专利名称：开关式调节器、和控制开关式调节器的电路和方法
技术领域：
本发明一般涉及开关式调节器，尤其涉及控制开关式调节器的电路和方法。
背景技术：
如图1所示，背景技术的开关式调节器包括输入端101；输出端104；电感器L；电容器C；包括检测器131、输出驱动器132、和PWM电路133的相波调制(PWM)控制器130；P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管QP1；N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管QN1；和误差放大器140。为了在轻负载上保护高效率，禁用(disabled)NMOS晶体管QN1。例如，检测器131监视PMOS晶体管QP1与NMOS晶体管QN1之间的节点K上的电压。当节点K上的电压在它的值达到地电压以下之后开始升高时，禁用NMOS晶体管QN1。这种技术公开在，例如，2004年2月19日公布的日本专利申请公告第2004-56982中。
但是，当NMOS晶体管QN1被禁用时，可能像图2所示那样生成阻尼噪声N。类似地，如图3所示，当使用与图1的降压开关式调节器类似的升压开关式调节器时，也可能生成阻尼噪声N。引起阻尼噪声N的因素之一与NMOS晶体管QN1的二极管的恢复特性有关。由于流过电感器L的电流不能即时改变，节点K上的电压甚至在NMOS晶体管QN1被禁用之后也继续升高，从而生成振荡，即，来自包括电感器L和电容器C的回路的如图2或3所示的阻尼噪声N。
并且，随着对小型化设备的要求越来越高，电感器L的电感越来越小到10μH或更小的范围。于是，反向电流的峰值势必增大，尤其当输出电压高时。
发明内容
本发明的示范性实施例包括各种类型的开关式调节器，每种开关式调节器都将通过输入端输入的输入电压转换成通过输出端输出的输出电压。
在一个例子中，开关式调节器包括控制器电路、第一开关元件、开关电路、和反向电流抑制电路。控制器电路检测开关式调节器中的电流或电压，和根据检测电压或电流输出控制输出电压的电平的第一控制信号。第一开关元件按照第一控制信号交替接通和断开，以便对电感器充电。开关电路包括第二开关元件，第二开关元件以与第一开关元件相对的方式按照第一控制信号接通和断开，以便让电感器放电。第一开关元件和第二开关元件连接在开关节点上。反向电流抑制电路生成指示是否生成或将要生成从输出端流到开关电路的反向电流的第二控制信号，和根据第二控制信号调整开关电路的接通电阻。为了调整开关电路的接通电阻，例如，通过控制第二开关元件的栅极电压，可以改变第二开关元件的接通电阻值。可替代地，开关电路可以配有第三开关元件，当第二控制信号指示生成或将要生成反向电流时，禁用第三开关元件。
除了上面内容之外，本发明可以以各种其它方式实现，例如，可以实现成控制开关式调节器的电路和方法。
通过结合附图，对本发明的优选实施例进行如下详细描述，本发明的这些和/或其它方面和优点将更加清楚和更容易被理解，在附图中图1是例示背景技术的开关式调节器的结构的示意性电路图；图2是例示在如图1所示的背景技术的开关式调节器中生成的阻尼噪声的波形图；图3是例示在背景技术的开关式调节器中生成的阻尼噪声的波形图；图4是例示按照本发明示范性实施例的开关式调节器的结构的示意性电路图；图5是说明如图4所示的开关式调节器执行的操作的时序图；图6是说明如图4所示的开关式调节器执行的操作的时序图；图7是例示在开关式调节器中生成的阻尼噪声的波形图；图8是例示按照本发明示范性实施例的开关式调节器的结构的示意性电路图；图9是例示按照本发明示范性实施例的开关式调节器的结构的示意性电路图；图10是例示在开关式调节器中生成的阻尼噪声的波形图；图11是例示按照本发明示范性实施例的开关式调节器的结构的示意性电路图；图12是例示按照本发明示范性实施例的开关式调节器的结构的示意性电路图；图13是例示按照本发明示范性实施例的开关式调节器的结构的示意性电路图；图14是例示按照本发明示范性实施例的开关式调节器的结构的示意性电路图；和图15是例示按照本发明示范性实施例的开关式调节器的结构的示意性电路图。
具体实施例方式
在描述如图所示的示范性实施例的过程中，为了清楚起见，应用了特定术语。但是，本专利说明书的公开内容不局限所选的特定术语，和应该理解为每个特定元件都包括以相似方式操作的所有技术等效物。现在参照图4到15说明开关式调节器的示范性实施例，其中，相同的标号在几个附图中自始至终都表示相同或相应的部分。如下所述的任何一个开关式调节器都是含有相互异相地接通和断开的一对开关元件的同步开关式电压调节器。通过控制这对开关元件的操作，可以围绕参考电平调整输出到与电路耦合的负载10的输出电压Vout的电平。
