容器Cpar可在第二停滯時間DT2b期間充電，使得開關節點NSW的開關電壓VSW近似於輸入電源電壓VIN。因此，可避免在電晶體M1接通時由於寄生電容器Cpar再充電而出現的功率損失。
在時間t13處，電感電流IL的量值可與尖峰電流Ipeak相同（或近似）。與關於時間t8的描述一致，藉由閘極驅動器112提供至電晶體M1的閘極的控制信號PDRV可自低轉變至高。電晶體M1可回應於高控制信號PDRV而斷開。其後，電感電流IL及開關電壓VSW可回應於連接至開關調節器100b的輸出端子OUT的負載裝置LOAD的功率消耗而減小。負載裝置LOAD的功率消耗可使開關電壓VSW降至低於接地電壓。
如在第一停滯時間DT1b的持續時間中，可根據方程式1判定第三停滯時間DT3b的持續時間。因此，如在第一停滯時間DT1b中，與寄生電容器Cpar相關聯的所有電荷可在第三停滯時間DT3b期間放電，且同時可防止電晶體M2的寄生二極體Dpar2接通。因此，可避免由於寄生電容器Cpar的功率損失及由於寄生二極體Dpar2的傳導而出現的功率損失。
在時間t14處，由閘極驅動器112提供至電晶體M2的閘極的控制信號NDRV自低轉變至高。舉例而言，閘極驅動器112可操作使得在時間t13之後的第三停滯時間DT3b之後將高控制信號NDRV施加至電晶體M2的閘極。電晶體M2可回應於高控制信號NDRV而接通，且接地電壓可經由電晶體M2施加至開關節點NSW。因此，開關電壓VSW可增加至接地電壓，且電感電流IL可降低。
在時間t15處，由閘極驅動器112提供至電晶體M2的閘極的控制信號NDRV可自高轉變至低。舉例而言，回應於回饋信號FB，PFM產生器111b可判定開關調節器100b的輸出電源電壓VOUT與目標電壓相同（或近似）。基於判定結果，電源開關101可由閘極驅動器112控制，以免再切換。舉例而言，在時間t15之後，電晶體M1及電晶體M2可保持斷開狀態。因此，電感電流IL可降低至值0，且開關電壓VSW亦可暫時收斂。其後，電源開關101可在輸出電源電壓VOUT低於目標電壓時再次切換。
在一些實施例中，圖5的開關調節器100b可理解為執行柔性切換。舉例而言，當切換電源開關101時（例如，當電晶體M1及電晶體M2接通/斷開時），開關節點NSW的寄生電容器Cpar可藉由流動穿過電感器L的電感電流IL而非基於輸入電源電壓VIN的電流充電/放電。
圖7為示出隨用於圖3的開關調節器100a及圖5的開關調節器100b中的每一者的負載電流ILOAD而變的功率效率的曲線圖。此處，功率效率可理解為供應至開關調節器100a及開關調節器100b中的每一者的輸入電源電壓與藉由開關調節器100a及開關調節器100b中的每一者對應地提供的輸出電源電壓的比率。
隨著負載電流ILOAD的量值增加，負載裝置LOAD所需的功率量亦增加。出於增加負載電流ILOAD的量值的目的，電源開關101可以較高頻率執行開關操作。
如上文所描述，在開關調節器100a中，當電源開關101的電晶體M1及電晶體M2斷開且隨後再次接通時，由於寄生電容器Cpar的放電及再充電可出現功率損失且由於寄生二極體Dpar2的傳導可出現功率損失。因此，如圖7中所示出，隨著負載電流ILOAD的量值增加，電源開關101的切換頻率可增加，進而引起開關調節器100a的功率效率的降低。相比之下，在開關調節器100b中，由於在執行電源開關101的切換時避免由於寄生電容器Cpar放電及再充電以及寄生二極體Dpar2的傳導而出現的功率損失，儘管負載電流ILOAD的量值增加，但開關調節器100b的功率效率可能不會降低。
圖8為示出根據本發明概念的實施例的系統20的區塊圖。參考圖8，系統20可包含電源供應器21及PMIC 22，以及任意數目（例如，4）個及類型的功能區塊（例如，23-1、23-2、23-3以及23-4）。
