持续可变切换的电容器DC-DC电压转换器制造技术

在两个或多个模式之间切换电压转换器以产生与参考电压匹配的输出电压，该参考电压可以是在与模式对应的离散电平之间的中间电平。输出电压与参考电压比较以确定是否要调整模式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】持续可变切换的电容器DC-DC电压转换器
技术介绍
将一个DC电压转换到另一个的一种类型的设备公知为DC到DC转换器（或者DC-DC转换器）。DC-DC转换器通常被包括在诸如移动电话、膝上型计算机等的电池操作的设备中，其中设备的各个子系统需要几个离散的电压电平。在一些类型的设备中，比如在以多个不同模式操作的移动电话中，尤其希望为某些元件、比如功率放大器提供处于对操作模式最有效的电平的电源电压，而不是浪费功率并因而过早地耗尽电池。在这样的设备中，希望采用可以产生更大数量的离散电压电平的DC-DC转换器。已知几种类型的DC-DC转换器，包括切换模式的DC-DC转换器和采用脉冲宽度调制（PWM）的DC-DC转换器。切换模式的DC-DC转换器通过将输入的能量立即存储在电感器或者电容器中并然后将该能量释放到在不同电压处的输出来将一个DC电压电平转换为另一个。因此切换电路持续地在两个状态或者阶段之间切换：其中电感器或者电容器的网络正充电的第一状态以及其中网络正在放电的第二状态。切换电路可以配置为产生作为电池电压的固定比例、比如三分之一、一般、三分之二等的输出电压，其中模式选择信号被提供为切换电路的输入以控制要采用哪个比例。可以通过使用模式选择信号操纵网络中的开关来选择电感器或者电容器的不同配置。切换模式的DC-DC转换器可以产生的离散输出电压的数量与电感器或者电容器的数量有关。在诸如移动电话的可携式、手持设备中，希望最小化尺寸和重量。具有大量电感器或者电容器的DC-DC转换器不利于最小化移动电话的尺寸和重量。基于PWM的DC-DC转换器可以产生比切换模式的DC-DC转换器更大数量的离散电压而不用采用更多的电感器、电容器或者其他元件。但是，基于PWM的DC-DC转换器可以产生可能不利地影响移动电话或者其他频率敏感设备的操作的大波谱的伪输出信号。具有大的电容或者电感的滤波器可以被包括在基于PWM的DC-DC转换器中以最小化这些伪信号，但是由于与以上相同的原因，不希望大的滤波器电容器或者电感器。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及通过在两个或多个可选模式之间切换来切换电压转换器，该电压转换器可以产生不仅是多个离散电压电平中的任意一个而且也是在离散电压之间的中间值的输出信号，每个模式对应于离散电压电平之一。在示例实施例中，电压转换器可以包括具有多个模式配置的开关矩阵、比较器逻辑以及控制逻辑。每个模式配置对应于多个输出信号电压之一。响应于模式控制信号可选择模式配置。比较器逻辑实现为比较输出信号与参考信号并产生方向比较信号。控制逻辑实现为响应于该方向比较信号而产生模式控制信号。在示例实施例中，电压转换方法可以包括使用具有多个模式配置的开关矩阵，响应于模式控制信号而选择模式配置。每个模式配置对应于多个输出信号电压之一。比较输出信号与参考信号以产生方向比较信号。该方向比较信号用于产生模式控制信号。在示例实施例中，电压转换器是切换的电容器电压转换器，具有两个或多个电容器、开关矩阵、比较器逻辑和控制逻辑。参考信号被输入到该比较器逻辑，该比较器逻辑还接收输出信号作为反馈。每个模式配置由具有在电压电势和输出节点之间彼此互连的多个电容器的电容器电路定义。即，在每个模式中，在不同的配置中，开关矩阵互连电容器。每个模式配置具有其中电容器电路充电的第一阶段配置和其中电容器电路放电的第二阶段配置。响应于时钟信号，开关矩阵在所选模式配置的这两个阶段配置之间切换。