切換功率級及用於控制所述切換功率級的方法與流程
2023-12-09 07:21:31
本發明大體上涉及功率級及電壓轉換器，且尤其涉及能夠依據由此轉換器供電的電路的處理負載改變輸出電壓及電流的DC-DC轉化器或切換電壓調節器。
背景技術：
切換電壓轉換器在寬範圍的應用中用於在不同DC電壓之間進行轉換。在切換電壓轉換器當中，降壓轉換器用於提供來自較高電壓供應的降低的電壓。切換功率級的典型用途包括尤其用於電池操作裝置的DC-DC轉換器，用於D類放大器(其包含音頻放大器)、電機驅動電路、光伏逆變器等等的功率級。圖1中示意性地展示此切換功率級。功率級PWS包括開關S1、S2，其用於按一定切換頻率將電感器L1的第一端子交替地連接到供應電壓IV及k低電壓(例如接地電壓)。通過電容器C1將電感器L1的第二端子連接到負載LD且連結到接地。通過由控制電路CTL提供的相應信號SH及SL來控制開關S1、S2，使得當開關S1接通時，開關S2斷開且反之亦然。
在電池操作的裝置(例如行動電話、智慧型電話、數字平板計算機)中，需要增加電池的使用壽命。為了此目的，裝置中的未被使用的電路被斷電或接收減少的電力。因此，裝置所需的供應電流可顯著變化。當將裝置的一或多個電路解除激活時，由裝置汲取的電流可非常快地下降，因此在供應電流不跟隨此下降的情況下導致電壓過衝。可通過增加電容器C1的大小來減少此電壓過衝。
除了電壓過衝，需要考慮電感器的電流漣波以減少電感器的切換磁芯損耗且將峰值電流保持在電感器及電池的最大額定電流內。在將平均電流負載維持於較接近最大額定值的同時優化切換損耗約束適於給定輸入與輸出電壓比及操作頻率的電感器值的範圍。對於使用1Mhz或更慢PWM控制操作的DC-DC轉換器來說，通常必須將電感器定大小到1μH或更大以滿足這些約束。此較大電感器不能是緊湊型的且無法集成在半導體晶片中。相反，當被供電裝置的電路被激活時，其應在非常短的時間內被加電，包含由裝置所汲取的電流的突升。遵循此電流汲取的一種途徑是減少電感器L1的大小。
還需要在印刷電路板上使用具有較小高度及減小表面的組件以製造薄且小的裝置。此需求施加影響以減少電感器L1及電容器C1的大小，且因此增加開關S1、S2的換向頻率，這增加開關中的能量損耗。
此外，用於此類可攜式裝置的每一代新處理器傾向於更強大，同時更小且以較低供應電壓操作。另外，為通過減少由每一電池組供應的電流來增加其使用壽命，在電池組內以串聯方式及並聯方式兩者組裝的電池組的數目傾向於增加。因此，DC-DC轉換器的輸入電壓傾向於增加，而待供應到裝置的輸出電壓傾向於減少，這需要更大電感器。這導致使電感器經受衝突的需求。
因此，需要提供一種不需要具有較高值的電感器的切換功率級。還需要提供一種能夠在不產生電壓過衝的情況下跟隨電流需求的強烈變化的切換功率級。還需要提供一種能夠將高供應電壓(在5到20V的範圍中)轉換成低得多的調節電壓(以1V的量級)的降壓DC-DC轉換器。
技術實現要素：
本發明的實施例涉及一種根據高輸入電壓及命令信號產生輸出電壓的方法，所述方法包括：提供電感器，其具有第一端子及通過電容器連結到低電壓的第二端子，所述第二電感器端子將所述輸出電壓供應到負載，所述低電壓低於所述高輸入電壓；以及依據命令信號將所述第一電感器端子連接到所述高輸入電壓或所述電感器第二端子。
根據實施例，所述方法包括依據具有三個不同狀態的所述命令信號將所述第一電感器端子連接到所述低電壓。
根據實施例，所述方法包括依據供應到負載的電流強度及/或電感器內的電流強度及/或供應到負載的電壓確定命令信號的狀態，以使供應到負載的電壓維持大體上恆定。
