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多電平電源級的控制的制作方法

文檔序號:7327990閱讀:131來源:國知局
專利名稱:多電平電源級的控制的制作方法
技術領域
本發(fā)明涉及用于從單個電壓源提供多個電源電壓的有效電源管理方法和裝置。
背景技術
在新式的第四代無線電話解決方案中,期望電源管理集成電路(PMIC)將會生成用于向包括諸如數(shù)字核心、輸入/輸出、模擬電路和電源放大級在內(nèi)的多個單元供電的一組具有不同值的電壓。這些單元將會具有不同的電壓需求。將需要從單個鋰電池中生成這些電壓,而鋰電池的端電壓值通常為2. 6V至5. 5V。為了滿足這種需要,通常提供如圖1所示的所謂的H橋降壓升壓拓撲結構。參考圖1,其中示出了電壓發(fā)生級100。電壓源110(通常是電池)在線112上提供輸入電壓。開關控制元件包括由開關102和103形成的降壓部分104以及由開關105和 106形成的升壓部分109。電容器107是電容存儲元件,并且電感器108是電感存儲元件。 電壓源110具有示例性的2. 5V電壓源。電源級100必須在降壓模式和升壓模式之間切換以控制線114上的輸出電壓。在升壓模式中,電壓源110(通常是電池)在輸出端114處的值低于所期望的電壓值。在降壓模式中,電壓源Iio在輸出端114處的值高于所期望的電壓值。圖1中例示的拓撲結構所具有的問題在于,針對要生成的每一個電壓,必須使用單獨的電壓發(fā)生級100。S卩,電壓發(fā)生級專門用于生成一個電壓,當需要η個電壓時,需要η 個電壓發(fā)生級100。因此,針對每一個需要的電壓,必須復制圖1中的整個電路。這會導致大量的降壓升壓電路,尤其是相關的電感器的激增。這會增加成本、占用空間并產(chǎn)生干擾。為了解決這些問題,已經(jīng)在現(xiàn)有技術中提出了改進電壓管理IC的方法。這些方法包括提供芯片上的電感器;切換電容器解決方案;以及多繞組變壓器。最近,在2008年5月15日遞交的英國專利申請No. 0808873. 4 (Nujira有限公司)中提出了提供一種電壓發(fā)生裝置,該電壓發(fā)生裝置包括電壓源;電感器,其中,該電感器的第一端子可切換地連接至電壓源;以及多個電容器,它們可切換地連接至電感器的第二端子,其中,在多個電容器上形成了相應的多個電壓。因此,利用單個電感器、一組降壓開關、一組升壓開關以及η個電容器,可以生成η個電源電壓。本發(fā)明的目的在于提供一種改進的電源管理結構,其用于向這樣的結構提供多個電壓電平。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明,提供了一種電壓發(fā)生裝置,該電壓發(fā)生裝置包括電壓源;電感器, 其中,所述電感器的第一端子可切換地連接至所述電壓源;以及多個電容器,它們可切換地連接至所述電感器的第二端子,其中,在所述多個電容器上形成有相應的多個輸出電壓,該電壓發(fā)生裝置還包括誤差確定單元,其用于檢測所述多個電壓中的每一個的誤差;以及控制單元,其用于根據(jù)所確定的誤差將所述多個電容器中一個可切換地連接至所述電感器
5的所述第二端子。所述控制單元能夠可切換地連接與所述多個輸出電壓中相對于平均誤差具有最大負偏差的一個輸出電壓相關聯(lián)的電容器。所述電壓發(fā)生裝置還可以包括誤差確定單元,該誤差確定單元用于確定在各個電容器上形成的所述輸出電壓的誤差偏差。所述控制單元能夠保證在任一時刻都僅有所述多個電容器中的一個電容器連接到所述電感器的所述第二端子。所述控制單元可以包括邏輯單元,該邏輯單元針對開關陣列生成用于將所述多個電容器中的每一個可切換地連接至所述電感器的所述第二端子的多個控制信號,其中,如果所述控制信號中的超過一個控制信號被設置,則針對與最低輸出電壓相關聯(lián)的開關的控制信號被傳送到所述開關陣列。所述電壓發(fā)生裝置還可以包括檢測單元,該檢測單元用于檢測一可切換連接的電容器是否已達到最大電壓并響應于檢測到所述最大電壓而斷開該電容器。所述電壓發(fā)生裝置還可以包括監(jiān)測單元,該監(jiān)測單元用于監(jiān)測所有未可切換連接的電容器,其中,在檢測到與任一電容器相關聯(lián)的電壓下降到最小允許誤差偏差以下時,就可切換地連接該電容器。一種降壓升壓轉換器,該降壓升壓轉換器可以包括根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的電壓發(fā)生裝置,并且該降壓升壓轉換器還可以包括控制單元,該控制單元能夠根據(jù)在所述多個電容器上形成的多個輸出電壓的平均誤差來控制所述轉換器在降壓操作和升壓操作之間切換。