具有滞后控制的电压转换器

技术领域

本文描述的实施方案整体涉及电压转换器，并且更具体地涉及具有滞后控制的电压转换器。进一步更具体地，各种实施方案涉及具有用于旁路模式转变的滞后控制的电压转换器。

背景技术

电压转换器诸如开关模式电源广泛用于各种电子装置，包括计算机和需要稳定且有效电源的其他灵敏装置。开关模式电源(SMPS)包括以高频接通和断开以便转换电力的开关设备(例如，MOSFET)。SMPS还包括一个或多个存储部件(例如，电感器和/或电容器)以便在开关设备处于非导通状态时供电(例如，供电给负载)。

附图说明

虽然本公开以特别指出并清楚地要求保护具体实施方案的权利要求书作为结尾，但当结合附图阅读时，通过以下描述可更容易地确定本公开范围内的实施方案的各种特征和优点，在附图中：

图1A示出了包括指示在供电电压下的电压转换器供电电流的波形的曲线图；

图1B示出了包括指示电压转换器在供电电压下的效率的波形的曲线图；

图2是根据本公开的各种实施方案的电压转换器的框图；

图3是根据本公开的各种实施方案的电压转换器的简化框图；

图4示出了根据本公开的各种实施方案的控制单元；

图5是根据本公开的一个或多个实施方案的包括电压转换器的电力模块的框图；

图6示出了根据本公开的一个或多个实施方案的包括指示在供电电压下的电压转换器供电电流的波形的曲线图；

图7A示出了根据本公开的一个或多个实施方案的描绘转变成旁路模式的电压转换器的各种参数的曲线图；

图7B示出了根据本公开的一个或多个实施方案的描绘转变出旁路模式的电压转换器的各种参数的曲线图；并且

图8是根据本公开的一个或多个实施方案的操作电压转换器的示例性方法的流程图。

具体实施方式

本文公开的各种实施方案涉及控制单元，并且涉及包括控制单元的电压转换器。在至少一些实施方案中，控制单元可以被配置为增加电压转换器在旁路转变期间的效率，该旁路转变诸如从操作模式(例如，脉冲频率调制(PFM)模式)到旁路模式的转变、或从旁路模式到另一个操作模式(例如，PFM模式)的转变。更具体地，各种实施方案涉及在电压转换器从PFM模式转变到旁路模式时以滞后控制模式操作电压转换器。换句话说，各种实施方案涉及被配置为通过滞后控制模式从PFM模式转变到旁路模式，或通过滞后控制模式从旁路模式转变到PFM模式的电压转换器。

在以下具体实施方式中，参考了形成本公开的一部分的附图，并且在附图中以举例的方式示出了可实施本公开的实施方案的特定示例。充分详细地描述了这些实施方案，以使本领域的普通技术人员能够实践本公开。然而，可利用其他实施方案，并且可在不脱离本公开的范围的情况下进行结构、材料和方法的变化。

本文所呈现的图示并不旨在为任何特定方法、系统、设备或结构的实际视图，而仅仅是用于描述本公开的实施方案的理想化表示。本文所呈现的附图未必按比例绘制。为了读者的方便，各附图中的类似结构或部件可保持相同或相似的编号；然而，编号的相似性并不意味着所述结构或部件在尺寸、组成、配置或任何其他特性方面必须是相同的。

以下描述可包括示例以帮助本领域的普通技术人员实践本发明所公开的实施方案。使用术语“示例性的”、“通过示例”和“例如”是指相关描述是说明性的，虽然本公开的范围旨在涵盖示例和法律等同形式，但使用此类术语并不旨在将实施方案或本公开的范围限制于指定的部件、步骤、特征或功能等。

应当容易理解，如本文一般所述并且在附图中示出的实施方案的部件可被布置和设计成多种不同的配置。因此，对各种实施方案的以下描述并不旨在限制本公开的范围，而是仅代表各种实施方案。虽然实施方案的各个方面可在附图中给出，但是附图未必按比例绘制，除非特别指明。

此外，所示出和描述的特定实施方式仅为示例，并且不应理解为实施本公开的唯一方式，除非本文另外指明。元件、电路和功能可以框图形式示出，以便不以不必要的细节模糊本公开。相反，所示出和描述的特定实施方式仅为示例性的，并且不应理解为实施本公开的唯一方式，除非本文另外指明。另外，块定义和各个块之间逻辑的分区是特定实施方式的示例。对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，本公开可通过许多其他分区解决方案来实践。在大多数情况下，已省略了关于定时考虑等的细节，其中此类细节不需要获得本公开的完全理解，并且在相关领域的普通技术人员的能力范围内。

本领域的普通技术人员将会理解，可使用多种不同技术和技法中的任何一者来表示信息和信号。例如，可在该整个说明书中参考的数据、指令、命令、信息、信号、比特和符号可由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或者它们的任何组合来表示。为了清晰地呈现和描述，一些附图可以将信号示出为单个信号。本领域的普通技术人员应当理解，信号可表示信号总线，其中总线可具有多种位宽度，并且本公开可在包括单个数据信号在内的任意数量的数据信号上实现。

