CN112398331A - 使用电荷泵的反相开关稳压器及其操作方法 - Google Patents
使用电荷泵的反相开关稳压器及其操作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112398331A CN112398331A CN202010766690.7A CN202010766690A CN112398331A CN 112398331 A CN112398331 A CN 112398331A CN 202010766690 A CN202010766690 A CN 202010766690A CN 112398331 A CN112398331 A CN 112398331A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- inductor
- terminal
- phase
- node
- during
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
- H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
- H02M3/1582—Buck-boost converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0095—Hybrid converter topologies, e.g. NPC mixed with flying capacitor, thyristor converter mixed with MMC or charge pump mixed with buck
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
- H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
- H02M3/071—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps adapted to generate a negative voltage output from a positive voltage source
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
提供了一种反相开关稳压器及其操作方法。该反相开关稳压器用于基于正输入电压生成负输出电压。该反相开关稳压器包括:电感器,其被配置为使电感器电流从第一端子流到第二端子;飞跨电容器,联接到电感器的第二端子;以及多个开关,其被配置为通过在第一阶段期间通过正输入电压对飞跨电容器进行充电,并且通过在第二阶段期间将飞跨电容器串联连接到地节点和电感器来将负电压施加到电感器的第二端子。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年8月16日提交于韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2019-0100532的优先权,其公开整体以引用方式并入本文中。
技术领域
符合实施例的装置和方法涉及负电源电压的生成,更具体地,涉及一种使用电荷泵的反相开关稳压器及其操作方法。
背景技术
可生成电源电压以向电子部件或负载供电。可使用基于电池所提供的输入电压生成电源电压的开关稳压器。另外,一些负载需要负电源电压以及正电源电压。因此,可使用从正输入电压生成负电源电压的反相开关稳压器。当通过反相开关稳压器生成较大的电压摆幅时,可能需要具有较大击穿电压的器件。然而,这些器件可能由于高寄生组件而具有低效率,可能占据较大面积,并且可能不容易与其它器件一起集成在同一集成电路中。
发明内容
一个或多个实施例提供了一种包括由于低电压摆幅而具有高效率的器件的反相开关稳压器及其操作方法。
根据实施例的一方面,提供了一种基于正输入电压来生成负输出电压的反相开关稳压器,该反相开关稳压器包括:电感器,其被配置为使电感器电流从第一端子流到第二端子;飞跨电容器,其联接到电感器的第二端子;以及多个开关,其被配置为通过在第一阶段期间通过正输入电压对飞跨电容器进行充电,并且通过在第二阶段期间将飞跨电容器串联连接到地节点和电感器来将负电压施加到电感器的第二端子。
根据实施例的一方面,提供了一种基于正输入电压生成负输出电压的反相开关稳压器,该反相开关稳压器包括:电感器,其被配置为使电感器电流从电感器的第一端子流到电感器的第二端子;以及飞跨电容器,其被配置为在第一阶段期间由正输入电压进行充电,并且在第二阶段期间根据存储的电荷在电感器的第二端子中引起负电压。电感器电流在第一阶段期间流到地节点,并且在第二阶段期间流到飞跨电容器。
根据实施例的一方面,提供了一种基于正输入电压提供负输出电压的方法,该方法包括:在第一阶段期间通过正输入电压对飞跨电容器进行充电;在第一阶段期间操纵电感器电流顺序地流过电感器的第一端子和第二端子到达地节点;在第二阶段期间根据飞跨电容器所存储的电荷将负电压施加到电感器的第二端子;以及在第二阶段期间操纵电感器电流顺序地流过电感器的第一端子和第二端子到达飞跨电容器。
附图说明
将从以下结合附图进行的详细描述更清楚地理解实施例,附图中:
图1是示出根据实施例的反相开关稳压器的框图;
图2是根据实施例的反相开关稳压器的电路图;
图3A和图3B是示出根据实施例的图2的反相开关稳压器的等效电路的电路图;
图4是示出根据实施例的图2的反相开关稳压器的操作的示例的时序图;
图5是根据实施例的反相开关稳压器的电路图;
图6是示出根据实施例的图5的反相开关稳压器的操作的示例的时序图;
图7A和图7B是示出根据实施例的图5的反相开关稳压器的等效电路的电路图;
图8是示出根据实施例的图5的反相开关稳压器的操作的示例的时序图;
图9是根据实施例的反相开关稳压器的电路图;
图10是示出根据实施例的图9的反相开关稳压器的等效电路的电路图;
图11是示出根据实施例的图9的反相开关稳压器的操作的示例的时序图;
图12是示出根据实施例的将正输入电压转换为负输出电压的方法的流程图;
图13是示出根据实施例的将正输入电压转换为负输出电压的方法的流程图;
图14A和图14B是示出根据实施例的将正输入电压转换为负输出电压的方法的示例的流程图;
图15是示出根据实施例的将正输入电压转换为负输出电压的方法的流程图;
图16A、图16B和图16C是示出根据实施例的将正输入电压转换为负输出电压的方法的示例的流程图;以及
图17是示出根据实施例的无线通信装置的框图。
具体实施方式
图1是示出根据实施例的反相开关稳压器10的框图。反相开关稳压器10可通过输入节点IN接收作为正电压的输入电压VIN,并且可通过输出节点OUT输出作为负电压的输出电压VOUT。输出电压VOUT可用作其它电子部件或负载的电源电压。如图1所示,反相开关稳压器10可包括开关电路12、开关控制器14、飞跨电容器CF、电感器L和输出电容器CO。在一些实施例中,反相开关稳压器10中所包括的组件中的两个或更多个可被包括在一个封装件中。例如,开关电路12和开关控制器14可被集成在一个裸晶中,并且可被包括在同一半导体封装件中。在一些实施例中,反相开关稳压器10可包括印刷电路板(PCB),并且反相开关稳压器10的组件中的至少两个可作为单独的封装件安装在PCB中。
反相开关稳压器10可指通过将器件打开/关闭来生成输出电压VOUT的电子电路。例如,反相开关稳压器10的开关电路12可包括多个开关,并且包括在开关电路12中的至少一个开关可根据开关控制器14所提供的开关控制信号C_SW来接通/关断。因此,可操纵穿过电感器L的电感器电流IL的路径以使得生成输出电压VOUT。本文中,当开关的两端彼此电连接时开关可被称为处于接通状态,当开关的两端彼此电断开(例如,电隔离)时开关可被称为处于关断状态。另外,通过处于接通状态的开关电连接的两个或更多个组件可被称为连接,通过导线始终电连接的两个或更多个组件可被称为联接。
