切换电容式电源转换电路及其转换控制电路与控制方法技术

一种切换电容式电源转换电路及其转换控制电路与控制方法。该切换电容式电源转换电路包括：转换电容器；多个转换晶体管；以及输出电容器，耦接于输出节点。于一切换转换模式中，切换电容式电源转换电路以切换电容的方式转换输入电源而于输出节点产生输出电源。于第一预充电时段内，控制第一转换晶体管以提供第一预充电电流而对转换电容器预充电至预设电压位准，且于第一预充电时段内避免对输出电容器充电；于第二预充电时段内，控制第二转换晶体管以通过输出节点提供第二预充电电流而对输出电容器预充电至预设电压位准，且第二预充电电流同时用以供应负载电流给负载电路。流同时用以供应负载电流给负载电路。流同时用以供应负载电流给负载电路。

【技术实现步骤摘要】
切换电容式电源转换电路及其转换控制电路与控制方法


[0001]本专利技术涉及一种切换电容式电源转换电路，特别是指一种可预充电以降低突波电流的切换电容式电源转换电路。本专利技术还涉及用以控制切换电容式电源转换电路的转换控制电路以及控制方法。

技术介绍

[0002]与本申请相关的前案有：“RT9758规格书，立锜科技股份有限公司”，“bq25970规格书，TI”，“NCP1764规格书，ON Semiconductor”，以及“PCA9488规格书，NXP”。
[0003]图1A与图1B显示一种现有技术的切换电容式电源转换电路(101A～101B)，切换电容式电源转换电路101A～101B通过转换晶体管Q1～Q4切换转换电容器CF的电连接配置，用以转换输入电源而产生输出电源。
[0004]图1A～图1B中的现有技术的切换电容式电源转换电路，其缺点在于，当转换电容器CF与输出电容器Cout的跨压与稳态时的电压相差较大时，直接进行切换电容式电源转换方式会造成很大的突波电流，可能会造成转换晶体管烧毁。
[0005]相较于图1A～图1B的现有技术，本专利技术的切换电容式电源转换电路可在切换转换模式之前，先将转换电容器CF与输出电容器Cout分别预充电，可避免前述的突波电流，且可以较小的预充电电流支持负载电路于重载下启动。

