一种ＤＣ／ＤＣ转换器，其包括：前置调节器级，其可以包括Ｂｕｃｋ转换器；以及后置转换器级，其可以包含电荷泵。由从前置调节器级或后置转换器级的输出端子延伸的反馈路径来控制该前置调节器级的占空因子。取决于占空因子，前置调节器以一可变的数量来对输入ＤＣ电压进行降压，并且后置转换器以正或负的整数或分数值来对前置调节器的输出处的电压进行升压或降压。即使在单位输入与输出电压转换比的附近，该转换器也克服了噪声毛刺、较差调节以及不稳定的问题。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
.曰;性能，并且有关于这种转换器中所使用的半导体组件< 、工作和
技术介绍
为了防止对各种微电子组件(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)进行供电的电源 电压的变化，尤其是防止电池供电应用(诸如蜂窝电话、笔记本计算机和消 费产品)中的变化，通常需要电压调节。由于通常必须将产品的电池或DC输入电压升高到更高的DC电压，或 者降低至更低的DC电压，因此将这种调节器称为DC-DC转换器。每当电池 的电压大于期望负载电压时，使用通常称为"Buck转换器"的降压转换器。 降压转换器可包括电感式开关调节器、电容式电荷泵和线性调节器。相反， 每当电池的电压低于对其负载供电所需的电压时，需要通常称为"boost转换 器"的升压转换器。升压转换器可包括电感式开关调节器或电容式电荷泵。另一种转换器可依据输入至该转换器的电源具有高于还是低于其输出电 压的电压而作为升压或降压转换器来工作。每当调节器的输入和输出相似时 (在这种情况下，输入电压的变化使得简单的boost或Buck转换器的使用变得 不可能)，需要通常称为Buck-boost转换器的这种电路。需要升压和降压转换两者的这种应用的一个示例是从锂离子(LiIon)电池 提供受调节的3.3V输出。锂离子电池呈现从4.2V(完全充电时)衰减至低于43V(放电时)的端子电压。由于初始的电池电压高于3.3V，而最后的电池电压 低于3.3V，因此转换器必须能够在最初降压，并在稍后升压。电感式开关转换器对于上述的电压调节器，电感式开关转换器可以在电流、输入电压和输 出电压的最宽范围之上取得优异的性能。DC/DC电感式开关转换器的基本原 理是电感器(线圏或变压器)中的电流不能立即变化，并且电感器将产生相反 的电压来抵制其电流中的任何变化。通过使用高频率地进行开关的一个或多个晶体管来重复地使得电感器励 磁或消磁，电感器可用于对转换器的输入进行升压或降压，使得产生不同于 其输入的输出电压。通常使用具有较低的导通电阻(on-state resistance)的 MOSFET(通常称作"功率MOSFET")来实现这些晶体管。通过使用来自于 转换器的输出电压的反馈来控制开关状况，可以保持恒定的良好调节的输出 电压，尽管转换器的输入电压或其输出电流快速变化。为了消除晶体管的开关动作所生成的任何AC噪声或紋波，输出电容器 被置于开关调节器电路的输出的两端之间。电感器和输出电容器一起形成能 够使得大多数的晶体管开关噪声不能抵达负载的"低通"滤波器。相对于滤 波器"LC"谐振回路(tank)的共振频率，开关频率(通常为lMHz或更大)必须 为"高"。经在多个开关周期上进行平均，开关电感器如同具有緩慢变化的平 均电流的可编程电流源那样运转(behave)。由于通过被偏置为"导通"或"截止"的开关的晶体管来控制平均电感 器电流，因此晶体管的功耗在理论上很小，并且可以实现处于80%~90%范 围中的高转换效率。具体地，当通过使用"高"栅极偏置将增强型功率MOSFET 偏置为导通状态的开关时，其呈现具有低Ros(on)电阻(通常为200毫欧或更 小)的线性I-V漏极特性。例如，在0.5A的电流处，尽管该器件的漏极电流较 高，其也将呈现仅100mV的最大压降lD.Ros(on)。其功耗在其开启状态的导通时间期间为ID2RDS(on)。在给定的示例中，晶体管导通期间的功耗为 (0.5A)2.(0.2Q)=50mW。在其截止状态下，增强型功率MOSFET将其栅极偏置到其源极，即，使 得VGS=0。