專利名稱：用于控制dc－dc轉換器的電路和方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及DC-DC轉換器，更具體地說，本發(fā)明涉及用于控制DC-DC轉換器的電路和方法。
背景技術：
近些年來，被連接到個人計算機或者筆記本式個人計算機的諸如便攜設備或外圍設備(例如硬盤驅動器(HDD))這樣的電子設備通常包括被用作驅動電源的可充電式二級電池，以及用于對該二級電池進行充電的電路。電子設備被連接到AC適配器或者個人計算機的外部電源，以在電子設備不工作時利用從外部電源提供的電流對二級電池進行充電。另外，當在工作期間電子設備的消耗電流低于從外部電源提供的電流(額定電流)時，電子設備通過向二級電池提供小于額定電流的充電電流來對二級電池進行充電。然而，取決于電子設備的工作狀態(tài)，電子設備的消耗電流可能瞬時超過外部電源的額定電流。當電子設備的消耗電流超過外部電源的額定電流時，電子設備的工作可能變得不穩(wěn)定。因此，即使當消耗電流超過外部電源的額定電流時，電子設備也需要以穩(wěn)定的方式工作。
日本早期公開的專利申請No.8-182219描述了包括充電電路的電子設備。該充電電路利用從外部電源提供的功率來給二級電池充電。
圖1是現(xiàn)有技術的充電電路10的示意性電路圖。
充電電路10是由DC-DC轉換器形成的。充電電路10降低輸入電壓Vin以生成第一輸出電壓Vout1，所述輸入電壓Vin是經(jīng)由例如個人計算機的通用串行總線(USB)接口提供的。第一輸出電壓Vout1被提供給二級電池BAT。充電電路10還從輸入電壓Vin生成第二輸出電壓Vout2。第二輸出電壓Vout2被提供給負載(未示出)，例如內(nèi)部電路。電流測量電阻器RS1被布置在用于提供第二輸出電壓Vout2的路徑中。充電電路10基于流經(jīng)電阻器RS1的電流來控制被提供給二級電池的電流的量。
充電電路10包括控制電路11、晶體管FET1和FET2、扼流線圈L1、平滑電容器C1、電流測量電阻器RS1和RS2(在下文中被稱作第一電阻器RS1和第二電阻器RS2)以及二極管D2?？刂齐娐?1包括具有兩個輸入端的第一電壓放大器AMP1，這兩個輸入端被分別連接到第一電阻器RS1的兩個端子，第一電壓放大器AMP1接收指示第一電阻器RS1的兩個端子處的電勢的信號CS1和FB1。第一電壓放大器AMP1檢測第一電阻器RS1的兩個端子之間的電勢差，該電勢差就是基于流經(jīng)第一電阻器RS1的電流的電勢?？刂齐娐?1還包括具有兩個輸入端的第二電壓放大器AMP2，其兩個輸入端被分別連接到第二電阻器RS2的兩個端子，第二電壓放大器AMP2檢測第二電阻器RS2的兩個端子之間的電勢差，該電勢差就是基于流經(jīng)第二電阻器RS2的電流的電勢。電阻器R1和R2通過分割信號FB2的電壓或輸出電壓Vout1來生成分壓(divided voltage)。
第一誤差放大器ERA1通過放大第一電壓放大器AMP1的輸出電壓與基準電源e1的電壓之間的差來生成第一誤差信號Vop1。第二誤差放大器ERA2通過放大第二電壓放大器AMP2的輸出電壓與基準電源e2的電壓之間的差來生成第二誤差信號Vop2。第三誤差放大器ERA3通過放大分壓與基準電源e3的電壓之間的差來生成第三誤差信號Vop3。
脈寬調(diào)制(PWM)比較器將由振蕩器OSC生成的三角波信號與第一到第三誤差信號Vop1、Vop2和Vop3相比較，以生成互補的第一和第二控制信號DH和DL，控制信號DH和DL中每一個具有與比較結果一致的脈寬。具體而言，PWM比較器100具有被供給第一到第三誤差信號Vop1、Vop2和Vop3的非反相輸入端和被供給三角波信號的反相輸入端。PWM比較器100將第一到第三誤差信號Vop1、Vop2和Vop3中具有最低電壓的一個與三角波信號相比較。PWM比較器100隨后在三角波信號的電壓高于誤差信號的電壓時生成高(H)電平的第一控制信號DH，并且在誤差信號的電壓低于三角波信號的電壓時生成低(L)電平的第一控制信號DH。PWM比較器100還生成具有第一控制信號DH的反相電平的第二控制信號DL。第一控制信號DH被提供給第一晶體管FET1的柵極。第二控制信號DL被提供給第二晶體管FET2的柵極。
第一晶體管FET1和第二晶體管FET2是N溝道金屬氧化物半導體(MOS)晶體管。第一晶體管FET1和第二晶體管FET2各自響應于H電平柵極信號而被激活并且響應于L電平柵極信號而關閉。第一晶體管FET1和第二晶體管FET2響應于第一控制信號DH和第二控制信號DL以互補的方式被激活和關閉。晶體管FET1和FET2中的每一個的被激活時期(或被關閉時期)是基于第一到第三誤差信號Vop1、Vop2和Vop3中的每一個的電壓來控制的。
現(xiàn)在將描述充電電路10的工作。
當?shù)谝痪w管FET1被激活時，將來自輸入電壓Vin電流經(jīng)由扼流線圈L1提供給二級電池BAT。隨著時間流逝，流經(jīng)扼流線圈L1的電流根據(jù)輸入電壓Vin與輸出電壓Vout1之間的電壓差而增大。結果，被提供給二級電池的電流也增大。另外，隨著電流流經(jīng)扼流線圈L1，能量在扼流線圈中積累。
當?shù)谝痪w管FET1被關閉時，用于同步整流的第二晶體管FET2被激活。這使得在扼流線圈L1中積累的能量釋放。
輸出電壓Vout1被表達如下。
Vout1＝(Ton/(Ton+Toff))*Vin＝(Ton/T)*Vin在表達式中，Ton是其間第一晶體管FET1被激活的時期，Toff是其間第一晶體管被關閉的時期。這里，滿足T＝Ton+Toff。
在第一晶體管FET1為導通的時期期間，流經(jīng)扼流線圈L1的電流經(jīng)由晶體管FET1流向二級電池BAT。因此，流經(jīng)第一晶體管FET1的電流Iin的平均值等于輸出電流Iout與晶體管FET1的占空比(duty)的乘積，并且由下面所示的等式表示。
Iin＝(Ton/T)*Iout基于上面的表達式，控制電路11通過控制晶體管FET1的占空比來補償輸入電壓Vin的變化?？刂齐娐?1還通過檢測輸出電壓Vout1并控制晶體管FET1的占空比來補償當負載的消耗電流波動時可能發(fā)生的輸出電壓Vout1的變化。這使得輸出電壓Vout保持恒定。
當負載的消耗電流增大時，流經(jīng)第一電阻器RS1的電流增大。結果，由第一電阻器RS1引起的電壓降增大。這減小了第一電壓放大器AMP1的輸出電壓與基準電源e1的電壓之間的差，并且降低了第一誤差信號Vop1的電壓。結果，PWM比較器100的輸出脈寬變窄，并且晶體管FET1的被激活時期縮短。在這種情況下，輸出電壓Vout1減小，并且二級電池BAT的充電電流減小。
當負載的消耗電流減小時，流經(jīng)第一電阻器RS1的電流減小。結果，由第一電阻器RS1引起的電壓降減小。這增大了第一電壓放大器AMP1的輸出電壓與基準電源e1的電壓之間的差，并且增大了第一誤差信號Vop1的電壓。結果，PWM比較器100的輸出脈寬變寬，并且晶體管FET1的被激活時期延長。在這種情況下，輸出電壓Vout1增大，并且二級電池BAT的充電電流增大。
以這種方式，充電電路10根據(jù)負載的消耗電流量通過控制晶體管FET1的占空比(被激活時期與被關閉時期的比)來控制二級電池BAT的充電電流。結果，用這樣的方式控制充電電路10的輸入電流，使之不超過外部電源的額定電流。
然而，負載的消耗電流可能瞬時地增大。例如，HDD當被激活時開始驅動其主軸馬達。因此，HDD在其被激活時較之在主軸馬達被以恒定旋轉速度驅動時需要更大的功率。然而，USB接口的電流供給能力是有限的。因此，僅利用由USB提供的功率來驅動諸如HDD這樣一時需要大量電流的電子設備是困難的。
