电压转换器的制作方法

电压转换器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年3月31日提交的法国专利申请号2103300的权益，该在此申请通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开整体涉及电子电路，并且更具体地涉及切换模式电源(smps)电压转换器及其操作。


背景技术：

4.在切换模式电源转换器中，转换器的电源电压通过切换mos(金属氧化物半导体)晶体管进行斩波，以实现集合(集合包括电感元件和电容元件)中的能量累积阶段和恢复该集合中积累的能量的阶段。
5.在被配置为能够以pfm模式(即，脉冲频率调制)操作的切换式转换器中，转换器的每个操作循环包括集合中的能量累积阶段，随后是与转换器连接的负载的能量恢复阶段。在能量积累阶段期间，通过电感元件的电流增加。在能量恢复阶段期间，通过电感元件的电流减少。对于每个操作循环，期望通过电感元件的电流在能量积累阶段开始时和能量恢复阶段结束时为零。
6.已知的切换式转换器，特别是pfm类型的转换器，具有各种缺点。


技术实现要素：

7.一个实施例解决了已知电压转换器的所有或一些缺点。
8.一个实施例提供了电压转换器，其被配置为通过连续的操作循环来操作，每个循环包括能量累积阶段和能量恢复阶段，转换器被配置为使得通过比较电压斜坡和第一参考电压来确定阶段之一的持续时间，所述电压斜坡的斜率与在先前操作循环结束时在电感器中的电流的符号相关。
9.另一实施例提供了用于控制电压转换器的方法，方法包括连续的操作循环，每个循环包括能量积累阶段和能量恢复阶段，阶段之一的持续时间通过比较电压斜坡和第一参考电压来确定，所述电压斜坡的斜率与在先前操作循环结束时电感器中的电流的符号相关。
10.根据一个实施例，所述阶段之一是能量恢复阶段。
11.根据一个实施例，转换器被配置为：从一个循环到下一循环，如果电感器中的电流为负则使得所述电压斜坡的斜率更大，并且如果电感器中的电流为正，则使得所述电压斜坡的斜率更小。
12.根据一个实施例，转换器包括：第一晶体管和第二晶体管，在用于施加电源电压的第一节点和用于施加第二参考电压的第二节点之间串联连接，第一晶体管和第二晶体管通过第三节点彼此连接，第三节点通过电感器连接到第四输出节点，第四输出节点被连接到
第二节点，用于通过第一电容器来施加第二参考电压。
13.根据一个实施例，转换器包括连接到第三节点的第一电路，第一电路被配置为确定流过电感器的电流的符号。
14.根据一个实施例，第一电路包括：第三晶体管和第四晶体管，在第五和第六节点之间串联连接，第三晶体管和第四晶体管通过与第三节点连接的第七节点彼此连接；第五节点通过第一电阻元件被连接到第一电源节点，并且第六节点通过第二电阻元件被连接到第二参考电压施加节点，第三晶体管的控制端子被连接到第二节点，并且第四晶体管的控制端子被连接到第一节点，第二电路包括：提供第一信号的第八输出节点，第一信号在第三节点处的电压大于第一电源电压时取第一值并且在第三节点处的电压小于第一电源电压时取第二值；以及提供第二信号的第九输出节点，第二信号在第三节点上的电压小于第二电压时具有第一值并且在第三节点上的电压大于第二电压时具有第二值。
15.根据一个实施例，转换器包括被配置为生成电压斜坡的第二电路，电压斜坡的斜率与第三信号相关。
16.根据一个实施例，第二电路包括可变电容的电容电路，其被配置为在生成斜坡时充电，电路的电容与第三信号的值相关。
17.根据一个实施例，第三信号具有有限数目的可能值，信号的每个值对应于电容值。
18.根据一个实施例，转换器包括第三电路，第三电路被配置为根据第一信号和第二信号的值确定第三信号的变化。
附图说明
19.上述特征和优点以及其他特征和优点将在以下结合附图以例示而非限制的方式给出的具体实施例的描述中进行详细描述，其中：
20.图1示意性地表示电压转换器的实施例；
21.图2示出了图示图1的电路的操作的时序图集合；
22.图3更详细地表示了图1的实施例的一部分；
23.图4是图示了图3的电路的操作的时序图集合；
24.图5是图示了图3的电路的操作的时序图集合；
25.图6更详细地表示图1的实施例的另一部分；以及
26.图7更详细地表示图1的实施例的一部分。
具体实施方式
27.相同的特征在各个图中使用相同的附图标记表示。具体地，在各个实施例中共同的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记并且可以设置相同的结构、尺寸和材料特性。
28.为了清楚起见，仅详细图示和描述了对理解本文描述的实施例有用的操作和元素。
29.除非另有说明，否则当引用连接在一起的两个元素时，这表示直接连接，除了导体之外没有任何中间元素，当引用耦合在一起的两个元素时，这表示这两个元素可以连接或它们可以经由一个或多个其他元素耦合。
