双极性多输出ＤＣ／ＤＣ转换器以及电压调整器制造技术

一种双输出双极性电感性升压转换器包括电感器、第一输出节点、第二输出节点和开关网络，所述开关网络被配置为提供如下的电路操作模式：１）第一模式，其中电感器的正电极连接到输入电压并且电感器的负电极连接到地；２）第二模式，其中电感器的正电极连接到第一输出节点并且电感器的负电极连接到第二输出节点；以及３）第三模式，其中电感器的正电极连接到输入电压并且电感器的负电极连接到第二输出节点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双极性多输出DC/DC转换器以及电压调整器
技术介绍
为了防止给各种微电子组件(诸如数字ic、半导体存储器、显示模块、硬盘驱动器、RF电路、微处理器、数字信号处理器和模拟IC)供电的电源电压的变化，尤其是在类似 蜂窝电话、笔记本电脑和消费产品的以电池供电的应用中，通常要求进行电压调整。 因为产品的电池或者DC输入电压常常必须被升高到更高DC电压或者被降低到更 低DC电压，所以这样的调整器被称为DC-DC转换器。当电池的电压大于所希望的负载电压 时，使用降低型(st印-down)转换器。降低型转换器可以包括电感性开关式调整器、电容性 电荷泵、以及线性调整器。相反，当电池的电压低于对负载供电所需的电压时，需要升高型 (st印-up)转换器，升高型转换器通常被称为升压转换器。升高型转换器可以包括电感性开 关式调整器或者电容性电荷泵。 在前述电压调整器中，电感性开关式转换器可以实现最广范围的电流、输入电压 和输出电压中的优良性能。DC/DC电感性开关式转换器的根本原理是以如下简单前提为基 础的电感器(线圈或变压器)中的电流不立刻改变，并且电感器将产生相反电压以抵抗其 电流的任何改变。 基于电感器的DC/DC开关式转换器的基本原理是将DC电源切换或"突变"成脉 冲或突发，并且利用包括电感器和电容器的低通滤波器滤除那些突发来产生表现良好的随 时间变化的电压，即将DC改变成AC。通过利用一个或多个晶体管以高频进行开关来对电感 器重复磁化和解磁化，电感器可以被用于升高型或降低型转换器的输入，从而产生与其输 入不同的输出电压。在利用磁化将AC电压升高或降低改变之后，输出然后被整流回到DC， 并且被滤波以去除任何纹波。 晶体管一般是用具有低导通状态阻抗的M0SFET (通常称为"功率MOSFET")来实 现的。利用来自转换器的输出电压的反馈控制开关状况，可以维持恒定的调整良好的输出 电压，而无论转换器的输入电压或其输出电流是否迅速改变。 为了去除由晶体管的开关动作而生成的任何AC噪声或纹波，在开关式调整器电 路的输出的两端设置了输出电容器。输出电容器与电感器一起形成能够去除晶体管的开关 噪声中的大多数以防止它们达到负载的"低通"滤波器。开关频率(一般为lMHz或更大) 必须相对于滤波器的"LC"振荡回路(tank)的谐振频率为"高"。对多个开关周期进行平 均，被开关的电感器表现得像具有低改变平均电流的可编程电流源。 因为平均电感器电流由被偏置作为"导通(on)"或"关断(off)"开关的晶体管来 控制，所以在晶体管中的功耗理论上来说是小的并且可以实现在百分之八十到百分之九十 范围内的高转换器效率。具体地，当功率MOSFET被偏置作为利用"高"栅极偏置的导通状 态开关时，其展现出具有低R。s(。ri阻抗(一般为200毫欧或更小)的线性I-V漏极特性。例 如，在0. 5A时，这样的器件将展现出仅仅lOOmV的最大电压降ID R。s(。n)，而不论其漏极电 流如何。在其导通状态导电时间期间的功耗为ID2 在该示例中，给出在晶体管导电 期间的功耗为(0. 5A)2 (0. 2Q) = 50mW。 在其关断状态，功率MOSFET使其栅极偏置到其源极，即，使得Ves = 0。即使施加5的漏极电压VDS等于转换器的电池输入电压Vbatt，功率MOSFET的漏极电流IDSS也是很小的， 通常在1微安以下并且更一般为数毫微安。电流IDSS主要包括结漏(junction leakage)。 所以，用作DC/DC转换器中的开关的功率MOSFET是高效的，因为在其关断状况中， 其以高电压展现出低电流，并且在其导通状态中，其以低电压降展现出高电流。在开关瞬变 以外，功率MOSFET中的ID VDS乘积保持很小，并且开关中的功耗保持很低。 