CN101911457A - 具有与占空比无关的电流限制的电源调节器***及其调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有与占空比无关的电流限制的电源调节器***和其相关方法。电源调节器***包括误差电压产生器(16)、PWM比较器(18)和电流限制电路(28)；误差电压产生器(16)基于参考电压和与***的输出电压相关的反馈电压的比较提供误差电压，PWM比较器(18)被配置为产生控制激活和停用至少一个电源开关的开关信号，电流限制电路(28)被配置为，一旦误差电压超过大小作为占空比函数变化的电压限制，则箝位误差电压以提供基本固定与占空比无关的预定电流限制。

Description

具有与占空比无关的电流限制的电源调节器***及其调节方法
技术领域
本发明涉及电子电路，并且更具体地涉及电源调节器的与占空比无关的电流限制。
背景技术
线性电压调节器和开关模式电压调节器构成今天电源管理集成电路(IC)的基本构件(building block)。一种此类型的调节器被称为开关调节器或开关电源，其通过控制耦合到负载的一个或多于一个电源开关的开关占空比控制负载的电流量。作为一个示例，开关调节器可以位于集成电路(IC)中，以便外反馈电阻器和外感应电源被耦合到开关调节器以在电感器输出上提供稳定/已调整电势。
典型的开关变压器执行脉冲宽度调制(PWM)以控制耦合到负载的一个或多于一个电源开关的占空比。作为一个示例，误差放大器为比较器提供对应于参考电压和反馈电压之间差异的信号，其中比较器将限定激活和未激活占空比的交流(AC)开关信号输出到一个或多于一个电源开关。为了保护电源***不电流过载，可以限制通过一个或多于一个电源开关的电流。作为一个示例，通过限制误差放大器最大输出电压的电压钳可以限制通过一个或多于一个电源开关的电流。然而，对于使用斜率补偿减轻占空比次谐不稳定性的电源调节器，对一个或多于一个电源开关的电流限制一般取决于开关信号的占空比。作为一个示例，在典型的增压调节器中，通过一个或多于一个电源开关的电流限制可以随着占空比的增加而减小。此外，几乎没有对所需输入和输出电压的各种范围内提供的最大电流量的控制，该控制是可以展示的。
发明内容
本发明的一个实施例包括一种电源调节器***。该***包括误差放大器，该误差放大器基于参考电压和与电源调节器***的输出电压相关的反馈电压的比较提供误差电压。该***还包括脉冲宽度调制(PWM)比较器，脉冲宽度调制比较器被配置为产生开关信号，该开关信号控制激活和停用至少一个电源开关。PWM比较器基于误差电压限定开关信号的占空比。该***进一步包括电流限制电路，该电流限制电路被配置为一旦误差电压超过电压限制，则箝位(clamp)误差电压，以提供基本固定与占空比无关的预定电流限制，其中该电压限制的大小作为占空比的函数变化。
本发明的另一个实施例包括一种提供通过电源调节器中至少一个电源开关的基本恒定电流限制的方法。该方法包括产生误差电压，该误差电压的大小基于电源调节器的输出电压和参考电压的相对值的比较。该方法还包括比较PWM电压与误差电压，其中PWM电压与流过至少一个电源开关的电流成比例。该方法还包括基于PWM电压和误差电压的比较产生具有占空比的开关信号，该占空比控制激活和停用至少一个电源开关。该方法还包括产生电压限制以提供基本恒定电流限制，因为被固定与占空比无关；其中该电压限制的大小作为占空比函数变化。该方法进一步包括一旦误差电压超过电压限制则箝位误差电压。
本发明的另一个实施例包括一种电源调节器***。该***包括用以产生误差电压的装置，该误差电压的大小是基于电源调节器***的输出电压和参考电压的相对值的比较。该***还包括用以产生第一斜坡波形的装置和产生第二斜坡波形的装置；其中该第一斜坡波形的普通锯齿形状和峰值作为电源调节器的占空比函数变化，第二斜坡波形基本复制第一斜坡波形。该***还包括用以比较脉冲宽度调制(PWM)电压与误差电压以产生开关信号的装置，该开关信号根据电源调节器***的占空比控制激活和停用至少一个电源开关。PWM电压可以是第一斜坡波形和与流过至少一个电源开关的电流成比例的感测电压的和值。该***还包括用以提供电压限制的装置，该电压限制是预定设置电压限制与第二斜坡波形的峰值电压的和，其中预定设置电压限制对应于通过至少一个电源开关的预定电流限制。该***进一步包括用以一旦误差电压超过电压限制则箝位误差电压以提供预定电流限制的装置，以便流过至少一个电源开关的电流被限制为与电源调节器***的占空比无关的预定电流限制。
附图说明
图1根据本发明的一方面图示说明电源调节器的一个示例。
