电源设备与电压转换器制造技术

一种电源设备２００包括一个能量提供电路２１０和一个能量保存电路２２０，前者用来在预定的时间提供能量；后者用来接收由能量提供电路２１０提供的能量和保存该能量。能量保存电路２２０含有一个电感２２１、一个在一个节点２２２处连接于电感于２２１的一端的电容２２３和一个在一个节点２２４处连接于电感２２１的另一端的电容２２５。能量是通过节点２２２和节点２２４中的至少一个节点提供给负载的。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适用于小功率LSI(大规模集成电路)的一种电源设备与一种电压转换器。
技术介绍
用来把一个直流输入电压值增大、减小、或极性倒转成一个不同的直流输出电压值的电路包括DC(直流)/DC转换器。从转换效率和发热量的角度看，与稳压器相比，DC/DC转换器的转换效率较高而发热量较少。与变压器相比，DC/DC转换器的体积较小。由于这些特性，它们适用于要求有高转换效率、低发热量和小体积的工作站和个人计算机。图51A和51B示出一种普通DC/DC转换器61的结构。图51A示出把输入电压降低和输出的部分。在一个电压输入端提供一个电源电压。两个NMOS(N型—金属氧化物半导体)晶体管50和51根据提供在信号输入端A和B的脉冲信号，在断开和导通状态之间变化。当NMOS晶体管50导通而NMOS晶体管51断开时，将有一个电流施加到LC(电感电容)部分上。施加电流随时间的变化被电感L转变成电压，并且输入端A处的电压增大比输出端处的快。接着，当NMOS晶体管50断开而NMOS晶体管51导通时，LC部分将放电。施加电流与放电电流的比值确定了输出电压。当NMOS晶体管50的导通时间大于NMOS晶体管51的导通时间时，输出电压将增大。当NMOS晶体管50的导通时间小于NMOS晶体管51的导通时间时，输出电压将降低。例如，假定当NMOS晶体管50和51的导通时间相等时输出电压为1.5V，则当晶体管50比51有较大的导通时间时输出电压将大于1.5V，反之则输出电压将小于1.5V。如图51B所示，指令NMOS晶体管50和51处于断开或导通状态的信息是通过信号输入端A和B输入的，而输入给信号输入端A和B的脉冲信号是由一个脉冲发生部分55产生的。脉冲发生部分55输出脉冲的周期和脉宽是由一个控制部分57控制的。控制部分57通过对来自一个参考电压发生部分56的输出电压与电压转换部分54的一个监视端处的电压进行比较，来控制脉冲发生部分输出的脉冲信号的周期和脉宽，使得监视端处的电压处于目标电压。近来，为了延长锂(离子)电池的寿命，还有人建议在诸如移动电话或PHS(个人处理系统)这些便携设备中使用DC/DC转换器。这是因为存在着这样的可能性。如果利用DC/DC转换器把锂电池的3V输出电压降低到1V左右，同时使移动电话中所用的LSI也工作于1V左右，就可以减小LSI的功耗。然而，为了实现这样的电池寿命延长，要求DC/DC转换器必须同时解决下述问题(1)和(2)。(1)即使当把电池电压转换为其一半或不足一半时，转换效率也不会减小。用于移动电话的锂电池的输出电压为3V。为了减小LSI的功耗，必须高效率地把该电压降低到1V。然而，当试图用普通的DC/DC转换器61(图51B)来实现这一电压降低时，转换效率将减小。这是由于普通DC/DC转换器61中的控制系统电路58的功耗比较大。例如，当电源电压为1V时，LSI的功耗约为10mW，但包括了脉冲发生部分55、控制部分57和参考电压发生部分56的控制系统电路58的功耗约要100mW。所以，低电源电压时转换效率减小的原因在于，DC/DC转换器61的控制系统电路58的功耗要大于LSI的功耗。(2)电压转换部分的效率需等于或大于90％。普通DC/DC转换器61中电压转换部分54效率减小的原因在于流经NMOS晶体管50和51的电流。在电压转换部分54中，在一个周期中有双重的效率减小。这是因为在电压转换部分54的一个周期中NMOS晶体管50和51都要断开。此外，还存在着下面(3)所述的与芯片形成(on-chip)技术相关的问题。(3)芯片实现必须容易在普通的DC/DC转换器61中，电感52的值约为100μH。然而在硅基底上形成这样大电感值的电感是困难的。