现在参照图4，说明开关式调节器1a的电路结构和操作。开关式调节器1a是降压电压模式控制开关式调节器，它利用检测电压的反馈将输入电压Vin转换成比输入电压Vin小的输出电压Vout。
开关式调节器1a包括输入端IN；输出端OUT；第一电容器C1；电感器L1；第一开关元件M1；包括第二开关元件M2和第三开关元件M3的开关电路7；反向电流抑制电路6；和包括参考电压发生器2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、误差放大器电路3、振荡电路4、相宽调制(PWM)比较器5、第一缓冲器BF1、第二缓冲器BF2、第二电容器C2和第三电容器C3的控制器电路。反向电流抑制电路6包括AND电路AN1、第三缓冲器B3、和比较器11。
在本例中，第一开关元件M1用P沟道金属氧化物半导体(PMOS)晶体管实现。第二开关元件M2和第三开关元件M3每一个都用N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管实现。第一开关元件M1交替地接通和断开，以便对电感器L1和第一电容器C1充电。第二开关元件M2和第三开关元件M3两者以与第一开关元件M1相对的方式操作，使存储在电感器L1中的电流环流到负载10，生成输出电压Vout。并且，在本例中，第二开关元件M2的接通电阻值被设置成高于第三开关元件M3的接通电阻值。
开关式调节器1a中任意数量的部件都可以集成为一个集成电路。在一个例子中，为了控制开关式调节器1a，可以使控制器电路和反向电流抑制电路6形成一个集成电路。在另一个例子中，为了控制开关式调节器1a，可以使控制器电路、反向电流抑制电路6、第一开关元件M1、和开关电路7形成一个集成电路。
仍然参照图4，第一开关元件M1和第二开关元件M2串联在输入端IN和地之间的节点Lx1上。电感器L1配备在节点Lx1和输出端Vout之间。第一电阻R1、第二电阻R2、和第一电容器C1串联地配备在输出端OUT和地之间。第一电阻R1与第二电容器C2并联。误差放大器3在反相输入端上与第一电阻R1和第二电阻R2之间的节点连接，和在非反相输入端上与参考电压发生器2连接。参考电压生成电路2的另一端与地连接。误差放大器3的输出端与PWM比较器5的反相输入端连接。第三电阻R3和第三电容器C3串联地配备在误差放大器3的输出端和地之间。振荡电路4与PWM比较器5的非反相输出端连接。PWM比较器5的输出端与第一缓冲器BF1、第二缓冲器BF2、和AND电路AN1的一个输入端连接。AND电路AN1的另一个输入端与比较器11的输出端连接。比较器11在反相输入端上与节点Lx1连接和在非反相输入端上与地连接。AND电路AN1的输出端与第三缓冲器BF3连接，第三缓冲器BF3与第三开关元件M3的栅极连接。第三开关元件M3被配备成与第二开关元件M2并联。
在操作过程中，控制器电路通过控制第一开关元件M1或开关电路7的接通时间，根据检测的输出电压Vout控制输出电压Vout的电平。第一电阻R1和第二电阻R2从输出电压Vout中分压出反馈电压VFB，和将反馈电压VFB输出到误差放大器3。误差放大器3根据反馈电压VFB与参考电压发生器2生成的参考电压Vref之差生成误差信号EAo。将误差信号EAo输出到PWM比较器5。振荡电路4将三角形波信号TW输出到PWM比较器5。PWM比较器5根据误差信号EAo与三角形波信号TW之差生成脉冲信号Spw。通过第一缓冲器BF1将脉冲信号Spw输出到第一开关元件M1的栅极，以便控制第一开关元件M1的接通时间。通过第二缓冲器BF2将脉冲信号Spw输出到第二开关元件M2的栅极，以便控制第二开关元件M2的接通时间。通过AND电路AD1将脉冲信号Spw输出到第三开关元件M3的栅极，以便控制第三开关元件M3的接通时间。在本例中，可以通过反向电流抑制电路6禁用第三开关元件M3，以便抑制反向电流的流动。
在本例中，当在节点Lx1上检测的电压等于或大于地电压Vs时，反向电流抑制电路6确定电流已反向或将要反向。此时，比较器11将低电平信号输出到AND电路AN1。其结果是，AND电路AN1将低电平信号输出到第三缓冲器BF3，和第三开关元件M3被禁用。由于第二开关元件M2的接通电阻值大于第三开关元件M3的接通电阻值，所以开关电路7的接通电阻增大。于是，从输出端OUT流到开关电路7的反向电流受到抑制。
