TWI359338B - Inductor based buck-boost voltage regulators and m - Google Patents

Description

1.359338 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於電壓調節器，特別是有關於一感應式 降昇型電壓調節器之適應性控制。 【先前技術】

在設計可攜式電子裝置的最普遍挑戰之一即是來自一 未調節電壓源（例却一電池）之一調節電壓的產生與維持。 一般地，一電壓調節器是用於該目的。一電壓調節器可以 被設計為一線性或切換的裝置。 一線性調節器提供了封閉迴路控制以調節在負載上的 電壓。這種調節器可被用以提供一恆定輸出電壓，其中該 恆定輸出電壓具有比未調節電壓源更低之數值。

另一方面，一切換調節器為一電路，其中該電路是利 用一能量儲存元件（例如一電感）而自未調節電源以分離 突衝方式傳送能量至負載。可以使用回饋電路系統以調節 能量傳送以維持在負載之一恆定電壓。因為切換調節器係 以分離突衝方式傳送能量，切換調節器可以被設定為未調 節電壓源之電壓昇壓或降壓。此外，切換調節器通常比線 性調節器更有效率。 不同型式的切換調節器通常地被應用於現今的可攜式 電子裝置中。一降壓型轉換器僅為其中一例。降壓型轉換 器為用以將未調節電壓源降壓之一感應式。另一方面，昇 壓型轉換器為用以將未調節電壓源昇壓之一感應式調節 5 1.359338 器。在一些應用中，一降昇型轉換器可被用以提供一調節 輸出，其中該調節輸出為高於'低於或相同於未調節電壓 源。降昇型轉換器在未調節電壓源内的許多變化提供了一 調節輸出，但是傾向於比降壓型或昇壓型轉換器效能更 差。因此，有需要改善降昇型轉換器之效能。 【發明内容】

在本發明第一態樣中，一種具有一輸入與輸出之電壓 調節器包括有一切換電路，係具有一能量儲存元件與復數 個開關，其中該些開關係被安設以切換該能量儲存元件至 該電壓調節器的輸入及輸出；以及一控制電路，係被安設 以監控儲存於該能量儲存元件中之能量與產生於該電壓調 節器的輸出之電壓，該控制電路更被安設以當於該電壓調 節器的輸出之電壓低於一臨界電壓時操作該些開關於循環 中，每一循環具有該能量儲存元件耦楼至該輸入之第一階 段與其後的該能量儲存元件耦接至該輸出之第二階段，在 每一循環之一部分期間該電壓調節器之輸入係耦楼至該電 壓調節器之輸出，並且其中每一循環之第一與第二階段之 持續時間係為儲存於該能量儲存元件中的能量之一函數。 在本發明另一態樣中，係揭示一種操作一電壓調節器 之方法，該方法係自一未調節電壓源在該電壓調節器的輸 出產生一調節電壓，該方法包括決定調節電壓是否已經低 於一臨界電壓；操作該電壓調節器於循環中以回應於低於 6 Γ359338

該臨界電壓的該調節電壓，每一循環具有第一階段與隨 的第二階段；在每一循環之第一階段期間自該未調節電 源傳送能量至該電壓調節器中的該能量儲存元件；在每 循環之第二階段期間自該能量儲存元件傳送能量至該電 調節器之輸出；以及在每一循環之一部分期間自該未調 電壓源傳送能量至該電壓調節器之輸出；其中每一循環 第一與第二階段之持續時間係為儲存於該能量儲存元件 的能量之一函數。 在本發明又一態樣中，一種具有一輸入與輸出之電 調節器包括一能量儲存元件；用以監控儲存於該能量儲 元件中能量之裝置；用以監控在該電壓調節器之輸出的 電壓之裝置；當於該電壓調節器之輸出低於一臨界電壓 用以操作該電壓調節器於循環中之裝置，每一循環具有 能量儲存元件耦棲至該電壓調節器的輸入之第一階段與 後的該能量儲存元件耦接至該電壓調節器的輸出之第二 段，在每一循環之一部分期間該電壓調節器之輸入係耦 至該電壓調節器之輸出，並且其中每一循環之第一與第 階段之持續時間係為儲存於該能量儲存元件中的能量之 函數。 在本發明又另一態樣中，一種具有一輸入與輸出之 壓調節器包括一切換電路，係具有一電感、一電感電流 應器、介於該電壓調節器之輸出與該電感的一端之間的 一開關、介於該電感的該一端與一電壓返回線之間的第 後 壓 壓 /r/T 即 之 中 壓 存 時 該 其 階 接 電 感 第 7 Γ359338

