电力转换器pdf

来源：极速体育极速体育直播NBA季前赛    发布时间：2025-12-25 13:23:33

  

  提供电力转换器、用于切换电路的控制器和控制切换电路的方法。电力转换器包括：切换电路，用于将输入电压转换为输出电压，切换电路包括高侧开关、低侧开关以及两者之间的切换节点；第一比较器电路，配置为接收并比较参考电压信号和指示输出电压的反馈电压信号以产生第一比较信号；第二比较器电路，配置为接收并比较斜坡电压信号和仿真输出电压信号以产生第二比较信号；模式控制电路，配置为产生指示输出电压与输入电压的比率是否超过预定阈值比率的状态指示信号，其中切换电路配置为响应于比率上升到与预定阈值比率交叉，从第一操作模式转

  切换电路，其用于将输入电压转换为输出电压，所述切换电路包括高侧开关、低侧开关

  第一比较器电路，其被配置为接收参考电压信号和指示所述输出电压的反馈电压信

  号，并且基于所述反馈电压信号和所述参考电压信号的比较来产生第一比较信号；

  第二比较器电路，其被配置为接收基于来自所述切换节点的相位信号的积分的斜坡电

  压信号和基于所述相位信号的仿真输出电压信号，并且基于所述斜坡电压信号和所述仿真

  模式控制电路，其被配置为产生指示所述输出电压与所述输入电压的比率是否超过预

  逻辑电路，其被配置为基于所述第一比较信号、所述第二比较信号和所述状态指示信

  号来产生用于控制所述切换电路的开关控制信号，其中，所述开关控制信号被配置为响应

  于所述状态指示信号的值的变化，使所述切换电路从第一操作模式转变到第二操作模式，

  所述状态指示信号的值的变化指示所述比率上升到与所述预定阈值比率交叉，并且其中，

  所述开关控制信号被配置为使得：在所述第一操作模式期间，通过所述第二比较信号确定

  所述高侧开关在所述高侧开关的每个切换周期中的接通时间的结束，并且在所述第二操作

  模式期间，通过所述第一比较信号确定所述高侧开关在每个切换周期中的接通时间的结

  2.根据权利要求1所述的电力转换器，其中，所述开关控制信号被配置为使得：在所述

  第二操作模式期间，通过指示所述反馈电压信号上升到与所述参考电压信号交叉的所述第

  一比较信号的值的变化来确定所述高侧开关在每个切换周期中的接通时间的结束。

  3.根据权利要求2所述的电力转换器，其中，所述开关控制信号被配置为使得在所述第

  二操作模式期间，通过在所述高侧开关的接通时间的结束之后的预设延迟时间来确定所述

  4.根据任一前述权利要求所述的电力转换器，其中，所述开关控制信号被配置为使得：

  在所述第一操作模式期间，通过指示所述斜坡电压信号上升到与所述仿真输出电压信号交

  叉的所述第二比较信号的值的变化来确定所述高侧开关在每个切换周期中的接通时间的

  5.根据权利要求4所述的电力转换器，其中，所述开关控制信号被配置为使得：在所述

  第一操作模式期间，通过指示所述反馈电压信号下降与所述参考电压信号交叉的所述第一

  D触发器电路，其被配置为接收D输入信号、时钟输入信号及复位输入信号并且产生Q输

  时钟电路，其被配置为基于所述第一比较信号和所述开关控制信号来产生所述时钟输

  复位电路，其被配置为基于所述第一比较信号、所述第二比较信号和所述状态指示信

  所述时钟输入信号被配置为确定所述高侧开关在所述高侧开关的每个切换周期中的

  所述复位输入信号被配置为确定所述高侧开关在所述高侧开关的每个切换周期中的

  输出节点，其用于提供所述输出电压；其中，所述高侧开关电耦接在所述输入节点和所

  电感器，其电耦接在所述切换节点与所述输出节点之间，用于响应于所述开关控制信

  号，在所述高侧开关和所述低侧开关的控制下，向所述输出节点提供电感器电流。

  9.根据任一前述权利要求所述的电力转换器，其中，所述模式控制电路包括第三比较

  器电路，所述第三比较器电路被配置为接收采样输出电压信号和指示所述输入电压的电压

  信号，并且基于所述采样输出电压信号和指示所述输入电压的所述电压信号的比较来产生

  10.根据权利要求1至8中任一项所述的电力转换器，所述模式控制电路包括第四比较

  器电路，所述第四比较器电路被配置为接收指示所述斜坡电压信号的信号及指示所述输入

  电压的电压信号，且基于指示所述斜坡电压信号的所述信号与指示所述输入电压的所述电

  运算放大器，其用于补偿所述采样输出电压信号和所述参考电压信号之间的DC偏移，

  其中所述运算放大器被配置为接收所述采样输出电压信号和所述参考电压信号，并且产生

  纹波注入产生器电路，其被配置为基于来自所述切换节点的所述相位信号来产生纹波

  求和电路，其被配置为基于所述补偿的采样输出电压信号和所述纹波电压信号的和，

  所述逻辑电路还被配置为确定所述高侧开关在切换周期中的接通时间是否超过预定

  阈值时段，并且如果是，则产生所述开关控制信号以便使所述切换电路从所述第二操作模

