TWI665858B - 切換式調節器電流模式回饋電路及方法 - Google Patents

切換式調節器電流模式回饋電路及方法 Download PDF

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Abstract

本發明包含用於控制一切換式調節器之操作的電路及方法。在一項實施例中，本發明包含一種包括具有一電流控制迴路之一切換式調節器之電路，該電流控制迴路包括一電容器，該電容器經組態以在一第一階段期間儲存一第一電壓且經組態以在一第二階段中藉由該第一電壓升壓由通過一低側切換式裝置之一輸出電流產生的一電壓。電路比較升壓電壓與由通過對應於該低側切換式裝置之一複本裝置之一控制電流產生的一控制電壓。

Description

切換式調節器電流模式回饋電路及方法 相關申請案的交叉參考
本申請案主張於2013年11月25日申請之美國臨時專利申請案第61/908,636號之優先權，該案之全部內容特此以引用的方式併入本文中。本申請案主張於2014年6月26日申請之美國專利申請案第14/315,672號之優先權，該案之全部內容特此以引用的方式併入本文中。
本發明係關於電子系統及方法，且特定言之係關於用於一切換式調節器中之電流模式回饋的電路及方法。
切換式調節器通常用以將變化的電流提供至負載而維持恆定的電壓。通常期望控制一切換式調節器之輸出電流以維持輸出電壓。精確地控制電流可極其困難，此係因為調節器中之電壓因切換而呈現一系列值。
本發明包含用於一切換式調節器中之電流模式回饋的電路及方法。在一項實施例中，在一切換式調節器中之一切換式裝置接通且傳導電流時之一階段期間感測該裝置上之電壓。該電壓可在該電路之一操作範圍外，諸如低於一低參考電壓(例如，接地)或高於一高參考電壓(例如，Vin)。該電壓在該範圍內位準移位(例如，升壓)且與由一控 制電流產生的另一電壓相比較。該控制電流係基於一參考電壓與一回饋電壓之間的一差。
以下詳細說明及隨附圖式提供對發明之性質及優點之一更佳理解。
100‧‧‧切換式調節器
101‧‧‧高側開關/高側場效應電晶體(FET)/高側切換式電晶體
102‧‧‧低側開關/低側場效應電晶體/開關/場效應電晶體/高側場效應電晶體/電晶體/切換式場效應電晶體/低側電晶體
103‧‧‧電感器
110‧‧‧轉導放大器/轉導gm級/gm電路
111‧‧‧緩衝器電路
120‧‧‧迴路比較器/比較器
121‧‧‧設定-重設正反器
122‧‧‧時脈電路
123‧‧‧驅動器電路
130‧‧‧輸出電容器
131‧‧‧負載
140‧‧‧位準移位電容器/電容器
141‧‧‧開關
142‧‧‧開關
143‧‧‧開關
144‧‧‧複本場效應電晶體/複本裝置/複本電晶體/場效應電晶體
145‧‧‧充電泵
160‧‧‧電流補償電路
190‧‧‧控制電路
310‧‧‧轉導級gm/轉導級/級/GM級
344‧‧‧複本裝置/複本阻抗場效應電晶體
346‧‧‧複本裝置/複本阻抗場效應電晶體360斜坡產生器
361‧‧‧複本場效應電晶體
410‧‧‧類比轉數位轉換器
540‧‧‧電容器
541‧‧‧開關
542‧‧‧開關
C1‧‧‧位準移位(或升壓)電容器/電容器
gm‧‧‧轉導放大器
ICANCEL‧‧‧三個電流之總和
ID‧‧‧控制電流/電流
IDESIRE‧‧‧電流
IMAX‧‧‧電流
IMIN‧‧‧電流
IL‧‧‧電流/電感器電流/輸出電流/經感測電流
L‧‧‧電感器
Q‧‧‧輸出端
Q*‧‧‧Q之反相
S‧‧‧設定輸入端
S1‧‧‧開關
S2‧‧‧開關
S3‧‧‧開關
SW‧‧‧節點
Vc‧‧‧控制電壓
Vcm‧‧‧共模電壓
Vfb‧‧‧回饋電壓
