TWI458240B - 根據操作模式控制切換模式電源供應器的切換拓撲的電源供應器系統、切換調整器及方法 - Google Patents

根據操作模式控制切換模式電源供應器的切換拓撲的電源供應器系統、切換調整器及方法 Download PDF

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Description

根據操作模式控制切換模式電源供應器的切換拓撲的電源供應器系統、切換調整器及方法
本發明係關於電源供應器系統，及更特定地，其係關於用以根據一操作模式控制切換模式電源供應器的切換拓撲的電路和方法。
一切換模式電源供應器(SMPS)係併入一切換調整器的一電子電源供應器單元(PSU)。特定地，SMPS可包含：一降壓-升壓(buck-boost)調整器，其可自高於、低於、相同於所控制的輸出電壓之輸入電壓轉換、個別地執行降壓模式(buck mode)調整、升壓模式(boost mode)調整、或降壓-升壓模式(buck-boost mode)調整。降壓-升壓調整器架構係典型地提供予用於自動化的應用、膝上型電腦、電信設備和分散式電源系統的電源供應器。舉例而言，由Linear Technology Corporation(本申請案的專利權人)製造的LTC3440降壓-升壓轉換器包含4個切換器，其中2個連接至電感器的輸入側，而其餘2個連接至輸出側。根據控制的電壓輸出的準位和電壓輸入的準位，該調整器具有假定為複數個操作狀態的能力，在此些操作狀態中該交換器循序地啟動或關閉，以連接該電感器至輸入、輸出、及/或共同接地連接。
另一實例係由Linear Technology Corporation製造的LTC3440 4-開關降壓-升壓切換調整器。此為提供高於、低於、或等於輸入電壓的輸出電壓之一電流模式調整器。控制器的操作模式可藉由施加於強制連續控制輸入(Forced Continued Control Input)接腳的電壓來決定。可控制電源切換器以提供操作模式之間的轉換。
然而，已知降壓-升壓切換調整器的實施需要一複雜的電路排置。亦者，典型的降壓-升壓調整器架構不允許峰值電流模式控制及Burst Mode操作。
因此，存在有用以當允許峰值電流模式控制和Burst Mode操作時促使一電壓調整器在降壓模式和升壓模式之間切換之較簡單電路和方法的需要。
本發明提供用以在一輸出節點處產生一調整的輸出電壓的新穎電路與方法，以回應於在一輸入節點的輸入電壓。
根據本發明的一態樣，一電源供應器系統具有一電感性裝置、複數個切換裝置，其用以提供電感性裝置至輸入和輸出節點和接地節點的連接、和一切換驅動電路，其用以驅動切換裝置以促使電源供應器來操作在一升壓模式以增加輸入電壓、操作在一降壓模式以減少輸入電壓、及操作在一固態返馳式模式(solid-state flyback mode)以在升壓和降壓模式之間轉換。在固態返馳式模式中，可組態切換器裝置以提供電感性裝置在該電感性裝置連接在輸入節點和接地節點之間所處於的輸入狀態，和該電感性裝置連接在接地節點和輸出節點之間所處於的輸出狀態彼此間的切換。
可提供控制電路以控制切換驅動電路，以回應在電感性裝置中的一電流。特定地，可組態控制電路以根據在電感性裝置的一峰值電流的一數值，控制在固態返馳式模式的切換驅動電路。
根據本發明的一具體實施例中，切換裝置可包含：一第一切換裝置，其用以提供電感性裝置至輸入節點的連接；一第二切換裝置，其用以提供電感性裝置至接地節點的連接；一第三切換裝置，其用以提供電感性裝置至接地節點的連接；及一第四切換裝置，其用以提供電感性裝置至輸出節點的連接。
舉例而言，第一至第四切換裝置可為電晶體裝置。可替代性地，第一和第三切換裝置可為電晶體裝置，而第二和第四切換裝置可為二極體裝置。
在固態返馳式模式的輸入狀態中，第一和第三切換裝置可處於一關閉狀態，而第二和第四切換裝置可處於一打開狀態。在固態返馳式模式的輸出狀態中，第一和第三切換裝置可處於一打開狀態，而第二和第四切換裝置可處於一關閉狀態。
切換驅動電路可設定固態返馳式模式的輸入狀態，以回於一時脈訊號。可根據在電感性裝置的一峰值電流的一數值，設定固態返馳式模式的輸出狀態。
根據本發明的一示例性具體實施例，可提供電壓偵測電路以提供根據輸入和輸出電壓關係的一模式控制訊號予切換驅動電路。
電壓偵測電路可當輸入電壓高於輸出電壓一第一臨界值時，提供請求切換驅動電路操作在降壓模式的一降壓模式訊號。
電壓偵測電路可當輸入電壓低於輸出電壓一第二臨界值時，提供請求切換驅動電路操作在降壓模式的一升壓模式訊號。
電壓偵測電路可當輸入電壓和輸出電壓的差低於一第三臨界值時，提供請求切換驅動電路操作在固態返馳式模式的一固態返馳式模式訊號。
根據另一示例性具體實施例，可提供一責任週期偵測電路以根據控制切換裝置之切換的訊號之責任週期D，供應一模式控制訊號予切換驅動電路。
責任週期偵測電路可將責任週期D個別與第一、第二、第三和第四臨界準位(Dth1、Dth2、Dth3和Dth4)比較，其中Dth1>Dth2>Dth3>Dth4。
責任週期偵測電路可當責任週期D高於該第一臨界準位Dth1或低於該第四臨界準位Dth4時，提供請求切換驅動電路操作在固態返馳式模式的一固態返馳式模式訊號。
責任週期偵測電路可當責任週期D低於該第三臨界準位Dth3時，發出請求切換驅動電路操作在降壓模式的一降壓模式訊號。
責任週期偵測電路可當責任週期D高於該第二臨界準位Dth2時，提供請求切換驅動電路操作在升壓模式的一升壓模式訊號。
根據進一步的示例性具體實施例，該電源供應器系統可操作於Burst Mode，其中時脈訊號被去能(disabled)以回應指示一光負載連接至輸出節點的訊號。
舉例而言，該時脈訊號可根據輸出電壓而被去能。根據一替代性的具體實施例，該時脈訊號可根據將輸出電壓與一參考電壓比較的一誤差放大器之一輸出而被去能。
再者，可提供一限制器以限制在電感性裝置中的最小電流峰值。
在Burst Mode中，可組態切換裝置以避免從該輸出節點經由該電感性裝置流至該接地節點的一電流。
根據本發明的方法，可進行後續的步驟以調整一輸出電壓，以回應於包含有一電感性元件的一電壓調整器之一輸入電壓：若該輸入電壓高於輸出電壓時，操作該電壓調整器於一降壓模式以降低該輸入電壓；若該輸入電壓低於輸出電壓時，操作該電壓調整器於一升壓模式以增加該輸入電壓；及操作該電壓調整器在降壓模式和升壓模式轉換期間處於一固態返馳式模式。
在固態返馳式模式中，該電感性裝置在該電感性元件連接於該電壓調整器的輸入和共同節點之間所處於的一輸入狀態，和該電感性元件連接在共同節點和該電壓調整器的輸出之間所處於的一輸出狀態彼此之間切換。
該電感性元件可根據一峰值電流的一數值在輸入狀態和輸出狀態之間切換。
根據本發明的進一步之具體實施例，一用以在一輸出節點產生一調整輸出電壓以回應在一輸入節點的一輸入電壓的切換調整器包含：一電感性裝置；複數個切換裝置，其用以提供該電感裝置至該輸入和輸出節點及共同節點的連接；及一切換驅動電路，其用以驅動切換裝置以促使該電源供應器器操作在固態返馳式模式。
在固態返馳式模式中，可組態該切換裝置以提供電感性裝置在該電感性裝置連接於輸入節點和共同節點之間所處於的一輸入狀態，和該電感性裝置連接於該共同節點和輸出節點之間所處於的一輸出狀態彼此之間的切換。可根據一峰值電流的一數切換該電感性裝置。
根據本發明的另一態樣，一電源供應器系統，其操作於一降壓模式和一升壓模式以在一輸出節點產生一調整的輸出電壓，來回應在一輸入節點上的輸入電壓，包含：一電感性裝置、一切換電路，其經組態以提供該電感性裝置的連接以支援在一所需操作模式的操作、一誤差放大器，其用以將輸出電壓和一參考電壓比較以產生一誤差訊號、一比較器，其回應於該誤差訊號和在電感器上的一峰值電流以控制該輸出電壓、一轉導控制迴路，其用以根據該操作模式，控制該峰值電流和該誤差放大器的一輸出訊號之間的關係。
可組態該切換電路以促使該系統操作在降壓模式和升壓模式之間的中間操作模式，及可組態該轉導控制迴路以當該系統於中間模式和降壓或升壓模式之間切換時，調整峰值電流和誤差放大器的輸出訊號間的關係。