電源供應器21可回應於外部提供的電壓VEXT而將輸入電源電壓提供至PMIC 22。PMIC 22可回應於自電源供應器21接收到的輸入電源電壓而將一或多個輸出電源電壓供應至功能區塊23-1、功能區塊23-2、功能區塊23-3以及功能區塊23-4中的每一者。在一些實施例中，系統20可包括電池，且供應至電源供應器21的外部電壓VEXT可為電池供應電壓。替代地，在一些實施例中，系統20可自電源線供電，且外部電壓VEXT可為經由電源線由供電產生的電壓。舉例而言，外部電壓VEXT可為電源線的電壓，或可為藉由整流自電力線供應的AC電壓產生的DC電壓。
PMIC 22可包含圖5的開關調節器100b。因此，PMIC 22可使用開關調節器100b來轉換自電源供應器21接收到的輸入電源電壓，且可將轉換的電壓供應至功能區塊23-1、功能區塊23-2、功能區塊23-3以及功能區塊23-4中的至少一者。
功能區塊23-1、功能區塊23-2、功能區塊23-3以及功能區塊23-4中的每一者可回應於自PMIC 22提供的電源而操作。舉例而言，功能區塊23-1、功能區塊23-2、功能區塊23-3以及功能區塊及23-4中的一者可為處理數位信號的數位電路，諸如應用處理器（application processor；AP）、處理類比信號的類比電路，諸如放大器，或處理混合信號的電路，諸如類比數位轉換器（analog-to-digital converter；ADC）。
圖9為示出根據本發明概念的實施例的電子裝置1000的區塊圖。參考圖9，電子裝置1000可包含影像處理單元1100、無線收發器單元1200、音訊處理單元1300、電池1400、非揮發性記憶體裝置1500、使用者介面1600以及控制器1700。電子裝置1000可在控制器1700的控制下操作。
影像處理單元1100可包含透鏡1110、影像感測器1120、影像處理器1130以及顯示單元1140。影像處理器1130可經由透鏡1110及影像感測器1120將真實影像轉換成影像資料。顯示單元1140可顯示由影像處理器1130產生的影像資料信號或待提供至使用者的影像資料。顯示單元1140可藉由液晶顯示器（liquid crystal display；LCD）或有機發光二極體（organic light emitting diodes；OLED）實施。在以觸控螢幕方式實施LCD或OLED的情況下，顯示單元1140可與使用者介面1600一起操作。
無線收發器單元1200包含天線1210、收發器1220以及調變器/解調器（數據機）1230。無線收發器單元1200可執行無線通信功能。收發器1220可調整待經由天線1210傳輸的信號的頻率或可放大待傳輸的信號；收發器1220可調整經由天線1210接收到的信號的頻率或放大接收到的信號。數據機1230可包含編碼及調變待傳輸的信號的傳輸器，及解碼及解調經由天線1210接收到的信號的接收器。
音訊處理單元1300包含音訊處理器1310、麥克風1320以及揚聲器1330。音訊處理單元1300可構成編解碼器，且編解碼器可包含資料編解碼器及音訊編解碼器。資料編解碼器可處理封包資料，且音訊編解碼器可處理諸如話音及多媒體檔案的音訊信號。同樣，音訊處理單元1300可執行將經由數據機1230接收到的數位音訊信號經由音訊編解碼器轉換成類比信號且再生類比信號或將由麥克風1320產生的類比音訊信號轉換成數位音訊信號以便傳輸至數據機1230的功能。編解碼器可分開提供或可包含於控制器1700中。
根據本發明概念的實施例，非揮發性記憶體裝置1500可藉由記憶體卡（例如，多媒體卡（multimedia card；MMC）、嵌入式MMC（embedded MMC；eMMC）、安全數位（secure digital；SD）卡或微型SD卡）以及類似物來實施。另外，控制器1700可提供為驅動應用程式、作業系統等的系統晶片（SOC）。控制器1700可包含PMIC 1710。PMIC 1710可自電池1400供應電壓且可轉換所供應電壓的位準。PMIC 1710可包含圖6的開關調節器100b。