30.在以下公开中，除非另有说明，否则当引用绝对位置限定词，诸如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等，或引用相对位置限定词，诸如术语“之上”、“之下”、“较高”、“较低”等，或引用取向限定词，诸如“水平”、“竖直”等时，请参考图中所示的取向或者常规使用时的取向。
31.除非另有说明，否则表述“约”、“大约”、“基本上”和“在
…
的量级”表示在10％以内，优选在5％以内。
32.图1示意性地表示电压转换器1的实施例。转换器1是切换式电源类型的dc/dc转换器，其将dc电源电压转换为dc输出电压。
33.转换器1被配置为提供dc输出电压vout。转换器包括输出节点2，电压vout在该输出节点处可用。
34.转换器1被提供有dc电源电压vbat。转换器1然后连接在与电压vbat连接的第一导体轨或节点3以及与参考电位gnd连接的第二导体轨或节点5之间。
35.转换器1被配置为以等于设定点值的值提供电压vout。为此目的，转换器1在输入节点7处接收参考电位gnd的dc设定点电压vref，其值被示出为表示电压vout的设定点值，优选地等于电压vout的设定点值。电压vref优选地在转换器操作期间基本恒定。
36.在该示例中，电压vout、vbat和vref为正。在该示例中，电压vout、vbat和vref以电位gnd(诸如接地)为参考。
37.在该示例中，转换器1为降压(step-down)型或降压(buck)型，即，电压vout的设定值低于电压vbat的值。换言之，电压vout的值低于电压vbat的值。
38.转换器1包括功率级20。功率级20包括第一mos(“金属氧化物半导体”)晶体管9，优选地是pmos(p沟道mos晶体管)。mos晶体管9被耦合、优选地连接在轨3和内部节点11之间。换言之，晶体管9的第一导电端子(例如其源极)被耦合、优选地连接到轨3，其中晶体管9的第二导电端子(例如其漏极)被耦合、优选地连接到节点11。
39.级20还包括第二mos晶体管13，优选为nmos(n沟道mos晶体管)晶体管。晶体管13被耦合、优选地连接在节点11和轨5之间。换言之，晶体管13的第一导电端子(例如其源极)被耦合、优选地连接到轨5，其中晶体管13的第二导电端子(例如其漏极)被耦合、优选地连接到节点11。备选地，nmos晶体管可以由二极管或肖特基二极管代替。
40.因此，晶体管9和13被串联连接在轨3和5之间并且在内部节点11处彼此连接。
41.晶体管9和13中的每个晶体管包括未示出的本征二极管。未示出的本征二极管例如串联连接在轨3和5之间。更具体地，晶体管13的本征二极管的第一端子(阳极或阴极)被耦合、优选地连接到轨5并且所述二极管的第二端子(阴极或阳极)被耦合、优选连接到节点11。晶体管9的本征二极管的第一端子(阳极或阴极)被耦合、优选地连接到节点11，并且所述二极管的第二端子(阴极或阳极)被耦合、优选地连接到轨3。本征二极管的第一端子例如是阳极，并且本征二极管的第二端子例如是阴极。节点11因此被连接到二极管之一的阳极和另一二极管的阴极。
42.级20包括电感元件或电感器15。电感器15被连接在节点11和节点2之间。转换器1包括在节点2和轨5之间连接的输出电容元件或电容器16。例如，电容器的电容大于2μf，优选在2.2μf至20μf之间，甚至更大。该输出电容器16用作滤波器。换言之，转换器的该输出电容器使得节点2上存在的电流平滑并且存储由转换器提供给节点2的能量。
43.在操作中，未示出的负载被连接在节点2和轨5之间，以由电压vout供电。
44.转换器1包括控制电路17。电路17被配置为实现或控制转换器1的操作循环，以调节电压vout，使得其值等于设定点值vref。电路17包括电路172，例如被配置为生成用于晶体管9和13的控制信号的状态机。因此，电路172的输出被耦合、优选地连接到晶体管9的控制端子并且提供gp信号来控制晶体管9。类似地，电路172的输出被耦合、优选地连接到晶体管13的控制端子并且提供用于控制晶体管13的gn信号。
45.转换器1例如被配置为以脉冲频率调制(不连续导电模式)操作。电路17然后被配置为在电压vout的值低于设定点值vref并且两个晶体管9和13处于截止状态时开始转换器1的操作循环。
46.为此目的，电路17包括例如比较器171，比较器171被配置为比较电压vout和设定点电压vref。比较器171包括与节点2耦合、优选地连接的输入，诸如反相输入。比较器171包括另一输入，例如与节点7耦合的非反相输入。比较器171的输出被耦合、优选地连接到电路172并提供表示电压vref和电压vout之间的差的信号。
47.更具体地，在每个操作循环开始(由比较器171的输出信号表示)时，电路17被配置为控制能量积累阶段的开始，即，将晶体管9切换到导通状态，晶体管13处于截止状态。能量然后在电感器15和电容器16中积累，在第一持续时间tpon期间，电流ic在电感器15中流动。在持续时间tpon结束时，电路17被配置为控制晶体管9切换到截止状态和晶体管13切换到导通状态。能量然后由电感器15和电容器16恢复到转换器输出处连接的负载，在第二持续时间tnon期间，电感器中的电流ic减小。在持续时间tnon结束时，电路17被配置为控制晶体管13切换到截止状态。
