切换电容式电压转换电路及切换电容转换器控制方法技术

一种切换电容式电压转换电路及切换电容转换器控制方法，其中切换电容式电压转换电路包括切换电容转换器及控制电路

【技术实现步骤摘要】
切换电容式电压转换电路及切换电容转换器控制方法


[0001]本专利技术涉及一种切换电容式电压转换电路及切换电容转换器控制方法，特别涉及一种以脉宽调制信号与零电流侦测信号控制的切换电容式电压转换电路及切换电容转换器控制方法
。

技术介绍

[0002]电机电子工程师学会
(IEEE)
应用电源电子研讨会在
2005
年的一篇论文：“用于射频功率放大器的封包追踪的三位准降压转换器”(“Three
‑
Level Buck Converter for Envelope Tracking in RF Power Amplifiers”)
，提出了一种三位准降压转换器用于封包追踪应用，例如用于射频功率放大器中的封包追踪；为了实现高效率和高功率密度，飞驰电容器
(flying capacitor)
的跨压必需调节于输入电压的一半
。
[0003]图
1A
显示一已知美国专利
US 9
，
917
，
517B1
的切换式槽转换器
(switched tank converter
，
STC)。
此已知
STC
可以实现高效率的功率转换，但它是非调节稳压的分压器；当输入电压升高时，其输出电压也会升高，而无法稳定调节输出电压
。
[0004]图
1B
显示一已知降压转换电路
10。
此已知降压转换电路
10
的电感
L
需承受输入电压等级的电压应力，使得其需要较大尺寸的电感及较高的电感值
。
一般而言，较高的切换频率能够使得转换电路具有较小尺寸的电感
。
然而，切换功率损耗也会随着高切换频率及对开关而言的高输入电压而明显地升高
。
[0005]有鉴于此，本专利技术即针对上述现有技术的不足，提出一种创新的切换电容式电压转换电路及切换电容转换器控制方法
。

