TWI728998B - 直流對直流電壓轉換器及其操作的方法以及電子系統 - Google Patents

直流對直流電壓轉換器及其操作的方法以及電子系統 Download PDF

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Abstract

一種電子系統、DC-DC電壓轉換器、操作一降壓升壓DC-DC轉換器的方法、以及用於在一DC-DC電壓轉換器中的電力模式轉變的方法被揭示。例如，一種方法是包含接收一和所述DC-DC電壓轉換器的一輸出電壓相關的經補償的誤差信號，決定所述DC-DC電壓轉換器的一電力操作模式，以及若所述電力操作模式是一第一模式，則輸出一第一控制信號以調節所述DC-DC電壓轉換器的輸出電壓。若所述電力操作模式是一第二模式，則輸出一第二控制信號以調節所述DC-DC電壓轉換器的輸出電壓，以及若所述電力操作模式是一第三模式，則輸出一第三控制信號以調節所述DC-DC電壓轉換器的輸出電壓。

Description

直流對直流電壓轉換器及其操作的方法以及電子系統
本發明是大致有關於DC至DC電壓轉換器，並且尤其是有關於在積體電路、晶圓、晶片或晶粒上所形成的降壓升壓轉換器中的增強型電力模式轉變。
相關申請案的交互參照
此申請案是相關於2015年9月14日申請的名稱為"降壓升壓轉換器中的增強型電力模式轉變"的美國臨時專利申請案序號62/218,325('325申請案)、以及2016年1月4日申請的名稱為"降壓升壓轉換器中的增強型電力模式轉變"的美國臨時專利申請案序號62/274,533('533申請案)，並且主張其權益。所述兩個'325申請案以及'533申請案是被納入在此作為參考。
一項有關現有的降壓升壓轉換器的問題是相關的控制器必須能夠有效率地調節在降壓、降壓升壓、以及升壓電力操作模式中的輸出電壓，但是改變所述模式的過程在模式轉變發生時會對於輸入與輸出電壓以及電流引發顯著的干擾。這些干擾可能會在接近電力模式邊界處導致電力模式顫振(chatter)以及因此的劣質的電壓及電流的調節。明確地說，在一 模式改變期間，當在降壓升壓轉換器中的調節器級從降壓升壓模式轉變至降壓模式或是升壓模式的任一者時，在所述降壓升壓轉換器中的電感器電流必須減小以維持調節。然而，在一電流模式的控制實施方式中，所述電感器電流是成比例於所述控制電壓。因此，所述控制電壓亦必須減小。在所述電力模式中的突然的改變以及所述控制電壓及電感器電流的延遲的響應會在所述降壓升壓轉換器的迴路中導致大的干擾，因而所述轉換器的電壓及電流的調節的效率因此顯著地被降低。
一實施例是針對於一種降壓升壓轉換器，其包含一降壓電力級以及一升壓電力級。一誤差放大器電路是耦接至所述升壓電力級，並且所述誤差放大器電路是被配置以從所述升壓電力級接收一輸出信號並且產生一和所述輸出信號相關的經補償的誤差信號。一可變增益電路是耦接至所述誤差放大器電路並且被配置以接收所述經補償的誤差信號，對於所述降壓升壓轉換器的至少一電力操作模式產生一修改後的經補償的誤差信號，以及響應於一在電力模式之間的轉變以對於所述至少一電力操作模式輸出所述修改後的經補償的誤差信號。一脈衝寬度調變的(PWM)信號產生器電路是耦接至所述可變增益電路，並且被配置以響應於在模式之間的所述轉變來接收所述修改後的經補償的誤差信號，以及輸出一PWM信號。一邏輯電路是耦接至所述PWM信號產生器電路，並且被配置以接收所述PWM信號以及所述降壓升壓轉換器的所述輸出電壓以及一輸入電壓，以及產生一用以驅動所述降壓電力級的第一PWM信號、一用以驅動所述升壓電力級的第二PWM信號、以及一模式控制信號。
100:降壓升壓轉換器
101:電壓源
102:輸出節點
103:電阻器
104:誤差放大器
105:電容器
106:輸出
107:電阻器
108:可變增益電路
109:誤差放大器電路
110:降壓計算區塊
111:回授電路
112:輸入
113:輸出電流
114:升壓計算區塊
116:多工器
117:控制信號
118:輸入
120:輸入
122:PWM信號產生器電路
123:調變器
124:PWM及模式邏輯電路
126:驅動器
128:降壓電力級
130:驅動器
132:升壓電力級
200:表
300A-B:波形圖
400A-B:波形圖
500:回授電路
502:誤差放大器
504:電阻器
506:電容器
508:電阻器
510:電阻器
512:開關
514:電阻器
516:運算放大器
518:電阻器
520:電阻器
522:電阻器
524:開關
526:調變器電路
528:PWM調變器
600:回授電路
602:誤差放大器
604:電阻器
606:電容器
608:調變放大器
610:電阻器
612:電阻器
614:多工器
616:調變器電路
618:PWM調變器
700:波形圖
800:方法
900:電子系統
902:電源子系統
904:數位處理器單元
906:週邊子系統
908:記憶體單元
910:輸入/輸出(I/O)單元
912:DC-DC控制器
914:降壓升壓轉換器
916:線
Q1:開關電晶體
Q2:開關電晶體
Q3:開關電晶體
Q4:開關電晶體
理解到的是所述圖式只描繪範例實施例，並且因此並不被視為在範疇上限制性的，所述範例實施例將會透過所附的圖式的使用，在額外的特定性及細節下加以描述。
圖1是描繪一種可被利用以實施本發明的一範例實施例的降壓升壓轉換器的概要的電路圖。
圖2是一描繪用於在圖1中所示的降壓升壓轉換器的範例的操作參數的表。
圖3A-3B是描繪用於在圖1中所示的降壓升壓轉換器的降壓、降壓升壓以及升壓電力操作模式的範例的DC操作曲線的相關的波形圖。
圖4A-4B是描繪用於在圖1中所示的降壓升壓轉換器的降壓、降壓升壓以及升壓電感器電流相對於所述輸入電壓的波形近似的相關的波形圖。
圖5是描繪根據本發明的一第二範例實施例的可被利用以控制一種降壓升壓轉換器的回授電路的概要的電路圖。
圖6是描繪根據本發明的一第三範例實施例的可被利用以控制一種降壓升壓轉換器的回授電路的概要的電路圖。
圖7是描繪一種具有與不具有增強型電力模式轉變的降壓升壓轉換器的模擬的效能的比較的波形圖。
圖8是描繪根據本發明的一範例實施例的一種可被利用以實施在一降壓升壓轉換器中的增強型電力模式轉變的方法的流程圖。
圖9是一種可被利用以實施本發明的一範例實施例的電子系統的概要的方塊圖。
在以下的詳細說明中是參考到構成其一部分而且其中藉由特定的舉例說明的實施例而被展示的所附的圖式。然而，將瞭解到的是，其它實施例可被利用，並且可以做成邏輯、機械、以及電性的改變。再者，在圖式的圖以及說明書中所呈現的方法並非欲被解釋為限制個別的動作可加以執行所用的順序。因此，以下的詳細說明並非以限制性的意思來加以解釋。在所有可能之處的相同或類似的元件符號是在整個圖式被使用來指稱相同或類似的結構的構件或部件。
一種降壓升壓轉換器是一DC至DC電壓轉換器，其在降壓操作模式中步降輸入電壓，在升壓模式中步升輸入電壓，並且在降壓升壓模式中步升或是步降輸入電壓。輸出電壓至輸入電壓的比例是被利用以決定所述電力操作模式。因此，所述降壓升壓轉換器是產生一經調節的DC輸出電壓，其具有一大小是小於(降壓模式)、大於(升壓模式)、或是小於、大於或等於(降壓升壓模式)所述輸入電壓的大小。降壓升壓轉換器是被利用在其中輸入電壓可能會廣泛地變化的許多應用中，例如是在以電池供電的系統與類似者中。
一項有關現有的降壓升壓轉換器的問題是相關的控制器必須能夠有效率地調節在降壓、降壓升壓、以及升壓電力操作模式中的輸出電壓，但是改變所述模式的過程在模式轉變發生時會對於輸入與輸出電壓以及電流引發顯著的干擾。這些干擾可能會在接近電力模式邊界處導致電力模式顫振以及因此的劣質的電壓及電流的調節。明確地說，在一模式改變期間，當在降壓升壓轉換器中的調節器級從降壓升壓模式轉變至降壓模 式或是升壓模式的任一者時，在所述降壓升壓轉換器中的電感器電流必須減小以維持調節。然而，在一電流模式的控制實施方式中，所述電感器電流是成比例於所述控制電壓。因此，所述控制電壓亦必須減小。在所述電力模式中的突然的改變以及所述控制電壓及電感器電流的延遲的響應會在所述降壓升壓轉換器的迴路中導致大的干擾，因而所述轉換器的電壓及電流的調節的效率因此顯著地被降低。然而，如同在以下敘述的，本發明是利用被形成於積體電路、晶圓、晶片或晶粒上的DC至DC電壓轉換器或控制器內所利用的降壓升壓轉換器中的增強型電力模式轉變，來解決這些以及其它相關的問題。