在本發(fā)明的另一個方面中,提供了一種降壓升壓轉換器,該降壓升壓轉換器包括 電壓源;電感器,其中,所述電感器的第一端子可切換地連接至所述電壓源;以及多個電容器,它們可切換地連接至所述電感器的第二端子,其中,在所述多個電容器上形成有相應的多個輸出電壓,該降壓升壓轉換器還包括誤差確定單元,其用于確定所述多個電壓中的每一個的誤差;內(nèi)部控制回路,其能夠根據(jù)所確定的誤差將所述多個電容器中的一個電容器可切換地連接至所述電感器的所述第二端子;以及外部控制回路,其能夠根據(jù)所確定的誤差來控制在降壓操作和升壓操作之間進行切換。所述誤差確定單元可以確定所述多個輸出電壓中的每一個的誤差偏差以及所述多個輸出電壓的平均誤差,其中,所述內(nèi)部控制回路能夠根據(jù)所述多個誤差偏差進行操作, 并且所述外部控制回路能夠根據(jù)所述平均誤差進行操作。所述內(nèi)部控制回路可適于連接所述多個電容器中的與具有最大誤差偏差的輸出電壓相關聯(lián)的一個電容器。所述降壓升壓轉換器還可以包括檢測單元,該檢測單元用于檢測一可切換地連接的電容器是否已達到最大電壓并響應于檢測到最大電壓而斷開該電容器。所述降壓升壓轉換器還可以包括監(jiān)測單元,該監(jiān)測單元用于監(jiān)測所有未可切換連接的電容器,并且該監(jiān)測單元適于在檢測到與任一電容器相關的電壓下降到最小允許誤差偏差以下時可切換地連接該電容器。在本發(fā)明的另一個方面中,提供了一種用于控制電壓發(fā)生裝置的方法,所述電壓發(fā)生裝置包括電壓源;電感器,其中,所述電感器的第一端子可切換地連接至所述電壓源;以及多個電容器,它們可切換地連接至所述電感器的第二端子,其中,在所述多個電容器上形成有相應的多個輸出電壓,該方法包括確定所述多個電壓中的每一個的誤差;以及根據(jù)確定的誤差,將所述多個電容器中的一個電容器可切換地連接至所述電感器的所述
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弟一兄而子°所述可切換連接步驟可適于可切換地連接與所述多個輸出電壓中具有最大負值誤差偏差的一個電壓相關聯(lián)的電容器。該方法還可以包括確定在各個電容器上形成的所述輸出電壓的誤差偏差。該方法還可以包括確保在任一時刻都僅有所述多個電容器中的一個電容器連接到所述電感器的所述第二端子。該方法還可以包括針對開關陣列生成用于將所述多個電容器中的每一個可切換地連接至所述電感器的所述第二端子的多個控制信號,其中,如果所述控制信號中的超過一個控制信號被色孩子,則針對與最低輸出電壓相關聯(lián)的開關的控制信號被傳送到所述開關陣列。該方法還可以包括檢測一可切換連接的電容器是否已達到最大電壓,并且響應于檢測到最大電壓而斷開該電容器。該方法還可以包括監(jiān)測所有未可切換連接的電容器,并且在檢測到與任一電容器相關聯(lián)的電壓下降到最小允許誤差偏差以下時就可切換地連接該電容器。該方法可以控制降壓升壓轉換器,并且可以包括控制電壓發(fā)生電路的步驟,并且該方法還包括根據(jù)在所述多個電容器上形成的所述多個輸出電壓的平均誤差,控制所述轉換器在降壓操作和升壓操作之間進行切換。在本發(fā)明的另一個方面中,提供了一種控制降壓升壓轉換器的方法,所述降壓升壓轉換器包括電壓源;電感器,其中,所述電感器的第一端子可切換地連接至所述電壓源;以及多個電容器,它們可切換地連接至所述電感器的第二端子,其中,在所述多個電容器上形成有相應的多個輸出電壓,該方法還包括檢測所述多個電壓中的每一個電壓的誤差;在內(nèi)部控制回路的控制下,根據(jù)所確定的誤差將所述多個電容器中的一個電容器可切換地連接至所述電感器的所述第二端子;以及在外部控制回路的控制下,根據(jù)所確定的誤差在降壓模式和升壓模式之間進行切換。該方法還可以包括確定所述多個輸出電壓中的每一個電壓的誤差偏差以及所述多個輸出電壓的平均誤差;以及根據(jù)所述多個誤差偏差來操作所述內(nèi)部控制回路,并且根據(jù)所述平均誤差來操作所述外部控制回路。所述內(nèi)部控制回路可以適于連接所述多個電容器中的與具有最大誤差偏差的輸出電壓相關聯(lián)的一個電容器。該方法還可以包括檢測一可切換地連接的電容器是否已達到最大電壓,并響應于檢測到最大單元而斷開該電容器。該方法還可以包括監(jiān)測所有未可切換連接的電容器,并且在檢測到與任一電容器相關聯(lián)的電壓下降到最小允許誤差偏差以下時就可切換地連接該電容器。


現(xiàn)在將參考附圖對本發(fā)明進行說明,其中