图2根据本发明的一方面图示说明时序图的一个示例。
图3根据本发明的一方面图示说明电源电路的一个示例。
图4根据本发明的一方面图示说明电源调节器的一部分的一个示例。
图5根据本发明的一方面图示说明包络检波器的一个示例。
图6根据本发明的一方面图示说明一种提供通过电源调节器中电源开关的恒定电流限制的方法的一个示例。
具体实施方式
本发明涉及电子电路，并且更具体地涉及为电源调节器提供与占空比无关的电流限制的***和方法。脉冲宽度调制(PWM)比较器产生具有占空比的开关信号，该占空比限定激活和停用至少一个电源开关。PWM比较器比较误差电压和PWM电压。误差电压基于参考电压和与电压调节器的输出相关的反馈电压的相对大小的比较被产生。PWM电压是基于斜坡波形和感测反馈电压的和，该感测反馈电压对应于流过电源开关的感测电流。斜坡产生器产生斜坡波形，该斜坡波形的周期对应于开关信号的占空比。同样地，斜坡波形在开关信号的接通时间期间(即在电源开关激活期间)具有增大的电压幅值，并且在开关信号关闭时间期间(即在电源开关未激活期间)具有基本为零的电势。
提供的电流限制电路包括耦合到电流源的放大器和电阻器，电阻器的电阻大小对应于允许通过电源开关的预定电流限制。电流限制电路接收斜坡波形或复制的斜坡波形并且产生对应于斜坡波形的峰值电压的包络电压。电流源和电阻器提供对应于预定电流限制的预定设置电压限制。预定设置电压限制被加到斜坡波形以提供电压限制。因此放大器为二极管阴极提供是电压限制的输出。误差电压还被提供给二极管的阳极。因此，一旦误差电压近似等于电压限制，二极管箝位误差电压。因此，当误差电压被箝位时，与流过电源开关的感测电流相关的电压近似等于预定设置电压限制，因为电压限制和PWM电压中的斜坡波形幅值相互抵消。此外，通过电源开关的电流被限制为与开关调节器的占空比无关的恒定值。
图1根据本发明的一个方面图示说明电源调节器10的一个示例。在图1的示例中，电源调节器10被示为增压调节器，以便对于给定输入电压VIN，电源调节器10被配置为提供更大的输出电压VOUT。输入电压VIN被提供给负载电感器12，该负载电感器12导电电流IL。电流IL流过输出电极14并且设定输出电压VOUT。
电源调节器10包括误差电压产生器16。误差电压产生器16接收参考电压VREF和反馈电压VFB作为输入。在图1的示例中，反馈电压VFB被示为反馈电阻器RFB1和RFB2的输出电压VOUT的分压，以便反馈电压VFB的大小与输出电压VOUT成比例。参考电压VREF可以是对应于所需大小的输出电压VOUT的预定电压。误差电压产生器16可以包括误差放大器，以便误差电压产生器16产生误差电压VEA，该误差电压VEA的大小对应于参考电压VREF和反馈电压VFB的相对差值。
误差电压VEA被提供给PWM比较器18的非反相输入端。PWM比较器18在反相输入端也接收PWM电压VPWM，以便PWM比较器18被配置为比较误差电压VEA和PWM电压VPWM，并且基于比较提供开关信号PWM作为输入。PWM电压VPWM来自反馈电压20，以便PWM电压VPWM的一个大小分量对应于与电源调节器10的输出相关的电流，如下面所述。此外，反馈电路20包括斜坡产生器22，其被配置为基于电流IRAMP产生斜坡波形。斜坡波形可以是具有基本锯齿形的波形，以便其具有重复周期，每个重复周期具有增大的幅值。因此，PWM电压VPWM是可变信号，以便开关信号PWM在逻辑高状态(即接通)和逻辑低状态(即关闭)之间周期性变化以限定电源调节器10的操作的占空比。如下面更详细描述，由斜坡产生器22产生的斜坡波形具有基于开关信号PWM的占空比的周期。
开关信号PWM被提供给开关逻辑24。开关逻辑24可以包括各种被配置为缓冲和/或反转开关信号PWM的开关和/或逻辑门。因此，开关逻辑24被配置为将开关信号PWM转换为提供给电源电路26的激活信号SW。电源电路26包括至少一个电源开关，诸如功率晶体管。因此，激活信号SW可以被配置为基于开关信号PWM的占空比控制激活和停用电源开关。作为一个示例，电源电路26内的电源开关可以被配置为，一旦激活，则周期性地将输出二极管14阳极的电压VSW接地，因此将电源调节器10的输出端的电感电流IL接地。因此，输出电压VOUT可以基于电源电路26中的电源开关的切换被调整，其由开关信号PWM的占空比限定。
电源电路26还可以包括电流感测电路，其被配置为感测流过电源开关的电流。作为一个示例，电源电路26可以包括与电源开关并联的电流路径，电流路径被配置为分流通过电源开关的一定比例量的电流。该比例量的电流可以被提供穿过检测电阻，以便感测电压VSENSE可以从电源电路26输出。此外，感测电压VSENSE可以对应于在开关信号PWM接通期间通过电源开关的电流。感测电压VSENSE被提供给反馈电路20，以便其被加到由斜坡产生器22产生的斜坡波形以形成PWM电压VPWM。