根據實施例，所述命令信號經配置以當連接到所述低電壓時在將所述第一電感器端子連接到所述高電壓之前以及當連接到所述高電壓時在將所述第一電感器端子連接到所述低電壓之前命令將所述第一電感器端子連接到所述第二電感器端子。
根據實施例，所述命令信號經配置為周期性的且在每一命令信號周期處命令將所述第一電感器端子連接到所述高電壓，及在所述命令信號周期的部分期間命令將所述第一電感器端子連接到所述低電壓，以及在所述命令信號周期的剩餘部分期間命令將所述第一電感器端子連接到所述第二電感器端子。
根據實施例，所述命令信號經配置以在時鐘信號的每一周期處改變狀態。
根據實施例，所述命令信號具有由類型為PWM、DPWM、PFM及PDM中的一者的調製器產生的三態信號的形狀。
根據實施例，所述方法包括將所述第一電感器端子連接到所述第二電感器端子以將電路配置為低壓降調節器，且將所述第一電感器端子與所述第二電感器端子斷開連接以將所述電路配置為DC-DC轉換器。
實施例還涉及一種切換功率級，其包括：電感器，其具有通過第一開關連結到高電壓源的第一端子；電容器，其將所述電感器的第二端子連結到低電壓源，所述第二電感器端子形成所述功率級的輸出；及第二開關，其連接於所述第一電感器端子與所述第二電感器端子之間，所述第一及第二開關經控制以依據命令信號而將所述第一電感器端子連接到所述高電壓源或所述第二電感器端子。
根據實施例，所述功率級包括第三開關，其將所述第一電感器端子連結到所述低電壓源，所述第一及第三開關經控制以便將所述第一電感器端子交替地連接到所述高電壓源或所述低電壓源。
根據實施例，所述功率級包括二極體，其將所述第一電感器端子連結到所述低電壓源以在所述第一電感器端子具有負電壓時將所述第一電感器端子設置為低電壓。
根據實施例，所述功率級包括二極體，其將所述第一電感器端子連結到所述低電壓源以在所述第一電感器端子具有負電壓時將所述第一電感器端子設置為低電壓。
根據實施例，所述功率級包括若干電感器，其串聯安裝於所述第一電感器端子與所述第二電感器端子之間，每一電感器與和所述電感器並聯連接且由所述命令信號控制的開關相關聯。
實施例還涉及一種電路，其包括：電感器，其具有通過依據所述電感器中的電流的測量而受控制的第一開關連結到高電壓源的第一端子；電容器，其將所述電感器的第二端子連結到低電壓源，所述第二電感器端子形成所述電路的輸出；及第二開關，其連接於所述第一電感器端子與所述第二電感器端子之間，所述第二開關經閉合以將所述電路配置為低壓降調節器，或經斷開以將所述電路配置為切換功率級。
根據實施例，所述電路包括第三開關，其將所述第一電感器端子連結到所述低電壓源，所述第一及第三開關經控制以便將所述第一電感器端子交替地連接到所述高電壓源或所述低電壓源。
實施例還涉及D類功率放大器，其包括：電感器，其具有通過第一開關連結到高電壓源且通過第二開關連結到低電壓源的第一端子；電容器，其將所述電感器的第二端子連結到低電壓源，所述第二電感器端子形成功率放大器的輸出；及第三開關，其連接於所述第一電感器端子與所述第二電感器端子之間；調製器，其依據隨待被放大的輸入信號而提供三態命令信號，所述第一、第二及第三開關依據所述命令信號來控制。
根據實施例，所述調製器具有類型PWM、PFM或Σ-Δ。
實施例還涉及一種根據高輸入電壓及命令信號產生輸出電壓的方法，所述方法包括：提供電感器，其具有第一端子及通過電容器連結到低電壓的第二端子，所述第二電感器端子將所述輸出電壓供應到負載，所述低電壓低於所述高輸入電壓；以及依據具有三種不同狀態的命令信號將所述第一電感器端子連接到所述高輸入電壓或所述電感器第二端子或所述低電壓，從而使供應到所述負載的電壓維持大體上恆定。根據實施例，所述命令信號經配置以當連接到所述低電壓時在將所述第一電感器端子連接到所述高電壓之前以及當連接到所述高電壓時在將所述第一電感器端子連接到所述低電壓之前命令將所述第一電感器端子連接到所述第二電感器端子。
