雙向電源轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]本發(fā)明涉及雙向電源轉(zhuǎn)換器。更具體地講，本文所述的發(fā)明涉及構造可用于沿兩個不同方向轉(zhuǎn)換電源的雙向電源轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)和方法。
[0002]電源轉(zhuǎn)換電路可以在幾乎每種需要用電的設備中找到。電源轉(zhuǎn)換電路的目的是通常通過特定的調(diào)理和調(diào)節(jié)電路從電源向負載傳送電力。電源轉(zhuǎn)換電路的通常應用是將由市電提供的交流電轉(zhuǎn)換為適用于消費電子產(chǎn)品的調(diào)節(jié)直流電壓。盡管電源轉(zhuǎn)換電路常常用作獨立系統(tǒng)，但是通常它們被構造為集成電路(IC)并且用于不同應用中，如通信系統(tǒng)和計算系統(tǒng)。
[0003]一種類型的常用電源轉(zhuǎn)換器是直流-直流轉(zhuǎn)換器，它將一個直流電壓電平變?yōu)榱硪粋€直流電壓電平。例如，減壓或降壓轉(zhuǎn)換器提供了一種將較高直流電壓轉(zhuǎn)換為較低直流電壓的有效方式，這在某些電子系統(tǒng)中是需要的。例如，手提電腦可以具有提供12V直流電的電池和需要5V直流電的處理器。降壓轉(zhuǎn)換器，用作IC與一些外部部件，可用于以最小的能量損耗將12V電池電壓轉(zhuǎn)換為處理器所需的5V。
[0004]另一種類型的直流-直流轉(zhuǎn)換器是升壓或增壓轉(zhuǎn)換器。所述轉(zhuǎn)換器用于增大從電源向負載供應的電壓。例如，LED可能需要3.3V直流電來發(fā)光。LED可以由單個1.5伏電池，通過使用可以使電池電壓升高到LED所需電平的升壓轉(zhuǎn)換器來進行供電。升壓轉(zhuǎn)換器還用于提供對熒光燈和陰極射線管供電所需的較高電壓。
[0005]在許多情況下，消費電子設備需要既使用升壓又使用降壓轉(zhuǎn)換器。便攜式通信設備如移動電話或PDA通常是電池供電的，并且具有明亮的多色顯示屏。當便攜式設備，例如黑莓(BlackBerry)，在電池電源下工作時，用于驅(qū)動顯示屏的電池電壓通過升壓轉(zhuǎn)換器升壓。當設備被插入墻式插座并且其電池處于充電階段時，電池充電電路可依靠降壓轉(zhuǎn)換器來降低電壓，提供適當?shù)某潆婋妷翰⑶以龃箅娏?，以便對電池進行更快充電。
[0006]通常PDA或其它便攜式通信設備通過使用通用的互連鏈路例如USB鏈路進行充電。例如，黑莓可以將USB連接上提供的電力用于工作電源和對其電池進行充電。在這里，降壓轉(zhuǎn)換器用于調(diào)節(jié)供應電壓，它通常設定為略高于電池電壓的值，以便使充電器中的功率消耗最小化并且將電流保持在USB規(guī)范內(nèi)。實現(xiàn)這個任務的所述設備的一個例子是由Milpitas, CA的Linear Technology Corporat1n，即本專利申請的受讓人生產(chǎn)的LTC4088 ο
[0007]互連鏈路例如USB鏈路通常在兩種模式下工作。主模式或從模式。當設備(如PDA)通過USB鏈路連接到PC上時，PC充當主機并且提供對USB鏈路供電和管理USB鏈路的控制功能。相反地，PDA中的USB端口以從模式工作，并且需要PC供電和管理通信，從而兩個設備可以彼此通信。
[0008]不過，在許多情況下，PDA或其它移動設備中的USB鏈路不具備在主模式下工作和驅(qū)動USB鏈路的能力。盡管移動設備可能具有必需的控制器電路以管理USB通信，它沒有提供驅(qū)動USB鏈路所需電力的能力。這通常是由于它的電池提供相對較低的電壓，以及移動設備沒有能力將該電壓轉(zhuǎn)換到適于驅(qū)動USB鏈路的電平。結(jié)果，如果移動設備連接到僅能用作USB從機的設備，如記憶棒，則移動設備不能向USB鏈路供電，阻止了設備間進行彼此通信。