结合本文所公开的实施方案描述的各种示例性逻辑块、模块和电路可以用通用处理器、专用处理器、数字信号处理器(DSP)、集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、分立栅极或晶体管逻辑部件、分立硬件部件或设计成实施本文所描述的功能的其任何组合来实现或实施。通用处理器(在本文中也可称为主机处理器或仅称为主机)可以是微处理器，但在替代方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实现为计算设备的组合，诸如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心结合的一个或多个微处理器或任何其他此类配置。在通用计算机被配置为执行与本公开的实施方案相关的计算指令(例如，软件代码)时，包括处理器的通用计算机被认为是专用计算机。

实施方案可根据被描绘为流程图、流程示意图、结构图或框图的过程来描述。虽然流程图可将操作动作描述为顺序过程，但是这些动作中的许多动作可在另一序列中、并行地或基本上同时地执行。此外，可重新安排动作的顺序。过程可非限制地对应于方法、线程、函数、规程、子例程或子程序。此外，本文所公开的方法可以通过硬件、软件或这两者来实现。如果在软件中实现，这些功能可作为一个或多个指令或代码存储或传输到计算机可读介质上。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，该通信介质包括有利于将计算机程序从一个位置传递到另一个位置的任何介质。

除非明确说明此类限制，否则使用名称诸如“第一”、“第二”等对本文的元件的任何引用不限制那些元件的数量或顺序。相反，这些名称可在本文中用作在两个或更多个元件或元件的实例之间进行区分的便利方法。因此，提及第一元件和第二元件并不意味着在那里只能采用两个元件，或者第一元件必须以某种方式在第二元件之前。此外，除非另外指明，一组元件可包括一个或多个元件。

如本文所用，涉及给定参数、特性或条件的术语“基本上”是指并且包括在本领域的普通技术人员将会理解的给定参数、特性或条件满足小程度的方差的程度，诸如例如在可接受的制造公差内。以举例的方式，取决于基本上符合的具体参数、特性或条件，参数、特性或条件可至少满足90％、至少满足95％、或甚至至少满足99％。

如本领域普通技术人员将理解的，电压转换器(例如，降压转换器)可以在重负载状况期间使用脉冲宽度调制(PWM)以连续导通模式(CCM)操作。另外，在轻负载状况期间，电压转换器可能以不连续导通模式(DCM)操作。电压转换器(例如，开关模式电源(SMPS))中的轻负载状况下的效率通常由SMPS控制器使用脉冲频率调制(PFM)模式而不是更标准的脉冲宽度调制(PWM)模式来改善。PWM可以提供增强的输出电压调节，然而PFM可以在轻电流负载下提供更大的效率。遗憾的是，PFM的副作用是可能减小电压输出准确度的较大输出纹波电压。当不需要和/或不期望电力转换时，电压转换器可能以旁路模式操作，其中输入电力直接耦接到电压转换器的输出。

如将理解的，在一些电压转换器中，当接近旁路模式时(例如，从PFM模式)，电压斜升(例如，Vramp)可以被与振荡器同步的脉冲钳位，并且通过这种同步调制，切换活动可以增加电压转换器的静态电流(IQ)并减小轻负载效率性能。另外，在一些常规电压转换器中，为了生成恒定输出电压，在接近旁路模式(例如，从PFM模式)时和/或在转变出旁路模式(例如，进入PFM模式)之后，切换活动可能会不期望地增加。

如本文更全面地描述，根据本公开的各种实施方案，滞后控制模式(HCM)可以用于在电压转换器朝旁路模式转变时和/或在电压转换器转变出旁路模式之后延长电压转换器的占空时间。更具体地，根据各种实施方案，如果电压转换器以PFM模式操作，则响应于触发(例如，电压转换器的供电电压减少到小于或等于阈值电压的值)，可以激活HCM(即，电压转换器可以从PFM模式转变到HCM)。在HCM中，并非将脉冲宽度调制(PWM)信号传送到脉冲发生器(即，如电压转换器以PFM模式操作时会发生的那样)，而是将静态信号(例如，静态低信号或静态高信号)传送到脉冲发生器以防止高侧晶体管切换。另外，根据一些实施方案，在转变到HCM模式之后，并且响应于另一个触发(例如，电压转换器的输出电压增加到等于或大于另一个阈值电压的值)，可以停用HCM(即，电压转换器可以从HCM转变到PFM模式)。如上所述，在HCM中，并非将PWM信号传送到脉冲发生器(即，如电压转换器以PFM模式操作时会发生的那样)，而是将静态信号传送到脉冲发生器以防止高侧晶体管切换。