實施例還涉及一種切換功率級，其包括：電感器，其具有通過第一開關連結到高電壓源的第一端子；電容器，其將所述電感器的第二端子連結到低電壓源，所述第二電感器端子形成所述功率級的輸出；第二開關，其將所述第一電感器端子連結到所述低電壓源；第三開關，其連接於所述第一電感器端子與所述第二電感器端子之間；及控制器，其經配置以操作所述第一開關、第二開關及第三開關以便通過以下步驟調節所述功率級的所述輸出：在切換周期的第一部分期間，閉合所述第一開關，同時斷開所述第二開關及第三開關；在所述切換周期的第二部分期間，閉合所述第三開關，同時斷開所述第一開關及所述第二開關；在所述切換周期的第三部分期間，閉合所述第二開關，同時斷開所述第一開關及第三開關；以及在所述切換周期的第四部分期間，閉合所述第三開關，同時斷開所述第一開關及所述第二開關。根據實施例，所述切換周期的所述第一部分及所述切換周期的所述第三部分具有相同持續時間且其中所述切換周期的所述第二部分及所述切換周期的所述第四部分具有相同持續時間。
在審閱本發明之後更充分理解本發明的這些及其它方面。
附圖說明
在結合附圖閱讀時，將更好地理解本發明的以上發明內容以及以下具體實施方式。出於說明本發明的目的，展示於圖式中的實施例是目前優選的。然而，應理解，本發明不應被限於所展示的精確布置及手段。
在圖式中：
先前描述的圖1是常規切換功率級的電路圖；
圖2是根據實施例的切換功率級的電路圖；
圖3A、3B、3C是切換功率級的簡化電路圖，其說明功率級的操作模式；
圖4A、4B、4C、4D、4E、4F是說明切換功率級的操作的信號的時序圖；
圖5展示依據由切換功率級提供的供應功率而變化的功率級開關的切換頻率變化的曲線；
圖6A、6B是說明用作DC-DC轉換器的切換功率級的操作的信號的時序圖；
圖7A、7B是說明用作DC-DC轉換器的切換功率級的操作的信號的時序圖；
圖8是根據實施例的切換功率級的控制電路的電路圖；
圖9A、9B、9C是說明切換功率級的操作的信號的時序圖；
圖10A、10B、10C是說明切換功率級的操作的信號的時序圖；
圖11是說明根據實施例的由切換功率級的控制電路執行的過程的實例的流程圖；
圖12A、12B、12C、12D是說明切換功率級的控制電路的操作的命令信號的時序圖的實例；
圖13是根據另一實施例的切換功率級的電路圖；
圖14是根據實施例的低壓降調節器的電路圖；
圖15是根據實施例的D類功率放大器的電路圖；
圖16是根據另一實施例的功率級的電路圖；
圖17是根據另一實施例的功率級的電路圖。
具體實施方式
圖2是根據實施例的切換功率級的電路圖。參考圖2，此實施例的切換功率級PWS1(其為降壓型轉換器)包含開關S1、S2、S3、電感器L1、電容器C1及控制開關S1、S2、S3的控制電路CTL。開關S1的第一端子連接到提供輸入電壓IV的電壓源。開關S1的第二端子連接到電感器L1的第一端子、開關S2的第一端子及開關S3的第一端子。開關S2的第二端子連接到接地。電感器L1的第二端子連接到開關S3的第二端子及電容器C1的第一端子，電感器L1的第二端子將輸出電壓OV供應到具有連接到接地的另一端子的負載LD的端子。電感器C1的第二端子連接到接地。控制電路CTL可接收輸出電壓OV的測量信號。在一些實施例中，可將流過電感器L1的電流LI的電流強度測量與輸出電壓OV的測量一起提供到控制電路CTL。在一些實施例中，還可將流過負載LD的電流OI的電流強度的測量信號提供到控制電路CTL。控制電路CTL輸出控制信號SH、SL及SB以分別控制開關S1、S2及S2。