专利名称：控制dc/dc开关式电压调节器中短路电流的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制DC/DC开关式电压调节器中短路电流的方法及设备，尤其 是，为DC/DC开关式电压调节器中短路电流锯齿状增或减提供的方法和设备。
背景技术：
尽管负载导致电源电压或电流的不同，但DC/DC电压调节器可有效地维持输出电 压电平。许多便携式装置需要如同由DC/DC电压调节器提供的电源电压一样稳定的电源电 压。由于确定过流状态的次数的有限，开关式调节器可能在短路负载上发生电流锯齿状增 或减的现象。几乎每一个开关式装置有一个有限的回路响应时间来测量电感器中的电流。 根据输入电压，电流能够上升得足够高，从而导致装置的灾难性故障。由于这一原因，在固定频率部分中，一般使用频率折叠来改变部分中可能发生的 电流锯齿状增或减的量。频率折叠引起的常见问题是电感器中的大的电流纹波。由于该原 因，选择比标准大的旁路或者输出电容来降低纹波电压。并且如果频率折叠的太多，回路可 能变得不稳定。因此，为了广泛的应用而选择正确的折叠频率范围不是一件容易的工作。
发明内容
结合系统、装置和方法描述并解释本发明。除本发明内容中描述的本发明的这些 特征之外，通过参考附图并阅读下面的详细说明，本发明的进一步的特征将变得显而易见。在一个实施例中，提供具有高压侧通路装置和低压侧通路装置的DC/DC开关式电 压调节器。电压调节器在高压侧包括用于检测在电流极限之上的过流状态的装置。如果检 测到过流状态，电压调节器还包括用于切断高压侧通路装置和打开低压侧通路装置直到到 达位于低压侧通路装置的第二电流极限的装置。在另一个实施例中，提供在具有高压侧通路装置和低压侧通路装置的DC/DC开关 式电压调节器上执行的方法。该方法包括在高压侧检测在电流极限之上的过流状态。如果 检测到过流状态，该方法还包括切断高压侧通路装置和打开低压侧通路装置直到到达位于 低压侧通路装置的第二电流极限。在另一个实施例中，提供一种设备。该设备包括高压侧通路装置。该设备还包括 与高压侧通路装置串联的低压侧通路装置。该设备进一步包括与高压侧通路装置和低压侧 通路装置连接的控制模块。该控制模块连接到高压侧通路装置和低压侧通路装置，对高压 侧通路装置和低压侧通路装置进行控制。
此外，该设备包括与高压侧通路装置和低压侧通路装置串联的第一电阻器。而且， 该设备包括与第一电阻器并联的第一比较器。该第一比较器具有与第一电流极限对应的阈 值电压输入差值，并且第一比较器的输出连接到控制模块。此外，该设备包括与高压侧通路 装置的感应电流连接以作为电压的第二比较器。该第二比较器具有与第二电流极限对应的 阈值电压输入差值。第二比较器的输出连接到控制模块。第二电流极限高于第一电流极 限。同样，响应于第一比较器的输出，控制模块可以切断高压侧通路装置，直到接收到复位 信号，而且，响应于第二比较器的输出，控制模块可以切断高压侧通路装置，直到接收到低 电流信号。
通过附图以举例的方式解释本发明。应该将附图理解为举例而不是限制，本发明的范围由权利要求进行限定。图1示出了 DC-DC电压调节器输出端的一个实施例。图2示出了图1的实施例中的电流过载。图3示出了图1的实施例中的频率折叠。图4示出了用于图1的DC-DC电压调节器输出的电流过载保护装置的一个实施 例。图5示出了用于图1的DC-DC电压调节器输出的电流过载保护装置的一个可选择 的实施例。图6示出了图4的实施例中的电流锯齿状增或减。图7示出了用于图1的DC-DC电压调节器输出的电流过载保护装置的另一个可选 实施例。图8示出了电流限制处理方法的一个实施例。
具体实施例方式为开关式DC/DC电压调节器中的短路电流锯齿状增或减提供一种系统、方法和设 备。本文件中说明的具体实施例是本发明示范性的例子，实质上是说明性的而不是限制性 的。在下面的说明中，出于解释的目的，为了提供对本发明的全面理解，提出了多个具 体的细节。但是，对本发明的技术人员而言，很显然没有这些具体的细节也可以实现本发 明。在其它的情况下，为了避免使发明变得含糊，以方框图的形式示出结构和装置。说明书中“ 一个实施例，，或者“实施例，，的意思是结合实施例说明的特定的特征、 结构、或者特性包含在发明的至少一个实施例中。在说明书的不同位置出现的词组“在一个 实施例中”不是必须参考同一个实施例，也不是与其它实施例相互之间排除的单个的或者 交替的实施例。在一些实施例中，本发明描述了一种新方案，即从开关式调节器的保护方案中取 消频率折叠，并且在整个操作期间在无需改变开关频率的情况下允许归零启动。