Dc-dc電壓轉換器和轉換方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及DC-DC電壓轉換器，該DC-DC電壓轉換器用于從輸入電壓可變的電壓 輸入生成經(jīng)調(diào)整的電壓輸出。輸出電壓可W具有比輸入電壓更高或更低的值，并且即使輸 入電壓和輸出負載可能會改變，輸出電壓也是穩(wěn)定的。
【背景技術】
[000引開關電容器DC-DC電壓轉換器通常使用"飛跨電容器（flyingcapacitor)"。該 些電容器從輸入電壓充電，然后放電到負載，從而提供電荷轉移和恒定的輸出電壓。
[000引 圖1示出了已知的基本的DC-DC轉換器電路。
[0004] 該電路包括開關電容器Csw。該開關電容器Csw的一個端子SAP通過第一開關S1 連接到輸入，通過第H開關S3連接到輸出。該開關電容器Csw的另一個端子SAM通過第四 開關S4連接到輸入，通過第二開關S2接地。
[0005] 該種類型的基本的DC-DC轉換器集成開關S1至S4和振蕩器，W使得該些開關S1、 S2和S3、S4成對地交替工作。
[0006] 振蕩器的輸出顯示為時鐘信號Clk，并且時鐘信號0化取決于V0UT是否已經(jīng)達到 目標電壓化ef被傳遞到該些開關。與口 10控制時鐘信號的傳遞，比較器比較輸出電壓（或 從輸出電壓得到的電壓）與基準電壓化ef。比較器的輸出用于控制是否與口傳遞時鐘信 號。因此比較器的輸出是控制轉換器粟送的控制信號PUMP。當該信號為高時，循環(huán)的電荷 粟被啟用，當該信號為低時，該循環(huán)被停止。
[0007] 所示的配置使輸入電壓翻倍。
[0008]DC-DC轉換器根據(jù)時鐘序列在兩個階段工作。在第一個半周期（存儲階段），閉合 開關S1和S2,將飛跨電容器Csw充電到輸入電壓Vin。在第二個半周期（加載階段），閉合 開關S3和S4,打開開關S1和S2。該個動作使Csw的負極端子SAM連接到Vin，使正極端子 SAP連接到V0UT。如果輸出負載Cload兩端的電壓比Csw兩端的電壓小，則電荷從Csw流 向Cload。
[0009] 存儲階段和加載階段交替出現(xiàn)，使DC-DC轉換器的輸出電壓升高，直到達到目標 值化ef為止。當V0UT達到化ef時，切換時鐘被停止，然后DC-DC轉換器保持在存儲階段。
[0010] 一旦V0UT低于化ef，DC-DC轉換器重新開始粟送，交替存儲階段和加載階段，直到 V0UT再次上升到高于化ef。
[001。 應當通過使用比較器12的電壓滯后在電壓窗口內(nèi)調(diào)整DC-DC轉換器的輸出電壓。 通過該種方式，在化ef和化ef+Hyst之間調(diào)整V0UT。V0UT上升沿的闊值電壓為化ef+Hyst，V0UT下降沿的闊值電壓為化ef。
[001引 圖2示出了該一操作，并示出了輸出電壓V0UT的電壓波形，輸出電壓V0UT在化ef 和化ef+Hyst之間波動。
[001引在啟動時間期間，DC-DC轉換器將能量從Vin粟送到V0UT，并且V0UT上升到 化ef+Hyst。然后DC-DC轉換器通過保持在存儲狀態(tài)而停止。該一過程被示為階段P1，它對 應的是信號PUMP為低時，等待輸出電壓回落到化ef。
[0014] 在階段P1期間，由于輸出負載電流使得V0UT線性下降直到化ef，然后DC-DC轉換 器重新啟動，W使V0UT升高直到化ef+Hyst。該一升高涉及交替的加載階段P2和存儲階段 P3。
[0015] 本申請?zhí)貏e涉及電路的瞬態(tài)行為。圖3示出了包括開關的導通電阻的電路的存儲 階段P3和加載階段P2。
[0016] 考慮到電阻元件，圖4示出了輸出V0UT和電容器端子SAP和SAM在H個階段上的 瞬態(tài)行為（存儲階段P3,然后是加載階段P2,然后是存儲階段P3)。
[0017] 圖4是當DC-DC轉換器處于穩(wěn)定狀態(tài)時輸出電壓V0UT的放大視圖。因此，時刻t =0是簡單地用于提供參考點，在該參考點處定義電壓V0UT0和SAM0。
[0018] 節(jié)點SAP上的最大電壓SAPmax是在階段P2開始之后不久（即經(jīng)過基準時間t= 0之后的短時間〇。在每個階段開始時，飛跨電容器可W被視為短路。
[0019] 因此，當從階段P3切換到P2時，該電路結構如圖5所示。