控制電路CTL經配置以依據輸出電壓OV產生控制信號SH、SL、SB。可使用輸出電壓OV及電感器電流IL(及可能的負載電流OI)兩者獲得更好的控制。控制信號SH、SL、SB可專用於使開關S1、S2、S3閉合，使得任何時間開關S1、S2、S3中的單一者接通，而開關S1、S2、S3中的其它者斷開。為使這種情況發生，控制電路CTL可在接通開關S1、S2、S3中的一者之前斷開所有開關S1、S2、S3。然而，一些應用可能需要同時閉合開關S3及S1或S3及S2。與同時閉合開關S1及S2相比(其將使電壓源IV直接連結到接地)，開關的此控制不產生任何電力損耗。
舉例來說，開關S1、S2、S3可由MOSFET電晶體形成，其中p溝道MOS電晶體形成開關S1且n溝道MOS電晶體形成開關S2及S3。電感器電流LI測量可在開關S1、S2及S3中執行。也可使用BCD(雙極/CMOS/DMOS)技術實施開關S1、S2、S3以擴展在高電壓操作下的可靠性。開關電晶體可或不可與控制邏輯一起集成在同一裸片上。
圖3A、3B、3C說明切換功率級PWS1的操作模式。在圖3A的操作模式中，開關S1接通，而開關S2及S3斷開。因此，在此模式中，電流從供應輸入電壓IV的電壓源流過電感器L1，穿過電容器C1(其充電)及負載LD而到接地。
在圖3B的操作模式中，開關S2接通，而開關S1及S3斷開。因此，在此模式中，電流從接地流過電感器L1，穿過電容器C1(其充電)及負載LD而到接地。
在圖3C的操作模式中，開關S3接通，而開關S1及S2斷開。因此，在此模式中，電流在由電感器L1及處於接通狀態的開關S3所形成的迴路中流動且電容器通過負載LD放電。因此在此操作模式中，由電容器C1專門供應負載電流。
應注意，可省略開關S2(從未將電感器L1連結到接地)。此實施尤其在供應到負載LD的電流OI足夠低時是合適的。
圖4A、4B、4C、4D、4E、4F是說明當電感器L1的電感被設置為80nH，電容器C1的電容被設置為20μF且切換頻率被設置為10MHz時用作DC-DC轉換器的切換功率級PWS1的操作的信號的時序圖。圖4A表示輸出電壓OV的變化。圖4B表示負載電流OI的變化。圖4C表示電感器電流LI的變化。在圖4B中，負載電流OI在來自負載LD低及高電流需求的周期期間保持大體上恆定。在高負載電流需求的周期期間，負載LD汲取約2A的電流OI。在低負載電流需求的周期期間，由負載LD汲取的電流為大體上零。輸出電壓OV被調節在1V左右以便呈現受限於0.98與1.02V之間的漣波(圖4)。電感器電流LI在低負載電流需求的周期期間的0A與在高負載電流需求的周期期間的2A之間變化。電感器電流LI的漣波具有低於1A的幅值。
圖4C、4D、4E展示分別對應於圖4A、4B、4C的控制信號SH、SB及SL的變化。控制信號SH、SB、SL在0與1之間振蕩，這取決於輸出電壓OV及電流OI的值。
圖4D、4C、4E展示控制信號SH、SB、SL的換向頻率在高負載電流需求的周期期間比在低負載電流需求的周期期間高。應注意，用於圖4D、4C、4E的時間尺度過小以至於無法展示當將信號SH、SB、SL中的一者設置為1時，信號SH、SB、SL中的其它者被設置為0。
圖5展示依據由功率級PWS1提供的供應功率而變化的切換信號SH、SL的換向頻率的變化的曲線C1、C2。以最大切換頻率的百分比指示頻率。典型最大切換頻率可等於10MHz，但可按比例擴大到更高頻率。圖5還展示依據由圖1的功率級PWS提供的供應功率而變化的開關S1、S2的換向頻率的變化的曲線C3。曲線C1對應於頻率測量，而曲線C2對應於頻率平均值。曲線C1、C2展示當供應功率從0上升到約3W時信號SH、SL的換向頻率從0上升到約40％。應注意，由於供應電壓OV被調節且因此為大體上恆定，供應功率與供應電流強度OI成比例。
