专利名称：用于低电池电压的电话能量管理的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及一种包括直流到直流转换器电源的便携电子设备，并且更特别地涉及一种包括开关模式电源(SMPS)的移动通信设备，其中作为能量源的直流电源被设置用以将在这一能量源的预期电压范围中的操作电压供给到该设备的各种电子部件。
背景技术：
用于便携电子设备的比如电池、燃料电池等能量源的电压范围趋于加宽，而该范围的最小电压趋于进一步降低。当代，便携电子设备包括许多电子组件和电路，为了最佳操作，该电子组件和电路需要针对它们的具体用途来调整的供给电压。
比如移动电话和便携通信终端这样的移动通信设备利用了例如锂离子电子等的电池作为它们的输入电源。在移动电话中电池通过电子电路将功率供给到负载，例如与发射器/收发器相连接的高频功率放大器。由无线发射器/收发器生成和发射的大功率信号会从电池汲取比在生成和发射较低功率信号时更多功率。在功率放大器中从技术层面选择操作电压从而调整发射器的增益以免发射其功率比充分通信所必需的功率更大的RF信号。为做到这一点，从电池到负载的功率供给典型地通过包括开关调节器的电子电路来管理，该开关调节器由控制电路控制以用来为发射器/收发器中的功率放大器调整操作电压。
在由电池驱动的设备中使用的开关调节器典型地是直流到直流转换器，该转换器将电池电压转换成接收供给的设备所需的各种电压。直流到直流转换器通过将输入能源变成不同的阻抗电平来将直流能量从一个电平变成另一电平。直流到直流转换器基于输入电压来提供经调节的输出电压，而且可以生成高于或者低于输入电压的输出电压。如今，开关模式电源(SMPS)在由电池驱动的电子设备中已经与直流到直流转换器一样实现普及，因为它们的高效设计很好地满足这些设备的尺寸和功率要求。
电池的输出电压在这里称之为电池电压，而用以供给到负载的电压称之为供给电压。电池给予在介于最小电池电压与最大电池电压之间的预定变化范围之内的电池电压。供给电压在介于最小供给电压与最大供给电压之间的预定变化范围之内被馈送到负载。
有一种趋势例如是未来基于锂的电池将具有从约两伏到4.5伏的电池电压范围。这意味着电池给予从4.5伏的最大电池电压(在充电时)到接近2伏的最小电池电压。这将带来的挑战在于，如何为移动通信设备中使用的一些电子电路来管理适当电源。例如众所周知，为两伏近范围的供给电压来设计高频功率放大器(PA)是极具挑战的。针对这一点的一种解决方案是使用例如开关模式电源(SMPS)这样的高效直流到直流转换器，以将供给电压调节到恰在最小电池电压以下。但是除了设计复杂之外，这一解决方案还带来了另一缺点，即它将造成能量转换中的效率丧失。另一解决方案是转换4.5伏以上近范围的供给电压。这一解决方案的缺点在于，4.5伏以上附近范围的电压过于接近针对在将来功率放大器制造中的使用而设计的半导体工艺的最大电压。于是，就对于功率放大器的供给电压而言，最佳的选择将是在3至4伏的范围之内。
在现有技术中，上面提及的解决方案已经大多通过以下三种手段来实现。第一，借助于线性调节器将同一极性的比最小电池电压更低的电池电压用于所有移动电话功能。第二，直流到直流转换器将整个电池电压范围转换成同一极性、但是比电池电压范围的最小电池电压更低或者比电池电压范围的最大电池电压更高的电压。第三，直流到直流转换器将整个电池电压范围转换成在电池电压范围之内的同一极性的电压。
用于通过上述手段来供给到功率放大器的3至4伏最佳供给电压范围规定了直流到直流转换器应当根据电池的充电状态在两个模式中操作，即升压和降压。因此使用了升压转换器和降压转换器。当电池电压高于包括功率放大器在内的负载所需的供给电压时，通过降压操作模式降电压设置到预定供给电压。当电池电压下降而且变成低于对于包括功率放大器在内的负载所需的供给电压时，通过升压操作模式将电压设置到预定供给电压。
在用以提供预期供给功率范围的现有技术解决方案中，能根据电池的相应的充电状态进行双模式操作的直流到直流转换器引起了诸多问题。问题的产生归因于在升压模式与降压模式之间切换的延迟，因为存在在这些模式之间振荡的危险。当在用于包络恢复(ER)发射器解决方案的功率放大器中需要调制供给电压时，这一振荡危险尤为相关。另外，比如升压转换器和降压转换器这些类型的直流到直流转换器的使用造成了较高成本和组件数，以及缩短电池使用时间的较差效率。
由于由电池驱动的便携通信设备(诸如移动电话)被认为是将逐年地继续趋于更加多功能化的电子设备，所以将会出现因根据现有技术的电源电路元件之复杂性而造成的问题。为了通过使用标准电子部件来配置能执行复杂控制的电源电路，将会增加部件数目并且减少封装密度。就这一部分而言，这一点在减少由电池驱动的电子设备的尺寸时造成问题，该目标在移动电话和其它无线通信终端的设计中是尤为强调的。
根据本发明的实施例，通过提供一种用于由电池驱动的移动通信设备的电源电路来克服上面阐述的问题，该电源电路能将最佳供给电压范围之内的电压持续地供给到负载而无需任何模式变化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于移动通信设备的电源配置结构，该电源配置结构能在供给电压范围中持续地供给电压，其中该供给电压范围处于电池电压范围中间，由此优化该设备的高效操作。本发明的优选目的在于提供一种用于功率放大器的电源配置结构，该电源配置结构能在供给电压范围之内持续地供给电压，其中该供给电压范围处于电池电压范围中间。本发明的进一步目的是提供一种与之有关的方法、系统和通信设备。