  式转变到第三操作模式，在所述第三操作模式期间，所述高侧开关保持在恒定接通状态并

  13.根据任一前述权利要求所述的电力转换器，还包括第二模式控制电路，所述第二模

  式控制电路被配置为通过确定采样输出电压信号是否超过所述参考电压信号，来产生第二

  所述逻辑电路被配置为进一步基于所述第二状态指示信号来产生所述开关控制信号，

  所述开关控制信号被配置为响应于所述第二状态指示信号的值的变化，使所述切换电

  路从所述第三操作模式转变到所述第二操作模式，所述第二状态指示信号的值的变化指示

  14.一种用于切换电路的控制器，其中所述切换电路用于将输入电压转换为输出电压，

  并且包括高侧开关、低侧开关以及在所述高侧开关与所述低侧开关之间的切换节点，所述

  第一比较器电路，其被配置为接收参考电压信号和指示所述输出电压的反馈电压信

  号，并且基于所述反馈电压信号和所述参考电压信号的比较来产生第一比较信号；

  第二比较器电路，其被配置为接收基于来自所述切换节点的相位信号的积分的斜坡电

  压信号和基于所述相位信号的仿真输出电压信号，并且基于所述斜坡电压信号和所述仿真

  模式控制电路，其被配置为产生指示所述输出电压与所述输入电压的比率是否超过预

  逻辑电路，其被配置为基于所述第一比较信号、所述第二比较信号和所述状态指示信

  号来产生用于控制所述切换电路的开关控制信号，其中，所述开关控制信号被配置为响应

  于所述状态指示信号的值的变化，使所述切换电路从第一操作模式转变到第二操作模式，

  所述状态指示信号的值的变化指示所述比率上升到与所述预定阈值比率交叉，并且其中，

  所述开关控制信号被配置为使得：在所述第一操作模式期间，通过所述第二比较信号确定

  所述高侧开关在所述高侧开关的每个切换周期中的接通时间的结束，并且在所述第二操作

  模式期间，通过所述第一比较信号确定所述高侧开关在每个切换周期中的接通时间的结

  15.一种用于控制切换电路的方法，其中所述切换电路用于将输入电压转换为输出电

  压，并且包括高侧开关、低侧开关以及在所述高侧开关与所述低侧开关之间的切换节点，所

  通过将指示所述输出电压的反馈电压信号与参考电压信号进行比较来产生第一比较

  通过将基于来自所述切换节点的相位信号的积分的斜坡电压信号与基于所述相位信

  产生指示所述输出电压与所述输入电压的比率是否超过预定阈值比率的状态指示信

  基于所述第一比较信号、所述第二比较信号和所述状态指示信号来产生用于控制所述

  切换电路的开关控制信号，其中，所述开关控制信号被配置为响应于所述状态指示信号的

  值的变化，使所述切换电路从第一操作模式转变到第二操作模式，所述状态指示信号的值

  的变化指示所述比率上升到与所述预定阈值比率交叉，并且其中，所述开关控制信号被配

  置为使得：在所述第一操作模式期间，通过所述第二比较信号确定所述高侧开关在所述高

  侧开关的每个切换周期中的接通时间的结束，并且在所述第二操作模式期间，通过所述第

  [0001]本公开涉及一种电力转换器。更具体地，但不排它地，本公开涉及降压型DC至DC电

  [0002]DC至DC转换器将直流(DC)电源从一个电压电平转换到另一个电压电平。DC至DC转

  换器可以是例如其中输入电压高于输出电压的降压型DC至DC转换器、其中输入电压低于输

  出电压的升压型DC至DC转换器、或者其中输入电压高于或低于输出电压的降压‑升压型DC

  [0003]在COT电力转换器中(例如降压型DC至DC转换器、升压型DC至DC转换器或降压‑升

  压型DC至DC转换器)，DC至DC转换器的输出电压的一部分可被反馈以形成调节回路。已知

  COT降压型DC至DC转换器能在正常操作模式和100％占空比操作模式下操作。在正常操作

  模式期间，由斩波信号周期性地控制转换器内的电力开关接通和关断，使得输出电压低于

  输入电压。在100％占空比操作模式期间，高侧电力开关保持在接通状态，低侧电力开关保

  持在关断状态，使得输出电压基本上等于输入电压。然而，在正常操作模式和100％

  [0004]占空比操作模式之间的转变期间(例如，当输入电压下降到接近输出电压时)，输

  出电压通常经历大的波动。波动可以是数百毫伏(mV)的电平。由于波动，在一些应用中输出

  [0005]因此，需要出示一种COT降压型DC至DC转换器，其在正常操作模式和100％占空比

  [0009]US9124177B2公开了用于在DC/DC转换器中平滑轻负载操作的系统和装置。

  [0011]切换电路，其用于将输入电压转换为输出电压，切换电路包括高侧开关、低侧开关

  [0012]第一比较器电路，其被配置为接收参考电压信号和指示输出电压的反馈电压信

  [0013]第二比较器电路，其被配置为接收基于来自所述切换节点的相位信号的积分的斜

  坡电压信号和基于所述相位信号的仿真输出电压信号，并且基于所述斜坡电压信号和所述