[0009]因此，由于上述原因，需要提供雙向電源轉(zhuǎn)換的電路和方法，它允許移動設備和其它設備產(chǎn)生電力，適于支持多種應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]提供了雙向電源轉(zhuǎn)換的電路和方法，它允許移動設備和其它設備產(chǎn)生電力，適于支持多種工作模式。本發(fā)明的雙向電源轉(zhuǎn)換器可以在升壓和降壓設置工作，而不是僅有單個專一轉(zhuǎn)換功能，并且使用許多相同的部件，從而減小了轉(zhuǎn)換器大小和復雜度。
[0011]在本發(fā)明的一個實施例中，提供了一種雙向電源轉(zhuǎn)換器，它在第一方向用作降壓轉(zhuǎn)換器，而在第二方向用作升壓轉(zhuǎn)換器，并且包括電抗元件，用于在第一方向和第二方向工作時儲存能量，多個開關元件，用于選擇性地將一個電抗元件連接到兩個或多個電源中的一個，和模式選擇電路，用于在用作降壓轉(zhuǎn)換器時選擇性地將雙向電源轉(zhuǎn)換器連接到第一電源，而在用作升壓轉(zhuǎn)換器時選擇性地將雙向電源轉(zhuǎn)換器連接到第二電源，使得當雙向電源轉(zhuǎn)換器用作升壓轉(zhuǎn)換器時，雙向電源轉(zhuǎn)換器被設置向包括功率部件的通信鏈路輸電。
【附圖說明】
[0012]在結(jié)合附圖考慮下文的詳細說明后，本發(fā)明的上述以及其它目的和優(yōu)點將變得顯而易見，其中附圖中相似的附圖標記表示類似的部件，其中:
[0013]圖1A是根據(jù)本發(fā)明的原理，雙向電源轉(zhuǎn)換器的一個實施例的總體框圖；
[0014]圖1B是圖1A所示雙向電源轉(zhuǎn)換器配置在移動設備中的示意性實施例；
[0015]圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理，雙向電源轉(zhuǎn)換器的一個實施例的總體示意圖；
[0016]圖3是圖2所示雙向電源轉(zhuǎn)換器的更詳細示意圖；
[0017]圖4是圖2所示雙向電源轉(zhuǎn)換器的更詳細示意圖；
[0018]圖5是圖2所示雙向電源轉(zhuǎn)換器在降壓/減壓模式下工作的更詳細示意圖；和
[0019]圖6是圖2所示雙向電源轉(zhuǎn)換器在升壓/增壓模式下工作的更詳細示意圖。
【具體實施方式】
[0020]圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明原理構造的雙向電源轉(zhuǎn)換器的一個實施例的總體框圖。如圖所示，系統(tǒng)10包括雙向電源轉(zhuǎn)換器，它可以在至少兩個模式下工作。所述模式可以包括降壓模式(即減壓)和升壓模式(即增壓)。轉(zhuǎn)換器10可以根據(jù)輸入信號所施加的位置從一種工作模式切換到另一種工作模式。例如，當跨接線端11和13施加電壓Vl時，轉(zhuǎn)換器10可用作降壓轉(zhuǎn)換器(由上部箭頭所表示的方向)。在這種情況下，轉(zhuǎn)換器10使電壓Vl降低并且在接線端15和17處產(chǎn)生降低的輸出電壓V2。相反地，當跨接線端15和17施加電壓V2時，轉(zhuǎn)換器10可用作升壓轉(zhuǎn)換器(由底部箭頭所表示的相反方向)。在這種情況下，電壓由轉(zhuǎn)換器10升高，它在接線端11和13處產(chǎn)生增大量值的輸出電壓VI。一般而言，轉(zhuǎn)換器10在任何給定時間以兩種模式中的一種工作。
