JP6898447B2 - Battery charging system - Google Patents

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Description

<関連出願>
本願は、2017年11月30日出願の米国特許出願15/828,158号、および2016年12月1日出願の米国仮出願62/428,737号、62/429,056号、62/429,058号の優先権を主張する。これら文献の内容は、そのすべてがあらゆる目的において参照により本願に組み込まれる。
<Related application>
This application applies to US patent applications 15 / 828, 158 filed November 30, 2017, and US provisional applications 62 / 428,737, 62 / 429,056, 62/429 filed December 1, 2016. , 058 claim priority. The contents of these documents are all incorporated herein by reference for all purposes.

本発明の実施形態は、充電システムに関し、具体的にはバッテリ充電システムに関するものである。 Embodiments of the present invention relate to a charging system, specifically a battery charging system.

バッテリ充電を含むモバイルデバイスを用いることに対する要求が増加している。特にモバイルデバイスのバッテリ充電は、高速かつ効率的であることが望ましい。多くのバッテリ充電は、2つの直列接続されたトランジスタを有し、このトランジスタはBuckレギュレータを形成するように構成されており、スイッチング充電器として機能するように、制御回路によって駆動される。しかし、Buckレギュレータ内のインダクタのサイズを小さく維持するとともに、インダクタのDC抵抗(DCR)を小さく維持するために、超列接続トランジスタを高周波数(2〜4MHz)でスイッチングする場合がある。 There is an increasing demand for the use of mobile devices, including battery charging. In particular, battery charging of mobile devices is desirable to be fast and efficient. Many battery charges have two transistors connected in series, which are configured to form a Buck regulator and are driven by a control circuit to act as a switching charger. However, in order to keep the size of the inductor in the Buck regulator small and the DC resistance (DCR) of the inductor small, the super column connection transistor may be switched at a high frequency (2 to 4 MHz).

高速充電要求を満たすため(例:3A以上のバッテリ充電電流)、バス電圧は9V、12V、あるいはそれ以上に上げられ、これによりユニバーサルシリアルバス(USB)マイクロコネクタのVBUSピン電流要件を充足している。しかし、高いVBUS電圧は高スイッチング周波数においてさらに多大なスイッチング損失を生じさせ、このスイッチング損失は2つの直列接続トランジスタ間の電圧に比例する。また高いVBUS電圧を用いると出力インダクタのリップル電流が増加し、高電圧処理は大きい部品を必要とし、これによりダイサイズが増加してコストが高くなる。さらに、トランジスタサイズが増えると導電損失が減少するが、スイッチング損失が増加する。したがって、より良い高効率なバッテリ充電システムに対するニーズがある。本願に関連する技術として、特許文献1〜5がある。 To meet fast charging requirements (eg battery charging current above 3A), the bus voltage can be raised to 9V, 12V or higher, thereby satisfying the VBUS pin current requirement for universal serial bus (USB) microconnectors. There is. However, high VBUS voltage causes even greater switching loss at high switching frequencies, which is proportional to the voltage between the two series-connected transistors. Further, when a high VBUS voltage is used, the ripple current of the output inductor increases, and the high voltage processing requires a large component, which increases the die size and the cost. Further, as the transistor size increases, the conductive loss decreases, but the switching loss increases. Therefore, there is a need for a better and more efficient battery charging system. Patent Documents 1 to 5 are techniques related to the present application.

US 2009/0033293 A1US 2009/0033293 A1 US 9,431 ,845 B2US 9,431,845 B2 US 2015/0188362 A1US 2015/0188362 A1 US 2016/0329809 A1US 2016/0329809 A1 US 2016/0261190 A1US 2016/0261190 A1

