專利名稱：直流到直流轉(zhuǎn)換器的制作方法
直流到直流轉(zhuǎn)換器
本發(fā)明涉及直流到直流轉(zhuǎn)換器。
用于將第一直流電壓轉(zhuǎn)換為第二直流電壓的直流到直流轉(zhuǎn)換器是眾 所周知的。例如，這種直流轉(zhuǎn)換器用于便攜式電子設(shè)備的電壓供應(yīng)，以將 能量供應(yīng)源(電池、蓄電池)所提供的直流電壓轉(zhuǎn)換為另一通常更高的直 流電壓。
本發(fā)明的目的是提供一種直流到直流轉(zhuǎn)換器，其具有高效率和低接通 電壓。
該目的是通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流到直流轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)的。
因此，提供了一種直流到直流轉(zhuǎn)換器，包括直流到直流轉(zhuǎn)換器單元、 用于電壓轉(zhuǎn)換的第一場效應(yīng)晶體管、作為啟動(dòng)輔助元件的X5U^L型晶體管、 以及用于關(guān)斷*型晶體管的第二場效應(yīng)晶體管。與第一場效應(yīng)晶體管并
聯(lián)地裝配該雙極型晶體管，并將第二場效應(yīng)晶體管裝配在該雙極型晶體管 的上游。
因此，提供了一種直流到直流轉(zhuǎn)換器，由于*型晶體管的低閾值電 壓，該直流到直流轉(zhuǎn)換器在低啟動(dòng)電壓下也可被啟動(dòng)。然而，由于*型 晶體管對(duì)效率具有負(fù)面影響，因此在啟動(dòng)過程之后關(guān)斷該雙極型晶體管。 因此，提供了一種直流到直流轉(zhuǎn)換器，其具有高效率并且即使在低電壓下 也能夠啟動(dòng)。
因此， 一種直流到直流轉(zhuǎn)換器包括用于電壓轉(zhuǎn)換的場效應(yīng)晶體管； 雙極型啟動(dòng)輔助晶體管，與用于電壓轉(zhuǎn)換的場效應(yīng)晶體管并聯(lián)地裝配；以 及用于關(guān)斷的場效應(yīng)晶體管。該用于關(guān)斷的場效應(yīng)晶體管裝配在雙極型啟 動(dòng)輔助晶體管的上游。在啟動(dòng)時(shí)，即在接通時(shí)，用于該作為開關(guān)二極管的、 用于電壓轉(zhuǎn)換的場效應(yīng)晶體管的電壓非常低。因此，可以僅4吏用與該場效 應(yīng)晶體管并聯(lián)裝配的啟動(dòng)輔助二極管來進(jìn)行啟動(dòng)。 一旦電#啟動(dòng)，則電 路將產(chǎn)生足夠用于該用于電壓轉(zhuǎn)換的場效應(yīng)晶體管的操作的電壓，因此該
啟動(dòng)輔助二極管的功能不再是必要的。借助于單級(jí)級(jí)聯(lián)，可以產(chǎn)生至少
12V的電壓。借助于該電壓，在該啟動(dòng)輔助晶體管上游的該用于關(guān)斷的場 晶體管變?yōu)楦唠娮?，因此該啟?dòng)輔助晶體管對(duì)于該電路而言變得"不可 見"。
本發(fā)明的另外的發(fā)JblL從屬權(quán)利要求的主題。
在下文中，將參考附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的直流到直流轉(zhuǎn)換器的電路框圖；以及 圖2示出了圖1的直流到直流轉(zhuǎn)換器的電路圖。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的直流到直流轉(zhuǎn)換器的電路框圖。該直流到直 流轉(zhuǎn)換器包括輸入端，第一電壓U1被施加到該輸入端。該第一電壓對(duì)應(yīng) 于電池電壓，該電池電壓提供了用于電子設(shè)備的能量供應(yīng)。