日本早期公開的專利申請No.2000-029544描述了一種用于監(jiān)控負載的消耗電流的電路。當負載的消耗電流超過外部電源的額定電流時，二級電池BAT被用來補償不足的電流量。然而，圖1所示的充電電路10經(jīng)由二極管D1向負載提供來自二級電池BAT的電流。另外，二級電池BAT的電壓低于輸入電壓Vin。因此，在提供輸入電壓Vin時不能從二級電池BAT向負載提供電流。換言之，充電電路10在瞬時負載波動發(fā)生時無法執(zhí)行適當?shù)某潆姽ぷ?。要解決這個問題，例如可使用圖2所示的充電電路20(DC-DC轉換器)。
充電電路20將輸出電壓Vout2提供給負載，該負載被連接到扼流線圈L1與電流測量電阻器RS2之間的節(jié)點。二級電池BAT經(jīng)由電流測量電阻器RS2而被連接到負載。因此，即使在提供輸入電壓Vin時，電流也從二級電池BAT被提供到負載。換言之，充電電路20在瞬時負載波動發(fā)生時執(zhí)行適當?shù)某潆姽ぷ鳌?br>
發(fā)明內(nèi)容
圖2所示的充電電路20引起各種次要故障。例如，充電電路20的輸入電壓Vin經(jīng)由晶體管FET1和扼流線圈L1而被提供給負載。因此，充電電路20持續(xù)地工作。結果，充電電路20的消耗功率大于圖1所示的充電電路10的消耗功率。另外，因為充電電路20持續(xù)地工作，所以輸出電壓Vout2被持續(xù)地提供給二級電池BAT。這樣使二級電池過度充電。另外，在充電期間，輸出電壓Vout1是由二級電池BAT和充電電流決定的。因此，當負載的消耗電流波動時，輸出電壓Vout1變化。結果，輸出電壓Vout1不能夠被穩(wěn)定。
本發(fā)明提供了一種用于控制DC-DC轉換器的電路和方法，以在瞬時的負載波動發(fā)生時生成穩(wěn)定的輸出電壓并執(zhí)行適當?shù)某潆姽ぷ鳌?br> 本發(fā)明的一個方面是在電子設備中使用的DC-DC轉換器，所述電子設備接收輸入電流并且包括靠輸入電流和二級電池工作的負載。DC-DC轉換器包括控制電路，該控制電路檢測輸入電流，將檢測到的輸入電流與預定值相比較，并且基于比較結果控制用于給二級電池充電的正充電電流和從所述二級電池被提供給所述負載的負充電電流。
本發(fā)明的另一個方面是用于在電子設備中使用的DC-DC轉換器的控制電路，所述電子設備接收輸入電流并且包括靠輸入電流和二級電池工作的負載。控制電路包括電流檢測設備，該設備檢測輸入電流并且生成電流檢測信號。控制電路將電流檢測信號與預定值相比較，并且基于比較結果控制用于給二級電池充電的正充電電流和從所述二級電池被提供給所述負載的負充電電流。
本發(fā)明的另一個方面是用于接收輸入電流的電子設備。該電子設備包括從輸入電流生成充電電流的DC-DC轉換器。負載靠輸入電路工作。DC-DC轉換器包括控制電路，該控制電路檢測輸入電流，將檢測到的輸入電流與預定值相比較，并且基于比較結果控制用于給二級電池充電的正充電電流和從所述二級電池被提供給所述負載的負充電電流。
本發(fā)明的另一個方面是用于控制在電子設備中使用的DC-DC轉換器的方法，所述電子設備接收輸入電流并且包括靠輸入電流和二級電池工作的負載。所述方法包括檢測輸入電流以生成電流檢測信號，將電流檢測信號與預定值相比較以生成指示比較結果的信號，并且基于指示比較結果的信號控制用于給二級電池充電的正充電電流和從所述二級電池被提供給所述負載的負充電電流。
本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點從下面結合附圖的詳細描述中變清楚，附圖以示例方式圖示了本發(fā)明的原理。


本發(fā)明以及其目的和優(yōu)點可通過參考當前優(yōu)選實施例的下列描述和附圖來最好的理解，其中圖1是現(xiàn)有技術示例中的充電電路(DC-DC轉換器)的示意性電路框圖；圖2是現(xiàn)有技術中的另一種充電電路(DC-DC轉換器)的示意性電路框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的包括DC-DC轉換器的電子設備的示意性電路框圖；圖4是圖3的DC-DC轉換器的示意性電路框圖；圖5是圖4所示的開關控制電路的電路圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的DC-DC轉換器的示意性電路框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考圖3到5來描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的DC-DC轉換器42。
圖3是包括DC-DC轉換器42的電子設備31的示意性電路框圖。電子設備31經(jīng)由USB線纜32被連接到個人計算機33。電子設備31例如是硬盤驅動器(HDD)，并且基于經(jīng)由USB線纜32從個人計算機33提供的功率來工作。換言之，個人計算機33充當電子設備31的外部電源。電子設備31被供給電壓Vin。
電子設備31包括負載41、DC-DC轉換器42和二級電池BAT。負載41包括用于從磁盤讀數(shù)據(jù)和向磁盤寫數(shù)據(jù)的電路，以及用于驅動和旋轉磁盤的機構。負載41的工作電壓被設置為基本等于輸入電壓Vin的電壓Vout2。
DC-DC轉換器42包括被連接在USB線纜32與負載41之間的電流測量電阻器RS1。DC-DC轉換器42被連接到二級電池BAT。DC-DC轉換器42利用電流測量電阻器RS1測量流向負載41的電流的量，并且基于測量結果控制二級電池BAT的充電電流。
具體而言，在電流測量電阻器RS1中發(fā)生的電壓降根據(jù)流經(jīng)電阻器RS1的電流Iin而變化。流經(jīng)電阻器RS1的電流Iin是被提供給負載41的電流Iout2或負載41的消耗電流和二級電池BAT的充電電流的合成電流。當流向二級電池BAT的電流是正充電電流Ip并且流自二級電池BAT的電流是負充電電流In時，在正充電電流Ip從DC-DC轉換器42流向二級電池BAT時流經(jīng)電流測量電阻器RS1的輸入電流Iin被表達如下。
Iin＝Iout2+Ip當負充電電流In從二級電池流向DC-DC轉換器42時，輸入電壓Vin被表達如下。
Iin＝Iout2-In結果，被提供給負載41的輸出電流Iout2被表達如下。
Iout2＝Iin+In因此，當負載41的消耗電流Iout2小于輸入電流Iin也就是個人計算機33(外部電源)的USB接口的額定電流時，DC-DC轉換器42向二級電池BAT提供負充電電流Ip。在操作負載41的同時，DC-DC轉換器42控制充電電流Ip并且利用小于或等于額定電流范圍的充電電流Ip來給二級電池BAT充電。當負載41瞬時需要大于額定電流的電流時，DC-DC轉換器42從二級電池BAT向負載41提供負充電電流In。換言之，除了經(jīng)由USB線纜32提供的電流Iin之外，DC-DC轉換器42還從二級電池BAT提供電流In。結果，負載41穩(wěn)定地工作。
DC-DC轉換器42不控制從USB線纜32向負載41直接提供的電流。DC-DC轉換器42測量二級電池BAT的充電量。當二級電池BAT的充電完成時，DC-DC轉換器42停止充電。因此，在二級電池BAT不被充電時，DC-DC轉換器42的消耗電流僅由在其電路元件中消耗的功率組成。結果，DC-DC轉換器42的平均消耗功率小于圖2所示的現(xiàn)有技術的DC-DC轉換器的平均消耗功率。
另外，二級電池BAT的充電電壓小于被提供給負載41的電壓Vout2。因此，DC-DC轉換器42在給二級電池BAT充電時充當用于將輸入電壓Vin降低到充電電壓的降壓DC-DC轉換器。DC-DC轉換器42在從二級電池BAT向負載41提供電流時充當用于將二級電池BAT的充電電壓提高到輸出電壓Vout2的升壓DC-DC轉換器。
下面參照圖4來描述DC-DC轉換器42的配置。
