專利名稱：調(diào)節(jié)開關(guān)式調(diào)節(jié)器輸出電流的電源轉(zhuǎn)換器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，更具體而言，本發(fā)明涉及一種在無外部電流檢測手段
情況下調(diào)節(jié)輸出電流的降壓轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
既調(diào)節(jié)輸出電壓也調(diào)節(jié)輸出電流的典型的降壓開關(guān)式調(diào)節(jié)器用于檢測流經(jīng)外部 電阻器的電流，以調(diào)節(jié)流經(jīng)負(fù)載的輸出電流。圖l(現(xiàn)有技術(shù))圖解說明實(shí)例性的現(xiàn)有技術(shù) 開關(guān)式調(diào)節(jié)器10，開關(guān)式調(diào)節(jié)器10具有處于轉(zhuǎn)換器集成電路(IC) 12外的電流檢測電阻器 11。在恒壓模式中，開關(guān)式調(diào)節(jié)器10通過對耦接到開關(guān)焊盤14的電感器13施加輸入電壓 脈沖來調(diào)節(jié)輸出電壓。第一誤差放大器15將第一內(nèi)部參考電壓Vv，與電壓反饋信號的電 壓VVFB相比較，以形成第一誤差電壓VVE?？刂破鞣綁K16將第一誤差電壓VVE轉(zhuǎn)換成成比例 的脈沖寬度或成比例的負(fù)載循環(huán)后施加到電感器13上。如果V^的大小小于參考電壓VVKEF 的大小，則第一誤差電壓VVE將增大第一誤差電壓VVE大小。誤差電壓VvE增大會使頂部開關(guān) 17的脈沖寬度或負(fù)載循環(huán)增大并向負(fù)載18提供更多的電力。此種調(diào)節(jié)被視為恒壓控制。
在恒流模式中，開關(guān)式調(diào)節(jié)器10通過檢測流經(jīng)電流檢測電阻器11的電流來調(diào)節(jié) 輸出電流。電流檢測電阻器11與負(fù)載18串聯(lián)設(shè)置。第二誤差放大器19將電流檢測電阻 器11兩端的電壓降V，與第二內(nèi)部參考電壓V皿F相比較。第二誤差放大器19輸出第二誤 差電壓VIE。通過將第一誤差電壓VVE與第二誤差電壓VIE相結(jié)合，使開關(guān)式調(diào)節(jié)器10調(diào)節(jié) 最大輸出電壓或最大輸出電流。這兩個(gè)控制回路使調(diào)節(jié)器10能夠以恒壓和恒流兩種模式 工作。 然而，利用電流檢測電阻器11調(diào)節(jié)輸出電流具有幾種缺點(diǎn)。首先，電阻器11在實(shí) 體上較大，并且占據(jù)印刷電路板上的寶貴空間。轉(zhuǎn)換器IC 12可被制作得足夠小，以安裝在 小尺寸晶體管(SOT)封裝中。但電流檢測電阻器11通常占據(jù)與整個(gè)S0T封裝一樣多的空 間。第二，電阻器ll必須精密并且具有在溫度變化時(shí)保持恒定的電阻。精密電阻器ll的 價(jià)格可使調(diào)節(jié)器10的成本升高，升高量達(dá)整個(gè)轉(zhuǎn)換器IC 12的成本的一較大比例。第三， 電流檢測電阻器11浪費(fèi)電力。例如，在其中3. 6伏電池以1安的電流進(jìn)行充電并且1安的 檢測電流流經(jīng)電阻為100毫歐姆的電流檢測電阻器的典型應(yīng)用中，檢測電阻器存在100毫 瓦的損耗。這表示僅由電流檢測電阻器引起的效率損失即達(dá)2.8%。電流檢測電阻器ll所 損耗的功率使開關(guān)式調(diào)節(jié)器10的效率降低并且運(yùn)行溫度升高。而且，當(dāng)電阻器11的溫度 在寬廣范圍內(nèi)波動時(shí)，不太可能維持恒定的電阻。 力圖提供一種無需利用處于開關(guān)式調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)換器IC外部的電流檢測電阻器即 可精確地調(diào)節(jié)輸出電流的開關(guān)式調(diào)節(jié)器。此外，力圖提供一種無需通過電流檢測電阻器檢 測電流即可精確地調(diào)節(jié)開關(guān)式調(diào)節(jié)器的輸出電流的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種調(diào)節(jié)開關(guān)式調(diào)節(jié)器輸出電流的電源轉(zhuǎn)換
5器及方法，其無需利用處于開關(guān)式調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)換器IC外部的電流檢測電阻器即可精確地調(diào)節(jié)輸出電流。 為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案 本發(fā)明提供了一種方法，包括產(chǎn)生參考電流，其中開關(guān)式調(diào)節(jié)器包括電感器和電源開關(guān)，并且其中在所述電源開關(guān)的接通時(shí)間中，電感器電流流經(jīng)所述電感器；產(chǎn)生檢測電流，所述檢測電流的大小與在所述接通時(shí)間中流經(jīng)所述電源開關(guān)的所述電感器電流成比例；和使所述開關(guān)式調(diào)節(jié)器的輸出電流維持在預(yù)定電流水平，使得當(dāng)所述輸出電流等于所述預(yù)定電流水平時(shí)，所述檢測電流小于所述參考電流時(shí)的第一時(shí)間周期為所述檢測電流大于所述參考電流時(shí)的第二時(shí)間周期的固定比例。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種電源轉(zhuǎn)換器，包括電感器；和轉(zhuǎn)換器集成電路，其具有
電源開關(guān)和復(fù)制開關(guān)，其中所述電源轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生參考電流，其中具有大小的電感器電流流
經(jīng)所述電感器，其中流經(jīng)所述復(fù)制開關(guān)的檢測電流具有與在所述電源開關(guān)的接通時(shí)間中所
述電感器電流的所述大小成比例的大小，其中所述電源轉(zhuǎn)換器將輸出電流維持在預(yù)定電流
水平，使得當(dāng)所述輸出電流等于所述預(yù)定電流水平時(shí)，所述檢測電流小于所述參考電流時(shí)
的第一時(shí)間周期為所述檢測電流大于所述參考電流時(shí)的第二時(shí)間周期的固定比例。 最后，本發(fā)明提供了一種電源轉(zhuǎn)換器，包括電感器，其中具有峰值和谷值的波紋
電流流經(jīng)所述電感器并從所述電源轉(zhuǎn)換器輸出，其中平均輸出電流是所述峰值和所述谷值
的平均值，并且其中波紋大小是所述峰值與所述谷值的差值；和裝置，用于無需檢測所述裝
置外部的電流而將所述平均輸出電流維持在固定電流水平，其中在所述波紋大小改變時(shí)，
所述固定電流水平不發(fā)生實(shí)質(zhì)改變。 —種具有電感器和轉(zhuǎn)換器集成電路(IC)的降壓開關(guān)式調(diào)節(jié)器無需檢測所述轉(zhuǎn)換器IC外部的電流即可調(diào)節(jié)輸出電流。所述輸出電流可用于對電池充電或?qū)Πl(fā)光二極管(LED)供電。所述轉(zhuǎn)換器IC具有電源開關(guān)和自舉功率產(chǎn)生器(bootstr即powergenerator)。所述開關(guān)式調(diào)節(jié)器產(chǎn)生一設(shè)定電流，該設(shè)定電流指示輸出電流將被調(diào)節(jié)到的預(yù)定電流水平。該設(shè)定電流是利用處于轉(zhuǎn)換器IC外部的電阻器產(chǎn)生。在另一實(shí)施例中，則通過對轉(zhuǎn)換器IC內(nèi)的寄存器進(jìn)行編程來產(chǎn)生該設(shè)定電流。 所述開關(guān)式調(diào)節(jié)器產(chǎn)生大小與在電源開關(guān)接通期間流經(jīng)電源開關(guān)的電感器電流成比例的檢測電流。電感器電流在接通時(shí)間期間通過電感器斜升，在斷開時(shí)間期間則斜降。該接通時(shí)間具有第一時(shí)間周期和第二時(shí)間周期。在第一時(shí)間周期中，檢測電流的大小小于設(shè)定電流的大小。