DE102020107401A1

DE102020107401A1 - Invertierender schaltregler unter verwendung einer ladungspumpe und betriebsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102020107401A1
Application number: DE102020107401.8A
Authority: DE
Inventors: Seungchan Park; Jongbeom Baek
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2021-02-18
Also published as: CN112398331A; KR20210020685A; US20210050786A1; US11251708B2

Abstract

Ein invertierender Schaltregler wird bereitgestellt. Der invertierende Schaltregler wird verwendet, um eine negative Ausgangsspannung auf Basis einer positiven Eingangsspannung zu generieren. Der invertierende Schaltregler umfasst einen Induktor, der dazu ausgebildet ist, einen Induktorstrom von einem ersten Anschluss zu einem zweiten Anschluss durchlaufen zu lassen; einen fliegenden Kondensator, der mit dem zweiten Anschluss des Induktors gekoppelt ist; und mehrere Schalter, die dazu ausgebildet sind, eine negative Spannung an den zweiten Anschluss des Induktors anzulegen, indem der fliegende Kondensator während einer ersten Phase durch die positive Eingangsspannung geladen wird und während einer zweiten Phase in Reihe mit einem Masseknoten und dem Induktor verbunden wird.

Description

QUERVERWEIS AUF DIE VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung 10-2019-0100532 , eingereicht am 16. August 2019 beim Korean Intellectual Property Office, deren Offenbarung durch Bezugnahme hier in ihrer Gänze aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Erfindungsgebiet
Mit Ausführungsformen konsistente Bauelemente und Verfahren zum Generieren einer negativen Versorgungsspannung und insbesondere mit einem invertierenden Schaltregler unter Verwendung einer Ladungspumpe und ein Betriebsverfahren dafür.
Verwandte Technik
Eine Versorgungsspannung kann generiert werden, um Leistung für elektronische Teile oder Lasten bereitzustellen. Ein Schaltregler zum Generieren der Versorgungsspannung aus einer Eingangsspannung, die von einer Batterie bereitgestellt wird, kann verwendet werden. Zusätzlich erfordern einige Lasten sowohl eine negative Versorgungsspannung als auch eine positive Versorgungsspannung. Daher kann ein invertierender Schaltregler zum Generieren der negativen Versorgungsspannung aus einer positiven Eingangsspannung verwendet werden. Wenn durch den invertierenden Schaltregler eine große Spannungsschwankung generiert wird, können Bauelemente mit hoher Durchbruchspannung erforderlich sein. Allerdings können solche Bauelemente aufgrund großer parasitärer Komponenten einen geringen Wirkungsgrad aufweisen, können große Flächen in Anspruch nehmen und können möglicherweise nicht einfach zusammen mit anderen Bauelementen in der gleichen integrierten Schaltung integriert werden.
KURZDARSTELLUNG
Eine oder mehrere Ausführungsformen stellen einen invertierenden Schaltregler, der Bauelemente umfasst, die aufgrund von geringer Spannungsschwankung einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, und ein Verfahren zu ihrem Betrieb bereit.
Entsprechend einem Aspekt einer Ausführungsform wird ein invertierender Schaltregler zum Generieren einer negativen Ausgangsspannung auf Basis einer positiven Eingangsspannung bereitgestellt, wobei der invertierende Schaltregler Folgendes umfasst: einen Induktor, der dazu ausgebildet ist, einen Induktorstrom von einem ersten Anschluss zu einem zweiten Anschluss durchlaufen zu lassen; einen fliegenden Kondensator, der mit dem zweiten Anschluss des Induktors gekoppelt ist; und mehrere Schalter, die dazu ausgebildet sind, eine negative Spannung an den zweiten Anschluss des Induktors anzulegen, indem der fliegende Kondensator während einer ersten Phase durch die positive Eingangsspannung geladen wird und während einer zweiten Phase in Reihe mit einem Masseknoten und dem Induktor verbunden wird.
Entsprechend einem Aspekt einer Ausführungsform wird ein invertierender Schaltregler zum Generieren einer negativen Ausgangsspannung auf Basis einer positiven Eingangsspannung bereitgestellt, wobei der invertierende Schaltregler Folgendes umfasst: einen Induktor, der dazu ausgebildet ist, einen Strom von einem ersten Anschluss des Induktors zu einem zweiten Anschluss des Induktors durchlaufen zu lassen; und einen fliegenden Kondensator, der dazu ausgebildet ist, während einer ersten Phase durch die positive Eingangsspannung geladen zu werden und während einer zweiten Phase eine negative Spannung am zweiten Anschluss des Induktors entsprechend den gespeicherten Ladungen zu bewirken. Der Induktorstrom fließt während der ersten Phase zu einem Masseknoten und fließt während der zweiten Phase zum fliegenden Kondensator.
Entsprechend einem Aspekt einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer negativen Ausgangsspannung auf Basis einer positiven Eingangsspannung bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen fliegenden Kondensator durch die positive Eingangsspannung während einer ersten Phase zu laden; einen Induktorstrom so zu lenken, dass er während der ersten Phase sequentiell durch einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss eines Induktors zu einem Masseknoten fließt; während einer zweiten Phase eine negative Spannung an den zweiten Anschluss des Induktors entsprechend den gespeicherten Ladungen des fliegenden Kondensators anzulegen; und den Induktorstrom so zu lenken, dass er während der zweiten Phase sequentiell durch den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss des Induktors zum fliegenden Kondensator fließt.
Figurenliste
Ausführungsformen werden besser anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen verstanden werden, wobei Folgendes gilt:

Die 1 ist ein Blockschaltbild, das einen invertierenden Schaltregler entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht;
die 2 ist ein Schaltplan eines invertierenden Schaltreglers entsprechend einer Ausführungsform;
die 3A und 3B sind Schaltpläne, die Ersatzschaltungen des invertierenden Schaltreglers der 2 entsprechend Ausführungsformen veranschaulichen;
die 4 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb des invertierenden Schaltreglers der 2 entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht;
die 5 ist ein Schaltplan eines invertierenden Schaltreglers entsprechend einer Ausführungsform;
die 6 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb des invertierenden Schaltreglers der 5 entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht;
die 7A und 7B sind Schaltpläne, die Ersatzschaltungen des invertierenden Schaltreglers der 5 entsprechend Ausführungsformen veranschaulichen;
die 8 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb des invertierenden Schaltreglers der 5 entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht;
die 9 ist ein Schaltplan eines invertierenden Schaltreglers entsprechend einer Ausführungsform;
die 10 ist ein Schaltplan, der eine Ersatzschaltung des invertierenden Schaltreglers der 9 entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht;
die 11 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb des invertierenden Schaltreglers der 9 entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht;
die 12 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Wandeln einer positiven Eingangsspannung in eine negative Ausgangsspannung entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht;
die 13 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Wandeln einer positiven Eingangsspannung in eine negative Ausgangsspannung entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht;
die 14A und 14B sind Flussdiagramme, die Beispiele für ein Verfahren zum Wandeln einer positiven Eingangsspannung in eine negative Ausgangsspannung entsprechend Ausführungsformen veranschaulichen;
die 15 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Wandeln einer positiven Eingangsspannung in eine negative Ausgangsspannung entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht;
die 16A, 16B und 16C sind Flussdiagramme, die Beispiele für ein Verfahren zum Wandeln einer positiven Eingangsspannung in eine negative Ausgangsspannung entsprechend Ausführungsformen veranschaulichen; und
die 17 ist ein Blockschaltbild, das eine drahtlose Kommunikationseinrichtung entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die 1 ist ein Blockschaltbild, das einen invertierenden Schaltregler 10 entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht. Der invertierende Schaltregler 10 kann eine Eingangsspannung V_IN, die eine positive Spannung ist, durch einen Eingangsknoten IN empfangen und eine Ausgangsspannung V_OUT, die eine negative Spannung ist, durch einen Ausgangsknoten OUT ausgeben. Die Ausgangsspannung V_OUT kann als eine Versorgungsspannung für andere elektronische Teile oder Lasten verwendet werden. Wie in der 1 veranschaulicht wird, kann der invertierende Schaltregler 10 eine Schalterschaltung 12, eine Schaltersteuerung 14 einen fliegenden Kondensator C_F, einen Induktor L und einen Ausgangskondensator Co umfassen. In einigen Ausführungsformen können zwei oder mehr der Komponenten, die im invertierenden Schaltregler 10 enthalten sind, in einem Package enthalten sein. Zum Beispiel können die Schalterschaltung 12 und die Schaltersteuerung 14 in einem Die integriert und im gleichen Halbleiter-Package enthalten sein. In einigen Ausführungsformen kann der invertierende Schaltregler 10 eine gedruckte Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) umfassen, und wenigstens zwei der Komponenten des invertierenden Schaltreglers 10 können auf der PCB als separate Packages montiert sein.
Der invertierende Schaltregler 10 kann sich auf eine elektronische Schaltung zum Generieren der Ausgangsspannung V_OUT durch Ein-/Ausschalten eines Bauelements beziehen. Zum Beispiel kann die Schalterschaltung 12 des invertierenden Schaltreglers 10 mehrere Schalter umfassen, und wenigstens ein Schalter, der in der Schalterschaltung 12 enthalten ist, kann entsprechend einem Schaltersteuersignal C_SW, das durch die Schaltersteuerung 14 bereitgestellt wird, ein-/ausgeschaltet werden. Daher kann ein Pfad eines Induktorstroms I_L, der durch den Induktor L läuft, gelenkt werden, so dass die Ausgangsspannung V_OUT generiert wird. Hier kann ein Schalter als in einem Ein-Zustand befindlich bezeichnet werden, wenn beide Enden des Schalters elektrisch miteinander verbunden sind, und ein Schalter kann als in einem Aus-Zustand befindlich bezeichnet werden, wenn beide Ende des Schalters elektrisch voneinander getrennt (z. B. isoliert) sind. Zusätzlich können zwei oder mehr Komponenten, die durch den Schalter im Ein-Zustand elektrisch verbunden sind, als verbunden bezeichnet werden, und zwei oder mehr Komponenten, die immer durch einen leitenden Draht elektrisch verbunden sind, können als gekoppelt bezeichnet werden.
