输出电压控制器、电子设备和输出电压控制方法技术

本发明专利技术涉及输出电压控制器、电子设备和输出电压控制方法。输出电压控制器包括：第一控制器，基于输出电压来控制对线圈的电流供应；第二控制器，通过基于输入电压来控制输入电压被输入到的输入端、线圈和对输出电压进行输出的输出端的耦合时段，从而控制对线圈的电流供应。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及一种升高或降低输入电压并输出电压的输出电压控制器。
技术介绍
DC/DC变换器已经作为基于DC输入电压的供应而输出恒定电压的输出电压控制 器被投入实际使用。DC/DC变换器是一种使用半导体开关元件的小且轻重量的高效DC电 源，并被广泛使用在电子设备中。 DC/DC变换器的基本功能是高频地导通和关断开关元件、可变地控制导通时间和 关断时间的比例(即，占空比(duty ratio))以及将DC输出电压维持在恒定电压。存在三 种类型的DC/DC变换器升压型，通过该类型获得高于输入电压的输出电压；降压型，通过 该类型获得低于输入电压的输出电压；以及升降压型，无论输入电压如何，通过该类型都获 得恒定的输出电压。 升降压DC/DC变换器具有与电压输出端子串行或并行耦合的扼流线圈(choke inductor)，并且在以下两种状态之间交替通过开关元件的导通_关断动作，能量被从输 入侧存储在扼流线圈中的状态；以及能量被从扼流线圈释放到输出侧的状态。 升降压DC/DC变换器通过开关操作遭受比升压型和降压型更大的功率损耗，因此 优选地在输入电压和输出电压相互接近的时候使用。实际上，当要输出3V的输出电压的时 候，当由电池供应的输入电压大于4V时控制升降压DC/DC变换器在降压模式下操作，当输 入电压大于2. 8V且不大于4V时控制升降压DC/DC变换器在升降压模式下操作，并且当输 入电压不大于2. 8V时控制升降压DC/DC变换器在升压模式下操作。 注意，已知一种通过在包括状态1到状态4的四个状态当中切换来执行升降压操 作的H桥升降压DC/DC变换器(例如参见日本专利特开2005-192312号公报)。 在传统的DC/DC变换器中，开关操作的数目随着DC/DC变换器的操作状态数目的 增加而增加。这增大了功率损耗且降低了效率。
技术实现思路
根据本文中描述的装置的一个方面，输出电压控制器包括第一控制器，该第一控 制器基于输出电压来控制对线圈的电流供应；以及第二控制器，该第二控制器通过基于输 入电压来控制输入电压被输入到的输入端、线圈和对输出电压进行输出的输出端的耦合时 段，控制对线圈的电流供应。 本专利技术的目的和优点将通过权利要求中特别指出的要素和组合来实现和获得。 应该理解，前面的一般性描述和后面的详细描述是示例性和说明性的，而不对所 要求保护的专利技术的限制。附图说明 图1示出了升降压DC/DC变换器的输出部的操作；4 图2示出了升降压DC/DC变换器的输出部的操作； 图3示出了升降压DC/DC变换器的输出部的操作； 图4示出了根据第一实施例的升降压DC/DC变换器； 图5示出了指示图4中的第一实施例的操作的时序波形； 图6示出了指示图4中的第一实施例的操作的时序波形； 图7示出了指示图4中的第一实施例的操作的时序波形； 图8示出了图4中的第一实施例的状态控制器； 图9示出了根据第二实施例的升降压DC/DC变换器； 图10示出了指示图9中的第二实施例的操作的时序波形； 图11示出了指示图9中的第二实施例的操作的时序波形； 图12示出了根据第三实施例的升降压DC/DC变换器； 图13示出了图12中的第三实施例的状态控制器； 图14示出了图12中的第三实施例的另一状态控制器； 图15示出了指示图12中的第三实施例的状态控制器的操作的时序波形； 图16示出了指示图12中的第三实施例的操作的时序波形； 图17示出了指示图12中的第三实施例的操作的时序波形； 图18示出了图9中的第二实施例的输入-输出电压特性； 图19示出了图12中的第三实施例的输入-输出电压特性； 图20A和20B示出了负载电流和线圈电流之间的关系； 图21示出了根据第四实施例的升降压DC/DC变换器； 图22示出了图21中的第四实施例的另一升降压DC/DC变换器； 图23示出了根据第五实施例的升降压DC/DC变换器；以及 图24示出了根据第六实施例的升降压DC/DC变换器。