雙向電源轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及雙向電源轉(zhuǎn)換器。更具體地講，本文所述的發(fā)明涉及構(gòu)造可用于沿兩個(gè)不同方向轉(zhuǎn)換電源的雙向電源轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)和方法。
[0002]電源轉(zhuǎn)換電路可以在幾乎每種需要用電的設(shè)備中找到。電源轉(zhuǎn)換電路的目的是通常通過特定的調(diào)理和調(diào)節(jié)電路從電源向負(fù)載傳送電力。電源轉(zhuǎn)換電路的通常應(yīng)用是將由市電提供的交流電轉(zhuǎn)換為適用于消費(fèi)電子產(chǎn)品的調(diào)節(jié)直流電壓。盡管電源轉(zhuǎn)換電路常常用作獨(dú)立系統(tǒng)，但是通常它們被構(gòu)造為集成電路(IC)并且用于不同應(yīng)用中，如通信系統(tǒng)和計(jì)算系統(tǒng)。
[0003]一種類型的常用電源轉(zhuǎn)換器是直流-直流轉(zhuǎn)換器，它將一個(gè)直流電壓電平變?yōu)榱硪粋€(gè)直流電壓電平。例如，減壓或降壓轉(zhuǎn)換器提供了一種將較高直流電壓轉(zhuǎn)換為較低直流電壓的有效方式，這在某些電子系統(tǒng)中是需要的。例如，手提電腦可以具有提供12V直流電的電池和需要5V直流電的處理器。降壓轉(zhuǎn)換器，用作IC與一些外部部件，可用于以最小的能量損耗將12V電池電壓轉(zhuǎn)換為處理器所需的5V。
[0004]另一種類型的直流-直流轉(zhuǎn)換器是升壓或增壓轉(zhuǎn)換器。所述轉(zhuǎn)換器用于增大從電源向負(fù)載供應(yīng)的電壓。例如，LED可能需要3.3V直流電來發(fā)光。LED可以由單個(gè)1.5伏電池，通過使用可以使電池電壓升高到LED所需電平的升壓轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行供電。升壓轉(zhuǎn)換器還用于提供對(duì)熒光燈和陰極射線管供電所需的較高電壓。
[0005]在許多情況下，消費(fèi)電子設(shè)備需要既使用升壓又使用降壓轉(zhuǎn)換器。便攜式通信設(shè)備如移動(dòng)電話或PDA通常是電池供電的，并且具有明亮的多色顯示屏。當(dāng)便攜式設(shè)備，例如黑莓(BlackBerry)，在電池電源下工作時(shí)，用于驅(qū)動(dòng)顯示屏的電池電壓通過升壓轉(zhuǎn)換器升壓。當(dāng)設(shè)備被插入墻式插座并且其電池處于充電階段時(shí)，電池充電電路可依靠降壓轉(zhuǎn)換器來降低電壓，提供適當(dāng)?shù)某潆婋妷翰⑶以龃箅娏鳎员銓?duì)電池進(jìn)行更快充電。
[0006]通常PDA或其它便攜式通信設(shè)備通過使用通用的互連鏈路例如USB鏈路進(jìn)行充電。例如，黑莓可以將USB連接上提供的電力用于工作電源和對(duì)其電池進(jìn)行充電。在這里，降壓轉(zhuǎn)換器用于調(diào)節(jié)供應(yīng)電壓，它通常設(shè)定為略高于電池電壓的值，以便使充電器中的功率消耗最小化并且將電流保持在USB規(guī)范內(nèi)。實(shí)現(xiàn)這個(gè)任務(wù)的所述設(shè)備的一個(gè)例子是由Milpitas, CA的Linear Technology Corporat1n，即本專利申請(qǐng)的受讓人生產(chǎn)的LTC4088 ο
[0007]互連鏈路例如USB鏈路通常在兩種模式下工作。主模式或從模式。當(dāng)設(shè)備(如PDA)通過USB鏈路連接到PC上時(shí)，PC充當(dāng)主機(jī)并且提供對(duì)USB鏈路供電和管理USB鏈路的控制功能。相反地，PDA中的USB端口以從模式工作，并且需要PC供電和管理通信，從而兩個(gè)設(shè)備可以彼此通信。
[0008]不過，在許多情況下，PDA或其它移動(dòng)設(shè)備中的USB鏈路不具備在主模式下工作和驅(qū)動(dòng)USB鏈路的能力。盡管移動(dòng)設(shè)備可能具有必需的控制器電路以管理USB通信，它沒有提供驅(qū)動(dòng)USB鏈路所需電力的能力。這通常是由于它的電池提供相對(duì)較低的電壓，以及移動(dòng)設(shè)備沒有能力將該電壓轉(zhuǎn)換到適于驅(qū)動(dòng)USB鏈路的電平。結(jié)果，如果移動(dòng)設(shè)備連接到僅能用作USB從機(jī)的設(shè)備，如記憶棒，則移動(dòng)設(shè)備不能向USB鏈路供電，阻止了設(shè)備間進(jìn)行彼此通信。
[0009]因此，由于上述原因，需要提供雙向電源轉(zhuǎn)換的電路和方法，它允許移動(dòng)設(shè)備和其它設(shè)備產(chǎn)生電力，適于支持多種應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]提供了雙向電源轉(zhuǎn)換的電路和方法，它允許移動(dòng)設(shè)備和其它設(shè)備產(chǎn)生電力，適于支持多種工作模式。本發(fā)明的雙向電源轉(zhuǎn)換器可以在升壓和降壓設(shè)置工作，而不是僅有單個(gè)專一轉(zhuǎn)換功能，并且使用許多相同的部件，從而減小了轉(zhuǎn)換器大小和復(fù)雜度。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種雙向電源轉(zhuǎn)換器，它在第一方向用作降壓轉(zhuǎn)換器，而在第二方向用作升壓轉(zhuǎn)換器，并且包括電抗元件，用于在第一方向和第二方向工作時(shí)儲(chǔ)存能量，多個(gè)開關(guān)元件，用于選擇性地將一個(gè)電抗元件連接到兩個(gè)或多個(gè)電源中的一個(gè)，和模式選擇電路，用于在用作降壓轉(zhuǎn)換器時(shí)選擇性地將雙向電源轉(zhuǎn)換器連接到第一電源，而在用作升壓轉(zhuǎn)換器時(shí)選擇性地將雙向電源轉(zhuǎn)換器連接到第二電源，使得當(dāng)雙向電源轉(zhuǎn)換器用作升壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，雙向電源轉(zhuǎn)換器被設(shè)置向包括功率部件的通信鏈路輸電。
【附圖說明】
[0012]在結(jié)合附圖考慮下文的詳細(xì)說明后，本發(fā)明的上述以及其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中附圖中相似的附圖標(biāo)記表示類似的部件，其中:
[0013]圖1A是根據(jù)本發(fā)明的原理，雙向電源轉(zhuǎn)換器的一個(gè)實(shí)施例的總體框圖；
[0014]圖1B是圖1A所示雙向電源轉(zhuǎn)換器配置在移動(dòng)設(shè)備中的示意性實(shí)施例；
[0015]圖2是根據(jù)本發(fā)明的原理，雙向電源轉(zhuǎn)換器的一個(gè)實(shí)施例的總體示意圖；
[0016]圖3是圖2所示雙向電源轉(zhuǎn)換器的更詳細(xì)示意圖；
[0017]圖4是圖2所示雙向電源轉(zhuǎn)換器的更詳細(xì)示意圖；
[0018]圖5是圖2所示雙向電源轉(zhuǎn)換器在降壓/減壓模式下工作的更詳細(xì)示意圖；和
[0019]圖6是圖2所示雙向電源轉(zhuǎn)換器在升壓/增壓模式下工作的更詳細(xì)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]圖1A示出了根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的雙向電源轉(zhuǎn)換器的一個(gè)實(shí)施例的總體框圖。如圖所示，系統(tǒng)10包括雙向電源轉(zhuǎn)換器，它可以在至少兩個(gè)模式下工作。所述模式可以包括降壓模式(即減壓)和升壓模式(即增壓)。轉(zhuǎn)換器10可以根據(jù)輸入信號(hào)所施加的位置從一種工作模式切換到另一種工作模式。例如，當(dāng)跨接線端11和13施加電壓Vl時(shí)，轉(zhuǎn)換器10可用作降壓轉(zhuǎn)換器(由上部箭頭所表示的方向)。在這種情況下，轉(zhuǎn)換器10使電壓Vl降低并且在接線端15和17處產(chǎn)生降低的輸出電壓V2。相反地，當(dāng)跨接線端15和17施加電壓V2時(shí)，轉(zhuǎn)換器10可用作升壓轉(zhuǎn)換器(由底部箭頭所表示的相反方向)。在這種情況下，電壓由轉(zhuǎn)換器10升高，它在接線端11和13處產(chǎn)生增大量值的輸出電壓VI。一般而言，轉(zhuǎn)換器10在任何給定時(shí)間以兩種模式中的一種工作。
[0021]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器10在降壓和升壓模式使用許多(或所有)的相同部件(這將在下文中詳細(xì)介紹)。這是希望的，有若干個(gè)原因，包括轉(zhuǎn)換器的大小和復(fù)雜度降低，以及消除了需要提供兩種不同的專用單向轉(zhuǎn)換器，各自需要不同組的部件，以提供相同的功能性。另外，轉(zhuǎn)換器10的小尺寸使它理想地用作集成電路并因此可易于配置到移動(dòng)設(shè)備，例如PDA，移動(dòng)電話，數(shù)碼相機(jī)，作為獨(dú)立的轉(zhuǎn)換器，以及用于其它需要電壓轉(zhuǎn)換的便攜式可充電設(shè)備中，例如手電筒等。
