TWI463777B - 非反相之升降壓轉換器及用於控制其之方法 - Google Patents

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Description

非反相之升降壓轉換器及用於控制其之方法
本發明係有關於升降壓轉換器，並且更具體而言係有關於一種用於在降壓及升壓的動作模式之間進行轉換時控制該升降壓轉換器的動作之方法。
相關申請案之交互參照
此申請案係主張2010年1月29日所申請名稱為用於非反相之升降壓轉換器的系統及方法之美國臨時申請案第61/299,511號的優先權，其係被納入在此作為參考。
非反相之升降壓轉換器能得到高於或低於其輸入電壓的一正輸出電壓。隨著以電池供電的裝置變得越來越受歡迎，升降壓的拓撲因為可利用電池的放電週期而變得更有吸引力。當一電池輸入電壓高於其輸出電壓時，升降壓轉換器運作在降壓的動作模式中。在該降壓的動作模式中，該轉換器減低該輸入電壓到必要位準以供其輸出處使用。當電池輸入電壓低於輸出電壓時，該升降壓轉換器係運作在升壓的動作模式中，其中該輸入電壓增高到該輸出處所需一位準。控制在純降壓的動作模式或純升壓的動作模式中是相當容易藉由讓一些電源開關導通或關斷來實施。
當輸出電壓接近輸入電壓時，在降壓及升壓的動作模式間的轉換仍存在著挑戰。在降壓及升壓的動作模式之間進行轉換期間，在控制升降壓轉換器上有兩項挑戰。一項挑戰是牽涉到提供一動態響應的線路暫態(line transient)。另一項挑戰是在產生的輸入電壓接近輸出電壓的情形之輸出漣波(ripple)，此係一穩態效能的議題。有需要的是一種用於非反相之升降壓轉換器的控制方式，其係提供一種用於在輸出電壓接近輸入電壓時達成在降壓及升壓模式之間的平順轉換及線路暫態且同時維持最小漣波電壓之方法。
如同在此所揭露及敘述，在本發明的一特點中係包括一種非反相之升降壓轉換器。一升降壓電壓調節電路係響應於一輸入電壓以產生一經調節的輸出電壓。一電流感測器係監視該升降壓電壓調節電路的一輸入電壓。升降壓模式控制電路係響應於該監視的輸入電流以在一降壓的動作模式中利用峰值電流控制模式以及在一升壓的動作模式中利用谷值電流控制模式，來控制該升降壓電壓調節電路。
現在請參照圖式，其中相同的元件符號在此被使用來標明全文中相似的元件，一種非反相之升降壓轉換器的各種視圖及實施例係被描繪及敘述，並且其它可行的實施例亦被描述。該些圖並不必然依照比例繪製，並且在一些情形中該圖式只為了說明目的而在一些地方已被放大及/或簡化。在此項技術中具有通常知識者根據以下可行的實施例之例子將會體認到有許多可能的應用及變化。
非反相之升降壓轉換器能夠得到高於或低於其輸入電壓的一正輸出電壓。隨著以電池供電的裝置變得越來越受歡迎，此種拓撲因為可利用電池的放電週期而變得更有吸引力。當一電池輸入電壓高於其輸出電壓時，升降壓轉換器係運作在降壓的動作模式中。在該降壓的動作模式中，該轉換器減低該輸入電壓到必要位準以供其輸出處使用。當電池輸入電壓低於輸出電壓時，該升降壓轉換器係運作在升壓的動作模式中，其中該輸入電壓增高到該輸出處所需一位準。控制在純降壓的動作模式或純升壓的動作模式中是相當容易藉由讓一些電源開關導通或關斷來實施。當輸出電壓接近輸入電壓時，在降壓及升壓的動作模式之間轉換仍存在挑戰。在降壓及升壓動作模式間的轉換期間，在控制升降壓轉換器上有兩項挑戰。一項挑戰是牽涉一動態響應的線路暫態。另一項挑戰是在產生的輸入電壓接近輸出電壓的情形之輸出漣波，此係一穩態效能的議題。
以下所述的實施方式係包括一種控制非反相之升降壓轉換器的方式，並且提供一種用於在輸出電壓接近輸入電壓時達成在模式間的平順轉換及線路暫態，同時仍維持最小漣波電壓之方法。在該方式中只利用一整合式電流感測器而非多個感測器，以降低複雜度且簡化整體設計。該控制器利用逐週期的偵測以在降壓的動作模式中使用一峰值電流模式控制以及在升壓的動作模式中使用一谷值電流控制模式。此方法係在該轉換器內提供平順轉換及線路暫態。在輸出電壓接近輸入電壓的情形中，該升降壓轉換器係藉由監視最大的工作週期(duty cycle)而自動地從降壓的動作模式切換至升壓的動作模式、或是從升壓的動作模式切換至降壓的動作模式。此係簡化該升降壓轉換器的控制並且降低該輸出電壓的漣波。降壓模式的動作以及升壓模式的動作都使用相同的整合式電流感測器，此係降低系統的複雜度並且增加整體可靠度。
