专利名称：直流到直流转换器的制作方法
直流到直流转换器
本发明涉及直流到直流转换器。
用于将第一直流电压转换为第二直流电压的直流到直流转换器是众 所周知的。例如，这种直流转换器用于便携式电子设备的电压供应，以将 能量供应源(电池、蓄电池)所提供的直流电压转换为另一通常更高的直 流电压。
本发明的目的是提供一种直流到直流转换器，其具有高效率和低接通 电压。
该目的是通过根据权利要求1所述的直流到直流转换器来实现的。
因此，提供了一种直流到直流转换器，包括直流到直流转换器单元、 用于电压转换的第一场效应晶体管、作为启动辅助元件的X5U^L型晶体管、 以及用于关断*型晶体管的第二场效应晶体管。与第一场效应晶体管并
联地装配该双极型晶体管，并将第二场效应晶体管装配在该双极型晶体管 的上游。
因此，提供了一种直流到直流转换器，由于*型晶体管的低阈值电 压，该直流到直流转换器在低启动电压下也可被启动。然而，由于*型 晶体管对效率具有负面影响，因此在启动过程之后关断该双极型晶体管。 因此，提供了一种直流到直流转换器，其具有高效率并且即使在低电压下 也能够启动。
因此， 一种直流到直流转换器包括用于电压转换的场效应晶体管； 双极型启动辅助晶体管，与用于电压转换的场效应晶体管并联地装配；以 及用于关断的场效应晶体管。该用于关断的场效应晶体管装配在双极型启 动辅助晶体管的上游。在启动时，即在接通时，用于该作为开关二极管的、 用于电压转换的场效应晶体管的电压非常低。因此，可以仅4吏用与该场效 应晶体管并联装配的启动辅助二极管来进行启动。 一旦电#启动，则电 路将产生足够用于该用于电压转换的场效应晶体管的操作的电压，因此该
启动辅助二极管的功能不再是必要的。借助于单级级联，可以产生至少
12V的电压。借助于该电压，在该启动辅助晶体管上游的该用于关断的场 晶体管变为高电阻，因此该启动辅助晶体管对于该电路而言变得"不可 见"。
本发明的另外的发JblL从属权利要求的主题。
在下文中，将参考附图更加详细地描述本发明。
图1示出了根据本发明的直流到直流转换器的电路框图；以及 图2示出了图1的直流到直流转换器的电路图。
图1示出了根据本发明的直流到直流转换器的电路框图。该直流到直 流转换器包括输入端，第一电压U1被施加到该输入端。该第一电压对应 于电池电压，该电池电压提供了用于电子设备的能量供应。该直流到直流 转换器还包括通/断瞬时开关Tl、触发器单元FF、直流到直流转换器单 元DCW、加法单元AU和输出开关AS。该直流到直流转换器输出第二 电压U2和第三电压U3。当瞬时开关T1^L^动时，信号/SET转为低电 平，并且触发器单元FF被置位。然而，如果该设备已被接通，则由于触 发器单元FF已被置位并保持在该状态中，因此/SET不起作用。瞬时开 关T1的输出信号/ON被处理器接收并被相应地处理。然而，如果该设备 仍处于关断中，则信号/SET使得触发器单元FF置位并且接通过程启动。 由于接通过程刚启动，因此处理器尚未工作，周而信号/ON保持不起作用。
触发器单元FF用于直流到直流转换器单元DCW的接通和关断。通 过瞬时开关Tl来相应地使得触发器单元FF接通和置位。作为替代方案， 当充电的电池单元(Batteriezelle)和蓄电池单元(Akkuzelle)衫L相应地 插入该i殳备中时，触发器单元FF被接通。如果瞬时开关被保持超过约一 秒或更多秒的时段，则可以通过由处理器连续推动瞬时开关Tl斜目应地 使得触发器单元FF接通和复位。
通过信号ENABLE来启动直流到直流转换器单元DCW。输出开关 AS用于将直流到直流转换器单元的6V输出电压作为第三电压U3而输出 至电子设备。这在直流到直流转换器单元DCW工作并产生输出电压并且 触发器单元FF被置位时发生。因此，可以确保在转换器单元DCW在启 动后处于稳定状态之前不输出该输出电压。还可以确保该输出电压随着该
转换器的关断而确定地关断。
图2示出了图1的直流到直流转换器的电路图。图2所示的直流到直 流转换器的电路图以及各元件的具体值仅用于说明该转换器的功能，而不 应被视为限定性的。向该直流到直流转换器的输入端施加第一电压Ul。 该直流到直流转换器包括瞬时开关Tl、触发器单元FF和直流到直流转 换器单元DCW。此外，该电路包括电感L1、电容C1、第一场效应晶体 管FET1 、第二场效应晶体管FET2和双极型晶体管BP1 。
