开关式电源和用于操作开关式电源的方法技术

一种开关式电源，包括：连接至用于输入输入电压的输入终端的第一开关、第二开关、电感和输出电容器、连接至所述第一开关的变压器以及连接至所述开关的脉冲发生器。

【技术实现步骤摘要】
开关式电源和用于操作开关式电源的方法
本专利技术涉及开关式电源、DC到DC转换器以及用于操作开关式电源的方法。
技术介绍
用于举例来讲诸如为中央处理单元、存储器或外围负载等装置的电源和电压调节由于在计算平台中增加的需求而变成主要挑战。近几年显示了对于以高频操作的电源和功率转换器的增加的需求。一般来说，期望增加电源的开关频率。然而，增加的开关频率引起电源开关的更多开关损耗，其导致较低的转换器效率。因此，对电源的一个重要挑战是开关损耗的减少和增加效率。附图说明包括附图以提供本公开的进一步理解并且附图被并入且组成的本说明书的一部分。附图示出了实施例并且连同描述一起用来解释本公开的原理。实施例的其他变型和许多预期优势由于参考下面详细描述变得更好理解而易于领会。附图的元件不必相对于彼此按比例绘制。同样的附图标记指代相应类似的部分。图1示出了根据本公开的示例性开关式电源的电路图。图2a-2d示出了在图1的开关式电源的不同点的示例性电压波形。图3示出了根据本公开的示例性开关式电源的电路图。图4示出了根据本公开的示例性开关式电源的电路图。图5示出了根据本公开的示例性开关式电源的电路图。图6示出了根据本公开的示例性开关式电源的电路图。图7示出了根据本公开的用于操作开关式电源的示例性方法的流程图。具体实施方式现在参考附图描述各方面和实施例，其中同样的附图标记一般自始至终被用来指代同样的元件。在下面描述中，为了解释的目的，陈述了许多具体细节以便提供本公开的一个或更多方面的彻底理解。然而，对本领域技术人员明显的是：可用较少程度的具体细节来实践实施例的一个或更多方面。在其他情况下，已知结构和元件以示意图形式被显示以便于帮助描述本公开的一个或更多方面。将理解的是在没有违背本公开范围的情况下，其他实施例可被利用并且可做出结构或逻辑变化。应该进一步注意到附图没有按比例绘制或不必按比例绘制。此外，对于任何给定或特别应用来讲，可如所期望的且有利的是所公开的特征或方面可与其他实施方式的一个或更多其他特征或方面结合。可使用术语“耦接的”和“连接的”连同其派生词。应该理解这些术语可用于表明两个元件彼此合作或相互作用，无论它们是直接物理或电接触还是它们不是彼此直接接触。因此，下面详细描述不被视为限制性的，并且本专利技术的范围由所附权利要求限定。以下公开着重于开关式电源或电源电路。因此注意到可以使用不同类型的电源，例如像比如降压转换器电路、升压转换器电路或升降压转换器电路的直流到直流功率转换器电路、直流到交流转换器电路或交流到直接转换器电路。图1示出了根据本公开的示例性开关式电源的电路图。图1的开关式电源10包括连接到用于输入输入电压VBAT的输入终端12的第一开关11.1（M1）、第二开关11.2（M4）、电感13（Lf）和输出电容器14（Cf）。开关式电源10进一步包括连接到第一开关11.1（M1）的变压器15和连接到第二开关11.2（M4）的脉冲发生器16。在图1的开关式电源10中，第二开关11.2可接地。第一开关11.1可构造为将输入电压VBAT转换到第一和第二开关11.1和11.2之间的节点17。第二开关11.2可构造为将接地电位转换到第一和第二开关11.1和11.2之间的节点。脉冲发生器16可构造为用脉冲宽度调制信号驱动第二开关11.2。变压器15可构造为反馈位于第一和第二开关11.1和11.2之间的节点17的电位并且用反馈电位驱动第一开关11.1。图1的开关式电源10可以被操作为DC到DC转换器，其中第一和第二开关11.1和11.2可以构造为MOS晶体管，尤其是功率MOS晶体管。