現在請參照圖式，並且更特定參照圖1，其描繪有一種升降壓轉換器的概要圖。該升降壓轉換器係包含施加有輸入電壓VIN 的一輸入電壓節點102。一高側的降壓電晶體104係包括使得其源極/汲極路徑連接在節點102及節點106之間的一P-通道電晶體。一低側的降壓電晶體108係包括使得其汲極/源極路徑連接在節點106及接地之間的一N-通道電晶體。一電感器110係連接在節點106及節點112之間。一高側的P-通道升壓電晶體114係使得其源極/汲極路徑連接在輸出電壓節點VOUT 116及節點112之間。一低側的升壓電晶體118係包括使得其源極/汲極路徑連接在節點112及接地之間的一N-通道電晶體。該輸出電容120係連接在該輸出電壓節點116及接地之間。該輸出負載電阻122係和該電容120並聯連接在節點116及接地之間。該高側的降壓電晶體104、低側的降壓電晶體108、高側的升壓電晶體114以及低側的升壓電晶體118每一者係使得其閘極連接至升降壓控制電路124。該升降壓控制電路124係利用響應於至少從節點116所施加的輸出電壓VOUT 之內部控制邏輯，而經由複數個輸出以產生閘極控制信號。該工作週期在降壓的動作模式中係定義為D=ton(104 )/T，其中ton 是開關電晶體104的導通時間，並且T是該轉換器的切換週期。T是切換頻率fsw的倒數，(T=1/fsw)。在升壓動作期間，工作週期係定義為D=ton(114) /T，亦即：同步的高側的升壓電晶體114的導通時間除以該切換週期。
現請參照圖2，描繪有一種根據本揭露內容操作的非反相之升降壓轉換器的功能方塊圖。該升降壓轉換器電路202係在輸入節點204接收輸入電壓VIN ，且在節點206提供輸出電壓VOUT 。在該升降壓轉換器202中的開關電晶體係根據從驅動邏輯208提供的驅動控制信號而被驅動。該驅動邏輯208係響應於從PWM控制邏輯210提供的PWM控制信號以產生該些驅動控制信號至開關電晶體。該誤差放大器及PWM控制邏輯210係響應於在節點206監視的輸出電壓且亦響應於從電流斜率控制補償邏輯212提供的電流控制電壓VSUM以產生該些PWM控制信號。該電流斜率控制補償邏輯係響應於在該升降壓轉換器202內藉由一電流感測器214提供之一監視電流以及模式控制邏輯216以產生該VSUM電壓至該誤差放大器及PWM控制邏輯210。該電流感測器214係量測提供在升降壓轉換器202的輸入節點204的輸入電流。該模式控制邏輯216係藉由監視從該PWM控制邏輯210提供的PWM信號以決定該升降壓轉換器202是運作在降壓的動作模式或是升壓的動作模式中。該模式控制邏輯216係另外提供模式控制信號至該驅動邏輯208以控制在該升降壓轉換器202內之開關電晶體的動作。
現參照圖3，描繪有本揭露內容的非反相之升降壓轉換器的方塊圖。該升降壓轉換器302包含施加有輸入電壓VIN 的一輸入電壓節點304。一電流感測器306係感測通過節點304的輸入電壓電流且提供一感測的輸入電流ISNS。一高側的降壓電晶體308係連接在該電流感測器306及節點310之間。該高側的降壓電晶體308包括一P-通道電晶體。該高側的降壓電晶體308係連接以接收驅動信號HD_BUCK。一低側的降壓電晶體312包括使得其汲極/源極路徑連接在節點310及接地節點314之間的一N-通道電晶體。該低側的降壓電晶體312係連接以接收驅動控制信號LD_BUCK。一電感器316係連接在節點310及節點318之間。
一高側的升壓電晶體320係包括使得其源極/汲極路徑連接在輸出電壓節點VOUT 322及節點318之間的一P-通道電晶體。該低側的升壓電晶體321係包括使得其汲極/源極路徑連接在節點318及節點314之間的一N-通道電晶體。電晶體324的閘極係連接以接收驅動控制信號LD_BOOST。高側的升壓電晶體320的閘極係連接以接收驅動控制信號HD_BOOST。一輸出電容器326係連接至輸出電壓節點322且連接在該輸出電壓節點322及接地節點314之間。此外，一負載328係和該輸出電容326並聯連接且連接在該輸出電壓節點322及接地節點314之間。