[0020] 在t= 0時，在端子SAM上的電壓等于V0UT除W二。最大電壓SAPmax為SAM0加 上VIN。所W最大電壓等于：
[0021] SAPmax = V0UT0/2+VIN
[0022] 用于創(chuàng)建圖4的時間圖的模型是基于理想的DC-DC轉換器的模擬。然而，實際上， 在切換過渡階段期間，在SAP引腳上會看到較高的電壓。實際的娃器件和模型之間該種差 異可W通過引入寄生變量進行說明。
[0023] 通過引入從DC-DC轉換器電源開關和輸出電線得到的寄生變量，在階段P2之前 SAM上的初始狀態(tài)被改變。
[0024] 圖6示出了添加了寄生電容器和電感的電路。
[0025] 所添加的寄生電容器和電感被定義如下：
[0026]a)在DC-DC轉換器集成電路的輸出和外部輸出電容器之間的串聯(lián)電感被建模為 電感Lout。其充電在SAP上引起過沖。其時間常數(shù)被定義為：
[0027]
【主權項】
1. 一種DC-DC轉換器，其特征在于，包括： 開關電容器裝置巧0); 連接在開關電容器裝置的一個端子和固定電壓線之間的濾波電容器巧2);和 校準裝置巧4)，用于確定濾波電容器的電容。
2. 如權利要求1所述的轉換器，其特征在于，濾波電容器巧2)是可變電容器。
3. 如權利要求2所述的轉換器，其特征在于，校準裝置包括可控電流源巧6)，用于從轉 換器的輸出拉取可控輸出電流。
4. 如權利要求3所述的轉換器，其特征在于，校準裝置包括存儲器巧9)。
5. 如前述任一權利要求所述的轉換器，其特征在于，開關電容器裝置包括： 電容器裝置（Csw); 開關裝置（S1-S4)，用于在加載階段期間控制電容器裝置禪合到轉換器的輸入，W及在 存儲階段期間控制電容器裝置禪合到轉換器的輸出；和 用于控制開關裝置的電路。
6. 如權利要求5所述的轉換器，其特征在于，電容器裝置具有第一端子和第二端子，其 中第一端子（SA巧通過第一開關（S1)連接到轉換器的輸入，并通過第H開關（S3)連接到 轉換器的輸出，第二端子（SAM)通過第二開關（S2)接地，并通過第四開關（S4)連接到轉換 器的輸入。
7. 如權利要求6所述的轉換器，其特征在于，濾波電容器巧2)連接在第二端子（SAM) 和固定電壓線之間。
8. 如權利要求7所述的轉換器，其特征在于，固定電壓線是地。
9. 如前述任一權利要求所述的轉換器，其特征在于，開關電容器裝置包括單個電容器 化SW)。
10. -種RF通信電路，其特征在于，包括： 接收機電路和/或發(fā)射機電路；和 如前述任一權利要求所述的轉換器，用于從電池對接收機電路和/或發(fā)射機電路提供 電源。
11. 如權利要求10所述的電路，其特征在于，接收機電路和/或發(fā)射機電路包括近場通 信電路。
12. -種DC-DC轉換方法，其特征在于，包括： 對DC-DC轉換器進行校準，該DC-DC轉換器包括開關電容器裝置巧0); 基于校準確定要連接在開關電容器裝置的一個端子和固定電壓線之間的濾波電容器 巧2)的大小。
13. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，包括設置可變?yōu)V波電容器巧2)的值。
14. 如權利要求13所述的方法，其特征在于，校準包括從轉換器的輸出拉取受控的輸 出電流，確定在DC-DC轉換器中所產(chǎn)生的電壓過沖，W及選擇可變電容器的值W減小過沖。
15. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，包括選擇合適的固定濾波電容器。
【專利摘要】本發(fā)明涉及DC-DC轉換器、RF通信電路以及DC-DC轉換方法。DC-DC轉換器使用開關電容器裝置。濾波電容器連接在開關電容器裝置的一個端子和固定電壓線之間，以及校準裝置用于設置或選擇濾波電容器的電容。通過這種方式，電容器被添加到開關電容器裝置的端子上?？梢赃x擇或調(diào)整電容值，以將DC-DC轉換器的電流能力保持在規(guī)定限制之內(nèi)。
【IPC分類】H02M1-14, H02M1-32
【公開號】CN104716819
【申請?zhí)枴緾N201410730420
【發(fā)明人】美拉尼·菲利普
【申請人】恩智浦有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2014年12月4日
【公告號】EP2884643A1, US20150162824