CN114070059A - 电压转换器和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及电压转换器和方法。一种实施例电压转换器包括：第一晶体管和第二晶体管，被串联耦合；以及第一电路，被配置为控制第一晶体管和第二晶体管。第二晶体管的控制端子通过第二电路被耦合到第一电路的第一输出，第二电路被配置为将在第一输出处被提供的控制信号延迟第一持续时间。第一晶体管的控制端子通过电路被耦合到第一电路的第二输出，电路被配置为将在第二输出处被提供的控制信号在每个操作循环的第一时段期间延迟基本上等于第一持续时间的两倍的持续时间，并且在每个操作循环的第二时段期间延迟基本上等于第一持续时间的持续时间。

Description

电压转换器和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年7月30日提交的法国申请号2008099的权益，该申请通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及电子电路。它更具体地涉及将DC电源电压转换成DC输出电压的切换模式电源类型的DC/DC电压转换器，例如降压型DC/DC电压转换器，其中DC输出电压具有比DC电源电压低的值。
背景技术
在切换模式电源转换器中，用于为转换器供电的直流(DC)电压通过开关的切换而被斩波，以实现在电感元件中存储功率的阶段和使存储在电感元件中的功率向连接到转换器输出的负载放电的阶段。
在脉冲频率调制(PFM)型切换模式转换器中，转换器的每个操作循环都包括在电感元件中存储功率的阶段，跟随者向连接到转换器的负载递送功率的阶段。在功率存储阶段期间，流过电感元件的电流增加。在功率递送阶段期间，流过电感元件的电流减少。对于每个操作循环，期望流过电感元件的电流在功率存储阶段的开始处和在功率递送阶段的结束处都为零。
已知的切换模式转换器(特别是PFM类型)具有各种缺点。
发明内容
需要克服已知的切换模式转换器(特别是PFM类型)的全部或部分缺点。
实施例克服了已知的切换模式转换器(特别是PFM类型)的全部或部分缺点。
一种实施例电压转换器包括：第一晶体管，被连接在转换器的第一节点与被配置为接收电源电位的第二节点之间；第二晶体管，被连接在第一节点与被配置为接收参考电位的第三节点之间；以及第一电路，被配置为控制第一晶体管和第二晶体管；第二晶体管的控制端子通过第二电路被耦合到第一电路的第一输出，该第二电路被配置为将在第一输出处提供的控制信号延迟第一持续时间；第一晶体管的控制端子通过第三电路被耦合到第一电路的第二输出，该第三电路被配置为在每个操作循环的第一时段期间将在第二输出处提供的控制信号延迟基本上等于第一持续时间的两倍的持续时间，并且在每个操作循环的第二时段期间将在第二输出处提供的控制信号延迟基本上等于第一持续时间的持续时间。
一种操作电压转换器的实施例方法，该电压转换器包括：第一晶体管，被连接在转换器的第一节点与被配置为接收电源电位的第二节点之间；第二晶体管，被连接在第一节点与被配置为接收参考电位的第三节点之间；以及第一电路，被配置为控制第一晶体管和第二晶体管，方法都包括，在每个操作循环，：第一时段，其中第二晶体管的控制信号被第二电路延迟第一持续时间，并且第一晶体管的控制信号被第三电路延迟基本上等于第一持续时间的两倍的持续时间；以及第二时段，其中第二晶体管的控制信号被第二电路延迟第一持续时间，并且第一晶体管的控制信号被第三电路延迟基本上等于第一持续时间的持续时间。
根据实施例，第一持续时间是比较器的传播时间。
根据实施例，转换器包括比较器，比较器被配置为将设定点电压与第一电压进行比较，第一电压在第一时段期间等于第一递增斜坡，并且在第二时段期间等于第二递减斜坡。
根据实施例，转换器包括第一复用器，第一复用器的输出被耦合到比较器的输入，并且第一复用器的第一输入被耦合到第一斜坡发生器，第一复用器的第二输入被耦合到第二斜坡发生器。
根据实施例，每个操作循环包括仅一个第一斜坡和仅一个第二斜坡。
根据实施例，第一斜坡从比设定点电压小的值增大，并且第二斜坡从比设定点电压大的值减小。
根据实施例，第一持续时间基本上等于比较器的传播时间。
根据实施例，转换器包括电感，电感被连接在第一节点和转换器的输出节点之间。
根据实施例，在循环的开始处和结束处，电感中的电流的值基本上等于0。
根据实施例，第三电路包括第二复用器，第二复用器包括被耦合到第一晶体管的控制端子的输出，并且在第一输入上接收被延迟第一持续时间的两倍的第一晶体管的控制信号，并且在第二输入上接收被延迟第一持续时间的一倍的第一晶体管的控制信号。
根据实施例，第一复用器和第二复用器接收相同的复用器控制信号，复用器控制信号能够采用：第一值，对于第一复用器，与第一斜坡的输出结果对应，并且对于第二复用器，与被延迟第一持续时间的两倍的信号的输出结果对应；以及第二值，对于第一复用器，与第二斜坡的输出结果对应，并且对于第二复用器，与被延迟第一持续时间的一倍的信号的输出结果对应。
附图说明
上述特征和优点以及其他特征和优点将在下面参照附图通过说明和非限制的方式对具体实施例进行的描述中进行详细描述，在附图中：
图1示意性地示出了DC/DC电压转换器的实施例；
图2示出了图示了图1的转换器的操作的示例的时序图；
