专利名称：多电平电源级的控制的制作方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
在新式的第四代无线电话解决方案中，期望电源管理集成电路(PMIC)将会生成用于向包括诸如数字核心、输入/输出、模拟电路和电源放大级在内的多个单元供电的一组具有不同值的电压。这些单元将会具有不同的电压需求。将需要从单个锂电池中生成这些电压，而锂电池的端电压值通常为2. 6V至5. 5V。为了满足这种需要，通常提供如图1所示的所谓的H桥降压升压拓扑结构。参考图1，其中示出了电压发生级100。电压源110(通常是电池)在线112上提供输入电压。开关控制元件包括由开关102和103形成的降压部分104以及由开关105和 106形成的升压部分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具有示例性的2. 5V电压源。电源级100必须在降压模式和升压模式之间切换以控制线114上的输出电压。在升压模式中，电压源110(通常是电池)在输出端114处的值低于所期望的电压值。在降压模式中，电压源Iio在输出端114处的值高于所期望的电压值。图1中例示的拓扑结构所具有的问题在于，针对要生成的每一个电压，必须使用单独的电压发生级100。S卩，电压发生级专门用于生成一个电压，当需要η个电压时，需要η 个电压发生级100。因此，针对每一个需要的电压，必须复制图1中的整个电路。这会导致大量的降压升压电路，尤其是相关的电感器的激增。这会增加成本、占用空间并产生干扰。为了解决这些问题，已经在现有技术中提出了改进电压管理IC的方法。这些方法包括提供芯片上的电感器；切换电容器解决方案；以及多绕组变压器。最近，在2008年5月15日递交的英国专利申请No. 0808873. 4 (Nujira有限公司)中提出了提供一种电压发生装置，该电压发生装置包括电压源；电感器，其中，该电感器的第一端子可切换地连接至电压源；以及多个电容器，它们可切换地连接至电感器的第二端子，其中，在多个电容器上形成了相应的多个电压。因此，利用单个电感器、一组降压开关、一组升压开关以及η个电容器，可以生成η个电源电压。本发明的目的在于提供一种改进的电源管理结构，其用于向这样的结构提供多个电压电平。
发明内容
根据本发明，提供了一种电压发生装置，该电压发生装置包括电压源；电感器， 其中，所述电感器的第一端子可切换地连接至所述电压源；以及多个电容器，它们可切换地连接至所述电感器的第二端子，其中，在所述多个电容器上形成有相应的多个输出电压，该电压发生装置还包括误差确定单元，其用于检测所述多个电压中的每一个的误差；以及控制单元，其用于根据所确定的误差将所述多个电容器中一个可切换地连接至所述电感器
5的所述第二端子。所述控制单元能够可切换地连接与所述多个输出电压中相对于平均误差具有最大负偏差的一个输出电压相关联的电容器。所述电压发生装置还可以包括误差确定单元，该误差确定单元用于确定在各个电容器上形成的所述输出电压的误差偏差。所述控制单元能够保证在任一时刻都仅有所述多个电容器中的一个电容器连接到所述电感器的所述第二端子。所述控制单元可以包括逻辑单元，该逻辑单元针对开关阵列生成用于将所述多个电容器中的每一个可切换地连接至所述电感器的所述第二端子的多个控制信号，其中，如果所述控制信号中的超过一个控制信号被设置，则针对与最低输出电压相关联的开关的控制信号被传送到所述开关阵列。所述电压发生装置还可以包括检测单元，该检测单元用于检测一可切换连接的电容器是否已达到最大电压并响应于检测到所述最大电压而断开该电容器。所述电压发生装置还可以包括监测单元，该监测单元用于监测所有未可切换连接的电容器，其中，在检测到与任一电容器相关联的电压下降到最小允许误差偏差以下时，就可切换地连接该电容器。一种降压升压转换器，该降压升压转换器可以包括根据权利要求1至5中任一项所述的电压发生装置，并且该降压升压转换器还可以包括控制单元，该控制单元能够根据在所述多个电容器上形成的多个输出电压的平均误差来控制所述转换器在降压操作和升压操作之间切换。在本发明的另一个方面中，提供了一种降压升压转换器，该降压升压转换器包括 电压源；电感器，其中，所述电感器的第一端子可切换地连接至所述电压源；以及多个电容器，它们可切换地连接至所述电感器的第二端子，其中，在所述多个电容器上形成有相应的多个输出电压，该降压升压转换器还包括误差确定单元，其用于确定所述多个电压中的每一个的误差；内部控制回路，其能够根据所确定的误差将所述多个电容器中的一个电容器可切换地连接至所述电感器的所述第二端子；以及外部控制回路，其能够根据所确定的误差来控制在降压操作和升压操作之间进行切换。