開關、介於該電感的另一端與該電壓返回線之間的第三 關、與介於該電感的另一端與該電壓調節器之輸出之間 第四開關；以及一控制電路，係具有一電壓比較器與一 關控制器，其中該電壓比較器耦接至該電壓調節器之 出，其中該開關控制器係被安設以當該電壓比較器偵測 該電壓調節器之輸出已經降低至低於一臨界電壓時操作 些開關於循環中，每一循環具有第一開關為關閉之第一 段與其後的第四開關為關閉之第二階段，在每一循環之 部分期間第一與第四開關同時為關閉的，並且其中每一 環之第一與第二階段之持續時間係為該電感電流感應器 感應出的電流之一函數。 必須瞭解的是，熟習該技術領域之人士由以下詳細 述將可以推知本發明其他實施例，其中下文係經由圖式 示出且描述本發明之不同實施例。將可以瞭解的是，在 脫離本發明精神與範圍下，本發明可以包括有其他與不 實施例且本發明之細部結構可以進行變更。 【實施方式】 以下所揭示而與隨附圖式相關聯之描述係被視為本 明不同實施例之描述，並且不被視為代表本發明能夠實 之僅有實施例。這些描述包括了用以完全瞭解本發明之 定細節。然而，熟習該技術之人士在沒有這些特定細節 依然能實施本發明。在一些實施例中，已知的結構與構 開 的 開 輸 出 該 階 循 所 描 繪 不 同 發 施 特 下 件 8 Γ359338 係被顯示於方塊圖中.，藉以避免模糊了本發明概余。 第1圖為-降昇型電壓調“ 102之—實施例的一概 念方塊圖》電壓調節器丨02可以包括一切換電路1〇6，該 切換電路106具有一能量儲存元件（未顯示）以自一未調 節電壓源104傳送能量至一負載1〇8。使用回饋與控制電 路系統’藉由能量傳送至負載的方式，切換電路1〇6可被 用以調節至負載1 08而在電壓調節器丨02操作限制内任何 程度之電壓。例如’切換電路1 06可以藉由使用脈衝寬度 調變（pulse-width modulation)技術而被—控制電路11〇 操作於一固定頻率模式以調節至負載108之電壓。當負載 輕時，切換電路1 06可以轉換至一遲滯操作模式。於遲滯 模式’當至負載108之電壓在調節值之内時切換電路1〇6 可以為閒置的’並且僅有當輸出超出調節值時切換電路 106可以傳送能量至負載108。當切換電路106為間置時， 電壓調節器即處於所謂的”睡眠模式”。 第2圖為操作於一降昇型電壓調節器中之一切換電路 的一方塊圖。切換電路106可被用以將未調節電壓源104 昇壓或降壓。這可以藉由一能量儲存元件（例如一電感 2 02 )來達到，其中該電感202係以分離突衝方式而自未調 節電壓源1〇4經過四個控制電路1 10操作的開關204-207 來傳送能量至負載1〇8。開關204-207被操作的方式可依 據特定應用予整體設計限制而定。其他實例現在將被描述。 起初地，來自未調節電壓源之電麼或至電壓調節器之 輸入電壓（Vin)可以藉由關閉第一與第三開關204、206 9 1359338

且開啟第二與第四開關205、207而經由電感202而被施 加。這樣使得了經由電感2 02之電流隨著時間升高。一旦 電感202達到一尖峰電流Ipeak，儲存於電感202内之能量 可以藉由開啟第一與第三開關204、206且關閉第二與第四 開關205、207而被傳送至電壓調節器1 02之輸出。當這情 形發生時，電感電流持續流動於相同的方向，這是因為電 感電流無法立即地改變。換句話說，電感2 02變為負載之 一電流源。通過電感2 0 2的電壓之極性立即地被切換至所 需要維持電流流動之電壓。電感電流隨著時間減少，而直 到不再有任何流過電感之電流為止。若重複這個過程的 話，輸出電壓將於每一個循環增加。

第3圖為一時點圖，其係繪示了在遲滯模式中之一電 壓調節器的一實施例操作。下方圖顯示了電感之電流波 形。上方圖顯示了電壓調節器輸出之調節電壓302如何隨 著時間而改變。當調節電壓3 0 2降低至低於一唤醒臨界電 壓VTi'3 04時，來自未調節電壓源之能量係以突衝方式被傳 送至負載。在第3圖顯示之實施例中，需要三個能量突衝 或三個循環以增加調節電壓 302 至一睡眠臨界電壓 VT2306。一旦調節電壓302達到睡眠臨界電壓VT2306時， 電壓調節器被迫使進入睡眠模式。在睡眠模式中，控制電 路可以被用以開啟在切換電路中之所有開關，藉以維持電 壓調節器於一低電流狀態。電壓調節器維持於睡眠模式而 直到調節電壓302再次地降低至低於唤醒臨界電壓VT1304 為止。在第3圖中這個過程重複了三次。第3圖中喚醒臨 10 1.359338

界電壓VT1304係低於睡眠臨界電壓VT2306。這樣 遲滯元件被注入電壓操作中，以避免當調節電壓接 節值時間歇性的喚醒與睡眠操作。 請參閱第3圖，將討論在喚醒模式中的電壓調 一次循環操作。起初地，調節電壓3 02係顯示地低 臨界電壓 VT1。這樣使得電壓調節器喚醒且開始傳 至輸出。切換電路可以被用以將電感連接至未調 源，造成電感電流隨著時間以一速率增加，其中該 正比於被除以電感之輸入電壓（Vi n/L) 308。電感 續增加而直到其達到一尖峰電感電流Ipeak為止。一 達到尖峰電感電流Ipeak時，切換電路可以將電感連 出，造成電感電流流過負載。通過電感之電壓立即 至-V。^以維持電流流動。電感電流以一正比於-V。 之速率而直到不再有任何電流流過電感為止》 在截至目前所討論的電壓調節器之實施例中， 路是由控制電路以相同方式所操作，而不管未調節 是高於、低於或實質上相同於調節電壓。或者，控 可以操作切換電路於一降壓模式、昇壓或降昇模式 視至切換電路之輸入電壓與電壓調節器之輸出電壓 第4圖為一時點圖，其係繪示了在遲滯模式中 壓調節器的另一實施例操作。在這個實施例中，控 操作了切換開關於降壓模式、昇壓或降昇模式。上 示了切換電路之未調節電壓源402與調節電壓302 關係。下方圖顯示了電感之電流波形。 使得一 近其調 節器之 於喚醒 送能量 節電壓 速率係 電流持 旦電感 接至輸 地改變 U,/L3 1 0 切換電 電壓源 制電路 ，其係 而定。 之一電 制電路 方圖顯 之間的 11 1.359338

