用于在脉冲宽度调制模式或者脉冲跳过模式下操作的切换转换器的制造方法
用于在脉冲宽度调制模式或者脉冲跳过模式下操作的切换转换器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及DC至DC切换功率转换器，并且更具体地涉及减小电子设备功耗的切 换功率转换器。
【背景技术】
[0002] 当技术已经发展时，诸如蜂窝电话和平板电脑之类的手持电池供电的电子设备的 功能、处理能力和屏蔽分辨率已经增加。当客户现在比过去对于使用送些装置花费更多时 间周期时，已经出现了对于送些装置具有长电池寿命的市场需求。然而与此同时，为了方便 便携性W及增强送些装置的审美，已经出现了对于装置在给定屏幕尺寸下尽可能小的市场 需求。送些市场需求可W相互不一致，作为增长电池寿命的简单方式是增大装置中电池的 尺寸，然而送种电池尺寸增长可W导致装置自身尺寸增大。
[0003] 增长装置的电池寿命而可W不导致装置尺寸增大的一种方式可W是减小装置的 功耗。最后，送些装置可W在其中装置主动的执行功能的主动模式、与其中装置被动执行功 能或者甚至不执行功能的备用模式之间切换。因为送些装置可W在备用模式下比在主动模 式下花费更多时间，在备用模式下功耗的减小可W导致电池寿命的大大增长。
[0004] 送些电子设备可W采用电源W对它们电路供电。电源可W将电池的输出转换为一 致并且可用的电能，并且在一些情形下切换功率转换器可W用作电源。送种切换电能转换 器可W采用脉冲宽度调制（PWM)技术W控制输送至在主动模式下电路的电能。当PWM对 于控制向在主动模式下电路输送的电能是有效的时，可W需要不同的调制技术W用于控制 向被动模式下电路输送的电能。例如，可W需要脉冲频率调制（PFM)模式或脉冲跳过调制 (PSM)模式W用于控制向被动模式下电路输送的电能，因为送些模式可W能够有效的操作 处于被动模式下电路而输送比由PWM技术应该输送的更少的电能，由此减小了功耗。
[0005] 对于在PWM和PFM/PSM模式之间切换转换器的转变阔值的微调控制可W有助于进 一步减小功耗，并且因此增长装置的电池寿命。最后，需要研发能微调控制该转变阔值的电 路。
【发明内容】
[0006] 提供该
【发明内容】
W引入对在W下详细说明书中进一步详述的概念的选择。本发明 内容并非旨在标识所请求保护的主题的关键或基本特征，也并非旨在用于辅助限定所请求 保护的主题的范围。
[0007] 电子设备可W包括切换转换器，切换转换器被配置成将输入电压转换为输出电 压，并且可W基于控制信号而选择性操作在脉冲跳过模式下。切换转换器可W包括比较器， 具有配置成接收误差信号的第一输入，配置成接收跳过模式参考信号的第二输入，W及配 置成产生控制信号的输出。此外，可W配置参考发生器W根据输出电压与输入电压之间差 值产生跳过模式参考信号。
[0008] 切换转换器可W包括误差放大器，具有配置成接收从输出电压得到的反馈信号的 第一输入，配置成接收误差参考信号的第二输入，W及配置成产生误差信号的输出。
[0009] 参考发生器可W包括配置成根据输入电压产生第一电流的第一电流发生器，W及 配置成根据输出电压产生第二电流的第二电流发生器。参考发生器也可W包括配置成根据 第一和第二电流之间的差值产生差值电流的差值电路，W及配置成将差值电流转换为跳过 模式参考信号的转换电路。
[0010] 转换电路可W包括配置成输出转换电压的晶体管的配对，W及第一放大器，第一 放大器具有配置成接收转换电压的第一输入、配置成接收误差参考信号的第二输入、W及 配置成根据转换电压与误差参考信号之间的差值产生差值电压的输出。
[0011] 晶体管的配对可W包括第一晶体管W及包括第二晶体管，第一晶体管具有配置成 禪合至差值电流的第一导电端子、和第二导电端子，第二晶体管具有配置成禪合至第一晶 体管的第二导电端子的第一导电端子、W及配置成作为反馈禪合至第一放大器的输出的第 二导电端子。第一晶体管的第二导电端子与第二晶体管的第一导电端子可W协作W根据跨 第二二极管禪联晶体管的电压降产生转换电压。
[0012] 转换电路也可W包括第二放大器，第二放大器具有配置成接收误差参考信号的第 一输入，配置成接收差值电压的第二输入，W及配置成根据差值电压与误差参考信号之间 的差值产生跳过模式参考信号的输出。
[0013] 电子设备也可W包括配置成将误差参考信号禪合至第二放大器的第一输入的电 压分压器，W及配置成将差值电压禪合至第二放大器的第二输入的输入电阻器。反馈电阻 器可W禪合在输入电阻器与第二放大器的输出之间。输入电阻器的电阻可W与反馈电阻器 的电阻匹配。
[0014] 第一电流发生器可W包括第一电流发生器电阻器W及具有输入和输出的第一电 流镜。第一电流发生器输入晶体管可W具有配置成禪合至输入电压的控制端子，配置成禪 合至第一电流发生器电阻器的第一导电端子，W及配置成禪合至第一电流镜的输入的第二 导电端子。可W配置第一电流镜的输出W根据流过第一电流发生器输入晶体管的电流产生 第一镜像电流。
[0015] 第一电流发生器可W包括第二电流镜，具有配置成禪合至第一电流镜的输出的输 入，W及配置成第一镜像电流产生第一电流的输出。
[0016] 第二电流发生器可W包括第二电流发生器电阻器，W及具有输入和输出的第Η电 流镜。第二电流发生器输入晶体管可W具有配置成禪合至输出电压的控制端子，配置成禪 合至第二电流发生器电阻器的第一导电端子，W及配置成禪合至第Η电流镜的输入的第二 导电端子。可W配置第Η电流镜的输出根据流过第二电流发生器输入晶体管的电流产生第 二电流。
[0017] 差值电路可W包括电流比较器，电流比较器具有配置成接收第一电流的第一输 入，配置成接收第二电流的第二输入，W及配置成根据第一电流与第二电流之间的差值产 生差值电流的输出。
[001引 电子设备可W包括移动电话、平板电脑和集成电路封装中的一个。