所述误差确定单元可以确定所述多个输出电压中的每一个的误差偏差以及所述多个输出电压的平均误差，其中，所述内部控制回路能够根据所述多个误差偏差进行操作， 并且所述外部控制回路能够根据所述平均误差进行操作。所述内部控制回路可适于连接所述多个电容器中的与具有最大误差偏差的输出电压相关联的一个电容器。所述降压升压转换器还可以包括检测单元，该检测单元用于检测一可切换地连接的电容器是否已达到最大电压并响应于检测到最大电压而断开该电容器。所述降压升压转换器还可以包括监测单元，该监测单元用于监测所有未可切换连接的电容器，并且该监测单元适于在检测到与任一电容器相关的电压下降到最小允许误差偏差以下时可切换地连接该电容器。在本发明的另一个方面中，提供了一种用于控制电压发生装置的方法，所述电压发生装置包括电压源；电感器，其中，所述电感器的第一端子可切换地连接至所述电压源；以及多个电容器，它们可切换地连接至所述电感器的第二端子，其中，在所述多个电容器上形成有相应的多个输出电压，该方法包括确定所述多个电压中的每一个的误差；以及根据确定的误差，将所述多个电容器中的一个电容器可切换地连接至所述电感器的所述
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弟一兄而子°所述可切换连接步骤可适于可切换地连接与所述多个输出电压中具有最大负值误差偏差的一个电压相关联的电容器。该方法还可以包括确定在各个电容器上形成的所述输出电压的误差偏差。该方法还可以包括确保在任一时刻都仅有所述多个电容器中的一个电容器连接到所述电感器的所述第二端子。该方法还可以包括针对开关阵列生成用于将所述多个电容器中的每一个可切换地连接至所述电感器的所述第二端子的多个控制信号，其中，如果所述控制信号中的超过一个控制信号被色孩子，则针对与最低输出电压相关联的开关的控制信号被传送到所述开关阵列。该方法还可以包括检测一可切换连接的电容器是否已达到最大电压，并且响应于检测到最大电压而断开该电容器。该方法还可以包括监测所有未可切换连接的电容器，并且在检测到与任一电容器相关联的电压下降到最小允许误差偏差以下时就可切换地连接该电容器。该方法可以控制降压升压转换器，并且可以包括控制电压发生电路的步骤，并且该方法还包括根据在所述多个电容器上形成的所述多个输出电压的平均误差，控制所述转换器在降压操作和升压操作之间进行切换。在本发明的另一个方面中，提供了一种控制降压升压转换器的方法，所述降压升压转换器包括电压源；电感器，其中，所述电感器的第一端子可切换地连接至所述电压源；以及多个电容器，它们可切换地连接至所述电感器的第二端子，其中，在所述多个电容器上形成有相应的多个输出电压，该方法还包括检测所述多个电压中的每一个电压的误差；在内部控制回路的控制下，根据所确定的误差将所述多个电容器中的一个电容器可切换地连接至所述电感器的所述第二端子；以及在外部控制回路的控制下，根据所确定的误差在降压模式和升压模式之间进行切换。该方法还可以包括确定所述多个输出电压中的每一个电压的误差偏差以及所述多个输出电压的平均误差；以及根据所述多个误差偏差来操作所述内部控制回路，并且根据所述平均误差来操作所述外部控制回路。所述内部控制回路可以适于连接所述多个电容器中的与具有最大误差偏差的输出电压相关联的一个电容器。该方法还可以包括检测一可切换地连接的电容器是否已达到最大电压，并响应于检测到最大单元而断开该电容器。该方法还可以包括监测所有未可切换连接的电容器，并且在检测到与任一电容器相关联的电压下降到最小允许误差偏差以下时就可切换地连接该电容器。
现在将参考附图对本发明进行说明，其中
图1例示了在现有技术中已知的降压升压转换器；图2例示了根据本发明实施方式的可控的降压升压转换器；图3例示了用于图2中的降压升压转换器的示例性控制架构；图4例示了图3中的误差确定单元的示例性实现；图5例示了图3中的多变量控制单元的示例性实现；图6例示了图3中的最大断路电平检测器单元的示例性实现；图7例示了图3中的最小断路电平检测器单元的示例性实现；图8例示了图5中的可变多变量控制单元的最小误差偏差检测器单元的示例性实现；以及图9例示了图2中降压升压转换器的输出开关阵列。