48.持续时间tpon和tnon通过将电压斜坡与参考值(例如设定点电压vref)进行比较来确定。因此，电路17包括电压斜坡发生电路174。电路174被配置为生成电压斜坡ramp1和电压斜坡ramp2。
49.电压斜坡ramp1例如是从小于电压vref的低值开始增加的斜坡。电压斜坡ramp2例如是从高于vref值的高值开始减小的斜坡。
50.电路17包括比较器176。比较器176包括与节点7耦合、优选地连接的输入，优选为非反相输入。比较器176包括另一输入，优选为反相输入，另一输入被耦合、优选地连接到提供电压斜坡ramp1的电路174的输出。比较器176包括提供cmdp信号(例如二进制信号)的输出，cmdp信号表示电压vref和斜坡ramp1之间的差。具体而言，cmdp信号表示斜坡ramp1达到电压vref的值。
51.电路17包括比较器178。比较器178包括与节点7耦合、优选地连接的输入、优选为反相输入。比较器178包括另一输入，优选为非反相输入，另一输入被耦合、优选地连接到提供电压斜坡ramp2的电路174的输出。比较器178包括提供cmdn信号(例如二进制信号)的输出，cmdn信号表示电压vref和斜坡ramp2之间的差。具体而言，cmdn信号表示斜坡ramp2达到电压vref的值。
52.因此，在转换器1的操作期间，在例如由比较器171确定的循环开始处，能量累积阶段开始并且斜坡ramp1开始从低值增加。当斜坡ramp1达到值vref时，cmdp信号从第一值更改为第二值，指示能量积累阶段结束。因此，持续时间tpon对应于斜坡ramp1在低值和值vref之间增加的持续时间。在能量积累阶段结束时，能量恢复阶段开始，即，晶体管的状态
被反转，晶体管9切换到截止状态并且晶体管13切换到导通状态。此外，斜坡ramp2从高值开始下降。当斜坡ramp2达到值vref时，cmdn信号从第一值更改为第二值，指示能量恢复阶段结束。因此，持续时间tno对应于斜坡ramp2在高值和值vref之间减小的持续时间。能量恢复阶段的结束对应于循环的结束。晶体管9和13然后被切换到截止状态并且节点11处于高阻抗状态，直到电压vout再次下降到电压vref的值以下为止。
53.电路174被配置为允许更改或调整电压斜坡中的至少一个电压斜坡(例如斜坡ramp2)的斜率。以这种方式，至少一个阶段(例如能量恢复阶段)的持续时间可以被更改。电路174被配置为使得电压斜坡中的至少一个电压斜坡(例如斜坡ramp2)的斜率发生变化，从而在操作循环结束时实现电感器中的零电流。
54.转换器1包括电路19，电路19被配置为确定通过电感器15的电流是否为正的还是负。具体地，电路19被配置为在每个操作循环结束时，即，在每个能量恢复阶段结束时，确定通过电感器15的电流的符号(正或负)。
55.在图1的实施例中，电路19包括与节点11耦合、优选地连接的输入。电路19包括例如提供pos信号的输出19a和提供neg信号的输入19b，pos信号指示电感器15中的电流为正，neg信号指示电感器15中的电流为负。
56.转换器1还包括电路21，电路21被配置为根据pos和neg信号确定电压斜坡的(一个或多个)斜率要做出的更改。电路21包括两个输入，一个输入被耦合、优选地连接到电路19的接收pos信号的输出19a，并且一个输入被耦合、优选地连接到电路19的提供neg信号的输出19b。电路21包括提供trim信号的输出，trim信号表示在至少一个电压斜坡斜率上做出的更改。电路21的输出被耦合、优选地连接到电路174的输入。
57.根据一个实施例，电压斜坡斜率ramp1从一个循环到下一循环没有更改。因此，电压斜坡ramp1的斜率从一个循环到下一循环基本恒定。根据循环结束时流过电感器15的电流的符号，斜坡ramp2的斜率可以从一个循环到下一循环修改。例如，电路174被配置用于有限数目数目的斜坡ramp2斜率值。斜坡ramp2可以由电路174输出，其斜率具有n个单独可能斜率值之一。不同的可能斜率范围从例如斜率值v1到斜率值vn，其中v1值例如是最小斜率而vn值例如是最大斜率。
58.例如，如果电感器15中的电流在循环结束时为正，则并非所有能量都已恢复。斜坡ramp2的斜率因此在下一循环中被修改为不那么陡峭，即，具有更小的倾斜度。例如，它从斜率值vi传递到值vi-1。换言之，斜率减小到最接近的较低值。能量恢复阶段因此更长。
59.类似地，如果电感器15中的电流在循环结束时为负，则已恢复了太多能量。斜坡ramp2的斜率因此在下一循环中被修改为更陡峭，即，具有更大的倾斜度。例如，它从斜率的值vi传递到值vi+1。换言之，斜率增加到最接近的较高值。这导致更短的能量积累阶段。
60.优选地，当转换器启动时，斜率的值具有中心值或中值，即，存在与较高值一样多的较低值。优选地，该中心值等于或基本等于斜坡ramp1的斜率值。