参照图5和6，说明在抑制反向电流的同时控制输出电压Vout的电平的示范性操作。
参照图5，当反向电流抑制电路6的比较器11确定未生成反向电流时，即，当在节点Lx1上检测的电压小于地电压Vs时，比较器11将高电平信号输出到AND电路AN1。其结果是，AND电路AN1将脉冲信号Spw输出到第三缓冲器BF3。第三开关元件M3不被禁用，与第一和第二开关元件M1和M2一起继续控制输出电压Vout的电平。在一个例子中，当输出电压Vout像图5所示那样升高时，误差信号EAo的电压下降。于是，脉冲信号Spw的占空比下降。这进一步缩短了第一开关元件M1的接通时间，和延长了第二和第三开关元件M2和M3的接通时间，从而使输出电压Vout下降。在另一个例子中，当输出电压Vout像图5所示那样下降时，误差信号EAo的电压升高。于是，脉冲信号Spw的占空比升高。这进一步延长了第一开关元件M1的接通时间，和缩短了第二和第三开关元件M2和M3的接通时间，从而使输出电压Vout升高。这样，使输出电压Vout的电平得到控制。
参照图6，当反向电流抑制电路6的比较器11确定生成或将要生成电流时，即，当在节点Lx1上检测的电压等于或大于地电压Vs时，比较器11将低电平信号输出到AND电路AN1。其结果是，AND电路AN1将低电平信号输出到第三缓冲器BF3，和第三开关元件M3被禁用，使开关电路7的接通电阻增大。第二开关元件M2与第一开关元件M1一起控制输出电压Vout的电平。在一个例子中，当输出电压Vout像图6所示那样升高时，误差信号EAo的电压下降。于是，脉冲信号Spw的占空比下降。这进一步缩短了第一开关元件M1的接通时间，和延长了第二开关元件M2的接通时间，从而使输出电压Vout下降。并且，开关电路7的电阻增大抑制了从输出端OUT流到开关电路7的反向电流或开关电路7两端的电压尖峰，从而如图7所示，抑制了阻尼噪声N。在另一个例子中，当输出电压Vout像图6所示那样下降时，误差信号EAo的电压升高。于是，脉冲信号Spw的占空比升高。这进一步延长了第一开关元件M1的接通时间，和缩短了第二开关元件M2的接通时间，从而使输出电压Vout升高。并且，开关电路7的电阻增大抑制了从输出端OUT流到开关电路7的反向电流或开关电路7两端的电压尖峰，从而如图7所示，抑制了阻尼噪声N。
现在参照图8，说明开关式调节器1b的电路结构和操作。开关式调节器1b是降压电流模式控制开关式调节器，它利用检测电流的反馈将输入电压Vin转换成比输入电压Vin小的输出电压Vout。图8的开关式调节器1b在电路结构上基本上与图4的开关式调节器1a相似。不同之处在于，删除了振荡电路4，和加入了含有第四电阻R4和第四开关元件M4的电流检测电路15、振荡电路16、斜率补偿电路17、ADD电路18、和触发器电路19。开关式调节器1b中任意数量的部件都可以集成为一个集成电路。在一个例子中，为了控制开关式调节器1b，可以使控制器电路和反向电流抑制电路6形成一个集成电路。在另一个例子中，为了控制开关式调节器1b，可以使控制器电路、反向电流抑制电路6、第一开关元件M1、和开关电路7形成一个集成电路。在本例中，控制器电路包括参考电压发生器2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、误差放大器电路3、PWM比较器5、第一缓冲器BF1、第二缓冲器BF2、第二电容器C2、第三电容器C3、振荡电路16、斜率补偿电路17、ADD电路18、触发器电路19、和电流检测电路15。
相互串联的第四电阻R4和第四开关元件M4与第一开关元件M1并联。第四开关元件M4的栅极与第一开关元件M1的栅极连接。在本例中，第四开关元件M4是用PMOS晶体管实现的。振荡电路16生成时钟信号CLK，和将时钟信号CLK分别输出到斜率补偿电路17和触发器电路19的置位端S。斜率补偿电路17生成锯齿波信号Sstw，和将它输出到ADD电路18。
在本例中，根据在开关式调节器1b中检测的电流控制输出电压Vout的电平。检测与输出端OUT上的输出电流io成正比的第四电阻R4和第四开关元件M4之间的节点上的电流。然后，将检测电流转换成检测电压，和将它作为检测信号Scu从第四电阻R4和第四开关元件M4之间的节点输出到ADD电路18。
ADD电路18将锯齿波信号Sstw和检测信号Scu相加以生成差信号，和将差信号输出到PWM比较器5的非反相端。PWM比较器5根据误差信号EAo和差信号生成脉冲信号Spw，和将脉冲信号Spw输出到触发器电路19的重置输入端R。触发器电路19的输出端QB分别通过第一缓冲器BF1与第四开关元件M4和第一开关元件M1连接，通过第二缓冲器BF2与第二开关元件M2连接，和通过第三缓冲器BF3与第三开关元件M3连接。
