背景技術(shù)：

本發(fā)明大體來說涉及調(diào)節(jié)式dc/dc電壓轉(zhuǎn)換器，且更特定來說涉及確定調(diào)節(jié)式dc/dc電壓轉(zhuǎn)換器的電感器中的電流。

調(diào)節(jié)式dc/dc電壓轉(zhuǎn)換器通常為操作電路(舉例來說，用于各種各樣的應(yīng)用中的半導(dǎo)體裝置中的集成電路)提供經(jīng)調(diào)節(jié)電力。集成電路通常在操作期間需要在特定參數(shù)內(nèi)的電力提供。此電力提供可面對許多復(fù)雜情況。舉例來說，包含集成電路的半導(dǎo)體芯片可具有同時或在不同時間需要電力的不同部分，不同部分可需要在不同參數(shù)內(nèi)的電力，且一些部分可在不同時間利用不同量的電力。使事情復(fù)雜化的是，一些裝置可由具有相對小容量的電池供電，而所述裝置本身至少在各種時間可需要大量電力。

為集成電路提供大量電力可潛在地對裝置有損壞。出于此原因及其它原因，調(diào)節(jié)式電壓轉(zhuǎn)換器可嘗試通過電壓轉(zhuǎn)換器的輸出電感器來監(jiān)測提供到負(fù)載的電流。舉例來說，此可通過測量跨越與輸出電感器串聯(lián)的電阻元件的電壓降而實現(xiàn)。不幸地，此監(jiān)測在不斷執(zhí)行或甚至在規(guī)則基礎(chǔ)上執(zhí)行的情況下可導(dǎo)致可用電力的過度浪費。

另外，在許多情形中，操作電路的電力需要可在很大程度上變化，且在短時間幀內(nèi)在很大程度上變化。在面對所要輸出電力的突然改變時恰當(dāng)?shù)乜刂妻D(zhuǎn)換器操作可難以實現(xiàn)。此困難可在關(guān)于由轉(zhuǎn)換器向負(fù)載供應(yīng)的電流的信息不可用的情況下增加。再次，不幸地，為執(zhí)行電流監(jiān)測而對可用電力的浪費可在所要輸出電力突然激增的時間期間是特別不合意的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的各方面涉及dc/dc開關(guān)轉(zhuǎn)換器且涉及確定dc/dc開關(guān)轉(zhuǎn)換器中的輸出電感器電流。本發(fā)明的一個方面提供一種為dc/dc開關(guān)調(diào)節(jié)器確定輸出電感器電流的方法，所述dc/dc開關(guān)調(diào)節(jié)器包含耦合輸出電感器的各端的旁路開關(guān)及輸出電容器，所述方法包括：確定其間使所述旁路開關(guān)斷開的第一時間周期內(nèi)所述輸出電容器的第一電容器電壓改變；基于所述第一電容器電壓改變、所述第一時間周期及所述電容器的電容而確定第一電容器電流值；確定其間使所述旁路開關(guān)閉合的第二時間周期內(nèi)所述輸出電容器的第二電容器電壓改變；基于所述第二電容器電壓改變、所述第二時間周期及所述電容器的所述電容而確定第二電容器電流值；及將所述第一電容器電流值與所述第二電容器電流值求和以獲得輸出電感器電流的指示。

本發(fā)明的另一方面提供一種適用于控制開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器的方法，所述開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器具有跨越輸出電感器耦合的旁路開關(guān)，其中所述旁路開關(guān)在旁路模式中閉合且在其它模式中斷開，所述輸出電感器的一端耦合到所述開關(guān)調(diào)節(jié)器的高側(cè)開關(guān)與低側(cè)開關(guān)之間的節(jié)點且另一端耦合到輸出電容器，所述方法包括：確定所述輸出電容器的第一電容器電流；確定針對當(dāng)前時鐘循環(huán)是否啟用所述旁路模式；如果針對所述當(dāng)前時鐘循環(huán)啟用所述旁路模式，那么基于所述第一電容器電流而設(shè)定輸出電流值；如果針對所述當(dāng)前時鐘循環(huán)未啟用所述旁路模式，那么基于所述第一電容器電流而設(shè)定第二電容器電流值；及基于所述輸出電流值及所述第二電容器電流值而確定所述輸出電感器的電感器電流。