Vin‧‧‧高參考電壓/最高電路參考電壓/正供應軌道
Vo‧‧‧輸出電壓/回饋電壓
Vref‧‧‧參考電壓
圖1繪示根據一項實施例之一切換式調節器中之電流控制。
圖2展示繪示根據一項實施例之一控制電流與一負載電流之電壓移位比較之一簡化圖。
圖3繪示根據一項實施例之一切換式調節器中之電流控制之另一實例。
圖4繪示根據一項實施例之一切換式調節器之另一實例。
圖5繪示根據一項實施例之一切換式調節器中之電流控制之另一實例。
本發明係關於切換式調節器中之電流感測及控制。在以下說明中，出於解釋目的，陳述數種實例及特定細節以提供對本發明之一透徹理解。然而，熟習此項技術者將顯而易見，如申請專利範圍中所表達之本發明可包含僅此等實例中的特徵中之一些或全部特徵或與下文闡述之其他特徵組合，且進一步可包含本文中闡述之該等特徵及概念之修改及等效物。
本發明之實施例包含用於操作一切換式調節器的電路及方法。圖1繪示根據一項實施例之一切換式調節器100中之電流控制。圖1中之電路係具有用於控制輸出電流之電流模式回饋之一切換式調節器之一簡化圖。例如，一切換式調節器可以一近似恆定的輸出電壓Vo產生至一負載中之一輸出電流。藉由選擇性地導通及斷開一高側開關101及一低側開關102以產生電感器103中之一電流IL而產生該輸出電流。 開關101及102可實施為電晶體，舉例而言，諸如場效應電晶體(FET)。將電感器電流IL提供至一輸出電容器130及負載131以產生一輸出電壓Vo。輸出電壓Vo使用由一控制電路190實施之回饋而維持近似恆定。例如，可感測輸出電壓Vo且將其回饋至在控制電路190中用於比較之一轉導放大器110(gm)。轉導放大器110接收一回饋電壓Vfb(例如，Vo)及一參考電壓Vref。例如，若Vo減低(歸因於負載電流要求之一增加)，則電感器電流應增加，且若Vo增加(歸因於負載電流要求之一減低)，則電感器電流應減低。本發明之實施例提供一種用於判定是否應改變一切換式調節器之輸出電流、感測輸出電流及控制切換式調節器中之開關使得輸出電流滿足代表一所要輸出電流之一控制電流之機制。
更明確言之，若切換式調節器100之負載131電流增加，則輸出電壓Vo可開始降低。轉導放大器110基於參考電壓Vref與回饋電壓Vfb之間的一差而產生控制電流Id。在一項實施例中，Vfb耦合至Vo(例如，透過一電阻分壓器)。轉導放大器110可包含例如一積分器。因此，Vo相對於Vref之一降低引起轉導放大器110之控制電流Id之一增加。Gm級之控制電流Id亦稱為「所要」電流。在此實例中，Id對應於驅動負載所要之輸出電流。Id稱為一控制電流，此係因為Id與一經量測輸出電流相比較且用以控制輸出電流(如下文所闡述)。例如，若輸出電流IL過低，則可導通高側FET 101(例如，各循環達一較長時段)以增加IL。或者，若輸出電流IL過高，則可導通低側FET 102(例如，各循環達一較長時段)以減低IL。
在此實例中，若Vo降低，則電流Id增加。Id可與電感器電流IL相比較且可用以引起電感器電流增加以維持所要輸出電壓。本發明之特徵及優點包含感測通過低側FET 102之輸出電流IL。例如，當低側FET 102導通且高側FET 101斷開時，電感器電流IL自接地流動通過 FET 102。因此，可藉由偵測在FET導通時由FET之一接通電阻(Rdson)引起的跨FET 102之一電壓降來感測對應於電感器電流之一電壓。由電感器電流引起的跨低側FET 102之電壓降由以下式給出：V=-IL*Rdson。然而，電感器電流IL可為正或可為負。當電感器電流為正(例如，電流自接地流動通過FET 102、通過電感器L 103且至負載中)時，節點SW上之電壓歸因於跨FET 102之電壓降而變為負(低於接地)。感測導致低於接地之電壓之電感器電流對於電路之其他部分可能成為問題。相應地，對於正電流及負電流兩者皆極其難以量測通過低側切換式裝置之電感器電流IL。