图3示出了图示了图1的转换器的期望或理论操作和真实或实际操作的其他时序图。
图4示出了DC/DC电压转换器的实施例；以及
图5示出了图示了图4的实施例的操作的时序图。
具体实施方式
在各种附图中，相同的特征都由相同的参考标记指定。具体地，在各种实施例中常见的结构和/或功能特征可以具有相同的参考标记，并且可以具有相同的结构、尺寸和材料属性。
为了清楚起见，只有对本文中所描述的实施例的理解有用的步骤和元件进行了详细说明和描述。具体地，DC/DC转换器可以被设置在其中的通常应用未进行详细描述，所描述的实施例可与这种通常应用兼容。
除非另有说明，否则当引用连接在一起的两个元件时，这表示除了导体外没有任何中间元件的直接连接，并且当引用耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以被连接或它们可以通过一个或多个其他元件耦合。
在以下公开内容中，除非另有说明，否则当引用诸如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等绝对位置限定符或诸如术语“上面”、“下面”、“较高”、“较低”等相对位置限定符或诸如“水平”、“竖直”等定向限定符时，参考图中所示的定向。
除非另有说明，否则表达“大约”、“近似地”、“基本上”和“在…的量级”表示在10％以内，并且优选地在5％以内。
在以下描述中，当引用节点的电压时，除非另有说明，否则认为它是节点和参考电位(通常是地面)之间的电压。进一步地，当引用节点的电位时，除非另有说明，否则认为该电位以参考电位为基准。给定节点的电压和电位还将用相同的参考标记来指定。
图1示意性地示出了所描述的实施例所适用的类型的电压转换器1的示例。在该示例中，转换器1是DC/DC转换器，该DC/DC转换器将DC电源电压转换为DC输出电压。
转换器1被配置为递送以参考电位(通常是接地GND)为基准的DC输出电位Vout。转换器包括输出节点2，在该输出节点2上，电位Vout是可用的。
转换器1由以参考电位GND(通常是接地)为基准的DC电源电位Vbat供电。转换器1然后被连接在设置成电位Vbat的第一导电轨或节点3和设置成参考电位GND的第二导电轨或节点5之间。
转换器1被配置为递送值等于设定点值的电位Vout。为此，转换器1在输入节点7上接收以电位GND为基准的DC电位设定点Vref，该DC电位设定点Vref具有表示电位Vout的设定点值(优选地等于电位Vout的设定点值)的值。
在该示例中，电位Vout、Vbat和Vref是正的。
在该示例中，转换器1是降压型，即，电位Vout的设定点值小于电位Vbat的值。换言之，电位Vout的值小于电位Vbat的值。
转换器1包括第一MOS(“金属氧化物半导体”)晶体管9，优选地是PMOS晶体管(P沟道MOS晶体管)。作为变型，晶体管9还可以是与“自举(bootstrap)”***相关联的NMOS晶体管。MOS晶体管9被连接在轨3和内部节点11之间。换言之，晶体管9的第一导电端子(例如其源极)被连接到轨3，晶体管9的第二导电端子(例如其漏极)被连接到节点11。
转换器1还包括第二MOS晶体管13，优选地是NMOS晶体管(N沟道MOS晶体管)。晶体管13被连接在节点11和轨5之间。换言之，晶体管13的第一导电端子(例如其源极)被连接到轨5，晶体管13的第二导电端子(例如其漏极)被连接到节点11。
因此，晶体管9和13被串联连接在轨3和轨5之间，并且在内部节点11的层级处相互连接。
转换器1包括电感元件或电感15。电感15被连接在节点11和节点2之间。
转换器1包括控制电路17。电路17被配置为实施或控制转换器1的操作循环，以调节电位Vout，使得其值等于设定点值Vref。
为此，电路17包括：
-端子171，被耦合(优选地被连接)到节点7；
-端子172，被耦合(优选地被连接)到节点2；
-端子173，被耦合(优选地被连接)到轨3；
-端子174，被耦合(优选地被连接)到轨5；
-端子175，被耦合(优选地被连接)到晶体管9的控制端子或栅极；以及
-端子177，被耦合(优选地被连接)到晶体管13的控制端子或栅极。
转换器1包括被连接在节点2和轨5之间的输出电容器(未示出)。作为示例，该电容在从2.2μF到20μF甚至更多的量级。这种输出电容器起着滤波器的作用。换言之，转换器输出电容器使在节点2上存在的电流平滑化，并且存储由转换器提供给节点2的功率。
虽然这在本文中没有示出，但是在操作中，负载被连接在节点2和轨5之间，以用电位Vout供电。例如，负载包括位于节点2和轨5之间的输入电容器。
在该示例中，转换器1被配置为以脉冲频率调制(不连续导电模式)操作。电路17然后被配置为当电位Vout的值小于设定点值Vref并且两个晶体管9和13都处于关断状态时开始转换器1的操作循环。更具体地，在每个操作循环的开始，电路17被配置为控制将晶体管9设置为导通状态，晶体管13保持处于关断状态。然后，在第一时间段TPon(例如对于每个操作循环都是恒定的)期间，当晶体管9被电路17保持在导通状态，电流IL然后流过电感15时，功率被存储在电感15中。在时间段TPon结束时，电路17被配置为控制将晶体管9设置为关断状态并且控制将晶体管13设置为导通状态。然后，在第二时间段TNon(例如对于每个操作循环都是恒定的)期间，当晶体管13被电路17保持在导通状态，电感中的电流IL减小时，功率通过电感15被递送回到连接在转换器输出处的负载。在时间段TNon结束时，电路17被配置为控制将晶体管13设置为关断状态。
