專利名稱：形成降壓-升壓模式電源控制器的方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電子學(xué)，更具體地，涉及形成半導(dǎo)體器件的方法 和結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在過去，半導(dǎo)體工業(yè)利用各種方法和結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)開關(guān)電源控制器，例如脈寬調(diào)制(PWM)電源控制器。使用開關(guān)電源控制器的系 統(tǒng)通常配置為升壓系統(tǒng)或降壓系統(tǒng)。 一些系統(tǒng)被實現(xiàn)為降壓和升壓系 統(tǒng)或者降壓-升壓(buck-boost)系統(tǒng)。在2000年12月26日授權(quán)給 Dwelley等人的美國專利號6,166,527中>^開了這樣的降壓-升壓系統(tǒng) 的一個樣例。這樣的降壓-升壓系統(tǒng)的一個問題是降壓-升壓模式的效 率一般不如期望的那樣高。此外，用于實現(xiàn)降壓-升壓系統(tǒng)的電路一般 是復(fù)雜的，這導(dǎo)致了高成本。因此，期望有一種開關(guān)電源控制器，其能夠以降壓-升壓運行模 式工作、具有高效率、具有較簡單的實施并具有降低的成本。


圖1簡要示出了具有根據(jù)本發(fā)明的降壓-升壓電源控制器的降壓-升壓電源系統(tǒng)的實施例；圖2簡要示出了根據(jù)本發(fā)明的圖1的降壓-升壓電源控制器的一 部分的實施例；圖3為具有曲線的圖，其示出根據(jù)本發(fā)明的圖1的降壓-升壓電 源系統(tǒng)的一些信號；圖4簡
為了說明的簡單和明了，圖中的元件不一定按照比例，并且在不 同的圖中相同的參考號代表相同的元件。此外，為了說明的簡要，省 略了眾所周知的步驟和元件的說明和細節(jié)。這里使用的載流電極(current carrying electrode )是指器件的元件，例如MOS晶體管的 源極或漏極、或雙極晶體管的發(fā)射極或集電極、或二極管的正極或負 極，其承載通過該器件的電流，控制電極是指器件的元件，例如MOS 晶體管的柵極或者雙極晶體管的基極，其控制通過該器件的電流。雖 然這里把器件解釋為確定的N溝道或P溝道器件，本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員應(yīng)認識到，根據(jù)本發(fā)明，互補器件也是可能的。本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)認識到，這里使用的詞匯"在...期間"、"在...的時候"、以及 "當…時，，不是表示一旦開始操作馬上就會出現(xiàn)反應(yīng)的準確術(shù)語，而是 可能會在被初始操作激起的反應(yīng)之間有一些微小但合理的延遲，例如 傳播延遲。
具體實施方式
圖1簡要示出了具有電源控制器25的示例性形式的電源系統(tǒng)10 的一部分的實施例?？刂破?5接收具有表示多個功能狀態(tài)的多個信 號電平的信號。電源系統(tǒng)10 —般在功率輸入端子11和功率返回端子12之間接 收來自體電壓(bulk voltage)的功率，并且在輸出節(jié)點13和端子12之 間形成輸出電壓。負載15可以被連接成接收來自輸出節(jié)點13和端子 12的輸出電壓和負栽電流。施加在端子11和12之間的體電壓可以為 DC電壓或者整流AC電壓，例如半波整流正弦波。系統(tǒng)10—般包括 由控制器25控制以形成輸出電壓的感應(yīng)器14。系統(tǒng)10 —般還包括通 過串聯(lián)電阻器18和19示出的反饋網(wǎng)絡(luò)，該反饋網(wǎng)絡(luò)用于提供表示輸 出節(jié)點13和端子12之間的輸出電壓值的感測信號，例如反饋(FB) 信號。感測信號在感測節(jié)點20上形成。這樣的反饋(FB)網(wǎng)絡(luò)和反 饋(FB)信號對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是眾所周知的。在圖1中所示的控制器25的示例性形式一般在電壓輸入26和電
壓返回27之間接收來自體電壓的功率。輸入26—般連接至端子11， 而返回27 —般連接至端子12。感應(yīng)器14連接至控制器25的感應(yīng)器 輸入28和29?？刂破?5—般包括開關(guān)控制部件49、 PWM控制部件 53、誤差放大器55、參考發(fā)生器或參考56、內(nèi)部調(diào)節(jié)器或調(diào)節(jié)器58、 以及多個功率開關(guān)如第一功率晶體管35、第二功率晶體管36、第三 功率晶體管37以及第四功率晶體管38。調(diào)節(jié)器58 —般連接在輸入 26和返回27之間以接收來自輸入26的輸入電壓。調(diào)節(jié)器58在輸出 59上形成用于運行控制器25的其他元件的內(nèi)部運行電壓，控制器25 的其他元件包括開關(guān)控制部件49、 PWM控制部件53、參考56以及 誤差放大器55。