在審閱本揭示內(nèi)容后將更全面地理解本發(fā)明的這些及其它方面。

附圖說明

圖1是根據(jù)一實施例的調(diào)節(jié)式dc/dc開關(guān)轉(zhuǎn)換器的電路圖。

圖2a、2b、2c圖解說明圖1的轉(zhuǎn)換器的操作。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的各方面的包含電感器輸出確定電路的調(diào)節(jié)式dc/dc開關(guān)轉(zhuǎn)換器的電路圖。

圖4是展示根據(jù)本發(fā)明的各方面適用的模/數(shù)比較器的比較器電壓配置的圖表。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的各方面的適用于控制dc/dc電壓轉(zhuǎn)換器的過程的流程圖。

具體實施方式

圖1是根據(jù)實施例的調(diào)節(jié)式dc/dc轉(zhuǎn)換器的電路圖。參考圖1，轉(zhuǎn)換器包含高側(cè)開關(guān)111、低側(cè)開關(guān)113、旁路開關(guān)115、輸出電感器117、輸出電容器119及控制所述高側(cè)開關(guān)、低側(cè)開關(guān)及旁路開關(guān)的控制器121。舉例來說，所述開關(guān)可以mosfet晶體管形成，其中p溝道m(xù)os晶體管形成高側(cè)開關(guān)且n溝道m(xù)os晶體管形成低側(cè)開關(guān)及旁路開關(guān)。高側(cè)開關(guān)的第一端子連接到提供輸入電壓的電壓源。高側(cè)開關(guān)的第二端子連接到輸出電感器的第一端子、低側(cè)開關(guān)的第一端子及旁路開關(guān)的第一端子。低側(cè)開關(guān)的第二端子連接到低電壓源，例如，接地。輸出電感器的第二端子連接到旁路開關(guān)的第二端子且連接到輸出電容器的第一端子，所述輸出電容器將輸出電壓供應(yīng)到負(fù)載123的一個端子，所述負(fù)載的另一端子連接到接地。輸出電壓通常低于輸入電壓。輸出電容器的第二端子連接到接地。

控制器可接收指示輸出電壓、輸入電壓、輸出電感器電流的信號以及用于執(zhí)行通常通過斷開或閉合高側(cè)開關(guān)、低側(cè)開關(guān)及旁路開關(guān)而實現(xiàn)的調(diào)節(jié)功能的可能其它信號?？刂破魍ǔＭㄟ^形成用于控制高側(cè)開關(guān)、低側(cè)開關(guān)及旁路開關(guān)的控制信號而控制那些開關(guān)的狀態(tài)。通常，控制器經(jīng)配置以依據(jù)輸入及輸出電壓、輸出電感器電流以及可能負(fù)載電流而產(chǎn)生控制信號。控制信號在閉合高側(cè)開關(guān)、低側(cè)開關(guān)及旁路開關(guān)時通常是排他地，使得在任何時間所述開關(guān)中的不超過一者被閉合而所述開關(guān)中的其它開關(guān)斷開。

圖2a、2b、2c圖解說明圖1的轉(zhuǎn)換器的操作。在圖2a中，高側(cè)開關(guān)接通(閉合)，而低側(cè)開關(guān)及旁路開關(guān)斷開。因此，電流從供應(yīng)輸入電壓的電壓源流動穿過輸出電感器、穿過電容器且到達(dá)負(fù)載。在圖2b中，低側(cè)開關(guān)接通，而高側(cè)開關(guān)及旁路開關(guān)斷開。因此，電流流動穿過輸出電感器、穿過電容器且穿過負(fù)載到達(dá)接地。針對圖2a及2b兩者的情況，電感器電流具有與電容器相關(guān)聯(lián)的分量及與負(fù)載相關(guān)聯(lián)的分量。與電容器相關(guān)聯(lián)的電流分量是電容器的電容與電容器電壓相對于時間的導(dǎo)數(shù)的乘積，或者ic＝cdv/dt。在數(shù)字域中，此可近似為icn＝c(vn-vn-1)/t或icn(z)＝(c/t)v(1-z^-1)，其中t是樣本之間的時間。