时间段TNon被确定，使得当电路17控制将晶体管13设置为关断状态时的时间与当流过电感15的电流IL变为零时的时间对应。然而，实际上，如在本公开的其余部分中进一步详细描述的，这并不总是正确的，这会产生问题。
图2示出了时序图图示了图1的转换器1的所需操作的示例。
图2顶部的时序图图示了电位Vout(以伏特V计)随时间t的变化，图2底部的时序图图示了流过电感15的电流IL随时间t的相应变化。
在时间t0，晶体管9和13处于关断状态，电流IL为零，并且电位Vout的值大于其设定点值(在本示例中为电位Vref的值)。
在时间t0和随后的时间t2之间，例如由于连接到转换器1的负载消耗电流并且使输出电容器放电，电位Vout减小。
在时间t0和时间t2之间的时间t1，电位Vout变得小于其设定点值Vref。这由转换器1的电路17检测到，该电路17然后控制将晶体管9设置为导通状态。晶体管9在时间t2导通。
因此，从时间t2开始，电感15具有连接到节点2的端子和经由晶体管9耦合到轨3的端子。流过电感15的电流IL增加。
结果，从时间t2开始，电流IL被递送到节点2，并且节点2和轨5之间的电容器(图1中未示出)充电。电位Vout增加，并且再次变得大于其设定点值Vref。
在下一时间t3(等于t2+TPon)，电路17控制将晶体管13设置为导通状态并且控制将晶体管9设置为关断状态。在时间t3，电感中的电流具有最大值ILp。
因此，从时间t3开始，电感15具有连接到节点2的端子和经由晶体管13耦合到轨5的端子。流过电感15的电流IL减小。
虽然电流IL从时间t3开始减小，但是只要其不是零，如果负载所汲取的电流小于提供给节点2的电流IL，则节点2和轨5之间的电容器继续充电，并且电位Vout继续增加。
在下一时间t4(等于t3+TNon)，电路17控制将晶体管13设置为关断状态。在这里认为转换器1按照它应当的方式操作，然后电流IL在时间t4为零。然而，实际上，这并不总是正确的。
从时间t4开始，电流IL为零并且电位Vout减小，类似于在时间t0发生的情况。
虽然这在本文中未示出，但是当电位Vout的值在时间t4之后的时间回落到低于其设定点值时，电路17实施新的操作循环，诸如关于连续的时间t2、t3和t4所描述的。
图3示出了图示了图1的转换器1的操作的其他时序图。更具体地，时序图A(在图3的顶部)示出了电流IL的变化的理想或理论示例，并且时序图B(在图3的底部)示出了电流IL的真实变化的示例。两个时序图A和B图示了操作的示例，其中对于多个连续的操作循环，在转换器1的每个操作循环结束时，电压Vout都小于电压Vref。
在时间t30，虽然这在图3中未图示，但是电压Vout小于电压Vref。操作循环从切换到晶体管9的导通状态开始。结果，电流IL增加，直到下一时间t31，t31等于t30+TPon。
在时间t31，电流IL达到其最大值ILp。进一步地，晶体管9和13分别切换到关断状态和导通状态。结果，电流减小，直到下一时间t32，t32等于t31+TNon。
在理想操作的该示例中，在时间t32，晶体管13切换到关断状态，并且在时间t32，电流IL变为零。
在电压Vout小于电压Vref的时间t32，晶体管9切换到导通状态，这标志着新的操作循环的开始。电流IL然后增加，直到下一时间t33，t33等于t32+TPon。
在时间t33，电流IL达到值ILp。进一步地，晶体管9和13分别切换到关断状态和导通状态。结果，电流减小，直到下一时间t34，t34等于t31+TNon。
在理想操作的该示例中，在时间t34，晶体管13切换到关断状态，并且在时间t34，电流IL变为零。
在电压Vout小于电压Vref的时间t34，晶体管13切换到导通状态，这标志着新的操作循环的开始。电流IL增加，直到下一时间t35，t35等于t34+TPon。
在时间t35，电流IL达到值ILp。进一步地，晶体管9和13分别切换到关断状态和导通状态。结果，电流减小，直到下一时间t36，t36等于t35+TNon。
在理想操作的该示例中，在时间t36，晶体管13切换到关断状态，并且在时间t36，电流IL变为零。
在电压Vout小于电压Vref的时间t36，新的操作循环开始。
在时序图A所示的理论操作的示例中，在每个操作循环结束时，当电流IL变为零时，晶体管13开始切换到关断状态。因此，当操作循环紧跟着新的操作循环时，在该新的操作循环中，电流IL从零值开始增加。
时序图B图示了转换器1的真实操作的相应示例。在真实操作的该示例中，实际上考虑如下情况，其中在已经从其最后一次切换到导通状态过去的时间段TNon结束时，晶体管13不会立即切换到关断状态。
在电压Vout小于电压Vref的时间t40，操作循环从切换到晶体管9的导通状态开始。结果，电流IL增加，直到下一时间t41等于t40+TPon。
在时间t41，电流IL达到其最大值ILp。进一步地，晶体管9和13分别切换到关断状态和导通状态。结果，电流减小，直到下一时间t42等于t41+TNon。在时间t42，电流变为零。然而，只有在时间t42之后的时间t43，晶体管13切换到导通状态才有效。因此，在时间t42和时间t43之间，电流IL为负并且减小。换言之，电流在时间t42之前通过电感15从节点11流到节点2，在时间t42变为零，并且在时间t42通过电感15从节点2流到节点11。
