混合功率转换器的制作方法

本公开总体上涉及用于电子设备的电路，包括但不限于诸如无线电话和媒体播放器的个人音频设备，并且更具体地，涉及在3电平降压-升压拓扑中实施的混合降压-升压功率转换器，3电平降压-升压拓扑使混合功率转换器能够在多个操作模式下操作。特别地，本文公开的混合功率转换器支持降压操作模式和升压操作模式中的操作，使得其不仅适用于通常采用单串联单元电池的应用(例如，移动电话和其他小型便携式设备)中的电池充电，而且也适用于通常采用多串联单元电池的应用(例如，笔记本电脑)。

背景技术：

1、个人音频设备，包括无线电话，诸如移动/蜂窝电话、无绳电话、mp3播放器和其他消费音频设备，正在广泛使用。这种个人音频设备可以包括用于驱动一对耳机或一个或多个扬声器的电路。这种电路通常包括扬声器驱动器，该扬声器驱动器包括用于将音频输出信号驱动到耳机或扬声器的功率放大器。通常，功率转换器可以被用于向功率放大器提供电源电压，以便放大驱动到扬声器、耳机或其他换能器的信号。开关功率转换器是一种将电源从一个直流(dc)电压电平转换为另一个dc电压电平的电子电路。这种开关dc-dc转换器的示例包括但不限于升压转换器、降压转换器、降压-升压转换器、反相降压-升压转换器和其他类型的开关dc-dc转换器。因此，使用功率转换器，诸如由电池提供的dc电压可以被转换为用于向功率放大器供电的另一个dc电压。功率转换器可以被用于向设备中的一个或多个部件提供电源电压轨。除了驱动音频换能器之外，功率转换器还可以被用于其他应用，诸如驱动触觉致动器或其他电气或电子负载。此外，功率转换器也可以被用于从电能源(例如，ac到dc适配器)给电池充电。

2、电子电路中经常使用的一种类型的功率转换器是混合3电平降压-升压转换器。图1描绘了本领域已知的混合3电平降压-升压转换器100的示例。如图1所示，混合3电平降压-升压转换器100可以包括配置为接收输入电压vin的输入端和配置为生成输出电压vout的输出端。此外，混合3电平降压-升压转换器100可以包括具有电压lx的开关节点。混合3电平降压-升压转换器100可以包括耦合在开关节点和输出端之间的功率电感器102。此外，混合3电平降压-升压转换器100可以包括具有第一电容器端子和第二电容器端子的飞跨电容器104。此外，混合3电平降压-升压转换器100可以包括多个开关106a、106b、106c、106d和106e，其中，开关106a被耦合在输入端和第一电容器端子之间，开关106b被耦合在第一电容器端子和开关节点之间，开关106c被耦合在第二电容器端子和开关节点之间，开关106d被耦合在第二电容器端子和接地电压之间，并且开关106e被耦合在第二电容器端子和输入端之间。

3、在操作中，开关106a、106b、106c、106d和106e可以被控制以将输出电压vout调节到期望的目标电压。取决于输入电压vin和期望的目标电压，混合3电平降压-升压转换器100可以在降压模式(vout<vin)或升压模式(vout>vin)下操作。在升压模式下，开关106a、106d和106e可以被控制以调节输出电压vout，而开关106b可以保持激活并且开关106c可以保持停用。混合3电平降压-升压转换器100可以周期性地在第一相位和第二相位之间循环，在第一相位中开关106a和106d可以被激活(并且开关106e被停用)，在第二相位中开关106e可以被激活(并且开关106a和106d被停用)。本质上，升压模式操作类似于电荷泵(例如，倍压器)的操作，因为在升压操作的阶段中，电压lx可以在vin至2vin之间变化。因此，通过升压操作，输出电压vout可以被调节直到2vin。