在操作过程中，控制器电路通过控制第一开关元件M1或开关电路7的接通时间，根据检测电流控制输出电压Vout的电平。触发器电路19的置位端S被时钟信号CLK激活，使输出端QB输出低电平信号。触发器电路19的重置端R被脉冲信号Spw激活，使输出端QB输出高电平信号。根据从触发器电路19输出的输出信号的电平，控制第一开关元件M1或开关电路7的接通时间。并且，可以通过反向电流抑制电路6禁用第三开关元件M3，以便以基本上与上面参照图4到7的任何一个所述相似的方式抑制在开关式调节器1b中生成的反向电流的流动。
现在参照图9，说明开关式调节器1c的电路结构和操作。开关式调节器1c是升压电压模式控制开关式调节器，它利用检测电压的反馈将输入电压Vin转换成比输入电压Vin大的输出电压Vout。
开关式调节器1c包括输入端IN、输出端OUT、第一电容器C1、电感器L1、第一开关元件M11、反向电流抑制电路6a、包括第二开关元件M12和第三开关元件M13的开关电路7a、和包括参考电压发生器2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、误差放大器电路3、振荡电路4、PWM比较器5、第一缓冲器BF1、第二缓冲器BF2、第二电容器C2、第三电容器C3和反相器INV1的控制器电路。
在本例中，第一开关元件M11用NMOS晶体管实现。第二开关元件M12和第三开关元件M13每一个都用PMOS晶体管实现。并且，在本例中，第二开关元件M12的接通电阻值被设置成高于第三开关元件M13的接通电阻值。反向电流抑制电路6a在电路结构上基本上与图4或8的反向电流抑制电路6相似。不同之处在于用OR电路OR1取代了AND电路AN1。开关式调节器1c中任意数量的部件都可以集成为一个集成电路。在一个例子中，为了控制开关式调节器1c，可以使控制器电路和反向电流抑制电路6a形成一个集成电路。在另一个例子中，为了控制开关式调节器1c，可以使控制器电路、反向电流抑制电路6a、第一开关元件M11、和开关电路7a形成一个集成电路。
仍然参照图9，电感器L1和第一开关元件M11串联在输入端IN和地之间。相互并联的第二开关元件M12和第三开关元件M13在电感器L1和输出端OUT之间的节点Lx2上与第一开关元件M11串联。比较器11在反相输入端上与节点Lx2连接，和在非反相输入端上与输出端OUT连接。OR电路OR1的一个输入端与比较器11的输出端连接。OR电路OR1在另一个输入端上进一步与反相器INV1的输出端连接，和在输出端上通过第三缓冲器BF3与第三开关元件M13的栅极连接。PWM比较器5的输出端通过反相器INV1与第一缓冲器BF1和OR电路OR1的另一个输入端连接。
在操作过程中，控制器电路通过控制第一开关元件M11或开关电路7a的接通时间，根据检测的输出电压Vout控制输出电压Vout的电平。例如，在本例中，当在节点Lx2上检测的电压等于或小于输出电压Vout时，反向电流抑制电路6a确定电路已反向或将要反向。此时，比较器11将高电平信号输出到OR电路OR1。其结果是，OR电路OR1将高电平信号输出到第三缓冲器BF3，和第三开关元件M13被禁用。由于第二开关元件M12的接通电阻值大于第三开关元件M13的接通电阻值，所以开关电路7a的接通电阻增大。于是，从输出端OUT流到开关电路7a的反向电流受到抑制。
在一个例子中，当反向电流抑制电路6a的比较器11确定未生成反向电流时，即，当在节点Lx2上检测的电压大于输出电压Vout时，比较器11将低电平信号输出到OR电路OR1。其结果是，OR电路OR1将反相脉冲信号Spw输出到第三缓冲器BF3，和第三开关元件M13不被禁用。第三开关元件M13与第一和第二开关元件M11和M12一起继续控制输出电压Vout的电平。当输出电压Vout升高时，误差信号EAo的电压下降，和脉冲信号Spw的占空比也下降。这进一步延长了第一开关元件M11的接通时间，和缩短了第二和第三开关元件M12和M13的接通时间，从而使输出电压Vout下降。当输出电压Vout下降时，误差信号EAo的电压升高，和脉冲信号Spw的占空比也升高。这进一步缩短了第一开关元件M11的接通时间，和延长了第二和第三开关元件M12和M13的接通时间，从而使输出电压Vout升高。这样，使输出电压Vout的电平得到控制。