因此，与在接近旁路模式时可能表现出增加的切换活动的常规电压转换器相比，HCM将静态信号传送到脉冲发生器，并且从而延长“占空”时间并防止高侧晶体管的不期望切换(即，在电压转换器接近旁路模式时)。另外，与在转变出旁路模式(例如，进入PFM模式)之后可能表现出增加的切换活动的常规电压转换器相比，HCM将静态信号传送到脉冲发生器，并且从而延长“占空”时间并防止高侧晶体管的不期望切换。

例如，图1A示出了曲线图100，该曲线图包括指示常规电压转换器的在供电电压(在本文中也称为“输入电压”)下的供电电流的波形101。另外，图1B示出了曲线图110，该曲线图包括指示常规电压转换器在供电电压下的效率的波形111。在约3.3伏附近的供电电压下(即，其中期望的输出电压与供电电压大致相同)，供电电流增加(如图1A中的附图标号102所指示)，从而电压转换器的效率减少(如图1B中的附图标号112所指示)。

如上所述，本文公开的各种实施方案可以通过减小电流消耗来提高电压转换器的效率。更具体地，各种实施方案可以增加电压转换器在旁路转变期间的效率，该旁路转变诸如从操作模式(例如，脉冲频率调制(PFM)模式)到旁路模式的转变、或从旁路模式到另一个操作模式(例如，PFM模式)的转变。

图2是示出根据本公开的各种实施方案的电压转换器200的框图。电压转换器200(其在本文中也可以被称为“开关模式电源”(SMPS))包括自适应占空比控制器电源驱动器202、功率电感器206、负载滤波电容器208和用于提供输入电压VIN的电压源210。电压转换器200被配置为生成输出电压VOUT。

自适应占空比控制器电源驱动器202包括：脉冲发生器212、占空发生器214、振荡器216、斜率补偿和周期钳位电路218、电压比较器220(例如，具有滞后)、运算跨导放大器222和电压参考发生器(例如、数模转换器(DAC))224(例如，以生成参考电压VREF)。自适应占空比控制器电源驱动器202还包括包括：死区时间控制电路226、零电流检测器228、高侧晶体管驱动器230、低侧晶体管驱动器232、高侧功率晶体管234、低侧功率晶体管236、高侧电流传感器238(例如，用于感测高侧电流)和低侧电流传感器240(例如，用于感测低侧电流)。例如，功率晶体管234和236可以分别包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，P沟道和N沟道。可以将高侧电流值ISEN_hs供应到斜率补偿和周期钳位电路218，并且可以将低侧电流值ISEN_ls供应到零电流检测器228。

死区时间控制电路226被配置为防止功率晶体管234和236中的电流击穿，并且零电流检测器228被配置为确定何时基本上没有电流流过功率电感器206(即，通过监测来自低侧电流传感器240的信号(例如，低侧电流值ISEN_ls))。

脉冲发生器212包括触发器250以及与非门252和254。占空发生器214包括定时器242，该定时器被配置为接收输入电压VIN、参考电压VREF和来自零电流检测器228的零电流(ZC)信号。

如下面更全面地描述的，电压转换器200包括用于转变成和转变出旁路模式的控制回路(即，其中晶体管234持续导通并且实现100％占空比)。更具体地，例如，占空发生器214被配置为接收输入电压VIN和参考电压VREF。另外，在一些实施方案中，定时器242可以基于参考电压VREF确定目标输出电压。在其他实施方案中，可以将目标输出电压提供给定时器214。如本领域普通技术人员将理解的，基于输入电压VIN和目标输出电压，定时器242可以生成与振荡器216同步的控制信号TON。控制信号TON可以包括基于电压转换器200的操作状态(即，输入电压VIN和目标输出电压)确定的“导通时间”。更具体地，如将理解的，可以基于通过电感器206的电流来断言控制信号TON。另外，占空发生器214(并且更具体地为定时器242)可以取决于(例如，经由参考电压VREF确定的)目标输出电压与输入电压VIN的比率来估计控制信号TON的所需脉冲宽度。在一个实施方案(未示出)中，瞬时输出电压VOUT与输入电压VIN的比率可以由占空发生器214监测，并且对控制信号TON的所需脉冲宽度的估计可以对此作出响应。旁路模式在固定控制信号TON为高的情况下由占空发生器214断言，并且当控制信号TON再次开始变化以试图关断高侧开关234时由占空发生器214解除断言。

触发器250被配置为在其D输入处接收供电电压VDD，在其时钟输入处接收控制信号TON，以及在重置输入处接收与非门252的输出，并且生成占空比信号Qduty以用于控制电压转换器200的占空比。响应于控制信号TON转变为逻辑高，占空比信号Qduty将转变为高。占空比信号Qduty可以耦接到高侧功率晶体管234的栅极(即，经由死区时间控制226和高侧驱动器230)，并且占空比信号Qduty在为高时可以致使晶体管234导通，由此将电压源210耦接到电感器206的第一端。如将理解的，占空比信号Qduty可以响应于控制信号TON的上升沿而转变为高，并且占空比信号Qduty可以响应于转变为低的控制信号TON和经由与非门252接收的高控制信号280而被重置。