为了保护电源调节器10的组件不受过流损坏，流过电源电路26内的电源开关的电流可以被限制通过另外的电路。电源调节器10可以被设计为在宽范围地输入电压VIN下操作以实现宽范围的输出电压VOUT，并且基于宽范围的开关信号PWM的占空比的相对接通和关闭。因此，可以希望将通过电源开关的电流限制设置为与开关信号PWM的占空比无关的恒定值，以便在不同负载条件下可以表现出电源调节器10的一致操作。
如上所述，误差电压产生器16被配置为产生误差电压VEA作为电压，该电压的大小与反馈电压VFB和参考电压VREF之间的差值有关。因此，流过电源开关的电流可以基于误差电压VEA，以便误差电压的增加值可以增加流过电源开关的电流的大小。此外，电源调节器10包括电流限制电路28，该电流限制电路28被配置为，一旦误差电压VEA基本等于预定值时，箝位误差电压VEA。具体地，电流限制电路28产生电压限制VLIM，其部分基于偏置电流ISET，以便误差电压VEA箝位到电压限制VLIM的近似值。偏置电流ISET可以被预确定，并且可以与流过电源开关的电流的恒定电流限制成比例。
电流限制电路28包括斜坡产生器30，斜坡产生器30可以被配置为基本类似于斜坡产生器22。具体地，斜坡产生器30被配置为基于电流IRAMP产生基本锯齿形的波形。电流IRAMP可以是恒定电流，该恒定电流基于输入电压VIN和输出电压VOUT，以便电流IRAMP可以近似等于输出电压VOUT减去输入电压VIN除以设定电流IRAMP大小的电阻。此外，由斜坡产生器22和30产生的斜坡波形的周期可以基于开关信号PWM的占空比。具体地，在图1的示例中，开关逻辑24为斜坡产生器22和30产生信号RAMP_CTRL。信号RAMP_CTRL在接通期间可以被有效(asserted)(即逻辑高)并且在关闭期间可以被无效(deasserted)(即逻辑低)。作为一个示例，信号RAMP_CTRL可以基本类似于开关信号PWM，诸如被缓冲和/或反相。作为另一个示例，开关信号PWM可以直接被提供给斜坡产生器22和30。因此，信号RAMP_CTRL可以限定第一时间(即在接通期间)和第二时间(即在关闭期间)，在第一时间，斜坡波形的幅值增加幅值，在第二时间，斜坡波形的幅值近似为零。因为接通和关闭可以相互相对改变，因此可以理解由斜坡产生器30产生的斜坡波形的峰值可以基于占空比变化。
图2根据本发明的一个方面图示说明时序图50的一个示例。时序图50可以对应于图1示例中所示的信号时序图。因此，在下面讨论的图2的示例中参考图1的示例，从而不显示固有压延、幅值改变和/或噪音特性。
时序图50包括开关信号PWM和信号RAMP_CTRL，诸如图1示例中所述，并且还包括诸如斜坡产生器30所产生的斜坡电压VRAMP。可以理解斜坡电压VRAMP对应于上述图1示例中的斜坡波形，诸如斜坡产生器22和30所产生的斜坡波形。因此，如图2的示例所示，斜坡电压VRAMP被示为具有基本锯齿形。在图2的示例中，信号RAMP_CTRL被示为基本等于开关信号PWM。然而，可以理解信号RAMP_CTRL可以具有不同的大小，诸如通过被缓冲、或可以相对开关信号PWM被反相以控制斜坡电压VRAMP。时序图50展示四个连续周期52内信号的逻辑状态和相对大小，如图2示例中周期1到周期4，每个周期52具有限定的占空比。
在时间T0，周期1开始。开关信号PWM在接通期间是有效的，如是信号RAMP_CTRL。因此，信号RAMP_CTRL限定斜坡电压VRAMP增加的开始，从而斜坡电压VRAMP从近似零的大小稳定增加。在时间T1，接通结束，并且关闭开始。因此，开关信号PWM和信号RAMP_CTRL被无效。此外，贯穿剩余的关闭时间，斜坡电压VRAMP被设置为基本零大小。关闭从时间T1持续到时间T2，在其上周期2开始，因此在斜坡电压VRAMP再次开始增加期间，建立另一个接通，类似于周期1。
如上所述，斜坡电压VRAMP基于电流IRAMP，其是恒定电流源。因此，在由开关信号PWM限定的每个接通期间，斜坡电压VRAMP可以具有基本恒定的正坡。因此，斜坡电压VRAMP的峰值大小可以取决于开关信号PWM的占空比。在图2的示例中，周期1和周期2具有大约为75％的占空比。因此，在周期1和周期2中，斜坡电压VRAMP被示为具有峰值电压(即包络电压)VENV1。然而，在时间T3，周期3开始，并且在时间T5，周期4开始。在时间T4，周期3的接通结束，因此周期3的关闭开始。因此，在图2的示例中，周期3和周期4被示为具有大约为50％的占空比。此外，在周期3和周期4期间，斜坡电压VRAMP被示为具有峰值电压VEN2。因此，如图2示例中所示，因为开关信号PWM在在周期3和周期4中的占空比小于在周期1和周期2中的占空比，所以峰值电压VEN2小于峰值电压VEN1。因此，斜坡电压VRAMP的峰值电压被示为作为开关信号PWM的占空比的函数变化。
