TWI707218B - 具有高速非線性補償的調節器及其控制方法 - Google Patents

具有高速非線性補償的調節器及其控制方法 Download PDF

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Ｍ 傑森 休士頓
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梅侯Ｄ 沙阿
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美商英特希爾美國公司
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Abstract

本發明揭示一種包括一比例增益電路、一積分增益電路、一限制電路、一增益提昇器電路及一組合器的設備。該等增益電路將一比例增益及一積分增益應用於一誤差信號，且該組合器組合兩個所獲得誤差信號以提供一控制信號。該限制電路應用將該比例增益限制於一量值的一限制函數。該增益提昇器電路在應用該限制函數之同時使增益增大。可諸如藉由提昇該誤差信號之增益而將該增大之增益僅應用於該積分增益，或應用於該積分增益及該比例增益兩者。該設備可為可包括提供多個誤差信號之多個控制環路的一調節器，其中一模式選擇器選擇該等誤差信號中之一者以控制調節。在模式轉變期間，該限制函數使穩定性增大，同時該經提昇增益改良瞬態回應。

Description

具有高速非線性補償的調節器及其控制方法 【相關申請案之交叉參考】
本申請案主張2015年6月1日申請之美國臨時專利申請案第62/169,189號、2015年9月11日申請之美國臨時專利申請案第62/217,237號及2015年9月17日申請之美國臨時專利申請案第62/219,764號的權益，該等美國臨時專利申請案全部出於所有意圖及目的而特此以全文引用之方式併入。
本發明一般關於調節器，特別是關於具有高速非線性補償的調節器。
在電池充電器系統中，可取決於操作條件來對於多個操作模式中之每一者包括多個控制環路。可提供第一模式以控制輸出電壓，可提供第二模式以控制電池充電電流，且可提供額外模式以控制輸入電流或輸入電壓中之一者。電池充電器系統可併入有轉換器，可根據降壓式轉換器、升壓式轉換器或降壓-升壓式轉換器來實施轉換器。每一操作模式適用於該等轉換器類型中之每一者。為控制環路中之每一者提供環路補償以在提供足夠之瞬態速度時維持穩定性。在給定時間僅一個控制環路模式在作用中，其中系統回應於操作條件之對應改變而在不同操作模式之間改變。
比例及積分補償器在控制系統中係常用的。可根據穩定性與負載瞬態速度之間的取捨來設定比例補償器及積分補償器兩者之增益。舉例而言，高增益可提供對輸出負載瞬態之極快速回應，但亦可能引起控制系統之不穩定性，而低增益可提供較大穩定性，但提供對負載瞬態之不充分回應。在電池充電器組態中，當在操作模式之間改變時，應用於比例補償器及積分補償器的誤差信號可能改變。若比例增益過高，則其在從一個控制環路切換至另一控制環路時可能引起「顫動(chatter)」。顫動問題通常意謂系統在多個操作模式之間彈動，從而導致系統不穩定性。可限制比例增益以避免顫動問題，但可能導致不充分之瞬態回應。
本發明的一個特色為一種設備，其包含：一比例增益電路，其將一比例增益應用於一誤差信號以提供一比例增益信號；一積分增益電路，其將一積分增益應用於該誤差信號以提供一積分增益信號；一限制電路，其提供一受限比例增益信號，該受限比例增益信號追隨該比例增益信號升至一量值，且當該比例增益信號之一量值大於該量值時，應用一限制函數以將該受限比例增益信號限制於該量值；一增益提昇器電路，其在應用該限制函數之同時，使至少該積分增益信號之增益增大；及一組合器，其組合該受限比例增益信號與該積分增益信號，以在控制該調節器之操作的一控制節點上提供一控制信號。
本發明的另一個特色為一種電子裝置，其包含：一系統負載；一輸入節點，其用於接收一轉接器電壓且用於產生一輸入電壓；一電池節點，其用於接收一電池電壓；一調節器，其耦接至該輸入節點及該電 池節點，且將一輸出電壓提供至該系統負載，該調節器包含：一轉換器，其基於一脈衝控制信號來將該輸入電壓轉換成該輸出電壓；一環路選擇器，其監測包括一輸入電壓誤差、一輸出電壓誤差、一輸入電流誤差及一電池電流誤差之複數個環路誤差信號，且選擇該複數個環路誤差信號中之一者以提供一所選誤差信號。
本發明的另一個特色為一種控制一電流模式調節器之方法，其包含：將一比例增益應用於一誤差信號以提供一比例增益信號；將一限制函數應用於該比例增益信號以提供一受限比例增益信號，該受限比例增益信號追隨該比例增益信號升至一量值，且接著當該比例增益信號大於該量值時限於該量值；將一積分增益應用於該誤差信號以提供一積分增益信號；在應用該限制函數之同時，使至少該積分增益信號之增益增大以提供一經放大積分增益信號；及組合該受限比例增益信號與該經放大積分增益信號，以提供控制該電流模式調節器之操作的一控制信號。
103:功率轉接器
105:連接
109:電子裝置
111:調節器
113:系統負載
115:處理器
117:記憶體
119:電池
201:電流偵測器
202:轉接器介面
203:反相器
204:輸入節點
205:電流偵測器
206:相位節點
207:電流偵測器
208:輸出節點
209:電流模式控制器
210:電池節點
211:環路選擇器
300:補償系統
301:比例增益電路
303:積分增益電路
305:限制電路
307:加法器
309:求和電路
311:增益提昇器電路
313:求和電路
401:曲線
403:曲線
405:曲線
500:補償電路
501:模式選擇器
503:選擇邏輯
505:誤差放大器
507:反相切換電路
508:積分節點
510:求和節點
511:緩衝器放大器
513:緩衝器放大器
514:經緩衝求和節點
515:二極體
516:經緩衝積分節點
517:電壓源
518:節點
519:跨導放大器
521:二極體
523:電壓源
600:補償系統
601:增益電路
601:增益電路
603:提昇增益電路
605:多工器(MUX)
700:補償電路
705:跨導放大器
719:限制偵測器
801:區塊
803:區塊
805:區塊
807:區塊
809:區塊
811:區塊
813:區塊
815:區塊
817:區塊
819:區塊
821:區塊
823:區塊
C2:電容器
CI:輸入電容器
CO:輸出電容器
GM1:增益
GM2:增益
GM3:增益
GM4:增益
GME:額外增益因數
GND:接地
IA:輸入轉接器電流
IA_ERR:輸入轉接器電流誤差信號
IB:電池電流
IB_ERR:電池電流誤差信號
IAs:電流感測信號
IBs:電池電流感測信號
IERR:誤差電流
