[發(fā)明專利]低損耗增壓及減壓電壓轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410667602.2
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN104660041B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 埃里克·奧馬爾·托里斯;哈里什·文卡塔拉曼;張炳哲
• 申請（專利權(quán)）人: 德州儀器公司
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 路勇

本申請案涉及低損耗增壓及減壓電壓轉(zhuǎn)換器。一種開關(guān)模式DC?DC電壓轉(zhuǎn)換器(10)包含呈電荷泵形式的升壓級(30)及降壓級(20)。提供控制電路(40)，所述控制電路(40)啟用所述降壓級(20)的操作，同時也啟用所述電荷泵級(30)，后續(xù)接著在輸入電壓及輸出電壓增加時停用所述電荷泵級(30)。所述降壓轉(zhuǎn)換器級(20)經(jīng)構(gòu)造使得其將所述輸出電壓調(diào)節(jié)為高于停用所述電荷泵級(30)的電壓的電壓。避免了主電流路徑中由于需要功率FET或其它切換裝置所致的傳導(dǎo)損耗。

相關(guān)申請案的交叉參考

不適用。

關(guān)于聯(lián)邦資助研究或研發(fā)的聲明

不適用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為電壓轉(zhuǎn)換器的領(lǐng)域。更具體來說，本發(fā)明的實施例針對于例如在DC電力供應(yīng)器及DC電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用等等中使用的DC-DC開關(guān)模式電壓轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

電壓轉(zhuǎn)換器電路為具有將由經(jīng)調(diào)節(jié)DC電壓驅(qū)動的負(fù)載的許多電氣與電子系統(tǒng)的常見組件。舉例來說，許多電子系統(tǒng)包含需要相對穩(wěn)定的DC電壓的集成電路及其它負(fù)載。如此，這些系統(tǒng)通常包含用于將從電池或經(jīng)由整流器從AC線路電壓接收的未經(jīng)調(diào)節(jié)DC輸入電力轉(zhuǎn)換成待施加到集成電路或其它系統(tǒng)負(fù)載(例如DC電機(jī))的穩(wěn)定的經(jīng)調(diào)節(jié)DC電力輸出的DC電力供應(yīng)器。

DC電力供應(yīng)器中通常包含的一種常見類型的DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器電路在此項技術(shù)中稱為開關(guān)模式DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器。如此項技術(shù)中已知，開關(guān)模式DC-DC“降壓”轉(zhuǎn)換器(或“減壓”轉(zhuǎn)換器)產(chǎn)生平均比其輸入電壓低的輸出電壓，而“升壓”轉(zhuǎn)換器(或“增壓”轉(zhuǎn)換器)產(chǎn)生平均比其輸入電壓高的輸出電壓。現(xiàn)代常規(guī)經(jīng)調(diào)節(jié)DC電力供應(yīng)器通常包含實際上是“降壓”與“升壓”轉(zhuǎn)換器電路類型的組合的“降壓-升壓”拓?fù)涞拈_關(guān)模式DC-DC轉(zhuǎn)換器。降壓-升壓電壓轉(zhuǎn)換器能夠產(chǎn)生可比所接收輸入電壓高或低的輸出電壓。

圖1是常規(guī)非反相降壓-升壓DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器2的示意圖。如此項技術(shù)中為典型的，經(jīng)由開關(guān)SW1將輸入端子IN處的電壓施加到電感器4的一端。電感器4的所述同一端還通過開關(guān)SW2耦合到接地。電感器4的另一端本身通過開關(guān)SW3耦合到接地；此節(jié)點還經(jīng)由開關(guān)SW4耦合到電容器6的一個板且在輸出端子OUT處耦合到負(fù)載LD。電容器6跨越輸出端子OUT與接地而連接。開關(guān)SW1到SW4通常構(gòu)造為功率場效應(yīng)晶體管(FET)，其中其柵極由控制邏輯(未展示)控制。

在電壓轉(zhuǎn)換器2作為“降壓-升壓”轉(zhuǎn)換器的操作中，開關(guān)SW1及SW3共同周期性地切換斷開及閉合，而開關(guān)SW2及SW4共同但與開關(guān)SW1及SW3互補(bǔ)地周期性地切換斷開及閉合。通常，在切換轉(zhuǎn)變之間強(qiáng)制“空載”時間以避免開關(guān)SW1及SW2兩者同時閉合的短路狀況。在循環(huán)的其中開關(guān)SW1及SW3閉合(且開關(guān)SW2及SW4斷開)的那些部分期間，從輸入端子IN激勵電感器4。在循環(huán)的其中開關(guān)SW2及SW4閉合(且開關(guān)SW1及SW3斷開)的那些部分期間，將由電感器4存儲的能量遞送到負(fù)載LD，其中電容器6用作用以減少輸出端子OUT處的紋波的濾波電容器。

然而，如上文所述，開關(guān)SW1到SW4通常實施為功率FET。在大多數(shù)應(yīng)用中，這些功率FET必定為相對大的，特別是對于其中在DC電力供應(yīng)器中或在DC電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用中實施電力轉(zhuǎn)換器2的那些情況。由于這些開關(guān)SW1到SW4中的每一者每循環(huán)切換兩次，因此這些功率FET中的切換損耗可為顯著的。另外，穿過這些功率FET的傳導(dǎo)損耗隨著電壓轉(zhuǎn)換器2所需的輸出電流的電平的增加而增加。