在同步降压转换器处提供三电平信号的电路和方法技术

一种电路，包括：三电平降压转换器，该三电平降压转换器具有：多个输入开关以及被配置成从该多个输入开关接收电压的电感器，该多个输入开关与第一电容器耦合并且被配置成对该第一电容器充电和放电；在降压转换器的输出处的第二电容器；以及在电感器的输入节点处的开关电容器，其中该开关电容器小于第一电容器或者第二电容器中的任一者。

Circuit and method for providing a three level signal at a synchronous buck converter

A circuit includes three level converter, the three level buck converter has a plurality of input switches and is configured from the multiple input switching inductor receives the voltage, the input switch and the first capacitor is coupled and configured to the first capacitor charging and discharging the capacitor at the output of second; at the buck converter; and at the input node of the inductor switch capacitor, wherein the switch capacitor is smaller than the first capacitor or second capacitors in either.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在同步降压转换器处提供三电平信号的电路和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2014年10月23日提交的题为“CircuitsandMethodsProvidingThree-LevelSignalsAtaSynchronousBuckConverter(在同步降压转换器处提供三电平信号的电路和方法)”的美国临时专利申请No.62/067,883的权益，其公开内容通过援引全部明确纳入于此。
本申请涉及电压转换器，尤其涉及三电平降压转换器。背景当今有各种各样的电压转换器可用，一种类型是降压转换器。通常，降压转换器接收输入电压并提供步降的(stepped-down)输出电压以及步升的(stepped-up)输出电流。换言之，降压转换器通常可用于期望减小直流(DC)电压的应用中。示例应用包括处理核，其中降压转换器用于步降来自电压轨的DC电压，以使得降压转换器的输出电压对应于处理核的恰适输入电压。一种示例常规降压转换器在降压转换器的输入处包括多个开关。这些开关由经脉宽调制的输入信号导通和关断，其中脉冲的占空比确定降压转换器的输出电压。当开关导通和关断时，它们调制DC输入电压(有时被称为VDD)并将该经调制电压提供给电感器。电感器与电容器处于通信，并且电感器的输入处电压的时变性质使电感器创建时变电流。电感器和电容器与时变电压和电流的交互产生基本上恒定的输出电压，该输出电压处于比VDD低的DC电平。一种降压转换器是三电平降压转换器。常规三电平降压转换器享有其切换频率的有效加倍。在一个示例中，常规三电平降压转换器具有四个输入开关，每个输入开关接收两个经脉宽调制的输入信号中的一者。两个经脉宽调制的输入信号的定时以及开关的布置提供了电感器处的输入电压，该输入电压是经脉宽调制的输入信号的频率的两倍。在该常规示例中，取决于经脉宽调制信号的占空比，电感器处的输入电压可在零与VDD/2之间或者VDD/2与VDD之间变化。三电平降压转换器在一些应用中可能是有利的，因为切换频率的有效加倍可允许对较小电感器的使用。然而，常规三电平降压转换器有时可能在开关与电感器之间的节点处经历波纹(ripple)。波纹在一些应用中可能是不期望的，因为波纹可能引起降压转换器的输出电压的不希望变化。由此，存在对减少波纹电流的改善的三电平降压转换器的需求。概览提供了用于提供步降的电压的电路和方法。在一个示例中，一种用于三电平降压转换器的电路和方法具有有效加倍的切换速率和低量的波纹。一个示例电路实施例包括在降压转换器中开关与电感器之间的节点处的小的开关电容器。附加的电容器有助于减少波纹，特别在当负载是大的情形中。一种示例方法实施例包括：用在电感器的输入节点处具有开关电容器的降压转换器将VDD转换成步降的电压。在具有三电平降压转换器的实施例中，电容器的输入节点处的电压是控制开关的经脉宽调制信号的频率的两倍。