  [0014]模式控制电路，其被配置为产生指示所述输出电压与所述输入电压的比率是否超

  [0015]逻辑电路，其被配置为基于所述第一比较信号、所述第二比较信号和所述状态指

  示信号来产生用于控制所述切换电路的开关控制信号，其中，所述开关控制信号被配置为

  响应于所述状态指示信号的值的变化，使所述切换电路从第一操作模式转变到第二操作模

  式，所述状态指示信号的值的变化指示所述比率上升到与所述预定阈值比率交叉，并且其

  中，所述开关控制信号被配置为使得：在第一操作模式期间，通过第二比较信号确定高侧开

  关在高侧开关的每个切换周期中的接通时间的结束，并且在第二操作模式期间，通过第一

  [0016]应当理解，当输入电压明显高于输出电压时，发生第一操作模式，而当输入电压下

  [0017]有利地，通过配置开关控制信号使得在第二操作模式期间，高侧开关在每个切换

  周期中的接通时间的结束由第一比较信号(而不是第二比较信号)确定，与第一操作模式相

  比，高侧开关在每个切换周期中的接通时间被延长。因此，在第二操作模式期间，高侧开关

  的接通占空比可以接近100％，而不受高侧开关的最小关断时间的限制。以此方式，可以减

  少输出电压相对于输入电压的下降，从而允许输出电压保持在基本上平坦的电平，而不会

  [0018]应当理解，低侧开关的接通/关断状态总是与高侧开关的接通/关断状态相反。

  [0020]电力转换器还可以包括接通时间产生器电路，其包括：积分器电路，其被配置为通

  过对来自所述切换节点的所述相位信号进行积分来产生所述斜坡电压信号；滤波器电路，

  其被配置为基于所述相位信号来产生所述仿真输出电压信号；以及所述第二比较器电路。

  [0021]开关控制信号可以被配置为使得在第二操作模式期间，通过指示反馈电压信号上

  升到与参考电压信号交叉的第一比较信号的值的变化来确定高侧开关在每个切换周期中

  [0022]开关控制信号可以被配置为使得在第二操作模式期间，通过高侧开关的接通时间

  的结束之后的预设延迟时间来确定高侧开关在每个切换周期中的关断时间的结束。

  [0023]换句话说，在高侧开关的接通时间结束之后，高侧开关进入关断时间，并且关断时

  [0024]开关控制信号可以被配置为使得：在所述第一操作模式期间，通过指示所述斜坡

  电压信号上升到与所述仿真输出电压信号交叉的所述第二比较信号的值的变化来确定所

  [0025]开关控制信号可以被配置为使得：在所述第一操作模式期间，通过指示所述反馈

  电压信号下降到与所述参考电压信号交叉的所述第一比较信号的值的变化来确定所述高

  [0027]D触发器电路，其被配置为接收D输入信号、时钟输入信号及复位输入信号并且产

  [0028]时钟电路，其被配置为基于所述第一比较信号和所述开关控制信号来产生所述时

  [0029]复位电路，其被配置为基于所述第一比较信号、所述第二比较信号和所述状态指

  [0030]D输入信号可以是逻辑高电压信号。时钟输入信号可以被配置为确定所述高侧开

  关在所述高侧开关的每个切换周期中的关断时间的结束。复位输入信号可以被配置为确定

  [0033]输出节点，其用于提供所述输出电压；其中，所述高侧开关电耦接在所述输入节点

  [0034]电感器，其电耦接在所述切换节点与所述输出节点之间，用于响应于所述开关控

  制信号，在所述高侧开关和所述低侧开关的控制下，向所述输出节点提供电感器电流。

  [0035]模式控制电路能包括第三比较器电路，其被配置为接收采样输出电压信号和指

  示输入电压的电压信号，并且基于采样输出电压信号和指示输入电压的电压信号的比较来

  [0036]采样输出电压信号可以与输出电压成比例。指示输入电压的电压信号可以与输入

  [0037]模式控制电路能包括分压器电路，该分压器电路被配置为产生指示输入电压的

  [0038]替代地，模式控制电路能包括第四比较器电路，其被配置为接收指示斜坡电压

  信号的信号和指示输入电压的电压信号，并且基于指示斜坡电压信号的信号和指示输入电

  [0039]指示斜坡电压信号的信号可以与斜坡电压信号基本相同。模式控制电路能包括

  另一积分器电路，该另一积分器电路被配置为通过对来自切换节点的相位信号进行积分来

  [0041]电压感测电路，其被配置为基于所述输出电压来产生采样输出电压信号；

  [0042]运算放大器(op‑amp)，其用于补偿所述采样输出电压信号和所述参考电压信号之

  间的DC偏移，其中所述op‑amp被配置为接收所述采样输出电压信号和所述参考电压信号，

  [0043]纹波注入产生器电路，其被配置为基于来自所述切换节点的所述相位信号来产生

  [0044]求和电路，其被配置为基于所述补偿的采样输出电压信号和所述纹波电压信号的

  [0045]电压感测电路能是分压器电路。采样输出电压信号可以是输出电压的一部分。

  [0046]应当理解，可以省略运算放大器，使得求和电路基于采样输出电压信号和纹波电