至該高側的降壓電晶體308、低側的降壓電晶體312、高側的升壓電晶體320及低側的升壓電晶體324每一個的驅動控制信號是分別從降壓模式電流邏輯及驅動器330和升壓模式控制邏輯及驅動器332提供。該降壓模式控制邏輯及驅動器330係響應從SR閂鎖334提供的一PWM信號(PWM_BUCK)及從該模式控制邏輯336提供的一模式控制信號，以產生HD_BUCK信號至該高側的降壓電晶體308和LD_BUCK信號至該低側的降壓電晶體312。該升壓模式控制邏輯及驅動器332係響應來自SR閂鎖338的一PWM控制信號(PWM_BOOST)及來自該模式控制邏輯336的一模式控制信號，以產生HD_BOOST驅動信號至電晶體320及LD_BOOST驅動信號至電晶體324。該電晶體308及312是在降壓的動作模式中用於該升降壓轉換器302的電源開關。在降壓的動作模式中，電晶體320總是導通且電晶體324總是關斷。同樣在升壓的動作模式中，該降壓模式控制邏輯及驅動器330和升壓模式控制邏輯及驅動器332係控制升壓電晶體320及324以包括電源FET開關。在升壓的動作模式中，電晶體308總是導通而電晶體312總是關斷。
該SR閂鎖334係響應在SR閂鎖334的S輸入所提供的一時脈信號及施加至SR閂鎖334的R輸入的一邏輯信號，以產生降壓PWM信號至該降壓模式控制邏輯及驅動器330。該PWM信號PWM_BOOST係響應於提供至該SR閂鎖338的R輸入的一時脈輸入及提供至SR閂鎖338的S輸入的一邏輯輸入，而從SR閂鎖338的Q輸出被提供。
該模式控制邏輯336係提供MODE信號至該降壓模式控制邏輯及驅動器330和升壓模式控制邏輯及驅動器332的每一個。該模式控制邏輯336係響應於分別從SR閂鎖334及338的輸出所提供的PWM_BUCK及PWM_BOOST信號，以產生該輸出控制信號MODE至該降壓模式控制邏輯及驅動器330和升壓模式控制邏輯及驅動器332的每一個。該最大工作週期偵測電路340係響應於輸出電壓VOUT 接近輸入電壓VIN ，以判斷何時有一最大工作週期狀況存在於降壓及升壓的動作模式之間。當一最大工作週期狀況被偵測到，則該最大工作週期偵測電路340係產生一邏輯“高”的值給被提供至該模式選擇邏輯342的MAX_D信號。
該模式選擇邏輯342係決定升降壓轉換器302是否需要切換到降壓的動作模式或升壓的動作模式，且產生一MODE控制信號模式以指出此改變。為了平順的從降壓動作切換到升壓動作或從升壓動作切換到降壓動作，最大工作週期的判斷係藉由該最大工作週期偵測電路340被引入控制方法中。任何時候偵測到一最大工作週期狀況時，該MAX_D信號都變為一邏輯“高”的位準。此通常發生在輸入電壓VIN 接近輸出電壓VOUT 或在負載暫態發生於輸出中。該模式選擇邏輯342係判斷升降壓轉換器302的動作模式是降壓或升壓。一種簡單的控制方法實施成使得每當一MAX_D邏輯“高”的信號被偵測到，該操作模式係做切換。更複雜的控制方法可藉由利用多個MAX_D信號來加以應用。在該升降壓轉換器中有兩個模式在操作，而且也只有此兩個模式在操作：不是降壓就是升壓。該模式選擇邏輯的輸出“MODE”信號係作用像是一多工器控制信號，以根據該轉換器是在降壓或升壓的動作模式中來選擇該些操作電路，例如：電流感測及開關驅動器控制邏輯。因此，該MODE控制信號是依據該動作模式以選擇該降壓模式控制邏輯驅動器330或升壓模式控制邏輯及驅動器332，且亦選擇從多工器344的輸出提供的電流感測補償信號。
該多工器344係連接以接收VSUM_BUCK信號或VSUM_BOOST信號。該VSUM_BUCK信號係包括來自電流感測器306之感測到的電流、一降壓模式偏移信號及一降壓斜率補償信號的一個加總，此係在加法器電路346相加起來。該VSUM_BOOST信號係在一加法器電路348藉由相加來自電流感測器306的ISNS輸入電流量測、一升壓模式偏移信號及一升壓斜率補償信號而產生。來自電流感測器306之感測到的電流ISNS係和該降壓模式偏移或升壓模式偏移相加，以確保誤差放大器352是以一適當的DC偏壓操作。該降壓或升壓補償斜率係被加到該感測到的電流以避免在大的工作週期動作中的次諧波(sub harmonic)振盪。該VSUM_BUCK及VSUM_BOOST補償信號的每一個係被提供至該多工器344的一輸入。根據該升降壓轉換器302是操作在降壓的動作模式或升壓的動作模式，該VSUM_BUCK(降壓模式)或VSUM_BOOST(升壓模式)係響應於該MODE信號而在該多工器344被選出，並且該所選的信號係被提供作為該輸出電流補償信號VSUM 。