具体实施例方式现在参考示例性实施方式以示例的方式来描述本发明。本领域技术人员将会理解，为了易于理解本发明而描述了实施方式，并且本发明并不限于所描述的任何实施方式的细节。本发明的范围由所附权利要求限定。在以下说明中，在不同的附图中使用相同的附图标记，这些附图标记表示一幅图中与另一幅图中的元件相对应的元件。参考图2，这里例示了要进行控制的示例性电压电源级。该电压电源级提供了与单个电感器结合起来的开关和电容器的组件，以从单个电压源生成多个电源电压。参考图2，该电源级包括具有开关102和103的降压开关级104以及升压开关级 209。升压开关级包括开关106和开关阵列201。提供了图1中的电感器108。图1中的电容器107大体上被ρ个电容器代替。在示出的例子中，ρ = 3，并且该多个电容器由附图标记20 至20 表示。开关阵列201在其输入端处将线116上的信号连接到由附图标记 2041至2043表示的三条输出线中的一条。一般而言，存在ρ条输出线。电容器20 至20 中的每一个均被连接在位于第一端子的输出线201至2043中的相应一条输出线和位于第二端子处的接地之间，接地连接提供在线203上。三个开关102、103、106以及电感器108对应于图1中的传统降压升压结构的开关。开关102将电压源(电池110)选择性地连接到电感器108的第一端子。开关103将电感器108的第一端子选择性地接地。开关106将电感器108的第二端子选择性地接地。如上所述，开关阵列201代替了图1中的开关105。在任一时刻，开关阵列201均被控制为将电容器20 至20 中的一个电容器的第一端子连接至在线116上的电感器108 的第二端子。不管连接了电容器20 至20 中的哪一个电容器，电感器108的电感都使得电流可以流过。当开关201从电源断开时，相关的电源电容器将允许电流流入连接至相应输出线201至2043的相应负载(未显示)。电容器20 至20 中的任一个电容器连接至电感器108的时间越长，相应的输出电压线201至2043上的相应电源电压就会上升得越高。因此，提供了调整线201至2043 上的各个单独电源的范围。实际上，可以在对电感器电流进行采样后在PWM循环开始时做出关于该循环是降压循环还是升压循环的判定。如果采样的电感器电流大于目标电流(通过电压控制设置)， 则该循环被设置为降压循环。如果采样的电感器电流小于目标电流，则该循环成为升压循环。本领域技术人员应熟知这些原理和示例性技术，以确定启用降压循环或升压循环。这里所描述的示例性技术用于在循环开始时确定升压模式或降压模式，但是本领域技术人员应带理解的是，可以采用其他技术。在升压模式中，每个PWM循环都以预充电操作开始。在预充电操作中，开关阵列中的所有开关都是打开的，而开关106是闭合的。预充电周期的长度取决于实现方式。预充电周期的功能在于对电感器108进行预充电。一旦预充电周期完成，则对于余下的PWM升压循环来说，将根据下面将要描述的本发明的示例性结构来控制开关201。在预充电周期之后，针对该PWM升压循环的余下部分，开关106都是打开的。在升压模式下的整个PWM循环中，开关102—直‘接通’，而开关103则一直‘断开’的。因此，降压开关104被连接，使得电池110在升压循环期间连接至电感器108的第一端子。在降压模式下的整个PWM循环中，开关106 —直是打开的。如同在升压模式(在预充电之后)那样，根据开关阵列201的切换来控制开关102和103。还应当注意的是，图2中的各电容器均连接在输出线(或输出电压)与接地之间的结构是示例性的。另选地，例如，各电容器可以连接在高电压电平与低电压电平之间。在一个结构中，各电容器可以连接在高电压电平与相邻的低电压电平之间，其中一个电容器连接在最低的电压电平与接地之间。因此，参考图2，另选地，电容器20 可以连接在线2043与2042之间；电容器2022 可以连接在线2042与201之间；电容器20 可以连接在线201与电接地之间。参考图3，示出了用于生成多电平电源的整个控制架构300。该控制架构300包括误差确定单元302、多变量控制单元304、最大断路电平检测器单元600、最小断路电平控制单元700、PWM控制器306、降压开关控制器单元308和升压开关控制器单元310。误差确定单元302、多变量控制单元304、最大断路电平控制单元600和最小断路电平控制单元700合起来为降压升压转换器提供了示例性的内部控制回路或第一控制回路。