直流-直流轉(zhuǎn)換電路和包括該電路的電力管理芯片封裝的制作方法
【專利說明】直流-直流轉(zhuǎn)換電路和包括該電路的電力管理芯片封裝
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年7月29日向韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的第10-2014-0096656號韓國專利申請的權(quán)益，其公開通過引用整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明構(gòu)思涉及轉(zhuǎn)換電信號，并且更具體地，涉及用于將直流(DC)信號轉(zhuǎn)換成DC信號的電路和包括該電路的電力管理芯片封裝。
【背景技術(shù)】
[0004]電子電路通過電信號發(fā)揮作用。電信號可以具有各種形式(例如，交流(AC)或直流(DC))以及各種特性(例如，電壓或電流)。一些電子電路可以轉(zhuǎn)換電信號的形式或特性。例如，一些電子電路可以將電信號從AC形式轉(zhuǎn)換為DC形式。一些電子電路可以將電信號的電壓特性轉(zhuǎn)換為電流特性。
[0005]特別地，切換調(diào)節(jié)器或線性調(diào)節(jié)器可以被用作DC-DC轉(zhuǎn)換電路，其將DC形式的電信號轉(zhuǎn)換成DC形式的電信號。例如，DC-DC轉(zhuǎn)換電路可以將DC形式的輸入電信號的電壓從一個(gè)電壓電平轉(zhuǎn)換到另一個(gè)電壓電平。
[0006]小型電子設(shè)備(例如，手持電話、平板等)可以包括多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換電路。然而，這些DC-DC轉(zhuǎn)換電路的功能可能相互重疊。例如，手持電話可能既包括用于將從5.5V至25V的高電壓轉(zhuǎn)換成約5V的低電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換電路，又包括用于將約5V的電壓成約4.2V的電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換電路。在這個(gè)例子中，DC-DC轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換特性彼此不同，但是它們的功能相似。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例可以提供直流(DC)-DC轉(zhuǎn)換電路，包括:電壓轉(zhuǎn)換器，被配置為接收輸入電壓，響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號生成調(diào)節(jié)電流，并且生成輸出電壓和輸出電流，輸出電流是基于調(diào)節(jié)電流生成的；輸出電壓調(diào)節(jié)器，被配置為調(diào)節(jié)輸出電壓，并且通過控制輸出端子輸出第一控制信號；電壓限制器，被配置為將第一控制信號的電壓值限制為低于閾值；電流感測器，被配置為感測調(diào)節(jié)電流的強(qiáng)度，并且生成具有與感測到的強(qiáng)度的值相對應(yīng)的電壓值的第二控制信號；以及驅(qū)動(dòng)信號發(fā)生器，被配置為基于第一控制信號和第二控制信號來生成驅(qū)動(dòng)信號，第一控制信號具有低于閾值的電壓值。
[0008]當(dāng)輸出電壓的電壓值等于由輸出電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的電壓值或者大于最小臨界值時(shí)，第一控制信號的電壓值等于控制輸出端子的電壓，以及當(dāng)輸出電壓的電壓值低于由輸出電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的電壓值并且小于最小臨界值時(shí)，電壓限制器被配置為將第一控制信號的電壓值限制為低于閾值。
[0009]輸出電壓和輸出電流分別對應(yīng)于被用于為未被完全充電的電池進(jìn)行充電的充電電壓和充電電流。
[0010]當(dāng)未被完全充電的電池被連接到被配置為輸出輸出電壓的節(jié)點(diǎn)時(shí)，電壓限制器被配置為將第一控制信號的電壓值限制為低于閾值。
[0011]電壓限制器包括:運(yùn)算放大器，其包括被配置為接收限制參考電壓的第一輸入端子、被配置為接收控制輸出端子的電壓的第二輸入端子、和被配置為輸出對限制參考電壓和控制輸出端子的電壓進(jìn)行比較的結(jié)果的比較輸出端子；以及二極管，二極管的陽極被連接到第二輸入端子，而且二極管的陰極被連接到比較輸出端子。
[0012]限制參考電壓的電壓值是可調(diào)整的。
[0013]當(dāng)控制輸出端子的電壓的電壓值等于或小于限制參考電壓的電壓值時(shí)，第一控制信號的電壓值等于控制輸出端子的電壓，以及當(dāng)控制輸出端子的電壓的電壓值大于限制參考電壓的電壓值時(shí)，電壓限制器被配置為將第一控制信號的電壓值限制為低于閾值。
