[发明专利]具有负电流限制保护的开关调节器

说明书

技术领域

本发明涉及开关调节器（switching regulator），具体地为对开关调节器的负电流限制保护。

背景技术

开关调节器的健全操作包括正电流操作，即调节器的电源级（power stage）将（正）电流供应（source）给负载；以及负电流操作，即调节器的电源级从负载汲取（负）电流。大多数常规的开关调节器不提供负电流操作，而是试图完全地避免负电流操作。例如，DCM（不连续导电模式）下的操作能够防止负电流导电。调节器电源级的低侧晶体管通常具有负的dl/dt导电响应（conduction response），这意味着当低侧晶体管接通时，电流减小。在DCM下，一旦电流达到零，则低侧晶体管被断开。这样做防止电流变为负的，电流变为负值是许多应用所不希望的，这是因为在负电流导电期间所引起的导电损失会导致效率损失。然而，某些调节器必须依赖于负电流，以改进动态操作期间（例如负载释放（load release）（即，负载电流从高值改变为接近零的值）或负电压转换（transition）（即，电压从高值改变为较低值需要调节器使输出电容器放电））的性能。这对于多相转换器是特别实际的，其中每个单独的相的电流处理能力仅仅是转换器总电流处理能力的一部分。当负电流超过电源级晶体管的负电流处理能力时，会发生电源级的灾难性故障。

发明内容

根据用于开关调节器的电流限制保护的方法的实施方式，该方法包括：将通过电感器耦接到负载的电源级切换为使得在某一时段，电源级通过电源级的第一晶体管将正电流供应到负载，并且在其它时段，通过电源级的第二晶体管从负载汲取负电流；以及响应于流经电感器的负电流超过预定的负阈值，迫使第二晶体管处于断开状态。

根据开关调节器的实施方式，开关调节器包括：用于通过电感器耦接到负载的电源级；以及电流监测电路。电源级可操作地切换为使得在某一时段，电源级通过电源级的第一晶体管将正电流供应到负载，并且在其它时段，通过电源级的第二晶体管从负载汲取负电流。保护电路可操作地响应于流经电感器的负电流超过预定的负阈值，迫使第二晶体管处于断开状态。

根据用于多相开关调节器的电流限制保护方法的实施方式，其中多相开关调节器包括具有多个相的电源级，每个相具有通过电感器耦接到负载的高侧晶体管和低侧晶体管，该方法包括：在脉冲宽度调制控制器的控制下，将电源级的相切换为使得在某一时段，电源级通过一个或多个高侧晶体管将正电流供应到负载，在其它时段，通过一个或多个低侧晶体管从负载汲取负电流；以及响应于流经一个或多个电感器的负电流超过预定的负阈值，迫使脉冲宽度调制控制器切断每个低侧晶体管。

根据多相开关调节器的实施方式，多相开关调节器包括具有多个相的电源级、脉冲宽度调制控制器和电流监测电路。电源级的每个相具有用于通过电感器耦接到负载的高侧晶体管和低侧晶体管。脉冲宽度调制控制器可操作地将电源级的相切换为使得在某一时段，电源级通过一个或多个高侧晶体管将正电流供应到负载，以及在其它时段，通过一个或多个低侧晶体管从负载汲取负电流。保护电路可操作地响应于流经一个或多个电感器的负电流超过预定的负阈值，迫使脉冲宽度调制控制器切断一个或多个低侧晶体管。

本领域的普通技术人员在阅读完下面的详细描述并且看过附图之后，将认识到另外的特征和优点。

附图说明

图中的元件不必相对于彼此按比例绘制。相似的参考标号指示相应类似的部件。各个示出的实施方式的特征可以组合，除非它们相互排斥。在附图中描述并且以下详细地描述了实施方式。

图1示出了具有负电流限制保护的开关调节器的框图。

图2示出了对开关调节器的负电流限制保护的实施方式的流程图。

图3示出了根据实施方式的具有负电流限制保护和不具有负电流限制保护的开关调节器的比较操作的曲线图。

图4示出了对开关调节器的正和负电流限制保护的实施方式的流程图。

图5A至图5C示出了用于确定开关调节器的负电流水平的检测电路（sense circuit）的不同实施方式的框图。

图6示出了具有负电流限制保护的开关调节器的详细框图。

具体实施方式