IL:電感器電流
ILs:電流感測信號
KE1:增益
KE2:增益
KI1:積分增益
KI2:積分增益
KP:比例增益
LA:輸入電感器
LIM:限制信號
LO:電感器
PWM:脈寬調變
Q1:電子開關
Q2:電子開關
Q3:電子開關
R1:電阻器
R2:電阻器
R3:電阻器
RA:電阻器
RB:電阻器
RI:輸入電阻器
RL:電阻器
RO:電阻器
VA:轉接器電壓
VB:電池電壓
VC:控制電壓
VERR:誤差電壓
VIN:輸入電壓
VIN_ERR:輸入電壓誤差信號
VINs:所感測版本之輸入電壓
VLIMH:高預定限制
VLIML:低預定限制
VO:輸出電壓
VO_ERR:輸出電壓誤差信號
VOs:所感測版本之輸出電壓
將關於以下描述及附圖較佳地理解本發明之益處、特徵及優勢，其中：圖1為包括根據本發明之一個具體實例所實施之調節器的電子裝置之簡化方塊圖；圖2為根據一個具體實例之圖1的調節器之更詳細示意性方塊圖，其中調節器耦接在功率轉接器與系統負載之間且進一步耦接至電池；圖3為說明根據本發明之一個具體實例的可使用於圖2之電流模式控制器內以基於誤差電壓VERR來產生控制電壓VC之補償系統的方塊圖； 圖4為說明圖3之補償系統的回應於所選環路誤差信號的大步階增大而產生控制電壓之轉移特性的簡化圖表之集合；圖5為說明根據一個具體實例的實施圖3之補償系統以基於所選環路誤差信號來產生控制電壓之補償電路的示意性方塊圖；圖6為說明根據本發明之另一具體實例的可由圖2之電流模式控制器用來基於所選環路誤差信號來產生控制電壓之補償系統的方塊圖；圖7為說明根據一個具體實例的實施圖6之補償系統以基於所選環路誤差信號來產生控制電壓之補償電路的示意性方塊圖；且圖8為說明本文所描述之各種具體實例之操作的流程圖。
如本文所描述之具有高速非線性補償的調節器限制比例補償器增益，且在限制條件期間使比例補償器增益及積分補償器增益中之一者或兩者增大。以此方式，調節器達成快速瞬態回應，同時藉由當在不同控制模式之間切換時避免模式振盪或顫動來允許平滑模式轉變。
圖1為包括根據本發明之一個具體實例所實施之調節器111的電子裝置109之簡化方塊圖。調節器111併入有電池充電器功能用於為可再充電電池119充電。在101處展示之AC線路電壓提供至功率轉接器103之輸入，功率轉接器103將AC電壓轉換成DC轉接器電壓VA。VA之電壓位準及功率轉接器103之電流容量應適合於將充足之功率提供至電子裝置109。涵蓋許多不同類型之電子裝置。調節器111包括高速非線性補償，高速非線性補償限制比例補償器增益，且在限制條件期間使比例補償器增益及積分補償器增益中之一者或兩者增大。以此方式，調節器111達成快速 瞬態回應，同時藉由當在不同控制模式之間切換時避免模式振盪或顫動來允許平滑模式轉變。
VA展示為藉由適合之連接105提供至調節器111之輸入，調節器111將輸出電壓VO提供至系統負載113。可再充電電池119將電池電壓VB提供至功率介面111之另一輸入用於當功率轉接器103不可用時產生VO。在一些組態中，調節器111可允許來自電池119之電流補充來自功率轉接器103之電流，以在高負載條件期間使輸出電流增大。電池119及系統負載113展示為被引至接地(GND)，其中應理解，GND為參考節點，該參考節點通常表示任何適合之正或負電壓位準及/或多個接地類型，諸如電力接地、信號接地、類比接地、底盤接地等。
電子裝置109可為任何類型之電子裝置，包括行動、攜帶型或手持型裝置，諸如(例如)任何類型之個人數位助理(PDA)、個人電腦(PC)、攜帶型電腦、膝上型電腦等、蜂巢式電話、個人媒體裝置等。電子裝置109之主要功能由系統負載113執行，系統負載113可包括一或多個不同之系統負載元件。在所說明之具體實例中，系統負載113包括中央處理單元(CPU)或處理器115，諸如微處理器或控制器或其類似者，其耦接至通常用於電子裝置的任何類型之記憶體117的任何組合，諸如各種類型及組態之隨機存取記憶體(RAM)及唯讀記憶體(ROM)及其類似者。
圖2為根據一個具體實例之調節器111的更詳細示意性方塊圖，其中調節器111耦接在功率轉接器103與系統負載113之間，且進一步耦接至電池119。轉接器電壓VA展示為經由包括輸入電感器LA及電阻器RA之轉接器介面202提供至輸入節點204，從而產生輸入電壓VIN。RA及 LA並不為實體裝置，而替代地表示在功率轉接器103與調節器111之間的連接105之寄生電阻及電感。所感測版本之VIN(展示為VINS)被提供至環路選擇器211。電流偵測器201偵測輸入轉接器電流IA且將電流感測信號IAS提供至環路選擇器211。輸入電阻器RI及輸入電容器CI串聯地耦接在輸入節點204與GND之間。輸入節點204耦接至電子開關Q1之一個電流端子，輸入節點204之另一電流端子耦接至相位節點206，且其控制端子接收脈寬調變(PWM)信號或以其他方式由PWM信號控制。PWM為經由反相器203提供以控制另一電子開關Q2之控制端子的脈衝控制信號，PWM使其第一電流端子耦接至相位節點206且使其第二電流端子耦接至GND。PWM信號由電流模式控制器209提供。
相位節點206耦接至輸出電感器LO之一端，相位節點206使其另一端耦接至電阻器RL之一端。電阻器RL並非實體電阻器，而替代地表示輸出電感器LO之內部寄生阻抗。電阻器RL之另一端(意謂輸出電感器LO之另一端)耦接至輸出節點208，從而產生提供至系統負載113的輸出電壓VO。所感測版本之VO(展示為VOS)提供至環路選擇器211。電流偵測器205感測流過輸出電感器LO之電感器電流IL，且將電流感測信號ILS提供至電流模式控制器209。輸出電容器CO耦接在輸出節點208與GND之間。電阻器RO(與輸出電容器CO串聯地展示)並非實體電阻器，而替代地表示輸出電容器CO之等效串聯電阻(ESR)或寄生電阻。開關Q1及Q2、電感器LO及電容器CO共同地形成基於PWM將VIN轉換成VO的轉換器207。另一電子開關Q3使一個電流端子耦接至輸出節點208且使另一電流端子耦接至電池119之正端。電池119與電子開關Q3之間的連接包含 電池節點210。電池119之負端耦接至GND。電阻器RB(與電池119串聯地展示)並非實體電阻器，而替代地表示電池119之內部電阻。另一電流偵測器207感測電池電流IB，且將電池電流感測信號IBS提供至環路選擇器211。環路選擇器211將誤差信號VERR提供至電流模式控制器209之另一輸入，如下文更詳細地描述，誤差信號VERR係從若干可能之誤差信號當中選擇。