  [0047]所述逻辑电路还被配置为确定所述高侧开关在切换周期中的接通时间是否超过

  预定阈值时段，并且如果是，则产生所述开关控制信号以便使所述切换电路从所述第二操

  作模式转变到第三操作模式，在所述第三操作模式期间，所述高侧开关保持在恒定接通状

  [0048]电力转换器还可以包括第二模式控制电路，所述第二模式控制电路被配置为通过

  确定采样输出电压信号是否超过所述参考电压信号来产生第二状态指示信号。所述逻辑电

  路可以被配置为进一步基于所述第二状态指示信号来产生所述开关控制信号。所述开关控

  制信号可以被配置为响应于所述第二状态指示信号的值的变化，使所述切换电路从所述第

  三操作模式转变到所述第二操作模式，所述第二状态指示信号的值的变化指示所述采样输

  [0050]切换电路的第一操作模式、第二操作模式和第三操作模式还可以分别被称为正常

  [0051]根据本公开的第二方面，提供了一种用于切换电路的控制器，其中所述切换电路

  用于将输入电压转换为输出电压，并且包括高侧开关、低侧开关以及在所述高侧开关与所

  [0052]第一比较器电路，其被配置为接收参考电压信号和指示所述输出电压的反馈电压

  信号，并且基于所述反馈电压信号和所述参考电压信号的比较来产生第一比较信号；

  [0053]第二比较器电路，被配置为接收基于来自所述切换节点的相位信号的积分的斜坡

  电压信号和基于所述相位信号的仿真输出电压信号，并且基于所述斜坡电压信号和所述仿

  [0054]模式控制电路，其被配置为产生指示所述输出电压与所述输入电压的比率是否超

  [0055]逻辑电路，其被配置为基于所述第一比较信号、所述第二比较信号和所述状态指

  示信号来产生用于控制所述切换电路的开关控制信号，其中，所述开关控制信号被配置为

  响应于所述状态指示信号的值的变化，使所述切换电路从第一操作模式转变到第二操作模

  式，所述状态指示信号的值的变化指示所述比率上升到与所述预定阈值比率交叉，并且其

  中，所述开关控制信号被配置为使得：在所述第一操作模式期间，通过所述第二比较信号确

  定所述高侧开关在所述高侧开关的每个切换周期中的接通时间的结束，并且在所述第二操

  作模式期间，通过所述第一比较信号确定所述高侧开关在每个切换周期中的接通时间的结

  [0056]根据本公开的第三方面，提供了一种控制切换电路的方法，其中，所述切换电路用

  于将输入电压转换为输出电压，所述切换电路包括高侧开关、低侧开关以及在所述高侧开

  [0057]通过将指示所述输出电压的反馈电压信号与参考电压信号进行比较来产生第一

  [0058]通过将基于来自所述切换节点的相位信号的积分的斜坡电压信号与基于所述相

  [0059]产生指示所述输出电压与所述输入电压的比率是否超过预定阈值比率的状态指

  [0060]基于所述第一比较信号、所述第二比较信号和所述状态指示信号来产生用于控制

  所述切换电路的开关控制信号，其中，所述开关控制信号被配置为响应于所述状态指示信

  号的值的变化，使所述切换电路从第一操作模式转变到第二操作模式，所述状态指示信号

  的值的变化指示所述比率上升到与所述预定阈值比率交叉，并且其中，所述开关控制信号

  被配置为使得：在所述第一操作模式期间，通过所述第二比较信号确定所述高侧开关在所

  述高侧开关的每个切换周期中的接通时间的结束，并且在所述第二操作模式期间，通过所

  [0061]在本公开中使用的术语电耦接包括在电耦接的元件之间可以存在适于导电的

  [0062]还将理解，术语第一、第二和第三在本公开中仅用于标记相关元件(比较

  器电路、比较信号、操作模式、模式控制电路等)以便于描述，并且不暗示对相关元

  [0063]在适当的情况下，关于本公开的各方面中的一个方面的上述可选特征中的任何特

  [0064]上面参照本发明的一个方面描述的特征可以与本发明的其它方面组合。

  [0067]为了能更全面地理解本公开，现在将参照附图通过示例的方式描述本公开的多

  [0072]图5示意性地示出了(a)常规电力转换器的波形；以及(b）图1的电力转换器的波

  [0074]图6示意性地示出了(a)在正常操作模式期间图1的电力转换器的波形；(b)当输入

  电压下降到接近输出电压时的常规电力转换器的波形；以及(c)当输入电压下降到接近输

  [0075]图7示意性地示出了在延长的接通时间操作模式期间图1的电力转换器的波形；

  [0076]图8是可以在图1的电力转换器中使用的替代的模式控制电路的示意图；

  [0081]图13示意性地示出了当电力转换器从延长的接通时间操作模式转换到100％占空

  [0082]图14示意性地示出了当电力转换器从100％占空比操作模式转换到延长的接通时

  [0085]在图中，相同的部件由相同的附图标记表示。应当理解，附图仅用于说明目的，而

  [0086]图1示意性地示出了电力转换器1，其包括切换电路3、电压感测电路13、第一比较