在电感器206的第二端处和跨负载滤波电容器208出现的输出电压VOUT通过分压器耦接到运算跨导放大器222，该运算跨导放大器被配置为提供表示由分压器分压的输出电压VOUT减去参考电压VREF的电压VCOMP。应当注意，在DC处，跨导放大器222的输出电阻可以吸收信号电流，从而产生电压VCOMP，该电压表示跨导放大器222的输入处的误差信号。应当注意，由于例如在噪声灵敏度和/或稳定性与电容性负载方面的益处，经由跨导(即电流源)级实现误差放大器(例如，在模拟电源转换电路中)是常见的。

如将理解的，斜率补偿和周期钳位电路218被配置为生成电压VRAMP(例如，具有锯齿波形)，并且比较器220基于电压VRAMP与电压VCOMP的比较来生成脉冲宽度调制(PWM)信号PWM。

脉冲发生器212、占空发生器214、斜率补偿和周期钳位电路218、死区时间控制电路226和零电流检测器228的操作在本领域中是已知的，并且关于这些部件的一些具体细节可能不在下面更详细地讨论。仅作为举例，美国专利公开号US2019/0081546公开了一种电压转换器，其包括脉冲发生器、占空发生器、斜率补偿和周期钳位电路、死区时间控制电路和零电流检测器。转让给本公开的受让人的专利公开号US2019/0081546全文通过引用方式并入本文。

另外，根据各种实施方案，自适应占空比控制器电源驱动器202包括控制单元260。下面参考图3和4更全面地描述的控制单元260被配置为接收信号PWM(例如，来自比较器220)并生成控制信号280。控制信号280可以被传送到脉冲发生器212。根据一些实施方案，控制单元260还可以被配置为接收一个或多个参考电压VREF(例如，包括电压参考VREF1和/或电压参考VREF2(参见图4))、输出电压VOUT的选定因子βOUT和输入电压VIN的选定因子αVIN。如下面将更全面地描述的，控制单元260可以启动滞后控制模式(HCM)，其中如上所述，并且如下面更全面地描述的，可以将静态信号传送到脉冲发生器212(即，而不是PWM信号)以延长占空时间并减小旁路转变期间的切换量(例如，当电压转换器200朝旁路模式转变时和/或在电压转换器200转变出旁路模式之后)。因此，可以改善电压转换器200的效率。

应当注意，尽管控制单元260在图2中被示为集成在特定降压转换器(即电压转换器200)中，但控制单元260可以与其他电压转换器和/或其他电压转换器控制拓扑兼容。例如，控制单元260可以通过任何合适的电压转换器实现，其中控制单元260被配置为接收PWM信号和其他操作参数(例如，一个或多个电压，诸如输入电压、输出电压和/或一个或多个参考电压)，并且生成控制信号，该控制信号可以被传送到电压转换器的另一个部件(诸如脉冲发生器)。例如，参考图3，根据本公开的各种实施方案，电压转换器300包括控制单元260。如图3所示，控制单元260被配置为接收脉冲宽度调制信号PWM和占空比信号Qduty，并且生成控制信号280，该控制信号可以被传送到电压转换器的另一个部件302(诸如脉冲发生器)。根据各种实施方案，控制单元260还可以被配置为接收一个或多个参考电压(例如，图4的电压参考VREF1和电压参考VREF2)、电压αVIN(例如，电压转换器的输入电压的选定因子)和电压βOUT(例如，电压转换器的输出电压的选定因子)。

图4是根据本公开的各种实施方案的控制单元260的更详细图示。如图所示，控制单元260包括比较器402和比较器404。例如，比较器402和比较器404中的每一者可以包括低静态电流(IQ)比较器，并且在一些实施方案中，比较器402和比较器404中的一者或多者可以经由施密特触发器比较器来实现。

如将理解的，比较器404监测表示输入电压VIN的信号，该信号缓慢变化(即以低频变化)，但可能叠加一些小的高频噪声。因此，对于比较器404，可以经由滞后来防止抖动。对于固定α比率和参考电压VREF2，比较器404的滞后量可以确定输入电压电平VIN的一定电平，在启用HCM之后(即，在减少VIN的情况下)，HCM将在该电平下被禁用(即，具有增加的VIN)。

另外，由于比较器402的切换将由触发器408锁存，因此比较器402可能不需要滞后。然而，用于延长由反相器406生成的低脉冲的最小滞后量可能是有益的，并且可能不会影响电路操作(例如，因为在生成比较器402的另一个切换事件之前需要很长时间)。

