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TW202005247A - 改進的四開關升降壓轉換器的恆定斷開時間控制 - Google Patents

改進的四開關升降壓轉換器的恆定斷開時間控制 Download PDF

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TW202005247A
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Abstract

一種轉換器包括：串聯耦接在輸入電壓端子和地之間的第一高壓側開關和第一低壓側開關；串聯耦接在輸出電壓端子和地之間的第二高壓側開關和第二低壓側開關；耦接到第一高壓側開關和第一低壓側開關的共同節點與第二高壓側開關和第二低壓側開關的共同節點的電感器；以及被配置爲生成閘極驅動訊號的控制器。其中，該控制器包括：用於設定第一低壓側開關的斷開時間的第一計時器；用於設定第二高壓側開關的斷開時間的第二計時器；以及用於設定第一高壓側開關的斷開時間和第二低壓側開關的斷開時間的峰值電流模式控制裝置。

Description

改進的四開關升降壓轉換器的恆定斷開時間控制
本發明涉及功率轉換器。
隨著電子裝置往可攜式和行動式發展，電池成爲了主要的電力來源。然而，由於電池的特性，電池的輸出電壓可能會在充滿電的狀態和完全耗盡的狀態之間的廣泛範圍內變化。取决於電池的狀態，充電電壓可能高於或低於電池電壓。
另外，隨著C型通用序列匯流排（USB Type-C）開始進入到主流市場，來自UBS埠的電壓不再固定爲5V，而是可能會在介於3.5V至20V之間的廣泛範圍內變化。與此同時，耦接到此種類型的USB埠的下游裝置可能仍然需要基本上約爲5V或接近於3.5V至20V的中間值的電壓。
在所有的這些情形中，電子裝置的功率轉換器的輸入電壓和輸出電壓可能會在正常操作期間交錯。傳統的降壓（步降式）轉換器或升壓（步升式）轉換器可能只以分別高於或低於輸出電壓的輸入電壓工作。因此，四開關升降壓轉換器對於輸入和輸出電壓範圍的靈活性而成爲選擇。
圖1示出升降壓轉換器的習知控制方法100。在升降壓轉換器中，於每個切換週期，所有四個開關導通和斷開一次。並且，輸入電源的能量不直接傳遞到輸出端。而是需要儲存在電感器中，然後再傳給輸出端。因此，傳統升降壓轉換器的效率較低。此外，傳統升降壓轉換器因爲需要高額定電流裝置而具有高成本。在控制四開關升降壓轉換器時還利用依據峰值電流模式（peak current mode，PCM）或電壓模式（voltage mode，VM）控制的其它控制方法。但是，所有這些控制方法都利用時脈訊號，依據固定頻率控制的方式來決定四個開關的時序。
因此，迫切需要新的方法來控制四開關升降壓轉換器。
在一些實施例中，一種控制方案可在各種操作狀况下實施快速瞬態響應並提高四開關升降壓轉換器的性能。
根據本發明的一些實施例，系統和方法透過以恆定斷開時間（COT）控制和峰值電流模式控制的組合管理四開關升降壓轉換器來對上述問題提供解决方案。利用恆定斷開時間控制，四開關升降壓轉換器可在輸入電壓變化時在降壓模式、升降壓模式和升壓模式之間自動且平穩地轉換。在一些實施例中，透過對電感器的電流進行峰值電流模式控制，四開關升降壓轉換器只需簡單的、低功耗且穩健的系統控制回路補償，並且因此消除震盪器和斜率補償電路的需要。利用峰值電流模式控制來決定四開關升降壓轉換器的開關斷開時間。系統控制回路補償可提供逐個週期電流限制功能以便保護轉換器和負載免受過載電流造成的損壞。
在一些實施例中，透過利用峰值電流訊息的斷開時間計算電路來決定四開關升降壓轉換器的開關時間。因此，本發明消除了習知四開關升降壓轉換器中對固定時脈訊號的需要。
在一些實施例中，利用恆定斷開時間控制，四開關升降壓轉換器可從脈衝寬度調變（PWM）自動轉換爲脈衝頻率調變（PFM）。因此，四開關升降壓轉換器不需要對於峰值電流模式控制所需的斜率補償，並且因此大大簡化了控制電路和電流消耗。在一些實施例中，利用峰值電流模式控制，可透過將電感器和輸出電容器的輸出雙極縮減爲單極響應來進一步簡化系統控制回路補償。
根據本發明的一個方面，一種用於以恆定斷開時間控制和峰值電流模式控制的組合來管理系統的四開關升降壓轉換器的電腦實施方法包括：決定四開關升降壓轉換器的輸入電壓（input voltage）VIN和輸出電壓（output voltage）VOUT；如果輸入電壓VIN大於第一閾值電壓，那麽對於四開關升降壓轉換器啓用降壓模式；如果輸入電壓VIN低於第二閾值電壓，那麽對於四開關升降壓轉換器啓用升壓模式；並且如果輸入電壓VIN介於第二閾值電壓和第一閾值電壓之間，那麽對於四開關升降壓轉換器啓用升降壓模式。
根據一些實施例，一種控制器包括：第一計時器，被配置爲決定對升降壓轉換器的降壓轉換器部分的低壓側開關施加的閘極驅動訊號的斷開緣，其中第一計時器包括配置成接收第一斜波訊號的第一輸入端、配置成接收第一閾值電壓的第二輸入端，並且其中第一斜波訊號由具有與升降壓轉換器的輸入電壓成比例的電流位準的第一電流源生成，並且第一閾值電壓與升降壓轉換器的輸入電壓和升降壓轉換器的輸出電壓之間的差成比例；以及第二計時器，被配置爲決定對升降壓轉換器的升壓轉換器部分的高壓側開關施加的閘極驅動訊號的斷開緣，其中第二計時器包括配置成接收第二斜波訊號的第一輸入端、配置成接收第二閾值電壓的第二輸入端，並且其中第二斜波訊號由具有與升降壓轉換器的輸出電壓成比例的電流位準的第二電流源生成，並且第二閾值電壓與升降壓轉換器的輸入電壓成比例。
根據另一個實施例，一種控制方法包括：利用具有與升降壓轉換器的輸入電壓成比例的電流位準的第一電流源生成第一斜波訊號；利用具有與升降壓轉換器的輸出電壓成比例的電流位準的第二電流源生成第二斜波訊號；生成與升降壓轉換器的輸入電壓和輸出電壓之間的差成比例的第一閾值電壓；生成與升降壓轉換器的輸入電壓成比例的第二閾值電壓；利用第一比較器比較第一閾值電壓與第一斜升和第一預定偏置電壓之和；利用第二比較器比較第二閾值電壓與第二斜升和第二預定偏置電壓之和；依據由第一比較器生成的比較結果終止升降壓轉換器的降壓轉換器部分的低壓側開關的閘極驅動訊號；以及依據由第二比較器生成的比較結果終止升降壓轉換器的升壓轉換器部分的高壓側開關的閘極驅動訊號。
根據又一個實施例，一種轉換器包括：串聯耦接在輸入電壓端子和地之間的第一高壓側開關和第一低壓側開關；串聯耦接在輸出電壓端子和地之間的第二高壓側開關和第二低壓側開關；耦接到第一高壓側開關和第一低壓側開關的共同節點與第二高壓側開關和第二低壓側開關的共同節點的電感器；以及配置成生成閘極驅動訊號的控制器，其中控制器包括：用於設定第一低壓側開關的斷開時間的第一計時器；用於設定第二高壓側開關的斷開時間的第二計時器；以及用於設定第一高壓側開關的斷開時間和第二低壓側開關的斷開時間的峰值電流模式控制裝置。
本發明的較佳實施例的優點是提高升降壓功率轉換器的性能。
上文相當廣泛地概述了本發明的特徵和技術優點，以便可以更好地瞭解本發明的詳細描述。下文將描述形成本發明的請求項主題之本發明的額外特徵和優點。本領域技術人員應明白，可容易地利用公開的概念和特定實施例作爲修改或設計用於進行本發明的相同目的的其它結構或過程的基礎。本領域技術人員還應意識到，此類等效構造並未偏離所附請求項中闡述的本發明的精神和範圍。
下文論述目前較佳的實施例的製作和使用。但是，應明白，本發明提供可在廣泛範圍的特定背景中實施的許多適用的發明概念。論述的特定實施例只是說明製作和使用本發明的特定方式，而不是限制本發明的範圍。
可採用許多不同的形式來實施本發明。圖中示出代表性實施例，並且本文中將進行詳細描述。這些實施例是本發明的原理的示例或圖示，而不是要限制它的廣泛方面。在這個意義上，不應逐一地或共同地、透過隱含、推斷或以其它方式將在例如摘要、發明內容和一些實施方式部分中公開但是沒有在請求項中明確闡述的元件和限制併入到請求項中。出於本詳細描述的目的，除非特別放棄權利，否則單數包括複數，或反之；並且詞語「包括」表示「包括但不限於」。此外，本文中可利用諸如「大約」、「幾乎」、「基本上」、「近似」等的近似詞語來表示例如「爲」、「近似於」、「差不多爲」、「在3-5%內」或「在可接受的製造公差內」或其任何邏輯組合。
本發明的一些實施例提供用於以恆定斷開時間控制和峰值電流模式控制的組合來管理四開關升降壓轉換器的系統和方法。利用恆定斷開時間控制，四開關升降壓轉換器可在輸入電壓變化時在降壓模式、升降壓模式和升壓模式之間自動且平穩地轉換。峰值電流模式控制用於決定四開關升降壓轉換器的開關的斷開時間。
圖2示出根據本發明一些實施例的示例性恆定斷開時間升降壓的轉換器200的示例性恆定斷開時間升降壓控制方法。在一些實施例中，轉換器200包括四個開關Q1（202）、Q2（203）、Q3（206）和Q4（205）、電壓誤差放大器218、峰值電流比較器214、降壓斷開時間計時器230、耦合到降壓斷開時間計時器230的降壓控制邏輯單元210、升壓斷開時間計時器240以及耦合到升壓斷開時間計時器240的升壓控制邏輯單元212。在一些實施例中，四個開關Q1（202）、Q2（203）、Q3（206）和Q4（205）是功率金氧半場效電晶體（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET）。開關Q1（202）和開關Q4（205）分別是高壓側功率金氧半場效電晶體，而開關Q2（203）和開關Q3（206）分別是低壓側功率金氧半場效電晶體。
降壓斷開時間計時器230和升壓斷開時間計時器240配置成爲轉換器200的每個對應功率開關計算斷開時間，這將在圖3中進一步示出。如圖3所示，計時器（例如，降壓斷開時間計時器230或升壓斷開時間計時器240）可依據輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT生成參考電壓（例如，斜波電壓VRBUCK 或斜波電壓VRBOOST ）和充電電流源（例如，電流源303或電流源313）。降壓斷開時間計時器230包括電容器304和比較器301，而升壓斷開時間計時器240包括電容器314和比較器311。因此，降壓斷開時間計時器230和升壓斷開時間計時器240可分別透過如下算式計算降壓斷開時間TOFFBUCK 和升壓斷開時間TOFFBUCK ，其中降壓斷開時間TOFFBUCK 為降壓開關（例如，開關Q1（202）和開關Q2（203））的斷開時間和升壓斷開時間TOFFBUCK 為升壓開關（例如，開關Q3（206）和開關Q4（206））的斷開時間：
Figure 02_image001