具体实施例方式图1至3示出了 H桥升降压DC/DC变换器的输出部。该输出部包括开关电路swl 至sw4以及扼流线圈(choke inductor) L。输入电压Vin通过开关电路swl被供应给作为 扼流线圈L的一端的节点Nl。节点Nl通过开关电路sw2耦合到地GND。 作为扼流线圈L的另一端的节点N2通过开关电路sw3耦合到地GND，并且通过开 关电路sw4输出一输出电压Vout。 将描述上述输出部在升降压模式、升压模式以及降压模式三种状态下的操作。假 设当输出电压Vout被设定为3. 2V的时候，例如，当输入电压Vin不小于4. 0V时输出部被 控制在降压模式下操作，当输入电压Vin满足2. 8V < Vin < 4V时输出部被控制在升降压 模式下操作，并且当输入电压Vin不大于2. 8V时输出部被控制在升压模式下操作。 在升降压模式下，对各个开关电路swl至sw4进行打开/闭合控制，以使输出部被 顺序置于状态1至3，如图2中所示。首先，在状态1中，开关电路swl和sw3被导通，并且 开关电路sw2和sw4被关断。电流II流过，并且能量被积累在扼流线圈L中。 在状态2中，开关电路sw2和sw4被导通，并且开关电路swl和sw3被关断。电流 12流过，并且积累在扼流线圈L中的能量被释放。 在状态3中，开关电路swl和sw4被导通，并且开关电路sw2和sw3被关断。电流 13流过。该循环被重复。通过控制各个状态1至3中的占空而执行升降压操作。 在降压模式下，开关电路swl和sw2被交替导通，开关电路sw4被固定到0N(导 通)，并且开关电路sw3被固定到0FF(关断)，如图l中所示。即，状态2和状态3交替。电 流12和13交替流过，以降低输出电压Vout。 在升压模式下，开关电路sw3和sw4被交替导通，开关电路swl被固定到0N，并且 开关电路sw2被固定到0FF，如图3中所示。即，状态1和状态3交替。电流I1和I3交替 流过，以升高输出电压Vout。在每种模式下，通过控制将被进行开关控制的开关电路中的占 空，将输出电压Vout维持在3. 2V。 在以上述方式操作的H桥升降压DC/DC变换器中，开关电路swl到sw4中的两个 开关电路在降压模式和升压模式中被开关。因此，功率效率变得高于四个开关电路被进行 开关控制的情况。 另一方面，由于开关电路swl到sw4在升降压模式下都被进行开关控制，所以功率 效率低。在状态1中积累在扼流线圈L中的能量的释放对状态2中的输出电压Vout有很 少贡献，这使得功率效率更低。 由于这个原因，当使H桥升降压DC/DC变换器连续从升压模式转变到降压模式或 者从降压模式转变到升压模式而其间不出现升降压模式时，功率效率可以被改善。 使T为DC/DC变换器的时钟周期并且使t2为状态2的时间，则上述降压模式下的 输出电压Vout与输入电压Vin之比由式(1)表示 -=-1 …U), r 使T为DC/DC变换器的时钟周期并且使tl为状态1的时间，则上述升压模式下的 输出电压Vout与输入电压Vin之比由式(2)表示(2) 当使得上述式(1)和(2)中的t2和tl更接近0时，输入电压Vin和输出电压Vout 变得彼此相等。即，当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输出电压控制器，包括：第一控制器，该第一控制器基于输出电压来控制对线圈的电流供应；以及第二控制器，该第二控制器通过基于输入电压来控制所述输入电压被输入到的输入端、所述线圈和输出所述输出电压的输出端的耦合时段，控制对所述线圈的电流供应。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫前亨，
申请(专利权)人：富士通微电子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]