[发明专利]与DC-DC转换器有关的改进

说明书

本发明涉及电压转换器，尤其涉及DC-DC或开关式电压调节器，并涉及用于控制这样的调节器的方法和设备。

在总体上的电子设备中，尤其是对于快速移动件——例如便携式消费装置(例如移动电话、MP3播放器等)，有着持续不断的推动力去使用最新的处理器技术，以在增加装置容量和特征集合的同时减少功率和成本。随着下一代处理器开始变得可用，它们需要使用比前一代处理器更低的电压来运行，以允许工艺特征尺寸(即W/L)减小，使得集成度更高，从而这在减小芯片(die)尺寸、降低芯片成本和减少功率消耗方面是有利的。通常，这样的处理器经由DC-DC电压转换器供电，该DC-DC电压转换器向该处理器提供已调整的电压。

这些趋势导致DC-DC转换器在服务这些应用上有两种设计挑战：一种由低电压值的选择引起；另一种由电池技术落后于向更低处理器供应电压的转变引起。

(i)在所有盛行的处理器负载和电池状况下，处理器供应电压的减小要求对DC-DC转换器输出电压的严格得多的控制(在绝对意义上)。如果对处理器供应电压的控制不足，则会发生欠压或过压问题，这两者都是不期望的。

(ii)由于电池端子电压尚未可察觉地下降，且DC-DC转换器的占空比由V_OUT/V_IN的比值给出，所以占空比必须减小。这，与小外部部件将DC-DC转换器推至高运行频率的期望结合，导致了极短的开关通(即导通)时间。功率开关通常不能提供由晶体管特征尺寸减小引起的切换速度增加，因为接口部件必须额定为电池电压。

由于功率开关的小导通时期(conduction period)(即通时间)难于控制，所以使用传统峰值电流模式控制方法以足够的准确度控制较低的处理器输出电压变得愈发困难。谷值电流模式(VCM)是已经提出的一种控制DC-DC转换器的替代方法。这种DC-DC环路控制方法控制输入晶体管的断(即非导通)时间，而不是导通时间。对于所要求的低占空比，非导通时间长于导通时间，因此更容易控制。也已知VCM提供了内在更高的带宽和改进的瞬时响应。

因此，本发明的一个目的是提供对DC-DC转换器的改进的控制。

因此，根据本发明，提供了一种DC-DC转换器，包括：电感器，其操作性(operably)连接在第一节点和输出节点之间；高侧开关，其操作性连接在高侧供应输入节点和所述第一节点之间；低侧开关，其操作性连接在低侧供应输入节点和所述第一节点之间；开关控制电路，其能运行(operable)以基于至少对第一信号(其指示所述电感器中的电流)与第二信号(其指示所述输出节点处的电压和目标电压之间的差别)的比较，来控制所述高侧开关的接通，并能运行以使得所述低侧开关可在所述高侧开关接通之前截断；其中所述开关控制电路包括仿真电路，该仿真电路用于对所述高侧开关和所述低侧开关都为截断的时期期间电感器电流中的变化进行仿真。

因此，本发明的该方面的DC-DC转换器具有连接至第一节点的电感器，所述第一节点连接在高侧供应开关和低侧供应开关之间。所述高侧供应开关和所述低侧供应开关是任何合适的开关，例如功率开关，例如分别是PMOS开关和NMOS开关，用于在使用中连接至高侧供应和低侧供应，例如电压输入V_IN和地(ground)。所述开关受到开关控制电路的控制，以基于至少指示所述电感器中的电流的第一信号与指示所述输出节点处的电压和目标电压之间的差别的第二信号的比较，来控制所述高侧开关的接通。换言之，所述DC-DC转换器能运行在电流模式控制中，其中表示电感器电流的信号与从所述转换器的电压输出得出的阈值进行比较，以控制占空比。本领域技术人员应理解，一个或多个附加信号(例如斜率补偿斜波信号)可在比较之前被添加至所述电流信号或电压信号之一或两者。

所述开关控制电路能运行以控制所述高侧供应开关的接通。当指示所述电感器中的电流的第一信号达到所述第二信号提供的阈值——即电压误差信号(包括任何斜率补偿信号或类似物)——时，所述高侧开关接通。按此方式，所述转换器的占空比得到了控制。所述转换器能运行在所谓的谷值电流模式控制中。应理解，本发明的该方面的转换器能运行在谷值电流模式控制中，但是也可以能运行在其他模式中，例如如果需要则运行在峰值模式中。

在本发明的该实施方案中，所述开关控制电路能运行以使得所述低侧开关可在所述高侧开关接通之前截断。这意味着在占空比中可存在所述高侧开关和所述低侧开关都为截断的时期。这可被称作“不连续切换模式(discontinuous switching mode)”，因为在开关的运行中存在不连续性。