圖1是描繪一種降壓升壓轉換器100的概要的電路圖，其可被利用以實施本發明的一範例實施例。在所展示的範例實施例中，所述降壓升壓轉換器100是操作在電流模式的控制下。在圖1中描繪的範例的降壓升壓轉換器100是包含一降壓電力級128、一升壓電力級132、以及一耦接至所述升壓電力級132的一輸出的互導類型的誤差放大器電路109。在此實施例中，所述互導類型的誤差放大器電路109是包含一誤差放大器104、以及連接至電路接地的頻率補償構件的電阻器RC 103及電容器CC 105。一可變增益電路108是耦接至所述誤差放大器104的一輸出106，並且一脈衝寬度調變(PWM)信號產生器電路122是耦接至所述可變增益電路108的一輸出以及所述降壓電力級128的一輸出。在某些實施例中，一緩衝器放大器(具有一可以是單一(unity)的增益)可以耦接在所述誤差放大器104的輸出106以及所述可變增益電路108的輸入112之間。一PWM及模式邏輯電路124(亦被稱為邏輯電路124)是耦接至所述PWM信號產生器電路122，並且一第一 開關電晶體驅動器電路126是耦接至所述PWM及模式邏輯電路124以及在所述降壓電力級128中的一第一對的開關電晶體Q1、Q2。一第二開關電晶體驅動器電路130是耦接至所述PWM及模式邏輯電路124以及在所述升壓電力級132中的一第二對的開關電晶體Q3、Q4。
更明確地說，所述降壓升壓轉換器100是耦接至一電壓源101，其產生一輸入電壓VIN、以及輸入電流IIN。所述輸入電流IIN是充電一輸入電容器CIN，並且橫跨輸入電容器CIN發展出所述輸入電壓VIN。所述輸入電壓VIN是耦接至所述第一開關電晶體Q1的汲極端子。所述第一開關電晶體驅動器電路126的一第一輸出端子是耦接至所述第一開關電晶體Q1的控制或閘極端子，並且所述第一開關電晶體驅動器電路126的一第二輸出端子是耦接至所述第二開關電晶體Q2的控制或閘極端子。所述第一開關電晶體Q1的源極端子是耦接至所述第二開關電晶體Q2的汲極端子，並且所述第二開關電晶體Q2的源極是耦接至電路接地。在所述第一開關電晶體Q1的源極端子與所述第二開關電晶體Q2的汲極端子之間的節點是在所述降壓電力級128的輸出處耦接至電感器LO的一第一端。在所述降壓操作模式中，響應於在所述PWM及模式邏輯電路124的兩個輸入處的輸出電壓VO至輸入電壓VIN的比例，PWM_BUCK信號是從所述PWM及模式邏輯電路124而被輸出，並且所述第一開關電晶體驅動器電路126驅動所述第一及第二開關電晶體Q1、Q2，以產生通過所述輸出電感器LO的電感器電流IL。
所述電感器LO的第二端是耦接至一連接在所述升壓電力級132中的第三開關電晶體Q3的源極端子與第四開關電晶體Q4的汲極端子之間的節點。所述第四開關電晶體Q4的源極是耦接至電路接地。所述第二 開關電晶體驅動器電路130的一輸出是耦接至所述第三開關電晶體Q3的控制或閘極端子，並且所述第二開關電晶體驅動器電路130的第二輸出是耦接至所述第四開關電晶體Q4的控制或閘極端子。所述第三開關電晶體Q3的汲極端子是耦接至所述輸出電容器CO以及所述輸出節點102。在升壓操作模式中，響應於在所述PWM及模式邏輯電路124的兩個輸入處的輸出電壓VO至輸入電壓VIN的比例，所述PWM_BOOST信號是從所述PWM及模式邏輯電路124被輸出，並且所述第二開關電晶體驅動器電路130驅動所述升壓電力級132的第三及第四開關電晶體Q3、Q4，以在所述降壓升壓轉換器100的輸出節點102產生所述輸出電壓VO、以及所述輸出電流IO 113。在所述升壓操作模式期間，所述PWM及模式邏輯電路124利用所述第一開關電晶體驅動器電路126以將所述第一開關電晶體Q1保持導通，並且將所述第二開關電晶體Q2保持關斷。
對於此範例實施例而言，一回授電路111是被耦接在所述輸出節點102與PWM及邏輯電路124之間。所述回授電路111是響應於一在電力模式之間的轉變來修改一誤差信號。明確地說，在所述回授電路中，所述升壓電力級132的輸出電壓VO是從所述輸出節點102耦接至所述互導類型的誤差放大器電路109中的誤差放大器104的反相的輸入。在此實施例中，一運算互導放大器(OTA)是被配置以作用為所述誤差放大器104。在一第二範例實施例中，一運算放大器(OA)可被配置以輸出一誤差電壓信號，並且藉此作用為所述誤差放大器104。一參考電壓VREF是耦接至所述誤差放大器104的非反相的輸入。在所述誤差放大器104的輸出處所產生的電流是流過頻率補償構件的電阻器RC 103以及電容器CC 105至電路接地，並且在 所述輸出106處發展出一經補償的誤差信號VC。所述經補償的誤差信號VC是從所述輸出106耦接至一可變增益電路108，所述可變增益電路108是作用以對於所述降壓、降壓升壓以及升壓模式的每一個，根據所述輸入電壓(VIN)以及輸出電壓(VO)的操作點來計算及輸出一唯一的控制信號VC′，例如是一修改後的經補償的誤差信號。因此，所述控制信號VC′是被預先設置到在模式被改變之後盡可能快速地驅動所述電感器LO至正確的電感器電流(IL)值所需的位準，並且對於原始的控制信號VC只有一最小的改變。因此，每當一電力模式轉變發生時，任何對於所述調節器的狀態變數的干擾都被最小化。
明確地說，參考所述可變增益電路108，在輸出106之處的控制信號VC是耦接至一降壓計算區塊110的一個別的輸入、一多工器116的一輸入112、以及一升壓計算區塊114。對於此範例實施例而言，所述降壓計算區塊110以及升壓計算區塊114的每一個都可以利用被配置以執行所牽涉到的計算的適當的類比電路來加以實施，例如是一或多個分壓器以及一或多個電壓加法器或是加總器。在其它實施例中，藉由所述降壓計算區塊110以及升壓計算區塊114所執行的計算可以數位地加以達成、或者替代的是藉由結合類比及數位的方法來加以達成。對於某些實施例而言，藉由所述降壓計算區塊110以及升壓計算區塊114所執行的計算例如可以藉由決定及施加一縮放因數至所述經補償的誤差電壓來加以達成，其中所施加的特定縮放因數是根據所述降壓升壓轉換器的電力操作模式而被決定出。不論在任何事件中，所述降壓計算區塊110的輸出都耦接至所述多工器116的一第二輸入118，並且所述升壓計算區塊114的輸出都耦接至所述多工器 116的一第三輸入120。一控制信號MODE 117是被利用以控制所述多工器116的切換操作。所述PWM及模式邏輯電路124的MODE控制輸出117也是所述多工器116的MODE控制輸入117。因此，所述PWM及模式邏輯電路124是被配置以控制哪一個信號從所述可變增益電路108被耦接至所述PWM信號產生器電路122。對於在圖1中所示的範例實施例而言，所述輸出電壓VO至所述輸入電壓VIN的比例是被利用以決定用於所述降壓升壓轉換器100的電力操作模式，並且此比例亦被利用以經由所述控制信號MODE 117來控制所述多工器116的切換。例如，若所述降壓升壓轉換器的經調節的DC輸出電壓的大小變成小於輸入電壓的大小，則所述PWM及模式邏輯電路124輸出所述控制信號MODE 117以將所述多工器116切換至降壓模式。若所述降壓升壓轉換器的經調節的DC輸出電壓的大小變成大於輸入電壓的大小，則所述PWM及模式邏輯電路124輸出所述控制信號MODE 117以將所述多工器116切換至升壓操作模式。若所述降壓升壓轉換器的經調節的DC輸出電壓的大小變成實質等於輸入電壓的大小，則所述PWM及模式邏輯電路124輸出所述控制信號MODE 117以將所述多工器116切換至所述降壓升壓操作模式。
圖2是一描繪用於圖1中所示的降壓升壓轉換器100的範例的操作參數的表200。參照在圖1中的降壓升壓轉換器100以及在圖2中所示的表200，在一範例的操作中，如同在202之處所指出的，若來自所述PWM及模式邏輯電路124的控制信號MODE 117將所述多工器116切換至降壓模式，則在所述多工器116的輸出處的信號是所述控制信號VC′，其在所述降壓模式中可被表示為：
Figure 105129120-A0305-02-0014-1
 或者是，如同在204之處所指出的，若來自所述PWM及模式邏輯電路124的控制信號MODE 117將所述多工器116切換至降壓升壓模式，則在所述多工器116的輸出處的信號是所述誤差信號VC，因為所述誤差信號VC在所述降壓升壓模式中是從所述輸出106被直接耦接至所述多工器116。就此而論，當所述降壓升壓轉換器100轉變至所述降壓升壓模式時，在所述多工器116的輸出的信號是所述控制信號VC′，其在此模式中可被表示為：VC '=VC (2)此外，如同在206之處所指出的，若來自所述PWM及模式邏輯電路124的控制信號MODE 117將所述多工器116切換至所述升壓模式，則在所述多工器116的輸出處的信號是所述控制信號VC′，其在此模式中可被表示為：
Figure 105129120-A0305-02-0014-2