重新参考图1，如上所述，斜坡产生器22和斜坡产生器30可以被配置为基本相同。因此，由斜坡产生器22和30产生的斜坡波形的峰值电压近似相等。因此，一旦误差电压VEA的大小被箝位到近似等于电压限制VLIM的大小时，PWM电压VPWM的大小的斜坡波形分量和误差电压VEA的大小的斜坡波形分量有效抵消。因此，在PWM电压VPWM和误差电压VEA基本相等时，并因此在开关信号PWM从接通到关闭切换占空比之前时，一旦误差电压VEA被箝位到近似等于电压限制VLIM大小，则VSENSE不能超过电压限制VLIM的恒定电压分量。因此，一旦误差电压VEA被箝位到近似等于电压限制VLIM大小，则通过电源电路26内的电源开关的电流被限制到对应于电压VSENSE的大小。
可以理解电源调节器10不意欲被限制在图1的示例。例如，尽管电源调节器10被示为增压调节器，但是可以理解如上所述，限制流过电源开关的电流可以被以任何不同电源调节器的类型执行，诸如降压转换器和/或降压/增压转换器。此外，电源调节器10被简化示出，因为在图1示例的描述中，与本发明不相关的增压调节器的额外组件已经被省略。因此，图1示例中的电源调节器10可以被以任何不同方式配置。
图3根据本发明的一方面图示说明电源电路100的一个示例。电源电路100可以对应于图1示例中的电源电路26。因此，在下面描述的图3的示例中参考图1的示例。
电源电路100包括第一N-型场效应晶体管(N-FET)N0和第二N-FET N1。N-EFT N0可以是电源开关，通过其的电流ILIM被限制为基本恒定值。具体地，N-FET N0互连节点102和地，节点102互连负载电感器12和输出二极管14并且具有电势VSW。N-FET N0和N-FET N1都通过激活信号SW被偏压，以便他们基本同时地被激活和停用。此外，因为激活信号可以基于开关信号PWM，N-FET N0和N-FET N1的每一个可以在接通期间被激活和在关闭期间停用，如开关信号PWM的占空比所指示的。
N-FET N1互连节点102和感测电阻器R1，感测电阻器R1被接地。因此，N-FET N1可以被配置为感测晶体管，以便N-FET N1和电阻器R1形成与N-FET N0并联的电流路径，并因此导电与电流ILIM成比例的电流。因此电阻器R1基于流过N-FET N1和电阻器R1的电流设置感测电压VSENSE的大小。因此，等效感测电阻RSENSE可以根据N-FET N0和N-FET N1的相对宽度WN0和WN1(其中WN0＞＞WN1)和电阻器R1的电阻推导出，如方程(1)所定义：
RSENSE≈R1*WN0/WN1                 (1)
其中R1是电阻器R1的电阻；
WN0是N-FET N0的宽度；
WN1是N-FET N1的宽度。
因此电阻RSENSE对应于流过N-FET N0的电流的电阻。因为N-FET和N-FET的宽度N0和N1的显著不一致，电阻RSENSE可以具有非常小的值(如0.1Ω)。
可以理解电源电路100仅是电源开关和相关感测电路的示例。因此，电源电路100不意欲被限制在图3的示例中。作为一个示例，电源电路100可以包括多个其他电源开关和/或多种不同方式，诸如通过电源开关的电流IL可以被感测。此外，电源电路100可以被以任何不同的方式配置。
图4根据本发明的一方面图示说明被示为电源调节器一部分的***150的一个示例。***150可以对应于图1示例中电源调节器10中的组件。因此，在下面图4示例的描述中，参考图1中的示例。
***150包括误差电压产生器152。误差电压产生器152可以被配置为基本类似于图1示例中的误差电压产生器16。误差电压产生器152包括误差放大器154，误差放大器154接收参考电压VREF和反馈电压VFB作为输入。反馈电压VFB可以是输出电压VOUT的分压，以便反馈电压VFB大小与输出电压VOUT成比例。参考电压VREF可以是对应于所需大小的输出电压VOUT的预定电压。误差放大器154在电阻器REA和电容器CEA的输出端设置误差电压，误差电压的大小对应于参考电压VREF和反馈电压VFB之间的相对差值。误差电压在电阻器R2的两端作为误差电压VEA被提供给PWM比较器156的非反相输入端。因此，PWM比较器156被配置为比较误差电压VEA和PWM电压VPWM，并且基于比较提供开关信号PWM作为输出。