本發明之特徵及優點包含一切換式輸出級周圍之一調節迴路，其包含一電流模式電路，即使在電流引起電壓超過切換式調節器之操作範圍時-例如，當電壓下降低於最低電路參考電壓(例如，接地)或增加高於最高電路參考電壓(例如，Vin)時，該電流模式電路仍可感測正電壓及負電壓。在一項實施例中，一位準移位電容器140用以移位(或升壓)跨一低側FET之一負電壓使其高於接地以進行處理。圖1繪示使用一位準移位(或升壓)電容器C1之一項例示性實施例。在操作之一第一階段中，當高側FET 101導通且低側FET 102關斷時，開關S1 141及開關S2 142閉合且開關S3 143敞開。在此狀態中，跨電容器C1 140儲存接地與Vin之間的一共模電壓Vcm。在操作之一第二階段中，當低側FET 102導通且高側FET 101關斷時，開關S3閉合且開關S1及S2敞開。相應地，在此實例中，藉由共模電壓位準移位(或電壓升壓)由一正電感器電流產生的跨低側FET 102之一負電壓(例如，-IL*Rdson)。換言之，當開關S3閉合時，藉由負電壓-IL*Rdson向下移位耦合至一迴路比較器120之一輸入端的C1之一端子上之共模電壓，但對於此實例，只要IL*Rdson絕對電壓小於共模電壓Vcm，則比較器之輸入端處之電壓保持為正。例如，只要以下條件保持，則比較器 120之輸入端處之電壓保持為正：abs|IL|*Rdson<Vcm。更明確言之，升壓電壓(例如，跨低側FET之電壓降與Vcm之一總和)對於一最大負電感器電流可小於一正供應電壓且對於一最大正電感器電流大於接地。此外，升壓電壓可在比較器120之一操作範圍內。如下文進一步闡述，跨低側FET之位準移位(升壓)電壓可與由相同共模電壓偏移之通過一複本負載之一控制電流相比較以控制電感器電流。此容許保持電路軌道中間的比較器之兩個輸入端上之電壓，而不管流過電晶體102之輸出電流之值。
圖2繪示一簡化電路，該簡化電路繪示根據一項實施例之位準移位。在此簡化實例中，來自一轉導gm級110之一控制電流耦合至對應於低側FET 102之一複本FET 144。複本裝置144可為例如與切換式FET 102類型(例如，N型或P型)相同的一FET，其具有與切換式FET 102相同的定位且有時以與切換式FET 102共同質心佈置但具有一遠更小大小。因為複本FET遠小於切換式FET，所以複本FET之Rdson遠高於切換式FET之Rdson，且藉由僅提供通過gm級之電感器電流之一小分率可產生與切換式FET相同的跨複本FET之電壓降。歸因於位準移位電容器C1之動作，比較器120之第一輸入端處之電壓係-IL*Rdson+Vcm。相應地，一電容器提供一種用於藉由一電壓升壓對應於通過低側切換式電晶體之一電流之一經感測電壓以產生比較器120之輸入端處之一升壓電壓Vboost之機制。類似地，比較器120之另一輸入端處之電壓係-Id*N*Rdson+Vcm，其中N係對應於低側FET 102與複本FET 144之裝置大小之間的一差之一比例因數。如圖2中所示，轉導級及複本電晶體144提供一種用於基於通過一複本電晶體144之一控制電流ID產生比較器120之輸入端處之一控制電壓Vc之機制，其中控制電流對應於一回饋電壓Vfb與一參考電壓Vref之間的一差。比較器120提供一種用於例如比較控制電壓與升壓電壓之機制。在一些例 示性實施方案中，FET 144可顯著小於FET 102，使得複本FET 144之接通電阻之大小係例如低側FET 102之Rdson之100k倍(N=100k)。因此，控制電流相應地可小於通過電感器之電流IL(如下文所示)。如圖2中所繪示，當導通時，低側FET 102具有Vin之一閘極電壓及接地之一源極電壓。因此，複本FET 144之源極可耦合至共模電壓Vcm且閘極可接收一電壓Vin+Vcm。因此，複本FET 144由用以升壓跨FET 102之電壓相同的電壓偏移。迴路之回饋動作驅動輸出電流IL使得滿足以下式：(Id*NRdson+Vcm)=IL*Rdson+Vcm；其中Id=gm(Vref-Vout)，歸納為：Id * N=IL。