在第二時(shí)間周期中，檢測電流的所具有的大小大于設(shè)定電流的大小。所述開關(guān)式調(diào)節(jié)器的輸出電流維持在預(yù)定電流水平，使得當(dāng)輸出電流等于預(yù)定電流水平時(shí)，第一時(shí)間周期為第二時(shí)間周期的一固定比例。所述開關(guān)式調(diào)節(jié)器利用單個(gè)信號使第一時(shí)間周期維持在第二時(shí)間周期的該固定比例，所述單個(gè)信號指示第一時(shí)間周期與第二時(shí)間周期的相對比例。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)輸出電流等于預(yù)定電流水平時(shí)，第一時(shí)間周期等于第二時(shí)間周期。在一個(gè)實(shí)施例中，所述單個(gè)信號為數(shù)字信號。 在所述自舉功率產(chǎn)生器的軌條(rail)內(nèi)的電路中將所述設(shè)定電流與檢測電流相比較。在一個(gè)實(shí)施例中，在底部開關(guān)軌條的電壓隨電感器兩端的電壓而波動時(shí)，在自舉功率產(chǎn)生器的各軌條之間維持五伏的電壓差。所述開關(guān)式調(diào)節(jié)器還在輸出電流小于預(yù)定電流水平時(shí)使輸出電壓維持在預(yù)定電壓水平。
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—種電源轉(zhuǎn)換器包括電感器和轉(zhuǎn)換器IC。所述轉(zhuǎn)換器IC具有電源開關(guān)和復(fù)制開關(guān)(r印lica switch)。電感器電流流經(jīng)電源開關(guān)和電感器。所述轉(zhuǎn)換器IC包括鎖存器，所述鎖存器輸出控制電源開關(guān)的狀態(tài)的開關(guān)信號。當(dāng)電源開關(guān)斷開時(shí)，電感器電流停止通過電感器增大。在電源開關(guān)的接通時(shí)間中，流經(jīng)復(fù)制開關(guān)的檢測電流所具有的大小與電感器電流的大小成比例。電源轉(zhuǎn)換器利用處于轉(zhuǎn)換器IC外部的電阻器產(chǎn)生參考電流。在另一實(shí)施例中，通過對集成電路中的寄存器進(jìn)行編程來產(chǎn)生參考電流。在第一時(shí)間周期中，檢測電流所具有的大小小于參考電流的大小。而在第二時(shí)間周期中，檢測電流的大小大于參考電流的大小。所述電源轉(zhuǎn)換器使輸出電流維持在預(yù)定電流水平，使得當(dāng)輸出電流等于預(yù)定電流水平時(shí)，第一時(shí)間周期等于第二時(shí)間周期。所述電源轉(zhuǎn)換器的輸出電流可對電池充電或?qū)Πl(fā)光二極管供電。 在另一實(shí)施例中，一種電源轉(zhuǎn)換器包括轉(zhuǎn)換器IC、電感器和用于在無需檢測所述轉(zhuǎn)換器IC的外部電流的情況下使平均輸出電流維持在固定電流水平的裝置。所述電源轉(zhuǎn)換器輸出波紋電流，所述波紋電流流經(jīng)電感器并且具有峰值和谷值。平均輸出電流是峰值和谷值的平均值。波紋值是峰值與谷值之間的差值。所述裝置使平均輸出電流維持在不隨波紋值的改變而變化的固定電流水平。 所述裝置包括主開關(guān)和復(fù)制開關(guān)。主電流流經(jīng)主開關(guān)，檢測電流則流經(jīng)復(fù)制開關(guān)。檢測電流所具有的大小指示平均輸出電流的大小。主電流與檢測電流二者均貢獻(xiàn)于波紋電流。所述裝置在無需檢測流經(jīng)電阻器的檢測電流大小的情況下檢測所述檢測電流。
所述裝置產(chǎn)生指示固定電流水平的設(shè)定電流。所述檢測電流在主開關(guān)的整個(gè)接通時(shí)間中增大，并且檢測電流斜升而在第一時(shí)刻達(dá)到設(shè)定電流。當(dāng)經(jīng)過所述接通時(shí)間的一預(yù)定部分后，出現(xiàn)第二時(shí)刻。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)經(jīng)過所述接通時(shí)間的四分之三后，出現(xiàn)第二時(shí)刻。所述裝置調(diào)節(jié)平均輸出電流，以使第二時(shí)刻在第一時(shí)刻出現(xiàn)。 本發(fā)明采用的調(diào)節(jié)開關(guān)式調(diào)節(jié)器輸出電流的電源轉(zhuǎn)換器及方法，其無需利用處于
開關(guān)式調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)換器IC外部的電流檢測電阻器即可精確地調(diào)節(jié)輸出電流。 在下文詳細(xì)說明中描述了其它實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明內(nèi)容并非要限定本發(fā)明。本
發(fā)明受權(quán)利要求書限定。


附解說明本發(fā)明的實(shí)施例，其中相同的編號指示相同的組件。
圖l(現(xiàn)有技術(shù))是具有處于轉(zhuǎn)換器集成電路(IC)外部的電流檢測電阻器的傳統(tǒng)
開關(guān)式調(diào)節(jié)器的簡化示意圖。 圖2是無需利用處于其轉(zhuǎn)換器IC外部的電流檢測電阻器便可精確地調(diào)節(jié)輸出電
流的降壓電源轉(zhuǎn)換器的簡化示意圖。 圖3是圖2的控制器IC的更詳細(xì)示意圖。 圖4是一種用于控制圖2的開關(guān)式調(diào)節(jié)器的輸出電流和電壓的方法的流程圖。
圖5是顯示理想化波形的圖，這些理想化波形圖解說明圖2的開關(guān)式調(diào)節(jié)器在執(zhí)行圖4的方法時(shí)的操作。 圖6是在圖2的開關(guān)式調(diào)節(jié)器對典型電池進(jìn)行充電時(shí)輸出電壓與輸出電流的關(guān)系圖。
圖7是顯示波形的圖，這些波形圖解說明圖2的開關(guān)式調(diào)節(jié)器如何調(diào)節(jié)脈寬頻率以維持預(yù)定電流水平和預(yù)定電壓水平。 圖8是作為圖3所示轉(zhuǎn)換器IC的一部分的電荷泵積分器的另一實(shí)施例的示意圖。
圖9是開關(guān)式調(diào)節(jié)器的另一實(shí)施例的示意圖，該開關(guān)式調(diào)節(jié)器具有兩個(gè)電源開關(guān)并且無需利用外部電流檢測電阻器便可精確地調(diào)節(jié)輸出電流。 圖IO是開關(guān)式調(diào)節(jié)器的又一實(shí)施例的示意圖，該開關(guān)式調(diào)節(jié)器無需利用外部電流檢測電阻器便可精確地調(diào)節(jié)輸出電流并且用于對發(fā)光二極管(LED)供電。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的某些實(shí)施例，這些實(shí)施例的例子在附圖中被示出。
圖2是作為降壓電源轉(zhuǎn)換器的開關(guān)式調(diào)節(jié)器20的圖。開關(guān)式調(diào)節(jié)器20包括封裝在集成電路封裝22中的轉(zhuǎn)換器集成電路(IC)21。開關(guān)式調(diào)節(jié)器20無需利用處于轉(zhuǎn)換器IC21外部的電流檢測電阻器便可精確地調(diào)節(jié)輸出電流。盡管術(shù)語"集成電路"常用于既表示集成電路、也表示其中容納有集成電路的集成電路封裝，然而本文所用的術(shù)語"集成電路"只表示集成電路裸片。除轉(zhuǎn)換器IC 21夕卜，開關(guān)式調(diào)節(jié)器20還包括電感器23、輸出電容器24、自舉電容器25、自舉整流器26、分壓電阻器網(wǎng)絡(luò)27和電流設(shè)定電阻器(RISET)28。流經(jīng)電感器23的電流對負(fù)載29進(jìn)行充電。電流設(shè)定電阻器R^T28用于設(shè)定所期望的輸出電流。
在一個(gè)實(shí)施例中，開關(guān)式調(diào)節(jié)器20的輸入電壓VIN是來自車輛中的點(diǎn)煙器的直流電壓。開關(guān)式調(diào)節(jié)器20所輸出的電流和電壓用于對例如移動電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、膝上型計(jì)算機(jī)或DVD播放器等電子用戶裝置進(jìn)行充電。當(dāng)轉(zhuǎn)換器IC 21中的電源開關(guān)接通時(shí)，電感器電流30開始流經(jīng)電感器23。在電感器電流通過電感器23斜升并且電源開關(guān)使電流停止流到電感器23時(shí)，電感器電流30從電感器23流出到負(fù)載29中。