比较器402被配置为在其非反相输入处接收电压βOUT(即，输出电压VOUT的因子β(例如，参见图2))，并且在其反相输入处接收第一参考电压VREF1，并且比较器404被配置为在其反相输入处接收电压αVIN(即，输入电压VIN的因子α(例如，参见图2))，并且在其非反相输入处接收第二参考电压VREF2。根据一些实施方案，第一电压参考VREF1可以等于第二电压参考VREF2(例如，比较器402的反相输入和比较器404的非反相输入可以绑定到单个参考电压)，如在图2中由单个电压参考VREF示出，并且在其他实施方案中，第一电压参考VREF1和第二电压参考VREF2可以不相等(即，比较器402和404被配置为接收不同的参考电压)。另外，在一些实施方案中，第一电压参考VREF1和/或第二电压参考VREF2可以等于参考电压VREF，如图2所示。

控制单元260还包括耦接到比较器402的输出的反相器406，以及耦接到比较器404的输出的电路408(例如，在本文中也称为触发器)。例如，电路408可以包括门控S-R触发器。在其他实施方案中，可以为电路408提供非门控S-R触发器。比较器402被配置为将信号RST_Qext传送到反相器406，并且反相器406被配置为将信号(例如，重置信号)传送到触发器408。除了从反相器406接收信号之外，触发器408还被配置为在其设定输入处从比较器404的输出接收信号HCM_EN，并在其时钟输入处接收占空比信号Qduty。触发器408被配置为生成输出Qext和QextB，其作为彼此的反相信号。

另外，控制单元260包括耦接到触发器408的输出并被配置为接收输出Qext的反相器410。控制单元260还包括与门412，其具有耦接到反相器410的输出的一个输入，以及被配置为接收PWM信号(例如，来自图2的比较器220)的另一个输入。根据一些实施方案，与门412可以生成控制信号280，该控制信号可以被传送到例如脉冲发生器(例如，图2的脉冲发生器212)。在一些实施方案中，反相器410和与门412在本文中可统称为电路。

如本文将更全面地描述的，在HCM中，控制信号280可以是具有静态值(例如，低逻辑值)的控制信号(例如，第一控制信号)，并且在另一个模式(例如，PFM模式)中，控制信号280可以是反映PWM信号的控制信号(例如，第二不同控制信号)。

应当注意，提供控制单元260作为示例性控制单元，并且其他可能的配置也在本公开的范围内。例如，可以反转比较器402的输入，并且可以移除反相器406。另外，作为另一个示例，与门412可以由一个或多个其他逻辑门(例如，与非门和/或或非门)代替。在另一个示例中，可以移除反相器410并且可以将信号QextB耦接到与门412。在又一个示例中，触发器408可以不是必需的，并且输出Qext可以基于比较器402和404的输出以及查找表(LUT)来确定。

在一些实施方案中，参考电压VREF1可以等于输出电压阈值上限(在本文中也称为“激活电压”或“转变电压”)。例如，对于3.3伏的目标输出电压，输出电压阈值上限可以是约3.414伏(3.3伏的103.45％)。另外，输出电压阈值下限可以包括等于或接近目标输出电压(在本文中也称为“正常标称输出电压”)的值的电压，诸如3.3伏。此外，在一些实施方案中，第二参考电压VREF2可以等于输入电压阈值(在本文中也称为“激活电压”或“转变电压”)。对于具有3.3伏的目标输出电压的示例，输入电压阈值(即，第二参考电压VREF2)可以是约3.6伏(例如，3.3伏的109.09％)。在该示例中，如果电压VIN大于输入电压阈值，则可以使用PFM模式(即，控制信号280反映PWM信号)，并且如果电压VIN减少到或低于输入电压阈值，则可以使用HCM(即，控制信号280是静态(例如，低)值)。

更具体地，例如，可以响应于电压αVIN变得等于或下降到低于第一激活电压(即，输入电压阈值)而激活HCM，从而将信号HCM_EN设置为高。当HCM_EN为高时，在Qduty的下一个上升沿，输出Qext将为高，从而将控制信号280设置为低，而与信号PWM无关。将Qduty的下一个上升沿用于对触发器408进行时钟控制确保了同步操作，然而如果不需要同步操作，则HCM可以响应于电压αVIN变得等于或下降到低于第一激活电压而被异步激活。如果电压βOUT增加到高于第二激活电压(即，输出电压阈值上限(例如，3.414伏))，则可以重置占空比信号Qduty。更具体地，如果电压βOUT增加到高于第二激活电压，则将重置触发器408，由于重置输入不是时钟控制的，并且输出Qext将转变为低，从而与门412将接收的信号PWM传递到控制信号280，并且响应于信号PWM转变为高，可以重置触发器250(参见图2)。如果输出电压VOUT(参见图2)没有增加到高于第二激活电压，通常是由于VIN在当前负载状况下不够高以实现这一点，则触发器408不被重置，并且电压转换器200、300将高开关234保持为导通，而不管经由图2的定时器242生成的控制信号TON的状态如何。当VIN下降以使得占空发生器214提供100％占空比，即TON被设置为固定高信号时，已经从HCM模式进入旁路模式。