[0019] 另一特征方面涉及另一电子设备。电子设备可W包括切换转换器。切换转换器 可W包括误差放大器，具有配置成接收从第二电压得到的反馈信号的第一输入，配置成接 收误差参考信号的第二输入，w及配置成产生误差信号的输出。第一比较器可w具有配置 成接收误差信号的第一输入，配置成接收跳过模式参考信号的第二输入，W及配置成产生 脉冲跳过模式控制信号的输出。第二比较器可W具有配置成接收误差信号的第一输入，配 置成接收宽度调制模式参考信号的第二输入，W及配置成产生脉冲宽度调制控制信号的输 出。可W配置控制逻辑W禪合至脉冲跳过模式控制信号和脉冲宽度调制控制信号。此外， 可W配置输出晶体管W禪合至控制逻辑和第一电压，并且配置成基于控制逻辑输出第二电 压。可W配置参考发生器W根据第二电压与第一电压之间的差值的平方根产生跳过模式参 考信号。
[0020] 方法方面涉及一种操作电能转换器的方法。方法可W包括使用参考发生器根据输 出电压与输入电压之间的差值产生跳过模式参考信号。可W使用比较器基于误差信号和跳 过模式参考信号而产生指示了将要进入脉冲跳过模式的控制信号。
【附图说明】
[0021] 图1是根据本公开的电子设备的示意图。
[0022] 图2是图1的电子设备的参考发生器的示意图。
【具体实施方式】
[0023] W下将描述本公开的一个或多个实施例。送些所述实施例仅是当前公开技术的示 例。此外，在提供简洁描述的努力中，在说明书中可W不描述真实实施方式的所有特征。应 该知晓的是在任何送种真实实施方式的发展中，如在任何工程设计或设计项目中，可W做 出大量实施方式具体判定W实现研发者的具体目的，诸如与可W从一个实施方式至另一个 而变化的系统相关或商业相关约束的一致性。此外，应该知晓的是送种研发努力可W是复 杂并且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域技术人员而言仍然将是设计、制造和加工 企业的例行程序。
[0024] 当引入本公开的各个实施例的元件时，冠词"一"、"一个"和"该"旨在意味着存在 一个或多个元件。术语"包括"、"包含"和"具有"旨在包括性，并且意味着除了所列元件之 外可W存在额外的元件。此外，应该理解的是对于 本公开"一个实施例"或"一实施例"的 参考并非旨在解释为排除了也包括所述特征的额外实施例的存在。
[0025] 起初参照图1，现在描述电子设备100。电子设备100可W是蜂窝电话、平板电脑 或任何其他便携式电池供电的设备。此外，电子设备100也可W是集成电路。电子设备100 包括切换转换器110,配置成在脉冲宽度调制模式或者脉冲跳过模式下将输入电压Vin转 换为输出电压Vout。脉冲宽度调制模式用于电子设备100的主动操作（例如在电子设备是 蜂窝电话的情形中，主动模式可W包括拔打语音呼叫，浏览互联网，或者播放多媒体文档）， 而脉冲跳过模式用于电子设备的被动操作（此处，在电子设备是蜂窝电话的情形中，被动 模式可W包括关闭了显示器的空闲状态）。
[0026] 切换转换器110可W包括误差放大器112,其接收从输出电压得到的反馈信号V化 和误差参考信号化ef W作为输入，并且在其输出产生误差信号Verr。第一比较器116在其 输入接收误差信号Verr和跳过模式参考信号Vskip_mode，并且在其输出产生脉冲跳过模 式控制信号PSM。跳过模式参考信号Vskip_mode由参考发生器200根据输出电压Vout与 输入电压Vin之间的差值的函数产生。如W下详细所述，该函数可W是输出电压Vout与输 入电压Vin之间的差值的平方根。
[0027] 第二比较器118在其输入接收误差信号Verr和脉冲宽度调制模式信号化碰（其 可W是银齿波形），并且在其输出产生脉冲宽度控制信号PWM。控制逻辑120禪合至第一比 较器116和第二比较器118的输出，W及来自振荡器122的时钟信号。控制逻辑120禪合 至PM0S晶体管126和NM0S晶体管124的栅极端子，并且操作送些晶体管W便在脉冲跳过 模式或者脉冲宽度调制模式下向负载132输送电能。取决于控制逻辑120的输出，电流将 从Vin流过电感器128, W及流过PM0S晶体管126 (在周期的输送电能期间的一部分期间） 或者NM0S晶体管124 (在周期的并未输送电能期间的一部分期间）。当NM0S晶体管124导 通时（因此在周期的并未输送电能的一部分期间），存储了流过电感器128的电流。如果控 巧腿辑120的输出使得电流流过PM0S晶体管126,则电流随后流过与电容器130并联禪合 的负载132。此外，如果电流存储在电感器128中，当PM0S晶体管126导通时（因此在周 期的输送电能的一部分期间）电流由此流向负载。如果控制逻辑120的输出使得电流流过 NM0S晶体管124,则电流随后流向接地。
[002引在脉冲跳过模式下，流过电感器128的电流在数学上可W表示为：
[0029]
[0030] 其中，d是设备的占空比，W及T是切换周期。如本领域技术人员所理解，在dzT周 期期间电流传输至负载132。d2可W在数学上表示为：
[0031]
[0032] 负载电流可W因此在数学上表示为：
[0033]
[0034] 因此，等式可W简化为：
[0035]
[0036] 因此，简化的负载电流可W在数学上表示为：
[0037]
[0038] 通过将负载建模作为等效传感电阻器，正比于跨电感器128的电流的电压可W在 数学上表示为：
[0046] 其中，Κ是
[0047]
[0048] 现在将参照图2详细描述参考发生器200。参考发生器200包括根据输入电压Vin 产生第一电流II的第一电流发生器210, W及根据输出电压Vout产生第二电流12的第二 电流发生器220。差值电路230根据第一和第二电流之间差值产生差值电流Id。转换电路 240将差值电流Id转换为跳过模式参考信号Vskip_mode。
[0049] 现在将详细描述第一电流发生器210。第一电流发生器210包括第一电流发生器 输入晶体管250,具有禪合至输入电压Vint的控制端子，W及具有禪合至第一电流发生器 电阻器Rig和第一电流镜212的输入的导电端子。第一电流镜212将流过第一电流发生器 输入晶体管250的电流II镜像至其输出，该输出禪合至第二电流镜214的输入。第二电流 镜将去往其输出的电流II镜像为施加至差值电路230的第一电流。