DC-DC轉換器42包括控制電路43、主開關晶體管(在下文中被稱作第一晶體管)FET1、同步整流晶體管(在下文中被稱作第二晶體管)FET2、扼流線圈L1、平滑電容器C1，以及第一和第二電流測量電阻器RS1和RS2。第一晶體管FET1和第二晶體管FET2是N溝道MOS晶體管。第一晶體管FET1具有被供給電壓Vout2的漏極和被連接到第二晶體管FET2的漏極的源極。第二晶體管FET2具有被連接到地GND的源極。第一晶體管FET1和第二晶體管FET2具有被連接到控制電路43并且被分別提供來自控制電路43的第一開關控制信號DH和第二開關控制信號DL的柵極。
在第一晶體管FET1與第二晶體管FET2之間的節(jié)點被連接到扼流線圈L1的第一端子。扼流線圈L1具有被連接到第二電流測量電阻器RS2的第一端子的第二端子。第二電流測量電阻器RS2具有被連接到二級電池BAT的第二端子。扼流線圈L1的第二端子還被連接到電容器C1的第一端子。電容器C1具有被連接到地GND的第二端子。
控制電路43被連接到第一電流測量電阻器RS1的兩個端子，并且被連接到第二電流測量電阻器RS2的兩個端子。控制電路43測量第一電流量，該第一電流量是由在第一電流測量電阻器RS1中發(fā)生的電壓降引起的流經(jīng)電阻器RS1的電流的量?？刂齐娐?3還測量第二電流量，該第二電流量是由在第二電流測量電阻器RS2中發(fā)生的電壓降引起的流經(jīng)電阻器RS2的電流的量?；诘谝浑娏髁亢偷诙娏髁浚刂齐娐?3生成用于激活和關閉第一晶體管FET1和第二晶體管FET2的互補的第一和第二開關控制信號DH和DL。
控制電路43包括第一和第二電壓放大器AMP1和AMP2、第一到第五誤差放大器ERA1、ERA2、ERA3、ERA4和ERA5、三角波振蕩器OSC、第一和第二PWM比較器101和102、開關控制電路(SW控制電路)200、第一到第五基準電源e1、e2、e3、e4和e5，以及第一到第四電阻器R1、R2、R3和R4。
第一電壓放大器AMP1(電流檢測設備)具有被連接到第一電流測量電阻器RS1的第一端子并且被供給信號CS1的非反相輸入端，所述信號CS1具有第一電流測量電阻器RS1的第一端子處的電壓。第一電壓放大AMP1還具有被連接到第一電流測量電阻器RS1的第二端子并且被供給信號FB1的反相輸入端，所述信號FB1具有第一電流測量電阻器RS1的第二端子處的電壓。第一電壓放大器AMP1放大第一電流測量電阻器RS1的兩個端子之間的電勢差。第一電壓放大器AMP1的輸出電壓Va1對應于流經(jīng)第一電流測量電阻器RS1的電流。
第二電壓放大器AMP2具有被連接到第二電流測量電阻器RS2的第一端子并且被供給信號CS2的非反相輸入端，所述信號CS2具有第二電流測量電阻器RS2的第一端子處的電壓。第二電壓放大AMP2還具有被連接到第二電流測量電阻器RS2的第二端子并且被供給信號FB2的反相輸入端，所述信號FB2具有第二電流測量電阻器RS2的第二端子處的電壓。第二電壓放大器AMP2放大第二電流測量電阻器RS2的兩個端子之間的電勢差。第二電壓放大器AMP2的輸出電壓Va2對應于流經(jīng)第二電流測量電阻器RS2的電流。更具體的說，該電流對應于被提供給二級電池BAT的正充電電流或從二級電池BAT放電的負充電電流。
第一電阻器R1具有被供給反饋信號FB2的第一端子和被連接到第二電阻器R2的第一端子的第二端子。第二電阻器R2具有被連接到地GND的第二端子。第一電阻器R1和第二電阻器R2形成分壓電路并且利用它們的阻抗分割信號FB2的電壓，以生成第一分壓Vf1。信號FB2的電壓等于輸出電壓Vout1。第一分壓Vf1是通過分割輸出電壓Vout1而生成的。
第三電阻器R3具有被供給反饋信號FB1的第一端子和被連接到第四電阻器R4的第一端子的第二端子。第四電阻器R4具有被連接到地GND的第二端子。第三電阻器R3和第四電阻器R4形成分壓電路并且利用它們的阻抗分割信號FB1的電壓，以生成第二分壓Vf2。信號FB1的電壓等于輸出電壓Vout2。第二分壓Vf2是通過分割輸出電壓Vout2而生成的。
第一誤差放大器ERA1具有被連接到第一電壓放大器AMP1的輸出端并且被供給電壓放大器AMP1的輸出電壓Va1的反相輸入端。第一誤差放大器ERA1還具有被連接到第一基準電源e1并且被供給來自電源e1的第一基準電壓的非反相輸入端。第一誤差放大器ERA1放大第一基準電壓與第一電壓放大器AMP1的輸出電壓Va1之間的電壓差，以生成第一誤差信號Vop1。
第二誤差放大器ERA2具有被連接到第二電壓放大器AMP2的輸出端并且被供給電壓放大器AMP2的輸出電壓Va2的反相輸入端。第二誤差放大器ERA2還具有被連接到第二基準電源e2并且被供給來自電源e2的第二基準電壓的非反相輸入端。第二誤差放大器ERA2放大第二基準電壓與第二電壓放大器AMP2的輸出電壓Va2之間的電壓差，以生成第二誤差信號Vop2。
第三誤差放大器ERA3具有被供給第一分壓Vf1的反相輸入端和被供給來自電源e3的第三基準電壓的非反相輸入端。第三誤差放大器ERA3放大第三基準電壓與第一分壓Vf1之間的電壓差，以生成第三誤差信號Vop3。
第四誤差放大器ERA4具有被連接到第一電壓放大器AMP1的輸出端并且被供給電壓放大器AMP1的輸出信號的非反相輸入端。第四誤差放大器ERA4還具有被連接到第四基準電源e4并且被供給來自電壓e4的第四基準電壓的反相輸入端。第四誤差放大器ERA4放大第四基準電壓與第一電壓放大器AMP1之間的電壓差，以生成第四誤差信號Vop4。
第五誤差放大器ERA5具有被供給第二分壓Vf2的反相輸入端和被供給第五基準電源e5的第五基準電壓的非反相輸入端。第五誤差放大器ERA5放大第五基準電壓與第二分壓Vf2之間的電壓差，以生成第五誤差信號Vop5。
第一PWM比較器101具有三個非反相輸入端和一個反相輸入端。將第一到第三誤差信號Vop1、Vop2和Vop3分別提供給第一PWM比較器101的非反相輸入端。將由振蕩器OSC生成的三角波信號Sr提供給第一PWM比較器101的反相輸入端。第一PWM比較器101將三角波信號Sr與第一到第三誤差信號Vop1、Vop2和Vop3相比較，以生成互補的第一和第二控制信號Q1和*Q1，互補的第一和第二控制信號Q1和*Q1中的每一個具有與比較結果一致的脈寬。具體而言，第一PWM比較器101將第一到第三誤差信號Vop1、Vop2和Vop3中具有最低電壓的一個與三角波信號Sr相比較。第一PWM比較器101在誤差信號的電壓高于三角波信號Sr的電壓時生成H電平第一控制信號Q1，并且在誤差信號的電壓低于三角波信號Sr的電壓時生成L電平第一控制信號Q1。另外，第一PWM比較器生成具有第一控制信號Q1的反相電平的第二控制信號*Q1。第一和第二控制信號Q1和*Q1被提供給SW控制電路200。
第二PWM比較器102具有兩個非反相輸入端和一個反相輸入端。將第四誤差信號Vop4和第五誤差信號Vop5分別提供給第二PWM比較器102的非反相輸入端。將由振蕩器OSC生成的三角波信號Sr提供給第二PWM比較器102的反相輸入端。第二PWM比較器102將三角波信號Sr與第四和第五誤差信號Vop4和Vop5相比較，并且生成互補的第三和第四控制信號Q2和*Q2，第三和第四控制信號Q2和*Q2中的每一個具有與比較結果一致的脈寬。具體而言，第二PWM比較器102將第四和第五誤差信號Vop4和Vop5中具有最低電壓的一個與三角波信號Sr相比較。第二PWM比較器102在誤差信號的電壓高于三角波信號Sr的電壓時生成H電平第三控制信號Q2，并且在誤差信號的電壓低于三角波信號Sr的電壓時生成L電平第三控制信號Q2。另外，第二PWM比較器102生成具有第三控制信號Q2的反相電平的第四反相控制信號*Q2。第三和第四控制信號Q2和*Q2被提供給SW控制電路200。