更具体地，参考图2和图4，在预期操作期间，如果电压αVIN大于第二参考电压VREF2，则电压转换器200可能以PFM模式操作。另外，响应于电压αVIN变得等于或小于第二参考电压VREF2(“第一激活电压”)，电压转换器200可以从PFM模式转变到HCM模式(即，信号HCM_EN可以被断言并且输出Qext可以在信号Qduty的下一个上升沿转变为高，反相器410的输出可以为低，从而控制信号280是静态值)。另外，响应于“占空请求”(即，经由定时器242)，控制信号TON可以转变为高并且信号Qduty可以转变为高(即，直到触发器250通过经由控制单元260传送的PWM信号来重置)。

因此，VIN下降到低于输入电压阈值VREF2，启用HCM模式。如果VIN是足够的，在目前负载状况下，为了支持VOUT大于输出电压阈值上限VREF2，当VOUT已经上升到大于输出电压阈值上限VREF2时，电压转换器200、300将恢复到PFM模式。除非VIN已经上升到高于输入电压阈值VREF2，否则该周期将在Qduty的每个上升沿上重复。如果VIN不是足够的，在目前负载状况下，为了支持VOUT大于输出电压阈值上限VREF2，在HCM模式中，电压转换器200、300在高侧开关为高的情况下被保持，直到VIN下降为使得占空发生器214提供100％占空比，即TON被设置为固定高信号，并且已经从HCM模式进入旁路模式。在旁路模式和HCM中，高侧开关234持续导通并且实现100％的占空比。换句话说，当以HCM操作时，如果输出电压VOUT没有恢复到高于输出电压阈值上限VREF1，则触发器408和250将不被重置，从而高侧晶体管234将保持为导通(即，处于导通状态)。另外，响应于输入电压VIN增加到足以支持输出电压VOUT大于输出电压阈值上限VREF1(例如，目标输出电压的103.45％)的电平，基于控制信号TON和信号RST_Qext，电压转换器200可以从旁路模式转变成PFM。

因此，响应于电压βOUT变得等于或大于第一参考电压VREF1(“第二激活电压”)，电压转换器可以从HCM或旁路模式转变到PFM模式。更具体地，响应于电压βOUT变得等于或大于第一参考电压VREF1，信号RST_Qext可以转变为高，触发器408可以被重置，并且因此输出Qext可以在信号Qduty的下一个上升沿转变为低，这将允许与门412传递信号PWM，使得控制信号280可以包括(即，反映)信号PWM，并且占空比信号Qduty可以被重置。

参考图2和图4，现在将描述电压转换器200并更具体地控制单元260的预期操作。在该示例中，输出电压阈值下限(“目标输出电压”)等于3.3伏，参考电压VREF1等于β*3.414伏，并且参考电压VREF2等于α*3.6伏。

在该示例中，如果电压αVIN大于α*3.6伏，则信号HCM_EN为低，并且因此输出Qext为低，控制信号280可以包括(即，反映)信号PWM，并且电压转换器200以PFM模式操作。另外，如果电压αVIN变得小于或等于α*3.6伏，则信号HCM_EN可以转变为高，输出Qext可以转变为高，控制信号280将为低，并且电压转换器200可能以HCM操作。应当注意，在HCM期间，高侧晶体管234导通(即，基于控制信号TON变高，其将Qduty设置为高以便对触发器408进行时钟控制)，并且控制信号280是静态值(即，信号PWM不被传送到图2的脉冲发生器212)。因此，在HCM期间(例如，当电压转换器200朝向旁路模式转变时)，“占空”时间可以继续，并且电流消耗可能由于切换活动的减少而减少。

另外，响应于输出电压VOUT变得小于3.3伏(例如，由于输入电压VIN减小和/或负载增加)，基于高控制信号TON，电压转换器200可以从HCM转变到旁路模式，其中高侧晶体管234将为导通(即，处于导通状态)，然而应当注意，由于HCM模式，高侧晶体管234已经为导通。因此，HCM可以被认为是扩展旁路模式。

继续该示例，在其中VOUT被进一步提供给定时器242的实施方案中，响应于输出电压VOUT增加到或大于3.3伏，基于逻辑低控制信号TON(例如，基于经由定时器242生成的信号)，电压转换器200可以从旁路模式转变到HCM。在该示例中，因为触发器408未被重置，所以输出Qext仍为高，由于Qduty尚未转变，控制信号280仍为低，触发器250未被重置，并且因此高侧晶体管234可以保持为导通。因此，在HCM期间(即，在电压转换器200转变出旁路模式并朝向PFM模式转变之后)，电流消耗可以由于缺乏切换活动而减少。总之，在从旁路模式的HCM转变期间，控制器200、300用于通过利用HCM来扩展旁路模式。

另外，响应于电压βOUT变得大于β*3.414，信号RST_Qext可以转变为高，触发器408可以被重置，输出Qext可以变低，并且从而控制信号280将包括(即，反映)信号PWM。另外，触发器250可以被重置，并且电压转换器200可以从HCM转变到PFM模式。应当注意，在图2所示的配置(例如，降压转换器)中，输出电压VOUT可以不大于输入电压VIN，并且从而信号RST_Qext可以在信号HCM_EN为高时不转变为高。