根據本發明概念的實施例的開關調節器可包含回應於輸入電源電壓及接地電壓而將開關電壓提供至開關節點的電源開關。當切換電源開關時，可至少部分地使用儲存於寄生電容器中的電荷來執行切換，以便防止與電源開關相關聯的寄生二極體接通。因此，可提供展現降低切換損失及較佳功率效率的開關調節器。
雖然已參考本發明概念的實施例描述本發明概念，但所屬領域中具有通常知識者將顯而易見，可在不脫離如以下申請專利範圍中所闡述的本發明概念的精神及範疇的情況下對其進行各種更改及修改。
10、1000:電子裝置 11:中央處理單元 12:記憶體 13、22、1710:電源管理積體電路 14:使用者介面 15:儲存裝置 16:通信裝置 20:系統 21:電源供應器 23-1、23-2、23-3、23-4:功能區塊 100、100a、100b:開關調節器 101:電源開關 110、110a、110b:控制器 111a、111b:PFM產生器 112:閘極驅動器 112-1、112-2:反相器 113a:電感器電流偵測器 113b:零電流偵測器 113b-1:比較器 113b-2:偏移控制器 114:回饋控制器 115:尖峰電流感測器 1100:影像處理單元 1110:透鏡 1120:影像感測器 1130:影像處理器 1140:顯示單元 1200:無線收發器 1210:天線 1220:收發器 1230:數據機 1300:音訊處理單元 1310:音訊處理器 1320:麥克風 1330:揚聲器 1400:電池 1500:非揮發性記憶體裝置 1600:使用者介面 1700:控制器 1710:電源管理積體電路 Cout:輸出電容器 Cpar:寄生電容器 CS:電流感測信號 DCR:電阻器 Dpar1、Dpar2:寄生二極體 DT1a、DT1b:第一停滯時間 DT2a、DT2b:第二停滯時間 DT3a、DT3b:第三停滯時間 FB:回饋信號 IL:電感電流 ILOAD:負載電流 IN:輸入端子 Iofs:偏移電流 Ipeak:尖峰電流 L:電感器 LOAD:負載裝置 M1、M2:電晶體 NDRV、PDRV:控制信號 NSW:切換節點 OFS:偏移信號 OUT:輸出端子 PCS:尖峰電流感測信號 PFMa、PFMb:信號 t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、t10、t11、t12、t13、t14、t15:時間 VEXT:外部電壓 VIN:輸入電源電壓 VOUT:輸出電源電壓 VREF:參考電壓 VSW:開關電壓 ZCS:零電流感測信號
在考慮以下細節描述以及附圖後，可理解本發明概念的各種優點、益處、特徵以及相關態樣，其中： 圖1為示出根據本發明概念的實施例的電子裝置的區塊圖。 圖2為在一個實例（100）中進一步示出圖1的開關調節器的區塊圖。 圖3為在另一實例（100a）中進一步示出圖1的開關調節器的區塊圖，且圖4為示出圖3的開關調節器100a的操作的時序圖。 圖5為在又一實例（100b）中進一步示出圖1的開關調節器的區塊圖，且圖6為示出圖5的開關調節器100b的操作的時序圖。 圖7為示出隨圖3的開關調節器100a及圖5的開關調節器100b的負載電流而變的功率效率變化的曲線圖。 圖8為示出根據本發明概念的實施例的包含PMIC的系統20的區塊圖。 圖9為示出根據本發明概念的實施例的具有包含PMIC的控制器1700的電子裝置1000的區塊圖。
100:開關調節器
101:電源開關
110:控制器
Cout:輸出電容器
Cpar:寄生電容器
DCR:電阻器