本发明的另一目的在于提供一种用于移动通信设备的电源配置结构，该电源配置结构能减少部件数目，由此减少电源电路和由电池驱动的移动通信设备的电子电路复杂性和尺寸，以及确保设备的高效操作。本发明的另一优选目的在于提供能减少部件数目的用于功率放大器的电源电路。本发明的进一步目的在于提供一种与之有关的方法、系统和通信设备。
本发明的又一目的在于提供一种用于移动通信设备的电源配置结构，该电源配置结构能在包络恢复(ER)功率放大器中调制供给电压而无振荡问题之危险，由此确保设备的高效操作。本发明的又一优选目的在于提供一种用于功率放大器的电源配置结构，该电源配置结构能在包络消除和恢复(EER)功率放大器中调制供给电压而无振荡问题之危险。本发明的进一步目的在于提供一种与之有关的方法、系统和移动通信设备。
本发明的一个或多个目的通过提供一种方法、系统、电源配置结构和移动通信设备来实现，其中调节的供给电压持续地供给到负载，并且直流到直流转换覆盖了整个电池电压范围而无需改变模式，也就没有模式变化之缺点。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于将至少一个供给电压从能量源提供到负载的电源配置结构，其中该电源电路包括用于从被配置用以在预定电池电压范围中输出电压的能量源输入电池电压的装置，用于转换的装置，被连接到所述用于输入的装置，被设置用以将电池电压转换成至少一个供给电压，使得供给电压的极性与电池电压相反，而供给电压的绝对值与电池电压的绝对值相同或者接近，以及用于控制的装置，被连接到用于输入的装置，被设置用以通过对供给电压范围使用单个转换模式、独立于电池电压来控制供给电压。
在本发明的一个优选实施例中，提供了一种电源配置结构，包括用于根据控制信号来改变能量源的极性的装置。
优选地，用于转换的装置包括连接到至少一个用于切换的装置的开关模式电源(SMPS)。
在本发明的另一优选实施例中，提供了连接到发射器的调制部分的用于控制的装置，被设置用以从调制部分接收调制射频信号。
优选地，连接到包络消除和恢复(EER)发射器的调制部分的用于控制的装置被设置用以从包络消除和恢复(EER)发射器的调制器部分的幅度调制器接收调制射频信号。
根据本发明第二方面，提供了一种用于在包括至少一个负载的便携通信设备中将至少一个供给电压从能量源提供到负载的方法，其中该方法包括以下步骤在预定电池电压范围中从能量源输出电压作为电池电压，将电池电压转换成极性与电池电压相反的至少一个供给电压，将电池电压转换成至少一个供给电压，使得供给电压的绝对值与电池电压的绝对值相同或者接近，以及通过对供给电压范围使用单个转换模式、独立于电池电压来控制供给电压。
在本发明的一个优选实施例中，该方法包括以下步骤根据控制信号来改变能量源的极性。
在本发明的另一优选实施例中，提供了控制信号，该控制信号是从发射器接收的调制射频信号。
优选地，控制信号是从包络消除和恢复(EER)发射器的幅度调制链接收的调制射频信号。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于在包括至少一个负载的便携通信设备中将至少一个供给电压从连接到负载的能量源提供到负载的系统，其中该系统包括能量源，被设置用以在预定电池电压范围中输出电压作为电池电压，用于从被设置用以在预定电池电压范围中输出电压的能量源输入电池电压的装置，用于转换的装置，被连接到用于输入的装置，被设置用以将电池电压转换成至少一个供给电压，使得供给电压的极性与电池电压相反，而供给电压的绝对值与电池电压的绝对值相同或者接近，用于控制的装置，被连接到用于输入的装置，被设置用以通过针对供给电压范围使用单个转换模式、独立于电池电压来控制供给电压，以及负载，被连接到用于转换的装置的输出，被设置用以持续地接收供给电压。
在本发明的一个优选实施例中，提供了一种系统，该系统包括用于根据控制信号来改变能量源的极性的装置。
优选地，用于转换的装置包括连接到至少一个用于切换的装置的开关模式电源(SMPS)。
在本发明的另一优选实施例中，提供了连接到发射器的调制部分的用于控制的装置，被设置用以从调制部分接收调制射频信号。
优选地，被连接到包络消除和恢复(EER)发射器的调制部分的用于控制的装置被设置用以从包络消除和恢复(EER)发射器的调制器部分的幅度调制器接收调制射频信号。
根据本发明的第四方面，提供了一种移动通信设备，包括能量源，被设置用以在预定电池电压范围中输出电压作为电池电压，用于从被设置用以在预定电池电压范围中输出电压的能量源输入电池电压的装置，用于转换的装置，被连接到所述用于输入的装置，被设置用以将电池电压转换成至少一个供给电压，使得供给电压的极性与电池电压相反，而供给电压的绝对值与电池电压的绝对值相同或者接近，用于控制的装置，被连接到用于输入的装置，被设置用以通过针对供给电压范围使用单个转换模式、独立于电池电压来控制供给电压，以及负载，被连接到用于转换的装置的输出，被设置用以持续地接收供给电压。
在本发明的一个优选实施例中，提供了一种移动通信设备，该移动通信设备包括用于根据控制信号来改变能量源的极性的装置。
优选地，用于转换的装置包括开关模式电源(SMPS)。
在本发明的另一优选实施例中，提供了连接到发射器的调制部分的用于控制的装置，被设置用以从调制部分接收调制射频信号。
优选地，被连接到包络消除和恢复(EER)发射器的调制部分的用于控制的装置被设置用以从包络消除和恢复(EER)发射器的调制器部分的幅度调制器接收调制射频信号。