在中間模式中，可組態該切換電路以提供電感性裝置在該電感性裝置連接於該輸入節點和該接地節點之間所處於的一輸入狀態，和該電感性裝置連接於該接地節點和該輸出節點之間所處於的一輸出狀態彼此間的切換。
根據一示例性具體實施例，一電流感測器耦合至電感性裝置以感測在電感性裝置中的峰值電流。該轉導控制迴路可包含耦合在電流感測器和比較器之間的可變增益放大器，及具有當該系統在中間模式和降壓或升壓模式之間切換時可調整的增益。
根據另一示例性具體實施例，該切換電路可包含：一輸入切換電路，其經耦合以連接輸入節點和該電感性裝置，及經組態以產生流經該輸入切換電路的電流之值。該轉導控制迴路可包含耦合在輸入切換電路和比較器之間的一可變增益放大器，及當該系統在中間模式和降壓或升壓模式之間切換時可調整的增益。
根據進一步示例性的具體實施例，一經控制的電流感測器可耦合至該電感性元件，以感測在該電感性元件中的峰值電流。可組態該感測器以提供代表峰值電流的輸出值予該比較器。當該系統在中間模式和降壓或升壓模式之間切換時，可調整輸出值。
根據另一示例性具體實施例，該切換電路可包含：一輸入切換電路，其經耦合以連接該輸入節點至該電感性元件。可組態該輸入切換電路以提供代表在該輸入切換電路中的電流之輸出值予該比較器。當該系統在中間模式和降壓或升壓模式之間切換時，可調整輸出值。
可組態該轉導控制迴路以：相較於在降壓或升壓模式中提供的電感電流訊號峰值作比較，減少在中間模式中提供予該比較器的電感電流訊號峰值。
根據本發明的進一步態樣，可進行後續的步驟以調整一輸出電壓，以回應於包含有一電感性元件和用以將輸出電壓和參考電壓作比較的一誤差放大器的一電壓調整器之輸入電壓：若該輸入電壓高於輸出電壓時，操作該電壓調整器於一降壓模式以減少該輸入電壓；若該輸入電壓低於輸出電壓時，操作該電壓調整器於一升壓模式以增加該輸入電壓；在降壓和升壓模式間切換期間，操作該電壓調整器於一中間模式；及當該電壓調整器在中間模式和降壓或升壓模式間切換時，調整在電感性元件中的峰值電流和該誤差放大器的一輸出訊號間的關係。
在該中間模式中，電感性元件可在該電感性元件連接於該電壓調整器的輸入和共同節點之間所處於的一輸入狀態，和該電感性元件連接在共同節點和該電壓調整器的輸出之間所處於的一輸出狀態彼此之間切換。
舉例而言，該調整的步驟可包含以下步驟：調整一放大器的增益，該放大器放大代表在該電感性元件的峰值電流的一訊號。
可替代性地，該調整的步驟可包含以下步驟：調整一放大器之增益，該放大器放大代表連接該電壓調整器的輸入至該電感性元件的一切換電路中的電流之訊號。
亦者，該調整的步驟可包含以下步驟：調整代表在該電感性元件的峰值電流之訊號值。
再者，該調整的步驟可包含以下步驟：調整代表在一切換電路的電流之訊號值，該切換電路連接該電壓調整器的一輸入至該電感性元件。
當該電壓調整器從降壓或升壓模式切換為中間模式時，可進行調整步驟以減少代表在電感性元件中的峰值電流的訊號值。
藉由後續的實施方式，本發明附加的優點和態樣對習知技藝者而言將更加的顯明，其中已呈現或描述本發明的具體實施例，其係簡化地藉由示例說明所考慮到的用以實施本發明的最佳模式。如同所描述者，本發明可具有其它和不同的具體實施例，和其數個細節可容許在各種明顯層面的修正，而皆不偏離本發明的精神。從而，圖式和說明可視為本質上係說明性的，而非限制性的。
本發明將以特定的切換調整器排置來呈現。然而顯然地，在此描述的觀念適用於用以提供高於、低於、或等於輸入電壓或電流的輸出電壓或輸出電流的任何切換調整器。
第1圖根據本發明的具體實施例示例說明在一降壓-升壓切換調整器10的固態返馳式模式操作的觀念。該降壓-升壓切換調整器10可為一峰值電流模式控制器，其藉由將輸出電壓Vout與提供在其輸入端的電壓Vin比較，以調整其輸出端的電壓Vout。特定地，當輸入電壓Vin高於輸出電壓Vout時，該切換調整器10操作於一降壓模式以降低輸入電壓至所調整輸出電壓的一準位。當輸入電壓Vin低於輸出電壓Vout時，該調整器10操作於一升壓模式以增加輸入電壓Vin至輸出準位。當處於降壓模式時，該輸入電壓Vin降低至接近輸出電壓Vout的一準位，或處在升壓模式時，該輸入電壓Vin增加至接近輸出電壓Vout的一準位，該降壓-升壓切換調整器10操作於一固態返馳式模式，該模式提供在降壓和升壓模式之間切換的一簡單方式。
特定而言，該降壓-升壓切換調整器10可包含：用以產生提供給一正反器A2的一設定輸入S之一序列脈波CLK的一時脈振盪器A1，該正反器A2控制閞關A3、A4、A5、和A6的切換。特定地，開關A3和A5的控制端點係回應於正反器A2的輸出Q，而開關A4和A6的控制端點係回應於正反器A2的輸出Q/。開關A3、A4、A5和A6以一所欲方式提供在該調整器10的輸入和輸出節點之間電感器L1的切換。
特定地，開關A3耦合至電感器L1的輸入節點以連接該電感器L1至調整器10的輸入。開關A4耦合至該電感器L1的輸入節點以連接該電感器L1至一接地節點。開關A5耦合至電感器L1的輸出節點以連接電感器L1至調整器10的輸出。開關A6耦合至電感器L1的輸出節點以連接電感器L1至一接地節點。一電流感測器A7串聯地與該電感器L1耦合以決定流經該電感器L1的電流。
當正反器A2係由一時脈CLK設定時，Q輸出進入一TRUE狀態以關閉開關A3和A5，而Q/輸出進入一FALSE狀態以打開開關A4和A6。結果，該電感器L1連接在調整器10的輸入和地之間。
當正反器A2係由在其重設輸入R的訊號來重設，Q輸出進入一FALSE狀態以打開開關A3和A5，而Q/輸出進入一TRUE狀態以關閉開關A4和A6。在此情況中，該電感器L1連接在調整器10的輸出和地之間。
該電流感測器A7可產生代表在電感器L1的峰值電流之一電壓。此電壓提供至一電壓比較器A8的非反相輸入，其具有連接至正反器A2的重設輸入R的一輸出。該電壓比較器A8的反相輸入連接至一誤差放大器A9的一輸出，該誤差放大器將在該調整器10的輸出處之電壓Vout與由一參考電壓源A10所提供的一參考電壓Vref比較。習知技藝者可了解到並非將電壓Vout與參考電壓Vref作比較，誤差放大器A9可將任何代表輸出電壓Vout的任何訊號與任何參考訊號作比較。
因此，比較器A8將代表在電感器L1的峰值電流之一峰值電流訊號與對應於輸出電壓Vout和參考電壓Vref之間的差之一誤差訊號作比較。當該峰值電流訊號上升至該誤差訊號的一準位，比較器A8的輸出進入重設正反器A2的TRUE狀態。回應於該重設訊號，正反器A2的輸入Q/變為TRUE而關閉開關A4和A6，及輸入Q變為FALSE而打開開關A3和A5。
因此，回應於上升的峰值電流，該電感器L1連接在調整器10的輸出和地之間。維持此狀態直到下一個時脈訊號CLK設定正反器A2以控制開關A3、A4、A5、和A6，以連接該電感器L1在該調整器10的輸入和地之間。而後，當峰值電流上升至一預決定的準位時，可觀察在電感器中的峰值電流以重設正反器A2。
從而，於第1圖中示例說明的固態返馳式拓撲支援電感器L1在該電感器L1連接於該調整器10的輸入和地之間所處於的一輸入狀態，和該電感器L1連接於調整器10的輸出和地之間所處於的一輸出狀態彼此間之切換。如同所討論者，可進行該電感器L1的切換以回應於峰值電流。
開關A3-A6可由一經控制的切換裝置(例如電晶體)來實施。可替代性地，如同第2圖所顯示者，其示例說明本發明的固態返馳式拓撲的另一具體實施例，可連接二極體A40和A60，而非開關A4和A6。第2圖中的電路係以類似第1圖的電路操作來操作。然而，可排置二極體A40和A60以當正反器A2由電壓比較器A8的輸出訊號重設時，連接該電感器L1於調整器10的輸出和地之間。當正反器A2係由CLK訊號設定時，在輸出Q的TRUE訊號關閉開關A3和A5時，以連接該電感器L1在調整器10的輸入和地之間。當重設正反器A2時，在輸出Q處的FALSE訊號打開開關A3和A5。因此，該電感器電流將從二極體A40藉由電感器L1、電流感測器A7及二極體A60流至調整器10的輸出。
