用于开关模式充电器的可重配置的多相功率级的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电源充电器，并且具体地涉及开关模式充电器。
【背景技术】
[0002]许多现代电子设备，包括个人数字助理(PDA)、膝上型电脑，平板电脑、电子书阅读器、数码相机、数字记录设备，数字媒体播放器、视频游戏设备、移动电话手机、蜂窝式或卫星无线电电话、所谓的“智能电话”等，可包括被用于为这些设备供电的一个或多个电池。这些电池可以是可再充电电池，其通常需要定期充电。
[0003]降压转换器可被用来向这些现代电子设备供电的电池进行充电。降压转换器是一种降压型直流转直流(DC-DC)转换器，具有小于输入电压幅值的输出电压幅值。降压转换器是开关模式电源供应器。降压转换器电路拓扑结构中的一些示例可以使用两个开关(例如，晶体管和二极管)连同电感器和电容器。在降压转换器的一些示例中，穿过电感器的电流可由两个开关来进行控制(例如，晶体管和二极管)。
【发明内容】
[0004]通常，本公开的各种示例指向可在不同“方向(direct1n)”上运行的多相降压转换器。换言之，电流可如本文所讨论的通过多相降压转换器电路在不同的方向上流通。使用两相降压变换器的数个示例被呈现，然而，应当被理解的是，其它的多相转换器拓扑结构是有可能的。在一些示例中，多相转换器可提供不同的充电配置，比如涓流充电、恒定电流、恒定电压。一些示例可提供“快速(fast)”充电，该“快速”充电提供例如5A、10A或者甚至可能更高。一些示例可具有高效率以避免热问题。因此，开关模式充电可被使用。一些示例还可提供“通用串行总线直传(USB OTG, Universal Serial Bus On-The-Go) ”，在其中两相降压转换器或两相降压转换器的部分可在升压(boost)模式下运行，以从电池(其可以使用两相降压转换器的降压模式进行充电)为USB适配器供电。此外，一些示例可使用其他输入端来提供无线充电模式，以从无线电源变压器提供充电电源。
[0005]一个示例指向一种方法，该方法包括断开和闭合第一低侧开关和第一高侧开关以及第二低侧开关和第二高侧开关中的至少一个，第一低侧开关和第一高侧开关定义两相降压转换器的第一相，第二低侧开关和第二高侧开关定义两相降压转换器的第二相，从而该两相降压转换器执行信号的降压转换，断开和闭合两相降压转换器的第一低侧开关、第一高侧开关、第二低侧开关和第二高侧开关中的至少一个，从而该两相降压转换器执行信号的升压转换，在第一相组件和第二相组件中的至少一个中控制该开关中的至少一个的占空比(duty cycle)以生成涓流充电、恒定电流或恒定电压中的至少一种，以及控制该两相降压转换器从第一相组件和第二相组件为系统电压输出端提供电流以输出充电电流。
[0006]另一个示例指向一种两相降压转换器，其包括第一低侧开关和第一高侧开关、第二低侧开关和第二高侧开关、控制器、第一滤波器元件以及第二滤波器元件，第一低侧开关和第一高侧开关定义该两相降压转换器的第一相，第二低侧开关和第二高侧开关定义该两相降压转换器的第二相，控制器被配置为断开和闭合第一低侧开关、第一高侧开关、第二低侧开关和第二高侧开关中的至少一个以实施降压模式，该控制器进一步被配置为断开和闭合第一低侧开关、第一高侧开关、第二低侧开关和第二高侧开关中的至少一个以实施升压模式，并且该控制器进一步被配置为在第一相组件和第二相组件的至少一个中控制至少一个开关的占空比以实施涓流充电、恒定电流或恒定电压中的至少一种，第一滤波器元件被耦接至第一相组件的输出端，第二滤波器元件被耦接至第二相组件的输出端。
[0007]另一个实施例指向一种集成电路(IC)，其包括第一低侧开关和第一高侧开关、第二低侧开关和第二高侧开关以及控制器，第一低侧开关和第一高侧开关定义两相降压转换器的第一相，第二低侧开关和第二高侧开关定义该两相降压转换器的第二相，控制器被配置为断开和闭合第一低侧开关、第一高侧开关、第二低侧开关和第二高侧开关中的至少一个以实施降压模式，该控制器进一步被配置为断开和闭合第一低侧开关、第一高侧开关、第二低侧开关和第二高侧开关中的至少一个以实施升压模式，并且，该控制器进一步被配置为在第一相组件和第二相组件的至少一个中控制至少一个开关的占空比以实施涓流充电、恒定电流或恒定电压中的至少一种。
[0008]一个或多个实施例的详细内容在附图和下面的【具体实施方式】中进行了说明。从【具体实施方式】和附图以及从权利要求，从本发明的其他特征、目标和优点将是显而易见的。
【附图说明】
[0009]图1是说明一种依照本公开的示例的两相降压转换器的方框图；
[0010]图2是说明依照本公开的示例，被配置为在“快速”充电模式中的图1的两相降压转换器的方框图；
[0011]图3是说明依照本公开的示例，被配置为在升压模式中的图1的两相降压转换器的方框图；
[0012]图4是说明依照本公开的示例，被配置为在无线充电模式中的图1的两相降压转换器的方框图；