該VSUM 信號係從多工器344提供至一PWM比較器350的反相輸入。該PWM比較器350的非反相輸入係連接以接收來自一誤差放大器352的電壓誤差信號VCOMP 。該誤差放大器352的輸出係透過串聯的一電容器354與一電阻器356而連接至接地。該誤差放大器352的反相輸入係透過由連接在節點322及節點360間的一電阻器358以及連接在節點360及接地之間的一電阻器所構成的一電阻分壓器來監視在節點322的輸出電壓VOUT 。誤差放大器352的反相輸入係連接至節點360。該誤差放大器352係比較一施加在其非反相輸入的參考電壓VREF 與來自升降壓轉換器302的輸出回授電壓，以產生該誤差信號VCOMP 。該VCOMP 信號係被用來在升降壓轉換器操作在降壓的動作模式時的一峰值電流模式中及在升降壓轉換器操作在升壓的動作模式時的一谷值電流模式中決定通過電感器316的電感器電流。降壓動作及升壓動作係共用相同的電壓誤差信號。來自多工器344的輸出的VSUM 與該電壓誤差信號VCOMP 的比較係決定電源電晶體308、312、320及324的通/斷狀態。
該PWM比較器350的輸出(VCOMP_out )被提供作為一反相器362的輸入且提供AND閘364的一第一輸入。來自反相器362之反相後的輸出係被提供至OR閘366的一第一輸入。OR閘366的另一輸入係連接以接收來自該最大工作週期偵測電路340的輸出的MAX_D信號。該OR閘366的輸出係提供邏輯信號至閂鎖334的R輸入以致能該降壓PWM信號的產生。AND閘364的另一輸入係連接至一反相器368的輸出。反相器368的輸入係連接以接收來自該最大工作週期保護電路340的MAX_D信號。AND閘364的輸出係連接至另一反相器370。該反相器370的輸出係提供一邏輯信號至SR閂鎖338的S輸入以提供該升壓PWM信號。
現參照圖4，描繪有描述圖3的升降壓轉換器的動作流程圖。當轉換器動作在步驟402起始時，該轉換器最初在步驟404操作在降壓的動作模式中且工作在峰值電流控制的動作模式中。查詢步驟406係監視該最大工作週期且若目前未偵測到最大工作週期時，控制會傳回到步驟404。當偵測到最大工作週期時，該轉換器係在步驟408進入升壓的動作模式且利用谷值電流控制模式操作。查詢步驟410係監視該最大工作週期且若未偵測到該最大工作週期，則控制會傳回到步驟408。當偵測到該最大工作週期時，該轉換器係在步驟404轉換回到操作在降壓的動作模式中。
現參照圖5，描繪有當升降壓轉換器302從降壓的動作模式轉換至升壓的動作模式時與該升降壓轉換器相關連的各種波形。電晶體308及312係構成在降壓的動作模式中的主要電源開關。電晶體320在降壓的動作模式中總是導通，且電晶體324在降壓的動作模式中總是關斷。當輸入電壓VIN 502下降時，切換的工作週期因為D~Vout/Vin而增加。當輸入電壓VIN 502下降至某一值時，該工作週期係到達一最大臨界值(最大工作週期)，該最大工作週期偵測邏輯340(在一實施例中係包括一數位比較器)係響應此狀況且設定該信號MAX_D至一邏輯“高”的位準。同時，該高側的電晶體308係被關斷且該電晶體312係被導通。該模式選擇邏輯342知道下一週期及該時脈信號何時出現在該SR閂鎖334的輸入處，該升降壓轉換器302將會轉換成為升壓模式。該控制信號MODE係在該時脈脈衝到達時被設定為一邏輯“高”的位準(降壓)，並且該升降壓轉換器現在被組態在升壓動作中。然而在此狀況中，該輸入電壓VIN 502仍然是稍高於輸出電壓VOUT 504，因而升壓的動作模式可能會將過多的能量泵送到負載，而進一步增高該輸出電壓VOUT 。因此，升降壓轉換器302在該升壓週期後會回到降壓的動作模式，並且維持在降壓的動作模式中超過一週期直到輸出電壓VOUT 504降到輸入電壓VIN 以下為止。當VIN 502再進一步下降時，將會有更多的升壓週期。以此種方式，一種從降壓的動作模式至升壓的動作模式的平順轉換係被提供。圖5亦描繪該多工器344的輸出、VSUM 506、誤差放大器VCOMP 508的輸出以及電感器電流510。