一般而言，在第1圖中使用電晶體A4和A6的拓撲比在第2圖中使用二極體A40和A60的拓撲更為有效率，因為跨於電晶體的電壓降小於跨於二極體的電壓降。然而，在調整器10的輸出之光負載處，在第2圖中使用二極體A40和A60的固態返馳式拓撲相較第1圖中的電晶體式拓撲將變得更為有效率。
第3圖示例說明本發明的一峰值電流切換調整器100的一示例性具體實施例，其中可觀察輸入和輸出電壓以提供在一降壓模式和一升壓模式之間的切換。該切換調整器100包含：如參照第1圖之前文所描述的固態返馳式拓撲的電感器L1和元件A1到A10。
再者，該切換調整器包含：一電壓偵測電路A12，其觀察在調整器100的輸入處和輸出處的電壓Vin和Vout。該電壓偵測電路A12可偵測到下列三個情況：(1)當輸入電壓Vin高於輸出電壓Vout某個程度；(2)當輸入電壓Vin低於輸出電壓Vout某個程度；及(3)當輸入電壓Vin接近輸出電壓Vout。
該電壓偵測電路A12可決定在輸入電壓Vin和輸出電壓Vout的差值，及將該差值與各種預先決定的臨界值電壓作比較，以在其Mode輸出處產生模式訊號。當Vin高於Vout超過一第一臨界值準位Vth1時，該電壓偵測電路A12可產生指示Vin高於Vout某個程度的一降壓模式訊號。舉例而言，當Vin高於Vout超過0.5V時，則發出該降壓模式訊號。當Vin低於Vout超過一第二臨界值準位Vth2時，該電壓偵測電路A12可產生指示Vin低於Vout某個程度的一升壓模式訊號。舉例而言，當Vin低於Vout超過0.5V時，可發出該升壓模式訊號。最後，當在Vin和Vout的差值低於一第三臨界值準位Vth3時，該電壓偵測電路A12可產生指示Vin接近Vout的固態返馳式模式訊號。舉例而言，當Vin相對於Vout係在0.5V之內，則發出固態返馳式模式訊號。
由該電壓偵測電路A12所產生的輸出訊號供應至一切換驅動器A11的輸入X，該切換驅動器A11具有個別連接至開關A3、A4、A5和A6的控制端之輸出A、B、C、和D。亦者，該切換驅動器A11係由在正反器A2的輸出Q處產生的輸出訊號控制及傳輸至切換驅動器A11的輸入Y。該切換驅動器A11根據從電壓偵測電路A12所接收的一模式訊號和在輸出Q處發出的一控制訊號，控制開關A3、A4、A5和A6的切換。
當該電壓偵測電路A12產生指示Vin高於Vout某個程度的一降壓模式訊號，該切換驅動器A11控制閞關A3-A6以設定該調整器100進入一降壓模式操作。特定地，當發出一降壓模式訊號時，則開關A6關閉和開關A5打開。再者，當發出降壓模式訊號和由時脈訊號CLK設定正反器A2時(例如輸出Q係處於TRUE狀態)，則開關A3關閉和開關A4打開。當在電感器中的峰值電流上升至由誤差放大器A9的輸出所定義的預先決定之準位，電壓比較器A8的輸出變為TRUE而重設正反器A2。相應地，開關A3打開和開關A4關閉。因此，回應於來自電壓偵測電路A12的降壓模式訊號，該切換調整器100操作於一降壓模式以降低輸入電壓Vin。
當該電壓偵測電路A12產生指示Vin低於Vout某個程度的一升壓模式訊號，該切換驅動器A11控制閞關A3-A6以設定該調整器100進入一升壓模式操作。特定地，當發出一升壓模式訊號時，則開關A3關閉和開關A4打開。再者，當發出升壓模式訊號和由時脈訊號CLK設定正反器A2時(例如輸出Q係處於TRUE狀態)，則開關A5關閉和開關A6打開。當在電感器中的峰值電流上升至由誤差放大器A9的輸出所定義的預先決定之準位，電壓比較器A8的輸出變為TRUE而重設正反器A2。相應地，開關A5打開和開關A6關閉。因此，回應於來自電壓偵測電路A12的升壓模式訊號，該切換調整器100操作於一升壓模式以增加輸入電壓Vin。
當該電壓偵測電路A12產生指示Vin接近Vout的固態返馳式模式訊號，切換驅動器A11控制開關A3-A6以設定該調整器100進入前文結合第1圖所描述的固態返馳式模式操作。特定地，當正反器A2係由一時脈CLK設定時，開關A3和A5關閉，而開關A4和A6打開。因此，電感器L1則連接在調整器100的輸入和地之間。當在電感器中的峰值電流上升至使得正反器A2重新設定的一準位，開關A3和A5打開，而開關A4和A6關閉。在此情況中，電感器L1則連接在調整器100的輸出和地之間。因此，固態返馳式模式促使在峰值電流控制調整器100的降壓模式和升壓模式之間切換。
第4圖示例說明本發明的另一具體實施例，其中一峰值電流控制切換控制調整器200使用責任週期控制在降壓和升壓模式之間切換。該切換調整器200包含前文參照第1圖描述的固態返馳式拓撲之電感器L1和元件A1至A10。
再者，該切換調整器200包含：一責任週期偵測器A13，其決定在正反器A2的輸出Q處的訊號之責任週期。一切換驅動器A11具有輸入X和Y，及個別控制開關A3、A4、A5、和A6的輸出A、B、C、和D，以支援切換調整器200在一降壓、升壓和固態返馳式模式中操作。該切換驅動器A11係根據由責任週期偵測器A13提供至輸入X的一模式訊號和根據在輸入Y處所提供的正反器A2的輸出訊號加以控制。
特定地，責任週期偵測器A13可將來自正反器A2的輸出Q在其輸入IN處所接收的責任週期D和4個預先決定的臨界值Dth1、Dth2、Dth3和Dth4作比較，其中Dth1>Dth2>Dth3>Dth4。舉例而言，Dth1=90%、Dth2=55%、Dth3=45%、和Dth4=10%。當責任週期D高於Dth1(在一降壓模式中)或低於Dth4(在一升壓模式中)，該責任週期偵測器A13在其輸出OUT處發出請求切換驅動器A11控制開關A3到A6的一固態返馳式模式訊號，以設定切換調整器200進入一固態返馳式模式。在此模式中，當正反器A2由一時脈CLK設定時，開關A3和A5關閉，而開關A4和A6打開以連接該電感器L1在調整器200的輸入和地之間。當在電感器的峰值電流上升至使得正反器A2重新設定的一準位時，開關A3和A5打開，而開關A4和A6關閉以連接該電感器L1在調整器100和地之間。
當在固態返馳式模式的責任週期D低於Dth3時，該責任週期偵測器13發出請求切換驅動器A11以控制開關A3至A6的一降壓模式訊號，以設定該切換調整器200進入一降壓模式。在此模式中，開關A6關閉而開關A5打開。再者，當發出降壓模式訊號且正反器A2係由時脈訊號CLK設定時(例如輸出Q係處於TRUE狀態)，開關A3關閉而開關A4打開。當在電感器中的峰值電流上升至由誤差放大器A9的輸出所定義的預先決定準位，電壓補償器A8的輸出變成TRUE而重新設定正反器A2。相應地，開關A3打開而開關A4關閉。
當在固態返馳式模式中的責任週期D高於Dth2時，該責任週期偵測器A13發出請求切換驅動器A11以控制開關A3到A6的一升壓模式訊號，以設定該切換調整器200進入一升壓模式。在此模式中，開關A3關閉而開關A4打開。再者，當發出升壓模式訊號且正反器A2係由時脈訊號CLK設定時，開關A5關閉而開關A6打開。當在電感器中的峰值電流上升至預先決定的準位，電壓比較器A8的輸出變成TRUE而重設正反器A2。相應地，開關A5打開而開關A6關閉。
因此，本發明的固態返馳式拓撲可根據切換控制訊號的責任週期，提供在升壓和降壓模式之間的切換。
一典型的切換調整器可藉由重複地開啟和關閉電源開關來操作。由於功率電晶體驅動的切換本質，一典型的切換模式電路的效率隨著負載減少而降低，因為在驅動電路中浪費一固定量的功率而無關於負載。當負載係輕載的時候，使用以避免在輕載時的效率損失的一種方法係忽略切換週期。此操作模式意指為Burst Mode。舉例而言，Burst Mode係描述於US專利編號5,481,178、6,307,356和6,580,258，其頒發予Linear Technology(本發明的專利權人)。
第5圖和第6圖示例說明：本發明的固態返馳式拓撲促使一降壓-升壓切換調整器以操作於Burst Mode中。特定地，第5圖顯示本發明的一Burst Mode電流峰值控制降壓-升壓切換調整器300的一示例性具體實施例，其包含前文結合第1圖所描述的固態返馳式拓撲的電感器L1和元件A1至A10。舉例而言，該切換調整器300可藉由觀察輸入電壓Vin和輸出電壓Vout而在一降壓模式和一升壓模式之間切換。該切換調整器300可包含：一電壓偵測電路A12和一切換驅動器A11，其以一類似於在第3圖中電壓偵測電路A12和切換驅動器A11的操作方式來操作。