SW控制電路200基于第一和第二控制信號Q1和*Q1與第三和第四控制信號Q2和*Q2來檢測DC-DC轉換器42的工作狀態(tài)。基于檢測結果，SW控制電路200向第一和第二晶體管FET1和FET2提供第一和第二控制信號Q1和*Q1或第四和第三控制信號*Q2和Q2，作為第一和第二開關控制信號DH和DL。
具體而言，DC-DC轉換器42的工作狀態(tài)包括正常工作和瞬時工作。SW控制電路200基于第一和第二控制信號Q1和*Q1與第三和第四控制信號Q2和*Q2來檢測DC-DC轉換器42是處于正常工作狀態(tài)還是處于瞬時工作狀態(tài)。DC-DC轉換器42在正常工作期間向負載41提供小于外部電源的額定電流(USB接口的額定電流)的電流Iout2，并且在瞬時工作期間向負載41提供大于額定電流的電流Iout2。換言之，負載41的消耗電流在瞬時工作期間大于額定電流。
當流經(jīng)第一電流測量電阻器RS1的電流Iin增大時，第一電壓放大器AMP1的兩個輸入端之間的電勢差增大。結果，第一誤差信號Vop1的電壓增大。在這種狀態(tài)下，第四誤差信號Vop4的電壓增大。根據(jù)外部電源的額定電流來設置第一基準電壓e1和第四基準電壓e4中的每一個，使得第一誤差信號Vop1和第四誤差信號Vop4中的一個在三角波信號Sr的振幅之內(nèi)變化。結果，第一和第二控制信號Q1和*Q1或第三和第四控制信號Q2和*Q2被生成為一對脈沖信號，同時每個信號所具有的脈寬與三角波信號Sr的電壓電平一致。以這種方式，SW控制電路200通過檢測成對的第一和第二控制信號Q1和*Q1與第三和第四控制信號Q2和*Q2中的哪一對已經(jīng)被生成為成對脈沖信號來檢測DC-DC轉換器42是處于正常工作狀態(tài)還是瞬時工作狀態(tài)。
當DC-DC轉換器42處于正常工作狀態(tài)時，SW控制電路200向第一晶體管FET1提供第一控制信號Q1作為第一開關控制信號DH并且向第二晶體管FET2提供第二控制信號*Q1作為第二開關控制信號DL。當DC-DC轉換器42處于瞬時工作狀態(tài)時，SW控制電路200向第一晶體管FET1提供第四控制信號*Q2作為第一開關控制信號DH并且向第二晶體管FET2提供第三控制信號Q2作為第二開關控制信號DL。
第一晶體管FET1響應于第一控制信號Q1或第四控制信號*Q2而被激活或關閉。第二晶體管FET2響應于第二控制信號*Q1或第三控制信號Q2而被激活或關閉。
因此，當被提供給負載41(參照圖1)的電流Iout2小于USB額定電流時，DC-DC轉換器42基于被提供給第一PWM比較器101的第一到第三誤差信號Vop1、Vop2和Vop3來激活和關閉第一晶體管FET1和第二晶體管FET2。在這種情況下，第一誤差信號Vop1的電壓高于第二和第三誤差信號Vop2和Vop3中的每一個的電壓。結果，DC-DC轉換器42實質上基于第二和第三誤差信號Vop2和Vop3來激活和關閉第一晶體管FET1和第二晶體管FET2。第二誤差信號Vop2對應于電流測量電阻器RS2的兩個端子之間的電勢差，即被提供給二級電池BAT的正充電電流Ip。第三誤差信號Vop3對應于電流測量電阻器RS2的第二端子處的電勢，即輸出電壓Vout1。DC-DC轉換器42的控制電路43向第一晶體管FET1和第二晶體管FET2分別提供了第一和第二控制信號Q1和*Q1，作為第一和第二開關控制信號DH和DL，第一和第二控制信號Q1和*Q1中的每一個具有與第二誤差信號Vop2或第三誤差信號Vop3的電壓相一致的脈寬。
<正常工作>
當?shù)谝痪w管FET1響應于第一開關控制信號DH而激活時，充電電流經(jīng)由扼流線圈L1被從輸入電壓Vin提供到二級電池BAT。流經(jīng)扼流線圈L1的電流隨著時間流逝根據(jù)DC-DC轉換器42的輸入電壓Vin與輸出電壓Vout1之間的電壓差而增大。結果，被提供給二級電池BAT的充電電流也增大。另外，因為電流流經(jīng)扼流線圈L1，所以能量在扼流線圈L1中積累。當?shù)谝痪w管FET1被關閉時，用于同步整流的第二晶體管FET2被激活。這使在扼流線圈L1中積累的能量釋放。
在第一晶體管FET1被激活的時期期間，流經(jīng)扼流線圈L1的電流經(jīng)由晶體管FET1流向二級電池BAT。結果，流經(jīng)第一晶體管FET1的電流Iin的平均值等于輸出電流(正充電電流)Ip與第一晶體管FET1的占空比(duty)的乘積。
流經(jīng)電流檢測電阻器RS1的電流隨著被提供給負載41的電流增大而增大。結果，在電流測量電阻器RS1中發(fā)生的電壓降增大。然后，第一電壓放大器AMP1的輸出電壓與第一基準電源e1的電壓之間的差減小，并且第一誤差信號Vop1的電壓減小。結果，輸出脈沖(第一和第二控制信號Q1和*Q1中的每一個的脈沖)的脈寬變窄，并且第一晶體管FET1的被激活時期縮短。這降低了輸出電壓Vout1并減小了二級電池BAT的充電電流。
流經(jīng)電流檢測電阻器RS1的電流隨著被提供給負載41的電流減小而減小。這減小了在電流測量電阻器RS1中發(fā)生的電壓降。然后，第一電壓放大器AMP1的輸出電壓與第一基準電源e1的電壓之間的差增大，并且第一誤差信號Vop1的電壓增大。結果，輸出脈沖(第一和第二控制信號Q1和*Q1中的每一個的脈沖)的脈寬變寬，并且第一晶體管FET1的被激活時期延長。結果，輸出電壓Vout1增大，并且二級電池BAT的充電電流增大。
以這種方式，DC-DC轉換器42根據(jù)被提供給負載41的電流量來控制第一晶體管FET1的占空比(被激活時期與被關閉時期的比)以控制輸出電壓Vout1，并且控制了二級電池BAT的充電電流(正充電電流Ip)。結果，這樣控制DC-DC轉換器42的輸入電流Iin，使之不超過外部電源的額定電流。
DC-DC轉換器42基于第二誤差信號Vop2或第三誤差信號Vop3來控制被提供給二級電池BAT的正充電電流Ip或輸出電壓Vout1。換言之，DC-DC轉換器42以使得第二電壓放大器AMP2的輸出電壓與第二基準電源e2的基準電壓相一致的方式基于第二誤差信號Vop2來控制正充電電流Ip?；蛘?，DC-DC轉換器42以使得分壓Vf1與第三基準電源e3的基準電壓相一致的方式基于第三誤差信號Vop3來控制輸出電壓Vout1。第二基準電源e2的基準電壓被設置為對應于正充電電流Ip。第三基準電源e3的基準電壓被設置為對應于輸出電壓Vout1。以這種方式，DC-DC轉換器42基于第二誤差信號Vop2通過用于控制充電電流Ip的電流控制來給二級電池BAT充電，或者基于第三誤差信號Vop3通過用于控制輸出電壓Vout1的電壓控制來給二級電池BAT充電。
<瞬時工作>
在瞬時工作期間，DC-DC轉換器42使用第二晶體管FET2作為主晶體管，并且使用第一晶體管FET1作為同步整流晶體管。當?shù)诙w管FET2被激活時，與二級電池BAT的電壓(輸出電壓Vout1)相一致的放電電流，即負充電電流In流經(jīng)扼流線圈L1。流經(jīng)扼流線圈L1的電流隨著時間流逝根據(jù)扼流線圈L1的兩個端子之間的電勢差而增大。結果，流經(jīng)負載41的電流也增大。另外，因為電流流經(jīng)扼流線圈L1，所以能量在扼流線圈L1中積累。當?shù)诙w管FET2被關閉時，用于同步整流的第一晶體管FET1被激活。這使在扼流線圈L1中積累的能量釋放。
當?shù)诙w管FET2被激活時在扼流線圈L1中積累的能量等于當?shù)诙w管FET2被關閉時從扼流線圈L1釋放的能量。當?shù)诙w管FET2的被激活時期是Ton并且第二晶體管FET2的被關閉時期是Toff時，輸出電壓Vout2被表達如下。
Vout2＝((Ton+Toff)/Toff)*Vout1＝(T/Toff)*Vout1在該等式中，滿足T＝Ton+Toff。
基于上面的表達式，DC-DC轉換器42的控制電路43通過控制第二晶體管FET2的占空比來補償電壓Vout1的變化。另外，控制電路43檢測輸出電壓Vout2并且控制第二晶體管的占空比來補償在負載的消耗電流變化時可能發(fā)生的輸出電壓Vout2的變化。這使得輸出電壓Vout2保持恒定。