在以上算式中，k1和k3是電壓比例係數，而k2和k4是電壓對電流比例係數。透過選擇不同的比例係數，可調整「TOFFBUCK /TOFFBOOST 」和其對應的切換頻率。
在一些實施例中，降壓斷開時間計時器230還包括偏置電壓VBIASBUCK ，而升壓斷開時間計時器240還包括偏置電壓VBIASBOOST ，以便在降壓模式、升降壓模式和升壓模式之間實施自動轉換。當轉換器200的輸入電壓VIN比轉換器200的輸出電壓VOUT高得多時，升壓斷開時間TOFFBOOST 比轉換器200的切換周期長久得多，以使得開關Q4（205）保持開啓。在一些實施例中，當轉換器200以降壓模式操作時，可根據以上等式決定降壓斷開時間TOFFBUCK 。當以降壓模式工作時，從不觸發升壓斷開時間計時器240。開關Q3一直處於斷開狀態，並且開關Q4一直處於導通狀態。電流感應放大器213配置成檢測開關Q1（202）的開關電流。依據電流感應放大器213的輸出達到比較器214的控制電壓VCTRL 時的時間決定開關Q1（202）的斷開時間。在開關Q1（202）斷開之後，降壓斷開時間計時器230開始計時。一旦降壓斷開時間計時器230觸發，便再次導通開關Q1（202）以開始另一個週期。
隨著輸入電壓VIN下降並接近於輸出電壓VOUT，甚至在輸入電壓VIN仍然高於輸出電壓VOUT時，升壓斷開時間TOFFBOOST 將因爲偏置電壓VBIASBOOST 而減小。當升壓斷開時間TOFFBOOST 減小至閾值位準時，開關Q4（205）將開始斷開，並且開關Q3（206）導通。此時，轉換器200開始以升降壓模式工作。當在升降壓模式中時，開關Q1（202）和開關Q3（206）最初處於導通狀態。電感器204的電流透過輸入電壓VIN而提升。電流感應放大器213配置成檢測電感器204的電流。當電流感應放大器213的輸出達到控制電壓VCTRL 時，將斷開開關Q1（202）和開關Q3（206），並將導通開關Q2（203）和開關Q4（205）。此時，降壓斷開時間計時器230和升壓斷開時間計時器240均將開始計時。在一些實施例中，降壓斷開時間TOFFBUCK 比升壓斷開時間TOFFBOOST 小得多。最初，降壓斷開時間計時器230被觸發，由此斷開開關Q2（203）並導通開關Q1（202）。在接近於切換週期的等待時間之後，觸發升壓斷開時間計時器240，由此斷開開關Q4（205）並導通開關Q3（206）。然後，開始重複另一個切換週期。
隨著輸入電壓VIN繼續下降至低於輸出電壓VOUT的某點，即當「k1·(VIN – VOUT) + VBIASBUCK 」小於「k2·VIN」時，降壓斷開時間TOFFBUCK 將減小爲0。然後，開關Q1（202）將一直導通。轉換器200開始以升壓模式工作。在升壓模式中，由於「VIN – VOUT」爲負，所以降壓斷開時間計時器230總是處於觸發狀態，由此使開關Q1（202）一直保持處於導通狀態，同時使開關Q2（203）一直保持處於斷開狀態。
圖4A至圖4C示出根據本發明的一些實施例的圖2中的示例性恆定斷開時間升降壓轉換器200的波形。如圖4A至圖4C所示，轉換器200可依據降壓斷開時間計時器230和升壓斷開時間計時器240計算的斷開時間調整它的操作模式。在降壓模式、升降壓模式和升壓模式之間的轉換可以是自動且無縫的。
在一些實施例中，降壓斷開時間計時器230和升壓斷開時間計時器240彼此匹配。例如，降壓斷開時間計時器230和升壓斷開時間計時器240中的參數可基本上相關或匹配如
Figure 02_image003
。因此，可使降壓模式和升壓模式中的切換頻率保持恆定。
圖5示出根據本發明一些實施例的示例性恆定斷開時間升降壓的轉換器500的另一種示例性恆定斷開時間升降壓控制方法。在一些實施例中，轉換器500包括四個開關Q1（502）、開關Q2（503）、開關Q3（506）和開關Q4（505）、降壓斷開時間計時器530、耦合到降壓斷開時間計時器530的降壓控制邏輯單元510、升壓斷開時間計時器540、耦合到升壓斷開時間計時器540的升壓控制邏輯單元511、電壓誤差放大器518、峰值電流比較器514以及比較器551和比較器553。圖6中進一步示出降壓斷開時間計時器530和升壓斷開時間計時器540。比較器551和比較器553用於依據輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係決定轉換器500的操作模式。圖7中示出這兩個比較器551和比較器553的特性。
在圖7中，當輸入電壓VIN高於「VOUT + VOFFSET2」時，轉換器500禁用升壓模式，並且只啓用開關Q1（502）和開關Q2（503）的切換。在一些實施例中，開關Q3（506）一直處於斷開狀態，而開關Q4（505）一直處於導通狀態。當輸入電壓VIN變成低於「VOUT – VOFFSET1」時，轉換器500將禁用降壓模式，並且只啓用開關Q3（506）和開關Q4（505）的切換。在一些實施例中，開關Q1（502）一直處於導通狀態，而開關Q2（503）一直處於斷開狀態。當輸入電壓VIN介於「VOUT – VOFFSET1」和「VOUT + VOFFSET2」之間時，轉換器500以升降壓模式操作，並且在每個切換週期期間啓用所有四個開關的切換。圖8A-8C中示出示例性恆定斷開時間升降壓轉換器500的波形。
在一些實施例中，轉換器500利用比較器551和比較器553而不是電容和電流源來決定操作模式。因此，可以用更小的電路尺寸來更準確地控制操作模式。
儘管分別在圖2、圖3、圖4A至圖4C、圖5至圖7、圖8A至圖8C（以下簡稱圖2至圖8C）中的示例性系統（系統200、系統300、系統400A、系統400B、系統400C、系統500、系統600、系統700、系統800A、系統800B、系統800C，以下簡稱系統200至系統800C）內只示出某些組件，但是在示例性系統（系統200至系統800C）中也可包括能夠處理或儲存資料、或接收或傳送訊號的各種類型的電子或計算組件。此外，在示例性系統（系統200至系統800C）中的電子或計算組件可配置成執行各種類型的應用。
以上論述旨在說明本發明的原理和各種實施例。一旦完全明白以上公開內容，衆多改變和修改將變得顯而易見。
圖9是根據本發明的一些實施例用於控制系統的恆定斷開時間升降壓轉換器的示例性方法900。應瞭解，介紹示例性方法900只是爲了說明的目的，並且根據本發明的其它方法可包括按類似或選擇的順序或並行執行的額外的、更少的或選擇的步驟。示例性方法900在步驟902透過決定升降壓轉換器的輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT開始。如圖2至圖8C所示，升降壓轉換器包括四個開關（例如，兩個高壓側功率金氧半場效電晶體和兩個低壓側功率金氧半場效電晶體）、第一比較器、降壓斷開時間計時器和升壓斷開時間計時器。在一些實施例中，升降壓轉換器還包括電壓誤差放大器和峰值電流比較器。在一些實施例中，升降壓轉換器還包括用於依據輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係決定升降壓轉換器的操作模式的第二和第三比較器。
在步驟904，系統或系統的降壓控制邏輯和升壓控制邏輯（下文統一使用「系統」來表示）決定升降壓轉換器的輸入電壓VIN是否高於第一閾值電壓。在一些實施例中，第一閾值電壓比升降壓轉換器的輸出電壓VOUT高得多。在一些實施例中，第一閾值電壓等於「VOUT + VOFFSET2」。VOFFSET2是給升降壓轉換器的第三比較器的偏置電壓。
在步驟906，如果輸入電壓VIN高於第一閾值電壓，那麽系統對升降壓轉換器啓用降壓模式。在步驟908，系統啓用切換第一高壓側功率金氧半場效電晶體和第一低壓側功率金氧半場效電晶體，同時導通第二高壓側功率金氧半場效電晶體並斷開第二低壓側功率金氧半場效電晶體，如圖2至圖8C所示。在一些實施例中，在降壓模式中，電流感應放大器配置成檢測第一高壓側功率金氧半場效電晶體的開關電流。依據電流感應放大器的輸出達到第一比較器的控制電壓時的時間決定第一高壓側功率金氧半場效電晶體的斷開時間。當以降壓模式工作時，從不觸發升壓斷開時間計時器。
在步驟910，系統決定升降壓轉換器的輸入電壓VIN是否低於第二閾值電壓。在一些實施例中，第二閾值電壓實質上低於輸出電壓VOUT，以使得降壓斷開時間TOFFBUCK 減小爲0。在一些實施例中，第二閾值電壓等於「VOUT – VOFFSET1」。VOFFSET1是給升降壓轉換器的第二比較器的偏置電壓。
在步驟912，如果輸入電壓VIN低於第二閾值電壓，那麽系統對升降壓轉換器啓用升壓模式。在步驟914，系統啓用切換第二高壓側功率金氧半場效電晶體和第二低壓側功率金氧半場效電晶體，同時斷開第一低壓側功率金氧半場效電晶體並導通第一高壓側功率金氧半場效電晶體，如圖2至圖8C所示。在升壓模式中，降壓斷開時間計時器處於觸發狀態，以便使第一高壓側功率金氧半場效電晶體處於導通狀態並使第一低壓側功率金氧半場效電晶體處於斷開狀態。
在步驟916，如果輸入電壓VIN介於第一閾值電壓和第二閾值電壓之間，那麽系統對升降壓轉換器啓用升降壓模式。在步驟918，系統啓用切換第一和第二高壓側功率金氧半場效電晶體以及第一和第二低壓側功率金氧半場效電晶體，如圖2至圖8C所示。在一些實施例中，當處於升降壓模式中時，電流感應放大器配置成檢測耦接到第一高壓側功率金氧半場效電晶體的輸出端的功率電感器的電流。當電流感應放大器的輸出達到第一比較器的控制電壓時，將斷開第一高壓側功率金氧半場效電晶體和第二低壓側功率金氧半場效電晶體，同時將導通第一低壓側功率金氧半場效電晶體和第二高壓側功率金氧半場效電晶體。然後，降壓斷開時間計時器和升壓斷開時間計時器均開始計時。最初，觸發降壓斷開時間計時器，由此斷開第一低壓側功率金氧半場效電晶體並導通第一高壓側功率金氧半場效電晶體。在接近於切換週期的等待時間之後，觸發升壓斷開時間計時器，由此斷開第二高壓側功率金氧半場效電晶體，並導通第二低壓側功率金氧半場效電晶體。然後，開始重複另一個切換週期。
本文中公開了對如圖10所示的示例系統和網路的簡要介紹性描述。本文中應當描述了這些變化，因爲闡述了各種實施例。本發明現在轉到圖10。