[0021]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，轉(zhuǎn)換器10在降壓和升壓模式使用許多(或所有)的相同部件(這將在下文中詳細介紹)。這是希望的，有若干個原因，包括轉(zhuǎn)換器的大小和復雜度降低，以及消除了需要提供兩種不同的專用單向轉(zhuǎn)換器，各自需要不同組的部件，以提供相同的功能性。另外，轉(zhuǎn)換器10的小尺寸使它理想地用作集成電路并因此可易于配置到移動設備，例如PDA，移動電話，數(shù)碼相機，作為獨立的轉(zhuǎn)換器，以及用于其它需要電壓轉(zhuǎn)換的便攜式可充電設備中，例如手電筒等。
[0022]轉(zhuǎn)換器10的一種應用包括適用于驅(qū)動移動設備的不同內(nèi)部和/或外部應用的電源轉(zhuǎn)換。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，轉(zhuǎn)換器10可安裝在移動設備20上(如PDA)，并用于進行兩種轉(zhuǎn)換功能。這種情況的總體說明在圖1B中示出。一種轉(zhuǎn)換功能可能涉及被認為是“內(nèi)部”應用的應用，而另一種可能涉及被認為是“外部”應用(盡管其它組合是可行的，如僅是內(nèi)部或外部的，多種其它轉(zhuǎn)換模式等)。
[0023]一種內(nèi)部應用可以包括調(diào)節(jié)來自外部電源的電力，例如直接來自墻式插座或通過具有功率部件的通用通信鏈路，例如USB鏈路。如圖1B所示，當連接到外部電源23時，轉(zhuǎn)換器10可以在降壓模式下工作并且用作電壓調(diào)節(jié)器，向移動設備20供電并且對它的電池進行充電(通過鏈路33，它可以是通信鏈路，如USB鏈路或任何其它適合的電力管道)。當移動設備20從外部電源23斷開時，它依靠電池來為其供電。
[0024]當移動設備20在電池供電下工作時，轉(zhuǎn)換器10還可用于某些外部(或其它內(nèi)部)應用，所述應用需要的電壓電平高于電池所能提供的電壓電平。例如，移動設備可以連接到外部設備，例如擴音器24，它需要的電壓電平高于電池所能提供的電壓電平。在這種情況下，轉(zhuǎn)換器10可以用作升壓轉(zhuǎn)換器，并且升高電池電壓，以便通過電源鏈路32 (它可以是任何合適的電力管道)向外部設備提供適當?shù)妮^高電壓電平。
[0025]轉(zhuǎn)換器10的另一種外部應用可以包括使用升壓功能，以便提供驅(qū)動通信鏈路，例如USB端口所需的電壓。例如，如上所述，移動設備20可以連接到外部設備，它是USB從設備，如記憶棒26。在這種情況下，轉(zhuǎn)換器10可用作升壓轉(zhuǎn)換器，并且升高來自設備20的電池電壓，以便通過USB鏈路34提供驅(qū)動記憶棒26所需的電壓。在一些實施例中，升壓量可以可編程或可選擇為多個不同的水平，以支持各種不同的應用。因此，移動設備20可以雙向地使用轉(zhuǎn)換器10，S卩，調(diào)節(jié)輸入電力并在相反方向升高內(nèi)部電池電壓用于其它應用。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，涉及USB總線的一種特定實施的示例包括設置轉(zhuǎn)換器10以便符合USB的“即插即用(On The Go) ”規(guī)范，用于驅(qū)動USB從設備并與USB從設備通信。例如，轉(zhuǎn)換器10可以安裝在數(shù)碼相機中并且用于驅(qū)動它的USB連接，從而它可以連接到記憶棒并且傳送數(shù)字圖象文件(未示出)。在這種情況下，在連接到PC時通常是從設備的相機變成主設備，并且通過USB鏈路向記憶棒供電，并且管理通信。因此，在升壓模式下工作的轉(zhuǎn)換器10可以升高相機電池電壓，使得它從相機的電池向USB鏈路的電力總線供應的電壓在大約4.75與5.25伏特之間，額定電流極限為大約500mA。在從設備需要小于大約10mA的情況，較低電壓閾值可降到大約4.4伏。
[0027]從上述內(nèi)容應當理解，盡管上述的電源通路可以包括傳統(tǒng)的電源電纜和/或通信鏈路如USB鏈路，但如果需要，可以使用任何其它適合的電力管道。例如，如果需要，可以使用其它使用主/從