[0050] 现在将详细描述第二电流发生器220。第二电流发生器220包括第二电流发生器 输入晶体管252,具有禪合至输出电压Vout的控制端子，W及具有禪合至第二电流发生器 电阻器R2g(其具有与所示实施例中第一电流发生器电阻器Rig相同的电阻值）和第Η电 流镜254的输入的导电端子。第Η电流镜将流过第二电流发生器输入晶体管252的电流12 镜像至其输出，作为去往差值电路230的第二电流。
[0051] 差值电路230是电流比较器，接收第一电流II和第二电流12作为输入，并且在其 输出产生差值电流Id。差值电流Id等于第一电流II与第二电流12之间的差值，并且可W 在数学上表示为：
[0052]
[0053] 应该注意，尽管Rig用于W上等式，但是当电阻器在所示实施例中具有相同电阻 值时，可W替代使用R2g。
[0054] 现在将详细描述转换电路240。转换电路240包括晶体管242a、24化的配对，配置 成产生转换电压Vconv，并且在W下将详细描述的设置中。转换电压Vconv由第一放大器 244的输入接收，而第一放大器的第二输入接收了误差参考信号化ef。第一放大器244在 其输出根据转换电压Vconv与误差参考信号化ef之间的差值产生差值电压Vd。
[0055] 第一晶体管242a具有禪合至差值电流Id的第一导电端子，禪合至第二晶体管 24化的第一导电端子的第二导电端子，W及也禪合至差值电流Id的控制端子。第二晶体 管24化也具有作为反馈禪合至第一放大器244的输出的第二导电端子，W及禪合至差值电 流Id的控制端子。在第一晶体管242a与第二晶体管24化的导电端子之间的禪合用于根 据跨第二晶体管的电压降产生转换电压Vconv。
[0056] 晶体管242a、24化的配对W及第一放大器244 -起形成了平方根电路。第一放大 器244输出的差值电压Vd可W因此在数学上表示为：
[0059] 电阻器Rdivl和Rdiv2 (在所示实施例中具有相等的电阻数值）构成的电压分压 器将误差参考信号化ef禪合至第二放大器248的输入。输入电阻器Rin将差值电压禪合 至第二放大器248的输入，并且反馈电阻器R化（在所示实施例中具有与输入电阻器相同的 电阻值）禪合在输入电阻器与第二放大器的输出之间。第二放大器248接收所述的误差参 考信号化ef和差值电压Vd，并且根据差值电压与误差参考信号之间的差值产生跳过模式 参考信号Vskip_mode。因此，第二放大器248用作减法器，并且从差值电压Vd减去误差参 考信号化ef。减法器的操作可W在数学上表示为：
[0060]
[0061] 跳过模式参考信号Vskip_mode可W因此在数学上表示为：
[0062]
[0063] 如上所述，在此所述电路可W有助于微调控制从PWM模式切换至PSM模式，并且因 此有助于减小功耗。本领域技术人员将知晓的是本公开设计并且覆盖了电路操作的相关方 法。
[0064] 尽管已经参照有限数目实施例描述了本公开，受到本公开教导的本领域技术人员 将知晓可W预想其他实施例而不脱离如在此所述本公开的范围。因此，仅由所附权利要求 限定本公开的范围。
【主权项】
1. 一种电子设备，包括： 切换转换器，配置成将输入电压转换为输出电压，并且基于控制信号可选择性操作在 脉冲跳过模式下； 所述切换转换器包括比较器，所述比较器具有配置成接收误差信号的第一输入，配置 成接收跳过模式参考信号的第二输入，以及配置成产生所述控制信号的输出；以及 参考发生器，配置成根据所述输出电压与所述输入电压之间的差值产生所述跳过模式 参考信号。2. 根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述切换转换器进一步包括误差放大器，所 述误差放大器具有配置成接收从所述输出电压得到的反馈信号的第 一输入，配置成接收误 差参考信号的第二输入，以及配置成产生所述误差信号的输出。3. 根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述参考发生器包括： 第一电流发生器，配置成根据所述输入电压产生第一电流； 第二电流发生器，配置成根据所述输出电压产生第二电流； 差值电路，配置成根据所述第一电流和所述第二电流之间的差值产生差值电流；以及 转换电路，配置成将所述差值电流转换为所述跳过模式参考信号。4. 根据权利要求3所述的电子设备，其中，所述转换电路包括： 晶体管的配对，配置成输出转换电压；以及 第一放大器，具有配置成接收所述转换电压的第一输入，配置成接收误差参考信号的 第二输入，以及配置成根据所述转换电压与所述误差参考信号之间的差值产生差值电压的 输出。5. 根据权利要求4所述的电子设备，其中，所述晶体管的配对包括： 第一晶体管，具有耦合至所述差值电流的第一导电端子，耦合至所述差值电流的控制 端子，以及第二导电端子；以及 第二晶体管，具有耦合至所述第一晶体管的第二导电端子的第一导电端子，耦合至所 述差值电流的控制端子，以及配置成作为反馈耦合至所述第一放大器的输出的第二导电端 子； 其中，所述第一晶体管的第二导电端子与所述第二晶体管的第一导电端子协作以根据 跨所述第二晶体管的电压降产生所述转换电压。6. 根据权利要求4所述的电子设备，其中，所述转换电路进一步包括第二放大器，所述 第二放大器具有配置成接收所述误差参考信号的第一输入，配置成接收所述差值电压的第 二输入，以及配置成根据所述差值电压与所述误差参考信号之间的差值产生所述跳过模式 参考信号的输出。7. 根据权利要求6所述的电子设备，进一步包括： 电压分压器，配置成将所述误差参考信号耦合至所述第二放大器的第一输入； 输入电阻器，配置成将所述差值电压耦合至所述第二放大器的第二输入；以及 反馈电阻器，耦合在所述第二放大器的输出与所述输入电阻器之间；以及 其中，所述输入电阻器的电阻与所述反馈电阻器的电阻匹配。8. 