圖10示出示例的計算系統1000，其中計算系統的組件利用匯流排1002彼此電通訊。系統1000包括處理單元（CPU或處理器）1030和匯流排1002，匯流排1002將包括系統記憶體1004（例如，唯讀記憶體（ROM）1006和隨機存取記憶體（RAM）1008）在內的各種系統組件耦合到處理器1030。系統1000可包括與處理器1030直接耦接、與處理器1030位置接近、或積體作爲處理器1030的一部分的高速記憶體的快取。系統1000可將來自記憶體1004和/或儲存裝置1012的資料複製到快取快取1028以便供處理器1030快速存取。以此方式，快取可在等待資料的同時爲處理器1030提供性能提升。這些和其它模組可控制或者可配置成控制處理器1030執行各種動作。其它系統記憶體1004也可供使用。記憶體1004可包括具有不同性能特性的多種不同類型的記憶體。處理器1030可包括任何通用處理器以及硬體模組或軟體模組，諸如嵌入在儲存裝置1012中的第一模組1014、第二模組1016和第三模組1018。硬體模組或軟體模組配置成控制處理器1030以及專用處理器，在其中將軟體指令併入到實際處理器設計中。處理器1030基本上可以是包含多個核或處理器、匯流排、記憶體控制器、快取等的完全自包含計算系統。多核處理器可對稱或不對稱。
爲了使得能夠與計算裝置1000進行用戶交互，提供輸入裝置1020作爲輸入機構。輸入裝置1020可包括用於語音的麥克風、用於姿勢或圖形輸入的觸控螢幕、鍵盤、滑鼠、動態輸入等。在一些情况下，多模態系統可使得用戶能夠提供多種類型的輸入以便與系統1000通訊。在一些實施例中，還提供輸出裝置1022。通訊介面1024可支配和管理用戶輸入和系統輸出。
儲存裝置1012可以是可由電腦存取的用於儲存資料的非易失性記憶體。儲存裝置1012可以是磁碟、快閃記憶卡、固態記憶體裝置、數位化多功能光碟DVD、盒式磁帶、隨機存取記憶體1008、唯讀記憶體1006及其混合。
控制器1010可以是系統1000上的專門化微控制器或處理器，諸如BMC（基板管理控制器）。在一些情况下，控制器1010可以是智慧型平臺管理介面（IPMI）的一部分。此外，在一些情况下，控制器1010可嵌入在系統1000的母板或主電路板上。控制器1010可管理系統管理軟體和平臺硬體之間的介面。控制器1010還可與諸如控制器或外圍組件的各種系統裝置和組件（內部和/或外部）通訊，如下文進一步描述。
控制器1010可對通知、警報和/或事件生成特定響應，並與遠程裝置或組件通訊（例如，電子郵件消息、網路消息等）以便爲自動硬體恢復規程等生成指令或命令。管理員還可與控制器1010遠程通訊以便啓動或引導特定硬體恢復規程或操作，如下文進一步描述。
控制器1010還可包括用於管理和維持由控制器1010接收的事件、警報和通知的系統事件日誌控制器和/或儲存設備。例如，控制器1010或系統事件日誌控制器可從一個或多個裝置和組件接收警報或通知，並將警報或通知在系統事件日誌儲存組件中。
快閃記憶體1032可以是可供系統300用於儲存和/或資料傳遞的電子非易失性電腦儲存媒體或晶片。可對快閃記憶體1032進行電子擦除和/或重新編譯。例如，快閃記憶體1032可包括可擦除可規劃式唯讀記憶體（EPROM）、電子抹除式可複寫唯讀記憶體（EEPROM）、唯讀記憶體（ROM）、非揮發性隨機存取記憶體（NVRAM）或互補式金氧半電晶體（CMOS）。快閃記憶體1032可儲存在系統1000第一次通電時由系統1000執行的韌體1034以及爲韌體1034指定的配置集合。快閃記憶體1032還可儲存供韌體1034使用的配置。
韌體1034可包括基本輸入/輸出系統或等效物，諸如可延伸韌體介面（Extensible Firmware Interface，EFI）或統一可延伸韌體介面（Unified Extensible Firmware Interface，UEFI）。可在每次開始系統1000時作爲序列程式加載和執行韌體1034。韌體1034可依據配置集合識別、初始化和測試存在於系統1000中的硬體。韌體1034可在系統1000上執行自測試，諸如通電自測試（POST）。這種自測試可測試諸如硬碟驅動器、光讀取裝置、冷却裝置、記憶體模組、擴充卡等的各種硬體組件的功能性。韌體1034可在記憶體1004、唯讀記憶體1006、隨機存取記憶體1008和/或儲存裝置1012中尋址和分配區域以便儲存操作系統（OS）。韌體1034可加載引導加載程式和/或OS，並將系統1000的控制權給予操作系統。
系統1000的韌體1034可包括用於定義韌體1034如何控制系統1000中的一些硬體組件的韌體配置。韌體配置可決定系統1000中的各種硬體組件的開始順序。韌體1034可提供諸如統一可延伸韌體介面的介面，它允許設定各種不同的參數，這些參數可與韌體默認配置中的參數不同。例如，用戶（例如，管理員）可利用韌體1034來：指定時脈和匯流排速度；定義將什麽樣的外圍設備附連到系統1000；設定操作參數的閾值（例如，風扇速度和中央處理器溫度限制）；和/或提供影響系統1000的整體性能和功率使用的各種其它參數。儘管將韌體1034視爲是儲存在快閃記憶體1032中，但是本領域技術人員將容易地意識到，可將韌體1034儲存在諸如記憶體1004或唯讀記憶體1006的其它記憶體組件中。
系統1000可包括一個或多個感測器1026。這一個或多個感測器1026可包括例如一個或多個溫度感測器、熱感測器、氧感測器、化學感測器、噪音感測器、熱量感測器、電流感測器、電壓感測器、氣流感測器、流量感測器、紅外線溫度計、熱流感測器、溫度計、高溫計等。這一個或多個感測器1026可經由匯流排1002與例如處理器、快取1028、快閃記憶體1032、通訊介面1024、記憶體1004、唯讀記憶體1006、隨機存取記憶體1008、控制器1010和儲存裝置1012通訊。這一個或多個感測器1026還可經由諸如內置積體電路（I2C）、通用輸出（GPO）等的一個或多個不同部件與系統中的其它組件通訊。系統1000上的不同類型的感測器（例如，感測器1026）還可向控制器1010報導關於諸如冷卻風扇速度、功率狀態、操作系統（OS）狀態、硬體狀態等的參數。
爲了清楚地解釋，在一些情况下，可將本發明作爲包括諸如裝置、裝置組件、以軟體實施的方法中的步驟或例行程式、硬體和軟體的組合的各個功能塊進行介紹。
在一些實施例中，電腦可讀儲存裝置、媒體和記憶體可包括包含位流等的有線或無線訊號。但是，在提及時，非暫時性電腦可讀儲存媒體明確排除諸如能量、載波訊號、電磁波和訊號本身的媒體。
可利用儲存的或以其它方式可從電腦可讀媒體獲得的電腦可執行指令來實施根據上述實施例的方法。此類指令可包括例如使得或以其它方式將通用電腦、專用電腦或專用處理裝置配置成執行特定功能或功能群組的指令和資料。使用的電腦資源的部分可透過網路存取。電腦可執行指令可以是例如諸如匯編語言、韌體或原始碼的二進制和中間格式指令。
實施根據這些公開內容的方法的裝置可包括硬體、韌體和/或軟體，並且可採取各種形狀因子中的任何形狀因子。此類形狀因子的一些實施例包括筆記型電腦、智慧型電話、小型個人電腦、個人數位助理、機架安裝裝置、獨立裝置等。本文中描述的功能性也可在外圍設備或插卡中實施。此類功能性還可在電路板上在不同晶片中、或在單個裝置中執行的不同進程中實施，這裡只是進一步舉例。
還可在各種各樣的操作環境中實施各種實施例，在一些情况下，這些操作環境可包括可用於操作多個應用中的任何應用的一個或多個伺服器電腦、用戶電腦或計算裝置。用戶或客戶端裝置可包括多個通用個人電腦中的任何電腦（諸如運行標準操作系統的桌面型或筆記型電腦）以及運行手機軟體並且能夠支持多個聯網和消息傳遞協議的蜂窩、無線和手持式裝置。此類系統還可包括運行各種市售操作系統中的任意操作系統以及用於諸如開發和資料庫管理的目的的其它已知應用的多個工作站。這些裝置還可包括其它電子裝置，諸如虛設終端、精簡客戶端、遊戲系統以及能夠經由網路通訊的其它裝置。
在以硬體實施一些實施例或其部分的意義來說，可利用以下任一技術或其組合來實施本發明：具有用於在資料訊號上實施邏輯功能的邏輯門的（一個或多個）離散邏輯電路；具有合適的組合邏輯門的專用積體電路（ASIC）；可編譯硬體，諸如（一個或多個）可編譯門陣列（PGA）；和/或現場可編譯門陣列（FPGA）；等等。
大多數的實施例利用本領域技術人員熟悉的至少一個網路來支持利用各種市售協議中的任何協議進行通訊，諸如TCP/IP、OSI、FTP、UPnP、NFS、CIFS、AppleTalk等。網路可以是例如區域網路、廣域網路、虛擬私有網路、網際網路、內部網路、乙太網路、公共交換電話網路、紅外網路、無線網路及其任意組合。
根據這些技術實施方法的裝置可包括硬體、韌體和/或軟體，並且可採取各種形狀因子中的任何形狀因子。此類形狀因子的一些實施例包括伺服器電腦、筆記型電腦、智慧型電話、小型個人電腦、個人數位助理等。本文中描述的功能性也可在外圍設備或插卡中實施。此類功能性還可在電路板上在不同晶片中、或在單個裝置中執行的不同進程中實施，這裡只是進一步舉例。
在利用Web伺服器的一些實施例中，Web伺服器可運行任意種類的伺服器或多層應用，包括HTTP伺服器、FTP伺服器、CGI伺服器、資料伺服器、Java伺服器和商業應用伺服器。響應於來自用戶裝置的請求，（該一個或多個）Web伺服器還能夠執行程式或脚本。例如，Web伺服器可執行一個或多個Web應用，這一個或多個Web應用可作爲以諸如Java®、C、C#或C++的任何編譯語言或諸如Perl、Python或TCL的任何脚本語言及其組合編寫的一個或多個脚本或程式實施。（該一個或多個）Web伺服器還可涵蓋資料庫伺服器，包括在公開市場上市售的那些資料庫伺服器。
伺服器系統可包括各種資料倉庫以及其它記憶體和儲存媒體，如上文所論述。它們可駐留在各種位置中，諸如駐留在其中一個或多個電腦的本地（和/或駐留在其中）的儲存媒體上、或者跨越網路遠離任何或所有電腦。在特定實施例集合中，訊息可駐留在本領域技術人員熟悉的儲存區域網路（SAN）中。類似地，合適時，可本地和/或遠程儲存用於執行歸因於電腦、伺服器或其它網路裝置的功能的任何必需文件。在系統包括電腦化裝置的情况下，每個這樣的裝置可包括可經由匯流排電耦合的硬體元件，這些元件包括例如至少一個中央處理單元（CPU）、至少一個輸入裝置（例如，滑鼠、鍵盤、控制器、觸控顯示器元件或小鍵盤）以及至少一個輸出裝置（例如，顯示器裝置、印表機或揚聲器）。此類系統還可包括一個或多個儲存裝置，諸如盤驅動器、光儲存裝置和諸如隨機存取記憶體（RAM）或唯讀記憶體（ROM）的固態儲存裝置、以及可移動媒體裝置、記憶卡、快閃卡等。
用於包含代碼或代碼的部分的儲存媒體和電腦可讀媒體可包括本領域中已知或使用的任何合適的媒體，包括但不限於用於儲存和/或傳送資料或訊息的可移動和不可移動媒體。可移動和不可移動媒體包括隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、可擦除可規劃式唯讀記憶體（EPROM）、電子抹除式可複寫唯讀記憶體（EEPROM）、快閃記憶體或其它記憶體技術、CD-ROM、數位化多功能光碟DVD或其它光儲存設備、磁碟、磁帶、磁碟儲存設備或可用於儲存期望的訊息並且可供系統裝置存取的其它磁儲存裝置。資料或訊息可包括電腦可讀指令、資料結構、程式模組或其它資料。依據本文中提供的技術和教導，本領域技術人員將明白用於實施本發明的各種方面的其它方式和/或方法。