Wie später als ein Beispiel für den invertierenden Schaltregler 10 mit Bezug auf die 2 beschrieben wird, kann ein invertierender Gleichstromwandler (DC-DC-Wandler) eine negative Ausgangsspannung V_OUT auf Basis einer positiven Eingangsspannung V_IN generieren. Zum Beispiel kann ein invertierender Abwärtswandler die Ausgangsspannung V_OUT so generieren, dass sie größer als eine invertierte Version der Eingangsspannung V_IN ist (-V_IN ≤ V_OUT ≤ 0). Ein invertierender Aufwärtswandler kann die Ausgangsspannung V_OUT so generieren, dass sie kleiner als die invertierte Version der Eingangsspannung V_IN ist (V_OUT ≤ - V_IN ≤ 0). Ein invertierender Abwärts-Aufwärts-Wandler kann die Ausgangsspannung V_OUT so generieren, dass sie kleiner oder größer als die invertierte Version der Eingangsspannung V_IN ist. In einigen Ausführungsformen kann der invertierende Abwärts-Aufwärts-Wandler in einen von Folgenden gesetzt werden, den invertierenden Abwärtsmodus (-V_IN < V_OUT< 0), in dem die Ausgangsspannung V_OUT so generiert wird, dass sie größer als die invertierte Version der Eingangsspannung V_IN ist, einen invertierenden Aufwärtsmodus (V_OUT < - V_IN < 0), in dem die Ausgangsspannung V_OUT so generiert wird, dass sie kleiner als die invertierte Version der Eingangsspannung V_IN ist, und einen invertierenden Abwärts-Aufwärts-Modus (-V_IN ≈ V_OUT), in dem die Ausgangsspannung V_OUT so generiert wird, dass sie auf einem ähnlichen Pegel wie die invertierte Version der Eingangsspannung V_IN liegt. Hier können der invertierende Abwärtswandler, der invertierende Aufwärtswandler und der invertierende Abwärts-Aufwärts-Wandler als ein Abwärtswandler, ein Aufwärtswandler bzw. ein Abwärts-Aufwärts-Wandler bezeichnet werden, und der invertierende Abwärtsmodus, der invertierende Aufwärtsmodus und der invertierende Abwärts-Aufwärts-Modus können auch als ein Abwärtsmodus, ein Aufwärtsmodus bzw. ein Abwärts-Aufwärts-Modus bezeichnet werden. Hier nachstehend wird der invertierende Schaltregler 10 hauptsächlich mit Bezug auf einen Gleichspannungswandler beschrieben. Es versteht sich allerdings, dass Ausführungsformen auch auf eine andere Art von invertierendem Schaltregler, wie zum Beispiel einen invertierenden Wechselspannungswandler (AC-DC-Wandler), angewendet werden können.
Die Schalterschaltung 12 kann das Schaltersteuersignal C_SW von der Schaltersteuerung 14 empfangen. Die Schalterschaltung 12 kann wenigstens einen Schalter umfassen, der entsprechend dem Schaltersteuersignal C_SW ein-/ausgeschaltet wird. Jeder der in der Schalterschaltung 12 enthaltenen Schalter kann eine Struktur aufweisen, in der beide Enden entsprechend dem Schaltersteuersignal C_SW, das durch die Schaltersteuerung 14 bereitgestellt wird, elektrisch verbunden oder getrennt sind. In einigen Ausführungsformen kann der Schalter einen n-Kanal-Feldeffekttransistor (NFET) oder einen p-Kanal-Feldeffekttransistor (PFET) umfassen, die ein Gate aufweisen, welches das Schaltersteuersignal C_SW empfängt. In einigen Ausführungsformen kann der Schalter wenigstens einen NFET und/oder wenigstens einen PFET umfassen, die in Reihe oder parallel gekoppelt sind. Zusätzlich kann der Schalter in einigen Ausführungsformen wenigstens eine andere Art von Transistor umfassen, wie zum Beispiel einen bipolaren Sperrschichttransistor (Bipolar Junction Transistor, BJT).
In einigen Ausführungsformen kann die Schalterschaltung 12 entsprechend dem Schaltersteuersignal C_SW in einer ersten Phase P1 eine erste Schaltung und in einer zweiten Phase P2 eine zweite Schaltung bilden. Die erste Schaltung kann den fliegenden Kondensator C_F, den Induktor L und den Ausgangskondensator Co umfassen. Die zweite Schaltung kann den fliegenden Kondensator C_F, den Induktor L und den Ausgangskondensator Co umfassen. Zum Beispiel kann die erste Schaltung den fliegenden Kondensator C_F mit der Eingangsspannung V_IN laden und gestatten, dass der Induktorstrom I_L zu einem Masseknoten GND fließt. In der zweiten Schaltung kann der fliegende Kondensator C_F in Reihe mit dem Masseknoten GND und dem Induktor L verbunden sein, was entsprechend den im fliegenden Kondensator C_F gespeicherten Ladungen eine negative Spannung an einem ersten Knoten N1 generieren kann, mit dem der fliegende Kondensator C_F und der Induktor L verbunden sind, und kann gestatten, dass der Induktorstrom I_L zum fliegenden Kondensator C_F fließt. In den Knoten der ersten und zweiten Schaltung kann die Spannungsschwankung begrenzt sein. Daher kann die Schalterschaltung 12 Bauelemente mit einer geringen Durchbruchspannung, hohem Wirkungsgrad und einer reduzierten Fläche umfassen, zum Beispiel Transistoren, die durch einen Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS)-Prozess hergestellt worden sind. Wie in der 1 veranschaulicht wird, kann ein positiver Ausgangsabgabestrom I_D vom Ausgangsknoten OUT zur Schalterschaltung 12 fließen, und dementsprechend kann die Ausgangsspannung V_OUT im Ausgangsknoten OUT generiert werden. Beispiele für die Schalterschaltung 12 werden später mit Bezug auf die 2, 5 und 9 beschrieben.
Wie in der 1 veranschaulicht wird, können der fliegende Kondensator C_F und der Induktor L am ersten Knoten N1 gekoppelt sein. In der ersten Schaltung kann der erste Knoten N1 mit dem Masseknoten GND verbunden sein, so dass der fliegende Kondensator C_F durch die Eingangsspannung V_IN geladen wird und der Induktorstrom I_L zum Masseknoten GND fließt. Andererseits kann der erste Knoten N1 in der zweiten Schaltung vom Masseknoten GND getrennt sein, so dass der erste Knoten N1 entsprechend den im fliegenden Kondensator C_F gespeicherten Ladungen in der zweiten Schaltung die negative Spannung - V_IN aufweist. Der Ausgangskondensator Co kann mit dem Ausgangsknoten OUT und dem Masseknoten GND gekoppelt sein und kann geladen oder entladen werden, so dass die Ausgangsspannung V_OUT konstant gehalten werden kann. In einigen Ausführungsformen können die Kapazität des fliegenden Kondensators C_F, die Induktivität des Induktors L und die Kapazität des Ausgangskondensators Co auf Basis der Eingangsspannung V_IN, der Ausgangsspannung V_OUT, einer Schaltfrequenz und/oder einem Laststrom I_O bestimmt werden. Zusätzlich können in einigen Ausführungsformen der fliegende Kondensator C_F, der Induktor L und/oder der Ausgangskondensator C_O diskrete Bauelemente sein.
Die Schaltersteuerung 14 kann das Schaltersteuersignal C_SW auf Basis einer Referenzspannung V_REF und der Ausgangsspannung V_OUT generieren. Zum Beispiel kann die Schaltersteuerung 14 eine Rückkopplungsspannung auf Basis der Ausgangsspannung V_OUT generieren und kann das Schaltersteuersignal C_SW generieren, um die Rückkopplungsspannung so zu steuern, dass sie gleich der Referenzspannung V_REF ist, indem die Rückkopplungsspannung mit der Referenzspannung V_REF verglichen wird. Daher kann ein Pegel der Ausgangsspannung V_OUT durch einen Pegel der Referenzspannung V_REF bestimmt werden, und der Pegel der Ausgangsspannung V_OUT kann durch Ändern des Pegels der Referenzspannung V_REF geändert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Schaltersteuerung 14 einen oder mehrere Ströme abtasten, zum Beispiel den Induktorstrom I_L, den Ausgangsabgabestrom I_D und den Laststrom I_O, und kann das Schaltersteuersignal C_SW auf Basis einer Größe des abgetasteten Stroms generieren. In einigen Ausführungsformen kann die Schaltersteuerung 14 wenigstens einen Komparator und wenigstens ein Logikgatter umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann der invertierende Schaltregler 10 entsprechend einem Zielpegel der Ausgangsspannung V_OUT in einen von Folgenden gesetzt werden, den Abwärtsmodus, den Abwärts-Aufwärtsmodus oder den Aufwärtsmodus. Zum Beispiel kann die Schaltersteuerung 14 den Modus des invertierenden Schaltreglers 10 auf Basis der Eingangsspannung V_IN und der Referenzspannung V_REF, setzen und kann das Schaltersteuersignal C_SW entsprechend dem gesetzten Modus generieren. In einigen Ausführungsformen kann die Schaltersteuerung 14 den invertierenden Schaltregler 10 in den Abwärtsmodus setzen, wenn der Zielpegel der Ausgangsspannung V_OUT höher als etwa 90 % einer negativen Spannung - V_IN ist, die durch Invertieren der Eingangsspannung V_IN gewonnen wird, kann den invertierenden Schaltregler 10 in den Aufwärtsmodus setzen, wenn der Zielpegel des Ausgangsspannung V_OUT kleiner als etwa 110 % der negativen Spannung - V_IN ist, die durch Invertieren der Eingangsspannung V_IN gewonnen wird, und kann den invertierenden Schaltregler 10 in den Abwärts-Aufwärts-Modus setzen, wenn der Zielpegel der Ausgangsspannung V_OUT nicht größer als etwa 90 % und nicht kleiner als etwa 110 % der negativen Spannung - V_IN ist, die durch Invertieren der Eingangsspannung V_IN gewonnen wird.
Die Schaltersteuerung 14 kann das Schaltersteuersignal C_SW so generieren, dass der fliegende Kondensator C_F und die Schalterschaltung 12 als eine Ladungspumpe funktionieren, welche die negative Spannung generiert, und können die durch die Ladungspumpe generierte negative Spannung an den Induktor L anlegen, wenn einige in einem Schaltzyklus enthaltene Phasen starten. In einigen Ausführungsformen kann die negative Spannung, die an den Induktor L angelegt wird, der negativen Spannung - V_IN entsprechen, die durch Invertieren der Eingangsspannung V_IN gewonnen wird. Daher kann eine Spannung, die an beide Enden jedes der Bauelemente, das heißt, an die in der Schalterschaltung 12 enthaltenen Schalter, angelegt wird, begrenzt werden. Als ein Ergebnis kann der invertierende Schaltregler 10 Bauelemente mit hohem Wirkungsgrad umfassen.
Die durch den invertierenden Schaltregler 10 generierte Ausgangsspannung V_OUT kann als die Versorgungsspannung zum Bereitstellen von Leistung für elektronische Komponenten funktionieren. Die elektronischen Komponenten können als eine Last des invertierenden Schaltreglers 10 bezeichnet werden. Zum Beispiel kann die Ausgangsspannung V_OUT einer digitalen Schaltung zum Verarbeiten eines digitalen Signals, einer analogen Schaltung zum Verarbeiten eines analogen Signals und/oder einer Funkfrequenz (RF)-Schaltung zum Verarbeiten eines RF-Signals bereitgestellt werden.