作为此切换的结果，电压转换器产生具有与所选模式配置对应的电压的输出信号。通过在这两个模式之间交替切换，在其中参考信号电压位于与那些模式对应的离散电压电平中的两个之间的情况下，电压转换器可以产生具有与参考信号电压对应的电平的输出电压。在一个示例实施例中，比较器逻辑比较输出信号与参考信号，并产生指示该输出信号和参考信号中的哪个更大的方向比较信号。该比较信号因此指示控制逻辑要致使输出信号电压增加还是降低以匹配参考信号。在一个示例实施例中，响应于该方向比较信号指示该参考信号大于该输出信号，该控制逻辑产生模式控制信号以选择与大于该参考信号的输出信号电压对应的模式配置，并且响应于该方向比较信号指示该输出信号大于该参考信号，该控制逻辑产生该模式控制信号以选择与小于该参考信号的输出信号电压对应的模式配置。即，控制逻辑使用来自比较器逻辑的包括该方向比较信号的一个或多个信号来选择模式。如果该方向比较信号指示参考信号大于输出信号，则该控制逻辑可以将模式切换到与大于该参考信号的该输出信号对应的模式。以此方式改变模式致使输出信号电压增加。但是，如果方向比较信号指示输出信号大于参考信号，则控制逻辑可以将模式切换到与小于该参考信号的该输出信号对应的模式。以此方式改变模式致使输出信号电压降低。在一个示例实施例中，该开关矩阵具有三个模式配置。该三个模式配置可以包括对应于基准参考电压的三分之一的输出信号电压的第一模式配置、对应于基准参考电压的一半的输出信号电压第二模式配置以及对应于基准参考电压的三分之二的输出信号电压的第三模式配置。在一个示例实施例中，该比较器逻辑包括多个比较器以及产生多个参考电压电平并将所选的参考电压电平提供给每个比较器的第一输入的电压电平生成器电路，每个电压电平对应于该多个输出信号电压之一。每个比较器的第二输入耦合到该输出信号，每个比较器提供相应的比较信号。在一个示例实施例中，该比较器逻辑包括三个比较器。第一比较器比较输出信号与具有基准参考电压的第一比例的电压的第一参考电压信号，并产生第一比较信号。该第一比较信号指示该输出信号电压是否超过该基准参考电压的第一比例。第二比较器比较输出信号与具有比基准参考电压的第一比例大的、基准参考电压的第二比例的电压的第二参考电压信号，并产生第二比较信号。该第二比较信号指示该输出信号电压是否超过该基准参考电压的第二比例。第三比较器比较输出信号与具有比基准参考电压的第二比例大的、基准参考电压的第三比例的电压的第三参考电压，并产生第三比较信号。第三比较信号指示该输出信号电压是否超过该基准参考电压的第三比例。在一个示例实施例中，该三个模式配置包括与基准参考电压的第一比例的输出信号电压对应的第一模式配置、与参考电压的第二比例的输出信号电压对应的第二模式配置以及与参考电压的第三比例的输出信号电压对应的第三模式配置。在一个示例实施例中，该控制逻辑包括响应于该第一、第二和第三比较信号的组合的组合逻辑。在一个示例实施例中，如果第一比较信号指示输出信号电压未超过基准参考电压的第一比例并且方向比较信号指示参考信号大于输出信号，则组合逻辑产生模式控制信号以选择与基准参考电压的第一比例的输出信号电压对应的模式配置。在一个示例实施例中，如果第一比较信号指示输出信号电压超过基准参考电压的第一比例，第二比较信号指示输出电压未超过基准参考电压的第二比例，并且方向比较信号指示参考信号小于输出信号，则组合逻辑产生模式控制信号以选择与基准参考电压的第一比例的输出信号电压对应的模式配置。在一个示例实施例中，如果第一比较信号指示输出信号电压超过基准参考电压的第一比例，第二比较信号指示输出电压未超过基准参考电压的第二比例，并且方向比较信号指示参考信号大于输出信号，则组合逻辑产生模式控制信号以选择与基准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.01 US 61/265,4541.