該直流到直流 轉(zhuǎn)換器還包括通/斷瞬時(shí)開關(guān)Tl、觸發(fā)器單元FF、直流到直流轉(zhuǎn)換器單 元DCW、加法單元AU和輸出開關(guān)AS。該直流到直流轉(zhuǎn)換器輸出第二 電壓U2和第三電壓U3。當(dāng)瞬時(shí)開關(guān)T1^L^動(dòng)時(shí)，信號(hào)/SET轉(zhuǎn)為低電 平，并且觸發(fā)器單元FF被置位。然而，如果該設(shè)備已被接通，則由于觸 發(fā)器單元FF已被置位并保持在該狀態(tài)中，因此/SET不起作用。瞬時(shí)開 關(guān)T1的輸出信號(hào)/ON被處理器接收并被相應(yīng)地處理。然而，如果該設(shè)備 仍處于關(guān)斷中，則信號(hào)/SET使得觸發(fā)器單元FF置位并且接通過程啟動(dòng)。 由于接通過程剛啟動(dòng)，因此處理器尚未工作，周而信號(hào)/ON保持不起作用。
觸發(fā)器單元FF用于直流到直流轉(zhuǎn)換器單元DCW的接通和關(guān)斷。通 過瞬時(shí)開關(guān)Tl來相應(yīng)地使得觸發(fā)器單元FF接通和置位。作為替代方案， 當(dāng)充電的電池單元(Batteriezelle)和蓄電池單元(Akkuzelle)衫L相應(yīng)地 插入該i殳備中時(shí)，觸發(fā)器單元FF被接通。如果瞬時(shí)開關(guān)被保持超過約一 秒或更多秒的時(shí)段，則可以通過由處理器連續(xù)推動(dòng)瞬時(shí)開關(guān)Tl斜目應(yīng)地 使得觸發(fā)器單元FF接通和復(fù)位。
通過信號(hào)ENABLE來啟動(dòng)直流到直流轉(zhuǎn)換器單元DCW。輸出開關(guān) AS用于將直流到直流轉(zhuǎn)換器單元的6V輸出電壓作為第三電壓U3而輸出 至電子設(shè)備。這在直流到直流轉(zhuǎn)換器單元DCW工作并產(chǎn)生輸出電壓并且 觸發(fā)器單元FF被置位時(shí)發(fā)生。因此，可以確保在轉(zhuǎn)換器單元DCW在啟 動(dòng)后處于穩(wěn)定狀態(tài)之前不輸出該輸出電壓。還可以確保該輸出電壓隨著該
轉(zhuǎn)換器的關(guān)斷而確定地關(guān)斷。
圖2示出了圖1的直流到直流轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖2所示的直流到直 流轉(zhuǎn)換器的電路圖以及各元件的具體值僅用于說明該轉(zhuǎn)換器的功能，而不 應(yīng)被視為限定性的。向該直流到直流轉(zhuǎn)換器的輸入端施加第一電壓Ul。 該直流到直流轉(zhuǎn)換器包括瞬時(shí)開關(guān)Tl、觸發(fā)器單元FF和直流到直流轉(zhuǎn) 換器單元DCW。此外，該電路包括電感L1、電容C1、第一場效應(yīng)晶體 管FET1 、第二場效應(yīng)晶體管FET2和雙極型晶體管BP1 。
如果在一定時(shí)間內(nèi)，在該電子設(shè)備的電池室內(nèi)不存在電池或蓄電池單 元，則電容C313可進(jìn)行放電。在電容器C313處電壓將升高，該電壓近 似地對(duì)應(yīng)于單元電壓(Zellenspannung )。這是由分壓器R324、該連接電 路的剩余部分、以及該電容器的漏電阻導(dǎo)致的。瞬時(shí)開關(guān)將旁路該漏電阻 并提高Q302的基fel處的電壓。晶體管變得導(dǎo)通，此外還4吏得觸發(fā)器置位。 晶體管Q302在其基極被施加正電壓時(shí)使得觸發(fā)器置位?？梢詮某潆姷膯?