可以理解被包括的电阻器R2用来减弱误差电压的大小，并且根据参考电压VREF和反馈电压VFB的大小其可以是不需要的。
***150包括反馈电路158，反馈电路158被配置为提供PWM电压VPWM到PWM比较器156的反相输入端。反馈电路158接收感测电压VSENSE，感测电压VSENSE对应于流过电源开关的电流，诸如图3示例中所述。感测电压VSENSE被提供在由电阻器R3和电容器C1形成的滤波器两端，以便例如由通过电源开关的涌流产生的电流尖峰被感测电压VSENSE有效地滤除。
反馈电路158还包括电流源IRAMP、N-FET N2、N-FET N3和斜坡电容器CRAMP，其共同地形成斜坡产生器160。电流IRAMP可以是恒定电流，该恒定电流近似等于输出电压VOUT减去输入电压VIN除以设定大小的电阻。N-FET N2由信号RAMP_CTRL控制，N-FET N3由反相器162提供的反相的信号RAMP_CTRL控制。因此，在开关信号PWM的占空比的接通期间，N-FET N2被激活，以便电流IRAMP被提供到斜坡电容器CRAMP。因此，开始在电容器CRAMP两端累积电荷，使得PWM电压VPWM增加。在占空比的关闭期间，N-FET N2被停用，并且N-FETN3被激活，因此斜坡电容器CRAMP接地开始放电。
此外，由斜坡产生器160产生的斜坡波形被加到电阻器R3两端的感测电压VSENSE。此外，PWM电压VPWM是感测电压VSENSE和斜坡电容器CRAMP两端的电压(即斜坡产生器160产生的斜坡电压)的和值。因此，在接通期间，PWM电压VPWM具有增大的幅值，该增大的幅值等于斜坡波形加感测电压VSENSE，而在关闭期间，具有近似等于零的大小。此外，因为信号RAMP_CTR在占空比的接通期间是有效的以产生斜坡波形，因此PWM电压VPWM具有对应于开关信号PWM的占空比的周期。
***150包括电流限制电路166，电流限制电路166被配置为，一旦误差电压VEA基本等于预定值，则箝位误差电压VEA。电流限制电路166包括电流源IRAMP、N-FET N4、N-FET N5和斜坡电容器CRAMP，其共同地形成斜坡产生器168，斜坡产生器168被配置为产生斜坡电压VRAMP。N-FET N4由信号RAMP_CTRL控制，N-FET N5由反相器170提供的反相的信号RAMP_CTRL控制。因此，在开关信号PWM的占空比的接通期间，N-FET N4被激活，以便电流IRAMP被提供到斜坡电容器CRAMP。因此，开始在电容器CRAMP两端累积电荷，使得斜坡电压VRAMP增加。在占空比的关闭期间，N-FET N4被停用，并且N-FET N5被激活，因此斜坡电容器CRAMP接地开始放电。
可以理解斜坡产生器168被配置为基本等同于斜坡产生器160，以便斜坡产生器160和168中的斜坡电容器CRAMP的电容值和电流IRAMP近似相等。斜坡电压VRAMP被提供给包络检测器172，包络检测器172被配置为产生对应于斜坡电压VRAMP峰值的包络电压VENV。此外，因为斜坡电压VRAMP具有基于开关信号PWM的占空比的峰值，诸如图2示例中所述，所以包络电压VENV也具有对应于开关信号PWM的占空比的大小。
图5根据本发明的一方面图示说明包络检波器200的一个示例。络检波器200可以对应于图4示例中的包络检波器172。因此，在下面图5的描述中，参考图4中的示例。
包络检波器200包括N-FET N6和N-FET N7。N-FET N6由经反相器202反相的信号RAMP_CTRL控制并且互连包络电压VENV和节点204。N-FET N7由信号RAMP_CTRL控制并且互连节点204和斜坡电压VRAMP。包络检波器200包括电容器C2和C3，电容器C2互连节点204和地，电容器C3互连包络电压VENV和地。
在接通期间，N-FET N7被激活以便斜坡电压VRAMP被采样到电容器C2。在关闭期间，N-FET N7被停用而N-FET N6被激活。因此，电容器C2两端的采样电压被采样到电容器C3的两端，并因此被提供作为包络电压VENV。因此，斜坡电压VRAMP的峰值电压中的任何变化最终被表现为电容器C3存储的电荷。例如，如果斜坡电压VRAMP的峰值电压增大，则在接通期间电容器C2两端的电荷增加，因而使得在随后的关闭期间电容器C3两端的电荷增加。作为另一个示例，如果斜坡电压VRAMP的峰值电压减小，则在接通期间电容器C2两端的电荷减少，因而使得在随后的关闭期间电容器C3两端的电荷减少。可以理解，由于占空比的显著的高频，可以采用包络电压VENV的多个周期已响应斜坡电压VRAMP的峰值电压中的变化。
