[发明专利]多路径转换器及其控制方法

说明书

本发明涉及一种多路径转换器及其控制方法，多路径转换器将使用电容器的电流传递路径添加到使用电感器的电流传递路径中，以将输出到输出端(负载)的电流供应至多个并联路径，由此减少流经电感器的总RMS电流。

技术领域

本发明涉及一种具有多路径的转换器及其控制方法，且更具体地，涉及一种用于转换输入功率的电压以将转换后的电压输出到负载的转换器及其控制方法。

背景技术

随着应用于电气和电子装置的应用数目增加以及电气和电子装置的功能增加，装置消耗的功率不断增加。因此，供应装置所需的功率的功率管理电路应设计为在高功率应用中具有高功率效率特性。这是因为具有高功率效率的功率管理电路不仅增加装置的使用时间，而且减少装置中的功率管理电路中产生的热量。

常规功率管理电路主要通过两种方法设计。一种方法是使用电容器的开关电容器或电荷泵方法，且另一种方法是使用电感器的开关电感器方法。

首先，由于开关电容器方法不使用体积大的电感器，而是使用相比于电感器有利于嵌入芯片的电容器，因此存在印刷电路板(PCB)的面积可以减小的优点。然而，由于切实可行的电压转换比率(V_OUT/V_IN)是不连续的，因此存在以下局限性：开关电容器方法仅在特定的电压转换比率下才具有高效率特性。因此，为了增加可行的电压转换比率以在宽电压范围内实现高效率特性，功率管理集成电路(PMIC)应设计为可重构类型，而这会增加系统的复杂性。另外，当增加负载电流(I_LOAD)时，由于应增加构成转换器的电容器的电容，因此所述电容器可能无法集成于集成电路(IC)中，并因此可能需要多个外部电容器。结果，与开关电感器方法相比，开关电容器方法可能消耗更大的PCB面积。因此，开关电容器方法主要用于低功率应用中。

另一方面，除了使用开关电感器方法的功率管理电路体积庞大且使用的电感器与其他外部装置相比相对昂贵的局限性，开关电容器方法还有很多优点，即可行的电压转换比率是连续的且在很宽的范围内实现了高效率特性。另外，由于即使在增加负载电流时也没有额外外部装置，因此在功耗增加的各种现代装置中必不可少地使用使用开关电感器方法的功率管理电路。

图1是说明使用开关电感器方法的常规功率管理电路的示例的图。图2示出用于描述提高图1中示出的常规功率管理电路的效率的方法的图。

问题在于，如图1中示出，当负载电流I_LOAD增加时，在电感器中流动的电流I_L也增加。与电感器串联连接的寄生电阻器(R_DCR)不可避免地包括于电感器中，且随着在电感器中流动的电流的电平增加，由寄生电阻器引起的功率损耗会大大增加。功率损耗限制功率管理电路的效率特性并导致发热。因此，为了提高功率效率，优选地使用寄生电阻值小的电感器，如图2的(a)中示出。在这种情况下，电感器的体积或单位成本增加。

具体地说，在将功率管理电路包括于处于连续小型化的移动装置中的情况下，其体积也根据待制造装置的大小而受到限制。因此，不可缺少地在开关电感器功率管理电路中使用的电感器也限于超小型电感器(高度范围介于1mm到1.5mm)。也就是说，如上所述，不可能使用寄生电阻值小且体积大的电感器。因此，有必要使用具有与移动装置相同的电感并满足其体积特性的小型电感器，但是此类小型电感器包括非常大的寄生电阻器。作为在此条件下提高效率的方法，如图2的(b)中示出，存在一种并联使用多个电感器的方法。该方法是一种降低在一个电感器中流动的电流的电平并减少由寄生电阻器引起的总电流损耗的方法。然而，由于该方法需要多个电感器，因此增加了体积，增加了单位成本，并且另外需要用于控制待分配给每个电感器的电流的电路，由此增加了系统的复杂性。

此外，在常规降压-升压转换器和升压转换器的情况下，由于在电感器中累积电流的同时不向负载提供电流，因此向负载供应的电流是不连续的。因此，电感器中的电流电平应远大于负载电流的电平，这需要具有高饱和电流值的电感器。另外，不连续地供应电流在输出电压端处产生大的纹波电压并引起开关尖峰。

发明内容