因此，Id可用以控制輸出電流IL。
在一項實施例中，Idesired之一複本(例如，經由一電流鏡之一複製)可耦合至到接地之一電阻器，以例如偵測切換式調節器之輸出電流。此一情境對於電感器電流監測可為有利的。在一項實施例中，Idesired之一複本可耦合至一封裝接腳，使得一使用者可例如將一電阻器連接至接地且從外部感測輸出電流。下文闡述使用一ADC感測輸出電流之另一技術。
再參考圖1中之例示性電路，gm電路110之一輸出端耦合至一比較器120之一輸入端及一複本電晶體144之一端子。一充電泵(CP)145產生Vin+Vcm之一閘極電壓。一緩衝器電路111接收一共模電壓Vcm且維持NMOS複本電晶體144之源極端子處之Vcm，且當開關S1及S2閉合時，跨電容器C1設定Vcm。當S1及S2敞開、S3閉合時，FET 102導通，將電壓降-IL*Rdson位準移位至比較器120之另一輸入端。在此實例中，控制電流Id亦例如針對迴路穩定性而自電流補償電路160接收一斜坡信號。因此，Id調整斜坡偏移且設定各循環中其中比較器 120觸發之點。比較器之一輸出端耦合至一設定重設(SR)正反器(FF)121之一設定輸入端(S)。一時脈電路122在各時脈循環上重設該正反器。SRFF之Q輸出端透過一驅動器電路123耦合至高側FET 101之閘極且Q之反相(Q*)亦透過驅動器電路123耦合至低側FET 102之閘極。
相應地，比較Id與低側FET中之經感測電流IL。比較器基於IL與Id之一比較而導通/斷開HS及LS，使得IL根據控制電流Id增加或減低，控制電流Id繼而對應於Vo。特定言之，比較器比較Id與IL且在IL過低之條件下導通HS或在IL過高之條件下保持接通LS。CLK在各循環可斷開HS。因此，若IL過低，則Id(按比例調整)可小於IL，且比較在循環中按時增加HS且在循環期間按時減低LS以增加IL。類似地，若IL過高，則Id(按比例調整)可小於IL，且比較在循環中按時減低HS且在循環期間按時增加LS以降低IL。如上文提及，將來自電流補償電路160之一斜坡(或其他三角)波形添加於Id上以穩定迴路。斜坡波形在HS及LS閘極控制信號上產生一脈寬調變(PWM)信號。因此，由至複本裝置144中之Id產生的電壓可移位斜坡位準，使得PWM信號之工作循環改變以例如基於控制電流及經感測輸出電流調整電感器電流。
圖3繪示根據一項實施例之一切換式調節器中之電流控制之另一實例。在此實例中，一斜坡產生器360產生跨具有一接通電阻Rdson*N之另一複本FET 361之端子(例如，源極及汲極)之電流信號+Iramp-comp及-Iramp_comp。複本FET 361之閘極亦可由充電泵以Vin+Vcm加偏壓。比較器之參考輸入端處之電壓則為：Iramp_comp*Rdson*N+Id*Rdson*N+Vcm，其中斜坡產生一PWM信號以例如控制高側FET開關及低側FET開關。