當被提供給負載41的電流Iout2增大時，流經(jīng)第一電流測量電阻器RS1的電流Iin增大。這使在第一電流測量電阻器RS1中發(fā)生的電壓降增大。然后，第一電壓放大器AMP1的輸出電壓與第四基準電源e4的電壓之間的差增大，并且第四誤差信號Vop4的電壓增大。結果，第二PWM比較器102的輸出脈沖(第三和第四控制信號Q2和*Q2中的每一個的脈沖)的寬度變寬，并且第二晶體管FET2的被激活時期延長。因此，來自二級電池BAT的放電電流In增大。
當被提供給負載41的電流Iout2減小時，流經(jīng)第一電流測量電阻器RS1的電流Iin減小。這使在第一電流測量電阻器RS1中發(fā)生的電壓降減小。然后，第一電壓放大器AMP1的輸出電壓與第四基準電源e4的電壓之間的差減小，并且第四誤差信號Vop4的電壓減小。結果，第二PWM比較器102的輸出脈沖(第三和第四控制信號Q2和*Q2中的每一個的脈沖)變窄，并且第二晶體管FET2的被激活時期縮短。因此，輸出電壓Vout2減小，并且來自二級電池BAT的放電電流In減小。
以這種方式，DC-DC轉換器42根據(jù)被提供給負載41的電流量(即負載41的消耗電流)來控制第二晶體管FET2的占空比(被激活時期與被關閉時期的比)以控制輸出電壓Vout2，并且控制了二級電池BAT的放電電流(負充電電流In)。這使DC-DC轉換器42能夠向負載41提供大于或等于USB額定電流的電流。
DC-DC轉換器42基于第四和第五誤差信號Vop4和Vop5來控制輸出電壓Vout2。在這種情況下，第四誤差信號Vop4的電壓大于第五誤差信號Vop5的電壓。因此，DC-DC轉換器42實質上基于第五誤差信號Vop5來激活和關閉第一晶體管FET1和第二晶體管FET2。第五基準電壓被設置為對應于被提供給負載41的輸出電壓Vout2。更具體的說，DC-DC轉換器42基于第五誤差信號Vop5以使得分壓Vf2與第五基準電源e5的第五基準電壓一致的方式激活和關閉第一晶體管FET1和第二晶體管FET2，以提高二級電池BAT的電壓。DC-DC轉換器42隨后將被提高的電壓提供給負載41。
下面參照圖5來描述SW控制電路200的配置。
SW控制電路200包括狀態(tài)檢測電路50和選擇電路60。
狀態(tài)選擇電路50包括第一和第二NAND電路51和52、第一和第二NOR電路53和54，以及RS-FF電路(FF電路)55。將振蕩器OSC的三角波信號Sr和FF電路55的反相輸出信號*Q3提供給第一NAND電路51。第一NAND電路51具有被連接到第一NOR電路53的輸出端。將振蕩器OSC的三角波信號Sr和FF電路55的非反相輸出信號Q3提供給第二NAND電路52。第二NAND電路52具有被連接到第二NOR電路54的輸出端。將第一控制信號Q1和第一NAND電路51的輸出信號提供給第一NOR電路53。第一NOR電路53具有被連接到FF電路55的設置端S的輸出端。將第三控制信號Q2和第二NAND電路52的輸出信號提供給第二NOR電路54。FF電路55的反相輸出信號*Q3被提供給第一NAND電路51和選擇電路60。FF電路55的非反相輸出信號Q3被提供給第二NAND電路52和選擇電路60。
選擇電路60包括第一到第四AND電路61、62、63和64，以及第一和第二OR電路65和66。
第一AND電路61具有用于接收充電使能信號CEN、第一控制信號Q1和反相輸出信號*Q3的三個輸入端。另外，第一AND電路61具有被連接到第一OR電路65的輸出端。第二AND電路62具有用于接收充電使能信號CEN、第二控制信號*Q1和反相輸出信號*Q3的三個輸入端。另外，第二AND電路62具有被連接到第二OR電路66的輸出端。第三AND電路63具有接收第四控制信號*Q2和輸出信號Q3的兩個輸入端，以及被連接到第一OR電路65的輸出端。第四AND電路64具有接收第三控制信號Q2和輸出信號Q3的兩個輸入端，以及被連接到第二OR電路66的輸出端。第一OR電路65生成第一開關控制信號DH。第二OR電路66生成第二開關控制信號DL。
現(xiàn)在將描述SW控制電路200的工作。
這里假定了狀態(tài)檢測電路50的FF電路55處于復位狀態(tài)并且生成了L電平非反相輸出信號Q3和H電平反相輸出信號*Q3。充電使能信號CEN具有H電平。
在這種狀態(tài)下，第一AND電路61生成信號S21，該信號具有與第一控制信號Q1基本上相同的電平。第二AND電路62生成信號S22，該信號具有與第二控制信號*Q1基本上相同的電平。第三AND電路63生成L電平信號S23。第四AND電路64生成L電平信號S24。結果，第一0R電路65生成第一開關控制信號DH，該信號具有與第一控制信號Q1基本上相同的電平。第二OR電路66生成第二開關控制信號DL，該信號具有與第二開關控制信號*Q1基本上相同的電平。
響應于H電平反相輸出信號*Q3，第一NAND電路51基于振蕩器OSC的三角波信號Sr生成脈沖信號S11。響應于L電平非反相輸出信號Q3，第二NAND電路52生成H電平信號S12。
第一NAND電路51的輸出信號S11具有與三角波信號Sr基本上相同的周期。當被提供給第一NAND電路51的三角波信號Sr的電勢高于三角波信號Sr的一半振幅處的電勢時，第一NAND電路51生成L電平信號。另外，當三角波信號Sr的電勢低于一半電勢時，第一NAND電路51生成H電平信號S11。
第一NOR電路53響應于H電平信號S11生成L電平信號S13，并且響應于L電平信號S11生成具有反相電平的信號S13。第二NOR電路54響應于H電平信號S12生成L電平信號S14。
如上所述，第一控制信號Q1是這樣一種信號，其指示出通過將振蕩器OSC的三角波信號Sr與誤差信號Vop1到Vop3之一相比較而得到的比較結果。當誤差信號高于三角波信號Sr時信號Q1被設為L電平，當誤差信號低于三角波信號Sr時信號Q1被設為H電平。結果，第一控制信號Q1和第一NAND電路51的輸出信號S11具有相反的相位。以相同的方式，第三控制信號Q2和第二NAND電路52的輸出信號S12具有相反的相位。
第一控制信號Q1被生成為脈沖信號。在這種情況下，當信號S11具有L電平時，第一控制信號Q1具有H電平。第一NOR電路53生成L電平信號S13，并且FF電路55保持其復位狀態(tài)。第二控制信號Q2被生成為脈沖信號，在這種情況下，第一控制信號被設為L電平。第一NOR電路53生成H電平信號S13，并且FF電路55被設置。
更具體的說，F(xiàn)F電路55生成H電平非反相輸出信號Q3和L電平反相輸出信號*Q3。因此，選擇電路60根據(jù)第三AND電路63和第四AND電路64的輸出信號S23和S24生成具有與第四控制信號*Q2基本上相同的電平的第一開關控制信號DH和具有與第三控制信號Q2基本上相同的電平的第二開關控制信號DL。因此，DC-DC轉換器42基于第四和第三控制信號*Q2和Q2來執(zhí)行用于激活和關閉第一晶體管FET1和第二晶體管FET2的瞬時工作。
當FF電路55處于設置狀態(tài)時，第一控制信號Q被生成為脈沖信號。在這種狀態(tài)下，第二控制信號Q2被設置為L電平，第二NOR電路54生成H電平信號S14，并且FF電路55被復位。因此，選擇電路60根據(jù)第一AND電路61和第二AND電路62的輸出信號S21和S22生成具有與第一控制信號Q1基本上相同的電平的第一開關控制信號DH和具有與第二控制信號*Q1基本上相同的電平的第二開關控制信號DL。結果，DC-DC轉換器42基于第一和第二控制信號Q1和*Q1來執(zhí)行用于激活和關閉第一晶體管FET1和第二晶體管FET2的正常工作。