根据权利要求3所述的电子设备，其中，所述第一电流发生器包括： 第一电流发生器电阻器； 第一电流镜，具有输入和输出； 第一电流发生器输入晶体管，具有耦合至所述输入电压的控制端子，耦合至所述第一 电流发生器电阻器的第一导电端子，以及耦合至所述第一电流镜的输入的第二导电端子； 所述第一电流镜的输出配置成根据流过所述第一电流发生器输入晶体管的电流产生 第一镜像电流。9. 根据权利要求8所述的电子设备，其中，所述第一电流发生器进一步包括第二电流 镜，具有配置成耦合至所述第一电流镜的输出的输入，以及配置成根据所述第一镜像电流 产生所述第一电流的输出。10. 根据权利要求9所述的电子设备，其中，所述第二电流发生器包括： 第二电流发生器电阻器； 第三电流镜，具有输入和输出； 第二电流发生器输入晶体管，具有耦合至所述输出电压的控制端子，耦合至所述第二 电流发生器电阻器的第一导电端子，以及耦合至所述第三电流镜的输入的第二导电端子； 所述第三电流镜的输出被配置成根据流过所述第二电流发生器输入晶体管的电流产 生所述第二电流。11. 根据权利要求10所述的电子设备，其中，所述差值电路包括电流比较器，所述电流 比较器具有配置成接收所述第一电流的第一输入，配置成接收所述第二电流的第二输入， 以及配置成根据所述第一电流与第二电流之间的差值产生所述差值电流的输出。12. 根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述电子设备包括移动电话、平板电脑和 集成电路封装中的一种。13. -种电子设备，包括： 切换转换器，包括： 误差放大器，具有配置成接收从第二电压得到的反馈信号的第一输入，配置成接收误 差参考信号的第二输入，以及配置成产生误差信号的输出； 第一比较器，具有配置成接收所述误差信号的第一输入，配置成接收跳过模式参考信 号的第二输入，以及配置成产生脉冲跳过模式控制信号的输出； 第二比较器，具有配置成接收所述误差信号的第一输入，配置成接收宽度调制模式参 考信号的第二输入，以及配置成产生脉冲宽度调制控制信号的输出； 控制逻辑，配置成耦合至所述脉冲跳过模式控制信号和所述脉冲宽度调制控制信号； 以及 输出晶体管，配置成耦合至所述控制逻辑和第一电压，并且配置成基于所述控制逻辑 输出所述第二电压；以及 参考发生器，配置成根据所述第二电压与所述第一电压之间的差值产生所述跳过模式 参考信号。14. 根据权利要求13所述的电子设备，其中，所述参考发生器配置成根据所述第二电 压与所述第一电压之间的差值的平方根产生所述跳过模式参考信号。15. 根据权利要求13所述的电子设备，其中，所述参考发生器包括： 第一电流发生器，配置成根据所述第二电压产生第一电流； 第二电流发生器，配置成根据所述第一电压产生第二电流； 差值电路，配置成根据所述第一电流和所述第二电流之间的差值产生差值电流；以及 转换电路，配置成将所述差值电流转换为所述跳过模式参考信号。16. 根据权利要求15所述的电子设备，其中，所述转换电路包括： 晶体管的配对，配置成响应于所述差值电流产生转换电压；以及 第一放大器，具有配置成接收所述转换电压的第一输入，配置成接收误差参考信号的 第二输入，以及配置成根据所述转换电压与所述误差参考信号之间的差值产生差值电压的 输出。17. 根据权利要求16所述的电子设备，其中，所述晶体管的配对包括： 第一晶体管，具有耦合至所述差值电流的第一导电端子，耦合至所述差值电流的控制 端子，以及第二导电端子；以及 第二晶体管，具有耦合至所述第一晶体管的第二导电端子的第一导电端子，耦合至所 述差值电流的控制端子，以及作为反馈耦合至所述第一放大器的输出的第二导电端子； 其中，所述第一晶体管的第二导电端子与所述第二晶体管的第一导电端子协作以根据 跨所述第二二极管耦联晶体管的电压降产生所述转换电压。18. 根据权利要求16所述的电子设备，其中，所述转换电路进一步包括第二放大器，所 述第二放大器具有配置成接收所述误差参考信号的第一输入，配置成接收所述差值电压的 第二输入，以及配置成根据所述差值电压与误差参考信号之间的差值产生所述跳过模式参 考信号的输出。19. 根据权利要求16所述的电子设备，进一步包括： 分压器，配置成将所述误差参考信号耦合至所述第二放大器的第一输入， 输入电阻器，配置成将所述差值电压耦合至所述第二放大器的第二输入；以及 反馈电阻器，耦合在所述输入电阻器与所述第二放大器的输出之间； 以及其中，所述输入电阻器的电阻与所述反馈电阻器的电阻匹配。20. 根据权利要求13所述的电子设备，其中，所述电子设备包括移动电话、平板电脑和 集成电路封装中的一种。21. -种操作功率转换器的方法，包括： 使用参考发生器根据输出电压与输入电压之间的差值的函数产生跳过模式参考信号； 以及 使用比较器基于误差信号和所述跳过模式参考信号产生控制信号，所述控制信号指示 待进入脉冲跳过模式。22. 根据权利要求21所述的方法，其中，所述输出电压与所述输入电压之间的差值的 函数包括所述输出电压与所述输入电压之间的差值的平方根。23. 根据权利要求21所述的方法，进一步包括，基于从所述输出电压得到的反馈信号 以及误差参考信号产生所述误差信号。24. 根据权利要求21所述的方法，其中，使用所述参考发生器产生所述跳过模式参考 信号包括： 根据所述输出电压产生第一电流； 根据所述输入电压产生第二电流； 根据所述第一电流和所述第二电流之间的差值产生差值电流；以及
【专利摘要】一种电子设备可以包括切换转换器，配置成将输入电压转换为输出电压，并且基于控制信号可选择性操作在脉冲跳过模式下。切换转换器可以包括比较器，具有配置成接收误差信号的第一输入，配置成接收跳过模式参考信号的第二输入，以及配置成产生控制信号的输出。可以配置参考发生器以根据输出电压与输入电压之间的差值产生跳过模式参考信号。
【IPC分类】H02M3/156
【公开号】CN105490533
【申请号】CN201410537583
【发明人】王蒙, 周雪莲
【申请人】意法半导体研发(深圳)有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年10月11日