 注意到的是，所述表200亦指出所述工作週期以及輸出/電感器電流的關係，其決定用於所述降壓升壓轉換器100的降壓、降壓升壓以及升壓操作模式的每一個的DC電壓以及電流操作點。
所述被預先設置的控制信號VC′是從所述可變增益電路108被耦接至所述PWM信號產生器電路122。所述PWM信號產生器電路122是輸出一PWM信號至所述PWM及模式邏輯電路124，而所述PWM及模式邏輯電路124是響應於所述輸出電壓VO至所述輸入電壓VIN的比例來產生所述控制信號MODE 117。如上所述，所述PWM及模式邏輯電路124亦輸出所述PWM_BUCK信號，所述PWM_BUCK信號是被利用以調變所述第一開關電晶體驅動器電路126，以用於所述開關電晶體Q1、Q2來在所述降壓電 力級128中產生所述電感器電流IL，並且所述PWM及模式邏輯電路124亦輸出所述PWM_BOOST信號，所述PWM_BOOST信號是被利用以調變所述第二開關電晶體驅動器電路130，以用於所述開關電晶體Q3、Q4來在所述升壓電力級132中產生所述輸出電壓VO。如上所述，在所述升壓操作模式期間，所述PWM及模式邏輯電路124是保持所述第一開關電晶體Q1導通以及所述第二開關電晶體Q2關斷。在所述降壓操作模式期間，所述PWM及模式邏輯電路124是保持所述第三開關電晶體Q3導通以及所述第四開關電晶體Q4關斷。
圖3A-3B是描繪用於在圖1中所示的降壓升壓轉換器100的降壓、降壓升壓以及升壓電力操作模式的範例的DC操作曲線的相關的波形圖。例如，同時亦參考圖2，所述表200是展示用於在202之處的降壓操作模式、在204之處的降壓升壓操作模式、以及在206之處的升壓操作模式的工作週期以及輸出/電感器電流關係。參照圖3A，圖300A是描繪在所述輸出電壓VO被選擇是12.6V之下，針對於在302A之處的降壓模式、在304A之處的降壓升壓模式、以及在306A之處的升壓模式，從所述表200中所展示的工作週期計算產生的所述工作週期D相對於所述輸入電壓VIN的範例的操作曲線。值得注意的是，在所述降壓模式中的工作週期操作曲線302A的曲率是維持固定且未被干擾的，直到如同在308A之處所指出的所述輸入電壓VIN以及所述輸出電壓VO是相等的為止。類似地，在所述降壓升壓模式中的工作週期操作曲線304A的曲率在整個操作中是維持實質固定且未被干擾的。再者，工作週期操作曲線306A的曲率亦維持固定且未被干擾的，直到如同在310A之處所指出的所述輸入電壓VIN以及所述輸出電壓VO是相等 的為止。因此，在圖3A中描繪的波形是展示對於在圖1中所示的範例的降壓升壓轉換器100的降壓、降壓升壓以及升壓電力操作模式，當在圖1中所示的降壓升壓轉換器中的輸入電壓被增大至輸出電壓的位準時，所述工作週期並沒有突然的改變。
在圖3B中的波形圖300B是描繪在所述輸出電壓VO被選擇是12.6V之下，針對於在302B之處的降壓升壓模式、在304B之處的降壓模式、以及在306B之處的升壓模式，從所述表200中展示的輸出/電感器電流關係產生的所述電感器電流IL相對於所述輸入電壓VIN的範例的操作曲線。虛線308B是指出穩定狀態的電感器電流在圖1中描繪的降壓升壓轉換器100轉變在所述升壓、降壓升壓以及降壓電力操作模式之間時是如何改變的。所述虛線308B亦指出中心在一12.6V的輸出電壓VO之處的電力模式的操作範圍。值得注意的是，如同在308B及310B之處所指出的，轉變至正確的電感器電流(IL)值是在模式被改變之後，盡可能快速地發生(例如，對於原始的控制信號VC只有一最小的改變)。因此，在圖3B中描繪的波形是展示每當一模式轉變發生時(例如，在308B及310B之處)，對於用在圖1中描繪的降壓升壓轉換器100中的調節器級的狀態變數的干擾是被最小化。應注意的是，在圖3A、3B中所示的波形以及在圖2中所示的方程式是假設在圖1中所示的降壓升壓轉換器100的範例實施例操作在一連續的電感器電流模式(CCM)中。
圖4A-4B是描繪所述降壓、降壓升壓以及升壓的電感器電流IL相對於所述輸入電壓VIN的波形近似的相關的圖，其針對於在圖1中所示的降壓升壓轉換器100是利用VC′=0.5 x VC的值。參照在圖4A中的波形 400A，所述降壓以及降壓升壓的電感器電流相對於所述輸入電壓的波形曲線被展示。明確地說，波形曲線404A是指出所述降壓升壓的電感器電流IL。波形曲線406A是指出所述降壓升壓的電感器電流IL乘上VIN/(VIN+VO)。波形曲線402A是指出所述降壓升壓電流IL乘上0.5。在408A之處，所述輸出電壓VO是12.6V。如同在410A之處所指出的，矩形是展示VC′=VC x 0.5的選擇看起來是在一寬的輸入/輸出範圍上非常接近用於所述降壓操作模式的理想的計算結果。
參照在圖4B中的波形400B，所述升壓以及降壓升壓的電感器電流相對於所述輸入電壓的波形曲線被展示。波形曲線404B是指出所述降壓升壓的電感器電流IL。波形曲線406B是指出所述降壓升壓的電感器電流IL乘上VO/(VIN+VO)。波形曲線402B是指出所述降壓升壓的電流IL乘上0.5。在408B之處，所述輸出電壓VO是12.6V。如同在410B之處所指出的，矩形是展示用於在圖1中描繪的降壓升壓轉換器100的VC′=VC x 0.5的選擇看起來也是在一寬的輸入/輸出範圍上非常接近用於所述升壓操作模式的理想的計算結果。
圖5是描繪根據本發明的一第二範例實施例的可被利用以控制一降壓升壓轉換器的回授電路500的概要的電路圖。例如，在一實施例中，所述回授電路500可被利用以取代所述可變增益電路108以及PWM信號產生器電路122，以控制在圖1中描繪的降壓升壓轉換器100。參照針對於所展示的範例實施例的圖5，所述回授電路500包含連接至一第一電阻器504以及一第二電阻器508的一誤差放大器502。值得注意的是，在一實施例中，所述回授電路500亦可包含一耦接在所述第一電阻器504的最上方 的端子與所述第二電阻器508的最左邊的端子之間的緩衝放大器，以避免電阻器508、510及514加載所述誤差放大器502而因此降低其增益。所述輸出電壓VO(例如，來自在圖1中的輸出節點102)是耦接至所述誤差放大器502的反相的輸入。所述誤差放大器502的非反相的輸入是連接至所述參考電壓VREF。所述第一電阻器504是連接至一電容器506，並且所述電容器506是連接至電路接地。在此實施例中，所述誤差放大器502是被配置為一OTA，其產生一被加到所述第二電阻器508的電阻值的電阻值RCOMP。所述第二電阻器508是連接至一第三電阻器510，而所述第三電阻器510是連接至一第四電阻器514以及一運算放大器516的非反相的輸入。一第五電阻器518是跨接在所述運算放大器516的反相的輸入與輸出之間。所述運算放大器516的反相的輸入亦連接至一第六電阻器520的一端子，並且所述第六電阻器520的第二端子是連接至一第七電阻器522的一端子。所述第七電阻器522的第二端子是連接至一偏壓電壓(例如是用於此實施例的1.7V)。在此實施例中，所述運算放大器516是被配置以作用為一放大器級(例如，調變放大器)，以放大耦接至所述調變器電路526中的PWM調變器528的電壓信號。所述調變器電路526的輸出是一PWM信號(例如，其耦接至在圖1中的PWM及模式邏輯電路124)。一第一開關512(例如，半導體開關)是跨接所述第三電阻器510，並且一第二開關524是跨接所述第七電阻器522。所述第一及第二開關512、524的開關位置是藉由控制信號(BUCK-BOOST)來加以控制。在此實施例中，當所述控制信號被施加至所述開關512、524時，所述開關512、524是被閉合，因而相關的電阻器510、522是被旁路。因此開關512、524形成一用於運算放大器516的"可切換的增益電路"。
在所述回授電路500的操作中，所述降壓升壓轉換器的輸出電壓VO是耦接至所述誤差放大器502的反相的輸入。所述誤差放大器502的非反相的輸入是連接至所述參考電壓VREF。產生在所述誤差放大器502的輸出處的補償信號RCOMP是耦接至所述運算放大器(MODAMP)516的非反相的輸入。若所述降壓升壓控制信號(BUCK-BOOST)被施加至所述開關512、524的一或兩者，以旁路所述個別的電阻器510、522(例如，響應於一電力模式改變)，則在所述運算放大器516的輸出處的信號的DC位準是依此而被改變。因此，根據本申請案的教示，在所述調變器電路526的輸入處的補償電壓是藉此被預先設置到在所述電力操作模式被改變之後，在相關的降壓升壓轉換器(例如，在圖1中的100)中盡可能快速地驅動電感器(例如，在圖1中的LO)至正確的電流值(例如，IL)所需的位準。