附加的小电容器被放置在电感器的输入节点与接地之间，以使得该电容器与2X频率信号交互，从而随着电压变化而存储能量和释放能量。当波纹存在时，电压可稍微降低，并且电容器可释放足够的能量以减少或消除波纹。类似地，波纹还会使电压稍微升高，并且电容器可在该场景中存储足够的能量以减少或消除波纹。负载可随时间变化，并且当负载相对轻时，可断开开关以将电容器从电路断开。类似地，当负载相对重时，可闭合开关以将电容器耦合到电路。附图简述图1解说了根据本公开的实施例的具有电压转换器的示例反馈环路，其中该反馈环路将输出电压维持在相对恒定的电平。图2解说了根据本公开的实施例的示例三电平降压转换器。图3解说了根据本公开的实施例的与图2的三电平降压转换器相关联的信号的示例时序图。图4解说了根据本公开的实施例的在图2的三电平降压转换器的操作期间的示例分压器场景。图5解说了根据本公开的实施例的用于图1-4的系统以实现输出电压的示例方法的流程图。详细描述示例电路实施例图1是解说了用于提供恒定的或几乎恒定的V输出的示例反馈环路的架构图。脉宽调制(PWM)控制器102接收参考电压(Vref)以及提供V输出的值的反馈信号120，并响应于Vref与V输出之差而输出PWM信号。PWM控制器102通过调节PWM信号的占空比来调制该PWM信号。通常，PWM信号的较大占空比增大同步降压转换器110的输出处的电压，并且PWM信号的较小占空比减小同步降压转换器110的输出处的电压。以此方式，PWM控制器102持续地调节PWM信号的占空比以保持V输出几乎恒定。在该示例实施例中，PWM信号实际上是两个PWM信号，如图3中更详细示出的。降压转换器110接收V输入，该V输入在一些实施例中是来自半导体管芯上的电源轨的功率信号。在其他实施例中，V输入可包括来自电池或其他电压源的功率。降压转换器110中的开关根据来自PWM控制器102的控制信号而断开和闭合。降压转换器110在V输出处提供稳定的输出电压。同步降压转换器110可包括现在已知或以后开发的向电感器提供三电平信号的任何同步降压转换器。取决于PWM定时和占空比，示例三电平信号可包括例如在零与VDD/2之间或者在VDD/2与VDD之间变化的信号。图2是可被用作图1的实施例中的降压转换器110的示例性同步降压转换器的解说。在图2中，V输入被示出为VDD，V输出被示出为Vout，并且电阻性负载Rload被示出在Vout与接地之间。在片上系统(SOC)实施例中，Rload可包括例如处理核、调制解调器等等。然而，各实施例的范围不限于SOC。图2解说了四个开关112、113、114、115，这些开关是降压转换器110的输入开关。飞驰电容器(Cfly)耦合在开关112与113之间以及开关114与115之间。在该示例中，飞驰电容器Cfly具有20nF的值，并且负载电容器(Cload)也具有20nF的值。换言之，飞驰电容器Cfly和负载电容器Cload具有相同的值。处于1nF的开关电容器(CX)远小于Cfly和Cload两者。当然，图2中所提供的值仅是示例性的，因为其他实施例可使用其他值来达到相同或相似的结果。在一些实施例中，当以法拉测量时，电容器Cfly和Cload比电容器CX大至少一个数量级。本文所讨论的原理可被应用于将任何恰适的值用于电容器、电感器、电阻器、开关等等的三电平降压转换器的各种不同配置。在一些实施例中，飞驰电容器Cfly可被制造为金属-绝缘体-金属(MIM)电容器以减少对地寄生损耗。然而，在各个实施例中可根据任何恰适的制造工艺来制作电容器Cfly。输入开关112-115在电感器L的输入节点处提供电压(VX)，并且电压VX是三电平电压信号。如下面更详细解释的，施加于输入开关112-115的时钟信号具有VX的电压变化的一半频率。换言之，三电平降压转换器的使用提供了降压转换器的电感器处的电压频率的加倍。电感器L的电压的较高频率的优点在于可以减少电感器L的值。例如，VX的频率的加倍允许电感器L的大小被减少至四分之一。通常，电感器的值的减少允许物理上更小的电感器，这在一些情形中能够得到更低的成本和制造方便。开关电容器CX被放置在电感器L的输入节点与接地之间以减少该节点处的波纹(ripple)。在操作中，电容器CX随着VX的值改变而充电和放电，并且其充电和放电具有抵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路，包括：三电平降压转换器，所述三电平降压转换器具有：多个输入开关，所述多个输入开关与第一电容器耦合并且被配置成对所述第一电容器充电和放电；电感器，所述电感器被配置成从第一电容器和所述多个输入开关接收电压；在所述降压转换器的输出节点处的第二电容器；以及在所述电感器的输入节点处的开关电容器，其中，所述开关电容器小于所述第一电容器或者所述第二电容器中的任一者。