在一些实施例中，采用检测元件测量电感器中的电流。采用比较器比较检测元件 和另一个匹配元件，该匹配元件描述指示过流情况的限定的已知电流阈值。当超过该电流阈值时，比较器发出信号给逻辑电路以闭锁低压侧开关，直至到达低压侧电流极限值。根据 应用，能够将这低压侧的电流极限值设置为任何正的、负的或者零电感器电流值。在一些实施例中，DC/DC开关电压调节器由PWM控制器、串联在电源电压和地之间 的两个被控制的通路装置、与两个通路装置之间的公共点连接的电感器、和在电感器之后 连接在输出节点和地之间的电容器组成。通过调制该通路装置，电感器将累积能量并对电 容器放电。充电和放电速度由下述等式确定
权利要求
1.一种由具有高压侧开关和低压侧开关的电压调节器来执行的方法，该方法包括 检测输出电流；确定检测到的输出电流是否上升到达到或超过至少一个电流极限； 响应于确定检测到的输出电流上升到达到或超过所述至少一个电流极限，锁定高压侧 开关并接通低压侧开关；确定检测到的输出电流是否下降到至少另一电流极限或所述至少另一电流极限以下；以及响应于确定检测到的输出电流下降到所述至少另一电流极限或所述至少另一电流极 限以下，接通高压侧开关并关断低压侧开关。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在锁定高压侧开关并接通低压侧开关之后，重置电压调节器以开始正常运行高压侧开 关和低压侧开关。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，高压侧开关包括高压侧晶体管，低压侧开关包括 低压侧晶体管。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，检测输出电流包括检测在与高压侧开关和低压 侧开关电耦接的负载上流过的电流。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，负载包括电感性元件。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定检测到的输出电流是否上升到达到或超过 至少一个电流极限包括确定检测到的输出电流是否上升到达到或超过第一电流极限；以及 响应于确定检测到的输出电流上升到达到或超过第一电流极限，执行以下操作中的至 少一个锁定高压侧开关并接通低压侧开关，或 重置电压调节器。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，重置电压调节器包括在锁定高压侧开关并接通 低压侧开关之后，重置电压调节器。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在锁定高压侧开关并接通低压侧开关之后重置 电压调节器包括在延迟之后重置电压调节器。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于确定检测到的输出电流下降到至少另一 电流极限或所述至少另一电流极限以下接通高压侧开关并关断低压侧开关包括在延迟之后接通高压侧开关并关断低压侧开关。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于确定检测到的输出电流下降到至少另一 电流极限或所述至少另一电流极限以下，还包括进行频率折叠，以减小电压调节器的运行频率。
11.一种由具有高压侧开关和低压侧开关的电压调节器来执行的方法，所述方法包括检测输出电流；确定检测到的输出电流是否上升到达到或超过至少一个电流极限； 响应于确定检测到的输出电流上升到达到或超过所述至少一个电流极限，锁定高压侧开关并接通低压侧开关；在锁定高压侧开关并接通低压侧开关之后，返回接通高压侧开关并关断低压侧开关， 或重置电压调节器以开始正常运行高压侧开关和低压侧开关。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，在锁定高压侧开关并接通低压侧开关之后返 回接通高压侧开关并关断低压侧开关或重置电压调节器以开始正常运行高压侧开关和低 压侧开关包括在锁定高压侧开关并接通低压侧开关之后，在预定的时间段后，返回接通高压侧开关 或重置电压调节器。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，在锁定高压侧开关并接通低压侧开关之后，还 包括进行频率折叠，以减小电压调节器的运行频率。