轉(zhuǎn)換器IC 21利用脈寬調(diào)制(P麗)調(diào)節(jié)輸出電流和電壓。為調(diào)節(jié)輸出電流，開關(guān)式調(diào)節(jié)器20通過開關(guān)(SW)焊盤檢測流出轉(zhuǎn)換器IC 21的平均電流。平均電流是在由電感器23和輸出電容器24形成的LC濾波器對轉(zhuǎn)換器IC 21中的電源開關(guān)所輸出的方波進(jìn)行平波時(shí)所產(chǎn)生的鋸齒形波紋電流的峰值與谷值之間的平均值。開關(guān)式調(diào)節(jié)器20無需檢測負(fù)載29處的電流便可精確地檢測輸出電流I。UT。為調(diào)節(jié)輸出電壓，開關(guān)式調(diào)節(jié)器20檢測反饋(FB)焊盤上的反饋電壓。分壓電阻器網(wǎng)絡(luò)27產(chǎn)生具有反饋電壓V^的反饋信號31。
圖3是轉(zhuǎn)換器IC 21的更詳細(xì)示意圖。轉(zhuǎn)換器IC 21具有電源(VDD)焊盤35、自舉(BST)焊盤36、開關(guān)(SW)焊盤37、反饋(FB)焊盤38、電流設(shè)定(ISET)焊盤39和接地(GND)焊盤40。焊盤通過焊線連接到集成電路封裝22上的相應(yīng)端子。在圖3的實(shí)施例中，圖2的自舉整流器26已被作為自舉整流器77集成到轉(zhuǎn)換器IC 21中。轉(zhuǎn)換器IC 21通過反饋焊盤38接收關(guān)于輸出電壓V。UT的指示。 轉(zhuǎn)換器IC 21包括自舉功率產(chǎn)生器41、電荷泵積分器42、下拉鉗位器42、置位-復(fù)位(SR)鎖存器44、門極驅(qū)動器45、反饋誤差放大器46、P麗比較器47、漏極電壓調(diào)節(jié)器48、電流鏡49、電流設(shè)定運(yùn)算放大器50、電流設(shè)定開關(guān)51、振蕩器52、頻率折回電路53、電源開關(guān)54、復(fù)制開關(guān)55、電流檢測開關(guān)56、第一參考電壓產(chǎn)生器57、第二參考電壓產(chǎn)生器58、肖特基二極管59、電阻器60和電容器61。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器21中的所有開關(guān)均為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。
開關(guān)式調(diào)節(jié)器20無需檢測流經(jīng)負(fù)載29處的電阻器的電流便可調(diào)節(jié)輸出電流。為調(diào)節(jié)輸出電流，開關(guān)式調(diào)節(jié)器20判斷檢測電流等于設(shè)定電流時(shí)的時(shí)刻是出現(xiàn)在電感器電流30的上升斜坡達(dá)到其中點(diǎn)的時(shí)刻之前還是之后。當(dāng)電源開關(guān)54接通和斷開時(shí)，電感器電流30類似于鋸齒形波紋電流。波紋電流的中點(diǎn)等價(jià)于輸出電流I。uT的大小。流過電感器23的谷-峰(valley-to-peak)電流波紋的大小(波紋大小)可表示為
IKIPPLE = D Ts ((VIN-V。UT) /L) ， (62) 其中D是負(fù)載循環(huán)，Ts是循環(huán)時(shí)間，L是電感器23的電感。因此，開關(guān)式調(diào)節(jié)器20的輸出電流I。UT的大小等于峰值電流大小減去波紋大小的一半。開關(guān)式調(diào)節(jié)器20調(diào)節(jié)脈沖寬度，以使上升的電感器電流30達(dá)到谷值與峰值之間中點(diǎn)的時(shí)刻與增大的檢測電流等于設(shè)定電流的時(shí)刻同時(shí)出現(xiàn)。 圖4是流程圖，其圖解說明圖3的開關(guān)式調(diào)節(jié)器20的一種操作方法的步驟63-68。該方法通過調(diào)節(jié)電感器電流30的波紋的脈沖寬度來控制開關(guān)式調(diào)節(jié)器20的輸出電壓V?！涸摲椒ㄟ€通過調(diào)節(jié)電感器電流30的脈沖寬度來控制開關(guān)式調(diào)節(jié)器20的輸出電流I。UT。在某些應(yīng)用中，期望使開關(guān)式調(diào)節(jié)器20的輸出電流I。uT維持在恒定水平。例如，在電池充滿電之前，期望使充電電流維持在最高水平。通過調(diào)節(jié)波紋電流的中點(diǎn)，開關(guān)式調(diào)節(jié)器20維持與波紋大小無關(guān)的恒定輸出電流。如上面的方程式62所示，波紋大小與電感、開關(guān)頻率、負(fù)載循環(huán)以及輸入和輸出電壓的大小相關(guān)。因此，開關(guān)式調(diào)節(jié)器20將輸出電流I。UT調(diào)節(jié)到與電感器23的電感變化無關(guān)并且與波紋大小和波紋斜率無關(guān)的水平。
在第一步驟63中，轉(zhuǎn)換器IC 21產(chǎn)生設(shè)定電流，該設(shè)定電流決定輸出電流1。ut所維持的預(yù)定水平。開關(guān)式調(diào)節(jié)器20的用戶通過選擇電流設(shè)定電阻器RISET28的電阻來設(shè)定輸出電流的預(yù)定水平。在替代實(shí)施例中，電流設(shè)定電阻器被集成到轉(zhuǎn)換器IC 21中并且是可編程的。通過對一電流設(shè)定寄存器進(jìn)行編程，可對為獲得所期望的總電阻而串聯(lián)耦合的電阻器數(shù)量進(jìn)行編程。電流設(shè)定寄存器是一組存儲元件，例如觸發(fā)器(flip-flop)或鎖存器，其被編程用于存儲數(shù)字值。在又一實(shí)施例中，通過將外部電流或外部電壓迫至電流設(shè)定焊盤ISET 39上而產(chǎn)生設(shè)定電流。 在圖3的實(shí)施例中，將由第二參考電壓產(chǎn)生器58產(chǎn)生的1伏參考信號與電流設(shè)定運(yùn)算放大器50和電流設(shè)定開關(guān)51—起用于將電流設(shè)定焊盤ISET 39設(shè)定到1伏。流經(jīng)電流設(shè)定焊盤ISET 39的電流被傳遞到自舉功率產(chǎn)生器41的經(jīng)過電平移位(level-shifted)的自舉軌條上，并被電流鏡49鏡像反射到比較節(jié)點(diǎn)69。從電流鏡49的晶體管70流出的鏡像反射電流為設(shè)定電流71，該設(shè)定電流設(shè)定開關(guān)式調(diào)節(jié)器20的預(yù)定電流水平。在電流設(shè)定電阻器R工^28的電阻隨溫度變化的情況下，在流經(jīng)設(shè)定焊盤ISET 39的電流中增加相等但相反的溫度相關(guān)電流，以減小設(shè)定電流71隨溫度變化而發(fā)生的任何變化。
在步驟64中，產(chǎn)生指示電感器電流30的大小的檢測電流72。檢測電流72是由復(fù)制開關(guān)55產(chǎn)生，并直接與設(shè)定電流71相比較而不利用單獨(dú)的比較器元件。檢測電流72與當(dāng)P麗開關(guān)信號74使電源開關(guān)54接通時(shí)流經(jīng)電源開關(guān)54的主開關(guān)電流73成比例。當(dāng)電源開關(guān)54斷開時(shí)，電流流經(jīng)肖特基二極管59。在替代實(shí)施例中，肖特基二極管59位于轉(zhuǎn)換器IC 21外部。復(fù)制開關(guān)55被選取為電源開關(guān)54規(guī)格(size)的一個(gè)較小的比例。在一個(gè)實(shí)施例中，電源開關(guān)54比復(fù)制開關(guān)55大10， 000倍。因此，當(dāng)主開關(guān)電流73為1安時(shí)，檢測電流72為100微安。
9