本発明の側面において、充電システムは:バス電圧を受け取るように接続された第1トランジスタ;前記第1トランジスタに対して直列接続された第2トランジスタ;前記第1トランジスタと前記第2トランジスタに対して直列接続された第3トランジスタ;グラウンドと前記第3トランジスタとの間に接続された第4トランジスタ;前記第1トランジスタ、前記第2トランジスタ、前記第3トランジスタ、および前記第4トランジスタそれぞれのゲートを制御するように接続されたスイッチング制御回路;前記第2トランジスタと前記第3トランジスタを交差して接続されたフライングキャパシタ;を備え、前記第2トランジスタと前記第3トランジスタとの間のノードは、出力インダクタに対して接続され、前記スイッチング制御回路が前記第1トランジスタ、前記第2トランジスタ、前記第3トランジスタ、および前記第4トランジスタをスイッチングするのにともなってシステム電圧を提供するように構成されている。 In aspects of the invention, the charging system is: a first transistor connected to receive a bus voltage; a second transistor connected in series with the first transistor; with respect to the first transistor and the second transistor. A third transistor connected in series; a fourth transistor connected between the ground and the third transistor; controls the gates of the first transistor, the second transistor, the third transistor, and the fourth transistor. A switching control circuit connected so as to; a flying capacitor connected by crossing the second transistor and the third transistor; the node between the second transistor and the third transistor is an output inductor. The switching control circuit is configured to provide system voltage as it switches between the first transistor, the second transistor, the third transistor, and the fourth transistor.

実施形態に係る充電方法は:4つの直列接続されたトランジスタを交差してバス電圧を受け取るステップ;前記4つの直列接続されたトランジスタのうち2つのゲートを駆動して、前記4つの直列接続されたトランジスタのうち2つを交差するように接続されたフライングキャパシタを充電するステップ;前記4つの直列接続されたトランジスタのうち、出力インダクタに接続してシステム電圧を提供することができるノードを有する2つのトランジスタのゲートを駆動するステップ;を有する。 The charging method according to the embodiment is: a step of crossing four series-connected transistors to receive a bus voltage; driving two gates of the four series-connected transistors and connecting the four series. The step of charging a flying capacitor connected so as to intersect two of the transistors; two of the four series connected transistors having a node capable of connecting to an output inductor to provide system voltage. It has a step of driving the gate of the transistor;

これらおよびその他の実施形態は、以下の図面を参照して後述する。 These and other embodiments will be described later with reference to the drawings below.

従来のバッテリ充電システムを示す。Shown is a conventional battery charging system.

本発明の実施形態に係るバッテリ充電システムを示す。The battery charging system according to the embodiment of the present invention is shown.

以下の説明において、本発明の実施形態を説明する詳細部分について述べる。ただし当業者にとって、実施形態はこれら詳細部分のうち一部または全部がなくとも実施できることは明らかである。本明細書が開示する具体的実施形態は、説明のためのものであり、限定のためのものではない。当業者は、本明細書において明示していなくとも、本開示の範囲と趣旨に含まれるその他の実施形態を実現できるであろう。 In the following description, the details for explaining the embodiment of the present invention will be described. However, it is clear to those skilled in the art that embodiments can be implemented without some or all of these details. The specific embodiments disclosed herein are for illustration purposes only and not for limitation purposes. One of ordinary skill in the art will be able to realize other embodiments included in the scope and intent of the present disclosure, even if not expressly provided herein.

発明の側面と実施形態を示す本明細書と添付する図面は、限定とみなすべきではない。特許請求範囲が本発明の保護範囲を定義する。本明細書と特許請求範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更をなすことができる。本発明を不明瞭にしないため、実施例において、既知の構造や技術は示しておらず、または詳細を記載していない。 The present specification and accompanying drawings showing aspects and embodiments of the invention should not be considered limiting. The claims define the scope of protection of the present invention. Various changes can be made without departing from the spirit and scope of this specification and the claims. In order not to obscure the present invention, the known structures and techniques are not shown or described in detail in the examples.

ある実施形態を参照して詳細に記載した要素とそれに関連する側面は、実施可能である場合、明示的に図示または記載していない他の実施形態においても含めることができる。例えばある要素がある実施形態を参照して詳細に記載されており別実施形態を参照して記載されていない場合、その要素は別実施形態に含まれるものとして特許請求することができる。 Elements described in detail with reference to one embodiment and related aspects can also be included in other embodiments not explicitly illustrated or described, if feasible. For example, if an element is described in detail with reference to one embodiment and not described with reference to another embodiment, the element can be claimed as being included in another embodiment.

