[發明專利]具有固態電池的電荷泵DC-DC轉換器

無效

• 申請號: 200780021301.0
• 申請日: 2007-06-01
• 公開（公告）號: CN101467341A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 德克·瑞夫曼;弗雷迪·羅澤博姆;皮卓司·H·L·諾滕;約翰·H·克洛特威克
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H01M6/40
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 朱進桂

技術領域

本發明涉及具有DC-DC轉換器的電子設備。

背景技術

如果電子設備或集成電路中需要用到幾個不同的直流(DC)電壓，通常會根據電子設備的特定需求使用DC-DC轉換器來拉高或降低直流電壓。

DC-DC轉換器可以使用用于容性轉換機制的電容。對于電感轉換機制，通常臨時使用線圈和電容存儲來自開關轉換器的能量。另一方面，容性轉換器技術僅需要電容來實現DC-DC轉換。特別地，當DC-DC轉換器作為集成電路實現時，相關器件(如線圈、電容等)的尺寸會被限制，以至于能被存儲在這些器件中的能量非常少。因此，需要開關轉換器具有高速切換頻率以使得在這些元件中的能量以高達每秒10的7次方的頻率進行更新。然而，如此高的頻率會導致與EMI相關的一些嚴重的問題，以及電源線被污染而導致的干擾問題。

圖1示出了根據現有技術的開關電容DC-DC轉換器的電路圖。此處特別示出了電荷泵DC-DC轉換器。電壓源對電容C1到Cn充電。由于多個電容以并列的方式或作為單個電容被順序充電，并被連續地放電，DC-DC轉換器的輸出電壓等于DC-DC轉換器輸入的電源電壓的整數倍。另外，在DC-DC轉換器的另外一種實現中，其輸出電壓可以不等于輸入電壓的整倍數，而是輸入電壓的一個有理數倍。

基于開關電容執行DC-DC轉換的機制，其好處在于與電感轉換器相比，所需組件的尺寸小。然而，如果要取得高效率，只可能固定轉換步幅，即在電池電壓處于正常值的情況下，轉換器只能工作在如80％的效率上。然而，如果電壓降低10％，效率就可能降至65％。

發明內容

本發明的目的在于提供具有DC-DC轉換器的電子設備，在甚至比正常值低的電壓下，該設備也能獲得較高的效率。

該目的由根據權利要求1所述的電子設備和根據權利要求8所述的集成電路來實現。

因此，提供了一種電子設備，包括DC-DC轉換器。DC-DC轉換器包括至少一個用于存儲DC-DC轉換能量的固態充電電池，和輸出電容。由于固態電池的能量存儲能力遠高于開關電容的能量存儲能力，DC-DC轉換的切換頻率可以顯著下降。

根據本發明的一方面，至少一個固態電池以孔陣列或溝道陣列的薄膜電池的形式實現，孔陣列或溝道陣列在硅襯底上蝕刻而成，或是多疊層平面電池。因此，固態電池能與DC-DC轉換器集成在同一個襯底上。

根據本發明進一步的方面，固態電池以鋰離子電池形式實現，故而該電池有很大的容量。

根據本發明進一步的方面，DC-DC轉換器包括第一開關組以根據第一控制信號對至少一個固態電池充電，以及第二開關組以根據第二控制信號對至少一個電池放電。

根據本發明進一步的方面，DC-DC轉換器的切換頻率低于1Hz。由于如此低的切換頻率，開關損耗可以顯著降低。

本發明還涉及具有集成DC-DC轉換器的集成電路，該DC-DC轉換器包括至少一個固態充電電池，和輸出電容。

本發明進一步涉及這樣的思想，即在DC-DC轉換器中使用小尺寸的電池替換用于存儲能量的電容，以存儲用于DC-DC轉換的能量。這樣帶來的特別的好處在于由于電池的較大容量，轉換器的切換頻率得到顯著降低，即DC-DC轉換器工作在非常低的切換頻率下。進一步地，開關紋波也能顯著降低。另外，由于切換頻率可被降低，開關損耗也可被減少，從而降低了DC-DC轉換器總的功率耗散。例如，如果使用了溝道電池(trench?battery)，該DC-DC轉換器的尺寸能減少到與開關電容轉換器相當的程度。

附圖說明

現參照附圖對本發明的有益效果和實施方式做更詳細的描述。附圖為：

圖1示出了根據現有技術的DC-DC轉換器電路圖，

圖2示出了根據第一實施例的DC-DC轉換器電路圖，

圖3示出了根據第二實施例的DC-DC轉換器的裝置方框圖，

圖4示出了根據第三實施例的電池的電壓/電荷特性圖，

圖5示出了根據第一實施例的DC-DC轉換器時序圖，

圖6示出了根據第四實施例的DC-DC轉換器電路圖，以及

圖7示出了根據第五實施例的溝道電池的示意性的表示。

具體實施方式