圖1例示了在現(xiàn)有技術中已知的降壓升壓轉換器;圖2例示了根據(jù)本發(fā)明實施方式的可控的降壓升壓轉換器;圖3例示了用于圖2中的降壓升壓轉換器的示例性控制架構;圖4例示了圖3中的誤差確定單元的示例性實現(xiàn);圖5例示了圖3中的多變量控制單元的示例性實現(xiàn);圖6例示了圖3中的最大斷路電平檢測器單元的示例性實現(xiàn);圖7例示了圖3中的最小斷路電平檢測器單元的示例性實現(xiàn);圖8例示了圖5中的可變多變量控制單元的最小誤差偏差檢測器單元的示例性實現(xiàn);以及圖9例示了圖2中降壓升壓轉換器的輸出開關陣列。
具體實施例方式現(xiàn)在參考示例性實施方式以示例的方式來描述本發(fā)明。本領域技術人員將會理解,為了易于理解本發(fā)明而描述了實施方式,并且本發(fā)明并不限于所描述的任何實施方式的細節(jié)。本發(fā)明的范圍由所附權利要求限定。在以下說明中,在不同的附圖中使用相同的附圖標記,這些附圖標記表示一幅圖中與另一幅圖中的元件相對應的元件。參考圖2,這里例示了要進行控制的示例性電壓電源級。該電壓電源級提供了與單個電感器結合起來的開關和電容器的組件,以從單個電壓源生成多個電源電壓。參考圖2,該電源級包括具有開關102和103的降壓開關級104以及升壓開關級 209。升壓開關級包括開關106和開關陣列201。提供了圖1中的電感器108。圖1中的電容器107大體上被ρ個電容器代替。在示出的例子中,ρ = 3,并且該多個電容器由附圖標記20 至20 表示。開關陣列201在其輸入端處將線116上的信號連接到由附圖標記 2041至2043表示的三條輸出線中的一條。一般而言,存在ρ條輸出線。電容器20 至20 中的每一個均被連接在位于第一端子的輸出線201至2043中的相應一條輸出線和位于第二端子處的接地之間,接地連接提供在線203上。三個開關102、103、106以及電感器108對應于圖1中的傳統(tǒng)降壓升壓結構的開關。開關102將電壓源(電池110)選擇性地連接到電感器108的第一端子。開關103將電感器108的第一端子選擇性地接地。開關106將電感器108的第二端子選擇性地接地。如上所述,開關陣列201代替了圖1中的開關105。在任一時刻,開關陣列201均被控制為將電容器20 至20 中的一個電容器的第一端子連接至在線116上的電感器108 的第二端子。不管連接了電容器20 至20 中的哪一個電容器,電感器108的電感都使得電流可以流過。當開關201從電源斷開時,相關的電源電容器將允許電流流入連接至相應輸出線201至2043的相應負載(未顯示)。電容器20 至20 中的任一個電容器連接至電感器108的時間越長,相應的輸出電壓線201至2043上的相應電源電壓就會上升得越高。因此,提供了調(diào)整線201至2043 上的各個單獨電源的范圍。實際上,可以在對電感器電流進行采樣后在PWM循環(huán)開始時做出關于該循環(huán)是降壓循環(huán)還是升壓循環(huán)的判定。如果采樣的電感器電流大于目標電流(通過電壓控制設置), 則該循環(huán)被設置為降壓循環(huán)。如果采樣的電感器電流小于目標電流,則該循環(huán)成為升壓循環(huán)。本領域技術人員應熟知這些原理和示例性技術,以確定啟用降壓循環(huán)或升壓循環(huán)。這里所描述的示例性技術用于在循環(huán)開始時確定升壓模式或降壓模式,但是本領域技術人員應帶理解的是,可以采用其他技術。在升壓模式中,每個PWM循環(huán)都以預充電操作開始。在預充電操作中,開關陣列中的所有開關都是打開的,而開關106是閉合的。預充電周期的長度取決于實現(xiàn)方式。預充電周期的功能在于對電感器108進行預充電。一旦預充電周期完成,則對于余下的PWM升壓循環(huán)來說,將根據(jù)下面將要描述的本發(fā)明的示例性結構來控制開關201。在預充電周期之后,針對該PWM升壓循環(huán)的余下部分,開關106都是打開的。在升壓模式下的整個PWM循環(huán)中,開關102—直‘接通’,而開關103則一直‘斷開’的。因此,降壓開關104被連接,使得電池110在升壓循環(huán)期間連接至電感器108的第一端子。在降壓模式下的整個PWM循環(huán)中,開關106 —直是打開的。如同在升壓模式(在預充電之后)那樣,根據(jù)開關陣列201的切換來控制開關102和103。還應當注意的是,圖2中的各電容器均連接在輸出線(或輸出電壓)與接地之間的結構是示例性的。另選地,例如,各電容器可以連接在高電壓電平與低電壓電平之間。在一個結構中,各電容器可以連接在高電壓電平與相鄰的低電壓電平之間,其中一個電容器連接在最低的電壓電平與接地之間。因此,參考圖2,另選地,電容器20 可以連接在線2043與2042之間;電容器2022 可以連接在線2042與201之間;電容器20 可以連接在線201與電接地之間。參考圖3,示出了用于生成多電平電源的整個控制架構300。該控制架構300包括誤差確定單元302、多變量控制單元304、最大斷路電平檢測器單元600、最小斷路電平控制單元700、PWM控制器306、降壓開關控制器單元308和升壓開關控制器單元310。