在一般操作中，電流模式控制器209監測誤差信號VERR及電感器電流IL，且產生PWM信號以控制調節器111之切換。當PWM判定為高時，開啟Q1且關斷Q2以將VIN施加至電感器LO以使從輸入至輸出流過電感器LO的電流增大。當PWM判定為低時，關斷Q1且開啟Q2以在週期之其餘時間內終止功率相位。對於PWM之依序週期，操作以此方式重複。電流模式控制器209亦控制電子開關Q3以控制電池電流IB。可在低位準開啟電子開關Q3以為經深入地放電之電池119進行涓流充電，可在線性模式中操作電子開關Q3以控制電池充電，且可當電池119充滿電時完全關斷電子開關Q3。又，可完全開啟電子開關Q3，以諸如當功率轉接器103未連接時使電池放電至系統負載113中。
環路選擇器211判定參數、VO(調節器輸出電壓)、VIN(限制轉接器輸入電壓)、IA(轉接器輸入電流)或IB(電池充電電流)中之何者用以產生被提供至電流模式控制器209的錯誤信號VERR以控制環路。在一個具體實例中，為信號VIN、VO、IA及IB中之每一者產生環路誤差信號，且環路選擇器211將環路誤差信號中之一者選擇為用於控制環路的VERR。另外，環路選擇器211可在環路誤差信號中之每一者之間切換，環 路誤差信號中之每一者對應於用於多個操作控制模式中之每一者的單獨控制環路中之每一者。需要在控制模式之間快速切換，而在模式之間不產生顫動，且不會產生環路之對應不穩定性。
儘管圖2中展示之調節器111的示意性方塊圖展示充足之細節，但應理解，該圖為簡化圖，其中許多細節因為對於本發明之具體實例的完全及完整理解並非必要而未展示。舉例而言，可將PWM信號提供至驅動器電路(圖中未示)，驅動器電路接著驅動電子開關Q1及Q2之閘極，如由PWM信號控制。當PWM高時，開啟Q1且關斷Q2，且當PWM低時，開啟Q2同時關斷Q1(如由反相器203以簡化方式表示)。實施驅動器電路以確保在切換期間不會同時開啟Q1及Q2。又，涵蓋不連續傳導模式(DCM)，其中Q1及Q2兩者在某些操作條件(諸如低負載條件)期間在PWM週期之一部分期間皆關斷。
電流模式控制器209使用VERR及IL來產生PWM信號以根據電流模式控制來控制環路，如由一般熟習此項技術者理解。VERR表示所選參數(諸如VO(調節器輸出電壓)、VIN(限制轉接器輸入電壓)、IA(限制轉接器輸入電流)及IB(電池充電電流)中之一所選者)的誤差之相對量，且電流模式控制器209相應地調整PWM信號之工作週期以控制電感器電流IL。
電子開關Q1至Q3各自表示為場效電晶體(FET)或MOS電晶體或其類似者，但涵蓋替代性電晶體或開關組態及實施。電子開關Q1及Q2以簡化降壓組態展示，但可取決於相對電壓位準而操作為或以其他方式組態為降壓式轉換器、降壓-升壓式轉換器及/或升壓式轉換器。電流偵測 器201、205及207可使用簡單感測裝置(諸如電阻器或電感裝置(電感器或變壓器)或其類似者)來組態，或可使用其他電流感測方法。
圖3為根據本發明之一個具體實例的說明可使用於電流模式控制器209內以基於誤差電壓VERR來產生控制電壓VC之補償系統300的方塊圖。儘管未具體展示，但各種方法可用以將VC轉換成PWM，如由一般熟習此項技術者所理解。作為一實例，可使用具有提供PWM之輸出的比較器電路來比較VC與振盪信號(三角波形、鋸齒波形等)。比較器電路實施有遲滯，用於實施磁滯類型控制器。VERR應用於具有比例增益KP之比例增益電路301的輸入，且應用於具有積分增益KI1/s的積分增益電路303的輸入，其中「s」指示s域或複合頻域。比例增益電路301之輸出提供被提供至限制電路305之輸入及加法器307之正輸入的比例增益信號。限制電路305接收比例增益信號，且將受限比例增益信號提供至求和電路309之一個輸入及加法器307之負輸入。加法器307之輸出提供限制信號LIM，限制信號LIM提供至增益提昇器電路311之輸入。在此情況下，增益提昇器電路311為具有積分增益KI2/s的另一積分增益電路。積分增益電路303之輸出提供積分增益信號，且增益提昇器電路311之輸出提供額外或提昇積分增益信號。積分增益電路303及311之輸出被提供至另一求和電路313之各別輸入，求和電路313之輸出被提供至求和電路309之另一輸入。求和電路309之輸出提供控制信號VC。
增益電路301、303及311各自將各別增益因數或函數應用於其輸入以產生其輸出。限制電路305之輸出通常追隨其輸入升至高預定限制VLIMH或降至低預定限制VLIML。預定限制表示受限比例增益信號之 預定最大量值。當受限比例增益信號有效地被箝位在約VLIMH時，比例增益信號可能上升至超過VLIMH，或當受限比例增益信號有效地被箝位在約VLIML時，比例增益信號可能下降至低於VLIML。當在比例增益信號與受限比例增益信號之間產生差異時，限制電路將應用限制函數以對受限比例增益信號之電壓進行箝位。加法器307從增益電路301之輸出減去限制電路305之輸出以產生LIM信號。在此情況下，LIM信號為具有追隨比例增益信號與受限比例增益信號之間的差之量值的比例限制信號。求和電路309及313通常作為將應用於輸入之信號相加以產生其輸出的組合器而操作。
圖4為說明圖3之補償系統300的回應於VERR的大步階增大而產生VC之轉移特性的簡化圖表之集合。下部圖表描繪VERR之步階增大，且上部圖表說明補償系統300的回應於VERR之步階增大而產生呈三個不同組態之VC的轉移特性。應注意，VERR之大步階增大可歸因於輸出負載之大增加，或可歸因於從一個操作模式至另一操作模式的切換。舉例而言，當大負載步階瞬變引起輸入電壓之相當大下降或輸入電流之湧動時，調節器111可調節輸出電壓VO。環路選擇器211可切換以調節輸入電壓來防止輸入電壓下降得過低，或調節輸入電流以防止輸入電流上升至超過功率轉接器103之最大電流輸出。
第一組態由曲線401說明，曲線401描繪不具有限制電路305且不具有增益提昇器電路311(例如，具有短接在一起的電路305及311中之每一者的各別輸入及輸出)的轉移特性。因此，曲線401僅描繪由求和電路309求和在一起之比例增益電路301及積分增益電路303的效果。在此情況下，對VERR之大步階增大的回應係快速且對於大量值係強烈的。 此組態之一益處為對VERR之大改變的極快速瞬態回應。此組態之一問題為當從一個操作模式切換至另一操作模式時，強烈且快速之回應可能引起不同操作模式之間的不穩定性及顫動。
第二組態由曲線403說明，曲線403描繪比例增益電路301、積分增益電路303及限制電路305之用以產生VC的轉移特性。此情況類似於第一組態，惟添加限制電路305以限制補償器之回應除外。在此情況下，對VERR之步階增大的回應係快速的，但振幅由限制電路305限制為VLIMH從而使得回應並不特別強烈。此組態之一益處為穩定性，實質上消除了顫動及不穩定性。此組態之一問題為大量誤差資訊由限制電路305剝除，從而使得回應較慢且較不準確。
