輸入電壓Vin，而非為固定參考電壓。其它電路可用以產(chǎn)生Vhigh及Vlowo如果Vout在兩個(gè)閾值之間，那么比較器64及66兩者輸出邏輯O。如果Vout在任一閾值之外，那么比較器64/66中的一者將輸出邏輯I。
[0042]當(dāng)Vin2大致等于Vinl且Vout達(dá)到目標(biāo)Vinl/N電平時(shí)，啟動完成。在所述實(shí)例中，Vout為大約l/2Vinl且N等于2。然而，可使用任何類型的切換式電容器轉(zhuǎn)換器對Vinl進(jìn)行倍增或分壓。
[0043]—旦電容器已被充分充電，輸入電流Iin便降到遠(yuǎn)低于電流限制閾值(由于不再存在浪涌電流)且最大柵極電壓便施加到FET 18(由于比較器34的輸出為零)以使得其本質(zhì)上成為閉合的開關(guān)。
[0044]在啟動階段開始時(shí)，計(jì)時(shí)器開關(guān)48閉合。借助受限最大電流接通輸入FET 18以使電壓Vin2斜升。FET Q1-Q4由電路塊46切換以使輸出電壓Vout斜升。電流源50將計(jì)時(shí)器電容器Ct充電以產(chǎn)生斜變電壓Vet。Vct及參考電壓Vrefl施加到啟動計(jì)時(shí)器比較器54的輸入，其中Vrefl對應(yīng)于圖5中的時(shí)間I。如果在時(shí)間I (Vct斜升到高于Vrefl)比較器34輸出仍為邏輯I (指示輸入FET 18仍處于電流限制)或“或”門70輸出仍為邏輯I (指示Vout在Vlow-Vhigh窗范圍之外)，那么故障控制電路46關(guān)斷輸入FET 18且發(fā)出故障報(bào)告信號。Vrefl經(jīng)選擇為大于浪涌電流處于電流限制的預(yù)期時(shí)間及使輸出電壓Vout斜升到其目標(biāo)范圍的預(yù)期時(shí)間。在時(shí)間I有效地檢查浪涌電流限制及Vout電平的狀態(tài)的步驟為圖7A中的步驟55?？墒褂煤唵芜壿媮韴?zhí)行此功能。
[0045]如果不存在啟動故障，那么FET Q1-Q4繼續(xù)由電路塊46以常規(guī)方式切換。在穩(wěn)態(tài)中，Vout為大致l/2Vinl (步驟79)。計(jì)時(shí)器開關(guān)48及68斷開且計(jì)時(shí)器電容器Ct由電壓源61以比Vrefl及Vref2高的電平偏置。
[0046]圖7B展示在穩(wěn)態(tài)操作期間在時(shí)間I之后執(zhí)行的步驟。
[0047]在穩(wěn)態(tài)中，輸入電流應(yīng)低于電流限制且Vout應(yīng)在Vhigh與Vlow之間。
[0048]如果在穩(wěn)態(tài)階段期間電流限制比較器34的輸出變高(輸入電流處于限制)或Vout在Vhigh及Vlow的范圍之外，那么二極管72或二極管74 (充當(dāng)“或”門)將變?yōu)楸徽蚱们议]合計(jì)時(shí)器開關(guān)68以起動第二計(jì)時(shí)器。這展示于圖7B的步驟80、82、84、88及90中。
[0049]當(dāng)開關(guān)68閉合時(shí)，計(jì)時(shí)器電容器Ct經(jīng)由電流源75放電以產(chǎn)生斜降的Vet。如果Vout保持在閾值之外達(dá)太長時(shí)間(步驟82中的時(shí)間2)，從而指示故障，那么Vct將變?yōu)榈陀赩ref2以觸發(fā)比較器62發(fā)信號通知故障。電路塊46接著切斷FET 18，停止FET Q1-Q4的任何進(jìn)一步切換并發(fā)出故障報(bào)告信號(圖7B中的步驟90及86)。
[0050]類似地，如果電流限制電平保持達(dá)多于閾值周期(時(shí)間2)，那么將觸發(fā)比較器62以指示故障，且將切斷FET 18 (步驟84及86)。因此，在穩(wěn)態(tài)期間使用同一計(jì)時(shí)來檢測輸入電流及Vout故障。
[0051]各種計(jì)時(shí)器閾值取決于非故障瞬態(tài)的預(yù)期持續(xù)時(shí)間。由電流源50及75產(chǎn)生的電流可為不同的。
[0052]如果輸入電流在時(shí)間2內(nèi)降到低于電流限制及/或Vout在時(shí)間2內(nèi)返回到其目標(biāo)范圍(非故障條件)，那么斷開開關(guān)68且將電容器Ct復(fù)位(步驟91)直到檢測到下一事件。
[0053]為了防止開關(guān)68在啟動期間存在浪涌電流且Vout在目標(biāo)范圍之外時(shí)閉合，可僅在啟動之后逝去某一時(shí)間之后于穩(wěn)態(tài)階段期間(例如在時(shí)間I之后的某一時(shí)間)啟用到開關(guān)68的控制信號(例如通過另一開關(guān))。
