可重新配置的开关式转换器制造技术

技术编号:17747083 阅读:33 留言:0更新日期:2018-04-18 20:55
本发明专利技术公开了一种用于向负载产生输出电压的开关电源级,所述开关电源级可包括可配置开关式电源转换器和控制器。所述电源转换器可包括电源电感器、布置成在多个开关配置下顺序地工作的多个开关以及用于产生输出电压的输出,所述输出包括第一输出端子和第二输出端子。所述控制器可被配置成对于所述输出电压的至少一个幅值范围,控制所述多个开关在所述电源转换器的每个开关循环的至少三个开关相位内工作以生成所述输出电压,其中所述电源转换器的开关循环的周期基本上大致相等,并控制所述多个开关对于所述至少三个开关相位中的每个开关相位应用所述多个开关配置中的相应开关配置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可重新配置的开关式转换器相关申请本公开主张于2015年4月16日提交的美国临时专利申请序列号62/148,567的优先权,其全部内容以引用方式并入本文中。
本公开大体上涉及音频设备电路,包括但不限于个人音频设备,诸如无线电话机和媒体播放器,更具体地,涉及包括用于驱动音频设备的音频换能器的可重新配置的开关式转换器的开关式放大器。
技术介绍
个人音频设备,包括无线电话机(诸如移动式电话机/蜂窝式电话机、无绳电话机)、mp3播放器及其他消费类音频设备,得到广泛应用。这样的个人音频设备可包括用于驱动一对耳机或一个或更多个扬声器的电路。这样的电路通常包括扬声器驱动器,该扬声器驱动器包括用于驱动音频输出信号至耳机或扬声器的功率放大器。驱动音频输出信号的一个现有方法是采用扬声器驱动器,诸如图1所示的扬声器驱动器100。扬声器驱动器100可包括包络跟踪升压转换器102(例如,H类放大器),接着是全桥输出级104(例如,D类放大器),该全桥输出级104作为另一个转换器级有效地工作。升压转换器102可包括如图所示布置的电源电感器105、开关106,108和电容器110。全桥输出级104可包括如图所示的开关112,114,116和118、电感器120和124以及电容器122和126。扬声器驱动器,诸如扬声器驱动器100,有很多缺点。一个缺点是由于输出级104中的开关,这种扬声器驱动器100可能产生可能对其他电磁信号造成干扰的大量放射状电磁辐射。这种放射状电磁干扰可通过使用电感器120和电容器122以及电感器124和电容器126形成的LC滤波器来减轻。然而,这样的LC滤波器通常尺寸非常大,且至输出换能器的端子的耦合电容器122和126可能对扬声器驱动器100的电源效率有负面影响。此外,这样的体系结构通常不处理大的脉冲信号。为了降低功耗,电源电压VSUPPLY可根据输出信号而变化,使得电源电压VSUPPLY可在较低输出信号幅值的较低电压电平下工作。因此,如果信号迅速增大,那么可能没有足够时间来增大电压VSUPPLY,从而导致信号削波,除非在信号路径中设置延迟。然而,向信号路径添加延迟可能造成与其他类型的音频电路(诸如自适应消噪电路)不兼容。
技术实现思路
根据本公开的教导,可以减少或消除与驱动音频输出信号至音频换能器的现有方法相关联的一个或更多个缺点和问题。根据本公开的实施例,一种用于向负载产生输出电压的开关电源级可包括可配置开关式电源转换器和控制器。可配置开关式电源转换器可包括电源电感器、布置成在多个开关配置下顺序地工作的多个开关以及用于产生输出电压的输出。输出包括第一输出端子和第二输出端子。控制器可被配置成对于输出电压的至少一个幅值范围,控制多个开关在可配置开关式电源转换器的每个开关循环的至少三个开关相位内工作以生成输出电压,其中可配置开关式电源转换器的开关循环的周期基本上大致相等,并控制多个开关对于至少三个开关相位中的每个开关相位应用多个开关配置中的相应开关配置以实现以下至少一者:在输出电压的整个动态范围内的电源电感器的连续电流的维持;在输出电压的整个动态范围内的电源电感器的连续峰值电流的维持;第一输出端子和第二输出端子的共模电压的调节;电源转换器的电磁干扰的最小化;和电源转换器的电源效率的优化。