以上已经在其中控制单元260与占空发生器214分开的实施方案中进行了描述。在另一个实施方案中，控制单元260集成在占空发生器214内。在这种实施方案中，HCM模式和旁路模式不是单独定义的。比较器402和404、触发器408、反相器410和与门412的操作可以在占空发生器214内实现，或者可以被设置为占空发生器214的逻辑的必要部分。

如将理解的，可适合于轻负载的HCM可以在旁路转变期间增加效率。然而，在一些情况下，HCM可能略微增加输出电压纹波。因此，最终用户可能期望考虑HCM的权衡，并且根据一些实施方案，电压转换器可以被启用以用于由最终用户以HCM操作(例如，经由寄存器位和/或I

另外，根据各种实施方案，控制单元(例如，图4的控制单元260)的阈值电压可以是可设置的，并且因此，控制单元的激活和/或转变点(在本文中也称为激活和/或转变电压)可以是可编程的。可编程激活点可以提供可预测的输入-输出差分，这可以防止快速的电感器电流累积并减小对调节比较器延迟的灵敏度。至少在这些实施方案中，最终用户可以考虑应用水平的权衡(例如，效率相对于性能)以确定HCM是否是期望的，并且如果是，则期望哪些设置。

图6示出了根据本公开的一个或多个实施方案的包括指示电压转换器的在供电电压下的供电电流的波形的曲线图600。更具体地，曲线图600包括不利用HCM的电压转换器的在供电电压下的供电电流的波形602。另外，曲线图600包括利用HCM的电压转换器(例如，电压转换器200)的在供电电压下的供电电流的波形604。如曲线图600所示，与不利用HCM的电压转换器相比，利用HCM的电压转换器(例如，在旁路转变期间)可以表现出效率的显著改善。

图7A示出了描绘转变成和转变出HCM的电压转换器的各种参数的曲线图700。更具体地，曲线图700包括指示输入电压(例如，图2的输入电压VIN)的波形702，以及指示输出电压(例如，图2的输出电压VOUT)的波形704。如曲线图700所示，随着输入电压减少(例如，从3.8V到3.3V)，电压转换器从PFM模式转变，通过HCM，然后转变到旁路模式，其中高侧晶体管(例如，图2的晶体管234)持续导通。

图7B示出了描绘转变成和转变出HCM的电压转换器的各种参数的另一个曲线图710。更具体地，曲线图710包括指示输入电压(例如，图2的输入电压VIN)的波形712，以及指示输出电压(例如，图2的输出电压VOUT)的波形714。如曲线图710所示，随着输入电压增加(例如，从3.3V到3.8V)，电压转换器从旁路模式转变，通过HCM，然后转变到PFM模式。

图8是根据本公开的各种实施方案的操作电压转换器的示例性方法800的流程图。在一些实施方案中，方法800可以由设备或系统执行，诸如图2的电压转换器200，图2、图3和图4的控制单元260，图3的电压转换器300，和/或图5的电力模块500，或另一个设备或系统。尽管示出为离散框，但是根据期望的实施方式，可以将各种框划分为附加框，组合成更少的框或者消除。

在框802处，可以在电压转换器的控制单元处接收一个或多个信号，并且方法800可以行进到框804。例如，可以在控制单元(例如，图4的控制单元260)处接收以下中的至少一者：PWM信号(例如，图4的信号PWM)、占空比信号(例如，图4的占空比信号Qduty)、至少一个参考电压(例如，图2的第一参考电压VREF1和/或第二参考电压VREF2)、电压转换器的输出电压(例如，图2的输出电压VOUT)的因子(例如，图4的电压βOUT)、和/或电压转换器的输入电压(例如，图2的输入电压VIN)的因子(例如，图4的电压αVIN)。

在框804处，可以将至少一个参考电压与输出电压的因子和输入电压的因子进行比较，并且方法800可以行进到框806。更具体地，例如，第一比较器(例如，图4的比较器402)可以将第一参考电压(例如，参考电压VREF1)与电压βOUT进行比较，并且第二比较器(例如，图4的比较器404)可以将第二参考电压(例如，参考电压VREF2)与电压αVIN进行比较。

在框806处，可以响应于以下中的至少一者而生成反映PWM信号的第一控制信号：输入电压的因子大于至少一个参考电压，以及输出电压的因子大于至少一个参考电压，并且方法800可以行进到框808。更具体地，例如，可以响应于以下中的至少一者而生成第一控制信号：电压αVIN大于第二参考电压(例如，第二参考电压VREF2)，以及电压βOUT大于第一参考电压(例如，第一参考电压VREF1)。例如，图4的与门412可以响应于PWM信号和由反相器410生成的高信号而生成反映PWM信号的控制信号280。