第三組態由曲線405說明，其中包括全部電路及相應功能(包括增益提昇器電路311)。換言之，增益電路301、303及311及限制電路305促成輸出VC。此情況適用於VERR之強烈及/或快速改變。在此情況下，初始回應類似於第二組態，其中限制電路305基於VLIMH而使對VERR之步階增大的初始回應減小。然而，差分橫跨限制電路305呈現，差分由加法器307偵測到以產生被提供至增益提昇器電路311之輸入的LIM。LIM信號係基於比例增益電路301之非受限輸出，其應用於第二增益提昇器電路311以有效地使補償系統300之積分回應加速。如所展示，VC比受限組態(曲線403)更快速地上升，從而最終達到第一組態之回應。此組態提供兩個益處，其中有效地消除了顫動且顯著地減小了不穩定性，以提供足夠快速且準確之回應。
應注意，對於VERR之小且/或緩慢之改變，可不執行由限 制電路305執行的限制函數，以使得將額外增益提昇器電路311之效果從電路移除。因此，僅具有比例增益電路301及積分增益電路303之操作的第一組態仍適用於控制環路之小或緩慢之改變。只要VERR之改變快速或強烈，限制電路305即執行其限制函數且將LIM信號應用於增益提昇器電路311之輸入以使積分回應加速。
儘管未明確地展示，但回應實質上在負方向中類似，諸如回應於VERR之大步階減小。此類大步階減小亦在非受限情況中引起不穩定性。僅限制情況實質上消除不穩定性，但導致緩慢回應。限制加增益組態減小或以其他方式消除不穩定性，同時亦提供足夠快速且準確之回應。
圖5為說明根據一個具體實例的實施圖3之補償系統300以產生控制電壓之補償電路500的示意性方塊圖。模式選擇器501監測用於對應控制環路中之每一者的誤差信號中之每一者，以判定由2位元模式輸出(展示為模式[1：0]信號)指示的操作模式。可將模式選擇器501提供於環路選擇器211內用於在多個誤差信號當中進行選擇，以將所選誤差信號VERR提供至電流模式控制器209。亦可將模式[1：0]信號提供至電流模式控制器209用於調整一或多個增益因數，如本文中進一步描述。
第一模式用於藉由基於對應輸出電壓誤差VO_ERR(第一環路誤差信號)來調節輸出電壓VO以控制環路。當電池119並不存在或並未完全地充電時，且當負載在正常操作限制內時，此模式用於正常操作。在此情況下，參考電壓與指示VO之回饋信號(或VO自身)相比較，且誤差信號VO_ERR指示VO相對於預定參考位準之偏差。
第二模式用於藉由根據預定電池充電功能來調節電池電流 IB以產生電池電流誤差IB_ERR(第二環路誤差信號)來控制環路。當電池119連接且進行充電且負載在正常操作限制內時，此模式亦用於正常操作。在此情況下，電池119之電壓驅動輸出電壓VO，且環路根據充電功能來調節電池充電電流IB。舉例而言，可以線性方式控制開關Q3以根據特定充電電流位準或根據特定充電功能來控制充電電流。
第三模式用於控制環路以將輸入電流限制為提供輸入錯誤信號IA_ERR(第三環路錯誤信號)的預定最大位準IA_MAX。若IA_ERR變得足夠高，則輸入電流可能超出功率轉接器103之電流限制，從而使得必須控制輸入電流以防止因過度電流對功率轉接器103造成損壞。在一個具體實例中，轉接器電流限制已知，且若輸入電流IA開始接近或超出電流限制IA_MAX，則IA_ERR變得高，且選擇IA_ERR以控制環路。
第四模式用於控制環路以防止輸入電壓下降至低於提供輸入電壓誤差VIN_ERR(第四環路誤差信號)的預定低位準VIN_MIN。若輸入電壓VIN變得過低，從而指示功率轉接器103之電壓可能過低，則可調節輸入電壓VIN，以確保輸入電壓VIN不會下降至低於預定低位準VIN_MIN。在一些情況下，模式選擇器501偵測指示功率轉接器103過載的過高輸入電流或過低輸入電壓中之一者或兩者。較大之誤差參數用以控制環路，以通常保護功率轉接器103及電子裝置109。
概言之，模式選擇器501監測不同操作參數之相對誤差，且判定需要哪些參數來控制環路以達成所要結果。模式選擇器501相應地判定模式[1：0]信號。舉例而言，模式[1：0]=00b代表選擇VO_ERR用於調節輸出電壓VO，模式[1：0]=01b代表選擇IB_ERR用於調節電池電流IB，模式[1：0] =10b代表選擇IA_ERR用於調節輸入電流IA，且模式MODE[1：0]=11b代表選擇VIN_ERR用於調整輸入電壓VIN，其中隨附「b」指示二進位值。在所說明之具體實例中，誤差信號VO_ERR、IB_ERR、IA_ERR及VIN_ERR中之每一者被提供為電壓信號，其中一個電壓信號被選擇為電壓誤差信號VERR。涵蓋替代性組態，諸如電流誤差信號或其類似者。
將模式[1：0]信號提供至選擇邏輯503之控制輸入，以選擇誤差信號VO_ERR、IB_ERR、IA_ERR及VIN_ERR中之一者用於控制環路。可以諸如多工器(MUX)之任何適合之方式實施選擇邏輯503。所選誤差信號為輸出，如被提供至電流模式控制器209之VERR。將VERR提供至電流模式控制器209內之誤差放大器505的一個輸入(例如，負或反相輸入)，電流模式控制器209之另一輸入(例如，正或非反相輸入)耦接至GND。在此具體實例中，誤差放大器505組態為具有通常表示為「GM」之跨導增益的跨導放大器。基於模式[1：0]信號來取決於選擇了哪一操作模式而將誤差放大器505之增益調整為四個對應增益GM1(模式[1：0]=00b)、GM2(模式[1：0]=01b)、GM3(模式[1：0]=10b)及GM4(模式[1：0]=11b)。誤差放大器505將VERR轉換成具有基於VERR及所選增益之量值的量值的誤差電流IERR。
IERR經由串聯電阻器R1及R2及串聯電容器C2提供至GND。包括電阻器R1及R2用於輸入電流及輸入電壓調節模式。反相切換電路507在輸出電壓或電池電流調節模式中繞過(短接)電阻器R1，以使得僅R2用於此等模式。模式[1]為模式[1：0]之最高有效位元，最高有效位元對於輸入電流及輸入電壓調節模式為零(或0b)。當模式[1]=0b時對於輸 入電流及輸入電壓調節模式閉合反相切換電路507(以繞過R1)，且對於輸出電壓或電池電流調節模式另外斷開反相切換電路507(R1加R2)。
應用於電容器C2之IERR實施積分增益電路303之功能，其中在積分節點508上產生之電容器C2的電壓提供至緩衝器放大器511之正輸入。緩衝器放大器511之輸出耦接至經緩衝積分節點516，積分節點516亦耦接至緩衝器放大器511之負輸入。I經由電阻器R1及R2(或當閉合反相切換電路507時僅經由R2)施加之ERR實施比例增益電路301之功能，其中在求和節點510上產生之電壓施加至緩衝器放大器513之正輸入。緩衝器放大器513之輸出耦接至經緩衝求和節點514，求和節點514亦耦接至緩衝器放大器513之負輸入。電阻器R3耦接在節點514與輸出節點518之間，從而產生控制電壓VC。緩衝器放大器511及513通常經組態為具有單位增益的電壓追隨器，但可使用不同增益因數。