此外，在圖3中所示之實例中，轉導級gm 310產生分別對應於一最大可容許輸出電流及一最小可容許輸出電流之參考電流Imax及 Imin。Imax及Imin耦合至額外複本裝置344及346以產生由gm級使用以設定最大及最小電流限制以將Idesired箝位在該等限制之間之電壓。例如，將Imax提供至一複本阻抗FET 344使得所得限制電壓VLIM_MAX對應於通過低側FET之一最大輸出電感器電流(對於負載為正)。類似地，將Imin提供至另一複本阻抗FET 346使得所得限制電壓VLIM_MIN對應於通過低側FET之一最小輸出電感器電流(或至接地中之最大負電流)。控制電流Id可高於Imin且低於Imax而變化，使得輸出亦在對應最大值與最小值之間變化。根據一項例示性實施例，級310內部之某一特殊電路可感測Idesire節點、VLIM_MAX節點及VLIM_MIN節點以如下限制Idesired電流：IDesire=MAX(IMIN,MIN(IMAX,GM X(VREF-VOUT)))。
轉導級310輸出最終皆流入VBUFF之輸出節點中之3個電流IMIN、Idesire及IMAX。為使VBUFF之設計更簡單且降低其帶寬要求，由GM級310產生彼三個電流之總和(稱為ICANCEL)且自VBUFF之輸出節點汲入該三個電流之總和，使得至VBUFF之輸出端處之共模節點中之淨電流近似為零。以此方式，在彼三個電流中之任一者改變時，VBUFF輸出電流不改變。一類似電流消除用於如圖3中所示之斜坡補償區塊。
圖4繪示根據一項實施例之一切換式調節器之另一實例。在此實例中，一類比轉數位轉換器410耦合至複本裝置。在此實例中，將基於至複本裝置中之Id產生的一電壓發送至一ADC。接著，可使ADC之輸出可由使用者例如透過一串列介面用來有利地報告輸出電流。
應注意，熟習此項技術者可容易倒轉(flip)此實施方案以使用確切感測概念感測高側開關而非低側開關之電流。圖5繪示在包含低側電晶體102及電感器103之一輸出級中使用高側切換式電晶體101之電流控制。在此實例中，在一第一階段期間，當高側電晶體101關斷且 低側電晶體102接通時，開關S1 541及開關S2 542閉合且開關S3敞開，且跨電容器540儲存一電壓Vin-Vcm。在一第二階段期間，當高側電晶體101閉合且低側電晶體102敞開時，S1及S2敞開且S3閉合。對於一負電感器電流，切換節點電壓變為高於正供應軌道Vin達一量IL*Rdson。因此，比較器之輸入端處之電壓為：Vin-IL*Rdson-(Vin-Vcm)=Vcm-IL*Rdson
如上述，迴路之動作迫使比較器輸入相等。在此情況中，比較器輸入端處之電壓如下：Vcm-IL*Rdson=Vcm-ID*N*Rdson，或IL=N * ID。
進一步例示性實施例
在一項實施例中，本發明包含一種切換式調節器電路，其包括：一低側切換式電晶體；及一控制電路，該控制電路包括：一電容器；及一複本電晶體，其對應於該低側切換式電晶體。在一第一階段期間，該低側切換式電晶體關斷且該控制電路經組態以在該電容器上儲存一第一電壓。在一第二階段期間，該低側切換式電晶體接通且該控制電路經組態以藉由該第一電壓升壓由通過該低側切換式電晶體之一輸出電流產生的一電壓，且比較一升壓電壓與由通過該複本電晶體之一控制電流產生的一控制電壓。
在一項實施例中，該控制電路進一步包括：一第一開關，其耦合於該電容器之一第一端子與該第一電壓之間；一第二開關，其耦合於該電容器之一第二端子與一參考電壓之間；及一第三開關，其耦合於該電容器之該第二端子與該低側切換式電晶體之一端子之間。在該第一階段期間，該第一開關及該第二開關閉合且該第三開關敞開，且在該第二階段期間，該第三開關閉合且該第一開關及該第二開關敞開。
在一項實施例中，該參考電壓係一供應電壓。
