多输入/多输出开关转换器制造技术

根据本公开的实施例，一种装置可包括功率转换器，该功率转换器具有用于接收由电源生成的输入电源电压的电源输入、用于向负载生成输出电压的输出和耦合在电源输入和输出之间的功率电感器，且还可包括能量存储元件，该能量存储元件耦合到电源输入、功率电感器和输出，使得功率电感器的操作在把能量输送到能量存储元件和把能量输送到负载之间在时间上分开以及能量存储元件的操作在把能量输送到负载和从电源和负载中的一者或两者接收能量之间在时间上分开。

Multiple input / output switching converters

According to embodiments of the present disclosure, an apparatus may include a power converter having a power input for receiving an input power supply voltage generated by a power source, an output for generating an output voltage to a load, and a power inductor coupled between the power input and output, and may also include an energy storage element. The energy storage element is coupled to the power input, the power inductor, and the output such that the operation of the power inductor is separated in time between the transmission of energy to the energy storage element and the transmission of energy to the load, and the operation of the energy storage element is connected to either or both of the power supply and the load. The energy is divided in time.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多输入/多输出开关转换器相关申请交叉引用本公开主张于2016年10月3日提交的美国非临时专利申请序列号15/283,839的优先权，美国非临时专利申请序列号15/283,839主张于2015年11月16日提交的美国临时专利申请序列号62/255,960的优先权，各案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，包括但不限于诸如无线电话和媒体播放器的个人音频设备，更具体地，涉及用于向放大器或其他负载提供电源电压的开关型电源。
技术介绍
个人音频设备，包括无线电话(诸如移动电话/蜂窝电话)、无绳电话、mp3播放器以及其他消费类音频设备，有着广泛应用。此类个人音频设备可包括用于驱动一对头戴式受话器或一个或更多个扬声器的电路。这种电路通常包括用于把音频输出信号驱动至头戴式受话器或扬声器的功率放大器。一般而言，功率放大器通过从电源中获取能量并控制音频输出信号以匹配输入信号形状(但振幅较大)来对音频信号进行放大。虽然许多放大器架构(例如，A类放大器、B类放大器和AB类放大器)只提供单个电源用于功率放大器，但是一些架构提供至少两个电源电压用于给功率放大器供电，以经由单个或恒定电源电压架构实现更大功率效率。多电源电压放大器的一个示例是H类放大器。H类放大器可具有无限可变电压供给轨，该电压供给轨跟踪H类放大器的输出信号的包络。为了提供这种无限可变电压供给轨，可对输出供给轨进行调制使得输出供给轨在任何给定时间仅略大于音频输出信号的幅度。例如，开关型电源可以用于建立输出信号跟踪电压轨。因此，H类放大器可通过减小放大器的输出驱动晶体管处的功率浪费来提高效率。专利技术内容根据本公开的教导，可以减少或消除与把音频输出信号驱动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，一种装置可包括功率转换器，该功率转换器具有用于接收由电源生成的输入电源电压的电源输入、用于向负载生成输出电压的输出和耦合在电源输入和输出之间的功率电感器，且还包括能量存储元件，该能量存储元件耦合到电源输入、功率电感器和输出，使得功率电感器的操作在把能量输送到能量存储元件和把能量输送到负载之间在时间上分开以及能量存储元件的操作在把能量输送到负载和从电源和负载中的一者或两者接收能量之间在时间上分开。