根据结合附图来考虑的以下具体描述，本发明的其它目的和特征将变得明显。然而应当理解，附图仅被设计用于说明的目的而不对本发明的限制进行限定，而这种限定应当参照所附权利要求书。还应当理解，附图未必是按比例绘制，而且除非另有指明，附图仅用来在概念上说明这里描述的结构和过程。
参照附图，仅借助例子，在下面具体地描述本发明的实施例，在附图中图1描绘了移动通信设备和系统的局部电路框图，其中涉及了根据本发明第一实施例的电源电路；图2描绘了移动通信设备和系统的局部电路框图，其中涉及了根据本发明第二实施例的电源电路；图3描绘了移动通信设备和系统的局部电路框图，其中涉及了根据本发明第三实施例的电源电路；图4描绘了根据本发明第一实施例的电源电路的电路图；图5描绘了根据本发明第二实施例的电源电路的电路图；图6描绘了根据本发明第三实施例的电源电路的电路图；以及图7描绘了根据本发明实施例的方法的流程图。
具体实施例方式
参照图1，示出了移动通信设备的局部电路框图，其中根据本发明实施例的电源电路将至少一个供给电压从能量源提供到负载。根据本发明，移动通信设备包括至少一个负载。在根据本发明的示例性框图中，参考标号11表示能量源，比如电池、燃料电池或者任何其它相似的能量源，在本申请中将它们都称为电池。优选地，所用电池是在1.2伏至4.5伏的范围中输出电池电压的基于锂的电池。根据本发明，移动通信设备可以具有在1.2伏至4.5伏的范围中输出电池电压的不同类型的电池。参考标号20、30、40表示要由适合于每个负载的供给电压来供电的负载。移动通信设备的这一示例性局部框图包括如下负载，比如与发射器/收发器部分60相关联的功率放大器20、与调制部分50相关联的基带部分30和用以在必要的情况下调制电压的调节器40。
为了将来自电池11的电池电压设置成适合于向负载供电，提供了电压控制和转换功能。在图1中，参考标号10表示用以执行电压控制和转换功能的直流到直流转换器。转换器电路10包括传送单元8。更准确地说，传送单元包括用于对输入能量进行存储、传送和滤波的装置。优选地，转换器是开关模式电源(SMPS)类型的高效直流到直流转换器。转换器电路10也包括控制电路2，用以接收控制信号并且根据控制信号来控制从单元8输入到负载的供给电压。优选地，当SMPS用作为转换器时，控制电路2是SMPS控制电路2。开关器件(SW)4被设置用以根据由控制电路2接收的控制信号来改变电池电压的极性，以及将电池电压输入到传送电路8以将电池电压转换成针对适当负载而限定的至少一个供应电压。因而，SMPS控制电路2也可以称为SMPS开关控制电路2，但是在以下描述中所有这些都称为控制电路。优选地，开关器件4集成于控制电路2之内，如参考标号6在图1中所示那样。
最后，直流到直流转换器10将极性与电池电压相反的连续供给电压输出到负载。连续供给电压意味着，在独立于电池的充电电平情况下、在整个预定电池电压范围之内，将供给电压持续地、无极地供给到负载。因此，连续操作意味着，使用单个转换模式向负载供给适当的供给电压，而不是如在现有技术的情况中那样根据电池的充电电平将模式从升压模式变成降压模式以及相反，也就不会面临随后描述的某些缺点。
将单个转换模式用于输出电压范围，这意味着没有在升压转换模式与降压转换模式之间的模式变化。因此，通过由控制电路2控制的开关器件4，传送单元8独立于电池电压很快地输出完全的供给电压范围。控制电路2控制开关器件4，该开关器件也用作为用于将电池电压从能量源输入到传送单元8的装置。控制电路2具有来自传送单元8的输出的反馈回路，即来自供给电压的反馈，因而控制电路2通过监视和控制开关器件4以预期值来维持供给电压。
本发明的要旨在于提供一种电源配置结构，其中将供给电压的绝对值维持为与电池电压的绝对值相同或者接近相同，但是供给电压的极性与电池电压的极性相反，而且供给电压独立于电池电压来控制。根据本发明的优选实施例，供给电压范围的绝对值与预定电池电压范围的绝对值重叠。根据本发明的另一优选实施例，供给电压范围的绝对值位于预定电池电压范围的绝对值处。
根据本发明的一个实施例，转换器电路10包括用于根据由控制电路2接收的控制信号来改变能量源11的极性的装置。当初始状态是能量源的负(-)端子接地时，通过将能量源的正(+)端子切换成接地端子来实现极性的改变。优选地，通过开关器件4根据控制信号来交换电池11的极性。
参照图2，示出了移动通信设备的局部电路框图，其中根据本发明另一实施例的电源电路将至少一个电压从能量源提供到负载。在根据本发明的示例性框图中，参考标号11表示在本申请中称为电池的能量源。参考标号20、30、40表示要由适合于每个负载的供给电压来供电的负载。同样，参考标号10表示用以执行电压控制和转换功能的转换器电路。转换器电路10包括两个传送单元8a、8b，用以将电池电压输出到为每个负载而限定的至少一个供给电压。转换器电路10也包括控制电路2，用以接收控制信号并且根据该控制信号来控制输入到每个负载的供给电压。开关器件(SW)4被设置用以根据由控制电路2接收的控制信号来改变电池电压的极性以及将电池电压输入到传送单元8a、8b以将电池电压转换成针对适当负载而限定的至少一个供给电压。根据图2的实施例，开关器件(SW)实际上包括用于转换分路8a的一个开关电路，用以将第一供给电压输出到功率放大器20；还包括用于转换分路8b的另一开关电路，用以将第二供给电压输出到基带部分30、调制器40等。优选地，将包括所有开关电路在内的开关器件4集成于控制电路2之内，如参考标号6在图2中所示。
根据本发明的一个实施例，转换器电路10包括用于根据由控制电路2接收的控制信号来改变能量源11的极性的装置。优选地，通过在开关器件4之内同步的开关电路根据接收的控制信号来交换电池11的极性。