誤差確定單元302、多變量控制單元304、最大斷路電平控制單元600和最小斷路電平控制單元700合起來為降壓升壓轉換器提供了示例性的內(nèi)部控制回路或第一控制回路。PWM控制器306為降壓升壓轉換器提供了示例性的外部控制回路或第二控制回路??刂萍軜?00的外部控制回路在本質上提供了與用于確定是執(zhí)行降壓模式還是升壓模式和用于控制電感器電流的傳統(tǒng)的降壓升壓控制器相同的整體功能。在所述的實施方式中,使用來自誤差確定單元302的平均誤差(Emean)反饋來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的降壓升壓結構的用于確定降壓模式或升壓模式的電壓誤差反饋,下面將進一步討論該平均誤差反饋的產(chǎn)生。PWM控制器使用該平均誤差來確定是進入降壓模式還是升壓模式。在已知的產(chǎn)生單個輸出電壓的降壓升壓轉換器中,控制功能根據(jù)電壓誤差反饋來選擇降壓操作或升壓操作,以迫使這個電壓誤差趨向零。在現(xiàn)有技術的多電壓結構中,提供了多個降壓升壓轉換器,每一個降壓升壓轉換器都具有其自己的基于電壓誤差反饋的控制功能。但是,在圖2和3中示出的結構中,由于存在多個輸出電壓,因此不能使用這種用來確定降壓模式或升壓模式的現(xiàn)有技術。在η電平電源的情況下,存在η個輸出電壓,這將需要滿足將這些輸出電壓的電壓誤差調(diào)整為趨向于零的要求。誤差確定單元302確保將η個輸出電壓的η個輸出電壓誤差在每個輸出電壓節(jié)點
9處減少到單個非同一的值。這是通過確定平均誤差并且確保輸出電容器上的電壓迫使這個平均誤差電壓趨向于零而實現(xiàn)的。理論上,對于能夠容納的輸出電壓的數(shù)量沒有限制。如上所述,外部控制回路也用于控制電感器電流。在沒有這種控制的情況下,如果電池電壓很高并且降壓升壓轉換器一直處于降壓模式,則沒有辦法來控制平均誤差,并且所有的輸出電壓將會同時向上偏移。為了避免這種現(xiàn)象,外部控制回路通過改變降壓放電或升壓預充電的持續(xù)時間來控制電感器電流。參見圖4,例示了圖3中的誤差確定單元302的實現(xiàn),該誤差確定單元302用于從實際的電源干線(powr rail)電壓中導出誤差電壓并用于導出平均誤差。如上所述,為清楚起見,所示出的和描述的示例性結構例示了三個電源電平和三條電源干線,但是相同的控制方案大體上可以應用于任何數(shù)量η。輸出線204^204和2043上的三個電壓V:、V2和V3被施加于三個減法單元402” 4022和40 的相應的第一輸入。各個減法單元40^、4022和40 的第二輸入分別是從相應的基準源^IiJOI2和4013中局部導出的基準電壓。相應的基準電壓被表示為VtofJ2ref 和V3ref。這些基準源優(yōu)選地從精確的帶隙基準中得到。從輸出線204^204和2043上的實際輸出電壓V1、V2和V3中減去參考電壓Vlref、 V2ref和V3ref,以產(chǎn)生誤差電壓vlCTra、V2error和V3CTra。這些誤差電壓表示各電壓電平的絕對誤差。電壓VlOT 、V2OT 和Vtora被轉換為平均誤差值和多個誤差偏差值。平均誤差表示誤差電壓VlCTra、V2error和V3ctm的平均值。多個誤差偏差值表示各個誤差電壓VlOT。r、V2error 和V3ctm與平均誤差的偏差值。通過將誤差電壓VlOT 、V2error和Vtora施加于求平均值單元420,得到了平均值。 求平均值單元420例如可以由一組電阻器403i、4032和40 來提供。將該組電阻器連接為使得各個電阻器403i、4032和40 的第一端子均連接至輸出線204^204和2043中相應的一條輸出線。各個電阻器403i、4032和40 的第二端子連接至公共節(jié)點,電阻器40 的第一端子連接到該公共節(jié)點。電阻器40 的第二端子接地。平均誤差被表示為Em_,其形成在該公共節(jié)點上。誤差電壓Vle 、V2e·和V3emff被分別施加于更多的減法單元404^404和4043作為第一輸入,以從平均誤差Enrean中減去這些誤差電壓。平均誤差Enrean被提供給更多的減法單元404^404和4043中的每一個作為第二輸入。減法單元404^404和4043提供與相應的輸出電壓義、V2和V3關聯(lián)的相應誤差偏差值Ep E2和E3。這些誤差偏差值Ep E2和&形成了對多變量控制單元304的輸入。參考圖5,例示了該多變量控制單元304的實現(xiàn)。多變量控制單元304包括最小電平檢測器501 ;三個鎖存器502^5022和5023 ;或(OR)門505 ;一對與(AND)門503a和 503b ;以及三個輸出與(AND)門504”5042禾口 5043?!