CN102210089A - 电容性dc-dc转换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电荷泵电容性DC-DC转换器(200)，其包括可重配置电荷泵电容器阵列。DC-DC转换器配置为通过使用形成可重配置阵列的至少一个电荷泵电容器(C21，C22)中的至少一个作为可变电容器，提供其输入电压(Vin)和其输出电压(Vout)之间的连续可变比率。在实施例中，一个或多个可变电容器(C21，C22)可以是铁电电容器、反铁电电容器或其它铁性电容器。DC-DC转换器(200)可以提供偏置电路给电容器或多个电容器，并且可以进一步提供控制环路(220，230)。可选地，电容器可以提供一定程度的自控制。

Description

电容性DC-DC转换器

技术领域

本发明涉及DC-DC转换器。本发明特别关注电荷泵电容性DC-DC转换器，和控制这种DC-DC转换器的方法。

背景技术

给负载提供低于可用的电源电压的电压的简单方法是通过线性调节器。线性调节器主要是与负载串联的可控电阻。然而，当负载电压相对于电源电压降低时，需要经过可控电阻降低的电压增高。在可控电阻上消耗的功率增加，并且调节器的整个效率降低。因此线性调节器虽然能允许宽范围的独立电源和负载电压，但是线性调节器是低效率的。

一种正被越来越多地使用的替代解决方案是开关模式电源或DC-DC转换器。代替电阻性元件，使用电抗性元件。理论上，这样的转换器基于虚(电抗性)功率，因为电流和电压是正交的，而不是实(电阻性)功率，因此可以降低实功率消耗。电抗性转换器需要电感性或电容性元件作为电抗性元件。

虽然在理论上可以忽略电阻性和开关损耗，电感性转换器效率能达到100％，但是由于每次电容器充电超过偏移ΔV时，能量1/2CΔV²损失造成的纹波损失，电容性转换器的效率总是低于100％。

尤其对于输入和输出之间大电压差的情况，熟知的是，开关模式转换器在效率方面很容易做得比线性调节器好：与线性调节器的能量持续从输入端传送到输出端并且因此在途经的晶体管上损失能量不同，在开关模式转换器中，能量是临时存储在能量缓冲器(电感器和/或电容器)中，并且随后释放到负载。能量储存元件越理想，效率越高。在实际中，即使对于输入和输出电压之间存在大电压差，效率也可以接近90％以上。

对于所有开关模式转换器来说，当开关频率上升时，能量缓冲器所需的尺寸下降。对于集成的目的来说，这是有利的。然而，实际上，使电感器小型化且保持Q在可接受的水平是很困难的。相反，通过实现很高的电容密度，在硅基片上或封装内集成电容器是切实可行的。

在电容性转换器中，通过适当的串/并联配置将电容器连接到电源，在开关周期的第一部分，电荷被加载到一个或多个“泵”电容器上。然后，在开关周期的第二部分期间，电容器放电到负载。缓冲电容器通常与负载并联连接，以便从输入对泵电容器充电时，降低输出电压纹波和到负载的供应能量。改变在开关周期的第一和第二部分中的电容器之间的串/并联配置，可以改变分离的步骤中的输出电压。对于接近这些步骤的负载-电源电压比，电容性转换器可达到最高的效率。对于输出电压或电流的连续控制的常用技术是在开关电源和负载之间增加线性调节器。开关电源可以在分离的步骤中与负载适配，并且线性调节器可以在这些步骤之间连续调节。

美国专利公开US-A-5841648公开了这样的电容性转换器，其中线性调节器与泵电容器串联连接。可选地，可变阻抗可以串联加到具有固定值电容的泵电容器上，如专利申请WO2004/064234中所公开的一样。

已经提出连续调节转换器的技术。例如，在美国专利文献US-B-6538907中已经提出，一旦达到缓冲电容器上的阈值时就打开或关闭电荷泵。可选地，提出了改变开关频率，然而，这会导致通信线路上不可预知的磁干扰。占空比的改变可以防止频率的变化，但可能会导致效率下降和明显增强高次谐波。因此，由于伴随着电磁干扰(emi)增强的风险，这些技术是不令人满意的。

至此还没有令人满意的解决方案可以将电容性转换器的优势与输入电压和输出电压或电源电压和负载电压之比的连续可变控制有效地结合起来。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的电容性转换器，其允许高效率的电压转换和对线性调节器的过重需求。