相比之下，如由曲線C3所展示，由負載LD請求的供應功率一旦大於0.5W，就必須以約40％的換向頻率控制圖1的功率級PWS的開關S1、S2。應注意，開關S1、S2產生隨其換向頻率增加的能量損耗。
圖6A、6B是說明在由負載LD汲取的電流下降時用作DC-DC轉換器的切換功率級PWS1的操作的信號的時序圖。圖6A展示輸出及電感器電流OI及LI的強度變化。圖6B展示輸出電壓IV的對應變化。在圖6A中，在時間40μs，由負載LD汲取的電流OI幾乎瞬間從約12A下降到小於1A。此時，斷開開關S2及S3並接通開關S3。電流LI在時間40.25μs時開始從約12A下降而在時間41μs達到0A。從時間41.25μs開始，電流LI大體上保持零。在圖6B中，輸出電壓OV具有經調節的標稱值1V，其具有低於2％的公差裕度，且在時間40.5μs達到小於1.01V的最大值。在此時間之後，將開關S3維持在其接通狀態，且電壓OV緩慢降低，這對應於電容器C1放電到負載LD中。應注意，當輸出電流OI突降時，無電壓過衝出現在輸出電壓OV中。
圖7A、7B為說明在由負載LD汲取的電流從0跳躍到12A時用作DC-DC轉換器的切換功率級PWS1的操作的信號的時序圖。圖7A展示輸出電流OI及電感器電流LI的強度變化。圖7B展示輸出電壓IV的對應變化。在圖7A中，在時間80μs，由負載LD汲取的電流OI幾乎瞬間從約0A跳躍到約12A。在此之前，電感器電流LI為大體上零，且開關S2及S3斷開而開關S3接通。在時間80μs，斷開開關S3並接通開關S1。接著，電流LI開始從零上升達到10A，在時間81μs處達到14A。從此時，通過依次接通且斷開開關S1、S2、S3來調節輸出電壓OV。
在圖7B中，輸出電壓OV具有經調節的標稱值1V，其具有低於2％的公差裕度。在時間80μs之前，輸出電壓OV緩慢降低到0.995V，這對應於電容器C1的放電(開關S3閉合)。在時間80μs之後，輸出電壓OV在0.985與1V之間波動，這對應於在其期間開關S1、S2、S3依次接通及斷開(每一次僅閉合一個開關)的調節階段。
圖6A、6B、7A、7B展示功率級PWS1通過防止輸出電壓OV變化超過2％及電壓過衝來提供對負載電流瞬變的快速響應。
圖8是根據實施例的控制電路CTL的電路圖。在圖8的實施例中，電路CTL包括調節電路RGC及選擇器SELC。調節電路RGC經配置以依據電流LI及OI的強度測量及/或輸出電壓VI的電壓測量而產生命令信號Cmd。選擇器SELC接收參考電壓Vrf且具有三個狀態H、B、L，三個狀態中的一者依據命令信號來選擇。在狀態H，控制信號SH被設置為參考電壓Vrf。在狀態B，控制信號SB被設置為參考電壓Vrf。在狀態L，控制信號SL被設置為參考電壓Vrf。
圖9A、9B、9C是說明切換功率級PWS1的操作的信號的時序圖。這些圖在考慮到開關S3在接通時具有零電阻值的情況下建立。圖9A展示命令信號Cmd的變化。在圖9A的實例中，命令信號Cmd是周期性的，其具有周期2T。在第一半周期T中，首先在D·T期間將信號Cmd設置為狀態H(D為包括在0與1之間的實數(不包含0))，且接著在(1-D)·T期間將信號Cmd設置為狀態B。在第二半周期T中，在D·T期間將信號Cmd設置為狀態L，且接著在(1-D)·T期間將信號Cmd設置為狀態B。
圖9B展示電流LI及負載電流OI的對應變化。在圖9B的實例中，負載電流OI保持恆定。當命令信號Cmd被設置為狀態H時，電感器電流LI以大體上恆定斜率上升。當命令信號Cmd被設置為狀態L時，電感器電流LI以大體上恆定斜率下降，與在命令信號被設置為狀態H時的斜率大體上相反。當命令信號Cmd被設置為狀態B時，電流LI保持恆定。