参照图3，示出了移动通信设备的局部电路框图，其中根据本发明优选实施例的电源电路将至少一个电压从能量源提供到负载。在根据本发明的示例性框图中，参考标号11表示在本申请中称为电池的能量源。参考标号20、30、40表示要由适合于每个负载的供给电压来供电的负载。如此前根据图1和图2所述，参考标号10表示直流到直流转换器电路，用以执行电压控制和转换功能，而且包括至少一个传送单元8(包括与前面一样的存储和滤波装置)、开关模式电源(SMPS)控制电路2和开关器件(SW)4。优选地，将包括开关电路在内的开关器件4集成于控制电路2之内，如参考标号6在图3中所示。根据本发明的一个优选实施例，转换器或者电源电路10包括用于根据由控制电路2接收的控制信号来改变能量源11的极性的装置。优选地，通过开关器件4根据接收的控制信号来交换电池11的极性。
如图1至图3中所示，在根据本发明的移动通信设备的局部电路框图中还描绘了构成调制部分的调制器块50。当发射器/收发器的60天线在辐射射频信号时，在调制基带部分30中生成的数据信号在调制器50中被调制，而调制的信号在功率放大器20中被放大为所需的发射功率电平，然后将其通过发射器/收发器60的发射电路引向天线。这一信号路径在图1至图3中用箭头线表示以区别于来自操作电压线(在块之间没有箭头的线)的信号路径。
根据本发明的实施例，如图3中所示，提供了从调制器块50到转换器电路10中的控制电路2的控制信号。在这一实施例中，用于移动通信设备的RF发射器/收发器是包络消除和恢复(EER)RF发射器/收发器，其中使用相位和幅度分量而不是复数的相同相位/正交相位(I/Q)分量来表示符号。EER发射器/收发器架构包括分别用参考标号54和56表示的幅度调制(AM)链和相位调制(PM)链。在适当转换器如比特到极性转换器(未示出)中将待发送的数据比特转换成幅度和相位信号，该转换器将信号输出到幅度调制器(AM)54和频率调制器(FM)56。频率调制器56经由锁相环(PLL)52将信号输出到功率放大器20的输入。幅度调制器54在数字到模拟转换(未示出)之后又将信号输出到电源电路10中控制电路2的输入。这一信号的用途在于控制EER发射器/收发器的功率放大器20的输出电平。根据本发明优选实施例，这一调制射频信号也是控制信号。因而，如图3中所示，功率放大器20、基带部分30、调制器40等的供给电压是借助于在电池11与功率放大器20、基带部分30、调制器40等之间连接的传送单元8来调制的幅度。调制射频信号，优选为幅度调制信号可以在所有上述的本发明实施例中用作为控制信号。
现在参照图4，描绘了根据本发明一个实施例的电源电路的电路图。在这一示例性电路图中，参考标号10表示直流到直流转换器，该转换器执行电压控制和转换功能，而且包括至少一个传送单元8、开关模式电源(SMPS)控制电路2和开关电路(SWC)4。优选地，将开关器件4集成于控制电路2之内，如参考标号6在图4中所示。参考标号20表示优选为功率放大器的负载，供给电压从电源电路10输出到该负载。
在图4中，电池将电池电压Vbatt输出到电源电路，使得电池的正端子将相对于地电平的正电压供给到电感器L1a。电池的负端子连接到地电平。当开关SW1接通时，电流从电池的正端子流过电感器L1a和SW1，在电感器的L1a磁场中存储能量。然后当SW1关断时，跨经L1a的电压反向以便维持电流，因而，当SW1关断时，电感器L1a通过立即将它的电磁力反向来抵抗电流跌落，使得电感器电压施加到电池电压，而归由于这一施加的电感器电压引起的电流现在从正端子流过L1a和D1，并且将电容器C1充电到略高于Vbatt的电压，并且向其传送存储于L1a中的一些能量。然后当SW1再次接通时，C1经由电感器L1b放电到负载中，而电感器L1b和电容器C2充当平滑滤波器。同时能量再次存储于电感器L1a中以待命于下一循环。除电压转换以外，该电路也充当电压反相器，即供给电压总是相对于电池电压在极性上反向。因而，对负载20的供给电压相对于地电平是负电压。开关电路4根据由控制电路2接收的控制信号对开关SW1的操作进行控制以接通和关断，其中将SW4优选地集成于控制电路2之内。控制电路2也借助于跨经电容器C3的反馈来监视对负载的供给电压。根据本发明的一个优选实施例，如此前结合图3所述，由控制器2接收的控制信号是从AM调制器54输出的调制射频信号。
在图4中，传送单元8在开关SW1的接通期间和关断期间都将电压从电池传送到负载，这意味着持续地供给到负载20。如果电容器C1和C3被选择为很大，则跨经电容器的脉动电压将可以忽略。同样，电感器L1b的用途在于吸收在跨经D1的电压中的交流分量，而且如果Lib足够之大，则将跨经它吸收了全部脉动分量。因而，直流到直流转换器电路将具有最小脉动的供给电压输出到负载20。跨经L1b吸收的脉动电压具有与跨经L1a的电压相同的波形。通过在同一磁芯M上以与L1a相同的匝数缠绕L1b，就感应有对输出脉动进行平衡的电压，并且因而对负载20的供给电压实际上无脉动。即直流到直流转换器电路在最小额外复杂性的情况下具有脉动自消除的性质。
作为在图4中描绘的根据本发明实施例的电源电路10的例子，可以提供一些电池电压和供给电压范围。预定电池电压范围例如在未来基于锂的电池情况下可以从1.2伏至4.5伏不等。根据本发明的这一实施例，直流到直流转换器电路将整个电池电压范围1.2-4.5伏转换成相反极性，作为例子而言转换成-3伏供给电压，以便持续地输出到功率放大器而无需模式变化。在本发明的这一实施例中，通过负的供给电压对功率放大器20进行供电，这意味着PA的正端子而不是PA的负端子需要装配RF，即如图4中所示，PA的正端子要连接到地电平，而PA的负端子要连接到供给电压。适合于此类使用的多数PA是通过正性高电子迁移率晶体管(pHEMT)技术来加工的。pHMET功率放大器具有高频和低噪特性。