如稍后参照图2作为反相开关稳压器10的示例描述的,反相直流(DC)-DC转换器可基于正输入电压VIN生成负输出电压VOUT。例如,反相降压转换器可生成比输入电压VIN的反相版本高的输出电压VOUT(-VIN≤VOUT≤0)。反相升压转换器可生成比输入电压VIN的反相版本低的输出电压VOUT(VOUT≤-VIN≤0)。反相降压-升压转换器可生成比输入电压VIN的反相版本低或高的输出电压VOUT。在一些实施例中,反相降压-升压转换器可被设定为生成比输入电压VIN的反相版本高的输出电压VOUT的反相降压模式(-VIN<VOUT<0)、生成比输入电压VIN的反相版本低的输出电压VOUT的反相升压模式(VOUT<-VIN<0)和生成具有与输入电压VIN的反相版本相似的电平的输出电压VOUT的反相降压-升压模式(-VIN≈VOUT)中的一者。本文中,反相降压转换器、反相升压转换器和反相降压-升压转换器可分别被称为降压转换器、升压转换器和降压-升压转换器,并且反相降压模式、反相升压模式和反相降压-升压模式也可分别被称为降压模式、升压模式和降压-升压模式。以下,将主要参照DC-DC转换器描述反相开关稳压器10。然而,将理解,实施例也可应用于另一类型的反相开关稳压器,例如反相交流(AC)-DC转换器。
开关电路12可从开关控制器14接收开关控制信号C_SW。开关电路12可包括根据开关控制信号C_SW接通/关断的至少一个开关。包括在开关电路12中的每个开关可具有两端根据开关控制器14所提供的开关控制信号C_SW电连接或断开的结构。在一些实施例中,开关可包括具有接收开关控制信号C_SW的栅极的n沟道场效应晶体管(NFET)或p沟道场效应晶体管(PFET)。在一些实施例中,开关可包括串联联接或并联联接的至少一个NFET和/或至少一个PFET。另外,在一些实施例中,开关可包括至少一种不同类型的晶体管,例如双极结型晶体管(BJT)。
在一些实施例中,根据开关控制信号C_SW,开关电路12可在第一阶段P1中形成第一电路并在第二阶段P2中形成第二电路。第一电路可包括飞跨电容器CF、电感器L和输出电容器CO。第二电路可包括飞跨电容器CF、电感器L和输出电容器CO。例如,第一电路可通过输入电压VIN对飞跨电容器CF进行充电,并且可允许电感器电流IL流到地节点GND。在第二电路中,飞跨电容器CF可串联连接到地节点GND和电感器L,电感器L可根据存储在飞跨电容器CF中的电荷在飞跨电容器CF和电感器L连接至的第一节点N1处生成负电压,并且可允许电感器电流IL流到飞跨电容器CF。在第一电路和第二电路的节点中,电压摆幅可被限制。因此,开关电路12可包括具有低击穿电压、高效率和减小的面积的器件,例如,通过互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺制造的晶体管。如图1所示,正输出输送电流ID可从输出节点OUT流到开关电路12,并且相应地,可在输出节点OUT中生成输出电压VOUT。开关电路12的示例将稍后参照图2、图5和图9描述。
如图1所示,飞跨电容器CF和电感器L可在第一节点N1处联接。在第一电路中,第一节点N1可连接到地节点GND,以使得飞跨电容器CF由输入电压VIN充电并且电感器电流IL流到地节点GND。另一方面,在第二电路中,第一节点N1可与地节点GND断开,以使得第一节点N1根据存储在第二电路中的飞跨电容器CF中的电荷而具有负电压-VIN。输出电容器CO可联接到输出节点OUT和地节点GND,并且可被充电或放电以使得输出电压VOUT可维持恒定。在一些实施例中,飞跨电容器CF的电容、电感器L的电感和输出电容器CO的电容可基于输入电压VIN、输出电压VOUT、开关频率和/或负载电流IO来确定。另外,在一些实施例中,飞跨电容器CF、电感器L和/或输出电容器CO可以是分立的器件。
开关控制器14可基于参考电压VREF和输出电压VOUT来生成开关控制信号C_SW。例如,开关控制器14可基于输出电压VOUT来生成反馈电压,并且可通过将反馈电压与参考电压VREF进行比较而生成开关控制信号C_SW以控制反馈电压等于参考电压VREF。因此,输出电压VOUT的电平可由参考电压VREF的电平确定,并且可通过改变参考电压VREF的电平来改变输出电压VOUT的电平。在一些实施例中,开关控制器14可感测一个或多个电流(例如,电感器电流IL、输出输送电流ID和负载电流IO),并且可基于所感测的电流的大小来生成开关控制信号C_SW。在一些实施例中,开关控制器14可包括至少一个比较器和至少一个逻辑门。
在一些实施例中,可根据输出电压VOUT的目标电平将反相开关稳压器10设定为降压模式、降压-升压模式和升压模式之一。例如,开关控制器14可基于输入电压VIN和参考电压VREF来设定反相开关稳压器10的模式,并且可根据所设定的模式来生成开关控制信号C_SW。在一些实施例中,当输出电压VOUT的目标电平高于通过将输入电压VIN反相而获得的负电压-VIN的约90%时,开关控制器14可将反相开关稳压器10设定为降压模式,当输出电压VOUT的目标电平低于通过将输入电压VIN反相而获得的负电压-VIN的约110%时,开关控制器14可将反相开关稳压器10设定为升压模式,当输出电压VOUT的目标电平不大于通过将输入电压VIN反相而获得的负电压-VIN的约90%且不小于负电压-VIN的约110%时,开关控制器14可将反相开关稳压器10设定为降压-升压模式。
开关控制器14可生成开关控制信号C_SW以使得飞跨电容器CF和开关电路12用作生成负电压的电荷泵,并且当开关循环中所包括的一些阶段开始时可将电荷泵所生成的负电压施加到电感器L。在一些实施例中,施加到电感器L的负电压可对应于通过将输入电压VIN反相而获得的负电压-VIN。因此,可限制施加到每个器件(即,包括在开关电路12中的开关)的两端的电压。结果,反相开关稳压器10可包括具有高效率的器件。
由反相开关稳压器10生成的输出电压VOUT可用作用于向电子组件供电的电源电压。这些电子组件可被称为反相开关稳压器10的负载。例如,输出电压VOUT可被提供给用于处理数字信号的数字电路、用于处理模拟信号的模拟电路和/或用于处理射频(RF)信号的RF电路。
图2是根据实施例的反相开关稳压器20的电路图。详细地,图2的电路图示出用作反相降压转换器的反相开关稳压器20。如上面参照图1描述的,反相开关稳压器20可包括开关电路22、飞跨电容器CF、电感器L和输出电容器CO。
开关电路22可包括第一开关SW1、第二开关SW2和第三开关SW3。如图2所示,第一开关SW1可联接到输入节点IN和第二节点N2,第二开关SW2可联接到地节点GND和第一节点N1,第三开关SW3可联接到第二节点N2和地节点GND。如上面参照图1描述的,第一开关SW1、第二开关SW2和第三开关SW3可基于开关控制器14所提供的开关控制信号C_SW接通或关断。
飞跨电容器CF可在第一节点N1处联接到第二开关SW2和电感器L,并且可在第二节点N2处联接到第一开关SW1和第三开关SW3。如稍后参照图3A描述的,当第一开关SW1和第二开关SW2接通并且第三开关SW3关断时,飞跨电容器CF可由输入电压VIN充电。另一方面,如稍后参照图3B描述的,当第一开关SW1和第二开关SW2关断并且第三开关SW3接通时,飞跨电容器CF可在第一节点N1处生成负电压。
电感器L可具有联接到输出节点OUT的第一端子T1和联接到第一节点N1的第二端子T2,并且电感器电流IL可从第一端子T1流到第二端子T2。电感器L联接到输出节点OUT,因此,如图2所示,输出输送电流ID可等于电感器电流IL(IL=ID)。如稍后参照图3A描述的,当第二开关SW2接通时,电感器电流IL可流到地节点GND。另一方面,如稍后参照图3B描述的,当第二开关SW2关断时,电感器电流IL可流到飞跨电容器CF。
输出电容器CO可在输出节点OUT处联接到电感器L,并且可联接到地节点GND。因此,输出电容器CO可接收负载电流IO的一部分,或者可提供输出输送电流ID的一部分。