圖6是描繪根據本發明的一第三範例實施例的可被利用以控制一降壓升壓轉換器的回授電路600的概要的電路圖。例如，在一實施例中，所述回授電路600可被利用取代所述可變增益電路108以及PWM信號產生器電路122，以控制在圖1中描繪的降壓升壓轉換器100。參照針對於所展示的範例實施例的圖6，所述回授電路600包含一誤差放大器602，所述誤差放大器602是連接至一第一電阻器604以及一單一增益的緩衝調變放大器(MODAMP)608的非反相的輸入。所述降壓升壓轉換器的輸出電壓VO是耦接至所述誤差放大器602的反相的輸入。所述誤差放大器602的非反相的輸入是連接至所述參考電壓VREF。所述第一電阻器604是連接至一電容器606，並且所述電容器606是連接至電路接地。在此實施例中，所述誤差放大器602是被配置為一OTA，其產生一被耦接至所述調變放大器608 的非反相的輸入的輸出電壓RCOMP。所述調變放大器608的輸出是被回授且連接至其反相的輸入以及一多工器614的一輸入。在此實施例中，所述調變放大器608是被配置以放大將被耦接至所述調變器電路616中的PWM調變器618的RCOMP信號。所述調變器電路616的輸出是一PWM信號(例如，其被耦接至圖1中的PWM及模式邏輯電路124)。所述調變放大器608的輸出亦連接至一第二電阻器610的一端子，而所述第二電阻器610是連接至一第三電阻器612的一端子以形成一分壓器。所述第三電阻器612的第二端子是耦接至一供應電壓(例如是用於此實施例的1.7V)。連接在所述分壓器的第二電阻器610與第三電阻器612之間的節點是連接至所述多工器614的第二輸入。所述多工器614的多工處理操作是藉由所述控制信號(BUCK-BOOST)來加以控制。在此實施例中，當所述控制信號被施加至所述多工器614時，所述多工器614的兩個輸入是被多工在一起，並且所產生的信號是從所述多工器614輸出並且耦接至所述調變器電路616的輸入。以此種方式，多工器614是作用為一用於調變放大器608的可切換的增益電路。
在所述回授電路600的操作中，代表所述降壓升壓轉換器的輸出電壓VO的信號是耦接至所述誤差放大器電路602的反相的輸入。被產生在所述誤差放大器602的輸出處的信號RCOMP是耦接至所述調變放大器608的輸入，並且所述放大後的RCOMP信號是耦接至所述多工器614。若所述BUCK-BOOST控制信號被施加至所述多工器614的控制端子(例如，電力模式改變)，則在所述多工器614的輸出處的多工的信號的DC位準是根據所述電阻器610、612的值而被改變。因此，根據本申請案的教示，在所述調變放大器608的輸入處的(緩衝的)補償電壓信號是藉此被預先設置到在所述 電力操作模式被改變之後，在所述降壓升壓轉換器中盡可能快速地驅動電感器(例如，LO)至正確的電流值(例如，IL)所需的位準。
圖7是描繪一種具有與不具有增強型電力模式轉變的降壓升壓轉換器的模擬的效能的比較的波形圖700。例如，在一實施例中，描繪具有增強型電力模式轉變的降壓升壓轉換器的效能的波形可以是由在圖1中所示的降壓升壓轉換器100提供的。參照圖7，暫態分析是被利用來描繪在電力模式之間的轉變期間的輸入電壓(VIN)、輸出電壓(VOUT)、電感器電流(IL)、輸入電流(IIN)、以及補償電壓(VC)的比較。注意到的是，在圖7中的較淺色陰影的波形(例如是被標示為702B、704B、等等)是那些用於一種具有增強型電力模式轉變的降壓升壓轉換器者，並且在圖7中的較深色陰影的波形(例如是被標示為702A、704A、等等)是那些用於一種不具有增強型電力模式轉變的降壓升壓轉換器者。如同由在圖7中描繪的暫態分析及波形所展現的，針對於具有增強型電力模式轉變的降壓升壓轉換器(例如，702B、704B、706B及708B)的發生在模式之間的轉變期間(例如，在垂直的虛線712、714之處)的調節器狀態變數的干擾(例如，由電壓及電流擺動所展現的)是遠小於針對不具有增強型電力模式轉變的降壓升壓轉換器(例如，702A、704A、706A及708A)的發生在模式之間的轉變期間的調節器狀態變數的干擾。
圖8是描繪根據本發明的一範例實施例的一種可被利用以實施在一降壓升壓轉換器中的增強型電力模式轉變的方法800的流程圖。在此實施例中，所述方法800可被利用以實施在圖1中描繪的降壓升壓轉換器100中的增強型電力模式轉變。然而，在其它實施例中，所述方法800可被利用以實施在其中增強型電力模式轉變是所要的其它類型的DC-DC電 壓轉換器、或是調節器及控制器中的增強型電力模式轉變。參照圖1及8，所述範例的方法800是以在所述可變增益電路108的輸入處接收一經補償的誤差信號(例如，VC)來開始(802)。所述降壓升壓轉換器的電力操作模式接著是藉由被施加至所述多工器116的輸入的控制信號MODE 117的狀態來加以決定(804)。若所述降壓升壓轉換器是操作在所述降壓模式中(806)，則從所述多工器116輸出的電壓信號是所述控制信號VC'，其是從所述降壓計算區塊110來加以輸出(808)。所述流程接著前進到802。然而，在806之處，若所述降壓升壓轉換器並非操作在所述降壓模式中，則一項有關所述降壓升壓轉換器是否操作在所述升壓模式中的判斷是被作成(藉由所述控制信號MODE 117的狀態)(810)。若所述降壓升壓轉換器操作在所述升壓模式中，則從所述多工器116輸出的電壓信號是所述控制信號VC'，其是從所述升壓計算區塊114來加以輸出(812)。所述流程接著前進到802。然而，在810之處，若所述降壓升壓轉換器並非操作在所述升壓模式中，則從所述多工器116輸出的電壓信號是所述控制信號VC'，其在此例中是所述經補償的誤差信號VC，其是從所述多工器116以及可變增益電路108來加以輸出(814)。所述流程接著前進到802。
圖9是根據本發明的一範例實施例的一種電子系統900的概要的方塊圖，其可被利用以實施在一降壓升壓轉換器中的增強型電力模式轉變。在所展示的範例實施例中，電子系統900包含一電源子系統902、一數位處理器單元904、以及一週邊子系統906。例如，所述數位處理器單元904可以是一微處理器或是微控制器與類似者。所述週邊子系統906包含一用於儲存藉由所述數位處理器單元904處理的資料的記憶體單元908、以及 一用於發送及接收資料以往返於所述記憶體單元908以及數位處理器單元904的輸入/輸出(I/O)單元910。在圖9描繪的範例實施例中，所述電源子系統902包含一DC-DC控制器912、以及一具有用於所述DC-DC控制器912的電壓及電流調節的增強型電力模式轉變電路914的降壓升壓轉換器。所述DC-DC控制器912以及電源子系統902是經由線916來提供一經調節的電壓，以供電在所述數位處理器單元904以及週邊子系統906中的電子構件。在所展示的範例實施例中，具有增強型電力模式轉變電路914的降壓升壓轉換器例如可以利用在圖1中描繪的降壓升壓轉換器100來加以實施。在一或多個實施例中，所述電子系統900的構件可以用一或多個積體電路、晶圓、晶片或晶粒來加以實施。
範例實施例
例子1是包含一種用於在一DC-DC電壓轉換器中的電力模式轉變的方法，所述方法包括：接收一和所述DC-DC電壓轉換器的一輸出電壓相關的經補償的誤差信號；決定所述DC-DC電壓轉換器的一電力操作模式；若所述電力操作模式是一第一模式，則根據所述經補償的誤差信號來輸出一第一控制信號以調節所述DC-DC電壓轉換器的輸出電壓；若所述電力操作模式是一第二模式，則根據所述經補償的誤差信號來輸出一第二控制信號以調節所述DC-DC電壓轉換器的輸出電壓；以及若所述電力操作模式是一第三模式，則根據所述經補償的誤差信號來輸出一第三控制信號以調節所述DC-DC電壓轉換器的輸出電壓。
例子2是包含例子1的方法，其中判斷所述電力操作模式是否為所述第一模式是包括判斷所述電力操作模式是否為一降壓模式。
例子3是包含例子1-2的任一個的方法，其中判斷所述電力操作模式是否為所述第二模式是包括判斷所述電力操作模式是否為一升壓模式。
例子4是包含例子1-3的任一個的方法，其中判斷所述電力操作模式是否為所述第三模式是包括判斷所述電力操作模式是否為一降壓升壓模式。
例子5是包含例子1-4的任一個的方法，其中輸出所述第一控制信號以調節所述DC-DC電壓轉換器的輸出電壓是包括根據用於一降壓操作模式的所述經補償的誤差信號以輸出一計算出的控制電壓。
例子6是包含例子1-5的任一個的方法，其中輸出所述第二控制信號以調節所述DC-DC電壓轉換器的輸出電壓是包括根據用於一升壓操作模式的所述經補償的誤差信號以輸出一計算出的控制電壓。
例子7是包含例子1-6的任一個的方法，其中輸出所述第三控制信號以調節所述DC-DC電壓轉換器的輸出電壓是包括根據用於一降壓升壓操作模式的所述經補償的誤差信號以輸出一控制電壓。
例子8是包含例子1-7的任一個的方法，其中輸出所述第三控制信號以調節所述DC-DC電壓轉換器的輸出電壓是包括輸出用於一降壓升壓操作模式的所述經補償的誤差信號。