技术实现思路

[0006]于一观点中，本专利技术提供一种切换电容式电压转换电路，用以将一第一电压转换为一第二电压或将该第二电压转换为该第一电压，该切换电容式电压转换电路包括：一切换电容转换器，耦接于该第一电压与该第二电压之间；以及一控制电路，用以根据该第一电压或该第二电压而产生一脉宽调制信号，且该控制电路根据该脉宽调制信号与一零电流侦测信号，产生一控制信号以控制该切换电容转换器，而将该第一电压转换为该第二电压或将该第二电压转换为该第一电压；其中该切换电容转换器包括：至少一谐振电容；多个开关，与该至少一谐振电容耦接；以及至少一电感；其中，当该第一电压转换为该第二电压时，该控制信号包括一单向导通操作信号
、
一第一操作信号及一第二操作信号，以分别对应一单向导通程序
、
一第一程序及一第二程序，进而用以操作对应的该多个开关，以切换所对应的该电感的电连接关系；其中，当该第一电压转换为该第二电压时，该控制电路根据该第二电压而产生该脉宽调制信号，且该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序的操作方式如下：在该单向导通程序中，通过该单向导通操作信号控制该多个开关的切换，以于一第一直流电位与该第二电压间形成一单向导通路径，而使流经该电感的一电感电流经由该单向导通路径流向该第二电压；在该第一程序中，通过该第一操作信号控制该多个开关的切换，使
对应的该谐振电容与对应的该电感串联于该第二电压与一第二直流电位之间，而形成一第一电流路径，以使流经该电感并流向该第二电压的该电感电流为具有一第一谐振频率的谐振电流；在该第二程序中，通过该第二操作信号控制该多个开关的切换，使对应的该谐振电容与对应的该电感串联于该第一电压与该第二电压之间，以形成一第二电流路径，以使流经该电感并流向该第二电压的该电感电流为具有一第二谐振频率的谐振电流；其中，该单向导通操作信号
、
该第一操作信号与该第二操作信号，分别于各自对应的一段使能期间，切换至一使能位准，且该多个段使能期间彼此不重叠，以使该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序彼此不重叠；其中，该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序接连排序为一组合后重复该组合，以使该电感在该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序之间进行电感式电源转换切换，进而将该第一电压转换为该第二电压；其中，该控制电路还根据该电感电流到达零电流的时点，而产生该零电流侦测信号
。
[0007]于另一观点中，本专利技术提供一种切换电容转换器控制方法，用以将一第一电压转换为一第二电压或将该第二电压转换为该第一电压，该切换电容转换器控制方法包括：根据该第一电压或该第二电压而产生一脉宽调制信号；根据一电感电流到达零电流的时点，而产生一零电流侦测信号；以及根据该脉宽调制信号与该零电流侦测信号，产生一控制信号以控制一切换电容转换器，而将该第一电压转换为该第二电压或将该第二电压转换为该第一电压；其中，当该第一电压转换为该第二电压时，该脉宽调制信号根据该第二电压而产生，且该控制信号包括一单向导通操作信号
、
一第一操作信号及一第二操作信号，以分别对应一单向导通程序
、
一第一程序及一第二程序，进而用以操作对应的多个开关，以切换所对应的一电感的电连接关系；其中，当该第一电压转换为该第二电压时，该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序的操作方式如下：在该单向导通程序中，通过该单向导通操作信号控制该多个开关的切换，以于一第一直流电位与该第二电压间形成一单向导通路径，而使流经该电感的该电感电流经由该单向导通路径流向该第二电压；在该第一程序中，通过该第一操作信号控制该多个开关的切换，使对应的一谐振电容与对应的该电感串联于该第二电压与一第二直流电位之间，而形成一第一电流路径，以使流经该电感并流向该第二电压的该电感电流为具有一第一谐振频率的谐振电流；在该第二程序中，通过该第二操作信号控制该多个开关的切换，使对应的该谐振电容与对应的该电感串联于该第一电压与该第二电压之间，以形成一第二电流路径，以使流经该电感并流向该第二电压的该电感电流为具有一第二谐振频率的谐振电流；其中，该单向导通操作信号
、
该第一操作信号与该第二操作信号，分别于各自对应的一段使能期间，切换至一使能位准，且该多个段使能期间彼此不重叠，以使该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序彼此不重叠；其中，该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序接连排序为一组合后重复该组合，以使该电感在该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序之间进行电感式电源转换切换，进而将该第一电压转换为该第二电压
。
[0008]于一实施例中，该控制电路包括：一脉宽调制电路，用以于该第一电压转换为该第二电压时，根据该第二电压产生该脉宽调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种切换电容式电压转换电路，用以将一第一电压转换为一第二电压或将该第二电压转换为该第一电压，该切换电容式电压转换电路包含：一切换电容转换器，耦接于该第一电压与该第二电压之间；以及一控制电路，用以根据该第一电压或该第二电压而产生一脉宽调制信号，且该控制电路根据该脉宽调制信号与一零电流侦测信号，产生一控制信号以控制该切换电容转换器，而将该第一电压转换为该第二电压或将该第二电压转换为该第一电压；其中该切换电容转换器包括：至少一谐振电容；多个开关，与该至少一谐振电容耦接；以及至少一电感；其中，当该第一电压转换为该第二电压时，该控制信号包括一单向导通操作信号
、
一第一操作信号及一第二操作信号，以分别对应一单向导通程序
、
一第一程序及一第二程序，进而用以操作对应的该多个开关，以切换所对应的该电感的电连接关系；其中，当该第一电压转换为该第二电压时，该控制电路根据该第二电压而产生该脉宽调制信号，且该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序的操作方式如下：在该单向导通程序中，通过该单向导通操作信号控制该多个开关的切换，以于一第一直流电位与该第二电压间形成一单向导通路径，而使流经该电感的一电感电流经由该单向导通路径流向该第二电压；在该第一程序中，通过该第一操作信号控制该多个开关的切换，使对应的该谐振电容与对应的该电感串联于该第二电压与一第二直流电位之间，而形成一第一电流路径，以使流经该电感并流向该第二电压的该电感电流为具有一第一谐振频率的谐振电流；在该第二程序中，通过该第二操作信号控制该多个开关的切换，使对应的该谐振电容与对应的该电感串联于该第一电压与该第二电压之间，以形成一第二电流路径，以使流经该电感并流向该第二电压的该电感电流为具有一第二谐振频率的谐振电流；其中，该单向导通操作信号