現參照圖6，描繪有該升降壓轉換器302從升壓的動作模式至降壓的動作模式的轉換。當輸入電壓VIN 602遠低於輸出電壓VOUT 604時，該升降壓轉換器係執行在純升壓的動作模式中。電晶體320及324係構成在升壓的動作模式中的主要電源開關，而電晶體308總是導通且電晶體312總是關斷。當輸入電壓VIN 602增加時，切換的工作週期係增加，因為升降壓轉換器302是在該谷值控制的動作模式中。當輸入電壓VIN 602增加至某一位準使得該工作週期到達一最大的臨界值位準(最大工作週期)時，包括一數位比較器的最大工作週期偵測邏輯340係響應於此狀況，且設定該信號MAX_D至一邏輯“高”的位準。同時，該高側的電晶體320係被關斷且低側的電晶體324係被導通。該模式選擇邏輯342知道下一個週期，當一時脈信號出現時，該轉換器將會轉換至升壓模式。當該時脈信號到達時，該信號“MODE”被設定至一邏輯“低”的位準(升壓模式)，且整個升降壓轉換器被組態在降壓的動作模式中。然而在此狀況中，該輸入電壓VIN 602仍然低於輸出電壓VOUT 604。因此，降壓的動作模式可能拉走過多送至負載的能量，且輸出電壓VOUT 604係減小。因此，該升降壓轉換器302在該降壓週期後回到升壓的動作模式且維持在升壓的動作模式中超過一個週期，直到輸出電壓604增加為止。當輸入電壓VIN 602進一步增加時，可能有更多的降壓週期。以此種方式，一種從升壓至降壓的平順轉換係被提供。
圖6的圖示進一步描繪多工器314的輸出VSUM 606、誤差電壓輸出VCOMP 608以及電感器電流610。
當輸出電壓VOUT 接近輸入電壓VIN 時，升降壓轉換器302係從降壓切換至升壓且從升壓切換至降壓模式。沒有只是降壓模式及升壓模式之獨立升降壓模式。該控制方法藉由在降壓的動作模式中利用峰值電流控制模式且在升壓的動作模式中利用谷值電流控制模式以確保平順轉換。此方法的一主要優點是該誤差信號VCOMP 在模式轉換期間不會有任何突發變化。由於VCOMP 信號是輸出電壓VOUT 之一直接函數，若該誤差信號VCOMP 穩定，則該輸出電壓VOUT 是穩定。如先前所述，該多工器VSUM 的輸出是輸入電流ISNS、降壓或升壓模式偏移及一斜率補償信號的總和。在降壓及升壓的動作模式中的不同偏移值係根據在一整個週期中的最大斜率補償加以選擇。通常該些不同偏移值是該最大斜率補償電壓的兩倍。例如：若該斜率補償是1V/us且切換頻率是1MHz，則該些不同偏移值是1V/us*1us*2，其係為2V。因此，若在降壓模式中的偏移是Vos，則用於升壓模式的偏移是Vos+2V。以此種方式操作的系統係在輕負載及重負載狀況中都提供有優異的線路暫態。當輸出電壓接近輸入電壓時，電壓漣波也是小的。控制方法是簡單的，只需要單一整合式電流感測器及逐週期式偵測即可。
熟習此項技術者在有此揭露內容的助益下，將會體認到此種非反相之升降壓轉換器係在降壓及升壓動作模式間的轉換時提供改良的動作。應瞭解：該圖式及在此詳細說明是欲以非限制的解釋性方式來看待，並不打算受限於所揭露的特定形式及例子。相反地，內含有對於該項技術中具有通常技能者為明顯的任何進一步修改、改變、重新配置、替換、替代、設計選項及實施例，而不脫離由以下申請專利範圍所界定的本發明的精神及範疇。因此，以下申請專利範圍係欲被解釋為包含所有此種進一步修改、改變、重新配置、替換、替代、設計選項及實施例。
102．．．輸入電壓節點
104．．．高側的降壓電晶體
106．．．節點
108．．．低側的降壓電晶體
110．．．電感器
112．．．節點
114．．．高側的升壓電晶體
116．．．VOUT 節點
118．．．低側的升壓電晶體
120．．．輸出電容
122．．．輸出電阻
124．．．升降壓控制電路
202．．．升降壓轉換器電路
334．．．SR閂鎖
336．．．模式控制邏輯
338．．．SR閂鎖
340．．．最大工作週期偵測電路
342．．．模式選擇邏輯
344．．．多工器
346．．．加法器電路
348．．．加法器電路
350．．．PWM比較器
352．．．誤差放大器
354．．．電容器
356．．．電阻器
358．．．電阻器
204‧‧‧VIN 節點
206‧‧‧VOUT 節點
208‧‧‧驅動邏輯
210‧‧‧PWM控制邏輯
212‧‧‧電流斜率補償邏輯
214‧‧‧電流感測器
216‧‧‧模式控制邏輯
302‧‧‧升降壓轉換器
304‧‧‧輸入電壓節點
306‧‧‧電流感測器
308‧‧‧高側的降壓電晶體
310‧‧‧節點