愣?,鎖存器502的數(shù)量和輸出與門504的數(shù)量對應于輸出的電壓的數(shù)量,故而在理論上可以提供η個鎖存器和η個輸出與門。每一個輸出與門都具有控制開關陣列 201的一個開關的輸出?,F(xiàn)在對多變量控制單元304的操作進行進一步描述。輸入誤差偏差值E1A2和&作為輸入被施加于最小電平檢測器501。最小電平檢測器501輸出三個數(shù)字標記信號M1J2和M3,這些數(shù)字標記信號分別對應于輸入誤差偏差值ΕρΕ2*&。最小電平檢測器檢測具有最大負值(即,具有最大誤差(最不接近零))的誤差偏差值。接著,最小電平檢測器501設置與具有最大負值誤差的誤差偏差值相關聯(lián)的標記,不設置其他標記。標記信號Μ” M2和M3用于控制鎖存器502的狀態(tài)機,鎖存器502依次地控制在任一時刻開關201中的哪一個開關可操作。每個鎖存器都具有數(shù)據(jù)輸入(D)、鎖存器使能輸入(LE)、設置輸入(SET)、復位輸入(舊)、輸出(Q)和反相輸出(Q )。鎖存器50&、5022和50 的每一個數(shù)據(jù)輸入都被連接以接收相應的標記Mp M2和M3。鎖存器50^、5022和50 的每一個鎖存器使能輸入都被連接以接收線510上的鎖存器使能信號LE。鎖存器50^、5022和50 的每一個設置輸入都被連接以接收線512^51 和51 上的相應設置輸入SET1、SET2和SET3。第三鎖存器50 的復位輸入未被連接。第二鎖存器50 的復位輸入連接至線51 上的設置信號SET3。第一鎖存器50 的復位輸入連接至或門505的輸出,該或門505接收線51 上的設置信號 SET3和線51 上的設置信號SET2作為輸入。第一鎖存器50 的輸出形成了與門501的第一輸入。第二鎖存器50 的輸出形成了與門503a的第一輸入。第三鎖存器50 的輸出形成了與門504b的第一輸入。第一鎖存器50 的反相輸出形成了與門503a的第二輸入和與門50 的第二輸入。第二鎖存器50 的反相輸出形成了與門50 的第三輸入。第三鎖存器50 的反相輸出未被連接。與門503a和50 中的每一個的輸出形成了與門5042和 5043的第一輸入。線514上的升壓預充電控制信號形成了與門504^504和5043中的每一個的第二輸入。如上所述,多變量控制單元304接收誤差偏差值Ep E2和& ;鎖存器使能輸入LE ; 設置輸入SET1、SET2、SET3 ;以及升壓預充電輸入作為輸入。多變量控制單元304生成控制信號以控制開關陣列201的開關,這些信號在圖5中被表示為SW1、SW2、SW3。一般而言,寄存器502鎖存標記M的值。與門503工作以保證在任何時間都僅向開關傳送一個被鎖存的輸出。與門504使得開關控制在升壓預充電周期中不能使用鎖存器的輸出。因此不論任何鎖存器的輸入如何,當升壓預充電周期正在進行時,線514上的信號被設置為保證所有的輸出與門504的輸出均為低電平,并且開關陣列201的所有輸出開關均是打開的。當沒有激活升壓預充電操作時,輸出與門504僅將它們的其他輸入端處的信號傳送到它們的輸出端。與門503提供了互鎖機制以保證在任何時刻,即使鎖存器502中超過一個鎖存器的數(shù)據(jù)輸出為高電平時,開關陣列201中也僅有一個開關是可操作的。如果超過一個鎖存器502為高電平,則優(yōu)選地,僅高電平的鎖存器中電平值最小的鎖存器對應的開關可操作的,而較高的電平從輸出斷開。從圖5中可以看出,用于控制輸出陣列中的相應開關(在本示例中為三個開關)中的每一個開關的輸出信號是由三個相應的鎖存器的數(shù)據(jù)輸出來提供的。電平值最小的鎖存器502i的輸出被直接傳送到輸出與門504”因此當該輸出為高電平時,相應的開關將總是被啟用(假設沒有進行升壓預充電)。其他鎖存器的數(shù)據(jù)輸出經(jīng)由與門503傳送到它們相應的輸出與門504,這保證在特定鎖存器的輸出被設置為高電平的情況下,如果任一電平值較小的鎖存器的輸出同樣被設置為高電平,則該特定鎖存器的輸出不會被傳送到與它相關的輸出與門。