【公告号】US20160103463
【技术领域】
[0001] 本公开涉及DC至DC切换功率转换器，并且更具体地涉及减小电子设备功耗的切 换功率转换器。
【背景技术】
[0002] 当技术已经发展时，诸如蜂窝电话和平板电脑之类的手持电池供电的电子设备的 功能、处理能力和屏蔽分辨率已经增加。当客户现在比过去对于使用送些装置花费更多时 间周期时，已经出现了对于送些装置具有长电池寿命的市场需求。然而与此同时，为了方便 便携性W及增强送些装置的审美，已经出现了对于装置在给定屏幕尺寸下尽可能小的市场 需求。送些市场需求可W相互不一致，作为增长电池寿命的简单方式是增大装置中电池的 尺寸，然而送种电池尺寸增长可W导致装置自身尺寸增大。
[0003] 增长装置的电池寿命而可W不导致装置尺寸增大的一种方式可W是减小装置的 功耗。最后，送些装置可W在其中装置主动的执行功能的主动模式、与其中装置被动执行功 能或者甚至不执行功能的备用模式之间切换。因为送些装置可W在备用模式下比在主动模 式下花费更多时间，在备用模式下功耗的减小可W导致电池寿命的大大增长。
[0004] 送些电子设备可W采用电源W对它们电路供电。电源可W将电池的输出转换为一 致并且可用的电能，并且在一些情形下切换功率转换器可W用作电源。送种切换电能转换 器可W采用脉冲宽度调制（PWM)技术W控制输送至在主动模式下电路的电能。当PWM对 于控制向在主动模式下电路输送的电能是有效的时，可W需要不同的调制技术W用于控制 向被动模式下电路输送的电能。例如，可W需要脉冲频率调制（PFM)模式或脉冲跳过调制 (PSM)模式W用于控制向被动模式下电路输送的电能，因为送些模式可W能够有效的操作 处于被动模式下电路而输送比由PWM技术应该输送的更少的电能，由此减小了功耗。
[0005] 对于在PWM和PFM/PSM模式之间切换转换器的转变阔值的微调控制可W有助于进 一步减小功耗，并且因此增长装置的电池寿命。最后，需要研发能微调控制该转变阔值的电 路。
【发明内容】
[0006] 提供该
【发明内容】
W引入对在W下详细说明书中进一步详述的概念的选择。本发明 内容并非旨在标识所请求保护的主题的关键或基本特征，也并非旨在用于辅助限定所请求 保护的主题的范围。
[0007] 电子设备可W包括切换转换器，切换转换器被配置成将输入电压转换为输出电 压，并且可W基于控制信号而选择性操作在脉冲跳过模式下。切换转换器可W包括比较器， 具有配置成接收误差信号的第一输入，配置成接收跳过模式参考信号的第二输入，W及配 置成产生控制信号的输出。此外，可W配置参考发生器W根据输出电压与输入电压之间差 值产生跳过模式参考信号。
[0008] 切换转换器可W包括误差放大器，具有配置成接收从输出电压得到的反馈信号的 第一输入，配置成接收误差参考信号的第二输入，W及配置成产生误差信号的输出。
[0009] 参考发生器可W包括配置成根据输入电压产生第一电流的第一电流发生器，W及 配置成根据输出电压产生第二电流的第二电流发生器。参考发生器也可W包括配置成根据 第一和第二电流之间的差值产生差值电流的差值电路，W及配置成将差值电流转换为跳过 模式参考信号的转换电路。
[0010] 转换电路可W包括配置成输出转换电压的晶体管的配对，W及第一放大器，第一 放大器具有配置成接收转换电压的第一输入、配置成接收误差参考信号的第二输入、W及 配置成根据转换电压与误差参考信号之间的差值产生差值电压的输出。
[0011] 晶体管的配对可W包括第一晶体管W及包括第二晶体管，第一晶体管具有配置成 禪合至差值电流的第一导电端子、和第二导电端子，第二晶体管具有配置成禪合至第一晶 体管的第二导电端子的第一导电端子、W及配置成作为反馈禪合至第一放大器的输出的第 二导电端子。第一晶体管的第二导电端子与第二晶体管的第一导电端子可W协作W根据跨 第二二极管禪联晶体管的电压降产生转换电压。
[0012] 转换电路也可W包括第二放大器，第二放大器具有配置成接收误差参考信号的第 一输入，配置成接收差值电压的第二输入，W及配置成根据差值电压与误差参考信号之间 的差值产生跳过模式参考信号的输出。
[0013] 电子设备也可W包括配置成将误差参考信号禪合至第二放大器的第一输入的电 压分压器，W及配置成将差值电压禪合至第二放大器的第二输入的输入电阻器。反馈电阻 器可W禪合在输入电阻器与第二放大器的输出之间。输入电阻器的电阻可W与反馈电阻器 的电阻匹配。
[0014] 第一电流发生器可W包括第一电流发生器电阻器W及具有输入和输出的第一电 流镜。第一电流发生器输入晶体管可W具有配置成禪合至输入电压的控制端子，配置成禪 合至第一电流发生器电阻器的第一导电端子，W及配置成禪合至第一电流镜的输入的第二 导电端子。可W配置第一电流镜的输出W根据流过第一电流发生器输入晶体管的电流产生 第一镜像电流。
[0015] 第一电流发生器可W包括第二电流镜，具有配置成禪合至第一电流镜的输出的输 入，W及配置成第一镜像电流产生第一电流的输出。
[0016] 第二电流发生器可W包括第二电流发生器电阻器，W及具有输入和输出的第Η电 流镜。第二电流发生器输入晶体管可W具有配置成禪合至输出电压的控制端子，配置成禪 合至第二电流发生器电阻器的第一导电端子，W及配置成禪合至第Η电流镜的输入的第二 导电端子。可W配置第Η电流镜的输出根据流过第二电流发生器输入晶体管的电流产生第 二电流。
[0017] 差值电路可W包括电流比较器，电流比较器具有配置成接收第一电流的第一输 入，配置成接收第二电流的第二输入，W及配置成根据第一电流与第二电流之间的差值产 生差值电流的输出。
[001引 电子设备可W包括移动电话、平板电脑和集成电路封装中的一个。