图3A和图3B是示出根据实施例的图2的反相开关稳压器20的等效电路的电路图。图4是示出根据实施例的图2的反相开关稳压器20的操作的示例的时序图。详细地,图3A的电路图示出在第一阶段P1期间的反相开关稳压器20的等效电路30a以及电感器电流IL的路径,图3B的电路图示出在第二阶段P2期间的反相开关稳压器20的等效电路30b以及电感器电流IL的路径。在本文所包括的附图中,为了方便将开关循环中所包括的阶段的持续时间示出为相同。然而,实施例不限于此,根据一个或多个实施例,阶段的持续时间可彼此不同。以下,将参照图2来描述图3A、图3B和图4。
参照图3A和图4,在第一阶段P1期间,第一开关SW1和第二开关SW2可接通并且第三开关SW3可关断以形成图3A的等效电路30a。如图4所示,在第一阶段P1期间,第二节点N2的电压VN2可等于输入电压VIN,并且第一节点N1的电压VN1可等于地电位。因此,输入电压VIN可施加到飞跨电容器CF并且飞跨电容器CF可由输入电压VIN充电。另外,如图3A所示,电感器电流IL可通过电感器L从输出节点OUT流到地节点GND。因此,如图4所示,由于地电位,电感器电流IL可逐渐减小。
参照图3B和图4,在第二阶段P2期间,第一开关SW1和第二开关SW2可关断并且第三开关SW3可接通,因此,可形成图3B的等效电路30b。如图4所示,在第二阶段P2期间,第二节点N2的电压VN2可等于地电位,并且当第二阶段P2开始时,第一节点N1的电压VN1可等于通过将输入电压VIN反相而获得的电压-VIN。因此,当第二阶段P2开始时,负电压-VIN可施加到电感器L的第二端子T2。另外,如图3B所示,电感器电流IL可通过电感器L从输出节点OUT流到飞跨电容器CF。因此,如图4所示,电感器电流IL可由于负电压-VIN而逐渐增大。根据一些实施例,在第二阶段P2期间,第一节点N1的电压VN1可由于电感器电流IL而逐渐增大。
假设反相开关稳压器20的其中电感器L的一个端子联接到地节点GND并且电感器L的另一端子交替地连接到输入节点IN和输出节点OUT的结构,在电感器L连接到输入节点IN的阶段与电感器L连接到输出节点OUT的阶段之间输出输送电流ID可能不连续。不连续的输出输送电流ID可能导致输出电压VOUT中的较大纹波。结果,不连续的输出输送电流ID可能阻碍了生成合意的输出电压VOUT。另外,由于交替地施加作为正电压的输入电压VIN和作为负电压的输出电压VOUT,所以联接到电感器L的节点可能经历较大的电压摆幅。因此,联接到对应节点的器件可能具有较大的击穿电压、较低的效率和较大的面积。另一方面,如上面参照图3A、图3B和图4描述的,在图2的反相开关稳压器20中,在第二阶段P2期间,可在电感器L的第二端子T2中生成负电压-VIN,并且因此,电感器电流IL可持续地驱动输出输送电流ID。因此,如图4所示,贯穿第一阶段P1和第二阶段P2,与电感器电流IL相等的输出输送电流ID可连续。结果,输出电压VOUT可具有减小的纹波。减小的纹波可允许使用小电感器L和小输出电容器CO。另外,可限制施加到反相开关稳压器20中所包括的器件的电压。例如,贯穿第一阶段P1和第二阶段P2,可以不在反相开关稳压器20中所包括的任何器件两端施加大于|VIN|或|VOUT|的电压。
图5是根据实施例的反相开关稳压器50的电路图。详细地,图5的电路图示出用作反相降压-升压转换器的反相开关稳压器50。反相开关稳压器50可如稍后参照图6所述设定为降压模式,或者可如稍后参照图8所述设定为升压模式。如上面参照图1描述的,反相开关稳压器50可包括开关电路52、飞跨电容器CF、电感器L和输出电容器CO。
开关电路52可包括第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4和第五开关SW5。与图2的反相开关稳压器20中类似,第一开关SW1可联接到输入节点IN和第二节点N2,第二开关SW2可联接到地节点GND和第一节点N1,第三开关SW3可联接到第二节点N2和地节点GND。如图5所示,第四开关SW4可联接到地节点GND和第三节点N3,第五开关SW5可联接到第三节点N3和输出节点OUT。如上面参照图1描述的,第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4和第五开关SW5可基于开关控制器14所提供的开关控制信号C_SW接通或关断。
飞跨电容器CF可在第一节点N1处联接到第二开关SW2和电感器L,并且可在第二节点N2处联接到第一开关SW1和第三开关SW3。如上面参照图3A和图4描述的,当第一开关SW1和第二开关SW2接通并且第三开关SW3关断时,飞跨电容器CF可由输入电压VIN充电。另一方面,如上面参照图3B和图4描述的,当第一开关SW1和第二开关SW2关断并且第三开关SW3接通时,飞跨电容器CF可在第一节点N1处生成负电压。
电感器L可具有联接到第三节点N3的第一端子T1以及联接到第一节点N1的第二端子T2,并且电感器电流IL可从第一端子T1流到第二端子T2。由于第五开关SW5,电感器电流IL可与输出输送电流ID相同或不同。例如,如稍后参照图7A描述的,当第三开关SW3关断并且第五开关SW5接通时,电感器电流IL可等于输出输送电流ID并流到地节点GND。另一方面,如稍后参照图7B描述的,当第三开关SW3接通并且第五开关SW5关断时,电感器电流IL可不同于输出输送电流ID并且可流到飞跨电容器CF。
输出电容器CO可在输出节点OUT处联接到第五开关SW5并且可联接到地节点GND。因此,当第五开关SW5接通时,输出电容器CO可接收负载电流IO的一部分或者可提供输出输送电流ID的一部分。另一方面,当第五开关SW5关断时,输出电容器CO可接收输出输送电流ID。以下,如稍后参照图6、图7A、图7B和图8描述的,贯穿第一阶段P1和第二阶段P2,可以不在反相开关稳压器50中所包括的任何器件两端施加大于|VIN|或|VOUT|的电压。
图6是示出根据实施例的图5的反相开关稳压器50的操作的示例的时序图。详细地,图6的时序图示出设定为降压模式的反相开关稳压器50的操作。以下,将参照图5来描述图6。
在一些实施例中,图5的反相开关稳压器50可被设定为降压模式。例如,如图6所示,贯穿第一阶段P1和第二阶段P2,第四开关SW4可关断并且第五开关SW5可接通。因此,反相开关稳压器50可具有与用作降压转换器的图2的反相开关稳压器20相同的结构。即,反相开关稳压器50可在第一阶段P1中对应于图3A的等效电路30a,并且可在第二阶段中对应于图3B的等效电路30b。
参照图5和图6,在第一阶段P1期间,第一开关SW1和第二开关SW2可接通并且第三开关SW3可关断。如图6所示,在第一阶段P1期间,第二节点N2的电压VN2可等于输入电压VIN并且第一节点N1的电压VN1可等于地电位。因此,输入电压VIN可施加到飞跨电容器CF并且飞跨电容器CF可由输入电压VIN充电。另外,电感器电流IL可通过电感器L从输出节点OUT流到地节点GND,并且如图6所示,可由于地电位而逐渐减小。
参照图5和图6,在第二阶段P2期间,第一开关SW1和第二开关SW2可关断并且第三开关SW3可接通。如图6所示,在第二阶段P2期间,第二节点N2的电压VN2可等于地电位,并且当第二阶段P2开始时,第一节点N1的电压VN1可等于通过将输入电压VIN反相而获得的电压-VIN。因此,当第二阶段P2开始时,负电压-VIN可施加到电感器L的第二端子T2。另外,电感器电流IL可通过电感器L从输出节点OUT流到飞跨电容器CF,并且如图6所示,可由于负电压-VIN而逐渐增大。根据一些实施例,在第二阶段P2期间,第一节点N1的电压VN1可由于电感器电流IL而逐渐增大。