元(Zelle)經(jīng)由瞬時(shí)開關(guān)傳輸該電壓，而且在插入充電的單元時(shí)的正電壓 跳變^L夠的。該電壓跳變是由C313向晶體管的^L傳輸?shù)?。然而，?果電池或蓄電池單元被插入電池室中，則向下個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸正電壓跳變。如 果電池單元或蓄電池單元在一定時(shí)間內(nèi)位于電池室中，則經(jīng)由電容313 的漏電阻將電容313充電至單元電壓。因此，可經(jīng)由瞬時(shí)開關(guān)T1提高后 續(xù)節(jié)點(diǎn)處的電壓。因此，晶體管Q302均變得導(dǎo)通，瞬時(shí)開關(guān)T1的輸出 信號(hào)被設(shè)置為低電平，并且觸發(fā)器單元FF被置位。由于觸發(fā)器置位將阻 塞信號(hào)/ON，因此晶體管Q302用于解耦某些功能。
觸發(fā)器單元包括雙晶體管Q303,并且可以僅通過處理器而被復(fù)位。
例如，直流到直流轉(zhuǎn)換器單元DCW可包括Torex的IC XC9103。該 轉(zhuǎn)換器可以控制例如具有300kHz的開關(guān)頻率的外部晶體管。為了降噪， 電容器與分壓器的電阻器并聯(lián)連接。對(duì)該轉(zhuǎn)換器單元DCW的控制是通過
脈寬調(diào)制PWM以恒定頻率發(fā)生的。電感Ll (L301)被提供作為轉(zhuǎn)換器 線團(tuán)。優(yōu)選地，使用自耦變壓器。通過該轉(zhuǎn)換器-變壓器的繞組比率，可 以設(shè)置該轉(zhuǎn)換器的脈沖間隔比。
電阻器R364和R365用于從控制電路解耦濾波電容器C338。在電容 器C389處可以獲得14V的電壓，該電壓僅M示未受調(diào)節(jié)的電壓，因此 僅可負(fù)擔(dān)較低的電流。
導(dǎo)通變壓器Q305即第 一場效應(yīng)晶體管FET1引起流過轉(zhuǎn)換器-變壓器
的初級(jí)繞組的電流。當(dāng)該變壓器變?yōu)楦唠娮钑r(shí)，激勵(lì)線團(tuán)迫使該電流還經(jīng)
過二極管Q306并對(duì)濾波電容器C340進(jìn)行充電。該晶體管導(dǎo)通的時(shí)間越 長，對(duì)該電容器進(jìn)行充電的電流越大。
在下文中，描述了該轉(zhuǎn)換器使用較低的電池或單元電壓(Ul)的啟 動(dòng)。對(duì)于該啟動(dòng)而言，尤其必要的是第一場效應(yīng)晶體管FET1、與第一場 效應(yīng)晶體管FET1并聯(lián)連接的第一雙極型晶體管BP1、以及第二場效應(yīng)晶 體管FET2即Q307，其中該第一場效應(yīng)晶體管FET1指的是用于電壓轉(zhuǎn) 換的場效應(yīng)晶體管Q305,該第一雙極型晶體管BP1指的是啟動(dòng)輔助晶體 管Q306,該第二場效應(yīng)晶體管FET2指的是用于關(guān)斷的私^型場效應(yīng)晶 體管。
如果單元電壓為例如僅0.7V,則轉(zhuǎn)換器單元DCW可以在第一場效 應(yīng)晶體管FET1處僅提供0.7V的柵極-源極電壓。使用這樣的柵極-源極電 壓，該場效應(yīng)晶體管的漏極-源極通路的電阻并未低到足以充分激勵(lì)轉(zhuǎn)換 器把流團(tuán)Ll'
然而，X5U統(tǒng)型晶體管BP1即Q306在0.7V的^l-射極電壓時(shí)變得導(dǎo) 通，以啟動(dòng)轉(zhuǎn)換過程。當(dāng)輸出電壓正在提高時(shí)，則第一場效應(yīng)晶體管FET1 可以相應(yīng)地工作。