PWM控制器306为降压升压转换器提供了示例性的外部控制回路或第二控制回路。控制架构300的外部控制回路在本质上提供了与用于确定是执行降压模式还是升压模式和用于控制电感器电流的传统的降压升压控制器相同的整体功能。在所述的实施方式中，使用来自误差确定单元302的平均误差(Emean)反馈来代替传统的降压升压结构的用于确定降压模式或升压模式的电压误差反馈，下面将进一步讨论该平均误差反馈的产生。PWM控制器使用该平均误差来确定是进入降压模式还是升压模式。在已知的产生单个输出电压的降压升压转换器中，控制功能根据电压误差反馈来选择降压操作或升压操作，以迫使这个电压误差趋向零。在现有技术的多电压结构中，提供了多个降压升压转换器，每一个降压升压转换器都具有其自己的基于电压误差反馈的控制功能。但是，在图2和3中示出的结构中，由于存在多个输出电压，因此不能使用这种用来确定降压模式或升压模式的现有技术。在η电平电源的情况下，存在η个输出电压，这将需要满足将这些输出电压的电压误差调整为趋向于零的要求。误差确定单元302确保将η个输出电压的η个输出电压误差在每个输出电压节点
9处减少到单个非同一的值。这是通过确定平均误差并且确保输出电容器上的电压迫使这个平均误差电压趋向于零而实现的。理论上，对于能够容纳的输出电压的数量没有限制。如上所述，外部控制回路也用于控制电感器电流。在没有这种控制的情况下，如果电池电压很高并且降压升压转换器一直处于降压模式，则没有办法来控制平均误差，并且所有的输出电压将会同时向上偏移。为了避免这种现象，外部控制回路通过改变降压放电或升压预充电的持续时间来控制电感器电流。参见图4，例示了图3中的误差确定单元302的实现，该误差确定单元302用于从实际的电源干线(powr rail)电压中导出误差电压并用于导出平均误差。如上所述，为清楚起见，所示出的和描述的示例性结构例示了三个电源电平和三条电源干线，但是相同的控制方案大体上可以应用于任何数量η。输出线204^204和2043上的三个电压V:、V2和V3被施加于三个减法单元402” 4022和40 的相应的第一输入。各个减法单元40^、4022和40 的第二输入分别是从相应的基准源^IiJOI2和4013中局部导出的基准电压。相应的基准电压被表示为VtofJ2ref 和V3ref。这些基准源优选地从精确的带隙基准中得到。从输出线204^204和2043上的实际输出电压V1、V2和V3中减去参考电压Vlref、 V2ref和V3ref，以产生误差电压vlCTra、V2error和V3CTra。这些误差电压表示各电压电平的绝对误差。电压VlOT 、V2OT 和Vtora被转换为平均误差值和多个误差偏差值。平均误差表示误差电压VlCTra、V2error和V3ctm的平均值。多个误差偏差值表示各个误差电压VlOT。r、V2error 和V3ctm与平均误差的偏差值。通过将误差电压VlOT 、V2error和Vtora施加于求平均值单元420，得到了平均值。 求平均值单元420例如可以由一组电阻器403i、4032和40 来提供。将该组电阻器连接为使得各个电阻器403i、4032和40 的第一端子均连接至输出线204^204和2043中相应的一条输出线。各个电阻器403i、4032和40 的第二端子连接至公共节点，电阻器40 的第一端子连接到该公共节点。电阻器40 的第二端子接地。平均误差被表示为Em_，其形成在该公共节点上。误差电压Vle 、V2e·和V3emff被分别施加于更多的减法单元404^404和4043作为第一输入，以从平均误差Enrean中减去这些误差电压。平均误差Enrean被提供给更多的减法单元404^404和4043中的每一个作为第二输入。减法单元404^404和4043提供与相应的输出电压义、V2和V3关联的相应误差偏差值Ep E2和E3。这些误差偏差值Ep E2和&形成了对多变量控制单元304的输入。参考图5，例示了该多变量控制单元304的实现。多变量控制单元304包括最小电平检测器501 ；三个锁存器502^5022和5023 ；或(OR)门505 ；一对与(AND)门503a和 503b ；以及三个输出与(AND)门504”5042禾口 5043。—般而言，锁存器502的数量和输出与门504的数量对应于输出的电压的数量，故而在理论上可以提供η个锁存器和η个输出与门。每一个输出与门都具有控制开关阵列 201的一个开关的输出。