单电感多输出转换器制造技术

公开了一种包括电压生成装置的降压－升压转换器，该电压生成装置包括：电压源（１１０）；电感器（１０８），其中电感器的第一端子以能够开关的方式连接到所述电压源；以及多个电容器（２０２），所述多个电容器以能够开关的方式连接到电感器的第二端子（１１６），其中，跨该多个电容器形成了相应的多个电压Ｖｉ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单电感多输出转换器
本专利技术旨在提供多个电压，更具体地，涉及用于从单个电压源提供多个电源电压的有效电源管理方法和装置。
技术介绍
在现代的第四代无线手持设备解决方案中，期望电源管理集成电路(PMIC：powermanagementintegratedcircuit)将生成一组具有不同值的电压以向例如包括数字核心、输入/输出设备、模拟电路和功率放大级等不同单元供电。这些单元将具有不同的电压要求。将要求从具有代表值为2.6V和5.5V的端电压的单个锂离子电池中生成电压。为了满足这种需求，提供了图1所示的所谓的H桥降压-升压拓扑。参考图1，示出了电压生成级100。电压源(一般为电池)在线112上提供输入电压。开关元件包括由开关102和103形成的降压部104和由开关105和106形成的升压部109。电容器107是电容存储元件，并且电感器108是电感存储元件。电压源110具有2.5V的示例电压源。如果输出电压被要求大于2.5V，则电源级100必须在降压模式和升压模式之间切换。在升压模式中，电压源110(一般为电池)具有比输出端的期望电压低的值。在降压模式中，电压源具有比在输出端的期望电压高的值。如图1所示的拓扑的问题在于，针对每一个要求的电压，必须使用单独的电压生成级100。因而，必须针对每一个要求的电压来复制图1的整个电路。这就造成了多个降压-升压电路和与之相关联的电感器的增生。这增加了成本，占用了空间并产生了干扰。为了克服这些问题，之前已经提出了改进电源管理IC的方法。这些方法包括：设置片上(on-chip)电感器；开关电容器方案；以及多绕组变压器。通过将电感器制作在芯片上，能够获得某种程度的尺寸缩小。但是，片上电感器具有高串阻，这妨碍了它们在高电流电源中的用途。另外，多个电源将会需要可观的IC面积。开关电容器使得不需要单电感器就能够创建切换模式电源。这些电源总体上在低电流时工作得非常好，但是在高电流时，所需要的电容器的值决定了芯片制作面积。如果使用片外电容器，则片上开关和片外电容器之间的线路电感变成严重的问题，并且在大多数切换电容器元件浮置时，则产生了严重的电磁感应(EMI)。由于需要多个开关元件，效率通常低于基于电感器的降压-升压电源。现有技术的多绕组变压器技术是变压器耦合正激或反激式转换器，其具有被整流以提供一组直流电压的多个绕组或多个抽头。然而，这样的方案存在多个问题。独立地调整每一个电源是困难的。需要缠绕专用变压器，而不是能够使用现成的电感器。该装置并不灵活：如果需要改变电源电压中的一个，则需要重新设计变压器。本专利技术的目的是提供一种用于提供多个电压电平的改进的电源管理方案。
技术实现思路
在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种电压生成装置，该电压生成装置包括：电压源；电感器，其中，所述电感器的第一端子以能够开关的方式连接到所述电压源；以及多个电容器，所述多个电容器以能够开关的方式连接到所述电感器的第二端子，其中，跨所述多个电容器形成了相应的多个电压。所述多个电容器中的每一个都可以电接地。所述多个电容器中的每一个都可以连接到第二电压，所述第二电压是在所述多个电压中选出的一个电压。在这样的方案中，一个电容器的所述第二电压可以电接地。所述电感器的所述第二端子还可以以能够开关的方式电接地。所述电感器的第一端子还可以以能够开关的方式电接地。所述电压生成电路还可以包括用于控制一组开关的控制装置，所述一组开关提供能够以开关方式进行控制的功能。所述控制装置可以适于在电压升压周期中在所述多个电容器中任意电容器连接到所述电感器的所述第二端子时将所述电感器的所述第二端子与所述电接地断开连接。所述控制装置还可以适于在电压升压周期中将所述电感器的所述第二端子接地并将全部所述多个电容器与所述电感器的所述第二端子断开连接以对所述电感器预充电。所述控制装置还可以适于在电压升压周期中将所述电感器的所述第一端子连接到所述电压源并将所述电感器的所述第二端子与电接地断开连接。所述控制装置还可以适于在电压降压周期中将所述电感器的所述第二端子与电接地断开连接。所述控制装置还可以适于在电压降压周期中将所述电感器的所述第一端子选择性地连接到所述电压源或电接地。所述多个电容器中的每一个都可以在周期中连接到所述电感器的所述第二端子。所述控制装置可以适于在各个周期的开始时在降压周期和升压周期之间进行选择。所述选择可以取决于标准。根据本专利技术，还提供了一种在电压生成装置中生成多个电压的方法，该方法包括以下步骤：选择性地将电压源连接到电感器的第一端子；选择性地将多个电容器中的一个连接到所述电感器的第二端子，其中，跨所述多个电容器上形成相应的多个电压。该方法还可以包括将所述多个电容器中的每一个都电接地的步骤。该方法还可以包括选择性地将所述电感器的所述第二端子电接地的步骤。该方法还可以包括选择性地将所述电感器的第一端子电接地的步骤。