図1は、従来の充電システム100を示す。充電システム100は、トランジスタ130(Q1)、132(Q2)、および134(Q3)のゲートに接続して駆動するスイッチング充電制御回路110を有する。トランジスタ130(Q1)は、バッテリ逆流ブロックトランジスタであり、外部電圧VBUSが存在するときコントローラ110によって閉じられ、存在しないとき開かれる。 FIG. 1 shows a conventional charging system 100. The charging system 100 includes a switching charge control circuit 110 that is connected to and driven by the gates of transistors 130 (Q1), 132 (Q2), and 134 (Q3). The transistor 130 (Q1) is a battery backflow block transistor, which is closed by the controller 110 when the external voltage VBUS is present and opened when it is not present.

トランジスタ132(Q2)と134(Q3)は、ブロックトランジスタ130とグラウンドとの間に直列接続されている。トランジスタ132と134との間のノードはインダクタ120に接続され、インダクタ120は出力キャパシタ136と直列接続されている。トランジスタ132、134とインダクタ120は、スイッチング充電器として機能するbuckレギュレータを形成する。システム電圧はインダクタ120によって提供され、外部システムに対して電力供給するために用いることができる。さらにシステム電圧は、スイッチトランジスタ122に接続して、バッテリパック150からの電力を供給しまたは受け取る。トランジスタ122(Q4)は、電力パス制御回路140に対して電力供給するように接続されたゲートを有し、バッテリパック150に対する電力パスを制御するバッテリスイッチである。トランジスタ130、132、134、122は、例えばMOSFETトランジスタである。 The transistors 132 (Q2) and 134 (Q3) are connected in series between the block transistor 130 and the ground. The node between the transistors 132 and 134 is connected to the inductor 120, which is connected in series with the output capacitor 136. The transistors 132, 134 and the inductor 120 form a back regulator that functions as a switching charger. The system voltage is provided by the inductor 120 and can be used to power the external system. Further, the system voltage is connected to the switch transistor 122 to supply or receive power from the battery pack 150. The transistor 122 (Q4) is a battery switch having a gate connected to supply power to the power path control circuit 140 and controlling the power path to the battery pack 150. Transistors 130, 132, 134, 122 are, for example, MOSFET transistors.

制御回路110は、入力VBUS、IBatt、VBatt、TBattを受け取る。電圧VBUSは、外部電力源からの入力DC電圧である。電圧VBUSは、ブロックトランジスタ131を介して、直列接続トランジスタ132および134の高電圧側に対して接続されている。入力IBattは、バッテリパック150に対するまたはバッテリパック150からの電流を示し、電流センサ126によって測定される。電流センサ126は、トランジスタ122を介して、バッテリパック150のバッテリ152からの電流を測定するように接続されている。電圧VBattは、電圧センサ128によって判定される。電圧センサ128は、バッテリパック150を交差して接続され、バッテリ電圧を示す。温度信号TBattは、バッテリパック150内の温度モニタ154から受信される。 The control circuit 110 receives the inputs VBUS, IBatt, VBatt, and TBatt. The voltage VBUS is an input DC voltage from an external power source. The voltage VBUS is connected to the high voltage side of the series connection transistors 132 and 134 via the block transistor 131. The input IBatt indicates the current to or from the battery pack 150 and is measured by the current sensor 126. The current sensor 126 is connected via a transistor 122 to measure the current from the battery 152 of the battery pack 150. The voltage VBatt is determined by the voltage sensor 128. The voltage sensor 128 is connected across the battery pack 150 to indicate the battery voltage. The temperature signal TBatt is received from the temperature monitor 154 in the battery pack 150.

制御回路110は、スイッチングトランジスタ132と134のゲートを駆動して、インダクタ120およびキャパシタ136とともにBuckレギュレータとして機能するように電力を提供する。インダクタ120からの電圧は、トランジスタ122を介してバッテリパック150へ接続され、これによりバッテリパック150のバッテリ152を充電する。トランジスタ122のゲートは電力パス制御回路124と接続され、電力パス制御回路124は、バッテリ温度TBatt、電流IBatt、バッテリ電圧VBattにしたがって電力パスを制御して、必要に応じてバッテリパック150を充電または放電する。 The control circuit 110 drives the gates of the switching transistors 132 and 134 to provide power to function as a Buck regulator along with the inductor 120 and the capacitor 136. The voltage from the inductor 120 is connected to the battery pack 150 via the transistor 122, thereby charging the battery 152 of the battery pack 150. The gate of the transistor 122 is connected to the power path control circuit 124, which controls the power path according to the battery temperature TBatt, the current IBatt, and the battery voltage VBatt to charge or charge the battery pack 150 as needed. Discharge.