14.一种电压调节器，包括串联的高压侧开关和低压侧开关；电流感测电路，与高压侧开关和低压侧开关电连接，以检测输出电流，所述电流感测电 路包括高电流感测电路，用于确定检测到的输出电流是否上升到达到或超过至少一个高压侧电流极限，开关控制电路，用于响应于高电流感测电路确定检测到的输出电流上升到达到或超过所述至少一个电流极限，锁定高压侧开关并接通低压侧开关，以及低电流感测电路，用于确定检测到的输出电流是否下降到至少另一电流极限或所述至 少另一电流极限以下。
15.根据权利要求14所述的电压调节器，其中，开关控制电路在锁定高压侧开关并接 通低压侧开关之后，接通高压侧开关并关断低压侧开关，或重置电压调节器以开始正常运 行高压侧开关和低压侧开关。
16.根据权利要求14所述的电压调节器，其中，高压侧开关包括高压侧晶体管，低压侧 开关包括低压侧晶体管。
17.根据权利要求14所述的电压调节器，还包括与高压侧开关和低压侧开关电耦接的 负载；其中，电流感测电路检测负载上的输出电流。
18.根据权利要求17所述的电压调节器，其中，负载包括电感性元件。
19.根据权利要求14所述的电压调节器，其中，所述至少一个电流极限包括第一电流 极限；以及响应于高电流感测电路确定检测到的输出电流上升到达到或超过第一电流极限，开关 控制电路在锁定高压侧开关并接通低压侧开关之后重置电压调节器。
20.根据权利要求19所述的电压调节器，其中，开关控制电路在延迟之后重置电压调 节器。
21.根据权利要求19所述的电压调节器，其中，所述至少一个电流极限包括第二电流 极限；以及响应于高电流感测电路确定检测到的输出电流上升到达到或超过第二电流极限，开关 控制电路暂时关断电压调节器，其中，开关控制电路暂时锁定高压侧开关并暂时接通低压侧 开关。
22.根据权利要求14所述的电压调节器，其中，响应于低电流感测电路确定检测到的 输出电流下降到所述至少一个电流极限或所述至少一个电流极限以下，开关控制电路在延 迟之后接通高压侧开关并关断低压侧开关。
23.根据权利要求14所述的电压调节器，其中，响应于低电流感测电路确定检测到的 输出电流下降到所述至少另一电流极限或所述至少另一电流极限以下，开关控制电路还执 行频率折叠以减小电压调节器的运行频率。
24.根据权利要求14所述的电压调节器，其中，高电流感测电路包括电流感测放大器 和比较器。
25.根据权利要求14所述的电压调节器，其中，低电流感测电路包括比较器。
26.根据权利要求14所述的电压调节器，其中，开关控制电路包括触发器。
27.一种由具有高压侧开关和低压侧开关的电压调节器来执行的方法，所述方法包括检测输出电流；确定检测到的输出电流是否上升到达到或超过至少一个电流极限； 响应于确定检测到的输出电流上升到达到或超过所述至少一个电流极限，减小输出电 流，包括执行以下操作中的至少一个； 锁定高压侧开关并接通低压侧开关， 进行频率折叠以减小电压调节器的运行频率，或 暂时关断电压调节器；确定检测到的输出电流是否下降到至少另一电流极限或所述至少另一电流极限以下；以及响应于确定检测到的输出电流下降到所述至少另一电流极限或所述至少另一电流极 限以下，接通高压侧开关并关断低压侧开关。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，响应于确定检测到的输出电流上升到达到或 超过所述至少一个电流极限减小输出电流包括锁定高压侧开关并接通低压侧开关；以及 进行频率折叠以减小电压调节器的运行频率。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，响应于确定检测到的输出电流上升到达到或 超过所述至少一个电流极限减小输出电流包括锁定高压侧开关并接通低压侧开关； 进行频率折叠以减小电压调节器的运行频率；以及 暂时关断电压调节器。
30.根据权利要求27所述的方法，其中，响应于确定检测到的输出电流上升到达到或 超过所述至少一个电流极限减小输出电流包括进行频率折叠以减小电压调节器的运行频率；以及 暂时关断电压调节器。
31.根据权利要求27所述的方法，其中，暂时关断电压调节器包括重置电压调节器。
32.根据权利要求27所述的方法，其中，检测输出电流包括检测与高压侧开关和低压 侧开关电耦接的负载上的电流。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，负载包括电感性元件。
34.根据权利要求27所述的方法，其中，响应于确定检测到的输出电流下降到所述至 少另一电流极限或所述至少另一电流极限以下接通高压侧开关并关断低压侧开关包括在延迟之后，接通高压侧开关并关断低压侧开关。