請參閱第2圖與第4圖，切換電路106可以在t,被操 作於昇壓模式，這是因為調節電壓302是高於來自未調節 電壓源104之輸入電壓。來自未調節電壓源104之輸入電 壓可以在循環階段中藉由關閉第一與第三開關 204、206 且開啟第二與第四開關205、207被施加而通過電感202。 這使得通過電感202之電流以正比於被除以電感之輸入電 壓（Vjn/L)的一速率上升。一旦電感 202達到尖峰電流 Ipeak，儲存於電感202中之能量可以在循環之第二階段藉 由開啟第三開關206且關閉第四開關207同時保持該第一 開關204關閉的方式而被傳送至電壓調節器1 02之輸出。 當此情形發生時，電感電流流動通過負載1 〇 8。電感電流 以正比於被除以電感之電感電壓（-Vl/L)的一速率而降 低，直到不再有任何電流流過電感202為止。然而，在此 例中，電感電壓Vl等於輸入電壓V in減去輸出電壓V out， 對於電感電流造成了 一較緩慢的放電速率。該較缓慢的放 電速率轉變成一更有效能的能量傳送，這是因為未調節電 壓源104係經由電感202直接連接至負載108。如第4圖 所示，該過程被重複兩次而直到調節電壓3 02在t2超過其 調節值為止。 一旦調節電壓302達到或超過其調節值，切換電路106 可以被迫使進入睡眠模式。切換電路1 0 6維持於睡眠模式 而直到調節電壓 3 02在t3再次地下降至低於其調節值為 止。一旦此情形發生，切換電路喚醒，並且開始傳送能量 至負載108。然而，此時來自未調節電壓源104之輸入電 12 Γ359338

壓4 02係實質上相同於在至電壓調節器102的輸出之 電壓302»因此，控制電路108迫使了切換電路106 降昇模式。 在降昇模式中，於t3，來自未調節電壓源104之 電壓可以在循環之第一階段中藉由關閉第一與第三 204、206且開啟第二與第四開關205、207被施加而 電感202。這使得通過電感202之電流以正比於被除 感之輸入電壓（Vin/L)的一速率上升。一旦電感202 尖峰電流Ipeak，儲存於電感202中之能量可以在循環 二階段藉由關閉第一與第四開關204、207且開啟第二 三開關205'206而被傳送至電壓調節器102之輸出。 情形發生時，電感電流流動通過負載。通過電感之電 正比於被除以電感之電感電壓（-Vl/L)的一速率而降 在此例中，放電速率極為緩慢，這是因為電感電壓 \ 可以忽略的，其中該電感電壓VL是輸入電壓Vin與輸 壓ν。^的差值。因此，控制電路1 1 0可以被設定以於 時間後在循環之第二階段中開啟第一開關204且關閉 開關2 0 5以增加放電速率，藉以使得電感電流更快速 到零電流。尤其，當第一開關204為開啟的且第二開關 為關閉的時候，通過電感2 0 2之電壓立即地改變至-V 使得通過電感之電流以正比於-Vout/L之一速率而降低 一旦不再有任何電流流過電感 202，來自未調節 源1 04之輸入電壓可以在一新循環之第一階段中藉由 第一與第三開關204、206且開啟第二與第四開關205 調節 進入 輸入 開關 通過 以電 達到 之第 與第 當此 流以 低。 Θ L 疋 出電 一段 第二 地達 205 電壓 關閉 ' 207 13 1-359338

再次地被施加而通過電感202。這使得通過電感202 流上升而直到達到尖峰電流Ipeak為止。一旦這情形潑 儲存於電感202中之能量可以在循環之第二階段藉由 第一與第四開關2 0 4、2 0 7且開啟第二與第三開關2 0 5 而被傳送至電壓調節器102之輸出，藉以使得電感電 過負載。然而，在此情形中，調節電壓νοιΜ已經自最 量突衝稍微地上升至實質上相同於來自未調節電壓源 的輸入電壓 Vin之一程度。因此，並沒有壓降越過 202。因為通過電感之電流以正比於被除以電感之電感 (_Vl/L)(其在此情形中等於零）的一速率而降低， 電感2 0 2之電流維持恆定。爲了使電感中電流在循環 二階段中降低，控制電路1 1 0在一段時間後開啟了第 關2 04且關閉了第二開關205。一旦此情形發生，通 感2 0 2之電壓立即地改變至-V。u t，使得流過電感之電 正比於-Vout/L之一速率而降低。 一旦不再有任何電流流過電感 2 0 2，來自未調節 源1 0 4之輸入電壓可以在第三循環之第一階段中藉由 第一與第三開關204、206且開啟第二與第四開關205 再次地被施加而通過電感202。這使得通過電感202 流上升而直到達到尖峰電流Ipeak為止，此時儲存於 202中之能量可以在循環之第二階段藉由關閉第一與 開關204、207且開啟第二與第三開關205、206而被 至電壓調節器1 02之輸出。然而，在此情形中，調節 Vout已經自最終能量突衝上升至高於來自未調節電 之電 -生， 關閉 ' 206 流流 终能 1 04 電感 電壓 流過 之第 一開 過電 流以 電壓 關閉 ' 207 之電 電感 第四 傳送 電壓 壓源 14 1359338