根据本发明，提供了一种电容性DC-DC转换器，其包含：输入，用于以输入电压接收电流；输出，用于以输出电压提供电流；电荷泵电容器阵列，在DC-DC转换器内是可重配置的，且包含至少一个电荷泵电容器；多个开关，用于重配置可重配置的电荷泵电容器阵列，其特征在于：电容性DC-DC转换器配置为通过使用所述至少一个电荷泵电容器中的至少一个作为可变电容器，提供输入电压和输出电压之间的连续可变比率。

通过这样的器件，可以避免对于会增加电压转换器的额外尺寸和成本的线性调节器的需求。而且，通过省略线性调节器，由于不需要匹配转换器和避免不稳定或干扰的调节控制，可以简化控制。同时，因为能够在器件的工作范围的至少一部分上实现输出电压的连续变化，且无需改变开关频率或占空比，因此可以避免与改变现有技术的电容性转换器的开关频率或占空比相关联的可能的emi问题。有利地，不需要电感器。

优选地，可变电容器被配置为使得当它上面的电压在预定的电压范围内增加时，其电容下降。通过提供反馈机制，该特征允许可变电容器提供对DC-DC转换器一定程度的自调节或自控制。

在优选实施例中，电容性DC-DC转换器进一步包含用于对可变电容器进行偏置的偏置电路。更优选地，偏置电路包含与可变电容器串联的另一电容器，可变电容器与另一电容器之间的节点通过偏置电阻连接到偏置电压。所述另一电容器可以是固定值电容器或另一可变电容器。这样的偏置电路允许对改变负载的快速响应，而不会降低在稳定负载处的效率。当然，电阻器不必是独立组件，而是可以包含开关的控制晶体管的源漏阻抗。

在有利的实施例中，电容性DC-DC转换器进一步包含控制可变电容器的控制环路。控制环路可以包括用于感测输出电压的传感装置和用于控制偏置电路的控制装置。这样的实施例与多种可变电容器兼容。可选地而非限制性地，DC-DC转换器上的可变电容器可以配置为使得输出电压或输入电压上的变化可以直接改变电容。在这样的实施例中，不需要额外的控制电路。

电容性DC-DC转换器可以配置为使得输出电压独立于输入电压的变化而可变；可选地而非限制性地，电容性DC-DC转换器可以配置为使得输出电压独立于输入电压的变化而恒定。

在本发明的实施例中，电荷泵电容器阵列可包含多个电荷泵电容器。这提供了更大程度的设计自由，并允许使用较小的可变电容器，因此更容易设计到一个单一基片上。

有利地，可以将缓冲电容器跨接在输出上。这样的缓冲或平滑电容器可以用于减少输出电压上的纹波，从而确保电容性转换器能够提供被特别平滑调节的电压输出。

可以在同一基片上提供至少一个电荷泵电容器和多个开关。在这样的实施例中，至少一个电荷泵电容器可以是半导体变容二极管，因为这些类型的可变电容器特别适合采用标准CMOS或BiCMOS工艺集成。

在其他替代实施例中，非限制性地，在分离的基片上提供所述至少一个电荷泵电容器和所述多个开关，并且将所述至少一个电荷泵电容器和所述多个开关集成到同一封装内。在这样的实施例中，特别方便的是，所述至少一个电荷泵电容可以是铁性(ferroic)电容器。

根据本发明的另外一个方面，提供了一种控制电容性DC-DC转换器的方法，所述电容性DC-DC转换器包含：输入，用于接收输入电压；输出，用于提供输出电压；可重配置电荷泵电容器阵列，包含至少一个电荷泵可变电容器和用于重配置所述可重配置电荷泵电容器阵列的多个开关；所述方法包含：改变所述至少一个电荷泵可变电容器中的至少一个，从而使得独立于输入电压的变化来控制输出电压。

所述方法优选地包括偏置所述至少一个可变电容器中的至少一个的步骤。

所述方法可进一步包括感测输出电压和依赖于输出电压对所述至少一个可变电容器中的至少一个进行偏置的步骤。

对所述至少一个可变电容器中的至少一个进行偏置的步骤进一步可以有益地包含调节由电容性DC-DC转换器汲取的最大输入电流。所述方法因此提供了增强程度的调节保护，而无需额外的电路，并且因此只有少许或没有额外的成本或设计开销。