[0014]本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例可以提供DC-DC轉(zhuǎn)換電路，包括:電壓轉(zhuǎn)換器，被配置為接收輸入電壓，響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號生成調(diào)節(jié)電流，并且輸出輸出電壓和輸出電流，調(diào)節(jié)電流包括電流值在其間增加的第一間隔的第一電流分量和電流值在其間減小的第二間隔的第二電流分量，輸出電流是基于調(diào)節(jié)電流生成的；輸出電壓調(diào)節(jié)器，被配置為調(diào)節(jié)輸出電壓，并且生成第一控制信號；電壓限制器，被配置為將第一控制信號的電壓值限制為低于閾值；電流感測器，被配置為感測調(diào)節(jié)電流的強(qiáng)度，并且生成具有與感測到的強(qiáng)度的值相對應(yīng)的電壓值的第二控制信號；輸入電流估計(jì)器，被配置為通過使用第一間隔的第一電流分量來估計(jì)輸入電流的強(qiáng)度，輸入電流是基于輸入電壓生成的；以及驅(qū)動(dòng)信號發(fā)生器，被配置為基于第一控制信號和第二控制信號來生成驅(qū)動(dòng)信號，第一控制信號具有低于閾值的電壓值。
[0015]電壓轉(zhuǎn)換器包括:第一晶體管，其包括連接到被配置為接收輸入電壓的節(jié)點(diǎn)的第一端子，第一晶體管被配置為通過包括在驅(qū)動(dòng)信號中的第一驅(qū)動(dòng)信號來控制；第二晶體管，其連接在第一晶體管的第二端子和接地節(jié)點(diǎn)之間，并且被配置為通過包括在驅(qū)動(dòng)信號中的第二驅(qū)動(dòng)信號來控制；電感元件，電感元件的第一端子連接到第一晶體管的第二端子；以及電容元件，其連接在被配置為輸出輸出電壓的節(jié)點(diǎn)和接地節(jié)點(diǎn)之間。
[0016]第一晶體管和第二晶體管分別響應(yīng)于第一驅(qū)動(dòng)信號和第二驅(qū)動(dòng)信號依次被導(dǎo)通。
[0017]調(diào)節(jié)電流是流經(jīng)電感元件的電流。
[0018]被用于調(diào)節(jié)輸出電壓的調(diào)節(jié)參考電壓的電壓值是可調(diào)整的。
[0019]本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例可以提供電力管理芯片封裝，包括:整流電路，被配置為整流交流(AC)電壓以生成經(jīng)整流的電壓；DC-DC轉(zhuǎn)換電路，被配置為接收經(jīng)整流的電壓，并輸出輸出電壓和輸出電流；以及控制電路，被配置為控制整流電路和DC-DC轉(zhuǎn)換電路的操作。DC-DC轉(zhuǎn)換電路可以包括:電壓轉(zhuǎn)換器，被配置為接收經(jīng)整流的電壓，響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號生成調(diào)節(jié)電流，并且生成輸出電壓和輸出電流，輸出電流是基于調(diào)節(jié)電流生成的；輸出電壓調(diào)節(jié)器，被配置為調(diào)節(jié)輸出電壓，并且通過控制輸出端子輸出第一控制信號；電壓限制器，被配置為將第一控制信號的電壓值限制為低于閾值；電流感測器，被配置為感測調(diào)節(jié)電流的強(qiáng)度，并且生成具有與感測到的強(qiáng)度的值相對應(yīng)的電壓值的第二控制信號；以及驅(qū)動(dòng)信號發(fā)生器，被配置為基于第一控制信號和第二控制信號來生成驅(qū)動(dòng)信號，第一控制信號具有低于閾值的電壓值。
[0020]當(dāng)輸出電壓的電壓值等于由輸出電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的電壓值或者大于最小臨界值時(shí)，第一控制信號的電壓值等于控制輸出端子的電壓，以及當(dāng)輸出電壓的電壓值低于由輸出電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的電壓值并且小于最小臨界值時(shí)，電壓限制器被配置為將第一控制信號的電壓值限制為低于閾值。
[0021]當(dāng)控制輸出端子的電壓的電壓值等于或小于限制參考電壓的電壓值時(shí)，第一控制信號的電壓值等于控制輸出端子的電壓，以及當(dāng)控制輸出端子的電壓的電壓值大于限制參考電壓的電壓值時(shí)，電壓限制器被配置為將第一控制信號的電壓值限制為低于閾值。
[0022]控制電路被配置為調(diào)整限制參考電壓的電壓值。
[0023]控制電路被配置為調(diào)整被用于調(diào)節(jié)輸出電壓的調(diào)節(jié)參考電壓的電壓值。
[0024]調(diào)節(jié)電流包括電流值在其間增加的第一間隔的第一電流分量和電流值在其間減小的第二間隔的第二電流分量，以及電力管理芯片封裝還包括輸入電流估計(jì)電路，其被配置為通過使用第一間隔的第一電流分量來估計(jì)輸入電流的強(qiáng)度，輸入電流是基于經(jīng)整流的電壓生成的。
[0025]輸入電流估計(jì)電路包括:電流分量提取器，其被配置為響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號從調(diào)節(jié)電流提取第一間隔的第一電流分量；以及估計(jì)信號發(fā)生器，其被配置為基于所提取的第一電流分量來生成估計(jì)信號，估計(jì)信號包括與輸入電流的估計(jì)的平均強(qiáng)度相對應(yīng)的信息。
[0026]輸入電流估計(jì)電路還包括縮放器，其被配置為調(diào)整輸入電流的估計(jì)的平均強(qiáng)度的幅度。