现在参照图5，描绘了根据本发明另一实施例的电源电路的电路图。在这一示例性电路图中，参考标号10表示直流到直流转换器电路，该转换器电路执行电压控制和转换功能，而且包括至少一个传送单元8、开关模式电源(SMPS)控制电路2和与用于每个负载的开关电路(SWC1，SWC2)4a、4b相连接的开关(SW1，SW2)。优选地，将开关电路4a、4b集成于控制电路2之内，如参考标号6在图5中所示。参考标号20、30、40表示负载，其中供给电压从电源电路10输出到该负载。根据本发明的这一实施例，与开关电路SWC1 4a相连接的开关SW1对优选为功率放大器的第一负载20进行供电，而与开关电路SWC2 4b相连接的开关SW2对优选为基带部分、调节器等的第二负载30、40进行供电。在图5中描述的电源电路10的操作在其它方面类似于此前根据图4描述的操作，但是它包括输出具有不同值、但是具有同一极性的供给电压的两个传送单元8。换句话说，第一直流到直流转换电路将第一供给电压输出到第一负载20，优选为功率放大器，而第二直流到直流转换电路将第二供给电压输出到第二负载30，40，优选为基带部分、调制器等。第二直流到直流转换电路包括电感器L2a、L2b、电容器C2、C4和二极管D2，用以执行与结合图4描述的包括电感器L1a、L1b、电容器C1、C3和二极管D1在内的第一直流到直流转换电路相似的操作。如前所述，对第一负载20的第一供给电压和对第二负载30、40的第二供给电压相对于地电平是负电压。根据由控制电路2接收的控制信号，开关电路4a控制开关SW1的操作而开关电路4b控制开关SW2的操作以接通和关断，其中将SWC1和SWC2优选地集成于控制电路2之内。控制电路2也分别借助于跨经电容器C3和C4的反馈回路，如图5中所示，分别监视对第一负载和第二负载的第一供给电压和第二供给电压。根据本发明的一个实施例，如此前结合图3所述，由控制电路2接收的控制信号是从AM调制器54输出的调制射频信号。
如此前参照图4所述，通过在同一磁芯M1上以与L1a相同的匝数缠绕L1b，就感应有对输出脉动进行平衡的电压，因而对负载20的供给电压实际上是无脉冲的。同样通过在同一磁芯M2上以与L2a相同的匝数缠绕L2b，就感应有对输出脉动进行平衡的电压，因而对负载30、40的供给电压实际上是无脉冲的，即直流到直流转换器电路在最小额外复杂性的情况下具有脉动自消除的性质。
作为在图5中描绘的根据本发明实施例的电源电路10的例子，可以提供一些电池电压和供给电压范围。预定电池电压范围例如在未来基于锂的电池情况下可以从1.2伏至4.5伏之间变化。根据本发明的这一实施例，第一直流到直流转换器电路将整个电池电压范围1.2-4.5伏转换成相反极性，作为例子而言转换成-3伏供给电压，以便持续地输出到功率放大器20而需无模式变化。第二直流到直流转换器电路将整个电池电压范围1.2-4.5伏转换成相反极性，作为例子而言转换成-2.7伏供给电压，以便持续地输出到基带部分30和调节器40而无需模式变化。在本发明的这一实施例中，通过负的供给电压对功率放大器20进行供电，这意味着PA的正端子而不是PA的负端子需要装配RF，即如图4中所示，PA的正端子要连接到地电平，而PA的负端子要连接到供给电压。最适合于此类使用的数PA是通过正性高迁电子移率晶体管(pHEMT)技术来加工的。pHMET功率放大器具有高频和低噪特性。
现在参照图6，描绘了根据本发明优选实施例的电源电路的电路图。根据本发明的一个优选实施例，电源电路10包括用于根据由控制电路2接收的控制信号来改变能量源11的极性的装置。在这一示例性电路图中，在进行直流到直流转换之前，根据控制信号来改变电池的极性、因而改变电池电压Vbatt的极性。根据这一实施例，能量源的正(+)端子而不是(-)端子接地。优选地，通过开关器件4a、4b根据接收的控制信号来交换电池11的极性。这意味着当电池的极性被改变时它向电源电路10输出负电池电压-Vbatt。在图6中描述的电源电路10的操作在别的方面类似于此前根据图5描述的操作，但是现在电池将电池电压-Vbatt输出到电源电路，使得电池的负端子将相对于地电平的负电压供给到电感器L1a、L2a。电池的正端子连接到地电平。因而，对负载20、30、40的供给电压是相对于地电平的正电压。开关电路SWC1、SWC24a、4b根据由控制电路2接收的控制信号来分别地控制开关SW1、SW2的操作以接通和关断，其中将SWC1和SWC2优选地集成于控制电路2之内。控制电路2也借助于跨经电容器C3和C4的反馈回路来监视对负载的供给电压。根据本发明的一个优选实施例，如此前结合图3所述，由控制电路接收的控制信号是从AM调制器54输出的调制射频信号。
如此前参照图4所述，通过在同一磁芯M1上以与L1a相同的匝数缠绕L1b，并且在同一磁芯M2上以与L2a相同的匝数缠绕L2b，就感应有对输出脉动进行平衡的电压，因而对负载20、30、40的供给电压实际上是无脉动的。即直流到直流电路在最小额外复杂性的情况下具有脉动自消除的性质。
