[發(fā)明專利]用于具有快速瞬態(tài)響應(yīng)的兩級(jí)降壓升壓轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410095272.4
• 申請(qǐng)日: 2014-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN104052275B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: R·劉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 馬克西姆綜合產(chǎn)品公司
• 主分類號(hào): H02M3/156
• 分類號(hào): H02M3/156;H02M3/07;H02M3/06
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 韓宏;陳松濤

本發(fā)明的各種實(shí)施例提供單相和雙相電荷泵、具有快速線路和負(fù)載瞬態(tài)控制的兩極DC/DC降壓?升壓轉(zhuǎn)換器，而不考慮負(fù)載條件。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，這通過使用誤差放大器控制期望的輸出電壓來實(shí)現(xiàn)，該誤差放大器控制多個(gè)滯后比較器。雙相電荷泵結(jié)構(gòu)消除了紋波電流和模式變換，并通過在兩個(gè)路徑之間分開總電流而增大了效率。某些實(shí)施例允許使用低電壓半導(dǎo)體設(shè)備，這明顯減少了切換損耗并進(jìn)一步增大了效率。

相關(guān)專利申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求由Rui Liu于2013年3月14日提交的名稱為“System and Methods forTwo-Stage Buck Boost Converters with Fast Transient Response”的美國臨時(shí)申請(qǐng)序列No.61/785,831的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)申請(qǐng)通過引用被全部并入本文。

背景技術(shù)

A.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電源，且更具體地，涉及用于快速瞬態(tài)響應(yīng)和無縫變換的升壓-降壓轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。

B.發(fā)明背景

很多現(xiàn)代電子消費(fèi)產(chǎn)品需要來自能夠在受到快速瞬變現(xiàn)象時(shí)維持嚴(yán)格的電壓調(diào)節(jié)的經(jīng)調(diào)節(jié)且準(zhǔn)確的DC電壓源的功率。DC電壓常常必須由升壓轉(zhuǎn)換器逐漸升高或由降壓轉(zhuǎn)換器逐漸降低到另一DC電壓。當(dāng)輸出電壓必須能夠在較低和較高的電壓下操作時(shí)，DC電壓通常由更復(fù)雜的降壓-升壓或升壓-降壓轉(zhuǎn)換器來處理。在一些現(xiàn)有的應(yīng)用中，具有H橋拓?fù)涞某Ｒ?guī)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器用于將期望的輸出電壓調(diào)節(jié)到比給定輸入電壓高或低的值。H橋拓?fù)淅缬迷谥悄茈娫捄推桨咫娔X電池的功率管理IC中。然而，這些方案所共有的是，它們?cè)馐艽蠊苄境叽纭⒌托省⒘钊瞬粷M意的瞬態(tài)響應(yīng)和高輸出電壓紋波。所需要的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者用于克服上述限制的工具。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的各種實(shí)施例提供實(shí)現(xiàn)期望輸出電壓的嚴(yán)格調(diào)節(jié)以及實(shí)質(zhì)上等效于降壓轉(zhuǎn)換器的控制的快速線路和負(fù)載瞬態(tài)控制的兩極DC/DC降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，而不考慮輸入電壓是高于期望輸出電壓還是低于期望輸出電壓。

在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器使用在第一級(jí)中的降壓轉(zhuǎn)換器來將輸入電壓轉(zhuǎn)換成具有等于期望輸出電壓大約一半的值的第一輸出電壓。降壓轉(zhuǎn)換器耦合到使降壓轉(zhuǎn)換器的第一輸出電壓加倍以實(shí)現(xiàn)期望的輸出電壓的未經(jīng)調(diào)節(jié)的電荷泵。這種方法消除了現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)的降壓到升壓或升壓到降壓模式轉(zhuǎn)換特征。對(duì)于傳統(tǒng)的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的回路帶寬的右側(cè)為零的限制被完全消除了。

在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器使用簡單的降壓轉(zhuǎn)換器控制方案來將第二級(jí)的輸出電壓反饋到允許第一級(jí)補(bǔ)償?shù)诙?jí)的負(fù)載阻抗的第一級(jí)控制器，而第一級(jí)保持從期望的輸出電壓去耦。在一些實(shí)施例中，期望的輸出電壓由滯后比較器控制，該滯后比較器產(chǎn)生由誤差放大器控制的滯后窗。

一個(gè)特定的實(shí)施例利用雙相電荷泵結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)相以50%占空比進(jìn)行切換，每個(gè)相以50%占空比進(jìn)行操作，且這兩個(gè)相都在驅(qū)動(dòng)恒定的DC負(fù)載電流時(shí)相對(duì)于彼此異相180度操作。結(jié)果，由于缺乏電流脈沖，雙相電荷泵的額外優(yōu)點(diǎn)是，實(shí)質(zhì)上沒有可產(chǎn)生EMI噪聲的紋波電流或di/dt感應(yīng)振鈴電壓存在。替代地，只有DC負(fù)載電流流到輸出。此外，因?yàn)榱鹘?jīng)每個(gè)腿的電流是使用單相電荷泵的實(shí)施例的電流的僅僅一半，效率增加。

與常規(guī)高電壓MOSFET應(yīng)用比較，也通過將半導(dǎo)體設(shè)備依尺寸制造成相對(duì)低的額定電壓的能力，來對(duì)于任何給定的硅管芯面積增加了效率。這允許明顯降低與在MOSFET內(nèi)部的電容相關(guān)的切換電流相關(guān)損耗。在某些實(shí)施例中，電荷泵配置成在旁路模式中操作，以在當(dāng)輸入電壓低于期望輸出電壓時(shí)的情況下進(jìn)一步提高總效率。

在這里通常描述了本發(fā)明的某些特征和優(yōu)點(diǎn)；然而，鑒于附圖、說明書及其權(quán)利要求，在本文提出的額外的特征、優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施例將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。因此，應(yīng)理解，本發(fā)明的范圍不被在該發(fā)明內(nèi)容中所公開的特定實(shí)施例限制。