システム100は、動作について複数の課題がある。実施形態において、トランジスタ132(Q2)と133(Q3)は、高周波数(2〜4MHz)でスイッチングする必要がある。高周波数スイッチングは、インダクタ120のインダクタンスを低く維持して(例:アプリケーションによっては0.47μH)、インダクタ120の直流抵抗(DCR)値を減少させ、インダクタ120を物理的に小型化し、インダクタ120とキャパシタ136の効率的な動作を可能とする。しかし高スイッチング周波数によりスイッチング損失が増加し、インダクタ120の低DCRから得られる効率的なゲインのうち少なくとも一部をオフセットさせる。 The system 100 has a plurality of problems in operation. In the embodiment, the transistors 132 (Q2) and 133 (Q3) need to be switched at a high frequency (2-4 MHz). High frequency switching keeps the inductance of the inductor 120 low (eg 0.47 μH in some applications), reduces the DC resistance (DCR) value of the inductor 120, physically miniaturizes the inductor 120, and makes it with the inductor 120. It enables efficient operation of the capacitor 136. However, the high switching frequency increases the switching loss and offsets at least a portion of the efficient gain obtained from the low DCR of the inductor 120.

さらに、現在の高速充電要求を満たすためには、バス電圧VBUSを増やす必要がある。これら増加したバス電圧は、USBマイクロコネクタのVBUSピン電流要件も満たす。例えば3A以上のバッテリ充電電流は、これら要件を満たすために、9V〜12VのVBUS電圧を必要とする。しかし高いVBUS電圧は、高スイッチング周波数においてより多くのスイッチング損失を生じさせる。スイッチング損失は、トランジスタ132(Q2)と134(Q3)を交差する電圧に比例し、これはVBUS電圧だからである。高VBUS電圧はまた、インダクタ120のリップル電流を増加させ、これによりシステム電圧VSYSにおいてより多くのリップル電圧が生じる。VSYSのリップル電圧を減少させるためには、インダクタ120のインダクタンスを同じに維持しつつスイッチング周波数を増加させるべきであり、これはスイッチング損失をさらに増加させてシステム100の効率を減少させる。 Further, in order to meet the current high-speed charging requirement, it is necessary to increase the bus voltage VBUS. These increased bus voltages also meet the VBUS pin current requirements for USB microconnectors. For example, a battery charging current of 3A or more requires a VBUS voltage of 9V to 12V to meet these requirements. However, high VBUS voltage causes more switching loss at high switching frequencies. This is because the switching loss is proportional to the voltage at which the transistors 132 (Q2) and 134 (Q3) intersect, which is the VBUS voltage. The high VBUS voltage also increases the ripple current in the inductor 120, which results in more ripple voltage at the system voltage VSYS. In order to reduce the ripple voltage of VSYS, the switching frequency should be increased while maintaining the same inductance of the inductor 120, which further increases the switching loss and reduces the efficiency of the system 100.

また、高VBUS電圧要件は高電圧プロセスを必要とし、これはより大きい回路要素を必要とする。これによりダイサイズが大きくなり、効率要件を満たすための製造コストが高くなる。MOSFETサイズが増えると(抵抗Rdson値が減る)導電損失が減るが、サイズが大きくなるとスイッチング損失が増える。したがって、システム100の高効率を実現するためにMOSFET導電損失を減らすのは、限界がある。 Also, the high VBUS voltage requirement requires a high voltage process, which requires larger circuit elements. This increases the die size and increases the manufacturing cost to meet the efficiency requirements. As the MOSFET size increases (the resistance Rdson value decreases), the conductive loss decreases, but as the size increases, the switching loss increases. Therefore, there is a limit to reducing MOSFET conductivity loss in order to achieve high efficiency of the system 100.