[0013]图5是说明依照本公开的示例，被配置为在升压模式和无线充电模式中的图1的两相降压转换器的方框图；
[0014]图6是依照本公开的示例，说明一种用于在多相降压转换器拓扑结构中的降压转换器充电器的方法的流程图；
[0015]图7是依照本公开的示例，说明另一种用于在多相降压转换器拓扑结构中的降压转换器充电器的方法的另一个流程图。
【具体实施方式】
[0016]在一般情况下，本公开的各种示例指向可提供不同的充电配置(如，涓流充电、恒定电流、恒定电压)的两相降压转换器。一些示例可提供“快速”充电，“快速”充电提供例如5A、1A或者甚至可能更高。通常，“快速”充电可由从5A到1A或更高的任何电流来提供。一些示例可具有高效率以避免热问题。因此，开关模式充电可被使用。一些示例还可提供“USB 0TG”，在其中两相降压转换器或两相降压转换器的部分可在升压模式下运行，以从电池(其可以使用两相降压转换器的降压模式进行充电)为USB适配器供电。此外，一些示例可使用其他的输入端来提供无线充电模式，以从无线电源变压器提供充电电源。
[0017]如下文所讨论的，两相降压转换器的运行可被分成降压转换器功能和升压转换器功能。在一些示例中，转换器可被实施为多相拓扑结构。本文所讨论的示例包括两相。在一些示例中，两相均可以降压转换器运行。在其他示例中，两相均可以升压转换器运行。在另外的示例中，两相中的一个可以降压转换器运行，同时两相中的另一个以升压转换器运行。如图1所示，充当升压转换器的相可由电池、输出电容器或降压转换器输出端为其供电。
[0018]降压转换器是降压型DC-DC转换器。换言之,输出电压小于输入电压。在一些不例中，开关模式电源供应器可使用多个开关(例如，晶体管和二极管)、电感器和电容器，以降低DC供应器的电压。通过将过量功率作为为热量耗散的来运行的线性调节器(linearregulator)可以是减少DC供应器的电压的更简单的设备，但将过量功率作为热量耗散通常效率低。另一方面，降压转换器可非常有效率。一些示例可效率达95%或甚至更高。因此，降压转换器对于将计算机中的主电源(例如，在台式机中12V，在笔记本电脑中12-24 V )转换为低至在这些设备中的处理器所需的例如0.8V-1.8V可以是有用的。
[0019]升压转换器是升压型DC-DC转换器。换言之,输出电压大于输入电压。这是一种开关模式电源供应器(SMPS)。一些示例可包括例如至少两个半导体开关(例如，二极管和晶体管，或者在一些示例中是两个晶体管)和至少一个能量存储元件(例如，电容器或电感器)。一些不例可包括结合的多个能量存储兀件，例如，多个电容器、多个电感器、电容器和电感器的结合或者多个电容器和多个电感器的结合。
[0020]滤波器可包括一个或多个电感器、一个或多个电容器或者一个或多个电感器与一个或多个电容器的一些结合，通常可被包括在转换器的输出端(例如，升压转换器输出端或者降压转换器输出端)处，以减少输出电压波纹(voltage ripple)。
[0021]在一些示例中，电路可被配置为执行降压转换(降压型)和升压转换(升压型)两者。换言之，依照本公开示例的一些电路涉及DC-DC电源转换器电路，该电路可提供大于其输入电压的输出电压和小于其输入电压的输出电压。在一些不例中，升压转换器和降压转换器可不共享相同的输入。例如，降压转换器可被提供以来自整流器(rectifier)的输入，而升压转换器可被提供以来自电池的输入或来自降压转换器的电压，该电池可通过降压转换器进行充电。
[0022]一些示例电路在降压模式和升压模式之间可以是可重新配置的，而其他示例可同时执行这两种模式。在同时执行两种模式的示例中，一些电源可被降压至较低电压，以由耦接至电源供应器的各输出端的一个或多个设备进行使用，同时例如来自另一个输入端的电压可被升压至一个或多个输出电压。在此示例中，升压转换器的输入可以是来自电池、来自降压转换器的输出、或者这两者。电池和降压转换器的输出可为系统负载供电。
[0023]在一些示例中，实施降压转换器的电路可包括多相电路。多相电路可以是例如与第二降压转换器并联的第一降压转换器电路。在各种示例中，元件可在第一降压转换器电路和第二降压转换器电路之间被共享。例如，输出电容器可在不同的相之间被共享，并且不需要为每个降压转换器被重复。此外，第一降压转换器电路和第二降压转换器的运行可以是同步的，具有固定的相移(phase-shift)以实现本公开的技术。此配置可被称为两相降压转换器。应当理解的是，另外的降压转换器电路可被并联的加入，以形成第三相组件、第四相组件直至第“η”个另外的相组件，其中“η”是任何整数。在此配置中的相的数量可受以下考虑限制:此电路的可用面积、电路的形成因素或者其他考虑。在一个示例中，两相降压转换器可包括一个其他的相组件，该其他的相组件包括第三低侧开关和第三高侧开关。还可使用包括其他的低侧开关和其他的高侧开关的其他的相组件。
[0024]在一些示例中，多相降压转换器可包括使用在输入端和负载之间并联放置的一系列基本降压转换器电路的电