61.根据另一实施例，斜坡ramp2的斜率从一个循环到下一循环不更改，而斜坡rampl的斜率从一个循环到下一循环更改。操作然后类似于上述操作，不同之处在于如果电感器15中的电流为正则斜坡ramp1的斜率变得更陡，并且如果电感器15中的电流在循环结束时为负则变得更低。
62.图2是图示了图1的电路的操作的时序图集合。图2包括图示了电流(i)对时间(t)
的时序图。更具体地，时序图通过曲线23图示了电感器15中的电流ic并且通过曲线25图示了由未表示的负载汲取的电流。图2还包括图示了电压(v)对时间(t)的时序图。更具体地，时序图通过曲线27图示了输出电压vout并且通过曲线29图示了设定点电压vref。图2还包括图示了trim、pos和neg信号的时序图。
63.在该示例中，trim信号的值与斜率值相关。因此，如果trim信号的值为8，则斜率的值为v8。
64.可以观察到，在与曲线29的最小值相对应的每个操作循环结束时，如果电流ic为正，则脉冲(即，在几纳秒的持续时间内将信号切换到高值)发生在pos信号上，并且如果信号ic为负，则脉冲发生在neg信号上。
65.在图2的示例中，如果在neg信号或pos信号上发生两个连续脉冲，则trim信号的值被修改。更一般地，trim信号的值可以在每个循环或每n个循环被修改，其中n是整数，例如，至少等于2。
66.因此，在阶段pl中，电流ic在操作循环结束时小于0，这导致在neg信号上形成脉冲。对于neg信号的每两个脉冲，在图2的示例中，trim信号的值减小常数值，例如计数器的步长，例如1。然后可以观察到，随着trim值的变化以及斜坡ramp2的斜率的变化，在循环结束时电流ic的最大负值在p1阶段接近0。因此，在阶段p1结束时，循环结束时电流ic的值基本等于0。
67.类似地，在阶段p2中，在阶段p1之后，电流ic在操作循环结束时大于0，这导致在pos信号上形成脉冲。从阶段p1到阶段p2的转变例如由如曲线25所示的负载汲取的电流的增加而引起。该增加例如由电源电压的变化引起。对于pos信号的每一秒脉冲，trim信号的值增加常数值，例如1。然后可以观察到，在循环结束时，电流ic的正值在阶段p1期间随着trim值的变化以及斜坡ramp2的斜率的变化而减小。
68.图2示出了类似于阶段p1的阶段p3。
69.图3更详细地表示图1的实施例的一部分的示例实现方式。具体地，图3更详细地表示电路19和20。电路19被配置为确定输入电压是否在电压范围内。换言之，电路19被配置为将所述输入电压与彼此不同的第一电压阈值和第二电压阈值进行比较。
70.电路20与图1中表示的电路20相同，不同之处在于电路20在图3中包括图1中未表示的两个二极管218和220。二极管218和220被串联连接在轨3和轨5之间。具体地，二极管220的第一端子(阳极或阴极)被耦合、优选地连接到轨5，并且二极管220的第二端子(阴极或阳极)被耦合、优选地连接到节点11。二极管218的第一端子(阳极或阴极)被耦合、优选地连接到节点11，并且二极管218的第二端子(阴极或阳极)被耦合、优选地连接到轨3。在图3的示例中，二极管218和220的第一端子是阳极，并且二极管218和220的第二端子是阴极。因此，节点11被连接到一个二极管的阳极和另一二极管的阴极。
71.换言之，每个二极管被串联耦合、优选地串联连接到晶体管9和13之一。例如，二极管218的阳极被耦合、优选地连接到晶体管9的源极，并且二极管218的阴极被耦合、优选地连接到晶体管9的漏极。类似地，二极管220的阳极被耦合、优选地连接到晶体管13的源极并且二极管220的阴极被耦合、优选地连接到晶体管13的漏极。例如，二极管218的阴极也被耦合、优选地连接到晶体管9的衬底。二极管220的阳极也例如被耦合、优选地连接到晶体管13的衬底。优选地，二极管218和220分别是晶体管9和13的本征二极管。
72.电路10包括与节点11耦合、优选地连接的输入102和两个输出19a和19b。输入102接收电压vlx，电压vlx期望与电压范围进行比较，并且更具体地期望与第一电压阈值和第二电压阈值进行比较。在图3的示例中，第一阈值和第二阈值分别是转换器1的正电源电压vbat和参考电压gnd，优选地为接地。输出19a提供优选为二进制的pos信号，并且输出19b提供优选为二进制的neg信号。当电路10确定输入电压比范围的第一阈值vbat大例如基本上等于二极管阈值的值时，neg信号取第一值，例如，高值。如果输入电压小于第一阈值vbat，则neg电压取第二值，例如低值。当电路10确定输入电压比范围的第二阈值小例如基本上等于二极管阈值的值时，pos信号取第一值，例如高值。如果输入电压大于第二阈值，则pos电压取第二值，例如低值。
73.因此，如果pos和neg信号均具有低值，则意味着输入电压在第一阈值和第二阈值之间。如果neg信号具有高值而pos信号具有低值，则输入电压具有大于第一阈值的值。如果neg信号具有低值而pos信号具有高值，则输入电压具有小于第二阈值的值。