誤差放大器55在感測輸入32上接收感測信號例如反 饋(FB )信號，以及在放大器55的輸出上形成表示輸出電壓值和輸 出電壓期望值之間差的誤差信號。PWM控制部件53接收來自放大器 55的誤差信號，并響應(yīng)性地形成用于運行晶體管35-38以便調(diào)節(jié)輸出 電壓值的PWM控制(PCS )信號。PWM控制部件53可以具有對于 本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言公知的各種實現(xiàn)。在1999年1月12日授權(quán)給 Jefferson Hall等人的美國專利號5,859,768中公開了一種適當?shù)?PWM控制部件的一個樣例，其因此在這里通過引用被并入。在優(yōu)選 實施例中，部件53為固定頻率電流模式PWM控制器，因此，
PCS信號具有固定頻率，并且占空比(duty cycle)由輸出電壓值確 定，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。
如在下文中將進一步看到的，控制器25配置成以降壓模式、升 壓模式或降壓-升壓模式運行系統(tǒng)10。部件49配置成設(shè)置控制器25 的運行模式以及利用PCS信號來控制所選擇的運行模式的功能。部件 49配置成通過啟動晶體管35、禁止晶體管36來以升壓模式運行系統(tǒng) 10以及響應(yīng)于輸出電壓值而利用PCS信號來接通或關(guān)斷晶體管37和 38。部件49配置成通過啟動晶體管37、禁止晶體管38來以降壓模式 運行系統(tǒng)10以及響應(yīng)于輸出電壓值而利用PCS信號來接通或關(guān)斷晶 體管35和36。在降壓-升壓模式中，部件49配置成將降壓-升壓模式 的一個循環(huán)形成為3個部分。在降壓-升壓模式循環(huán)的一個部分期間，
部件49配置成耦合感應(yīng)器14以從輸入26接收輸入電壓。在降壓-升 壓模式循環(huán)的第二部分期間，部件49配置成耦合感應(yīng)器14以向輸出 節(jié)點13和負載15提供功率，以及在降壓-升壓模式循環(huán)的第三部分期 間，部件49配置成耦合感應(yīng)器14以從輸入26中接收功率以及將功 率耦合至輸出節(jié)點13和負栽15。在降壓-升壓模式運行循環(huán)的這三個 部分之一的期間，晶體管35-38中的一個被啟動以用于降壓-升壓模式 循環(huán)的固定部分。在降壓-升壓模式循環(huán)的另外兩個部分中，PCS信 號用于控制晶體管35-38。固定部分被選擇為循環(huán)周期的固定百分比。 例如，時間的固定量或者循環(huán)周期的固定百分比。如果時間的固定量 太短或者固定百分比太低，精確地調(diào)節(jié)輸出電壓值就變得很難。
圖1所示開關(guān)控制部件49的示例性實施例包括模式檢測電路或 模式檢測器40、脈沖發(fā)生器50以及邏輯/驅(qū)動器或者邏輯/驅(qū)動模塊 60。脈沖發(fā)生器50從PWM控制部件53中接收PCS信號，并形成兩 個脈沖信號，這兩個脈沖信號幫助形成降壓-升壓循環(huán)的三個部分。發(fā) 生器50接收PCS信號以及響應(yīng)性地在輸出51上形成TO脈沖信號， 并在輸出52上形成TE脈沖信號。模式檢測器40接收輸入電壓以及 輸出電壓，并響應(yīng)性地形成用于設(shè)置控制器25的運行模式的控制信 號。使降壓控制(BU)信號有效以指示控制器25應(yīng)該以降壓運行模 式工作，而使升壓控制(BO)信號有效以指示控制器25應(yīng)該以升壓 運行模式工作。檢測器40使BU和BO信號無效以指示控制器25應(yīng) 該以降壓-升壓運行模式工作。在圖1所示的示例性實施例中，檢測器 40包括升壓比較器45、升壓電流源46、升壓電阻器47、降壓參考比 較器41、降壓電流源42以及降壓電阻器43。如果輸入電壓值減去輸 出電壓值大于電流源42和電阻器43確定的第一閾值，則比較器41 的輸出為高以使降壓控制(BU)信號有效。如果輸入電壓值減去輸出 電壓值小于由電流源46和電阻器47確定的第二閾值，則比較器45 的輸出為高，迫使升壓控制(BO)信號為高，以使升壓控制(BO) 信號有效。如果輸入電壓減去輸出電壓值小于第一閾值但大于笫二閾 值，則比較器41和45的輸出均為低，迫使BU和BO信號都為低，
指示控制器25應(yīng)該以降壓-升壓模式工作，從而使降壓-升壓模式有 效。第 一和第二閾值之間的范圍選擇成足夠窄以便提供這里所述的降 壓-升壓運行模式的最大優(yōu)勢，以及選擇成足夠?qū)捯员銥槊總€PWM循 環(huán)提供充分的時間。在優(yōu)選實施例中，第一閾值和第二閾值之間的差 為大約1.3伏特。然而，該范圍可以更大或更小。
圖2簡要示出了模塊60中的邏輯的示例性實施例。模塊60接收 BU和BO信號，并利用BU和BO信號的狀態(tài)來設(shè)置控制器25的運 行狀態(tài)以及控制晶體管35-38的運行。模塊60還接收來自部件53的 PCS信號以及來自發(fā)生器50的脈沖控制信號TO和TE。模塊60具 有輸出86、 87、 88和89，在其上，模塊60形成用于驅(qū)動各個晶體管 35、 36、 37和38的相應(yīng)的驅(qū)動信號A、 B、 C和D。圖2所示的模塊 60的示例性實施例包括"與"門65、 68、 69、 70、 79、 80和85;"與 非"門72和83;變極器(inverter)63、 64、 66、 75和76;"或，，門67、 77和85以及"或非，，門62、 71和82。該說明參考圖1和圖2。