因此，本說明書和圖式將視爲是說明性而不是限制意義。但是，將顯而易見，在不偏離如請求項中所闡述的本申請的更廣泛的精神和範圍的情况下，可對此進行各種修改和改變。
圖11示出根據本公開的一些實施例的升降壓轉換器及其相關聯的恆定斷開時間控制電路的示意圖。升降壓轉換器包括第一高壓側開關Q1、第一低壓側開關Q2、第二低壓側開關Q3、第二高壓側開關Q4和電感器204。第一高壓側開關Q1和第一低壓側開關Q2串聯耦接在輸入電容器201的正極端子和負極端子之間。第二高壓側開關Q4和第二低壓側開關Q3串聯耦接在輸出電容器207的正極端子和負極端子之間。電感器204耦合在第一高壓側開關Q1和第一低壓側開關Q2的共同節點與第二高壓側開關Q4和第二低壓側開關Q3的共同節點之間。
升降壓轉換器可被劃分成兩個部分，即，降壓轉換器部分和升壓轉換器部分。降壓轉換器部分可包括第一高壓側開關Q1和第一低壓側開關Q2。降壓轉換器部分和電感器204可充當步降式轉換器。另一方面，升壓轉換器部分可包括第二高壓側開關Q4和第二低壓側開關Q3。升壓轉換器部分和電感器204可充當步升式轉換器。降壓轉換器部分、電感器204和升壓轉換器部分級聯耦接在輸入電容器201和輸出電容器207之間。
透過恆定斷開時間控制電路控制升降壓轉換器的降壓轉換器部分和升壓轉換器部分。如圖11所示，恆定斷開時間控制電路包括放大器218、峰值電流比較器214、降壓斷開時間計時器230、升壓斷開時間計時器240、第一閂鎖211、第二閂鎖219、降壓控制邏輯單元210和升壓控制邏輯單元212。
如圖11所示，恆定斷開時間控制電路可檢測輸出電壓VOUT和流過電感器204的電流，並相應地生成用於驅動開關Q1、開關Q2、開關Q3和開關Q4的多個閘極驅動訊號。
在一些實施例中，放大器218是電壓誤差放大器。如圖11所示，放大器218的反相輸入端FB被應用於透過由電阻器208和電阻器209形成的分壓器檢測輸出電壓VOUT。放大器218的正相輸入端耦接到預定參考點VREF，預定參考點的電壓為預定參考電壓。放大器218的輸出端耦接到峰值電流比較器214的反相輸入端。補償網路耦接在放大器218的輸出端和地之間。補償網路包括電阻器215、電容器216和電容器217。補償網路有助於穩定控制回路並提供足夠的相位裕量，從而改善升降壓轉換器的瞬態響應性能。
峰值電流比較器214的正相輸入端配置成接收檢測的電流訊號（感應電流CS）。如圖11所示，透過諸如直流阻抗（DC resistance，DCR）電流檢測裝置的合適的電流檢測裝置來檢測流過電感器204的電流。透過電流感應放大器213將檢測的電流訊號饋送到峰值電流比較器214的正相輸入端。採用電流感應放大器213來提供合適的電流感應增益。
採用第一閂鎖211來爲開關Q1和開關Q2生成閘極驅動訊號。如圖11所示，第一閂鎖211的置位輸入端（set input）配置成接收降壓斷開時間計時器230的輸出訊號。第一閂鎖211的重置輸入端（reset input）配置成接收峰值電流比較器214的輸出訊號。第一閂鎖211的輸出是用於控制升降壓轉換器的降壓轉換器部分的脈衝寬度調變訊號。如圖11所示，透過降壓控制邏輯單元210將第一閂鎖211的輸出分別施加到開關Q1和開關Q2的閘極。降壓控制邏輯單元210被應用於依據由第一閂鎖211生成的脈衝寬度調變訊號生成高壓側閘極驅動訊號和低壓側閘極驅動訊號。此外，降壓控制邏輯單元210在高壓側閘極驅動訊號和低壓側閘極驅動訊號之間增加合適的延遲。下文將關於圖12描述降壓斷開時間計時器230的詳細示意圖。
採用第二閂鎖219來爲開關Q3和開關Q4生成閘極驅動訊號。如圖11所示，第二閂鎖219的置位輸入端（set input）配置成接收升壓斷開時間計時器240的輸出訊號。第二閂鎖219的重置輸入端（reset input）配置成接收峰值電流比較器214的輸出訊號。第二閂鎖219的輸出是用於控制升降壓轉換器的升壓轉換器部分的脈衝寬度調變訊號。如圖11所示，透過升壓控制邏輯單元212將第二閂鎖219的輸出分別施加到開關Q3和開關Q4的閘極。升壓控制邏輯單元212被應用於依據由第二閂鎖219生成的脈衝寬度調變訊號生成高壓側閘極驅動訊號和低壓側閘極驅動訊號。此外，升壓控制邏輯單元212在高壓側閘極驅動訊號和低壓側閘極驅動訊號之間增加合適的延遲。下文將關於圖12描述升壓斷開時間計時器240的詳細示意圖。
應注意，儘管本描述通篇中的一些實施例依據升降壓轉換器和配置成爲升降壓轉換器（例如，圖11中示出的升降壓轉換器）生成閘極驅動訊號的恆定斷開時間控制電路，但是圖11中示出的升降壓轉換器以及恆定斷開時間控制電路可具有許多改變、選擇和修改。例如，恆定斷開時間控制電路可檢測其它必需的訊號，諸如升降壓轉換器的輸入電壓、輸入電流和/或輸出電流。此外，可以有一個專用驅動器或多個專用驅動器耦合在恆定斷開時間控制電路與開關Q1、開關Q2、開關Q3和開關Q4之間。總之，限制本文中示出的升降壓轉換器和恆定斷開時間控制電路只是爲了清楚地說明一些實施例的發明方面的目的。本發明不限於任何特定的功率拓撲和系統配置。
圖11中示出的開關（例如，第一高壓側開關Q1）可實施爲N型金氧半場效電晶體（NMOS）。或著，這些開關可實施爲其它合適的可控裝置，諸如金氧半場效電晶體裝置、雙極性電晶體（bipolar junction transistor，BJT）裝置、超級接面電晶體（super junction transistor，SJT）裝置、絕緣柵雙極電晶體（insulated gate bipolar transistor，IGBT）裝置、依據氮化鎵（GaN）的功率裝置和/或類似裝置。
還應注意，儘管圖11示出四個開關Q1、Q2、Q3和Q4，但是本發明的一些實施例可包括其它改變、修改和選擇。例如，可透過續流二極管和/或類似組件來取代低壓側開關Q2。可透過整流二極管和/或類似組件來取代高壓側開關Q4。
依據不同設計需要和應用，升降壓轉換器以三種不同的操作模式、即降壓操作模式、升壓操作模式和升降壓操作模式操作。下文將關於圖13-15描述這三種操作模式的詳細操作原理。
在一些實施例中，升降壓轉換器以降壓操作模式操作。在降壓操作模式中，採用與習知降壓轉換器中相同的方式透過具有合適的切換死區時間的互補閘極驅動訊號VGS 來控制開關Q1和開關Q2。開關Q3總是斷開，並且開關Q4總是導通。下文將關於圖13描述降壓操作模式的詳細操作原理。
在一些實施例中，升降壓轉換器以升降壓操作模式操作。在升降壓操作模式中，採用與習知降壓轉換器中相同的方式透過具有合適的切換死區時間的互補閘極驅動訊號VGS 來控制開關Q1和開關Q2。採用與習知升壓轉換器中相同的方式透過具有合適的切換死區時間的互補閘極驅動訊號VGS 來控制開關Q3和開關Q4。下文將關於圖14描述第二種控制機制的詳細操作原理。
在一些實施例中，升降壓轉換器以升壓操作模式操作。在升壓操作模式中，採用與習知升壓轉換器中相同的方式透過具有合適的切換死區時間的互補閘極驅動訊號VGS 來控制開關Q3和開關Q4。開關Q2總是斷開，並且開關Q1總是導通。下文將關於圖15描述升壓操作模式的詳細操作原理。
圖12示出根據本發明的一些實施例的降壓斷開時間計時器和升壓斷開時間計時器的示意圖。在一些實施例中，降壓斷開時間計時器230配置成計算降壓轉換器部分的斷開時間，並且升壓斷開時間計時器240配置成以計算升壓轉換器部分的斷開時間。
降壓斷開時間計時器230包括電流源303、電容器304、開關305、比較器301、或閘306和降壓偏置電壓源302。如圖12所示，電流源303的電流位準與輸入電壓VIN成比例。利用電流源303來對電容器304充電。電容器304兩端的電壓是斜波電壓（voltage ramp）。
將電容器304兩端的電壓和降壓偏置電壓302的總和饋送到比較器301的正相輸入端。比較器301的反相輸入端耦接到閾值電壓，閾值電壓與輸入電壓和輸出電壓之間的電壓差成比例。透過或閘306的輸出訊號控制開關305的閘極。如圖12所示，或閘306配置成接收由第一閂鎖211生成的脈衝寬度調變訊號以及由峰值電流比較器214生成的峰值電流比較訊號CMP。脈衝寬度調變和峰值電流比較訊號CMP的組合決定電容器304的重置。
如圖12所示，在比較器301中將電容器304兩端的電壓和降壓偏置電壓302的總和與閾值電壓進行比較。在電容器304兩端的電壓和降壓偏置電壓302的總和達到閾值電壓之後，比較器301的輸出端生成降壓轉換器部分的斷開時間的終止訊號（導通開關Q2的終止訊號）。
透過電容器304兩端的電壓和降壓偏置電壓302的總和與閾值電壓之間的比較結果決定高壓側開關Q1的斷開時間或低壓側開關Q2的導通時間。高壓側開關Q1的斷開時間（或低壓側開關Q2的導通時間）滿足以下等式：
Figure 02_image005
其中CBUCK 是電容器304的電容值，並且電壓比例係數k1和電壓對電流比例係數k2是預定參數。偏置電壓VBIASBUCK 是降壓偏置電壓源302的電壓。
升壓斷開時間計時器240包括電流源313、電容器314、開關315、比較器311、或閘316和升壓偏置電壓源312。如圖12所示，電流源313的電流位準與輸出電壓VOUT成比例。利用電流源313來對電容器314充電。電容器314兩端的電壓是斜波電壓。
將電容器314兩端的電壓和升壓偏置電壓312的總和饋送到比較器311的正相輸入端。比較器311的反相輸入端耦接到閾值電壓，閾值電壓與輸入電壓VIN成比例。透過或閘316的輸出訊號控制開關315的閘極。如圖12所示，或閘316配置成接收由第二閂鎖219生成的脈衝寬度調變訊號以及由峰值電流比較器214生成的峰值電流比較訊號CMP。脈衝寬度調變和峰值電流比較訊號CMP的組合決定電容器314的重置。
在比較器311中將電容器314兩端的電壓和升壓偏置電壓312的總和與閾值電壓進行比較。在電容器314兩端的電壓和升壓偏置電壓312的總和達到閾值電壓之後，比較器311的輸出端生成升壓轉換器部分的斷開時間的終止訊號。
透過電容器314兩端的電壓和升壓偏置電壓312的總和與閾值電壓之間的比較結果決定低壓側開關Q3的斷開時間或高壓側開關Q4的導通時間。低壓側開關Q3的斷開時間（或高壓側開關Q4的導通時間）滿足以下等式：
Figure 02_image007
其中CBOOST 是電容器314的電容值，並且電壓比例係數k3和電壓對電流比例係數k4是預定參數。偏置電壓VBIASBOOST 是升壓偏置電壓源312的電壓。
在以上等式中，k1和k3是電壓比例係數，並且k2和k4是電壓對電流比例係數。透過選擇不同的比例係數，可相應調整「TOFFBUCK /TOFFBOOST 」和對應的切換頻率。