可以理解包络检波器200仅是包络检波器的一个示例。同样地，图4示例中的包络检波器172不意欲被限制为图5示例中的包络检波器200。
重新参考图4，包络电压VENV被提供给可操作放大器(OP-AMP)174的非反相输入端。OP-AMP174被配置为输出电压限制VLIM，并且包括反馈回路176，反馈回路176包括电阻器RSET和电流源TSET，其分别用178和180表示，其中电流源TSET的电流流过电阻器RSET并且接地。反馈回路176和OP-AMP174在OP-AMP174的输出端由二极管182分开，二极管182具有连接到误差电压VEA和反馈回路176的阳极和连接到OP-AMP174的输出端的阴极。电阻器RSET和电流ISET对应于流过电源开关的电流，如下所述，并因此每个可以被预先确定以设置预定设置电压限制，该预定设置电压限制是电压限制VLIM的恒定分量，并因此是通过电源开关的基本恒定的电流限制ILIM。
因此OP-AMP174被配置为包络电压VENV和反馈回路176的预定设置电压限制的和值。具体地，电压限制VLIM可以由下面方程(2)表示：
VLIM＝(RSET*ISET)+VENV        (2)
其中RSET是电阻器RSET的大小；
ISET是电流ISET的大小；
VENV是包络电压VENV的大小。
因此，电压限制VLIM包括由电阻器RSET和电流ISET设定的恒定预定设置电压限制(即RSET*ISET)以及包络电压VENV的作为占空比函数变化的可变分量。此外，一旦误差电压VEA近似等于电压限制VLIM，则二极管182开始偏压。因此，误差电压VEA被箝位到电压限制VLIM的近似值。可以理解误差电压VEA可以稍大于电压限制VLIM(如0.7伏特)，以便二极管182达到合适的电压差值以开始将误差电压VEA传导到电压限制VLIM。
如上所述，一旦PWM电压VPWM开始近似等于误差电压VEA，则PWM比较器156切换到关闭。因此，一旦误差电压VEA近似等于电压限制VLIM，在PWM比较器156切换到关闭之前时，斜坡电压VRAMP的大小对PWM电压VPWM和误差电压VEA二者的贡献近似相等。具体地，在切换到关闭时，由斜坡产生器160产生的斜坡电压VRAMP近似等于包络电压VENV。因此，在切换到关闭时，感测电压VSENSE近似等于由反馈回路176设定的预定设置电压限制(RSET*ISET)。下面方程对其更清楚的描述：
一旦VEA被箝位：则
VEA＝VLIM                            (3)
在切换时：
VPWM＝VEA                            (4)
因此，在切换时：
VPWM＝VLIM                           (5)
＝VSENSE+VRAMP＝(RSET*ISET)+VENV     (6)
因为斜坡产生器160和168被配置为基本相同，在切换时：
VRAMP＝VENV                          (7)
因此：
VSENSE＝(RSET*ISET)                  (8)
此外，如方程(7)和(8)所示，一旦误差电压VEA被箝位在切换时，斜坡产生器160和168各自产生的斜坡波形的幅值相互抵消。因此，感测电压VSENSE近似等于预定设置电压限制(RSET*ISET)。
如上参考图3所述，等效的感测电阻RSENSE对应于通过电源开关N0的电流ILIM。因此，流过电源开关N0的电流可以由下面方程表示：
VSENSE＝ILIM*RSENSE                 (9)
此外，将方程(8)带入方程(9)，则通过电源开关N0的电流可以由下面方程表示：
ILIM＝(RSET*ISET)/RSENSE            (10)
如方程(10)所示，流过电源开关N0的电流限制基本恒定，并因此基本固定并且与开关信号PWM的占空比无关。此外，电源调节器(诸如图1示例中的电源调节器10)的电流限制可以被设定允许宽范围的输入电压VIN和输出电压VOUT。
鉴于上述结构和功能特征，参考图6将更好地理解某些方法。可以理解并领会所图示说明的行为在其他实施例中可以以不同顺序和/或与其他行为同时发生。此外，不需要全部所图示说明的特征来执行一种方法。
图6根据本发明的一方面图示说明一种提供通过电源调节器中电源开关的恒定电流限制的方法250的一个示例。在步骤252，产生误差电压，该误差电压的大小基于电源调节器***的输出电压和参考电压的相对大小的比较。误差电压可以由误差放大器产生。输出电压的大小可以通过反馈电压确定，其中反馈电压是输出电压的分压。在步骤254，与流过电源开关的电流成比例的PWM电压与误差电压进行比较。PWM电压包括斜坡波形，其中斜坡波形被加到对应于流过电源开关的电流的感测电压。