在啟動時,當通過線510上的控制信號LE啟用鎖存器時,設置與最小(最大負值) 誤差偏差值相關聯(lián)的標記M并將該標記鎖存到相應的鎖存器502中。由于僅設置了一個標記,因此僅一個鎖存器中鎖存有高電平值,并且因此僅一個鎖存器的數(shù)據(jù)輸出被設置為高電平。對與最大負值誤差偏差值相關聯(lián)的標記的設置和鎖存保證了具有最大負值誤差偏差值的輸出電容器202由開關式電感器108進行充電。電容器被持續(xù)充電,結果,誤差偏差值變小并在理想情況下會隨著電源輸出電壓的上升而改變符號。任一電容器的充電過程均由最大伏特斷路電路600監(jiān)控并適當?shù)亟K止,在圖6中詳細例示了該最大伏特斷路電路600的示例性的實現(xiàn)。誤差偏差值E”E2和&被施加于比較器6(^、6022、604作為相應的第一輸入。這些比較器的第二輸入由公共基準信號提供。各個比較器進行操作以檢測是否已經(jīng)超過由公共基準信號設置的斷路電壓。各比較器60&、 6022、6023的輸出被提供給相應的與門601^6012*6013的相應第一輸入。各與門的第二輸入由多變量控制單元304的相應開關輸出SW1、Sff2, SW3(來自與門504)提供。這就保證了在相應的與門601的輸出端處僅傳送與當前正在充電的電容器相關聯(lián)的比較器輸出, 即,僅啟用與門601中的一個與門。與門eoipeoipeou的輸出被提供給或門302作為輸入,而或門302的輸出在線510上生成鎖存器使能信號LE。因此,一旦針對當前正在充電的電容器的比較器操作指示已經(jīng)達到閾值,則停止該電容器的充電并且所生成的鎖存器使能信號LE鎖存在標記M中,使得具有當前最高誤差偏差值的下一個電容器被充電。與用于檢測最大電壓斷路的斷路電壓相關聯(lián)地用于輸入到比較器602的閾值根據(jù)實現(xiàn)方式而定。在充電過程中,輸出電容器202中的一個電容器上的電壓可能會下降到最小允許誤差偏差值限度以下,即,誤差偏差值可能會變得太大以致于超出閾值。如果這種情況發(fā)生,則優(yōu)選地需要迅速對該電容器充電。這由如圖7詳細例示的最小電壓斷路電路700進行控制。在最小電壓斷路電路700中,誤差偏差值E1、E2、&被施加于比較器70 、70 、7023 作為相應的第一輸入。各比較器702的第二輸入由包含閾值信號的公共基準信號提供。比較器702^702^7023的輸出分別在線51&、5122、51&上生成相應的設置信號SETU SET2、 SET3。當負偏差值小于由該閾值所定義的最小電平斷路時,比較器702^02^0 中的任一個斷路,并且關聯(lián)的設置信號被傳送至相應的鎖存器。因此,當檢測到過大的負偏差值錯誤時,設置相應的鎖存器并且將該值以上的所有其他鎖存器復位。不需要將電平較低的鎖存器復位,這是由于這些鎖存器被互鎖邏輯所忽略。圖5中的邏輯門505允許在設置了指定鎖存器時將其他必要的鎖存器復位。設置50 會復位50 和50&。設置50 會復位50&。與用于檢測最小電壓斷路的斷路電壓相關聯(lián)的用于輸入到比較器702的閾值根據(jù)實現(xiàn)方式而定。圖8示出了圖5中的最小電平檢測器501的示例性實現(xiàn)。多個晶體管80&、8022、 80 連接起來以在它們的基極引出端處接收反相誤差偏差值-Ep -E2, -E30晶體管80&、 8022、80&中的每一個晶體管的發(fā)射極端子連接到公共點上。電流源803連接在該公共點與接地之間。晶體管8(^、8022、804的集電極端子連接到多個相應的晶體管806^806^80 的集電極端子。該多個晶體管806^806^80 的基極引出端子連接至以REF表示的基準電壓。該多個晶體管806^806^80 的發(fā)射極端子與載有電源電壓Vcc的電源干線相連。晶體管對(806^802),(804,80 )和(80~、8023)中的每一對的公共集電極連接都連接到相應的放大器組804^804^804的相應輸入端。另外,還提供了晶體管810,其具有連接至電源干線的發(fā)射極端子、連接至晶體管80 基極的基極端子、以及連接到其基極端子和電流源的第一端子的集電極端子,電流源的另一個端子接地。圖8中的誤差偏差值的極性與之前的附圖相比是相反的,因此最小電壓變成了最大電壓。這意味著電流源803被弓I導流過對施加于其基極的最大電壓加偏壓的晶體管802。 這將會降低晶體管802的相應輸出并激活相應的邏輯緩沖器804。晶體管810充當負載。雖然圖7中的示例性的實現(xiàn)示出了 BJT晶體管,但是可以替換成其他技術中的等效功能單元。圖9示出了由多變量控制單元304生成的控制信號SW1、Sff2, SW3如何與開關裝置相互作用。切換開關電感器(switcher inductor) 108提供經(jīng)過開關組201進入電容器 202中的電流。來自多變量控制單元的控制信號SWl、Sff2, SW3控制20、至2013以對所選擇的輸出電容器20 值20 進行充電。在圖9中還示出了開關106,開關106在升壓預充電操作過程中受升壓預充電信號的控制。希望圖2中的降壓升壓轉換器能夠支持不連續(xù)模式,否則控制將會受到正在放電而不是正在充電的電容器的不利影響。在不連續(xù)模式中,控制器將會允許電感器108連接到所切換的電容器直至重新開始導電,并且所切換的電容器能夠被繼續(xù)充電。能夠用于多變量控制單元的控制信號操作的參數(shù)變量是psu的輸出電容和波動極限(ripple limits)。波動極限設定了最大允許波動,而電容器值設定了指定負載電流的更新速率。期望具有盡可能大的輸出電容器以降低更新速率并因此減小切換損失。一個期望的特征在于,在負載電流的下降降低更新速率并因此根據(jù)負載功率減小切換損失。出于例示本發(fā)明及其實施方式的目的,在本文中通過參考特定示例和實施方式對本發(fā)明進行了描述。本發(fā)明并不局限于本文中描述的任何實施方式的具體細節(jié)。任何實施方式的任何技術特征可以與其他實施方式的技術特征結合地實施,沒有任何實施方式是專用的。本發(fā)明的范圍由所附權利要求來限定。