电容性DC-DC转换器可以根据泵周期工作，从而所述至少一个可变电容器中的所述至少一个与泵周期同步地被偏置。因此，可以确保对于瞬态电压的快速响应。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将是显而易见的，参考下文描述的实施例对本发明的这些和其他方面加以阐述。

附图说明

参考附图，只以示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1是根据现有技术的电容性DC-DC转换器的示意性电路图；

图2是根据本发明的第一实施例的电容性DC-DC转换器的示意性电路图；

图3是根据本发明的另一实施例的电容性DC-DC转换器的示意性电路图；

图4(a)-(d)描述了多种可变电容器的电容/电压响应；

图5图示了合适的可变电容器的自调节能力；

图6描述了用于可变电容器的偏置电路；

图7描述了用于形成DC-DC转换器的一部分的可变电容器的控制环路；和

图8(a)和8(b)描述了集成到封装内的可变电容器的两种实现方式。

应当指出，这些附图是示意性的，并未按比例示出。出于画图清晰和便利的目的，这些图中的部分的相对尺寸和比例在尺寸上被放大或缩小了。在修正的和不同的实施例中，相同的参考符号一般用来指相应的或类似的特征。

具体实施方式

图1描述了根据现有技术的电容性DC-DC转换器的简单示意性电路图。在输入100、101上施加电压Vin，并且负载电阻R_L通过输出111、和110的电压汲取电流。通过开关跨接在输入100、101上的是电荷泵电容器C1。开关S1将电容器C1的第一电极131连接到输入的高侧101，并且开关S2将电容器C1的第二电极132连接到输入的低侧100。开关S4和S3分别将电荷泵电容器C1的第一电极131和第二电极132连接到电压输出的高侧111。第二电容器C2连接在输出的高侧111和低侧110之间。

在电容性转换器的操作中，在第一阶段，控制单元(未示出)将所有奇数编号开关设置为它们的导通状态，即闭合状态。也就是说，通过使开关S1和S3与电容器C1和C2串联连接，C1和C2的串联连接被充电到输入电压Vin。在DC-DC转换器的随后的第二操作阶段，控制单元打开奇数编号开关，并且闭合偶数编号开关S2和S4。因此，在第二操作阶段，通过打开所有奇数编号开关和闭合所有偶数编号开关，控制单元在DC-DC转换器的输出处，提供了并联的电容器C1和C2与负载电阻R_L的并联连接。

因此，输入与输出电压的比率为2∶1。不论电容器C1和C2是否具有类似尺寸，都是如此。

从一个方面考虑，电容器C1和C2都对电荷泵功能有所贡献。然而，从第二方面考虑，因为电容器C2直接跨接在输出负载上，电容器C2充当缓冲电容器或平滑电容器。因此，当从第二方面考虑时，图1的电路图可以被认为是具有单个电荷泵电容器的电荷泵电容性转换器。

图2描述了根据本发明的第一实施例的DC-DC电容性转换器。所述转换器类似于图1中图示的转换器，因此相应的组件用相应的参考数字表示。然而，在这个转换器中，用可变电荷泵电容器C21代替电荷泵电容器C1，可变电荷泵电容器C21具有分别到231和232的顶电极和底电极。类似地，用可变电容器C22代替电容器C2。210示出了经过S4控制开关S1的控制单元；其操作类似于以上参考图1描述的开关。但是，控制单元210不同于参考图1描述的开关，因为它还响应于来自控制环路230的输出。控制环路响应于输出+Vout，并且特别地响应于输出的高侧111，因此，图2中将控制环路230图示为具有连接到+Vout的输入。除了控制控制单元210之外，控制环路230也提供了到偏置电路220的控制输出。偏置电路220对于偏置可变电容器C21是有效的，这在下面会更详细的描述。另外，偏置单元220对于偏置第二电容器C22是有效的，这在下文中会详细描述。

在这个实施例中，第二电容器C22是第二可变电容器；然而，在另外的实施例中，第二电容器也可以是固定值电容器C2。

在本申请全文中，词语“电荷泵电容器阵列”用于包括单一电荷泵电容器，和多个电荷泵电容器。因此，图2的布置可以认为是包含缓冲电容器C22以及具有单一电荷泵电容器C21的电荷泵电容器阵列。

