开关模式电源控制拓扑的制作方法

开关模式电源控制拓扑


背景技术：

1.开关模式电源(smps)通过对通过开关节点/端子耦合到能量存储元件(诸如电感器/变压器和/或电容器)的一个或多个功率晶体管进行开关，将功率从输入功率源传递到负载，该能量存储元件能够耦合到负载。功率晶体管可以被包括在功率转换器中，该功率转换器包括或能够耦合到能量存储元件。smps可以包括smps控制器以向(一个或多个)功率晶体管提供一个或多个栅极驱动信号。


技术实现要素：

2.本说明书的某些方面提供一种电路。在一些示例中，该电路包括峰值电流检测电路和耦合到峰值电流检测电路的状态机电路。峰值电流检测电路被配置为接收误差信号、功率转换器的反馈信号以及斜坡补偿信号，并根据误差信号、功率转换器的反馈信号以及斜坡补偿信号生成峰值电流检测信号。状态机电路包括第一状态，该第一状态被配置为生成用于控制功率转换器的操作模式和操作阶段的控制信号，接收峰值电流检测信号、时钟信号和定时器信号，确定峰值电流检测信号或定时器信号中的一个有效(asserted)并且峰值电流检测信号或定时器信号中的另一个无效(de-asserted)，并且基于该确定转变到状态机的另一状态。状态机电路进一步包括状态机的另一状态。状态机的另一状态被配置为根据状态机的另一状态生成用于以不同于第一状态的方式进一步控制功率转换器的操作模式和操作阶段的控制信号。
3.本说明书的其他方面提供一种电路。在一些示例中，该电路包括功率转换器控制器。该功率转换器控制器包括峰值电流检测电路和状态机电路。峰值电流检测电路耦合到反馈电路。峰值电流检测电路被配置为接收表示功率转换器的电流的信号。峰值电流检测电路进一步被配置为将表示功率转换器的电流的信号与误差信号进行比较。峰值电流检测电路进一步被配置为当表示功率转换器的电流的信号不小于误差信号时，生成具有有效值的峰值电流检测信号。状态机电路耦合到峰值电流检测电路。状态机电路被配置为接收峰值电流检测信号、时钟信号和定时器信号。状态机电路进一步被配置为实现状态机以基于峰值电流检测信号、时钟信号和定时器信号的值生成用于控制功率转换器的操作模式和操作阶段的至少一个控制信号。
4.本说明书的其他方面提供一种系统。在一些示例中，该系统包括开关模式电源(smps)。smps包括功率转换器、smps控制器和栅极驱动器。功率转换器包括多个晶体管，该多个晶体管各自被配置为接收多个栅极控制信号中的唯一性(unique)一个。smps控制器包括反馈电路、峰值电流检测电路和状态机电路。反馈电路具有耦合到功率转换器的输入端子，以及输出端子。峰值电流检测电路具有耦合功率转换器的第一输入端子、耦合到反馈电路的输出端子的第二输入端子，以及输出端子。状态机电路具有耦合到栅极确定电路的输出端子的输入端子，以及输出端子。状态机电路被配置为接收峰值电流检测信号、时钟信号和定时器信号，并实现状态机以基于峰值电流检测信号、时钟信号和定时器信号的值生成用于控制功率转换器的操作模式和操作阶段的控制信号。栅极驱动器具有耦合到状态机电
路的输出端子的输入端子和耦合到多个晶体管中的一个的输出端子。
附图说明
5.对于各种示例的详细描述，现在将参考附图，其中：
6.图1示出各种示例中的说明性开关模式电源的方框图形；
7.图2示出各种示例中的说明性降压-升压功率转换器的示意图形；
8.图3示出各种示例中的功率转换器的降压操作模式下的说明性波形的说明性图形；
9.图4示出各种示例中的说明性降压-升压功率转换器的示意图形；
10.图5示出各种示例中的功率转换器的降压-升压操作模式下的说明性波形的说明性图形；
11.图6示出各种示例中的功率转换器的降压-升压操作模式下的说明性波形的说明性图形；
12.图7示出各种示例中的功率转换器的降压-升压操作模式下的说明性波形的说明性图形；
13.图8示出各种示例中的说明性降压-升压功率转换器的示意图形；
14.图9示出各种示例中的功率转换器的升压操作模式下的说明性波形的说明性图形；并且
15.图10示出各种示例中的用于控制功率转换器的说明性状态图形。
具体实施方式
16.在一些架构(例如降压-升压)中，开关模式电源(smps)包括或能够耦合到与负载并联的输出/大容量电容器。smps控制器对(一个或多个)功率晶体管进行开关以与(一个或多个)能量存储元件形成电路布置，以向负载和/或输出/大容量电容器供应负载电流，以保持经调节的输出电压(例如，通过对开关控制的负载电流进行滤波)。例如，功率晶体管可以通过开关节点/端子耦合到能量存储电感器。能量存储电感器由smps控制器在充电循环和放电循环之间切换，以向负载和输出/大容量电容器供应电感器电流(例如，通过能量存储电感器的电流)，以对电感器电流进行滤波以保持经调节的输出电压。在一些示例中，smps可以被配置为用作具有能量存储元件但没有输出/大容量电容器的恒流源。