[0027]本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例可以提供DC-DC轉(zhuǎn)換電路，包括:電壓轉(zhuǎn)換器，被配置為響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號生成調(diào)節(jié)電流，并且輸出輸出電壓和輸出電流；輸出電壓調(diào)節(jié)器，被配置為響應(yīng)于輸出電壓生成第一控制信號；電壓限制器，被配置為將第一控制信號的電壓值保持為低于閾值；電流感測器，被配置為響應(yīng)于調(diào)節(jié)電流生成第二控制信號；以及驅(qū)動(dòng)信號發(fā)生器，被配置為響應(yīng)于第一控制信號和第二控制信號生成驅(qū)動(dòng)信號。
[0028]電壓限制器連接到輸出電壓調(diào)節(jié)器的輸出和驅(qū)動(dòng)信號發(fā)生器的輸入。
[0029]電壓限制器包括運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器具有被配置為接收第一參考電壓的第一輸入端子和被配置為接收第一控制信號的第二輸入端子。
[0030]當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘柕碾妷褐荡笥诘谝粎⒖茧妷旱碾妷褐禃r(shí)，第一控制信號的電壓值低于閾值。
[0031]電壓限制器包括二極管，二極管具有連接到運(yùn)算放大器的輸出端子的陰極和連接到運(yùn)算放大器的第二輸入端子的陽極。
【附圖說明】
[0032]通過參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例，本發(fā)明構(gòu)思的以上和其他特征將變得明顯，在附圖中:
[0033]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的直流(DC) -DC轉(zhuǎn)換電路的框圖；
[0034]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖1所示的電壓轉(zhuǎn)換器的圖；
[0035]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的描述控制調(diào)節(jié)電流的強(qiáng)度的過程的曲線圖；
[0036]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖1所示的輸出電壓調(diào)節(jié)器的框圖；
[0037]圖5是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖4所示的分壓器的圖；
[0038]圖6是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖1所示的電流感測器的圖；
[0039]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖1所示的驅(qū)動(dòng)信號發(fā)生器的圖；
[0040]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖7所示的切換控制信號發(fā)生器的圖；
[0041 ] 圖9是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖1所示的DC-DC轉(zhuǎn)換電路的圖；
[0042]圖10是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的用于描述當(dāng)強(qiáng)制使DC-DC轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓的電壓值下降時(shí)的情況的曲線圖；
[0043]圖11是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的用于描述限制與第一控制信號相對應(yīng)的電壓值的過程的曲線圖；
[0044]圖12是用于描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的DC-DC轉(zhuǎn)換電路的操作的流程圖；
[0045]圖13是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的DC-DC轉(zhuǎn)換電路的框圖；
[0046]圖14是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的描述估計(jì)輸入電流的強(qiáng)度的過程的圖；
[0047]圖15是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的電力管理芯片封裝的框圖；
[0048]圖16是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的電力管理芯片封裝的框圖；
[0049]圖17是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖16中所示的輸入電流估計(jì)電路的圖；
[0050]圖18是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的用于描述利用圖17所示的輸入電流估計(jì)電路來估計(jì)輸入電流的強(qiáng)度的過程的圖；
[0051]圖19是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的圖16中所示的輸入電流估計(jì)電路的圖；