现在对多变量控制单元304的操作进行进一步描述。输入误差偏差值E1A2和&作为输入被施加于最小电平检测器501。最小电平检测器501输出三个数字标记信号M1J2和M3,这些数字标记信号分别对应于输入误差偏差值ΕρΕ2*&。最小电平检测器检测具有最大负值(即，具有最大误差(最不接近零))的误差偏差值。接着，最小电平检测器501设置与具有最大负值误差的误差偏差值相关联的标记，不设置其他标记。标记信号Μ” M2和M3用于控制锁存器502的状态机，锁存器502依次地控制在任一时刻开关201中的哪一个开关可操作。每个锁存器都具有数据输入(D)、锁存器使能输入(LE)、设置输入(SET)、复位输入(旧)、输出(Q)和反相输出(Q )。锁存器50&、5022和50 的每一个数据输入都被连接以接收相应的标记Mp M2和M3。锁存器50^、5022和50 的每一个锁存器使能输入都被连接以接收线510上的锁存器使能信号LE。锁存器50^、5022和50 的每一个设置输入都被连接以接收线512^51 和51 上的相应设置输入SET1、SET2和SET3。第三锁存器50 的复位输入未被连接。第二锁存器50 的复位输入连接至线51 上的设置信号SET3。第一锁存器50 的复位输入连接至或门505的输出，该或门505接收线51 上的设置信号 SET3和线51 上的设置信号SET2作为输入。第一锁存器50 的输出形成了与门501的第一输入。第二锁存器50 的输出形成了与门503a的第一输入。第三锁存器50 的输出形成了与门504b的第一输入。第一锁存器50 的反相输出形成了与门503a的第二输入和与门50 的第二输入。第二锁存器50 的反相输出形成了与门50 的第三输入。第三锁存器50 的反相输出未被连接。与门503a和50 中的每一个的输出形成了与门5042和 5043的第一输入。线514上的升压预充电控制信号形成了与门504^504和5043中的每一个的第二输入。如上所述，多变量控制单元304接收误差偏差值Ep E2和& ；锁存器使能输入LE ； 设置输入SET1、SET2、SET3 ；以及升压预充电输入作为输入。多变量控制单元304生成控制信号以控制开关阵列201的开关，这些信号在图5中被表示为SW1、SW2、SW3。一般而言，寄存器502锁存标记M的值。与门503工作以保证在任何时间都仅向开关传送一个被锁存的输出。与门504使得开关控制在升压预充电周期中不能使用锁存器的输出。因此不论任何锁存器的输入如何，当升压预充电周期正在进行时，线514上的信号被设置为保证所有的输出与门504的输出均为低电平，并且开关阵列201的所有输出开关均是打开的。当没有激活升压预充电操作时，输出与门504仅将它们的其他输入端处的信号传送到它们的输出端。与门503提供了互锁机制以保证在任何时刻，即使锁存器502中超过一个锁存器的数据输出为高电平时，开关阵列201中也仅有一个开关是可操作的。如果超过一个锁存器502为高电平，则优选地，仅高电平的锁存器中电平值最小的锁存器对应的开关可操作的，而较高的电平从输出断开。从图5中可以看出，用于控制输出阵列中的相应开关(在本示例中为三个开关)中的每一个开关的输出信号是由三个相应的锁存器的数据输出来提供的。电平值最小的锁存器502i的输出被直接传送到输出与门504”因此当该输出为高电平时，相应的开关将总是被启用(假设没有进行升压预充电)。其他锁存器的数据输出经由与门503传送到它们相应的输出与门504，这保证在特定锁存器的输出被设置为高电平的情况下，如果任一电平值较小的锁存器的输出同样被设置为高电平，则该特定锁存器的输出不会被传送到与它相关的输出与门。
在启动时，当通过线510上的控制信号LE启用锁存器时，设置与最小(最大负值) 误差偏差值相关联的标记M并将该标记锁存到相应的锁存器502中。由于仅设置了一个标记，因此仅一个锁存器中锁存有高电平值，并且因此仅一个锁存器的数据输出被设置为高电平。对与最大负值误差偏差值相关联的标记的设置和锁存保证了具有最大负值误差偏差值的输出电容器202由开关式电感器108进行充电。电容器被持续充电，结果，误差偏差值变小并在理想情况下会随着电源输出电压的上升而改变符号。任一电容器的充电过程均由最大伏特断路电路600监控并适当地终止，在图6中详细例示了该最大伏特断路电路600的示例性的实现。误差偏差值E”E2和&被施加于比较器6(^、6022、604作为相应的第一输入。