用于開關(guān)模式充電器的可重配置的多相功率級的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電源充電器，并且具體地涉及開關(guān)模式充電器。
【背景技術(shù)】
[0002]許多現(xiàn)代電子設(shè)備，包括個人數(shù)字助理(PDA)、膝上型電腦，平板電腦、電子書閱讀器、數(shù)碼相機、數(shù)字記錄設(shè)備，數(shù)字媒體播放器、視頻游戲設(shè)備、移動電話手機、蜂窩式或衛(wèi)星無線電電話、所謂的“智能電話”等，可包括被用于為這些設(shè)備供電的一個或多個電池。這些電池可以是可再充電電池，其通常需要定期充電。
[0003]降壓轉(zhuǎn)換器可被用來向這些現(xiàn)代電子設(shè)備供電的電池進行充電。降壓轉(zhuǎn)換器是一種降壓型直流轉(zhuǎn)直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器，具有小于輸入電壓幅值的輸出電壓幅值。降壓轉(zhuǎn)換器是開關(guān)模式電源供應(yīng)器。降壓轉(zhuǎn)換器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的一些示例可以使用兩個開關(guān)(例如，晶體管和二極管)連同電感器和電容器。在降壓轉(zhuǎn)換器的一些示例中，穿過電感器的電流可由兩個開關(guān)來進行控制(例如，晶體管和二極管)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]通常，本公開的各種示例指向可在不同“方向(direct1n)”上運行的多相降壓轉(zhuǎn)換器。換言之，電流可如本文所討論的通過多相降壓轉(zhuǎn)換器電路在不同的方向上流通。使用兩相降壓變換器的數(shù)個示例被呈現(xiàn)，然而，應(yīng)當(dāng)被理解的是，其它的多相轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是有可能的。在一些示例中，多相轉(zhuǎn)換器可提供不同的充電配置，比如涓流充電、恒定電流、恒定電壓。一些示例可提供“快速(fast)”充電，該“快速”充電提供例如5A、10A或者甚至可能更高。一些示例可具有高效率以避免熱問題。因此，開關(guān)模式充電可被使用。一些示例還可提供“通用串行總線直傳(USB OTG, Universal Serial Bus On-The-Go) ”，在其中兩相降壓轉(zhuǎn)換器或兩相降壓轉(zhuǎn)換器的部分可在升壓(boost)模式下運行，以從電池(其可以使用兩相降壓轉(zhuǎn)換器的降壓模式進行充電)為USB適配器供電。此外，一些示例可使用其他輸入端來提供無線充電模式，以從無線電源變壓器提供充電電源。
[0005]一個示例指向一種方法，該方法包括斷開和閉合第一低側(cè)開關(guān)和第一高側(cè)開關(guān)以及第二低側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)中的至少一個，第一低側(cè)開關(guān)和第一高側(cè)開關(guān)定義兩相降壓轉(zhuǎn)換器的第一相，第二低側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)定義兩相降壓轉(zhuǎn)換器的第二相，從而該兩相降壓轉(zhuǎn)換器執(zhí)行信號的降壓轉(zhuǎn)換，斷開和閉合兩相降壓轉(zhuǎn)換器的第一低側(cè)開關(guān)、第一高側(cè)開關(guān)、第二低側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)中的至少一個，從而該兩相降壓轉(zhuǎn)換器執(zhí)行信號的升壓轉(zhuǎn)換，在第一相組件和第二相組件中的至少一個中控制該開關(guān)中的至少一個的占空比(duty cycle)以生成涓流充電、恒定電流或恒定電壓中的至少一種，以及控制該兩相降壓轉(zhuǎn)換器從第一相組件和第二相組件為系統(tǒng)電壓輸出端提供電流以輸出充電電流。