Die 2 ist ein Schaltplan eines invertierenden Schaltreglers 20 entsprechend einer Ausführungsform. Im Einzelnen veranschaulicht der Schaltplan der 2 den invertierenden Schaltregler 20, der als der invertierende Abwärtswandler funktioniert. Wie oben mit Bezug auf die 1 beschrieben wird, kann der invertierende Schaltregler 20 eine Schalterschaltung 22, den fliegenden Kondensator C_F, den Induktor L und den Ausgangskondensator C_O umfassen.
Die Schalterschaltung 22 kann einen ersten, zweiten und dritten Schalter SW1, SW2 und SW3 umfassen. Wie in der 2 veranschaulicht wird, kann der erste Schalter SW1 mit dem Eingangsknoten IN und einem zweiten Knoten N2 gekoppelt sein, der zweite Schalter SW2 kann mit dem Masseknoten GND und dem ersten Knoten N1 gekoppelt sein, und der dritte Schalter SW3 kann mit dem zweiten Knoten N2 und dem Masseknoten GND gekoppelt sein. Wie oben mit Bezug auf die 1 beschrieben wird, können der erste, zweite und dritte Schalter SW1, SW2 und SW3 auf Basis des Schaltersteuersignals C_SW, das durch die Schaltersteuerung 14 bereitgestellt wird, ein- oder ausgeschaltet werden.
Der fliegende Kondensator C_F kann mit dem zweiten Schalter SW2 und dem Induktor L am ersten Knoten N1 gekoppelt sein und kann mit dem ersten und dritten Schalter SW1 und SW3 am zweiten Knoten N2 gekoppelt sein. Wie später mit Bezug auf die 3A beschrieben wird, kann, wenn der erste und zweite Schalter SW1 und SW2 eingeschaltet sind und der dritte Schalter SW3 ausgeschaltet ist, der fliegende Kondensator C_F durch die Eingangsspannung V_IN geladen werden. Wie später mit Bezug auf die 3B beschrieben wird, kann andererseits, wenn der erste und zweite Schalter SW1 und SW2 ausgeschaltet sind und der dritte Schalter SW3 eingeschaltet ist, der fliegende Kondensator C_F die negative Spannung am ersten Knoten N1 generieren.
Der Induktor L kann einen ersten Anschluss T1, der mit dem Ausgangsknoten OUT gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss T2, der mit dem ersten Knoten N1 gekoppelt ist, aufweisen, und der Induktorstrom I_L kann vom ersten Anschluss T1 zum zweiten Anschluss T2 fließen. Der Induktor L ist mit dem Ausgangsknoten OUT gekoppelt, und dementsprechend kann der Ausgangsabgabestrom I_D gleich dem Induktorstrom I_L sein (I_L= I_D), wie in der 2 veranschaulicht wird. Wie später mit Bezug auf die 3A beschrieben wird, kann, wenn der zweite Schalter SW2 eingeschaltet ist, der Induktorstrom I_L zum Masseknoten GND fließen. Wie später mit Bezug auf die 3B beschrieben wird, kann andererseits, wenn der zweite Schalter SW2 ausgeschaltet ist, der Induktorstrom I_L zum fliegenden Kondensator C_F fließen.
Der Ausgangskondensator C_O kann mit dem Induktor L am Ausgangsknoten OUT gekoppelt sein und kann mit dem Masseknoten GND gekoppelt sein. Daher kann der Ausgangskondensator C_O einen Teil des Laststroms I_O empfangen, oder er kann einen Teil des Ausgangsabgabestroms I_D bereitstellen.
Die 3A und 3B sind Schaltpläne, die Ersatzschaltungen des invertierenden Schaltreglers 20 der 2 entsprechend Ausführungsformen veranschaulichen. Die 4 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb des invertierenden Schaltreglers 20 der 2 entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht. Im Einzelnen veranschaulicht der Schaltplan der 3A eine Ersatzschaltung 30a des invertierenden Schaltreglers 20 und einen Pfad des Induktorstroms I_L während der ersten Phase PI, und der Schaltplan der 3B veranschaulicht eine Ersatzschaltung 30b des invertierenden Schaltreglers 20 und den Pfad des Induktorstroms I_L während der zweiten Phase P2. In den hier enthaltenen Zeichnungen werden die Zeitspannen der Phasen, die im Schaltzyklus enthalten sind, der Zweckmäßigkeit halber als gleich veranschaulicht. Allerdings sind Ausführungsformen nicht darauf beschränkt, und die Zeitspannen der Phasen können sich entsprechend einer oder mehrerer Ausführungsformen voneinander unterscheiden. Hier werden nachstehend die 3A, 3B und 4 mit Bezug auf die 2 beschrieben.
Mit Bezug auf die 3A und 4 können während der ersten Phase P1 der erste und zweite Schalter SW1 und SW2 eingeschaltet sein, und der dritte Schalter SW3 kann ausgeschaltet sein, um die Ersatzschaltung 30a der 3A zu bilden. Wie in der 4 veranschaulicht wird, kann während der ersten Phase P1 eine Spannung V_N2 des zweiten Knotens N2 gleich der Eingangsspannung V_IN sein, und eine Spannung V_NI des ersten Knotens N1 kann gleich dem Massepotential sein. Daher kann die Eingangsspannung V_IN an den fliegenden Kondensator C_F angelegt werden, und der fliegende Kondensator C_F kann mit der Eingangsspannung V_IN geladen werden. Wie in der 3A veranschaulicht wird, kann zusätzlich der Induktorstrom I_L vom Ausgangsknoten OUT zum Masseknoten GND durch den Induktor L fließen. Wie in der 4 veranschaulicht wird, kann sich daher, aufgrund des Massepotentials, der Induktorstrom I_L allmählich verringern.
Mit Bezug auf die 3B und 4 können während der zweiten Phase P2 der erste und zweite Schalter SW1 und SW2 ausgeschaltet sein, und der dritte Schalter SW3 kann eingeschaltet sein, und dementsprechend kann die Ersatzschaltung 30b der 3B gebildet sein. Wie in der 4 veranschaulicht wird, kann die Spannung V_N2 des zweiten Knotens N2 während der zweiten Phase P2 gleich dem Massepotential sein, und wenn die zweite Phase P2 beginnt, kann die Spannung V_N1 des ersten Knotens N1 gleich der Spannung -V_IN sein, die durch Invertieren der Eingangsspannung V_IN gewonnen wird. Wenn die zweite Phase P2 beginnt, kann daher die negative Spannung - V_IN an den zweiten Anschluss T2 des Induktors L angelegt werden. Wie in der 3B veranschaulicht wird, kann zusätzlich der Induktorstrom I_L vom Ausgangsknoten OUT zum fliegenden Kondensator C_F durch den Induktor L fließen. Wie in der 4 veranschaulicht wird, kann sich daher der Induktorstrom I_L allmählich aufgrund der negativen Spannung -V_IN erhöhen. Entsprechend einigen Ausführungsformen kann sich während der zweiten Phase P2 die Spannung V_N1 des ersten Knotens N1 allmählich aufgrund des Induktorstroms I_L erhöhen.
Unter der Annahme einer Struktur des invertierenden Schaltreglers 20, in der ein Anschluss des Induktors L mit dem Masseknoten GND gekoppelt ist und der andere Anschluss des Induktors L wechselweise mit dem Eingangsknoten IN und dem Ausgangsknoten OUT verbunden ist, kann der Ausgangsabgabestrom I_D zwischen einer Phase, in welcher der Induktor L mit dem Eingangsknoten IN verbunden ist, und einer Phase, in welcher der Induktor L mit dem Ausgangsknoten OUT verbunden ist, diskontinuierlich sein. Der diskontinuierliche Ausgangsabgabestrom I_D kann eine große Welligkeit in der Ausgangsspannung OUT bewirken. Als ein Ergebnis kann der diskontinuierliche Ausgangsabgabestrom I_D verhindern, dass eine wünschenswerte Ausgangsspannung V_OUT generiert wird. Zusätzlich kann der Knoten, der mit dem Induktor L gekoppelt ist, eine große Spannungsschwankung erfahren, da die Eingangsspannung V_IN, die eine positive Spannung ist, und die Ausgangsspannung V_OUT, die eine negative Spannung ist, wechselweise angelegt werden. Daher können Bauelemente, die mit dem entsprechenden Knoten gekoppelt sind, eine hohe Durchbruchspannung, einen geringen Wirkungsgrad und eine große Fläche aufweisen. Wie mit Bezug auf die 3A, 3B und 4 beschrieben wird, kann andererseits im invertierenden Schaltregler 20 der 2 während der zweiten Phase P2 die negative Spannung -V_IN am zweiten Anschluss T2 des Induktors L generiert werden, und dementsprechend kann der Induktorstrom I_L den Ausgangsabgabestrom I_D kontinuierlich ansteuern. Wie in der 4 veranschaulicht wird, kann daher der Ausgangsabgabestrom I_D, der gleich dem Induktorstrom I_L ist, während der gesamten ersten Phase P1 und der gesamten zweiten Phase P2 kontinuierlich sein. Als ein Ergebnis kann die Ausgangsspannung V_OUT eine reduzierte Welligkeit aufweisen. Die reduzierte Welligkeit kann gestatten, dass ein kleiner Induktor L und ein kleiner Ausgangskondensator Co verwendet werden. Zusätzlich kann eine Spannung begrenzt sein, die an die Bauelemente angelegt wird, die im invertierenden Schaltregler 20 enthalten sind. Zum Beispiel kann keine Spannung, die größer als |V_IN| oder |V_OUT| ist, über irgendwelche Bauelemente, die im invertierenden Schaltregler 20 enthalten sind, während der gesamten ersten Phase P1 und der gesamten zweiten Phase P2 angelegt werden.
Die 5 ist ein Schaltplan eines invertierenden Schaltreglers 50 entsprechend einer Ausführungsform. Im Einzelnen veranschaulicht der Schaltplan der 5 den invertierenden Schaltregler 50, der als der invertierende Abwärts-Aufwärts-Wandler funktioniert. Der invertierende Schaltregler 50 kann in den Abwärtsmodus gesetzt werden, wie später mit Bezug auf die 6 beschrieben wird, oder er kann in den Aufwärtsmodus gesetzt werden, wie später mit Bezug auf die 8 beschrieben wird. Wie oben mit Bezug auf die 1 beschrieben wird, kann der invertierende Schaltregler 50 eine Schalterschaltung 52, den fliegenden Kondensator C_F, den Induktor L und den Ausgangskondensator Co umfassen.