該誤差放大器A9將在調整器300的輸出處的電壓Vout與由參考電壓源A10所提供的參考電壓Vref作比較。為了要提供Burst Mode操作，該誤差放大器A9的非反相輸入經連接至時脈A1，以去能或致能提供時脈訊號CLK至正反器A2的S輸入。特定地，當輸出電壓Vout高於經選擇以指示輕載連接至切換調整器300的輸出之預設準位時，則去能(disable)時脈A1。當輸出電壓Vout降低至不同於使用以去能時脈A1的準位之一預先決定準位時，可致能時脈A1以回復提供時脈訊號CLK至正反器A2的S輸入。
再者，切換調整器300可包含：一電壓限制器A14，其連接在誤差放大器A9的輸出和電壓比較器A8的反相輸入之間。電壓比較器A8的非反相輸入係由具對應在電感器L1的峰值電流之電壓的電流感測器A7提供。電壓限制器A14限制A8的反相輸入處的電壓至一預先選定的電壓，以避免在電感器L1的峰值電流過低。
該電壓偵測電路A12可決定在輸入和輸出電壓之間的差值，及將此差值與各種預先決定的臨界值電壓作比較。當Vin高於Vout超過一第一臨界準位Vth1時，該電壓偵測電路A12可產生指示Vin高於Vout某個程度的一降壓模式訊號。當Vin低於Vout超過一第二臨界準位Vth2時，該電壓偵測電路A12可產生指示Vin低於Vout某個程度的一升壓模式訊號。最後，當在Vin和Vout之間的差低於一第三臨界準位Vth3時，該電壓偵測電路A12可產生指示Vin接近Vout的一固態返馳式模式訊號。
由電壓偵測電路A12產生的輸出訊號可提供至切換驅動器A11，其具有個別地經連接以控制開關A3、A4、A5、和A6的控制端點之輸出A、B、C和D。亦者，該切換驅動器A11係由在正反器A2的輸出Q處所產生的輸出訊號所控制。切換驅動器A11根據從電壓偵測電路A12所接收的一模式訊號和在輸出Q處所發出的一控制訊號，來控制開關A3、A4、A5和A6的切換。
當該電壓偵測電路A12產生指示Vin高於Vout某個程度的一降壓模式訊號時，該切換驅動器A11關閉開關A6和打開開關A5。再者，當發出降壓模式訊號和正反器A2由時脈訊號CLK設定時(例如輸出Q處於TRUE狀態)，則開關A3關閉而開關A4打開。當在電感器中的峰值電流上升至一預先決定的準位，該電壓比較器A8的輸出變為TRUE而重設正反器A2。相應地，開關A3打開而開關A4關閉。
當該電壓偵測電路A12產生指示Vin低於Vout某個程度的一升壓模式訊號，該切換驅動器A11關閉開關A3和打開關關A4。再者，當發出升壓模式訊號且正反器A2由時脈訊號CLK設定時(例如輸出Q處於TRUE狀態)，開關A5關閉而開關A6打開。當在電感器中的峰值電流上升至預先決定的準位時，電壓比較器A8的輸出變為TRUE而重設正反器A2。相應地，開關A5打開而開關A6關閉。
當該電壓偵測電路A12產生指示Vin接近Vout的固態返馳式模式訊號，該切換驅動器A11控制開關A3-A6，以設定調整器300進入前文結合第1圖所描述的一固態返馳式模式操作。特定地，當正反器A2由一時脈CLK設定時，開關A3和A5關閉，而開關A4和A6打開以連接該電感器L1在調整器300的輸入和地之間。當在電感器的峰值電流可上升至使該正反器A2重設的一準位，開關A3和A5打開，而開關A4和A6關閉以連接該電感器L1在調整器300的輸出和地之間。
在所有的操作模式中，應控制開關A4和A6以避免電流從切換調整器300的輸出流經電感器L1到地。舉例而言，該切換驅動器A11可控制開關A4和A6，以當流至調整器300的輸出之電流要反轉其方向時打開它們。可替代性地，開關A4和A6可使用無方向裝置實施，例如二極體，其避免電流從調整器300的輸出流至電感器L1，及從電感器L1流到地。
第6圖示例說明本發明的Burst Mode電流峰值控制降壓-升壓切換調整器400的另一示例性具體實施例。對照於前文結合第5圖所描述的調整器300，調整器400根據將輸出電壓Vout和參考電壓Vref作比較的誤差放大器A9的輸出，提供Burst Mode操作。誤差放大器A9的輸出連接至時脈A1以去能或致能提供時脈訊號CLK至正反器A2的S輸入。特定地，當誤差放大器A9的輸出訊號超過所選擇以指示一輕載連接至切換調整器400的輸出之預先決定的數值，則去能時脈A1。當誤差放大器A9的輸出訊號減少至不同於被使用以去能時脈A1的數值之預設定數值時，可致能時脈A1以回復提供時脈訊號CLK至正反器A2的S輸入。
第7-13圖根據一模式操作示例說明本發明的示例性具體實施例，其中一峰值電流控制切換調整器併入一轉導控制迴路，其調整電感器峰值電流和誤差放大器的輸出電壓間之關係。特定地，當一峰值電流控制切換調整器在一固態返馳式模式和一降壓或升壓模式之間切換，會在調整器的輸出發生一暫態響應，其係因為誤差放大器的輸出訊號必須迴轉至(slew to)一新的值以保持在相同的調整點。本發明的轉導控制迴路相對於在一降壓或升壓模式的關係，調整在一固態返馳式模式中在峰值電感電流和在誤差放大器的輸出電壓之關係。因此，當該調整器在一固態返馳式模式和一降壓或升壓模式之間切換時，該誤差放大器的輸出訊號不需迴轉。然而，在該調整器在一固態返馳式模式和一降壓或升壓模式之間轉換期間，可大致減少或消除在其輸出處的暫態響應。因此，本發明的轉導控制迴路促使該調整器以在一固態返馳式模式和一降壓或升壓模式之間切換期間，提供較佳的電壓調整。
第7圖示例說明顯示於第3圖中的峰值電流控制切換調整器100的示例性轉導控制迴路。該轉導控制迴路包含：一可變增益放大器A15，其連接在電流感測器A7和電壓比較器A8的非反相輸入。如前文所討論者，電流感測器A7可產生代表在電感器L1中的峰值電流之電壓。電壓比較器A8的反相輸入連接至誤差放大器A9的輸出，其將在調整器100的輸出處的電壓Vout與由參考電壓源A10所提供的一參考電壓Vref作比較。因此，比較器A8將代表在電感器L1的峰值電流的訊號與對應於在輸出電壓Vout和參考電壓Vref之間的差值的誤差訊號作比較。
可提供在電壓偵測電路A12的Mode輸出處所產生的一模式訊號給可變增益放大器A15的增益控制輸入。如前文所討論者，該電壓偵測電路A12可決定在輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的差值，及將此差值與各種預先決定的臨界值電壓作比較以在Mode輸出產生模式訊號。當Vin高於Vout超過一第一臨界值準位Vth1時，該電壓偵測電路A12可產生指示Vin高於Vout某個程度的一降壓模式訊號。舉例而言，當Vin高於Vout超過0.5V，可發出在Mode輸出的降壓模式訊號。當Vin低於Vout超過一第二臨界值準位Vth2時，該電壓偵測電路A12可產生指示Vin低於Vout某個程度的一升壓模式訊號。舉例而言，當Vin低於Vout超過0.5V時，可發出升壓模式訊號。最後，當在Vin和Vout之間的差值低於一第三臨界準位Vth3時，該電壓偵測電路A12可在Mode輸出處產生指示Vin接近Vout的一固態返馳式模式訊號。舉例而言，當Vin相對於Vout係0.5V以內時，可發出固態返馳式模式訊號。
可變增益放大器A15可為一電壓控制放大器，其根據在電壓偵測電路A12的Mode輸出處所產生的一模式訊號改變其增益。特定地，當在Mode輸出處產生固態返馳式訊號時，且相對於在提供一降壓模式訊號和一升壓模式訊號所提供的增益，以大約2的分數(a fraction of 2)減少。舉例而言，當提供一降壓模式訊號或升壓模式訊號至放大器A15的增益控制輸入，例如在一降壓或升壓模式，放大器A15的增益可從範圍6至8之間選擇。當在該電壓偵測電路A12的該Mode輸出處產生一固態返馳式訊號時，例如在一固態返馳式模式操作，放大器A15的增益可減少至在範圍3和4之間的一數值。
因此，在一固態返馳式模式中，在第7圖中的該轉導控制迴路相對於一降壓或升壓模式，減少在該電壓調整器A8的非反相輸入處的電壓，以避免該誤差放大器A9的輸出電壓需迴轉很多來保持調整中的輸出。因此，在調整器100在一固態返馳式模式和一降壓或升壓模式轉換期間，大致減少或消除在其輸出處的暫態響應。