在框808处，可以响应于输入电压的因子小于或等于至少一个参考电压而生成包括静态信号的第二不同控制信号，该静态信号在一个实施方案中是低逻辑信号。更具体地，例如，可以响应于电压αVIN小于或等于第二参考电压(例如，第二参考电压VREF2)并且电压βOUT小于或等于第一参考电压(例如，第一参考电压VREF1)而生成第二不同控制信号。例如，图4的与门412可以响应于由反相器410生成的低信号而生成处于静态低状态的控制信号280。

在不脱离本公开的范围的情况下，可以对方法800进行修改、添加或省略。例如，方法800的操作能够以不同的顺序实现。此外，概述的操作和动作仅作为示例提供，并且操作和动作中的一些可以是任选的，组合成更少的操作和动作，或者扩展成附加的操作和动作而不偏离所公开实施方案的本质。例如，控制信号(例如，图4的控制信号280)可以被传送到电压转换器内的另一个部件，诸如脉冲发生器(例如，图2的脉冲发生器212)。另外，例如，可以基于第一控制信号和第二控制信号中的一者(例如，经由脉冲发生器)生成占空比信号(例如，占空比信号Qduty)。此外，可以基于所生成的占空比信号设置电压转换器的占空比。作为另一个示例，可以基于经由总线(例如，图5的总线504)接收的一个或多个信号来激活和/或编程控制单元。

本领域普通技术人员将认识到，本公开的各种实施方案具有许多优点，包括但不限于减少电压转换器中的切换。因此，各种实施方案可以减小静态电流并改善电压转换器的性能，这可以导致相关设备的延长的电池寿命。另外，本领域普通技术人员将认识到，所描述的实施方案可以适用于各种电压转换器(例如，降压转换器、升压转换器、降压-升压转换器等)。另外，各种实施方案可以特别用于但不限于便携式应用，诸如移动设备或物联网(IoT)中的应用，其可能需要稳健、高效且成本有效的调节器。另外，各种实施方案可用于高性能电压调节器，如各种微控制器或微处理器核所要求的。包括本文公开的各种实施方案的电压转换器可以表现出高转换效率和/或高输出电压精度，如便携式设备、微控制器和/或微处理器核所期望的。

如在本公开中使用的，术语“模块”或“部件”可以是指被配置为执行可以存储在计算系统的通用硬件(例如，计算机可读介质、处理设备，非限制地)上并且/或者由通用硬件执行的模块或部件和/或软件对象或软件例程的动作的特定硬件实施方式。在一些实施方案中，本公开中描述的不同部件、模块、发动机和服务可以实现为在计算系统上执行的对象或进程(例如，作为单独的线程)。虽然本公开中描述的系统和方法中的一些系统和方法通常被描述为在软件中实现(存储在通用硬件上并且/或者由通用硬件执行)，但是特定硬件实施方式或软件和特定硬件实施方式的组合也是可能且可以预期的。

用于本公开，尤其是所附权利要求书中的术语(例如，所附权利要求书的主体)通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包括”应被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应被解释为“至少具有”，术语“包括”应被解释为“包括但不限于”等)。

另外，如果预期特定数量的引入的权利要求表述，则在权利要求中将明确叙述此类意图，并且在不进行此类表述的情况下，不存在此类意图。例如，作为对理解的帮助，以下所附权利要求书可包含使用介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”来引入权利要求表述。然而，使用此类短语不应理解为暗示由不定冠词“一个”或“一种”引入的权利要求表述将包含此类引入的权利要求表述的任何特定权利要求限定于仅包含一个此类表述的实施方案，即使当相同的权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词，诸如“一个”或“一种”(例如，“一个”和/或“一种”可被解释为指的是“至少一个”或“一个或多个”)；使用用于引入权利要求表述的定冠词的使用也是如此。

此外，即使明确列举了所引入的权利要求表述的特定编号，本领域的技术人员也将认识到，此类表述应被解释为意指至少所列举的数目(例如，在不存在其他修饰语的情况下，“两个表述”的基本表述是指至少两个表述或两个或更多个表述)。此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”或“A、B和C等中的一个或多个”的惯例的那些情况下，通常此类构造旨在仅包括A、仅包括B、仅包括C、包括A和B两者、包括A和C两者、包括B和C两者或包括A、B和C三者等等。

此外，无论在说明书、权利要求书或附图中，呈现两个或更多个另外的术语的任何分离的词或短语应当理解为考虑包括术语中的一个、两个术语中的任意一个或两个术语两者的可能性。例如，短语“A或B”应理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。

虽然本文结合某些图示实施方案描述了本发明，但本领域的普通技术人员将认识到并理解本发明不受此限制。相反，在不脱离下文所要求保护的本发明的范围及其法律等同形式的情况下，可对图示实施方案和所述实施方案进行许多添加、删除和修改。此外，来自一个实施方案的特性可与另一个实施方案的特性组合，同时仍被包括在发明人所设想的本发明的范围内。