在另一个例子中，当反向电流抑制电路6a的比较器11确定生成或将要生成电流时，即，当在节点Lx2上检测的电压等于或小于输出电压Vout时，比较器11将高电平信号输出到OR电路OR1。其结果是，OR电路OR1将高电平信号输出到第三缓冲器BF3，和第三开关元件M3被禁用，使开关电路7a的接通电阻增大。第一和第二开关元件M11和M12控制输出电压Vout的电平。当输出电压Vout升高时，误差信号EAo的电压下降，和脉冲信号Spw的占空比也下降。这进一步延长了第一开关元件M11的接通时间，和缩短了第二开关元件M12的接通时间，从而使输出电压Vout升高。并且，开关电路7a的接通电阻增大可以抑制从输出端OUT流到开关电路7a的反向电流或开关电路7a两端的电压尖峰，从而如图10所示，抑制了阻尼噪声N。当输出电压Vout下降时，误差信号EAo的电压升高，和脉冲信号Spw的占空比也升高。这进一步缩短了第一开关元件M11的接通时间，和延长了第二开关元件M12的接通时间，从而使输出电压Vout下降。并且，开关电路7a的接通电阻增大可以抑制从输出端OUT流到开关电路7a的反向电流或开关电路7a两端的电压尖峰，从而如图10所示，抑制了阻尼噪声N。
现在参照图11，说明开关式调节器1d的电路结构和操作。开关式调节器1d是升压电流模式控制开关式调节器，它利用检测电流的反馈将输入电压Vin转换成比输入电压Vin大的输出电压Vout。图11的开关式调节器1d在电路结构上基本上与图9的开关式调节器1c相似。不同之处在于删除了振荡电路4，和加入了含有第四电阻R14和第四开关元件M14的电流检测电路25、振荡电路26、斜率补偿电路27、ADD电路28、和触发器电路29。开关式调节器1d中任意数量的部件都可以集成为一个集成电路。在一个例子中，为了控制开关式调节器1d，可以使控制器电路和反向电流抑制电路6a形成一个集成电路。在另一个例子中，为了控制开关式调节器1d，可以使控制器电路、反向电流抑制电路6a、第一开关元件M11、和开关电路7a形成一个集成电路。在本例中，控制器电路包括参考电压发生器2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、误差放大器电路3、相宽调制(PWM)比较器5、第一缓冲器BF1、第二电容器C2、第三电容器C3、振荡电路26、斜率补偿电路27、ADD电路28、触发器电路29、和电流检测电路25。
相互串联的第四电阻R14和第四开关元件M14与第一开关元件M11并联。第四开关元件M14的栅极与第一开关元件M11的栅极连接。在本例中，第四开关元件M14是用NMOS晶体管实现的。振荡电路26生成时钟信号CLK，和将时钟信号CLK分别输出到斜率补偿电路27和触发器电路29的置位端S。斜率补偿电路27生成锯齿波信号Sstw，和将它输出到ADD电路28。
检测与输出电流io成正比的第四电阻R14和第四开关元件M14之间的节点上的电流。然后，将检测电流转换成检测电压，和将它作为检测信号Scu从第四电阻R14和第四开关元件M14之间的节点输出到ADD电路28。
ADD电路28相加锯齿波信号Sstw和检测信号Scu以生成差信号，和将差信号输出到PWM比较器5的非反相端。PWM比较器5根据误差信号EAo和差信号生成脉冲信号Spw，和通过反相器INV1将脉冲信号Spw输出到触发器电路29的重置输入端R。触发器电路29的输出端QB通过第一缓冲器BF1分别与第四开关元件M14、第一开关元件M11，和第二开关元件M12的栅极连接。触发器电路29的输出端QB进一步与OR电路OR1的一个输入端连接。
在操作过程中，控制器电路通过控制第一开关元件M11或开关电路7a的接通时间，根据检测电流控制输出电压Vout的电平。触发器电路29的置位端S被时钟信号CLK激活，使输出端QB输出高电平信号。触发器电路29的重置端R被脉冲信号Spw激活，使输出端QB输出低电平信号。根据从触发器电路29输出的输出信号的电平，控制第一开关元件M11或开关电路7a的接通时间。并且，可以通过反向电流抑制电路6a禁用第三开关元件M13，以便以基本上与上面参照图9所述相似的方式抑制在开关式调节器中生成的反向电流。
正如上面参照图4到11的任何一个所述的那样，通过禁用配备在开关式调节器中的同步开关元件的至少一个，可以抑制在开关式调节器中生成的反向电流。可替代地，例如，正如下面参照图12到15的任何一个所述的那样，通过控制配备在开关式调节器中的同步开关元件的至少一个的栅极电压，也可以抑制反向电流。
