[發明專利]一種基于鋰電池SOC應用的開關電容變換器系統

有效

• 申請號: 201811386301.7
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN111200360B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 楊建新;胡勝發
• 申請（專利權）人: 安凱（廣州）微電子技術有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝;何文聰

本發明公開了一種基于鋰電池SOC應用的開關電容變換器系統，包括電壓轉換比例選擇模塊、VOUT生成模塊、VOUT2生成模塊、VSSH生成模塊、配置輸出電壓模塊、誤差放大器、VCO環路控制模塊和驅動及開關電容功率子電路。本發明實現了寬范圍電壓輸入，并且能高效地配置雙模式增益拓撲，有效避免誤導通的死區電路控制情況，大大降低損耗，完成穩定的數字可配置電壓輸出。而且本發明中VOUT生成模塊通過引入帶特定失配運放的LDO從而能保證輸出啟動時及瞬態變化時的穩定，彌補了控制環路無法調控的缺點。本發明可廣泛應用于變換器結構中。

技術領域

本發明涉及電子電路技術領域，尤其涉及一種基于鋰電池SOC應用的開關電容變換器系統。

背景技術

鋰電池是移動設備主要的能量來源，現在常用的鋰電池的電壓范圍是2.9V～4.2V，正常情況下是3.6V，然而處理器和SOC應用的供電電壓往往是需要低至1V左右，為了解決電壓差的問題，片內全集成的電壓調節器顯得極為重要。由于電感型開關電壓變換器里的關鍵元件電感的集成度低，在CMOS工藝中，難以用現有的工藝制造較大的電感，滿足其需要。

但是現在針對基于鋰電池的SOC應用的開關電容變換器系統的設計中，存在以下幾個問題：

1、低功耗應用，需要提供可配置的輸出電壓。增加移動設備的續航時間往往是關注的重點，為了延長電池的壽命，高效的使用能量，需要根據應用場景實時調控內部模塊供電電壓，如為了在待機應用時低功耗，SOC的數字core電壓在正常工作時是1.1V，待機時則需提供更低的core電壓--0.9V。因此系統集成的開關電容變換器電壓轉換需要可配置，由數字寄存器配置電壓輸出，如1.1V或0.9V輸出，甚至于更多其他電壓節點。

2、拓撲結構中的功率管在切換時，存在同時導通的可能性，一瞬間容易帶來大電流的損耗，也存在功率管擊穿的可能性。為了提高效率和穩定性，引入了避免誤導通的死區控制，彌補非交疊電路的延時固定不可調的缺點。

3、由于供電輸入是鋰電池，其電池電壓范圍是在2.9V～4.2V之間變化的，如果只使用單一增益的拓撲結構，則會在部分供電電壓下出現很低效率的情況。

4、在啟動時或者負載發生較大變化時，誤差信號存在處于極限值的可能性，控制環路處于失調情況下，往往需要引入復雜的VCO環路控制模塊，增加了設計的復雜性，但還是存在環路失控的風險；所以在啟動時引入了LDO，通過設置其內部運放的特定失配，為是否啟動LDO提供一個閾值電壓，既省去了比較器的引入，也削減了VCO環路控制模塊的復雜性，保證輸出啟動時及瞬態變化的穩定，彌補了VCO存在無法調控的情況。

5、單一時鐘信號控制的開關電容變換器的環路控制較為復雜，當引入補償電容和電阻提供環路補償，在一定開關頻率下，瞬態響應較差，存在紋波較大，效率較低的情況；而對于SOC應用，如數字core的電壓敏感性較強，需要較小的紋波，需要盡可能的提高效率以及瞬態響應。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是一種基于鋰電池SOC應用的開關電容變換器系統。

本發明所采取的技術方案是：