Die Schalterschaltung 52 kann einen ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Schalter SW1, SW2, SW3, SW4 und SW5 umfassen. Wie beim invertierenden Schaltregler 20 der 2 kann der erste Schalter SW1 mit dem Eingangsknoten IN und dem zweiten Knoten N2 gekoppelt sein, der zweite Schalter SW2 kann mit dem Masseknoten GND und dem ersten Knoten N1 gekoppelt sein, und der dritte Schalter SW3 kann mit dem zweiten Knoten N2 und dem Masseknoten GND gekoppelt sein. Wie in der 5 veranschaulicht wird, kann der vierte Schalter SW4 mit dem Masseknoten GND und einem dritten Knoten N3 gekoppelt sein, und der fünfte Schalter SW5 kann mit dem dritten Knoten N3 und dem Ausgangsknoten OUT gekoppelt sein. Wie oben mit Bezug auf die 1 beschrieben wird, können der erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schalter SW1, SW2, SW3, SW4 und SW5 auf Basis des Schaltersteuersignals C_SW, das durch die Schaltersteuerung 14 bereitgestellt wird, ein- oder ausgeschaltet werden.
Der fliegende Kondensator C_F kann mit dem zweiten Schalter SW2 und dem Induktor L am ersten Knoten N1 gekoppelt sein und kann mit dem ersten und dritten Schalter SW1 und SW3 am zweiten Knoten N2 gekoppelt sein. Wie oben mit Bezug auf die 3A und 4 beschrieben wird, kann, wenn der erste und zweite Schalter SW1 und SW2 eingeschaltet sind und der dritte Schalter SW3 ausgeschaltet ist, der fliegende Kondensator C_F durch die Eingangsspannung V_IN geladen werden. Wie oben mit Bezug auf die 3B und 4 beschrieben wird, kann andererseits, wenn der erste und zweite Schalter SW1 und SW2 ausgeschaltet sind und der dritte Schalter SW3 eingeschaltet ist, der fliegende Kondensator C_F die negative Spannung am ersten Knoten N1 generieren.
Der Induktor L kann den ersten Anschluss T1, der mit dem dritten Knoten N3 gekoppelt ist, und den zweiten Anschluss T2, der mit dem ersten Knoten N1 gekoppelt ist, aufweisen, und der Induktorstrom I_L kann vom ersten Anschluss T1 zum zweiten Anschluss T2 fließen. Aufgrund des fünften Schalters SW5 kann der Induktorstrom I_L gleich dem Ausgangsabgabestrom I_D sein oder sich von diesem unterscheiden. Wie später mit Bezug auf die 7A beschrieben wird, kann zum Beispiel, wenn der dritte Schalter SW3 ausgeschaltet ist und der fünfte Schalter SW5 eingeschaltet ist, der Induktorstrom I_L gleich dem Ausgangsabgabestrom I_D sein und zum Masseknoten GND fließen. Wie später mit Bezug auf die 7B beschrieben wird, kann sich andererseits, wenn der dritte Schalter SW3 eingeschaltet ist und der fünfte Schalter SW5 ausgeschaltet ist, der Induktorstrom I_L vom Ausgangsabgabestrom I_D unterscheiden und zum fliegenden Kondensator C_F fließen.
Der Ausgangskondensator Co kann mit dem fünften Schalter SW5 am Ausgangsknoten OUT gekoppelt sein und kann mit dem Masseknoten GND gekoppelt sein. Daher kann, wenn der fünfte Schalter SW5 eingeschaltet ist, der Ausgangskondensator C_O einen Teil des Laststroms I_O empfangen, oder er kann einen Teil des Ausgangsabgabestroms I_D bereitstellen. Wenn der fünfte Schalter ausgeschaltet ist, kann andererseits der Ausgangskondensator C_O den Ausgangsabgabestrom I_D empfangen. Wie später mit Bezug auf die 6, 7A, 7B und 8 beschrieben wird, kann nachstehend keine Spannung, die größer als |V_IN| oder |V_OUT| ist, über irgendwelche Bauelemente, die im invertierenden Schaltregler 50 enthalten sind, während der gesamten ersten Phase P1 und der gesamten zweiten Phase P2 angelegt werden.
Die 6 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb des invertierenden Schaltreglers 50 der 5 entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht. Im Einzelnen veranschaulicht das Zeitdiagramm der 6 den Betrieb des invertierenden Schaltreglers 50, der in den Abwärtsmodus gesetzt ist. Hier wird nachstehend die 6 mit Bezug auf die 5 beschrieben.
In einigen Ausführungsformen kann der invertierende Schaltregler 50 der 5 in den Abwärtsmodus gesetzt werden. Wie in der 6 veranschaulicht wird, kann zum Beispiel während der gesamten ersten Phase P1 und der gesamten zweiten Phase P2 der vierte Schalter SW4 ausgeschaltet und der fünfte Schalter SW5 eingeschaltet sein. Daher kann der invertierende Schaltregler 50 die gleiche Struktur wie der invertierende Schaltregler 20 der 2 aufweisen, der als der Abwärtswandler funktioniert. Das heißt, der invertierende Schaltregler 50 kann der Ersatzschaltung 30a der 3A in der ersten Phase P1 entsprechen und kann der Ersatzschaltung 30b der 3B in der zweiten Phase entsprechen.
Mit Bezug auf die 5 und 6 können während der ersten Phase P1 der erste und zweite Schalter SW1 und SW2 eingeschaltet sein, und der dritte Schalter SW3 kann ausgeschaltet sein. Wie in der 6 veranschaulicht wird, kann während der ersten Phase P1 die Spannung V_N2 des zweiten Knotens N2 gleich der Eingangsspannung V_IN sein, und die Spannung V_N1 des ersten Knotens N1 kann gleich dem Massepotential sein. Daher kann die Eingangsspannung V_IN an den fliegenden Kondensator C_F angelegt werden, und der fliegende Kondensator C_F kann durch die Eingangsspannung V_IN geladen werden. Zusätzlich kann der Induktorstrom I_L vom Ausgangsknoten OUT zum Masseknoten GND durch den Induktor L fließen und kann sich allmählich aufgrund des Massepotentials reduzieren, wie in der 6 veranschaulicht wird.
Mit Bezug auf die 5 und 6 können während der zweiten Phase P2 der erste und zweite Schalter SW1 und SW2 ausgeschaltet sein, und der dritte Schalter SW3 kann eingeschaltet sein. Wie in der 6 veranschaulicht wird, kann die Spannung V_N2 des zweiten Knotens N2 während der zweiten Phase P2 gleich dem Massepotential sein, und wenn die zweite Phase P2 beginnt, kann die Spannung V_N1 des ersten Knotens N1 gleich der Spannung - V_IN sein, die durch Invertieren der Eingangsspannung V_IN gewonnen wird. Wenn die zweite Phase P2 beginnt, kann daher die negative Spannung - V_IN an den zweiten Anschluss T2 des Induktors L angelegt werden. Zusätzlich kann der Induktorstrom I_L vom Ausgangsknoten OUT zum fliegenden Kondensator C_F durch den Induktor L fließen und kann sich allmählich aufgrund der negativen Spannung -V_IN erhöhen, wie in der 6 veranschaulicht wird. Entsprechend einigen Ausführungsformen kann sich während der zweiten Phase P2 die Spannung V_N1 des ersten Knotens N1 allmählich aufgrund des Induktorstroms I_L erhöhen.
Die 7A und 7B sind Schaltpläne, die Ersatzschaltungen des invertierenden Schaltreglers 50 der 5 entsprechend Ausführungsformen veranschaulichen. Die 8 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb des invertierenden Schaltreglers 50 der 5 entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht. Im Einzelnen veranschaulicht der Schaltplan der 7A eine Ersatzschaltung 70a des invertierenden Schaltreglers 50 und einen Pfad des Induktorstroms I_L im Aufwärtsmodus während der ersten Phase P1. Der Schaltplan der 7B veranschaulicht eine Ersatzschaltung 70b des invertierenden Schaltreglers 50 und den Pfad des Induktorstroms I_L im Aufwärtsmodus während der zweiten Phase P2. Das Zeitdiagramm der 8 veranschaulicht ein Beispiel für einen Betrieb des invertierenden Schaltreglers 50 im Aufwärtsmodus. In einigen Ausführungsformen kann der invertierende Schaltregler 50 der 5 in den Aufwärtsmodus gesetzt werden. Wie in der 8 veranschaulicht wird, können während der gesamten ersten Phase P1 und der gesamten zweiten Phase P2 nicht nur der erste, zweite und dritte Schalter SW1, SW2 und SW3, sondern auch der vierte und fünfte Schalter SW4 und SW5 zwischen Ein/Aus umgeschaltet werden. Hier werden nachstehend die 7A, 7B und 8 mit Bezug auf die 5 beschrieben.
Mit Bezug auf die 7A und 8 können während der ersten Phase P1 der erste, zweite und fünfte Schalter SW1, SW2 und SW5 eingeschaltet sein, und der dritte und vierte Schalter SW3 und SW4 können ausgeschaltet sein, und dementsprechend kann die Ersatzschaltung 70a der 7A gebildet sein. Wie in der 8 veranschaulicht wird, kann während der ersten Phase P1 die Spannung V_N2 des zweiten Knotens N2 gleich der Eingangsspannung V_IN sein, und die Spannung V_N1 des ersten Knotens N1 kann gleich dem Massepotential sein. Daher kann die Eingangsspannung V_IN an den fliegenden Kondensator C_F angelegt werden, und der fliegende Kondensator C_F kann durch die Eingangsspannung V_IN geladen werden. Zusätzlich kann eine Spannung V_N3 des dritten Knotens N3 gleich der Ausgangsspannung V_OUT sein. Wie in der 7A veranschaulicht wird, kann der Induktorstrom I_L vom Ausgangsknoten OUT zum Masseknoten GND durch den Induktor L fließen. Wie in der 8 veranschaulicht wird, kann sich daher, aufgrund des Massepotentials, der Induktorstrom I_L allmählich verringern.
Mit Bezug auf die 7B und 8 können während der zweiten Phase P2 der erste, zweite und fünfte Schalter SW1, SW2 und SW5 ausgeschaltet sein, und der dritte und vierte Schalter SW3 und SW4 können eingeschaltet sein, und dementsprechend kann die Ersatzschaltung 70b der 7B gebildet sein. Wie in der 8 veranschaulicht wird, kann die Spannung V_N2 des zweiten Knotens N2 während der zweiten Phase P2 gleich dem Massepotential sein, und wenn die zweite Phase P2 beginnt, kann die Spannung V_N1 des ersten Knotens N1 gleich der Spannung - V_IN sein, die durch Invertieren der Eingangsspannung V_IN gewonnen wird. Wenn die zweite Phase P2 beginnt, kann daher die negative Spannung - V_IN an den zweiten Anschluss T2 des Induktors L angelegt werden. Zusätzlich kann die Spannung V_N3 des dritten Knotens N3 gleich dem Massepotential sein. Wie in der 7B veranschaulicht wird, kann der Induktorstrom I_L vom Masseknoten GND zum fliegenden Kondensator C_F durch den Induktor L fließen. Wie in der 8 veranschaulicht wird, kann sich daher der Induktorstrom I_L allmählich aufgrund der negativen Spannung -V_IN erhöhen. Entsprechend einigen Ausführungsformen kann sich während der zweiten Phase P2 die Spannung V_N1 des ersten Knotens N1 allmählich aufgrund des Induktorstroms I_L erhöhen.