圖9C展示電容器C1中的電流CI的對應變化。當命令信號Cmd被設置為狀態B時，電容器電流CI在與負載電流OI的強度大體上相反的值-OI下保持恆定。當命令信號Cmd被設置為狀態H時，電流CI首先以大體上垂直斜率從值-OI上升，且接著以較低的大體上恆定斜率升高到正的最大值CIM。當命令信號Cmd返回到狀態B時，電流CI以大體上垂直斜率下降到值-OI。當命令信號Cmd被設置為狀態L時，電流CI以大體上垂直斜率從值-OI(OI的相反值)上升到在命令信號被設置為狀態H時所達到的先前最大值CIM(對應於電容器C1的先前充電)，且接著以大體上恆定斜率(與在命令信號Cmd被設置為狀態H時的斜率大體上相反)下降(對應於電容器C1的最小電荷值)。當命令信號Cmd返回到狀態B時，電流CI以大體上垂直斜率下降到值-OI。
圖10A、10B、10C為說明切換功率級PWS1的操作的信號的時序圖。這些圖在考慮到開關S3在接通時形成非零電阻的情況下建立。等同於圖9A的圖10A展示命令信號Cmd的變化。圖10B展示電流LI及負載電流OI的對應變化。在圖10B的實例中，負載電流OI保持恆定。當命令信號Cmd被設置為狀態H時，電感器電流LI以大體上恆定斜率上升。當命令信號Cmd被設置為狀態L時，電感器電流LI下降。當命令信號Cmd被設置為狀態B時，電流LI以低於在命令信號Cmd被設置為狀態L時的斜率的斜率下降。圖10C展示電容器C1中的電流CI的對應變化。圖10C與圖9C大體上相同。
藉助於圖9A、10A的控制模式，可將切換功率級PWS1的轉移函數建模如下：
其中L及R為電感器L1的電感及電阻值，C為電容器C1的電容，且D及T如圖9A、10A中所定義。
接下來，假設L』＝L/D且C』＝C/D，D的範圍從零到1(不包含零)。
轉移函數(1)變為如下：
由於功率級PWS1以從3到12MHz的頻率操作，z-1可由1–s·T近似。轉移函數(2)變為：
轉移函數(3)對應於圖1的電路中的一者(即，不具有開關s3)，其中L』及C』為此電路的電感器L1及電容器C1的電感及電容。因此，以圖9A的控制序列添加開關s3可被視為等效於在圖1的電路中使用具有乘以因數1/D的電感及電容值的電感器及電容器，D範圍從0到1(不包含0)。因此，可認為電感器L1及電容器C1的電感及電容被放大。
圖11是根據其中DC-DC轉換器操作為電壓調節器的實施例的由控制電路CTL執行以控制開關S1、S2、S3的過程的實例的流程圖。此過程包括步驟S1到S8。在步驟S1處，控制電路CTL將輸出電壓OV與參考電壓Vrf進行比較。如果輸出電壓
OV等於參考電壓Vrf，同時考慮公差裕度ΔV，那麼執行步驟S2，否則執行步驟S3。在步驟S2，將信號SB設置為1以將開關S3接通。換句話說，當輸出電壓OV具有所要值(即，參考電壓Vrf)時，開關S3閉合，藉此通過電容器C1饋送負載LD。電壓公差裕度ΔV可被設置為在1％與5％之間的值。
在步驟S3處，將電感器L1中的電流強度LI與輸出電流強度OI相比較。如果電感器電流強度LI低於減小電流公差裕度ΔI的輸出電流強度OI，那麼執行步驟S4，否則執行步驟S5。在步驟S4處，信號SH被設置為1以接通開關S1。在步驟S5處，如果電感器電流強度LI大於增大電流公差裕度ΔI的輸出電流強度OI，那麼執行步驟S6，否則執行步驟S7。換句話說，當由負載LD汲取的電流大於電感器L1中的電流LI時，閉合開關S1以通過電壓源IV饋送負載LD(輸出電壓OV過低)，且當由負載LD汲取的電流低於電感器L1中的電流LI時，閉合開關S2以將電容器C1放電到接地(輸出電壓OV過高)。可將電流公差裕度ΔI設置為1％與5％之間的值。