本発明の実施形態は、図1に示すスイッチング充電システム100を改善する方法を提供する。具体的には、インダクタンスと物理的サイズが小さい出力インダクタを提供しつつ、低周波数でスイッチングするニーズがある。これによりDCRをさらに減らして、システム効率を増加させ、リップル電流を減らしてシステム電圧VSYSのリップル電圧要件を満たす。 Embodiments of the present invention provide a method of improving the switching charging system 100 shown in FIG. Specifically, there is a need for switching at low frequencies while providing an output inductor with low inductance and physical size. This further reduces DCR, increases system efficiency, and reduces ripple current to meet the ripple voltage requirements of the system voltage VSYS.

本発明に係る実施形態は、新たなスイッチング充電配置を提供して、インダクタサイズが大きくなるペナルティを生じさせることなく低スイッチング周波数を可能とする。またこのスイッチング配置は、スイッチング損失を減少させ、これによりシステム効率を増やす。さらに、新たなスイッチング配置により、低電圧プロセスを用いて高入力電圧を取り扱うことが可能となり、充電器のダイサイズと製造コストをさらに減少させることができる。また新たな配置により、高速充電電流(例:3A以上)が可能となるとともに、VBUS電流をUSB(1.8A)またはTypeCコネクタ(2.5A)の電流制限以下に維持することができる。さらに、トランジスタサイズを増やして(Rdson値が小さくなる)、スイッチング損失を増やすことなくトランジスタ導電損失をさらに減少させることができる。 Embodiments of the present invention provide a new switching charge arrangement to allow low switching frequencies without incurring a penalty of increased inductor size. This switching arrangement also reduces switching loss, thereby increasing system efficiency. In addition, the new switching arrangement allows high input voltages to be handled using low voltage processes, further reducing the die size and manufacturing costs of the charger. In addition, the new arrangement enables high-speed charging current (eg, 3A or more) and keeps VBUS current below the current limit of USB (1.8A) or Type C connector (2.5A). Further, the transistor size can be increased (the Rdson value becomes smaller) to further reduce the transistor conductive loss without increasing the switching loss.

図2は、本発明の実施形態に係るスイッチング充電システム200を示す。図2に示すように、スイッチング充電制御回路210は、直列接続トランジスタ230(Q2)、232(Q3)、234(Q4)、および236(Q5)それぞれのゲートに接続されている。さらにキャパシタ240(CFLY)は、トランジスタ232(Q3)と234(Q4)の直列接続ペアを交差して提供されている。出力インダクタ230は、トランジスタ232と234との間のノードに接続され、図2に示す出力インダクタ120よりも小さい(物理的サイズとインダクタンスともに)。直列接続トランジスタ230、232、234、236は独立して駆動し、任意のデューティサイクル(例:1%〜99%)でシステム200をシームレスに動作させることができる。 FIG. 2 shows a switching charging system 200 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the switching charge control circuit 210 is connected to the gates of the series connection transistors 230 (Q2), 232 (Q3), 234 (Q4), and 236 (Q5), respectively. Further, the capacitor 240 (CFLY) is provided by crossing a series connection pair of transistors 232 (Q3) and 234 (Q4). The output inductor 230 is connected to the node between the transistors 232 and 234 and is smaller than the output inductor 120 shown in FIG. 2 (both physical size and inductance). The series connection transistors 230, 232, 234, and 236 can be driven independently to allow the system 200 to operate seamlessly in any duty cycle (eg: 1% to 99%).

通常動作中における直列接続トランジスタ232(Q3)と234(Q4)を交差する電圧は、これらを交差するキャパシタ240(CFLY)を導入したことにより、VBUS上の入力電圧の半分でよい。この結果、トランジスタ230、232、234、236それぞれのスイッチング損失は、同じスイッチング周波数において、図1に示すシステム100の4分の1となる。4つの直列接続MOSFET230、232、234、236が存在するが、同じ周波数でスイッチングしたとき、総スイッチング損失はシステム100の半分である。システム200はさらに、高VBUS電圧で低電圧プロセスを用いることを可能とする(VBUS/2)。トランジスタ232と234はバス電圧の半分でスイッチングされるからである。 The voltage that intersects the series connection transistors 232 (Q3) and 234 (Q4) during normal operation may be half the input voltage on the VBUS by introducing the capacitor 240 (CFLY) that intersects them. As a result, the switching loss of each of the transistors 230, 232, 234, and 236 is one-fourth that of the system 100 shown in FIG. 1 at the same switching frequency. There are four series-connected MOSFETs 230, 232, 234, 236, but when switching at the same frequency, the total switching loss is half that of system 100. System 200 also allows the use of low voltage processes at high VBUS voltages (VBUS / 2). This is because the transistors 232 and 234 are switched at half the bus voltage.