312‧‧‧高側的降壓電晶體
314‧‧‧接地節點
320‧‧‧高側的升壓電晶體
322‧‧‧輸出電壓節點
324‧‧‧低側的電晶體
326‧‧‧輸出電容器
328‧‧‧負載
330‧‧‧降壓模式控制邏輯驅動器
332‧‧‧升壓模式控制邏輯驅動器
360‧‧‧節點
362‧‧‧反相器
364‧‧‧AND閘
366‧‧‧OR閘
368‧‧‧反相器
370‧‧‧反相器
402‧‧‧步驟
404‧‧‧步驟
406‧‧‧步驟
408‧‧‧步驟
410‧‧‧查詢步驟
502‧‧‧VIN 輸入電壓
504‧‧‧VOUT 輸出電壓
506‧‧‧VSUM
508‧‧‧VCOMP
510‧‧‧電感器電流
602‧‧‧VIN 輸入電壓
604‧‧‧VOUT 輸出電壓
606‧‧‧VSUM
608‧‧‧VCOMP
610‧‧‧電感器電流
為了更完整的瞭解，業已參考以下結合所附圖式所做的說明，其中：
圖1是一種升降壓轉換器的概要圖；
圖2係描繪本揭露內容的非反相之升降壓轉換器的功能方塊圖；
圖3係提供本揭露內容的非反相之升降壓轉換器的更詳細的方塊圖；
圖4是描繪圖3的非反相之升降壓轉換器的流程圖；
圖5a-5c係描繪當從降壓的動作模式轉換至升壓的動作模式時的升降壓轉換器動作的波形；並且
圖6a-6c係描繪當從升壓的動作模式轉換至降壓的動作模式時的升降壓轉換器動作的波形。
302．．．升降壓轉換器
304．．．輸入電壓節點
306．．．電流感測器
308．．．高側的降壓電晶體
310．．．節點
312．．．高側的降壓電晶體
314．．．接地節點
320．．．高側的升壓電晶體
322．．．輸出電壓節點
324．．．低側的電晶體
326．．．輸出電容器
328．．．負載
330．．．降壓模式控制邏輯驅動器
332．．．升壓模式控制邏輯驅動器
334．．．SR閂鎖
336．．．模式控制邏輯
340．．．最大工作週期偵測電路
342．．．模式選擇邏輯
344．．．多工器
346．．．加法器電路
348．．．加法器電路
350．．．PWM比較器
352．．．誤差放大器
354．．．電容器
356．．．電阻器
358．．．電阻器
360．．．節點
362．．．反相器
364．．．AND閘
366．．．OR閘
368．．．反相器
370．．．反相器

Claims (21)

  1. 一種非反相之升降壓轉換器，其係包括：一升降壓電壓調節電路，用於響應於一輸入電壓以產生一經調節輸出電壓；一電流感測器，用於監視該升降壓電壓調節電路的一輸入電流；PWM控制邏輯，用於響應於一最大工作週期偵測信號、一誤差電壓及一補償電壓以產生一降壓PWM控制信號及一升壓PWM控制信號；以及降壓模式控制及驅動電路，用於響應於該降壓PWM控制信號及一模式信號以產生一高側的降壓開關電晶體控制信號及一低側的降壓開關電晶體控制信號。
  2. 如申請專利範圍第1項之非反相之升降壓轉換器，其中該升降壓模式控制電路更包括：升壓模式控制及驅動電路，用於響應於該升壓PWM控制信號及該模式信號以產生一高側的升壓開關電晶體控制信號及一低側的升壓開關電晶體控制信號；以及模式控制邏輯，用於響應於該降壓PWM控制信號及該升壓PWM控制信號以產生該最大工作週期偵測信號及該模式信號。
  3. 如申請專利範圍第2項之非反相之升降壓轉換器，其更包含一誤差放大器，以用於響應於該經調節輸出電壓及一參考電壓來產生該誤差電壓。
  4. 如申請專利範圍第2項之非反相之升降壓轉換器，其 更包含電流控制的補償電路以用於產生該補償電壓，其中響應於在一第一狀態的該模式信號，補償信號係包括該監視的輸入電流、一降壓模式偏移信號及一降壓模式斜率補償信號，並且響應於在一第二狀態的該模式信號，該補償信號係包括該監視的輸入電流、一升壓模式偏移信號及一升壓模式斜率補償信號。
  5. 如申請專利範圍第4項之非反相之升降壓轉換器，其中該電流控制的補償電路更包括：一第一加法器，用於相加該監視的輸入電流、降壓模式偏移信號及降壓模式斜率補償信號以產生一降壓電壓補償信號；一第二加法器，用於相加該監視的輸入電流、升壓模式偏移信號及升壓模式斜率補償信號以產生一升壓電壓補償信號；以及一多工器，用於響應於該模式信號以在該降壓電壓補償信號及升壓電壓補償信號間選擇作為該電壓補償信號。