输入电压VBAT被供给到与第一开关11.1的输入终端连接的输入终端12，并且被转换为可以施加到负载RL的输出电压V0。电感13连接到第一和第二开关11.1和11.2之间的节点17。第一和第二开关11.1和11.2可以用驱动信号接通和断开，驱动信号的占空比调节转换器的输出电压V0。例如，开关式电源10可通过CMOS技术来制造。开关式电源10可进一步包括第三开关11.3（M2）和第四开关11.4（M3），其中第三开关11.3连接在第一开关11.1和节点17之间，并且第四开关11.4连接在节点17和第二开关11.2之间。第三和第四开关11.3和11.4因此以共源共栅结构分别与第一和第二开关11.1和11.2连接以便解决先进CMOS处理的击穿问题。第三和第四开关11.3和11.4可以连接到提供电压VBAT/2的输入节点18。应该补充的是第三和第四开关中的每一个可以被两个或更多各自用于进一步提高耐压或进一步减小击穿问题的开关代替。变压器15可包括初级绕组15.1（Lpr）和次级绕组15.2（Lsec），并且初级绕组15.1可与节点17连接，次级绕组15.2可与第一开关11.1的控制输入，也就是，例如功率MOS晶体管11.1的栅电极连接。开关式电源10可进一步包括第一电容器19.1（Cr2）和第二电容器19.2（Cr1），其中第一电容器19.1可连接在初级绕组15.1和输入节点18之间，并且第二电容器19.2可连接在次级绕组15.2和输入节点18之间，输入节点18提供电压VBAT/2。开关式电源10可进一步包括辅助电压源12.1（Vgp）和辅助电阻器12.2（Rgp），其中辅助电压源12.1可连接在辅助电阻器12.2和输入终端12之间，并且辅助电阻器12.2可连接在辅助电压源12.1和第一开关11.1之间。脉冲发生器16可包括脉冲宽度调制器16.1来生成包括可调节占空比的脉冲宽度调制（PWM）信号。开关式电源10包括以自触发方式进行自定时的体系结构。变压器15充当为第一开关11.1产生驱动脉冲的高侧驱动器，而脉冲发生器16通过将输入脉冲宽度调制（PWM）信号递送到第二开关11.2的控制终端，也就是，例如递送到功率MOS晶体管11.2的栅电极，来充当低侧驱动器。通过调整PWM信号的占空比来针对线路或负载变化调节输出电压V0。特别地，开关11.1到11.4可构造为功率MOS晶体管，输入电压VBAT可以是电池电压，电感13为滤波电感，输出电容器14为输出滤波电容器，变压器15为反馈变压器，并且电容器19.1和19.2为大解耦电容器。图2a-2d示出了开关式电源10的电压波形以便示出其操作原理。在节点17上的电压Vx(t)在VBAT和地之间转换（toggle）且由输入PWM信号控制占空比。用电感13和输出电容器14过滤在图2a中所示的方波Vx(t)以便获得输出电压V0。第一和第二电容器19.1和19.2足够大以便它们的电压在变压器15的初级和次级绕组15.1和15.2的充电和放电电流期间保持几乎不变。如果诸如在图2a中所示用50%占空比转换节点17上的Vx(t)，那么在电容器19.1和19.2上压降大约是0。在Vx(t)和VBAT/2之间的电压差被施加于反馈变压器15的初级绕组15.1并且它也具有如在图2b中所示的方波现状。在初级绕组15.1上电压的比例版通过诸如在图2c中所示的变压器15的操作被转移到晶体管11.1的栅极。在第一开关11.1上栅电压的幅值取决于Lpr、Lsec的值和它们之间的相互耦接。波形以电压VGP为中心并且VGP应该等于VBAT-VDR/2以致第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关式电源，包括：耦接于输入终端的第一开关、第二开关、电感以及输出电容器，所述输入终端构造为接收输入电压，其中所述第一开关和第二开关在节点耦接在一起，所述电感耦接在所述节点与输出终端之间，并且所述输出电容器耦接于所述输出终端；变压器，其耦接在所述第一开关的控制输入与所述节点之间；以及脉冲发生器，其连接至所述第二开关的控制输入。