節點518進一步耦接至二極體515之陽極，二極體515之陰極耦接至產生上限電壓VLIMH之電壓源517的正端。電壓源517之負端在節點516處耦接至緩衝器放大器511之輸出。又，節點518耦接至二極體521之陰極，二極體521之陽極耦接至產生下限電壓VLIMH之電壓源523的負端。電壓源523之正端在節點516處耦接至緩衝器放大器511之輸出。
另一跨導放大器519使其正輸入耦接至求和節點510，使其負輸入耦接至控制節點518，且其輸出將對應電流提供至積分節點508。跨導放大器519基於節點510(非受限比例增益)之電壓與節點518(受限比例增益)之電壓之間的差而在其輸出處產生電流，將該電壓差乘以其跨導增益(模擬增益KI2)，且產生至電容器C2之對應電流。
產生流動至電容器C2中之電流IERR的跨導器放大器505執行積分增益電路303之功能，以在節點508上產生積分增益電壓。此電壓由緩衝器放大器511緩衝，且經判定於節點516上。因為電阻器R1及R2與電容器C2串聯地耦接，所以比例及積分增益在求和節點510上相加至一起。緩衝器放大器513將此電壓緩衝至節點514上，節點514為經組合之積分及非受限增益。
二極體515及521以及電壓源517及523為共同地執行限制電路305之功能的箝位電路。在此情況下，當與節點516之電壓(經組合比例及積分增益)有關的VC之電壓上升至超過VLIMH時，二極體515對VLIMH處之VC進行箝位，使之超過節點516之電壓。因為節點516之電壓為積分增益，所以二極體515及電壓源517限制比例增益以防止節點518與節點516之間的電壓顯著地超出VLIMH。又，當與節點516之電壓有關的VC之電壓下降至低於VLIML時，二極體521對VLIMH處之VC進行箝位，使之低於節點516之電壓。因此，二極體521及電壓源523形成負限制電壓箝位。換言之，限制函數防止節點518上之電壓VC顯著地上升至超過節點516之電壓加VLIMH，且防止VC顯著地下降至至低於節點516之電壓減VLIML。以此方式，比例增益部分受到限制函數限制。取決於電路實施，VLIMH與VLIML之量值可為相同的，或可為不同的。電阻器R3使非受限比例增益信號與受限比例增益信號隔離。
將其輸出電流提供至電容器C2的跨導放大器519執行加法器307及增益提昇器電路311之集體功能，以在限制函數期間使積分增益增大。當VC之電壓在與節點516之電壓有關的比例增益限制VLIMH及VLIML 內時，節點510與518之電壓實質上相等，以使得跨導放大器519並不輸出相當大之電流，且因此並不貢獻於積分增益。當節點510之電壓超過節點518處之起因於嵌位(VLIMH)的VC之電壓時，跨導放大器519提供與電壓差成比例之電流，以使正積分增益增大。當節點510之電壓下降至低於起因於負方向中之嵌位(VLIML)之VC的電壓時，跨導放大器519提供與電壓差成比例之電流，以使負積分增益增大。
在補償電路500之操作中，環路選擇器211接收信號VIN、IA、VO及IB(或環路選擇器211之所感測版本)，產生誤差信號VO_ERR、IB_ERR、IA_ERR及VIN_ERR中之每一者，且控制模式選擇器501以基於所選操作模式而提供模式[1：0]信號。模式[1：0]控制選擇邏輯503以將誤差信號VO_ERR、IB_ERR、IA_ERR及VIN_ERR中之一者選擇為用於控制環路的所選誤差信號VERR。模式[1：0]信號亦基於所選操作模式而調整誤差放大器505之增益(增益GM1至GM4中之一所選者)。誤差放大器505基於VERR及所選增益來驅動IERR，以在節點510上產生電壓，該電壓經緩衝(且可能受限)以在節點518上產生控制電壓VC以控制環路。
當VERR之改變相對緩慢時，則節點518上之電壓保持在節點516上之電壓的VLIMH及VLIML內，以使得跨導放大器519並不顯著地貢獻於應用於VC的增益。回應於VERR之快速改變引起對VLIMH或VLIML限制函數之應用，將電壓差施加至跨導放大器519之輸入，從而使得積分增益之增大對VERR之改變作出補償。特定言之，回應於如圖4中展示之步階增大函數，節點514之電壓跳變超過節點516之電壓，比其高了超過VLIMH，其中二極體515經正向偏壓以對VC進行箝位。跨導放大器519藉 由將電流驅動至電容器C2中以使節點516之電壓增大來使正積分增益增大。隨著節點516之電壓歸因於IERR之促成及施加至電容器C2之跨導放大器519的輸出而上升，電壓上升較快速，諸如由圖4中之曲線405展示。以類似之方式，負方向中之VERR的快速減小使得節點514之電壓調變低於節點516之電壓，比其低了超過VLIML。該快速減小使二極體521正向偏壓，以啟動負限制函數。負限制函數使得施加至跨導放大器519之輸入的電壓差藉由將電流從電容器C2拉回以使節點516之電壓減小而使負積分增益增大。
測試結果已展示，當移除了由二極體515及521、電壓源517及523以及跨導放大器519執行之限制及增益函數之效果時，補償電路500回應於VERR之大步階改變而展現相當大的振盪，振盪導致系統中之大量顫動及不穩定性。當添加包括二極體515及521以及電壓源517及523之限制電路而跨導放大器519並不包括於補償電路500中時，測試結果說明相對緩慢之回應，其中輸出電壓VO顯著地改變(負或正)且轉接器電流IA緩慢地回應。儘管藉由添加限制函數已幾乎消除了振盪，但VC及IA之延遲以及VO之輸出電壓下降係不利的。最後，當包括全部的限制函數(包括二極體515及521及電壓源517及523)及額外積分增益(跨導放大器519)時，測試結果顯示對於VC、VO及IA之相對快速回應，而無需對輸出電壓VO作出相當大之改變。以此方式，完整補償電路500提供高速非線性補償以改良調節器111之總體回應。
圖6為說明根據本發明之另一具體實例的可由電流模式控制器209使用以基於誤差電壓VERR產生控制電壓VC之補償系統600的方 塊圖。將VERR提供至具有增益KE1之第一增益電路601的輸入，且提供至具有第二增益KE2之提昇增益電路(booster gain circuit)603的輸入。增益電路601之輸出被提供至MUX 605之一個輸入(或邏輯「0」輸入)。提昇增益電路603之輸出被提供至MUX 605之邏輯「1」輸入。MUX 605之輸出被提供至比例增益電路301及積分增益電路303。比例增益電路301之輸出被提供至限制電路305之輸入，限制電路305之一輸出以與補償系統300類似的方式將受限比例增益信號提供至求和電路309之一個輸入。積分增益電路303之輸出將積分增益信號提供至求和電路309之另一輸入，求和電路309之輸出提供控制電壓VC。