例子9是包含例子1-8的任一個的方法，其中所述DC-DC電壓轉換器是包括一種降壓升壓轉換器。
例子10是包含一種操作一降壓升壓DC-DC轉換器的方法，所述方法包括：監測所述降壓升壓DC-DC轉換器的一輸出電壓；響應於所 述監測，產生一和所述輸出電壓相關的經補償的誤差電壓；響應於所述降壓升壓DC-DC轉換器的一電力操作模式以修改所述經補償的誤差電壓；響應於所述修改後的經補償的誤差電壓以產生一脈衝寬度調變(PWM)控制信號；以及響應於所述PWM控制信號以控制所述降壓升壓DC-DC轉換器的一升壓電力級以及一降壓電力級中的至少一個。
例子11是包含例子10的方法，其中所述監測是包括一誤差放大器接收所述降壓升壓DC-DC轉換器的輸出電壓，以及響應於所述輸出電壓以產生所述經補償的誤差電壓。
例子12是包含例子10-11的任一個的方法，其中修改所述經補償的誤差電壓是包括一計算電路響應於所述降壓升壓DC-DC轉換器的所述電力操作模式以計算所述經補償的誤差電壓的一經縮放的值，以及響應於所述經補償的誤差電壓的所述計算出的經縮放的值以產生所述修改後的經補償的誤差電壓。
例子13是包含例子12的方法，其中計算所述經縮放的值是包括響應於所述降壓升壓DC-DC轉換器的所述電力操作模式以決定所述計算電路的一縮放因數。
例子14是包含一種DC-DC電壓轉換器，其包括：一降壓電力級；一耦接至所述降壓電力級的第一開關電晶體驅動器電路；一升壓電力級；一耦接至所述升壓電力級的第二開關電晶體驅動器電路；一邏輯電路，其耦接至所述第一開關電晶體驅動器電路以及所述第二開關電晶體驅動器電路；以及一耦接至所述邏輯電路的回授電路，其中所述回授電路是響應於一在電力模式之間的轉變以修改一誤差信號。
例子15是包含例子14的DC-DC電壓轉換器，其中所述回授電路包含：一耦接至所述升壓電力級的誤差放大器電路，所述誤差放大器電路是被配置以從所述升壓電力級接收一輸出信號並且產生一和所述輸出信號相關的經補償的誤差信號；一可變增益電路，其是耦接至所述誤差放大器電路並且被配置以接收所述經補償的誤差信號，產生一用於所述DC-DC電壓轉換器的至少一電力操作模式的修改後的經補償的誤差信號，以及響應於一在電力模式之間的轉變以對於所述至少一電力操作模式輸出所述修改後的經補償的誤差信號；以及一脈衝寬度調變的(PWM)信號產生器電路，其是耦接至所述可變增益電路並且被配置以響應於在電力模式之間的所述轉變來接收所述修改後的經補償的誤差信號，以及輸出一PWM信號，其中所述邏輯電路是被配置以接收所述PWM信號以及所述DC-DC電壓轉換器的輸入與輸出電壓，以及產生一用以驅動所述降壓電力級的第一PWM信號、一用以驅動所述升壓電力級的第二PWM信號、以及一模式控制信號。
例子16是包含例子15的DC-DC電壓轉換器，其中所述誤差放大器電路是包括一運算互導放大器。
例子17是包含例子15-16的任一個的DC-DC電壓轉換器，其中所述可變增益電路包括一降壓計算區塊、一升壓計算區塊、以及一多工器，所述多工器是耦接至所述降壓計算區塊、所述升壓計算區塊、以及所述誤差放大器電路的一輸出。
例子18是包含例子15-17的任一個的DC-DC電壓轉換器，其中所述PWM信號產生器電路包括一調變器電路，所述調變器電路是被配 置以響應於用於所述至少一電力操作模式的所述修改後的經補償的誤差信號以產生所述PWM信號。
例子19是包含例子15-18的任一個的DC-DC電壓轉換器，其中所述邏輯電路是被配置以接收所述DC-DC電壓轉換器的輸入電壓、所述DC-DC電壓轉換器的輸出電壓以及所述PWM信號，響應於所述輸入電壓以及所述輸出電壓以輸出所述模式控制信號，以及輸出一用以驅動所述降壓電力級的第一PWM信號以及一用以驅動所述升壓電力級的第二PWM信號。
例子20是包含例子14-19的任一個的DC-DC電壓轉換器，其中所述DC-DC電壓轉換器是包括一被形成在一積體電路、晶圓、晶片或晶粒上的降壓升壓轉換器。
例子21是包含例子14-20的任一個的DC-DC電壓轉換器，其中所述DC-DC電壓轉換器包括一電壓模式控制的PWM控制器。
例子22是包含例子14-21的任一個的DC-DC電壓轉換器，其中所述回授電路包括：一耦接至所述升壓電力級的誤差放大器電路，所述誤差放大器電路是被配置以從所述升壓電力級接收一輸出信號並且產生一和所述輸出信號相關的經補償的誤差信號；一調變放大器電路，其是耦接至所述誤差放大器電路並且被配置以接收所述經補償的誤差信號以及產生一用於所述DC-DC電壓轉換器的至少一電力操作模式的修改後的經補償的誤差信號，以及響應於在電力模式之間的所述轉變以輸出所述修改後的經補償的誤差信號；以及一調變器電路，其是耦接至所述調變放大器電路並且被配置以響應於在電力模式之間的所述轉變來接收所述修改後的經補 償的誤差信號，以及響應於所述修改後的經補償的誤差信號以輸出一PWM信號。
例子23是包含例子22的DC-DC電壓轉換器，其中在電力模式之間的所述轉變是包括至一降壓升壓電力操作模式的一轉變、或是從一降壓升壓電力操作模式的一轉變中的至少一個。
例子24是包含例子22-23的任一個的DC-DC電壓轉換器，所述調變放大器電路進一步包括至少一可切換的增益電路，其中所述至少一可切換的增益電路是被配置以接收所述經補償的誤差信號，並且響應於一和在電力模式之間的所述轉變相關的控制信號以產生所述修改後的經補償的誤差信號。
例子25是包含例子24的DC-DC電壓轉換器，其中所述至少一可切換的增益電路是包括一開關，所述開關是耦接至所述調變放大器電路的一輸入並且被配置以響應於和在電力模式之間的所述轉變相關的所述控制信號來產生所述修改後的經補償的誤差信號。
例子26是包含例子24-25的任一個的DC-DC電壓轉換器，其中所述至少一可切換的增益電路是包括一多工器，所述多工器是耦接至所述調變放大器電路的一輸出並且被配置以響應於和在電力模式之間的所述轉變相關的所述控制信號來產生所述修改後的經補償的誤差信號。
例子27是包含一種電子系統，其包括：一數位處理器；一耦接至所述數位處理器的週邊子系統；以及一電源子系統，其是耦接至所述數位處理器以及所述週邊子系統的電路構件，並且被配置以產生一輸出電壓以供電所述數位處理器以及所述週邊子系統的所述電路構件，其中所 述電源子系統包含一被配置以調節所述電源子系統的輸出電壓的DC-DC控制器，並且所述DC-DC控制器包含一降壓升壓轉換器，所述降壓升壓轉換器是包括：一降壓電力級；一升壓電力級；一耦接至所述升壓電力級的誤差放大器電路，所述誤差放大器電路是被配置以從所述升壓電力級接收一輸出信號並且產生一和所述輸出信號相關的經補償的誤差信號；一可變增益電路，其是耦接至所述誤差放大器電路並且被配置以接收所述經補償的誤差信號，對於所述降壓升壓轉換器的至少一電力操作模式產生一修改後的經補償的誤差信號，以及響應於一在電力模式之間的轉變以對於所述至少一電力操作模式輸出所述修改後的經補償的誤差信號；一脈衝寬度調變的(PWM)信號產生器電路，其是耦接至所述可變增益電路，並且被配置以響應於在模式之間的所述轉變來接收所述修改後的經補償的誤差信號，以及輸出一PWM信號；以及一邏輯電路，其是耦接至所述PWM信號產生器電路，並且被配置以接收所述PWM信號以及所述降壓升壓轉換器的所述輸出電壓以及一輸入電壓，以及產生一用以驅動所述降壓電力級的第一PWM信號、一用以驅動所述升壓電力級的第二PWM信號、以及一模式控制信號。
例子28是包含例子27的電子系統，其中所述降壓升壓轉換器以及所述電源子系統是被形成在一或多個積體電路、晶圓、晶片或晶粒上。
例子29是包含例子27-28的任一個的電子系統，其中所述數位處理器是包括被形成在一積體電路上的一微處理器或是一微控制器。
例子30是包含例子27-29的任一個的電子系統，其中所述電源子系統是包括一電源管理積體電路(PMIC)。
儘管特定的實施例已經在此加以描繪及敘述，但所述技術中具有通常技能者將會體認到的是，任何被推測是達成相同目的之配置都可以取代所展示的特定實施例。因此，本申請案明白地欲僅受限於本申請案的請求項及其等同物。
100:降壓升壓轉換器
101:電壓源
102:輸出節點
103:電阻器
104:誤差放大器
105:電容器
106:輸出
107:電阻器
108:可變增益電路
109:誤差放大器電路
110:降壓計算區塊
111:回授電路
112:輸入
113:輸出電流
114:升壓計算區塊
116:多工器
117:控制信號
118:輸入
120:輸入
122:PWM信號產生器電路
123:調變器
124:PWM及模式邏輯電路
126:驅動器
128:降壓電力級
130:驅動器
132:升壓電力級