當在DC-DC轉換器42的正常工作期間充電使能信號CEN被設為L電平時，第一AND電路61和第二AND電路62分別生成L電平信號S21和S22。結果，選擇電路60生成L電平的第一和第二開關控制信號DH和DL。DC-DC轉換器42關閉第一晶體管FET1和第二晶體管FET2。更具體地說，DC-DC轉換器42響應于L電平的充電使能信號CEN而停止給二級電池BAT充電和放電。
優(yōu)選實施例的DC-DC轉換器42具有下面所述的優(yōu)點。
(1)DC-DC轉換器42檢測輸入電流Iin，將輸入電流Iin與提供輸入電流Iin的外部電源的額定電流相比較，并且根據(jù)負載41的消耗電流來控制被提供給二級電池BAT的正充電電流Ip以使得輸入電流Iin不超過額定電流。另外，當負載41要求超過額定電流的輸入電流Iin時，DC-DC轉換器42控制被從二級電池BAT提供給負載41的負充電電流Iin。當負載41的消耗電流超過外部電源的電流供給能力時，DC-DC轉換器42從二級電池BAT提供電流。結果，DC-DC轉換器42穩(wěn)定地操作負載41。
(2)DC-DC轉換器42檢測流經(jīng)電流測量電阻器RS2的二級電池BAT的充電電流，并且基于該充電電流和二級電池BAT的充電電壓Vout1來給二級電池BAT充電。DC-DC轉換器42隨后將功率經(jīng)由第一電流測量電阻器RS1提供給負載41。當被提供給負載41的電流不足時，DC-DC轉換器42還使用來自二級電池BAT的負充電電流。
因此，DC-DC轉換器42在給二級電池BAT充電和在將電流從二級電池BAT提供給負載41時工作。換言之，DC-DC轉換器42間歇地工作。因此，DC-DC轉換器42的工作時間短于圖2所示的現(xiàn)有技術的DC-DC轉換器的工作時間。結果，防止了DC-DC轉換器42的消耗功率的增大。
本領域的技術人員應當清楚本發(fā)明可以許多其他特定形式實現(xiàn)而不脫離本發(fā)明的精神或范圍。特別地，應當理解本發(fā)明可以下面的形式實現(xiàn)。
在上面的實施例中，DC-DC轉換器42可僅利用與外部電源的額定電流相對應的基準電壓來檢測輸入電流Iin。
在上面的實施例中，DC-DC轉換器可利用高于輸入電壓Vin的充電電壓來控制被提供給二級電池的充電電流。例如，圖6所示的DC-DC轉換器70利用高于被提供給負載41(參照圖3)的電壓Vout2的充電電壓來給二級電池BAT2充電和放電。第一晶體管FET1基于第一開關控制信號DH而被激活和關閉。第一晶體管FET1具有被連接到地GND的源極和被連接到第二晶體管FET2的漏極。第一晶體管FET1與第二晶體管FET2之間的節(jié)點經(jīng)由扼流線圈L1而被連接到負載41。第二晶體管FET2具有被連接到扼流線圈L1的漏極和經(jīng)由平滑電容器C1被連接到地GND的源極。第二晶體管FET2與電容器C1之間的節(jié)點經(jīng)由第二電流測量電容器RS2而被連接到二級電池BAT2。
DC-DC轉換器70激活和關閉第一晶體管FET1和第二晶體管FET2，以提高輸入電壓Vin并生成輸出電壓Vout1。DC-DC轉換器70利用輸出電壓Vout1來給二級電池BAT2充電。DC-DC轉換器70激活和關閉第一晶體管FET1和第二晶體管FET2，以降低二級電池BAT2的電壓Vout1并將被降低的電壓提供給負載41。
當負載41的消耗電流超過外部電源的額定電流時，DC-DC轉換器70從二級電池BAT2向負載41提供電流。結果，DC-DC轉換器70穩(wěn)定地操作負載41。
在上面的每一個實施例中，電子設備31可經(jīng)由諸如IEEE1394或PCMCIA這樣的其他接口而被連接到個人計算機33。另外，外部電源不限于個人計算機33，也可以是AC適配器。
在上面的每一個實施例中，晶體管FET1和FET2可以是P溝道MOS晶體管?？商鎿Q的，晶體管FET1和FET2中的一個可以是P溝道MOS晶體管，而晶體管FET1和FET2中的另一個可以是N溝道MOS晶體管。
DC-DC轉換器42和70或DC-DC轉換器42和70的控制電路可以被形成為單片半導體或諸如印刷電路板這樣的模塊。另外，DC-DC轉換器42和70明顯可以被用作電源設備。
本示例和實施例將被認為是說明性而不是限制性的，并且本發(fā)明將不限于這里所給出的細節(jié)，而是可以在所附權利要求書的范圍和等同物之內(nèi)修改。
權利要求
1.一種在電子設備(31)中使用的DC-DC轉換器，所述電子設備接收輸入電流(Iin)并且包括靠所述輸入電流和二級電池(BAT)工作的負載(41)，所述DC-DC轉換器特征在于控制電路(43)，其檢測所述輸入電流，將所述檢測到的輸入電流與預定值相比較，并且基于比較結果，控制用于給二級電池充電的正充電電流(Ip)和從所述二級電池被提供給所述負載的負充電電流(In)。
2.根據(jù)權利要求1所述的DC-DC轉換器，其特征在于所述輸入電流是通過將所述負載的消耗電流(Iout2)與所述正充電電流或所述負充電電流合成而得到的合成電流；并且所述控制電路在所述負載的消耗電流超過所述預定值時向所述負載提供來自所述二級電池的負充電電流，并且在所述負載的消耗電流小于或者等于所述預定值時向所述二級電池提供所述正充電電流。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的DC-DC轉換器，其特征還在于第一晶體管(FET1)，其被連接到所述控制電路，用于接收所述輸入電流；第二晶體管(FET2)，其被連接到所述控制電路并且與所述第一晶體管串聯(lián)；以及扼流線圈(L1)，其被連接在所述二級電池與所述第一和第二晶體管之間的節(jié)點之間；其中，所述控制電路激活和關閉所述第一和第二晶體管中的每一個，以經(jīng)由所述扼流線圈向所述二級電池提供所述正充電電流或經(jīng)由所述扼流線圈向所述負載提供來自所述二級電池的負充電電流。
4.根據(jù)權利要求3所述的DC-DC轉換器，其特征在于所述預定值是第一預定值(e1)或與所述第一預定值不同的第二預定值(e4)，所述控制電路包括第一檢測器(ERA1)，其用于檢測表示所述第一預定值(e1)的第一基準電壓與表示所述被檢測到的輸入電流的電壓(Va1)之間的差，以生成第一檢測信號(Vop1)；第二檢測器(ERA2)，其用于檢測與用于控制所述正充電電流的第二基準電壓(e2)相對應的基準電流和所述正充電電流之間的差，以生成第二檢測信號(Vop2)；第三檢測器(ERA3)，其用于檢測用于控制所述二級電池的充電電壓(Vout1)的第三基準電壓(e3)與所述充電電壓之間的差，以生成第三檢測信號(Vop3)；第四檢測器(ERA4)，其用于檢測表示所述第二預定值(e4)的第四基準電壓與表示所述被檢測到的輸入電流的信號的電壓(Va1)之間的差，以生成第四檢測信號(Vop4)；以及第五檢測器(ERA5)，其用于檢測用于控制所述DC-DC轉換器的輸出電壓(Vout2)的第五基準電壓(e5)與所述輸出電壓之間的差，以生成第五檢測信號(Vop5)。
5.根據(jù)權利要求4所述的DC-DC轉換器，其特征在于所述控制電路包括第一轉換器(101)，其被連接到所述第一檢測器、所述第二檢測器和所述第三檢測器，用于生成第一對控制信號(Q1，*Q1)，該對控制信號中的每一個具有與所述第一檢測信號、所述第二檢測信號和所述第三檢測信號之一相一致的脈寬；第二轉換器(102)，其被連接到所述第四檢測器和所述第五檢測器，用于生成第二對控制信號(Q2，*Q2)，該對控制信號中的每一個具有與所述第四檢測信號和所述第五檢測信號之一相一致的脈寬；以及開關控制電路(200)，其被連接到所述第一轉換器、所述第二轉換器、所述第一晶體管和所述第二晶體管，用于根據(jù)所述負載的消耗電流利用所述第一對控制信號和所述第二對控制信號中的任一對來激活和關閉所述第一和第二晶體管。