さらに、通常動作中におけるインダクタ220を交差する電圧は、図1のインダクタ120の半分以下である。したがってインダクタ220のインダクタ値は、同じスイッチング周波数および同じVBUS電圧において、図1のインダクタ120の半分以下であってもよい。図2に示すように、小インダクタンスと小DCRによってインダクタ220をより小さくすることにより、システム200の効率をシステム100よりも向上させることができる。VSYS値に基づきVBUS電圧を調整してVBUSをVSYSの2倍に維持することができる場合(例:USB PDを用いて)、インダクタ220のインダクタンスはさらに減少させることができる。またインダクタ220のインダクタンスをインダクタ120と同じとし、スイッチング周波数を減少させることもできる。これによりシステム効率がさらに増加する。 Further, the voltage crossing the inductor 220 during normal operation is less than half that of the inductor 120 of FIG. Therefore, the inductor value of the inductor 220 may be less than half that of the inductor 120 of FIG. 1 at the same switching frequency and the same VBUS voltage. As shown in FIG. 2, the efficiency of the system 200 can be improved as compared with the system 100 by making the inductor 220 smaller by the small inductance and the small DCR. If the VBUS voltage can be adjusted based on the VSYS value to maintain VBUS twice as high as VSYS (eg, using a USB PD), the inductance of the inductor 220 can be further reduced. Further, the inductance of the inductor 220 can be made the same as that of the inductor 120, and the switching frequency can be reduced. This further increases system efficiency.

結果として、本発明の実施形態は、直列接続スイッチングトランジスタ230(Q2)、232(Q3)、234(Q4)、236(Q5)を備えるとともに、トランジスタ232(Q3)と234(Q4)との間に接続されたフライングキャパシタ240CFLYを備える。この配置を出力インダクタ220と組み合わせて、VSYSにしたがってVBUS電圧を調整してVBUSをVSYSの2倍近くに維持することにより出力インダクタ220のサイズとインダクタンスを小さくし、スイッチング周波数を減少させてシステム効率を改善し、高VBUS電圧を充足するために低電圧プロセスを用いることができる。さらに、低電圧によりダイサイズとコストが抑制される。 As a result, embodiments of the present invention include series-connected switching transistors 230 (Q2), 232 (Q3), 234 (Q4), 236 (Q5) and between the transistors 232 (Q3) and 234 (Q4). The flying capacitor 240CFLY connected to is provided. This arrangement is combined with the output inductor 220 to reduce the size and inductance of the output inductor 220 and reduce the switching frequency by adjusting the VBUS voltage according to VSYS to keep the VBUS nearly twice the VSYS and system efficiency. A low voltage process can be used to improve and satisfy the high VBUS voltage. In addition, the low voltage reduces die size and cost.