17.功率晶体管可以实现为金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)或任何其他合适的固态晶体管器件(例如，诸如双极结型晶体管(bjt)。随着功率转换器的输入电压(vin)或输出电压(vout)变化，smps控制器可以控制功率转换器以在不同的操作模式下进行操作。例如，当vin大于vout时，smps控制器可以控制功率转换器以在降压操作模式下进行操作。当vin小于vout时，smps控制器可以控制功率转换器以在升压操作模式下进行操作。当vin近似等于vout时，smps控制器可以控制功率转换器以在降压-升压操作模式下进行操作。为了控制功率转换器的操作模式，smps控制器向功率转换器的一个或多个功率晶体管提供栅极控制信号。这些栅极控制信号中的每一个的值确定接收栅极控制信号的相应功率晶体管是处于导电状态(例如，导通)还是处于非导电状态(例如，关断)。为了改变功率转换器的操作模式，smps控制器修改栅极控制信号中的一个或多个的值以导通或关断功率晶体
管中的一个或多个。此外，在保持在功率转换器的操作模式的同时，smps控制器可以修改栅极控制信号中的一个或多个的值，例如，以交替地导通和关断一个或多个功率晶体管。
18.当功率转换器的开关方案发生改变时，可能在vout中出现毛刺或其他潜在的不希望的变化。开关方案是在操作模式下进行操作或在操作模式之间转变时smps控制器为栅极控制信号提供的特定时序和值。在一些实施方式中，当开关方案发生改变时，vout可能经历值的突然下降和/或值的突然尖峰。例如，当在降压操作模式到降压-升压操作模式之间或在降压-升压操作模式和升压操作模式之间改变时，可能在vout中出现毛刺或其他潜在的不希望的变化。在某些电路架构中，这种毛刺可能是不希望的，例如，使得其导致发生意外或不希望的动作。例如，在某些电路中，vout中的突然下降或尖峰可能导致电路重置和功率循环作为保护措施。因此，一些客户可能会重视vout在操作模式的转变点处具有基本上平滑轮廓以使vout发生最小变化的重要性。本说明书的一些示例可以提供约 /-1％的vout变化。本说明书的其他示例可以提供更小的变化，例如约 /-0.75％的vout、 /-0.5％的vout、 /-0.25％的vout或更小。
19.本说明书的一些方面涉及适合于控制功率转换器的控制器，诸如在smps中。在至少一个示例中，控制器包括适合于实现操作模式之间的转变的元件，该转变不干扰转变点处的vout的平滑轮廓。这种转变随后在本文中被称为平滑转变。为了实现平滑转变，控制器实现状态机，该状态机控制栅极控制信号的值和时序。在一些实施方式中，状态机监测与功率转换器相关联的峰值电流值(ipeak)、定时器值或信号(t1)以及时钟信号的值(clk)。基于这些监测变量中的一个或多个在给定时间点的值，状态机输出一个或多个控制信号以控制栅极控制信号的生成。例如，基于参考t1或clk中的至少一个何时达到ipeak，状态机控制栅极控制信号的生成以使功率转换器保持在操作模式或在操作模式之间转变。在一些示例中，状态机基于本说明书的教导对栅极控制信号的生成防止在操作模式之间转变时功率转换器的占空比的极端偏移(shift)。通过防止这些极端偏移，也避免在操作模式之间转变时ipeak中的极端偏移，并在转变点处实现vout的平滑轮廓。
20.现在转到图1，示出说明性smps 100的方框图形。在至少一个示例中，smps100包括控制器105和功率转换器110。smps 100至少通过功率转换器110将由功率源112提供的功率从节点185切换到负载113。功率转换器110例如是能够根据降压操作模式、升压操作模式和降压-升压操作模式进行操作的降压-升压功率转换器。在至少一个示例中，控制器105包括或被配置为耦合到反馈电路115、峰值电流检测电路120、斜坡补偿电路125、电路130、振荡器132和栅极驱动器135。smps 100的至少一个示例包括在同一半导体管芯上和/或同一部件封装件中的控制器105和功率转换器110的一些方面，而在其他示例中，控制器105和功率转换器110可以分开制造并被配置为耦合在一起。例如，控制器105的一些方面可以分开制造并且耦合在一起。因此，虽然图示为包括栅极驱动器135，但在至少一个示例中，控制器105不包括栅极驱动器135，而是被配置为耦合到栅极驱动器135。在一些示例中，电路130是能够执行处理以基于一个或多个输入信号生成一个或多个输出信号的任何部件或的部件的组合。在一些实施方式中，电路130是状态机电路。在一些示例中，电路130是被配置为实现状态机的模拟电路。在其他示例中，电路130是被配置为实现状态机的数字电路。在又一示例中，电路130是被配置为实现状态机的混合模拟和数字电路。基于电路130的一个或多个输入信号的值，状态机生成用于例如经由栅极驱动器135来控制功率转换器110的一个或
多个控制信号。在至少一个示例中，栅极驱动器135包括多个反相器(inverter)，其中每个反相器唯一性地耦合在电路130的一个输出端子和功率转换器110的晶体管的栅极端子之间。