[0052]圖20是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的用于描述利用圖19所示的輸入電流估計(jì)電路來估計(jì)輸入電流的強(qiáng)度的過程的圖；
[0053]圖21是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的包括DC-DC轉(zhuǎn)換電路的電力傳送系統(tǒng)的接收器的框圖；
[0054]圖22是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的包括DC-DC轉(zhuǎn)換電路的電力傳送系統(tǒng)的發(fā)送器和接收器的框圖；
[0055]圖23是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的包括圖22中所示的電力傳送系統(tǒng)的移動(dòng)電子設(shè)備的電力管理系統(tǒng)的框圖；
[0056]圖24是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的包括無線電力傳送管理器的移動(dòng)設(shè)備的框圖；
[0057]圖25是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的包括電力管理塊的電子設(shè)備的框圖；以及
[0058]圖26示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的包括用戶和電子設(shè)備的“物聯(lián)網(wǎng)(1T)”系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0059]下面將參考附圖描述本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明構(gòu)思可以以各種不同的形式來具體實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)被解釋為僅僅局限于所圖示的實(shí)施例。除非另作說明，否則貫穿附圖和說明書使用相似的參考標(biāo)記來表示相似的元件，并因此可以不再重復(fù)描述。在附圖中，為了清晰，層和區(qū)域的大小和相對大小可以被夸大。
[0060]如此處使用的，單數(shù)形式“一個(gè)”、“一”和“該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明確地給出相反指示。
[0061 ] 將會(huì)理解，當(dāng)一個(gè)元件或?qū)颖环Q為在另一元件或?qū)印爸稀薄ⅰ斑B接到”或“耦接到”另一元件或?qū)?、或者“鄰近”另一元件或?qū)訒r(shí)，它可以直接在該另一元件或?qū)又?、直接連接或耦接到該另一元件或?qū)印⒒蛑苯余徑摿硪辉驅(qū)?，或者也可以存在居間的元件或?qū)印?br>[0062]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施例的直流(DC) -DC轉(zhuǎn)換電路100的框圖。參考圖1，DC-DC轉(zhuǎn)換電路100可以包括電壓轉(zhuǎn)換器120、輸出電壓調(diào)節(jié)器130、電壓限制器140、電流感測器150和驅(qū)動(dòng)信號發(fā)生器160。DC-DC轉(zhuǎn)換電路100可以接收輸入電壓Vin，并且可以輸出輸出電壓Vout和輸出電流lout。
[0063]電壓轉(zhuǎn)換器120可以接收輸入電壓Vin。電壓轉(zhuǎn)換器120可以接收驅(qū)動(dòng)信號DS。電壓轉(zhuǎn)換器120可以響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號DS生成調(diào)節(jié)電流Irg。將參考圖3更詳細(xì)地描述調(diào)節(jié)電流Irg。電壓轉(zhuǎn)換器120可以輸出輸出電壓Vout。另外，電壓轉(zhuǎn)換器120可以輸出基于調(diào)節(jié)電流Irg生成的輸出電流lout。將參考圖2更詳細(xì)地描述電壓轉(zhuǎn)換器120的結(jié)構(gòu)和操作。
[0064]輸出電壓調(diào)節(jié)器130可以調(diào)節(jié)輸出電壓Vout。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，輸出電壓調(diào)節(jié)器130可以連接到用于輸出輸出電壓Vout的節(jié)點(diǎn)。此外，輸出電壓調(diào)節(jié)器130可以生成第一控制信號CS1，其被用于控制輸出電流lout的強(qiáng)度。輸出電壓調(diào)節(jié)器130可以包括控制輸出端子。第一控制信號CS1可以通過控制輸出端子被輸出。將參考圖4和圖5更詳細(xì)地描述輸出電壓調(diào)節(jié)器130的結(jié)構(gòu)和操作。
[0065]電壓限制器140可以限制與第一控制信號CS1相對應(yīng)的電壓。根據(jù)電壓限制器140，與第一控制信號CS1相對應(yīng)的電壓的值可以保持在閾值之下。將參考圖9至圖11更詳細(xì)地描述電壓限制器140的結(jié)構(gòu)和操作。
[0066]電流感測器150可以感測調(diào)節(jié)電流Irg的強(qiáng)度。此外，電流感測器150可以生成第二控制信號CS2。第二控制信號