作为在图6中描绘的根据本发明实施例的电源电路10的例子，可以提供一些电池电压和供给电压范围。预定电池电压范围例如在未来基于锂的电池情况下可以从1.2伏至4.5伏之间变化。根据本发明的这一实施例，第一直流到直流转换电路将整个(负的)电池电压范围-1.2至-4.5伏转换成相反极性，作为例子而言转换成+3伏供给电压，以便持续地输出到功率放大器20而需无模式变化。第二直流到直流转换电路将整个(负的)电池电压范围-1.2至-4.5伏转换成相反极性，作为例子而言转换成+2.7伏或者+1.5伏供给电压，以便持续地输出到基带部分30和调节器40而无需模式变化。在本发明的这一实施例中，通过正的供给电压对功率放大器20进行供电，这意味着PA的负端子需要装配RF，即如图6中所示，PA的正端子要连接到供给电压，而PA的负端子要连接到地电平。
根据本发明的一个优选实施例，如此前结合图3所述，由控制电路2接收的控制信号是从EER发射器/收发器的AM调制器54输出的调制射频信号。根据本发明的这一实施例，第一直流到直流转换电路将整个(负的)电池电压范围-1.2至-4.5伏转换成相反极性，作为例子而言转换成0至+4伏供给电压范围，以持续地输出到功率放大器20而无需模式变化。因而，由于无级的、连续的供给电压输出，避免了因兆赫范围频率中的模式变化而造成的缺点。连续操作意味着以适当的供给电压对负载进行供电，而不是如在现有技术的情况中那样根据电池的充电电平将模式从降压模式变成升压模式以及相反，也就不会面临振荡、不稳定等缺陷。
根据本发明的又一优选实施例，以集成于控制电路芯片6之内的同步开关所取代结合图4至图6所描述的二极管D1和D2。
参照图7，示出了根据本发明的一种方法的实施例的流程图，该方法用于在包括至少一个负载的便携通信设备中将至少一个供给电压从能量源提供到负载。该方法包括以下步骤在预定电池电压范围中从能量源输出电压作为电池电压120；根据所接收130的控制信号进行转换即改变电池电压的极性140；将电池电压转换成针对负载而限定的至少一个供给电压150；然后向负载持续地供给160其极性与电池相反的供给电压。转换步骤140、150的要旨在于，将供给电压的绝对值维持为与电池电压的绝对值相同或者接近相同，而供给电压的极性与电池电压的极性相反，而且独立于电池电压对供给电压进行控制。供给电压范围的绝对值还与电池电压范围的绝对值重叠。持续供电步骤160的要旨在于，将单个转换模式用于输出电压范围，这意味着在降压转换模式与升压转换模式之间没有模式变化。通过将来自供给步骤160的反馈提供到控制和监视步骤130，以预期电压值维持供给电压。
根据本发明的实施例，该方法包括以下步骤在将电池电压转换成针对负载而限定的至少一个供给电压之前，根据控制信号来改变能量源110的极性。将供给电压持续供给到负载的步骤160是独立于能量源的充电电平。根据本发明的优选实施例，控制信号是从发射器接收的调制射频信号，优选为从包络消除和恢复(EER)发射器中的幅度调制链接收的调制射频信号。根据本发明的更多实施例，供给电压的绝对值与预定电池电压范围重叠。根据本发明的更多实施例，供给电压的绝对值是在预定电池电压范围中的，优选地在预定电池电压范围的中间。根据本发明的更多实施例，供给电压的绝对值在预定电池电压范围以外，优选地低于预定电池电压范围的下限。
因此，尽管已经示出、描述和指出了正如应用于其优选实施例那样的本发明的根本新颖特征，但是将理解到在不脱离本发明的精神情况下可以由本领域技术人员在所示设备的形式和细节上以及在它们的操作上进行各种省略、替换和变化。例如，确切意图在于，以基本上相同的方式执行基本上相同的功能以实现相同结果的那些单元和/或方法步骤之所有组合都在本发明的范围之内。另外，应当认识到结合本发明的任何公开形式或者实施例而示出和/或描述的结构和/或单元和/或方法步骤都可以作为设计选择的一般事项结合到任何其它公开、描述或者提示的形式或者实施例中。因此旨在于让本发明仅由所附权利要求书的范围所指示的那样受到限制。
权利要求
1.一种用于将至少一个供给电压从能量源提供到至少一个负载的电源配置结构，其中该电源电路包括用于从被设置用以在预定电池电压范围中输出电压的所述能量源输入电池电压的装置，用于转换的装置，被连接到所述用于输入的装置，被设置用以将所述电池电压转换成至少一个供给电压，使得所述供给电压的极性与所述电池电压相反，而所述供给电压的绝对值与所述电池电压的绝对值相同或者接近，以及用于控制的装置，被连接到所述用于输入的装置，被设置用以通过针对所述供给电压范围使用单个转换模式、独立于所述电池电压来控制所述供给电压。
2.根据权利要求1所述的电源配置结构，其中用于输入的装置包括用于根据由用于控制的装置所接收的控制信号来改变所述能量源的极性的至少一个开关。
3.根据权利要求1所述的电源配置结构，其中所述电源配置结构被设置用以独立于所述能量源的充电电平来持续地输出所述供给电压。
4.根据权利要求2所述的电源配置结构，其中用于输入的装置包括第一开关和第二开关，所述第一开关被设置用以将极性与所述电池电压相反的第一供给电压切换到第一负载，而所述第二开关被设置用以将极性与所述电池电压相反的第二供给电压切换到第二负载。
5.根据权利要求4所述的电源配置结构，其中所述第一供给电压被设置为具有与所述第二供给电压不同的值但相同的极性。
6.根据权利要求1所述的电源配置结构，其中用于转换的装置包括开关模式电源(SMPS)。
7.根据权利要求6所述的电源配置结构，其中用于输入的装置的所述开关被集成到用于控制的装置中。
8.根据权利要求1所述的电源配置结构，其中用于控制的装置被设置用以通过针对所述供给电压范围使用降压转换模式来控制所述供给电压。
9.根据权利要求1所述的电源配置结构，其中用于控制的装置被设置用以通过针对所述供给电压范围使用升压转换模式来控制所述供给电压。
10.根据权利要求1所述的电源配置结构，其中用于控制的装置的输入被连接到发射器的调制部分，被设置用以从所述调制部分接收调制射频信号。
