CN104871108A - 用于开关电容器电路的泵电容器配置 - Google Patents

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Abstract

一种级联倍增器，其包括：具有开关元件的开关网络、相位泵、以及与所述相位泵耦合并且耦合至所述开关网络的泵电容器网络。所述泵电容器网络包括均具有与所述相位泵DC耦合的一个端子的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述相位泵耦合的第三电容器。

Description

用于开关电容器电路的泵电容器配置
相关申请的交叉引用
本申请要求在2012年11月26日提交的美国申请第13/685,186号的优先权日的权益。前述申请的全部内容以引用的方式并入本文。
发明领域
本发明主题涉及用于在不同电压之间转换的开关电容器转换器。
背景技术
功率转换器可以大体上包括开关和一个或者多个电容器。这类电容器用于例如向便携式电子设备和消费性电子产品供电。
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)切换至不同电气配置来调节输出电压或者电流。
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。在这类转换器中，电容器和开关的数量随着转换比的增加而增加。
在开关网络中的开关通常是利用晶体管实现的有源器件。开关网络可以集成在单个半导体衬底上或者集成在多个单片半导体衬底上。作为替代实施方式，可以通过使用离散器件来形成开关网络。而且，因为开关通常载有大电流，所以其可以由众多更小的并联开关组成。
常用类型的开关电容器转换器是级联倍增器开关电容器转换器。在图1A至图1B中示出了级联倍增器16A的两个示例。在图1A中图示的级联倍增器16A常常称为科克夫特-沃尔顿(Crockcoft-Walton)电压倍增器，而在图1B中图示的级联倍增器16A常常称为迪克森(Dickson)电荷泵。
在图1A中图示的级联倍增器16A从电压源14接收输入电压VIN，并且产生是该输入电压VIN四倍的输出电压VO。假设输入电压VIN等于1伏特，在图1A中图示的级联倍增器16A的操作描述如下。
具有第一和第二时钟间隔的时钟在泵节点P1处生成以预定义频率重复的电压。该时钟负责控制电荷从电压源14转移至负载18。在该示例中，初始电荷从电压源14到达负载18需要第一和第二时钟间隔的三次反复。
在第一时钟间隔期间，在泵节点P1处的电压为0伏特，以及奇数标记的二极管D1、D3、D5导通电流。结果，电荷从电压源14转移至第一泵电容器CA11，从第一DC电容器CAZ1转移至第二泵电容器CA12，从第二DC电容器CAZ2转移至第三泵电容器CA13，以及从第三DC电容器CAZ3转移至负载18。
在第一时钟间隔之后的第二时钟间隔期间，在泵节点P1处的电压为1伏特，以及偶数标记的D2、D4、D6导通电流。结果，电荷从第一泵电容器CA11转移至第一DC电容器CAZ1，从第二泵电容器CA12转移至第二DC电容器CAZ2，以及从第三泵电容器CA13转移至第三DC电容器CAZ3和负载18。
在第一开关节点NA11处的电压在1伏特与2伏特之间交替，在第二开关节点NA12处的电压在2伏特与3伏特之间交替，以及在第三节点NA13处的电压在3伏特与4伏特之间交替。结果，存在1伏特的电压差通过每个泵电容器CA11-CA13。同时，在第一DC节点NAZ1处的电压为2伏特并且在第二DC节点NAZ2处的电压为3伏特，从而产生1伏特的电压差通过每个DC电容器CAZ1-CAZ3。
一般而言，假设在泵节点P1处的峰值电压是输入电压VIN，通过在级联倍增器16A中的泵电容器CA11-CA13和DC电容器CAZ1-CAZ3中的每一个的最大电压为输入电压VIN。
相似地，在图1B中图示的级联倍增器16A从电压源14接收输入电压VIN，并且产生是该输入电压VIN七倍的输出电压VO。假设输入电压VIN等于1伏特，在图1B中图示的级联倍增器16A的操作描述如下。
第一时钟在第一泵节点P1处生成电压并且第二时钟在第二泵节点P2处生成电压。第一时钟和第二时钟彼此180度反相，从而使得它们具有以预定义频率重复的第二和第二时钟间隔。这些时钟负责控制电荷从电压源14转移至负载18。在该示例中，初始电荷从电压源14到达负载18需要花费第一和第二时钟间隔的四次反复。