这些比较器的第二输入由公共基准信号提供。各个比较器进行操作以检测是否已经超过由公共基准信号设置的断路电压。各比较器60&、 6022、6023的输出被提供给相应的与门601^6012*6013的相应第一输入。各与门的第二输入由多变量控制单元304的相应开关输出SW1、Sff2, SW3(来自与门504)提供。这就保证了在相应的与门601的输出端处仅传送与当前正在充电的电容器相关联的比较器输出， 即，仅启用与门601中的一个与门。与门eoipeoipeou的输出被提供给或门302作为输入，而或门302的输出在线510上生成锁存器使能信号LE。因此，一旦针对当前正在充电的电容器的比较器操作指示已经达到阈值，则停止该电容器的充电并且所生成的锁存器使能信号LE锁存在标记M中，使得具有当前最高误差偏差值的下一个电容器被充电。与用于检测最大电压断路的断路电压相关联地用于输入到比较器602的阈值根据实现方式而定。在充电过程中，输出电容器202中的一个电容器上的电压可能会下降到最小允许误差偏差值限度以下，即，误差偏差值可能会变得太大以致于超出阈值。如果这种情况发生，则优选地需要迅速对该电容器充电。这由如图7详细例示的最小电压断路电路700进行控制。在最小电压断路电路700中，误差偏差值E1、E2、&被施加于比较器70 、70 、7023 作为相应的第一输入。各比较器702的第二输入由包含阈值信号的公共基准信号提供。比较器702^702^7023的输出分别在线51&、5122、51&上生成相应的设置信号SETU SET2、 SET3。当负偏差值小于由该阈值所定义的最小电平断路时，比较器702^02^0 中的任一个断路，并且关联的设置信号被传送至相应的锁存器。因此，当检测到过大的负偏差值错误时，设置相应的锁存器并且将该值以上的所有其他锁存器复位。不需要将电平较低的锁存器复位，这是由于这些锁存器被互锁逻辑所忽略。图5中的逻辑门505允许在设置了指定锁存器时将其他必要的锁存器复位。设置50 会复位50 和50&。设置50 会复位50&。与用于检测最小电压断路的断路电压相关联的用于输入到比较器702的阈值根据实现方式而定。图8示出了图5中的最小电平检测器501的示例性实现。多个晶体管80&、8022、 80 连接起来以在它们的基极引出端处接收反相误差偏差值-Ep -E2, -E30晶体管80&、 8022、80&中的每一个晶体管的发射极端子连接到公共点上。电流源803连接在该公共点与接地之间。晶体管8(^、8022、804的集电极端子连接到多个相应的晶体管806^806^80 的集电极端子。该多个晶体管806^806^80 的基极引出端子连接至以REF表示的基准电压。该多个晶体管806^806^80 的发射极端子与载有电源电压Vcc的电源干线相连。晶体管对(806^802),(804,80 )和(80~、8023)中的每一对的公共集电极连接都连接到相应的放大器组804^804^804的相应输入端。另外，还提供了晶体管810，其具有连接至电源干线的发射极端子、连接至晶体管80 基极的基极端子、以及连接到其基极端子和电流源的第一端子的集电极端子，电流源的另一个端子接地。图8中的误差偏差值的极性与之前的附图相比是相反的，因此最小电压变成了最大电压。这意味着电流源803被弓I导流过对施加于其基极的最大电压加偏压的晶体管802。 这将会降低晶体管802的相应输出并激活相应的逻辑缓冲器804。晶体管810充当负载。虽然图7中的示例性的实现示出了 BJT晶体管，但是可以替换成其他技术中的等效功能单元。图9示出了由多变量控制单元304生成的控制信号SW1、Sff2, SW3如何与开关装置相互作用。切换开关电感器(switcher inductor) 108提供经过开关组201进入电容器 202中的电流。来自多变量控制单元的控制信号SWl、Sff2, SW3控制20、至2013以对所选择的输出电容器20 值20 进行充电。在图9中还示出了开关106，开关106在升压预充电操作过程中受升压预充电信号的控制。希望图2中的降压升压转换器能够支持不连续模式，否则控制将会受到正在放电而不是正在充电的电容器的不利影响。在不连续模式中，控制器将会允许电感器108连接到所切换的电容器直至重新开始导电，并且所切换的电容器能够被继续充电。能够用于多变量控制单元的控制信号操作的参数变量是psu的输出电容和波动极限(ripple limits)。波动极限设定了最大允许波动，而电容器值设定了指定负载电流的更新速率。期望具有尽可能大的输出电容器以降低更新速率并因此减小切换损失。一个期望的特征在于，在负载电流的下降降低更新速率并因此根据负载功率减小切换损失。出于例示本发明及其实施方式的目的，在本文中通过参考特定示例和实施方式对本发明进行了描述。本发明并不局限于本文中描述的任何实施方式的具体细节。任何实施方式的任何技术特征可以与其他实施方式的技术特征结合地实施，没有任何实施方式是专用的。本发明的范围由所附权利要求来限定。