21.在至少一个示例中，反馈电路115包括耦合在节点165和节点170之间的电阻器140以及耦合在节点170和接地节点175之间的电阻器145。反馈电路115进一步包括放大器150，放大器150具有耦合到节点180并被配置为在节点180处接收参考电压(vref)的第一输入端子(例如，非反相输入端子)。放大器150进一步具有耦合到节点170的第二输入端子(例如，反相输入端子)，以及耦合到节点182的输出端子。反馈信号(vfb)存在于节点170处并且是vout的缩放表示。电阻器155耦合在节点182和电容器160的顶板之间，并且电容器160的底板耦合到接地节点175。
22.峰值电流检测电路120具有耦合到功率转换器110(例如，耦合到功率转换器110的高侧功率晶体管(未示出))的第一输入端子和耦合到节点182的第二输入端子。峰值电流检测电路120进一步具有耦合到斜坡补偿电路125的输出端子的第三输入端子和耦合到电路130的第一输入端子的输出端子。在至少一个实施方式中，电路130从峰值电流检测电路120接收ipeak。电路130进一步具有耦合到振荡器132的第二输入端子、耦合到振荡器132的第三输入端子和耦合到振荡器132的第四输入端子。在至少一个实施方式中，电路130从振荡器132接收clk和t1。在至少一个示例中，电路130具有至少等于功率转换器110的功率晶体管的数量的输出端子的数量，其中这些输出端子中的每一个都耦合到栅极驱动器135的相应和对应的输入端子。栅极驱动器135继而具有至少等于功率转换器110的功率晶体管(未示出)的数量的输出端子的数量，其中栅极驱动器135的每个输出端子唯一性地耦合到功率转换器110的功率晶体管中的一个的栅极端子。
23.在至少一个示例中，smps 100被配置为从功率源112接收vtn并在节点165处提供vout以用于供应负载113。vout至少部分地基于vin和smps 100在节点180处接收到的vref。vref可以从任何合适的设备(未示出)接收，诸如处理器、微控制器或对smps 100施加控制以控制vout的值的任何其他设备。在至少一个示例中，vref具有表示vfb的期望(例如，用户期望、目标、预配置、编程等)值的值。因此，在一些实施方式中，控制器105从功率转换器110接收一个或多个信号。例如，控制器105可以从功率转换器110接收vout和/或接收表示功率转换器110的电感器电流(il)的值。在各种示例中，表示il的值可以是直接从功率转换器110的电感器(未示出)(或电感器也耦合到的功率转换器110的另一部件的端子)测量的值或从功率转换器110的感测元件(未示出)感测的值。感测元件例如是感测电阻器、晶体管或能够测量功率转换器110的il并将表示il的值提供给控制器105的任何其他部件或部件的组合。在至少一个示例中，表示il的值被提供给峰值电流检测电路120并且vout被提供给反馈电路115。
24.在至少一个示例中，反馈电路115被配置为接收vref和vout并生成指示vref自vfb的变化的误差信号。在一些示例中，vfb是由电阻器140和电阻器145形成的分压器的输出，其中分压器的输入是vout。在一些示例中，放大器150是跨导放大器，其中放大器150输出的电流值是误差信号(error)，其指示vref自vfb的变化。error随后由电阻器155和电容器160滤波，然后被峰值电流检测电路120接收。
25.峰值电流检测电路120接收表示il的信号和误差信号，并将表示il的信号与误差
信号进行比较。当表示il的信号的值上升以达到误差信号时(例如，在峰值电流系统中)，峰值电流检测电路120输出指示已经进行峰值检测的有效信号。在至少一个示例中，该有效信号是具有有效值(诸如具有逻辑高值)的ipeak。在诸如谷值电流系统的其他示例中，当表示il的信号的值下降以达到误差信号时，峰值电流检测电路120输出指示已经进行谷值检测的有效信号。在一些示例中，峰值电流检测电路120基于当ipeak有效时生成的控制信号将ipeak重置无效值。例如，当ipeak变为有效时，功率转换器110的高侧晶体管的栅极控制信号无效并且功率转换器110的低侧晶体管的栅极控制信号有效。在各种示例中，ipeak可以由峰值检测电路120基于这些栅极控制信号中的任一个的上升沿或下降沿来重置。
26.在一些示例中，在将表示il的信号与误差信号进行比较之前，峰值电流检测电路120执行斜坡补偿。例如，峰值电流检测电路120从斜坡补偿电路125接收斜坡补偿信号。在至少一个示例中，斜坡补偿电路125通过用与vin或vout中的至少一个成比例的电流对电容器(未示出)充电来生成斜坡补偿信号，其中电容器的顶板处的电压是斜坡补偿信号。在比较之前，峰值电流检测电路120将斜坡补偿信号加到表示il的信号或从误差信号中减去斜坡补偿信号。因此，在一些示例中，峰值电流检测电路120包括加法器(未示出)，该加法器被配置为将斜坡补偿信号加到表示il的信号或从误差信号中减去斜坡补偿信号。在一些示例中，峰值电流检测电路120进一步包括比较器(未示出)，该比较器被配置为将加法器的输出与表示il的信号或误差信号中的一个进行比较。例如，当加法器将斜坡补偿信号加到表示il的信号时，比较器将加法器的输出与误差信号进行比较以生成ipeak。当加法器从误差信号中减去斜坡补偿信号时，比较器将表示il的信号与加法器的输出进行比较以生成ipeak。斜坡补偿信号由斜坡补偿电路125至少部分地基于il和/或vout，根据任何合适的方案、处理或架构来生成，其范围在本文中不受限制。在一些示例中，当smps 100以恒定频率和大于约50％的占空比操作时，斜坡补偿信号在smps 100中提供稳定性。峰值电流检测电路120随后将ipeak输出到电路130。