在運行中，如果輸入電壓值減去輸出電壓大于第一閾值，則控制 器25以降壓模式工作。檢測器40使BU信號有效并使BO信號無效。 模塊60接收BO和BU信號。高BU信號迫使門62的示出為低，從 而迫使降壓-升壓(BB)信號為低。來自門62的低信號迫使門72的 輸出為高以啟動門69和70，以及還迫使門83和84的輸出為高以啟 動門85的一個輸入。高BU信號迫4吏門77的輸出為高以啟動門79 的一個輸入。高BU信號還迫使變極器66和76的輸出為低。來自變 極器76的低信號迫使門80的輸出低，因而使C驅(qū)動信號為低，以禁 止晶體管36。來自C驅(qū)動信號的低信號被延遲元件或者延遲73延遲， 并由門67接收以啟動門67的一個輸入。來自變極器66的低信號迫 使門68的輸出為低，這也迫使門70的輸出、因而迫使輸出89上的D 驅(qū)動信號為低，以啟動晶體管。啟動晶體管37將輸入29、因而將感 應(yīng)器14的一個端子耦合至控制器25的輸出31，因而耦合至輸出節(jié)點 13。來自D驅(qū)動信號的低信號被延遲元件或延遲78延遲，并由門77 的輸入接收，但對門77沒有影響。低BO信號迫使變極器63的輸出
為高以啟動門65的一個輸入，并且還啟動門80和82的一個輸入。 當PWM控制部件53迫使PCS信號為高以開始升壓運行模式的循環(huán) 時，高PCS信號迫使門67的輸出為高。來自門67的高信號迫使門 71的輸出為低，從而迫使門69的輸出、因而迫4吏輸出87上的B驅(qū) 動信號為低。低B驅(qū)動信號由延遲74接收，在其被變極器75接收之 前，延遲74使B驅(qū)動信號延遲。來自延遲74的低信號迫使變換器 75的輸出為高，這個高信號由門79接收。因為PCS信號也為高，來 自變極器75的高信號迫使門79的輸出為高。來自門79的高信號迫 使門82的輸出為低，從而迫使門85的輸出、因而迫使輸出86和A 驅(qū)動信號為低。低的A驅(qū)動信號啟動晶體管35。低的A驅(qū)動信號還 被延遲61接收，在其由變極器64接收之前，延遲61使低信號延遲， 從而迫使變極器64的輸出為高。因為門65的另一輸入已經(jīng)為高，來 自變極器64的高迫使門65的輸出高，因為輸入已經(jīng)為高，這對門67 沒有影響。因此，可以看到，正向PCS信號迫使A驅(qū)動信號為低， 從而啟動晶體管35。啟動晶體管35耦合了輸入28、因而耦合了感應(yīng) 器14以接收來自輸入26的功率。因為晶體管35和37被啟動，電流 從輸入26流過晶體管35，經(jīng)由輸入28至感應(yīng)器14,經(jīng)由輸入29和 晶體管37至輸出31以及輸出節(jié)點13，以便向負載15提供電流。
晶體管35保持啟動直到輸入32上的感測信號迫使部件53使 PCS信號無效。PCS信號的下降沿由發(fā)生器50接收，這響應(yīng)性地在 TO輸出上產(chǎn)生固定寬度的輸出脈沖。固定的脈沖寬度可以由各種公 知的脈沖生成電路例如單觸發(fā)(one-shot)或其他等效電路來實現(xiàn)。舉例 來說，例如通過利用由用于形成循環(huán)的振蕩器驅(qū)動的計數(shù)器，可以將 脈沖寬度形成為由控制53形成的每個循環(huán)的持續(xù)時間的固定百分比。 負向TO信號由門84接收，因為門84的其他輸入已經(jīng)為高，這沒有 影響。當來自TO信號的固定脈沖寬度變低時，對PCS循環(huán)的剩余部 分，發(fā)生器50迫使TE信號為高，直到PCS信號再一次變高。TE信 號可以通過簡單的邏輯電路例如"與非，，門由TO和PCS信號產(chǎn)生。向 高的TE信號由門72接收，因為門72的其他輸入為低，所以這沒有
影響。低向PCS信號也由模塊60接收。低PCS信號迫使門79的輸 出為低，這迫使門82的輸出為高。來自門82的高信號由門85接收， 并且迫使輸出為高，因為門85的其他輸入已經(jīng)為高。來自門85的高 信號迫使驅(qū)動信號A為高以禁止晶體管35。輸出86上的高信號由延 遲61接收，在其由變極器64接收之前，延遲61使高信號延遲。來 自延遲61的高信號迫使變極器64的輸出為低，從而迫使門65的輸 出為低。因為PCS信號已經(jīng)迫使門67的其他輸入為低，來自門65 的低信號迫使門67的輸出為低，從而迫使門71的輸出為高。因為門 69的其它輸入為高，來自門71的高信號迫使門69的輸出、因而迫使 輸出87上的驅(qū)動信號B為高，從而啟動晶體管36。啟動晶體管36 將輸入28、因而將感應(yīng)器14的一個端子耦合至返回27，以便開始對 感應(yīng)器14放電。高B驅(qū)動信號由延遲74接收，在其由變極器75接 收之前，延遲74使高驅(qū)動信號B延遲。高信號迫使變極器75的輸出 為低，因為PCS信號已經(jīng)為低，所以這對門79沒有影響。因此，PCS 信號的低部分使驅(qū)動信號A無效并且使驅(qū)動信號B有效，從而禁止晶 體管35并啟動晶體管36。如可看到的，在升壓運行模式中，高BU 信號響應(yīng)于PCS信號而迫使C和D驅(qū)動信號為低，以啟動晶體管37 并禁止晶體管38,以及接通或關(guān)斷晶體管35和36。因為PCS信號響 應(yīng)于輸出電壓值而進行接通或關(guān)斷，控制器25響應(yīng)于輸出電壓值而 接通或關(guān)斷晶體管35和36。