现在参照图12，说明开关式调节器1e的电路结构和操作。开关式调节器1e是降压电压模式控制开关式调节器，它在电路结构上基本上与图4的开关式调节器1a相似。不同之处在于，删除了第二缓冲器BF2和第三开关元件M3，和用反向电流抑制电路6b取代了反向电流抑制电路6。反向电流抑制电路6b包括栅控电路31和比较器11。开关式调节器1e中任意数量的部件都可以集成为一个集成电路。在一个例子中，为了控制开关式调节器1e，可以使控制器电路和反向电流抑制电路6b形成一个集成电路。在另一个例子中，为了控制开关式调节器1e，可以使控制器电路、反向电流抑制电路6b、第一开关元件M1、和第二开关元件M2形成一个集成电路。在本例中，控制器电路包括参考电压发生器2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第二电容器C2、第三电容器C3、误差放大器电路3、振荡电路4、PWM比较器5、和第一缓冲器BF1。
在操作过程中，控制器电路以基本上与上面参照图4所述相似的方式，通过控制第一开关元件M1或第二开关元件M2的接通时间，根据检测的输出电压Vout控制输出电压Vout的电平。在本例中，反向电流抑制电路6b通过控制输入到第二开关元件M2的栅极电压的电平抑制反向电流。
在一个例子中，当比较器11确定电流已反向或将要反向时，即，当在节点Lx1上检测的电压等于或大于地电压Vs时，比较器11将低电平信号输出到栅控电路31。一旦接收到低电平信号，栅控电路31就降低输入到第二开关元件M2的栅极电压的电平，以增大第二开关元件M2的接通电阻值。于是，从输出端OUT流到第二开关元件M2的反向电流受到抑制。并且，第二开关元件M2两端的电压尖峰也受到抑制。在另一个例子中，当反向电流抑制电路6b确定电流未反向时，即，当在节点Lx1上检测的电压小于地电压Vs时，比较器11将高电平信号输出到栅控电路31。一旦接收到高电平信号，栅控电路31就升高输入到第二开关元件M2的栅极电压的电平，以减小第二开关元件M2的接通电阻值。
现在参照图13，说明开关式调节器1f的电路结构和操作。开关式调节器1f是降压电流模式控制开关式调节器，它在电路结构上基本上与图8的开关式调节器1b相似。不同之处在于，删除了第二缓冲器BF2和第三开关元件M3，和用反向电流抑制电路6b取代了反向电流抑制电路6。反向电流抑制电路6b包括栅控电路31和比较器11。开关式调节器1f中任意数量的部件都可以集成为一个集成电路。在一个例子中，为了控制开关式调节器1f，可以使控制器电路和反向电流抑制电路6b形成一个集成电路。在另一个例子中，为了控制开关式调节器1f，可以使控制器电路、反向电流抑制电路6b、第一开关元件M1、和第二开关元件M2形成一个集成电路。在本例中，控制器电路包括参考电压发生器2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、误差放大器电路3、PWM比较器5、第一缓冲器BF1、第二电容器C2、第三电容器C3、振荡电路16、斜率补偿电路17、ADD电路18、触发器电路19、和电流检测电路15。
在操作过程中，控制器电路通过控制第一开关元件M1或第二开关元件M2的接通时间，根据检测电流控制输出电压Vout的电平。触发器电路19的置位端S被时钟信号CLK激活，使输出端QB输出低电平信号。触发器电路19的重置端R被脉冲信号Spw激活，使输出端QB输出高电平信号。从输出端QB输出的高或低电平信号输入开关元件M1和M2的栅极、和栅控电路31中。根据来自触发器电路19的输出信号的电平，控制第一开关元件M1或第二开关元件M2的接通时间。并且，栅控电路31像上面参照图12所述的那样控制输入到第二开关元件M2的栅极电压的电平。
现在参照图14，说明开关式调节器1g的电路结构和操作。开关式调节器1g是升压电压模式控制开关式调节器，它在电路结构上基本上与图9的开关式调节器1c相似。不同之处在于，删除了第三开关元件M13，和用反向电流抑制电路6b取代了反向电流抑制电路6a。开关式调节器1g中任意数量的部件都可以集成为一个集成电路。在一个例子中，为了控制开关式调节器1g，可以使控制器电路和反向电流抑制电路6b形成一个集成电路。在另一个例子中，为了控制开关式调节器1g，可以使控制器电路、反向电流抑制电路6b、第一开关元件M11、和第二开关元件M12形成一个集成电路。在本例中，控制器电路包括参考电压发生器2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、误差放大器电路3、振荡电路4、PWM比较器5、第二电容器C2、第三电容器C3、第一缓冲器BF1、和反相器INV1。