Claims (30)

  1. 一種用於在一直流對直流電壓轉換器中的電力模式轉變的方法，所述方法包括：接收所述直流對直流電壓轉換器的一輸出電壓的一經補償的誤差信號；判斷所述直流對直流電壓轉換器的一電力操作模式；若所述電力操作模式是一第一模式，則根據一第一修改後的經補償的誤差信號來輸出一第一控制信號以調節所述直流對直流電壓轉換器的輸出電壓；若所述電力操作模式是一第二模式，則根據一第二修改後的經補償的誤差信號來輸出一第二控制信號以調節所述直流對直流電壓轉換器的輸出電壓；以及若所述電力操作模式是一第三模式，則輸出一包含所述經補償的誤差信號的第三控制信號以調節所述直流對直流電壓轉換器的輸出電壓。
  2. 如請求項1的方法，其中判斷所述電力操作模式是否為所述第一模式包括判斷所述電力操作模式是否為一降壓模式。
  3. 如請求項1的方法，其中判斷所述電力操作模式是否為所述第二模式包括判斷所述電力操作模式是否為一升壓模式。
  4. 如請求項1的方法，其中判斷所述電力操作模式是否為所述第三模式包括判斷所述電力操作模式是否為一降壓升壓模式。
  5. 如請求項1的方法，其中輸出所述第一控制信號以調節所述直流對直流電壓轉換器的輸出電壓包括輸出一包含用於一降壓操作模式的所述第一 修改後的經補償的誤差信號的計算出的控制電壓。
  6. 如請求項1的方法，其中輸出所述第二控制信號以調節所述直流對直流電壓轉換器的輸出電壓包括輸出一包含用於一升壓操作模式的所述第二修改後的經補償的誤差信號的計算出的控制電壓。
  7. 如請求項1的方法，其中輸出所述第三控制信號以調節所述直流對直流電壓轉換器的輸出電壓包括輸出一包含用於一降壓升壓操作模式的所述經補償的誤差信號的控制電壓。
  8. 如請求項1的方法，其中輸出所述第三控制信號以調節所述直流對直流電壓轉換器的輸出電壓包括輸出用於一降壓升壓操作模式的所述經補償的誤差信號。
  9. 如請求項1的方法，其中所述直流對直流電壓轉換器包括一降壓升壓轉換器。
  10. 一種操作一降壓升壓直流對直流轉換器的方法，所述方法包括：監測所述降壓升壓直流對直流轉換器的一輸出電壓；響應於所述監測，產生所述輸出電壓的一經補償的誤差電壓；產生所述降壓升壓直流對直流轉換器的電力操作模式的第一模式的一第一修改後的經補償的誤差電壓，以及產生所述降壓升壓直流對直流轉換器的所述電力操作模式的第二模式的一第二修改後的經補償的誤差電壓；響應於所述降壓升壓直流對直流轉換器的所述電力操作模式而選擇所述第一修改後的經補償的誤差電壓、所述第二修改後的經補償的誤差電壓、以及所述經補償的誤差電壓中的至少一者；響應於所選擇的經補償的誤差電壓以產生一脈衝寬度調變控制信號； 以及響應於所述脈衝寬度調變控制信號以控制所述降壓升壓直流對直流轉換器的一升壓電力級以及一降壓電力級中的至少一個。
  11. 如請求項10的方法，其中所述監測包括一誤差放大器接收所述降壓升壓直流對直流轉換器的所述輸出電壓，以及響應於所述輸出電壓以產生所述經補償的誤差電壓。
  12. 如請求項10的方法，其中產生所述第一修改後的經補償的誤差電壓或所述第二修改後的經補償的誤差電壓包括一計算電路響應於所述降壓升壓直流對直流轉換器的所述電力操作模式以計算所述經補償的誤差電壓的一經縮放的值，以及響應於所述經補償的誤差電壓的計算出的所述經縮放的值以產生所述第一修改後的經補償的誤差電壓或所述第二修改後的經補償的誤差電壓。
  13. 如請求項12的方法，其中計算所述經縮放的值包括響應於所述降壓升壓直流對直流轉換器的所述電力操作模式以決定所述計算電路的一縮放因數。
  14. 一種直流對直流電壓轉換器，其包括：一降壓電力級；一耦接至所述降壓電力級的第一開關電晶體驅動器電路；一升壓電力級；一耦接至所述升壓電力級的第二開關電晶體驅動器電路；一邏輯電路，其耦接至所述第一開關電晶體驅動器電路以及所述第二開關電晶體驅動器電路；以及 一耦接至所述邏輯電路的回授電路，其中所述回授電路是響應於一在電力模式之間的轉變以修改一誤差信號，其中，所述回授電路包含一可變增益電路，其被配置以接收一經補償的誤差信號，產生用於所述直流對直流電壓轉換器的電力操作模式的第一模式的一第一修改後的經補償的誤差信號，產生用於所述直流對直流電壓轉換器的所述電力操作模式的第二模式的一第二修改後的經補償的誤差信號，以及響應於一在電力模式之間的轉變而輸出所述第一修改後的經補償的誤差信號、所述第二修改後的經補償的誤差信號、以及所述經補償的誤差信號中的至少一者。
  15. 如請求項14的直流對直流電壓轉換器，其中所述回授電路進一步包含：一耦接至所述升壓電力級的誤差放大器電路，所述誤差放大器電路是被配置以從所述升壓電力級接收一輸出信號並且產生所述輸出信號的所述經補償的誤差信號；以及一脈衝寬度調變的信號產生器電路，其耦接至所述可變增益電路並且被配置以響應於在電力模式之間的所述轉變來接收修改後的經補償的誤差信號，以及輸出一脈衝寬度調變信號，其中所述邏輯電路是被配置以接收所述脈衝寬度調變信號以及所述直流對直流電壓轉換器的輸入與輸出電壓，以及產生一用以驅動所述降壓電力級的第一脈衝寬度調變信號、一用以驅動所述升壓電力級的第二脈衝寬度調變信號、以及一模式控制信號，其中，所述可變增益電路耦接至所述誤差放大器電路。
  16. 如請求項15的直流對直流電壓轉換器，其中所述誤差放大器電路包 括一運算互導放大器。
  17. 如請求項15的直流對直流電壓轉換器，其中所述可變增益電路包括一降壓計算區塊、一升壓計算區塊、以及一多工器，所述多工器是耦接至所述降壓計算區塊、所述升壓計算區塊、以及所述誤差放大器電路的一輸出。
  18. 如請求項15的直流對直流電壓轉換器，其中所述脈衝寬度調變信號產生器電路包括一調變器電路，所述調變器電路是被配置以響應於所述第一修改後的經補償的誤差信號或所述第二修改後的經補償的誤差信號以產生所述脈衝寬度調變信號。
  19. 如請求項15的直流對直流電壓轉換器，其中所述邏輯電路是被配置以接收所述直流對直流電壓轉換器的輸入電壓、所述直流對直流電壓轉換器的輸出電壓以及所述脈衝寬度調變信號，響應於所述輸入電壓以及所述輸出電壓以輸出所述模式控制信號，以及輸出一用以驅動所述降壓電力級的第一脈衝寬度調變信號以及一用以驅動所述升壓電力級的第二脈衝寬度調變信號。
  20. 如請求項14的直流對直流電壓轉換器，其中所述直流對直流電壓轉換器包括一被形成在一積體電路、晶圓、晶片或晶粒上的降壓升壓轉換器。
  21. 如請求項14的直流對直流電壓轉換器，其中所述直流對直流電壓轉換器包括一電壓模式控制的脈衝寬度調變控制器。
  22. 如請求項14的直流對直流電壓轉換器，其中所述回授電路進一步包括：一耦接至所述升壓電力級的誤差放大器電路，所述誤差放大器電路是 被配置以從所述升壓電力級接收一輸出信號並且產生所述輸出信號的所述經補償的誤差信號；一調變放大器電路，其耦接至所述誤差放大器電路並且被配置以接收所述經補償的誤差信號以及產生用於所述直流對直流電壓轉換器的所述電力操作模式的所述第一模式的所述第一修改後的經補償的誤差信號和用於所述直流對直流電壓轉換器的所述電力操作模式的所述第二模式的所述第二修改後的經補償的誤差信號，以及響應於在電力模式之間的所述轉變而輸出所述第一修改後的經補償的誤差信號、所述第二修改後的經補償的誤差信號、以及所述經補償的誤差信號中的至少一者；以及一調變器電路，其耦接至所述調變放大器電路並且被配置以響應於在電力模式之間的所述轉變來接收所述第一修改後的經補償的誤差信號、所述第二修改後的經補償的誤差信號、以及所述經補償的誤差信號中的至少一者，以及響應於所述第一修改後的經補償的誤差信號、所述第二修改後的經補償的誤差信號、以及所述經補償的誤差信號中的至少一者以輸出一脈衝寬度調變信號。
  23. 如請求項22的直流對直流電壓轉換器，其中在電力模式之間的所述轉變包括至一降壓升壓電力操作模式的一轉變、或是從一降壓升壓電力操作模式的一轉變中的至少其中一個。
  24. 如請求項22的直流對直流電壓轉換器，所述調變放大器電路進一步包括至少一可切換的增益電路，其中所述至少一可切換的增益電路是被配置以接收所述經補償的誤差信號，並且響應於在電力模式之間的所述轉變的一控制信號以產生所述第一修改後的經補償的誤差信號和所述第二修改 後的經補償的誤差信號中的至少一者。
  25. 如請求項24的直流對直流電壓轉換器，其中所述至少一可切換的增益電路包括一開關，所述開關是耦接至所述調變放大器電路的一輸入並且被配置以響應於在電力模式之間的所述轉變的所述控制信號來選擇所述第一修改後的經補償的誤差信號、所述第二修改後的經補償的誤差信號、以及所述經補償的誤差信號中的至少一者。