  6. 如申請專利範圍第2項之非反相之升降壓轉換器，其中該模式控制邏輯更包括：最大工作週期偵測電路，用於響應於該降壓PWM信號及升壓PWM信號以偵測一最大工作週期狀況並且產生該最大工作週期偵測信號；以及模式選擇電路，用於響應於該最大工作週期偵測信號以產生用以指出在該升壓的動作模式及降壓的動作模式中之一動作的模式信號。
  7. 如申請專利範圍第2項之非反相之升降壓轉換器，其中該升降壓電壓調節電路更包含：一高側的降壓開關電晶體；一低側的降壓開關電晶體；一高側的升壓開關電晶體；一低側的升壓開關電晶體；其中在該降壓的動作模式中，響應於該高側的升壓開關電晶體控制信號以及該低側的升壓開關電晶體控制信號，該高側的升壓開關電晶體係被導通並且該低側的升壓開關電晶體係被關斷，並且該高側的降壓開關電晶體以及該低側的降壓開關電晶體係響應於該高側的降壓開關電晶體控制信號以及該低側的降壓開關電晶體控制信號以選擇性地開關；且其中在該升壓的動作模式中，響應於該高側的降壓開關電晶體控制信號以及該低側的降壓開關電晶體控制信號，該高側的降壓開關電晶體係被導通並且該低側的降壓開關電晶體係被關斷，並且該高側的升壓開關電晶體以及該低側的升壓開關電晶體係響應於該高側的升壓開關電晶體控制信號以及該低側的升壓開關電晶體控制信號以選擇性地開關。
  8. 如申請專利範圍第2項之非反相之升降壓轉換器，其中該PWM控制邏輯更包括：一PWM比較器，用於比較該誤差電壓與該補償電壓並且響應於該比較以產生一第一PWM信號； 第二PWM控制邏輯，用於響應於該第一PWM信號以及該最大工作週期偵測信號以產生一第二PWM信號以及一第三PWM信號；一第一閂鎖，用於響應於該第二PWM信號以及一時脈信號以產生該降壓PWM控制信號；以及一第二閂鎖，用於響應於該第三PWM信號以及該時脈信號以產生該升壓PWM控制信號。
  9. 一種非反相之升降壓轉換器，其係包括：一升降壓電壓調節電路，用於響應於一輸入電壓以產生一經調節輸出電壓；一電流感測器，用於監視該升降壓電壓調節電路的一輸入電流；PWM控制邏輯，用於響應於一最大工作週期偵測信號、一誤差電壓及一補償電壓以產生一降壓PWM控制信號以及一升壓PWM控制信號；降壓模式控制及驅動電路，用於響應於該降壓PWM控制信號以及一模式信號以產生一高側的降壓開關電晶體控制信號以及一低側的降壓開關電晶體控制信號；升壓模式控制及驅動電路，用於響應於該升壓PWM控制信號以及該模式信號以產生一高側的升壓開關電晶體控制信號以及一低側的升壓開關電晶體控制信號的；模式控制邏輯，用於響應於該降壓PWM控制信號以及該升壓PWM控制信號以產生該最大工作週期偵測信號以及該模式信號； 電流控制的補償電路，用於產生該補償電壓，其中響應於在一第一狀態的該模式信號，該補償信號係包括該監視的輸入電流、一降壓模式偏移信號以及一降壓模式斜率補償信號，並且響應於在一第二狀態的該模式信號，該補償信號係包括該監視的輸入電流、一升壓模式偏移信號以及一升壓模式斜率補償信號。
  10. 如申請專利範圍第9項之非反相之升降壓轉換器，其更包含一誤差放大器，以用於響應於該經調節輸出電壓以及一參考電壓以產生該誤差電壓。
  11. 如申請專利範圍第9項之非反相之升降壓轉換器，其中該電流控制的補償電路更包括：一第一加法器，用於相加該監視的輸入電流、降壓模式偏移信號及降壓模式斜率補償信號以產生一降壓電壓補償信號；一第二加法器，用於相加該監視的輸入電流、升壓模式偏移信號及升壓模式斜率補償信號以產生一升壓電壓補償信號；一多工器，用於響應於該模式信號以在該降壓電壓補償信號以及該升壓電壓補償信號之間選擇作為該電壓補償信號。
  12. 如申請專利範圍第9項之非反相之升降壓轉換器，其中該模式控制邏輯更包括：最大工作週期偵測電路，用於響應於該降壓PWM信號及該升壓PWM信號以偵測一最大工作週期狀況並且產生該 最大工作週期偵測信號；以及模式選擇電路，用於響應於該最大工作週期偵測信號以產生用來指出在該升壓的動作模式及該降壓的動作模式中之一動作的模式信號。