Die 9 ist ein Schaltplan eines invertierenden Schaltreglers 90 entsprechend einer Ausführungsform. Im Einzelnen veranschaulicht der Schaltplan der 9 den invertierenden Schaltregler 90, der als der invertierende Abwärts-Aufwärts-Wandler funktioniert. Der invertierende Schaltregler 90 kann in den Abwärtsmodus gesetzt werden, wie oben mit Bezug auf die 6 beschrieben wird, oder er kann in den Aufwärtsmodus gesetzt werden, wie später mit Bezug auf die 10 beschrieben wird. In einigen Ausführungsformen kann der invertierende Schaltregler 90 der 9 die Ausgangsspannung V_OUT so generieren, dass sie kleiner als die Ausgangsspannung V_OUT ist, die durch den invertierenden Schaltregler 50 der 5 im Aufwärtsmodus generiert wird. Daher kann der Aufwärtsmodus des invertierenden Schaltreglers 90 der 9 als ein breiter invertierender Aufwärtsmodus oder ein breiter Aufwärtsmodus bezeichnet werden. Wie oben mit Bezug auf die 1 beschrieben wird, kann der invertierende Schaltregler 90 eine Schalterschaltung 92, den fliegenden Kondensator C_F, den Induktor L und den Ausgangskondensator C_O umfassen.
Die Schalterschaltung 92 kann einen ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Schalter SW1, SW2, SW3, SW4 und SW5 umfassen. Wie beim invertierenden Schaltregler 50 der 5 kann der erste Schalter SW1 mit dem Eingangsknoten IN und dem zweiten Knoten N2 gekoppelt sein, der zweite Schalter SW2 kann mit dem Masseknoten GND und dem ersten Knoten N1 gekoppelt sein, der dritte Schalter SW3 kann mit dem zweiten Knoten N2 und dem Masseknoten GND gekoppelt sein, und der fünfte Schalter SW5 kann mit dem dritten Knoten N3 und dem Ausgangsknoten OUT gekoppelt sein. Wie in der 9 veranschaulicht wird, kann der vierte Schalter SW4 mit dem Eingangsknoten IN und dem dritten Knoten N3 gekoppelt sein. Wie oben mit Bezug auf die 1 beschrieben wird, können der erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Schalter SW1, SW2, SW3, SW4 und SW5 auf Basis des Schaltersteuersignals C_SW, das durch die Schaltersteuerung 14 bereitgestellt wird, ein- oder ausgeschaltet werden.
Der fliegende Kondensator C_F kann mit dem zweiten Schalter SW2 und dem Induktor L am ersten Knoten N1 gekoppelt sein und kann mit dem ersten und dritten Schalter SW1 und SW3 am zweiten Knoten N2 gekoppelt sein. Wie oben mit Bezug auf die 7A und 8 beschrieben wird, kann, wenn der erste und zweite Schalter SW1 und SW2 eingeschaltet sind und der dritte Schalter SW3 ausgeschaltet ist, der fliegende Kondensator C_F durch die Eingangsspannung V_IN geladen werden. Wie oben mit Bezug auf die 7B und 8 beschrieben wird, kann andererseits, wenn der erste und zweite Schalter SW1 und SW2 ausgeschaltet sind und der dritte Schalter SW3 eingeschaltet ist, der fliegende Kondensator C_F die negative Spannung am ersten Knoten N1 generieren.
Der Induktor L kann den ersten Anschluss T1 gekoppelt mit dem dritten Knoten N3 und den zweiten Anschluss T2 gekoppelt mit dem ersten Knoten N1 aufweisen. Der Induktorstrom I_L kann vom ersten Anschluss T1 zum zweiten Anschluss T2 fließen. Aufgrund des fünften Schalters SW5 kann der Induktorstrom I_L gleich dem Ausgangsabgabestrom I_D sein oder sich von diesem unterscheiden. Der Ausgangskondensator Co kann mit dem fünften Schalter SW5 am Ausgangsknoten OUT gekoppelt sein und kann mit dem Masseknoten GND gekoppelt sein. Daher kann der Ausgangskondensator Co einen Teil des Laststroms I_O empfangen, oder er kann einen Teil des Ausgangsabgabestroms I_D bereitstellen, wenn der fünfte Schalter SW5 eingeschaltet ist, und er kann den Ausgangsabgabestrom I_D empfangen, wenn der fünfte Schalter SW5 ausgeschaltet ist.
In einigen Ausführungsformen kann der invertierende Schaltregler 90 in den Abwärtsmodus gesetzt werden. Zum Beispiel kann der vierte Schalter SW4 im Abwärtsmodus immer ausgeschaltet sein, und der fünfte Schalter SW5 kann immer eingeschaltet sein. Daher kann der invertierende Schaltregler 90 der Ersatzschaltung 30a der 3A während der ersten Phase P1 entsprechen und kann der Ersatzschaltung 30b der 3B während der zweiten Phase P2 entsprechen. Da der invertierende Schaltregler 50 der 5 im Abwärtsmodus arbeitet, kann daher der invertierende Schaltregler 90 der 9 im Abwärtsmodus arbeiten, wie oben mit Bezug auf die 6 beschrieben wird.
Die 10 ist ein Schaltplan, der eine Ersatzschaltung 100 des invertierenden Schaltreglers 90 der 9 entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht. Die 11 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für einen Betrieb des invertierenden Schaltreglers 90 der 9 entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht. Im Einzelnen veranschaulicht der Schaltplan der 10 die Ersatzschaltung 100 des invertierenden Schaltreglers 90 und den Pfad des Induktorstroms I_L im Aufwärtsmodus (oder im breiten Aufwärtsmodus) während der zweiten Phase P2, und das Zeitdiagramm der 11 veranschaulicht das Beispiel für den Betrieb des invertierenden Schaltreglers 90 im Aufwärtsmodus. Hier werden nachstehend die 10 und 11 mit Bezug auf die 9 beschrieben.
Der invertierende Schaltregler 90 der 9 kann einer Ersatzschaltung entsprechen, welche die gleiche wie die Ersatzschaltung 70a der 7A im Aufwärtsmodus während der ersten Phase P1 ist. Mit Bezug auf die 10 können im Aufwärtsmodus während der ersten Phase P1 der erste, zweite und fünfte Schalter SW1, SW2 und SW5 eingeschaltet sein, und der dritte und vierte Schalter SW3 und SW3 können ausgeschaltet sein. Wie in der 10 veranschaulicht wird, kann während der ersten Phase P1 die Spannung V_N2 des zweiten Knotens N2 gleich der Eingangsspannung V_IN sein, und die Spannung V_N1 des ersten Knotens N1 kann gleich dem Massepotential sein. Daher kann die Eingangsspannung V_IN an den fliegenden Kondensator C_F angelegt werden, und der fliegende Kondensator C_F kann durch die Eingangsspannung V_IN geladen werden. Zusätzlich kann die Spannung V_N3 des dritten Knotens N3 gleich der Ausgangsspannung V_OUT sein. Wie in der 7A veranschaulicht wird, kann der Induktorstrom I_L vom Ausgangsknoten OUT zum Masseknoten GND durch den Induktor L fließen. Wie in der 10 veranschaulicht wird, kann sich daher, aufgrund des Massepotentials, der Induktorstrom I_L allmählich verringern.
Mit Bezug auf die 10 und 11 können während der zweiten Phase P2 der erste, zweite und fünfte Schalter SW1, SW2 und SW5 ausgeschaltet sein, und der dritte und vierte Schalter SW3 und SW4 können eingeschaltet sein. Daher kann die Ersatzschaltung 100 der 10 gebildet sein. Im Vergleich zur Ersatzschaltung 70b der 7B kann in der Ersatzschaltung 100 der 10 der dritte Knoten N3 mit dem Eingangsknoten IN anstatt dem Masseknoten GND verbunden sein. Daher kann eine Spannung, die höher als die ist, die an beide Anschlüsse des Induktors L der Ersatzschaltung 70b der 7B angelegt wird, an beide Anschlüsse des Induktors L der 10 angelegt werden. Daher kann in der zweiten Phase P2 der hohe Induktorstrom I_L generiert werden. Als ein Ergebnis kann die kleinere Ausgangsspannung V_OUT erzeugt werden.
Mit Bezug auf die 11 kann während der zweiten Phase P2 die Spannung V_N2 des zweiten Knotens N2 gleich dem Massepotential sein, und wenn die zweite Phase P2 beginnt, kann die Spannung V_N1 des ersten Knotens N1 gleich der Spannung - V_IN sein, die durch Invertieren der Eingangsspannung V_IN gewonnen wird. Wenn die zweite Phase P2 beginnt, kann daher die negative Spannung -V_IN an den zweiten Anschluss T2 des Induktors L angelegt werden. Zusätzlich kann die Spannung V_N3 des dritten Knotens N3 gleich dem Massepotential sein. Wie in der 7B veranschaulicht wird, kann der Induktorstrom I_L vom Masseknoten GND zum fliegenden Kondensator C_F durch den Induktor L fließen. Wie in der 10 veranschaulicht wird, kann sich daher der Induktorstrom I_L allmählich aufgrund der negativen Spannung - V_IN erhöhen. Entsprechend einigen Ausführungsformen kann sich während der zweiten Phase P2 die Spannung V_N1 des ersten Knotens N1 allmählich aufgrund des Induktorstroms I_L erhöhen.
Die 12 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Wandeln einer positiven Eingangsspannung in eine negative Ausgangsspannung entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht. Wie in der 12 veranschaulicht wird, kann das Verfahren zum Wandeln der Eingangsspannung in die Ausgangsspannung die Operation S100 und die Operation S200 umfassen. Die Operation S100 kann in der ersten Phase P1 durchgeführt werden, und die Operation S200 kann in der zweiten Phase P2 durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren der 12 durch den invertierenden Schaltregler 10 der 1 durchgeführt werden und kann als ein Verfahren zum Betrieb des invertierenden Schaltreglers 10 bezeichnet werden. Hier wird nachstehend die 12 mit Bezug auf die 1 beschrieben.