  器电路15、纹波注入产生器17、求和电路19、模式控制电路23、COT产生器(也称为接通时间

  产生器电路)27、逻辑块(也称为逻辑电路)39和驱动器电路44、46。在图1的示例中，电力

  转换器1被实现为COT降压型DC至DC转换器，并且由电压感测电路13产生的采样输出电压信

  [0087]切换电路3用以将输入电压VIN转换为输出电压VOUT。切换电路3具有高侧(HS)开

  关5、低侧(LS)开关7、用于耦接至输入电压VIN的输入节点2、用于提供输出电压VOUT的输出

  节点4、以及在HS开关5与LS开关7之间的切换节点SW，切换节点SW用于提供相位信号25。HS

  开关5电耦接在输入节点2与切换节点SW之间，LS开关7电耦接在切换节点SW与地节点8之

  间。切换电路3还包括电感器9，其电耦接在切换节点SW与输出节点4之间，用以响应于开关

  控制信号40、42，在HS开关5与LS开关7的控制下，将电感器电流提供至输出节点4。切换电路

  [0088]电压感测电路13是分压器电路并且包括电阻器链。电压感测电路13产生采样输出

  [0089]纹波注入产生器17基于来自切换节点SW的相位信号25产生纹波电压信号21(在图

  1中标记为injection，类似于三角波)。求和电路19基于采样输出电压信号FB和纹波电压

  信号21的和，产生电压信号FB+injection(下面也称为指示输出电压的反馈电压信

  VREF和FB+injection的比较产生PWM信号(下面也称为第一比较信号)作为其输出。PWM

  [0091]模式控制电路23具有连接在输入电压VIN和地节点之间的分压器电路31。分压器

  电路31产生采样输入电压信号33(也称为指示输入电压的电压信号)，其是输入电压VIN

  的一部分。模式控制电路23还具有比较器电路35(下面称为第三比较器电路)，其接收采

  样输出电压信号FB和采样输入电压信号33，并基于FB信号和信号33的比较产生PATH信号

  (也称为状态指示信号)。该PATH信号是具有逻辑高电平和逻辑低电平的数字信号。图3示

  意性地示出了模式控制电路23的波形。在图3中，VIN_DIV代表采样输入电压信号33。在时间

  T1时，VIN_DIV信号下降到与FB信号交叉，从而在PATH信号中产生上升沿。因为比较器电路

  35比较输入电压VIN的一部分和输出电压VOUT的一部分，所以比较器电路35实质上将输出

  电压VOUT与输入电压VIN的比率与预定阈值比率作比较。预定阈值比率由分压器电路13

  [0092]COT产生器27接收来自切换节点SW的相位信号25，并产生XSHOT信号(以下也称为

  第二比较信号)。XSHOT信号控制HS开关5在正常操作模式中的接通时间。图2示意性地示出

  了COT产生器27的电路图。COT产生器27包括连接在切换节点SW和地节点8之间的积分器电

  路45。积分器电路45包括电阻器和电容器，因此是RC积分器。积分器电路45在HS开关5的接

  通时间期间对相位信号25进行积分并产生斜坡电压信号49(ramp1)。复位开关47连接在

  RC积分器的中点和地节点8之间。当HS开关5处于接通状态时，复位开关关断。当HS开关5处

  于关断状态时，复位开关47接通以将斜坡电压信号49拉到接地。COT产生器27还包括平均滤

  波器41(例如RC滤波器)，其用于将相位信号25(其是斩波信号)平滑为相对平坦的DC信号

  VOUT)。信号43可以被认为是输出电压VOUT的近似。这样，信号43也可以被称

  为仿真输出电压信号。COT产生器27还包括比较器电路51(下面也称为第二比较器电

  路)，其将斜坡电压信号49与仿线作比较，并在输出中产生XSHOT信号。

  [0093]逻辑块39基于PWM信号、XSHOT信号和PATH信号来产生用于控制切换电路3的开关

  控制信号40、42。开关控制信号40、42分别经由驱动器电路44、46馈送到HS开关5和LS开关7

  的栅极。通常，不允许HS开关5和LS开关7同时接通，否则由于从输入电压VIN和地节点8流出

  的大电流将会损坏切换电路3。因此，在任何单个时刻可以接通最多一个开关。HS开关5和LS

  开关7通常具有相反的接通/关断状态。在图1的示例中，HS开关5是PMOS晶体管，而LS开关5

  是NMOS晶体管。因此，开关控制信号40、42具有相同的逻辑电平。应当理解，HS开关5可以由

  NMOS晶体管代替，并且在这种情况下，开关控制信号40、42将具有相反的逻辑电平。因为开

  关控制信号40、42彼此逻辑地关联，所以为了简洁起见，下面的讨论集中在用于HS开关5的

  [0094]逻辑块39以这样的方式产生开关控制信号40、42，使得开关控制信号40、42响应于

  PATH信号的上升沿，控制切换电路3从正常操作模式转变到延长的接通时间操作模式。在图