[0019] 另一特征方面涉及另一电子设备。电子设备可W包括切换转换器。切换转换器 可W包括误差放大器，具有配置成接收从第二电压得到的反馈信号的第一输入，配置成接 收误差参考信号的第二输入，w及配置成产生误差信号的输出。第一比较器可w具有配置 成接收误差信号的第一输入，配置成接收跳过模式参考信号的第二输入，W及配置成产生 脉冲跳过模式控制信号的输出。第二比较器可W具有配置成接收误差信号的第一输入，配 置成接收宽度调制模式参考信号的第二输入，W及配置成产生脉冲宽度调制控制信号的输 出。可W配置控制逻辑W禪合至脉冲跳过模式控制信号和脉冲宽度调制控制信号。此外， 可W配置输出晶体管W禪合至控制逻辑和第一电压，并且配置成基于控制逻辑输出第二电 压。可W配置参考发生器W根据第二电压与第一电压之间的差值的平方根产生跳过模式参 考信号。
[0020] 方法方面涉及一种操作电能转换器的方法。方法可W包括使用参考发生器根据输 出电压与输入电压之间的差值产生跳过模式参考信号。可W使用比较器基于误差信号和跳 过模式参考信号而产生指示了将要进入脉冲跳过模式的控制信号。
【附图说明】
[0021] 图1是根据本公开的电子设备的示意图。
[0022] 图2是图1的电子设备的参考发生器的示意图。
【具体实施方式】
[0023] W下将描述本公开的一个或多个实施例。送些所述实施例仅是当前公开技术的示 例。此外，在提供简洁描述的努力中，在说明书中可W不描述真实实施方式的所有特征。应 该知晓的是在任何送种真实实施方式的发展中，如在任何工程设计或设计项目中，可W做 出大量实施方式具体判定W实现研发者的具体目的，诸如与可W从一个实施方式至另一个 而变化的系统相关或商业相关约束的一致性。此外，应该知晓的是送种研发努力可W是复 杂并且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域技术人员而言仍然将是设计、制造和加工 企业的例行程序。
[0024] 当引入本公开的各个实施例的元件时，冠词"一"、"一个"和"该"旨在意味着存在 一个或多个元件。术语"包括"、"包含"和"具有"旨在包括性，并且意味着除了所列元件之 外可W存在额外的元件。此外，应该理解的是对于 本公开"一个实施例"或"一实施例"的 参考并非旨在解释为排除了也包括所述特征的额外实施例的存在。
[0025] 起初参照图1，现在描述电子设备100。电子设备100可W是蜂窝电话、平板电脑 或任何其他便携式电池供电的设备。此外，电子设备100也可W是集成电路。电子设备100 包括切换转换器110,配置成在脉冲宽度调制模式或者脉冲跳过模式下将输入电压Vin转 换为输出电压Vout。脉冲宽度调制模式用于电子设备100的主动操作（例如在电子设备是 蜂窝电话的情形中，主动模式可W包括拔打语音呼叫，浏览互联网，或者播放多媒体文档）， 而脉冲跳过模式用于电子设备的被动操作（此处，在电子设备是蜂窝电话的情形中，被动 模式可W包括关闭了显示器的空闲状态）。
[0026] 切换转换器110可W包括误差放大器112,其接收从输出电压得到的反馈信号V化 和误差参考信号化ef W作为输入，并且在其输出产生误差信号Verr。第一比较器116在其 输入接收误差信号Verr和跳过模式参考信号Vskip_mode，并且在其输出产生脉冲跳过模 式控制信号PSM。跳过模式参考信号Vskip_mode由参考发生器200根据输出电压Vout与 输入电压Vin之间的差值的函数产生。如W下详细所述，该函数可W是输出电压Vout与输 入电压Vin之间的差值的平方根。
[0027] 第二比较器118在其输入接收误差信号Verr和脉冲宽度调制模式信号化碰（其 可W是银齿波形），并且在其输出产生脉冲宽度控制信号PWM。控制逻辑120禪合至第一比 较器116和第二比较器118的输出，W及来自振荡器122的时钟信号。控制逻辑120禪合 至PM0S晶体管126和NM0S晶体管124的栅极端子，并且操作送些晶体管W便在脉冲跳过 模式或者脉冲宽度调制模式下向负载132输送电能。取决于控制逻辑120的输出，电流将 从Vin流过电感器128, W及流过PM0S晶体管126 (在周期的输送电能期间的一部分期间） 或者NM0S晶体管124 (在周期的并未输送电能期间的一部分期间）。当NM0S晶体管124导 通时（因此在周期的并未输送电能的一部分期间），存储了流过电感器128的电流。如果控 巧腿辑120的输出使得电流流过PM0S晶体管126,则电流随后流过与电容器130并联禪合 的负载132。此外，如果电流存储在电感器128中，当PM0S晶体管126导通时（因此在周 期的输送电能的一部分期间）电流由此流向负载。如果控制逻辑120的输出使得电流流过 NM0S晶体管124,则电流随后流向接地。
[002引在脉冲跳过模式下，流过电感器128的电流在数学上可W表示为：
[0029]
[0030] 其中，d是设备的占空比，W及T是切换周期。如本领域技术人员所理解，在dzT周 期期间电流传输至负载132。d2可W在数学上表示为：
[0031]
[0032] 负载电流可W因此在数学上表示为：
[0033]
[0034] 因此，等式可W简化为：
[0035]
[0036] 因此，简化的负载电流可W在数学上表示为：
[0037]
[0038] 通过将负载建模作为等效传感电阻器，正比于跨电感器128的电流的电压可W在 数学上表示为：
[0046] 其中，Κ是
[0047]
[0048] 现在将参照图2详细描述参考发生器200。参考发生器200包括根据输入电压Vin 产生第一电流II的第一电流发生器210, W及根据输出电压Vout产生第二电流12的第二 电流发生器220。差值电路230根据第一和第二电流之间差值产生差值电流Id。转换电路 240将差值电流Id转换为跳过模式参考信号Vskip_mode。
[0049] 现在将详细描述第一电流发生器210。第一电流发生器210包括第一电流发生器 输入晶体管250,具有禪合至输入电压Vint的控制端子，W及具有禪合至第一电流发生器 电阻器Rig和第一电流镜212的输入的导电端子。第一电流镜212将流过第一电流发生器 输入晶体管250的电流II镜像至其输出，该输出禪合至第二电流镜214的输入。第二电流 镜将去往其输出的电流II镜像为施加至差值电路230的第一电流。