图3的示意性电路图中图示了本发明的第二实施例。该实施例的布局总体上类似于以上参考图2描述的布局；然而，这个实施例与图2中描述的实施例不同，因为此实施例包括另一电荷泵电容器C23。作为结果，存在更多的控制开关，并且偏置电路或偏置控制320控制两个或三个电容器，而不是前述实施例中的一个或两个电容器。

控制开关的布置在细节上不同于前述实施例中的布置，因为开关S4和S3不是将输出的高侧111分别连接到电容器C1的第一和第二电极，而是连接相应的电极到另一电荷泵可变电容器C23的第一电极。另一电荷泵可变电容器C23的第二电极经由开关S5连接到输入和输出的共同低侧100和110。另一电荷泵可变电容器C23的第一和第二电极分别经由开关S7和S6连接到输出的高侧111。

在此实施例中，所有的电荷泵电容器和缓冲电容器都是可变电容器。然而，对于技术人员来说是显而易见的是，假如至少一个电荷泵电容器是可变电容器，则本发明可等同地延伸到一个或多个电容器均是固定值电容器的情况，

根据本发明，在电容性DC-DC转换器中使用的一个或多个可变电容器可以是几种不同类型中的任意一种：例如，在CMOS或BiCMOS工艺中，可变电容器可以是与控制环路、电流或电压传感器和其它电子元件集成在同一裸片上的变容二极管。可选地，它们可以是铁性电容器。术语“铁性”在本申请中具有本领域技术人员熟知的广泛含义。也就是说，该术语用于包括：在操作环境下，物理上既不是铁电相也不是反铁电相，但在相图中的其它位置具有铁电相或反铁电相的材料。进一步，它也用于包括具有依赖于电压的大于80的介电常数的所有材料，无论它们是否是严格的铁性材料。例如从美国专利US-A-5889428中已知铁电电容器可以和有源电子元件一起集成以代替固定值电容器；然而，在本发明的实施例中，铁电电容器被用作可调电容器或可变电容器。

图4描述了电容对偏置电压的示例性依赖关系，即可以用于本发明的实施例以获益的几种可变电容器技术的C(V)响应。图4(a)描述了变容二极管或PIN二极管的典型的C(V)响应。电容与电压具有次线性反比关系。也就是说，电容随着升高的电压而减小，但电容减小的速率也随升高的电压而降低。当(正)电压趋向零时，电容趋向一个非常高的值，并且电容随升高的电压而单调下降，但是不会下降到零。图4(b)描述了铁电电容器的典型C(V)响应。通常的响应与变容二极管的响应具有相同的形状；然而，对于铁电电容器来说，在低电压处的电容有所不同，因为它变得平坦，从而在零电压下电容是有效平坦的。图4(c)描述了反铁电电容器的典型响应。在高电压处，形状与铁电电容器的相同：然而，这种类型的电容器的响应在非零正电压处具有峰值：在较小的正电压处电容下降，但是下降的速率随降低的电压而降低，从而在零电压处电容几乎是平坦的。最后，在图4(d)处描述了MOS变容二极管的C(V)响应。本质上，MOS变容二极管具有与变容二极管或PIN二极管与固定值电容器的串联连接相似的响应。对于较大和中等的负电压，电容具有较小的值；在较小负电压处电容急剧上升，并且最终平坦到一个针对正电压的较高的常数值。

如下文中详细讨论，这些电容器类型中的一些可以用于本发明的实施例，而无需额外的或单独的控制环路。

依赖于开关的配置，泵电容器上的电压与负载上的电压具有固定比率。因此，输出电压或输入电压的变化会直接改变电容。若当电容器上的电压降低时电容增大，则与固定值电容器的情况相比，有更多的电荷会被泵入负载。输出电压对于很陡的C(V)曲线可自调节，如图5中的虚曲线(a)所示，其在低正偏置处具有平坦响应，并且在电压Vr处急剧降低到零。不需要没有额外的控制电路：电容器已经帮助稳定了输出电压。