图7A和图7B是示出根据实施例的图5的反相开关稳压器50的等效电路的电路图。图8是示出根据实施例的图5的反相开关稳压器50的操作的示例的时序图。详细地,图7A的电路图示出在第一阶段P1期间在升压模式下反相开关稳压器50的等效电路70a和电感器电流IL的路径。图7B的电路图示出在第二阶段P2期间在升压模式下反相开关稳压器50的等效电路70b和电感器电流IL的路径。图8的时序图示出在升压模式下反相开关稳压器50的操作的示例。在一些实施例中,图5的反相开关稳压器50可被设定为升压模式。如图8所示,贯穿第一阶段P1和第二阶段P2,不仅第一开关SW1、第二开关SW2和第三开关SW3可在开/关之间转变,而且第四开关SW4和第五开关SW5也可在开/关之间转变。以下,将参照图5来描述图7A、图7B和图8。
参照图7A和图8,在第一阶段P1期间,第一开关SW1、第二开关SW2和第五开关SW5可接通并且第三开关SW3和第四开关SW4可关断,因此,可形成图7A的等效电路70a。如图8所示,在第一阶段P1期间,第二节点N2的电压VN2可等于输入电压VIN并且第一节点N1的电压VN1可等于地电位。因此,输入电压VIN可施加到飞跨电容器CF并且飞跨电容器CF可由输入电压VIN充电。另外,第三节点N3的电压VN3可等于输出电压VOUT。如图7A所示,电感器电流IL可通过电感器L从输出节点OUT流到地节点GND。因此,如图8所示,电感器电流IL可由于地电位而逐渐减小。
参照图7B和图8,在第二阶段P2期间,第一开关SW1、第二开关SW2和第五开关SW5可关断并且第三开关SW3和第四开关SW4可接通,因此,可形成图7B的等效电路70b。如图8所示,在第二阶段P2期间,第二节点N2的电压VN2可等于地电位,并且当第二阶段P2开始时,第一节点N1的电压VN1可等于通过将输入电压VIN反相而获得的电压-VIN。因此,当第二阶段P2开始时,负电压-VIN可施加到电感器L的第二端子T2。另外,第三节点N3的电压VN3可等于地电位。如图7B所示,电感器电流IL可通过电感器L从地节点GND流到飞跨电容器CF。因此,如图8所示,电感器电流IL可由于负电压-VIN而逐渐增大。根据一些实施例,在第二阶段P2期间,第一节点N1的电压VN1可由于电感器电流IL而逐渐增大。
图9是根据实施例的反相开关稳压器90的电路图。详细地,图9的电路图示出用作反相降压-升压转换器的反相开关稳压器90。反相开关稳压器90可如上面参照图6所述被设定为降压模式,或者可如稍后参照图10所述被设定为升压模式。在一些实施例中,在升压模式下图9的反相开关稳压器90所生成的输出电压VOUT可低于图5的反相开关稳压器50所生成的输出电压VOUT。因此,图9的反相开关稳压器90的升压模式可被称为宽反相升压模式或宽升压模式。如上面参照图1描述的,反相开关稳压器90可包括开关电路92、飞跨电容器CF、电感器L和输出电容器CO。
开关电路92可包括第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4和第五开关SW5。与图5的反相开关稳压器50中类似,第一开关SW1可联接到输入节点IN和第二节点N2,第二开关SW2可联接到地节点GND和第一节点N1,第三开关SW3可联接到第二节点N2和地节点GND,第五开关SW5可联接到第三节点N3和输出节点OUT。如图9所示,第四开关SW4可联接到输入节点IN和第三节点N3。如上面参照图1描述的,第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、第四开关SW4和第五开关SW5可基于开关控制器14所提供的开关控制信号C_SW接通或关断。
飞跨电容器CF可在第一节点N1处联接到第二开关SW2和电感器L,并且可在第二节点N2处联接到第一开关SW1和第三开关SW3。如上面参照图7A和图8描述的,当第一开关SW1和第二开关SW2接通并且第三开关SW3关断时,飞跨电容器CF可由输入电压VIN充电。另一方面,如上面参照图7B和图8描述的,当第一开关SW1和第二开关SW2关断并且第三开关SW3接通时,飞跨电容器CF可在第一节点N1处生成负电压。
电感器L可具有联接到第三节点N3的第一端子T1以及联接到第一节点N1的第二端子T2。电感器电流IL可从第一端子T1流到第二端子T2。由于第五开关SW5,电感器电流IL可与输出输送电流ID相同或不同。输出电容器CO可在输出节点OUT处联接到第五开关SW5并且可联接到地节点GND。因此,当第五开关SW5接通时输出电容器CO可接收负载电流IO的一部分或者可提供输出输送电流ID的一部分,当第五开关SW5关断时可接收输出输送电流ID。
在一些实施例中,反相开关稳压器90可被设定为降压模式。例如,在降压模式下,第四开关SW4可始终关断并且第五开关SW5可始终接通。因此,反相开关稳压器90可在第一阶段P1期间对应于图3A的等效电路30a,并且可在第二阶段P2期间对应于图3B的等效电路30b。因此,如图5的反相开关稳压器50在降压模式下操作那样,图9的反相开关稳压器90可如上面参照图6所述在降压模式下操作。
图10是示出根据实施例的图9的反相开关稳压器90的等效电路100的电路图。图11是示出根据实施例的图9的反相开关稳压器90的操作的示例的时序图。详细地,图10的电路图示出在第二阶段P2期间在升压模式(或宽升压模式)下反相开关稳压器90的等效电路100和电感器电流IL的路径,图11的时序图示出在升压模式下反相开关稳压器90的操作的示例。以下,将参照图9来描述图10和图11。
图9的反相开关稳压器90可在第一阶段P1期间在升压模式下对应于与图7A的等效电路70a相同的等效电路。参照图11,在升压模式下,在第一阶段P1期间,第一开关SW1、第二开关SW2和第五开关SW5可接通并且第三开关SW3和第四开关SW4可关断。如图11所示,在第一阶段P1期间,第二节点N2的电压VN2可等于输入电压VIN并且第一节点N1的电压VN1可等于地电位。因此,输入电压VIN可施加到飞跨电容器CF并且飞跨电容器CF可由输入电压VIN充电。另外,第三节点N3的电压VN3可等于输出电压VOUT。如图7A所示,电感器电流IL可通过电感器L从输出节点OUT流到地节点GND。因此,如图11所示,电感器电流IL可由于地电位而逐渐减小。
参照图10和图11,在第二阶段P2期间,第一开关SW1、第二开关SW2和第五开关SW5可关断并且第三开关SW3和第四开关SW4可接通。因此,可形成图10的等效电路100。与图7B的等效电路70b相比,在图10的等效电路100中,第三节点N3可连接到输入节点IN,而非地节点GND。因此,比施加到图7B的等效电路70b的电感器L的两个端子的电压高的电压可施加到图10的电感器L的两个端子。因此,在第二阶段P2中,可生成高的电感器电流IL。结果,可生成较低的输出电压VOUT。
参照图11,在第二阶段P2期间,第二节点N2的电压VN2可等于地电位,并且当第二阶段P2开始时,第一节点N1的电压VN1可等于通过将输入电压VIN反相而获得的电压-VIN。因此,当第二阶段P2开始时,负电压-VIN可施加到电感器L的第二端子T2。另外,第三节点N3的电压VN3可等于输入电压VIN。如图10所示,电感器电流IL可通过电感器L从输入节点IN流到飞跨电容器CF。因此,如图11所示,电感器电流IL可由于负电压-VIN而逐渐增大。根据一些实施例,在第二阶段P2期间,第一节点N1的电压VN1可由于电感器电流IL而逐渐增大。
图12是示出根据实施例的将正输入电压转换为负输出电压的方法的流程图。如图12所示,将输入电压转换为输出电压的方法可包括操作S100和操作S200。操作S100可在第一阶段P1中执行,操作S200可在第二阶段P2中执行。在一些实施例中,图12的方法可由图1的反相开关稳压器10执行,并且可被称为操作反相开关稳压器10的方法。以下,将参照图1来描述图12。
参照图12,操作S100可包括可并行执行的操作S120和操作S140。在操作S120中,可执行通过输入电压VIN对飞跨电容器CF进行充电的操作。例如,如上面参照附图描述的,飞跨电容器CF可在第一阶段P1期间连接到输入节点IN,并且可充入与输入电压VIN和飞跨电容器CF的电容成比例的电荷。将稍后参照图13描述操作S120的示例。另外,在操作S140中,可执行操纵电感器电流IL流到地节点GND的操作。例如,如上面参照附图描述的,电感器L可在第一阶段P1期间连接到地节点GND并且电感器电流IL可流到地节点GND。将稍后参照图14A和图14B描述操作S140的示例。