74.电路10包括在轨3和5之间串联连接的两个晶体管108和110。更具体地，晶体管108的导电端子之一(源极或漏极)被耦合、优选地连接到节点112。晶体管108的另一导电端子(漏极或源极)被耦合、优选地连接到输入节点102。晶体管110的一个导电端子(源极或漏极)被耦合、优选地连接到节点102。晶体管110的另一导电端子(漏极或源极)被耦合、优选地连接到节点114。
75.优选地，晶体管110为p型或pmos场效应晶体管，并且晶体管108为n型或nmos场效应晶体管。优选地，晶体管108和110借助它们相应的源极耦合、优选地连接到节点102。
76.晶体管108由电压控制，电压的值基本上等于、优选地等于第二电压阈值，第二电压阈值此处是参考电压gnd。换言之，晶体管108的控制端子或栅极被连接到轨5来施加电压gnd。晶体管110由电压控制，电压的值基本上等于、优选地等于第一电压阈值，第一电压阈值此处是电源电压vbat。换言之，晶体管110的控制端子或栅极被连接到电压vbat施加轨3。
77.节点112优选地借助电阻元件或电阻器116而连接到轨3。节点112还优选地通过电路或反相器117被连接到输出节点19a，电路或反相器117被配置为将二进制信号反相。因此，当电路117在输入处接收低值时，它在输出处提供高值，反之亦然。
78.节点114优选地通过电阻元件或电阻器118连接到轨5。节点114还优选地通过两个电路或反相器120和122连接到输出节点19b，两个电路或反相器120和122被串联配置为将二进制信号反相。
79.电阻器116、晶体管108、晶体管110和电阻器118因此在轨3和5之间按此顺序串联连接。
80.电路117、120和122确保pos和neg信号是具有可识别的高值和低值的二进制信号。
81.图4是图示了图3中的电路的操作的时序图集合。具体而言，图4表示在图1的电路20的一个操作循环期间以及在随后循环的一部分(e)期间，控制信号gn、gp、电流ic、节点11上的电压vlx以及pos和neg信号的行为。操作循环包括例如四个阶段：图4中未示出的电感器15中的能量累积阶段(a)、中间阶段(b)、能量恢复阶段(c)以及补偿阶段(d)。
82.在能量积累阶段(a)期间，晶体管9处于导通状态并且晶体管13处于截止状态。在图1的实施例中，这对应于具有低值的控制信号gn和具有低值的控制信号gp。电压vlx因此具有正值v1，小于值vbat。因此，在阶段(a)期间，通过电感器(图1中未示出)的电流ic增加。
83.由于电压vlx低于晶体管110的控制电压，即，电源电压vbat，因此晶体管110的栅极-源极电压为正。晶体管110因此在阶段(a)期间保持在截止状态。因此，节点114上的电压具有低值，例如基本上等于参考电压gnd。在反相器120和122的输出处的neg信号因此具有低值。
84.类似地，电压vlx高于晶体管108的控制电压，即，参考电压gnd，晶体管108的栅极-源极电压为负。晶体管108因此在阶段(a)期间保持在截止状态。因此，节点112上的电压具有高值，例如基本上等于电压vbat。因此，在反相器117的输出处的pos信号具有低值。
85.在阶段(b)期间，晶体管13和9处于截止状态。在图1的实施例中，这对应于控制信号gn具有低值并且控制信号gp具有高值。阶段(b)是确保晶体管9和13不会同时切换到导通状态的中间阶段。在阶段(b)期间，节点11不再由轨3供电。因此电流ic减小。电流ic为正并且晶体管9和13处于截止状态。电流ic流过二极管220。电压vlx取负值v3。
86.由于电压vlx低于晶体管110的控制电压，即，电源电压vbat，因此晶体管110的栅极-源极电压为正。晶体管110因此在阶段(b)期间保持在截止状态。因此，节点114上的电压是低值，例如基本上等于参考电压gnd。在反相器120和122的输出处的neg信号因此具有低值。
87.电压vlx为负。换言之，电压vlx低于晶体管108的控制电压，即，参考电压gnd。因此，晶体管108的栅极-源极电压为正。晶体管108因此在阶段(b)期间处于导通状态。因此，节点112上的电压具有低值，例如基本上等于电压v3。然而，在反相器117的输出处的pos信号保持在低值。优选地，pos信号和neg信号保持在低值，直到能量恢复阶段结束，例如，直到gn信号的下降沿。例如，在a、b和c阶段期间将neg和pos信号保持在低值由未表示的元件执行。例如，在a、b和c阶段期间将neg和pos信号保持在低值由电路21执行。
88.在阶段(c)(即，能量恢复阶段)期间，晶体管13处于导通状态并且晶体管9处于截止状态。在图3的实施例中，这对应于控制信号gn具有高值并且控制信号gp具有高值。电压vlx增加但仍为负值。在阶段(c)期间，电流ic减小，因为节点11不再由轨3供电。