该方法还可以包括对提供以开关方式可控的功能的一组开关进行控制的步骤。该方法还可以包括将每个电容器依次连接到所述电感器的所述第二端子的步骤。该方法还可以包括以下步骤：在电压升压周期中，在所述多个电容器中的任意电容器连接到所述电感器的所述第二端子时，将所述电感器的所述第二端子与所述电接地断开连接。该方法还可以包括以下步骤：在电压升压周期中，将所述电感器的所述第二端子接地并将全部所述多个电容器与所述电感器的所述第二端子断开连接以对所述电感器预充电。该方法还可以包括以下步骤：在电压升压周期中，将所述电感器的所述第一端子连接到所述电压源并将所述电感器的所述第二端子与电接地断开连接。该方法还可以包括以下步骤：在电压降压周期中，将所述电感器的所述第二端子与电接地断开连接。该方法还可以包括以下步骤：在电压降压周期中，选择性地将所述电感器的所述第一端子连接到所述电压源或电接地。该方法还可以包括在周期中将所述多个电容器中的每一个都连接到所述电感器的所述第二端子的步骤。该方法还可以包括在各个周期的开始时在降压周期和升压周期之间进行选择的步骤。该方法还可以包括根据标准在降压周期和升压周期之间进行选择的步骤。该方法或该装置可以包括选择性地将多个电容器中的一个连接到所述电感器的第二端子的步骤，该步骤包括以下步骤：针对给定的电压电平，生成表示当前输出的电压电平与基准电平之间的差异的误差信号；和将所述误差信号与斜坡信号进行比较，其中，根据该比较步骤来选择性地连接针对所述电压电平的电容器。该方法或该装置可以包括选择性地将多个电容器中的一个连接到所述电感器的第二端子的步骤，该步骤包括以下步骤：针对给定的电压电平，生成表示当前输出的电压电平与基准电平之间的差异的误差信号；和将所述误差信号与所述电感器中的当前电平进行比较，其中，根据该比较步骤来选择性地连接针对所述电压电平的电容器。可以在所述比较步骤开始时连接所述电容器，并且在根据指示变化的比较步骤来断开与所述电容器的连接。附图说明现在将参考附图来描述本专利技术，在附图中：图1例示了现有技术中已知的降压-升压转换器；图2例示了实现本专利技术的原理的降压-升压转换器；图3例示了图2的降压-升压转换器的升压模式中的PWM周期；图4例示了图2的降压-升压转换器的降压模式中的PWM周期；图5例示了图2的降压-升压转换器的用于电压控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压生成装置，该电压生成装置包括：　　电压源；　　电感器，其中所述电感器的第一端子以能够开关的方式连接到所述电压源；以及　　多个电容器，所述多个电容器以能够开关的方式连接到所述电感器的第二端子，其中，跨所述多个电容器形成了相应的多个电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB0808873.42008年5月15日1.一种电压生成装置，该电压生成装置包括：电压源；电感器，具有通过第一开关连接到所述电压源并且通过第四开关电接地的第一端子，并且具有通过第三开关电接地的第二端子；多个电容器，每个电容器都具有第一端子，所述第一端子以能够开关的方式连接到所述电感器的所述第二端子，其中，跨所述多个电容器形成了相应的多个电压，其中，在周期中将所述多个电容器中的每一个轮流电连接到所述电感器的所述第二端子；控制器，用于根据所述电压源的电源电压与在所述周期的时段中跨所述多个电容器的所述多个电压的加权平均值之间的关系，在每个周期的开始时在降压模式与升压模式之间进行选择，其中，所述加权平均值利用在所述多个电压中的每个电压的输出上花费的时间作为权重。2.根据权利要求1所述的电压生成装置，其中，所述多个电容器中的至少一个具有连接到所述多个电容器中的另一个的第一端子的第二端子。3.根据权利要求1或2所述的电压生成装置，其中，所述控制器适于将每个电容器依次连接到所述电感器的所述第二端子。4.根据权利要求3所述的电压生成装置，其中，所述控制器还适于在升压模式中在所述多个电容器中任意电容器连接到所述电感器的所述第二端子时将所述电感器的所述第二端子与电接地断开连接。5.根据权利要求3所述的电压生成装置，其中，所述控制器还适于在升压模式中将所述电感器的所述第二端子接地并将全部所述多个电容器与所述电感器的所述第二端子断开连接以对所述电感器预充电。6.根据权利要求1或2所述的电压生成装置，其中，所述控制器还适于在升压模式中将所述电感器的所述第一端子连接到所述电压源并将所述电感器的所述第二端子与电接地断开连接。7.根据权利要求3所述的电压生成装置，其中，所述控制器还适于在降压模式中将所述电感器的所述第二端子与电接地断开连接。8.根据权利要求7所述的电压生成装置，其中，所述控制器还适于在降压模式中将所述电感器的所述第一端子选择性地连接到所述电压源或电接地。9.根据权利要求1所述的电压生成装置，其中，所述选择取决于标准。10.一种在电压生成装置中生成多个电压的方法，该方法包括以下步骤：选择性地将电压源连接到电感器的第一端子；选择性地将所述电感器的第二端子电接地；选择性地将所述电感器的所述第一端子电接地；选择性地将多个电容器中的一个连接到所述电感器的所述第二端子，其中，跨所述多个电容器形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·威尔逊，
申请(专利权)人：努吉拉有限公司，
类型：发明
国别省市：GB