優(yōu)選地，針對(duì)高輸入電阻來確定轉(zhuǎn)換器單元DCW的輸出(即，從外 部開關(guān)晶體管EXT即管腳5輸出的驅(qū)動(dòng)或信號(hào))。然而，雙極型晶體管 BP1的低輸入電阻表示該信號(hào)的加載。這導(dǎo)致實(shí)際上可操作轉(zhuǎn)換器單元， 但是會(huì)出現(xiàn)低效率。這特別不利于延長電池單元或蓄電池單元的使用壽 命。因此，在雙極型晶體管BP1的上游布置^型第二場效應(yīng)晶體管FET2 即Q307，該FET2用作啟動(dòng)輔助晶體管。該第二場效應(yīng)晶體管FET2在 啟動(dòng)時(shí)是低電阻的，以使得雙極型晶體管BP1可以工作。
借助于單級(jí)級(jí)聯(lián)，產(chǎn)生約12V的電壓。該電壓導(dǎo)致在雙極型晶體管 BP1上游的第二場效應(yīng)晶體管FET2變?yōu)楦唠娮?。用于開關(guān)晶體管的信號(hào) 被分路，并且在開關(guān)FET1處以及經(jīng)由^型FET2在雙極型開關(guān)晶體管 BP1的基極處并行地施加該信號(hào)。在轉(zhuǎn)換器工作時(shí)，在該^中產(chǎn)生的約 12V的電壓導(dǎo)致在BP1的上游的FET2變?yōu)楦唠娮?。在這種情況下，BP1 不能負(fù)擔(dān)該電路。
為了在該直流到直流轉(zhuǎn)換器處使能6V的輸出電壓，觸發(fā)器FF必須 被置位，并且工作電壓必須可用。如果這兩個(gè)條件均滿足，則晶體管Q308
變得導(dǎo)通。然而，在晶體管Q309可變得導(dǎo)通之前，必須經(jīng)由電阻器R380 對(duì)電容C343進(jìn)行反向充電。因此，以約一秒的時(shí)延將輸出電壓傳輸至電 子i殳備。在此時(shí)間期間，可以安全地完成轉(zhuǎn)換器單元DCW的所有暫態(tài)過 程。
如果觸發(fā)器FF不再被置位，則可以經(jīng)由二極管D307對(duì)電容器C343 進(jìn)行放電。然后，晶體管Q309與導(dǎo)通期間相比顯著更快地阻斷。
第一場效應(yīng)晶體管FET1即Q305應(yīng)包括在較低的柵極-源極閾值電壓 時(shí)的較低的漏極-源極電阻以及盡可能小的柵極電容。
開關(guān)轉(zhuǎn)換器PMEM4020AND可包括X5L^L型晶體管BP1。
第二場效應(yīng)晶體管FET2即Q307應(yīng)在OV的柵極-源極電壓時(shí)具有最 小漏極-源極電阻。在漏極-源極電阻變?yōu)樽钚r(shí)的該電壓應(yīng)盡可能低。
轉(zhuǎn)換器單元DCW應(yīng)確保在盡可能低的工作電壓處啟動(dòng)，該轉(zhuǎn)換器單 元DCW由于組件的大小而應(yīng)具有較高的時(shí)鐘頻率，并且由于第一場效應(yīng) 晶體管FET1即Q305的柵極電容所導(dǎo)致的損耗而應(yīng)具有不過于高的時(shí)鐘 頻率。
此外，轉(zhuǎn)換器單元DCW應(yīng)包括純脈寬操作，以便能安全地處理來自 轉(zhuǎn)換器頻率的高頻(HF)干擾。此外，應(yīng)保障所有組件的外部電路。輸 出電壓可以是6V，輸出電流可介于OmA與50mA之間。