在一項實施例中，該複本電晶體包括耦合至一充電泵之一控制端子、經耦合以接收該第一電壓之一第一端子及耦合至一比較器之一第一輸入端之一第二端子，且其中在該第二階段期間，該低側切換式電晶體包括耦合至一第二電壓之一控制端子、耦合至接地之一第一端子及透過該電容器耦合至該比較器之一第二輸入端之一第二端子，其中該充電泵產生等於該第二電壓與該第一電壓之一總和之該複本電晶體之該控制端子處之一充電泵電壓。
在一項實施例中，該控制電路進一步包括一比較器，該比較器具有耦合至該電容器之一第一端子之一第一輸入端及耦合至該複本電晶體之一端子之一第二輸入端。
在一項實施例中，該控制電路進一步包括用以產生該控制電流之一轉導電路。
在一項實施例中，該轉導電路包括耦合至一參考電壓之一第一輸入端及經耦合以接收一回饋電壓之一第二輸入端，其中該控制電流係基於該參考電壓與該回饋電壓之間的一差。
在一項實施例中，該回饋電壓係該切換式調節器之一輸出電壓。
在一項實施例中，該控制電路進一步包括一第二複本電晶體及一第三複本電晶體。該轉導電路產生對應於通過該第二複本電晶體之一最大輸出電流之一第一電流以產生一第一限制電壓，該轉導電路產生對應於通過該第三複本電晶體之一最小輸出電流之一第二電流以產生一第二限制電壓，且該第一限制電壓及該第二限制電壓將該輸出電流限制在一特定範圍內。
在一項實施例中，該升壓電壓對於一最大負電感器電流小於一正供應電壓，且對於一最大正電感器電流大於接地。
在一項實施例中，該切換式調節器進一步包括一電感器，該電感器具有耦合該低側切換式電晶體之一端子之一第一端子，及耦合至該切換式調節器電路之一輸出節點之一第二端子。
在一項實施例中，該切換式調節器進一步包括一高側切換式電晶體，該高側切換式電晶體具有耦合至一供應電壓之一第一端子及耦合至該電感器之該第一端子之一第二端子。
在一項實施例中，該切換式調節器進一步包括一類比轉數位轉換器，該類比轉數位轉換器具有耦合至該複本電晶體以判定該控制電流之一輸入端。
在另一實施例中，本發明包含一種方法，其包括：感測在一切換式調節器之一低側切換式電晶體接通時由通過該低側切換式電晶體之一輸出電流產生的該低側切換式電晶體上之一電壓，該電壓小於該切換式調節器之一低參考電壓；藉由儲存於一電容器上之一第一電壓升壓該經感測電壓以產生大於一比較器之一第一輸入端處之該低參考電壓之一升壓電壓；及產生該比較器之一第二輸入端處之一控制電壓，藉由將一控制電流耦合至對應於該低側切換式電晶體之一複本電晶體之一第一端子中而產生該控制電壓。
在一項實施例中，該方法進一步包括：在一第一階段期間，當該低側切換式電晶體關斷時，透過一第一開關將該第一電壓耦合至該電容器之一第一端子，且透過一第二開關將該低參考電壓耦合至該電容器之一第二端子；及在一第二階段期間，當該低側切換式電晶體接通時，敞開該第一開關及該第二開關且透過一第三開關將該低側切換式電晶體上之該電壓耦合至該電容器之該第二端子。
在一項實施例中，該方法進一步包括：將等於一第二電壓與該第一電壓之一總和之一充電泵電壓耦合至該複本電晶體之一控制端子且將該第一電壓耦合至該複本電晶體之一第二端子，其中該複本電晶 體之該第一端子耦合至一比較器之該第二輸入端；及在該第二階段期間將該第二電壓耦合至該低側切換式電晶體之一控制端子，將該低側切換式電晶體之一第一端子耦合至接地，及透過該電容器將該低側切換式電晶體之一第二端子耦合至該比較器之該第一輸入端。
在一項實施例中，該方法進一步包括將一切換式調節器級之一參考電壓與輸出電壓之間的一差轉換為該控制電流。
在一項實施例中，該方法進一步包括使用一類比轉數位轉換器判定該控制電流。
在另一實施例中，本發明包含一種切換式調節器電路，其包括：一低側切換式電晶體；一電感器；構件，其用於藉由一第一電壓升壓對應於通過該低側切換式電晶體之一電流之一經感測電壓以產生一升壓電壓；構件，其用於基於通過一複本電晶體之一控制電流產生一控制電壓，該控制電流對應於一回饋電壓與一參考電壓之間的一差；及構件，其用於比較該控制電壓與該升壓電壓以改變該電感器中之一電流以降低該回饋電壓與該參考電壓之間的該差。
