多阶切换式电源转换电路、其控制电路与控制方法技术

一种多阶切换式电源转换电路、其控制电路与控制方法。该多阶切换式电源转换电路包括：多阶功率级电路以及控制电路，多阶功率级电路用以转换输入电源而产生输出电源，其包括转换电容器、电感器及多个功率开关；控制电路用以控制多阶功率级电路；控制电路包括：反馈脉冲产生电路用以产生触发脉冲；计时电路以及另一计时电路，分别根据触发脉冲决定第一时段及第二时段，以控制多阶功率级电路；以及调整电路，用以根据转换电容器的跨压与参考电压的差值而调整第一时段，使得转换电容器的跨压的平均值大致上等于参考电压的位准。

Multi-stage switching power conversion circuit, its control circuit and control method

【技术实现步骤摘要】
多阶切换式电源转换电路、其控制电路与控制方法
本专利技术涉及一种多阶切换式电源转换电路，特别是指一种可自我平衡校正的多阶切换式电源转换电路。本专利技术还涉及用于多阶切换式电源转换电路中的控制电路以及控制方法。
技术介绍
与本申请相关的先前文献有:“A50MHz5V3W90％Efficiency3-LevelBuckConverterwithReal-TimeCalibration,XunLiuet.al,2016SymposiumonVLSICircuitsDigestofTechnicalPapers”，“AnalysisandDesignConsiderationsofIntegrated3-LevelBuckConverters,XunLiuet.al,,IEEETRANSACTIONSONCIRCUITSANDSYSTEMSVol.63,No.5,May2016”,“A2MHz12–100V90％EfficiencySelf-BalancingZVSReconfigurableThree-LevelDC–DCRegulatorWithC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多阶切换式电源转换电路，包含：/n一多阶功率级电路，用以通过多阶切换式电源转换的方式，转换一输入电源而产生一输出电源；以及/n一控制电路，用以控制该多阶功率级电路；/n其中该多阶功率级电路包括：/n一电感器，耦接于一切换节点与一第一节点之间；/n一转换电容器，用以通过电容性分压方式产生至少一比例电位；以及/n多个功率开关，耦接于该电感器与该转换电容器，该多个功率开关控制该电感器与该转换电容器的耦接关系，使得该切换节点切换于该至少一比例电位、一第二节点与一第三节点之间，以实现多阶切换式电源转换，其中该转换电容器的跨压决定该至少一比例电位；/n其中该第一节点、该第二节点与该第三节点配置为以...

【技术特征摘要】
20181120 CN 201811381770X1.一种多阶切换式电源转换电路，包含：
一多阶功率级电路，用以通过多阶切换式电源转换的方式，转换一输入电源而产生一输出电源；以及
一控制电路，用以控制该多阶功率级电路；
其中该多阶功率级电路包括：
一电感器，耦接于一切换节点与一第一节点之间；
一转换电容器，用以通过电容性分压方式产生至少一比例电位；以及
多个功率开关，耦接于该电感器与该转换电容器，该多个功率开关控制该电感器与该转换电容器的耦接关系，使得该切换节点切换于该至少一比例电位、一第二节点与一第三节点之间，以实现多阶切换式电源转换，其中该转换电容器的跨压决定该至少一比例电位；
其中该第一节点、该第二节点与该第三节点配置为以下之一：
(1)该第一节点耦接于该输出电源，该第二节点耦接于该输入电源，且该第三节点耦接于一接地电位，以将该多阶功率级电路配置为一降压型；
(2)该第一节点耦接于该输入电源，该第二节点耦接于该输出电源，且该第三节点耦接于该接地电位，以将该多阶功率级电路配置为一升压型；或者
(3)该第一节点耦接于该接地电位，该第二节点耦接于该输入电源，且该第三节点耦接于该输出电源，以将该多阶功率级电路配置为一反相升降压型；
其中该控制电路包括：
一反馈脉冲产生电路，用以根据一输出相关信号以及一参考信号而产生一触发脉冲，其中该输出相关信号相关于该输出电源；
一分相电路，用以根据该触发脉冲而产生至少一第一相位脉冲以及一第二相位脉冲；
多个计时电路，耦接于该分相电路，其中该多个计时电路的一计时电路，用以决定一第一时段，且用以根据该第一相位脉冲及该第一时段而产生一第一脉冲调制信号，该多个计时电路的另一计时电路，用以决定一第二时段，且用以根据该第二相位脉冲及该第二时段而产生一第二脉冲调制信号，其中该第一脉冲调制信号及该第二脉冲调制信号用以控制该多个功率开关，以实现多阶切换式电源转换；以及
一调整电路，用以进行以下操作之一：(1)根据该转换电容器的跨压与一参考电压的差值而产生第一调整信号，以控制该计时电路而调整该第一时段，使得该转换电容器的跨压的平均值大致上等于该参考电压的位准；或者(2)根据该切换节点的电压与该参考电压的差值以及一占空比相关信号而产生第一调整信号，以控制该计时电路而调整该第一时段，使得该比例电位大致上等于该参考电压的位准；其中该占空比相关信号相关于该多个功率开关的占空比。


2.如权利要求1所述的多阶切换式电源转换电路，其中，该控制电路还包括另一调整电路，用以进行以下操作之一：(1)根据该转换电容器的跨压与该参考电压的差值而产生第二调整信号，以控制该另一计时电路而调整该第二时段，使得该转换电容器的跨压的平均值大致上等于该参考电压的位准；或者(2)根据该切换节点的电压与该参考电压的差值以及该占空比相关信号而产生该第二调整信号，以控制该另一计时电路而调整该第二时段，使得该比例电位大致上等于该参考电压的位准；其中该第二调整信号调整该第二时段的方向与该第一调整信号调整该第一时段的方向为互补。