27.电路130接收ipeak、clk和t1，并且基于ipeak、clk和t1的值相对于电路130的状态，生成用于控制栅极驱动器135的一个或多个信号。例如，t1具有的值是clk的周期的百分比，使得在clk中的上升沿之后，在clk中的另一个上升沿出现之前达到t1。在一些示例中，t1在clk的每个上升沿处重置。当功率转换器110在降压操作模式下进行操作时，当在达到t1之前ipeak有效时，电路130向栅极驱动器135输出控制信号，以使功率转换器110保持在降压操作模式。当在降压操作模式下进行操作并且在达到t1之后ipeak有效时，电路130向栅极驱动器135输出控制信号以使功率转换器110转变到降压-升压操作模式。当功率转换器110在降压-升压操作模式下进行操作时，当在clk中的上升沿之前ipeak有效时，电路130向栅极驱动器135输出控制信号，以使功率转换器110保持在降压-升压操作模式。当在升压-降压操作模式下进行操作并且在clk中的上升沿之后达到ipeak时，电路130向栅极驱动器135输出控制信号以使功率转换器110转变到升压操作模式。
28.当功率转换器110在升压操作模式下进行操作时，当在达到t1之后ipeak有效时，电路130向栅极驱动器135输出控制信号，以使功率转换器110保持在升压操作模式。当在升压操作模式下进行操作并且在达到t1之前ipeak有效时，电路130向栅极驱动器135输出控制信号以使功率转换器110转变到降压-升压操作模式。当功率转换器110在降压-升压操作模式下进行操作时，当在tl中的上升沿之后且在clk中的上升沿之前ipeak有效时，电路130
向栅极驱动器135输出控制信号以使功率转换器110保持在降压-升压操作模式。当在降压-升压操作模式下进行操作并且在t1的上升沿之前ipeak有效时，电路130向栅极驱动器135输出控制信号以使功率转换器110转变到降压操作模式。
29.在一些示例中，振荡器132是能够生成和/或输出具有恒定频率的clk并生成t1的任何一个或多个电路。在至少一个示例中，t1由电阻器-电容器(rc)定时器电路生成，该电路在clk的每个上升沿被清零或重置。
30.如上所描述的，基于从电路130接收到的控制信号，栅极驱动器135生成用于控制功率转换器110的功率晶体管的栅极控制信号。例如，栅极驱动器135生成栅极控制信号，该栅极控制信号使功率转换器的功率晶体管交替地和选择性地导通和关断，以激励和去激励诸如电感器和/或电容器的元件。这种激励和去激励提供了本文所描述的降压、升压和/或降压-升压功能。栅极驱动器135根据任何合适的架构来实现，其范围在本文中不受限制。
31.现在转到图2，示出说明性降压-升压功率转换器200的示意图形。在至少一个示例中，如上所描述的，降压-升压功率转换器200适于实现为图1的smps 100的功率转换器110。因此，在描述图2时参考图1的一些部件或信号。图2图示在降压操作模式期间的降压-升压功率转换器200，在一些示例中该降压操作模式包括降压激励阶段和降压去激励阶段。
32.在一个示例中，降压-升压功率转换器200包括多个金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)205、210、215和220，以及至少一个能量存储设备(在该示例中被图示为电感器225)。在另一示例中，升压-降压功率转换器200进一步包括第二电感器(未示出)和/或飞电容器(未示出)。在一个示例中，mosfet 205和220被实现为p型mosfet(pmos)，并且mosfet 210和215被实现为n型mosfet(nmos)。在至少一个示例中，降压-升压功率转换器200进一步包括适于感测电感器225的il并生成表示il的信号的感测元件230。感测元件230例如是mosfet、电阻器，或能够感测、测量或检测il或具有感测、测量或检测il的手段的任何其他合适的电路。在至少一个示例中，感测元件230由mosfet 205、210、215或220中的一个实现，使得感测元件230不是降压-升压功率转换器200的独立附加部件。