  1的示例中，PATH信号的上升沿指示输出电压VOUT与输入电压VIN的比率上升到与预定阈值

  比率交叉。因此，当VIN明显高于VOUT时，发生正常操作模式，并且当VIN下降到接近VOUT时，

  触发延长的接通时间操作模式。下面将参照图4更详细地描述这一点，图4示出了逻辑块39

  [0095]如图4所示，逻辑块39包括D触发器电路53，其接收D输入信号52(连接到逻辑高)、

  时钟输入信号54和复位输入信号58，并产生Q输出信号56。为了简单起见，在本公开中Q输出

  信号56被标记为ON信号。当ON信号为1或逻辑高时，意味着HS开关5处于接通状态，而当ON

  信号为0或逻辑低时，意味着HS开关5处于关断状态。应当理解，开关控制信号40与ON信号

  相关，这取决于HS开关5是PMOS晶体管还是NMOS晶体管。如果HS开关5是NMOS晶体管，则开关

  控制信号40与ON信号共享相同的逻辑电平。如果HS开关5是PMOS晶体管，则开关控制信号40

  [0096]进一步参照图4，逻辑块39包括时钟电路55，其基于ON信号和PWM信号产生时钟输

  入信号54。逻辑块39还包括基于PWM信号、PATH信号和XSHOT信号产生复位输入信号58的复

  [0097]对于图4所示的D触发器电路53，时钟输入信号54的上升沿使ON信号从0转变为

  1，而复位输入信号58的下降沿将ON信号复位为0。因此，时钟输入信号54确定HS开关5在

  HS开关5的切换周期中的每一个中的关断状态的结束(即，接通状态的开始)，并且复位输入

  信号58确定HS开关5在HS开关5的切换周期中的每一个中的接通状态的结束(即，关断状态

  [0098]当PATH信号为0(即，切换电路3在正常操作模式下操作)时，XSHOT信号确定图4

  的示例性电路中的复位输入信号58的逻辑电平。因此，XSHOT信号的下降沿确定HS开关5在

  每个切换周期中的接通时间的结束，如图6的(a)所示。在图6中，HS开关5在每个切换周期中

  的接通时间被标记为Ton。在图2的示例中，XSHOT信号的下降沿意味着斜坡电压信号49上

  钟输入信号54。因此，当满足两个条件：(i)当PWM信号变为0时，以及(ii)Min

  在ON信号的最后下降沿(即，HS开关5在相同切换周期中的接通时间的结束)之后期满时，时

  钟输入信号54的上升沿发生。在正常操作模式期间，PWM信号的下降沿通常在Min

  Time期满之后发生，并且因此，如图6的(a)所示，HS开关5在每个切换周期中的关断时间

  (‘Toff’)的结束由PWM信号的下降沿确定。能够理解，当VIN下降到较低的电位时，Toff也下

  [0099]当PATH信号为‘1’(即，切换电路3在延长的接通时间操作模式下操作)时，根据图4

  的电路的PWM信号、ON信号和XSHOT信号的波形在图6的(c)中示出。更具体地，HS开关5在每

  个切换周期中的接通时间(‘Ton’)的结束由PWM信号的上升沿(即，反馈电压信号FB+

  injection上升到与参考电压信号VREF交叉)确定。HS开关5在每个切换周期中的关断时间

  [0100]图6的(b)示出了如果不使用模式控制电路23(即，XSHOT信号直接连接到逻辑块39

  中的复位输入信号58)，当VIN下降到接近VOUT时PWM信号、ON信号和XSHOT信号的波形。可以

  看出，XSHOT信号的下降沿确定了HS开关5在每个切换周期中的接通时间(‘Ton’)的结束，并

  且HS开关5在每个切换周期中的关断时间等于由延迟计数器59产生的预设延迟时间‘Min

  [0101]通过比较图6的(b)和图6的(c)，清楚的是，HS开关5在图6的(c)的每个切换周期中

  的接通时间(Ton)显著长于其在图6的(b)的每个切换周期中的接通时间。然而，HS开关5

  的关断时间在图6的(b)和图6的(c)中保持相同。因此，与没有延长的接通时间操作模式的

  常规电力转换器相比，通过实现延长的接通时间操作模式，延长了ON信号的占空比。

  [0102]图7示出了在延长的接通时间操作模式期间的信号波形。VIN和VOUT之间的差从图

  7的(a)到图7的(c)减小。在图7的(a)至图7的(c)的每一个中，HS开关5在每个切换周期中的

  接通时间(‘Ton’)的结束由PWM信号的上升沿确定，并且HS开关5在每个切换周期中的关断

  time’。能够准确的看出，当VIN下降到更接近VOUT时，接通时间Ton增加。因此，

  在延长的接通时间操作模式期间，当VIN保持向VOUT下降时，ON信号的占空比保持增加，并

  [0103]图5比较了(a)没有延长的接通时间操作模式的常规电力转换器与(b)本公开的电

  力转换器1之间的VIN、VOUT的波形和ON信号的占空比。在仅具有正常操作模式和100％占空

  比模式的传统电力转换器中，当VIN下降到接近VOUT时，VOUT的波形显示出显著的波动。这