在圖2c中，旁路開關(guān)接通，而高側(cè)開關(guān)及低側(cè)開關(guān)斷開。因此，電流在由輸出電感器形成的環(huán)路中流動，且電容器通過負(fù)載放電。在此狀態(tài)中，負(fù)載電流排他地由電容器供應(yīng)。在負(fù)載電流排他地由電容器供應(yīng)的情況下，iout＝cdv/dt，其可在數(shù)字域中近似為或iout(z)＝(c/t)v(1-z^-1)，其中t是樣本之間的時間。

通常，在包含圖2a到2c的電路的調(diào)節(jié)式開關(guān)轉(zhuǎn)換器的操作期間，在開關(guān)狀態(tài)變化時負(fù)載電流應(yīng)為大體恒定的。因此，電感器電流是在轉(zhuǎn)換器處于如由圖2a或2b指示的狀態(tài)時確定的電容器電流ic與在轉(zhuǎn)換器處于如由圖2c指示的狀態(tài)時確定的負(fù)載電流iout的和，或者il＝ic+iout。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的各方面的包含電感器輸出確定電路的調(diào)節(jié)式dc/dc開關(guān)轉(zhuǎn)換器的電路圖。如同圖1的調(diào)節(jié)式dc/dc開關(guān)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器包含高側(cè)開關(guān)311、低側(cè)開關(guān)313、旁路開關(guān)315、輸出電感器317、輸出電容器319及控制所述高側(cè)開關(guān)、低側(cè)開關(guān)及旁路開關(guān)的控制器321。高側(cè)開關(guān)與低側(cè)開關(guān)串聯(lián)耦合于第一電壓源與第二電壓源之間。第一電壓源處于比第二電壓源高的電壓，其中高側(cè)開關(guān)將第一電壓源耦合到低側(cè)開關(guān)，且低側(cè)開關(guān)將第二電壓源耦合到高側(cè)開關(guān)。

輸出電感器的一端耦合到高側(cè)開關(guān)與低側(cè)開關(guān)之間的節(jié)點。輸出電感器的另一端耦合到輸出電容器及負(fù)載323。出于說明性目的，輸出電感器的另一端還展示寄生電阻325，其中所述寄生電阻(舉例來說)由輸出電感器及相關(guān)聯(lián)電路路徑提供。

如同圖1的開關(guān)轉(zhuǎn)換器，控制器可接收指示輸出電壓、輸入電壓、輸出電感器電流的信號以及用于執(zhí)行通常通過斷開或閉合高側(cè)開關(guān)、低側(cè)開關(guān)及旁路開關(guān)而實現(xiàn)的調(diào)節(jié)功能的可能其它信號?？刂破魍ǔＭㄟ^形成用于控制高側(cè)開關(guān)、低側(cè)開關(guān)及旁路開關(guān)的控制信號而控制那些開關(guān)的狀態(tài)。通常，控制器經(jīng)配置以依據(jù)輸入及輸出電壓、輸出電感器電流以及可能負(fù)載電流而產(chǎn)生控制信號?？刂菩盘栐陂]合高側(cè)開關(guān)、低側(cè)開關(guān)及旁路開關(guān)時通常是排他地，使得在任何時間所述開關(guān)中的不超過一者被閉合而所述開關(guān)中的其它開關(guān)斷開。電感器電流il通過電感器。當(dāng)高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)閉合時，電感器電流提供電容器電流ic及負(fù)載電流iout。當(dāng)替代地旁路開關(guān)閉合時，電感器電流循環(huán)穿過旁路開關(guān)，且負(fù)載電流iout由電容器提供，其中由電容器提供的電流在圖3中展示為虛線。

模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(adc)331也耦合到輸出電感器、輸出電容器及負(fù)載之間的節(jié)點。adc將所述節(jié)點上的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。由于所述節(jié)點耦合到輸出電容器的輸出，因此所述電壓信號可被視為輸出電容器電壓(或簡單地輸出電壓、經(jīng)調(diào)節(jié)電壓或負(fù)載電壓)，且數(shù)字值可稱作數(shù)字輸出電容器電壓。在一些實施例中，adc提供大于8位的輸出。在各種實施例中，adc在對到負(fù)載的電力的電壓調(diào)節(jié)期間提供跨越在輸出電容器的預(yù)期或所要輸出電壓的2％內(nèi)的范圍的大于8位的有意義輸出。在一些實施例中，adc包含至少10個比較器，其經(jīng)配置以在對到負(fù)載的電力的電壓調(diào)節(jié)期間將輸出電容器電壓與各自在輸出電容器的預(yù)期或所要輸出電壓的約2％內(nèi)的不同參考電壓進(jìn)行比較。如圖4的圖表中所展示，在一些實施例中，5個比較器經(jīng)配置以將輸出電容器電壓與介于參考電壓的100.25％和參考電壓電平的102.25％之間的電壓電平進(jìn)行比較，其中另外5個比較器經(jīng)配置以將輸出電容器電壓與介于參考電壓的97.75％和99.75％之間的電壓電平進(jìn)行比較。