如果輸入電壓值減去輸出電壓值小于第二閾值，則控制器25以 升壓模式工作。檢測器40使升壓(BO )信號有效并使降壓(BU )信 號無效。高BO信號迫使門62的輸出為低，因而迫使降壓-升壓(BB) 信號為低。來自門62的低信號迫使門72的輸出為高以啟動門69和 70，以及還迫使門83和84的輸出為高以啟動門86的一個輸入。低 BU信號迫使變極器66的輸出為高以啟動門68的輸入。低BU信號 還啟動門77的一個輸入，并迫使變極器76的輸出為高。來自變極器 76的高信號啟動門80的一個輸入。高BO信號迫使變極器63的輸出 為低，從而迫使門65的輸出為低以啟動門67的輸出。高BO信號還
迫使門82的輸出為低，從而迫使門85的輸出、因而迫4吏輸出86上 的A驅(qū)動信號為低。低A驅(qū)動信號啟動晶體管35以耦合輸入28，因 而耦合感應(yīng)器14的一個端子而接收來自輸入26的功率。低A驅(qū)動信 號還由延遲61接收，在將其施加至變極器64的輸入之前，延遲61 使低信號延遲。來自延遲61的低信號迫使變極器64的輸出為高，因 為其他輸入為低，所以這對門65沒有影響。高BO信號還迫使門71 的輸出為低，從而迫使門69的輸出、因而迫使輸出87上的B驅(qū)動信 號為低以禁止晶體管36。低B驅(qū)動信號由延遲74接收，在將其施加 至變極器75的輸入之前，延遲74使低信號延遲。來自延遲74的低 信號迫使變極器75的輸出高，這個高信號由門79的一個輸入接收以 啟動門79的另一輸入。
因為部件53迫使PCS信號為高，高信號迫使門67的輸出為高。 來自門67的高信號由門68接收，從而迫使輸出為高，因為門68的 另一輸入已經(jīng)為高。來自門68的高信號迫使門70的輸出為高，因為 另一輸入已經(jīng)為高。來自門70的高信號迫使輸出89上的D驅(qū)動信號 為高，從而禁止晶體管37。高D驅(qū)動信號由延遲78接收，在將高信 號施加至門77的輸入之前，延遲78使其延遲。高信號迫使門77的 輸出為高，高信號由門79接收。因為PCS信號已經(jīng)為高，來自門77 的高信號迫使門79的輸出為高。來自門79的高信號迫使門80的輸 出為高，因為門80的其他輸入已經(jīng)為高。來自門80的高信號迫使輸 出88上的C驅(qū)動信號為高，從而啟動晶體管38。啟動晶體管38將 輸入29、因而將感應(yīng)器14的一個端子耦合至返回27以對感應(yīng)器14 充電。高C驅(qū)動信號由延遲73接收，在將其施加至門67的輸入之前， 延遲73使高信號延遲，因為一個輸入已經(jīng)為高，所以這對門67沒有 影響。
晶體管38保持啟動，直到輸入32上的感測信號迫使部件53使 PCS信號無效。PCS信號的下降沿由發(fā)生器50接收，這響應(yīng)性地確 認被TE信號跟隨的固定脈沖寬度TO信號。TO信號對門84沒有影 響，因為另一輸入已經(jīng)為高。向高的TE信號由門72接收，因為門72的另一輸入為低，所以這沒有影響。低PCS信號迫使門79的輸出 為低，因而迫使門80的輸出以及C驅(qū)動信號為低，從而禁止晶體管 38。低C驅(qū)動信號由延遲73接收，在施加到門67的輸入之前，延遲 73使低信號延遲。因為PCS信號也為低，來自延遲73的低信號迫使 門67的輸出為低，從而迫使門68的輸出為低。來自門68的低信號 迫使門70的輸出為低，從而迫使D驅(qū)動信號為低并啟動晶體管37以 將輸出31耦合至輸入29以及感應(yīng)器14的一個端子。低D驅(qū)動信號 還由延遲78接收，在將其施加至門77的一個輸入之前，延遲78使 低信號延遲。因為門77的另一輸入已經(jīng)為低，來自延遲78的低信號 迫使門77的輸出為低，因為PCS信號為低，所以這對門79沒有影響。 因此，可以看到在升壓模式中，有效的升壓信號和無效的降壓信號響 應(yīng)于PCS信號、因而響應(yīng)于輸出電壓值而啟動晶體管35，禁止晶體 管36并接通或關(guān)斷晶體管37和38。如果輸入電壓值減去輸出電壓大于第二閾值但小于第一閣值，升 壓(BO)和降壓(BU)信號均為低，并且控制器25以降壓-升壓模 式工作。圖3為具有曲線的圖，其示出在降壓-升壓模式中的系統(tǒng)10的一 部分運行的期間的一些信號。橫坐標表示時間，而縱坐標表示所示信 號的信號增加值。曲線91示出在模塊60的輸出86上的驅(qū)動信號A。 曲線92示出了模塊60的輸出87上的驅(qū)動信號B。曲線93示出了模 塊60的輸出88上的驅(qū)動信號C。曲線94示出了模塊60的輸出89 上的驅(qū)動信號D。曲線95示出了來自PWM控制部件53的PCS信號。 曲線96示出了發(fā)生器50的輸出51上的TO信號，而曲線97示出了 發(fā)生器50的輸出52上的TE信號。該說明參考圖1、圖2以及圖3。