在电压Vout小于电压Vref的时间t43，晶体管9在时间t43切换到导通状态，这标志着新的操作循环的开始。电流IL然后增加，直到下一时间t44等于t43+TPon。
在时间t44，电流IL达到值ILp’，ILp’小于最大值ILp，这是由于时间段TPon在每个循环都是恒定的。进一步地，晶体管9和13分别切换到关断状态和导通状态。结果，电流IL减小，直到下一时间t46等于t44+TNon，电流IL在时间t44和t46之间的时间t45变为零。进一步地，只有在时间t46之后的时间t47，晶体管13切换到关断状态才有效。因此，在时间t45和时间t47之间，电流IL为负并且减小到低于在时间t43达到的值(或高于绝对值)的值。
在电压Vout小于电压Vref的时间t47，晶体管9在时间t47切换到导通状态，这标志着新的操作循环的开始。电流IL然后增加，直到下一时间t48等于t47+TPon。
在时间t48，电流IL达到值ILp”，ILp”小于值ILp’。进一步地，晶体管9和13分别切换到关断状态和导通状态。结果，电流IL减小，直到下一时间t50等于t48+TNon，电流IL在时间t48和t50之间的时间t49变为零。进一步地，只有在时间t50之后的时间t51，晶体管13切换到关断状态才有效。因此，在时间t49和时间t51之间，电流IL为负并且减小到低于在时间t47达到的值(或高于绝对值)的值。
由于在时序图B所示的每个操作循环中，电流IL所达到的最大值(时间t41、t44和t48)越来越低，转换器1没有向节点2提供足够的功率来调节其值Vref上的电压Vout，电压Vout例如越来越低，这会产生问题。进一步地，在时序图B所示的每个操作循环中，电流IL所达到的负值(时间t43、t47和t51)越来越低(或绝对值越来越高)，因此转换器1从节点2采样越来越多的功率，这是不可取的。更确切地说，提供给负载的电流的值(特别是电流峰值的值)从一个循环到另一循环减小，这会对负载电源产生负面影响。进一步地，虽然，理论上，电流IL的最大值可能无限减小，但是实际上，在某些情况下，晶体管13在此之前可能会被晶体管13不能在其导电端子之间传导的电流IL的负值破坏或损坏。
已经关于图3的时序图B描述了其中到晶体管13的关断状态的切换在电流IL变为零的时间之后发生的操作的实际示例。
在操作的另一个实际示例(未示出)中，在一个接一个地立即实施的多个连续循环的每个操作循环中，在电流IL不是零并且仍然是正的时，晶体管13切换到关断状态。在这种情况下，在每个操作循环中，电流IL都从越来越高的值增加，因此，电流IL达到越来越高的最大值，并且操作循环以电流IL的越来越高的正非零值结束。由于在多个操作循环之后，电压Vout将恢复到其设定点值Vref，该操作比关于时序图B所描述的干扰小。因此，下一操作循环将不会立即实施，这将流出时间使电流IL变为零。
两种情况(即，关于图3的时序图B所描述的情况和上面所描述的其他实际情况)通常至少部分地由部件的操作时间(例如比较器的响应时间或传播时间)引起。
图4示出了DC/DC电压转换器的实施例。图4的转换器包括关于图1所描述的元件，电路17被更详细地描述。
电路17包括电路300，例如状态机。状态机300被配置为将晶体管9和13的控制信号提供给对应的端子175和177，以实施下面关于图5描述的操作。为了确定晶体管9和13的控制信号，状态机300接收多个信号。电路300由电位Vbat供电，并且被连接在轨3和5之间，为了避免图过载，这些连接在图4中未被详述。
电路17包括比较器302，比较器302被配置为在其输出处递送信号START，该信号START表示电位Vout的值与其设定点值的比较。比较器302的输出被耦合(例如被连接)到电路300。信号START在电位Vout的值小于其设定点值时处于第一状态(例如，高态)，并且在电位Vout的值大于其设定点值时处于第二状态(例如，低态)。比较器302包括第一输入(例如反相(－))，第一输入被配置为接收具有表示电位Vout的值的电位；以及第二输入(例如非反相(+))，第二输入被配置为接收具有表示电位Vout的设定点值的值的电位。
在电位Vref的值等于电位Vout的设定点值的该示例中，比较器302被配置为将电位Vref与电位Vout进行比较，比较器302的第一输入连接到节点2，并且比较器302的第二输入连接到电路17的端子171。
在该实施例中，时间段TPon是通过将电位斜坡RP与电位Vref或电位Vout进行比较来确定的，其中后者可以被视为基本上等于电位Vref。因此，电路17包括斜坡发生器304，斜坡发生器304被配置为递送电位斜坡RP；以及比较器306，比较器306被配置为将斜坡RP与电位Vref或Vout进行比较，在本示例中是与电位Vref进行比较。电位RP以参考电位GND为基准。
发生器304由电位Vbat供电，并且被连接在轨3和5之间，为了避免图过载，这些连接在图3中未被示出。