操作S200可包括可并行执行的操作S220和操作S240。在操作S220中,可执行将负电压施加到电感器L的操作。例如,如上面参照附图描述的,由于存储在飞跨电容器CF中的电荷,负电压可在第二阶段P2期间施加到电感器L。将稍后参照图15描述操作S220的示例。另外,在操作S240中,可执行操纵电感器电流IL流到飞跨电容器CF的操作。例如,如上面参照附图描述的,电感器L可在第二阶段P2期间连接到飞跨电容器CF并且电感器电流IL可流到飞跨电容器CF。将稍后参照图16A、图16B和图16C描述操作S240的示例。
图13是示出根据实施例的将正输入电压转换为负输出电压的方法的流程图。详细地,图13的流程图示出图12的操作S120的示例。如上面参照图12描述的,图13的操作S120’可在第一阶段P1期间执行,并且在操作S120’中,可执行通过输入电压VIN对飞跨电容器CF进行充电的操作。在一些实施例中,操作S120’可由图2的反相开关稳压器20执行。以下,图13将参照图2和图12来描述。
参照图13,操作S120’可包括操作S122和操作S124。在一些实施例中,操作S122和操作S124可按照与图13所示不同的顺序来执行。在操作S122中,可执行将飞跨电容器CF的第一端子连接到地节点GND的操作。例如,飞跨电容器CF的第一端子可指联接到第一节点N1的端子,并且第一节点N1可通过使第二开关SW2接通来连接到地节点GND。另外,在操作S124中,可执行将飞跨电容器CF的第二端子连接到输入节点IN的操作。例如,飞跨电容器CF的第二端子可指联接到第二节点N2的端子,并且第二节点N2可通过使第一开关SW1接通并使第三开关SW3关断来连接到输入节点IN。
图14A和图14B是示出根据实施例的将正输入电压转换为负输出电压的方法的示例的流程图。详细地,图14A的流程图示出由图2的反相开关稳压器20执行的图12的操作S140的示例,图14B的流程图示出由图5的反相开关稳压器50或图9的反相开关稳压器90执行的图12的操作S140的示例。如上面参照图12描述的,图14A和图14B的操作S140a和操作S140b可在第一阶段P1期间执行,并且在操作S140a和操作S140b中,可执行操纵电感器电流IL流到地节点GND的操作。以下,将参照图2、图5和图9来描述图14A和图14B。
参照图14A,操作S140a可包括操作S142a和操作S144a。在一些实施例中,操作S142a和操作S144a可按照与图14A所示不同的顺序来执行。在操作S142a中,可执行将电感器L的第一端子T1连接到输出节点OUT的操作。在一些实施例中,与图2中不同,当电感器L未联接到输出节点OUT并且通过使电感器L和输出节点OUT之间的至少一个开关接通来经由至少一个开关连接到输出节点OUT时,电感器L的第一端子T1可连接到输出节点OUT。在一些实施例中,如图2所示,当电感器L联接到输出节点OUT时,可省略操作S142a。另外,在操作S144a中,可执行将电感器L的第二端子T2连接到地节点GND的操作。例如,电感器L的第二端子T2可联接到第一节点N1,并且通过使第二开关SW2接通,第一节点N1可连接到地节点GND。因此,电感器电流IL可通过电感器L从输出节点OUT流到地节点GND。
参照图14B,操作S140b可包括操作S142b、操作S144b和操作S146b。在一些实施例中,与图14B中不同,操作S146b可在操作S142b之前执行,或者可与操作S142b和操作S144b并行执行。在操作S142b中,可执行将电感器L的第一端子T1与地节点GND或输入节点IN断开的操作。在一些实施例中,在图5的反相开关稳压器50中,通过使第四开关SW4关断,电感器L的第一端子T1可与地节点GND断开。在一些实施例中,在图9的反相开关稳压器90中,通过使第四开关SW4关断,电感器L的第一端子T1可与输入节点IN断开。另外,在操作S144b中,可执行将电感器L的第一端子T1连接到输出节点OUT的操作。例如,电感器L可联接到第三节点N3,并且通过使图5或图9的第五开关SW5接通,第三节点N3可连接到输出节点OUT。另外,在操作S146b中,可执行将电感器L的第二端子T2连接到地节点GND的操作。例如,电感器L的第二端子T2可联接到第一节点N1,并且通过使图5或图9的第二开关SW2接通,第一节点N1可连接到地节点GND。因此,电感器电流IL可通过电感器L从输出节点OUT流到地节点GND。
图15是示出根据实施例的将正输入电压转换为负输出电压的方法的流程图。详细地,图15的流程图示出图12的操作S220的示例。如上面参照图12描述的,操作S220’可在第二阶段P2期间执行,并且在操作S220’中,可执行将负电压施加到电感器L的操作。在一些实施例中,操作S220’可由图2的反相开关稳压器20执行。以下,将参照图2和图12来描述图15。
参照图15,操作S220’可包括操作S222、操作S224和操作S226。在一些实施例中,操作S222、操作S224和操作S226可按照与图15所示不同的顺序来执行。在操作S222中,可执行将飞跨电容器CF的第一端子与地节点GND断开的操作。例如,飞跨电容器CF的第一端子可指联接到第一节点N1的端子,并且通过使第二开关SW2关断,第一节点N1可与地节点GND断开。另外,在操作S224中,可执行将飞跨电容器CF的第一端子连接到电感器L的操作。在一些实施例中,与图2中不同,当飞跨电容器CF未联接到电感器L并且通过使飞跨电容器CF和电感器L之间的至少一个开关接通来通过至少一个开关连接到电感器L时,在操作S222中,与地节点GND断开的飞跨电容器CF的第一端子可连接到电感器L。在一些实施例中,如图2所示,当飞跨电容器CF和电感器L联接时,可省略操作S224。另外,在操作S226中,可执行将飞跨电容器CF的第二端子连接到地节点GND的操作。例如,飞跨电容器CF的第二端子可指联接到第二节点N2的端子,并且通过使第二开关SW2关断并使第三开关SW3接通,第二节点N2可连接到地节点GND。因此,由于存储在飞跨电容器CF中的电荷,可在第一节点N1处生成与在第二节点N2处生成的电压降对应的电压降。结果,可在第一节点N1处生成负电压,例如通过将输入电压VIN反相而获得的电压-VIN。
图16A、图16B和图16C是示出根据实施例的将正输入电压转换为负输出电压的方法的示例的流程图。详细地,图16A的流程图示出由降压转换器或降压模式下的降压-升压转换器执行的图12的操作S240的示例,图16B和图16C的流程图示出由升压转换器或升压模式下的降压-升压转换器执行的图12的操作S240的示例。如上面参照图12描述的,图16A的操作S240a、图16B的操作S240b和图16C的操作S240c可在第二阶段P2期间执行,并且在操作S240a、操作S240b和操作S240c中,可执行操纵电感器电流IL流到飞跨电容器CF的操作。在一些实施例中,图16A的操作S240a可由图2的反相开关稳压器20执行,图16B的操作S240b可由图5的反相开关稳压器50执行,图16C的操作S240c可由图9的反相开关稳压器90执行。以下,将参照图2、图5和图9来描述图16A、图16B和图16C。先前参照图16A、图16B和图16C进行的描述将省略。
参照图16A,操作S240a可包括操作S242a和操作S244a。在一些实施例中,操作S242a和操作S244a可按照与图16A所示不同的顺序来执行。在操作S242a中,可执行将电感器L的第二端子T2与地节点GND断开的操作。例如,如图2所示,电感器L的第二端子T2可联接到第一节点N1,并且通过使第二开关SW2关断,第一节点N1可与地节点GND断开。另外,在操作S244a中,可执行将电感器L的第二端子T2连接到飞跨电容器CF的操作。在一些实施例中,与图2中不同,当电感器L未联接到飞跨电容器CF并且通过使电感器L和飞跨电容器CF之间的至少一个开关接通来通过至少一个开关连接到飞跨电容器CF时,在操作S242a中,与地节点GND断开的电感器L的第二端子T2可连接到飞跨电容器CF。在一些实施例中,如图2所示,当电感器L和飞跨电容器CF联接时,可省略操作S242a。