在降壓-升壓模式中，控制器25將PCS控制信號的循環(huán)形成為 三個部分的循環(huán)，其中一個部分具有固定的持續(xù)時間。 一個部分的持 續(xù)時間響應(yīng)于輸入電壓值而被控制，另 一部分的持續(xù)時間是固定的， 而第三部分的持續(xù)時間為PWM控制器的循環(huán)的剩余部分，因此，也 響應(yīng)于輸出電壓值。形成具有固定持續(xù)時間的循環(huán)的一個部分導(dǎo)致運 行效率提高。三相運行還更容易實現(xiàn)現(xiàn)有的降壓-升壓運行模式并降低控制器25的成本。如圖3中所示，TO和Tl時刻之間的循環(huán)部分響 應(yīng)于輸出電壓值。Tl和T2時刻之間的循環(huán)部分是固定的，并且T2 和T3時刻之間的循環(huán)部分是PWM控制部件53的剩余周期。如在圖2中所看到的，低BO和BU信號迫使門62的輸出上的 BB信號為高。來自門62的高信號啟動每個門72和83的一個輸入。 低BU信號迫使變極器66的輸出為高以啟動門68的一個輸入。低BU 信號還啟動門77的一個輸入，并迫使變極器76的輸出為高以啟動門 80的一個輸入。^f氐BO信號啟動門82的一個輸入以及門71的一個輸 入。低BO信號還迫使變極器63的輸出為高以啟動門65的一個輸入。 當控制53迫使PCS信號為高時，門67的輸出被迫為高，從而迫使門 68和70的輸出、因而迫使D驅(qū)動信號為高，以禁止晶體管37。來自 信號D的高信號由延遲78接收，在將其施加至門77的輸入并迫使門 77的輸出為高之前，延遲78使高信號延遲。來自門77的高信號啟動 門79的輸入。來自門67的高信號還迫使門71和69的輸出、因而迫 使B驅(qū)動信號為低，并禁止晶體管36。來自B驅(qū)動信號的低信號在 迫使變極器75的輸出為高之前被延遲74延遲。來自變極器75的高 信號迫使門79的輸出為高。來自門79的高信號迫使門82和80的輸 出、因而迫使A驅(qū)動信號為低，從而啟動晶體管35。低A驅(qū)動信號 在迫使變極器64和門65的輸出為高以啟動門67的一個輸入之前#皮 延遲61延遲。來自門79的高信號還迫使門80的輸出、因而迫使C 驅(qū)動信號為高，以啟動晶體管38。高C驅(qū)動信號被延遲73延遲，并 接著由門67接收，因為門67的輸出已經(jīng)為高，所以這沒有影響。晶體管35和38保持啟動，直到輸入32上的感測信號迫使部件 53使PCS信號無效。PCS信號的下降沿由發(fā)生器50接收，這響應(yīng)性 地產(chǎn)生輸出信號TO的固定寬度輸出脈沖。正向TO信號由門84接收， 并迫^f吏門84的輸出為高以啟動門85的一個輸入。TE信號仍為低以 迫使門72的輸出為高。低PCS信號由門67的一個輸入接收，因為其 它輸入為高，所以這沒有影響。低PCS信號還迫使門79的輸出為低，
從而迫使門80的輸出、因而迫使C驅(qū)動信號為低，并禁止晶體管38。 低C驅(qū)動信號在啟動門67的另一輸入之前被延遲73延遲。來自門 79的低信號還迫使門82和85的輸出、因而迫使A驅(qū)動信號為高， 并啟動晶體管35。向高的A驅(qū)動信號被延遲61延遲，并接著迫使變 極器64和門65的輸出為低。來自門65的低信號迫使門67的輸出為 低，因為其它輸入已經(jīng)為低。來自門67的低信號迫使門68和70的 輸出、因而迫使D驅(qū)動信號為低，以啟動晶體管37。低D驅(qū)動信號 在迫使門77的輸出為低之前被延遲78延遲，因為門79的輸出已經(jīng) 為低，所以這沒有影響。來自門67的低信號還迫使門71和69的輸 出、因而迫使B驅(qū)動信號為高，以啟動晶體管36。輸出87上的高信 號在由門79接收之前被延遲74延遲。因為其他輸入已經(jīng)為低，所以 低信號對門79沒有影響。因為TO信號的固定時間周期終止，發(fā)生器50驅(qū)使TE信號為 高并驅(qū)使TO信號為低。高TE信號迫使門電路72和69的輸出為低。 來自門69的低信號迫使B驅(qū)動信號為低，并禁止晶體管36。低B驅(qū) 動信號在驅(qū)使變極器75的輸出為高之前由延遲74延遲，所以這沒有 影響。低TE信號迫使門84和85的輸出、因而迫使A驅(qū)動信號為低， 以啟動晶體管35。當部件53驅(qū)使PCS信號為高以開始控制器25的另一循環(huán)時， 發(fā)生器50迫使TO和TE信號為高，并且驅(qū)動器60響應(yīng)于PCS、 BO 以及BU信號而形成驅(qū)動信號A-D。可以看到，延遲保證驅(qū)動信號A-D 不會交疊，從而避免通過晶體管35-38的交叉?zhèn)鲗?dǎo)。如可從前述內(nèi)容看到的，控制器25配置成在降壓-升壓模式的每 個循環(huán)的第一部分期間耦合感應(yīng)器14以接收輸入電壓，以及在降壓-升壓模式的每個循環(huán)的第二部分期間耦合感應(yīng)器14以向負載15提供 功率，以及在升降壓模式的每個循環(huán)的第三部分期間耦合感應(yīng)器14 以接收輸入電壓和向負載15提供能量。為了實現(xiàn)控制器25的這個功能，檢測器40的輸入連接至輸入 26和晶體管35的源極。電阻器43的第一端子連接至檢測器40的輸 入以及比較器41的反向輸入。電阻器43的第二端子一般連接至比較 器41的反向輸入以及電流源42的第一端子。