用于將電源開關(guān)54的漏極連接到電源焊盤VDD 35的導(dǎo)體具有有限的電阻，因此 電源開關(guān)54的漏極上的電壓低于電源電平VDD少許。漏極電壓調(diào)節(jié)器48的電壓設(shè)定晶體 管75和運(yùn)算放大器76用于將復(fù)制晶體管55的漏極電壓設(shè)定為與電源開關(guān)54的漏極電壓 相同的電平。通過維持相等的漏極電壓，檢測電流72保持為主開關(guān)電流73的一比例，該比 例與晶體管的相對規(guī)格相同。 為在電流斜升通過電感器23而使開關(guān)焊盤37上的電壓升高時(shí)維持可使電源開關(guān) 54保持接通的至少一倍門極-源極截止電壓(Ves)，自舉功率產(chǎn)生器41產(chǎn)生與開關(guān)焊盤37 上的開關(guān)電壓一起升高的浮動電源。在一個(gè)實(shí)施例中，外部自舉電容器25和自舉整流器77 使自舉焊盤36上的電壓維持在比開關(guān)焊盤37上的電壓高5伏。因此，自舉功率產(chǎn)生器41 使驅(qū)動器45將電源開關(guān)54的門極驅(qū)動至高于轉(zhuǎn)換器IC 21的輸入電壓VIN。
在步驟65中，通過將當(dāng)設(shè)定電流71大于檢測電流72時(shí)的第一時(shí)間周期與當(dāng)設(shè)定 電流71小于檢測電流72時(shí)的第二時(shí)間周期相比較，使開關(guān)式調(diào)節(jié)器20的輸出電流維持在 預(yù)定電流水平。當(dāng)PWM開關(guān)信號74使電源開關(guān)54首先接通時(shí)，檢測電流72開始斜升。因 此，設(shè)定電流71大于檢測電流72，并且電流在比較節(jié)點(diǎn)69上積聚。比較節(jié)點(diǎn)69上積聚的 電流產(chǎn)生類似于數(shù)字高電平的跳變電壓V皿p。在檢測電流72斜升超過設(shè)定電流71的大小 的時(shí)間點(diǎn)處，檢測電流72起到下拉電流的作用，并將跳變電壓VTKIP拉到接近開關(guān)焊盤37的 電壓，該電壓類似于數(shù)字低電平。因此，電流鏡49、漏極電壓調(diào)節(jié)器48和復(fù)制開關(guān)55構(gòu)成 電流檢測電路，該電流檢測電路產(chǎn)生指示檢測電流72何時(shí)超過設(shè)定電流71的數(shù)字跳變信 號78。該有源電流檢測電路設(shè)置在自舉焊盤36與開關(guān)焊盤37的自舉軌條之間，其中自舉 焊盤36與開關(guān)焊盤37的自舉軌條維持5伏的浮動電壓差。通過這種方式，與試圖檢測電 感器23的輸入引線上高速波動的電壓相比，可更精確地檢測電感器電流30。跳變信號78 的數(shù)字高電平隨自舉焊盤36上的電壓而波動，并且跳變信號78的數(shù)字低電平以高出開關(guān) 焊盤37上的電壓大約兩倍門極-源極截止電壓(Ves)的值波動。 圖5顯示開關(guān)式調(diào)節(jié)器20的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的理想化波形。這些波形圖解說明開關(guān) 式調(diào)節(jié)器20在圖4所示方法過程中的操作。電源開關(guān)54在1\時(shí)刻接通，在T2時(shí)刻斷開， 并且在T3時(shí)刻再次接通。在1\時(shí)刻，電感器電流30開始斜升通過電感器23。因此，1\與 丁2之間的時(shí)間為接通時(shí)間，1\與T3之間的時(shí)間為循環(huán)時(shí)間。圖5圖解說明其中檢測電流72 在電源開關(guān)54接通時(shí)跳變到90微安并接著在接通時(shí)間中從90微安斜變到100微安的一 個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，設(shè)定電流71被設(shè)定為100微安。跳變時(shí)刻是斜變的檢測電流72 的大小經(jīng)過穩(wěn)定的設(shè)定電流71的時(shí)刻。在跳變時(shí)刻，跳變信號78被禁用(deasserted)。
然后，將檢測電流72小于設(shè)定電流71時(shí)的第一時(shí)間周期與檢測電流71大于設(shè)定 電流71時(shí)的第二時(shí)間周期相比較。當(dāng)檢測電流72的大小處于其上升斜坡的中點(diǎn)并且因此 也處于平均輸出電流的所選預(yù)定水平時(shí)，第一時(shí)間周期與第二時(shí)間周期相等。電荷泵積分 器42通過在第一時(shí)間周期中將電流加到電流誤差節(jié)點(diǎn)和在第二時(shí)間周期中從電流誤差節(jié) 點(diǎn)減去相同比率的電流，對第一時(shí)間周期與第二時(shí)間周期進(jìn)行比較。電流誤差節(jié)點(diǎn)上所存 在的電流誤差信號79的電壓(VIE)的變化指示哪一個(gè)周期較長以及跳變時(shí)刻距斜變的檢測 電流72的中點(diǎn)有多遠(yuǎn)。 圖3顯示電荷泵積分器42接收P麗開關(guān)信號74和跳變信號78，并且輸出電流誤 差信號78。電荷泵積分器42包括反相器80、與門81、n溝道FET 82、p溝道FET 83、上拉電流源84、下拉電流源85和電容器86。在圖3的實(shí)施例中，下拉電流源85是上拉電流源84 的大小的兩倍。反相器80和AND門81控制FET 82和83，以使這些開關(guān)只在開關(guān)信號74 被啟用(asserted)并且電流斜升通過電感器23時(shí)才接通。在電源開關(guān)54的斷開時(shí)間中， 當(dāng)FET 82和83斷開時(shí)，電流誤差電壓VB保持不變。在第一時(shí)間周期中，當(dāng)開關(guān)信號74被 啟用時(shí)并且在跳變信號78被禁用之前，只有p溝道FET 83接通。在第一時(shí)間周期中，上拉 電流源84在電流誤差節(jié)點(diǎn)上提供10微安的電流(IIE)87，并且電流誤差信號79的電壓VIE 升高，如圖5中所示。當(dāng)跳變信號78被禁用時(shí)，F(xiàn)ET 83保持接通，并且FET 82也接通。在 第二時(shí)間周期中，上拉電流源84繼續(xù)在電流誤差節(jié)點(diǎn)上提供10微安的電流11￡87，但下拉電 流源85從電流誤差節(jié)點(diǎn)吸收20微安的電流^ 87。因此，在第二時(shí)間周期中，從電流誤差 節(jié)點(diǎn)泄放總共IO微安的電流。當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間周期等于第二時(shí)間周期時(shí)，向電流誤差節(jié)點(diǎn)提供 的電流量和從電流誤差節(jié)點(diǎn)泄放的電流量相等，并且在接通時(shí)間結(jié)束時(shí)，電流誤差電壓VIE 返回其此前的電平。電容器86用于平滑電流誤差電壓VIE的電平。 在步驟66中，調(diào)節(jié)電感器電流30的脈沖寬度(波紋電流的上升斜坡)，以將輸出 電流調(diào)節(jié)到預(yù)定電流水平。在轉(zhuǎn)換器IC 21如何調(diào)節(jié)輸出電流的一個(gè)例子中，輸出電流低 于預(yù)定電流水平。因此，檢測電流72達(dá)到設(shè)定電流71太遲，并且第一時(shí)間周期變得長于第 二時(shí)間周期。結(jié)果，在第一時(shí)間周期中提供給電流誤差節(jié)點(diǎn)的電流多于在第二時(shí)間周期中 從電流誤差節(jié)點(diǎn)泄放的電流，因而電流誤差電壓V^升高。升高的電流誤差電壓V^使得P麗 開關(guān)信號74的脈沖寬度增大，并且輸出電流朝預(yù)定電流水平增大。 下拉鉗位器43包括運(yùn)算放大器88和p溝道FET 89。在恒流模式中，下拉鉗位器 43將誤差電壓(VEKK。K)下拉到電流誤差電壓V^的電平。在恒流模式中，電壓調(diào)節(jié)回路始終 處于調(diào)節(jié)之中。在恒壓模式中，當(dāng)電流誤差電壓VIE高于誤差電壓VEKK。K時(shí)，下拉鉗位器43 對誤差電壓VEKK。K毫無影響。電阻器60和電容器61平滑誤差電壓VEKK。K的電平。