6.根據(jù)權利要求5所述的DC-DC轉換器，其特征在于所述開關控制電路包括狀態(tài)檢測電路(50)，其被連接到所述第一轉換器和所述第二轉換器，用于基于所述第一對控制信號和所述第二對控制信號來檢測所述DC-DC轉換器的工作狀態(tài)；以及選擇電路(60)，其被連接到所述狀態(tài)檢測電路、所述第一晶體管和所述第二晶體管，用于根據(jù)由所述狀態(tài)檢測電路檢測到的工作狀態(tài)選擇所述第一對控制信號和所述第二對控制信號中的任一對來作為被提供給所述第一和第二晶體管的一對開關控制信號(DH，DL)。
7.根據(jù)權利要求6所述的DC-DC轉換器，其特征在于所述DC-DC轉換器的工作狀態(tài)包括第一工作狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述第一對控制信號被選擇作為所述一對開關控制信號；以及第二工作狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述第二對控制信號被選擇作為所述一對開關控制信號；其中，所述選擇電路接收充電使能信號(CEN)，并且當所述DC-DC轉換器處于所述第一工作狀態(tài)下時響應于所述充電使能信號而取消對所述第一對控制信號的選擇。
8.一種用于在電子設備(31)中使用的DC-DC轉換器的控制電路(43)，所述電子設備接收輸入電流(Iin)并且包括靠所述輸入電流和二級電池(BAT)工作的負載(41)，所述控制電路特征在于電流檢測設備(AMP1)，其檢測所述輸入電流并生成電流檢測信號(Va1)，其中所述控制電路將所述電流檢測信號與預定值相比較，并且基于比較結果來控制用于給二級電池充電的正充電電流(Ip)和從所述二級電池被提供給所述負載的負充電電流(In)。
9.根據(jù)權利要求8所述的控制電路，其特征在于所述輸入電流是通過將所述負載的消耗電流(Iout2)與所述正充電電流或所述負充電電流合成而得到的合成電流；并且所述控制電路在所述負載的消耗電流超過所述預定值時向所述負載提供來自所述二級電池的負充電電流，并且在所述負載的消耗電流小于或者等于所述預定值時向所述二級電池提供所述正充電電流。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的控制電路，其特征在于所述DC-DC轉換器包括第一晶體管(FET1)，其被連接到所述控制電路，用于接收所述輸入電流；第二晶體管(FET2)，其被連接到所述控制電路并且與所述第一晶體管串聯(lián)；以及扼流線圈(L1)，其被連接在所述二級電池與所述第一和第二晶體管之間的節(jié)點之間；其中，所述控制電路激活和關閉所述第一和第二晶體管中的每一個，以經(jīng)由所述扼流線圈向所述二級電池提供所述正充電電流或經(jīng)由所述扼流線圈向所述負載提供來自所述二級電池的負充電電流。
11.根據(jù)權利要求10所述的控制電路，其特征在于所述預定值是第一預定值(e1)或與所述第一預定值不同的第二預定值(e4)，所述控制電路還包括第一檢測器(ERA1)，其用于檢測表示所述第一預定值(e1)的第一基準電壓與表示所述被檢測到的輸入電流的電壓(Va1)之間的差，以生成第一檢測信號(Vop1)；第二檢測器(ERA2)，其用于檢測與用于控制所述正充電電流的第二基準電壓(e2)相對應的基準電流和所述正充電電流之間的差，以生成第二檢測信號(Vop2)；第三檢測器(ERA3)，其用于檢測用于控制所述二級電池的充電電壓(Vout1)的第三基準電壓(e3)與所述充電電壓之間的差，以生成第三檢測信號(Vop3)；第四檢測器(ERA4)，其用于檢測表示所述第二預定值(e4)的第四基準電壓與表示所述被檢測到的輸入電流的信號的電壓(Va1)之間的差，以生成第四檢測信號(Vop4)；以及第五檢測器(ERA5)，其用于檢測用于控制所述DC-DC轉換器的輸出電壓(Vout2)的第五基準電壓(e5)與所述輸出電壓之間的差，以生成第五檢測信號(Vop5)。
12.根據(jù)權利要求11所述的控制電路，其特征還在于第一轉換器(101)，其被連接到所述第一檢測器、所述第二檢測器和所述第三檢測器，用于生成第一對控制信號(Q1，*Q1)，該對控制信號中的每一個具有與所述第一檢測信號、所述第二檢測信號和所述第三檢測信號之一相一致的脈寬；第二轉換器(102)，其被連接到所述第四檢測器和所述第五檢測器，用于生成第二對控制信號(Q2，*Q2)，該對控制信號中的每一個具有與所述第四檢測信號和所述第五檢測信號之一相一致的脈寬；以及開關控制電路(200)，其被連接到所述第一轉換器、所述第二轉換器、所述第一晶體管和所述第二晶體管，用于根據(jù)所述負載的消耗電流利用所述第一對控制信號和所述第二對控制信號中的任一對來激活和關閉所述第一和第二晶體管。
13.根據(jù)權利要求12所述的控制電路，其特征在于所述開關控制電路包括狀態(tài)檢測電路(50)，其被連接到所述第一轉換器和所述第二轉換器，用于基于所述第一對控制信號和所述第二對控制信號來檢測所述DC-DC轉換器的工作狀態(tài)；以及選擇電路(60)，其被連接到所述狀態(tài)檢測電路、所述第一晶體管和所述第二晶體管，用于根據(jù)由所述狀態(tài)檢測電路檢測到的工作狀態(tài)選擇所述第一對控制信號和所述第二對控制信號中的任一對來作為被提供給所述第一和第二晶體管的一對開關控制信號(DH，DL)。
14.根據(jù)權利要求13所述的控制電路，其特征在于所述DC-DC轉換器的工作狀態(tài)包括第一工作狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述第一對控制信號被選擇作為所述一對開關控制信號；以及第二工作狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述第二對控制信號被選擇作為所述一對開關控制信號；其中，所述選擇電路接收充電使能信號(CEN)，并且當所述DC-DC轉換器處于所述第一工作狀態(tài)下時響應于所述充電使能信號而取消對所述第一對控制信號的選擇。
15.一種用于接收輸入電流(Iin)的電子設備(31)，所述電子設備特征在于DC-DC轉換器，其從所述輸入電流生成充電電流；負載(41)，其靠所述輸入電流工作；二級電池(BAT)，其由所述充電電流充電，所述DC-DC轉換器包括控制電路(43)，其檢測所述輸入電流，將所述檢測到的輸入電流與預定值相比較，并且基于比較結果來控制用于給二級電池充電的正充電電流(Ip)和從所述二級電池被提供給所述負載的負充電電流(In)。
16.根據(jù)權利要求15所述的電子設備，其特征在于所述輸入電流是通過將所述負載的消耗電流(Iout2)與所述正充電電流或所述負充電電流合成而得到的合成電流；并且所述控制電路在所述負載的消耗電流超過所述預定值時向所述負載提供來自所述二級電池的負充電電流，并且在所述負載的消耗電流小于或者等于所述預定值時向所述二級電池提供所述正充電電流。
17.根據(jù)權利要求15或16所述的電子設備，其特征在于所述DC-DC轉換器包括第一晶體管(FET1)，其被連接到所述控制電路，用于接收所述輸入電流；第二晶體管(FET2)，其被連接到所述控制電路并且與所述第一晶體管串聯(lián)；以及扼流線圈(L1)，其被連接在所述二級電池與所述第一和第二晶體管之間的節(jié)點之間；其中，所述控制電路激活和關閉所述第一和第二晶體管中的每一個，以經(jīng)由所述扼流線圈向所述二級電池提供所述正充電電流或經(jīng)由所述扼流線圈向所述負載提供來自所述二級電池的負充電電流。