Mit Bezug auf die 12 kann die Operation S100 die Operation S120 und die Operation S140 umfassen, die parallel durchgeführt werden können. In der Operation S120 kann eine Operation des Ladens des fliegenden Kondensators C_F durch die Eingangsspannung V_IN durchgeführt werden. Wie zum Beispiel oben mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wird, kann der fliegende Kondensator C_F während der ersten Phase P1 mit dem Eingangsknoten IN verbunden sein und kann Ladungen laden, die proportional zu Kapazitäten der Eingangsspannung V_IN und des fliegenden Kondensators C_F sind. Ein Beispiel für die Operation S120 wird später mit Bezug auf die 13 beschrieben. Zusätzlich kann in der Operation S140 eine Operation durchgeführt werden, den Induktorstrom I_L so zu lenken, dass er zum Masseknoten GND fließt. Wie zum Beispiel oben mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wird, kann der Induktor L während der ersten Phase P1 mit dem Masseknoten GND verbunden sein, und der Induktorstrom I_L kann zum Masseknoten GND fließen. Beispiele für die Operation S140 werden später mit Bezug auf die 14A und 14B beschrieben.
Die Operation S200 kann die Operation S220 und die Operation S240 umfassen, die parallel durchgeführt werden können. In der Operation S220 kann eine Operation des Anlegens der negativen Spannung an den Induktor L durchgeführt werden. Wie zum Beispiel oben mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wird, kann in der Operation S120 aufgrund der im fliegenden Kondensator C_F gespeicherten Ladungen während der zweiten Phase P2 die negative Spannung an den Induktor L angelegt werden. Ein Beispiel für die Operation S220 wird später mit Bezug auf die 15 beschrieben. Zusätzlich kann in der Operation S240 eine Operation durchgeführt werden, den Induktorstrom I_L so zu lenken, dass er zum fliegenden Kondensator C_F fließt. Wie zum Beispiel oben mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben wird, kann der Induktor L während der zweiten Phase P2 mit dem fliegenden Kondensator C_F verbunden sein, und der Induktorstrom I_L kann zum fliegenden Kondensator C_F fließen. Beispiele für die Operation S240 werden später mit Bezug auf die 16A, 16B und 16C beschrieben.
Die 13 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Wandeln einer positiven Eingangsspannung in eine negative Ausgangsspannung entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht. Im Einzelnen veranschaulicht das Flussdiagramm der 13 ein Beispiel für die Operation S120 der 12. Wie oben mit Bezug auf die 12 beschrieben wird, kann die Operation S120' der 13 während der ersten Phase P1 durchgeführt werden, und in der Operation S120' kann eine Operation des Ladens des fliegenden Kondensators C_F durch die Eingangsspannung V_IN durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Operation S120' durch den invertierenden Schaltregler 20 der 2 durchgeführt werden. Hier wird nachstehend die 13 mit Bezug auf die 2 und 12 beschrieben.
Mit Bezug auf die 13 kann die Operation S120' die Operation S122 und die Operation S124 umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Operation S122 und die Operation S124 in einer anderen Reihenfolge als der in der 13 veranschaulichten durchgeführt werden. In der Operation S122 kann eine Operation des Verbindens eines ersten Anschlusses des fliegenden Kondensators C_F mit dem Masseknoten GND durchgeführt werden. Zum Beispiel kann sich ein erster Anschluss des fliegenden Kondensators C_F auf einen Anschluss beziehen, der mit dem ersten Knoten N1 gekoppelt ist, und der erste Knoten N1 kann mit dem Masseknoten GND durch Einschalten des zweiten Schalters SW2 verbunden werden. Zusätzlich kann in der Operation S124 eine Operation des Verbindens eines zweiten Anschlusses des fliegenden Kondensators C_F mit dem Eingangsknoten IN durchgeführt werden. Zum Beispiel kann sich der zweite Anschluss des fliegenden Kondensators C_F auf einen Anschluss beziehen, der mit dem zweiten Knoten N2 gekoppelt ist, und der zweite Knoten N2 kann mit dem Eingangsknoten IN durch Einschalten des ersten Schalters SW1 und Ausschalten des dritten Schalters SW3 verbunden werden.
Die 14A und 14B sind Flussdiagramme, die Beispiele für ein Verfahren zum Wandeln einer positiven Eingangsspannung in eine negative Ausgangsspannung entsprechend Ausführungsformen veranschaulichen. Im Einzelnen veranschaulicht das Flussdiagramm der 14A ein Beispiel für die Operation S140 der 12, das durch den invertierenden Schaltregler 20 der 2 durchgeführt wird, und das Flussdiagramm der 14B veranschaulicht ein Beispiel für die Operation S140 der 12, die durch den invertierenden Schaltregler 50 der 5 oder den invertierenden Schaltregler 90 der 9 durchgeführt wird. Wie oben mit Bezug auf die 12 beschrieben wird, können die Operation S140a und die Operation S140b der 14A und 14B während der ersten Phase P1 durchgeführt werden, und in der Operation S140a und der Operation S140b kann die Operation durchgeführt werden, den Induktorstrom I_L zum Masseknoten GND zu lenken. Hier werden nachstehend die 14A und 14B mit Bezug auf die 2, 5 und 9 beschrieben.
Mit Bezug auf die 14A kann die Operation S140a die Operation S142a und die Operation S144a umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Operation S142a und die Operation S144a in einer anderen Reihenfolge als der in der 14A veranschaulichten durchgeführt werden. In der Operation S142a kann eine Operation des Verbindens des ersten Anschlusses T1 des Induktors L mit dem Ausgangsknoten OUT durchgeführt werden. Anders als in der 2 kann in einigen Ausführungsformen, wenn der Induktor L nicht mit dem Ausgangsknoten OUT gekoppelt ist und mit dem Ausgangsknoten OUT durch wenigstens einen Schalter verbunden ist, der erste Anschluss T1 des Induktors L mit dem Ausgangsknoten OUT durch Einschalten wenigstens eines Schalters zwischen dem Induktor L und dem Ausgangsknoten OUT verbunden werden. Wie in der 2 veranschaulicht wird, kann, wenn der Induktor L mit dem Ausgangsknoten OUT gekoppelt ist, in einigen Ausführungsformen die Operation S142a weggelassen werden. Zusätzlich kann in der Operation S144a eine Operation des Verbindens des zweiten Anschlusses T2 des Induktors L mit dem Masseknoten GND durchgeführt werden. Zum Beispiel kann der zweite Anschluss T2 des Induktors L mit dem ersten Knoten N1 gekoppelt sein, und der erste Knoten N1 kann mit dem Masseknoten GND durch Einschalten des zweiten Schalters SW2 verbunden werden. Daher kann der Induktorstrom I_L vom Ausgangsknoten OUT zum Masseknoten GND durch den Induktor L fließen.
Mit Bezug auf die 14B kann die Operation S140b die Operation S142b, die Operation S144b und die Operation S146b umfassen. Anders als in der 14B kann in einigen Ausführungsformen die Operation S146b vor der Operation S142b durchgeführt werden, oder sie kann parallel zur Operation S142b und der Operation S146b durchgeführt werden. In der Operation S142b kann eine Operation des Trennens des ersten Anschlusses T1 des Induktors L vom Masseknoten GND oder vom Eingangsknoten IN durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann im invertierenden Schaltregler 50 der 5 der erste Anschluss T1 des Induktors L durch Ausschalten des vierten Schalters SW4 vom Masseknoten GND getrennt werden. In einigen Ausführungsformen kann im invertierenden Schaltregler 90 der 9 der erste Anschluss T1 des Induktors L durch Ausschalten des vierten Schalters SW4 vom Eingangsknoten IN getrennt werden. Zusätzlich kann in der Operation S144b eine Operation des Verbindens des ersten Anschlusses T1 des Induktors L mit dem Ausgangsknoten OUT durchgeführt werden. Zum Beispiel kann der Induktor L mit dem dritten Knoten N3 gekoppelt sein, und der dritte Knoten N3 kann durch Einschalten des fünften Schalters SW5 der 5 oder 9 mit dem Ausgangsknoten OUT verbunden werden. Zusätzlich kann in der Operation S 146b eine Operation des Verbindens des zweiten Anschlusses T2 des Induktors L mit dem Masseknoten GND durchgeführt werden. Zum Beispiel kann der zweite Anschluss T2 des Induktors L mit dem ersten Knoten N1 gekoppelt sein, und der erste Knoten N1 kann mit dem Masseknoten GND durch Einschalten des zweiten Schalters SW2 der 5 oder 9 verbunden werden. Daher kann der Induktorstrom I_L vom Ausgangsknoten OUT zum Masseknoten GND durch den Induktor L fließen.
Die 15 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Wandeln einer positiven Eingangsspannung in eine negative Ausgangsspannung entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht. Im Einzelnen veranschaulicht das Flussdiagramm der 15 ein Beispiel für die Operation S220 der 15. Wie oben mit Bezug auf die 12 beschrieben wird, kann die Operation S220' während der zweiten Phase P2 durchgeführt werden, und in der Operation S220' kann eine Operation des Anlegens der negativen Spannung an den Induktor L durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Operation S220' durch den invertierenden Schaltregler 20 der 2 durchgeführt werden. Hier wird nachstehend die 15 mit Bezug auf die 2 und 12 beschrieben.
Mit Bezug auf die 15 kann die Operation S220' die Operation S222, die Operation S224 und die Operation S226 umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Operation S222, die Operation S224 und die Operation S226 in einer anderen Reihenfolge als der in der 15 veranschaulichten durchgeführt werden. In der Operation S222 kann eine Operation des Trennens der ersten Anschlusses des fliegenden Kondensators C_F vom Masseknoten GND durchgeführt werden. Zum Beispiel kann sich der erste Anschluss des fliegenden Kondensators C_F auf den Anschluss beziehen, der mit dem ersten Knoten N1 gekoppelt ist, und der erste Knoten N1 kann vom Masseknoten GND durch Ausschalten des zweiten Schalters SW2 getrennt werden. Zusätzlich kann in der Operation S224 eine Operation des Verbindens des ersten Anschlusses des fliegenden Kondensators C_F mit dem Induktor L durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann, wenn der fliegende Kondensator C_F nicht mit dem Induktor L gekoppelt ist und mit dem Induktor L durch wenigstens einen Schalter verbunden ist, anders als in der 2 durch Einschalten wenigstens eines Schalters zwischen dem fliegenden Kondensator C_F und dem Induktor L in der Operation S222 der erste Anschluss des fliegenden Kondensators C_F, der vom Masseknoten GND getrennt ist, mit dem Induktor L verbunden werden. Wie in der 2 veranschaulicht wird, kann in einigen Ausführungsformen, wenn der fliegende Kondensator C_F und der Induktor L gekoppelt sind, die Operation S224 weggelassen werden. Zusätzlich kann in der Operation S226 eine Operation des Verbindens des zweiten Anschlusses des fliegenden Kondensators C_F mit dem Masseknoten GND durchgeführt werden. Zum Beispiel kann sich der zweite Anschluss des fliegenden Kondensators C_F auf den Anschluss beziehen, der mit dem zweiten Knoten N2 gekoppelt ist, und der zweite Knoten N2 kann mit dem Masseknoten GND durch Ausschalten des zweiten Schalters SW2 und Einschalten des dritten Schalters SW3 verbunden werden. Aufgrund der im fliegenden Kondensator C_F gespeicherten Ladungen kann daher ein Spannungsabfall am ersten Knoten N1 generiert werden, der dem am zweiten Knoten N2 generierten entspricht. Als ein Ergebnis kann die negative Spannung, zum Beispiel die Spannung -V_IN, die durch Invertieren der Eingangsspannung V_IN gewonnen wird, am ersten Knoten N1 generiert werden.