即使在施加的漏极电压Vos等于转换器的电池输入电压V^的情 况下，功率MOSFET的漏极电流Ioss也非常小，通常充分地低于一微安、更一般地为几纳安。电流lDss主要是由于结泄漏引起的。由于在截止状况下，其在高电压处呈现低电流，并且在开启状况下，其在低压降处呈现高电流，因此，作为DC/DC转换器中的开关而使用的功率 MOSFET是高效的。除了开关瞬态之外，功率MOSFET中的iD.V。s乘积保 持很小，并且开关的功耗保持较低。假如晶体管开关事件(即，将MOSFET从截止切换到导通所花费的时间， 反之亦然)与各开关事件之间的时间段相比相对较短，则在电路分析中，可以将开关期间的能量损耗认为是可忽略的，亦或将其看作固定的能量损耗。然 而，在几兆赫的开关频率处，开关波形分析变得更加重要，必须通过分析相 对于时间的器件的漏极电压、漏极电流和栅极偏置电压来对开关波形分析进 行考虑。最小化开关转换器时的功率损耗在升压、降压或者升压-降压DC-DC开关转换器中，需要一个或多个功 率开关元件来控制流入转换器电路中的电流和能量。在工作期间，这些功率 器件用作以高频率地反复进行导通和截止并具有变化频率或持续时间的功率 开关。在此工作期间，这些功率器件在开启状态的导通时间段期间以及开关动 作期间均损耗了能量来进行自加热。这些开关和导通损耗不利地限制了功率 转换器的效率。因此，转换器的效率取决于将每次导通开关或整流二极管时的U.V。n导通损耗最小化，并且取决于将以期望的频率来对开关的输入电容 进行充电所需要的栅极驱动电流最小化(也公知为CG.VG2损耗)。其它的损耗包括当电压和电流同时存在时而在开关转换(即，交叉导通(cross-over conduction))期间消耗的能量，以及在更高的电压处对MOSFET 的漏极电容进行充电和放电所损失的输出能量，如由每个器件的损耗所给出 的那样，即P损耗=^V通+ ^驱动+ P交叉+ ^漏极 然而，为了快速地对工作在低电压处的晶体管进行开关，这些额外损耗 相比于转换器中的栅极驱动损耗和导通损耗是较小的。因而，可以通过将其 导通损耗和栅极驱动损耗之和最小化来降低一个开关的能耗，其中^损耗W P导通+ "^驱动对于功率MOSFET,该关系可以通过下面的等式来近似尸损耗。 争)+ H々)+肌/在该等式中，^Rds表示功率MOSFET的导通损耗，比值(U/T)表示 MOSFET完全开启并导通电流的时间部分。导通损耗项"Vf表示在具有正向 电压Vf的二极管中消耗的能量，而(trec/T)表示二极管导通电流的时间占时间 段T的部分(fraction)。项QG VG f描述根据栅极电荷QG所描述的上述CGVG2 栅极驱动损耗。由于电容具有高度的非线性并且难以精确建模，因此栅极电 荷Q(j比电容CG更优选。此外，由于实际上总会保存电荷，而并非总会保存 电容，因此在预测效率时使用栅极电荷Qg提供了更高的精度。根据上面的等式，最小化MOSFET中的能耗要求通过使得MOSFET更 大来最小化Rds,而最小化栅极驱动损耗要求最小化qg。不幸地是，栅极电 荷和电容与晶体管的有源区A成正比，而与其导通电阻成反比，即QG oc j oc 1及M导通损耗之间存在的不可避免的折衷。较大的MOSFET呈现较低的导通电阻 和较少的导通损耗，但是其更难以被驱动，使得损失了效率，尤其是在更高 开关频率f的情况下。为了将转换器的总效率最大化，我们不仅必须使用具有尽可能最小的电 阻以及最小的栅极输入电容的MOSFET,而且必须采用针对每个MOSFET的 额定工作本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＤＣ／ＤＣ电压转换器，其包含： 降压前置调节器，其包含开关电感式电路；以及 后置转换器，其包含开关电容式电路， 其中，所述前置调节器的输出端子耦合至所述后置转换器的输入端子，所述前置调节器的输入端子包含所述ＤＣ／ＤＣ电 压转换器的输入端子，所述后置转换器的输出端子包含所述ＤＣ／ＤＣ电压转换器的输出端子。
【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威廉斯，
申请(专利权)人：先进模拟科技公司，
类型：发明
国别省市：US[]
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