【技术特征摘要】
2012.06.13 US 13/495,0671.一种开关式电源，包括：耦接于输入终端的第一开关、第二开关、电感以及输出电容器，所述输入终端构造为接收输入电压，其中所述第一开关和所述第二开关在第一节点耦接在一起，所述电感耦接在所述第一节点与输出终端之间，并且所述输出电容器耦接于所述输出终端；变压器，其耦接在所述第一开关的控制输入与所述第一节点之间；以及脉冲发生器，其连接至所述第二开关的控制输入；其中，所述变压器包括初级绕组和次级绕组，所述开关式电源还包括：第一电容器和第二电容器，其中所述第一电容器连接在所述初级绕组与输入节点之间，所述第二电容器连接在所述次级绕组与所述输入节点之间，并且其中所述输入节点构造为接收所述输入电压的一半的电压。2.根据权利要求1所述的开关式电源，其中，所述变压器包括初级绕组和次级绕组，并且其中所述初级绕组与所述第一开关和第二开关之间的所述第一节点连接，并且所述次级绕组连接至所述第一开关的控制输入。3.根据权利要求1所述的开关式电源，还包括：第三开关和第四开关，其中所述第三开关连接在所述第一开关与所述第一节点之间，并且所述第四开关连接在所述第二开关与所述第一节点之间。4.根据权利要求3所述的开关式电源，其中，所述第三开关和第四开关各自具有连接至输入节点的控制输入，所述输入节点构造为接收所述输入电压的一半的电压。5.根据权利要求1所述的开关式电源，其中，所述脉冲发生器包括脉冲宽度调制器。6.根据权利要求1所述的开关式电源，其中，所述脉冲发生器连接至输入节点，所述输入节点构造为接收所述输入电压的一半的电压。7.根据权利要求1所述的开关式电源，还包括：连接至所述变压器的至少一个电容器。8.根据权利要求1所述的开关式电源，还包括：辅助电压源和辅助电阻器，其中所述辅助电压源连接在所述辅助电阻器与所述输入终端之间，并且所述辅助电阻器连接在所述辅助电压源与所述第一开关的控制输入之间。9.根据权利要求8所述的开关式电源，其中，所述变压器连接至所述辅助电阻器与所述第一开关的控制输入之间的节点。10.根据权利要求1所述的开关式电源，其中，所述变压器包括初级绕组和次级绕组，并且其中所述初级绕组与所述电感并联连接。11.根据权利要求10所述的开关式电源，还包括：电容器，其连接在所述次级绕组与所述输入终端之间。12.根据权利要求1所述的开关式电源，其中，所述变压器包括初级绕组和次级绕组，其中所述初级绕组包括所述电感。13.根据权利要求12所述的开关式电源，还包括：电容器，其连接在所述次级绕组与所述输入终端之间。14.根据权利要求1所述的开关式电源，还包括：脉冲形成单元，其连接在所述变压器与所述第一开关之间。15.根据权利要求14所述的开关式电源，其中，所述变压器包括初级绕组和次级绕组，所述开关式电源还包括：第一电容器，其连接在所述次级绕组与所述输入终端之间。16.根据权利要求15所述的开关式电源，还包括：第二电容器，其连接在所述次级绕组与输入节点之间，所述输入节点构造为接收所述输入电压的一半的电压。17.一种DC到DC转换器，包括：连接至构造为接收输入电压的输入终端的第一开关、在节点处耦接于所述第一开关的第二开关、电感、输出电容器、变压器以及脉冲发生器，其中所述电感耦接在所述节点与输出终端之间，并且所述输出电容器耦接于所述输出终端；其中，所述变压器连接至所...

【专利技术属性】
技术研发人员：S布鲁塞夫，J雅埃文哈拉，N特查莫夫，
申请(专利权)人：英特尔移动通信有限责任公司，
类型：发明
国别省市：