在可变电容器具有针对偏置控制电压的单独连接的实施例中，如下面详细描述的，可以将偏置电压抽头连接到输入或输出电压。在偏置电压抽头连接到输入电压的情况下：如果Vin增加，C减小，导致转换器的更高的输出电阻：这将导致Vout的下降，抵消由于Vin增加造成的增加。相反，对于偏置电压抽头连接到输出电压的情况：如果输出电压增加，C减小，从而输出阻抗增加，导致Vout降低，抵消了最初的增加。

除了在虚曲线5(a)中所示的理想化响应之外，图5在曲线5(b)中描述了对于部分自调节电容器的良好的折衷C(V)曲线。电压依赖性支持在ΔVr的范围内(即电容随增加的电压而单调急剧下降的电压范围内)的调节环路。可以以几种方式获得这种曲线：特别地，可以通过优化铁电或反铁电电容器的性能获得这种曲线，或通过组合铁电和反铁电电容器获得这种曲线，或通过优化半导体变容二极管或在氧化层具有良好受控电荷的MOS变容二极管的掺杂分布来获得这种曲线。

在一些应用中，能够将输出电压设置为任意值是有利的。因此，对于这些应用而言，单调下降部分的斜率不能变得无限陡，但理想上跨过由开关阵列决定的电压范围。通过调节电容器的响应使得在泵电容器上的电压的变化范围内具有最大的陡度，可以实现比使用固定值电容器更快且更准确的对输出电压的调节。对于这种调节的一个选择是，以一种本领域的技术人员熟知的方式修改变容二极管的掺杂分布。另一种选择是使用铁电或反铁电材料或它们的组合。通过优化材料和介电层的厚度，可根据应用来调节矫顽磁场和C(V)响应。

以上描述的实施例包括偏置电路以控制可变电容器上的偏置。参见例如图2中的偏置电路220和图3中的偏置电路320。偏置电路提供独立于输入或输出电压的对泵电容的控制。因此对于技术人员来说显而易见的是，本发明可延伸到没有偏置电路或偏置控制的实施例。在这样的实施例中，泵电容依赖于输入或输出电压中的至少一个。因此，这些实施例不是优选的，因为它们提供了对DC-DC转换器的较低水平的独立控制。然而，对于一些应用来说，它们可能是有利的，因为它们需要更少的组件和简化的控制。

由于对于本发明的实施例而言，泵电容器(或多个泵电容器)上的平均DC电压可以改变是有利的，从一个角度来说，电容器上一直存在偏置电压。在2端可变或可调电容器的最简单的情况下，可以通过电容上的电压简单地提供偏置。然而，在优选实施例中，采用了更复杂的偏置可调谐电容器的方法。图6示出了该方法。图6描述了可变电容器C61。与可变电容器器C61串联连接的是第二电容器C62。该第二电容器C62可以是固定的DC阻挡电容器或另一可变电容器。可变电容器C61的第一电极连接到接线端61，C61的第二电极连接到第二电容器C62的第一电极和公共节点，并且第二电容器C62的第二电极连接到接线端62。偏置电阻Rb也连接到该公共节点，偏置电阻Rb还连接到偏置电压Vb。

根据该偏置方案，前述实施例中示为单个电容器(例如C21)的可变电容器被替换为电容对C61和C62。因此例如在图3所示的实施例中，接线端61和62分别连接到开关S1和S2。

第二电容器C62和偏置电阻Rb引入了大概随1/(ω.Rb.C61)变化的损耗，因此优选偏置电阻Rb的较大值。然而，这导致了用于改变偏置的较长的时间常数，其中时间常数根据Rb.(C61+C62)而缩放。因此，提供低损耗偏置可以导致偏置电路的慢响应。为了缓解该问题，在本发明的实施例中采用如图7所示的偏置电路，该偏置电路与控制环路集成在一起。

图7描述了对图6进行修正后的偏置电路，其中通过开关S71将偏置端可开关地连接到偏置电压发生器740。偏置电压发生器740和开关S71均在控制环路730的控制之下。控制环路730通过传感器750感测输出的高侧111处的负载电压。传感器750可以是一个简单的电压抽头。当输出电压(或者是输出电流，在将电流用作基本控制的示例中)偏离所需值太多时，例如在负载电阻的快速瞬变之后，控制环路可以闭合S71并且将泵电容器组合C61/C62的值快速调整到维持期望的输出电压或电流所需要的值。