在一些實施例中，採用降壓偏置電壓302和升壓偏置電壓312來實施在不同操作模式、即降壓操作模式、升降壓操作模式和升壓操作模式中的自動轉換。
圖13示出根據本發明的一些實施例與圖11中示出的升降壓轉換器的降壓操作模式相關聯的時序圖。圖13的水平軸表示時間間隔，共有12行。第一行401表示由第一閂鎖211生成的脈衝寬度調變訊號。第二行402表示饋送到比較器301中的閾值電壓和斜波訊號（ramp）。第三行403表示比較器301的輸出電壓。第四行404表示由第二閂鎖219生成的脈衝寬度調變訊號。第五行405表示饋送到比較器311中的閾值電壓和斜波訊號。第六行406表示比較器311的輸出電壓。第七行407表示饋送到峰值電流比較器214中的檢測的電流訊號和誤差放大器電壓。第八行408表示峰值電流比較器214的輸出電壓。第九行409表示開關Q1的閘極驅動訊號VGS 。第十行410表示開關Q2的閘極驅動訊號VGS 。第十一行411表示開關Q3的閘極驅動訊號VGS 。第十二行412表示開關Q4的閘極驅動訊號VGS 。
在操作中，當升降壓轉換器的輸入電壓VIN比升降壓轉換器的輸出電壓VOUT高得多時，升壓轉換器部分的斷開時間比升降壓轉換器的切換周期長得多。參考圖12，在降壓操作模式中，斜波電壓VRBOOST 總是低於「k3·VIN」。因此，高壓側開關Q4總是導通，並且低壓側開關Q3總是斷開。降壓轉換器部分的斷開時間由降壓斷開時間計時器230決定。升降壓轉換器以降壓操作模式操作。
返回參考圖11，在降壓操作模式中，電流感應放大器213被配置爲檢測開關Q1的電流（流過電感器204的電流）。當電流感應放大器213的輸出達到比較器214的控制電壓VCTRL 時，斷開開關Q1。在斷開開關Q1之後，降壓斷開時間計時器230開始計時。一旦降壓斷開時間計時器230觸發，便斷開開關Q2，並再次導通開關Q1，以便開始另一個週期。
圖13示出用於說明降壓操作模式的操作原理的時序圖。在時刻t1，電流感應放大器213的輸出（圖13中的感應電流CS）達到比較器214的控制電壓VCTRL 。返回參考圖11，在時刻t1，比較器214的輸出生成邏輯位準「1」，並將該邏輯位準「1」發送給第一閂鎖211的重置輸入端。根據R-S閂鎖的操作原理，比較器214的輸出決定開關Q1的閘極驅動訊號VGS 的斷開緣。
如圖13所示，在時刻t1，開關Q1已經斷開。在合適的延遲之後，導通開關Q2。作爲導通開關Q2的結果，從時刻t1到時刻t2，感應電流CS以線性方式下降。從時刻t1到時刻t2，控制訊號PWMBUCK 具有邏輯低狀態，由此斷開圖12中示出的斜波訊號生成電路的開關305。因此，對斜波電容器（rump capacitor）304充電，並且從時刻t1到時刻t2，斜波電容器304兩端的電壓以線性方式增大。在降壓操作模式期間，從不觸發升壓斷開時間計時器。透過比較器214的輸出（圖13中的峰值電流比較訊號CMP）來重置升壓的斜波訊號。
在時刻t2，斜波電壓VRBUCK 達到閾值電壓。比較器301的輸出生成邏輯位準「1」，並將該邏輯位準「1」發送給第一閂鎖211的置位輸入端。根據R-S閂鎖的操作原理，由比較器301的輸出決定Q2的閘極驅動訊號VGS 的斷開緣。
如圖13所示，透過降壓控制邏輯電路210分別將邏輯位準「1」和邏輯位準「0」施加到開關Q1和開關Q2的閘極。作爲斷開開關Q2並導通開關Q1的結果，從時刻t2到時刻t3，感應電流CS以線性方式增大，並且斜波電容器304放電。
在時刻t3，電流感應放大器213的輸出（圖13中的感應電流CS）再次達到比較器214的控制電壓VCTRL 。升降壓轉換器進入到新的切換周期。
圖14示出根據本發明的一些實施例與圖11中示出的升降壓轉換器的升降壓操作模式相關聯的時序圖。圖14的水平軸表示時間間隔，共有12行。第一行421表示由第一閂鎖211生成的脈衝寬度調變訊號。第二行422表示饋送到比較器301中的閾值電壓和斜波訊號。第三行423表示比較器301的輸出電壓。第四行424表示由第二閂鎖219生成的脈衝寬度調變訊號。第五行425表示饋送到比較器311中的閾值電壓和斜波訊號。第六行426表示比較器311的輸出電壓。第七行427表示饋送到峰值電流比較器214中的檢測的電流訊號和誤差放大器電壓。第八行428表示峰值電流比較器214的輸出電壓。第九行429表示開關Q1的閘極驅動訊號VGS 。第十行430表示開關Q2的閘極驅動訊號VGS 。第十一行431表示開關Q3的閘極驅動訊號VGS 。第十二行432表示開關Q4的閘極驅動訊號VGS 。
在操作中，當輸入電壓VIN下降至近似等於輸出電壓VOUT的位準時，甚至在輸入電壓VIN仍然高於輸出電壓VOUT時，由於偏置電壓VBIASBOOST ，所以升壓轉換器部分的斷開時間減小。當升壓轉換器部分的斷開時間（升壓斷開時間TOFFBOOST ）達到閾值位準時，開關Q4開始斷開，並且開關Q3導通。作爲斷開開關Q4和導通開關Q3的結果，升降壓轉換器以升降壓操作模式操作。
圖14的時序圖示出升降壓操作模式的操作原理。在時刻t1之前，開關Q1和開關Q3最初處於導通狀態。流過電感器的電流（圖14中的感應電流CS）沿斜波上升。在時刻t1，感應電流CS達到控制電壓VCTRL ，並且斷開開關Q1和開關Q3，如圖14所示。在合適的延遲之後，導通開關Q2和開關Q4。在時刻t1，降壓斷開時間計時器230（如圖12所示）和升壓斷開時間計時器240（如圖12所示）均開始計時。在一些實施例中，降壓轉換器部分的斷開時間（降壓斷開時間TOFFBUCK ）比升壓轉換器部分的斷開時間（升壓斷開時間TOFFBOOST ）小得多。
如圖14所示，在時刻t2，觸發降壓斷開時間計時器230。作爲觸發降壓斷開時間計時器230的結果，在時刻t2，斷開開關Q2，並導通開關Q1。在時刻t3，觸發升壓斷開時間計時器240。作爲觸發升壓斷開時間計時器240的結果，在時刻t3，斷開開關Q4，並導通開關Q3。然後，另一個切換週期開始。
圖15示出根據本發明的一些實施例與圖11中示出的升降壓轉換器的升壓操作模式相關聯的時序圖。圖15的水平軸表示時間間隔。有12行。第一行441表示由第一閂鎖211生成的脈衝寬度調變訊號。第二行442表示饋送到比較器301中的閾值電壓和斜波訊號。第三行443表示比較器301的輸出電壓。第四行444表示由第二閂鎖219生成的脈衝寬度調變訊號。第五行445表示饋送到比較器311中的閾值電壓和斜波訊號。第六行446表示比較器311的輸出電壓。第七行447表示饋送到峰值電流比較器214中的檢測的電流訊號和誤差放大器電壓。第八行448表示峰值電流比較器214的輸出電壓。第九行449表示開關Q1的閘極驅動訊號VGS 。第十行450表示開關Q2的閘極驅動訊號VGS 。第十一行451表示開關Q3的閘極驅動訊號VGS 。第十二行452表示開關Q4的閘極驅動訊號VGS 。
在操作中，輸入電壓VIN下降至低於輸出電壓VOUT的預定位準。預定位準滿足以下條件：「k1·(VIN – VOUT)」小於偏置電壓VBIASBUCK 。在輸入電壓VIN達到該預定位準之後，降壓斷開時間TOFFBUCK 總是高的，如圖15所示。因此，開關Q1總是導通，並且開關Q2總是斷開。升降壓轉換器以升壓操作模式操作。返回參考圖12，應注意，當第一閂鎖211的置位和重置端子具有邏輯高狀態時，降壓斷開時間TOFFBUCK 決定第一閂鎖211的輸出。
圖15的時序圖示出升壓操作模式的操作原理。在升壓操作模式中，由於「VIN – VOUT」具有負值，所以降壓斷開時間計時器230總是處於觸發狀態，如圖15所示。由於降壓斷開時間計時器230總是處於觸發狀態，所以開關Q1總是導通，並且開關Q2總是斷開。
在時刻t1，電流感應放大器213的輸出（圖15中的感應電流CS）達到比較器214的控制電壓VCTRL 。如上文關於圖12所論述，在時刻t1，比較器214的輸出（圖15中的峰值電流比較訊號CMP）生成邏輯位準「1」，並將該邏輯位準「1」發送給第二閂鎖219的重置輸入端（如圖11所示）。根據R-S閂鎖的操作原理，由比較器214的輸出決定開關Q3的閘極驅動訊號VGS 的斷開緣。
如圖15所示，在時刻t1，開關Q3已經斷開。在合適的延遲之後，導通開關Q4。作爲導通開關Q4的結果，從時刻t1到時刻t2，感應電流CS以線性方式下降。從時刻t1到時刻t2，控制訊號PWMBOOST 具有邏輯低狀態，由此斷開圖12中示出的斜波訊號生成電路的開關315。因此，對斜波電容器314充電，並且從時刻t1到時刻t2，斜波電容器314兩端的電壓以線性方式增大。
在時刻t2，斜波電壓VRBOOST 達到閾值電壓。比較器311的輸出（升壓斷開時間TOFFBOOST ）生成邏輯位準「1」，並將該邏輯位準「1」發送給第二閂鎖219的置位輸入端。根據R-S閂鎖的操作原理，由比較器311的輸出（升壓斷開時間TOFFBOOST ）決定開關Q4的閘極驅動訊號VGS 的斷開緣。
如圖15所示，透過升壓控制邏輯電路212分別將邏輯位準「1」和邏輯位準「0」施加到開關Q3和開關Q4的閘極。作爲斷開開關Q4並導通開關Q3的結果，從時刻t2到時刻t3，感應電流CS以線性方式增大。在時刻t2，斜波電容器314放電。在時刻t3，電流感應放大器213的輸出（圖13中的感應電流CS）再次達到比較器214的控制電壓VCTRL 。升降壓轉換器進入到新的切換周期。
圖16示出根據本發明的一些實施例的另一個升降壓轉換器及其相關聯的恆定斷開時間控制電路的示意圖。圖16中示出的升降壓轉換器與圖11中示出的升降壓轉換器類似，不同之處在於，透過控制單元550來決定操作模式轉換。特別地，控制單元550取决於輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係來決定升降壓轉換器以哪種操作模式（降壓、升降壓或升壓）操作。
控制單元550包括第一比較器551和第二比較器553，如圖16所示。第一比較器551具有耦接到輸出電壓VOUT和第一偏置電壓VOFFSET1的總和的正相輸入端。第一比較器551具有耦接到輸入電壓VIN的反相輸入端。依據輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係將第一比較器551的輸出施加到升降壓轉換器的升壓轉換器部分的控制電路。
第二比較器553具有耦接到輸入電壓VIN的正相輸入端。第二比較器551具有耦接到等於輸出電壓VOUT減去第二偏置電壓VOFFSET2的電壓位準的反相輸入端。依據輸入電壓VIN和輸出電壓VOUT之間的關係將第二比較器553的輸出施加到升降壓轉換器的降壓轉換器部分的控制電路。
圖17示出根據本發明的一些實施例在圖16中示出的降壓斷開時間計時器和升壓斷開時間計時器的示意圖。降壓斷開時間計時器530和升壓斷開時間計時器540與圖12中示出的計時器類似，不同之處在於，利用比較器551和553的輸出來決定升降壓轉換器的操作模式。