权利要求
1.一种电压发生装置，该电压发生装置包括电压源；电感器，其中，所述电感器的第一端子可切换地连接至所述电压源；以及多个电容器，它们可切换地连接至所述电感器的第二端子，其中，在所述多个电容器上形成有相应的多个输出电压，该电压发生装置还包括误差确定单元，其用于确定所述多个电压中的每一个电压的误差；以及控制单元，其用于根据所确定的误差将所述多个电容器中的一个电容器可切换地连接至所述电感器的所述第二端子。
2.根据权利要求1所述的电压发生装置，其中，所述控制单元能够可切换地连接与所述多个输出电压中相对于平均误差具有最大负偏差的一个输出电压相关联的电容器。
3.根据权利要求2所述的电压发生装置，该电压发生装置还包括误差确定单元，该误差确定单元用于确定在各个电容器上形成的所述输出电压的误差偏差。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电压发生装置，其中，所述控制单元能够保证在任何时刻都仅有所述多个电容器中的一个电容器连接到所述电感器的所述第二端子。
5.根据权利要求4所述的电压发生装置，其中，所述控制单元包括逻辑单元，该逻辑单元针对开关阵列生成用于将所述多个电容器中的每一个可切换地连接至所述电感器的所述第二端子的多个控制信号，其中，如果所述控制信号中的超过一个控制信号被设置，则针对与最低输出电压相关联的开关的控制信号被传送到所述开关阵列。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电压发生装置，该电压生成装置还包括检测单元，该检测单元用于检测一可切换连接的电容器是否已达到最大电压并响应于检测到最大电压而断开该电容器。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电压发生电路，该电压发生电路还包括监测单元，该监测单元用于监测所有未可切换连接的电容器，其中，在检测到与任一电容器相关联的电压下降到最小允许误差偏差以下时就可切换地连接该电容器。
8.—种降压升压转换器，该降压升压转换器包括根据权利要求1至7中任一项所述的电压发生电路，该降压升压转换器还包括控制单元，该控制单元能够根据在所述多个电容器上形成的所述多个输出电压的平均误差来控制所述转换器在降压操作和升压操作之间进行切换。
9.一种降压升压转换器，该降压升压转换器包括电压源；电感器，其中，所述电感器的第一端子可切换地连接至所述电压源；以及多个电容器，它们可切换地连接至所述电感器的第二端子，其中，在所述多个电容器上形成有相应的多个输出电压，该降压升压转换器还包括误差确定单元，其用于确定所述多个电压中的每一个电压的误差；内部控制回路，其能够根据所确定的误差将所述多个电容器中的一个电容器可切换地连接至所述电感器的所述第二端子；以及外部控制回路，其能够根据所确定的误差来控制降压模式和升压模式之间的切换。
10.根据权利要求9所述的降压升压转换器，其中，所述误差确定单元确定所述多个输出电压中的每一个的误差偏差以及所述多个输出电压的平均误差，其中，所述内部控制回路能够根据所述多个误差偏差进行操作，并且所述外部控制回路能够根据所述平均误差进行操作。
11.根据权利要求10所述的降压升压转换器，其中，所述内部控制回路能够连接所述多个电容器中与具有最大误差偏差的输出电压相关联的一个电容器。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的降压升压转换器，该降压升压转换器还包括检测单元，该检测单元用于检测一可切换地连接的电容器是否已达到最大电压并响应于检测到最大电压而断开该电容器。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的降压升压转换器，该降压升压转换器还包括监测单元，该监测单元用于监测所有未可切换连接的电容器，并且能够在检测到与任一个电容器相关联的电压下降到最小允许误差偏差以下时就可切换地连接该电容器。