根据本公开的--这些和其他实施例，一种方法可包括在功率转换器中操作功率转换器使得功率电感器在把能量输送到能量存储元件和把能量输送到负载之间在时间上分开以及操作功率转换器使得能量存储元件在把能量输送到负载和从电源和负载中的一者或两者接收能量之间在时间上分开，该功率转换器具有用于接收由电源生成的输入电源电压的电源输入、用于向负载生成输出电压的输出和耦合在电源输入和输出之间的功率电感器，且还具有耦合到电源输入、功率电感器和输出的能量存储元件。本公开的技术优点对于本领域技术人员而言从本文中所包括的附图、说明书和权利要求书中可以很容易看出。实施例的目的和优点将至少通过权利要求范围中特别指出的要素、特征及组合来实现和达到。应当理解，上面大致说明和下面详细说明都是示例且是解释性的，而不是对本公开中所述的权利要求范围的限制。附图说明通过结合附图参照下面说明，可以获得对本专利技术实施例及其优点的更完整的理解，其中相同附图标记表示相同特征，其中：图1示出根据本公开的实施例的示例性个人音频设备；图2是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3是根据本公开的实施例的示例性开关型电源的选定部件的方块图；图4示出列出图3中根据本公开的实施例的开关型电源的多个有用开关配置的表；图5示出具有经整流的正弦波形的示例性负载电压的曲线图，该曲线图表示图3中根据本公开的实施例的开关型电源的多种操作模式的示例性操作范围；图6是根据本公开的实施例的另一个示例性开关型电源的选定部件的方块图；图7是根据本公开的实施例的个人音频设备的另一个示例性音频集成电路的选定部件的方块图。具体实施方式图1示出根据本公开的实施例的示例性个人音频设备1。图1示出以一对耳塞式扬声器8A和8B的形式耦合到耳机3的个人音频设备1。图1所示的耳机3仅仅是示例，且应当理解，个人音频设备1可以结合多种音频换能器使用，包括但不限于头戴式受话器、耳塞、入耳式耳机和外置扬声器。插头4可以为耳机3和个人音频设备1的电气端子提供连接。个人音频设备1可向用户提供显示器并使用触摸屏2来接收用户输入，或可替换地，标准液晶显示器(LCD)可以与设置在个人音频设备1的正面和/或侧面上的多种按钮、滑块和/或拨号盘进行合并。同样如图1所示，个人音频设备1可包括用于生成发送给耳机3和/或另一个音频换能器的模拟音频信号的音频集成电路(IC)9。图2是根据本公开的实施例的个人音频设备的示例性音频IC9的选定部件的方块图。在一些实施例中，示例性音频IC9可以用于实现图1的音频IC9。如图2所示，微控制器内核18可向数字-模拟转换器(DAC)14提供数字音频输入信号DIG_IN，该DAC14可把数字音频输入信号转换为模拟信号VIN。DAC14可向放大器级16提供模拟信号VIN，该放大器级16可对音频输入信号VIN进行放大或衰减以提供音频输出信号VOUT，该音频输出信号VOUT可操作扬声器、头戴式受话器换能器、线路电平信号输出和/或其他合适的输出。特别是如果放大器级16通过具有与接地大不相同的静态电压的单极电源进行操作，那么电容器CO可以用于把输出信号耦合到换能器或线路电平输出。而且，如图2所示，音频IC9可包括控制电路20，该控制电路20被配置成基于数字音频输入信号DIG_IN使用一个或更多个控制信号(图2中标记为“VOLTAGECONTROL”)来控制放大器级16的电源电压。如图2所示，放大器级16可包括H类放大器26，该H类放大器26具有用于接收模拟信号VIN的输入、用于生成基于并表示模拟信号VIN的输出信号VOUT的输出以及用于接收由可变电源28输出的可变负载电压VLOAD的电源输入，其中可变电源28基于一个或更多个控制信号VOLTAGECONTROL来输出可变负载电压VLOAD。由可变电源28输出的负载电压VLOAD可选自多个离散电压，或可包括介于最小电压和最大电压之间的无限数量个电压。图3是根据本公开的实施例的示例性开关型电源30的选定部件的方块图。在一些实施例中，示例性开关型电源30可以用于实现图2的可变电源28。如图3所示，开关型电源30可包括蓄电池40或被配置成输出蓄电池电压VBAT的其他电压源。蓄电池40可包括任何合适的能量存储器件，包括但不限于被配置成把化学能转换为蓄电池40的端子处的电能的一个或更多个电化学电池。如图3所示，开关型电源30还可包括输出，开关型电源30可在该输出处生成单端负载电压VLOAD。