33.在一个示例架构中，mosfet 205的源极端子耦合到节点185并被配置为接收vin，mosfet 205的漏极端子耦合到节点235，并且mosfet 205的栅极端子耦合到控制器。控制器例如是栅极驱动器135。mosfet 210的漏极端子耦合到节点235，mosfet 210的源极端子耦合到接地节点175，并且mosfet 210的栅极端子耦合到控制器。电感器225的第一端子耦合到节点235并且电感器225的第二端子耦合到节点245。在至少一个示例中，感测元件230串联耦合在节点235和电感器225的第一端子之间。mosfet 215的漏极端子耦合到节点245，mosfet 215的源极端子耦合到接地节点175，并且mosfet 215的栅极端子耦合到控制器。mosfet 220的源极端子耦合到节点245，mosfet 220的漏极端子耦合到存在vout的节点165，并且mosfet 220的栅极端子耦合到控制器。在至少一个示例中，电感器225被实现为外部部件，使得降压-升压功率转换器200不包括电感器225而是被配置为在节点235和节点245之间耦合到电感器225。在至少一个示例中，降压-升压功率转换器200被配置为在mosfet 220的漏极端子和接地节点175之间耦合到电容器250(例如，诸如滤波电容器)。
34.在一个示例中，mosfet 205、210、215和/或220基于在它们的相应栅极端子处接收到的信号被控制为导通(例如，在它们的相应漏极端子和源极端子之间传导电流)和/或关断(例如，停止在它们的相应漏极端子和源极端子之间传导电流)。例如，基于从控制器接收
到的栅极控制信号(例如，如在电路130的控制下由栅极驱动器135输出的)，mosfet 205、210、215和/或220中的一个或多个被控制为导通或关断。mosfet 205、210、215和/或220可以基于存在于它们的相应栅极端子和/或源极端子中的一个或多个处的值或值之间的关系来导通(或关断)。
35.如图2进一步所示，在至少一个示例中，降压-升压功率转换器200被配置为在包括降压激励阶段和降压去激励阶段的降压操作模式下进行操作。降压激励阶段和降压去激励阶段在图2中被图示为在一端以箭头终止的虚线，该箭头指示在降压操作模式的该相应阶段期间降压-升压功率转换器200中的电流流动的方向。
36.在降压激励阶段，在clk的每个上升沿处，mosfet 205和220被控制器控制为导通，并且mosfet 210和215被控制器控制为关断。在该配置中，电流从节点185流到电感器225以对电感器充电，直到表示il的信号的值达到误差信号的值并且ipeak有效。当ipeak有效时，降压-升压功率转换器200进入降压去激励阶段。在降压去激励阶段中，mosfet 210和220被控制器控制为导通，并且mosfet 205和215由控制器控制为关断。在该配置中，电流从电感器放电，直到接收到clk的另一个上升沿并且降压-升压功率转换器200返回到降压激励阶段。
37.现在转到图3，示出功率转换器的降压操作模式下的说明性波形的图形300。在一些示例中，图形300图示了图1的smps 100和/或图2的降压-升压功率转换器200中存在的一些信号。例如，图形300图示了在降压操作模式下进行操作时的图1的smps 100和/或图2的降压-升压功率转换器200中存在的信号。因此，在描述图3时参考图1和/或图2的一些部件或信号。此外，图形300中图示的信号以理想情况图示，为了清楚起见省略了噪声和/或信号纹波的表示。
38.图形300图示降压-升压功率转换器200的两个操作循环，从降压激励阶段开始。当降压激励阶段开始时，il的值开始增加。在clk的每个上升沿处，新的降压激励阶段开始。当il(或表示il的信号)的值增加达到error的值时，ipeak有效。当ipeak有效时，降压去激励阶段开始，并且il的值减小，直到出现clk的下一个上升沿。如图3进一步所示，在降压操作模式下进行操作并被控制为保持在降压操作模式时，ipeak在t1有效(例如，t1定时器到期)之前有效。在一些示例中，t1在对应于降压-升压功率转换器200的操作周期的近似90％的时间处变为有效。虽然vin在图形300中示出为具有大于vout的基本上稳定和恒定的值，但在一些示例中，随着vin的值减小，降压-升压功率转换器200的占空比(例如，降压激励阶段的持续时间)增加。当占空比增加到足以导致ipeak不在t1有效之前有效时，降压-升压功率转换器200被控制以转变到降压-升压操作模式。
39.现在转到图4，示出说明性降压-升压功率转换器200的另一示意图形。图4图示在降压-升压操作模式期间的降压-升压功率转换器200。图4还图示向或从降压-升压操作模式下操作转变期间的降压-升压功率转换器200。为了保持在如上关于图2和图3所描述的降压操作模式，ipeak在t1有效之前有效。然而，当ipeak在t1有效之后有效时，控制器控制功率转换器110转变到降压-升压操作模式。降压-升压操作模式(包括往返转变)包括降压激励阶段、降压去激励阶段和升压激励阶段。降压激励阶段、降压去激励阶段和升压激励阶段在图4中图示为在一端以箭头终止的虚线，该箭头指示在降压-升压操作模式的该相应阶段期间降压-升压功率转换器200中的电流流动的方向。