  time’通常在20ns至100ns的范围内。在几百kHz的切换频率下，‘Min

  time’的影响小，并且当从正常操作模式转变到100％占空比操作模式时，VOUT的下降是可

  响。它阻止占空比接近1，导致VOUT电压下降。因此，当转换到100％占空比操作模式时，VOUT

  电压波动处于大的电平(例如，几百mV)。相反，在电力转换器1中，当VIN电压下降到接近设

  置的VOUT电压时，触发在正常操作模式和100％占空比操作模式之间的中间延长的接通时

  间操作模式。在延长的接通时间操作模式期间，通过接通时间的延长和固定的关断时间，ON

  信号的占空比可以接近100％，由此减少VOUT电压的下降。这导致在正常操作模式和100％

  占空比操作模式之间具有微不足道的VOUT波动的无缝转变。相反，当VIN电压增加到高于设

  置的VOUT电压时，从100％工作模式到正常操作模式的转变也经由延长的接通时间操作模

  [0104]图8示出了替代模式控制电路23A的电路图，其可拿来代替图1的模式控制电路

  [0105]模式控制电路23A具有与COT产生器27相似的电路结构。特别是，模式控制电路23A

  包括积分器电路61，其连接在切换节点SW与地节点8之间。积分器电路61包括电阻器和电容

  器，因此为RC积分器。积分器电路61在HS开关5的接通时间期间对相位信号25进行积分并且

  产生斜坡电压信号64(在图8中标记为ramp2)。复位开关63连接在RC积分器的中点和地节

  点8之间。当HS开关5处于接通状态时，复位开关63关断。当HS开关5处于关断状态时，复位开

  关63接通以将斜坡电压信号64拉到地。积分器电路61和复位开关63被设计成与图2的积分

  器电路45和复位开关47相同。因此，ramp2信号64具有与图2的ramp1信号49相同的波

  [0106]模式控制电路23A还包括连接在输入电压VIN和地节点之间的分压器电路65。分压

  器电路65产生采样输入电压信号‘VIN_DIV’(以下也称为指示输入电压的电压信号)，其

  [0107]模式控制电路23A还具有比较器电路62(下面也称为第四比较器电路)，其将

  [0108]图9示出了模式控制电路23A的波形。图9的(a)发生在正常操作模式期间。图9的

  (b)示出了如何触发延长的接通时间操作模式。信号PATH_A是X_HD_DET信号的反相版本，

  示)，PATH_A信号的上升沿在XSHOT信号的下降沿之前发生。因此，PATH_A信号参照图4的逻

  辑电路39和图6的(c)的PWM波形防止XSHOT信号的下降沿复位ON信号。因此，PWM信号的上升

  沿复位ON信号并确定HS开关5在每个切换周期中的接通时间(‘Ton’)的结束。这在某种程度上预示着切换

  有的话)发生在XSHOT信号的下降沿之后。因此，参照图4的逻辑电路39，XSHOT信号的下降沿

  使ON信号从‘1’下降到‘0’，从而确定在每个切换周期HS开关5的接通时间的结束。这意味着

  [0112]图10示意性地示出了根据本公开的第二实施例的电力转换器1A。使用相同的标记

  来标识电力转换器1A的与转换器1的元件相同的元件。上面参照第一实施例描述的特征和

  [0113]电力转换器1A与电力转换器1的不同之处在于，电力转换器1A还包括偏移补偿电

  路67。偏移补偿电路67包括运算放大器69，其接收采样输出电压信号FB和参考电压信号

  VREF，并产生补偿的采样输出电压信号FB2。补偿的采样输出电压信号FB2然后通过求和电

  路19叠加在纹波电压信号21上。偏移补偿电路67的目的是补偿采样输出电压信号FB和参考

  电压信号VREF之间的DC偏移，以便于提高VOUT电压的精度。这是因为VOUT电压的精度与VOUT

  电压和VREF电压之间的偏移相关联，该精度大致等于(FB和VREF之间的偏移)×(Ra+Rb)/

  [0114]图11示意性地示出了根据本公开的第三实施例的电力转换器1B。使用相同的标记

  来标识电力转换器1B的与转换器1的元件相同的元件。使用相同的数字但用字母‘B’来区分

  与转换器1的元件相对应但不同的电力转换器1B的元件。以上参照第一实施例描述的特征

  [0115]电力转换器1B与电力转换器1的不同之处在于，电力转换器1B包括第二模式控制

  电路71，第二模式控制电路71产生标志信号PFM(以下也称为第二模式指示信号)，用于用

  [0116]如图11所示，第二模式控制电路71是比较器电路。第二模式控制电路71将采样输

  出电压信号FB与参考电压信号VREF作比较。PFM信号(其为具有逻辑高和逻辑低的数字信

  号)是第二模式控制电路71的输出，并且指示采样输出电压信号是否超过参考电压信号。

  [0117]电力转换器1B的逻辑电路39B包括用于实现从100％占空比操作模式到延长的接