104的輸入電壓 Vin2 —程度，因此電 除以電感之輸入與輸出電壓的差值-(\ 率隨著時間而上升。流過過電感之電 (Vin-Vout)為一負數。流過過電感202 直到達到一最大值電流Imax或一固定期 者先+發生而定。在此實施例中，當電感 流Imax時，控制電路110在循環之第二 關204且關閉了第二開關205。一旦此 感2 02之電壓立即地改變至-V。^，使得 正比於-Vout/L之一速率而降低。 電感電流持續降低，而直到不再有 之電流在t4於降昇模式中完成能量第三 止。雖然第4圖中沒有顯示出來，能量 調節電壓穿過睡眠臨界電壓，使得控制 壓調節器1 0 2藉由開啟切換電路1 0 6中 眠模式。 電壓調節器1 0 2維持於睡眠模式而 降低至低於喚醒臨界電壓為止。當這情 路Π0操作切換電路106於降壓模式， 節電壓源104之輸入電壓402在此時是 102輸出之調節電壓 302。在降壓模式 在循環之第一階段期間關閉了第一與第 且開啟了第二與第三開關205、206。因 之電壓VL立即地改變為（Vin-Vout)，使 感電流以正比於被 in-V〇ut) /L 之·—速 流增加，這是因為 之電流持續上升而 間终止為止，視何 電流達到最大值電 階段開啟了第一開 情形發生，通過電 流過電感之電流以 任何流過電感 2 0 2 突衝至負載1 08為 之最終突衝驅動了 電路106迫使了電 所有開關而進入睡 直到調節電壓在t5 形發生時，控制電 這是因為來自未調 高於自電壓調節器 中，控制電路 11 0 ;四開關 204 、 207 此，通過電感202 得電感202中電流 15 1359338

以正比於被除以電感的電感電壓（（Vin-VouO/L)之 而上升。在此情況中，相對於昇壓模式或降昇模式 需要更長時間以上升至尖峰電流Ipealc，這是因為來 節電壓源1 04之一些能量係轉向至負載1 〇 8。這使 傳送更有效率這是因為未調節電壓源104係經由電 直接連接至負載108。一旦電感202達到尖峰電流 儲存於電感2 0 2之能量可以在循環之第二階段期間 啟第一開關204且關閉第二開關205而被傳送至電 器2 02之輸出。當這情形發生時，通過電感202之 即地改變為- Vout以維持電流流動。電感電流以正比 以電感的電感電壓-Vout/L之一速率降低，而直到不 何電流流過電感為止。如第4圖所示，這個過程重； 而直到調節電壓302在t6超過其調節值為止。 第5圖為一時點圖，其係繪示了在遲滞模式中 壓調節器的又一實施例操作。在此例中，電感電流 每一循環之第二階段中於遲滯模式中完全地被放電 流。反之，當流過電感之電流降低至某最低電流U 起始了 一新擔環。 請參閱第2圖與第5圖，兩能量突衝係被利用 模式中以驅動調節電壓302高於睡眠臨界電壓。電 在每一循環之第一階段中上升至尖峰電流Ipeak。一 形發生，在每一循環之第二階段中，控制電路1 1 0 第三開關206且關閉了第四開關207，而第一開關 持為關閉的且第二開關2 0 5維持為開啟的，使得通 一速率 ，電流 自未調 得能量 感202 Ipeak’ 藉由開 壓調節 電壓立 於被除 再有任 L兩次， 之一電 沒有在 為零電 〗in時， 於昇壓 感電流 旦此情 開啟了 2 04維 過電感 16 1359338 之電壓立即地改變以維持電流流動。流過電感之電流降低 而直到其達到最低電流Imin為止，使得切換電路1 06藉由 關閉第三開關2 0 6且開啟第四開關2 0 7而開始了一新循環。

電壓調節器102之操作在降昇模式中是類似的。在每 一循環中，電感電流在每一循環之第一階段中上升至尖峰 電流Ipeak。一旦此情形發生，在每一循環之第二階段中， 控制電路 1 1 0開啟了第三開關 2 0 6且關閉了第四開關 207,而第一開關204維持為關閉的且第二開關205維持為 開啟的，使得通過電感之電壓立即地改變以維持電流流 動。流過電感之電流降低而直到其達到最低電流 Imin為 止，使得切換電路1 0 6藉由關閉第三開關2 0 6且開啟第四 開關207而開始了一新循環。主要的差異是在於，在降昇 模式之第一循環中達到最低電感電流I m i n而未調節電壓源 104係經由電感202直接地連接至負載，並且在第二循環 與第三循環中在未調節電壓源1 0 4自負載移除後達到最低 電流I m i η。

然而，若電感電流在第一循環期間之放電速率是較高 的話（例如因為輸入電壓與輸出電壓之差值較大），則在未 調節電壓源1 04自電壓調節器1 02之輸入移除後亦可以達 到最低電流Imin。 在降壓模式中，電感電流在每一循環之第一階段中上 升而直到其達到尖峰電流Ipeak為止。一旦此情形發生，在 每一循環之第二階段中，控制電路1 1 〇開啟了第一開關2 04 且關閉了第二開關2 0 5，而第三開關2 0 6維持為開啟的且 17 Γ359338 第四開關207維持為關閉的，使得通過電感之電壓立即地 改變以維持電流流動。流過電感之電流降低而直到其達到 最低電流Imi„為止，使得切換電路106藉由.關閉第一開關 204且開啟第二開關205而開始了一新循環。

藉由利用高於零之一最低電流程度以開始下一循環， 更高輸出電流可以被提供至遲滯模式中的負載以獲得相同 尖峰電流Ipeak。或者，對於每一循環之第二階段可以使用 一固定期間。在電壓調節器之至少一實施例中，尖峰電流 Ipeak是可以被調整的，其是依據負載電流需要而定。在較 高的負載電流，尖峰電流Ipeak可以被線性地改變或被階梯 上升以提供更高輸出電流能力。

第6圖為一切換電路與控制電路實施例之一方塊圖， 其中該切換電路與控制電路係操作於在遲滯模式的一電壓 調節器中。切換電路106基本上與第2圖所描述者相同， 而多了一電感電流感應器。該電感電流感應器包括有一輸 入電流感應器6 0 2與一輸出電流感應器，其中該輸入電流 感應器6 0 2係介於未調節電壓源1 0 4與第一開關之間，而 該輪出電流感應器係介於第四開關207與負載108之間。 控制電路1 1 0可以包括一開關控制器6 0 6，該開關控 制器606提供了控制訊號（Vi、V2、V3、V4 )以操作切換 電路1 0 6中之開關2 0 4 - 2 0 7。控制訊號可以由開關控制器 606所產生，其係根據電壓調節器是否為睡眠狀態或甦醒 狀態而定。當電壓調節器1 02是處於睡眠模式時，開關控 制器606可被用以產生開啟開關204-207之控制訊號，使 18 1359338