  26. 如請求項24的直流對直流電壓轉換器，其中所述至少一可切換的增益電路包括一多工器，所述多工器是耦接至所述調變放大器電路的一輸出並且被配置以響應於在電力模式之間的所述轉變的所述控制信號來選擇所述第一修改後的經補償的誤差信號、所述第二修改後的經補償的誤差信號、以及所述經補償的誤差信號中的至少一者。
  27. 一種電子系統，其包括：一數位處理器；一耦接至所述數位處理器的週邊子系統；以及一電源子系統，其是耦接至所述數位處理器以及所述週邊子系統的電路構件，並且被配置以產生一輸出電壓以供電所述數位處理器以及所述週邊子系統的所述電路構件，其中所述電源子系統包含一被配置以調節所述電源子系統的輸出電壓的直流對直流控制器，並且所述直流對直流控制器包含一降壓升壓轉換器，所述降壓升壓轉換器包括：一降壓電力級；一升壓電力級；一耦接至所述升壓電力級的誤差放大器電路，所述誤差放大器電路是 被配置以從所述升壓電力級接收一輸出信號並且產生所述輸出信號的一經補償的誤差信號；一可變增益電路，其是耦接至所述誤差放大器電路並且被配置以接收所述經補償的誤差信號，產生用於所述降壓升壓轉換器的電力操作模式的第一模式的一第一修改後的經補償的誤差信號，產生用於所述降壓升壓轉換器的所述電力操作模式的第二模式的一第二修改後的經補償的誤差信號，以及響應於一在電力模式之間的轉變而輸出所述第一修改後的經補償的誤差信號、所述第二修改後的經補償的誤差信號、以及所述經補償的誤差信號中的至少一者；一脈衝寬度調變的信號產生器電路，其是耦接至所述可變增益電路，並且被配置以響應於在電力模式之間的所述轉變來接收修改後的經補償的誤差信號，以及輸出一脈衝寬度調變信號；以及一邏輯電路，其是耦接至所述脈衝寬度調變信號產生器電路，並且被配置以接收所述脈衝寬度調變信號以及所述降壓升壓轉換器的所述輸出電壓以及一輸入電壓，以及產生一用以驅動所述降壓電力級的第一脈衝寬度調變信號、一用以驅動所述升壓電力級的第二脈衝寬度調變信號、以及一模式控制信號。
  28. 如請求項27的電子系統，其中所述降壓升壓轉換器以及所述電源子系統是被形成在一或多個積體電路、晶圓、晶片或晶粒上。
  29. 如請求項27的電子系統，其中所述數位處理器包括被形成在一積體電路上的一微處理器或是一微控制器。
  30. 如請求項27的電子系統，其中所述電源子系統包括一電源管理積體 電路(PMIC)。
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Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014220088A1 (de) * 2014-10-02 2016-04-07 Robert Bosch Gmbh Leistungsschalter, Batteriesystem und Verfahren zum Betreiben eines Leistungsschalters
US10163639B2 (en) 2015-07-09 2018-12-25 Great Wall Semiconductor Corporation Trench MOSFET with depleted gate shield and method of manufacture
US10164088B2 (en) * 2015-07-09 2018-12-25 Great Wall Semiconductor Corporation Trench MOSFET with depleted gate shield and method of manufacture
US9837972B2 (en) * 2015-12-30 2017-12-05 Skyworks Solutions, Inc. Multi-mode power amplifier module
US10481191B2 (en) * 2017-05-03 2019-11-19 Lg Chem, Ltd. Diagnostic system for a vehicle electrical system
US10353015B2 (en) * 2017-07-24 2019-07-16 Lg Chem, Ltd. Diagnostic system for a DC-DC voltage converter
CN109391140B (zh) * 2017-08-02 2020-07-28 瑞鼎科技股份有限公司 电荷泵电路及其运作方法
US10491121B2 (en) 2017-10-30 2019-11-26 Renesas Electronics America Inc. Window comparator structure for low power hysteretic buck-boost DC-DC controller
US10594218B1 (en) 2017-12-20 2020-03-17 Renesas Electronics America Inc. Hysteresis timing scheme for mode transition in a buck boost converter
US10637357B1 (en) 2017-12-20 2020-04-28 Renesas Electronics America Inc. Ramp offset compensation circuit in a buck boost converter
US10965204B2 (en) * 2018-03-20 2021-03-30 Psemi Corporation Adaptive control for reconfiguring a regulator and/or a charge pump for a power converter
KR102549239B1 (ko) * 2018-04-24 2023-06-30 한국전자통신연구원 델타 시그마 모듈레이터를 이용한 벅-부스트 컨버터
IT201800008221A1 (it) * 2018-08-29 2020-02-29 St Microelectronics Srl Convertitore elettronico, circuito integrato e procedimento di funzionamento di un convertitore elettronico corrispondenti
US10622897B2 (en) 2018-09-17 2020-04-14 Hamilton Sundstrand Corporation Controller for buck DC/DC converter with effective decoupling
CN109217679B (zh) * 2018-10-23 2020-03-20 深圳南云微电子有限公司 一种控制器ic及其应用
US11245332B1 (en) * 2019-02-08 2022-02-08 Renesas Electronics America Inc. Reference voltage control in a switch mode power supply
CN109927557B (zh) * 2019-03-26 2021-06-15 西安电子科技大学芜湖研究院 一种多路交错结构及宽输入电动汽车高效能量回收系统
US12051972B2 (en) * 2019-05-23 2024-07-30 Infineon Technologies Austria Ag Hybrid resonant power supply
US11177737B2 (en) * 2019-07-19 2021-11-16 Texas Instruments Incorporated Switching control for power converters
US12081127B2 (en) * 2019-08-21 2024-09-03 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device
US11557929B2 (en) 2020-01-06 2023-01-17 Aira, Inc. Device movement detection in a multi-coil charging surface
FR3107793B1 (fr) * 2020-02-28 2022-05-06 St Microelectronics Grenoble 2 Interface d'alimentation USB-PD