在步驟S7處，如果電感器電流強度LI為負，那麼執行步驟S8，否則在下一個時鐘循環處再次執行步驟S1。在步驟S8處，將信號SB設置為1以接通開關S3，這使電感器L1放電。在步驟S2、S4、S6及S8處，在接通開關之前，斷開其它開關。在步驟S2、S4、S6及S8之後，在下一個時鐘循環處再次執行步驟S1。因此，開關S1、S2、S3中的每一者可在一或多個連續時鐘循環期間保持在閉合狀態中。步驟S2、S4、S6及S8中的每一者還可包含將圖8的命令信號Cmd設置為狀態H(步驟S4)、B(步驟S2、S8)或L(步驟S6)中的一者。
當然，其它過程可經定義以控制開關S1、S2、S3，這取決於應用於輸出電壓OV及/或電流OI的調節類型，或更一般來說，取決於待由功率級執行的功能。根據另一實例，當輸出電壓OV低於減小電壓公差裕度ΔV的參考電壓Vrf時，可執行步驟S4，且當輸出電壓OV大於增大電壓公差裕度ΔV的參考電壓Vrf時，可執行步驟S6。更一般來說，每當負載LD不需要更多電流或在電容器C1經充分充電以供應由負載LD需要的電流而不產生輸出電壓OV中的顯著電壓降的情況下，可接通開關S3。
還可通過具有由信號調製(例如PWM(脈衝寬度調製))提供的經調製的信號的形式的命令信號以恆定頻率及可變工作循環控制開關S1、S2、S3。還可通過由信號調製(例如PFM(脈衝頻率調製)、PDM(脈衝密度調製)或DPWM(數字PWM))提供的控制信號以可變頻率控制開關S1、S2、S3。
圖12A、12B、12C、12D展示說明三態命令信號Cmd的實例的信號的時序圖的實例。在圖12A中，根據PWM方案產生信號Cmd。到H狀態的兩個連續上升邊緣之間的周期是恆定的，而信號Cmd保持在H狀態、B狀態及L狀態的周期的長度變化。在圖12A的實例中，信號Cmd在時鐘周期期間保持在狀態H，接著在兩個時鐘周期期間保持在狀態B，接著在三個時鐘周期期間保持在狀態L，且在兩個時鐘周期期間返回到狀態B且保持在此狀態中。應注意，在其期間信號Cmd保持在相同狀態H、B、L的周期無需持續整數個時鐘周期。
在圖12B、12C、12D中，根據PFM或PDM方案控制信號Cmd。在圖12B的實例中，在每一時鐘周期，控制信號Cmd改變狀態。在圖12C的實例中，控制信號Cmd可在若干連續時鐘周期期間保持在相同狀態H、B、L。在圖12D的實例中，控制信號Cmd保持在狀態H及L不超過一個時鐘周期，但可保持狀態B若干連續時鐘周期。在圖12A、12B、12C、12D的實例中，在狀態H與L之間不存在直接轉變。然而，此類轉變(從H到L及從L到H兩者)在一些應用中是可能的，前提條件是允許死區時間防止開關S1及S2同時接通。
圖13是根據另一實施例的DC-DC轉換器的電路圖。圖13的電路與圖2的電路的不同之處是：由二極體D1(例如為Shotky類型)替代開關S2。就此二極體來說，二極體D1在圖3A及3B的狀態中被阻斷。當在位於二極體D1、開關S1及S3及電感器L1之間的接合節點處的電壓變得低於接地電壓時，圖3C的狀態(二極體D1導通)自動出現。當然，二極體D1可與開關S2並聯安裝。以此方式，如果由電晶體實現開關S2，那麼其相對於不具有並聯安裝的二極體的電晶體可具有減小的大小。