得電壓調節器102進入一低電流狀態。當電壓調 是甦醒時，開關控制器606可被用以產生操作開| 之控制訊號（如前文第2-5圖所述之任何方式或 與本文原理一致的方式）。一電壓比較器608可以 電壓調節器102輸出之調節電壓與一參考電壓相 定是否要操作電壓調節器於睡眠模式。電壓比較 以被設計為具有遲滯現象以避免當調節電壓接近 電壓調節器間歇地甦醒且回復到睡眠模式。 當開關控制器606決定了電壓調節器示自電 608的輸出是甦醒的，其產生了控制訊號以根據 器是處於降壓、昇壓或降昇模式而操作切換電路 開關204-2 07。操作模式可以由一模式控制器6 1 G 其中該模式控制器6 1 0將來自未調節電壓源1 04 壓與在電壓調節器102的輸出之調節電壓相互比 控制器6 1 0可以包括第一比較器6 1 2與第二比較 其中該第一比較器612係決定了電壓調節器102 於降壓模式，且其中該第二比較器614係決定了 器102是否為處於昇壓模式。藉由調整被提供至 二比較器612、614的調節電壓之程度，可以建立 帶，其中第一比較器612之輸出顯示了電壓調節 是操作於降壓模式，且其中第二比較器614之輸 電壓調節器102不是操作於昇壓模式。可以使用-極6 1 6以偵測該情況，並且提供一訊號至開關控彳 其中該開關控制器606顯示電壓調節器102應該 節器102 | 204-207 任何其他 藉由將在 比較而決 器608可 其調節時 壓比較器 電壓調節 1 06中之 所決定， 之輸入電 較。模式 器 614， 是否為處 電壓調節 第一與第 起一遲滯 器102不 出顯示了 -NOR 閘 Η 器 6 0 6， 操作於降 19 1359338 昇模式。

一旦開關控制器606自模式控制器610的輸出決定了 切換電路106中的開關204-207之排序，開關204-207之 時點可以自切換電路106中的電感電流感應器而被決定。 一尖峰電流偵測器6 1 8可以被使用以將切換電路1 0 6中輸 入電流感應器602之輸出與一參考電流值相互比較。尖峰 電流偵測器6 1 8可以被使用以決定何時電感202達到尖峰 電流Ipeak，其中該電感202係經由第一開關204耦棲至未 調節電壓源1 04。當此情形發生時，開關控制器606產生 了控制訊號以操作切換電路1 0 6中的開關2 0 4 - 2 0 7，藉以 自電感202傳送能量至負載108。一最小電流偵測器620 可以被使用以將切換電路1 06中輸出電流感應器604之輸 出與一參考電流值相互比較。最小電流偵測器6 2 0可以被 使用以顯示至開關控制器606何時結束目前循環。至最小 電流偵測器6 2 0之參考電流值可以被設定為零電流或任何 其他值。尖峰電流Ipeak可以藉由改變至尖峰電流偵測器 618之參考電流值而被調節。 開關控制器6 0 6亦可以具有一内部計時器（未顯示） 以控制時間，其中在該時間中係經由第一與第四開關 2 04、207而維持住介於未調節電源1 04與負載1 08之間的 一直接連接於降昇模式中。一最大電流偵測器622可以被 使用以將切換電路106中輸出電流感應器604 (或輸入電 流感應器 602 )之輸出與一參考電流值相比較。最大電流 偵測器6 2 2可以被使用以顯示當電感電流在任一循環之第 20 1359338

二階段期間增加時通過電感之電流何時已經達到一 值。開關控制器106中之内部邏輯（未顯示）可以被 以決定在此情況中何時終止介於未調節電壓源1 0 4與 1 08之間的直接連接，其係根據最大電感電流或内部 器時間截止之何者先發生而定。 開關控制器10 6亦可以包括第二内部計時器（ 示）。第二内部計時器可以被開關控制器1 06所使用以 每一循環，而不使用最小電流偵測器620。 前述有關本發明所揭示之實施例係被提供至任何 該技術領域之人士以實施本發明。這些實施例之不同 對於熟習該技術領域之人士為可輕易瞭解的，並且本 定義之原理在不脫離本發明精神範圍下可以被應用於 實施例。因此，本發明並不受限於本文所描述的實施 而是包括了申請專利範圍所描述者，其中一元件之單 不是意謂著”一個且僅有一個”（除非有特地說明），而 謂著” 一個或多個”。熟習該技藝人士所已知或將被獲 本文不同實施例中元件之所有結構與功能上均等物在 被併入參考，並且被申請專利範圍所包含。此外，本 述及者並不貢獻於公眾，不管所述及者是否已經詳述 請專利範圍中皆為如此。除非申請專利範圍元件已經 地使用”用於…之裝置”字眼或在方法項申請專利範圍 用”用於…之步驟”於該元件上，否則並沒有申請專利 元件可以被美國專利法第1 1 2條第六段予以解讀。 最大 使用 負載 計時 未顯 终止 熟習 變更 文所 其他 例， 數並 是意 知的 此係 文所 於申 明確 中使 範圍 21 1359338 【圖式簡單說明】 本發明之態樣係由實施例與其伴隨之圖式加以說明， 並且不會造成限制，其中： 第1圖為一降昇型電壓調節器之一實施例的一概念方 塊圖； 第2圖為操作於一降昇型電壓調節器中之一切換電路 的一方塊圖；