3.如权利要求1所述的多阶切换式电源转换电路，其中，该计时电路包括：
一电流源，用以提供一预设的电流；
一计时电容电路，根据一计时电流而产生一积分信号，其中该计时电流相关于该预设的电流；以及
一计时比较电路，用以根据该积分信号及一阈值电压而产生一计时比较信号；以及
一计时逻辑电路，用以根据一计时输入信号以及该积分信号而产生一计时输出信号，其具有一预设时段，其中该计时电路根据该计时电流、该计时电容电路的电容值，以及该阈值电压的位准而决定该预设时段；
其中该计时电路的该计时输入信号对应于该第一相位脉冲，该计时电路的该计时输出信号对应于该第一脉冲调制信号，该预设时段对应于该第一时段。


4.如权利要求3所述的多阶切换式电源转换电路，其中，该计时电路根据该第一调整信号而通过以下方式至少之一而调整该第一时段：
(1)该第一调整信号调整该计时电流以调整该第一时段；
(2)该第一调整信号调整该阈值电压以调整该第一时段；或者
(3)该第一调整信号模拟或数字切换方式调整该计时电容电路的电容值，以调整该第一时段。


5.如权利要求4所述的多阶切换式电源转换电路，其中，该调整电路包括以下至少之一：
(1)一转导电路，用以进行以下操作之一：(1a)根据该转换电容器的跨压与该参考电压的差值而产生一调整输出信号；或者(1b)根据该切换节点的电压与该参考电压的差值以及该占空比相关信号而产生该调整输出信号，其中该调整输出信号为电流形式，其分流耦接于该电流源与该计时电容电路，用以调整该计时电流；或者
(2)一电压增益电路，用以进行以下操作之一：(2a)根据该转换电容器的跨压与该参考电压的差值而产生该调整输出信号；或者(2b)根据该切换节点的电压与该参考电压的差值以及该占空比相关信号而产生该调整输出信号，其中该调整输出信号为电压形式，用以调整该阈值电压；
其中该调整输出信号对应于该第一调整信号。


6.如权利要求1或2中的任一项所述的多阶切换式电源转换电路，其中：
该第一脉冲调制信号及该第二脉冲调制信号控制该多个功率开关，使该功率级电路操作于以下状态之一：
(1)第一状态：使该电感器与该转换电容器电性串联于该第二节点与该第一节点之间，该转换电容器的一端电连接于该切换节点，该转换电容器的另一端电连接于该第二节点；
(2)第二状态：使该电感器电连接于该第三节点与该第一节点之间；
(3)第三状态：使该电感器与该转换电容器电性串联于该第三节点与该第一节点之间，该转换电容器的该端电连接于该第三节点，该转换电容器的另一端电连接于该切换节点；或者
(4)第四状态：使该电感器电连接于该第二节点与该第一节点之间；
其中该第一脉冲调制信号控制该功率级电路于该第一时段内操作于该第一状态，且该第二脉冲调制信号控制该功率级电路于该第二时段内操作于该第三状态；或者，该第一脉冲调制信号控制该功率级电路于该第一时段之外操作于该第四状态，且该第二脉冲调制信号控制该功率级电路于该第二时段之外操作于该第二状态。


7.如权利要求1所述的多阶切换式电源转换电路，其中：
当该多阶功率级电路配置为该降压型时，该切换节点切换于该输入电源及该比例电位之间、或该切换节点切换于该接地电位及该比例电位之间，其中该参考电压的位准为该输入电源的一输入电压的1/2；
当该多阶功率级电路配置为该升压型时，该切换节点切换于该输出电源及该比例电位之间、或该切换节点切换于该接地电位及该比例电位之间，其中该参考电压的位准为该输出电源的一输出电压的1/2；或者
当该多阶功率级电路配置为该反相升降压型时，该切换节点切换于该输出电源及该比例电位之间、或该切换节点切换于该输入电源及该比例电位之间，其中该参考电压的位准为该输入电压与该输出电压的差值的1/2。


8.如权利要求1所述的多阶切换式电源转换电路，其中，该反馈脉冲产生电路包括：
一误差放大电路，用以根据该输出相关信号以及该参考信号的差值而产生一误差放大信号；以及
一调制比较电路，用以比较该误差放大信号与一斜坡信号而产生该触发脉冲。


9.一种控制电路，用以控制一多阶切换式电源转换电路，该多阶切换式电源转换电路包括一多阶功率级电路，用以通过多阶切换式电源转换的方式，转换一输入电源而产生一输出电源；其中该多阶功率级电路包括：一电感器，耦接于一切换节点与一第一节点之间；一转换电容器，用以通过电容性分压方式产生至少一比例电位；以及多个功率开关，耦接于该电感器与该转换电容器，该多个功率开关控制该电感器与该转换电容器的耦接关系，使得该切换节点切换于该至少一比例电位、一第二节点与一第三节点之间，以实现多阶切换式电源转换，其中该转换电容器的跨压决定该至少一比例电位；其中该第一节点、该第二节点与该第三节点配置为以下之一：(1)该第一节点耦接于该输出电源，该第二节点耦接于该输入电源，且该第三节点耦接于一接地电位，以将该多阶功率级电路配置为一降压型；(2)该第一节点耦接于该输入电源，该第二节点耦接于该输出电源，且该第三节点耦接于该接地电位，以将该多阶功率级电路配置为一升压型；或者(3)该第一节点耦接于该接地电位，该第二节点耦接于该...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄咏竣，黄宗伟，
申请(专利权)人：立锜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71