[发明专利]DC-DC电压转换器和转换方法

说明书

技术领域

本申请涉及DC-DC电压转换器，该DC-DC电压转换器用于从输入电压可变的电压输入生成经调整的电压输出。输出电压可以具有比输入电压更高或更低的值，并且即使输入电压和输出负载可能会改变，输出电压也是稳定的。

背景技术

开关电容器DC-DC电压转换器通常使用“飞跨电容器(flying capacitor)”。这些电容器从输入电压充电，然后放电到负载，从而提供电荷转移和恒定的输出电压。

图1示出了已知的基本的DC-DC转换器电路。

该电路包括开关电容器Csw。该开关电容器Csw的一个端子SAP通过第一开关S1连接到输入，通过第三开关S3连接到输出。该开关电容器Csw的另一个端子SAM通过第四开关S4连接到输入，通过第二开关S2接地。

这种类型的基本的DC-DC转换器集成开关S1至S4和振荡器，以使得这些开关S1、S2和S3、S4成对地交替工作。

振荡器的输出显示为时钟信号Clk，并且时钟信号Clk取决于VOUT是否已经达到目标电压Vref被传递到这些开关。与门10控制时钟信号的传递，比较器比较输出电压(或从输出电压得到的电压)与基准电压Vref。比较器的输出用于控制是否与门传递时钟信号。因此比较器的输出是控制转换器泵送的控制信号PUMP。当该信号为高时，循环的电荷泵被启用，当该信号为低时，该循环被停止。

所示的配置使输入电压翻倍。

DC-DC转换器根据时钟序列在两个阶段工作。在第一个半周期(存储阶段)，闭合开关S1和S2，将开关电容器Csw充电到输入电压Vin。在第二个半周期(加载阶段)，闭合开关S3和S4，打开开关S1和S2。这个动作使Csw的负极端子SAM连接到Vin，使正极端子SAP连接到VOUT。如果输出负载Cload两端的电压比Csw两端的电压小，则电荷从Csw流向Cload。

存储阶段和加载阶段交替出现，使DC-DC转换器的输出电压升高，直到达到目标值Vref为止。当VOUT达到Vref时，切换时钟被停止，然后DC-DC转换器保持在存储阶段。

一旦VOUT低于Vref，DC-DC转换器重新开始泵送，交替存储阶段和加载阶段，直到VOUT再次上升到高于Vref。

应当通过使用比较器12的电压滞后在电压窗口内调整DC-DC转换器的输出电压。通过这种方式，在Vref和Vref+Hyst之间调整VOUT。VOUT上升沿的阈值电压为Vref+Hyst，VOUT下降沿的阈值电压为Vref。

图2示出了这一操作，并示出了输出电压VOUT的电压波形，输出电压VOUT在Vref和Vref+Hyst之间波动。

在启动时间期间，DC-DC转换器将能量从Vin泵送到VOUT，并且VOUT上升到Vref+Hyst。然后DC-DC转换器通过保持在存储状态而停止。这一过程被示为阶段P1，它对应的是信号PUMP为低时，等待输出电压回落到Vref。

在阶段P1期间，由于输出负载电流使得VOUT线性下降直到Vref，然后DC-DC转换器重新启动，以使VOUT升高直到Vref+Hyst。这一升高涉及交替的加载阶段P2和存储阶段P3。

对于基本的DC-DC转换器的拓扑结构，假设有快速的DC-DC输出上升沿，则DC-DC输出的开关噪声会相对于DC-DC转换器的输出调整窗口和DC-DC负载电流而变化：

FSWDCDC=ILOADCLOAD×ΔV]]>

其中：

FSW_DCDC为DC-DC开关频率；

ILOAD为DC-DC转换器的负载电流；

ΔV为输出调整窗口；

CLOAD为DC-DC转换器的输出电容。

这种类型的DC-DC转换器具有在许多不同领域中的应用。一个实例是用于近场通信(“NFC”)应用，诸如RFID应用。NFC系统例如用于与智能卡进行非接触式安全通信。在这种应用中，NFC设备能够在卡模式或读取器模式下工作。

在卡模式下，NFC设备作为非接触式智能卡，而在读取器模式下，NFC设备作为非接触式智能卡读取器。