在步骤256，基于PWM电压和误差电压的比较产生具有控制激活和停用电源开关的占空比的开关信号。开关信号可以由比较PWM电压和误差电压的PWM比较器产生。在步骤258，产生大小作为占空比函数变化的电压限制以提供被固定与占空比无关的至少一个电源开关的恒定电流限制。电压限制可以由OP-AMP产生，并且可以包括反馈增益分量，其中反馈增益分量是恒定的、预定的并且对应于通过电源开关的电流限制。电压限制也可以包括包络电压分量，其中包络电压分量对应于与斜坡波形相关的峰值电压。在步骤260，一旦误差电压超过电压限制，则误差电压被箝位。箝位可以基于偏压互连误差电压和电压限制的二极管。因此，一旦箝位误差电压，在PWM比较器切换到关闭时，通过电源开关的电流限制与恒定反馈增益分量成比例。因此，通过电源开关的电流限制是恒定的。
上述描述是本发明的示例。当然，不可能描述用于描述本发明的组件或方法的每种想到的组合，但本领域的普通技术人员将意识到本发明的许多进一步组合和置换是可能的。此外，本发明意欲包括所有落入所附权项包含的本申请范围内的此类变更、修改和变化。

Claims (20)

1.一种电源调节器***，其包括：
误差放大器，所述误差放大器基于参考电压和与所述电源调节器***的输出电压相关的反馈电压的比较提供误差电压；
脉冲宽度调制比较器，即PWM比较器，所述PWM比较器被配置为产生控制激活和停用至少一个电源开关的开关信号，所述PWM比较器基于所述误差电压和PWM电压限定所述开关信号的占空比；及
电流限制电路，所述电流限制电路被配置为，一旦所述误差电压超过大小作为所述占空比函数变化的电压限制，则箝位所述误差电压，以提供基本固定与所述占空比无关的预定电流限制。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述电流限制电路包括二极管，所述二极管的阳极连接所述误差电压，阴极保持在所述电压限制；所述二极管被配置为，一旦所述误差电压超过所述电压限制，则偏压并且导电。
3.根据权利要求1所述的***，其中所述电流限制电路包括可操作放大器，即OP-AMP，所述可操作放大器被配置为接收包络电压，所述包络电压对应于具有基本锯齿形的斜坡波形的峰值电压，所述斜坡波形具有峰值，所述峰值确定所述电源调节器的所述占空比和预定设置电压限制并且输出作为所述包络电压和所述预定设置电压限制的和的所述电压限制，所述预定设置电压限制对应于所述预定电流限制。
4.根据权利要求3所述的***，其中所述电流限制电路进一步包括偏置电流和电阻器，所述偏置电流和电阻器被配置为与所述OP-AMP反馈布置，所述偏置电流和所述电阻器的每一个具有限定所述预定设置电压限制的预定大小。
5.根据权利要求1所述的***，进一步包括包络检测器，所述包络检测器接收斜坡波形并且基于所述斜坡波形的峰值产生包络电压，所述斜坡波形具有基本锯齿形和峰值，所述峰值在所述PWM比较器的输出中随时间变化而变化，所述包络电压与所述电压限制相关。
6.根据权利要求1所述的***，进一步包括反馈电路，所述反馈电路被配置为提供PWM电压到所述PWM比较器，所述PWM电压包括斜坡波形电压和感测电压的和值，所述感测电压与流过所述至少一个电源开关的电流成比例，所述PWM比较器基于所述PWM电压与所述误差电压的比较限定所述开关信号的占空比。
7.根据权利要求6所述的***，其中所述电流限制电路包括第一斜坡产生器，所述第一斜坡产生器被配置为产生具有基本锯齿形的第一斜坡波形；所述反馈电路包括第二斜坡产生器，所述第二斜坡产生器被配置为产生基本是所述第一斜坡波形复制的第二斜坡波形，并且其中所述电压限制包括所述第一斜坡波形的峰值电压，所述PWM电压包括所述第二斜坡波形。
8.根据权利要求7所述的***，其中所述电流限制电路包括包络检测器，所述包络检测器被配置为产生所述第一斜坡波形的峰值电压，所述包络检测器包括第一电容器和第二电容器，所述第一电容器被配置为在激活所述至少一个电源开关期间采样所述第一斜坡波形，所述第二电容器被配置为在停用所述至少一个电源开关期间采样所述第一电容器两端的电压。
9.根据权利要求1所述的***，其中所述电压限制包括第一斜坡波形的峰值电压和预定设置电压限制的和值，所述预定电压限制对应于所述预定电流限制，并且其中所述PWM电压包括感测电压，所述感测电压对应于流过所述至少一个电源开关的电流加上基本是所述第一斜坡波形复制的第二斜坡波形，以便一旦所述误差电压被箝位并且近似等于所述PWM电压时，所述第一斜坡波形的所述峰值电压和所述第二斜坡波形相互抵消，以将流过所述至少一个电源开关的所述电流限制到基本固定与所述占空比无关的所述电流限制。
