[发明专利]用于将第一电压转换为第二电压的设备

说明书

一种用于将第一电压转换为第二电压的设备包括：具有可选择转换增益的可重构开关电容器功率转换器，可重构开关电容器功率转换器包括多个开关元件，所述多个开关元件配置为在连续状态下将电容器彼此电互连以及/或者电互连至第一电压或者第二电压，其中，开关元件配置为将至少一些电容器通过开关元件彼此互连；用于使可重构开关电容器功率转换器在第一操作模式与第二操作模式之间转变的控制器，控制器配置为使由从第一操作模式转变到第二操作模式引起的电瞬态最小化，从而在第一操作模式中，可重构开关电容器功率转换器以第一转换增益操作，并且在第二操作模式中，可重构开关电容器功率转换器以第二转换增益操作。

本申请是申请日为2014年3月12日、申请号为201480028269.9、题为“可重构开关电容器功率转换器技术”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明主题涉及一种用于重构开关电容器功率转换器的技术。

背景技术

开关模式功率转换器是特定类型的功率转换器，其通过使用开关网络将储能元件(即，电感器和电容器)切换为不同电气配置而产生输出电压。开关电容器转换器是主要利用电容器来传输能量的一类开关模式功率转换器。在这种转换器中，同样已知的是开关电容器电路，电容器和开关的数量随着转换比或者转换增益增加而增加。具有大于一个转换增益(即，模式)的开关电容器电路通常称为多模式开关电容器电路。

级联倍增器是可以使用低压晶体管提供高转换增益的多级开关电容器功率转换器的拓扑一族。如此处使用的，如果开关电容器电路产生大于输入电压或者电流增益的输入电压，那么转换增益表示电压增益，如果开关电容器电路差产生小于输入电压的输出电压VO，那么转换增益表示电流增益。通过使级联倍增器网络循环通过不同拓扑状态，来将能量从输入传输至输出。经由电荷传输路径将电荷从输入电压VI传输至输出电压。在每种拓扑状态中的电容器的数量和配置对转换增益进行设置。因此，通过重构级联倍增器网络，可以修改转换增益。

图1A和图1B图示了两个已知的可重构级联倍增器20A、20B，其接收来自电压源26的输入电压VI，并且向负载RL提供输出电压VO。级联倍增器20A是单相不对称级联倍增器，该单相不对称级联倍增器包括相位电压P1、二极管D1至D6、泵电容器C1至C3、和dc电容器C4至C6。相反，级联倍增器20B是对称级联倍增器，该对称级联倍增器包括相位电压P1和P2、二极管D11至D14、和泵电容器C1至C3。

级联倍增器20A、20B均可以产生是输入电压VI四倍的最大输出电压VO。可以基于第一使能信号、第二使能信号、和第三使能信号EN1、EN2、EN3来选择转换增益。当第一使能信号EN1为高时，输出电压VO是输入电压VI的三倍；当第一使能信号和第二使能信号EN1、EN2为高时，输出电压是输入电压VI的两倍；等等。

遗憾的是，级联倍增器20A、20B中的每一个都需要耦合至泵电容器C1至C3中的每一个的正极端子的电路和耦合至泵电容器C1至C3中的每一个的负极端子的电路，来重构网络。另一电路系统降低级联倍增器20A、20B的效率以及/或者需要大旁通晶体管。而且，泵电容器C1至C3旁通带电为等于输入电压VI减去二极管电压降的电压。例如，当第一启动信号EN1为高时，泵电容器C1的正极端子偏置为比输入电压VI低一个二极管电压降的电压，而泵电容器C1的负极端子偏置为接地。

当在电荷传输路径中的电容器的数量改变时，由于电荷守恒定律，在重构事件之前的总电荷量等于在重构事件之后的总电荷量。这意味着，在重构事件之前在每个电容器中的电荷在重构事件时重新分布在剩余的电容器中。而且，在重构事件前后跨每个电容器的电压也与转换增益和输入电压VI成比例地改变。每个电容器电压的极性根据开关电容器电路的转换增益是增加还是减少来改变。

可重构级联倍增器面临的挑战在于稳健地以高输入电压域或者高输出电压域操作低压晶体管的设计复杂度。而且，每当转换增益改变时发生的电流和/或电压瞬态对于输入电磁干扰或者晶体管操作和稳健性可以具有明显影响。

发明内容