40.在降压激励阶段期间，在clk的每个上升沿处，mosfet 205和220被控制器控制为导通，而mosfet 210和215被控制器控制为关断。在该配置中，电流从节点185流到电感器225以对电感器充电，直到表示il的信号值达到误差信号的值并且ipeak有效。然而，当ipeak不在t1有效之前有效时，在t1处，mosfet 205和215被控制器控制为导通，并且mosfet 210和220被控制器控制为关断。在该配置中，电流继续从节点185流到电感器225以继续对电感器充电，直到表示il的信号的值达到误差信号的值并且ipeak有效。当ipeak有效时，降压-升压功率转换器200进入降压去激励阶段。在降压去激励阶段中，mosfet 210和220被控制器控制为导通，并且mosfet 205和215被控制器控制为关断。在该配置中，电流从电感器中放电，直到接收到clk的另一个上升沿。
41.现在转到图5，示出功率转换器的降压-升压操作模式下的说明性波形的图形500。在一些示例中，图形500图示存在于图1的smps 100和/或图4的降压-升压功率转换器200中的一些信号。例如，图形500图示在从降压操作模式转变到降压-升压操作模式时的图1的smps 100和/或图4的降压-升压功率转换器200中存在的信号。因此，在描述图5时参考图1和/或图4的一些部件或信号。此外，图形500中图示的信号以理想情况图示，为了清楚起见省略了噪声和/或信号纹波的表示。
42.图形500图示当从降压操作模式转变到降压-升压操作模式时降压-升压功率转换器200的三个操作循环。当降压激励阶段开始时，il的值开始增加。在clk的每个上升沿处，新的降压激励阶段开始。当t1有效且ipeak无效时，升压激励阶段开始，并且il的值更快速地增加。当il(或表示il的信号)的值增加达到error的值时，ipeak有效。当ipeak有效时，降压去激励阶段开始，并且il的值减小，直到出现clk的下一个上升沿。如图5进一步所示，在降压-升压操作模式下进行操作并被控制为保持在降压-升压操作模式时，ipeak在t1有效(例如，t1定时器到期)之前有效。在一些示例中，t1在对应于在第一升压激励阶段发生之前的降压-升压功率转换器200的操作周期的近似90％的时间处变为有效。在第一升压激励阶段发生之后，在一些示例中，t1在对应于降压-升压功率转换器200的操作周期的近似85％的时间处变为有效。t1有效时间的修改在降压-升压功率转换器200中提供迟滞，以防止在操作模式之间来回快速或重复顺序翻转。如图形500进一步所示，当从降压操作模式转变到降压-升压操作模式时，vin的值基本上线性减小并且vout的值基本上保持恒定。
43.现在转到图6，示出功率转换器的降压-升压操作模式下的说明性波形的图形600。在一些示例中，图形600图示了图1的smps 100中和/或图4的降压-升压功率转换器200中存在的一些信号。例如，图形600图示在降压-升压模式下进行操作时的图1的smps 100和/或图4的降压-升压功率转换器200中存在的信号。因此，在描述图6时参考图1和/或图4的一些部件或信号。此外，图形600中图示的信号以理想情况图示，为了清楚起见省略了噪声和/或信号纹波的表示。
44.图形600图示在降压-升压操作模式下进行操作时降压-升压功率转换器200的两个操作循环。在降压-升压操作模式下进行操作时，降压激励阶段在clk的上升沿处开始。然而，由于vin的值已下降到近似等于vout，如图形600中所示，因此在降压激励阶段期间，il中发生极小的变化。当t1有效且ipeak无效时，升压激励阶段开始，并且il的值更快速地增加。当il(或表示il的信号)的值增加达到error的值时，ipeak有效。当ipeak有效时，降压去激励阶段开始，并且il的值减小，直到出现clk的下一个上升沿。当t1有效且ipeak无效时，
升压激励阶段开始，并且il的值更快速地增加。当il(或表示il的信号)的值增加达到误差信号的值时，ipeak有效。当ipeak有效时，降压去激励阶段开始，并且il的值减小，直到出现clk的下一个上升沿。如图6进一步所示，在降压-升压操作模式下进行操作并被控制为保持在降压-升压操作模式时，ipeak在t1有效(例如，t1定时器到期)之前有效。在一些示例中，在降压-升压操作模式下进行操作时，t1在对应于降压-升压功率转换器200的操作周期的近似85％的时间处变为有效。
45.现在转到图7，示出功率转换器的降压-升压操作模式下的说明性波形的图形700。在一些示例中，图形700图示了图1的smps 100和/或图4的降压-升压功率转换器200中存在的一些信号。例如，图形500图示从降压-升压操作模式转变到升压操作模式时的图1的smps 100和/或图4的降压-升压功率转换器200中存在的信号。因此，在描述图7时参考图1和/或图4的一些部件或信号。此外，图形700中图示的信号以理想情况图示，为了清楚起见省略了噪声和/或信号纹波的表示。