P麗開關(guān)信號74是通過確定經(jīng)過補(bǔ)償?shù)碾娏鳈z測電壓90何時(shí)達(dá)到誤差電壓VEKK。K 而產(chǎn)生。電流檢測電壓V，^是電流檢測開關(guān)56的漏極上的電壓。像復(fù)制開關(guān)55—樣，電 流檢測開關(guān)56比電源開關(guān)54小很多倍，并且開關(guān)54、55和56的門極全部耦接到門極驅(qū)動 器45的門極。通過將電流檢測電壓V，^與斜坡補(bǔ)償信號相加產(chǎn)生經(jīng)過補(bǔ)償?shù)碾娏鳈z測電 壓90。斜坡補(bǔ)償信號由振蕩器52產(chǎn)生。圖5圖解說明如何將電流檢測電壓VSENSE與斜坡補(bǔ) 償信號相加以形成經(jīng)過補(bǔ)償?shù)碾娏鳈z測電壓90。 P麗比較器47判斷斜變的經(jīng)過補(bǔ)償?shù)碾娏鳈z測電壓90何時(shí)達(dá)到誤差電壓 VEKK。K(或被下拉到電流誤差電壓VIE的誤差電壓)的水平。圖5圖解說明P麗比較器47所 輸出的復(fù)位信號(RST) 91通過禁用SR鎖存器44的Q輸出端上所存在的開關(guān)信號74而使 SR鎖存器44復(fù)位并終止接通時(shí)間。當(dāng)在SR鎖存器44的置位輸入端上接收到振蕩器52所 輸出的時(shí)鐘信號(CLK)92的脈沖時(shí)，開關(guān)信號74被啟用。在恒流模式中，當(dāng)斜變的經(jīng)過補(bǔ) 償?shù)碾娏鳈z測電壓90達(dá)到電流誤差電壓VIE的電平時(shí)，復(fù)位信號91將SR鎖存器44復(fù)位。 當(dāng)因第一時(shí)間周期長于第二時(shí)間周期而使電流誤差電壓V^已升高時(shí)，斜變的經(jīng)過補(bǔ)償?shù)?電流檢測電壓90達(dá)到電流誤差電壓VB所用的時(shí)間變長。結(jié)果，開關(guān)信號74的接通時(shí)間延 長，并且電感器電流30被允許通過電感器23斜升更長的時(shí)間。波紋電流的變長的上升斜 坡的中點(diǎn)升高，并且原先低于預(yù)定電流水平的輸出電流I。UT的大小增大。
在步驟67中，當(dāng)輸出電流小于預(yù)定電流水平時(shí)，開關(guān)式調(diào)節(jié)器20的輸出電壓維持在預(yù)定電壓水平。在電池的典型充電循環(huán)中，充電過程以恒流模式開始，然后當(dāng)電池充滿電 時(shí)過渡到恒壓模式?？针娏侩姵氐闹刎?fù)載試圖拉動大于預(yù)定電流限值的電流，開關(guān)式調(diào)節(jié) 器20則通過降低電流誤差電壓VIE而限制輸出電流。隨著電池的負(fù)載變輕并且所拉動的電 流減小，電流誤差電壓VIE上升至誤差電壓VEKK。K以上，并且開關(guān)式調(diào)節(jié)器20將輸出電壓限 制至由誤差電壓VEKK。K所設(shè)定的預(yù)定水平。 圖6是在開關(guān)式調(diào)節(jié)器20對移動電話中的典型鋰離子電池進(jìn)行充電時(shí)輸出電壓 與輸出電流的關(guān)系圖。各個(gè)點(diǎn)圖解說明電感器電流30的代表性開關(guān)循環(huán)。充電過程在點(diǎn) #1處以恒流模式開始，并且開關(guān)式調(diào)節(jié)器20將輸出電流調(diào)節(jié)到約1安的電流。充電循環(huán)在 點(diǎn)#9處進(jìn)入恒壓模式。隨著移動電話電池充電并且移動電話電池的負(fù)載減小，開關(guān)式調(diào)節(jié) 器20減小脈沖寬度和輸出電流一直到點(diǎn)#17，以將輸出電壓限制至約4. 2伏。在一個(gè)實(shí)施 例中，開關(guān)式調(diào)節(jié)器20是以"完全充電模式(top-off mode)"工作，在此種模式中，在達(dá)到 點(diǎn)#17后，電池以滿充電電流的十分之一再充電十分鐘，然后斷開開關(guān)操作。
當(dāng)輸出電壓下降到由虛線下面的點(diǎn)#18-20所表示的故障閾值以下時(shí)，出現(xiàn)故障 狀態(tài)。當(dāng)輸出電壓下降到故障閾值以下時(shí)，反饋焊盤38上所存在的電壓(VFB)下降到低于 欠電壓閉鎖斷開閾值，并且輸出電流被調(diào)節(jié)成沿點(diǎn)#18-20線性地下降到零。在另一實(shí)施例 中，當(dāng)輸出電壓下降到故障閾值以下時(shí)，電流會非線性地折回(如沿虛線的點(diǎn)所示)。當(dāng)用 戶選取此種細(xì)流(trickle)充電模式時(shí)，一旦達(dá)到下限電壓閾值，輸出電流便折回到細(xì)流。 在又一實(shí)施例中，開關(guān)式調(diào)節(jié)器20具有暫停(time-out)功能，用于在充電過程在最大充電 時(shí)間(例如l小時(shí))內(nèi)未退出細(xì)流充電模式時(shí)停止電源開關(guān)54的開關(guān)操作。
在步驟67的該例子中，開關(guān)式調(diào)節(jié)器20的用戶將預(yù)定電壓水平設(shè)定為鋰離子電 池的4. 2伏最高充電電壓。預(yù)定電壓水平是通過對分壓電阻器網(wǎng)絡(luò)27的電阻器R1和R2 的電阻進(jìn)行選取來設(shè)定。分壓器27將負(fù)載29上的所需4. 2伏最高充電電壓分成反饋焊盤 FB 38上的1伏電平。誤差放大器46將反饋信號31的電壓V^與第二參考電壓產(chǎn)生器58 所產(chǎn)生的1伏參考電壓相比較。誤差放大器46輸出誤差電壓V^皿，其大小與反饋電壓VFB 與l伏參考電壓之差成比例。 隨著在充電循環(huán)中負(fù)載29兩端的電壓增大，反饋電壓V^與l伏參考電壓之差減 小。因此，誤差電壓V^皿減小。當(dāng)誤差電壓V，。K減小到電流誤差電壓VB以下時(shí)，開關(guān)式 調(diào)節(jié)器20從恒流模式過渡到恒壓模式。該過渡發(fā)生在圖6的點(diǎn)#8與#9之間。
圖7顯示理想化波形，其圖解說明從恒流模式到恒壓模式的過渡。圖7中帶編號的 循環(huán)對應(yīng)于圖6中的點(diǎn)。在啟動階段(循環(huán)#1-#3)中，第一時(shí)間周期長于第二時(shí)間周期， 并且電荷泵積分器42在電流誤差節(jié)點(diǎn)上提供的電流IIE87多于其所泄放的電流。電流誤差 電壓VIE升高，此使開關(guān)信號74的脈沖寬度增大。輸出電流增大并在循環(huán)#4時(shí)達(dá)到預(yù)定電 流水平，此時(shí)第一時(shí)間周期等于第二時(shí)間周期。在典型操作中，電流誤差電壓V^在幾毫秒 內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。然后，輸出電流保持在穩(wěn)態(tài)，直到輸出電壓接近預(yù)定電壓水平為止。隨著電池 充電并且負(fù)載29兩端的電壓升高，誤差電壓VEKK。K減小。在誤差電壓VEKK。K下降到低于電流 誤差電壓VIE之后，當(dāng)經(jīng)過補(bǔ)償?shù)碾娏鳈z測電壓90達(dá)到下部的誤差電壓VEKK。K并將SR鎖存 器44復(fù)位時(shí)，電源開關(guān)54的接通時(shí)間終止。因此，當(dāng)輸出電流小于預(yù)定電流水平時(shí)，開關(guān) 式調(diào)節(jié)器20的輸出電壓保持在預(yù)定電壓水平。 在步驟68中，開關(guān)式調(diào)節(jié)器20獨(dú)立于輸出電壓調(diào)節(jié)輸出電流。設(shè)定電流71的大小不隨輸出電壓的變化而變化。由于設(shè)定電流71是由固定的l伏參考電壓所產(chǎn)生并且自 舉軌條之間的電流檢測電路維持5伏的浮動電壓差，因而開關(guān)式調(diào)節(jié)器20產(chǎn)生輸出電壓， 使得設(shè)定電流71獨(dú)立于輸出電壓而變化。 開關(guān)式調(diào)節(jié)器20具有頻率折回功能。時(shí)鐘信號CLK 92決定開關(guān)頻率，以使開關(guān) 信號74以該開關(guān)頻率開始電感器電流30的每一新波紋的斜變。在電感器電流30已完全 斜降出電感器23之前，開關(guān)式調(diào)節(jié)器20以連續(xù)導(dǎo)通模式工作，以在每一新循環(huán)開始時(shí)使電 流斜升通過電感器23。在正常工作中，開關(guān)頻率和循環(huán)時(shí)間保持恒定，并且調(diào)制波紋電流 的上升斜坡的脈沖寬度以獲得所期望的輸出電流和電壓。當(dāng)因負(fù)載非常重而使輸出電壓接 近于O時(shí)，接通時(shí)間的脈沖寬度變得越來越短。然而，需要一最小時(shí)間量，以使跳變信號78 探測上升的檢測電流72的大小何時(shí)超過設(shè)定電流71的大小。在極低的輸出電壓下，開關(guān) 信號74的脈沖寬度可變得短于跳變信號78的響應(yīng)時(shí)間，在此種情形中，電流比較將出現(xiàn)錯(cuò) 誤，并且開關(guān)式調(diào)節(jié)器將無法提供電流調(diào)節(jié)。為避免此種情形，當(dāng)反饋電壓VFB遠(yuǎn)低于預(yù)定 電壓水平時(shí)，頻率折回電路53便降低(折回)開關(guān)信號74的頻率。在較低的開關(guān)頻率下， 以不會變得短于跳變信號78的響應(yīng)時(shí)間的更長脈沖寬度來輸出相同電流。