参照图16B,操作S240b可包括操作S242b、操作S244b、操作S246和操作S248b。在一些实施例中,操作S242b、操作S244b、操作S246和操作S248b可按照与图16B所示不同的顺序来执行。与图16A的操作S242a和操作S244a中一样,在操作S242b中,可执行将电感器L的第二端子T2与地节点GND断开的操作,并且在操作S244b中,可执行将电感器L的第二端子T2连接到飞跨电容器CF的操作。
在操作S246b中,可执行将电感器L的第一端子T1与输出节点OUT断开的操作。例如,如图5所示,电感器L的第一端子T1可联接到第三节点N3,并且通过使第五开关SW5关断,第三节点N3可与输出节点OUT断开。另外,在操作S248b中,可执行将电感器L的第一端子T1连接到地节点GND的操作。例如,如图5所示,第四开关SW4可联接到地节点GND和第三节点N3,并且通过使第四开关SW4接通,第三节点N3可连接到地节点GND。因此,电感器电流IL可通过电感器L从地节点GND流到飞跨电容器CF。
参照图16C,操作S240c可包括操作S242c、操作S244c、操作S246c和操作S248c。在一些实施例中,操作S242c、操作S244c、操作S246c和操作S248c可按照与图16C所示不同的顺序来执行。与图16A的操作S242a和操作S244a中一样,在操作S242c中,可执行将电感器L的第二端子T2与地节点GND断开的操作,并且在操作S244c中,可执行将电感器L的第二端子T2连接到飞跨电容器CF的操作。
在操作S246c中,可执行将电感器L的第一端子T1与输出节点OUT断开的操作。例如,如图9所示,电感器L的第一端子T1可联接到第三节点N3,并且通过使第五开关SW5关断,第三节点N3可与输出节点OUT断开。另外,在操作S248c中,可执行将电感器L的第一端子T1连接到输入节点IN的操作。例如,如图9所示,第四开关SW4可联接到输入节点IN和第三节点N3,并且通过使第四开关SW4接通,第三节点N3可连接到输入节点IN。因此,电感器电流IL可通过电感器L从地节点GND流到飞跨电容器CF。因此,电感器电流IL可大于通过图16B的操作S240b获得的电感器电流IL,并且输出电压VOUT可低于通过图16B的操作S240b获得的输出电压VOUT。
图17是示出根据实施例的无线通信装置200的框图。详细地,图17示出由电池150供电的用户设备(UE)(或终端)。在一些实施例中,无线通信装置200可被包括在使用诸如第五代(5G)或长期演进(LTE)的蜂窝网络的无线通信系统中,或者可被包括在无线个域网(WPAN)系统或另一无线通信系统中。在无线通信装置200中,根据实施例的反相开关稳压器可用于向收发器110提供作为负电压的第二输出电压VOUT2。如图17所示,无线通信装置200可包括收发器110、基带处理器120、天线130、电源电路140和电池150。
收发器110可包括:天线接口(IF)电路111;接收器,其包括输入电路112、低噪放大器(LNA)113和接收(RX)电路114;以及发送器,其包括发送(TX)电路115、功率放大器(PA)116和输出电路117。天线接口电路111可根据发送模式或接收模式将发送器或接收器连接到天线130。在一些实施例中,输入电路112可包括匹配电路或滤波器,低噪放大器113可放大输入电路112的输出信号,接收电路114可包括用于下变频的混频器。在一些实施例中,发送电路115可包括用于上变频的混频器,功率放大器116可放大发送电路115的输出信号,输出电路117可包括匹配电路或滤波器。
基带处理器120可向收发器110发送基带信号以及从收发器110接收基带信号,并且可执行调制/解调、编码/解码和信道估计。在一些实施例中,基带处理器120可被称为通信处理器或调制解调器。
电源电路140可从电池150接收输入电压VIN,并且可生成提供给收发器110的第一输出电压VOUT1和第二输出电压VOUT2。例如,电源电路140可包括DC-DC转换器以便从作为正电压的输入电压VIN生成作为正电压的第一输出电压VOUT1。另外,电源电路140可包括上面参照附图描述的反相开关稳压器,以便从作为正电压的输入电压VIN生成作为负电压的第二输出电压VOUT2。因此,电源电路140可具有高效率和小面积,并且可与无线通信装置200的另一组件(例如,收发器110)一起集成在同一裸晶中。
尽管参照其实施例具体地示出和描述了实施例,但将理解,在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下,可对其进行各种形式和细节上的改变。
Claims (20)
1.一种基于正输入电压生成负输出电压的反相开关稳压器,所述反相开关稳压器包括:
电感器,其被配置为使电感器电流从第一端子流到第二端子;
飞跨电容器,其联接到所述电感器的第二端子;以及
多个开关,其被配置为通过在第一阶段期间由所述正输入电压对所述飞跨电容器进行充电以及通过在第二阶段期间将所述飞跨电容器串联连接到地节点和所述电感器来将负电压施加到所述电感器的第二端子。
2.根据权利要求1所述的反相开关稳压器,其中,所述电感器电流在所述第一阶段期间流到所述地节点,并且在所述第二阶段期间流到所述飞跨电容器。
3.根据权利要求1所述的反相开关稳压器,其中,所述多个开关包括:被配置为在所述第一阶段期间向所述飞跨电容器提供所述正输入电压并且在所述第二阶段期间将所述飞跨电容器连接到所述地节点的至少一个开关。
4.根据权利要求1所述的反相开关稳压器,其中,所述多个开关包括:被配置为在所述第一阶段期间将所述电感器的第二端子连接到所述地节点并且在所述第二阶段期间将所述电感器的第二端子与所述地节点断开的开关。
5.根据权利要求1所述的反相开关稳压器,还包括联接到所述电感器的第一端子和所述地节点的负载电容器。
6.根据权利要求1所述的反相开关稳压器,还包括联接到输出节点的负载电容器,所述负输出电压被输出到所述输出节点,
其中,所述多个开关包括:被配置为在反相升压模式下在所述第一阶段期间将所述电感器的第一端子连接到所述输出节点并且在所述第二阶段期间将所述电感器的第一端子连接到所述地节点的至少一个开关。
7.根据权利要求6所述的反相开关稳压器,其中,在所述反相升压模式下,所述电感器电流在所述第一阶段期间通过所述电感器从所述输出节点流到所述地节点,并且在所述第二阶段期间通过所述电感器从所述地节点流到所述飞跨电容器。
8.根据权利要求1所述的反相开关稳压器,还包括联接到输出节点的负载电容器,所述负输出电压被输出到所述输出节点,
其中,所述多个开关包括:被配置为在反相升压模式下在所述第一阶段期间将所述电感器的第一端子连接到所述输出节点并且在所述第二阶段期间将所述正输入电压施加到所述电感器的第一端子的至少一个开关。
9.根据权利要求8所述的反相开关稳压器,其中,所述多个开关被配置为:在所述反相升压模式下控制所述电感器电流在所述第一阶段期间通过所述电感器从所述输出节点流到所述地节点,并且在所述第二阶段期间通过所述电感器从施加有所述正输入电压的输入节点流到所述飞跨电容器。
10.一种基于正输入电压生成负输出电压的反相开关稳压器,所述反相开关稳压器包括:
电感器,其被配置为使电感器电流从所述电感器的第一端子流到所述电感器的第二端子;以及
飞跨电容器,其被配置为在第一阶段期间由所述正输入电压进行充电,并且在第二阶段期间根据存储的电荷在所述电感器的第二端子中引起负电压,
其中,所述电感器电流在所述第一阶段期间流到地节点,并且在所述第二阶段期间流到所述飞跨电容器。
11.根据权利要求10所述的反相开关稳压器,还包括多个开关,所述多个开关被配置为:
在所述第一阶段期间将所述飞跨电容器的第一端子连接到施加有所述正输入电压的输入节点;
在所述第二阶段期间将所述飞跨电容器的第一端子连接到所述地节点;
在所述第一阶段期间将所述飞跨电容器的第二端子连接到所述地节点;以及
在所述第二阶段期间将所述飞跨电容器的第二端子与所述地节点隔离并将所述飞跨电容器的第二端子连接到所述电感器的第二端子。
12.根据权利要求10所述的反相开关稳压器,还包括多个开关,所述多个开关被配置为在所述第一阶段期间将所述电感器的第二端子连接到所述地节点,并且当所述第二阶段开始时提供从所述正输入电压反相的所述负电压。
13.根据权利要求10所述的反相开关稳压器,还包括联接到输出节点的负载电容器,所述负输出电压被输出到所述输出节点,
其中,在所述第一阶段和所述第二阶段期间,所述电感器电流从所述输出节点流到所述电感器的第一端子。
14.根据权利要求10所述的反相开关稳压器,还包括联接到输出节点的负载电容器,所述负输出电压被输出到所述输出节点,
其中,所述电感器电流在所述第一阶段期间从所述输出节点流到所述电感器的第一端子,并且在所述第二阶段期间从所述地节点流到所述电感器的第一端子。
15.根据权利要求10所述的反相开关稳压器,还包括联接到输出节点的负载电容器,所述负输出电压被输出到所述输出节点,
其中,所述电感器电流在所述第一阶段期间从所述输出节点流到所述电感器的第一端子,并且在所述第二阶段期间从施加有所述正输入电压的输入节点流到所述电感器的第一端子。
16.一种基于正输入电压提供负输出电压的方法,所述方法包括步骤:
在第一阶段期间通过所述正输入电压对飞跨电容器进行充电;
在所述第一阶段期间操纵电感器电流顺序地流过电感器的第一端子和第二端子到达地节点;
在第二阶段期间根据所述飞跨电容器所存储的电荷将负电压施加到所述电感器的第二端子;以及
在所述第二阶段期间操纵所述电感器电流顺序地流过所述电感器的第一端子和第二端子到达所述飞跨电容器。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,在所述第一阶段期间通过所述正输入电压对所述飞跨电容器进行充电的步骤包括:
将所述飞跨电容器的第一端子连接到所述地节点;以及
将所述飞跨电容器的第二端子连接到施加有所述正输入电压的输入节点。
18.根据权利要求17所述的方法,其中,将所述负电压施加到所述电感器的第二端子的步骤包括:
将所述飞跨电容器的第一端子与所述地节点断开;
将所述飞跨电容器的第一端子连接到所述电感器的第二端子;以及
将所述飞跨电容器的第二端子连接到所述地节点。
19.根据权利要求16所述的方法,其中,操纵所述电感器电流流到所述地节点的步骤包括:
将所述电感器的第一端子连接到输出节点,所述负输出电压被提供给所述输出节点;以及
将所述电感器的第二端子连接到所述地节点。
20.根据权利要求16所述的方法,其中,操纵所述电感器电流流到所述飞跨电容器的步骤包括:
将所述电感器的第二端子与所述地节点断开;以及
将所述电感器的第二端子连接到所述飞跨电容器。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2019-0100532 | 2019-08-16 | ||
KR1020190100532A KR20210020685A (ko) | 2019-08-16 | 2019-08-16 | 전하 펌프를 이용하는 반전형 스위칭 레귤레이터 및 이의 동작 방법 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112398331A true CN112398331A (zh) | 2021-02-23 |
Family
ID=74239658
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010766690.7A Pending CN112398331A (zh) | 2019-08-16 | 2020-08-03 | 使用电荷泵的反相开关稳压器及其操作方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11251708B2 (zh) |
KR (1) | KR20210020685A (zh) |
CN (1) | CN112398331A (zh) |
DE (1) | DE102020107401A1 (zh) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11456663B2 (en) * | 2020-06-12 | 2022-09-27 | Dialog Semiconductor (Uk) Limited | Power converter with reduced root mean square input current |
US11228243B2 (en) | 2020-06-12 | 2022-01-18 | Dialog Semiconductor (Uk) Limited | Power converter with reduced RMS input current |
US20220166339A1 (en) * | 2020-11-23 | 2022-05-26 | Richtek Technology Corporation | High efficiency charging system and power conversion circuit thereof |
US11637491B2 (en) | 2020-12-03 | 2023-04-25 | Dialog Semiconductor (Uk) Limited | Multi-stage power converter |
US11496051B2 (en) | 2020-12-16 | 2022-11-08 | Dialog Semiconductor (Uk) Limited | Power converter |
US11967901B2 (en) | 2021-12-09 | 2024-04-23 | Renesas Design (UK) Limited | Hybrid multi-phase power converter with phase shedding |
WO2023164566A1 (en) * | 2022-02-23 | 2023-08-31 | The Trustees Of Princeton University | Methods, devices, and systems for power converters |
US12095364B2 (en) * | 2022-06-08 | 2024-09-17 | Mediatek Inc. | Voltage regulator with reduced power loss and chip using the voltage regulator |
EP4394754A1 (en) * | 2022-11-09 | 2024-07-03 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electronic device comprising display and operation method thereof |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100039080A1 (en) * | 2008-08-12 | 2010-02-18 | Toko, Inc. | Single-inductor buck-boost converter with positive and negative outputs |
CN101888734B (zh) | 2009-05-13 | 2014-07-16 | 通用电气公司 | 带升/降压功率因数校正dc-dc转换器的电子镇流器 |