第8圖示例說明顯示於第3圖中的該峰值電流控制切換調整器100的轉導控制迴路的另一示例性具體實施例。並非使用與電感器L1串聯耦合的電流感測器A7以感測電感器電流，當輸入開關係關閉時，第8圖中的調整器感測流經該輸入開關的電流。因此，第8圖中的具體實施例並不需要電流感測器以決定電感器電流。
再者，並非輸入開關A3，第8圖中的峰值電流控制切換調整器包含：一開關A16，其經耦合以連接該調整器的Vin輸入至電感器L1，及組態以在其輸出端點產生代表流過開關A16的電流之一數值。一可變增益放大器A15可連接於開關A16的輸出端點和電壓比較器A8的非反相輸入之間。
開關A16可以相同於在第3圖中該切換驅動器A11控制輸入開關A3的方式，由該切換驅動器A11控制。特定地，可根據從該電壓偵測電路A12接收的一模式訊號和在正反器A2的輸出Q處所發生的一控制訊號，控制開關A16和開關A4、A5和A6。
當該電壓偵測電路A12產生一降壓模式訊號時，開關A6關閉而開關A5打開。再者，當發出降壓模式訊號且正反器A2由時脈訊號CLK設定時(輸出Q處於TRUE狀態)，開關A16關閉而開關A4打開。當在電感器中的峰值電流上升至由該誤差放大器A9的輸出所定義的一預先決定的準位，電壓比較器A8的輸出變為TRUE而重設正反器A2。相應地，開關A16打開而開關A4關閉。因此，回應於來自該電壓偵測電路A12的一降壓模式訊號，第8圖的切換調整器操作於一降壓模式以減少輸入電壓Vin。
當該電壓偵測電路A12產生一升壓模式訊號時，開關A16關閉而開關A4打開。再者，當發出升壓模式訊號且正反器A2係由時脈訊號CLK設定時(例如輸出Q係處於一TRUE狀態)，開關A5關閉而開關A6打開。當在電感器中的峰值電流上升至由該誤差放大器A9的輸出所定義的一預先決定的準位，電壓比較器A8的輸出變為TRUE而重設正反器A2。相應地，開關A5打開而開關A6關閉。
當該電壓偵測電路A12產生一固態返馳式模式訊號，切換驅動器A11控制開關A4、A5、A6和A16，以設定該調整器進入一固態返馳式模式操作。特定地，當正反器A2係由一時脈CLK設定時，開關A16和A5關閉，及開關A4和A6打開。因此，電感器L1連接於調整器的輸入和地之間。當在電感器中的峰值電流上升至使得正反器A2重設的一準位，開關A16和A5打開，而開關A4和A6關閉。在此狀況中，電感器L1連接於調整器的輸出和地之間。
開關A16可由能提供一代表流經開關的電流之訊號的任何電路來實施。舉例而言，開關A16可為由一開關和串聯連接至開關的一電阻器所組成的一電路。當開關關閉時橫跨於電阻器產生的電壓代表流經開關的電流。可藉由可變增益放大器A15提供電壓至電壓比較器A8的非反相輸入。
可替代性地，開關A16可實施為在其輸入端具有電流鏡像電路的一開關電路。該電流鏡像電路可經組態以產生代表流經該開關的電流之一訊號。在此狀況中，可變增益放大器A15可連接在電流鏡像電路的輸出和電壓比較器A8的非反相輸入之間。
相較於當產生一降壓模式訊號或一升壓模式訊號所提供的增益，當在Mode輸出處產生的固態返馳式訊號時，可變增益放大器A15的增益可由在電壓偵測電路A12的Mode輸出處所產生的模式訊號控制，而大約以2的因子減少增益。舉例而言，當一降壓模式或一升壓模式提供至放大器A15的增益控制輸入(例如降壓或升壓模式)時，放大器A15的增益可在範圍6和8之間選擇。當在電壓偵測電路A12的Mode輸出處產生一固態返馳式訊號時，例如在一固態返馳式操作中，放大器A15的增益可減少至範圍3和4之間中的一數值。
第9圖示例說明顯示在第3圖的峰值電流控制切換調整器100的一轉導控制迴路的一進一步的示例性具體實施例。並非電流感器A7，第9圖中的峰值電流控制切換調整器包含耦合至電感器L1的一經控制的電流感測器A17。經控制的電流感測器A17經組態以決定在電感器L1的電流和產生代表電感器電流的一輸出訊號。在所決定的電流值和感測器A17的輸出訊號之間的轉移函數可由來自電壓偵測電路A12的模式訊號控制，以產生根據模式操作而變化的輸出訊號。經控制的感測器A17的可變輸出訊號可提供至電壓比較器A8的非反相輸入。特定地，相較於在一降壓或升壓模式的輸出訊號值，在固態返馳式模式的輸出訊號值可大約以2的因子減少。
舉例而言，經控制的感測器A17可使用包含一電流感測器和耦合該感測器至並聯連接的一或多個電阻器的一經控制的開關之一電路來實施。可藉由來自該電壓偵測電路A8的模式訊號來控制經控制的開關，以連接該電流感測器至用於相對應操作模式所選擇的電阻值。橫跨於電阻器上的電壓可傳輸至電壓比較器A8的非反相輸入。可選擇電阻器值以在降壓、升壓、及固態返馳式模式操作中電壓比較器A8的非反相輸入處提供所欲電壓值。
第10圖示例說明顯示於第3圖中在峰值電流控制切換調整器100的一轉導控制迴路的另一示例性具體實施例。並非使用串聯耦合於電感器L1的電流感測器A7感測電感器電流，第10圖中的調整器感測當輸入開關閉時流經該輸入開關的電流。再者，並非輸入開關A3，第10圖中的該峰值電流控制切換調整器包含一開關A18，其連接調整器的Vin輸入至電感器L1，及經組態以產生代表流經開關A18的電流之一輸出訊號。
再者，開關A18經組態以提供流經開關A18的電流值和開關A18的輸出訊號之間的一經控制的轉移函數。此轉移函數可由來自電壓偵測電路A12的模式訊號控制以產生根據模式操作而變化的輸出訊號。開關A18的可變輸出訊號可供應至電壓比較器A8的非反相輸入。特定地，相較於在一降壓或升壓模式的開關A18的輸出訊號值，在一固態返馳式模式的開關A18的輸出訊號之輸出值大約以2的因子減少。
開關A18的切換以相同於在第3圖中切換驅動器A11控制輸入開關A3的方式由切換驅動器A11來控制。特定地，開關A18的切換可根據由電壓偵測電路A12所接收的一模式訊號和在正反器A2的輸出處Q所發出的一控制訊號來控制。
當電壓偵測電路A12產生一降壓模式訊號，開關A6關閉而開關A5打開。再者，當發出降壓模式訊號和正反器A2係由時脈訊號CLK設定時，開關A18關閉而開關A4打開。當在電感器中的峰值電流上升至由誤差放大器A9的輸出所定義的一預先決定準位，電壓比較器A8的輸出變為TRUE而重設正反器A2。相應地，開關A18打開和開關A4關閉。
當電壓偵測電路A12產生一升壓模式訊號，開關A18關閉而開關A4打開。再者，當發出升壓模式訊號及正反器A2由時脈訊號CLK設定時，開關A5關閉而開關A6打開。當在電感器中的峰值電流上升至由誤差放大器A9的輸出所定義的一預先決定準位，電壓比較器A8的輸出變為TRUE而重設正反器A2。相應地，開關A5打開而開關A6關閉。
當電壓偵測電路A12產生一固態返馳式模式訊號時，開關驅動器A11控制開關A4、A5、A6和A18，以設定調整器進入一固態返馳式操作。特定地，當正反器A2係由一時脈CLK設定，開關A18和A5關閉，而開關A4和A6打開。因此，電感器L1連接在調整器的輸入和地之間。當在電感器的峰值電流上升至使得正反器A2重設的一準位時，開關A18和A5打開而閞關A4和A6關閉。在此情況，電感器L1連接於調整器的輸出和地之間。
開關A18由可提供代表在開關中的電流之一輸出訊號的一控制數值的任何切換電路來加以實施。舉例而言，開關A18可為具有一關關的一切換電路，該開關連接至於切換電路的輸出處所提供的多個電流鏡。可控制在開關和電流鏡之間的連接，以連接該開關至在一特定操作模式的預先決定數目個電流鏡。舉例而言，在降壓或升壓模式中，開關可連接至一對電流鏡，然而在一固態返馳式模式中，開關可連接至一單一電流鏡。
第11圖示例說明顯示於第4圖中的峰值電流控制切換調整器200中的示例性轉導控制迴路。該轉導控制迴路包含：一可變增益放大器A15，其連接於該電流感測器A7和電壓比較器A8的非反相輸入之間。如前文所討論者，電流感測器A7可產生代表在電感器L1中的一峰值電流之一電壓。電壓比較器A8的反相輸入連接至該誤差放大器A9的輸出，其將調整器200的輸出處的電壓Vout與由參考電壓源A10所提供的一參考電壓Vref作比較。因此，該比較器A8將代表在電感器L1中的峰值電流之一訊號與相對應於在輸出電壓Vout和參考電壓Vref的一差值之一誤差訊號作比較。使用比較器A8的輸出以重設正反器A2，其由時脈振盪器A1所產生的時脈訊號CLK來設定。
