[发明专利]动态分压比电荷泵开关

说明书

本发明公开了动态分压比电荷泵开关。用于减轻或消除DC‑DC电力转换器中的潜在破坏性事件(例如，由于涌入电流、电荷转移电流、短路等的破坏性电流尖峰)的电路和方法。实施方式使能够在负载下的同时动态地切换可重新配置的电力转换器中的转换比率，而无需关断电力转换器电路系统或暂停电荷泵电力开关的切换。实施方式通过主动地控制到功率FET的栅极的驱动电压来选择性地增加电力转换器中的至少一些功率FET的导通电阻R_ON。在正常的操作期间，功率FET驱动电压可以被设置成过驱动FET栅极以将R_ON降低到允许高电流流动的期望水平。对于其他情况，可以降低功率FET驱动电压，以便在导通的同时增加R_ON，并且因此阻止电流流动以提供针对潜在破坏性事件的保护。

技术领域

本发明涉及电子电路，并且更特别地涉及电力转换器电路，包括DC-DC转换器电路。

背景技术

许多电子产品，特别是移动计算和/或通信产品和部件(例如，笔记本电脑、超级本电脑、平板设备、LCD和LED显示器)需要多个电压水平。例如，无线电频率(RF)发射器功率放大器可能需要相对高的电压(例如，12V或更高)，而逻辑电路系统可能需要低的电压水平(例如，1V至2V)。还有其他电路系统可能需要中间电压水平(例如，5V至10V)

电力转换器通常用于从诸如电池的公共电源生成较低或较高的电压。一种类型的电力转换器包括转换器电路(例如，基于开关电容器网络的电荷泵)、控制电路系统、以及在一些实施方式中的辅助电路系统(例如，偏置电压发生器、时钟发生器、电压调节器、电压控制电路等)。如在本公开内容中使用的，术语“电荷泵”是指被配置成将V_IN升压或降压至V_OUT的开关电容器网络。这样的电荷泵的示例包括级联乘法器开关电容器网络、迪克森(Dickson)开关电容器网络、阶梯(Ladder)开关电容器网络、串并联开关电容器网络、斐波那契(Fibonacci)开关电容器网络和倍压器(Doubler)开关电容器网络，所有的这些电荷泵可以被配置为多相网络或单相网络。开关电容器网络DC-DC转换器通常是可以具有一些外部部件(例如电容器)的集成电路(IC)，并且在大多数情况下特征在于具有固定的V_IN与V_OUT转换比率(例如，2分压或3分压)。如本领域中已知的，可以通过例如如下根据DC-DC电力转换器来构建AC-DC电力转换器：首先，将AC输入整流成DC电压；并且然后，将DC电压施加到DC-DC电力转换器。

为了给系统设计人员提供更大的灵活性，并且为了处理其中电源可能需要不同转换比率(例如，当电池放电并输出较低电压时，或者当设备的电源在电池与AC-DC电力线源之间切换时)而变化的应用，利用具有可选择的转换比率的DC-DC电力转换器是有用的。例如，2019年4月16日公布的题为“Selectable Conversion Ratio DC-DC Converter”的转让给本发明的受让人并且通过此引用并入本文的美国专利第10,263,514B1号，描述了可以在2分压的操作模式与3分压的操作模式之间切换的迪克森(Dickson)DC-DC电力转换器。作为另一示例，2015年12月1日公布的题为“Controller-Driven Reconfiguration ofSwitched-Capacitor Power Converter”的、现在转让给本发明的受让人并且通过此引用并入本文的美国专利第9,203,299B2号，描述了具有可重新配置的转换比率的其他DC-DC电力转换器架构。

图1是DC-DC可选择转换比率电力转换器100的一个实施方式的框图。操作如美国专利第10,263,514B1号专利中描述的(例如，参见图5和特别是所附文本)。非交叠互补时钟信号P1、P2断开或闭合相关联的电力开关，使电荷从泵电容器C1a、C1b、C2a、C2b(也称为“飞电容器(fly capacitor)”)转移到C_X电容器中，从而得到节点V_IN/X处的电压，其中X＝2或3。