図2に示すように、トランジスタ230とトランジスタ236は、トランジスタ232と234がスイッチングキャパシタとして動作してインダクタ220により形成されたbuckレギュレータを駆動するとき、フライングキャパシタ240を充電するように動作する。実施形態において、4つのトランジスタ230、232、234、236(Q2〜Q5)の効率的な駆動方式を用いて、各MOSFETを個別駆動し、システム200を1%〜99%のデューティサイクルでシームレスに動作させることができる。またシステム200は、最小の外部ブートストラップキャパシタを備える(バイパス回路上のCBYPとバス電圧キャパシタCIN、図2のシステム200においてのみ示す)。またシステム200は、VBUS電圧をVSYS電圧の2倍に制御して、最適効率を実現することができる。さらにフライングキャパシタを交差する電圧を変化させて、最適ラインおよび負荷過渡要件を充足することができる。 As shown in FIG. 2, the transistors 230 and 236 operate to charge the flying capacitor 240 when the transistors 232 and 234 operate as switching capacitors to drive a back regulator formed by the inductor 220. In an embodiment, each MOSFET is individually driven using an efficient drive scheme of four transistors 230, 232, 234, 236 (Q2-Q5) to seamlessly drive the system 200 with a duty cycle of 1% to 99%. Can be operated. The system 200 also includes a minimum external bootstrap capacitor (CBYP and bus voltage capacitor CIN on the bypass circuit, shown only in system 200 of FIG. 2). Further, the system 200 can control the VBUS voltage to twice the VSYS voltage to realize the optimum efficiency. In addition, the voltage across the flying capacitors can be varied to meet optimum line and load transient requirements.

上記詳細説明は、本発明の具体的実施形態を説明するために提供するものであり、限定を意図したものではない。本発明の範囲内で様々な変形や変更が可能である。本発明は特許請求範囲によって提示される。 The above detailed description is provided for explaining a specific embodiment of the present invention, and is not intended to be limited. Various modifications and changes are possible within the scope of the present invention. The present invention is presented by claims.

Claims (14)