可根據在正反器A2的輸出Q處的訊號之責任週期，提供由責任週期偵測器A13所產生的一模式訊號予可變增益放大器A15的增益控制輸入。特定地，如前文所討論者，責任週期偵測器A13可將在其來自正反器A2的輸出Q的輸入IN所接收的責任週期D與4個預先決定的臨界值Dth1、Dth2、Dth3、和Dth4作比較，其中Dth1>Dth2>Dth3>Dth4。舉例而言，Dth1=90%、Dth2=55%、Dth3=45%和Dth4=10%。當責任週期D高於Dth1(在一降壓模式中)，或低於Dth4(在一升壓模式中)，責任週期偵測器A13在其輸出OUT處發出一固態返馳式訊號。在該固態返馳式模式中的責任週期D係低於Dth3時，責任週期偵測器A13發出一降壓模式訊號。當在固態返馳式模式中的責任週期D高於Dth2時，責任週期偵測器A13發出一升壓模式訊號。
可變增益放大器A15可為一電壓控制放大器，其根據在責任週期偵測器A13的輸出處所產生的一模式訊號，改變其增益。特定地，當在責任週期偵測器A13的輸出處發出固態返馳式訊號時，放大器A15的增益相對於在發出一降壓模式訊號和一升壓模式訊號所提供的增益，以大約2的分數(a fraction of 2)減少。舉例而言，當提供一降壓模式訊號或一升壓模式訊號至放大器A15的增益控制輸入時，例如在一降壓或升壓模式，可在範圍6和8之間選擇放大器A15的增益。當在電壓偵測器電路A12的Mode輸出處產生一固態返馳式模式訊號時，例如在一固態返馳式模式操作中，放大器A15的增益可減少至在範圍3和4之間的一數值。
如同習知技藝者所能了解的，在第4圖中所顯示的峰值電流控制切換調整器200的一轉導控制迴路亦可以類似於示例說明於第8、9、和10圖的轉導控制迴路的方式來組態。然而，用以提供轉導控制的一模式訊號可由責任週期偵測器A13提供，而非電壓偵測電路A12。
第12圖示例說明於在顯示於第5圖的Burst Mode峰值電流控制切換調整器300的一示例性轉導控制迴路。轉導控制迴路包含：一可變增益放大器A15，其連接在電流感測器A7和電壓比較器A8的非反相輸入之間。電流感測器A7可產生代表在電感器L1中的一峰值電流之一電壓。電壓比較器A8的反相輸入藉由電壓限制器A14連接至誤差放大器A9的輸出，該限制器限制在A8的反相輸入之電壓至一預先選擇的準位，以避免在電感器L1的峰值電流過低。
誤差放大器A9將輸出電壓Vout與由參考電壓源A10所提供的的一參考電壓Vref作比較。為了提供Burst Mode操作，誤差放大器A9的非反相輸入連接至時脈A1以去能或致能提供時脈訊號CLK至正反器A2的S輸入。特定地，當輸出電壓Vout高於一所選擇的預設準位以指示一輕載連接至切換調整器300的輸出，去能時脈A1。當輸出電壓Vout減少至不同於經使用以去能時脈A1的準位之預先決定的準位時，可促能時脈A1以恢復提供時脈訊號CLK至正反器A2的S輸入。
可將在電壓偵測電路A12的Mode輸出處產生的一模式訊號提供給一可變增益放大器A15的增益控制輸入，該電壓偵測電路決定在輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的差值，及將此差值與各種預先決定的臨界電壓作比較以在Mode輸出處產生模式訊號。當Vin高於Vout超過一第一臨界準位Vth1時，該電壓偵測電路A12可產生指示Vin高於Vout某個程度的一降壓模式訊號。舉例而言，當Vin高於Vout超過0.5V時，在Mode輸出處發出降壓模式訊號。當Vin低於Vout超過一第二臨界準位Vth2時，電壓偵測電路A12可在Mode輸出處產生指示Vin低於Vout某個程度的一升壓模式訊號。舉例而言，當Vin低於Vout超過0.5V時，可發出升壓模式訊號。最後，當在Vin和Vout之間的一差值低於一第三臨界準位Vth3時，該電壓偵測電路A12可在Mode輸出處產生指示Vin接近Vout的固態返馳式模式訊號。舉例而言，當Vin相對於Vout在0.5V之內，可發出固態返馳式模式訊號。
可變增益放大器A15可為一電壓控制放大器，其根據在電壓偵測電路A12的Mode輸出處所產生的一模式訊號改變其增益。特定地，當在Mode輸出處產生固態返馳式訊號時，放大器A15的增益相對於在提供一降壓模式訊號和一升壓模式訊號所提供的增益，以大約2的分數(a fraction of 2)減少。舉例而言，當提供一降壓模式訊號或一升壓模式訊號至放大器A15的增益控制輸入，例如在一降壓或升壓模式，放大器A15的增益可在範圍6和8之間選擇。當在電壓偵測電路A12的模式輸出處產生一固態返馳式模式訊號時，例如在固態返馳式模式操作中，放大器A15的增益可減少至在範圍3和4之間的值。
如習知技藝者所了解的，在第5圖中所顯示的Burst Mode峰值電流控制切換調整器300的一轉導控制迴路亦可以類似於示例說明於第8、9、和10圖的轉導控制迴路的方式來組態。
第13圖示例說明顯示於第6圖的Burst Mode峰值電流控制切換調整器400的一示例性轉導控制迴路，其根據將輸出電壓Vout與參考電壓Vref作比較的誤差放大器A9的輸出提供Burst Mode操作。轉導控制迴路包含一可變增益放大器A15，其連接在電流感測器A7和電壓比較器A8的非反相輸入之間。電流感測器A7可產生代表在電感器L1的一峰值電流之一電壓。電壓比較器A8的反相輸入藉由電壓限制器A14連接至誤差放大器A9的輸出，其將在A8的反相輸入之電壓限制在一預先選擇的準位，以避免在電感器L1的峰值電流過低。
可將在電壓偵測電路A12的Mode輸出處產生的一模式訊號提供給一可變增益放大器A15的增益控制輸入，該電壓偵測電路決定在輸入電壓Vin和輸出電壓Vout之間的差值，及將此差值與各種預先決定的臨界電壓作比較以產生降壓模式、升壓模式、或固態返馳式模式訊號。可變增益放大器A15可為一電壓控制放大器，其根據電壓偵測電路A12的Mode輸出處所產生的一模式訊號改變其增益。特定地，當在Mode輸出處產生固態返馳式訊號時，放大器A15的增益相對於在發出一降壓模式訊號和一升壓模式訊號所提供的增益，以大約2的分數(a fraction of 2)減少。舉例而言，當提供一降壓模式訊號或一升壓模式訊號至放大器A15的增益控制輸入，例如在一降壓或升壓模式，可在範圍6和8之間選擇放大器A15的增益。當在電壓偵測電路A12的Mode輸出處產生一固態返馳式模式訊號時，例如在一固態返馳式模式操作中，放大器A15的增益可減少至在範圍3和4之間的一數值。
如同習知技藝者所能了解的，在第6圖中所顯示的Burst Mode峰值電流控制切換調整器400的一轉導控制迴路亦可以類似於示例說明於第8、9、和10圖的轉導控制迴路的方式來組態。
前文描述示例說明和描述本發明的態樣。此外，本揭露僅呈現和描述最佳具體實施例，但如前文所述，應可了解到本發明可使用於各種其它組合、修正和環境，及可在於此描述的發明性觀念的範圍內變化和修正，相應於前文教示、及/或相關技藝的技術或知識。
前文所描述的具體實施例可進一步意於解釋實施本發明的已知最佳模式，以促使習知技藝者以利用此發明、或其它具體實施例，或由特定應用或本發明使用所要求的各種修正。
從而，此描述無意於限制本發明於在此所揭露的形式。亦者，意欲為所隨附的申請專利範圍可包含替代性具體實施例。
10．．．降壓-升壓切換調整器
100．．．峰值電流切換調整器
A1．．．時脈振盪器
A2．．．正反器
A3-A6．．．開關
A7．．．電流感測器
A8．．．電壓比較器
A9．．．誤差放大器
A10．．．參考電壓源
A11．．．切換驅動器
A12．．．電壓偵測電路
A13．．．責任週期偵測器
A14．．．電壓限制器
A40、A60．．．二極體
200．．．峰值電流控制切換控制調整器
300、400．．．調整器
A15．．．可變增益放大器
A16．．．開關