在操作中，将泵电容器周期性地连接到不同的电压电平，例如输出电压和电源电压，如上述参考图2所述。电容值由电容器自身的接线端之间的电压控制。因为在典型配置中，通过偏置电阻对电荷泵电容器充电的时间常数大于开关周期的时长，因此相对于泵电容器的接线端61和62处的平均电压施加偏置电压。在实施例中，将控制器配置为考虑到这一点；然而，作为在其它实施例中的非限制性备选实施例，偏置电压的施加是简单的，并且方便地通过开关S71与开关周期同步。在这些实施例中，仅在当泵电容器连接到熟知的或明确定义的电位时(例如当接线端61或62连接到地或电源电压时)施加偏置电压。在这些实施例中，可以根据要将偏置施加到周期的哪一部分，更自由地选择偏置发生器所需要的控制电压范围。

因为图6和图7中示出的偏置电路能够控制电荷泵可变电容器上的电压，它们也能用于调节被转换器汲取的最大输入电流。于是，这也能用于限制损耗或设置转换器的充电速率。因此，有利地，通过利用这些偏置电路的本发明的实施例提供了改进的电路调节或保护，而无需附加电路。

因为根据本发明的电容性DC-DC转换器不依靠体积大的磁元件或其它电感性元件，本发明的实施例特别适合于但不限于集成在较小的或微型化的器件上。如上所述，在实施例中，可变电容器可以是变容二极管或MOS变容二极管，其特别适合或可以集成在同一裸片上作为控制环路、电流或电压传感器或其它电子元件。进一步，铁电电容器可以与有源电子元件相集成，以替代同一裸片上的固定值电容器。词语“裸片”和“基片”在本文中可交替使用。

对于特定的应用，使用专用基片以允许特定材料优化(例如，高温和低制造成本)仍然是很有吸引力的。系统级封装技术允许对于有源(开关、控制)和无源元件结合两个基片，并且本发明延伸到根据系统级封装技术制造的电容性DC-DC转换器。

图8(a)和8(b)中示出了这些技术的非限制性示例，其特别适合于利用铁电或反铁电可变电容器作为电荷泵电容器的本发明的实施例。基片801包含泵电容器810，以及其他不易集成到逻辑电路中的可能的组件，如静电放电(ESD)保护装置或高质量电阻器。非限制性地，电容器810可以是平面形式或沟槽形式的铁性电容器或变容二极管。第二，通常，基片802通过胶水或底层填料830连接到第一基片801。在图8(a)中通过引线键合820提供第一基片801和第二基片802之间的电连接，在图8(b)中通过凸块键合821提供第一基片801和第二基片802之间的电连接。基片801可以是双面的，并且包括过孔804，和/或凸块连接803。

从备选观点看出，通过应用Thevenin定理，上述实施例可以看做能够控制输出电流，而不是直接控制输出电压：为了针对输出电压Vout的特定给定值控制输出电流Iout，需要选择M和Rcp的适当值(其中M是转换器的电压倍增因子，从而Vout＝M*Vin，并且Rcp是电容性转换器的输出阻抗)。有效地，无论控制被认为是直接控制Vout还是以一定的外部施加Vout控制Iout，都通过改变电荷泵电容器来改变转换器的阻抗。

因此，通过阅读本公开文件，显而易见的是，电荷泵电容性DC-DC转换器被公开，其包括可重配置电荷泵电容阵列。DC-DC转换器被配置为通过使用形成可重配置阵列的至少一个电荷泵电容器中的至少一个作为可变电容器，在其输入电压和其输出电压之间提供连续可变比率。在实施例中，所述一个或多个可变电容器可以是铁电电容器，反铁电电容器，或其它铁性电容器。DC-DC转换器可以提供偏置电路给电容器或多个电容器，并且可以进一步包括控制环路。备选地，电容器可以提供一定程度的自控制。

通过阅读本公开文件，其它变化或修改对于技术人员来说是显而易见的。这样的变化或修改可以包括在DC-DC转换器领域已知的等价的和其它特征和用于代替或补充这里已经描述的特征的等价的和其它特征。

虽然附加的权利要求涉及特征的特定组合，但是应当理解，本发明的公开范围也包括任何新颖的特征或这里明示或暗示地公开的特征的任何新颖的组合或任何它们的推广，无论它是否涉及与任何权利要求当前所要求的同样的发明，以及无论它是否与本发明解决任何或所有同样的技术问题。