第3圖為一時點圖，其係繪示了在遲滯模式中之一降 昇型電壓調節器的一實施例操作； 第4圖為一時點圖，其係繪示了在遲滯模式_之一降 昇型電壓調節器的另一實施例操作； 第5圖為一時點圖，其係繪示了在遲滯模式中之一降 昇型電壓調節器的又一實施例操作；以及 第6圖為一切換電路與控制電路實施例之一方塊圖， 其中該切換電路與控制電路係操作於一降昇型電壓調節器 中 〇

【主要元件符號說明】 102 電壓調節器 10 4 未調節電壓源 106 切換電路 108 負載 110 控制電路 202 電感 22 1359338 204 開關 205 開關 206 開關 207 開關

302 調節電壓 304 喚醒臨界電壓 306 睡眠臨界電壓 402 未調節電壓源 6 0 2 輸入電流感應裔 604 輸出電流感應器 606 開關控制器 608 電壓比較器 610 模式控制器 612 第一比較器 614 第二比較器 616 Ν Ο R閘極 618 尖峰電流偵測器 620 最小電流偵測器 622 最大電流偵測器 23

Claims (1)

1.359338 . 十、申請專利範圍： 1. 一種具有一輸入及輸出之電壓調節器，其至少包含： 一切換電路，具有一感應元件及開關，該等開關係安 設以切換該感應元件至該電壓調節器的該輸入及該輸出； 以及 一控制電路，其係安設以按降壓模式、昇壓模式或降 昇模式操作該等開關， Φ 其中該控制電路係回應於指示該電壓調節器是位於降 壓模式、昇壓模式或降昇模式中的一訊號，以根據該感應 元件中的電流決定該等開關的時點，且 該控制電路經進一步安設以將該等開關設為預定狀 態，以回應於該電壓調節器的輸出電壓上升至高於一臨界 電壓，而使該電壓調節器進入一睡眠模式。 2. 如申請專利範圍第1項所述之電壓調節器，其中該控制 φ 電路更安設以於降壓模式、昇壓模式及降昇模式之每一 者的循環令操作該開關，其中該等循環之每一者具有一 第一階段與隨後的一第二階段，在該第一階段中該感應 元件耦接至該電壓調節器的輸入，在該第二階段中該感 應元件耦接至該電壓調節器的該輸出，在該等循環之每 一者之一部分期間該電壓調節器的輸入係經由該感應 元件耦接至該電壓調節器的該輸出。 24

Γ359338 3.如申請專利範圍第2項所述之電壓調節器，其中該 環之每一者之該第一階段及該第二階段的持續時間 流經該感應元件之電流的一函數。 4.如申請專利範圍第2項所述之電壓調節器，其中該 電路更安設以於降壓模式中該等循環之每一者的 一階段期間操作該等開關，以經由該感應元件將該 調節器之該輸入輕接至該電壓調節器之該輸出，並 壓模式中該等循環之每一者的該第二階段期間操 等開關，以經由該感應元件將該電壓調節器之該輸 接至該電壓調節器之該輸出。 5.如申請專利範圍第2項所述之電壓調節器，其中該 環之每一者之該第二階段至少包含一第一部分與 的一第二部分，該控制電路更安設以操作該等開關 # 在昇降模式中該等循環之每一者之該第二階段的 一部分期間將該電壓調節器之輸入耦接至該電壓 器之該輸出。 6.如申請專利範圍第5項所述之電壓調節器，其中該 電路更安設以在該第二階段起始後發生下列情況 一者時，停止該等循環之每一者之該第二階段的該 部分：當自該第二階段起始起算的一固定持續時 等循 ，為 控制 該第 電壓 於昇 作該 入耦 等循 隨後 ，而 該第 調節 控制 之任 第一 間終 25 1359338

止；或流經該感應元件之電流達一臨界電流時。 7.如申請專利範圍第5項所述之電壓調節器，其中該 電路更安設以在該第二階段起始後發生下列情況 一者時，停止該等循環之每一者之該第二階段的該 部分：當自該第二階段起始起算的一固定持續時 止；流經該感應元件之電流降低至一第·-臨界電流 流經該感應元件之電流達一高於該第一臨界電流 二臨界電流時。 8_如申請專利範圍第2項所述之電壓調節器，其中該 電路更安設以操作該等開關，而當流經該感應元件 流達一臨界電流時，停止該等循環之每一者的該第 段。 9.如申請專利範圍第8項所述之電壓調節器，其中該 電流為可調整。 10.如申請專利範圍第8項所述之電壓調節器，其中該 電路更安設以當流經該感應元件之電流降至一第 界電流時，停止該等循環之每一者的該第二階段， 第二臨界電流係低於該臨界電流。 控制 之任 第一 間终 ;或 之第 控制 之電 一階 臨界 控制 二臨 且該 26 1.359338 11.如申請專利範圍第10項所述之電壓調節器，其中該第 二臨界電流位階為零電流。 12.如申請專利範圍第8項所述之電壓調節器，其中該控制 電流更安設以操作該等開關，而使該等循環之每一者的 該第二階段具有一固定的持續時間。

13.如申請專利範圍第1項所述之電壓調節器，其中該感應 元件至少包含一電感（inductor)。 14. 一種操作一電壓調節器以在該電壓調節器的輸出自一 電壓源產生一調節電壓的方法，該電壓調節器具有一電 感元件，該方法至少包含下列步驟：

在降壓模式、昇壓模式或降昇模式中，利用一感應元 件與開關，由該電壓源傳送能量至該電壓調節器的該輸 出； 回應於決定該能量係傳送於降壓模式、昇壓模式或降 昇模式中，根據該感應元件中的電流，決定該等開關的 時點； 偵測該電壓調節器之輸出電壓的上升至高於一臨界 電壓；以及 將該等開關設為預定狀態，以僅回應於偵測到該電壓 調節器之輪出電壓的上升至高於該臨界電壓，而迫使該 27 1359338 電壓調節器進入一睡眠模式。