IL:電感電流
IN:輸入端子
L:電感器
NSW:開關節點
OUT:輸出端子
VIN:輸入電源電壓
VOUT:輸出電源電壓
VREF:參考電壓

Claims (20)

  1. 一種開關調節器，包括： 電感器，連接至開關節點； 電源開關，連接至所述開關節點且經組態以回應於第一控制信號而將第一電壓施加至所述開關節點，且回應於第二控制信號而將第二電壓施加至所述開關節點；以及 控制器，經組態以產生所述第一控制信號及所述第二控制信號， 其中在所述第一控制信號自低轉變至高之後的第一停滯時間之後，所述第二控制信號自低轉變至高， 在所述第二控制信號自高位準轉變至低位準之後的第二停滯時間之後，所述第一控制信號自高轉變至低，且 流動穿過所述電感器的電感電流在所述第一停滯時間期間在第一方向上且在所述第二停滯時間期間在不同於所述第一方向的第二方向上流動。
  2. 如請求項1所述的開關調節器，其中所述第一控制信號在所述電感電流達到尖峰電流時自低轉變至高，且 所述第一停滯時間的第一持續時間是基於與所述開關節點相關聯的寄生電容器的電容、所述第一電壓的量值以及所述尖峰電流的量值。
  3. 如請求項1所述的開關調節器，其中所述電源開關包括： 第一電晶體，包含接收所述第一電壓的第一端子、接收所述第一控制信號的閘極以及連接至所述開關節點的第二端子；以及 第二電晶體，包含連接至所述開關節點的第一端子、接收所述第二控制信號的閘極以及接收所述第二電壓的第二端子， 其中所述第一停滯時間在與所述第二電晶體相關聯的寄生二極體接通之前結束。
  4. 如請求項1所述的開關調節器，其中所述第二控制信號在所述電感電流為偏移電流時自高轉變至低，且 所述第二停滯時間的第二持續時間是基於與所述開關節點相關聯的寄生電容器的電容、所述第一電壓的量值以及所述偏移電流的量值。
  5. 如請求項1所述的開關調節器，其中在所述第二控制信號自高轉變至低之後的所述第二停滯時間之後，所述開關節點的電壓的量值與所述第一電壓的量值相同。
  6. 如請求項1所述的開關調節器，更包括： 輸出電容器，回應於所述電感電流而充電， 其中，在所述第二停滯時間期間，所述電感電流經由所述電感器及所述開關節點自所述輸出電容器流動至與所述開關節點相關聯的寄生電容器。
  7. 一種將輸入電源電壓轉換成輸出電源電壓的開關調節器，所述開關調節器包括： 電感器，連接至開關節點； 電源開關，包含回應於第一控制信號而將所述輸入電源電壓施加至所述開關節點的第一電晶體，及回應於第二控制信號而將接地電壓施加至所述開關節點的第二電晶體； 尖峰電流感測器，經組態以在流動穿過所述電感器的電感電流達到尖峰電流時提供尖峰電流感測信號； 零電流偵測器，經組態以在所述電感電流為偏移電流時提供零電流感測信號； 回饋控制器，組態以比較所述輸出電源電壓與目標電壓且提供對應回饋信號； 脈衝頻率調變產生器，經組態以基於所述尖峰電流感測信號、所述零電流感測信號、所述回饋信號以及參考電壓而提供脈衝頻率調變信號；以及 閘極驅動器，經組態以基於所述脈衝頻率調變信號而提供所述第一控制信號及所述第二控制信號， 其中所述第一電晶體及所述第二電晶體在所述電感電流達到所述尖峰電流之後的第一停滯時間期間斷開， 所述第一電晶體及所述第二電晶體在所述電感電流達到所述偏移電流之後的第二停滯時間期間斷開，且 所述尖峰電流的方向及所述偏移電流的方向彼此相對。
  8. 如請求項7所述的開關調節器，其中所述零電流偵測器包括： 比較器，組態以比較所述開關節點的開關電壓與接地電壓且回應於偏移信號而提供所述零電流感測信號；以及 偏移控制器，組態以回應於所述零電流感測信號及所述第二控制信號而將所述偏移信號輸出至所述比較器， 其中所述偏移電流的量值是基於所述偏移信號。