權利要求
1.一種電壓發(fā)生裝置,該電壓發(fā)生裝置包括電壓源;電感器,其中,所述電感器的第一端子可切換地連接至所述電壓源;以及多個電容器,它們可切換地連接至所述電感器的第二端子,其中,在所述多個電容器上形成有相應的多個輸出電壓,該電壓發(fā)生裝置還包括誤差確定單元,其用于確定所述多個電壓中的每一個電壓的誤差;以及控制單元,其用于根據(jù)所確定的誤差將所述多個電容器中的一個電容器可切換地連接至所述電感器的所述第二端子。
2.根據(jù)權利要求1所述的電壓發(fā)生裝置,其中,所述控制單元能夠可切換地連接與所述多個輸出電壓中相對于平均誤差具有最大負偏差的一個輸出電壓相關聯(lián)的電容器。
3.根據(jù)權利要求2所述的電壓發(fā)生裝置,該電壓發(fā)生裝置還包括誤差確定單元,該誤差確定單元用于確定在各個電容器上形成的所述輸出電壓的誤差偏差。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的電壓發(fā)生裝置,其中,所述控制單元能夠保證在任何時刻都僅有所述多個電容器中的一個電容器連接到所述電感器的所述第二端子。
5.根據(jù)權利要求4所述的電壓發(fā)生裝置,其中,所述控制單元包括邏輯單元,該邏輯單元針對開關陣列生成用于將所述多個電容器中的每一個可切換地連接至所述電感器的所述第二端子的多個控制信號,其中,如果所述控制信號中的超過一個控制信號被設置,則針對與最低輸出電壓相關聯(lián)的開關的控制信號被傳送到所述開關陣列。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的電壓發(fā)生裝置,該電壓生成裝置還包括檢測單元,該檢測單元用于檢測一可切換連接的電容器是否已達到最大電壓并響應于檢測到最大電壓而斷開該電容器。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的電壓發(fā)生電路,該電壓發(fā)生電路還包括監(jiān)測單元,該監(jiān)測單元用于監(jiān)測所有未可切換連接的電容器,其中,在檢測到與任一電容器相關聯(lián)的電壓下降到最小允許誤差偏差以下時就可切換地連接該電容器。
8.—種降壓升壓轉換器,該降壓升壓轉換器包括根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的電壓發(fā)生電路,該降壓升壓轉換器還包括控制單元,該控制單元能夠根據(jù)在所述多個電容器上形成的所述多個輸出電壓的平均誤差來控制所述轉換器在降壓操作和升壓操作之間進行切換。
9.一種降壓升壓轉換器,該降壓升壓轉換器包括電壓源;電感器,其中,所述電感器的第一端子可切換地連接至所述電壓源;以及多個電容器,它們可切換地連接至所述電感器的第二端子,其中,在所述多個電容器上形成有相應的多個輸出電壓,該降壓升壓轉換器還包括誤差確定單元,其用于確定所述多個電壓中的每一個電壓的誤差;內(nèi)部控制回路,其能夠根據(jù)所確定的誤差將所述多個電容器中的一個電容器可切換地連接至所述電感器的所述第二端子;以及外部控制回路,其能夠根據(jù)所確定的誤差來控制降壓模式和升壓模式之間的切換。
10.根據(jù)權利要求9所述的降壓升壓轉換器,其中,所述誤差確定單元確定所述多個輸出電壓中的每一個的誤差偏差以及所述多個輸出電壓的平均誤差,其中,所述內(nèi)部控制回路能夠根據(jù)所述多個誤差偏差進行操作,并且所述外部控制回路能夠根據(jù)所述平均誤差進行操作。
11.根據(jù)權利要求10所述的降壓升壓轉換器,其中,所述內(nèi)部控制回路能夠連接所述多個電容器中與具有最大誤差偏差的輸出電壓相關聯(lián)的一個電容器。
12.根據(jù)權利要求9至11中任一項所述的降壓升壓轉換器,該降壓升壓轉換器還包括檢測單元,該檢測單元用于檢測一可切換地連接的電容器是否已達到最大電壓并響應于檢測到最大電壓而斷開該電容器。
13.根據(jù)權利要求9至12中任一項所述的降壓升壓轉換器,該降壓升壓轉換器還包括監(jiān)測單元,該監(jiān)測單元用于監(jiān)測所有未可切換連接的電容器,并且能夠在檢測到與任一個電容器相關聯(lián)的電壓下降到最小允許誤差偏差以下時就可切換地連接該電容器。