根据本公开的这些和其他实施例,一种用于向负载产生输出电压的方法可包括在可配置开关式电源转换器中,该可配置开关式电源转换器包括电源电感器、布置成在多个开关配置下顺序地工作的多个开关以及用于产生输出电压的输出,该输出包括第一输出端子和第二输出端子,对于输出电压的至少一个幅值范围,控制多个开关在可配置开关式电源转换器的每个开关循环的至少三个开关相位内工作以生成输出电压,其中可配置开关式电源转换器的开关循环的周期基本上大致相等。该方法还可包括控制多个开关对于至少三个开关相位中的每个开关相位应用多个开关配置中的相应开关配置以实现以下至少一者:在输出电压的整个动态范围内的电源电感器的连续电流的维持;在输出电压的整个动态范围内的电源电感器的连续峰值电流的维持;第一输出端子和第二输出端子的共模电压的调节;电源转换器的电磁干扰的最小化;和电源转换器的电源效率的优化。根据本公开的这些和其他实施例,一种用于向负载产生输出电压的开关电源级可包括可配置开关式电源转换器和控制器。可配置开关式电源转换器可包括电源电感器、耦合至第一电源电压的第一电源端子、耦合至第二电源电压的第二电源端子、用于产生输出电压的输出以及多个开关,该输出包括第一输出端子和第二输出端子,所述多个开关包括用于将电源电感器分别耦合至第一电源端子、第二电源端子、第一输出端子和第二输出端子中的每个端子使得多个开关在第一电源端子、第二电源端子、第一输出端子和第二输出端子之间提供多个开关的至少七个开关配置的开关。控制器可被配置成启用可配置开关式电源转换器的每个开关循环的至少七个开关配置中的至少三个开关配置,其中可配置开关式电源转换器的开关循环的周期基本上大致相等。根据本公开的这些和其他实施例,一种用于向负载产生输出电压的方法可包括在可配置开关式电源转换器中,该可配置开关式电源转换器包括电源电感器、耦合至第一电源电压的第一电源端子、耦合至第二电源电压的第二电源端子、用于产生输出电压的输出以及多个开关,该输出包括第一输出端子和第二输出端子,所述多个开关包括用于将电源电感器分别耦合至第一电源端子、第二电源端子、第一输出端子和第二输出端子中的每个端子使得多个开关在第一电源端子、第二电源端子、第一输出端子和第二输出端子之间提供多个开关的至少七个开关配置的开关,启用可配置开关式电源转换器的每个开关循环的至少七个开关配置中的至少三个开关配置,其中可配置开关式电源转换器的开关循环的周期基本上大致相等。本公开的技术优势对于本领域技术人员而言从本文中所包括的图式、说明书和权利要求可以显而易见。实施例的目的和优点将至少通过在权利要求中特别指出的元件、特征及组合来实现和达成。应当理解,前述大致说明和以下详细说明都为举例说明,并不限制本公开中所提出的权利要求。附图说明通过结合附图参照以下说明,可更完整地理解本实施例及其优点,其中相同附图标记表示相同特征,以及其中:图1示出现有技术中已知的示例性扬声器驱动器;图2示出根据本公开的实施例的示例性个人音频设备;图3示出根据本公开的实施例的个人音频设备的示例性音频集成电路的选定部件的方块图;图4示出根据本公开的实施例的示例性开关式放大器的选定部件的电路方块图;图5示出根据本公开的实施例的另一个示例性电源转换器的选定部件的电路图;图6A和图6B示出示出图5中根据本公开的实施例的电源转换器可工作的各种开关配置的表;图7A和图7B示出在图5中根据本公开的实施例的电源转换器的开关循环的各个相位内工作的电源转换器的选定部件的等效电路图;图8示出可应用于图5中根据本公开的实施例在差分输出模式下三相工作的电源转换器的每个工作相位的开关配置的表;图9示出可应用于图5中根据本公开的实施例在单端输出模式下三相工作的电源转换器的每个工作相位的开关配置的表;图10示出描绘图5中根据本公开的实施例的电源转换器的电感器电流与开关循环时间的示例性波形的曲线图;图11示出描绘图5中根据本公开的实施例的电本文档来自技高网
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可重新配置的开关式转换器

【技术保护点】