、
该第一操作信号与该第二操作信号，分别于各自对应的一段使能期间，切换至一使能位准，且该多个段使能期间彼此不重叠，以使该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序彼此不重叠；其中，该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序接连排序为一组合后重复该组合，以使该电感在该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序之间进行电感式电源转换切换，进而将该第一电压转换为该第二电压；其中，该控制电路还根据该电感电流到达零电流的时点，而产生该零电流侦测信号
。2.
如权利要求1所述的切换电容式电压转换电路，其中，该控制电路包括：一脉宽调制电路，用以于该第一电压转换为该第二电压时，根据该第二电压产生该脉宽调制信号，并于该第二电压转换为该第一电压时，根据该第一电压产生该脉宽调制信号；一零电流侦测电路，用以于该电感电流到达该零电流的时点，产生该零电流侦测信号；以及一控制信号产生电路，用以根据该脉宽调制信号与该零电流侦测信号，产生该控制信号，并根据该控制信号，分别于该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序中，产生对应于该多个开关的多个开关操作信号
。
3.
如权利要求1所述的切换电容式电压转换电路，其中，该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序组成一切换周期，且该切换周期中的该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序的排列顺序可任意组合，且该切换周期中的最早的程序的结束时点由该脉宽调制信号决定，且该切换周期中除了最早的程序外的其他程序的结束时点由该零电流侦测信号决定
。4.
如权利要求1所述的切换电容式电压转换电路，其中，该单向导通程序中，该电感电流为下列其中之一：该电感电流为具有一第三谐振频率的谐振电流；或该电感电流为非谐振电流；其中当该电感电流为该非谐振电流时，该电感电流为逐渐降低的一线性斜坡电流，或为逐渐升高的另一线性斜坡电流
。5.
如权利要求4所述的切换电容式电压转换电路，其中，于该单向导通程序中，当该电感电流为该非谐振电流，且为逐渐降低的该线性斜坡电流时，该单向导通路径包括该电感电流所流经的不导通状态的至少一该开关中的内接二极管
。6.
如权利要求4所述的切换电容式电压转换电路，其中，于该单向导通程序中，该单向导通路径包括该电感电流所流经的导通状态的至少一该开关
。7.
如权利要求1所述的切换电容式电压转换电路，其中，该第一直流电位为该第一电压或一接地电位，且该第二直流电位为该第一电压或该接地电位
。8.
如权利要求1所述的切换电容式电压转换电路，其中，该脉宽调制电路包括：一锁定电路，用以将该第二电压锁定于一参考电压而产生一电压锁定信号；一斜坡电路，用以产生一斜坡信号；以及一比较电路，用以比较该电压锁定信号及该斜坡信号而产生该脉宽调制信号
。9.
如权利要求8所述的切换电容式电压转换电路，其中，该斜坡电路包括一重置电路，用以根据该控制信号或一时钟信号重置该斜坡信号
。10.
如权利要求1所述的切换电容式电压转换电路，其中，该控制信号调整该第一程序及
/
或该第二程序的该使能期间，以达到柔性切换的零电压切换或零电流切换
。11.
如权利要求3所述的切换电容式电压转换电路，其中，该切换周期为一固定期间
。12.
如权利要求
11
所述的切换电容式电压转换电路，其中，于该切换周期的该单向导通程序
、
该第一程序及该第二程序都结束后，该多个开关都保持不导通一零电流时段至该固定期间结束
。13.
如权利要求1所述的切换电容式电压转换电路，其中，还包含一非谐振电容，与该谐振电容耦接，其中该非谐振电容的跨压，于该第一程序与该第二程序中，维持于一固定直流电压
。14.
如权利要求1所述的切换电容式电压转换电路，其中，当该第二电压转换为该第一电压时，该控制电路根据该第一电压产生该脉宽调制信号，以产生该控制信号，而将该第二电压转换为该第一电压；其中当该第二电压转换为该第一电压时，该控制信号包括一反单向导通操作信号
、
一第三操作信号及一第四操作信号，以分别对应一反单向导通程序
、
一第三程序及一第四程序，而操作对应的该多个开关，以切换所对应的该电感的电连接关系；
其中，当将该第二电压转换为该第一电压时，该反单向导通程序
、
该第三程序及该第四程序的操作方式如下：在该反单向导通程序中，通过该反单向导通操作信号控制该多个开关的切换，以于一第三直流电位与该第一电压间形成一反单向导通路径，而使流经该电感的该电感电流经由该反单向导通路径流向该第一电压；在该第三程序中，通过该第三操作信号控制该多个开关的切换，使对应的该谐振电容与对应的该电感串联于该第一电压与一第四直流电位之间，而形成一第三电流路径，以使流经该电感并流向该第一电压的该电感电流为具有一第四谐振频率的谐振电流；在该第四程序中，通过该第四操作信号控制该多个开关的切换，使对应的该谐振电容与对应的该电感串联于该第一电压与该第二电压之间，以形成一第四电流路径，以使流经该电感并流向该第一电压的该电感电流为具有一第五谐振频率的谐振电流；其中，该反单向导通操作信号
、
该第三操作信号与该第四操作信号，分别于各自对应的一段使能期间，切换至该使能位准，且该多个段使能期间彼此不重叠，以使该反单向导通程序
、
该第三程序及该第四程序彼此不重叠；其中，该反单向导通程序
、
该第三程序及该第四程序接连排序为一组合后重复该组合，以使该反单向导通程序
、
该第三程序及该第四程序之间进行电感式电源转换切换，进而将该第二电压转换为该第一电压
。15.
如权利要求1所述的切换电容式电压转换电路，其中，该切换电容转换器包括散布式切换电容转换器
、
串并联式切换电容转换器
、
狄克森式切换电容转换器
、
阶梯式切换电容转换器
、
倍压式切换电容转换器
、
斐波纳契式切换电容转换器
、
管线式切换电容转换器或切换腔式转换器
。16.
如权利要求
15
所述的切换电容式电压转换电路，其中，该串并联式切换电容转换器包括二分之一串并联式切换电容转换器
、
三分之一串并联式切换电容转换器或四分之一串并联式切换电容转换器
。17.
如权利要求
14
...

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