數(shù)字輸出電容器電壓提供到控制器，且提供到電流確定塊333。電流確定塊有效地確定電容器電流的指示。如此做，在大多數(shù)實施例中，電流確定塊利用電容器電流與電容器電壓(其與電容器的電容成比例)隨時間的改變之間的關(guān)系。大體來說，針對電容器，i＝c*dv/dt，其可近似為i＝c*(vn-v(n-1))/(tn-t(n-1))。因此，在一些實施例中，電流確定塊包含用于存儲在第一時間取樣的數(shù)字輸出電容器電壓的鎖存器或其它存儲器、用于確定所存儲數(shù)字輸出電容器電壓與在第二時間取樣的數(shù)字輸出電容器電壓之間的差的電路、用于將所述值除以指示第二時間與第一時間之間的差的值(或?qū)⑺鲋党艘运鰰r間差的倒數(shù))并以指示輸出電容器的電容的標(biāo)量使結(jié)果按比例擴縮的電路。在一些實施例中，第一時間與第二時間之間的時間差是已知的(舉例來說，已知為提供到電流確定塊的時鐘信號的單個時鐘循環(huán)或預(yù)定數(shù)目個時鐘循環(huán))，且電流確定塊可使用常數(shù)而不是確定時間差。類似地，電流確定塊的操作順序還可就所應(yīng)用順序變化，且數(shù)字輸出電容器電壓可針對第一取樣及第二取樣兩者進(jìn)行存儲。

電容器電流的指示提供到第一鎖存器335a及第二鎖存器335b。通過包含從控制器接收指示高側(cè)開關(guān)及低側(cè)開關(guān)的所命令狀態(tài)的信號的or塊339，第一鎖存器在高側(cè)開關(guān)或低側(cè)開關(guān)在作用中(閉合)時存儲電容器電流的指示，如圖3中示意性地展示。然而，在一些實施例中，第一鎖存器可替代地在命令旁路開關(guān)斷開時存儲電容器電流的指示。類似地，第二鎖存器在命令旁路開關(guān)閉合時存儲電容器電流的指示。

在一些實施例中，控制器在其正常操作期間在由鎖存器存儲的電容器電流的指示為最新的充分規(guī)則基礎(chǔ)上激活所有高側(cè)開關(guān)、低側(cè)開關(guān)及旁路開關(guān)。然而，在一些實施例中，控制器可在規(guī)則操作期間不總是在規(guī)則基礎(chǔ)上激活旁路開關(guān)。因此，在一些實施例中，控制器另外經(jīng)編程或經(jīng)配置以在旁路開關(guān)未被激活達(dá)預(yù)定義時間周期的情況下將高側(cè)開關(guān)及低側(cè)開關(guān)排除在外而激活旁路開關(guān)。

存儲于第一鎖存器及第二鎖存器中的電容器電流的指示提供到求和器337，所述求和器將那些值求和且將和提供到控制器。

在其中第一鎖存器存儲電容器電流的指示的情況下，由第一鎖存器存儲的電容器電流的指示通常為如關(guān)于圖2a及2b所論述的與電容器相關(guān)聯(lián)的電感器電流分量，如上文所論述。類似地，在其中第二鎖存器存儲電容器電流的指示的情況下，由第二鎖存器存儲的電容器電流的指示通常為如上文關(guān)于圖2c所論述的全部負(fù)載電流。