如果在一定时间内，在该电子设备的电池室内不存在电池或蓄电池单 元，则电容C313可进行放电。在电容器C313处电压将升高，该电压近 似地对应于单元电压(Zellenspannung )。这是由分压器R324、该连接电 路的剩余部分、以及该电容器的漏电阻导致的。瞬时开关将旁路该漏电阻 并提高Q302的基fel处的电压。晶体管变得导通，此外还4吏得触发器置位。 晶体管Q302在其基极被施加正电压时使得触发器置位。可以从充电的单 元(Zelle)经由瞬时开关传输该电压，而且在插入充电的单元时的正电压 跳变^L够的。该电压跳变是由C313向晶体管的^L传输的。然而，如 果电池或蓄电池单元被插入电池室中，则向下个节点传输正电压跳变。如 果电池单元或蓄电池单元在一定时间内位于电池室中，则经由电容313 的漏电阻将电容313充电至单元电压。因此，可经由瞬时开关T1提高后 续节点处的电压。因此，晶体管Q302均变得导通，瞬时开关T1的输出 信号被设置为低电平，并且触发器单元FF被置位。由于触发器置位将阻 塞信号/ON，因此晶体管Q302用于解耦某些功能。
触发器单元包括双晶体管Q303,并且可以仅通过处理器而被复位。
例如，直流到直流转换器单元DCW可包括Torex的IC XC9103。该 转换器可以控制例如具有300kHz的开关频率的外部晶体管。为了降噪， 电容器与分压器的电阻器并联连接。对该转换器单元DCW的控制是通过
脉宽调制PWM以恒定频率发生的。电感Ll (L301)被提供作为转换器 线團。优选地，使用自耦变压器。通过该转换器-变压器的绕组比率，可 以设置该转换器的脉冲间隔比。
电阻器R364和R365用于从控制电路解耦滤波电容器C338。在电容 器C389处可以获得14V的电压，该电压仅M示未受调节的电压，因此 仅可负担较低的电流。
导通变压器Q305即第 一场效应晶体管FET1引起流过转换器-变压器
的初级绕组的电流。当该变压器变为高电阻时，激励线團迫使该电流还经
过二极管Q306并对滤波电容器C340进行充电。该晶体管导通的时间越 长，对该电容器进行充电的电流越大。
在下文中，描述了该转换器使用较低的电池或单元电压(Ul)的启 动。对于该启动而言，尤其必要的是第一场效应晶体管FET1、与第一场 效应晶体管FET1并联连接的第一双极型晶体管BP1、以及第二场效应晶 体管FET2即Q307，其中该第一场效应晶体管FET1指的是用于电压转 换的场效应晶体管Q305,该第一双极型晶体管BP1指的是启动辅助晶体 管Q306,该第二场效应晶体管FET2指的是用于关断的私^型场效应晶 体管。
如果单元电压为例如仅0.7V,则转换器单元DCW可以在第一场效 应晶体管FET1处仅提供0.7V的栅极-源极电压。使用这样的栅极-源极电 压，该场效应晶体管的漏极-源极通路的电阻并未低到足以充分激励转换 器把流團Ll'
然而，X5U统型晶体管BP1即Q306在0.7V的^l-射极电压时变得导 通，以启动转换过程。当输出电压正在提高时，则第一场效应晶体管FET1 可以相应地工作。
优选地，针对高输入电阻来确定转换器单元DCW的输出(即，从外 部开关晶体管EXT即管脚5输出的驱动或信号)。然而，双极型晶体管 BP1的低输入电阻表示该信号的加载。这导致实际上可操作转换器单元， 但是会出现低效率。这特别不利于延长电池单元或蓄电池单元的使用寿 命。因此，在双极型晶体管BP1的上游布置^型第二场效应晶体管FET2 即Q307，该FET2用作启动辅助晶体管。该第二场效应晶体管FET2在 启动时是低电阻的，以使得双极型晶体管BP1可以工作。
借助于单级级联，产生约12V的电压。该电压导致在双极型晶体管 BP1上游的第二场效应晶体管FET2变为高电阻。用于开关晶体管的信号 被分路，并且在开关FET1处以及经由^型FET2在双极型开关晶体管 BP1的基极处并行地施加该信号。在转换器工作时，在该^中产生的约 12V的电压导致在BP1的上游的FET2变为高电阻。在这种情况下，BP1 不能负担该电路。