在一項實施例中，該升壓電壓對於一最大負電感器電流小於一正電源供應電壓，且對於一最大正電感器電流大於接地。
在一項實施例中，本發明包含一種切換式調節器，其具有包括一電容器之一控制迴路，該電容器經組態以在一第一階段期間儲存一第一電壓，且經組態以在一第二階段中藉由該第一電壓升壓由通過一低側FET之一輸出電流產生的一電壓，且比較該升壓電壓與由通過對應於該低側FET之一複本FET之一控制電流產生的一控制電壓。
在一項實施例中，該複本FET具有耦合至一充電泵以接收等於由該第一電壓升壓之一參考電壓之一電壓之一閘極。
在一項實施例中，在輸出電流感測期間，該低側FET之一閘極耦合至一輸入電壓且該低側FET之一第二端子耦合至接地，且該複本 FET之一閘極耦合至由一共模電壓升壓之該輸入電壓，且該複本FET之該第二端子耦合至該共模電壓(例如，該複本FET之該閘極及該源極因一比較器之一輸入端處之Id*Rreplica FET升壓而升壓以匹配來自該比較器之另一輸入端處之該低側FET之IL*Rdson之升壓)。
在一項實施例中，本發明包含一種方法，其包括：感測在一切換式調節器之一低側FET接通且一高側FET關斷時由通過該低側FET之一電流產生的該低側FET上之一電壓，該電壓小於該切換式調節器之一低參考電壓；藉由該經感測電壓升壓儲存於一電容器上之一恆定電壓以產生一比較器之一輸入端處之一升壓電壓；產生該比較器之另一輸入端處之一第二電壓，藉由將一控制電流耦合至對應於該低側FET之一複本FET之一第一端子中而產生該第二電壓，其中該低側FET之一閘極耦合至一第一參考電壓，該低側FET之一端子耦合至該低參考電壓，該複本FET之一閘極耦合至等於該第一參考電壓與儲存於該電容器上之該恆定電壓之總和之一電壓，且該複本FET之一第二端子等於該恆定電壓。
上述說明繪示本發明之各種實施例以及可如何實施該等特定實施例之態樣之實例。上述實例不應僅被視為實施例，且經呈現以繪示由以下申請專利範圍定義之特定實施例之靈活性及優點。基於上述揭示及以下申請專利範圍，在不脫離由申請專利範圍界定之本發明之範疇之情況下，可採用其他配置、實施例、實施方案及等效物。

Claims (16)

  1. 一種切換式調節器電路，其包括：一低側切換式電晶體；及一控制電路，其包括：一電容器；一第一開關，其耦合於該電容器之一第一端子與一第一電壓之間；一第二開關，其耦合於該電容器之一第二端子與一參考電壓之間；一第三開關，其耦合於該電容器之該第二端子與該低側切換式電晶體之一端子之間；及一複本(replica)電晶體，其對應於該低側切換式電晶體，其中在一第一階段期間，該低側切換式電晶體關斷，該第一及該第二開關閉合且該第三開關敞開，且該控制電路經組態以將該第一電壓儲存於該電容器上，且其中在一第二階段期間，該低側切換式電晶體接通，該第三開關閉合且該第一及該第二開關敞開，且該控制電路經組態以藉由該第一電壓升壓由通過該低側切換式電晶體之一輸出電流產生的一電壓且比較一升壓電壓與由通過該複本電晶體之一控制電流產生的一控制電壓。
  2. 如請求項1之切換式調節器電路，其中該參考電壓係一供應電壓。
  3. 如請求項1之切換式調節器電路，其中該複本電晶體包括耦合至一充電泵(charge pump)之一控制端子、經耦合以接收該第一電壓之一第一端子及耦合至一比較器之一第一輸入端之一第二端子，且其中在該第二階段期間，該低側切換式電晶體包括耦合至一第二電壓之一控制端子、耦合至接地之一第一端子及透過該電容器耦合至該比較器之一第二輸入端之一第二端子，其中該充電泵產生等於該第二電壓與該第一電壓之一總和之該複本電晶體之該控制端子處之一充電泵電壓。