Die 16A, 16B und 16C sind Flussdiagramme, die Beispiele für ein Verfahren zum Wandeln einer positiven Eingangsspannung in eine negative Ausgangsspannung entsprechend Ausführungsformen veranschaulichen. Im Einzelnen veranschaulicht das Flussdiagramm der 16A ein Beispiel für die Operation S240 der 12, die durch den Abwärtswandler oder den Abwärts-Aufwärts-Wandler im Abwärtsmodus durchgeführt wird, und die Flussdiagramme der 16B und 16C veranschaulichen Beispiele für die Operation S240 der 12, die durch den Aufwärtswandler oder den Abwärts-Aufwärts-Wandler im Aufwärtsmodus durchgeführt wird. Wie oben mit Bezug auf die 12 beschrieben wird, können die Operation S240a, die Operation S240b und die Operation S240c der 16A, 16B und 16C während der zweiten Phase P2 durchgeführt werden, und in der Operation S240a, der Operation S240b und der Operation S240c kann die Operation durchgeführt werden, den Induktorstrom I_L zum fliegenden Kondensator C_F zu lenken. In einigen Ausführungsformen kann die Operation S240a der 16A durch den invertierenden Schaltregler 20 der 2 durchgeführt werden, die Operation S240b der 16B kann durch den invertierenden Schaltregler 50 der 5 durchgeführt werden, und die Operation S240c der 16C kann durch den invertierenden Schaltregler 90 der 9 durchgeführt werden. Hier werden nachstehend die 16A, 16B und 16C mit Bezug auf die 2, 5 und 9 beschrieben. Die zuvor mit Bezug auf die 16A, 16B und 16C erfolgte Beschreibung wird weggelassen.
Mit Bezug auf die 16A kann die Operation S240a die Operation S242a und die Operation S244a umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Operation S242a und die Operation S244a in einer anderen Reihenfolge als der in der 16A veranschaulichten durchgeführt werden. In der Operation S242a kann eine Operation des Trennens des zweiten Anschlusses T2 des Induktors L vom Masseknoten GND durchgeführt werden. Zum Beispiel kann, wie in der 2 veranschaulicht wird, der zweite Anschluss T2 des Induktors L mit dem ersten Knoten N1 gekoppelt sein, und der erste Knoten N1 kann vom Masseknoten GND durch Ausschalten des zweiten Schalters SW2 getrennt werden. Zusätzlich kann in der Operation S244a eine Operation des Verbindens des zweiten Anschlusses T2 des Induktors L mit dem fliegenden Kondensator C_F durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann, wenn der Induktor L nicht mit dem fliegenden Kondensator C_F gekoppelt ist und mit dem fliegenden Kondensator C_F durch wenigstens einen Schalter verbunden ist, anders als in der 2 durch Einschalten wenigstens eines Schalters zwischen dem Induktor L und dem fliegenden Kondensator C_F in der Operation S242a der zweite Anschluss des Induktors L, der vom Masseknoten GND getrennt ist, mit dem fliegenden Kondensator C_F verbunden werden. Wie in der 2 veranschaulicht wird, kann in einigen Ausführungsformen, wenn der Induktor L und der fliegende Kondensator C_F gekoppelt sind, die Operation S242a weggelassen werden.
Mit Bezug auf die 16B kann die Operation S240b die Operation S242b, die Operation S244b, die Operation S246b und die Operation S248b umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Operation S242b, die Operation S244b, die Operation S246b und die Operation S248b in einer anderen Reihenfolge als der in der 16B veranschaulichten durchgeführt werden. Wie in der Operation S242a und der Operation S244a der 16A kann in der Operation S242b eine Operation des Trennens des zweiten Anschlusses T2 des Induktors L vom Masseknoten GND durchgeführt werden, und in der Operation S244b kann die Operation des Verbindens des zweiten Anschlusses T2 des Induktors L mit dem fliegenden Kondensator C_F durchgeführt werden.
In der Operation S246b kann eine Operation des Trennens des ersten Anschlusses T1 des Induktors L vom Ausgangsknoten OUT durchgeführt werden. Zum Beispiel kann, wie in der 5 veranschaulicht wird, der erste Anschluss T1 des Induktors L mit dem dritten Knoten N3 gekoppelt sein, und der dritte Knoten N3 kann vom Ausgangsknoten OUT durch Ausschalten des fünften Schalters SW5 getrennt werden. Zusätzlich kann in der Operation S248b eine Operation des Verbindens des ersten Anschlusses T1 des Induktors L mit dem Masseknoten GND durchgeführt werden. Zum Beispiel kann, wie in der 5 veranschaulicht wird, der vierte Schalter SW4 mit dem Masseknoten GND und dem dritten Knoten N3 gekoppelt sein, und der dritte Knoten N3 kann mit dem Masseknoten GND durch Einschalten des vierten Schalters SW4 verbunden werden. Daher kann der Induktorstrom I_L vom Masseknoten GND zum fliegenden Kondensator C_F durch den Induktor L fließen.
Mit Bezug auf die 16C kann die Operation S240c die Operation S242c, die Operation S244c, die Operation S246c und die Operation S248c umfassen. In einigen Ausführungsformen können die Operation S242c, die Operation S244c, die Operation S246c und die Operation S248c in einer anderen Reihenfolge als der in der 16C veranschaulichten durchgeführt werden. Wie in der Operation S242a und der Operation S244a der 16A kann in der Operation S242c die Operation des Trennens des zweiten Anschlusses T2 des Induktors L vom Masseknoten GND durchgeführt werden, und in der Operation S244c kann die Operation des Verbindens des zweiten Anschlusses T2 des Induktors L mit dem fliegenden Kondensator C_F durchgeführt werden.
In der Operation S246c kann die Operation des Trennens des ersten Anschlusses T1 des Induktors L vom Ausgangsknoten OUT durchgeführt werden. Zum Beispiel kann, wie in der 9 veranschaulicht wird, der erste Anschluss T1 des Induktors L mit dem dritten Knoten N3 gekoppelt sein, und der dritte Knoten N3 kann vom Ausgangsknoten OUT durch Ausschalten des fünften Schalters SW5 getrennt werden. Zusätzlich kann in der Operation S248c eine Operation des Verbindens des ersten Anschlusses T1 des Induktors L mit dem Eingangsknoten IN durchgeführt werden. Zum Beispiel kann, wie in der 9 veranschaulicht wird, der vierte Schalter SW4 mit dem Eingangsknoten IN und dem dritten Knoten N3 gekoppelt sein, und der dritte Knoten N3 kann mit dem Eingangsknoten IN durch Einschalten des vierten Schalters SW4 verbunden werden. Daher kann der Induktorstrom I_L vom Masseknoten GND zum fliegenden Kondensator C_F durch den Induktor L fließen. Daher kann der Induktorstrom I_L größer als der Induktorstrom I_L sein, der durch die Operation S240b der 16B gewonnen wird, und die Ausgangsspannung V_OUT kann kleiner als die Ausgangsspannung V_OUT sein, die durch die Operation S240b der 16B gewonnen wird.
Die 17 ist ein Blockschaltbild, das eine drahtlose Kommunikationseinrichtung 100 entsprechend einer Ausführungsform veranschaulicht. Im Einzelnen veranschaulicht die 17 ein Nutzergerät (User Equipment, UE) (oder ein Endgerät), dem Leistung durch eine Batterie 150 bereitgestellt wird. In einigen Ausführungsformen kann die drahtlose Kommunikationseinrichtung 100 in einem drahtlosen Kommunikationssystem enthalten sein, in dem ein zellulares Netz, wie zum Beispiel der 5. Generation (5G) oder Long Term Evolution (LTE), verwendet wird, oder sie kann in einem Wireless Personal Area Network (WPAN)-System oder einem anderen drahtlosen Kommunikationssystem enthalten sein. In der drahtlosen Kommunikationseinrichtung 100 kann der invertierende Schaltregler entsprechend einer Ausführungsform verwendet werden, um einem Sendeempfänger 110 eine zweite Ausgangsspannung V_OUT2 als eine negative Spannung bereitzustellen. Wie in der 17 veranschaulicht wird, kann die drahtlose Kommunikationseinrichtung 100 den Sendeempfänger 110, einen Basisbandprozessor 120, eine Antenne 130, eine Leistungsversorgungsschaltung 140 und die Batterie 150 umfassen.
Der Sendeempfänger 110 kann eine Antennenschnittstellenschaltung 111, einen Empfänger, der eine Eingangsschaltung 112, einen rauscharmen Verstärker 113 und eine Empfangsschaltung 114 umfasst, und einen Sender, der eine Sendeschaltung 115, einen Leistungsverstärker 116 und eine Ausgangsschaltung 117 umfasst, umfassen. Die Antennenschnittstellenschaltung 111 kann den Sender oder den Empfänger mit der Antenne 130 entsprechend einem Sendemodus oder einem Empfangsmodus verbinden. In einigen Ausführungsformen kann die Eingangsschaltung 112 eine Anpassungsschaltung oder ein Filter umfassen, der rauscharme Verstärker 113 kann ein Ausgangssignal der Eingangsschaltung 112 verstärken, und die Empfangsschaltung 114 kann einen Mischer zur Abwärtswandlung umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Sendeschaltung 115 einen Mischer zur Aufwärtswandlung umfassen, der Leistungsverstärker 116 kann ein Ausgangssignal der Sendeschaltung 115 verstärken, und die Ausgangsschaltung 117 kann eine Anpassungsschaltung oder ein Filter umfassen.
Der Basisbandprozessor 120 kann Basisbandsignale zum und vom Sender 110 senden und empfangen und kann Modulation/Demodulation, Codierung/Decodierung und Kanalschätzung durchführen. In einigen Ausführungsformen kann der Basisbandprozessor 120 als ein Kommunikationsprozessor oder ein Modem bezeichnet werden.