US8368365B2 (en) | 2009-12-18 | 2013-02-05 | Linear Technology Corporation | Continuously switching buck-boost control |
FR2959624A1 (fr) | 2010-04-28 | 2011-11-04 | St Ericsson Sa | Circuit de conversion de tension continue |
DE102012005974A1 (de) | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Tq-Systems Gmbh | Elektrische Schaltung und Verfahren zu deren Betrieb |
US9136756B2 (en) | 2013-03-14 | 2015-09-15 | Maxim Integrated Products, Inc. | System and methods for two-stage buck boost converters with fast transient response |
CN103280967B (zh) * | 2013-05-29 | 2016-11-16 | 成都芯源系统有限公司 | 一种电荷泵及其使其负输出电压跟随正输出电压的方法 |
DE102014203159A1 (de) | 2014-02-21 | 2015-08-27 | Airbus Operations Gmbh | Brennstoffzellensystem in einem bipolaren Hochspannungsnetz und Verfahren zum Betreiben eines bipolaren Hochspannungsnetzes |
DE102015224476A1 (de) | 2015-12-07 | 2017-06-08 | Dialog Semiconductor (Uk) Limited | Mehrfachpegel-Abwärts-Aufwärts-Wandler mit hoher Effizienz |
US9595871B1 (en) | 2015-12-21 | 2017-03-14 | Texas Instruments Deutschland Gmbh | High efficiency inductive capacitive DC-DC converter |
US9991794B2 (en) * | 2016-03-22 | 2018-06-05 | Texas Instruments Incorporated | Hybrid capacitive-inductive voltage converter |
US9997996B1 (en) | 2017-05-19 | 2018-06-12 | Nxp B.V. | Power converter system and method for operating a power converter system |
US10014777B1 (en) | 2017-08-09 | 2018-07-03 | Texas Instruments Incorporated | Buck-boost DC-DC converter |
US10014778B1 (en) | 2018-01-12 | 2018-07-03 | BravoTek Electronics Co., Ltd. | SIBO buck-boost converter and control method thereof |
DE102018222905A1 (de) | 2018-12-31 | 2020-07-02 | Dialog Semiconductor (Uk) Limited | Single Inductor Multiple Output-Regler mit hybrider Negativ- und Positivschienen-Generierung |
-
2019
- 2019-08-16 KR KR1020190100532A patent/KR20210020685A/ko not_active Application Discontinuation
-
2020
- 2020-02-12 US US16/788,731 patent/US11251708B2/en active Active
- 2020-03-18 DE DE102020107401.8A patent/DE102020107401A1/de active Pending
- 2020-08-03 CN CN202010766690.7A patent/CN112398331A/zh active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20210050786A1 (en) | 2021-02-18 |
US11251708B2 (en) | 2022-02-15 |
DE102020107401A1 (de) | 2021-02-18 |
KR20210020685A (ko) | 2021-02-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112398331A (zh) | 使用电荷泵的反相开关稳压器及其操作方法 | |
TWI832879B (zh) | 產生連續輸出遞送電流的開關穩壓器及其操作方法 | |
US10879804B2 (en) | Switching regulator for dynamically changing output voltage and power supply circuit including the switching regulator | |
US10985654B2 (en) | Switching regulator and method of operating the same | |
JP4825584B2 (ja) | チャージポンプ回路 | |
WO2006070524A1 (ja) | 電源回路、チャージポンプ回路、及び、これを備えた携帯機器 | |
US9515555B2 (en) | Floating power converter having multiple voltage inputs | |
CN110892626A (zh) | 多路径转换器及其控制方法 | |
US12040714B2 (en) | Switching regulator and operating method | |
JP5232892B2 (ja) | チャージポンプ回路 | |
CN110663164B (zh) | 具有多个功率模式的功率转换器预驱动器系统 | |
US20240356441A1 (en) | Switch bootstrapping for multi-level inductive power converter | |
WO2024202769A1 (ja) | トラッカ回路および電圧供給方法 | |
US9209680B2 (en) | Circuit for providing negative voltages with selectable charge pump or buck-boost operating mode | |
CN115995940A (zh) | 半导体装置 | |
JP2010148263A (ja) | チャージポンプ回路 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |