[发明专利]电压转换器

说明书

技术领域

本公开总体涉及电压转换器，具体地，涉及DC至DC电压转换器。

背景技术

电压转换器可以用于提供从任意输入电压源到负载的预定或恒定输出电压。输入电压源可以是高于或低于输出电压的电压。开关调节器是一种实现电压转换的有效方式。开关调节器采用与负载串联耦接或并联耦接的开关(例如，功率晶体管)。调节器控制开关的接通和关断，以便调节至负载的功率流。开关调节器采用电感性能量存储元件，将开关后的电流脉冲转换成稳定的负载电流。因此，以离散的电流脉冲在开关上传输开关调节器中的功率。

由于开关调节器的效率更高，所以开关调节器典型地用在以电池供电的系统中，如，便携式和膝上型计算机以及手持设备。在这样的系统中，当开关调节器提供接近额定输出电流的电流时(例如，当便携式或膝上型计算机中的磁盘或硬盘驱动开启时)，整个电路的效率可以较高。然而，效率通常是输出电流的函数，并且典型地在低输出电流处效率降低。这种效率的降低通常归因于与操作开关调节器相关联的损耗。这些损耗包括但不限于调节器的控制电路中的静态电流损耗、开关损耗、开关驱动器电流损耗以及电感器/变压器绕组和磁芯损耗。

发明内容

该说明书描述了涉及电压转换器的不同方面，所述电压转换器能够在各种输出电流水平处保持高效率。例如，双模转换器设计可以用于实现电压转换，这样的设计可以根据特定的预定义条件在同步操作模式与非同步操作模式之间进行自动选择。此外，可以通过强制高侧晶体管在最小时间段上保持导通并跳过开关周期，在低输出电流水平处实现最小接通时间特征，提高效率。可以由用户外部地编程这样的最小接通持续时间。以这种方式，可以使特定的损耗(例如，开关损耗)最小化，甚至可以在低输出电流水平上保持转化器效率。

大体上，一方面是一种用于DC-DC逐步下降电压转换的开关调节器，所述开关调节器包括：串联耦接的高侧晶体管和低侧晶体管；以及第一电路，被配置为以同步模式操作以及向负载提供调节后的输出电压，在同步模式下，高侧晶体管和低侧晶体管用于电压切换。所述开关调节器还包括：第二电路，被配置为以非同步模式操作以及向负载提供调节后的输出电压，在非同步模式下，低侧晶体管保持截止，并且高侧晶体管和一个或多个二极管用于电压切换。所述开关调节器还包括：自动模式选择器，被配置为输出控制信号，以及部分地基于低侧晶体管的源极和漏极之间的电压和预定延迟时间，在同步操作模式与非同步操作模式之间进行自动选择。该方面的其他实现方式包括相应的方法、电路和系统。

另一大体方面是一种对用于DC-DC逐步下降电压转换的开关调节器进行操作的方法，所述方法包括：部分地基于自动模式选择器所产生的控制信号逻辑上为低还是逻辑上为高，来自动确定开关调节器是应当以同步模式来操作还是以非同步模式来操作，其中，在同步模式下高侧晶体管和低侧晶体管用于电压切换，在非同步模式下高侧晶体管和一个或多个二极管用于电压切换。该方法还包括：如果控制信号逻辑上为低，则以同步模式来操作开关调节器。该方法还包括：如果控制信号逻辑上为高，则以非同步模式来操作开关调节器，其中，在整个非同步模式期间低侧晶体管保持截止。

另一大体方面是一种用于DC-DC逐步下降电压转换的开关调节器，所述开关调节器包括：串联耦接的高侧晶体管和低侧晶体管；以及第一电路，被配置为以同步模式操作以及向负载提供调节后的输出电压，在同步模式下，高侧晶体管和低侧晶体管用于电压切换。所述开关调节器还包括：第二电路，被配置为以非同步模式操作以及向负载提供调节后的输出电压，在非同步模式下，低侧晶体管保持截止，并且高侧晶体管和一个或多个二极管用于电压切换。所述开关调节器还包括用于在同步操作模式与非同步操作模式之间进行自动选择的装置。

这些和其他大体方面可以可选地包括以下特定方面中的一个或多个。当在预定延迟时间期间满足以下条件时，自动模式选择器可以自动选择非同步操作模式：低侧晶体管的源极和漏极之间的电压大于零；脉冲宽度调制PWM信号逻辑上为低；以及时钟信号脉冲处于下降沿。当在预定延迟时间期间满足以下条件时，自动模式选择器可以自动选择同步操作模式：所述一个或多个二极管上的电压小于零；脉冲宽度调制PWM信号逻辑上为低；以及时钟信号脉冲处于下降沿。预定延迟时间可以是连续的多个时钟周期或固定的时间段，例如20微秒。