在第一时钟间隔期间，在第一泵节点P1处的电压为0伏特，在第二泵节点P2处的电压为1伏特，以及奇数标记的二极管D1、D3、D5、D7导通电流。结果，电荷从电压源14转移至第一泵电容器CA11，从第二泵电容器CA21转移至第三泵电容器CA12，从第四泵电容器CA22转移至第五泵电容器CA13，以及从第六泵电容器CA23转移至负载18。
在第一时钟间隔之后的第二时钟间隔期间，在第一泵节点P1处的电压为1伏特，在第二泵节点P2处的电压为0伏特，以及偶数标记的D2、D4、D6导通电流。结果，电荷从第一泵电容器CA11转移至第二泵电容器CA21，从第三泵电容器CA12转移至第四泵电容器CA22，以及从第五泵电容器CA13转移至第六泵电容器CA23。
在第一开关节点NA11处的电压在1伏特与2伏特之间交替，在第二开关节点NA12处的电压在3伏特与4伏特之间交替，以及在第三节点NA13处的电压在5伏特与6伏特之间交替。这产生了分别通过泵电容器CA11、CA21、CA12、CA22、CA13、CA23的1伏特、2伏特、3伏特、4伏特、5伏特和6伏特的电压差。因此，存在不同的电压通过每个泵电容器。
假设在第一和第二泵节点P1、P2处的峰值电压是输入电压VIN。最小电压应力通过第一泵电容器CA11并且等于输入电压VIN。而最大电压应力通过第六泵电容器CA23并且等于输入电压VIN的六倍。
常常需要在级联倍增器16A中的所有电容器都具有相同的电压应力，这是因为，针对每个电容器，可以使用相同类型的电容器。由于供应链的复杂度增加，所以针对每个电容器选择独立类型的电容器成本通常更高。而且，如果级联倍增器16A单片地集成，那么包括仅一种类型的具有给定额定电压的电容器往往更具有性价比。
另一方面，低电压电容器比高电压电容器储存更少的能量。例如，具有如图1A中的串联堆叠泵电容器配置的级联倍增器16A会需要更大的总电容量来实现与具有如图1B中的并联堆叠泵电容器配置的级联倍增器16A相同的效率。
因此，需要灵活地控制电压应力在电容器中的分布连同通过电容器的最大和最小电压应力。
发明内容
在一个方面中，本发明的特征在于一种包括第一端子、第二端子、以及耦合在所述第一与第二端子之间以便使在所述第一端子处的电位是在所述第二端子处的电位的倍数的第一级联倍增器的设备。所述第一级联倍增器包括：第一组开关元件，其中一个所述开关元件与所述第一端子耦合并且另一个所述开关元件与所述第二端子耦合。该第一组开关元件包括第一和第二开关元件。具有第一端子和第二端子的所述第一开关元件具有电流流过所述第一开关元件的第一状态和抑制电流流过所述第一开关元件的第二状态。所述第二开关元件也具有第一和第二状态。在所述第一状态中，电流流过所述第二开关元件，并且在所述第二状态中，抑制电流流过所述第二开关元件。与所述第一开关元件类似，所述第二开关元件具有第一和第二端子。所述第二开关元件的所述第一端子与所述第一开关元件的所述第二端子耦合。所述第一级联倍增器也具有：具有第一和第二操作状态以便提供第一电位的第一电路；用于提供第二电位的第二电路；以及第一电容器网络。该第一电容器网络耦合在所述第一电路与所述第一组开关元件之间。该第一电容器网络包括一组电容器，每个电容器均具有第一端子和第二端子，所述第一端子与在所述开关元件对之间的选择节点中的对应选择节点耦合。在该组电容器中的电容器中有第二端子与所述第一电路DC耦合的第一和第二电容器、通过所述第一电容器与所述第一电路耦合的第三电容器、以及耦合在所述第二电路与所述第一组开关元件之间的第二电容器网络。
在另一方面中，本发明的特征在于一种包括第一端子、第二端子、以及耦合在所述第一与第二端子之间以便使在所述第一端子处的电位是在所述第二端子处的电位的倍数的第一级联倍增器的设备。所述第一级联倍增器包括：第一组开关元件，其中一个所述开关元件与所述第一端子耦合并且另一个所述开关元件与所述第二端子耦合。该第一组开关元件包括第一和第二开关元件。具有第一端子和第二端子的所述第一开关元件具有电流流过所述第一开关元件的第一状态和抑制电流流过所述第一开关元件的第二状态。所述第二开关元件也具有第一和第二状态。在所述第一状态中，电流流过所述第二开关元件，并且在所述第二状态中，抑制电流流过所述第二开关元件。与所述第一开关元件类似，所述第二开关元件具有第一和第二端子。所述第二开关元件的所述第一端子与所述第一开关元件的所述第二端子耦合。