限制電路305藉由將受限比例信號限制為VLIML或VLIMH來以實質上類似之方式操作，惟當應用限制條件時，限制電路305向MUX 605之控制輸入判定限制信號LIM除外。在此情況下，LIM信號為指示是否正應用限制函數的邏輯或二進位類型信號。當LIM低從而指示並未應用限制函數時，選擇具有增益KE1的增益電路601，且當LIM高從而指示應用來限制函數時，選擇具有增益KE2的提昇增益電路603。在一個具體實例中，KE2>KE1以使得KE2表示在限制函數期間增大或提昇之增益。
補償系統600之操作類似於補償系統300之操作。在對於VERR之相對緩慢或小之改變的正常操作期間，限制電路305並不執行限制函數，且LIM低。因此，將VERR應用於應用第一增益KE1的第一增益電路601，且以先前所描述之類似方式將結果應用於增益電路301及303。對於VERR之使得限制電路305應用限制函數的強烈且/或快速之改變，LIM被判定為高。當LIM被判定為高時，MUX 605選擇第二增益電路603以使 增益增大至KE2。在此情況下，增大之增益應用於比例增益KP及積分增益KI1/s兩者。額外增益使控制環路回應加速且改良效能。
圖6之補償系統600的回應於VERR之步階增大而產生VC的轉移特性實質上與圖4中展示之步階增大相同。如圖4中展示，下部圖表描繪VERR之步階增大，且上部圖表說明補償系統600的產生呈三個不同組態之VC的轉移特性。儘管未明確地展示，但操作類似於如先前所描述在負方向中之VERR的大步階減小。
第一曲線401說明移除或以其他方式繞過限制電路305且僅應用第一增益電路601之第一增益KE1的情況。如由曲線401展示，回應係強烈且快速的，從而潛在地回應於VERR之大步階增大而導致相當大之顫動及不穩定性。第二曲線403說明提供限制電路305，但並未應用第二增益電路603之額外增益KE2(例如，僅應用較低增益KE1)的情況。如由曲線403展示，回應係無聲的，從而提供緩慢及幾乎無回應之環路。儘管可實質上消除顫動，但環路回應緩慢，且不能足夠地回應於快速負載瞬變。
第三曲線405說明限制電路305及第二增益電路603兩者(如由MUX 605選擇)回應於VERR之大步階增大而在作用中的情況。如由曲線405展示，初始回應由限制電路305回應於VERR而加以限制。限制電路305使初始回應無聲，且判定LIM，以使得選擇第二增益電路603且將較大增益KE2應用於比例增益KP及積分增益KI1/s兩者。在此情況下，由KE2應用之額外增益使比例及積分回應相對快速地加速，從而導致對負載瞬變或模式改變之較佳回應。部分地使初始回應無聲以防止不穩定性及顫動，但初始回應接著足夠快速地變得強烈，以更準確地回應於負載步階或模式 改變。
圖7為說明根據一個具體實例的實施圖6之補償系統600以產生控制電壓之補償電路700的示意性方塊圖。補償電路700類似於補償電路500，其中執行類似功能的類似裝置採用相同之參考數字。如所展示，分別包括且耦接以下各者來以實質上類似之方式操作：產生模式[1：0]信號的模式選擇器501、用於將模式誤差信號VO_ERR、IB_ERR、IA_ERR及VIN_ERR中之一者選擇為VERR的選擇邏輯503、串聯地耦接在求和節點510與積分節點508之間的電阻器R1及R2、耦接在節點508與GND之間的電容器C2、用於選擇性地繞過R1的反相切換電路507、將經緩衝積分節點516驅動為積分節點508的電壓之經緩衝版本的緩衝器放大器511、具有來自求和節點510之輸入且驅動經緩衝求和節點514的緩衝器放大器513、耦接在節點514與節點518之間的電阻器R3，以及包括二極體515及521以及電壓源517及523從而產生VLIMH及VLIML的限制電路。
在此情況下，跨導放大器519由限制偵測器719取代，限制偵測器將LIM作為邏輯或二進位限制信號應用於跨導放大器705之增益輸入，跨導放大器705取代跨導放大器505。限制偵測器719具有耦接至節點514及518的輸入及提供LIM信號的輸出。限制偵測器719偵測節點518之電壓何時受與節點514有關之限制電路限制，且當應用限制函數(正或負)時，限制偵測器719判定LIM。誤差放大器705以類似方式操作，以基於VERR而產生誤差電流IERR，其中IERR經由電阻器R1(除非被繞過)及R2以及電容器C2被注入至節點510中。當並未判定LIM時，誤差放大器705與誤差放大器505同樣操作，其中取決於由模式[1：0]信號指示之所選模 式，用於對應操作控制模式之增益GM1至GM4實質上相同，如先前所描述。然而，當判定了LIM從而指示限制函數在作用中時，額外增益因數GME由誤差放大器705添加以提昇IERR之量值。
特定言之，在第一模式(模式[1：0]=00b)中，當判定LIM從而指示應用限制函數時，正常增益為GM1，且新增益為GM1+GME。類似地，在第二模式(模式[1：0]=01b)中，當判定LIM時，正常增益為GM2且新增益為GM2+GME，在第三模式(模式[1：0]=10b)中，當判定LIM時，正常增益為GM3且新增益為GM3+GME，在第四模式(模式[1：0]=11b)中，當判定LIM時，正常增益為GM4且新增益為GM4+GME。誤差放大器705之當在限制條件期間判定LIM時提昇增益函數的操作實施第一增益電路601及第二增益電路603及圖6之MUX 605的功能。所添加增益GME在應用限制函數時實施(相對於KE1)較大增益因數KE2的添加。應注意，因為添加GME以在限制條件期間提昇IERR之量值，所以所添加增益適用於由為電容器C2充電之IERR實施的積分增益因數及由流動通過電阻器R1及R2中之一者或兩者之IERR實施的比例增益因數。添加增益以提昇節點510之電壓。
補償電路700之操作類似於補償電路500之操作。又，環路選擇器211接收信號VIN、IA、VO及IB(或環路選擇器211之所感測版本)，產生誤差信號VO_ERR、IB_ERR、IA_ERR及VIN_ERR中之每一者，且控制模式選擇器501以基於所選操作模式而提供模式[1：0]信號。模式[1：0]控制選擇邏輯503，以將誤差信號VO_ERR、IB_ERR、IA_ERR及VIN_ERR中之一者選擇為所選誤差信號VERR用於控制環路。模式[1：0]信號亦基於所選操 作模式來調整誤差放大器705之增益。然而，在此情況下，誤差放大器705之增益在LIM低時為增益GM1至GM4中之一所選者，或在LIM高時為增益GM1+GME、GM2+GME、GM3+GME或GM4+GME中之一所選者。誤差放大器705基於VERR及所選增益來驅動IERR以在節點510上產生電壓，電壓經緩衝(且可能受限)以產生控制電壓VC以控制環路。