10.根据权利要求9所述的***，其中所述电流限制电路包括可操作放大器，即OP-AMP，所述可操作放大器被配置为输出所述电压限制，所述预定设置电压限制是基于电阻器和具有预定大小的电流源，并且被配置为与所述OP-AMP反馈布置。
11.一种提供通过电源调节器中至少一个电源开关的基本恒定电流限制的方法，所述方法包括：
产生误差电压，所述误差电压的大小是基于所述电源调节器***的输出电压和参考电压的相对大小的比较；
比较脉冲宽度调制电压即PWM电压与所述误差电压，所述PWM电压与流过所述至少一个电源开关的电流成比例；
基于所述PWM电压和所述误差电压的比较产生开关信号，所述开关信号具有控制激活和停用所述至少一个电源开关的占空比；
产生大小作为所述占空比函数变化的电压限制，以提供被固定与所述占空比无关的基本恒定电流限制；及
一旦所述误差电压超过所述电压限制，则箝位所述误差电压。
12.根据权利要求11所述的方法，其中产生所述电压限制包括：
提供通过可操作放大器即OP-AMP的反馈电阻器的反馈电流，所述反馈电流和所述反馈电阻器每个具有预定大小以提供与所述恒定电流限制成比例的预定设置电压限制；及
提供来自OP-AMP的输出的所述电压限制，所述电压限制包括所述预定设置电压限制。
13.根据权利要求12所述的方法，其中箝位所述误差电压包括偏压二极管，所述二极管的阳极连接所述误差电压，阴极连接所述OP-AMP的输出。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：
将包络电压加到所述预定设置电压限制以产生所述限制电压，所述包络电压对应于第一斜坡波形的峰值电压，所述第一斜坡波形具有基本锯齿形和对应于所述占空比的周期；及
将基本是所述第一斜坡波形复制的第二斜坡波形加到感测电压，所述感测电压对应于流过所述至少一个电源开关的所述电流。
15.根据权利要求14所述的方法，其中提供所述包络电压包括：
在激活所述至少一个电源开关期间将所述第一斜坡波形采样到第一电容器；及
在停用所述至少一个电源开关期间将所述第一电容器两端的电压采样到第二电容器，所述包络电压近似等于所述第二电容器两端的电压。
16.根据权利要求11所述的方法，进一步包括基于将作为所述占空比函数变化的电压增加到对应于流过所述至少一个电源开关的电流的感测电压，产生所述PWM电压；其中产生所述电压限制包括增加作为所述占空比的函数变化的电压和对应于通过所述至少一个电源开关的所述基本恒定的电流限制的预定设置电压限制，并且其中箝位所述误差电压包括将流过所述至少一个电源开关的电流限制到与所述预定设置电压极限成比例的大小。
17.一种电源调节器***，其包括：
产生误差电压的装置，所述误差电压的大小是基于所述电源调节器***的输出电压和参考电压的相对大小的比较；
产生第一斜坡波形的装置，所述第一斜坡波形具有基本锯齿形并且其峰值电压作为所述电源调节器的占空比的函数变化；
产生第二斜坡波形的装置，所述第二斜坡波形基本复制所述第一斜坡波形；
比较脉冲宽度调制电压即PWM电压和所述误差电压以产生根据所述电源调节器***控制激活和停用所述至少一个电源开关的开关信号的装置，所述PWM电压是所述第一斜坡波形和与流过所述至少一个电源开关的电流成比例的感测电压的和；
提供电压限制的装置，所述电压限制是对应于通过所述至少一个电源开关的预定电流限制的预定设置电压限制与所述第二斜坡波形的峰值电压的和；及
一旦所述误差电压超过所述电压限制，则箝位所述误差电压以提供所述预定电流限制的装置，以便流过所述至少一个电源开关的电流被限制到与所述电源调节器***的占空比无关的所述预定电流限制。
18.根据权利要求17所述的***，其中用以提供所述电压限制的装置包括用以基于预定电流和反馈电阻器设定所述预定设置电压限制的大小的装置。
19.根据权利要求17所述的***，进一步包括基于所述第二斜坡波形产生包络信号的装置，所述包络信号的大小基本等于所述第二斜坡波形的峰值电压，所述包络信号被提供给用以提供所述电压限制的装置。
20.根据权利要求17所述的***，其中每个用以产生所述第一斜坡波形和所述第二斜坡波形的所述装置包括用以在所述占空比接通期间为电容器充电的装置和在所述占空比关闭期间对所述电容器放电的装置，以便一旦用于比较的装置将所述占空比从所述接通切换到所述关闭同时所述误差电压被箝位，一旦所述误差电压被箝位并且近似等于所述PWM电压，则所述各自PWM电压和误差电压的每一个中的所述第一斜坡波形和所述第二斜坡波形相互抵消。
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