发生器304由电路300通过信号cmdP控制。更具体地，当信号START处于其第一状态时，电路300控制将晶体管9设置为导通状态，并且同时，经由信号cmdP启动或开始电位斜坡RP。作为示例，信号cmdP是从由电路300提供给晶体管9的控制信号确定的，或甚至与由电路300提供给晶体管9的控制信号相同。
每个电位斜坡RP都是例如从参考电位GND开始增加的斜坡。
斜坡RP被发送到比较器306的第一输入(例如非反相(+))、比较器306的第二输入(例如反相(－))接收电位Vref，并且比较器306的输出将信号COMP递送给电路300。
在图4中，电位斜坡RP经由选择电路308或复用器被发送到比较器306，选择电路308包括两个输入、一个输出和一个控制端子。电路308的控制端子从电路300接收信号sel。根据信号sel的状态，电路308在其输出上发送在其一个或其他输入上存在的信号。因此，电路308的输出信号VRAMP跟随在一个或其他输入上存在的信号的变化。
更具体地，当电路300命令将晶体管9设置为导通状态并且开始电位斜坡RP时，电路300将信号sel置于第一状态，使得比较器306接收电位斜坡RP。
因此，只要信号sel保持处于其第一状态，只要电位RP小于电位Vref，信号COMP处于第一状态(例如低态)，并且一旦电位RP变得大于电位Vref，则切换到第二状态(例如高态)。
信号COMP从其第一状态到其第二状态的切换标志着时间段TPon的结束。电路300然后控制晶体管9到关断状态并且控制晶体管13到导通状态。优选地，电路300同时经由信号cmdP控制电位斜坡RP的结束。
时间段TNon是通过将斜坡RN与电位Vref或电位Vout进行比较来确定的，并且更具体地，在本示例中，是与电位Vref进行比较。因此，电路17包括斜坡发生器310，斜坡发生器310被配置为递送电位斜坡RN。
发生器310由电位Vbat供电，并且被连接在轨3和5之间，为了避免图过载，这些连接在图4中未被示出。发生器310由电路300经由信号cmdN控制。
更具体地，在时间段TPon结束时，当电路300控制晶体管9到关断状态并且控制晶体管13到导通状态时，电路300还经由信号cmdN导致电势斜坡RN开始。作为示例，信号cmdN是从由电路300递送给晶体管13的控制信号确定的，或甚至与由电路300递送给晶体管13的控制信号相同。
每个电位斜坡RN都是例如从电源电位Vbat开始减小的斜坡。斜坡RN和RP具有符号相反的斜率。因此，一个(在这里是斜率RP)正在增加，并且另一个(在这里是斜率RN)正在减小。
斜坡RN与电位Vref的比较例如由比较器306实施。斜坡RN然后被发送给电路308的第二输入。进一步地，电路300被配置为将信号sel切换到其第二状态，同时，它导致将晶体管9设置为关断状态并且将晶体管13设置为导通状态，以便将斜坡RN发送给比较器306。
因此，在每个斜坡RN都从电位Vbat开始减小的情况下，只要信号sel保持处于其第二状态，只要电位RN大于电位Vref，信号COMP处于其第二状态(例如高态)，并且一旦电位RN变得小于电位Vref，则切换到其第一状态(例如低态)。
信号COMP从其第二状态到其第一状态的切换标志着时间段TNon的结束。电路300然后控制将晶体管13设置为关断状态。优选地，电路300同时经由信号cmdN控制电位斜坡RN的结束。
在替代实施例(未示出)中，电位斜坡RP与电位Vref的比较由比较器306实施，并且电位斜坡RN与电位Vref的比较是通过设置在电路17中的附加比较器实施的。附加比较器然后在第一输入(例如非反相(+))上接收电位斜坡RN，并且在第二输入(例如反相(－))上接收电位Vref，附加比较器的输出将表示电位RN与电位Vref的比较的信号递送给电路300。在这种变化中，电路308被省略，并且电路300不生成信号sel。本领域技术人员将有能力使图4的转换器的上述描述适用于该替代实施例。
在另一种变型中，斜坡RP是从电位Vbat开始减小的电位斜坡和/或电位斜坡RN是从电位GND开始增加的电位斜坡。本领域技术人员将有能力使图4的转换器适用于这种情况。
进一步地，虽然有将斜坡RP和RN与电位Vref进行比较的示例，但是本领域技术人员将有能力实施将斜坡RP和RN与电位Vout进行比较的情况。
发明人已经确定，在图4的情况下，时序图B的问题(即电流IL在循环结束时具有与零不同的值的事实)主要是由(多个)比较器306所引起的延迟造成的。该延迟的值TCOMP是已知的，并且优选地是基本上恒定的。
图4的实施例通过使用被配置为延迟晶体管9和13的控制信号的电路对延迟进行补偿，并且确保电流的值总是在两个循环之间返回到基本上等于零的值。
因此，晶体管9和13的栅极或控制端子通过电路20耦合到电路300。
电路20包括两个输入，其中一个输入被耦合(优选地被连接)到节点175，并且另一输入被耦合(优选地被连接)到节点177。电路20还包括两个输出，其中一个输出被耦合(优选地被连接)到晶体管9的控制端子，并且另一输出被耦合(优选地被连接)到晶体管13的控制端子。
电路20被配置为向晶体管9的控制端子提供以下项：
-由节点175上的电路300生成的控制信号，具有基本上等于值TCOMP的两倍的延迟；或者
-由节点175上的电路300生成的控制信号，具有基本上等于值TCOMP的延迟。
在转换器的每个操作循环中，即在斜坡RP开始与斜坡RP之后的斜坡RN结束之间的时段期间，两个信号被电路20(优选地是相继地)提供。