如圖17所示，或閘601配置成接收由第二比較器553生成的比較訊號BKM。採用比較訊號BKM來啓用升降壓轉換器的降壓轉換器部分。比較訊號BKM還用於重置斜波電容器605。如圖17所示，將控制訊號PWMBUCK 和反相的比較訊號BKM饋送到或閘607中。利用或閘607的輸出重置斜波電容器605。
如圖17所示，與閘611配置成接收由第一比較器551生成的比較訊號BSTM。採用比較訊號BSTM來啓用升降壓轉換器的升壓轉換器部分。比較訊號BSTM還用於复位斜波電容器614。如圖17所示，將控制訊號PWMBOOST 和反相的比較訊號BSTM信號饋送到或閘616中。利用或閘616的輸出重置斜波電容器614。其中，604為電流源，606為開關，608為反相器，612為比較器，613為電流源，615為開關，617為反相器。
圖18示出根據本發明的一些實施例在圖16中示出的比較器的操作原理。在圖18中，當輸入電壓VIN高於「VOUT + VOFFSET1」時，升降壓轉換器禁用升壓操作模式，並以降壓操作模式操作。返回參考圖16，控制電路生成脈衝寬度調變訊號（例如，控制訊號PWMBUCK ），並將脈衝寬度調變訊號施加到開關Q1和開關Q2。在該操作模式中，開關Q3總是斷開，並且開關Q4總是導通。
在操作中，當輸入電壓VIN低於「VOUT – VOFFSET2」時，升降壓轉換器禁用降壓操作模式，並以升壓操作模式操作。返回參考圖16，控制電路生成脈衝寬度調變訊號（例如，控制訊號PWMBOOST ），並將脈衝寬度調變訊號施加到開關Q3和開關Q4。在該操作模式中，開關Q2總是斷開，並且開關Q1總是導通。
在操作中，當輸入電壓VIN介於「VOUT – VOFFSET2」和「VOUT + VOFFSET1」之間時，升降壓轉換器以升降壓操作模式操作。在每個切換週期期間，控制電路啓用所有四個開關的切換。
圖19示出根據本發明的一些實施例與圖16中示出的升降壓轉換器的降壓操作模式相關聯的時序圖。圖19的水平軸表示時間間隔，共有14行。第一行801表示由比較器551生成的比較訊號BSTM。第二行802表示由比較器553生成的比較訊號BKM。第三行803表示由第一閂鎖512生成的脈衝寬度調變訊號。第四行804表示饋送到比較器602中的閾值電壓和斜波訊號。第五行805表示或閘601的輸出電壓。第六行806表示由第二閂鎖519生成的脈衝寬度調變訊號。第七行807表示饋送到比較器612中的閾值電壓和斜波訊號。第八行808表示與閘611的輸出電壓。第九行809表示饋送到峰值電流比較器514中的檢測的電流訊號和誤差放大器電壓。第十行810表示峰值電流比較器514的輸出電壓。第十一行811表示開關Q1的閘極驅動訊號VGS 。第十二行812表示開關Q2的閘極驅動訊號VGS 。第十三行813表示開關Q3的閘極驅動訊號VGS 。第十四行814表示開關Q4的閘極驅動訊號VGS 。
圖19中示出的時序圖與圖13中示出的時序圖類似，不同之處在於，採用比較訊號BSTM和比較訊號BKM來決定升降壓轉換器的操作模式。在降壓操作模式中，比較訊號BSTM具有邏輯低狀態，如圖19所示。比較訊號BKM具有邏輯高狀態，如圖19所示。利用比較訊號BSTM的邏輯低狀態來禁用升壓操作模式。如圖19所示，控制訊號PWMBOOST 具有邏輯低狀態。此類邏輯低狀態使開關Q3保持總是斷開，並使開關Q4保持總是導通。透過反相器603將比較訊號BKM的邏輯高狀態饋送到或閘601中。反相的比較訊號BKM是邏輯低訊號，它對降壓轉換器部分的操作沒有影響。
圖20示出根據本發明的一些實施例與圖16中示出的升降壓轉換器的升降壓操作模式相關聯的時序圖。圖20的水平軸表示時間間隔，共有14行。第一行821表示由比較器551生成的比較訊號BSTM。第二行822表示由比較器553生成的比較訊號BKM。第三行823表示由第一閂鎖512生成的脈衝寬度調變訊號。第四行824表示饋送到比較器602中的閾值電壓和斜波訊號。第五行825表示或閘601的輸出電壓。第六行826表示由第二閂鎖519生成的脈衝寬度調變訊號。第七行827表示饋送到比較器612中的閾值電壓和斜波訊號。第八行828表示與閘611的輸出電壓。第九行829表示饋送到峰值電流比較器514中的檢測的電流訊號和誤差放大器電壓。第十行830表示峰值電流比較器514的輸出電壓。第十一行831表示開關Q1的閘極驅動訊號VGS 。第十二行832表示開關Q2的閘極驅動訊號VGS 。第十三行833表示開關Q3的閘極驅動訊號VGS 。第十四行834表示開關Q4的閘極驅動訊號VGS 。
圖20中示出的時序圖與圖14中示出的時序圖類似，不同之處在於，採用比較訊號BSTM和比較訊號BKM來決定升降壓轉換器的操作模式。如圖20所示，在升降壓操作模式中，比較訊號BSTM和比較訊號BKM均具有邏輯高狀態。利用比較訊號BSTM的邏輯高狀態來啓用升壓轉換器部分。如圖20所示，在每個切換週期中，導通和斷開開關Q3和開關Q4。利用比較訊號BKM的邏輯高狀態來啓用降壓轉換器部分。如圖20所示，在每個切換週期中，導通和斷開開關Q1和開關Q2。
圖21示出根據本發明的一些實施例與圖16中示出的升降壓轉換器的升壓操作模式相關聯的時序圖。圖21的水平軸表示時間間隔，共有14行。第一行841表示由比較器551生成的比較訊號BSTM。第二行842表示由比較器553生成的比較訊號BKM。第三行843表示由第一閂鎖512生成的脈衝寬度調變訊號。第四行844表示饋送到比較器602中的閾值電壓和斜波訊號。第五行845表示或閘601的輸出電壓。第六行846表示由第二閂鎖519生成的脈衝寬度調變訊號。第七行847表示饋送到比較器612中的閾值電壓和斜波訊號。第八行848表示與閘611的輸出電壓。第九行849表示饋送到峰值電流比較器514中的檢測的電流訊號和誤差放大器電壓。第十行850表示峰值電流比較器514的輸出電壓。第十一行851表示開關Q1的閘極驅動訊號VGS 。第十二行852表示開關Q2的閘極驅動訊號VGS 。第十三行853表示開關Q3的閘極驅動訊號VGS 。第十四行854表示開關Q4的閘極驅動訊號VGS 。
圖21中示出的時序圖與圖15中示出的時序圖類似，不同之處在於，採用比較訊號BSTM和比較訊號BKM來決定升降壓轉換器的操作模式。在升壓操作模式中，比較訊號BSTM具有邏輯高狀態，如圖21所示。比較訊號BKM具有邏輯低狀態，如圖21所示。利用比較訊號BKM的邏輯低狀態來禁用降壓操作模式。如圖21所示，控制訊號PWMBUCK 具有邏輯高狀態。此類邏輯高狀態使開關Q2保持總是斷開並使開關Q1保持總是導通。將比較訊號BSTM的邏輯高狀態饋送到與閘611中。比較訊號BSTM的邏輯高訊號對升壓轉換器部分的操作沒有影響。
圖22示出根據本發明的一些實施例用於檢測流過升降壓轉換器的電感器的電流的電流感應電路的第一實施例的示意圖。返回參考圖11和圖16，可採用諸如直流阻抗電流檢測裝置的電流檢測裝置來檢測流過升降壓轉換器的電感器的電流。圖22示出直流阻抗電流檢測裝置的第一實施例的示意圖。如圖22所示，電感器耦接在切換節點SW1和切換節點SW2之間。RL表示電感器的等效串聯電阻。如圖22所示，RL與電感器L串聯耦接。
如圖22所示，直流阻抗電流檢測裝置包括感應電阻器Rs1、感應電阻器Rs2、感應電容器Cs1和感應電容器Cs2。感應電阻器Rs1和感應電容器Cs1串聯耦接在切換節點SW1和地之間。感應電阻器Rs2和感應電容器Cs2串聯耦接在切換節點SW2和地之間。感應電阻器Rs1和感應電容器Cs1的共同節點耦接到電流感應放大器213的正相輸入端Isns+。感應電阻器Rs2和感應電容器Cs2的共同節點耦接到電流感應放大器213的反相輸入端Isns-。電流感應放大器213的輸出端為Isns。在一些實施例中，直流阻抗電流檢測裝置與控制電路以及功率裝置積體在一起。
SW1和SW2是切換節點。感應電阻器Rs1、感應電阻器Rs2、感應電容器Cs1和感應電容器Cs2形成兩個濾波器，它們可過濾掉切換節點SW1和切換節點SW2處的脈衝電壓，並將脈衝電壓轉換爲饋送到電流感應放大器213的合適的直流電壓。爲了更好地衰減脈衝電壓，透過以下等式給定兩個濾波器的分量值：
Figure 02_image009
在以上等式中，L是升降壓轉換器的電感。RL是電感器的等效串聯電阻。Rs是感應電阻器（感應電阻器Rs1和感應電阻器Rs2）的電阻值。Cs是感應電容器（感應電容器Cs1和感應電容器Cs2）的電容值。在一些實施例中，正相輸入端Isns+和負相輸入端Isns-之間的電壓與流過電感器L的電流成比例。
圖23示出根據本發明的一些實施例用於檢測流過升降壓轉換器的電感器的電流的電流感應電路的第二實施例的示意圖。圖23中示出的電流檢測電路與圖22中示出的電流檢測電路類似，不同之處在於，在電流感應放大器213的兩個輸入端之間設定電容器Cs0。在該實施例中，透過以下等式給定兩個濾波器的分量值：
Figure 02_image011
具有電容器Cs0的一個有利特徵是，該電容器有助於減少由感應電容器Cs1和感應電容器Cs2之間的不匹配造成的感應誤差。如圖23所示，感應電容器Cs1和感應電容器Cs2分別耦接到切換節點SW1和SW2。那兩個電容器之間的不匹配可對感應的電壓（電流感應放大器213的兩個輸入端之間的電壓）造成顯著誤差。由於感應的輸出在幾十毫伏特（mV）範圍內，所以電流檢測電路的性能極度依賴於兩個電容器（感應電容器Cs1和感應電容器Cs2）之間的匹配。另一個問題與電容器的電壓係數有關。電容器上的直流電壓可響應於不同的輸入和輸出電壓而在廣泛範圍內改變。利用不同的直流偏置電壓，陶瓷電容器（例如，感應電容器Cs1和感應電容器Cs2）的實際電容可顯著改變。
在如圖23所示的實施例中，「Cs0/Cs1」或「Cs0/Cs2」的比例遠大於1。換句話說，參數A遠大於1。參數A是預定值。透過選擇合適的參數A，Cs1和Cs2的電壓係數的不匹配對感應性能僅具有輕微的影響。同時，Cs（感應電容器Cs1和感應電容器Cs2）上的電壓變化接近於0。因此，直流阻抗（DCR）感應電路不具有電壓係數問題。
圖24示出根據本發明的一些實施例用於檢測流過升降壓轉換器的電感器的電流的電流感應電路的第三實施例的示意圖。圖24中示出的電流檢測電路與圖23中示出的電流檢測電路類似，不同之處在於，透過去除感應電容器Cs1和感應電容器Cs2來進一步簡化電流檢測電路。在該實施例中，透過以下等式給定兩個濾波器的分量值：
Figure 02_image013
在以上等式中，Rs是感應電阻器Rs1和感應電阻器Rs2的電阻值。
