[發明專利]用于開關電容器調節器功率節省的技術

有效

• 申請號: 201910362450.8
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110445370B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: A·K·辛格;S·加尼薩恩;M·A·魯伊茨;J·泰賈達
• 申請（專利權）人: 亞德諾半導體無限責任公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 劉倜

提供用于提高開關電容器電壓調節器的效率的技術。在例子中，開關電容器電壓調節器可包括：開關電容器網絡，具有多種增益配置；時鐘，被配置為在充電狀態和放電狀態之間切換所述開關電容器網絡的電容器，以提供縮放的輸出電壓；和控制器，被配置為選擇與多種增益配置的增益相關聯的電容器配置，以在連續切換所述電容器配置的同時在所需的輸出電壓范圍內提供縮放的輸出電壓，并且中斷所述電容器配置的切換，以允許所述開關電容器電壓調節器的輸出電壓降至所述縮放的輸出電壓以下但保持高于所需的輸出電壓范圍的下限，以通過減少由于切換引起的損耗來節省功率。

技術領域

該文件一般地但不限于電壓調節器，更具體地說，涉及開關電容器電壓調節器功率節省技術。

背景技術

降壓調節器通常用于依賴有限能源(如電池或電容器)的應用中，但其他應用也使用降壓調節器。超低功率(ULP)系統通常包括降壓調節器，因為降壓調節器比例如線性調節器更有效。一些ULP系統可以比待機模式顯著更多地處于待機模式，因此具有可以在待機模式下支持幾微安的負載的高效功率轉換器可以大大增加電池壽命。

附圖說明

在不一定按比例繪制的附圖中，相同的數字可以描述不同視圖中的類似組件。具有不同字母后綴的相同數字可表示類似組件的不同實例。附圖通過示例而非通過限制的方式示出了本文件中討論的各種實施方案。

圖1總體上描述用于在向負載供電時提高開關電容器調節器的效率的示例性電路。

圖2總體上描述用于操作開關電容器電壓調節器以節省能量的示例性方法的流程圖。

圖3總體上描述操作開關電容器調節器以節省能量的示例性方法的流程圖。

圖4A和4B根據本公開主旨的各個方面分別以圖形方式描述開關電容器電壓調節器的輸出電壓和輸出電流。

圖5A-5B根據本公開主旨的各個方面總體上描述開關電容器電壓轉換器的開關電容器網絡的示例性配置。

圖6依照一些例子是表示圖5A-5B的轉換器的等效電路的示意圖。

具體實施方式

現有的ULP調節器可以變化很大。開關電容器調節器似乎是最常見的架構，其中電池供電的設備被設計為與主動操作相比產生大量的待機操作。開關電容器調節器的控制也可以變化。更常見的控制風味可包括滯后控制或輸出電壓控制。當輸出電壓達到下限時，通常啟用對開關電容器調節器的遲滯控制，然后在輸出電壓達到上限時禁用。這種控制確保輸出電壓與上限和下限相關。在某些設計中，具有滯后控制的調節器可以包括電池監視器，以在電池電壓改變時允許增益調節。如果增益選擇受限，則效率可能會在可能的電池電壓范圍內發生顯著變化。此外，遲滯控制的調節器通常不監控負載電流，導致輕負載時的顯著功率損耗。

采用輸出電壓控制的ULP調節器可以根據輸出電壓調整調節器的增益。這種控制允許間接考慮電池電壓和負載電流的增益選擇。這樣的控制器通常提供更多的增益來選擇，從而有助于在寬范圍的輸出電壓或電池電壓上提高效率。

本發明人已經認識到一種改進的控制方法，其允許提高開關電容器降壓調節器的效率。通常，發明人已經認識到，當使用開關電容器降壓調節器時由電池提供的功率可以使用以下三個因素來最小化：

(1)為給定的電池電壓和負載電流選擇多個線性分布增益的最小增益，其可以在所需的上限和下限電壓之間產生恒定的輸出電壓。這樣的電壓限制可以恰好在最大電壓和最小電壓內，這允許包括調節器的裝置的穩健和可預測的操作。

(2)保持調節器的輸出電壓接近電壓下限，并且

(3)減少調節器的損耗，例如僅在必要時切換調節器。