[0022]轉(zhuǎn)換器10的一種應(yīng)用包括適用于驅(qū)動(dòng)移動(dòng)設(shè)備的不同內(nèi)部和/或外部應(yīng)用的電源轉(zhuǎn)換。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，轉(zhuǎn)換器10可安裝在移動(dòng)設(shè)備20上(如PDA)，并用于進(jìn)行兩種轉(zhuǎn)換功能。這種情況的總體說明在圖1B中示出。一種轉(zhuǎn)換功能可能涉及被認(rèn)為是“內(nèi)部”應(yīng)用的應(yīng)用，而另一種可能涉及被認(rèn)為是“外部”應(yīng)用(盡管其它組合是可行的，如僅是內(nèi)部或外部的，多種其它轉(zhuǎn)換模式等)。
[0023]一種內(nèi)部應(yīng)用可以包括調(diào)節(jié)來自外部電源的電力，例如直接來自墻式插座或通過具有功率部件的通用通信鏈路，例如USB鏈路。如圖1B所示，當(dāng)連接到外部電源23時(shí)，轉(zhuǎn)換器10可以在降壓模式下工作并且用作電壓調(diào)節(jié)器，向移動(dòng)設(shè)備20供電并且對(duì)它的電池進(jìn)行充電(通過鏈路33，它可以是通信鏈路，如USB鏈路或任何其它適合的電力管道)。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備20從外部電源23斷開時(shí)，它依靠電池來為其供電。
[0024]當(dāng)移動(dòng)設(shè)備20在電池供電下工作時(shí)，轉(zhuǎn)換器10還可用于某些外部(或其它內(nèi)部)應(yīng)用，所述應(yīng)用需要的電壓電平高于電池所能提供的電壓電平。例如，移動(dòng)設(shè)備可以連接到外部設(shè)備，例如擴(kuò)音器24，它需要的電壓電平高于電池所能提供的電壓電平。在這種情況下，轉(zhuǎn)換器10可以用作升壓轉(zhuǎn)換器，并且升高電池電壓，以便通過電源鏈路32 (它可以是任何合適的電力管道)向外部設(shè)備提供適當(dāng)?shù)妮^高電壓電平。
[0025]轉(zhuǎn)換器10的另一種外部應(yīng)用可以包括使用升壓功能，以便提供驅(qū)動(dòng)通信鏈路，例如USB端口所需的電壓。例如，如上所述，移動(dòng)設(shè)備20可以連接到外部設(shè)備，它是USB從設(shè)備，如記憶棒26。在這種情況下，轉(zhuǎn)換器10可用作升壓轉(zhuǎn)換器，并且升高來自設(shè)備20的電池電壓，以便通過USB鏈路34提供驅(qū)動(dòng)記憶棒26所需的電壓。在一些實(shí)施例中，升壓量可以可編程或可選擇為多個(gè)不同的水平，以支持各種不同的應(yīng)用。因此，移動(dòng)設(shè)備20可以雙向地使用轉(zhuǎn)換器10，S卩，調(diào)節(jié)輸入電力并在相反方向升高內(nèi)部電池電壓用于其它應(yīng)用。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，涉及USB總線的一種特定實(shí)施的示例包括設(shè)置轉(zhuǎn)換器10以便符合USB的“即插即用(On The Go) ”規(guī)范，用于驅(qū)動(dòng)USB從設(shè)備并與USB從設(shè)備通信。例如，轉(zhuǎn)換器10可以安裝在數(shù)碼相機(jī)中并且用于驅(qū)動(dòng)它的USB連接，從而它可以連接到記憶棒并且傳送數(shù)字圖象文件(未示出)。在這種情況下，在連接到PC時(shí)通常是從設(shè)備的相機(jī)變成主設(shè)備，并且通過USB鏈路向記憶棒供電，并且管理通信。因此，在升壓模式下工作的轉(zhuǎn)換器10可以升高相機(jī)電池電壓，使得它從相機(jī)的電池向USB鏈路的電力總線供應(yīng)的電壓在大約4.75與5.25伏特之間，額定電流極限為大約500mA。在從設(shè)備需要小于大約10mA的情況，較低電壓閾值可降到大約4.4伏。
[0027]從上述內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解，盡管上述的電源通路可以包括傳統(tǒng)的電源電纜和/或通信鏈路如USB鏈路，但如果需要，可以使用任何其它適合的電力管道。例如，如果需要，可以使用其它使用主/從