電流源42的第二端子 連接至電流源46的第一端子以及返回27。電流源46的第二端子連接 至比較器45的非反向輸入以及電阻器47的第一端子。電阻器47的 第二端子連接至比較器41的非反向輸入以及輸出31。比較器41的輸 出連接至驅(qū)動器60的BU輸入，而比較器45的輸出連接至驅(qū)動器60 的BO輸入。晶體管35的漏極一般連接至晶體管36的漏極以及至輸 入28。輸入29連接至晶體管37的源極以及晶體管38的漏極。晶體 管37的漏極連接至輸出31。晶體管38的源極一般連接至晶體管36 的源極和返回27。驅(qū)動器60的輸出86、 87、 88和89連接至相應(yīng)的 晶體管35、 36、 38和37的柵極?？刂?3的PCS輸出連接至驅(qū)動器 60的PCS輸入以及發(fā)生器50的輸入。發(fā)生器50的輸出51和52連 接至驅(qū)動器60的相應(yīng)輸入TO和TE。放大器55的反向輸入連接至 輸入32,而放大器55的非反向輸入連接成接收來自參考56的參考信 號。放大器55的輸出連接至控制53的輸入。驅(qū)動器60的BO輸入 一般連接至門71的第一輸入、變極器63的輸入、門62的第一輸入 以及門82的輸入。驅(qū)動器60的BU輸入一般連接至門62的第二輸入、 變極器66的輸入、門77的第一輸入以及變極器76的輸入。驅(qū)動器 60的PCS輸入連接至門67的第一輸入以及門79的第一輸入。驅(qū)動 器60的TO輸入連接至門84的第一輸入。驅(qū)動器60的TE輸入連接 至門72的第一輸入。門82的輸出連接至門72的第二輸入以及門83 的第一輸入。變極器63的輸出連接至門85的第一輸入，而門85的 輸出連接至門67的笫一輸入。門67的輸出連接至門68的第一輸入 以及門71的第二輸入。門71的輸出連接至門69的第一輸入，門69 具有一般連接至輸出87和延遲74的輸入的輸出。延遲74的輸出連 接至變極器75的輸入，變極器75具有一般連接至門79的第二輸入 以及門83的第二輸入的輸出。門83的輸出連接至門84的第二輸入， 門84具有連接至門85的第一輸入的輸出。門85的輸出一般連接至 輸出86和延遲61的輸入。延遲61的輸出連接至變換器64的輸入，
變極器64具有連接至門85的第二輸入的輸出。變極器66的輸出連 接至門68的第二輸入，門68具有連接至門70的第一輸入的輸出。 門72的輸出一般連接至門69和70的第二輸入。門70的輸出一般連 接至輸出89以及延遲78的輸入，延遲78具有連接至門77的第二輸 入的輸出。門77的輸出連接至門79的第三輸入。門79的輸出一般 連接至門80的第一輸入和門82的第二輸入。門82的輸出連接至門 85的笫二輸入。變極器76的輸出連接至門80的第二輸入，門80具 有一般連接至輸出88和延遲73的輸入的輸出。延遲73的輸出連接 至門67的第三輸入。在系統(tǒng)10的可選實施例中，電阻器18可以由發(fā)光二極管(LED) 如發(fā)射白光的LED代替。對于這樣的實施例，在節(jié)點13和端子12 之間一般沒有連接負載15。圖4簡要示出了在半導(dǎo)體管芯(die)lll上形成的半導(dǎo)體器件110 的實施例的一部分的放大的平面視圖?？刂破?5在管芯111上形成。 管芯lll還可以包括為了簡化附圖而未在圖4中示出的其他電路?？?制器25和器件110通過本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的半導(dǎo)體制備技術(shù)在管 芯111上形成。鑒于上述內(nèi)容，顯然公開了一種新穎的器件和方法。包括其他特 征的是配置控制器25以使多個開關(guān)如晶體管35-38以降壓-升壓運行 模式運行，其中，所迷多個開關(guān)中的至少一個開關(guān)被啟動一段降壓-升壓模式循環(huán)的基本上固定的時間。控制器25的這樣的運行具有較 少的波紋(ripple)電流，因此，比現(xiàn)有的降壓-升壓控制器更加有效。 控制器25的結(jié)構(gòu)還在功率開關(guān)中產(chǎn)生了較少的耗散，從而還提高了 效率?？刂破?5的結(jié)構(gòu)還允許對感應(yīng)器14使用較低飽和電流的感應(yīng) 元件，從而有利于使用較小的較便宜的感應(yīng)器并降低系統(tǒng)如系統(tǒng)10 的成本。盡管用具體的優(yōu)選實施例對本發(fā)明的主題進行了描述，但是顯然 對于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員而言很多替換和變更是明顯的。例如，開關(guān)控制部件49在應(yīng)用中被顯示為電壓模式控制器，但是部件49可以用于包括電壓模式控制器和滯后控制器以及電流模式控制器 的各種控制器。盡管控制器25被示為驅(qū)動感應(yīng)器，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員應(yīng)認識到，感應(yīng)器14可以由變壓器代替，并且電阻器18和19可 以由本領(lǐng)域公知的光耦合反饋網(wǎng)絡(luò)代替。驅(qū)動器60的邏輯是提供部 件49的期望功能的邏輯的一個示例性元件。模塊60可以以其他邏輯 結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。而且，降壓-升壓模式循環(huán)的部分可以不同于發(fā)生器50的 示例性圖解而被劃分。另外，為了清楚地描述，始終使用詞語"連接 (connect)，，，但是，其被規(guī)定為與詞語"耦合(couple)"具有相同 的意思。因此，應(yīng)該將"連接，，解釋為包括直接連接或間接連接。