为了在该直流到直流转换器处使能6V的输出电压，触发器FF必须 被置位，并且工作电压必须可用。如果这两个条件均满足，则晶体管Q308
变得导通。然而，在晶体管Q309可变得导通之前，必须经由电阻器R380 对电容C343进行反向充电。因此，以约一秒的时延将输出电压传输至电 子i殳备。在此时间期间，可以安全地完成转换器单元DCW的所有暂态过 程。
如果触发器FF不再被置位，则可以经由二极管D307对电容器C343 进行放电。然后，晶体管Q309与导通期间相比显著更快地阻断。
第一场效应晶体管FET1即Q305应包括在较低的栅极-源极阈值电压 时的较低的漏极-源极电阻以及尽可能小的栅极电容。
开关转换器PMEM4020AND可包括X5L^L型晶体管BP1。
第二场效应晶体管FET2即Q307应在OV的栅极-源极电压时具有最 小漏极-源极电阻。在漏极-源极电阻变为最小时的该电压应尽可能低。
转换器单元DCW应确保在尽可能低的工作电压处启动，该转换器单 元DCW由于组件的大小而应具有较高的时钟频率，并且由于第一场效应 晶体管FET1即Q305的栅极电容所导致的损耗而应具有不过于高的时钟 频率。
此外，转换器单元DCW应包括纯脉宽操作，以便能安全地处理来自 转换器频率的高频(HF)干扰。此外，应保障所有组件的外部电路。输 出电压可以是6V，输出电流可介于OmA与50mA之间。
转换器扼流闺L1即L301的变压比可例如包括l: 4，以使得转换器 单元DCW也可以在0.4至5V的输入电压稳定输出电压。此外，转换器 扼流圏Ll即L301应包括尽可能高的电感，以确保即使在较低的工作电 压时也能安全启动。由于预先确定了绕组体积，因此线规将随着绕组匝数 的增大而减小，并且直流电阻将增加。优选地，绕组包括6-:100-， 以允许转换器在0.6V处开始安全地启动。这种电感可通过8: 32的绕组 来实现。对于每个绕组而言，具有优选的初级为0.26mm且次级为0.15mm 的直径的单线^L够的。使用这种线规，直到500mA的初级电流也可以 流动较长的时段。所选择的芯优选地由材料N48组成，并具有为100的
上述直流到直流转换器可例如分别设于用于无线麦克风和无线耳内 监听器的袖珍发射机中。替代地或附加地，该直流到直流转换器还可在无 线麦克风、无线耳机、无线助听器等中实现。
替代地或附加地，上述直流到直流转换器还可用于便携式电子或电气 设备中。
权利要求
1.一种直流到直流转换器，包括直流到直流转换器单元(DCW)，用于将第一直流电压(U1)转换为第二直流电压，第一场效应晶体管(FET1)，用于电压转换；双极型晶体管(BP1)，作为该直流到直流转换器接通时的启动辅助元件，其中该双极型晶体管与第一场效应晶体管(FET1)并联地耦合，以及第二场效应晶体管(FET2)，用于停用双极型晶体管(BP1)，其中该第二场效应晶体管(FET2)被连接在双极型晶体管(BP1)的上游。
2. 根据权利要求1所述的直流到直流转换器，其中所述第一场效应 晶体管(FET1)被形成为增强型场效应晶体管，并且所述第二场效应晶 体管(FET2)被形成为私^型场效应晶体管。
3. 根据权利要求1或2所述的直流到直流转换器，其中所述双极型 晶体管(BP1)仅在所述直流到直流转换器的启动期间有效。
4. 一种电子设备，包括根据权利要求l-3中任一个所述的直流到直流 转换器。
全文摘要
本发明涉及一种直流到直流转换器，其包括直流到直流转换器单元(DCW)、用于电压转换的第一场效应晶体管(FET1)、作为启动辅助元件的双极型晶体管(BP1)、以及用于关断该双极型晶体管(BP1)的第二场效应晶体管(FET2)。所述双极型晶体管(BP1)与第一场效应晶体管(FET1)并联地装配，并且第二场效应晶体管(FET2)装配在双极型晶体管(BP1)的上游。
文档编号H02M1/00GK101351948SQ200680049959
公开日2009年1月21日 申请日期2006年12月20日 优先权日2005年12月30日
发明者弗兰克·哈格迈尔, 彼得·希默尔赖希 申请人:森海塞尔电子股份有限及两合公司