15.如申請專利範圍第14項所述之方法，其中於降壓模 式、昇壓及降昇模式之每一者.的循環中，該能量係由該 電壓源傳送至該電壓調節器的該輸出，其中該等循環之 每一者具有一第一階段及隨後的一第二階段，且其中該 能量係藉由在該等循環之每一者之該第一階段期間使 該電壓源耦接至該感應元件，以及在該等循環之每一者 之該第二階段期間將該感應元件耦接至該電壓調節器 之該輸出的方式，來將該能量自該電壓源傳送至該電壓 調節器的該輸出，而在該等循環之每一者之一部分期 間，該電壓源係經由該感應元件耦接至該電壓調節器之 該輸出。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中該等循環之 # 每一者之該第一階段及該第二階段的持續時間，為流經 該感應元件之電流的一函數。 17.如申請專利範圍第15項所述之方法，其中在降壓模式 中該電壓源於該等循環之每一者之該第一階段期間係 經由該感應元件耗接至該電壓調節器的該輸出，且在昇 壓模式.中該電壓源於該等循環之每一者之該第二階段 期間係經由該感應元件耦接至該電壓調節器的該輸出》 28 1359338 18.如申請專利範圍第15項所述之方法，其中在流經該感 應元件的電流達一臨界電流時，係藉停止該等循環之每 一者之該第一階段的方式，由該電壓源傳送該能量至該 電壓調節器的該輸出。

19.如申請專利範圍第15項所述之方法，其更至少包含以 下步驟：調整該臨界電流》 2 0 ·如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中在流經該感 應元件的電流降至一低於該臨界電流的第二臨界電流 時，係藉停止該等循環之每一者之該第二階段的方式， 由該電壓源傳送該能量至該電壓調節器的該輸出。 21. 如申請專利範圍第20項所述之方法，其中該第二臨界 電流為零電流。 22. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中係於具有一 固定持續時間之該等循環之每一者的該第二階段期 間，由該電壓源傳送該能量至該電壓調節器的該輸出。 23·如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該感應元件 至少包含一電感。 29 Γ359338

24.如申請專利範圍第14項所述之方法，其中係以循環 方式由該電壓源傳送該能量至該電壓調節器的該 出，其中該等循環之每一者包括一第一階段與隨後的 第二階段，在該第一階段中該電壓源耦接至該感應 件，在該第二階段t該感應元件耦接至該電壓調節器 該輸出，該等循環之每一者的該第二階段具有一第一 分以及隨後的一第二部分，在該第一部分中該電壓源 由該感應元件耦接至該電壓調節器之該輸出。 25.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中在該第二 段起始後發生下列情況之任一者時，藉由停止該等循 之每一者之該第二階段的該第一部分之方式，由該電 源傳送該能量至該電壓調節器的該輸出：自該第二階 起始起算的一固定持續時間終止；或流經該感應元件 電流達一臨界電流時。 26.如申請專利範圍第24項所述之方法，其中在該第二 段起始後發生下列情況之任一者時，藉由停止該等循 之每一者之該第二階段的該第一部分之方式，由該電 源傳送該能量至該電壓調節器的該輸出：自該第二階 起始起算的一固定持續時間终止；流經該感應元件之 流降至一第一臨界電流；或流經該感應元件的電流達 的 輸 元 的 部 經 階 環 壓 段 的 階 環 壓 段 電 30 1359338 高於該第一臨界電流的第二臨界電流時。 27_ —種具有一輸入與輸出之電壓調節器，其至少包含： 一切換電路，具有一感應元件及開關，該等開關係 安設以切換該感應元件至該電壓調節器的該輸入及該輸 出；以及 一控制電路，其具有用於按降壓模式、昇壓模式或 Φ 降昇模式操作該等開關之裝置， 其中該控制電路係回應於指示該電壓調節器是位於 降壓模式、昇壓模式或降昇模式中的一訊號，以根據該 感應元件令的電流決定該等開關的時點，且 該控制電路經進一步安設以將該等開關設為預定狀 態，以回應於該電壓調節器的輸出電壓上升至高於一臨 界電壓，而使該電壓調節器進入一睡眠模式。

28. —種具有一輸入與輸出之電壓調節器，其至少包含： 一切換電路，其具有一感應元件與開關，該等開關 包含位於該電壓調節器之該輸入以及該感應元件之一 端之間的一第一開關、位於該感應元件之一端及一電壓 返回線之間的一第二開關、位於該感應元件之另一端以 及該電壓返回線之間的一第三開關、以及位於該感應元 件之另一端及該電壓調節器之該輸出之間的一第四開 關；以及 31 Γ359338

一控制電路，該控制電路具有一模式控制器， 式控制器係安設以按降壓模式、昇壓模式或降昇壓 操作該等開關， 其中該控制電路係回應於該模式控制器指示該 調節器是位於降壓模式、昇壓模式或降昇模式中， 據該感應元件中的電流決定該等開關的時點，且 該控制電路經進一步安設以將該等開關設為預 態，以回應於該電壓調節器的輸出電壓上升至高於 界電壓，而使該電壓調節器進入一睡眠模式。 29.如申請專利範圍第28項所述之電壓調節器，其中 換電路更包括一感應元件電流感應器，且其中該控 路更安設以按循環操作該等開關，其中該等循環之 者具有該第一開關關閉的一第一階段與隨後該第 關為關閉的一第二階段，在該等循環之每一者之一 期間該第一開關及該第四開關係同時關閉，且其中 循環之每一者之該第一階段與該第二階段之持續 為該感應元件電流感應器所感應之電流的一函數。 3 0.如申請專利範圍第29項所述之電壓調節器，其中 制電路更安設以在處於降壓模式之該等循環之每 的該第一階段及該第二階段兩者期間關閉該第 關，並在處於昇壓模式之該等循環之每一者的該第 該模 模式 電壓 而根 定狀 一臨 該切 制電 每一 四開 部分 該等 時間 該控 一者 四開 一階 32 1359338 段及該第二階段兩者期間關閉該第一開關。 31.如申請專利範圍第29項所述之電壓調節器，其中 循環之每一者之該第二階段包含一第一部分與隨 一第二部分，該控制電路更安設以在處於降昇模式 等循環之每一者之該第二階段的該第一部分期間 該第一開關與該第四開關兩者。