圖14是根據實施例的低壓降調節器REG的電路圖。調節器REG包括切換功率級PWS2，其與功率級PWS1的不同之處是：由MOSFET電晶體M1及M3替代開關S1及S3，且移除開關S2。電晶體M1可為p溝道電晶體，且電晶體M3可為n溝道電晶體。電晶體M3的柵極由配置信號Cf控制。來自電晶體M1的電流LI可由電阻分壓器測量，電阻分壓器包括串聯連接於將電感器L1連接到電容器C1的接合節點與接地之間的電阻R1及R2。位於電阻R1、R2之間且提供電感器電流測量的接合節點連接到差分放大器AMP的負輸入。將參考電壓Vrf提供到放大器AMP的正輸入。放大器AMP的輸出連接到電晶體M1的柵極。當配置信號Cf接通電晶體M3時，調節器REG完全操作為經典LDO轉換器。當配置信號Cf斷開電晶體M3時，調節器REG操作為圖1的常規功率級PWS(不具有開關S2)。
然而，開關S2可被添加到圖14的電路以將把電晶體M1連接到電感器L1的接合節點連結到接地。開關S2可包含具有連接到放大器AMP的輸出的柵極的n溝道MOSFET電晶體。
圖15是根據實施例的D類功率放大器的電路圖。功率放大器DAMP包括調製器MOD、圖8的選擇器電路SELC、及具有開關S1、S2、S3、電感器L1及電容器C1的功率級PWS1。調製器MOD接收待被放大的信號IS，且將電感器L1連接到電容器C1的接合節點提供放大信號OS。類型可為Σ-Δ、PWM或PFM的調製器MOD向選擇器SELC提供三態信號Cmd。命令信號Cmd可為狀態H、B、L中的任何者。開關S1連接到高電壓源V+，其可為電池的正極端子，且開關S2連接到低電壓源，其可處在接地電壓下。
所屬領域的技術人員將了解，在不脫離本發明的廣泛發明概念的情況下，可對以上描述的實施例作出改變。因此，應理解，本發明不限於所揭示的特定實施例，但希望涵蓋如由所附權利要求書所界定的本發明的精神及範圍內的修改。
特定來說，不發明不限於具有單個電感器的功率級。因此，電感器L1可由串聯連接的若干電感器形成，且開關可並聯連接到每一電感器，如開關S3。與電感器並聯連接的開關可經單獨控制以調整功率級的電感。此外，兩個電感器之間的每一接合節點可通過電容器連結到接地。
另外，如圖16中所展示，功率級PWS4可包括用於多相輸出的若干輸出級，每一輸出級具有輸入N1，其通過開關S1連結到高電壓源IV，且通過開關S2連結到接地；及輸出，其提供相應供應電壓OV1、OV2、OV3。每一輸出級包括：
電感器L11、L12、L13，其具有連接到輸出級的輸入N1的第一端子，及連接到輸出級的輸出的第二端子，
電容器C11、C12、C13，其將電感器的第二端子連結到接地，及
開關S31、S32、S33，其連接在電感器L11、L12、L13的第一端子與第二端子之間，且由相應且不同的信號SB1、SB2、SB3控制。
如圖17中所展示，功率級PWS5可包括用於多相輸入的若干輸入級，及包括電容器C1的單個輸出級，其具有連接到接地的第一端子及提供單個供應電壓OV的第二端子。每一輸入級包括：
第一開關S11、S12、S13，其將相應高電壓源IV1、IV2、IV3連結到相應接合節點N1、N2、N3，
第二開關S21、S22、S23，其將相應接合節點N1、N2、N3連結到接地，
電感器L11、L12、L13，其具有連接到相應接合節點N1、N2、N3的第一端子及連接到電容器的第二端子的第二端子，及
第三開關S31、S32、S33，其連接電感器L11、L12、L13的第一及第二端子。
開關S11、S12、S13、S21、S22、S23、S31、S32、S33中的每一者由相應信號SH1、SL2、SH3、SL1、SL2、SL3、SB1、SB2、SB3。
當然，圖16及17的功率級可與圖13、14、15的任何電路組合，即，圖13、14、15的任何電路可形成圖16及17的電路的輸入級或輸出級。
此外，更一般來說，上文中的術語「接地」意指提供低於高電壓IV或V+的電壓的電壓或電壓源。此低電壓可為正、零或負。
儘管已參考各種實施例論述本發明，但應認識到，本發明包括由本發明支持的新穎且非顯而易見的權利要求。