圖25示出根據本發明的一些實施例用於檢測流過升降壓轉換器的電感器的電流的電流感應電路的第四實施例的示意圖。圖25中示出的電流感應電路與圖23中示出的電流感應電路類似，不同之處在於，在電流感應電路中增加兩個額外的電阻器Rd1和電阻器Rd2。利用這兩個電阻器，正相輸入端Isns+和負相輸入端Isns-上的電壓總和是低於輸入電壓或輸出電壓。該電路可簡化電流感應放大器的設計。透過以下等式給定電流感應電路的分量值：
Figure 02_image015
圖26示出根據本發明的一些實施例用於檢測流過升降壓轉換器的電感器的電流的電流檢測電路的第五實施例的示意圖。圖26中示出的電流檢測電路與圖25中示出的電流檢測電路類似，不同之處在於，透過去除感應電容器Cs1和感應電容器Cs2簡化了電流檢測電路。透過以下等式決定電容器Cs0：
Figure 02_image017
儘管詳細描述了本發明的實施例和它的優點，但是應瞭解，在不偏離由所附請求項限定的本發明的精神和範圍的情况下，可在本文中進行各種改變、替換和變更。
此外，本申請的範圍旨在不局限於本說明書中描述的過程、機器、製造、物質組成、方式、方法和步驟的特定實施例。本領域技術人員將從本發明的公開容易地明白，根據本發明，可利用目前現有或稍後開發的用於與本文中描述的對應實施例執行基本上相同的功能或實施基本上相同的結果的過程、機器、製造、物質組成、方式、方法或步驟。因此，所附請求項旨在它們的範圍內包含此類過程、機器、製造、物質組成、方式、方法或步驟。
100‧‧‧習知控制方法 200‧‧‧轉換器、系統201‧‧‧輸入電容器 202‧‧‧開關203‧‧‧開關 204‧‧‧電感器205‧‧‧開關 206‧‧‧開關207‧‧‧輸出電容器 208‧‧‧電阻器209‧‧‧電阻器 210‧‧‧降壓控制邏輯單元211‧‧‧第一閂鎖 212‧‧‧升壓控制邏輯單元213‧‧‧電流感應放大器 214‧‧‧比較器、峰值電流比較器215‧‧‧電阻器 216‧‧‧電容器217‧‧‧電容器 218‧‧‧放大器、電壓誤差放大器219‧‧‧第二閂鎖 230‧‧‧降壓斷開時間計時器240‧‧‧升壓斷開時間計時器 VIN‧‧‧輸入電壓VOUT‧‧‧輸出電壓 CS‧‧‧感應電流CMP‧‧‧峰值電流比較訊號 PWMBUCK‧‧‧控制訊號 PWMBOOST‧‧‧控制訊號 TOFFBUCK‧‧‧降壓斷開時間 TOFFBOOST‧‧‧升壓斷開時間 SW1‧‧‧切換節點 SW2‧‧‧切換節點 VREF‧‧‧預定參考點 FB‧‧‧反相輸入端 VCTRL‧‧‧控制電壓 Q1‧‧‧開關、高壓側開關、第一高壓側開關 Q2‧‧‧開關、低壓側開關、第一低壓側開關 Q3‧‧‧開關、低壓側開關、第二低壓側開關 Q4‧‧‧開關、高壓側開關、第二高壓側開關 300‧‧‧系統 301‧‧‧比較器 302‧‧‧降壓偏置電壓源 303‧‧‧電流源 304‧‧‧電容器、斜波電容器 305‧‧‧開關 311‧‧‧比較器 312‧‧‧升壓偏置電壓源 313‧‧‧電流源 314‧‧‧電容器、斜波電容器 315‧‧‧開關 VRBUCK‧‧‧斜波電壓 VRBOOST‧‧‧斜波電壓 VBIASBUCK‧‧‧偏置電壓 VBIASBOOST‧‧‧偏置電壓 CBUCK‧‧‧電容值 CBOOST‧‧‧電容值 k1‧‧‧電壓比例係數 k2‧‧‧電壓對電流比例係數 k3‧‧‧電壓比例係數 k4‧‧‧電壓對電流比例係數 400A‧‧‧系統 VGS‧‧‧閘極驅動訊號 401‧‧‧第一行402‧‧‧第二行 403‧‧‧第三行404‧‧‧第四行 405‧‧‧第五行406‧‧‧第六行 407‧‧‧第七行408‧‧‧第八行 409‧‧‧第九行410‧‧‧第十行 411‧‧‧第十一行412‧‧‧第十二行 400B‧‧‧系統 421‧‧‧第一行422‧‧‧第二行 423‧‧‧第三行404‧‧‧第四行 425‧‧‧第五行426‧‧‧第六行 427‧‧‧第七行428‧‧‧第八行 429‧‧‧第九行430‧‧‧第十行 431‧‧‧第十一行432‧‧‧第十二行 400C‧‧‧系統 441‧‧‧第一行442‧‧‧第二行 443‧‧‧第三行444‧‧‧第四行 445‧‧‧第五行446‧‧‧第六行 447‧‧‧第七行448‧‧‧第八行 449‧‧‧第九行450‧‧‧第十行 451‧‧‧第十一行452‧‧‧第十二行 500‧‧‧轉換器、系統501‧‧‧輸入電容器 502‧‧‧開關503‧‧‧開關 504‧‧‧電感器505‧‧‧開關 506‧‧‧開關507‧‧‧輸出電容器 508‧‧‧電阻器509‧‧‧電阻器 510‧‧‧降壓控制邏輯單元511‧‧‧升壓控制邏輯單元 512‧‧‧第一閂鎖513‧‧‧電流感應放大器 514‧‧‧峰值電流比較器515‧‧‧電阻器 516‧‧‧電容器517‧‧‧電容器 518‧‧‧電壓誤差放大器519‧‧‧第二閂鎖 530‧‧‧降壓斷開時間計時器540‧‧‧升壓斷開時間計時器 BSTM‧‧‧比較訊號BKM‧‧‧比較訊號 550‧‧‧控制單元 551‧‧‧比較器、第一比較器552‧‧‧電壓源 553‧‧‧比較器、第二比較器554‧‧‧電壓源 VOFFSET1‧‧‧偏置電壓、第一偏置電壓 VOFFSET1‧‧‧偏置電壓、第一偏置電壓 VOFFSET2‧‧‧偏置電壓、第二偏置電壓 VOFFSET2‧‧‧偏置電壓、第二偏置電壓 600‧‧‧系統 601‧‧‧或閘602‧‧‧比較器 603‧‧‧反相器604‧‧‧電流源 605‧‧‧斜波電容器606‧‧‧開關 607‧‧‧或閘608‧‧‧反相器 611‧‧‧與閘612‧‧‧比較器 613‧‧‧電流源614‧‧‧斜波電容器 615‧‧‧開關616‧‧‧或閘 617‧‧‧反相器700‧‧‧系統 800A‧‧‧系統 801‧‧‧第一行802‧‧‧第二行 803‧‧‧第三行804‧‧‧第四行 805‧‧‧第五行806‧‧‧第六行 807‧‧‧第七行808‧‧‧第八行 809‧‧‧第九行810‧‧‧第十行 811‧‧‧第十一行812‧‧‧第十二行 800B‧‧‧系統 821‧‧‧第一行822‧‧‧第二行 823‧‧‧第三行804‧‧‧第四行 825‧‧‧第五行826‧‧‧第六行 827‧‧‧第七行828‧‧‧第八行 829‧‧‧第九行430‧‧‧第十行 831‧‧‧第十一行832‧‧‧第十二行 800C‧‧‧系統 841‧‧‧第一行842‧‧‧第二行 843‧‧‧第三行844‧‧‧第四行 845‧‧‧第五行846‧‧‧第六行 847‧‧‧第七行848‧‧‧第八行 849‧‧‧第九行850‧‧‧第十行 851‧‧‧第十一行852‧‧‧第十二行 900‧‧‧示例性方法912-918‧‧‧步驟 1000‧‧‧系統、計算系統、計算裝置 1002‧‧‧匯流排1004‧‧‧記憶體、系統記憶體 1006‧‧‧唯讀記憶體1008‧‧‧隨機存取記憶體 1010‧‧‧控制器1012‧‧‧儲存裝置 1014‧‧‧第一模組1016‧‧‧第二模組 1018‧‧‧第三模組1020‧‧‧輸入裝置 1022‧‧‧輸出裝置1024‧‧‧通訊介面 1026‧‧‧感測器1028‧‧‧快取 1030‧‧‧處理器1032‧‧‧快閃記憶體 1034‧‧‧韌體t1-t3‧‧‧時刻 Vin‧‧‧輸入電壓Vout‧‧‧輸出電壓 Rs1‧‧‧感應電阻器Rs2‧‧‧感應電阻器 Cs1‧‧‧感應電容器Cs2‧‧‧感應電容器 Isns+‧‧‧正感測端Isns-‧‧‧負感測端 RL‧‧‧等效串聯電阻Cs0‧‧‧電容器 Rd1‧‧‧電阻器Rd1‧‧‧電阻器 A‧‧‧參數
爲了更全面地理解本發明及其優點，結合圖式參考以下描述。 圖1示出四開關升降壓轉換器的習知控制方法。 圖2示出根據本發明一些實施例的用於示例性恆定斷開時間升降壓轉換器的示例性恆定斷開時間升降壓控制方法。 圖3示出根據本發明一些實施例的用於圖2中的示例性恆定斷開時間升降壓轉換器的示例性降壓斷開時間計時器和升壓斷開時間計時器。 圖4A至圖4C示出根據本發明一些實施例的圖2中的示例性恆定斷開時間升降壓轉換器的波形。 圖5示出根據本發明一些實施例的，用於示例性恆定斷開時間升降壓轉換器的另一種示例性恆定斷開時間升降壓控制方法。 圖6示出根據本發明一些實施例的圖5中的示例性恆定斷開時間升降壓轉換器的另一個示例性降壓斷開時間計時器和升壓斷開時間計時器。 圖7示出根據本發明一些實施例的圖5中的示例性恆定斷開時間升降壓轉換器的示例性模式比較器狀態圖。 圖8A至圖8C示出根據本發明一些實施例的圖5中的示例性恆定斷開時間升降壓轉換器的波形。 圖9是根據本發明一些實施例的用於控制系統的恆定斷開時間升降壓轉換器的示例性方法。 圖10示出根據本發明一些實施例的示例性系統。 圖11示出根據本發明一些實施例的升降壓轉換器及其相關聯的恆定斷開時間控制電路的示意圖。 圖12示出根據本發明一些實施例的降壓斷開時間計時器和升壓斷開時間計時器的示意圖。 圖13示出根據本發明一些實施例與圖11中示出的升降壓轉換器的降壓操作模式相關聯的時序圖。 圖14示出根據本發明一些實施例與圖11中示出的升降壓轉換器的升降壓操作模式相關聯的時序圖。 圖15示出根據本發明一些實施例與圖11中示出的升降壓轉換器的升壓操作模式相關聯的時序圖。 圖16示出根據本發明一些實施例的另一個升降壓轉換器及其相關聯的恆定斷開時間控制電路的示意圖。 圖17示出根據本發明一些實施例在圖16中示出的降壓斷開時間計時器和升壓斷開時間計時器的示意圖。 圖18示出根據本發明一些實施例在圖16中示出的比較器的操作原理。 圖19示出根據本發明一些實施例與圖16中示出的升降壓轉換器的降壓操作模式相關聯的時序圖。 圖20示出根據本發明一些實施例與圖16中示出的升降壓轉換器的升降壓操作模式相關聯的時序圖。 圖21示出根據本發明一些實施例與圖16中示出的升降壓轉換器的升壓操作模式相關聯的時序圖。 圖22示出根據本發明一些實施例用於檢測流過升降壓轉換器的電感器的電流的電流感應電路的第一實施例的示意圖。 圖23示出根據本發明一些實施例用於檢測流過升降壓轉換器的電感器的電流的電流感應電路的第二實施例的示意圖。 圖24示出根據本發明一些實施例用於檢測流過升降壓轉換器的電感器的電流的電流感應電路的第三實施例的示意圖。 圖25示出根據本發明一些實施例用於檢測流過升降壓轉換器的電感器的電流的電流感應電路的第四實施例的示意圖。 圖26示出根據本發明一些實施例用於檢測流過升降壓轉換器的電感器的電流的電流感應電路的第五實施例的示意圖。 除非另外指示，否則不同圖中的對應數字和符號一般只代表對應的部分。繪製圖式是爲了清楚地說明一些實施例的相關方面，它們不一定按比例繪製。
200‧‧‧轉換器
201‧‧‧輸入電容器
202‧‧‧開關
203‧‧‧開關
204‧‧‧電感器
205‧‧‧開關
206‧‧‧開關
207‧‧‧輸出電容器
208‧‧‧電阻器
209‧‧‧電阻器
210‧‧‧降壓控制邏輯單元
211‧‧‧第一閂鎖