14.一種用于控制電壓發(fā)生裝置的方法,所述電壓發(fā)生裝置包括電壓源;電感器,其中,所述電感器的第一端子可切換地連接至所述電壓源;以及多個電容器,它們可切換地連接至所述電感器的第二端子,其中,在所述多個電容器上形成有相應的多個輸出電壓,該方法包括確定所述多個電壓中的每一個電壓的誤差;以及根據(jù)所確定的誤差,將所述多個電容器中的一個電容器可切換地連接至所述電感器的所述第二端子。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法,其中,所述可切換連接的步驟能夠可切換地連接與所述多個輸出電壓中相對于平均誤差具有最大負偏差的一個輸出電壓相關聯(lián)的電容器。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法,該方法還包括確定在各個電容器上形成的所述輸出電壓的誤差偏差。
17.根據(jù)權利要求14至16中任一項所述的方法,該方法還包括確保在任一時刻都僅有所述多個電容器中的一個電容器連接到所述電感器的所述第二端子。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法,該方法還包括針對開關陣列生成用于將所述多個電容器中的每一個可切換地連接至所述電感器的所述第二端子的多個控制信號,其中,如果所述控制信號中的超過一個控制信號被設置,則針對與最低輸出電壓相關聯(lián)的開關的控制信號被傳送到所述開關陣列。
19.根據(jù)權利要求14至18中任一項所述的方法,該方法還包括檢測一可切換連接的電容器是否已達到最大電壓,并響應于檢測到最大電壓而斷開該電容器。
20.根據(jù)權利要求14至19中任一項所述的方法,該方法還包括監(jiān)測所有未可切換連接的電容器,并且在檢測到與任一電容器相關聯(lián)的電壓下降到最小允許誤差偏差以下時就可切換地連接該電容器。
21.一種用于控制降壓升壓轉換器的方法,該方法包括根據(jù)權利要求14至20中任一項所述的用于控制電壓發(fā)生電路的步驟,該方法還包括根據(jù)在所述多個電容器上形成的所述多個輸出電壓的平均誤差,控制所述轉換器在降壓操作和升壓操作之間進行切換。
22.一種用于控制降壓升壓轉換器的方法,所述降壓升壓轉換器包括電壓源;電感器,其中,所述電感器的第一端子可切換地連接至所述電壓源;以及多個電容器,它們可切換地連接至所述電感器的第二端子,其中,在所述多個電容器上形成有相應的多個輸出電壓,該方法還包括確定所述多個電壓中的每一個電壓的誤差;在內(nèi)部控制回路的控制下,根據(jù)所確定的誤差將所述多個電容器中的一個電容器可切換地連接至所述電感器的所述第二端子;以及在外部控制回路的控制下,根據(jù)所確定的誤差在降壓模式和升壓模式之間進行切換。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法,該方法還包括確定所述多個輸出電壓中的每一個的誤差偏差以及所述多個輸出電壓的平均誤差,并且根據(jù)所述多個誤差偏差來操作所述內(nèi)部控制回路,并且根據(jù)所述平均誤差來操作所述外部控制回路。
24.根據(jù)權利要求23所述的方法,其中,所述內(nèi)部控制回路能夠連接所述多個電容器中的與具有最大誤差偏差的輸出電壓相關聯(lián)的一個電容器。
25.根據(jù)權利要求22至M中任一項所述的方法,該方法還包括檢測一可切換連接的電容器已經(jīng)達到最大電壓,并響應于檢測到最大電壓而斷開該電容器。
26.根據(jù)權利要求22至25中任一項所述的方法,該方法還包括監(jiān)測所有未可切換地連接的電容器,并且在檢測到與任一電容器相關聯(lián)的電壓下降到最小允許誤差偏時就可切換地連接該電容器。
全文摘要
描述了一種降壓升壓轉換器,其包括電壓源;電感器,其中,電感器的第一端子可開關地連接至電壓源;以及多個電容器,它們可切換地連接至電感器的第二端子,其中,在多個電容器上形成了相應的多個輸出電壓,該降壓升壓轉換器還包括誤差確定單元,其用于確定多個電壓中的每一個電壓的誤差;內(nèi)部控制回路,其適于根據(jù)所確定的誤差將多個電容器中的一個電容器可切換地連接至電感器的第二端子;以及外部控制回路,其適于根據(jù)所確定的誤差來控制降壓操作和升壓操作之間的切換。
文檔編號H02M3/158GK102439833SQ201080009946
公開日2012年5月2日 申請日期2010年1月14日 優(yōu)先權日2009年1月14日
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