圖8顯示電荷泵積分器93的另一實(shí)施例。在圖3的實(shí)施例中，下拉電流源85兩 倍于上拉電流源84的規(guī)格，以減小從上拉電流切換到下拉電流所用的邏輯電路量。盡管電 荷泵積分器93所利用的邏輯電路多于圖3的電荷泵積分器42，然而電荷泵積分器93具有 相等的上拉電流和下拉電流。因此，電荷泵積分器93以較小的電流進(jìn)行工作。電荷泵積分 器93包括反相器94、與非門95、與門96、p溝道FET97、n溝道FET 98、上拉電流源99、下拉 電流源100和電容器86。 這兩個(gè)電流源99和100提供10微安的電流。在第一時(shí)間周期中，上拉電流源84 在電流誤差節(jié)點(diǎn)上提供10微安的電流(IIE)87。當(dāng)跳變信號78被禁用時(shí)，F(xiàn)ET 97斷開，并 且FET 98接通。在第二時(shí)間周期中，只有下拉電流源100從電流誤差節(jié)點(diǎn)泄放10微安的 電流^87。因此，在第二時(shí)間周期中，電荷泵積分器93所用的電流比電荷泵積分器42小 20微安。但正如電荷泵積分器42 —樣，當(dāng)?shù)谝粫r(shí)間周期等于第二時(shí)間周期時(shí)，電荷泵積分 器93向電流誤差節(jié)點(diǎn)提供的電流量與其所吸收的電流量相等。 圖9顯示無需利用處于轉(zhuǎn)換器IC外部的電流檢測電阻器便可精確地調(diào)節(jié)輸出電 流的開關(guān)式調(diào)節(jié)器的另一實(shí)施例。開關(guān)式調(diào)節(jié)器103包括轉(zhuǎn)換器IC 104，轉(zhuǎn)換器IC 104類 似于圖3的轉(zhuǎn)換器IC 21。然而，不同于轉(zhuǎn)換器IC 21，轉(zhuǎn)換器IC 104包括兩個(gè)電源開關(guān)和 一運(yùn)算跨導(dǎo)放大器(0TA)105。 上門極驅(qū)動器106和電源開關(guān)54的功能類似于轉(zhuǎn)換器IC 21的門極驅(qū)動器45和 電源開關(guān)54。然而，下門極驅(qū)動器107和下電源開關(guān)108取代了肖特基二極管59。由于下 門極驅(qū)動器107和下電源開關(guān)108比肖特基二極管59占據(jù)更大的空間，因而轉(zhuǎn)換器IC 104 的裸片尺寸大于轉(zhuǎn)換器IC 21，因而價(jià)格也高于轉(zhuǎn)換器IC 21。在電源開關(guān)54的斷開時(shí)間 中，通過開關(guān)108而非通過肖特基二極管59從電感器23泄放電流。然而，由于通過開關(guān) 108泄放電流，在轉(zhuǎn)換器IC 104的替代實(shí)施例中，可在開關(guān)焊盤37的下側(cè)檢測電感器電流 30。與設(shè)置于自舉電流產(chǎn)生器的浮動自舉軌條之間的電流檢測電路相比，該替代實(shí)施例的 電流檢測電路將不復(fù)雜，這是因?yàn)殚_關(guān)108的漏極電壓不與自舉電壓一起浮動。將轉(zhuǎn)換器 IC 21的電流檢測電路設(shè)置在自舉軌條內(nèi)能夠使用更廉價(jià)的肖特基二極管59取代轉(zhuǎn)換器
13IC 104的下門極驅(qū)動器107和下電源開關(guān)108。 轉(zhuǎn)換器IC 104是以模擬方式對跳變信號78所提供的跳變電壓進(jìn)行積分，而轉(zhuǎn)換 器IC 21的電荷泵積分器42則是對跳變信號78的數(shù)字電壓執(zhí)行數(shù)字積分。OTA 105和電 容器86對跳變電壓VTKIP與電源開關(guān)54兩端的檢測電壓之差進(jìn)行積分。在跳變電壓高于檢 測電壓的時(shí)間中，OTA 105在電容器86上提供與該差值成比例的電流。在跳變電壓低于檢 測電壓的時(shí)間中，OTA 105則從電容器86吸收與該差值成比例的電流。開關(guān)信號74控制 開關(guān)109，使得只在電源開關(guān)54的接通時(shí)間中對設(shè)定電壓與檢測電壓之差進(jìn)行積分。
盡管轉(zhuǎn)換器IC 104利用兩個(gè)n溝道FET (NMOS) 54和108作為電源開關(guān)，但在替代 實(shí)施例中也可利用P溝道FET(PMOS)作為電源開關(guān)54。當(dāng)利用p溝道FET作為電源開關(guān) 54時(shí)，不需要自舉產(chǎn)生器，這是因?yàn)殡娫撮_關(guān)54的門極不需要維持在比開關(guān)焊盤37的浮動 電壓高出至少一倍Ves。然而，p溝道FET大于n溝道FET，因此利用PMOS器件的該替代實(shí) 施例的電路裸片尺寸將更大，因而價(jià)格也更高。 圖10顯示無需檢測轉(zhuǎn)換器IC 111的外部電流便可精確地調(diào)節(jié)輸出電流的開關(guān)式 調(diào)節(jié)器110的又一實(shí)施例。盡管在圖3中已參照轉(zhuǎn)換器IC 21將負(fù)載29描述為正在充電 的移動電話鋰離子電池，然而負(fù)載29不必為電池。在圖10的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器IC 111調(diào) 節(jié)電感器電流30，以使開關(guān)式調(diào)節(jié)器110的輸出電流適合對發(fā)光二極管(LED) 112供電。
某些LED在不高于預(yù)定溫度運(yùn)行時(shí)具有更長的使用壽命。當(dāng)LED112的溫度升高 時(shí)，轉(zhuǎn)換器IC lll減小開關(guān)式調(diào)節(jié)器110的平均輸出電流。LED 112的溫度由此保持低于 預(yù)定溫度限值。在圖10的實(shí)施例中，電流設(shè)定電阻器R^T28為熱敏電阻器，其電阻隨溫度 升高而增大。電流設(shè)定電阻器28在實(shí)體上靠近LED 112設(shè)置，以便在LED 112的溫度升高 時(shí)，電流設(shè)定電阻器28的電阻也增大。電流設(shè)定電阻器28的增大的電阻調(diào)節(jié)設(shè)定電流71， 從而降低電流誤差電壓V『在其他實(shí)施例中，電流設(shè)定電阻器28位于開關(guān)式調(diào)節(jié)器110的 印刷電路板上的某一位置，以使電阻器28的溫度反映正被充電的負(fù)載的溫度或開關(guān)式調(diào) 節(jié)器周圍的環(huán)境溫度。 在另一實(shí)施例中，開關(guān)式調(diào)節(jié)器110對LED 112執(zhí)行脈寬調(diào)制(P麗)調(diào)光。在P麗 調(diào)光中。流經(jīng)LED 112的電感器電流30從0脈動到預(yù)定電流水平脈動。P麗調(diào)光不同于模 擬調(diào)光，在模擬調(diào)光中是通過減小流經(jīng)LED的DC電流來實(shí)現(xiàn)亮度的降低。在P麗調(diào)光中， 由電流流經(jīng)LED 112時(shí)的脈沖的負(fù)載循環(huán)決定LED亮度。P麗調(diào)光的通/斷狀態(tài)是通過在 電流設(shè)定焊盤ISET 39上設(shè)定額外的閾值來進(jìn)行控制。在替代實(shí)施例中，P麗調(diào)光的通/斷 狀態(tài)是利用轉(zhuǎn)換器IC lll上的額外焊盤進(jìn)行控制。通常將電流設(shè)定焊盤ISET 39調(diào)節(jié)到 l伏，但當(dāng)該焊盤被上拉到更高電壓(例如2伏)時(shí)，則暫時(shí)禁止(disable)開關(guān)式調(diào)節(jié)器 110。 P麗調(diào)光相對于模擬調(diào)光具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，由于輸出負(fù)載不是最大就是斷開，因而 效率提高。其次，LED的色彩平衡維持在其最佳值，這是因?yàn)樵贚ED 112接通的時(shí)間中，流 經(jīng)LED 112的電流維持在預(yù)定電流水平。 