[发明专利]具有双反绕线电感器的升压转换器的电流控制

说明书

一种系统可以包括功率转换器，该功率转换器包括至少一个级，该至少一个级具有：双反绕线电感器，该双反绕线电感器被构造成使得其绕组在其磁芯中生成相反的磁场；以及电流控制子系统，该电流控制子系统用于控制通过双反绕线电感器的电流。电流控制子系统可以被配置为最小化双反绕线电感器的磁化电流的幅值，以防止双反绕线电感器的芯体饱和并且根据参考输入信号调整由功率转换器递送到负载的输出电流的量。

技术领域

本公开总体上涉及用于音频设备、压电设备、触觉反馈设备和/或其他设备(包括但不限于诸如无线电话和媒体播放器的个人音频设备)的电路，并且更具体地，涉及一种可以在这种设备中使用的增强型多级升压转换器。

背景技术

个人音频设备(包括无线电话，诸如移动/蜂窝电话、无绳电话、mp3播放器和其他消费音频设备)被广泛使用。这种个人音频设备可以包括用于驱动一对耳机、一个或多个扬声器、压电换能器、触觉反馈换能器和/或其他换能器的电路系统。这种电路系统通常包括驱动器，该驱动器包括用于向换能器驱动换能器输出信号的功率放大器。通常，功率转换器可以用于向功率放大器提供供电电压，以便放大被驱动到扬声器、耳机、压电换能器、触觉反馈换能器或其他换能器的信号。开关功率转换器是一种将电源从一个直流(DC)电压电平转换成另一DC电压电平的电子电路。这种开关DC-DC转换器的示例包括但不限于升压转换器、降压转换器、降压-升压转换器、反相降压-升压转换器以及其他类型的开关DC-DC转换器。因此，使用功率转换器，诸如由电池提供的DC电压的DC电压可以被转换成用于给功率放大器供电的另一DC电压。

电池供电系统可以使用升压转换器为音频放大器生成大于电池的电压的功率供应。例如，在电池供电的换能器中使用升压转换器的动机是在换能器放大器的输出处生成比通过直接从电池给放大器供电可以实现的更大的信号摆幅。

传统上，虽然升压转换器和从升压转换器供电的放大器通常被制造在同一集成电路上，但是升压转换器通常需要集成电路外部的升压电感器，这需要很大的空间。然而，在制造方面的最近进步使得具有磁芯的电感器能够集成到集成电路管芯中。集成式电感器的优点可以包括更小的总电路面积、在垂直于集成电路的表面的方向上的高度方面的显著降低、更低的电磁干扰发射以及电感器物理特性的更小的变化。

尽管有电感器制造方面的进步，但设计具有集成式电感器的升压转换器可能具有挑战性。用于音频应用的外部升压转换器电感器通常具有1μH至2μH之间的电感，并在2.5A至4A的电流下饱和。然而，典型的集成式电感器可能具有在几十到几百纳亨范围内的电感、电流饱和极限处于1A或小于1A。用于音频的典型升压转换器可以从4V电池电源向10W负载供应12V。因此，即使假设效率为100％，标准升压转换器设计也会汲取2.5A的输入电流，这远远超过集成式电感器的饱和点。多相转换器可以用于将电流分配给多个电感器，但较小的电感导致较大的电流纹波，这可能仍超过饱和限制。

为了使用集成式电感器，功率转换器的设计必须克服其低电感和低饱和电流的限制。这个问题的一个解决方案是使用具有改进的升压转换器架构的多绕线(multi-wound)电感器。

多绕线电感器可以用于削弱芯体中的磁场并防止过早饱和。图1A描绘了具有缠绕在公共磁芯104周围的两个线圈102a和102b的多绕线电感器100。图1B描绘了电感器100的剖面侧视图，其描绘了线圈102a和102b中的每一个中的电流，其中“·”描绘了在垂直于页面的平面的方向上流出页面的电流I₁，并且同时“X”描绘了在垂直于页面的平面的方向上流入页面的电流I₂。线圈102a和102b可以在相反的方向上进行缠绕，使得正电流在每个线圈中生成相反的场。因此，通过磁芯104的总磁通量可以等于来自线圈102a的磁通量和来自线圈102b的磁通量之间的差。线圈102a、102b中的磁通量可以分别与线圈102a、102b中的电流I₁和I₂成比例。