充電システムであって、
バス電圧を受け取るように接続された第1トランジスタ、
前記第1トランジスタに対して直列接続された第2トランジスタ、
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタに対して直列接続された第3トランジスタ、
グラウンドと前記第3トランジスタとの間に接続された第4トランジスタ、
前記第1トランジスタ、前記第2トランジスタ、前記第3トランジスタ、および前記第4トランジスタそれぞれのゲートを制御するように接続されたスイッチング制御回路、
前記第2トランジスタと前記第トランジスタを交差して接続されたフライングキャパシタ、
を備え、
前記第2トランジスタと前記第トランジスタとの間のノードは、出力インダクタに対して接続され、前記スイッチング制御回路が前記第1トランジスタ、前記第2トランジスタ、前記第3トランジスタ、および前記第4トランジスタをスイッチングするのにともなってシステム電圧を提供するように構成されており、
前記第1トランジスタと前記第4トランジスタは、前記フライングキャパシタを充電するように動作し、前記第2トランジスタと前記第3トランジスタは、前記第1および第4トランジスタとは別個にスイッチングトランジスタとして動作して前記出力インダクタを駆動する
ことを特徴とするシステム。
It ’s a charging system,
First transistor connected to receive bus voltage,
A second transistor connected in series with the first transistor,
A third transistor connected in series to the first transistor and the second transistor,
A fourth transistor connected between the ground and the third transistor,
A switching control circuit connected to control the gates of the first transistor, the second transistor, the third transistor, and the fourth transistor.
A flying capacitor, in which the second transistor and the third transistor are crossed and connected.
With
The node between the second transistor and the third transistor is connected to the output inductor, and the switching control circuit connects the first transistor, the second transistor, the third transistor, and the fourth transistor. It is configured to provide the system voltage as it switches.
The first transistor and the fourth transistor operate to charge the flying capacitor, and the second transistor and the third transistor operate as switching transistors separately from the first and fourth transistors. A system characterized by driving the output transistor.
前記第1トランジスタと前記バス電圧との間に、バススイッチングトランジスタが接続されている
ことを特徴とする請求項1記載のシステム
Wherein between the first transistor and the bus voltage, the system of claim 1, wherein the bus switching transistor is connected.
前記システム電圧は、電力パススイッチングトランジスタを介して、バッテリパックに対して接続されている
ことを特徴とする請求項1記載のシステム。
The system according to claim 1, wherein the system voltage is connected to the battery pack via a power path switching transistor.
電力パスコントローラに対して電力パススイッチングトランジスタが接続されている
ことを特徴とする請求項記載のシステム。
The system according to claim 3 , wherein a power path switching transistor is connected to the power path controller.
前記第2トランジスタと前記第3トランジスタは、前記バス電圧が前記システム電圧の2倍となるように配置されている
ことを特徴とする請求項4記載のシステム。
The system according to claim 4, wherein the second transistor and the third transistor are arranged so that the bus voltage is twice the system voltage.
前記第1トランジスタと前記第4トランジスタは、前記フライングキャパシタを交差する電圧が、前記システム電圧に接続されたラインおよび負荷過渡状態にしたがって変化するように、前記制御回路によって動作される
ことを特徴とする請求項1記載のシステム。
The first transistor and the fourth transistor are characterized in that they are operated by the control circuit so that the voltage crossing the flying capacitor changes according to the line connected to the system voltage and the load transient state. The system according to claim 1.
前記第2トランジスタと前記第3トランジスタは、1%〜99%のデューティサイクルで動作する
ことを特徴とする請求項1記載のシステム。
The system according to claim 1, wherein the second transistor and the third transistor operate in a duty cycle of 1% to 99%.
充電方法であって、
列接続されたトランジスタを交差してバス電圧を受け取るステップであって、前記直列接続されたトランジスタは、前記バス電圧に接続された第1トランジスタ、前記第1トランジスタに対して接続された第2トランジスタ、前記第2トランジスタに対して接続された第3トランジスタ、および、前記第3トランジスタとグラウンドに対して接続された第4トランジスタを含む、ステップ
前記直列接続されたトランジスタのうち前記第1トランジスタと前記第4トランジスタのゲートを駆動して、前記直列接続されたトランジスタのうち前記第2トランジスタと前記第3トランジスタを交差するように接続されたフライングキャパシタを充電するステップ、
前記直列接続されたトランジスタのうち前記第2トランジスタと前記第3トランジスタのゲートを、出力インダクタに接続してシステム電圧を提供することができる前記第2トランジスタと前記第3トランジスタとの間のノードを有する前記第1トランジスタと前記第4トランジスタのゲートとは別個に駆動するステップ、
を有することを特徴とする方法。
It ’s a charging method,
Comprising: receiving the bus voltage crosses the transistors series connected, said series connected transistors, the first transistor connected to the bus voltage, a second coupled to the first transistor A step, comprising a transistor, a third transistor connected to the second transistor, and a fourth transistor connected to the third transistor and ground .
Drives the gate of the fourth transistor and the first transistor of the series connected transistors, connected flying to intersect the third transistor and the second transistor of the series connected transistors Steps to charge the transistor,
The gate of the third transistor and the second transistor of the series connected transistors, a node between said second transistor capable of providing a system voltage connected to the output inductor and the third transistor A step of driving the first transistor and the gate of the fourth transistor separately.
A method characterized by having.
前記方法はさらに、前記バス電圧と前記直列接続されたトランジスタとの間に接続されたトランジスタを起動するステップを有する
ことを特徴とする請求項8記載の方法。
The method further method of claim 8, characterized in that it comprises a step of activating a transistor connected between said bus voltage and the series-connected separate transistors.
前記システム電圧は、バッテリパックを充電するために接続されている
ことを特徴とする請求項8記載の方法。
8. The method of claim 8, wherein the system voltage is connected to charge the battery pack.
前記方法はさらに、前記システム電圧と前記バッテリパックとの間に接続されたスイッチングトランジスタを起動するステップを有する
ことを特徴とする請求項10記載の方法。
10. The method of claim 10, further comprising activating a switching transistor connected between the system voltage and the battery pack.
前記バス電圧は、前記システム電圧の2倍である
ことを特徴とする請求項8記載の方法。
The method according to claim 8, wherein the bus voltage is twice the system voltage.
前記フライングキャパシタは、前記システム電圧に接続されたラインおよび負荷過渡状態にしたがって充電される
ことを特徴とする請求項8記載の方法。
8. The method of claim 8, wherein the flying capacitor is charged according to a line connected to the system voltage and a load transient state.
前記出力インダクタに接続されたノードを有する前記直列接続された前記第2トランジスタと前記第3トランジスタのゲートを駆動するステップは、1%〜99%のデューティサイクルで前記ゲートを駆動するステップを有する
ことを特徴とする請求項8記載の方法。
The step of driving the gate of said series connected second transistor and the third transistor having a node connected to said output inductor, it comprises the step of driving the gate 1% to 99% duty cycle 8. The method according to claim 8.
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