當VERR之改變相對緩慢時，則節點518上之電壓保持在節點516上之電壓的VLIMH及VLIML內，以使得並不應用限制函數，且限制偵測器719並不判定LIM。回應於VERR之快速改變，諸如圖4中展示之步階函數(正或負)，節點514之電壓跳變超過節點516之電壓，比其高了超過VLIMH或VLIML，二極體515或521中之一者經正向偏壓以對與節點516有關之VC之電壓進行箝位，且限制偵測器719判定LIM以使誤差放大器705之增益提昇GME。經提昇增益調整IERR以使比例增益及積分增益兩者加速。隨著節點516及518之電壓歸因於額外增益而改變，對VERR之步階改變的回應較快且較有回應性。
類似於補償電路500，補償電路700之測試結果顯示當添加限制函數及對應增益時操作的改良。在非受限情況中，移除(或以其他方式短接)由二極體515及521及電壓源517及523執行的限制函數，且移除限制偵測器719，使得並不提昇誤差放大器705之增益。測試結果顯示回應於VERR之大步階改變的相當大的振盪，振盪導致系統中之大量顫動及不穩定性。當添加包括二極體515及521以及電壓源517及523之限制電路但不提昇誤差放大器705之增益時，測試結果說明相對緩慢之回應，其中輸出電壓VO顯著地改變，且轉接器電流IA緩慢地回應。儘管已幾乎消除振 盪，但VC及IA之延遲以及VO之輸出電壓偏移係不利的。最後，對於包括了二極體515及521以及電壓源517及523且限制偵測器719偵測限制函數以提昇誤差放大器705之增益的受限及增大之增益情況(比例及積分增益增大)，測試結果顯示在無輸出電壓VO之相當大改變的情況下對於VC、VO及IA之相對快速回應。以此方式，完整補償電路700提供高速非線性補償以改良調節器111之總體回應。
圖8為說明本文所描述之各種具體實例之操作的流程圖。在第一區塊801處，將比例增益應用於誤差信號以提供比例增益信號。在下一區塊803處，將限制函數應用於比例增益信號以提供受限比例增益信號。受限比例增益信號追隨比例增益信號升至一量值，且接著當比例增益信號大於該量值時限於該量值。在下一區塊805處，將積分增益應用於誤差信號以提供積分增益信號。在下一區塊807處，當應用限制函數以提供經放大積分增益信號時，使至少該積分增益信號之增益增大。在下一區塊809處，組合受限比例增益信號與經放大積分增益信號，以提供控制電流模式調節器之操作的控制信號(例如，VC)。
可修改該方法以獲得更具體之具體實例。對於圖3中展示之補償系統300，可將區塊805描述為將第一積分增益應用於誤差信號以提供第一積分增益信號，如在區塊811處展示。額外步驟包括：區塊813，其中自比例增益信號減去受限比例增益信號，以提供指示受限比例增益信號的比例限制信號；及下一區塊815，其中將第二積分增益應用於比例限制信號以提供第二積分增益信號。區塊807可由區塊817取代，其中組合第一積分增益信號與第二積分增益信號以提供經放大積分增益信號。接著執行區塊 809以完成處理。
對於圖6中展示之補償系統600，區塊801由區塊819取代，其中將第一增益應用於誤差信號以提供第一經放大誤差信號，且將第二增益應用於誤差信號以提供第二經放大誤差信號。在區塊803之後，包括區塊821，其中提供指示限制函數何時在作用中的限制信號。區塊807由區塊823取代，其中基於限制信號而選擇第一經放大誤差信號及第二經放大誤差信號中之一者。舉例而言，用以提供第二經放大誤差信號的第二增益可大於用以提供第一經放大誤差信號的第一增益。
涵蓋修改或變化。限制函數(例如)可為單向的，諸如僅應用於使VERR增大，而非使VERR減小，意謂在正方向中僅有增益限制。因此，限制電路305可僅應用高限制VLIMH，而非低限制VLIML。在補償電路500及700中，可移除二極體521及電壓源523以消除負限制函數，以使得僅使用正限制函數。在此類具體實例中，起因於負載之快速減小的任何振盪或臨時不穩定性可被視為可容許的。
現關於前述描述及附圖而較佳地理解本發明之益處、特徵及優勢。呈現前述描述以使所屬領域的技術人員能夠製造且使用如在特定應用之內容背景及其要求內提供的本發明。然而，對較佳具體實例之各種修改對於熟習此項技術者將顯而易見，且本文所定義之一般原理可應用於其他具體實例。因此，本發明並不意欲限於本文中展示且描述之特定具體實例，而應符合與本文中揭示之原理及新穎特徵一致的最廣泛範圍。儘管已參考其某些較佳版本來相當詳細地描述本發明，但其他版本及變化係可能的且被涵蓋。熟習此項技術者應理解，其可容易地將所揭示概念及特定具 體實例用作設計或修改其他結構的基礎，以提供本發明之相同目的而不脫離如由以下申請專利範圍定義的本發明之精神及範圍。
500:補償電路
501:模式選擇器
503:選擇邏輯
505:誤差放大器
507:反相切換電路
508:積分節點
510:求和節點
511:緩衝器放大器
513:緩衝器放大器
514:經緩衝求和節點
515:二極體
516:經緩衝積分節點
517:電壓源
518:節點
519:跨導放大器
521:二極體
523:電壓源
C2:電容器
GM1:增益
GM2:增益
GM3:增益
GM4:增益
GND:接地
IA_ERR:輸入轉接器電流誤差信號
IB_ERR:誤差信號
IERR:誤差電流
KI1:積分增益
R1:電阻器
R2:電阻器
R3:電阻器
VC:控制電壓
VERR:誤差電壓
VIN_ERR:輸入電壓誤差信號
VO_ERR:輸出電壓誤差信號

Claims (20)

  1. 一種使用在調節器中以進行補償之設備，其包含：比例增益電路，其將比例增益應用於誤差信號以提供比例增益信號；積分增益電路，其將積分增益應用於該誤差信號以提供積分增益信號；限制電路，其提供受限比例增益信號，該受限比例增益信號追隨該比例增益信號升至量值，且當該比例增益信號之量值大於該量值時，應用限制函數以將該受限比例增益信號限制於該量值；增益提昇器電路，其在應用該限制函數之同時，使至少該積分增益信號之增益增大；及組合器，其組合該受限比例增益信號與該積分增益信號，以在控制該調節器之操作的一控制節點上提供控制信號。
  2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中：該限制電路包含加法器，該加法器自該比例增益信號減去該受限比例增益信號，以提供該比例增益信號的比例限制信號做為指示；其中該積分增益電路包含第一積分增益電路，其將第一積分增益應用於該誤差信號以提供第一積分增益信號；其中該增益提昇器電路包含第二積分增益電路，其將第二積分增益應用於該比例限制信號以提供第二積分增益信號；且其進一步包含求和電路，其組合該第一積分增益信號與該第二積分增益信號以提供該積分增益信號。
  3. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該增益提昇器電路在應用該限制函數之同時，使該誤差信號之增益增大。