  13. 如申請專利範圍第9項之非反相之升降壓轉換器，其中該升降壓電壓調節電路更包含：一高側的降壓開關電晶體；一低側的降壓開關電晶體；一高側的升壓開關電晶體；一低側的升壓開關電晶體；其中在該降壓的動作模式中，響應於該高側的升壓開關電晶體控制信號以及該低側的升壓開關電晶體控制信號，該高側的升壓開關電晶體係被導通且該低側的升壓開關電晶體係被關斷，並且該高側的降壓開關電晶體以及該低側的降壓開關電晶體係響應於該高側的降壓開關電晶體控制信號以及該低側的降壓開關電晶體控制信號以選擇性地開關；且其中在該升壓的動作模式中，響應於該高側的降壓開關電晶體控制信號以及該低側的降壓開關電晶體控制信號，該高側的降壓開關電晶體係被導通且該低側的降壓開關電晶體係被關斷，並且該高側的升壓開關電晶體以及該低側的升壓開關電晶體係響應於該高側的升壓開關電晶體控制信號以及該低側的升壓開關電晶體控制信號以選擇性地開關。
  14. 如申請專利範圍第9項之非反相之升降壓轉換器，其中該PWM控制邏輯更包括：一PWM比較器，用於比較該誤差電壓與該補償電壓並且響應於該比較以產生一第一PWM信號；第二PWM控制邏輯，用於響應於該第一PWM信號及該最大工作週期偵測信號以產生一第二PWM信號及一第三PWM信號的；一第一閂鎖，用於響應於該第二PWM信號及一時脈信號以產生該降壓PWM控制信號；以及一第二閂鎖，用於響應於該第三PWM信號及該時脈信號以產生該升壓PWM控制信號。
  15. 一種用於控制一非反相之升降壓轉換器之方法，其係包括以下步驟：響應於一輸入電壓以產生一經調節輸出電壓；監視該非反相之升降壓電壓調節電路的一輸入電流；響應於監視的輸入電流以在一降壓的動作模式中利用峰值電流模式控制該非反相之升降壓電壓調節電路，其中控制該非反相之升降壓電壓調節電路在一降壓的動作模式中的步驟更包含以下步驟：響應於一最大工作週期偵測信號、一誤差電壓及一補償電壓以產生一降壓PWM控制信號；響應於該降壓PWM控制信號及一模式信號以產生一高側的降壓開關電晶體控制信號及一低側的降壓開關電晶體控制信號；以及 響應於該監視的輸入電流以在一升壓的動作模式中利用一谷值電流模式控制該非反相之升降壓電壓調節電路。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中控制該非反相之升降壓電壓調節電路在一升壓的動作模式中的步驟更包含以下步驟：響應於該最大工作週期偵測信號、該誤差電壓及該補償電壓以產生一升壓PWM控制信號；響應於該升壓PWM控制信號及該模式信號以產生一高側的升壓開關電晶體控制信號及一低側的升壓開關電晶體控制信號；以及響應於該降壓PWM控制信號及該升壓PWM控制信號以產生該最大工作週期偵測信號及該模式信號。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，其更包含響應於該經調節輸出電壓及一參考電壓以產生該誤差電壓的步驟。
  18. 如申請專利範圍第16項之方法，其更包含產生該補償電壓的步驟，其中響應於在一第一狀態的模式信號，該補償信號係包括該監視的輸入電流、一降壓模式偏移信號以及一降壓模式斜率補償信號，並且響應於在一第二狀態的模式信號，該補償信號係包括該監視的輸入電流、一升壓模式偏移信號以及一升壓模式斜率補償信號。
  19. 如申請專利範圍第18項之方法，其中產生該補償電壓的步驟更包括以下步驟：相加該監視的輸入電流、降壓模式偏移信號以及降壓模式斜率補償信號以產生一降壓電壓補償信號； 相加該監視的輸入電流、升壓模式偏移信號以及升壓模式斜率補償信號以產生一升壓電壓補償信號；響應於該第一狀態或該第二狀態的該模式信號以在該降壓電壓補償信號以及該升壓電壓補償信號之間選擇作為該電壓補償信號。
  20. 如申請專利範圍第16項之方法，其中產生該最大工作週期偵測信號及該模式信號更包括以下步驟：響應於該降壓PWM信號及該升壓PWM信號以偵測一最大工作週期狀況；響應於偵測到的最大工作週期狀況以產生該最大工作週期偵測信號；以及響應於該最大工作週期偵測信號以產生用以指出在該升壓的動作模式及該降壓的動作模式中之一動作的模式信號。
  21. 如申請專利範圍第16項之方法，其中產生該降壓PWM控制信號及該升壓PWM控制信號的步驟更包括以下步驟：比較該誤差電壓與該補償電壓並且響應於該比較以產生一第一PWM信號；響應於該第一PWM信號及該最大工作週期偵測信號以產生一第二PWM信號及一第三PWM信號；響應於該第二PWM信號及一時脈信號以產生該降壓PWM控制信號；以及一閂鎖響應於該第三PWM信號及該時脈信號以產生該 升壓PWM控制信號。
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