技术实现思路

[0006]就其中一个观点言，本专利技术提供了一种切换电容式电源转换电路，包含：一转换电容器；多个转换晶体管，耦接于该转换电容器，用以转换一输入电源而于一输出节点产生一输出电源；以及一输出电容器，耦接于该输出节点；其中于一切换转换模式中，该多个转换晶体管分时轮流切换该转换电容器的电连接关系，使该转换电容器周期性地分时轮流电连接于该输入电源与至少一分压节点中的一分压节点之间、或者该至少一分压节点中的一分压节点与接地电位之间，或者在具有多个分压节点时，电连接于该至少一分压节点之中的一对之间，进而转换该输入电源而产生该输出电源，其中该输出节点对应于该至少一分压节点中的一节点，其中于稳态时，该输入电源的电压为该输出电源的电压的k倍，且该输入电源的电流为该输出电源的电流的1/k倍，其中k为大于1的自然数；其中于一预充电模式中，该切换电容式电源转换电路进行以下的预充电操作：于第一预充电时段内，控制该多个转换晶体管的一第一转换晶体管以提供第一预充电电流而对该转换电容器预充电至一预设电压位准，且于该第一预充电时段内避免对该输出电容器充电；以及于第二预充电时段内，控制该多个转换晶体管的一第二转换晶体管以通过该输出节点提供第二预充电电流而对该输出电容器预充电至该预设电压位准，且该第二预充电电流同时用以供应一负载电流给一负载电路；其中该第一预充电电流不大于一第一预设电流位准，该第二预充电电流不大于一第二预设电流位准，且该负载电流不小于一第三预设电流位准。
[0007]在一较佳实施例中，于该预充电模式后才操作该切换转换模式。
[0008]在一较佳实施例中，该第一预充电时段早于该第二预充电时段。
[0009]在一较佳实施例中，该切换电容式电源转换电路还于一平衡时段内，控制该第一转换晶体管与该第二转换晶体管以平衡该转换电容器与该输出电容器的电压至该预设的电压位准。
[0010]在一较佳实施例中，该第一转换晶体管与该第二转换晶体管为串联，其中该转换电容器、该第一转换晶体管与该第二转换晶体管的一端耦接于一切换节点，该输出电容器耦接于该第二转换晶体管的另一端，其中于该第二预充电时段，该第一转换晶体管提供至少该第二预充电电流至该切换节点。
[0011]在一较佳实施例中，该第一预设电流位准与该第二预设电流位准相等，且该负载电流小于该第二预充电电流。
[0012]在一较佳实施例中，于该预充电模式中，该第一转换晶体管配置为一电流源或一电流箝位电路，用以提供该第一预充电电流。
[0013]在一较佳实施例中，于该第二预充电时段内，该第二转换晶体管配置为一电流源或一电流箝位电路，用以提供该第二预充电电流。
[0014]在一较佳实施例中，于该第一预充电时段后，根据该转换电容器的低电压端的电压是否超过一电压阈值而判断该转换电容器是否发生短路或漏电。
[0015]在一较佳实施例中，于该第二预充电时段后，根据该输出电压是否未超过一电压阈值，由此判断该输出电容器是否发生短路或漏电，或判断是否未能完成预充电。
[0016]在一较佳实施例中，该切换电容式电源转换电路配置为：该多个转换晶体管的该第一转换晶体管、该第二转换晶体管、一第三转换晶体管以及一第四转换晶体管依序串联于该输入电源与该接地电位之间，其中该第一转换晶体管与该第二转换晶体管耦接于该转换电容器的一端，该第三转换晶体管以及该第四转换晶体管耦接于该转换电容器的另一端，该第二转换晶体管、该第三转换晶体管与该输出电容器耦接于该输出节点；其中于该切换转换模式中，该第一转换晶体管、该第二转换晶体管、该第三转换晶体管以及该第四转换晶体管分时切换，使得该转换电容器分时轮流电连接于该输入电源与该输出节点之间，以及电连接于该输出节点与该接地电位之间，进而使得该输入电源的电压为该输出电源的电压的2倍，且该输入电源的电流为该输出电源的电流的1/2倍。
[0017]在一较佳实施例中，于该切换转换模式中：该输入电源的电压为定电压，且该输出电源的电压也为定电压；或者该输入电源的电流为定电流，且该输出电源的电流也为定电流。
[0018]就另一个观点言，本专利技术也提供了一种转换控制电路，用以控制一转换电容器与一输出电容器的操作，而转换一输入电源而于一输出节点产生一输出电源，该输出电容器耦接于该输出节点；该转换控制电路包含：多个转换晶体管，耦接于该转换电容器；一预充电控制电路，用以于一预充电模式中控制该多个转换晶体管；以及一切换控制电路，用以于一切换转换模式中控制该多个转换晶体管；其中于该切换转换模式中，该切换控制电路控制该多个转换晶体管分时轮流切换该转换电容器的电连接关系，使该转换电容器周期性地分时轮流电连接于该输入电源与至少一分压节点中的一分压节点之间、或者该至少一分压节点中的一分压节点与接地电位之间，或者在具有多个分压节点时，电连接于该至少一分压节点之中的一对之间，进而转换该输入电源而产生该输出电源，其中该输出节点对应于
该至少一分压节点中的一节点，其中于稳态时，该输入电源的电压为该输出电源的电压的k倍，且该输入电源的电流为该输出电源的电流的1/k倍，其中k为大于1的自然数；其中于该预充电模式中，该预充电控制电路控制该多个转换晶体管进行以下的预充电操作：于第一预充电时段内，控制该多个转换晶体管的一第一转换晶体管以提供第一预充电电流而对该转换电容器预充电至一预设电压位准，且于该第一预充电时段内避免对该输出电容器充电；以及于第二预充电时段内，控制该多个转换晶体管的一第二转换晶体管以通过该输出节点提供第二预充电电流而对该输出电容器预充电至该预设电压位准，且该第二预充电电流同时用以供应一负载电流给一负载电路；其中该第一预充电电流不大于一第一预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种切换电容式电源转换电路