  4. 如請求項1之切換式調節器電路，其中該控制電路進一步包括一比較器，該比較器具有耦合至該電容器之一第一端子之一第一輸入端及耦合至該複本電晶體之一端子之一第二輸入端。
  5. 如請求項1之切換式調節器電路，其中該控制電路進一步包括用以產生該控制電流之一轉導電路。
  6. 如請求項5之切換式調節器電路，其中該轉導電路包括耦合至一參考電壓之一第一輸入端及經耦合以接收一回饋電壓之一第二輸入端，其中該控制電流係基於該參考電壓與該回饋電壓之間的一差。
  7. 如請求項6之切換式調節器電路，其中該回饋電壓係該切換式調節器之一輸出電壓。
  8. 如請求項5之切換式調節器電路，其中該控制電路進一步包括：一第二複本電晶體；及一第三複本電晶體，其中該轉導電路產生對應於通過該第二複本電晶體之一最大輸出電流之一第一電流以產生一第一限制電壓，其中該轉導電路產生對應於通過該第三複本電晶體之一最小輸出電流之一第二電流以產生一第二限制電壓，及其中該第一限制電壓及該第二限制電壓將該輸出電流限制在一特定範圍內。
  9. 如請求項1之切換式調節器電路，其中該升壓電壓對於一最大負電感器電流小於一正供應電壓且對於一最大正電感器電流大於接地。
  10. 如請求項1之切換式調節器電路，其進一步包括一電感器，該電感器具有耦合該低側切換式電晶體之一端子之一第一端子及耦合至該切換式調節器電路之一輸出節點之一第二端子。
  11. 如請求項10之切換式調節器電路，其進一步包括一高側切換式電晶體，該高側切換式電晶體具有耦合至一供應電壓之一第一端子及耦合至該電感器之該第一端子之一第二端子。
  12. 如請求項1之切換式調節器電路，其進一步包括一類比轉數位轉換器，該類比轉數位轉換器具有耦合至該複本電晶體以判定該控制電流之一輸入端。
  13. 一種用於操作一切換式調節器之方法，其包括：感測在一切換式調節器之一切換式電晶體接通時由通過該切換式電晶體之一輸出電流產生的該切換式電晶體上之一電壓，該電壓在該切換式調節器之一操作電壓範圍外；藉由儲存於一電容器上之一第一電壓位準移位該經感測電壓以產生一比較器之一第一輸入端處之在該電壓範圍內之一位準移位電壓；產生該比較器之一第二輸入端處之一控制電壓，藉由將一控制電流耦合至對應於該切換式電晶體之一複本電晶體之一第一端子中而產生該控制電壓；在一第一階段期間，當該低側切換式電晶體關斷時，透過一第一開關將該第一電壓耦合至該電容器之一第一端子，且透過一第二開關將一低參考電壓耦合至該電容器之一第二端子；及在一第二階段期間，當該低側切換式電晶體接通時，敞開該第一開關及該第二開關且透過一第三開關將該低側切換式電晶體上之該電壓耦合至該電容器之該第二端子。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包括：將等於一第二電壓與該第一電壓之一總和之一充電泵電壓耦合至該複本電晶體之一控制端子且將該第一電壓耦合至該複本電晶體之一第二端子，其中該複本電晶體之該第一端子耦合至一比較器之該第二輸入端；及在該第二階段期間將該第二電壓耦合至該低側切換式電晶體之一控制端子，將該低側切換式電晶體之一第一端子耦合至接地，且透過該電容器將該低側切換式電晶體之一第二端子耦合至該比較器之該第一輸入端。
  15. 如請求項13之方法，其進一步包括：將一參考電壓與一切換式調節器級之該輸出電壓之間的一差轉換為該控制電流。
  16. 如請求項13之方法，其進一步包括使用一類比轉數位轉換器判定該控制電流。
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