  4. 如申請專利範圍第1項之設備，其中：該限制電路判定限制信號，該限制信號指示該限制函數是否在作用中；且其中該增益提昇器電路包含：第一增益電路，其將第一增益應用於該誤差信號以提供第一經放大誤差信號；第二增益電路，其將第二增益應用於該誤差信號以提供第二經放大誤差信號；及選擇電路，其基於該限制信號而在該第一經放大誤差信號與該第二經放大誤差信號之間進行選擇。
  5. 如申請專利範圍第1項之設備，其中：該比例增益電路、該積分增益電路及該組合器包含：電阻器電路，其耦接在求和節點與積分節點之間；電容器電路，其耦接在該積分節點與參考節點之間；第一跨導放大器，其具有接收該誤差信號的輸入，以及將該誤差信號的電流信號提供至該求和節點的輸出做為指示；第一緩衝器放大器，其具有耦接至該積分節點的輸入，且具有將該積分增益信號提供至經緩衝積分節點的輸出；第二緩衝器放大器，其具有耦接至該求和節點的輸入，且具有將該比例增益信號提供至經緩衝求和節點的輸出；及電阻式裝置，其耦接在該經緩衝求和節點與該控制節點之間；且其中該限制電路包含耦接在該經緩衝積分節點與該控制節點之間的箝 位電路。
  6. 如申請專利範圍第5項之設備，其中該箝位電路防止該控制節點之電壓上升至比該經緩衝積分節點之電壓高一個上限量。
  7. 如申請專利範圍第5項之設備，其中該箝位電路包含：第一箝位電路，其防止該控制節點之電壓上升至比該經緩衝積分節點之電壓高一個上限量；及第二箝位電路，其防止該控制節點之電壓下降至比該經緩衝積分節點之電壓低一個下限量。
  8. 如申請專利範圍第7項之設備，其中該第一箝位電路及該第二箝位電路各自包含二極體及電壓源。
  9. 如申請專利範圍第5項之設備，其中該增益提昇器電路包含第二跨導放大器，該第二跨導放大器具有耦接至該求和節點的第一輸入，具有耦接至該控制節點的第二輸入，且具有耦接至該積分節點的輸出。
  10. 如申請專利範圍第5項之設備，其中：該限制電路進一步包含限制偵測器，該限制偵測器具有耦接至該經緩衝求和節點及該控制節點的輸入，且具有判定一限制信號的輸出，該限制信號指示該限制函數是否在作用中；且其中該第一跨導放大器具有接收該限制信號的增益調整輸入，其中當該限制信號指示該限制函數在作用中時，該第一跨導放大器使應用於該誤差信號的增益增大。
  11. 如申請專利範圍第5項之設備，其進一步包含選擇邏輯，該選擇邏輯從複數個環路誤差信號中進行選擇以將該誤差信號提供至該第一跨導 放大器。
  12. 如申請專利範圍第11項之設備，其進一步包含環路選擇器，該環路選擇器監測包括輸入電壓誤差、輸出電壓誤差、輸入電流誤差及電池電流誤差之該複數個環路誤差信號，且控制該選擇邏輯。
  13. 如申請專利範圍第12項之設備，其進一步包含，其中該比例增益電路、該積分增益電路、該限制電路、該增益提昇器電路及該組合器形成補償電路，該補償電路提供於該調節器的電流模式控制器內，其中該電流模式控制器接收該誤差信號及電感器電流信號，且產生脈寬調變信號以用於控制該調節器，且產生電池控制信號以用於控制電池電流。
  14. 一種電子裝置，其包含：系統負載；輸入節點，其用於接收轉接器電壓且用於產生輸入電壓；電池節點，其用於接收電池電壓；調節器，其耦接至該輸入節點及該電池節點，且將輸出電壓提供至該系統負載，該調節器包含：轉換器，其基於脈衝控制信號來將該輸入電壓轉換成該輸出電壓；環路選擇器，其監測包括輸入電壓誤差、輸出電壓誤差、輸入電流誤差及電池電流誤差之複數個環路誤差信號，且選擇該複數個環路誤差信號中之一者以提供所選誤差信號；電流模式控制器，其監測該所選誤差信號及流過該轉換器的電流，且產生該脈衝控制信號，其中該電流模式控制器包含：比例增益電路，其將比例增益應用於該所選誤差信號以提供比 例增益信號；積分增益電路，其將積分增益應用於該所選誤差信號以產生積分增益信號；限制電路，其提供受限比例增益信號，該受限比例增益信號追隨該比例增益信號升至量值，且當該比例增益信號之量值大於該量值時，應用限制函數以將該受限比例增益信號限制於該量值；增益提昇器電路，其在應用該限制函數之同時，使至少該積分增益信號之增益增大；及組合器，其組合該受限比例增益信號與該積分增益信號，以在用以產生該脈衝控制信號的控制節點上提供控制信號。
  15. 如申請專利範圍第14項之電子裝置，其中：該積分增益電路包含第一放大器，該第一放大器將與該所選誤差信號成比例的電流誤差信號應用於產生積分增益電壓的電容器；且其中該增益提昇器電路包含第二放大器，該第二放大器將該比例增益信號與該受限比例增益信號之間的電壓差轉換成應用於該電容器的增益提昇電流。
  16. 如申請專利範圍第14項之電子裝置，其中：該環路選擇器提供模式信號，其指示該複數個環路誤差信號中之該所選誤差信號；其中該積分增益電路包含放大器，該放大器將與該所選誤差信號成比例的電流誤差信號應用於產生積分增益電壓的電容器；其中該放大器基於該模式信號而從應用於該電流誤差信號的複數個不 同增益當中進行選擇，且其中該放大器包含限制輸入，該限制輸入接收限制信號且當該限制信號指示限制條件時，進一步提昇該電流誤差信號之增益；且其中該增益提昇器電路包含限制偵測器，該限制偵測器在該比例增益信號具有比該受限比例增益信號大之量值時偵測該限制函數，且提供該限制函數的該限制信號做為指示。
  17. 一種控制電流模式調節器之方法，其包含：將比例增益應用於誤差信號以提供比例增益信號；將限制函數應用於該比例增益信號以提供受限比例增益信號，該受限比例增益信號追隨該比例增益信號升至量值，且接著當該比例增益信號大於該量值時受限於該量值；將積分增益應用於該誤差信號以提供積分增益信號；在應用該限制函數之同時，使至少該積分增益信號之增益增大以提供經放大積分增益信號；及組合該受限比例增益信號與該經放大積分增益信號，以提供控制該電流模式調節器之操作的控制信號。
  18. 如申請專利範圍第17項之方法，其中將積分增益應用於該誤差信號包含將第一積分增益應用於該誤差信號以提供第一積分增益信號，其中該方法進一步包含：自該比例增益信號減去該受限比例增益信號，以提供該受限比例增益信號的比例限制信號做為指示；將第二積分增益應用於該比例限制信號，以提供第二積分增益信號；且 其中在應用該限制函數之同時，使至少該積分增益信號之增益增大包含組合該第一積分增益信號與該第二積分增益信號以提供該經放大積分增益信號。
  19. 如申請專利範圍第17項之方法，其進一步包含：提供限制信號，其指示該限制函數何時在作用中；且其中應用比例增益及使增益增大包含：將第一增益應用於該誤差信號以提供第一經放大誤差信號；將第二增益應用於該誤差信號以提供第二經放大誤差信號；及基於該限制信號以在該第一經放大誤差信號與該第二經放大誤差信號之間進行選擇。
  20. 如申請專利範圍第17項之方法，其中使增益增大包含在應用該限制函數之同時，使應用於該誤差信號的增益增大。
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