35.根据权利要求27所述的方法，其中，响应于确定检测到的输出电流下降到所述至 少另一电流极限或所述至少另一电流极限以下，还包括进行频率折叠以减小电压调节器的运行频率。
36.一种由具有高压侧开关和低压侧开关的电压调节器来执行的方法，所述方法包括检测输出电流；确定检测到的输出电流是否上升到达到或超过至少一个电流极限； 响应于确定检测到的输出电流上升到达到或超过所述至少一个电流极限，减小输出电 流，包括执行以下操作中的至少一个； 锁定高压侧开关并接通低压侧开关， 进行频率折叠以减小电压调节器的运行频率，或 暂时关断电压调节器；以及接通高压侧开关并关断低压侧开关，或重置电压调节器以开始正常运行高压侧开关和 低压侧开关。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，接通高压侧开关并关断低压侧开关或重置电 压调节器以开始正常运行高压侧开关和低压侧开关包括在执行以下操作中的至少一个之后在预定的时间段后接通高压侧开关或重置电压调 节器锁定高压侧开关并接通低压侧开关，进行频率折叠以减小电压调节器的运行频率，或暂时关断电压调节器。
38.根据权利要求36所述的方法，其中，接通高压侧开关并关断低压侧开关或重置电 压调节器以开始正常运行高压侧开关和低压侧开关包括进行频率折叠以减小电压调节器的运行频率。
39.一种电压调节器，包括串联的高压侧开关和低压侧开关；电流感测电路，与高压侧开关和低压侧开关电连接，以检测输出电流，所述电流感测电 路包括高电流感测电路，用于确定检测到的输出电流是否上升到达 到或超过至少一个高压侧电流极限， 开关控制电路，用于响应于高电流感测电路确定检测到的输 出电流上升到达到或超过所述至少一个电流极限，减小输出电流， 包括执行以下操作中的至少一个锁定高压侧开关并接通低压侧开关， 折叠频率以减小电压调节器的运行频率，或 暂时关断电压调节器；以及低电流感测电路，用于确定检测到的输出电流是否下降到至少另一电流极限或所述至 少另一电流极限以下，其中，开关控制电路还响应于低电流感测电路确定检测到的输出电流下降到所述至少 另一电流极限或所述至少另一电流极限以下来接通高压侧开关并关断低压侧开关。
40.根据权利要求39所述的电压调节器，其中，开关控制电路减小检测到的输出电流， 包括执行频率折叠以减小电压调节器的运行频率；以及 暂时关断电压调节器。
41.根据权利要求40所述的电压调节器，其中，高电流感测电路包括电流感测放大器 和比较器。
42.根据权利要求41所述的电压调节器，其中，低电流感测电路包括比较器。
43.根据权利要求42所述的电压调节器，其中，开关控制电路包括触发器。
44.一种由具有高压侧开关和低压侧开关的电压调节器来执行的方法，所述方法包括检测输出电流；确定检测到的输出电流是否上升到达到或超过第一电流极限； 响应于确定检测到的输出电流上升到达到或超过所述第一电流极限，锁定高压侧开关 并接通低压侧开关； 检测重置信号；以及响应于检测到重置信号，立即接通高压侧开关并关断低压侧开关。
45.一种由具有高压侧开关和低压侧开关的电压调节器来执行的方法，所述方法包括检测输出电流；确定检测到的输出电流是否上升到达到或超过第一电流极限； 响应于确定检测到的输出电流上升到达到或超过所述第一电流极限，锁定高压侧开关 并接通低压侧开关；确定检测到的输出电流是否下降到第二电流极限或第二电流极限以下，其中第二电流 极限小于第一电流极限；以及响应于确定检测到的输出电流下降到第二电流极限或第二电流极限以下，接通高压侧 开关并关断低压侧开关。
全文摘要
本发明提供一种在具有高压侧通路装置和低压侧通路装置的DC/DC开关式电压调节器上执行的方法，该方法包括检测在高压侧通路的电流极限之上的过流状态；和如果检测到过流状态，切断高压侧通路装置并开低压侧通路装置，直到到达位于低压侧通路装置上的第二电流极限。本发明还提供一种设备，该设备包括高压侧通路装置、与高压侧通路装置串联的低压侧通路装置、与高压侧通路装置和低压侧通路装置连接的控制模块、与高压侧通路装置和低压侧通路装置串联的第一电阻器、与第一电阻器并联的第一比较器、包括与高压侧通路装置的检测电流连接以作为电压的第二比较器。
文档编号H02H7/10GK102097938SQ20111006874
公开日2011年6月15日 申请日期2005年8月30日 优先权日2004年8月30日
发明者安德鲁·吴 申请人:美国芯源系统股份有限公司