相似地，电路20被配置为向晶体管13的控制端子提供控制信号，该控制信号由节点177上的电路300生成，具有基本上等于值TCOMP的延迟。
在图4的示例中，电路20包括选择电路202，例如复用器，包括两个输入、一个输出和控制端子。复用器202的输出被耦合(优选地被连接)到晶体管9的控制端子。优选地，复用器202和308接收相同的控制信号sel。
复用器202的第一输入通过电路204和电路206被耦合到节点175。电路204被耦合在节点175和电路204和206之间的连接节点205之间。电路206被耦合在连接节点205和复用器202的第一输入之间。每个电路204和206都被配置为对其传导的信号施加延迟，优选地是基本上等于比较器所造成的延迟，即基本上等于值TCOMP的延迟。因此，在复用器202的第一输入上接收到的信号与节点175上的电路300所生成的控制信号对应，该控制信号具有基本上等于值TCOMP的两倍的延迟。
作为变型，电路204和206可以被单个电路替代，该单个电路被配置为生成基本上等于值TCOMP的两倍的延迟。电路204和206可以被大量电路替代，例如至少三个，这些电路被配置，以便电路所生成的总延迟基本上等于值TCOMP的两倍。
复用器202的第二输入通过电路204被耦合到节点175。因此，复用器202的第二输入被连接到电路204和206之间的连接节点205。因此，在复用器202的第二输入上接收到的信号与节点175上的电路300所生成的控制信号对应，该控制信号具有基本上等于值TCOMP的延迟，在这里是由电路204生成。
作为变型，复用器202的第二输入可以通过类似于电路204和206之一的另一个电路(未示出)被耦合到节点175，即被配置为施加与比较器所引起的延迟基本上相等的延迟的电路。
电路20还包括电路210。电路210被配置为施加与比较器所引起的延迟基本上相等的延迟，即基本上等于值TCOMP的延迟。节点177上的由电路300所生成的控制信号被提供给晶体管13的控制端子，该控制信号具有基本上等于值TCOMP的延迟。
电路204、206和210在制造分散内优选地是相同的。电路204、206和210可以是所有类型的电路，被配置为将基本上已知的值的延迟添加到穿过电路的信号。优选地，除了延迟之外，电路204、206和210不会给信号带来其他变化。因此，电路204、206和210的输出信号与电路的输入处的信号相同。
图5示出了时序图，图示了图4的实施例的操作。更具体地，在转换器的操作循环中，图5示出了：
-复用器308的输出电压VRAMP，
-比较器306的输出信号COMP，
-流过电感15的电流IL，
-复用器308(mux1)的状态，
-复用器202(mux2)的状态，
-晶体管9(T1)的状态，以及
-晶体管13(T2)的状态。
转换器的操作循环包括由发生器304生成的单个斜坡RP和由发生器310生成的单个斜坡RN。更具体地，在时间t60和时间t61之间，电压VRAMP采用斜坡RP的值，并且在时间t61和时间t62之间，电压VRAMP采用斜坡RN的值。因此，转换器的操作循环与时间t60和时间t62之间的时间段对应。
在时间t60，跟随斜坡RP的变化，电压VRAMP从优选地等于0的值开始增加。在时间t60，电压VRAMP因此小于值Vref，并且信号COMP因此具有第一值，例如在图5的情况下与二进制值0对应的低值。
在时间t60和时间t61之间的时间t63，电压VRAMP达到设定点值Vref。比较器306的输出信号COMP在比较器的响应时间TCOMP之后，在时间t61采用第二值，例如与二进制值1对应的高值，表示电压VRAMP大于值Vref的事实。时间t61发生在从时间t63开始的持续时间TCOMP之后，即时间t61等于t63+TCOMP。因此，在时间t63和t61之间，电压VRAMP仍然跟随斜坡RP的变化并且继续增加，超过值Vref。
在时间t60和t61之间，复用器308(mux1)输出由发生器304所生成的信号RP。由电路300生成的复用器308的控制信号sel采用命令复用器输出源自发生器304的信号的值。
在时间t61，电压VRAMP变得等于斜坡RN，例如通过修改复用器308的控制信号sel的值。电压VRAMP因此采用高于值Vref的高值，例如值Vbat，并且跟随斜坡RN的变化而减小。因此，电压VRAMP仍然具有大于值Vref的值。
在时间t64，电压VRAMP达到值Vref。比较器306的输出信号COMP在响应时间TCOMP之后采用第一值，表示电压VRAMP在时间t62小于值Vref这一事实。时间t62发生在从时间t64开始的持续时间TCOMP之后，即时间t62等于t64+TCOMP。因此，在时间t64和t62之间，电压VRAMP仍然跟随斜坡RN的变化并且继续减小，超过值Vref。
在时间t61和t62之间，复用器308(mux1)输出由发生器310所生成的信号RN。由电路300生成的复用器308的控制信号sel采用命令复用器输出源自发生器310的信号的值。
因此，在整个循环内，比较器306所导致的两个延迟时段TCOMP必须得到补偿，使电流IL在时间t62而不是在时间t64达到值0，在时间t64达到值0将导致电流IL的值在时间t64和t62之间变成负的这一事实。在循环结束时，电流IL将为负，这将导致关于图3所描述的缺点。