權(quán)利要求
1.一種形成降壓-升壓電源控制器的方法，其包括配置開關(guān)控制部件來以降壓-升壓模式運行多個開關(guān)以控制輸出電壓，其中，對于所述降壓-升壓模式的循環(huán)的基本上固定的部分，所述多個開關(guān)中的至少一個開關(guān)被啟動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括耦合所述多個開關(guān)以驅(qū) 動感應(yīng)器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述配置所述開關(guān)控制 部件以運行所述多個開關(guān)的步驟，包括以H橋結(jié)構(gòu)耦合所述多個開 關(guān)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述配置所述開關(guān)控制 部件的步驟，包括配置所述開關(guān)控制部件以響應(yīng)于所述輸出電壓的第 一值而以降壓運行模式運行所述多個開關(guān)，響應(yīng)于所述輸出電壓的第 二值而以升壓工作模式運行所述多個開關(guān)，以及響應(yīng)于所述輸出電壓 的笫三值而以所述降壓-升壓模式運行所述多個開關(guān)，其中，所述第二 值大于所述第一值和所述第三值，以及其中，所述第三值大于所述第 一值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述配置所述開關(guān)控制 部件以運行所述多個開關(guān)的步驟，包括配置所述開關(guān)控制部件以對于 所述降壓-升壓模式的所述循環(huán)的第一部分和第二部分響應(yīng)于所述輸 出電壓的值而啟動所述多個開關(guān)中的開關(guān)，以及對于所述降壓-升壓模 式的所述循環(huán)的笫三部分、對于所述循環(huán)的所述基本上固定的部分， 運行所述多個開關(guān)中的所述至少一個開關(guān)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括配置所述開關(guān)控制部件 以形成在所述第一部分之后和所述第二部分之前的所述第三部分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述配置所述開關(guān)控制 部件以運行所述多個開關(guān)的步驟，包括配置所述電源控制器以將所述 循環(huán)的所述基本上固定的部分形成為大約等于開關(guān)周期的25%的基 本上固定的時間量。
8. —種形成降壓-升壓電源控制器的方法，其包括 配置所述降壓-升壓電源控制器來耦合感應(yīng)器，以在降壓-升壓模式的第一部分期間接收輸入電壓；配置所述降壓-升壓電源控制器來耦合所述感應(yīng)器，以在所述降 壓-升壓模式的第二部分期間向負載提供功率；以及配置所述降壓-升壓電源控制器來耦合所述感應(yīng)器，以在所述降 壓-升壓模式的第三部分期間接收所述輸入電壓以及向所述負栽提供功率。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述配置所述降壓-升壓 電源控制器來耦合感應(yīng)器以在降壓-升壓模式的第一部分期間接收輸 入電壓的步驟，包括配置所述降壓-升壓電源控制器以耦合所述感應(yīng)器 的輸入端子來接收所述輸入電壓以及將所述感應(yīng)器的輸出端子從所 述負栽去耦。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述配置所述降壓-升 壓電源控制器來耦合所述感應(yīng)器以在所述降壓-升壓模式的第二部分 期間向所述負載提供功率的步驟，包括配置所述降壓-升壓電源控制器 以在所述降壓-升壓模式的第二部分期間將所述感應(yīng)器的輸入端子從 所述輸入電壓去耦，以及將所述感應(yīng)器的輸出端子耦合至所述負載。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述配置所述降壓-升 壓電源控制器來耦合所述感應(yīng)器以在所述降壓-升壓模式的第三部分 期間接收所述輸入電壓以及向所述負載提供功率的步驟，包括配置所 述降壓-升壓電源控制器來耦合所述感應(yīng)器的輸入端子，以在所述降壓 -升壓模式的第三部分期間接收所述輸入電壓以及耦合所述感應(yīng)器的 輸出端子以向所述負栽提供能量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括配置所述降壓-升壓電 源控制器以形成所述第一部分、所述第二部分或者所述第三部分中的 一個作為所述降壓-升壓模式的循環(huán)的周期的固定部分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括配置所述降壓-升壓電源控制器來形成具有持續(xù)時間的所述第一部分、所述第二部分或所述 第三部分中的 一個，所迷持續(xù)時間響應(yīng)于表示由所述降壓-升壓電源控 制器控制的輸出電壓的感測信號。