11.根据权利要求1所述的电源配置结构，其中用于控制的装置的输入被连接到包络消除和恢复(EER)发射器的调制部分，被设置用以从所述包络消除和恢复(EER)发射器的调制器部分的幅度调制器接收调制射频信号。
12.根据权利要求2所述的电源配置结构，其中用于输入的装置包括第一开关和第二开关，所述第一开关被设置用以根据来自所述包络消除和恢复(EER)发射器的调制器部分的幅度调制器的调制射频信号将第一供给电压切换到功率放大器，而所述第二开关被设置用以根据来自所述包络消除和恢复(EER)发射器的调制器部分的幅度调制器的调制射频信号将第二供给电压切换到基带部分和调节器。
13.根据权利要求1所述的电源配置结构，其中所述供给电压范围的绝对值被设置为与所述预定电池电压范围的绝对值重叠。
14.根据权利要求1所述的电源配置结构，其中所述供给电压的绝对值在所述预定电池电压范围中。
15.根据权利要求1所述的电源配置结构，其中所述供给电压的绝对值在所述预定电池电压范围以外。
16.一种用于在包括至少一个负载的便携通信设备中将至少一个供给电压从能量源提供到负载的方法，其中所述方法包括以下步骤在预定电池电压范围中从所述能量源输出电压作为电池电压，将所述电池电压转换成极性与所述电池电压相反的至少一个供给电压，将所述电池电压转换成至少一个供给电压，使得所述供给电压的绝对值与所述电池电压的绝对值相同或者接近，以及通过针对所述供给电压范围使用单个转换模式、独立于所述电池电压来控制所述供给电压。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述方法包括以下步骤根据接收的控制信号来改变所述能量源的极性。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述方法包括以下步骤独立于所述能量源的充电电平来持续地输出所述供给电压。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述方法包括以下步骤根据所述控制信号，将极性与所述电池电压相反的第一供给电压转换到第一负载，而将极性与所述电池电压相反的第二供给电压转换到第二负载。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一供给电压具有与所述第二供给电压不同的值但相同的极性。
21.根据权利要求16所述的方法，其中独立于所述电池电压来控制所述供给电压的步骤针对所述供给电压范围使用降压转换模式。
22.根据权利要求16所述的方法，其中独立于所述电池电压来控制所述供给电压的步骤针对所述供给电压范围使用升压转换模式。
23.根据权利要求16所述的方法，其中所述控制信号是从发射器接收的调制射频信号。
24.根据权利要求16所述的方法，其中所述控制信号是从包络消除和恢复(EER)发射器中的幅度调制链接收的调制射频信号。
25.根据权利要求17所述的方法，其中所述控制信号是从所述包络消除和恢复(EER)发射器中的幅度调制链接收的调制射频信号，以及所述第一负载是功率放大器，而所述第二负载是基带部分和调节器。
26.根据权利要求16所述的方法，其中所述供给电压范围的绝对值与所述预定电池电压范围的绝对值重叠。
27.根据权利要求16所述的方法，其中所述供给电压的绝对值在所述预定电池电压范围中。
28.根据权利要求16所述的方法，其中所述供给电压的绝对值在所述预定电池电压范围以外。
29.一种用于在包括至少一个负载的便携通信设备中将至少一个供给电压从连接到该负载的能量源提供到所述负载的系统，其中所述系统包括所述能量源，被设置用以在预定电池电压范围中输出电压作为电池电压，用于从被设置用以在预定电池电压范围中输出电压的所述能量源输入电池电压的装置，用于转换的装置，被连接到所述用于输入的装置，被设置用以将所述电池电压转换成至少一个供给电压，使得所述供给电压的极性与所述电池电压相反，而所述供给电压的绝对值与所述电池电压的绝对值相同或者接近，用于控制的装置，被连接到所述用于输入的装置，被设置用以通过针对所述供给电压范围使用单个转换模式、独立于所述电池电压来控制所述供给电压，以及所述负载，被连接到用于转换的装置的输出，被设置用以持续地接收所述供给电压。
30.根据权利要求29所述的系统，其中用于输入的装置包括用于根据由用于控制的装置所接收的控制信号来改变所述能量源的极性的至少一个开关。
31.根据权利要求29所述的系统，其中所述系统被设置用以独立于所述能量源的充电电平来持续地输出所述供给电压。
32.根据权利要求30所述的系统，其中用于输入的装置包括第一开关和第二开关，所述第一开关被设置用以将极性与所述电池电压相反的第一供给电压切换到第一负载，而所述第二开关被设置用以将极性与所述电池电压相反的第二供给电压切换到第二负载。
33.根据权利要求32所述的系统，其中所述第一供给电压被设置为具有与所述第二供给电压不同的值但相同的极性。
34.根据权利要求29所述的系统，其中用于转换的装置包括开关模式电源(SMPS)。
35.根据权利要求34所述的系统，其中用于输入的装置的所述开关被集成到用于控制的装置中。
36.根据权利要求29所述的系统，其中用于控制的装置被设置用以通过针对所述供给电压范围使用降压转换模式来控制所述供给电压。
37.根据权利要求29所述的系统，其中用于控制的装置被设置用以通过针对所述供给电压范围使用升压转换模式来控制所述供给电压。
38.根据权利要求29所述的系统，其中用于控制的装置的输入被连接到发射器的调制部分，被设置用以从所述调制部分接收调制射频信号。