一种电压转换器，包括：开关矩阵，具有多个模式配置，每个模式配置对应于输出信号的多个输出信号电压之一，响应于模式控制信号可选择模式配置；电容器电路，包括电容器，所述开关矩阵配置为在所述多个模式配置的不同模式配置中在电压电势和输入节点之间不同地互联所述电容器；比较器电路，实现为比较输出信号与参考信号并产生方向比较信号，所述比较器电路还包括多个比较器，每个比较器具有配置为接收与所述多个比较器中的其他比较器不同的电压的第一输入，所述多个比较器中的第一比较器比较输出信号与具有基准参考电压的第一比例的电压的第一参考电压信号，并产生第一比较信号，所述多个比较器中的第二比较器比较输出信号与具有比基准参考电压的第一比例大的、基准参考电压的第二比例的电压的第二参考电压信号，并产生第二比较信号；以及控制逻辑，实现为响应于该方向比较信号和所述多个比较器中的一个或多个而产生模式控制信号，如果第一比较信号指示输出信号电压超过基准参考电压的第一比例，第二比较信号指示输出电压未超过基准参考电压的第二比例，并且方向比较信号指示参考信号小于输出信号，则控制逻辑产生模式控制信号以选择与基准参考电压的第一比例的输出信号电压对应的模式配置。2.如权利要求1的电压转换器，其中每个模式配置具有其中电容器电路被充电的第一阶段配置和其中电容器电路放电的第二阶段配置。3.如权利要求2的电压转换器，其中该开关矩阵响应于时钟信号在所选模式配置的该第一阶段配置和该第二阶段配置之间切换以产生具有对应于所选模式配置的输出信号电压的在该输出节点处的输出信号。4.如权利要求1的电压转换器，其中该比较器电路还包括产生多个参考电压电平并将所选的参考电压电平提供给每个比较器的对应的第一输入的电压电平生成器电路，每个比较器的第二输入配置为接收该输出信号，每个比较器提供相应的比较信号。5.如权利要求4的电压转换器，其中：该多个比较器包括三个比较器。6.如权利要求5的电压转换器，其中所述多个比较器中的第三比较器比较输出信号与具有比基准参考电压的第二比例大的、基准参考电压的第三比例的电压的第三参考电压，并产生第三比较信号；并且第三比较信号指示该输出信号电压是否超过该基准参考电压的第三比例。7.如权利要求5的电压转换器，其中该开关矩阵具有三个模式配置，该三个模式配置包括与基准参考电压的第一比例的输出信号电压对应的第一模式配置、与参考电压的第二比例的输出信号电压对应的第二模式配置以及与参考电压的第三比例的输出信号电压对应的第三模式配置。8.如权利要求7的电压转换器，其中该第一比例是三分之一，该第二比例是一半，并且第三比例是三分之二。9.如权利要求7的电压转换器，其中：如果第一比较信号指示输出信号电压未超过基准参考电压的第一比例并且方向比较信号指示参考信号大于输出信号，则控制逻辑产生模式控制信号以选择与基准参考电压的第一比例的输出信号电压对应的模式配置。10.如权利要求9的电压转换器，其中如果第一比较信号指示输出信号电压超过基准参考电压的第一比例，第二比较信号指示输出电压未超过基准参考电压的第二比例，并且方向比较信号指示参考信号大于输出信号，则控制逻辑产生模式控制信号以选择与基准参考电压的第二比例的输出信号电压对应的模式配置。11.如权利要求10的电压转换器，其中如果第二比较信号指示输出电压超过基准参考电压的第二比例，第三比较信号指示输出电压未超过基准参考电压的第三比例，并且方向比较信号指示参考信号小于输出信号，则控制逻辑产生模式控制信号以选择与基准参考电压的第二比例的输出信号电压对应的模式配置。12.如权利要求11的电压转换器，其中如果第二比较信号指示输出电压超过基准参考电压的第二比例，第三比较信号指示输出电压未超过基准参考电压的第三比例，并且方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：DS李普利，H刘，
申请(专利权)人：天工方案公司，
类型：发明
国别省市：