46.图形700图示当从降压-升压操作模式转变到升压操作模式时降压-升压功率转换器200的三个操作循环。当t1有效且ipeak无效时，升压去激励阶段结束，并且升压激励阶段开始。升压激励阶段持续直到il的值增加达到error的值并且ipeak有效。当ipeak有效时，升压激励阶段结束，并且降压去激励阶段开始。在clk的上升沿处，降压去激励阶段结束，并且升压去激励阶段开始，持续直到t1再次有效。随着vtn的值相对于vout减小，如图形700所示，对于降压-升压功率转换器200的每个操作循环，ipeak的有效的时间相对于clk漂移。当ipeak的有效的时间漂移足以使ipeak不在clk中出现上升沿之前有效的量时，升压激励阶段持续，直到ipeak有效。随后，降压-升压功率转换器200被控制以在升压操作模式下进行操作。此外，当在升压操作模式下进行操作时，t1再次在对应于降压-升压功率转换器200的操作周期的近似90％的时间处变为有效。t1有效时间的修改在降压-升压功率转换器200中提供迟滞，以防止在操作模式之间来回快速或重复顺序翻转。
47.现在转到图8，示出说明性降压-升压功率转换器200的另一示意图形。图8图示在升压操作模式期间的降压-升压功率转换器200。为了保持在如上文关于图4至图7所描述的降压-升压操作模式下进行操作，ipeak在clk中的上升沿之前有效。然而，当ipeak在clk中的上升沿之后有效时，控制器控制功率转换器110从降压-升压操作模式转变到升压操作模式。升压操作模式包括升压激励阶段和升压去激励阶段。升压激励阶段和升压去激励阶段在图8中图示为一端以箭头终止的虚线，该箭头指示在升压操作模式的该相应阶段期间降压-升压功率转换器200中的电流流动的方向。
48.在升压激励阶段期间，在时间t1有效的每个上升沿处，mosfet 205和215被控制器控制为导通，并且mosfet 210和220被控制器控制为关断。在该配置中，电流从节点185流到电感器225以对电感器充电，直到表示il的信号的值达到误差信号的值并且ipeak有效。当ipeak有效时，mosfet 205和220被控制器控制为导通，并且mosfet 210和215被控制器控制为关断。在该配置中，电流从电感器放电，直到时间t1有效的另一个上升沿。
49.现在转到图9，示出功率转换器的升压操作模式下的说明性波形的图形900。在一些示例中，图形900图示了图1的smps 100和/或图8的降压-升压功率转换器200中存在的一些信号。例如，图形900图示当在升压操作模式下进行操作时的图1的smps 100和/或图8的降压-升压功率转换器200中存在的信号。因此，在描述图9时参考图1和/或图8的一些部件
或信号。此外，图形900中图示的信号以理想情况图示，为了清楚起见省略了噪声和/或信号纹波的表示。
50.图形900图示降压-升压功率转换器200的两个操作循环，从升压激励阶段开始。当升压激励阶段开始并且t1有效时，il的值开始增加。当il(或表示il的信号)的值增加达到error的值时，ipeak有效。当ipeak有效时，升压去激励阶段开始并且il的值减小，直到t1再次有效。虽然vin在图形900中示出为具有小于vout的基本上稳定和恒定的值，但在一些示例中，随着vin的值的增加，降压-升压功率转换器200的占空比(例如，升压激励阶段的持续时间)减少。
51.现在转到图10，示出用于控制功率转换器的状态机1000的说明性状态图形。在一些示例中，状态机1000图示图1的smps 100的控制器105的操作(并且因此在一些示例中由其实现)。在一些示例中，状态机1000指示用于控制功率转换器(诸如smps 100的功率转换器110)以在给定时间在降压操作模式、升压操作模式或降压-升压操作模式下进行操作的规则和/或条件。在一些示例中，如上所描述的，状态机1000由电路130实现。在一些实施方式中，电路130包括一个或多个模拟和/或数字部件以实现状态机。此外，状态机1000可以至少部分地根据硬件或软件来实现。例如，状态机1000的一些实施方式由能够并且被配置为执行逻辑操作的一个或多个部件实现。逻辑操作接受clk、t1或ipeak中的任何一个或多个作为输入。基于那些逻辑操作的结果，一个或多个控制信号(诸如上面关于电路130所描述的)由执行逻辑操作的部件生成和输出。控制信号控制部件(诸如图1的栅极驱动器135)以控制功率转换器以状态机1000正在操作的状态所指定的操作模式和/或阶段进行操作。
52.在状态1，功率转换器被控制在降压激励阶段或升压去激励阶段(在图10中图示为bod)中进行操作。当功率转换器在降压激励阶段(在图10中图示为bue)中根据状态1进行操作时，功率转换器被控制以保持在降压激励阶段直到t1无效并且ipeak有效。当在降压激励阶段中进行操作并且控制器确定t1无效并且ipeak有效时，状态机1000转变到状态5。当功率转换器在升压去激励阶段中根据状态1进行操作时，功率转换器被控制以保持在升压去激励阶段，直到t1有效并且ipeak无效。当在升压去激励阶段中进行操作并且控制器确定t1有效并且ipeak无效时，状态机1000转变到状态2。此外，当在状态1中进行操作时，mosfet 205和mosfet 220被控制为导通并且mosfet 210和mosfet 215被控制为关断。