因此，除了在旁路開關(guān)閉合時，由于負(fù)載電流加上電容器電流大體等于輸出電感器電流，因此控制器接收指示輸出電感器電流的值以供在操作控制器時使用。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的各方面的適用于控制dc/dc電壓轉(zhuǎn)換器的過程的流程圖。在一些實施例中，dc/dc電壓轉(zhuǎn)換器包含用于將輸出電感器耦合到較高或較低電壓源(舉例來說，vdd及接地)的高側(cè)開關(guān)及低側(cè)開關(guān)以及用于耦合輸出電感器的各端的旁路開關(guān)。在一個實施例中，所述過程由圖3的電路執(zhí)行。在另一實施例中，所述過程由通過使用(舉例來說)mosfet而形成的集成電路執(zhí)行。在又一實施例中，所述過程由微控制器或處理器執(zhí)行。用于由微控制器或處理器執(zhí)行所述過程的程序指令可存儲于(舉例來說)例如只讀存儲器、快閃存儲器及隨機存取存儲器(ram)等存儲裝置中。

在框511中，所述過程確定是否已在最后n個時鐘循環(huán)中啟用旁路模式，其中n是時鐘循環(huán)的數(shù)目。舉例來說，當(dāng)啟用旁路模式時，旁路開關(guān)接通(閉合)且輸出電感器的各端耦合在一起。將輸出電感器的各端耦合在一起通常致使電流在由輸出電感器及經(jīng)閉合旁路開關(guān)形成的環(huán)路中流動，如圖2c中所展示?；蛘?，舉例來說，當(dāng)停用旁路模式時，旁路開關(guān)關(guān)斷(斷開)，從而允許電流流動穿過輸出電感器及電容器，如圖2a及2b中所展示。

如果在最后n個時鐘循環(huán)中旁路模式接通，那么過程進(jìn)行到框515。否則，過程繼續(xù)到框513。

在框513中，啟用旁路模式達(dá)設(shè)定周期。在一些實施例中，所述設(shè)定周期可包含m個時鐘循環(huán)，其中m是時鐘循環(huán)的預(yù)定數(shù)目。所述過程接著繼續(xù)到框515。

在框515中，所述過程確定電流分量，舉例來說，本發(fā)明的圖1中所展示的dc/dc轉(zhuǎn)換器的第一電容器電流。在一些實施例中，通過將電容器的電壓的時間導(dǎo)數(shù)乘以電容器的電容來確定第一電容器電流。在一些實施例中，通過取電容與電容器電壓隨時間的改變速率的乘積來確定第一電容器電流。在一些實施例中，通過確定在第一時間的電容器電壓與在第二時間的電容器電壓之間的差且將所述差乘以電容與第一時間和第二時間之間的差的比率來確定第一電容器電流。

在框517中，所述過程確定是否針對當(dāng)前時鐘循環(huán)啟用旁路模式。如果啟用旁路模式，那么所述過程繼續(xù)到框519。否則，所述過程繼續(xù)到框521。

在框519中，所述過程設(shè)定輸出電流值。在一些實施例中，通過將在框515中獲得的第一電容器電流存儲到上文所論述的存儲裝置中來設(shè)定輸出電流?；蛘撸e例來說，可通過使用鎖存器或觸發(fā)器(展示于圖5中)來存儲第一電容器電流而設(shè)定輸出電流。所述過程接著繼續(xù)到框523。

在框521中，所述過程設(shè)定第二電容器電流值。在一些實施例中，通過將在框515中獲得的第一電容器電流存儲到上文所論述的存儲裝置中來設(shè)定第二電容器電流?；蛘?，舉例來說，可通過使用鎖存器或觸發(fā)器(展示于圖5中)來存儲第一電容器電流而設(shè)定第二電容器電流。所述過程接著繼續(xù)到框523。

在框523中，所述過程通過使用設(shè)定輸出電流值(框519)及設(shè)定第二電容器電流值(框521)來確定電感器電流。在一些實施例中，可通過將輸出電流與第二電容器電流求和來確定電感器電流。舉例來說，所述求和可由圖3中所展示的加法器電路執(zhí)行。另外，舉例來說，所述求和可由微控制器或處理器執(zhí)行?；蛘?，所述求和可由通過使用(舉例來說)mosfet而形成的加法器電路執(zhí)行。所述過程此后返回。

雖然已關(guān)于各種實施例論述了本文明，但應(yīng)認(rèn)識到，本發(fā)明包括由本揭示內(nèi)容支持的新穎且非顯而易見技術(shù)方案。