14.一种用于控制电压发生装置的方法，所述电压发生装置包括电压源；电感器，其中，所述电感器的第一端子可切换地连接至所述电压源；以及多个电容器，它们可切换地连接至所述电感器的第二端子，其中，在所述多个电容器上形成有相应的多个输出电压，该方法包括确定所述多个电压中的每一个电压的误差；以及根据所确定的误差，将所述多个电容器中的一个电容器可切换地连接至所述电感器的所述第二端子。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述可切换连接的步骤能够可切换地连接与所述多个输出电压中相对于平均误差具有最大负偏差的一个输出电压相关联的电容器。
16.根据权利要求15所述的方法，该方法还包括确定在各个电容器上形成的所述输出电压的误差偏差。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，该方法还包括确保在任一时刻都仅有所述多个电容器中的一个电容器连接到所述电感器的所述第二端子。
18.根据权利要求17所述的方法，该方法还包括针对开关阵列生成用于将所述多个电容器中的每一个可切换地连接至所述电感器的所述第二端子的多个控制信号，其中，如果所述控制信号中的超过一个控制信号被设置，则针对与最低输出电压相关联的开关的控制信号被传送到所述开关阵列。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，该方法还包括检测一可切换连接的电容器是否已达到最大电压，并响应于检测到最大电压而断开该电容器。
20.根据权利要求14至19中任一项所述的方法，该方法还包括监测所有未可切换连接的电容器，并且在检测到与任一电容器相关联的电压下降到最小允许误差偏差以下时就可切换地连接该电容器。
21.一种用于控制降压升压转换器的方法，该方法包括根据权利要求14至20中任一项所述的用于控制电压发生电路的步骤，该方法还包括根据在所述多个电容器上形成的所述多个输出电压的平均误差，控制所述转换器在降压操作和升压操作之间进行切换。
22.一种用于控制降压升压转换器的方法，所述降压升压转换器包括电压源；电感器，其中，所述电感器的第一端子可切换地连接至所述电压源；以及多个电容器，它们可切换地连接至所述电感器的第二端子，其中，在所述多个电容器上形成有相应的多个输出电压，该方法还包括确定所述多个电压中的每一个电压的误差；在内部控制回路的控制下，根据所确定的误差将所述多个电容器中的一个电容器可切换地连接至所述电感器的所述第二端子；以及在外部控制回路的控制下，根据所确定的误差在降压模式和升压模式之间进行切换。
23.根据权利要求22所述的方法，该方法还包括确定所述多个输出电压中的每一个的误差偏差以及所述多个输出电压的平均误差，并且根据所述多个误差偏差来操作所述内部控制回路，并且根据所述平均误差来操作所述外部控制回路。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述内部控制回路能够连接所述多个电容器中的与具有最大误差偏差的输出电压相关联的一个电容器。
25.根据权利要求22至M中任一项所述的方法，该方法还包括检测一可切换连接的电容器已经达到最大电压，并响应于检测到最大电压而断开该电容器。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的方法，该方法还包括监测所有未可切换地连接的电容器，并且在检测到与任一电容器相关联的电压下降到最小允许误差偏时就可切换地连接该电容器。
全文摘要
描述了一种降压升压转换器，其包括电压源；电感器，其中，电感器的第一端子可开关地连接至电压源；以及多个电容器，它们可切换地连接至电感器的第二端子，其中，在多个电容器上形成了相应的多个输出电压，该降压升压转换器还包括误差确定单元，其用于确定多个电压中的每一个电压的误差；内部控制回路，其适于根据所确定的误差将多个电容器中的一个电容器可切换地连接至电感器的第二端子；以及外部控制回路，其适于根据所确定的误差来控制降压操作和升压操作之间的切换。
文档编号H02M3/158GK102439833SQ201080009946
公开日2012年5月2日 申请日期2010年1月14日 优先权日2009年1月14日
发明者马丁·威尔逊 申请人:努吉拉有限公司