[发明专利]基于共振的单个电感器输出驱动的DC-DC转换器及方法

说明书

本发明涉及一种基于共振的单个电感器输出驱动的DC‑DC转换器及方法。用于将DC输入电压转换成输出导体(9)上的第一DC输出电压(VOUT1)的基于共振的DC‑DC转换器包含：电感器(L)，其具有连接到DC输入电压(VIN)的源(2)的第一端子及耦合到第一导体(4)的第二端子；以及电容器(CRES)，其具有耦合到所述第一导体的第一端子。第一开关(SW1)耦合于共振导体与所述输出导体之间以在第一阶段(阶段1)期间将电感器电流(IL)传导到所述输出导体中。第二开关(SW2)耦合于所述电容器的第二端子与所述输出导体之间以在第二阶段(阶段2)期间将电感器电流经由所述电容器传导到所述输出导体(9)中。第三开关(SW3)耦合于所述电容器的所述第二端子(31)与第一参考电压(GND)之间以在第三阶段(阶段3)期间将电感器电流从所述第一参考电压的源经由所述电容器传导到所述输入电压(VIN)。

本申请案主张由兰吉特库马尔达什(Ranjit Kumar Dash)及基斯E.昆兹(KeithE.Kunz)于2013年2月21日提出申请的、标题为“基于共振的单个电感器输出驱动的DC-DC转换器及方法(Resonance-Based Single Inductor Output Driven DC-DC Converter andMethod)”的先前所申请同在申请中的第61/767,474号美国临时申请案的权益，且所述美国临时申请案以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明一般来说涉及DC-DC转换器，且更明确地说，涉及实质上增加转换效率且减小SIMO(单电感器多输出)DC-DC转换器的成本的电路及方法。

背景技术

应理解，DC-DC转换器技术已相对缓慢地得到改进，但单个集成电路芯片上的大功率计算装置的出现及对减小其电力消耗(尤其在移动装置中)的需要已导致对用以将相对高电力供应器电压范围提供给芯片的各种较快较高性能部分且将相对低电力供应器电压范围提供给芯片的各种较慢较低性能部分的多个芯片上电源的需要。举例来说，芯片的一部分中的电路可需要非常快地操作，且此可通过增加用于芯片的所述部分的电力供应器电压而使电力供应器电压在芯片的较慢部分上非常低而实现。遗憾地，添加大数目个DC-DC转换器来提供芯片的各种部分中的不同电力供应器电压通常是不实际的，这是因为此需要添加对应数目个外部电感器及电容器以及相关联封装引线，此是非常昂贵的。

因此，且如目前最先进的实际问题，由于每一DC-DC电压转换器所需的外部电感器的高成本，因此在相对大芯片上一般仅提供七个或八个单独电力供应器电压，且在相对小芯片上仅提供一个或两个单独电力供应器电压电路。尽管使用需要许多可个别控制的DC-DC转换器的较大且较复杂高性能集成电路的成本非常高，但如果DC-DC转换器电路的能量效率可实质上得到改进，那么整个芯片上系统的功率效率可对应地得到改进。

实现此目标的一种方法一直是提供仅需要一个外部电感器的SIMO(单输入多输出)DC-DC转换器，但不过，可通过“共享”单个电感器而提供多个可个别控制的电力供应器电压。遗憾地，目前可获得的最优SIMO DC-DC转换器具有若干个缺陷，包含与使用相等数目个SISO(单输入单输出)DC-DC转换器相比，较低的功率效率及较高的成本。此是由于与共享在若干个输出当中的单个输出处产生的电力供应器能量相关联的各种复杂问题所导致。