89.由于电压vlx低于晶体管110的控制电压，即，电源电压vbat，因此晶体管110的栅极-源极电压为正。晶体管110因此在阶段(c)期间保持在截止状态。因此，节点114上的电压具有低值，例如基本上等于参考电压gnd。反相器120和122的输出处的neg信号因此具有低值。
90.电压vlx为负。换言之，电压vlx低于晶体管108的控制电压，即，参考电压gnd。晶体管108的栅极-源极电压因此为正。晶体管108因此在阶段(b)期间处于导通状态。因此，节点112上的电压具有低值，例如基本上等于电压v3。然而，在反相器117的输出处的pos信号在阶段(c)期间保持在低值。
91.在阶段(d)期间，晶体管13被切换到截止状态并且晶体管9被切换到截止状态。在图1的实施例中，这对应于控制信号gn具有低值并且控制信号gp具有高值。
92.如在阶段(b)中，电流ic为正并且晶体管9和13处于截止状态。电流ic因此流过二极管220。电压vlx取负值v3。
93.如在阶段(b)中，电压vlx低于晶体管110的控制电压，即，电源电压vbat，晶体管110的栅极-源极电压为正。晶体管110因此在阶段(b)期间保持在截止状态。因此，节点114上的电压具有低值，例如基本上等于参考电压gnd。在反相器120和122的输出处的neg信号
因此具有低值。
94.如在阶段(b)中，电压vlx为负。换言之，电压vlx低于晶体管108的控制电压，即，参考电压gnd。晶体管108的栅极-源极电压因此为正。晶体管108因此在阶段(b)期间处于导通状态。因此，节点112上的电压具有低值，例如基本上等于电压v3。然而，在反相器117的输出处的pos信号保持在低值，例如直到gn信号的下降沿。
95.在阶段(d)期间，电流ic继续减小。当电流ic达到零值时，阶段(d)结束。在阶段(d)期间，pos和neg信号不再保持在低值。因此，pos信号取高值。neg信号仍然具有低值。
96.阶段(d)之后是阶段(e)，阶段(e)对应于例如后续操作循环的阶段(a)或静止阶段。
97.图5图示了图3的电路的操作的时序图集合。更具体地，图5表示控制信号gn、gp、电流ic、节点206上的电压vlx以及pos和neg信号在图1的电路20的操作循环期间的行为。如图2所示，操作循环包括四个阶段：电感元件中能量积累阶段(a)、中间阶段(b)、能量恢复阶段(c)和补偿阶段(d)。
98.阶段(a)和(b)与图4中的阶段(a)和(b)相同并且将不再描述。
99.在能量恢复阶段(c)期间，晶体管13处于导通状态并且晶体管9处于截止状态。在图1的实施例中，这对应于控制信号gn具有高值并且控制信号gp具有高值。
100.电压vlx在阶段(c)期间增加。在阶段(c)的时刻tz，电压vlx达到零值，并且然后继续增加。电流ic在阶段(c)期间减小。在时刻tz，电流ic达到零值。在阶段(c)期间，电流ic在时刻tz之前为正，在时刻tz之后为负，并且电压vlx在时刻tz之前为负，在时刻tz之后为正。
101.在阶段(c)期间，电压vlx低于第一电压阈值vbat。因此，neg信号保持低值。附加地，电压vlx在时刻tz之前低于第二电压阈值gnd，并且在时刻tz之后高于第二阈值。在阶段(c)期间，pos信号保持为低。
102.在阶段(d)期间，晶体管13处于截止状态并且晶体管9处于截止状态。在图3的实施例中，这对应于控制信号gn具有低值并且控制信号gp具有高值。
103.在晶体管9和13处于截止状态并且电流ic为负的情况下，二极管218变为激活状态。电压vlx因此变得高于电压vbat，例如基本上等于电压vbat加上二极管218的阈值电压。因此，电流ic增加直到它达到零。当电流达到零时，阶段(d)完成。
104.由于电压vlx比晶体管110的控制电压(即，电源电压vbat)高，例如高出基本上等于二极管阈值的值，所以neg信号具有高值。附加地，电压vlx高于晶体管108的控制电压，即，参考电压gnd，pos信号具有低值。
105.阶段(d)之后是阶段(e)，在阶段(e)中，设备的行为类似于其在阶段(a)中的行为。备选地，阶段(e)对应于静止阶段。
106.图6更详细地表示图1的实施例的另一部分。图6更详细地表示电压斜坡发生电路174的一部分。更具体地，图6表示生成电压斜坡的电路174的部分，电压斜坡的斜率与trim信号相关，即，在关于图1描述了其操作的示例中的斜坡ramp2。
107.电路174包括在用于施加电源电压vbat的节点3和用于施加参考电压gnd的节点5之间串联连接的电阻器302和晶体管304。更具体地，电阻器302的一个端子被耦合、优选地连接到节点3，并且电阻器302的另一端子被耦合、优选地连接到节点303。晶体管304的一个导电端子(例如，漏极)被耦合、优选地连接到节点303，并且晶体管304的另一导电端子(例
如，源极)被耦合、优选地连接到节点5。
108.电路174还包括与晶体管310串联的开关306和308。更具体地，开关306的一个端子被耦合、优选地连接到节点3，并且开关306的另一端子被耦合、优选地连接到节点312。开关308的一个端子被耦合、优选地连接到节点312，并且开关308的另一端子被耦合、优选地连接到节点314。晶体管310的一个导电端子(例如漏极)被耦合、优选地连接到节点314，并且晶体管310的另一导电端子(例如源极)被耦合、优选地连接到节点5。