  通时间操作模式(反之亦然)的转变的额外逻辑。该额外逻辑在图12中示出，并且是图4所示

  的逻辑块的补充。特别地，逻辑电路39B包括另一个D触发器电路75，其接收D输入信号70(连

  接到逻辑高)、时钟输入信号74和复位输入信号76，并且产生输出信号THRU。逻辑块39B以这

  样的方式产生开关控制信号40、42，使得开关控制信号40、42控制切换电路3响应于THRU信

  号的上升沿而从延长的接通时间操作模式转变到100％占空比操作模式。此外，开关控制信

  号40、42控制切换电路3响应于THRU信号的下降沿而从100％占空比操作模式转变回到延长

  [0118]参照图12，逻辑电路39B包括时钟电路72，其基于PWM信号和PATH信号产生时钟输

  入信号74。时钟电路72包括计数延迟电路73。电力转换器1B的波形如图13所示。时钟电路72

  确定在切换周期中高侧开关5的接通时间是否超过由计数延迟电路73设置的预定阈值时

  段。如果是，时钟输入信号74从‘0’上升到‘1’，这又导致THRU信号从‘0’上升到‘1’，从而触

  [0119]图14示出了当切换电路3从100％占空比操作模式转变到延长的接通时间操作模

  式时电力转换器1B的波形。特别地，该转变是响应于在时间T2时PFM信号的上升沿，其导致

  复位输入信号76的下降沿。如图12所示，复位输入信号76的下降沿将THRU信号复位为0。

  参照图11，PFM信号的上升沿指示采样输出电压信号FB上升到与参考电压信号VREF交叉。

  [0120]图15示出了如何在逻辑电路39B中使用THRU信号来产生开关控制信号40、42。在图

  15中，ON占空比产生逻辑77对应于图4中所示的逻辑电路，100％占空比标志产生逻辑79对

  应于图12中所示的逻辑电路。当THRU信号为‘1’时，开关控制信号40、42为‘0’，而不管ON信

  号(由图4产生)的逻辑如何。因此，HS开关5(在该示例中是PMOS晶体管)保持接通，而LS开关

  7(在该示例中是NMOS晶体管)保持关断。因此，切换电路3在100％占空比操作模式下操作。

  当THRU信号为‘0’时，开关控制信号40、42由ON占空比产生逻辑77所产生的ON信号控制。这

  意味着切换电路3在由PATH信号所确定的正常操作模式或延长的接通时间操作模式中操

  [0121]图16示意性地示出了用于控制切换电路(例如，切换电路3)的方法的处理步骤。该

  切换电路用于将输入电压(例如VIN)转换为输出电压(例如VOUT)，并且包括高侧开关(例如

  HS开关5)、低侧开关(例如LS开关7)以及在高侧开关和低侧开关之间的切换节点(例如SW节

  [0122]在步骤S1，通过将指示输出电压的反馈电压信号(例如，图1的‘FB+injection’或

  图10的‘FB2+injection’)与参考电压信号(例如，VREF)作比较，产生第一比较信号(例

  [0123]在步骤S2，通过将基于来自切换节点的相位信号(例如，相位信号25)的积分的斜

  坡电压信号(例如，图2的ramp1信号)与基于相位信号的仿真输出电压信号(例如，图2的

  [0124]在步骤S3，产生状态指示信号(例如，PATH信号或PATH_A信号)。状态指示信号指示

  [0125]在步骤S4，基于第一比较信号、第二比较信号和状态指示信号产生用于控制切换

  电路的开关控制信号(例如，开关控制信号40、42)。开关控制信号被配置为响应于状态指示

  信号的值的变化，使切换电路从第一操作模式(例如，正常操作模式)转变到第二操作模式

  (例如，延长的接通时间操作模式)，状态指示信号的值的变化指示比率上升到与预定阈值

  比率交叉。开关控制信号被配置为使得：在第一操作模式期间，高侧开关在高侧开关的每个

  切换周期中的接通时间的结束由第二比较信号确定，并且在第二操作模式期间，高侧开关

  [0126]应当理解，可以以不同于描述顺序的时间顺序来执行这些步骤。例如，步骤S1至S3

  [0127]应当理解，在电力转换器1、1A或1B中，除了切换电路3之外的电路块可以被认为是

  用于切换电路3的控制器。该控制器可以集成在与切换电路3分离的单个半导体芯片中。替

  [0128]术语具有、包含、包括等是开放的，并且术语指示所述结构、元件或特征的

  存在，但不排除另外的元件或特征的存在。冠词一、一个和该旨在包括复数以及单

  [0129]尽管已经根据如上所述的可选实施例描述了本公开，但是应当理解，这些实施例

  仅是说明性的，并且权利要求不限于这些实施例。本领域技术人员将可以依据本公开进行

  修改和替换，这些修改和替换被认为落入所附权利要求的范围内。本说明书里面公开或示出

  的每个特征可以单独地或以与本文公开或示出的任何其他特征的任何适当组合并入本公

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