轉(zhuǎn)換器扼流閨L1即L301的變壓比可例如包括l: 4，以使得轉(zhuǎn)換器 單元DCW也可以在0.4至5V的輸入電壓穩(wěn)定輸出電壓。此外，轉(zhuǎn)換器 扼流圏Ll即L301應(yīng)包括盡可能高的電感，以確保即使在較低的工作電 壓時(shí)也能安全啟動(dòng)。由于預(yù)先確定了繞組體積，因此線規(guī)將隨著繞組匝數(shù) 的增大而減小，并且直流電阻將增加。優(yōu)選地，繞組包括6-:100-， 以允許轉(zhuǎn)換器在0.6V處開始安全地啟動(dòng)。這種電感可通過8: 32的繞組 來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于每個(gè)繞組而言，具有優(yōu)選的初級(jí)為0.26mm且次級(jí)為0.15mm 的直徑的單線^L夠的。使用這種線規(guī)，直到500mA的初級(jí)電流也可以 流動(dòng)較長的時(shí)段。所選擇的芯優(yōu)選地由材料N48組成，并具有為100的
上述直流到直流轉(zhuǎn)換器可例如分別設(shè)于用于無線麥克風(fēng)和無線耳內(nèi) 監(jiān)聽器的袖珍發(fā)射機(jī)中。替代地或附加地，該直流到直流轉(zhuǎn)換器還可在無 線麥克風(fēng)、無線耳機(jī)、無線助聽器等中實(shí)現(xiàn)。
替代地或附加地，上述直流到直流轉(zhuǎn)換器還可用于便攜式電子或電氣 設(shè)備中。
權(quán)利要求
1.一種直流到直流轉(zhuǎn)換器，包括直流到直流轉(zhuǎn)換器單元(DCW)，用于將第一直流電壓(U1)轉(zhuǎn)換為第二直流電壓，第一場效應(yīng)晶體管(FET1)，用于電壓轉(zhuǎn)換；雙極型晶體管(BP1)，作為該直流到直流轉(zhuǎn)換器接通時(shí)的啟動(dòng)輔助元件，其中該雙極型晶體管與第一場效應(yīng)晶體管(FET1)并聯(lián)地耦合，以及第二場效應(yīng)晶體管(FET2)，用于停用雙極型晶體管(BP1)，其中該第二場效應(yīng)晶體管(FET2)被連接在雙極型晶體管(BP1)的上游。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流到直流轉(zhuǎn)換器，其中所述第一場效應(yīng) 晶體管(FET1)被形成為增強(qiáng)型場效應(yīng)晶體管，并且所述第二場效應(yīng)晶 體管(FET2)被形成為私^型場效應(yīng)晶體管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流到直流轉(zhuǎn)換器，其中所述雙極型 晶體管(BP1)僅在所述直流到直流轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)期間有效。
4. 一種電子設(shè)備，包括根據(jù)權(quán)利要求l-3中任一個(gè)所述的直流到直流 轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種直流到直流轉(zhuǎn)換器，其包括直流到直流轉(zhuǎn)換器單元(DCW)、用于電壓轉(zhuǎn)換的第一場效應(yīng)晶體管(FET1)、作為啟動(dòng)輔助元件的雙極型晶體管(BP1)、以及用于關(guān)斷該雙極型晶體管(BP1)的第二場效應(yīng)晶體管(FET2)。所述雙極型晶體管(BP1)與第一場效應(yīng)晶體管(FET1)并聯(lián)地裝配，并且第二場效應(yīng)晶體管(FET2)裝配在雙極型晶體管(BP1)的上游。
文檔編號(hào)H02M1/00GK101351948SQ200680049959
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2006年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月30日
發(fā)明者弗蘭克·哈格邁爾, 彼得·希默爾賴希 申請(qǐng)人:森海塞爾電子股份有限及兩合公司