在操作过程中，控制器电路通过控制第一开关元件M11或第二开关元件M12的接通时间，根据检测的输出电压Vout控制输出电压Vout的电平。并且，在本例中，反向电流抑制电路6b根据在开关式调节器1g中是否生成反向电流，控制输入到第二开关元件M12的栅极电压的电平。
在一个例子中，当比较器11确定未生成反向电流时，即，当在节点Lx2上检测的电压大于地电压Vs时，比较器11通过反相器INV1将低电平信号输出到栅控电路31。一旦接收到反相低电平信号，栅控电路31就升高输入到第二开关元件M12的栅极电压的电平，以减小第二开关元件M12的接通电阻值。
在另一个例子中，当比较器11确定电流已反向或将要反向时，即，当在节点Lx2上检测的电压等于或小于地电压Vs时，比较器11通过反相器INV1将高电平信号输出到栅控电路31。一旦接收到反相高电平信号，栅控电路31就升高输入到第二开关元件M12的栅极电压的电平，以增大第二开关元件M12的接通电阻值。于是，流到第二开关元件M12的反向电流受到抑制。
现在参照图15，说明开关式调节器1h的电路结构和操作。开关式调节器1h是升压电流模式控制开关式调节器，它在电路结构上基本上与图11的开关式调节器1d相似。不同之处在于，删除了第三缓冲器BF3和第三开关元件M13，和用反向电流抑制电路6b取代了反向电流抑制电路6a。开关式调节器1h中任意数量的部件都可以集成为一个集成电路。在一个例子中，为了控制开关式调节器1h，可以使控制器电路和反向电流抑制电路6b形成一个集成电路。在另一个例子中，为了控制开关式调节器1h，可以使控制器电路、反向电流抑制电路6b、第一开关元件M11、和第二开关元件M12形成一个集成电路。在本例中，控制器电路包括参考电压发生器2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、误差放大器电路3、PWM比较器5、第二电容器C2、第三电容器C3、第一缓冲器BF1、反相器INV1、电流检测电路25、振荡电路26、斜率补偿电路27、ADD电路28、和触发器电路29。
在操作过程中，控制器电路通过控制第一开关元件M11或第二开关元件M12的接通时间，根据检测电流控制输出电压Vout的电平。并且，在本例中，反向电流抑制电路6b以基本上与上面参照图14所述相似的方式，根据是否生成反向电流控制输入到第二开关元件M12的栅极电压的电平。
根据上面讲述的内容，可以作出许多附加修改和改变。因此，应该明白，在所附权利要求书的范围内，可以以除了这里所述之外的其它方式实施本专利说明书的公开内容。
并且，不同例示性实施例的元件和/或特征件可以在这个公开内容和所附权利要求书的范围内相互组合和/或相互取代。例如，上面例示的任何一个反向电流抑制电路可以与任何其它类型的控制器电路组合或合并到任何其它类型的开关式调节器中。在另一个例子中，可以将一个或多个开关元件加入上述任何一个开关电路中。
本申请基于2005年11月22日向日本专利局提出的日本专利申请第2005-337225号和要求其优先权，特此全文引用以供参考。
权利要求
1.一种将通过输入端输入的输入电压转换成通过输出端输出的输出电压的开关式调节器，该开关式调节器包含控制器电路，配置成检测开关式调节器中的电流或电压，和根据检测的电压或电流输出控制输出电压的电平的第一控制信号；与控制器电路连接的第一开关元件，配置成按照第一控制信号交替接通和断开，以便对电感器充电；在开关节点上与第二开关元件连接的开关电路，该开关电路包含配置成以与第一开关元件相对的方式按照第一控制信号接通和断开以便让电感器放电的第二开关元件；和反向电流抑制电路，配置成生成指示是否生成或将要生成从输出端流到开关电路的反向电流的第二控制信号，和根据第二控制信号调整开关电路的接通电阻。
2.根据权利要求1所述的开关式调节器，其中，根据在开关电路的一侧或两侧检测的电压生成第二控制信号。
3.根据权利要求1或2所述的开关式调节器，其中，开关电路进一步包含与第二开关元件并联的第三开关元件，配置成以与第一开关元件相对的方式按照第一控制信号接通或断开，其中，当第二控制信号指示生成或将要生成反向电流时，禁用第三开关元件。
4.根据权利要求3所述的开关式调节器，其中，第二开关元件的接通电阻值大于第三开关元件的接通电阻值。