4、然而，可能存在期望将输出电压vout调节到2vin以上的电压的情况，这在图1所示的拓扑中是不可能的。

技术实现思路

1、根据本公开的教导，可以减少或消除与用于混合3电平降压-升压转换器的现有拓扑相关联的一个或多个缺点和问题。

2、根据本公开的实施例，一种用于将功率转换器的输入端处的输入电压转换为功率转换器的输出端处的输出电压的功率转换器可以包括开关节点、耦合在开关节点和输出端之间的功率电感器、具有第一飞跨电容器端子和第二飞跨电容器端子的飞跨电容器、具有第一泵浦电容器端子和第二泵浦电容器端子的泵浦电容器，第二泵浦电容器端子耦合到地、耦合在输入端和第一飞跨电容器端子之间的第一开关、耦合在第一飞跨电容器端子和开关节点之间的第二开关、耦合在第二飞跨电容器端子和开关节点之间的第三开关、耦合在第二飞跨电容器端子和接地电压之间的第四开关、耦合在第二飞跨电容器端子和第一泵浦电容器端子之间的第五开关以及耦合在输出端和第一泵浦电容器端子之间的第六开关。

3、根据本公开的这些实施例和其他实施例，提供了一种用于将功率转换器的输入端处的输入电压转换为功率转换器的输出端处的输出电压的方法，该方法用于功率转换器，该功率转换器包括开关节点、耦合在开关节点和输出端之间的功率电感器、具有第一飞跨电容器端子和第二飞跨电容器端子的飞跨电容器、具有第一泵浦电容器端子和第二泵浦电容器端子的泵浦电容器，第二泵浦电容器端子耦合到地、耦合在输入端和第一飞跨电容器端子之间的第一开关、耦合在第一飞跨电容器端子和开关节点之间的第二开关、耦合在第二飞跨电容器端子和开关节点之间的第三开关、耦合在第二飞跨电容器端子和接地电压之间的第四开关、耦合在第二飞跨电容器端子和第一泵浦电容器端子之间的第五开关以及耦合在输出端和第一泵浦电容器端子之间的第六开关。该方法可以包括在具有两个连续相位的正向混合升压模式下操作功率转换器，这两个连续相位包括第一正向混合升压相位和第二正向混合升压相位，在第一正向混合升压相位中第一开关、第二开关、第四开关和第六开关被激活并且第三开关和第五开关被停用，在第二正向混合升压相位中第二开关和第五开关被激活并且第一开关、第三开关、第四开关和第六开关被停用。

4、根据本公开的这些实施例和其他实施例，用于将集成电路的输入处的输入电压转换为功率转换器的输出处的输出电压的功率转换器中使用的集成电路可以包括开关节点、耦合在输入端和被配置为耦合到飞跨电容器的第一飞跨电容器端子的第一节点之间的第一开关、耦合在第一节点和开关节点之间的第二开关、耦合在开关节点和被配置为耦合到飞跨电容器的第二飞跨电容器端子的第二节点的之间的第三开关、耦合在第二节点和处于接地电压的第三节点之间的第四开关、耦合在第二节点和被配置为耦合到泵浦电容器的第一泵浦电容器端子的第四节点之间的第五开关，该泵浦电容器在第二泵浦电容器端子处被耦合到接地电压、以及耦合在输出端和第四节点之间的第六开关。

5、根据本公开的这些实施例和其他实施例，功率转换器系统可以包括功率转换器支路和辅助支路，功率转换器支路包括飞跨电容器和开关网络，被配置为将功率转换器系统的输入电压转换为功率转换器系统的输出电压，辅助支路包括耦合到接地电压的辅助电容器和第二开关网络，辅助支路被配置为在多个模式下操作，该多个模式包括第一模式和第二模式，在第一模式下，辅助电容器被用于对飞跨电容器进行充电平衡，在第二模式下，辅助电容器被用于对功率转换器支路的输出进行升压。

6、根据本公开的这些实施例和其他实施例，一种方法可以包括，在具有功率转换器支路和辅助支路的功率转换器系统中，该功率转换器支路包括飞跨电容器和开关网络，被配置为将功率转换器系统的输入电压转换为功率转换器系统的输出电压，辅助支路包括耦合到接地电压的辅助电容器和第二开关网络，在多个模式下操作该辅助支路，该多个模式包括第一模式和第二模式，在第一模式下，辅助电容器被用于对飞跨电容器进行充电平衡，在第二模式下，辅助电容器被用于对功率转换器支路的输出进行升压。

7、根据本文包括的附图、描述和权利要求，本公开的技术优点对于本领域技术人员来可以是显而易见的。实施例的目的和优点将至少通过权利要求中特别指出的元件、特征和组合来实现和达到。

8、应理解，前面的一般描述和以下详细描述都是示例和解释性的，而不是对本公开中阐述的权利要求的限制。