这是因为在硅基底上最多只能形成约200nH的电感。当使用约100μH的电感时，电磁辐射噪声有可能使其他的LSI发生故障。还有，为了在普通DC/DC转换器61中实现等于或大于80％的转换效率，NMOS晶体管50和51导通时的电阻(导通电阻，ON电阻)必须为0.1mΩ左右。然而在硅基底上要形成具有这样小的ON电阻的开关是困难的。这是因为在硅基底上最多只能形成ON电阻约为500mΩ的开关。当使用ON电阻约为500mΩ的开关时，转换效率将减小到等于或小于60％。所以普通的DC/DC转换器61对上述问题(1)-(3)一个也不能解决。本专利技术的一个目的是提供一种即使当输出小电流时也能实现高效率电压转换的电压转换器，以同时解决上述问题(1)-(3)。此外，本专利技术是关于适用于小功率LSI的电源设备的一项基本专利技术。本专利技术的一个目的是提供一种具有下列特性的电源设备(1)基本上没有能量损失；(2)能够产生各种类型的电压波形；以及(3)适于用作LSI的电源。还有，本专利技术的一个目的是提供一种包括一个电源设备的半导体集成电路，它含有一个LC谐振电路和至少一个其电源电压由该电源设备供给的电路模块，其中有可能减小因LC谐振电路的工作所产生的噪声。本专利技术公开的内容按权利要求1所定义的一种本专利技术电源设备包括月来在预定时刻提供能量的能量提供装置，以及用来从能量提供装置接收能量并保存该能量的能量保存装置，能量保存装置包含一个电感、一个在一个第一节点处连接于电感一端的第一电容、以及一个在一个第二节点处连接于电感另一端的第二电容。能量是通过第一节点和第二节点中的至少一个节点提供给负载的。根据权利要求1所定义的本专利技术，含在能量保存装置中的电感与第一电容和第二电容构成了一个构成了一个封闭系统，该系统基本上不会向能量保存装置外部泄漏能量。由于基本上不会向能量保存装置外部泄漏能量，该电源设备基本上没有能量损失。因此有可能提供一种低功耗类型的电源设备。此外，根据按权利要求1所定义的本专利技术，通过把第一电容和第二电容分别设定为预定值，就可能分别从第一节点和第二节点向负载提供各种类型的电压波形。例如，有可能从第一节点或第二节点向负载提供直流电压波形。或者，有可能从第一节点或第二节点向负载提供交流电压波形。有可能从第一节点或第二节点中的一个节点向负载提供直流电压波形，同时从另一个节点向负载提供交流电压波形。或者，有可能同时从第一节点和第二节点向负载提供交流电压波形。在一个实施例中，负载是一个具有整流功能的结构的半导体电路。根据按权利要求1所定义的本专利技术的电源设备适合于向这种负载提供电源。这是因为按权利要求1所定义的本专利技术电源设备的结构使得其中的电流永远不会以集中的方式流向负载。在另一个实施例中，从第一节点或第二节点向负载提供直流电压波形。在又一个实施例中，从第一节点或第二节点向负载提供交流电压波形。在又一个实施例中，从第一节点和第二节点中的一个节点向负载提供直流电压波形，从另一个节点向负载提供交流电压波形。在又一个实施例中，从第一节点和第二节点中的一个节点向负载提供交流电压波形，从另一个节点向负载提供交流电压波形。在又一个实施例中，电源设备和负载形成在同一块半导体芯片上。在又一个实施例中，在从电源设备提供给负载的能量中至少有一部分被返回到电源设备中，以供重新利用。在又一个实施例中，在从电源设备提供给负载的能量中至少有一部分通过第一和第二节点中那个用来向该负载提供能量的节点返回到电源设备中。在又一个实施例中，在从电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源设备，它包括： 能量提供装置，用来在预定时间提供能量；以及 能量保存装置，用来接收由能量提供装置所提供的能量并保存该能量，其中： 能量保存装置包含一个电感、一个在一个第一节点处连接于电感一端的第一电容、和一个在一个第二节点处连接于电感另一端的第二电容；并且 能量至少通过第一节点和第二节点中的一个节点被提供给负载。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：楠本馨一，松泽昭，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]