109.因此，包括电阻器302和晶体管304的集合与包括开关306、308和晶体管310的集合并联。
110.优选地，晶体管304和310是相同类型的，例如n沟道mos晶体管。例如，晶体管304和310是相同的。晶体管304和310的控制端子彼此耦合、优选地彼此连接。
111.电路174还包括运算放大器316。运算放大器316在一个输入处接收电压vout，并且在另一输入上接收节点303上的电压。换言之，运算放大器316包括与节点2(图1)耦合、优选地连接的一个输入以及与节点303耦合、优选地连接的另一输入。运算放大器在输出处为晶体管304和310提供控制信号。因此，运算放大器包括与晶体管304和310的控制端子耦合、优选地连接的输出。
112.电路174还包括具有可变电容的电容器或电容电路。即，电路174包括在节点312和5之间连接的至少两个电容器。更具体地，电路174包括在节点312和5之间连接的晶体管318。电容器318的一个端子被耦合、优选地连接到节点312并且电容器318的另一端子被耦合、优选地连接到节点5。因此，只要电路174生成电压斜坡，电容器318就被充电。
113.电路174包括至少一个集合320。每个集合320包括在节点312和5之间串联连接的电容器322和开关324。更具体地，在每个集合320中，电容器322的一个端子被耦合、优选地连接到节点5，并且电容器的另一端子被耦合、优选地连接到开关324的一个端子，其中开关324的另一端子被耦合、优选地连接到节点312。优选地，电容器322彼此相同并且与电容器318相同。
114.当生成电压斜坡ramp2时，开关306处于导通状态而开关308处于截止状态，从而对集合中开关324处于导通状态的电容器318和电容器322充电。充电电容器的总电容值确定了电压斜坡ramp2的斜率。因此，处于导通状态的开关数目越多，总电容越大，斜坡ramp2的斜率越低。
115.开关324的状态由trim信号确定。因此，trim信号确定处于关断状态(断开)的开关数目和处于导通状态(闭合)的开关数目。因此，trim信号确定了斜坡ramp2的斜率。例如，如果trim信号的值增加，则断开的开关324的数目增加，或者相反，随着trim信号的值的增加，断开的开关324的数目减少。例如，如果trim信号值增加一个步长，例如1，则开关324断开，并且如果trim信号值减少一个步长，例如1，则开关324闭合。优选地，从一个循环到下一循环，只有一个开关324可以闭合或断开。优选地，当转换器1启动时，一半开关324断开，另一半开关闭合。
116.例如，电路174包括被配置为将trim信号转换成二进制字的未表示的电路，二进制字包括例如针对每个开关324一个位。
117.备选地，电容器318可以使用集合320代替。
118.图7更详细地表示图1的实施例的一部分。更具体地，图7表示电路21的实现方式的
示例。
119.电路21在输入400和402处分别接收pos和neg信号。电路21附加地在输入404处接收cmdp信号。电路21还在输入406处接收ena信号。ena信号是转换器1的二进制启动信号。换言之，当ena信号处于第一二进制值，优选地值0，转换器处于关断状态，并且当ena信号具有第二二进制值，优选地值1时，转换器1处于导通状态。因此，在电路21的操作期间，ena信号具有等于1的恒定值。
120.电路21包括两个d触发器408和410。电路21还包括两个nand逻辑门412和414，以及两个or逻辑门416和418。
121.触发器408包括提供参考电压gnd的数据输入d1。换言之，触发器408的d1输入被耦合、优选地连接到节点5。换言之，d1输入在电路21的操作期间持续地接收二进制值0作为输入。
122.触发器408包括时钟输入clk1。clk1输入被耦合、优选地连接到节点420，在节点420上提供cmdp控制信号的互补信号。因此，节点404通过反相器电路422连接到节点420。电路422的输入被耦合、优选地连接到节点404，并且电路422的输出被耦合、优选地连接到节点420。
123.触发器408包括与节点424耦合、优选地连接的输出q1。
124.类似地，触发器410包括提供参考电压gnd的数据输入d2。换言之，触发器410的d2输入被耦合、优选地连接到节点5。换言之，d2输入在电路21的操作期间持续地接收二进制值0作为输入。
125.触发器410包括时钟输入clk2。clk2输入被耦合、优选地连接到节点420，在节点420上提供cmdp控制信号的互补信号。
126.触发器410包括与节点426耦合、优选地连接的输出q2。