A17．．．電流感測器
A18．．．開關
本圖式藉由實例方式來描述觀念，而非限制方式。在圖式中，類似的參考編號意指相同或類似的元件。
第1圖係示例說明本發明的一固態返馳式拓撲的一實例之示意圖。
第2圖示例說明本發明的一固態返馳式拓撲的另一實例。
第3圖係示例說明本發明的一峰值電流控制切換調整器的一第一示例性具體實施例的一示意圖。
第4圖係示例說明本發明的一峰值電流控制切換調整器的一第二示例性具體實施例的一示意圖。
第5圖係示例說明本發明的一峰值電流控制切換調整器的一第三示例性具體實施例的一示意圖。
第6圖係示例說明本發明的一峰值電流控制切換調整器的一第四示例性具體實施例的一示意圖。
第7圖係示例說明顯示於第3圖中在該峰值電流控制切換調整器中的一示例性轉導控制迴路的一示意圖。
第8圖係示例說明顯示於第3圖中在該峰值電流控制切換調整器中的一轉導控制迴路之另一示例性具體實施例的一示意圖。
第9圖係示例說明顯示於第3圖中在該峰值電流控制切換調整器中的一轉導控制迴路的一進一步示例性具體實施例的一示意圖。
第10圖係示例說明顯示於第3圖中在該峰值電流控制切換調整器中的一轉導控制迴路的另一示例性具體實施例的一示意圖。
第11圖係示例說明顯示於第4圖中在該峰值電流控制切換調整器中的一示例性轉導控制迴路的一示意圖。
第12圖係示例說明顯示於第5圖中在該峰值電流控制切換調整器中的一示例性轉導控制迴路的一示意圖。
第13圖係示例說明顯示於第6圖中在該峰值電流控制切換調整器中的一示例性轉導控制迴路的一示意圖。
10．．．降壓-升壓切換調整器
A1．．．時脈振盪器
A2．．．正反器
A3-A6．．．開關
A7．．．電流感測器
A8．．．電壓比較器
A9．．．誤差放大器
A10．．．參考電壓源

Claims (35)

  1. 一種電源供應器系統，該電源供應器系統用以在一輸出節點產生一調整的輸出電壓以回應在一輸入節點的一輸入電壓，包含：一電感性裝置；複數個切換裝置，該等複數個切換裝置用以提供該電感性裝置至該輸入節點和該輸出節點和一接地節點的連接；一切換驅動電路，該切換驅動電路用以驅動該切換裝置以促使該電源供應器操作在一升壓模式以增加該輸入電壓、操作在一降壓模式以減少該輸入電壓、及操作在一固態返馳式模式以在該升壓模式和該降壓模式之間轉換，及一責任週期(duty cycle)偵測電路，該責任週期偵測電路用於根據用以控制該切換裝置的切換之一訊號的一責任週期，提供一模式控制訊號予該切換驅動電路，在該固態返馳式模式中，該切換裝置經組態以提供該電感性裝置在該電感性裝置連接在該輸入節點和該接地節點之間所處於的一輸入狀態，和該電感性裝置連接在該接地節點和該輸出節點之間所處於的一輸出狀態彼此間的切換，其中該責任週期偵測電路經組態以將該責任週期 個別與第一臨界準位、第二臨界準位、第三臨界準位、和第四臨界準位Dth1、Dth2、Dth3、和Dth4作比較，其中Dth1>Dth2>Dth3>Dth4。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包含：控制電路，該控制電路回應於用以控制該切換驅動電路的該電感性裝置中的一電流。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該控制電路經組態以根據在該電感性裝置的一峰值電流的一數值，控制在該固態返馳式模式中的該切換驅動電路。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該切換裝置包含：一第一切換裝置，該第一切換裝置用以提供該電感性裝置至該輸入節點的連接，一第二切換裝置，該第二切換裝置用以提供該電感性裝置至該接地節點的連接，一第三切換裝置，該第三切換裝置用以提供該電感性裝置至該接地節點的連接，及一第四切換裝置，該第四切換裝置用以提供該電感性裝置至該輸出節點的連接。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之系統，其中該第一切換 裝置和該第三切換裝置為電晶體裝置，及該第二切換裝置和該第四切換裝置為二極體裝置。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之系統，其中在該固態返馳式模式的該輸入狀態中，該第一切換裝置和該第三切換裝置係處於一關閉狀態，及該第二切換裝置和該第四切換裝置係處於一打開狀態。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之系統，其中在該固態返馳式模式的該輸出狀態中，該第一切換裝置和該第三切換裝置係處於一打開狀態，及該第二切換裝置和該第四切換裝置係處於一關閉狀態。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該切換驅動電路係經組態以設定該固態返馳式模式的該輸入狀態，以回應於一時脈訊號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之系統，其中該切換驅動電路經組態以根據在該電感性裝置的一峰值電流之一數值，設定該固態返馳式模式的該輸出狀態。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之系統，進一步包含：一訊號偵測電路，該訊號偵測電路用以根據在該輸入電壓和該輸出電壓之間的關係，提供一模式控制訊號予 該切換驅動電路。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之系統，其中該電壓偵測電路經組態以當該輸入電壓高於該輸出電壓一第一臨界值時，提供請求該切換驅動電路以操作在該降壓模式的一降壓模式訊號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之系統，其中該訊號偵測電路經組態以當該輸入電壓低於該輸出電壓一第二臨界值時，提供請求該切換驅動電路以操作在該升壓模式的一升壓模式訊號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之系統，其中該電壓偵測電路經組態以當在該輸入電壓和該輸出電壓之間的一差值低於一第三臨界值時，提供請求該切換驅動電路以操作在該固態返馳式模式的一固態返馳式模式訊號。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該責任週期偵測電路當該責任週期高於該第一臨界準位或低於該第四臨界準位時，提供請求該切換驅動電路操作在該固態返馳式模式的一固態返馳式模式訊號。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之系統，其中該責任週期偵測電路當該責任週期低於該第三臨界準位時，提 供請求該切換驅動電路操作在該降壓模式的一降壓模式訊號。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之系統，其中該責任週期偵測電路當該責任週期高於該第二臨界準位時，提供請求該切換驅動電路操作在該升壓模式的一升壓模式訊號。
  17. 如申請專利範圍第8項所述之系統，其中該時脈訊號的提供被抑制(disabled)，以回應於指示一輕載連接至該輸出節點的一訊號。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之系統，其中根據該輸出電壓，去能該時脈訊號的提供。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之系統，其中該時脈訊號的提供根據一誤差放大器的一輸出而被去能，該誤差放大器將該輸出電壓和一參考電壓作比較。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之系統，進一步包含：一限制器，該限制器經組態以限制在該電感性裝置中的該電流之最小峰值。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之系統，其中該切換裝 置避免從該輸出節點流過該電感性裝置至該接地節點的一電流。