单独实施例的上下文中描述的特征也可以以组合的形式在单一实施例中提供。相反，为了简要起见而在单一实施例的上下文中描述的各种特征，也可以被单独提供或以任何合适的子组合的形式提供。

因此申请人希望注意，在本申请或源自本申请的任意进一步申请的审查期间，可以撰写新的权利要求以包含这些特征和/或这些特征的组合。

出于完整性起见，应陈述的是，词语“包含”并不排除其他元件或步骤，单个处理器或其它单元可以执行在权利要求中叙述的几种装置的功能，并且权利要求中的参考符号不应解释为对权利要求范畴的限制。

Claims (19)

1.一种电容性DC-DC转换器，包含：

输入，用于以输入电压接收电流，

输出，用于以输出电压提供电流，

电荷泵电容器阵列，在DC-DC转换器内是可重配置的，且包含至少一个电荷泵电容器，

多个开关，用于重配置可重配置的电荷泵电容器阵列，

其特征在于：

电容性DC-DC转换器配置为通过使用所述至少一个电荷泵电容器中的至少一个作为可变电容器，提供输入电压和输出电压之间的连续可变比率。

2.根据权利要求1所述的电容性DC-DC转换器，其中可变电容器被配置为使得当所述可变电容器上的电压在预定的电压范围内增加时，所述可变电容器的电容下降。

3.根据权利要求1或2所述的电容性DC-DC转换器，进一步包含用于对可变电容器进行偏置的偏置电路。

4.根据权利要求3所述的电容性DC-DC转换器，其中偏置电路包含与可变电容器串联的另一电容器，可变电容器与另一电容器之间的节点通过偏置电阻器连接到偏置电压。

5.根据权利要求1到4中的任何一个所述的电容性DC-DC转换器，进一步包含用于控制可变电容器的控制环路。

6.根据权利要求5所述的电容性DC-DC转换器，其中控制环路包括用于感测输出电压的传感器件和用于控制偏置电路的控制器件。

7.根据权利要求5或6所述的电容性DC-DC转换器，配置为使得输出电压独立于输入电压的变化而可变。

8.根据权利要求5或6所述的电容性DC-DC转换器，配置为使得输出电压独立于输入电压的变化而恒定。

9.根据前述任意权利要求所述的电容性DC-DC转换器，其中电荷泵电容器阵列包含多个电荷泵电容器。

10.根据前述任意权利要求所述的电容性DC-DC转换器，进一步包含跨接在输出上的缓冲电容器。

11.根据前述任意权利要求所述的电容性DC-DC转换器，其中在同一基片上提供所述至少一个电荷泵电容器和所述多个开关。

12.根据权利要求11所述的电容性DC-DC转换器，其中所述至少一个电荷泵电容器是半导体变容二极管。

13.根据权利要求1到10中的任何一个所述的电容性DC-DC转换器，其中在分离的基片上提供所述至少一个电荷泵电容器和所述多个开关，并且将所述至少一个电荷泵电容器和所述多个开关集成到同一封装内。

14.根据权利要求13所述的电容性DC-DC转换器，其中所述至少一个电荷泵电容器是铁性电容器。

15.一种控制电容性DC-DC转换器的方法，所述电容性DC-DC转换器包含：

输入，用于接收输入电压，

输出，用于提供输出电压，

可重配置的电荷泵电容器阵列，包含至少一个电荷泵可变电容器和用于重配置所述可重配置的电荷泵电容器阵列的多个开关，

所述方法包含：改变所述至少一个电荷泵可变电容器中的至少一个，从而使得独立于输入电压的变化来控制输出电压。

16.根据权利要求15所述的方法，包括对所述至少一个可变电容器中的至少一个进行偏置的步骤。

17.根据权利要求15或16所述的方法，包括感测输出电压和依赖于输出电压对所述至少一个可变电容器中的至少一个进行偏置的步骤。

18.根据权利要求15到17中的任何一个所述的方法，其中对所述至少一个可变电容器中的至少一个进行偏置的步骤进一步包含：调节由电容性DC-DC转换器汲取的最大输入电流。

19.根据权利要求15到18中的任何一个所述的方法，其中电容性DC-DC转换器根据泵周期来工作，并且所述至少一个可变电容器中的所述至少一个与泵周期同步地被偏置。

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