39.根据权利要求29所述的系统，其中用于控制的装置的输入被连接到包络消除和恢复(EER)发射器的调制部分，被设置用以从所述包络消除和恢复(EER)发射器的调制器部分的幅度调制器接收调制射频信号。
40.根据权利要求30所述的系统，其中用于输入的装置包括第一开关和第二开关，所述第一开关被设置用以根据来自所述包络消除和恢复(EER)发射器的调制器部分的幅度调制器的调制射频信号将第一供给电压切换到功率放大器，而所述第二开关被设置用以根据来自所述包络消除和恢复(EER)发射器的调制器部分的幅度调制器的调制射频信号将第二供给电压切换到基带部分和调节器。
41.根据权利要求29所述的系统，其中所述供给电压范围的绝对值被设置为与所述预定电池电压范围的绝对值重叠。
42.根据权利要求29所述的系统，其中所述供给电压的绝对值在所述预定电池电压范围中。
43.根据权利要求29所述的系统，其中所述供给电压的绝对值在所述预定电池电压范围以外。
44.根据权利要求29所述的系统，其中所述能量源是基于锂的电池。
45.根据权利要求29所述的系统，其中所述能量源是燃料电池。
46.一种移动通信设备，包括能量源，被设置用以在预定电池电压范围中输出电压作为电池电压，用于从被设置用以在预定电池电压范围中输出电压的所述能量源输入电池电压的装置，用于转换的装置，被连接到所述用于输入的装置，被设置用以将所述电池电压转换成至少一个供给电压，使得所述供给电压的极性与所述电池电压相反，而所述供给电压的绝对值与所述电池电压的绝对值相同或者接近，用于控制的装置，被连接到所述用于输入的装置，被设置用以通过针对所述供给电压范围使用单个转换模式独立于所述电池电压来控制所述供给电压，以及所述负载，被连接到用于转换的装置的输出，被设置用以持续地接收所述供给电压。
47.根据权利要求46所述的移动通信设备，其中用于输入的装置包括用于根据由用于控制的装置所接收的控制信号来改变所述能量源的极性的至少一个开关。
48.根据权利要求46所述的移动通信设备，其中所述供给电压被设置为独立于所述能量源的充电电平来持续地输出。
49.根据权利要求47所述的移动通信设备，其中用于输入的装置包括第一开关和第二开关，所述第一开关被设置用以将极性与所述电池电压相反的第一供给电压切换到第一负载，而所述第二开关被设置用以将极性与所述电池电压相反的第二供给电压切换到第二负载。
50.根据权利要求49所述的移动通信设备，其中所述第一供给电压被设置为具有与所述第二供给电压不同的值但相同的极性。
51.根据权利要求46所述的移动通信设备，其中用于转换的装置包括开关模式电源(SMPS)。
52.根据权利要求51所述的移动通信设备，其中用于输入的装置的所述开关被集成到用于控制的装置中。
53.根据权利要求46所述的移动通信设备，其中用于控制的装置被设置用以通过针对所述供给电压范围使用降压转换模式来控制所述供给电压。
54.根据权利要求46所述的移动通信设备，其中用于控制的装置被设置用以通过针对所述供给电压范围使用升压转换模式来控制所述供给电压。
55.根据权利要求46所述的移动通信设备，其中用于控制的装置的输入被连接到发射器的调制部分，设置用以从所述调制部分接收调制射频信号。
56.根据权利要求46所述的移动通信设备，其中用于控制的装置的输入被连接到包络消除和恢复(EER)发射器的调制部分，被设置用以从所述包络消除和恢复(EER)发射器的调制器部分的幅度调制器接收调制射频信号。
57.根据权利要求47所述的移动通信设备，其中用于输入的装置包括第一开关和第二开关，所述第一开关被设置用以根据来自所述包络消除和恢复(EER)发射器的调制器部分的幅度调制器的调制射频信号将第一供给电压切换到功率放大器，而所述第二开关被设置用以根据来自所述包络消除和恢复(EER)发射器的调制器部分的幅度调制器的调制射频信号将第二供给电压切换到基带部分和调节器。
58.根据权利要求46所述的移动通信设备，其中所述供给电压范围的绝对值被设置为与所述预定电池电压范围的绝对值重叠。
59.根据权利要求46所述的移动通信设备，其中所述供给电压的绝对值在所述预定电池电压范围中。
60.根据权利要求46所述的移动通信设备，其中所述供给电压的绝对值在所述预定电池电压范围以外。
61.根据权利要求46所述的移动通信设备，其中所述能量源是基于锂的电池。
62.根据权利要求61所述的移动通信设备，其中所述能量源是在1.2至4.5伏的预定电池电压范围之内进行输出的基于锂的电池。
63.根据权利要求46所述的移动通信设备，其中所述能量源是燃料电池。
全文摘要
本发明提供一种具有直流到直流转换器(10)的电源配置结构，用于将至少一个供给电压从能量源(11)提供到负载(20，30，40)。该转换器包括用于输入来自能量源的电池电压的装置(4)，用以在预定电池电压范围中输出电压；以及传送电路(8)，连接到所述用于输入的装置，用以将电池电压转换成至少一个供给电压，使得供给电压的极性将与电池电压相反，而供给电压的绝对值将与电池电压的绝对值相同或者接近。该配置结构也包括用于控制的装置(2)，连接到用于输入的装置，用以通过针对供给电压范围使用单个转换模式独立于电池电压来控制供给电压。该配置结构的优点在于将独立于电池电压的但是极性与电池电压相反的供给电压持续地和无脉动地供给到负载。
文档编号H02J7/00GK1965462SQ200580017127
公开日2007年5月16日 申请日期2005年6月15日 优先权日2004年6月16日
发明者埃尔克卡·索安蒂拉 申请人:诺基亚公司