开关型电源30可包括功率电感器42和多个开关31-37。功率电感器42可包括任何无源双端电气部件，该电气部件阻止通过它的电流变化并使得当流过它的电流变化时，根据法拉第电磁感应定律，时变磁场在功率电感器42中感应出电压，其与产生磁场的电流变化相反。各开关31-37可包括用于响应于由开关接收到的控制信号当开关启用(例如，有效、闭合或接通)时连接电路以及当开关停用(例如，无效、断开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：功率转换器，该功率转换器具有用于接收由电源生成的输入电源电压的电源输入、用于向负载生成输出电压的输出和耦合在所述电源输入和所述输出之间的功率电感器；和能量存储元件，该能量存储元件耦合到所述电源输入、所述功率电感器和所述输出，使得：所述功率电感器的操作在把能量输送到所述能量存储元件和把能量输送到所述负载之间在时间上分开；所述能量存储元件的操作在把能量输送到所述负载和从所述电源和所述负载中的一者或两者接收能量之间在时间上分开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.16 US 62/255,960;2016.10.03 US 15/283,8391.一种装置，包括：功率转换器，该功率转换器具有用于接收由电源生成的输入电源电压的电源输入、用于向负载生成输出电压的输出和耦合在所述电源输入和所述输出之间的功率电感器；和能量存储元件，该能量存储元件耦合到所述电源输入、所述功率电感器和所述输出，使得：所述功率电感器的操作在把能量输送到所述能量存储元件和把能量输送到所述负载之间在时间上分开；所述能量存储元件的操作在把能量输送到所述负载和从所述电源和所述负载中的一者或两者接收能量之间在时间上分开。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述功率转换器包括开关型电源，该开关型电源包括多个开关，该多个开关被配置成控制为使得所述功率转换器在多个模式下操作，该多个模式至少包括以下模式：升压模式，其中所述功率转换器生成大于所述输入电源电压的输出电压；降压模式，其中所述功率转换器生成小于所述输入电源电压的输出电压。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述功率转换器在升压模式下的至少一个开关周期包括充电阶段和放电阶段，使得：在充电阶段期间，从所述电源和所述能量存储元件给所述功率电感器充电；在放电阶段期间，所述功率电感器向所述负载放电。4.根据权利要求2所述的装置，其中所述功率转换器在降压模式下的至少一个开关周期包括充电阶段和放电阶段，使得：在充电阶段期间，从所述电源给所述功率电感器充电；在放电阶段期间，所述功率电感器向所述负载和所述能量存储元件放电。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量存储元件包括电容器。6.根据权利要求5所述的装置，其中：所述电源包括第一电源端子和第二电源端子；所述第一电源端子耦合到所述功率转换器的电源输入；所述电容器具有耦合到所述功率电感器的第一电容器端子和耦合到所述第二电源端子的第二电容器端子。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述功率电感器包括耦合到所述电源输入的第一电感器端子和耦合到所述能量存储元件的第一存储元件端子的第二电感器端子，且所述装置还包括第一开关，该第一开关耦合在所述第二电感器端子和所述负载之间，使得当所述第一开关启用时，能量从所述能量存储元件和所述功率电感器中的至少一者输送到所述负载，或能量从所述负载输送到所述能量存储元件和所述功率电感器中的至少一者。8.根据权利要求7所述的装置，还包括第二开关，该第二开关耦合在所述能量存储元件的第一存储元件端子和所述第一功率电感器端子之间，使得当所述第二开关启用时，能量从所述能量存储元件输送到所述功率电感器。9.根据权利要求7所述的装置，还包括第二开关，该第二开关耦合在所述能量存储元件的第一存储元件端子和所述负载之间，使得当所述第二开关启用时，能量从所述负载输送到所述能量存储元件。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量存储元件的操作在把能量输送到所述负载、从所述电源和所述负载中的一者或两者接收能量之间在时间上分开，且既不输送能量又...

【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