18.根據(jù)權利要求17所述的電子設備，其特征在于所述預定值是第一預定值(e1)或與所述第一預定值不同的第二預定值(e4)，所述控制電路還包括第一檢測器(ERA1)，其用于檢測表示所述第一預定值(e1)的第一基準電壓與表示所述被檢測到的輸入電流的電壓(Va1)之間的差，以生成第一檢測信號(Vop1)；第二檢測器(ERA2)，其用于檢測與用于控制所述正充電電流的第二基準電壓(e2)相對應的基準電流和所述正充電電流之間的差，以生成第二檢測信號(Vop2)；第三檢測器(ERA3)，其用于檢測用于控制所述二級電池的充電電壓(Vout1)的第三基準電壓(e3)與所述充電電壓之間的差，以生成第三檢測信號(Vop3)；第四檢測器(ERA4)，其用于檢測表示所述第二預定值(e4)的第四基準電壓與表示所述被檢測到的輸入電流的信號的電壓(Va1)之間的差，以生成第四檢測信號(Vop4)；以及第五檢測器(ERA5)，其用于檢測用于控制所述DC-DC轉換器的輸出電壓(Vout2)的第五基準電壓(e5)與所述輸出電壓之間的差，以生成第五檢測信號(Vop5)。
19.根據(jù)權利要求18所述的電子設備，其特征在于所述控制電路包括第一轉換器(101)，其被連接到所述第一檢測器、所述第二檢測器和所述第三檢測器，用于生成第一對控制信號(Q1，*Q1)，該對控制信號中的每一個具有與所述第一檢測信號、所述第二檢測信號和所述第三檢測信號之一相一致的脈寬；第二轉換器(102)，其被連接到所述第四檢測器和所述第五檢測器，用于生成第二對控制信號(Q2，*Q2)，該對控制信號中的每一個具有與所述第四檢測信號和所述第五檢測信號之一相一致的脈寬；以及開關控制電路(200)，其被連接到所述第一轉換器、所述第二轉換器、所述第一晶體管和所述第二晶體管，用于根據(jù)所述負載的消耗電流利用所述第一對控制信號和所述第二對控制信號中的任一對來激活和關閉所述第一和第二晶體管。
20.根據(jù)權利要求19所述的電子設備，其特征在于所述開關控制電路包括狀態(tài)檢測電路(50)，其被連接到所述第一轉換器和所述第二轉換器，用于基于所述第一對控制信號和所述第二對控制信號來檢測所述DC-DC轉換器的工作狀態(tài)；以及選擇電路(60)，其被連接到所述狀態(tài)檢測電路、所述第一晶體管和所述第二晶體管，用于根據(jù)由所述狀態(tài)檢測電路檢測到的工作狀態(tài)選擇所述第一對控制信號和所述第二對控制信號中的任一對來作為被提供給所述第一和第二晶體管的一對開關控制信號(DH，DL)。
21.根據(jù)權利要求20所述的電子設備，其特征在于所述DC-DC轉換器的工作狀態(tài)包括第一工作狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述第一對控制信號被選擇作為所述一對開關控制信號；以及第二工作狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述第二對控制信號被選擇作為所述一對開關控制信號；其中，所述選擇電路接收充電使能信號(CEN)，并且當所述DC-DC轉換器處于所述第一工作狀態(tài)下時響應于所述充電使能信號而取消對所述第一對控制信號的選擇。
22.一種用于控制在電子設備(31)中使用的DC-DC轉換器的方法(43)，所述電子設備接收輸入電流(Iin)并且包括靠所述輸入電流和二級電池(BAT)工作的負載(41)，所述方法特征在于檢測所述輸入電流以生成電流檢測信號(Va1)；將所述電流檢測信號與預定值相比較，以生成指示比較結果的信號；以及基于所述指示比較結果的信號來控制用于給二級電池充電的正充電電流(Ip)和從所述二級電池被提供給所述負載的負充電電流(In)。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法，其特征在于所述輸入電流是通過將所述負載的消耗電流(Iout2)與所述正充電電流或所述負充電電流合成而得到的合成電流；以及所述控制包括在所述負載的消耗電流超過所述預定值時向所述負載提供來自所述二級電池的負充電電流，并且在所述負載的消耗電流小于或者等于所述預定值時向所述二級電池提供所述正充電電流。
24.根據(jù)權利要求22或23所述的方法，其特征在于所述DC-DC轉換器包括第一晶體管(FET1)，其被連接到所述控制電路，用于接收所述輸入電流；第二晶體管(FET2)，其被連接到所述控制電路并且與所述第一晶體管串聯(lián)；以及扼流線圈(L1)，被連接在所述二級電池與所述第一和第二晶體管之間的節(jié)點之間；并且所述控制包括激活和關閉所述第一和第二晶體管中的每一個，以經(jīng)由所述扼流線圈向所述二級電池提供所述正充電電流；以及激活和關閉所述第一和第二晶體管中的每一個，以經(jīng)由所述扼流線圈向所述負載提供來自所述二級電池的負充電電流。
25.根據(jù)權利要求24所述的方法，其特征在于所述預定值是第一預定值(e1)或與所述第一預定值不同的第二預定值(e4)；所述比較包括檢測表示所述第一預定值(e1)的第一基準電壓與表示所述被檢測到的輸入電流的電壓(Va1)之間的差，以生成第一檢測信號(Vop1)；以及檢測表示所述第二預定值(e4)的第四基準電壓與表示所述被檢測到的輸入電流的信號的電壓(Va1)之間的差，以生成第四檢測信號(Vop4)；所述控制包括檢測與用于控制所述正充電電流的第二基準電壓(e2)相對應的基準電流和所述正充電電流之間的差，以生成第二檢測信號(Vop2)；檢測用于控制所述二級電池的充電電壓(Vout1)的第三基準電壓(e3)與所述充電電壓之間的差，以生成第三檢測信號(Vop3)；以及檢測用于控制所述DC-DC轉換器的輸出電壓(Vout2)的第五基準電壓(e5)與所述輸出電壓之間的差，以生成第五檢測信號(Vop5)。
26.根據(jù)權利要求25所述的方法，其特征在于所述控制包括生成第一對控制信號(Q1，*Q1)，該對控制信號中的每一個具有與所述第一檢測信號、所述第二檢測信號和所述第三檢測信號之一相一致的脈寬；生成第二對控制信號(Q2，*Q2)，該對控制信號中的每一個具有與所述第四檢測信號和所述第五檢測信號之一相一致的脈寬；以及根據(jù)所述負載的消耗電流利用所述第一對控制信號和所述第二對控制信號中的任一對來激活和關閉所述第一和第二晶體管。
27.根據(jù)權利要求26所述的方法，其特征在于所述激活和關閉所述第一和第二晶體管包括基于所述第一對控制信號和所述第二對控制信號來檢測所述DC-DC轉換器的工作狀態(tài)；以及根據(jù)由所述狀態(tài)檢測電路檢測到的工作狀態(tài)選擇所述第一對控制信號和所述第二對控制信號中的任一對來作為被提供給所述第一和第二晶體管的一對開關控制信號(DH，DL)。
28.根據(jù)權利要求27所述的方法，其特征在于所述DC-DC轉換器的工作狀態(tài)包括第一工作狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述第一對控制信號被選擇作為所述一對開關控制信號；以及第二工作狀態(tài)，在此狀態(tài)下所述第二對控制信號被選擇作為所述一對開關控制信號；其中，所述DC-DC轉換器接收充電使能信號(CEN)，并且所述選擇包括在所述DC-DC轉換器處于所述第一工作狀態(tài)下時響應于所述充電使能信號而取消對所述第一對控制信號的選擇。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于生成穩(wěn)定輸出電壓并適用于瞬時負載波動的DC－DC轉換器。該DC－DC轉換器檢測輸入電流，并且將輸入電流與外部電源的額定電流相比較。DC－DC轉換器根據(jù)負載的消耗電流控制被提供給二級電池的正充電電流，以使得輸入電流不超過額定電流。當負載要求超過額定電流的輸入電流時，DC－DC轉換器還控制被從二級電池提供到負載的負充電電流。
文檔編號H02M3/04GK101043151SQ20061015419
公開日2007年9月26日 申請日期2006年9月18日 優(yōu)先權日2006年3月20日
發(fā)明者小澤秀清, 松本敬史, 吉野孝博 申請人:富士通株式會社