[0006]另一個示例指向一種兩相降壓轉(zhuǎn)換器，其包括第一低側(cè)開關(guān)和第一高側(cè)開關(guān)、第二低側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)、控制器、第一濾波器元件以及第二濾波器元件，第一低側(cè)開關(guān)和第一高側(cè)開關(guān)定義該兩相降壓轉(zhuǎn)換器的第一相，第二低側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)定義該兩相降壓轉(zhuǎn)換器的第二相，控制器被配置為斷開和閉合第一低側(cè)開關(guān)、第一高側(cè)開關(guān)、第二低側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)中的至少一個以實施降壓模式，該控制器進一步被配置為斷開和閉合第一低側(cè)開關(guān)、第一高側(cè)開關(guān)、第二低側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)中的至少一個以實施升壓模式，并且該控制器進一步被配置為在第一相組件和第二相組件的至少一個中控制至少一個開關(guān)的占空比以實施涓流充電、恒定電流或恒定電壓中的至少一種，第一濾波器元件被耦接至第一相組件的輸出端，第二濾波器元件被耦接至第二相組件的輸出端。
[0007]另一個實施例指向一種集成電路(IC)，其包括第一低側(cè)開關(guān)和第一高側(cè)開關(guān)、第二低側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)以及控制器，第一低側(cè)開關(guān)和第一高側(cè)開關(guān)定義兩相降壓轉(zhuǎn)換器的第一相，第二低側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)定義該兩相降壓轉(zhuǎn)換器的第二相，控制器被配置為斷開和閉合第一低側(cè)開關(guān)、第一高側(cè)開關(guān)、第二低側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)中的至少一個以實施降壓模式，該控制器進一步被配置為斷開和閉合第一低側(cè)開關(guān)、第一高側(cè)開關(guān)、第二低側(cè)開關(guān)和第二高側(cè)開關(guān)中的至少一個以實施升壓模式，并且，該控制器進一步被配置為在第一相組件和第二相組件的至少一個中控制至少一個開關(guān)的占空比以實施涓流充電、恒定電流或恒定電壓中的至少一種。
[0008]一個或多個實施例的詳細(xì)內(nèi)容在附圖和下面的【具體實施方式】中進行了說明。從【具體實施方式】和附圖以及從權(quán)利要求，從本發(fā)明的其他特征、目標(biāo)和優(yōu)點將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0009]圖1是說明一種依照本公開的示例的兩相降壓轉(zhuǎn)換器的方框圖；
[0010]圖2是說明依照本公開的示例，被配置為在“快速”充電模式中的圖1的兩相降壓轉(zhuǎn)換器的方框圖；
[0011]圖3是說明依照本公開的示例，被配置為在升壓模式中的圖1的兩相降壓轉(zhuǎn)換器的方框圖；
[0012]圖4是說明依照本公開的示例，被配置為在無線充電模式中的圖1的兩相降壓轉(zhuǎn)換器的方框圖；
[0013]圖5是說明依照本公開的示例，被配置為在升壓模式和無線充電模式中的圖1的兩相降壓轉(zhuǎn)換器的方框圖；
[0014]圖6是依照本公開的示例，說明一種用于在多相降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的降壓轉(zhuǎn)換器充電器的方法的流程圖；
[0015]圖7是依照本公開的示例，說明另一種用于在多相降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的降壓轉(zhuǎn)換器充電器的方法的另一個流程圖。
【具體實施方式】
[0016]在一般情況下，本公開的各種示例指向可提供不同的充電配置(如，涓流充電、恒定電流、恒定電壓)的兩相降壓轉(zhuǎn)換器。一些示例可提供“快速”充電，“快速”充電提供例如5A、1A或者甚至可能更高。通常，“快速”充電可由從5A到1A或更高的任何電流來提供。一些示例可具有高效率以避免熱問題。因此，開關(guān)模式充電可被使用。一些示例還可提供“USB 0TG”，在其中兩相降壓轉(zhuǎn)換器或兩相降壓轉(zhuǎn)換器的部分可在升壓模式下運行，以從電池(其可以使用兩相降壓轉(zhuǎn)換器的降壓模式進行充電)為USB適配器供電。此外，一些示例可使用其他的輸入端來提供無線充電模式，以從無線電源變壓器提供充電電源。
[0017]如下文所討論的，兩相降壓轉(zhuǎn)換器的運行可被分成降壓轉(zhuǎn)換器功能和升壓轉(zhuǎn)換器功能。在一些示例中，轉(zhuǎn)換器可被實施為多相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文所討論的示例包括兩相。在一些示例中，兩相均可以降壓轉(zhuǎn)換器運行。在其他示例中，兩相均可以升壓轉(zhuǎn)換器運行。在另外的示例中，兩相中的一個可以降壓轉(zhuǎn)換器運行，同時兩相中的另一個以升壓轉(zhuǎn)換器運行。如圖1所示，充當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器的相可由電池、輸出電容器或降壓轉(zhuǎn)換器輸出端為其供電。