Die Leistungsversorgungsschaltung 140 kann die Eingangsspannung V_IN von der Batterie 150 empfangen und kann die erste und zweite Ausgangsspannung V_OUT1 und V_OUT2 generieren, die dem Sendeempfänger 110 bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann die Leistungsversorgungsschaltung 140 einen Gleichspannungswandler umfassen, um die erste Ausgangsspannung V_OUT1, die eine positive Spannung ist, aus der Eingangsspannung V_IN zu generieren. Zusätzlich kann die Leistungsversorgungsschaltung 140 den oben mit Bezug auf die Zeichnungen beschriebenen invertierenden Schaltregler umfassen, um die zweite Ausgangsspannung V_OUT2, die eine negativ Spannung ist, aus der Eingangsspannung V_IN, die eine positive Spannung ist, zu generieren. Daher kann die Leistungsversorgungsschaltung 140 einen hohen Wirkungsgrad und eine kleine Fläche aufweisen und kann zusammen mit anderen Komponenten der drahtlosen Kommunikationseinrichtung 100, zum Beispiel dem Sendeempfänger 110, auf dem gleichen Die integriert werden.
Obwohl Ausführungsformen insbesondere mit Bezug auf Ausführungsformen davon gezeigt und beschrieben worden sind, versteht es sich, dass daran verschiedene Änderungen in Form und Details vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der folgenden Ansprüche abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020190100532 [0001]

Claims

Invertierender Schaltregler zum Generieren einer negativen Ausgangsspannung auf Basis einer positiven Eingangsspannung, wobei der invertierende Schaltregler Folgendes aufweist: einen Induktor, der dazu ausgebildet ist, einen Induktorstrom von einem ersten Anschluss zu einem zweiten Anschluss durchlaufen zu lassen; einen Flying Capacitor, der mit dem zweiten Anschluss des Induktors gekoppelt ist; und mehrere Schalter, die dazu ausgebildet sind, eine negative Spannung an den zweiten Anschluss des Induktors anzulegen, indem der fliegende Kondensator während einer ersten Phase durch die positive Eingangsspannung geladen wird und während einer zweiten Phase in Reihe mit einem Masseknoten und dem Induktor verbunden wird.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 1, wobei der Induktorstrom während der ersten Phase zum Masseknoten fließt und während der zweiten Phase zum fliegenden Kondensator fließt.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schalter wenigstens einen Schalter umfassen, der dazu ausgebildet ist, dem fliegenden Kondensator während der ersten Phase die positive Eingangsspannung bereitzustellen und den fliegenden Kondensator während der zweiten Phase mit dem Masseknoten zu verbinden.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 1, wobei die mehreren Schalter einen Schalter umfassen, der dazu ausgebildet ist, den zweiten Anschluss des Induktors während der ersten Phase mit dem Masseknoten zu verbinden und den zweiten Anschluss des Induktors während der zweiten Phase vom Masseknoten zu trennen.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Lastkondensator, der mit dem ersten Anschluss des Induktors und dem Masseknoten gekoppelt ist.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Lastkondensator, der mit einem Ausgangsknoten gekoppelt ist, an den die negative Ausgangsspannung ausgegeben wird, wobei die mehreren Schalter wenigstens einen Schalter umfassen, der dazu ausgebildet ist, in einem invertierenden Aufwärtsmodus den ersten Anschluss des Induktors während der ersten Phase mit dem Ausgangsknoten zu verbinden und den ersten Anschluss des Induktors während der zweiten Phase mit dem Masseknoten zu verbinden.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 6, wobei der Induktorstrom im invertierenden Aufwärtsmodus während der ersten Phase vom Ausgangsknoten durch den Induktor zum Masseknoten fließt und während der zweiten Phase vom Masseknoten durch den Induktor zum fliegenden Kondensator fließt.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 6, wobei der wenigstens eine Schalter dazu ausgebildet ist, in einem invertierenden Abwärtsmodus sowohl während der ersten Phase als auch während der zweiten Phase den ersten Anschluss des Induktors mit dem Ausgangsknoten zu verbinden.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Lastkondensator, der mit einem Ausgangsknoten gekoppelt ist, an den die negative Ausgangsspannung ausgegeben wird, wobei die mehreren Schalter wenigstens einen Schalter umfassen, der dazu ausgebildet ist, in einem invertierenden Abwärtsmodus den ersten Anschluss des Induktors während der ersten Phase mit dem Ausgangsknoten zu verbinden und die positive Eingangsspannung während der zweiten Phase an den ersten Anschluss des Induktors anzulegen.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 9, wobei die mehreren Schalter dazu ausgebildet sind, den Induktorstrom im invertierenden Aufwärtsmodus so zu steuern, dass er während der ersten Phase vom Ausgangsknoten durch den Induktor zum Masseknoten fließt und während der zweiten Phase von einem Eingangsknoten, an den die positive Eingangsspannung angelegt ist, durch den Induktor zum fliegenden Kondensator fließt.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 9, wobei der wenigstens eine Schalter dazu ausgebildet ist, in einem invertierenden Abwärtsmodus den ersten Anschluss des Induktors mit dem Ausgangsknoten zu verbinden.
Invertierender Schaltregler zum Generieren einer negativen Ausgangsspannung auf Basis einer positiven Eingangsspannung, wobei der invertierende Schaltregler Folgendes aufweist: einen Induktor, der dazu ausgebildet ist, einen Strom von einem ersten Anschluss des Induktors zu einem zweiten Anschluss des Induktors durchlaufen zu lassen; und einen Flying Capacitor, der dazu ausgebildet ist, während einer ersten Phase durch die positive Eingangsspannung geladen zu werden und während einer zweiten Phase eine negative Spannung am zweiten Anschluss des Induktors entsprechend den gespeicherten Ladungen zu bewirken, wobei der Induktorstrom während der ersten Phase zu einem Masseknoten fließt und während der zweiten Phase zum fliegenden Kondensator fließt.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 12, des Weiteren umfassend mehrere Schalter, die ausgebildet sind, um: einen ersten Anschluss des fliegenden Kondensators während der ersten Phase mit einem Eingangsknoten, an den die positive Eingangsspannung angelegt ist, zu verbinden; den ersten Anschluss des fliegenden Kondensators während der zweiten Phase mit dem Masseknoten zu verbinden; einen zweiten Anschluss des fliegenden Kondensators während der ersten Phase mit dem Masseknoten zu verbinden; und während der zweiten Phase den zweiten Anschluss des fliegenden Kondensators vom Masseknoten zu isolieren und den zweiten Anschluss des fliegenden Kondensators mit dem zweiten Anschluss des Induktors zu verbinden.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 12, des Weiteren umfassend mehrere Schalter, die des Weiteren dazu ausgebildet sind, während der ersten Phase den zweiten Anschluss des Induktors mit dem Masseknoten zu verbinden und die negative Spannung, die aus der positiven Eingangsspannung invertiert wird, bereitzustellen, wenn die zweite Phase beginnt.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 12, des Weiteren umfassend einen Lastkondensator, der mit einem Ausgangsknoten gekoppelt ist, an den die negative Ausgangsspannung ausgegeben wird, wobei der Induktorstrom während der ersten Phase und der zweiten Phase vom Ausgangsknoten zum ersten Anschluss des Induktors fließt.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 12, des Weiteren umfassend einen Lastkondensator, der mit einem Ausgangsknoten gekoppelt ist, an den die negative Ausgangsspannung ausgegeben wird, wobei der Induktorstrom während der ersten Phase vom Ausgangsknoten zum ersten Anschluss des Induktors fließt und während der zweiten Phase vom Masseknoten zum ersten Anschluss des Induktors fließt.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 16, wobei der erste Anschluss des Induktors während der ersten Phase die negative Ausgangsspannung aufweist und während der zweiten Phase ein Massepotential aufweist.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 12, des Weiteren umfassend einen Lastkondensator, der mit einem Ausgangsknoten gekoppelt ist, an den die negative Ausgangsspannung ausgegeben wird, wobei der Induktorstrom während der ersten Phase vom Ausgangsknoten zum ersten Anschluss des Induktors fließt und während der zweiten Phase von einem Eingangsknoten, an den die positive Eingangsspannung angelegt ist, zum ersten Anschluss des Induktors fließt.
Invertierender Schaltregler nach Anspruch 18, wobei der erste Anschluss des Induktors während der ersten Phase die negative Ausgangsspannung aufweist und während der zweiten Phase die positive Eingangsspannung aufweist.
Verfahren zum Bereitstellen einer negativen Ausgangsspannung auf Basis einer positiven Eingangsspannung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Flying Capacitor durch die positive Eingangsspannung während einer ersten Phase zu laden; einen Induktorstrom so zu lenken, dass er während der ersten Phase sequentiell durch einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss eines Induktors zu einem Masseknoten fließt; während einer zweiten Phase eine negative Spannung an den zweiten Anschluss des Induktors entsprechend den gespeicherten Ladungen des fliegenden Kondensators anzulegen; und den Induktorstrom so zu lenken, dass er während der zweiten Phase sequentiell durch den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss des Induktors zum fliegenden Kondensator fließt.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Laden des fliegenden Kondensators durch die positive Eingangsspannung während der ersten Phase Folgendes umfasst: einen ersten Anschluss des fliegenden Kondensators mit dem Masseknoten zu verbinden; und einen zweiten Anschluss des fliegenden Kondensators mit einem Eingangsknoten, an den die positive Eingangsspannung angelegt ist, zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Anlegen der negativen Spannung an den zweiten Anschluss des Induktors Folgendes umfasst: den ersten Anschluss des fliegenden Kondensators vom Masseknoten zu trennen; den ersten Anschluss des fliegenden Kondensators mit dem zweiten Anschluss des Induktors zu verbinden; und den zweiten Anschluss des fliegenden Kondensators mit dem Masseknoten zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Lenken des Induktorstroms, so dass er zum Masseknoten fließt, Folgendes umfasst: den ersten Anschluss des Induktors mit einem Ausgangsknoten, dem die negative Ausgangsspannung bereitgestellt wird, zu verbinden; und den zweiten Anschluss des Induktors mit dem Masseknoten zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Lenken des Induktorstroms, so dass er zum Masseknoten fließt, Folgendes umfasst: den ersten Anschluss des Induktors vom Masseknoten oder einem Eingangsknoten, an den die positive Eingangsspannung angelegt ist, zu trennen; und den ersten Anschluss des Induktors mit einem Ausgangsknoten, dem die negative Ausgangsspannung bereitgestellt wird, zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Lenken des Induktorstroms, so dass er zum fliegenden Kondensator fließt, Folgendes umfasst: den zweiten Anschluss des Induktors vom Masseknoten zu trennen; und den zweiten Anschluss des Induktors mit dem fliegenden Kondensator zu verbinden.