53.在状态2，功率转换器被控制在升压激励阶段(在图10中图示为boe)中进行操作。在状态2中进行操作时，在至少一个示例中，t1被设置为功率转换器的操作周期的85％。当功率转换器根据状态2进行操作时，功率转换器被控制以保持在升压激励阶段，直到出现clk中的上升沿或ipeak有效。当功率转换器根据状态2进行操作并且出现clk中的上升沿时，状态机1000转变到状态3。当功率转换器根据状态2进行操作并且ipeak有效时，状态机1000转变到状态6。此外，当在状态2中进行操作时，mosfet 205和mosfet 215被控制为导通并且mosfet 210和mosfet 220被控制为关断。
54.在状态3，功率转换器被控制以持续在升压激励阶段中进行操作。在状态3中进行操作时，在至少一个示例中，t1被设置为功率转换器的操作周期的90％。当功率转换器根据状态3进行操作并且ipeak变为有效时，状态机1000转变到状态4。此外，当在状态3中进行操作时，mosfet 205和mosfet 215被控制为导通并且mosfet 210和mosfet 220被控制为关断。
55.在状态4，功率转换器被控制以在升压去激励阶段中进行操作。当功率转换器根据状态4进行操作时，功率转换器被控制以保持在升压去激励阶段，直到ipeak变为无效。当功率转换器根据状态4进行操作并且ipeak变为无效时，状态机1000被重置并转变到状态1。此外，当在状态4中进行操作时，mosfet205和mosfet 220被控制为导通并且mosfet 210和mosfet 215被控制为关断。
56.在状态5，功率转换器被控制以在降压去激励阶段(在图10中示出为bud)中进行操作。当功率转换器根据状态5进行操作时，t1被设置为功率转换器的操作周期的90％，并且然后状态机转变到状态6。
57.在状态6，功率转换器被控制以持续在降压去激励阶段中进行操作。当功率转换器根据状态6进行操作时，功率转换器被控制以保持在降压去激励阶段，直到出现clk中的上升沿。当功率转换器根据状态6进行操作并且在clk中出现上升沿时，状态机1000转变到状态7。此外，当在状态6中进行操作时，mosfet 205和mosfet 220被控制为导通并且mosfet 210和mosfet 215被控制为关断。
58.在状态7，功率转换器被控制以在降压激励阶段中进行操作。当功率转换器根据状态7进行操作时，功率转换器被控制以保持在降压激励阶段，直到clk无效、t1无效并且ipeak无效。当功率转换器根据状态7进行操作，clk无效，t1无效，并且ipeak无效时，状态机1000被重置并转变到状态1。此外，当在状态7进行操作时，mosfet 205和mosfet 220被控制为导通并且mosfet 210和mosfet 215被控制为关断。
59.在前述描述中，术语“包含”和“包括”以开放式方式使用，并且因此意味着“包括但不限于
……”
。在整个说明书中使用术语“耦合”。该术语可以涵盖实现与本说明书的描述一致的功能关系的连接、通信或信号路径。例如，如果设备a生成信号以控制设备b执行动作，则在第一示例中，设备a耦合到设备b，或者在第二示例中，如果介入部件c基本上不改变设备a和设备b之间的功能关系，则设备a通过介入部件c耦合到设备b，使得设备b由设备a经由设备a生成的控制信号控制。“被配置为”执行任务或功能的设备可以在制造时由制造商配置(例如，编程和/或硬连线)以执行该功能和/或可以在制造之后由用户可配置(或可重新配置)以执行该功能和/或其他附加或替代功能。配置可以通过设备的固件和/或软件编程，通过硬件部件的构造和/或布局以及设备的互连，或其组合。此外，被称为包括某些部件的电路或设备可以替代地被配置为耦合到那些部件以形成所描述的电路或设备。例如，描述为包括一个或多个半导体元件(诸如晶体管)、一个或多个无源元件(诸如电阻器、电容器和/或电感器)和/或一个或多个源(诸如电压源和/或电流源)的结构可以替代地在单个物理设备(例如，半导体管芯和/或集成电路(ic)封装)内仅包括半导体元件，并且可以被配置为耦合到无源元件和/或源中的一些以在制造时或制造后(例如由最终用户和/或第三方)形成所描述的结构。
60.虽然本文将某些部件描述为特定工艺技术(例如，fet、mosfet、n型、p型等)，但这些部件可以更换为其他工艺技术的部件(例如，将fet和/或mosfet替换为双极结型晶体管(bjt)，将n型替换为p型，反之亦然，等等)并重新配置包括替换部件的电路，以提供至少部分类似于部件替换之前可用功能的期望功能。除非另有说明，否则图示为电阻器的部件通常表示串联和/或并联耦合以提供由图示的电阻器表示的阻抗量的任何一个或多个元件。此外，在上述描述中对短语“接地电压电位”的使用包括机箱接地、大地接地、浮置接地、虚
拟接地、数字接地、公共接地和/或可适用或适合于本说明书的教导的任何其他形式的接地连接。除非另有说明，否则值之前的“约”、“近似”或“基本上”是指所述值的 /-10％。
61.以上描述是说明本说明书的原理和各种示例。本说明书范围内的许多变化和修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。本说明书包括所有这些变化和修改。