[0018]降壓轉(zhuǎn)換器是降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器。換言之,輸出電壓小于輸入電壓。在一些不例中，開關(guān)模式電源供應(yīng)器可使用多個開關(guān)(例如，晶體管和二極管)、電感器和電容器，以降低DC供應(yīng)器的電壓。通過將過量功率作為為熱量耗散的來運行的線性調(diào)節(jié)器(linearregulator)可以是減少DC供應(yīng)器的電壓的更簡單的設(shè)備，但將過量功率作為熱量耗散通常效率低。另一方面，降壓轉(zhuǎn)換器可非常有效率。一些示例可效率達(dá)95%或甚至更高。因此，降壓轉(zhuǎn)換器對于將計算機中的主電源(例如，在臺式機中12V，在筆記本電腦中12-24 V )轉(zhuǎn)換為低至在這些設(shè)備中的處理器所需的例如0.8V-1.8V可以是有用的。
[0019]升壓轉(zhuǎn)換器是升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器。換言之,輸出電壓大于輸入電壓。這是一種開關(guān)模式電源供應(yīng)器(SMPS)。一些示例可包括例如至少兩個半導(dǎo)體開關(guān)(例如，二極管和晶體管，或者在一些示例中是兩個晶體管)和至少一個能量存儲元件(例如，電容器或電感器)。一些不例可包括結(jié)合的多個能量存儲兀件，例如，多個電容器、多個電感器、電容器和電感器的結(jié)合或者多個電容器和多個電感器的結(jié)合。
[0020]濾波器可包括一個或多個電感器、一個或多個電容器或者一個或多個電感器與一個或多個電容器的一些結(jié)合，通?？杀话ㄔ谵D(zhuǎn)換器的輸出端(例如，升壓轉(zhuǎn)換器輸出端或者降壓轉(zhuǎn)換器輸出端)處，以減少輸出電壓波紋(voltage ripple)。
[0021]在一些示例中，電路可被配置為執(zhí)行降壓轉(zhuǎn)換(降壓型)和升壓轉(zhuǎn)換(升壓型)兩者。換言之，依照本公開示例的一些電路涉及DC-DC電源轉(zhuǎn)換器電路，該電路可提供大于其輸入電壓的輸出電壓和小于其輸入電壓的輸出電壓。在一些不例中，升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器可不共享相同的輸入。例如，降壓轉(zhuǎn)換器可被提供以來自整流器(rectifier)的輸入，而升壓轉(zhuǎn)換器可被提供以來自電池的輸入或來自降壓轉(zhuǎn)換器的電壓，該電池可通過降壓轉(zhuǎn)換器進行充電。
[0022]一些示例電路在降壓模式和升壓模式之間可以是可重新配置的，而其他示例可同時執(zhí)行這兩種模式。在同時執(zhí)行兩種模式的示例中，一些電源可被降壓至較低電壓，以由耦接至電源供應(yīng)器的各輸出端的一個或多個設(shè)備進行使用，同時例如來自另一個輸入端的電壓可被升壓至一個或多個輸出電壓。在此示例中，升壓轉(zhuǎn)換器的輸入可以是來自電池、來自降壓轉(zhuǎn)換器的輸出、或者這兩者。電池和降壓轉(zhuǎn)換器的輸出可為系統(tǒng)負(fù)載供電。
[0023]在一些示例中，實施降壓轉(zhuǎn)換器的電路可包括多相電路。多相電路可以是例如與第二降壓轉(zhuǎn)換器并聯(lián)的第一降壓轉(zhuǎn)換器電路。在各種示例中，元件可在第一降壓轉(zhuǎn)換器電路和第二降壓轉(zhuǎn)換器電路之間被共享。例如，輸出電容器可在不同的相之間被共享，并且不需要為每個降壓轉(zhuǎn)換器被重復(fù)。此外，第一降壓轉(zhuǎn)換器電路和第二降壓轉(zhuǎn)換器的運行可以是同步的，具有固定的相移(phase-shift)以實現(xiàn)本公開的技術(shù)。此配置可被稱為兩相降壓轉(zhuǎn)換器。應(yīng)當(dāng)理解的是，另外的降壓轉(zhuǎn)換器電路可被并聯(lián)的加入，以形成第三相組件、第四相組件直至第“η”個另外的相組件，其中“η”是任何整數(shù)。在此配置中的相的數(shù)量可受以下考慮限制:此電路的可用面積、電路的形成因素或者其他考慮。在一個示例中，兩相降壓轉(zhuǎn)換器可包括一個其他的相組件，該其他的相組件包括第三低側(cè)開關(guān)和第三高側(cè)開關(guān)。還可使用包括其他的低側(cè)開關(guān)和其他的高側(cè)開關(guān)的其他的相組件。
[0024]在一些示例中，多相降壓轉(zhuǎn)換器可包括使用在輸入端和負(fù)載之間并聯(lián)放置的一系列基本降壓轉(zhuǎn)換器電路的電