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.23 US 62/067,883;2015.02.24 US 14/630,3181.一种电路，包括：三电平降压转换器，所述三电平降压转换器具有：多个输入开关，所述多个输入开关与第一电容器耦合并且被配置成对所述第一电容器充电和放电；电感器，所述电感器被配置成从第一电容器和所述多个输入开关接收电压；在所述降压转换器的输出节点处的第二电容器；以及在所述电感器的输入节点处的开关电容器，其中，所述开关电容器小于所述第一电容器或者所述第二电容器中的任一者。2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一电容器具有与所述第二电容器基本上相同的电容。3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，当以法拉测量时，所述第一电容器和所述第二电容器各自比所述开关电容器大至少一个数量级。4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关电容器被设置在所述电感器的所述输入节点与接地之间。5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，进一步包括与所述开关电容器处于通信的晶体管，所述晶体管被配置成断开和闭合所述电感器的所述输入节点与接地之间的导电路径。6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述三电平降压转换器是片上系统的一部分并且被配置成对处理核供电。7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，多个输入开关耦合到VDD和接地，进一步其中，来自所述多个输入开关的电压在零与VDD/2之间或者VDD/2与VDD之间变化。8.如权利要求1所述的电路，其特征在于，进一步包括：与所述开关电容器处于通信的开关，所述开关被配置成断开和闭合所述电感器的所述输入节点与接地之间的导电路径；以及脉宽调制控制器，所述脉宽调制控制器被配置成向所述多个输入开关提供控制信号，并且被配置成控制与所述开关电容器处于通信的所述开关。9.如权利要求1所述的电路，其特征在于，进一步包括脉宽调制控制器，所述脉宽调制控制器被配置成：接收所述三电平降压转换器的输出电压，并响应于接收所述输出电压而改变至所述输入开关的控制信号的占空比。10.一种方法，包括：在三电平降压转换器的输入开关处接收多个经脉宽调制控制信号，所述输入开关与第一电容器耦合并且被配置成：响应于所述多个经脉宽调制控制信号而对所述第一电容器充电和放电；在所述三电平降压转换器的电感器的输入节点处产生电压，所述电感器的所述输入节点处的电压由所述经脉宽调制控制信号来控制，所述三电平降压转换器进一步包括在所述电感器的输出节点处的第二电容器；响应于所述电感器的所述输入节点处的电压，在所述三电平降压转换器的输出节点处产生输出电压；以及对所述电感器的所述输入节点处的开关电容器进行充电和放电。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括：响应于负载，断开所述开关电容器处的开关。12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括：响应于负载，闭合所述开关电容器处的开关。13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一电容器和所述第二电容器具有基本上类似的值。14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一电容器和所述第二电容器比所述开关电容器大至少一个数量级。15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，对所述开关电容器进行放电包括：释放比所述电感器的所述输入节点处的电压处的波纹中的能量更少的能量。16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，对所述开关电容器进行充电和放电包括：减少所述电感器的所述输入节点处的电压的波纹。17.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述三电平降压转换器包括四个输入开关，其中，所述输入开关中的包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·张，J·T·多伊尔，F·马默帝，A·沙雅阿拉尼，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US