一种用于向负载产生输出电压的开关电源级,所述开关电源级包括:可配置开关式电源转换器,所述可配置开关式电源转换器包括:电源电感器;布置成在多个开关配置下顺序地工作的多个开关;和用于产生所述输出电压的输出,所述输出包括第一输出端子和第二输出端子;和控制器,被配置成对于所述输出电压的至少一个幅值范围:控制所述多个开关在所述可配置开关式电源转换器的每个开关循环的至少三个开关相位内工作以生成所述输出电压,其中所述可配置开关式电源转换器的开关循环的周期基本上大致相等;并控制所述多个开关对于所述至少三个开关相位中的每个开关相位应用所述多个开关配置中的相应开关配置以实现以下至少一者:在所述输出电压的整个动态范围内的所述电源电感器的连续电流的维持;在所述输出电压的整个动态范围内的所述电源电感器的连续峰值电流的维持;所述第一输出端子和所述第二输出端子的共模电压的调节;所述电源转换器的电磁干扰的最小化;和所述电源转换器的电源效率的优化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.16 US 62/148,5671.一种用于向负载产生输出电压的开关电源级,所述开关电源级包括:可配置开关式电源转换器,所述可配置开关式电源转换器包括:电源电感器;布置成在多个开关配置下顺序地工作的多个开关;和用于产生所述输出电压的输出,所述输出包括第一输出端子和第二输出端子;和控制器,被配置成对于所述输出电压的至少一个幅值范围:控制所述多个开关在所述可配置开关式电源转换器的每个开关循环的至少三个开关相位内工作以生成所述输出电压,其中所述可配置开关式电源转换器的开关循环的周期基本上大致相等;并控制所述多个开关对于所述至少三个开关相位中的每个开关相位应用所述多个开关配置中的相应开关配置以实现以下至少一者:在所述输出电压的整个动态范围内的所述电源电感器的连续电流的维持;在所述输出电压的整个动态范围内的所述电源电感器的连续峰值电流的维持;所述第一输出端子和所述第二输出端子的共模电压的调节;所述电源转换器的电磁干扰的最小化;和所述电源转换器的电源效率的优化。2.根据权利要求1所述的开关电源级,其中所述多个开关配置包括:第一配置,其中使所述多个开关有效和使所述多个开关无效,使得所述电源电感器耦合在所述电源转换器的电源的第一输入端子和所述电源的第二输入端子之间;第二配置,其中使所述多个开关有效和使所述多个开关无效,使得所述电源电感器耦合在所述第一输入端子和所述第一输出端子之间;第三配置,其中使所述多个开关有效和使所述多个开关无效,使得所述电源电感器耦合在所述第一输入端子和所述第二输出端子之间;第四配置,其中使所述多个开关有效和使所述多个开关无效,使得所述电源电感器耦合在所述第二输入端子和所述第一输出端子之间;第五配置,其中使所述多个开关有效和使所述多个开关无效,使得所述电源电感器耦合在所述第二输入端子和所述第二输出端子之间;和第六配置,其中使所述多个开关有效和使所述多个开关无效,使得所述电源电感器耦合在所述第一输出端子和所述第二输出端子之间。3.根据权利要求2所述的开关电源级,其中,在所述第一配置中,所述电源电感器经由所述电源电感器的第一端子耦合至所述第一输入端子,以及其中所述多个开关配置包括第七配置,其中使所述多个开关有效和使所述多个开关无效,使得所述电源电感器耦合在所述第一输入端子和所述第二输入端子之间,使得所述电源电感器经由所述电源电感器的第二端子耦合至所述第一输入端子。4.根据权利要求2所述的开关电源级,还包括与所述第一配置、第二配置、第三配置、第四配置、第五配置和第六配置中的至少一个配置类似的一个或更多个额外配置,其中所述电源电感器的极性相对于所述第一配置、第二配置、第三配置、第四配置、第五配置和第六配置的极性是相反的。5.根据权利要求2所述的开关电源级,其中对于所述至少三个相位中的至少一个相位,基于所述第一输出端子和所述第二输出端子的共模电压来选择这样的相位的配置。6.根据权利要求1所述的开关电源级,其中所述至少一个幅值范围包括大于第一阈值电压且小于第二阈值电压的幅值范围。7.根据权利要求6所述的开关电源级,其中所述控制器还被配置成对于在所述幅值范围之外的所述输出电压的幅值,控制所述多个开关在所述可配置开关式电源转换器的每个开关循环的两个开关相位内工作。