[0054]封裝14中還包含Vinl欠電壓封鎖特征。將Vinl施加到電阻器分壓器84以將Vinl_UV信號提供到電路塊46。將此電壓與參考電壓進(jìn)行比較以確定Vinl是否充分高以恰當(dāng)?shù)夭僮飨到y(tǒng)。
[0055]封裝14中可包含額外特征。
[0056]經(jīng)連接以接收Vout的負(fù)載可為任何類型的負(fù)載，例如電阻負(fù)載或電壓調(diào)節(jié)器。圖8圖解說明負(fù)載可如何作為常規(guī)降壓轉(zhuǎn)換器90以輸出任何電壓電平，例如IV。
[0057]圖9圖解說明切換式電容器轉(zhuǎn)換器92可如何以反向配置連接以對輸入電壓Vinl進(jìn)行倍增。
[0058]盡管已展示及描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見可在不背離本發(fā)明的情況下對其較寬廣方面做出改變及修改，且因此，所附權(quán)利要求書欲將屬于本發(fā)明的真正精神及范圍內(nèi)的所有此類改變及修改涵蓋于其范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于控制切換式電容器DC/DC轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生輸出電壓Vout的電路，其包括: 控制器電路，其用于產(chǎn)生用于控制所述切換式電容器DC/DC轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)以產(chǎn)生Vout的控制信號； 輸入端子，其用于輸入電壓Vinl ; 輸入電流傳感器，其用于產(chǎn)生對應(yīng)于輸入電流的輸入電流信號?’及 電流限制電路，其耦合到所述輸入電流傳感器，用于檢測所述輸入電流何時(shí)已達(dá)到電流限制電平且用于控制進(jìn)入到所述轉(zhuǎn)換器中的浪涌電流以便不超過所述電流限制電平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述電流限制電路控制所述浪涌電流以便不超過預(yù)定最大電流電平。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其進(jìn)一步包括: 串聯(lián)晶體管，其耦合于所述輸入電流傳感器與所述轉(zhuǎn)換器之間；及 串聯(lián)晶體管控制器，其與所述串聯(lián)晶體管、所述電流限制電路及所述輸入電流傳感器連接成一回路，其中在啟動期間當(dāng)將Vinl施加到所述輸入端子時(shí)，所述串聯(lián)晶體管控制器控制所述串聯(lián)晶體管以將進(jìn)入到所述轉(zhuǎn)換器中的所述浪涌電流限制于所述電流限制電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其進(jìn)一步包括: 故障檢測電路，其包括: 第一故障電路，其包含第一計(jì)時(shí)器，用于檢測在所述電路的啟動階段期間是否存在輸入電流故障或Vout故障，且用于在于所述啟動階段期間檢測到故障的情況下關(guān)斷所述串聯(lián)晶體管；及 第二故障電路，其包含第二計(jì)時(shí)器，用于檢測在所述電路的穩(wěn)態(tài)階段期間是否存在輸入電流故障或Vout故障，且用于在于所述穩(wěn)態(tài)階段期間檢測到故障的情況下關(guān)斷所述串聯(lián)晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中如果所述輸入電流在第一時(shí)間限制時(shí)處于所述電流限制電平，那么所述第一計(jì)時(shí)器在所述第一時(shí)間限制之后發(fā)信號通知一故障，從而發(fā)信號通知存在輸入電流故障，且 其中如果Vout在所述第一時(shí)間限制時(shí)不在目標(biāo)范圍內(nèi)，那么所述第一計(jì)時(shí)器也在所述第一時(shí)間限制之后發(fā)信號通知一故障，從而發(fā)信號通知存在Vout故障。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中所述第二計(jì)時(shí)器在所述輸入電流達(dá)到所述電流限制電平時(shí)起動，其中如果所述輸入電流保持處于所述電流限制電平達(dá)第二時(shí)間限制，那么所述第二計(jì)時(shí)器發(fā)信號通知存在輸入電流故障，且 其中所述第二計(jì)時(shí)器也在Vout不在所述目標(biāo)范圍內(nèi)時(shí)起動，其中如果Vout保持在所述目標(biāo)范圍之外達(dá)所述第二時(shí)間限制，那么所述第二計(jì)時(shí)器發(fā)信號通知存在Vout故障。