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述配置所述降壓-升 壓電源控制器以形成所述第一部分、所述第二部分或者所述第三部分 中的一個作為所述降壓-升壓模式的所述循環(huán)的周期的所述固定部分 的步驟，包括配置所述降壓-升壓電源控制器來形成具有固定時間量的 持續(xù)時間的所述第 一部分、所述第二部分或者所述第三部分中的一 個。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括配置所述降壓-升壓電 源控制器以對于所述降壓-升壓模式的所述第一部分啟動第一開關(guān)來耦合所述感應(yīng)器以接收所述輸入電壓，對于所述降壓-升壓模式的所述 第二部分啟動第二開關(guān)來耦合所述感應(yīng)器以向所述負載提供功率，以及對于所述降壓-升壓模式的所述第三部分啟動所述第一開關(guān)以及所 述第二開關(guān)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述配置所述降壓-升 壓電源控制器以對于所述降壓-升壓模式的所述第一部分啟動第一開 關(guān)來耦合所述感應(yīng)器以接收所述輸入電壓，對于所述降壓-升壓模式的 所述第二部分啟動第二開關(guān)來耦合所述感應(yīng)器以向所述負載提供功 率，以及對于所述降壓-升壓模式的所述第三部分啟動所述第一開關(guān)以 及所述第二開關(guān)的步驟，包括配置所述降壓-升壓電源控制器以對于所 述降壓-升壓模式的每個循環(huán)的所述第一部分啟動所述第一開關(guān)來耦合所述感應(yīng)器以接收所述輸入電壓，對于所述降壓-升壓模式的每個循 環(huán)的所述第二部分啟動所述第二開關(guān)來耦合所述感應(yīng)器以向所述負 載提供功率，以及對于所述降壓-升壓模式的每個循環(huán)的所述第三部分 啟動所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括配置所述降壓-升壓電 源控制器以響應(yīng)于所述輸入電壓的值和由所述降壓-升壓電源控制器 控制的輸出電壓值而以降壓運行模式或升壓運行模式或所迷降壓-升 壓模式運行。
18. —種降壓-升壓模式電源控制器，其包括檢測器，其配置成形成響應(yīng)于由所述降壓-升壓電源控制器控制 的輸出電壓和提供至所述降壓-升壓電源控制器的輸入電壓之間的第 一差值的第一控制信號，以及形成響應(yīng)于所述輸出電壓和所述輸入電 壓之間的第二差值的第二控制信號；PWM控制部件，其配置成形成響應(yīng)于所述輸出電壓值的PWM 控制信號；以及開關(guān)控制部件，其配置成控制多個開關(guān)以調(diào)節(jié)所述輸出電壓、以 及響應(yīng)于所述輸出電壓和所述輸入電壓之間的第三差值而對于所述 PWM控制信號的循環(huán)的固定部分啟動所述多個開關(guān)中的一個開關(guān)， 其中，所述第三差值大于所述第一差值并小于所述第二差值。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的降壓-升壓模式電源控制器，其中， 所述開關(guān)控制部件配置成響應(yīng)于所述第一控制信號而在所述輸出電 壓的控制下啟動所述多個開關(guān)中的第一開關(guān)以及接通或關(guān)斷所述多 個開關(guān)中的第二開關(guān)，以及響應(yīng)于所述第二控制信號而在所述輸出電 壓的控制下啟動所述第二開關(guān)以及接通或關(guān)斷所述第一開關(guān)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的降壓-升壓模式電源控制器，其中， 配置成控制所述多個開關(guān)以調(diào)節(jié)所述輸出電壓、以及對于所述循環(huán)的 所迷固定部分啟動所述多個開關(guān)中的一個開關(guān)的所述開關(guān)控制部件， 包括配置成將所述循環(huán)的所述固定部分形成為固定的時間段的所述 開關(guān)控制部件。
全文摘要
在一個實施例中，一種電源控制器配置成以降壓-升壓模式運行多個開關(guān)以控制輸出電壓，其中，對于降壓-升壓模式的循環(huán)的基本上固定的部分，啟動所述多個開關(guān)中的至少一個開關(guān)。
文檔編號H02M3/04GK101167239SQ200580049573
公開日2008年4月23日 申請日期2005年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月17日
發(fā)明者多米尼克·歐梅特, 雷米·薩芬 申請人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司