IT202100017072A1 (it) * 2021-06-29 2022-12-29 St Microelectronics Srl Dispositivo di controllo di un regolatore di tensione a commutazione e regolatore di tensione a commutazione
CN114285278B (zh) * 2021-12-27 2024-03-19 厦门科华数能科技有限公司 变换器的控制方法及控制装置
CN115411940A (zh) * 2022-08-12 2022-11-29 圣邦微电子(苏州)有限责任公司 一种追踪负载电流的电压转换器模式切换电路及方法
US20240136928A1 (en) * 2022-10-13 2024-04-25 Renesas Design (UK) Limited Control circuit for a buck-boost power converter
TWI848835B (zh) * 2023-10-18 2024-07-11 立錡科技股份有限公司 升降壓切換式電源電路及其控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6166527A (en) * 2000-03-27 2000-12-26 Linear Technology Corporation Control circuit and method for maintaining high efficiency in a buck-boost switching regulator
US20090146623A1 (en) * 2007-12-11 2009-06-11 Analog Devices, Inc. DC to DC converter
TW201034363A (en) * 2009-03-13 2010-09-16 Richtek Technology Corp Buck-boost power converter and its control method
CN101944850A (zh) * 2009-07-06 2011-01-12 立锜科技股份有限公司 升降压切换式电源电路与其控制电路与方法
CN102055334A (zh) * 2009-10-28 2011-05-11 立锜科技股份有限公司 升降压式电源转换器的控制电路及方法
TW201225493A (en) * 2010-12-09 2012-06-16 Richtek Technology Corp Control circuit and method for buck-boost switching converter

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7176667B2 (en) * 2005-06-20 2007-02-13 Aimtron Technology Corp. Buck-boost voltage converter
US7391190B1 (en) * 2006-04-03 2008-06-24 National Semiconductor Corporation Apparatus and method for three-phase buck-boost regulation
US7453247B2 (en) * 2006-06-30 2008-11-18 Analog Devices, Inc. DC to DC voltage converter
US8085011B1 (en) 2007-08-24 2011-12-27 Intersil Americas Inc. Boost regulator using synthetic ripple regulation
US7737668B2 (en) * 2007-09-07 2010-06-15 Panasonic Corporation Buck-boost switching regulator
US20090102440A1 (en) * 2007-10-23 2009-04-23 Advanced Analogic Technologies, Inc. Buck-Boost Switching Voltage Regulator
US7843177B2 (en) * 2007-10-31 2010-11-30 Elite Semiconductor Memory Technology Inc. Control circuit and method for maintaining high efficiency in switching regulator
CN101478237A (zh) * 2008-12-02 2009-07-08 苏州市华芯微电子有限公司 优化dc/dc转换器稳定性的补偿方法
US8773084B2 (en) * 2009-08-24 2014-07-08 Micrel, Inc. Buck-boost converter using timers for mode transition control
US8305055B2 (en) * 2010-01-29 2012-11-06 Intersil Americas Inc. Non-inverting buck boost voltage converter
EP2466740B1 (en) * 2010-12-14 2020-02-05 Dialog Semiconductor GmbH Circuit of high efficient buck-boost switching regulator and control method thereof
US9041363B2 (en) * 2012-09-21 2015-05-26 Analog Devices Global Windowless H-bridge buck-boost switching converter
KR102193987B1 (ko) * 2014-10-06 2020-12-22 삼성전자주식회사 벅-부스트 컨버터 및 이를 포함하는 전원 관리 집적 회로
TWI560985B (en) * 2015-07-01 2016-12-01 Anpec Electronics Corp Buck-boost converter and control circuit thereof
US9831780B2 (en) * 2015-08-07 2017-11-28 Mediatek Inc. Buck-boost converter and method for controlling buck-boost converter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6166527A (en) * 2000-03-27 2000-12-26 Linear Technology Corporation Control circuit and method for maintaining high efficiency in a buck-boost switching regulator
US20090146623A1 (en) * 2007-12-11 2009-06-11 Analog Devices, Inc. DC to DC converter
TW201034363A (en) * 2009-03-13 2010-09-16 Richtek Technology Corp Buck-boost power converter and its control method
CN101944850A (zh) * 2009-07-06 2011-01-12 立锜科技股份有限公司 升降压切换式电源电路与其控制电路与方法
CN102055334A (zh) * 2009-10-28 2011-05-11 立锜科技股份有限公司 升降压式电源转换器的控制电路及方法
TW201225493A (en) * 2010-12-09 2012-06-16 Richtek Technology Corp Control circuit and method for buck-boost switching converter

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