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中所述第一時(shí)間限制不同于所述第二時(shí)間限制。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其進(jìn)一步包括經(jīng)耦合以接收所述輸入電壓Vinl的電壓產(chǎn)生器，所述電壓產(chǎn)生器產(chǎn)生大于Vinl/N的第一電壓且產(chǎn)生低于Vinl/N的第二電壓，其中在穩(wěn)態(tài)中N等于Vinl/Vout，且所述第一電壓及所述第二電壓界定Vout的所述目標(biāo)范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中由第一比較器及第二比較器將Vout與所述第一電壓及所述第二電壓進(jìn)行比較以確定Vout是否在所述目標(biāo)范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中所述第一計(jì)時(shí)器在啟動的起始時(shí)起動。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中所述第一計(jì)時(shí)器包括將第一電流源耦合到計(jì)時(shí)器電容器的第一開關(guān)，其中由第一比較器將電容器電壓與第一參考電壓進(jìn)行比較。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，其中所述第二計(jì)時(shí)器包括將第二電流源耦合到所述計(jì)時(shí)器電容器的第二開關(guān)，其中由第二比較器將所述電容器電壓與第二參考電壓進(jìn)行比較。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，其中當(dāng)不存在故障條件時(shí)將所述計(jì)時(shí)器電容器復(fù)位。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其中除一或多個(gè)電容器外，所述控制器電路、所述串聯(lián)晶體管、所述電流限制電路、所述串聯(lián)晶體管控制器、所述第一故障電路及所述第二故障電路均裝納于單個(gè)封裝中。
15.一種用于控制切換式電容器DC/DC轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生輸出電壓Vout的方法，其包括: 在輸入端子處接收用于給所述切換式電容器DC/DC轉(zhuǎn)換器供電的輸入電壓Vinl ; 由控制器電路產(chǎn)生用于控制所述轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)以產(chǎn)生Vout的控制信號； 由輸入電流傳感器感測輸入電流并產(chǎn)生對應(yīng)于輸入電流的輸入電流信號；及由電流限制電路產(chǎn)生耦合到所述輸入電流傳感器以用于控制進(jìn)入到所述轉(zhuǎn)換器中的浪涌電流以便不超過電流限制電平的電流限制信號。
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有減小的浪涌電流及故障保護(hù)的切換式電容器DC-DC轉(zhuǎn)換器。為減小進(jìn)入到切換式電容器DC/DC轉(zhuǎn)換器中的浪涌電流并檢測電壓及電流故障，將轉(zhuǎn)換器控制器連同電流限制串聯(lián)晶體管及故障檢測電路裝納在一起。所述串聯(lián)晶體管經(jīng)控制以在啟動期間將所述浪涌電流限制于預(yù)定最大電平。如果所述電流限制電平的持續(xù)時(shí)間或使Vout實(shí)現(xiàn)目標(biāo)電壓的時(shí)間超過第一閾值時(shí)間，那么封裝中的第一故障檢測器切斷所述串聯(lián)晶體管。在穩(wěn)態(tài)操作期間，如果輸入電流達(dá)到所述限制達(dá)第二閾值時(shí)間或如果Vout延伸到某一范圍之外達(dá)所述第二閾值時(shí)間，那么所述封裝中的第二故障檢測器切斷所述串聯(lián)晶體管。
【IPC分類】H02M3-07
【公開號】CN104795989
【申請?zhí)枴緾N201510025896
【發(fā)明人】張勁東, 黎堅(jiān)
【申請人】凌力爾特公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年1月19日
【公告號】EP2897270A1, US20150207401