5.根据权利要求2到4的任何一项所述的开关式调节器，其中，反向电流抑制电路包含比较器，配置成将在开关节点上检测的电压与地电压相比较，其中，当在开关节点上检测的电压等于或大于地电压时，该比较器输出指示生成或将要生成反向电流的第二控制信号。
6.根据权利要求2到4的任何一项所述的开关式调节器，其中，反向电流抑制电路包含比较器，配置成将在开关节点上检测的电压与地电压相比较，其中，当在开关节点上检测的电压小于输出电压时，该比较器输出指示生成或将要生成反向电流的第二控制信号。
7.根据权利要求1或2所述的开关式调节器，其中，反向电流抑制电路包含与第二开关元件连接的栅控电路，配置成按照第二控制信号控制输入到第二开关元件的栅极的电压的电平。
8.根据权利要求7所述的开关式调节器，其中，反向电流抑制电路进一步包含比较器，配置成将在开关节点上检测的电压与地电压相比较，其中，当在开关节点上检测的电压等于或大于地电压时，该比较器输出指示生成或将要生成反向电流的第二控制信号。
9.根据权利要求7所述的开关式调节器，其中，反向电流抑制电路进一步包含比较器，配置成将在开关节点上检测的电压与地电压相比较，其中，当在开关节点上检测的电压小于输出电压时，该比较器输出指示生成或将要生成反向电流的第二控制信号。
10.根据权利要求1到9的任何一项所述的开关式调节器，其中，控制器电路和反向电流抑制电路形成一个集成电路。
11.根据权利要求1到9的任何一项所述的开关式调节器，其中，控制器电路、反向电流抑制电路、第一开关元件、和第二开关元件形成一个集成电路。
12.一种控制含有对电感器充电的第一开关元件和使电感器放电的第二开关元件的开关式调节器的电路，该电路包含控制器电路，配置成根据从开关式调节器中检测的反馈信号，输出控制开关式调节器的输出电压的电平的第一控制信号；和反向电流抑制电路，配置成输出指示在开关式调节器中是否生成或将要生成流到开关电路的反向电流的第二控制信号，和根据第二控制信号控制开关电路的接通电阻。
13.根据权利要求12所述的电路，其中，根据在开关电路的一侧检测的电压与在开关电路的另一侧检测的电压之间的比较生成第二控制信号。
14.根据权利要求12或13所述的电路，其中，开关电路包含第二开关元件，配置成以与第一开关元件相对的方式按照第一控制信号接通或断开；和与第二开关元件并联的第三开关元件，配置成以与第一开关元件相对的方式按照第一控制信号接通或断开，其中，当第二控制信号指示生成或将要生成反向电流时，禁用第三开关元件。
15.根据权利要求12或13所述的电路，其中，开关电路包含第二开关元件，配置成以与第一开关元件相对的方式按照第一控制信号接通或断开，和其中，反向电流抑制电路包含与第二开关元件的栅极连接的栅控电路，配置成按照第二控制信号控制输入到第二开关元件的栅极的电压的电平。
16.一种控制含有对电感器充电的第一开关元件和让电感器放电的第二开关元件的开关式调节器的电路，该电路包含根据从开关式调节器中检测的反馈信号控制开关式调节器的输出电压的电平的装置；确定在开关式调节器中是否生成或将要生成流到开关电路的反向电流以生成确定结果的装置；和根据确定结果控制开关电路的接通电阻的装置。
17.一种控制含有第一开关元件和第二开关元件的开关式调节器的方法，该方法包含根据来自开关式调节器的反馈信号生成控制开关式调节器的输出电压的电平的第一控制信号；根据第一控制信号控制第一开关元件或开关电路的接通时间；确定是否生成或将要生成反向电流以输出第二控制信号；和根据第二控制信号控制开关电路的接通电阻。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，确定步骤包含将在开关电路的一侧检测的电压与在开关电路的另一侧检测的电压相比较。
19.根据权利要求17或18所述的方法，进一步包含在开关电路中配备数个开关元件，其中，控制步骤包含禁用数个开关元件中的至少一个。
20.根据权利要求17或18所述的方法，进一步包含在开关电路中配备至少一个开关元件，其中，控制步骤包含改变至少一个开关元件的接通电阻值。
全文摘要
开关式调节器包括对电感器充电的第一开关元件、生成控制开关式调节器的输出电压的电平的第一控制信号的控制器电路、和根据在开关式调节器中是否检测到反向电流控制开关电路的接通电阻的反向电流抑制电路。本发明还公开了控制开关式调节器的电路和方法。
文档编号H02M3/156GK1976191SQ200610148649
公开日2007年6月6日 申请日期2006年11月22日 优先权日2005年11月22日
发明者小岛真一, 甲斐寿 申请人:株式会社理光