[0050] 现在将详细描述第二电流发生器220。第二电流发生器220包括第二电流发生器 输入晶体管252,具有禪合至输出电压Vout的控制端子，W及具有禪合至第二电流发生器 电阻器R2g(其具有与所示实施例中第一电流发生器电阻器Rig相同的电阻值）和第Η电 流镜254的输入的导电端子。第Η电流镜将流过第二电流发生器输入晶体管252的电流12 镜像至其输出，作为去往差值电路230的第二电流。
[0051] 差值电路230是电流比较器，接收第一电流II和第二电流12作为输入，并且在其 输出产生差值电流Id。差值电流Id等于第一电流II与第二电流12之间的差值，并且可W 在数学上表示为：
[0052]
[0053] 应该注意，尽管Rig用于W上等式，但是当电阻器在所示实施例中具有相同电阻 值时，可W替代使用R2g。
[0054] 现在将详细描述转换电路240。转换电路240包括晶体管242a、24化的配对，配置 成产生转换电压Vconv，并且在W下将详细描述的设置中。转换电压Vconv由第一放大器 244的输入接收，而第一放大器的第二输入接收了误差参考信号化ef。第一放大器244在 其输出根据转换电压Vconv与误差参考信号化ef之间的差值产生差值电压Vd。
[0055] 第一晶体管242a具有禪合至差值电流Id的第一导电端子，禪合至第二晶体管 24化的第一导电端子的第二导电端子，W及也禪合至差值电流Id的控制端子。第二晶体 管24化也具有作为反馈禪合至第一放大器244的输出的第二导电端子，W及禪合至差值电 流Id的控制端子。在第一晶体管242a与第二晶体管24化的导电端子之间的禪合用于根 据跨第二晶体管的电压降产生转换电压Vconv。
[0056] 晶体管242a、24化的配对W及第一放大器244 -起形成了平方根电路。第一放大 器244输出的差值电压Vd可W因此在数学上表示为：
[0059] 电阻器Rdivl和Rdiv2 (在所示实施例中具有相等的电阻数值）构成的电压分压 器将误差参考信号化ef禪合至第二放大器248的输入。输入电阻器Rin将差值电压禪合 至第二放大器248的输入，并且反馈电阻器R化（在所示实施例中具有与输入电阻器相同的 电阻值）禪合在输入电阻器与第二放大器的输出之间。第二放大器248接收所述的误差参 考信号化ef和差值电压Vd，并且根据差值电压与误差参考信号之间的差值产生跳过模式 参考信号Vskip_mode。因此，第二放大器248用作减法器，并且从差值电压Vd减去误差参 考信号化ef。减法器的操作可W在数学上表示为：
[0060]
[0061] 跳过模式参考信号Vskip_mode可W因此在数学上表示为：
[0062]
[0063] 如上所述，在此所述电路可W有助于微调控制从PWM模式切换至PSM模式，并且因 此有助于减小功耗。本领域技术人员将知晓的是本公开设计并且覆盖了电路操作的相关方 法。
[0064] 尽管已经参照有限数目实施例描述了本公开，受到本公开教导的本领域技术人员 将知晓可W预想其他实施例而不脱离如在此所述本公开的范围。因此，仅由所附权利要求 限定本公开的范围。
【主权项】
1. 一种电子设备，包括： 切换转换器，配置成将输入电压转换为输出电压，并且基于控制信号可选择性操作在 脉冲跳过模式下； 所述切换转换器包括比较器，所述比较器具有配置成接收误差信号的第一输入，配置 成接收跳过模式参考信号的第二输入，以及配置成产生所述控制信号的输出；以及 参考发生器，配置成根据所述输出电压与所述输入电压之间的差值产生所述跳过模式 参考信号。2. 根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述切换转换器进一步包括误差放大器，所 述误差放大器具有配置成接收从所述输出电压得到的反馈信号的第 一输入，配置成接收误 差参考信号的第二输入，以及配置成产生所述误差信号的输出。3. 根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述参考发生器包括： 第一电流发生器，配置成根据所述输入电压产生第一电流； 第二电流发生器，配置成根据所述输出电压产生第二电流； 差值电路，配置成根据所述第一电流和所述第二电流之间的差值产生差值电流；以及 转换电路，配置成将所述差值电流转换为所述跳过模式参考信号。4. 根据权利要求3所述的电子设备，其中，所述转换电路包括： 晶体管的配对，配置成输出转换电压；以及 第一放大器，具有配置成接收所述转换电压的第一输入，配置成接收误差参考信号的 第二输入，以及配置成根据所述转换电压与所述误差参考信号之间的差值产生差值电压的 输出。5. 根据权利要求4所述的电子设备，其中，所述晶体管的配对包括： 第一晶体管，具有耦合至所述差值电流的第一导电端子，耦合至所述差值电流的控制 端子，以及第二导电端子；以及 第二晶体管，具有耦合至所述第一晶体管的第二导电端子的第一导电端子，耦合至所 述差值电流的控制端子，以及配置成作为反馈耦合至所述第一放大器的输出的第二导电端 子； 其中，所述第一晶体管的第二导电端子与所述第二晶体管的第一导电端子协作以根据 跨所述第二晶体管的电压降产生所述转换电压。6. 根据权利要求4所述的电子设备，其中，所述转换电路进一步包括第二放大器，所述 第二放大器具有配置成接收所述误差参考信号的第一输入，配置成接收所述差值电压的第 二输入，以及配置成根据所述差值电压与所述误差参考信号之间的差值产生所述跳过模式 参考信号的输出。7. 根据权利要求6所述的电子设备，进一步包括： 电压分压器，配置成将所述误差参考信号耦合至所述第二放大器的第一输入； 输入电阻器，配置成将所述差值电压耦合至所述第二放大器的第二输入；以及 反馈电阻器，耦合在所述第二放大器的输出与所述输入电阻器之间；以及 其中，所述输入电阻器的电阻与所述反馈电阻器的电阻匹配。8. 根据权利要求3所述的电子设备，其中，所述第一电流发生器包括： 第一电流发生器电阻器； 第一电流镜，具有输入和输出； 第一电流发生器输入晶体管，具有耦合至所述输入电压的控制端子，耦合至所述第一 电流发生器电阻器的第一导电端子，以及耦合至所述第一电流镜的输入的第二导电端子； 所述第一电流镜的输出配置成根据流过所述第一电流发生器输入晶体管的电流产生 第一镜像电流。