32.如申請專利範圍第31項所述之電壓調節器，其中 制係更安設以在處於該降昇模式的該等循環之每 之該第一階段期間關閉該第三開關，並在處於降昇 的該等循環之每一者之該第二階段的該第二部分 關閉該第二開關。 3 3 .如申請專利範圍第3 2項所述之電壓調節器，其中 φ 制電路更安設以在處於降昇模式之該等循環之每 的該第一階段期間開啟該第二開關及該第四開關、 於降昇模式之該等循環之每一者的該第二階段的 一部分期間開啟該第二開關及該第三開關、以及在 降昇模式的該等循環之每一者之該第二階段的該 部分期間開啟該第一開關及該第三開關。 3 4.如申請專利範圍第2 8項所述之電壓調節器，其中 該等 後的 的該 關閉 該控 一者 模式 期間 該控 一者 在處 該第 處於 第二 該感 33 1359338 應元件至少包含一電感。 35. —種具有一輸入與輸出之電壓調節器，其至少包含： 一切換電路，具有一感應元件及開關，該等開關係 安設以將該感應元件切換至該電壓調節器之該輸入及 該輸出；以及 一控制電路，其係安設以按降昇模式操作該等開關， Φ 其中該控制電路係回應於指示該電壓調節器是位於 降昇模式中的一訊號，以根據該感應元件中的電流決定 該等開關的時點，且 該控制電路經進一步安設以將該等開關設為預定狀 態，以回應於該電壓調節器的輸出電壓上升至高於一臨 界電壓，而使該電壓調節器進入一睡眠模式。 3 6.如申請專利範圍第3 5項所述之電壓調節器，其中該控 # 制電路更安設以按循環操作該等開關，其中該等循環之 每一者具有一第一階段與隨後的一第二階段，在該第一 階段中該感應元件耦接至該電壓調節器的輸入，在該第 二階段中該感應元件耦接至該電壓調節器的該輸出，該 等循環之每一者的該第二階段具有一第一部分以及隨 後的一第二部分，而在該第一部分中該電壓調節器之輸 入經由該感應元件耦接至該電壓調節器之該輸出。 34 1359338

37.如申請專利範圍第36項所述之電壓調節器，其中 循環之每一者之該第一階段及該第二階段的持 間，係流經該感應元件之電流的一函數。 38.如申請專利範圍第36^所述之電壓調節器，其中 制電路更安設以在該第二階段起始後發生了下列 之任一者時，操作該等開關以停止該等循環之每一 該第二階段的該第一部分：當自該第二階段起始起 一固定持續時間终止；或流經該感應元件之電流達 界電流時* 39. 如申請專利範圍第36項所述之電壓調節器，其中 制電路更安設以在該第二階段起始後發生了下列 之任一者時，操作該等開關以停止該等循環之每一 該第二階段的該第一部分：當自該第二階段起始起 φ 一固定持續時間終止；流經該感應元件之電流降至 一臨界電流；或流經該感應元件之電流達一高於該 臨界電流的第二臨界電流時。 40. 如申請專利範圍第36項所述之電壓調節器，其申 制電路更安設以操作該等開關，而當流經該感應元 電流達一臨界電流時，停止該等循環之每一者的該 階段。 該等 續時 該控 情況 者之 算的 一臨 該控 情況 者之 算的 一第 第一 該控 件之 第一 35 Γ359338 41.如申請專利範圍第40項所述之電壓調節器，其中 界電流為可調整。 該臨

42.如申請專利範圍第40項所述之電壓調節器，其中 制電路更安設以在流經該感應元件之電流降至一 臨界電流時，操作該等開關以停止該等循環之每一 該第二階段，且該第二臨界電流係低於該臨界電流 43_如申請專利範圍第42項所述之電壓調節器，其中 二臨界電流為零電流。 該控 第二 者的 〇 該第 44.如申請專利範圍第36項所述之電壓調節器，其中 制電路更安設以操作該等開關，而使該等循環之每 之該第二階段具有一固定的持續時間。 該控 一者

該感 45.如申請專利範圍第35項所述之電壓調節器，其中 應元件至少包含一電感。 36 1359338 ’、^月1修正謝 第糾丨4 f衫號專利案丨仍年"月修正 οωα >

scn姝 口>sco f>-- PJ i WBd_ Γ359338 七、指定代表圖： (一） 、本案指定代表圖為：第6圖。 (二） 、本代表圖之元件代表符號簡單說明： 104 未 調 JtfZ 即 電 壓 源 606 開 關 控 制 器 106 切 換 電 路 608 電 壓 比 較 器 108 負 載 610 模 式 控 制 器 110 控 制 電 路 6 12 第 一 比 較 器 202 電 感 614 第 二 比 較 器 204 開 關 616 NOR 閘 極 205 開 關 618 /jS 峰 電 流 偵 測 器 206 開 關 620 最 小 電 流 偵 測 器 207 開 關 622 最 大 電 流 偵 測 器 602 輸 入 電流 感 應 器 604 輸 出 電 流 感 應 器

丨矣、本案若當化學式時、譜揭示最能顯奉:#明 ::丨特被的北學式： 無 4