為避免可見的閃爍，流經(jīng)LED 112的電流的脈動速率維持在高于人眼反應(yīng)的速 率。通常，LED P麗調(diào)光速率高于100Hz。然而，如果LED電流大，則調(diào)節(jié)器電路的功率組件 (例如電感器23和電容器)可發(fā)出可聽到的噪聲。因此，優(yōu)選地選取高于人耳的聽覺范圍 的P麗調(diào)光速率，通常為15kHz及以上。 當(dāng)利用例如15kHz的高脈沖速率對LED 112進(jìn)行調(diào)光時(shí)，轉(zhuǎn)換器IC 11的啟動時(shí)間中的任何延遲均可作為LED亮度相對于P麗負(fù)載循環(huán)的非線性度而被感覺到。因此，優(yōu) 選地具有快的啟動時(shí)間_即當(dāng)LED控制信號被啟用時(shí)與LED電流達(dá)到預(yù)定電流水平時(shí)之間 的時(shí)間。轉(zhuǎn)換器IC 111的最慢響應(yīng)是在恒流模式中確定電流誤差電壓V^其要耗用許多個(gè) 開關(guān)循環(huán)才能達(dá)到恒流調(diào)節(jié)的穩(wěn)態(tài)值。轉(zhuǎn)換器IC 111通過使電流誤差電壓V^維持在與當(dāng) 轉(zhuǎn)換器IC 111的輸出被禁止時(shí)的電流誤差電壓L相同的水平，使LED啟動時(shí)間加速。當(dāng) LED控制信號切換到斷開值時(shí)，電荷泵積分器42的上拉電流源和下拉電流源均斷開。因此， 先前產(chǎn)生的電流誤差電壓VIE的精確值不會受到干擾。當(dāng)LED控制信號指示轉(zhuǎn)換器IC 111 恢復(fù)向LED 112提供電流時(shí)，電荷泵積分器42不需要重新產(chǎn)生電流誤差電壓V『因此，開 關(guān)式調(diào)節(jié)器110的輸出電流只在幾個(gè)循環(huán)中便達(dá)到預(yù)定電流水平。 盡管已出于說明目的而結(jié)合某些具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，然而本發(fā)明并不僅限 于此。圖3的實(shí)施例將檢測電流72等于設(shè)定電流71時(shí)的時(shí)間與波紋電流的谷值和峰值之 間的中點(diǎn)相比較。在其他實(shí)施例中，則比較不止一個(gè)點(diǎn)。例如，將檢測電流72的大小等于 設(shè)定電流71的大小的四分之一時(shí)的時(shí)間與電感器電流30已斜升到從谷值到峰值距離的四 分之一處的時(shí)間相比較。然后，將檢測電流72的大小等于設(shè)定電流71的大小的四分之三 時(shí)的時(shí)間與電感器電流30已斜升到從谷值到峰值距離的四分之三處的時(shí)間相比較。為確 定電感器電流30已斜升到從谷值到峰值距離的四分之一或四分之三的時(shí)間，使用具有比 率3 : l的上拉電流和下拉電流。然后，利用這兩次比較來產(chǎn)生用于終止接通時(shí)間的復(fù)位 信號91。 盡管上文將各轉(zhuǎn)換器IC的電源開關(guān)描述為利用脈寬調(diào)制(P麗)進(jìn)行開關(guān)，然而也 可利用其它調(diào)制方法。在替代實(shí)施例中，利用變頻脈沖頻率調(diào)制(PFM)產(chǎn)生開關(guān)信號74。 使電源開關(guān)54的接通時(shí)間保持恒定達(dá)一時(shí)間周期，該時(shí)間周期長于使跳變信號78將設(shè)定 電流71與檢測電流72相比較所需的響應(yīng)時(shí)間。然后，調(diào)節(jié)循環(huán)時(shí)間，以獲得所期望的平均 輸出電流。然而，當(dāng)在點(diǎn)煙器適配器應(yīng)用中利用開關(guān)式調(diào)節(jié)器時(shí)，P麗調(diào)制優(yōu)于PFM調(diào)制，以 確保使開關(guān)頻率及任何諧波不會干擾車輛的AM收音機(jī)的頻帶或者干擾在例如移動電話等 射頻裝置中通常使用的455kHz中頻(IF)。在圖3的實(shí)施例中，利用300-400kHz之間頻率 的P麗調(diào)制，該頻率足夠高從而允許使用較小規(guī)格的電感器，但又足夠低以便不會干擾AM 收音機(jī)頻帶。此外，可使PWM調(diào)制所用的頻率散開，以使來自主頻帶和諧波的能量擴(kuò)展開， 從而不會干擾無線電信號和在車輛中傳送的其它信號。 在又一實(shí)施例中，利用滯后調(diào)制(hysteretic modulation)產(chǎn)生開關(guān)信號74。在 滯后調(diào)制中，接通時(shí)間和頻率均不固定，而是調(diào)節(jié)電感器電流30的峰值和谷值。由于在利 用滯后調(diào)制來調(diào)節(jié)輸出電流時(shí)頻率漂移，因而更難避免干擾無線電信號和在車輛中傳送的 其它信號。相應(yīng)地，可在不脫離權(quán)利要求所述本發(fā)明范圍的條件下對所述實(shí)施例的各種特 征實(shí)施各種修改、改動和組合。
1權(quán)利要求
一種方法，其特征在于，包括產(chǎn)生參考電流，其中開關(guān)式調(diào)節(jié)器包括電感器和電源開關(guān)，并且其中在所述電源開關(guān)的接通時(shí)間中，電感器電流流經(jīng)所述電感器；產(chǎn)生檢測電流，所述檢測電流的大小與在所述接通時(shí)間中流經(jīng)所述電源開關(guān)的所述電感器電流成比例；和使所述開關(guān)式調(diào)節(jié)器的輸出電流維持在預(yù)定電流水平，使得當(dāng)所述輸出電流等于所述預(yù)定電流水平時(shí)，所述檢測電流小于所述參考電流時(shí)的第一時(shí)間周期為所述檢測電流大于所述參考電流時(shí)的第二時(shí)間周期的固定比例。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述開關(guān)式調(diào)節(jié)器具有轉(zhuǎn)換器集成電路， 其中所述電源開關(guān)位于所述轉(zhuǎn)換器集成電路內(nèi)，并且所述電感器位于所述轉(zhuǎn)換器集成電路 外，并且其中所述維持無需檢測所述轉(zhuǎn)換器集成電路外部的電流而實(shí)施。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述開關(guān)式調(diào)節(jié)器具有轉(zhuǎn)換器集成電路， 其中所述電源開關(guān)位于所述轉(zhuǎn)換器集成電路內(nèi)，并且所述電感器位于所述轉(zhuǎn)換器集成電路 外，并且其中利用位于所述轉(zhuǎn)換器集成電路外的電阻器產(chǎn)生所述參考電流。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述開關(guān)式調(diào)節(jié)器具有轉(zhuǎn)換器集成電路， 其中所述電源開關(guān)位于所述轉(zhuǎn)換器集成電路內(nèi)，并且所述電感器位于所述轉(zhuǎn)換器集成電路 外，并且其中通過對所述轉(zhuǎn)換器集成電路內(nèi)的寄存器進(jìn)行編程產(chǎn)生所述參考電流。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一時(shí)間周期等于所述第二時(shí)間周期。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一時(shí)間周期為所述第二時(shí)間周期的 一半。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一時(shí)間周期與所述第二時(shí)間周期均 不與所述接通時(shí)間一樣長。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一時(shí)間周期與所述第二時(shí)間周期均 具有不為零的持續(xù)時(shí)間。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，還包括 使所述輸出電流流經(jīng)發(fā)光二極管。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括 對所述發(fā)光二極管執(zhí)行脈寬調(diào)制調(diào)光。
11. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，還包括 利用所述輸出電流對電池進(jìn)行充電。
12. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，還包括產(chǎn)生所述開關(guān)式調(diào)節(jié)器的輸出電壓，其中所述參考電流獨(dú)立于所述輸出電壓而變化。
13. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，還包括當(dāng)所述輸出電流小于所述預(yù)定電流水平時(shí)，使所述開關(guān)式調(diào)節(jié)器的輸出電壓維持在預(yù) 定電壓水平。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述開關(guān)式調(diào)節(jié)器利用單個(gè)信號使所述第 一時(shí)間周期維持在所述第二時(shí)間周期的所述固定比例，所述單個(gè)信號指示所述第一時(shí)間周 期與所述第二時(shí)間周期的相對比例。
15. —種電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括電感器；和轉(zhuǎn)換器集成電路，其具有電源開關(guān)和復(fù)制開關(guān)，其中所述電源轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生參考電流，其 中具有大小的電感器電流流經(jīng)所述電感器，其中流經(jīng)所述復(fù)制開關(guān)的檢測電流具有與在所 述電源開關(guān)的接通時(shí)間中所述電感器電流的所述大小成比例的大小，其中所述電源轉(zhuǎn)換器 將輸出電流維持在預(yù)定電流水平，使得當(dāng)所述輸出電流等于所述預(yù)定電流水平時(shí)，所述檢 測電流小于所述參考電流時(shí)的第一時(shí)間周期為所述檢測電流大于所述參考電流時(shí)的第二 時(shí)間周期的固定比例。
16. 如權(quán)利要求15所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電源轉(zhuǎn)換器無需檢測所述轉(zhuǎn) 換器集成電路外部的電流而將所述輸出電流維持在所述預(yù)定電流水平。
17. 如權(quán)利要求15所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，還包括 位于所述轉(zhuǎn)換器集成電路外的電阻器，其中利用所述電阻器產(chǎn)生所述參考電流。
18. 如權(quán)利要求17所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電阻器是熱敏電阻器，其中所 述輸出電流與溫度成反比地變化，并且其中所述溫度是取自由下列組成的群組由所述輸 出電流正進(jìn)行充電的負(fù)載的溫度，所述電源轉(zhuǎn)換器周圍的環(huán)境溫度，和所述輸出電流所流 經(jīng)的發(fā)光二極管的溫度。
19. 如權(quán)利要求15所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器集成電路包括寄存器， 并且其中通過對所述寄存器進(jìn)行編程產(chǎn)生所述參考電流。
20. 如權(quán)利要求15所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電源轉(zhuǎn)換器的輸出電流流經(jīng) 發(fā)光二極管。
21. 如權(quán)利要求20所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，電源轉(zhuǎn)換器對所述發(fā)光二極管執(zhí) 行脈寬調(diào)制調(diào)光。
22. 如權(quán)利要求15所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電源轉(zhuǎn)換器輸出輸出電壓，并 且其中所述參考電流獨(dú)立于所述輸出電壓而變化。
23. 如權(quán)利要求15所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器集成電路包括鎖存器， 所述鎖存器輸出用于斷開所述電源開關(guān)的開關(guān)信號，并且其中當(dāng)所述電源開關(guān)斷開時(shí)，所 述電感器電流停止通過所述電感器增大。
24. —種電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括電感器，其中具有峰值和谷值的波紋電流流經(jīng)所述電感器并從所述電源轉(zhuǎn)換器輸出， 其中平均輸出電流是所述峰值和所述谷值的平均值，并且其中波紋大小是所述峰值與所述 谷值的差值；禾口裝置，用于無需檢測所述裝置外部的電流而將所述平均輸出電流維持在固定電流水 平，其中在所述波紋大小改變時(shí)，所述固定電流水平不發(fā)生實(shí)質(zhì)改變。
25. 如權(quán)利要求24所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，流經(jīng)電源開關(guān)的主電流和流經(jīng)復(fù)制開關(guān)的檢測電流均貢獻(xiàn)于所述波紋電流，其中所述裝置產(chǎn)生指示所述固定電流水平的設(shè) 定電流，其中所述檢測電流斜升而在第一時(shí)刻達(dá)到所述設(shè)定電流，其中所述檢測電流在整 個(gè)接通時(shí)間中增大，并且在經(jīng)過所述接通時(shí)間的預(yù)定部分時(shí)，出現(xiàn)第二時(shí)刻，并且其中所述 裝置調(diào)節(jié)所述平均輸出電流，以使所述第二時(shí)刻在所述第一時(shí)刻處出現(xiàn)。
26. 如權(quán)利要求25所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述預(yù)定部分是所述接通時(shí)間的 三分之二。
27. 如權(quán)利要求25所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述平均輸出電流對負(fù)載充電，其 中所述負(fù)載具有負(fù)載溫度，其中利用熱敏電阻器產(chǎn)生所述設(shè)定電流，并且其中所述平均輸 出電流與所述負(fù)載溫度成反比地變化。
28. 如權(quán)利要求24所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述電源轉(zhuǎn)換器是車輛點(diǎn)煙器適 配器的一部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)節(jié)開關(guān)式調(diào)節(jié)器輸出電流的電源轉(zhuǎn)換器及方法，其無需利用處于開關(guān)式調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)換器IC外部的電流檢測電阻器即可精確地調(diào)節(jié)輸出電流。該電源轉(zhuǎn)換器包括電感器；和轉(zhuǎn)換器集成電路，其具有電源開關(guān)和復(fù)制開關(guān)，其中所述電源轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生參考電流，其中具有大小的電感器電流流經(jīng)所述電感器，其中流經(jīng)所述復(fù)制開關(guān)的檢測電流具有與在所述電源開關(guān)的接通時(shí)間中所述電感器電流的所述大小成比例的大小，其中所述電源轉(zhuǎn)換器將輸出電流維持在預(yù)定電流水平，使得當(dāng)所述輸出電流等于所述預(yù)定電流水平時(shí)，所述檢測電流小于所述參考電流時(shí)的第一時(shí)間周期為所述檢測電流大于所述參考電流時(shí)的第二時(shí)間周期的固定比例。
文檔編號G01R19/10GK101714818SQ200910174160
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月29日
發(fā)明者麥特·葛鑲 申請人:技領(lǐng)半導(dǎo)體(上海)有限公司;技領(lǐng)半導(dǎo)體股份有限公司