在时间t60，即在循环开始时，晶体管9和13(T1、T2)优选地关断(OFF)。可选地，晶体管13(T2)可以导通(ON)。在复用器308的输出处提供斜坡RP，由电路300生成的晶体管9和13的控制信号的值对应于将晶体管9切换到导通状态和将晶体管13切换到关断状态。然而，在时间t60，复用器202(mux2)被配置为输出晶体管9的控制信号(2D)，控制信号(2D)具有基本上等于持续时间TCOMP的两倍的延迟。进一步地，晶体管13的控制信号总是被提供延迟，该延迟是持续时间TCOMP的一倍。
因此，在时间t60之后并且等于t60+TCOMP的时间t65，晶体管13接收在时间t60生成的切换到关断状态的命令。在图4的示例中，控制信号不改变晶体管13的状态。进一步地，在时间t66，等于t60+2*TCOMP，并且因此等于t65+2*Tcomp，晶体管9接收由电路300在时间t60生成的切换到导通状态的命令。晶体管9因此在时间t66导通(ON)。
虽然电压VRAMP已经在时间t60导通，但是晶体管9只在时间t66导通。电感中的功率存储只在时间t66开始。
在时间t60和t66之间，电流IL是恒定的并且基本上等于值0。从时间t66开始，电流IL的值增加。
在时间t61，比较器306的输出处的信号COMP的值在相对于高于值Vref的电压的通过的TCOMP的延迟下采用高值，表示电压VRAMP已经变得大于值Vref这一事实。控制信号sel然后切换值。复用器308然后被信号sel配置为输出由发生器310生成的信号，即斜坡RN。电压VRAMP然后跟随斜坡RN的变化。进一步地，在时间t61，复用器202的控制信号(例如信号sel)变化。复用器202然后被配置为输出节点175上的由电路300生成的控制信号(1D)，该控制信号具有延迟TCOMP。
在时间t61和t62之间，晶体管9和13的控制信号被提供相同的延迟TCOMP。晶体管9和13因此接收信号，该信号对应于在时间t61之后的时间t67将晶体管13切换到导通状态和将晶体管9切换到关断状态。时间t67与时间t61分开持续时间TCOMP的一倍，即t67等于t61+TCOMP。电流IL然后开始减小。
在时间t62，比较器306的输出处的信号COMP的值在相对于低于值Vref的电压的通过的延迟TCOMP下采用低值，表示值VRAMP已经变得小于值Vref这一事实。操作循环因此结束。电流IL的值因此停止减小，并且时间t62处的电流值基本上等于0。
时间t60和t63之间的时间段基本上等于时间t66和t67之间的时间段。换言之，电压VRAMP开始跟随斜坡RP的时间和电压VRAMP达到值Vref的时间之间的时间段基本上等于晶体管9导通并且晶体管13关断的时间段TPon。相似地，时间t61和t64之间的时间段基本上等于时间t67和t62之间的时间段。换言之，电压VRAMP开始跟随斜坡RN的时间和电压VRAMP达到值Vref的时间之间的时间段基本上等于晶体管9关断并且晶体管13导通的时间段TNon。每个循环的持续时间因此都等于TPon+TNon+2*TCOMP。
每个循环结束时的电流IL基本上等于零，比较器306的传播时间已经得到补偿。这使下一循环能够与前一循环相同，并且不会导致最大电流峰值漂移。最大电流峰值基本上等于其在图3的时序图A的理想情况下的值。
优选地，复用器308和202接收相同的控制信号sel。更确切地说，复用器202和308同时改变信号输出。信号sel因此可以采用第一值，对于复用器308，第一值与由发生器304所生成的信号RP的输出结果对应，并且对于复用器202，第一值与延迟了持续时间TCOMP的两倍的信号(2D)的输出结果对应。信号sel也可以采用第二值，对于复用器308，第二值与由发生器310所生成的信号RN的输出结果对应，并且对于复用器202，第二值与延迟了持续时间TCOMP的一倍的信号(1D)的输出结果对应。
各种实施例和变化都已经进行了描述。本领域的技术人员将理解，这些各种实施例和变型的某些特征都可以组合，并且其他变型将对本领域技术人员发生。
最后，所描述的实施例和变化的实际实施方式基于上面给出的功能指示是在本领域的技术人员的能力范围内。
这种变更、修改和改进旨在成为本公开的部分，并且旨在在本发明的精神和范围内。因此，上述描述仅仅是示例，并不旨在限制。本发明仅限于以下权利要求和其等同物中所定义的。

Claims (22)

1.一种电压转换器，包括：
第一晶体管，被连接在所述转换器的第一节点与被配置为接收电源电位的第二节点之间；
第二晶体管，被连接在所述转换器的所述第一节点与被配置为接收参考电位的第三节点之间；以及
第一电路，被配置为控制所述第一晶体管和所述第二晶体管；
所述第二晶体管的控制端子通过第二电路被耦合到所述第一电路的第一输出，所述第二电路被配置为将在所述第一输出处被提供的控制信号延迟第一持续时间；
所述第一晶体管的控制端子通过第三电路被耦合到所述第一电路的第二输出，所述第三电路被配置为将在所述第二输出处被提供的控制信号在每个操作循环的第一时段期间延迟第二持续时间，并且在每个操作循环的第二时段期间延迟第三持续时间，所述第二持续时间基本上等于所述第一持续时间的两倍，所述第三持续时间基本上等于所述第一持续时间。
2.根据权利要求1所述的转换器，其中所述第一持续时间是比较器的传播时间。