  22. 一種在包含一電感性元件的一電壓調整器中回應於一輸入電壓而調整一輸出電壓的方法，包含以下步驟：若該輸入電壓高於該輸出電壓，操作該電壓調整器於一降壓模式以降低該輸入電壓；若該輸入電壓低於該輸出電壓，操作該電壓調整器於一升壓模式以增加該輸入電壓；在該降壓模式和該升壓模式之間切換期間，操作該電壓調整器於一固態返馳式模式，在該固態返馳式模式中，該電感性元件使用切換裝置在該電感性元件連接於該電壓調整器的一輸入和一共同節點之間所處於的一輸入狀態，和該電感性元件連接在該共同節點和該電壓調整器的一輸出之間所處於的一輸出狀態彼此之間切換，及根據用以控制該切換裝置的切換之一訊號的一責任週期(duty cycle)，提供一模式控制訊號，其中將該責任週期個別與第一臨界準位、第二臨界準位、第三臨界準位、和第四臨界準位Dth1、Dth2、Dth3、和Dth4作比較，其中Dth1>Dth2>Dth3>Dth4。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之方法，其中該電感性元件根據在該電感性元件的一峰值電流的一數值，在 該輸入狀態和該輸出狀態之間切換。
  24. 一種用以回應在一輸入節點的一輸入電壓而在一輸出節點產生一調整的輸出電壓之切換調整器，包含：一電感性裝置，複數個切換裝置，該等複數個切換裝置用以提供該電感性裝置至該輸入節點和該輸出節點和一共同節點的連接，及一切換驅動電路，該切換驅動電路用以驅動該切換裝置以促使該電源供應器以操作在一固態返馳式模式，其中該切換裝置經組態以提供：該電感性裝置在該電感性裝置連接於該輸入節點和該共同節點之間所處於的一輸入狀態，和該電感性裝置連接在該共同節點和該輸出節點之間所處於的一輸出狀態彼此之間的切換，及一責任週期(duty cycle)偵測電路，該責任週期偵測電路用於根據用以控制該切換裝置的切換之一訊號的一責任週期，提供一模式控制訊號予該切換驅動電路，其中該責任週期偵測電路經組態以將該責任週期個別與第一臨界準位、第二臨界準位、第三臨界準位、和第四臨界準位Dth1、Dth2、Dth3、和Dth4作比較，其中Dth1>Dth2>Dth3>Dth4。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之切換調整器，其中該電感性裝置根據在該電感性裝置的一峰值電流的一數值，在該輸入狀態和該輸出狀態之間切換。
  26. 一種電源供應器系統，該電源供應器系統回應於在一輸入節點的一輸入訊號而操作於一降壓模式和一升壓模式，以在一輸出節點產生一調整的輸出訊號，該電源供應器系統包含：一電感性裝置，一切換電路，該切換電路經組態以提供該電感性裝置的連接以支援在該降壓模式和該升壓模式的操作，該切換電路經組態以促使該系統操作在該降壓模式和該升壓模式之間的一中間模式操作，一誤差放大器，該誤差放大器用以將該輸出電壓和一參考電壓作比較以產生一誤差訊號，一比較器，該比較器回應於該誤差訊號和在該電感器中的一峰值電流以控制該輸出訊號，及一轉導控制迴路，該轉導控制迴路用以根據一操作模式控制在該峰值電流和該誤差放大器的一輸出訊號之間的一關係，及一電流感測器，該電流感測器耦合至該電感性裝置以感測在該電感性裝置中的該峰值電流，其中該轉導控制迴路包含：耦合在該電流感測器和該比較器之間的一可變增益放大器，和具有當該系統在該中間模 式和該降壓模式或升壓模式之間切換時調整的一增益。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之系統，其中該轉導控制迴路經組態以當該系統在該中間模式和該降壓模式或升壓模式之間切換時，調整在該峰值電流和該誤差放大器的該輸出訊號之間的該關係。
  28. 如申請專利範圍第26項所述之系統，其中在該中間模式中，該切換電路經組態以提供該電感性裝置在該電感性裝置連接於該輸入節點和該接地節點之間所處於的一輸入狀態，和該電感性裝置連接在該接地節點和該輸出節點之間所處於的一輸出狀態彼此之間的切換。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之系統，其中該切換電路包含：一輸入切換電路，該輸入切換電路經耦合以連接該輸入節點至該電感性元件，及經組態以提供代表在該輸入切換電路的一電流之一輸出值予該比較器，當該系統在該中間模式和該降壓模式或升壓模式之間切換時調整該輸出值。
  30. 如申請專利範圍第28項所述之系統，其中該轉導控制迴路經組態以相較於提供在該降壓模式或升壓 模式中的該峰值電感器電流訊號，減少提供給在該中間模式中的該比較器的一峰值電感器電流訊號的一數值。
  31. 一種調整一輸出電壓以回應於在一電壓調整器中的一輸入電壓的方法，該電壓調整器包含：一電感性元件和用以將該電壓訊號和一參考電壓作比較的一誤差放大器，包含以下步驟：若該輸入電壓高於該輸出電壓，操作該電壓調整器於一降壓模式以降低該輸入電壓；若該輸入電壓低於該輸出電壓，操作該電壓調整器於一升壓模式以增加該輸入電壓；在該降壓模式和該升壓模式之間切換期間，操作該電壓調整器於一中間模式，及當該電壓調整器在該中間模式和該降壓模式或升壓模式之間切換時，調整在該電感性元件中的一峰值電流和該誤差放大器的一輸出訊號間的一關係，其中該調整步驟包含以下步驟：調整一放大器的一增益，該放大器放大代表在該電感性元件中的該峰值電流的一訊號。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中在該中間模式中，該電感性元件在該電感性元件連接於該電壓調整器的一輸入和一共同節點之間所處於的 一輸入狀態，和該電感性元件連接在該共同節點和該切換調整器的一輸出之間所處於的一輸出狀態彼此之間切換。
  33. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中進行該調整步驟以當該電壓調整器自該降壓模式或升壓模式切換至該中間模式時，減少代表在該電感性元件的該峰值電流的一峰值電流訊號的一數值。
  34. 一種電源供應器系統，該電源供應器系統操作於一降壓模式和一升壓模式以回應於在一輸入節點的一輸入訊號而在一輸出節點產生一調整的輸出訊號，該電源供應器系統包含：一電感性裝置；一切換電路，該切換電路經組態以提供該電感性裝置的連接，以支援在該降壓模式和該升壓模式的操作，該切換電路經組態以促使該系統操作在該降壓模式和該升壓模式之間的一中間模式操作，一誤差放大器，該誤差放大器用以將該輸出電壓和一參考電壓作比較以產生一誤差訊號，一比較器，該比較器回應於該誤差訊號和在該電感器中的一峰值電流以控制該輸出訊號，及一轉導控制迴路，該轉導控制迴路用以根據一操作模式控制在該峰值電流和該誤差放大器的一輸出訊 號之間的一關係，其中該切換電路包含一輸入切換電路，該輸入切換電路經耦合以連接該輸入節點和該電感性裝置，及經組態以產生代表流經該輸入切換電路的一電流之一數值，及該轉導控制迴路包含：耦合在該輸入切換電路和該比較器之間的一可變增益放大器，和具有當該系統在該中間模式和該降壓模式或升壓模式之間切換時調整的一增益。
  35. 一種在一電壓調整器中回應於一輸入電壓而調整一輸出電壓的方法，該電壓調整器包含：一電感性元件和用以將該電壓訊號和一參考電壓作比較的一誤差放大器，該方法包含以下步驟：若該輸入電壓高於該輸出電壓，操作該電壓調整器於一降壓模式以降低該輸入電壓；若該輸入電壓低於該輸出電壓，操作該電壓調整器於一升壓模式以增加該輸入電壓；在該降壓模式和該升壓模式之間切換期間，操作該電壓調整器於一中間模式，及當該電壓調整器在該中間模式和該降壓模式或該升壓模式之間切換時，調整在該電感性元件中的一峰值電流和該誤差放大器的一輸出訊號間的一關係，其中該調整步驟包含以下驟：調整一放大器的一增益，該放大器放大代表在一切換電路中的一電流之 一訊號，該切換電路連接該電壓調整器的一輸入至該電感性元件。
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