所述第一级联倍增器也具有：具有第一和第二操作状态以便提供第一电位的第一电路；用于提供第二电位的第二电路；以及第一电容器网络。该第一电容器网络耦合在所述第一电路与所述第一组开关元件之间。第一级联倍增器也包括耦合在所述第二电路与所述第一组开关元件之间的第二电容器网络。所述第一和第二电容器网络中的至少一个包括一组电容器，每个电容器均具有第一端子和第二端子，所述第一端子与在所述开关元件对之间的选择节点中的对应选择节点耦合。在该组电容器中的电容器中有所述第二端子与所述第一电路DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述第一电路耦合的第三电容器。
在某些实施例中，所述第一和第二电容器网络中的至少一个是第一电容器网络。然而，在其他实施例中，所述第一和第二电容器网络中的至少一个是第二电容器网络。
某些实施例也包括控制器。所述控制器配置为使选择自所述多个开关元件中的开关元件在所述第一与第二状态之间转换以便使在所述第一端子处的电压是在所述第二端子处的电压的倍数。该配置通过提供所述控制器至今尚不能够执行的新功能而在所述控制器中造成物理转换。在可编程控制器的情况下，该配置可以包括重新编程所述控制器，由此使所述控制器有效地变为全新机器。
在不同实施例中可以使用多种开关元件。例如，在某些实施例中，所述第一开关元件包括正向偏压以置于所述第一状态中并且反向偏压以置于所述第二状态中的二极管。然而，在其他实施例中，所述第一开关元件包括开关。以及在其他实施例中，该第一开关元件包括晶体管。本发明的实施例也可以包括选择自任何前述组合的开关元件。
在某些实施例中，所述第二电路配置为提供第二时变电位，所述第二时变电位以特定或者预定义频率在第一状态与第二状态之间切换。实施例包括在所述第二时变电位与所述第一时变电位之间的各种相位差。然而，本发明的具体实施例包括所述第二时变电位与所述第一时变电位180度反相的实施例。在这些实施例中存在如下实施例：所述第二电容器网络包括一组电容器，每个电容器均具有第一端子和第二端子，所述第一端子与在所述开关元件对之间的选择节点中的对应选择节点耦合，其中，所述电容器组包括第二端子与所述第二电路DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述第二电路耦合的第三电容器。
然而，在其他实施例中，所述第二电路具有且仅有一种状态。
在其他实施例中，所述级联倍增器进一步包括：第二组开关元件，其中一个所述开关元件与所述第一端子耦合并且另一个所述开关元件与所述第二端子耦合。所述第二组开关元件包括均具有第一和第二端子的第一和第二开关元件。每个开关元件均具有第一和第二状态。在所述第一状态中，电流流过所述开关元件。在所述第二状态中，抑制电流流过所述开关元件。所述第二开关元件的所述第一端子与所述第一开关元件的所述第二端子耦合。本实施例的所述级联倍增器也包括用于提供第三电位的第三电路。该第三电位是以所述特定频率在第一值与第二值之间转换的时变电位，以及耦合在所述第三电路与所述第二组开关元件之间的第三电容器网络。
在某些前述实施例中，所述第三电容器网络包括一组电容器，每个电容器均具有第一端子和第二端子，所述第一端子与在选择自所述第二组开关元件中的开关元件对之间的选择节点中的对应选择节点耦合。选自所述第三电容器网络的所述电容器组包括第二端子与所述第三电路DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述第三电路耦合的第三电容器。
在实施例中存在也具有控制器的实施例，所述控制器配置为使选择自所述开关元件组的开关元件在所述第一与第二状态之间转换以使在所述第一端子处的电压是在所述第二端子处的电压的倍数。在某些实施例中，该倍数是整数。然而，在其他实施例中，该倍数不是整数。
在某些实施例中，所述第二电路配置为提供恒定电位。
在其他实施例中，所述第二电路配置为提供第二时变电位，所述第二时变电位以特定频率在第一值与第二值之间切换。在这些实施例中存在如下实施例：所述第二电容器网络包括一组电容器，每个电容器均具有第一端子和第二端子，所述第一端子与在所述开关元件对之间的选择节点中的对应选择节点耦合，其中，所述电容器组包括第二端子与所述第二电路DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述第二电路耦合的第三电容器。