，包含：一转换电容器；多个转换晶体管，耦接于该转换电容器，用以转换一输入电源而于一输出节点产生一输出电源；以及一输出电容器，耦接于该输出节点；其中于一切换转换模式中，该多个转换晶体管分时轮流切换该转换电容器的电连接关系，使该转换电容器周期性地分时轮流电连接于该输入电源与至少一分压节点中的一分压节点之间、或者该至少一分压节点中的一分压节点与接地电位之间，或者在具有多个分压节点时，电连接于该至少一分压节点之中的一对之间，进而转换该输入电源而产生该输出电源，其中该输出节点对应于该至少一分压节点中的一节点，其中于稳态时，该输入电源的电压为该输出电源的电压的k倍，且该输入电源的电流为该输出电源的电流的1/k倍，其中k为大于1的自然数；其中于一预充电模式中，该切换电容式电源转换电路进行以下的预充电操作：于第一预充电时段内，控制该多个转换晶体管的一第一转换晶体管以提供第一预充电电流而对该转换电容器预充电至一预设电压位准，且于该第一预充电时段内避免对该输出电容器充电；以及于第二预充电时段内，控制该多个转换晶体管的一第二转换晶体管以通过该输出节点提供第二预充电电流而对该输出电容器预充电至该预设电压位准，且该第二预充电电流同时用以供应一负载电流给一负载电路；其中该第一预充电电流不大于一第一预设电流位准，该第二预充电电流不大于一第二预设电流位准，且该负载电流不小于一第三预设电流位准。2.如权利要求1所述的切换电容式电源转换电路，其中于该预充电模式后才操作该切换转换模式。3.如权利要求1所述的切换电容式电源转换电路，其中该第一预充电时段早于该第二预充电时段。4.如权利要求1所述的切换电容式电源转换电路，其中该切换电容式电源转换电路还于一平衡时段内，控制该第一转换晶体管与该第二转换晶体管以平衡该转换电容器与该输出电容器的电压至该预设的电压位准。5.如权利要求1所述的切换电容式电源转换电路，其中该第一转换晶体管与该第二转换晶体管为串联，其中该转换电容器、该第一转换晶体管与该第二转换晶体管的一端耦接于一切换节点，该输出电容器耦接于该第二转换晶体管的另一端，其中于该第二预充电时段，该第一转换晶体管提供至少该第二预充电电流至该切换节点。6.如权利要求1所述的切换电容式电源转换电路，其中该第一预设电流位准与该第二预设电流位准相等，且该负载电流小于该第二预充电电流。7.如权利要求1所述的切换电容式电源转换电路，其中于该预充电模式中，该第一转换晶体管配置为一电流源或一电流箝位电路，用以提供该第一预充电电流。8.如权利要求1所述的切换电容式电源转换电路，其中于该第二预充电时段内，该第二转换晶体管配置为一电流源或一电流箝位电路，用以提供该第二预充电电流。9.如权利要求1所述的切换电容式电源转换电路，其中于该第一预充电时段后，根据该
转换电容器的低电压端的电压是否超过一电压阈值而判断该转换电容器是否发生短路或漏电。10.如权利要求1所述的切换电容式电源转换电路，其中于该第二预充电时段后，根据该输出电压是否未超过一电压阈值，由此判断该输出电容器是否发生短路或漏电，或判断是否未能完成预充电。11.如权利要求1所述的切换电容式电源转换电路，该切换电容式电源转换电路配置为：该多个转换晶体管的该第一转换晶体管、该第二转换晶体管、一第三转换晶体管以及一第四转换晶体管依序串联于该输入电源与该接地电位之间，其中该第一转换晶体管与该第二转换晶体管耦接于该转换电容器的一端，该第三转换晶体管以及该第四转换晶体管耦接于该转换电容器的另一端，该第二转换晶体管、该第三转换晶体管与该输出电容器耦接于该输出节点；其中于该切换转换模式中，该第一转换晶体管、该第二转换晶体管、该第三转换晶体管以及该第四转换晶体管分时切换，使得该转换电容器分时轮流电连接于该输入电源与该输出节点之间，以及电连接于该输出节点与该接地电位之间，进而使得该输入电源的电压为该输出电源的电压的2倍，且该输入电源的电流为该输出电源的电流的1/2倍。12.如权利要求1所述的切换电容式电源转换电路，其中于该切换转换模式中：该输入电源的电压为定电压，且该输出电源的电压也为定电压；或者该输入电源的电流为定电流，且该输出电源的电流也为定电流。13.一种转换控制电路，用以控制一转换电容器与一输出电容器的操作，而转换一输入电源而于一输出节点产生一输出电源，该输出电容器耦接于该输出节点；该转换控制电路包含：多个转换晶体管，耦接于该转换电容器；一预充电控制电路，用以于一预充电模式中控制该多个转换晶体管；以及一切换控制电路，用以于一切换转换模式中控制该多个转换晶体管；其中于该切换转换模式中，该切换控制电路控制该多个转换晶体管分时轮流切换该转换电容器的电连接关系，使该转换电容器周期性地分时轮流电连接于该输入电源与至少一分压节点中的一分压节点之间、或者该至少一分压节点中的一分压节点与接地电位之间，或者在具有多个分压节点时，电连接于该至少一分压节点之中的一对之间，进而转换该输入电源而产生该输出电源，其中该输出节点对应于该至少一分压节点中的一节点，其中于稳态时，该输入电源的电压为该输出电源的电压的k倍，且该输入电源的电流为该输出电源的电流的1/k倍，其中k为大于1的自然数；其中于该预充电模式中，该预充电控制电路控制该多个转换晶体管进行以下的预充电操作：于第一预充电时段内，控制该多个转换晶体管的一第一转换晶体管以提供第一预充电电流而对该转换电容器预充电至一预设电压位准，且于该第一预充电时段内避免对该输出电容器充电；以及于第二预充电时段内，控...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宗伟，魏鼎宇，
申请(专利权)人：立锜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：