  9. 如請求項7所述的開關調節器，其中所述第一停滯時間的第一持續時間對應於與所述開關節點相關聯的寄生電容器的電容與所述輸入電壓的量值的乘積與所述尖峰電流的量值的比率。
  10. 如請求項7所述的開關調節器，其中在所述第一停滯時間期間，所述電感電流經由所述開關節點流動至所述電感器。
  11. 如請求項7所述的開關調節器，其中所述第一停滯時間在與所述第二電晶體相關聯的寄生二極體接通之前結束。
  12. 如請求項7所述的開關調節器，其中所述第二停滯時間的第二持續時間對應於與所述開關節點相關聯的寄生電容器的電容與所述輸入電壓的量值的乘積與所述偏移電流的量值的比率。
  13. 如請求項7所述的開關調節器，其中在所述電感電流達到所述偏移電流之後的所述第二停滯時間之後，所述開關節點的電壓的量值與所述輸入電壓的量值相同。
  14. 一種電源管理積體電路，包括： 開關調節器，經組態以將輸入電源電壓轉換成輸出電源電壓， 其中所述開關調節器包含： 電感器，連接至開關節點； 電源開關，連接至所述開關節點且經組態以回應於第一控制信號而將第一電壓施加至所述開關節點，且回應於第二控制信號而將第二電壓施加至所述開關節點；以及 控制器，經組態以產生所述第一控制信號及所述第二控制信號， 其中在所述第一控制信號自低轉變至高之後的第一停滯時間之後，所述第二控制信號自低轉變至高， 在所述第二控制信號自高轉變至低之後的第二停滯時間之後，所述第一控制信號自高轉變至低，且 流動穿過所述電感器的電感電流在所述第一停滯時間期間在第一方向上且在所述第二停滯時間期間在不同於所述第一方向的第二方向上流動。
  15. 如請求項14所述的電源管理積體電路，其中所述第一控制信號在所述電感電流達到尖峰電流時自低轉變至高，且 所述第一停滯時間的第一持續時間對應於與所述開關節點相關聯的寄生電容器的電容與所述第一電壓的量值的乘積與所述尖峰電流的量值的比率。
  16. 如請求項14所述的電源管理積體電路，其中所述電源開關包含： 第一電晶體，包含接收所述第一電壓的第一端子、接收所述第一控制信號的閘極以及連接至所述開關節點的第二端子；以及 第二電晶體，包含連接至所述開關節點的第一端子、接收所述第二控制信號的閘極以及接收所述第二電壓的第二端子， 其中所述第一停滯時間在與所述第二電晶體相關聯的寄生二極體接通之前結束。
  17. 如請求項14所述的電源管理積體電路，其中所述第二控制信號在所述電感電流為偏移電流時自高轉變至低，且 所述第二停滯時間的第二持續時間對應於與所述開關節點相關聯的寄生電容器的電容與所述第一電壓的量值的乘積與所述偏移電流的量值的比率。
  18. 如請求項14所述的電源管理積體電路，其中在所述第二控制信號自高轉變至低之後的所述第二停滯時間之後，所述開關節點的電壓的量值與所述第一電壓的量值相同。
  19. 如請求項14所述的電源管理積體電路，其中所述控制器包含： 尖峰電流感測器，經組態以在電感電流達到尖峰電流時提供尖峰電流感測信號； 零電流偵測器，經組態以在所述電感電流為偏移電流時提供零電流感測信號； 回饋控制器，組態以比較所述輸出電源電壓與目標電壓且提供對應回饋信號； 脈衝頻率調變產生器，經組態以基於所述尖峰電流感測信號、所述零電流感測信號、所述回饋信號以及參考電壓而輸出脈衝頻率調變信號；以及 閘極驅動器，經組態以基於所述脈衝頻率調變信號而提供所述第一控制信號及所述第二控制信號。
  20. 如請求項19所述的電源管理積體電路，其中所述零電流偵測器包含： 比較器，組態以基於偏移信號而比較所述開關節點的開關電壓與接地電壓且提供所述零電流感測信號；以及 偏移控制器，經組態以基於所述零電流感測信號及所述第二控制信號而將所述偏移信號輸出至所述比較器， 其中所述偏移電流的量值是基於所述偏移信號。
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