127.触发器408和410还包括分别设置为1和0的set1和set2激活输入，即，如果相应输入上的信号为零，则q1或q2输出被设置为1。set1输入被耦合、优选地连接到or门416的输出。门416的一个输入被耦合、优选地连接到节点426，并且or门416的另一输入被耦合、优选地连接到not and门412的输出。not and门412的一个输入被耦合、优选地连接到节点400，并且not and门412的另一输入被耦合、优选地连接到节点406。
128.set2输入被耦合、优选地连接到or门418的输出。门418的一个输入被耦合、优选地连接到节点424，并且or门418的另一输入被耦合、优选地连接到not and门414的输出。not and门414的一个输出被耦合、优选地连接到节点402，并且not and门414的另一输入被耦合、优选地连接到节点406。
129.因此，在cmdp信号的每个上升沿处，即，在每个能量累积阶段的开始处，即，在每个循环的结束处：
[0130]-如果pos信号具有值1，ena信号具有值1，并且如果节点426上的二进制值等于0，即，如果电路19确定电感器15中的电流为正，如果电路21正在操作，并且如果电路19没有确定电感器中的电流为负，则假定节点424上的二进制值(即，ipos_det信号)具有值1；
[0131]-如果pos信号或ena信号为0，或者如果节点426处的二进制值为1，即，如果电路19没有确定电感器15中的电流为正，或者电路21没有在操作或者电路19确定电感器中的电流为负，则假定节点424处的二进制值(即，ipos_det信号)为值0；
[0132]-如果neg信号的值为1，ena信号的值为1，并且节点424处的二进制值为0，即，如果电路19确定电感器15中的电流为负，如果电路21正在操作，并且如果电路19没有确定电感器中的电流为正，则节点426处的二进制值(即，ineg_det信号)假定为值1；以及
[0133]-如果neg信号或ena信号为0，或者如果节点424处的二进制值为1，即，如果电路19没有确定电感器15中的电流是否为负，或者电路21未操作，或者如果电路19确定电感器中的电流为正，则节点426处的二进制值(即，ineg_det信号)假定为值0。
[0134]
优选地，ipos_det和ineg_det信号不能在同一时刻等于1。如果ipos_det和ineg_det信号在同一时刻等于1，则该信息被电路430忽略。如果在ineg_det信号已被设置为1时，pos信号被设置为1，则or门416的输入已被设置为1，因此将pos信号设置为1不会改变416的输出值，并且ipos_det信号不能被设置为1。同样，如果在ipos_det信号已被设置为1时，neg信号被设置为1，or门418的输入已被设置为1，因此将neg信号设置为1不会改变418的输出值，并且ineg_det信号不能更改为1。
[0135]
电路21还包括电路430。电路430接收ipos_det、ineg_det信号作为输入。换言之，电路430包括与节点424耦合、优选地连接的输入以及与节点426耦合、优选地连接的输入。附加地，电路430包括时钟输入clk，电路430在时钟输入处接收cmdp信号的互补信号。换言之，电路430的clk输入被耦合、优选地连接到节点420。电路430还包括提供trim信号的输出。trim信号例如被提供在多位数据总线上，诸如5位数据总线。
[0136]
电路430被配置为根据ipos_det和ineg_det信号的值更改trim信号的值。例如，电路430是计数器，被配置为在cmdp信号的互补信号的每个下降沿处，即在cmdp信号的每个上升沿处，即，在每个循环开始时，如果ipos_det信号的值为1，则将trim信号的值减小一个步长，优选为1，并且如果ineg_det信号的值为1，则增加trim信号的值。优选地，如果trim信号值达到最小值，例如0，并且ipos_det信号的值为1，trim信号值不变。类似地，如果trim信号值达到最大值并且ineg_det信号具有值1，则trim信号值不改变。此外，如果ipos_det和ineg_det信号同时为1，则trim信号值不改变。
[0137]
更一般地，电路21被配置为在给定时刻(例如与例如晶体管9的控制信号的上升沿相对应的循环的开始)检测pos和neg信号的状态来修改trim信号。这通过d触发器，特别是通过将设置为1的pos和neg信号提供给触发器的异步(set)输入来完成，触发器在每个循环的cmdp信号的下降沿被重置为0。
[0138]
优选地，设备1被配置为使得cmdp信号的上升沿不会在pos和neg信号具有高值(即，值1)的同时出现。
[0139]
所描述的实施例的优点在于它允许通过电感器的电流在循环结束时为零。
[0140]
已描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些实施例的某些特征可以被组合，并且本领域技术人员将容易想到其他变型。
[0141]
最后，本文描述的实施例和变型的实际实现方式在本领域技术人员基于上文提供的功能描述的能力范围内。