8.根据权利要求6所述的开关电源级,其中所述幅值范围包括:小于所述电源转换器的电源的电源电压的所述输出电压的第一子幅值范围,其中所述控制器还被配置成使所述电源转换器在差分输出模式下工作;和大于所述电源电压的所述输出电压的第二子幅值范围,其中所述控制器还被配置成使所述电源转换器在单端输出模式下工作,其中所述第一输出端子和所述第二输出端子中的一个输出端子在所述至少三个相位中的所有相位期间耦合至所述电源的输入端子。9.根据权利要求1所述的开关电源级,其中所述控制器还被配置成通过对于每个开关循环应用伏秒平衡来控制所述至少三个相位的持续时间。10.根据权利要求1所述的开关电源级,其中所述控制器还被配置成基于以下至少一者来控制所述至少三个相位中的至少一个相位的持续时间:所述至少三个相位中的一个相位的峰值电流以及所述至少三个相位中的另一个相位的持续时间;所述至少三个相位中的两个相位的持续时间;所述至少三个相位中的两个相位的峰值电流;和在所述至少三个相位中的两个相位内转移的电荷。11.一种用于向负载产生输出电压的方法,所述方法包括:在可配置开关式电源转换器中,所述可配置开关式电源转换器包括电源电感器、布置成在多个开关配置下顺序地工作的多个开关以及用于产生所述输出电压的输出,所述输出包括第一输出端子和第二输出端子,对于所述输出电压的至少一个幅值范围,控制所述多个开关在所述可配置开关式电源转换器的每个开关循环的至少三个开关相位内工作以生成所述输出电压,其中所述可配置开关式电源转换器的开关循环的周期基本上大致相等;并控制所述多个开关对于所述至少三个开关相位中的每个开关相位应用所述多个开关配置中的相应开关配置以实现以下至少一者:在所述输出电压的整个动态范围内的所述电源电感器的连续电流的维持;在所述输出电压的整个动态范围内的所述电源电感器的连续峰值电流的维持;所述第一输出端子和所述第二输出端子的共模电压的调节;所述电源转换器的电磁干扰的最小化;和所述电源转换器的电源效率的优化。12.根据权利要求11所述的方法,其中所述多个开关配置包括:第一配置,其中使所述多个开关有效和使所述多个开关无效,使得所述电源电感器耦合在所述电源转换器的电源的第一输入端子和所述电源的第二输入端子之间;第二配置,其中使所述多个开关有效和使所述多个开关无效,使得所述电源电感器耦合在所述第一输入端子和所述第一输出端子之间;第三配置,其中使所述多个开关有效和使所述多个开关无效,使得所述电源电感器耦合在所述第一输入端子和所述第二输出端子之间;第四配置,其中使所述多个开关有效和使所述多个开关无效,使得所述电源电感器耦合在所述第二输入端子和所述第一输出端子之间;第五配置,其中使所述多个开关有效和使所述多个开关无效,使得所述电源电感器耦合在所述第二输入端子和所述第二输出端子之间;和第六配置,其中使所述多个开关有效和使所述多个开关无效,使得所述电源电感器耦合在所述第一输出端子和所述第二输出端子之间。13.根据权利要求12所述的方法,其中,在所述第一配置中,所述电源电感器经由所述电源电感器的第一端子耦合至所述第一输入端子,以及其中所述多个开关配置包括第七配置,其中使所述多个开关有效和使所述多个开关无效,使得所述电源电感器耦合在所述第一输入端子和所述第二输入端子之间,使得所述电源电感器经由所述电源电感器的第二端子耦合至所述第一输入端子。14.根据权利要求12所述的方法,还包括与所述第一配置、第二配置、第三配置、第四配置、第五配置和第六配置中的至少一个配置类似的一个或更多个额外配置,其中所述电源电感器的极性相对于所述第一配置、第二配置、第三配置、第四配置、第五配置和第六配置的极性是相反的。15.根据权利要求12所述的方法,其中对于所述至少三个相位中的至少一个相位,基于所述第一输出端子和所述第二输出端子的共模电压来选择这样的相位的配置。16....

【专利技术属性】
技术研发人员:埃里克·J·金思德哈斯·马露约翰·L·梅兰森
申请(专利权)人:思睿逻辑国际半导体有限公司
类型:发明
国别省市:英国,GB

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