[发明专利]电源系统

说明书

本申请是申请目为2007年3月1日，申请号为200780016079.5(国际申请号PCT/JP2007/053894)，且发明名称为“电源系统”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及电源系统，尤其涉及改善向DC-DC变换器提供电源的电源单元。

背景技术

DC-DC变换器用于便携式信息终端的电源系统，典型的便携式信息终端包括蜂窝电话。关于构成DC-DC变换器电源的电池、对电池的控制功能、以及用于变换电池提供的功率以获得期望电压的电压变换功能这些方面，如下所述，对DC-DC变换器有很多要求。第一个要求是提高电池的保持时间长度。具体而言，要求尽可能地增加在同一个一次电池的情况下每一个电池向便携式信息终端供电的时间长度，或者在同一个二次电池的情况下每一次电池充电向便携式信息终端供电的时间长度。为此，必须将电池中储存的能量尽可能地输出，不留下剩余能量。例如，如果电池的剩余容量减少，虽然电池的端电压下降，但是如果有电压变换功能的话，则电压变换功能能够满足上述要求，即使输入电压更低，所述电压变换功能也允许输出期望的电压。但是在这种情况下，必须将与电压变换功能相关联的损耗降低到最小值。也就是说，需要高效的电压变换功能。此外，使用二次电池要求每次电池充电储存更多能量，因此需要用于实现这种储存的充电功能。

对电池的第二个要求是具有更小的尺寸，以改善其便携性。如果缩小电池尺寸，则电池容量为了折衷性而不可避免地减少。因此，为了缩小电池尺寸，仍然希望有上述功能，以增加电池的保持时间长度。

第三个要求是输出多个不同电压并控制电压输出的停止。便携信息终端需要多个电源，除了典型的信息处理之外，还用于对网络的接口连接、模拟信号处理(例如视频和音频信号处理)、以及在有些情况下用于驱动单元(例如硬盘驱动)，所述驱动单元通常在不同电压下运行。此外优选地，当不需要相应功能时能够断开这些电源以省电。

第四个要求是在有些情况下具有输出电压的可变功能。一般而言，数字电路中的功耗与工作时钟频率以及电源电压的平方成正比。因此，当不需要更高的信息处理性能时，通常采用降低工作时钟频率的方式以省电。此外，因为在较低的工作时钟频率下通常是即使电压较低也能运行电路，所以降低电源电压以进一步省电。近年来，半导体装置的制造工艺已经发展出更精细的图案化规则，这种规则即使在更低的电压下也能维持现有的高运行速度。

在模拟电路中，例如，射频接口的功放(PA)中末级晶体管的电源电压是用来确定最大输出电功率的主要因素。相反，如果不需要更高的输出电功率，则降低末级晶体管的电源电压以省电。与数字电路不同，随着传输信息量的增加，在模拟电路中需要更高的输出功率。传输信息量的增加要求模拟信号处理的失真比以往更小。上述事实要求电源电压比以往更高。

第五个要求是处理电池电压中更宽的变化范围和电池更低的输出电压。在使用过程中电池电压并非恒定不变。因此，电源电路必须保持期望的固定输出电压，这个电压不依赖于电池电压，同时要求电源电路在比以往更低的电池电压下工作，从而有效地用尽电池容量。

目前，使用图4所示的降压DC-DC变换器作为电源系统，这种系统功率变换效率更高。图4(a)是使用二极管的开关式降压DC-DC变换器的基本电路图。图中，电池208的输出端通过开关101连接扼流圈102和二极管602。开关101基于DC/DC变换器控制器601的输出进行电池208输出端的通断操作。当导通开关101时，电流流入扼流圈102并送往负载侧，同时产生反电动势，从而将能量储存在扼流圈102中。二极管602为截止状态。

然后断开开关101，从而在扼流圈102中产生反电动势，这个反电动势与开关101导通状态下的反电动势方向相反。因此，电流经由二极管602和扼流圈102从接地端流向负载侧用于其输出。在这个阶段，二极管602为导通状态。对开关101的导通/断开时间比的控制控制了变换器的输出电压。这个输出电压还被提供给DC/DC变换器控制器601，在那里与基准电压(未示出)作比较以获得误差电压，误差电压用于控制输出电压。因为这种技术利用了开关101的导通或断开状态，所以其中基本上没有功耗，从而获得更高的变换效率。