212‧‧‧升壓控制邏輯單元
213‧‧‧電流感應放大器
215‧‧‧電阻器
214‧‧‧比較器、峰值電流比較器
216‧‧‧電容器
217‧‧‧電容器
218‧‧‧放大器、電壓誤差放大器
219‧‧‧第二閂鎖
230‧‧‧降壓斷開時間計時器
240‧‧‧升壓斷開時間計時器
CS‧‧‧感應電流
CMP‧‧‧峰值電流比較訊號
PWMBUCK‧‧‧控制訊號
PWMBOOST‧‧‧控制訊號
TOFFBUCK‧‧‧降壓斷開時間
TOFFBOOST‧‧‧升壓斷開時間
SW1‧‧‧切換節點
SW2‧‧‧切換節點
VREF‧‧‧預定參考點
FB‧‧‧反相輸入端
VCTRL‧‧‧控制電壓
Q1‧‧‧開關、高壓側開關、第一高壓側開關
Q2‧‧‧開關、低壓側開關、第一低壓側開關
Q3‧‧‧開關、低壓側開關、第二低壓側開關
Q4‧‧‧開關、高壓側開關、第二高壓側開關

Claims (20)

  1. 一種控制器，包括： 一第一計時器，被配置爲決定施加在一升降壓轉換器的一降壓轉換器部分的一低壓側開關的一閘極驅動訊號的斷開緣，其中該第一計時器包括： 一第一輸入端，被配置為接收一第一斜波訊號；及 一第二輸入端，被配置為接收一第一閾值電壓； 其中，該第一斜波訊號由一第一電流源生成，該第一電流源具有一電流位準，該第一電流源的該電流位準與該升降壓轉換器的一輸入電壓成比例，並且該第一閾值電壓與該升降壓轉換器的該輸入電壓和該升降壓轉換器的一輸出電壓之間的差成比例；及 一第二計時器，被配置爲決定施加在該升降壓轉換器的一升壓轉換器部分的一高壓側開關的一閘極驅動訊號的斷開緣，其中該第二計時器包括： 一第一輸入端，被配置為接收一第二斜波訊號；及 一第二輸入端，被配置為接收一第二閾值電壓； 其中該第二斜波訊號由一第二電流源生成，該第二電流源具有一電流位準，該第二電流源的該電流位準與該升降壓轉換器的該輸出電壓成比例，並且該第二閾值電壓與該升降壓轉換器的該輸入電壓成比例。
  2. 如請求項1所述的控制器，更包括： 一第一偏置電壓源，耦接在該第一計時器的該第一輸入端和該第一斜波訊號之間，其中，該第一偏置電壓源被配置爲對該第一計時器的該第一輸入端施加正電壓，當該第一斜波訊號重置時；及 一第二偏置電壓源，耦接在該第二計時器的該第一輸入端和該第二斜波訊號之間，其中，該第二偏置電壓源被配置爲當該第二斜波訊號重置時對該第二計時器的該第一輸入端施加負電壓。
  3. 如請求項1所述的控制器， 其中透過一比較器決定施加在該升降壓轉換器的該降壓轉換器部分的該高壓側開關的該閘極驅動訊號的斷開緣和施加在該升降壓轉換器的該升壓轉換器部分的該低壓側開關的該閘極驅動訊號的斷開緣，並且該比較器，包括： 一第一輸入端，被配置為接收一誤差放大器的一輸出電壓；及 一第二輸入端，被配置為接收一訊號，該訊號與流過該升降壓轉換器的一電感器的電流成比例。
  4. 如請求項3所述的控制器，其中該誤差放大器包括： 一第一輸入端，耦接到一預定參考點；及 一第二輸入端，被配置為檢測該升降壓轉換器的該輸出電壓。
  5. 如請求項4所述的控制器，其中透過一電流檢測裝置生成該訊號，該訊號與流過該升降壓轉換器的該電感器的該電流成比例，該電流檢測裝置包括： 一電阻電容網路，耦接在該升降壓轉換器的一第一切換節點和一第二切換節點之間；及 一電流感應放大器耦接到該電阻電容網路。
  6. 如請求項5所述的控制器，其中該電阻電容網路包括： 一第一電阻器； 一第二電阻器； 一第一電容器；及 一第二電容器； 其中，該第一電阻器和該第一電容器串聯耦接在該第一切換節點和地之間，該第二電阻器和該第二電容器串聯耦接在該第二切換節點和地之間，該第一電阻器和該第一電容器的共同節點耦接到該電流感應放大器的一第一輸入端，並且該第二電阻器和該第二電容器的共同節點耦接到該電流感應放大器的一第二輸入端。
  7. 如請求項5所述的控制器，其中該電阻電容網路包括： 一第一電阻器； 一第二電阻器； 一第一電容器； 一第二電容器；及 一第三電容器，耦接在該電流感應放大器的一第一輸入端和一第二輸入端之間； 其中，該第一電阻器和該第一電容器串聯耦接在該第一切換節點和地之間，該第二電阻器和該第二電容器串聯耦接在該第二切換節點和地之間，該第一電阻器和該第一電容器的共同節點耦接到該電流感應放大器的該第一輸入端，並且該第二電阻器和該第二電容器的共同節點耦接到該電流感應放大器的該第二輸入端。
  8. 如請求項5所述的控制器，其中該電阻電容網路包括： 一第一電阻器； 一第二電阻器；及 一第一電容器； 其中，該第一電阻器耦接在該第一切換節點和該電流感應放大器的一第一輸入端之間，該第二電阻器耦接在該第二切換節點和該電流感應放大器的一第二輸入端之間，並且該第一電容器耦接在該電流感應放大器的該第一輸入端和該第二輸入端之間。
  9. 如請求項5所述的控制器，其中該電阻電容網路包括： 一第一電阻器； 一第二電阻器； 一第三電阻器； 一第四電阻器； 一第一電容器； 一第二電容器；及 一第三電容器； 其中，該第一電阻器和該第一電容器串聯耦接在該第一切換節點和地之間，該第二電阻器和該第二電容器串聯耦接在該第二切換節點和地之間，該第三電阻器和該第四電阻器分別與該第一電容器和該第二電容器並聯耦接，該第三電容器耦接在該電流感應放大器的一第一輸入端和一第二輸入端之間，該第一電阻器和該第一電容器的共同節點耦接到該電流感應放大器的該第一輸入端，並且該第二電阻器和該第二電容器的共同節點耦接到該電流感應放大器的該第二輸入端。
  10. 如請求項5所述的控制器，其中該電阻電容網路包括： 一第一電阻器； 一第二電阻器； 一第三電阻器； 一第四電阻器；及 一第一電容器； 其中，該第一電阻器和該第三電阻器串聯耦接在該第一切換節點和地之間，該第二電阻器和該第四電阻器串聯耦接在該第二切換節點和地之間，該第一電容器耦接在該電流感應放大器的第一輸入端和第二輸入端之間，該第一電阻器和該第三電阻器的共同節點耦接到該電流感應放大器的該第一輸入端，並且該第二電阻器和該第四電阻器的共同節點耦接到該電流感應放大器的該第二輸入端。
  11. 一種控制方法，包括： 生成一第一斜波訊號透過具有一電流位準的一第一電流源，其中該第一電流源的該電流位準與一升降壓轉換器的一輸入電壓成比例； 生成一第二斜波訊號透過具有一電流位準的一第二電流源，其中該第二電流源的該電流位準與該升降壓轉換器的輸出電壓成比例； 生成一第一閾值電壓，其中該第一閾值電壓與該升降壓轉換器的該輸入電壓和該輸出電壓之間的差成比例； 生成一第二閾值電壓，其中該第二閾值電壓與該升降壓轉換器的該輸入電壓成比例； 透過一第一比較器比較該第一閾值電壓與該第一斜波訊號和第一預定偏置電壓的總和； 透過一第二比較器比較該第二閾值電壓與該第二斜波訊號和第二預定偏置電壓的總和； 依據該第一比較器生成的比較結果，終止該升降壓轉換器的一降壓轉換器部分的一低壓側開關的一閘極驅動訊號；及 依據該第二比較器生成的比較結果，終止該升降壓轉換器的一升壓轉換器部分的一高壓側開關的一閘極驅動訊號。
  12. 如請求項11所述的控制方法，更包括： 生成一電流感應訊號，其中該電流感應訊號與流過該升降壓轉換器的一電感器的一電流成比例； 透過一誤差電壓放大器比較檢測到的該升降壓轉換器的一輸出電壓和一預定參考電壓； 透過一比較器比較該電流感應訊號與該誤差電壓放大器的輸出電壓；及 依據該比較器生成的比較結果，終止該升降壓轉換器的該降壓轉換器部分的該高壓側開關的一導通時間。
  13. 如請求項12所述的控制方法，更包括： 依據該比較器生成的比較結果，終止該升降壓轉換器的該升壓轉換器部分的該低壓側開關的一導通時間。
  14. 如請求項11所述的控制方法，更包括： 當該升降壓轉換器的該輸入電壓大於一第一操作模式閾值時，該升降壓轉換器以一降壓操作模式操作； 當該升降壓轉換器的該輸入電壓小於一第二操作模式閾值時，該升降壓轉換器以一升壓操作模式操作，其中該第一操作模式閾值大於該第二操作模式閾值；及 當該升降壓轉換器的該輸入電壓在該第一操作模式閾值和該第二操作模式閾值之間時，該升降壓轉換器以該升降壓操作模式操作。
  15. 如請求項14所述的控制方法，更包括： 分別透過該第一比較器和該第二比較器將該升降壓轉換器的該輸入電壓與該第一操作模式閾值和該第二操作模式閾值進行比較；及 依據該第一比較器和該第二比較器的輸出結果，決定該升降壓轉換器的操作模式。
  16. 一種升降壓轉換器，包括： 一第一高壓側開關； 一第二高壓側開關； 一第一低壓側開關； 一第二低壓側開關； 一電感器；及 一控制器，被配置為生成一閘極驅動訊號，其中該控制器包括： 一第一計時器，用於設定該第一低壓側開關的一斷開時間； 一第二計時器，用於設定該第二高壓側開關的一斷開時間；及 一峰值電流模式控制裝置，用於設定該第一高壓側開關的一斷開時間和該第二低壓側開關的一斷開時間； 其中，該第一高壓側開關和該第一低壓側開關串聯耦接在一輸入電壓端子和地之間，該第二高壓側開關和該第二低壓側開關串聯耦接在一輸出電壓端子和地之間，該電感器耦接到該第一高壓側開關和該第一低壓側開關的共同節點與該第二高壓側開關和該第二低壓側開關的共同節點。
  17. 如請求項16所述的轉換器，其中該第一計時器包括： 一第一輸入端，被配置爲接收一第一斜波訊號，其中該第一斜波訊號由一第一電流源生成，該第一電流源具有一電流位準，該第一電流源的該電流位準與該轉換器的一輸入電壓成比例；及 一第二輸入端，被配置爲接收一第一閾值電壓，其中該第一閾值電壓與該轉換器的該輸入電壓和該轉換器的一輸出電壓之間的差成比例； 其中該第二計時器包括： 一第一輸入端，被配置爲接收一第二斜波訊號，其中該第二斜波訊號由一第二電流源生成，該第二電流源具有一電流位準，該第二電流源的該電流位準與該轉換器的該輸出電壓成比例；及 一第二輸入端，被配置爲接收一第二閾值電壓，其中該第二閾值電壓與該轉換器的該輸入電壓成比例。
  18. 如請求項16所述的轉換器，其中該轉換器爲一升降壓轉換器，並且透過一比較器的輸出來決定對該升降壓轉換器的一降壓轉換器部分的一高壓側開關施加的一閘極驅動訊號的斷開緣和對該升降壓轉換器的一升壓轉換器部分的一低壓側開關施加的一閘極驅動訊號的斷開緣，並且該比較器包括： 一第一輸入端，被配置爲接收誤差放大器的輸出電壓；及 一第二輸入端，被配置爲接收一訊號，該訊號與流過該升降壓轉換器的一電感器的電流成比例。
  19. 如請求項18所述的轉換器，其中透過一電流檢測裝置生成該訊號，該訊號與流過該升降壓轉換器的該電感器的電流成比例。
  20. 如請求項19所述的轉換器，其中該誤差放大器包括： 一第一輸入端，耦接到一預定參考點；及 一第二輸入端，被配置爲檢測該升降壓轉換器的一輸出電壓。
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