9. 根据权利要求8所述的电子设备，其中，所述第一电流发生器进一步包括第二电流 镜，具有配置成耦合至所述第一电流镜的输出的输入，以及配置成根据所述第一镜像电流 产生所述第一电流的输出。10. 根据权利要求9所述的电子设备，其中，所述第二电流发生器包括： 第二电流发生器电阻器； 第三电流镜，具有输入和输出； 第二电流发生器输入晶体管，具有耦合至所述输出电压的控制端子，耦合至所述第二 电流发生器电阻器的第一导电端子，以及耦合至所述第三电流镜的输入的第二导电端子； 所述第三电流镜的输出被配置成根据流过所述第二电流发生器输入晶体管的电流产 生所述第二电流。11. 根据权利要求10所述的电子设备，其中，所述差值电路包括电流比较器，所述电流 比较器具有配置成接收所述第一电流的第一输入，配置成接收所述第二电流的第二输入， 以及配置成根据所述第一电流与第二电流之间的差值产生所述差值电流的输出。12. 根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述电子设备包括移动电话、平板电脑和 集成电路封装中的一种。13. -种电子设备，包括： 切换转换器，包括： 误差放大器，具有配置成接收从第二电压得到的反馈信号的第一输入，配置成接收误 差参考信号的第二输入，以及配置成产生误差信号的输出； 第一比较器，具有配置成接收所述误差信号的第一输入，配置成接收跳过模式参考信 号的第二输入，以及配置成产生脉冲跳过模式控制信号的输出； 第二比较器，具有配置成接收所述误差信号的第一输入，配置成接收宽度调制模式参 考信号的第二输入，以及配置成产生脉冲宽度调制控制信号的输出； 控制逻辑，配置成耦合至所述脉冲跳过模式控制信号和所述脉冲宽度调制控制信号； 以及 输出晶体管，配置成耦合至所述控制逻辑和第一电压，并且配置成基于所述控制逻辑 输出所述第二电压；以及 参考发生器，配置成根据所述第二电压与所述第一电压之间的差值产生所述跳过模式 参考信号。14. 根据权利要求13所述的电子设备，其中，所述参考发生器配置成根据所述第二电 压与所述第一电压之间的差值的平方根产生所述跳过模式参考信号。15. 根据权利要求13所述的电子设备，其中，所述参考发生器包括： 第一电流发生器，配置成根据所述第二电压产生第一电流； 第二电流发生器，配置成根据所述第一电压产生第二电流； 差值电路，配置成根据所述第一电流和所述第二电流之间的差值产生差值电流；以及 转换电路，配置成将所述差值电流转换为所述跳过模式参考信号。16. 根据权利要求15所述的电子设备，其中，所述转换电路包括： 晶体管的配对，配置成响应于所述差值电流产生转换电压；以及 第一放大器，具有配置成接收所述转换电压的第一输入，配置成接收误差参考信号的 第二输入，以及配置成根据所述转换电压与所述误差参考信号之间的差值产生差值电压的 输出。17. 根据权利要求16所述的电子设备，其中，所述晶体管的配对包括： 第一晶体管，具有耦合至所述差值电流的第一导电端子，耦合至所述差值电流的控制 端子，以及第二导电端子；以及 第二晶体管，具有耦合至所述第一晶体管的第二导电端子的第一导电端子，耦合至所 述差值电流的控制端子，以及作为反馈耦合至所述第一放大器的输出的第二导电端子； 其中，所述第一晶体管的第二导电端子与所述第二晶体管的第一导电端子协作以根据 跨所述第二二极管耦联晶体管的电压降产生所述转换电压。18. 根据权利要求16所述的电子设备，其中，所述转换电路进一步包括第二放大器，所 述第二放大器具有配置成接收所述误差参考信号的第一输入，配置成接收所述差值电压的 第二输入，以及配置成根据所述差值电压与误差参考信号之间的差值产生所述跳过模式参 考信号的输出。19. 根据权利要求16所述的电子设备，进一步包括： 分压器，配置成将所述误差参考信号耦合至所述第二放大器的第一输入， 输入电阻器，配置成将所述差值电压耦合至所述第二放大器的第二输入；以及 反馈电阻器，耦合在所述输入电阻器与所述第二放大器的输出之间； 以及其中，所述输入电阻器的电阻与所述反馈电阻器的电阻匹配。20. 根据权利要求13所述的电子设备，其中，所述电子设备包括移动电话、平板电脑和 集成电路封装中的一种。21. -种操作功率转换器的方法，包括： 使用参考发生器根据输出电压与输入电压之间的差值的函数产生跳过模式参考信号； 以及 使用比较器基于误差信号和所述跳过模式参考信号产生控制信号，所述控制信号指示 待进入脉冲跳过模式。22. 根据权利要求21所述的方法，其中，所述输出电压与所述输入电压之间的差值的 函数包括所述输出电压与所述输入电压之间的差值的平方根。23. 根据权利要求21所述的方法，进一步包括，基于从所述输出电压得到的反馈信号 以及误差参考信号产生所述误差信号。24. 根据权利要求21所述的方法，其中，使用所述参考发生器产生所述跳过模式参考 信号包括： 根据所述输出电压产生第一电流； 根据所述输入电压产生第二电流； 根据所述第一电流和所述第二电流之间的差值产生差值电流；以及
【专利摘要】一种电子设备可以包括切换转换器，配置成将输入电压转换为输出电压，并且基于控制信号可选择性操作在脉冲跳过模式下。切换转换器可以包括比较器，具有配置成接收误差信号的第一输入，配置成接收跳过模式参考信号的第二输入，以及配置成产生控制信号的输出。可以配置参考发生器以根据输出电压与输入电压之间的差值产生跳过模式参考信号。
【IPC分类】H02M3/156
【公开号】CN105490533
【申请号】CN201410537583
【发明人】王蒙, 周雪莲
【申请人】意法半导体研发(深圳)有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年10月11日
【公告号】US20160103463
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