3.根据权利要求1所述的转换器，还包括比较器，所述比较器被配置为将设定点电压与第一电压进行比较，所述第一电压在所述第一时段期间等于第一递增斜坡，并且在所述第二时段期间等于第二递减斜坡。
4.根据权利要求3所述的转换器，其中所述转换器包括第一复用器，所述第一复用器的输出被耦合到所述比较器的输入，并且所述第一复用器的第一输入被耦合到第一斜坡发生器，所述第一复用器的第二输入被耦合到第二斜坡发生器。
5.根据权利要求3所述的转换器，其中每个操作循环包括仅一个第一斜坡和仅一个第二斜坡。
6.根据权利要求3所述的转换器，其中所述第一斜坡从比所述设定点电压小的值增大，并且所述第二斜坡从比所述设定点电压大的值减小。
7.根据权利要求3所述的转换器，其中所述第一持续时间基本上等于所述比较器的传播时间。
8.根据权利要求1所述的转换器，所述转换器包括电感，所述电感被连接在所述第一节点与所述转换器的输出节点之间。
9.根据权利要求8所述的转换器，其中在循环的开始处和结束处，所述电感中的电流的值基本上等于0。
10.根据权利要求4所述的转换器，其中所述第三电路包括第二复用器，所述第二复用器包括被耦合到所述第一晶体管的所述控制端子的输出，并且在第一输入上接收被延迟所述第一持续时间的两倍的所述第一晶体管的控制信号，并且在第二输入上接收被延迟所述第一持续时间的一倍的所述第一晶体管的所述控制信号。
11.根据权利要求10所述的转换器，其中每个操作循环包括仅一个第一斜坡和仅一个第二斜坡，并且所述第一复用器和所述第二复用器接收相同的复用器控制信号，所述复用器控制信号被配置为具有：
第一值，对于所述第一复用器，与所述第一斜坡的输出结果对应，并且对于所述第二复用器，与被延迟所述第一持续时间的两倍的所述控制信号的输出结果对应，以及
第二值，对于所述第一复用器，与所述第二斜坡的输出结果对应，并且对于所述第二复用器，与被延迟所述第一持续时间的一倍的所述控制信号的输出结果对应。
12.一种操作电压转换器的方法，所述电压转换器包括：第一晶体管，被连接在所述转换器的第一节点与被配置为接收电源电位的第二节点之间；第二晶体管，被连接在所述转换器的所述第一节点与被配置为接收参考电位的第三节点之间；以及第一电路，被配置为控制所述第一晶体管和所述第二晶体管，所述方法包括：在每个操作循环期间：
在第一时段期间：
通过第二电路将所述第二晶体管的控制信号延迟第一持续时间；以及
通过第三电路将所述第一晶体管的控制信号延迟第二持续时间，所述第二持续时间基本上等于所述第一持续时间的两倍；以及
在第二时段期间：
通过所述第二电路将所述第二晶体管的所述控制信号延迟所述第一持续时间；以及
通过所述第三电路将所述第一晶体管的所述控制信号延迟第三持续时间，所述第三持续时间基本上等于所述第一持续时间。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一持续时间是比较器的传播时间。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括：通过比较器，将设定点电压与第一电压进行比较，所述第一电压在所述第一时段期间等于第一递增斜坡，并且在所述第二时段期间等于第二递减斜坡。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
通过第一复用器的第一输入接收所述第一斜坡；
通过所述第一复用器的第二输入接收所述第二斜坡；以及
通过所述第一复用器将输出提供给所述比较器的输入。
16.根据权利要求14所述的方法，其中每个操作循环包括仅一个第一斜坡和仅一个第二斜坡。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一斜坡从比所述设定点电压小的值增大，并且所述第二斜坡从比所述设定点电压大的值减小。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一持续时间基本上等于所述比较器的传播时间。
19.根据权利要求12所述的方法，还包括提供电感，所述电感被连接在所述第一节点与所述转换器的输出节点之间。
20.根据权利要求19所述的方法，其中在循环的开始处和结束处，所述电感中的电流的值基本上等于0。
21.根据权利要求15所述的方法，还包括：
在所述第三电路中的第二复用器的第一输入上，接收被延迟所述第一持续时间的两倍的所述第一晶体管的控制信号；
在所述第二复用器的第二输入上，接收被延迟所述第一持续时间的一倍的所述第一晶体管的所述控制信号；以及
通过所述第二复用器将输出提供给所述第一晶体管的控制端子。
22.根据权利要求21所述的方法，其中每个操作循环包括仅一个第一斜坡和仅一个第二斜坡，并且所述第一复用器和所述第二复用器接收相同的复用器控制信号，所述复用器控制信号被配置为具有：
第一值，对于所述第一复用器，与所述第一斜坡的输出结果对应，并且对于所述第二复用器，与被延迟所述第一持续时间的两倍的所述控制信号的输出结果对应，以及
第二值，对于所述第一复用器，与所述第二斜坡的输出结果对应，并且对于所述第二复用器，与被延迟所述第一持续时间的一倍的所述控制信号的输出结果对应。
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