功率MOSFET不仅用于通过使输入电源突变而使AC转换成DC，而且可以用 于替代将合成的AC整流回DC所需的整流二极管。作为整流器的MOSFET的操作常 常通过如下方式实现与肖特基二极管并列地设置MOSFET，并且当二极管导电时使 MOSFET导通，即与二极管的导电同步。在这样的应用中，MOSFET因此被称为同步整流器 (synchronousrectifier)。 因为同步整流MOSFET的大小可以被设置为具有低导通阻抗和比肖特基 (Schottky)更低的电压降，所以导电电流从二极管被转移到MOSFET沟道，从而"整流器"中 的总功耗被降低。大多数功率MOSFET包括寄生源-漏二极管。在开关式调整器中，固有的 P-N二极管的取向性必须与肖特基二极管的极性相同，即阴极对阴极，阳极对阳极。因为在 同步整流MOSFET导通之前，此硅P-N 二极管和肖特基二极管的并列组合仅仅承载用于被称 为"先断后通"的短暂时间间隔的电流，所以这些二极管中的平均功耗是低的并且肖特基通 常被完全去除。 假设晶体管开关事件与振荡时段比较而言相对较快，在电路分析中，开关期间的 功率损耗可以忽略不计，或者替代地被认为是固定功率损耗。大体说来，然后，可以通过考 虑导电和栅极驱动损耗来估计低电压开关式调整器中的功率损耗。然而，当有多种兆赫兹 的开关频率时，开关波形分析变得很重要，并且必须通过相对时间分析器件的漏极电压、漏 极电流和栅极偏置电压驱动来考虑。 基于上述原理，当今的基于电感器的DC/DC开关式调整器利用广范围的电路、电 感器和转换器技术来实现。广义上，它们分为两种主要技术类型，非隔离式转换器和隔离式 转换器。 最普通的隔离式转换器包括反激式并且正向转换器，并且要求变压器或者耦合电 感器。当功率较高时，还使用全桥转换器。隔离式转换器能够通过调节变压器的初级和次 级绕组比来升高或降低它们的输入电压。具有多绕组的变压器可以同时产生多个输出，包 括比输入高的电压和比输入低的电压。变压器的缺点在于与单绕组电感器相比，它们很大 并且遭受不希望的杂散电感。 非隔离式电源包括降低型Buck转换器、升高型升压转换器和Buck升压转换器。 Buck转换器和升压转换器特别高效并且在尺寸上紧密，尤其是可在可以使用2. 2 H或更 低的电感器的兆赫兹频率范围中操作。这样的技术对于每个线圈产生单个经过调整的输出 电压，并且要求专用控制回路并且将针对各个输出的P丽控制器分离开，以便不断地调节 开关导通时间来调整电压。 在便携式并且以电池供电的应用中，通常采用同步整流来提高效率。采用同步整 流的降低型Buck转换器被称为同步Buck转换器。采用同步整流的升高型升压(boost)转 化器被称为同步升压转换器。 同步升压转换器操作如图l所示，现有技术同步升压转换器l包括低侧功率M0SFET开关2，连接电池的电感器3的电池、输出电容器6以及与整流二极管5并列的"浮 动"同步整流MOSFET 4。由先断后通电路(未示出)驱动并且由P丽控制器7响应于来自 转换器的输出的电压反馈V^控制的MOSFET的栅极跨接滤波电容器6两端。BBM操作被需 要用来防止将输出电容器6短路。 在同步整流MOSFET 5 (其可以是N沟道或者是P沟道的)的源极端子和漏极端子 不是永久地被连接到任意供电轨(即，不接地也不接Vbatt)的意义上，其被认为是浮动的。 二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双极性双输出同步升压转换器，其包括：电感器；第一输出节点；第二输出节点；以及开关网络，所述开关网络被配置为提供如下的电路操作模式：第一模式，其中所述电感器的正电极连接到输入电压并且所述电感器的负电极连接到地；第二模式，其中所述电感器的正电极连接到所述第一输出节点并且所述电感器的负电极连接到所述第二输出节点；以及第三模式，其中所述电感器的正电极连接到所述输入电压并且所述电感器的负电极连接到所述第二输出节点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德K威廉姆斯，
申请(专利权)人：先进模拟科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]