[实用新型]一种双模式直流-直流功率转换的系统

说明书

技术领域：

本发明一般涉及电池供电设备的电源，特别是一种双模式直流-直流功率转换器。 

背景技术：

电池供电的电子设备，如手提电脑，移动电话，计算器等，需要由电池供电设备的电压输出转换成电路设备所需要的电压。通常情况下，一个可充电电池可产生1.5伏的电压。在一些应用中，一些电池串联，从而将输出电压从1.5伏提高到更高的电压，如提高到6至12伏。然而，大多数集成电路通常使用大部分电池供电的电子设备，它需要5.0伏或3.3伏的电压供给。因此，由电池产生的电压必须被转换成电路设备所需的电压。 

开关稳压器为直流-直流功率转换提供了一个模式。图2(a)是一个简化的示意图，它示出一个开关稳压器。一个开关稳压器可以被看作是，一个反相器电路连接到一个由电感器和电容组成的低通滤波器。反相器电路产生一个方波电压的波形，它在脉冲期间具有导通时间，在脉冲之间具有关断时间。该低通滤波器使波形变得平滑，从而产生一个几乎恒定的直流电压电平。在导通时间期间，电容充电，在关断时间期间，电容放电。通过控制由交换网络产生的电压脉冲的持续时间和频率，即通过控制导通时间与关断时间，电压电平被开关稳压器调整。导通时间与导通时间和关断时间的总时间的比值被称为为占空比。通过降低占空比，电压被降低，因为电容的充电时间被缩短，而放电时间被延长。相反，通过增加占空比，电压被增加，因为充电时间会加长，而放电时间会缩短。 

开关稳压器的一种形式是在反相网络中使用晶体管作为开关。通过提供一个电流或电压到晶体管的栅极，这些开关被接通和关断。该晶体管的接通和关断的频率是由一个脉宽调制器（PWM）控制的。这样的控制器被称为脉宽调制控制器。一个脉宽调制控制器的一个例子是在美国加利福尼亚州的圣克拉拉，美国国家半导体公司的LM1575系列稳压器。 

一种便携式装置的值与移动设备的电池寿命成正比。因此，尽量减少设备的功耗是非常重要的。许多技术已被实施，以减少功耗，从而延长便携式设备的电池寿命。对于便携式计算机，在空闲时间内，这种技术包括关闭显示器和/或微处理器。虽然显示器和微处理器是重要功率消耗源，电源也还消耗着相当大量的功率。 

在一个开关稳压器中，在低负载时，通过减小占空比，功率消耗可以被降低。然而，仍然有一个相对高的功率消耗在交换网络中，由于晶体管的电容和偏置电流。偏置电流是保持电路的活性所需的电流。即使电路不切换，偏置电流也是晶体管反相器网络需要的电流。 

美国专利中，专利号5028861佩斯等人描述了一种通过一个直流-直流转换器，减少电源功率消耗的方法。这种方法包括一种调节装置，从而功率转换的接通和关断取决于输出电压。当输出电压增至超过预定阈值时，转换器被关断，从而允许电容放电到一个下限值。在该下限，功率转换被重新激活，从而使电容充电。在高电流负载和低电流负载期间，功率转换开和关之间的改变导致了一个相对比较大的纹波电压。具有很大的纹波电压是不利的，因为它把一个较大的过滤负担放到了设备的功能电路上。 

此外，美国专利中，专利号为5028861的文件中，阐述的在低负载时的技术是相对低效的，因为甚至在低负载时，功率转换也要被打开和关闭，因此需要在晶体管的栅极和偏置电路上施加一个电压。 

此外，被描述在美国专利，专利号为5028861的文件中，由控制器产生的输出电压波形一直在变频。 

另一种节能技术的例子由加利福尼亚州，米尔皮塔斯的凌力尔特公司（Linear Technology Corporation）的LTCL 148系列开关稳压控制器阐述。在高电流负载时，LTCL 148展示了一个脉宽调制控制器的行为。在低电流负载时，LTCL 148允许输出电压打破常规地抵达一个上限。在这个阶段，LTCL 148与美国专利，专利号5028861中描述的控制器类似，在上限时，功率转换被关断，电容被允许放电，直到输出电压下降到下限。当输出电压下降到低于下限时，LTCL 148返回到脉宽调制模式，即它通过接通和关断开关晶体管的栅极电压来控制功率转换。因此，LTCL 148在低电流负载操作期间是低效的，因为它接通和关断开关晶体管的栅极电压。 

所述LTCL 148依靠外部设备进行电流检测。它依赖一个用于确定流过开关电路电流的感测电阻器。该电阻是在低负载和高载时，产生功耗的进一步原因。此外，当输入电压改变时，LTCL 148改变开关频率，这给电路加上了一个更大范围的噪声滤波负担。 

因此，需要提供一种系统和方法，用于直流-直流功率转换，在低负载时，节省电量，以及参考现有技术，克服上述问题。