在另一方面中，本发明的特征在于一种包括级联倍增器的设备。该级联倍增器包括：具有开关元件的开关网络、相位泵、以及与所述相位泵耦合并且耦合至所述开关网络的泵电容器网络。所述泵电容器网络包括第二端子与所述相位泵DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述相位泵耦合的第三电容器。
某些实施例也包括控制器，所述控制器配置为使选择的开关元件在第一与第二状态之间转换以使在所述第一端子处的电压是在所述第二端子处的电压的倍数。
在其他实施例中，所述设备具有收发器、处理器和从所述级联倍增器接收DC电或者AC电的存储器中的至少一个。该设备可以是移动电话、智能电话、计算机(包括平板计算机)和游戏机。
在另一方面中，本发明的特征在于一种具有级联倍增器的设备，所述级联倍增器具有：具有开关元件的开关网络、相位泵和耦合至所述开关网络的第一和第二电容器网络，其中，所述第一和第二网络中的至少一个包括与所述相位泵耦合并且耦合至所述开关网络的泵电容器网络，以及其中，所述第一和第二电容器网络中的至少一个包括第二端子与所述相位泵DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述相位泵耦合的第三电容器。
在某些实施例中，所述第一电容器网络是泵电容器网络。在其他实施例中，所述第一电容器网络是DC电容器网络。
附图说明
本文中描述的电路和技术的前述特征可以通过以下对附图的说明得以更全面的理解，其中：
图1A和图1B示出了两个已知的级联倍增器；
图2A示出了串联电容器网络配置；
图2B示出了并联电容器网络配置；
图2C示出了新颖电容器网络配置；
图3示出了具有在图2C中的电容器网络配置的级联倍增器；
图4A至图4C示出了各种新颖电容器网络配置；
图5A示出了单相级联倍增器的框图；
图5B示出了在图5A中示出的级联倍增器的具体实现；
图6A示出了单相级联倍增器的替代框图；
图6B示出了在图6A中示出的级联倍增器的具体实现；
图7A示出了双相级联倍增器的框图；
图7B示出了在图7A中示出的级联倍增器的具体实现；
图8A示出了双相级联倍增器的替代框图；
图8B示出了在图8A中示出的级联倍增器的具体实现。
具体实施例
本公开描述了一种控制在级联倍增器型开关电容器转换器内的电容器的电压应力的方法。
电压应力在电容器中的分布连同通过电容器的最大和最小电压应力是级联倍增器的类型和电容器网络配置的函数。例如，如图1A所示的串联堆叠泵电容器CA11-CA13在泵电容器CA11-CA13之间产生均匀并且相等的电压应力。相反，如图1B所示的并联堆叠泵电容器CA11-CA13在泵电容器CA11-CA13之间产生不均匀并且不相等的电压应力。
在对级联倍增器的多个示例性实施例进行描述之前，应该了解，为了促进对构思阐释的清晰度，在本文中有时参考了特定的级联倍增器。应该理解，这类参考仅是示例性的并且不应该视为限制。在阅读本文中提供的说明之后，本领域的技术人员将理解如何应用在本文中描述的构思来提供特定的级联倍增器。
应该了解，在本文中有时也参考了具体输入电压和输出电压以及具体转换电压比。应该理解，这类参考仅是示例性的并且不应该视为限制。
在本文中有时也参考了具体应用。这类参考仅旨在示例性的并且不应解释为将本文中描述的构思限制于具体应用。
由此，虽然在本文中提供的说明在具体电路或者具体应用或者具体电压的背景下对本发明构思进行了阐释，但是本领域的技术人员要了解，该构思也同等地适用于其他电路或者应用或者电压。
在本文中描述的实施例至少部分地依赖于以下认知：在级联倍增器族内，电容器可以配置为使得电压应力在电容器中的分布连同通过电容器的最大和最小电压应力均得到控制。这通过创建串联电容器网络配置和并联电容器网络配置的新颖组合来实现。
在图1A中，泵电容器CA11-CA13可以一起组合到电容器网络中。同样，DC电容器CAZ1-CAZ3可以一起组合到电容器网络中。一般而言，级联倍增器16A包括两个或者两个以上的电容器网络。在图2A至图2C中示出了三个不同的电容器网络。每个电容器网络均包括三个电容器C1、C2、CT、底部节点NB、顶部节点NT、以及中间节点N1、N2。
单词“耦合”的使用意味着元件可以直接地连接在一起或者可以通过诸如电阻器、电容器或者开关等一个或者多个中间元件耦合。而且，在DC耦合中，允许DC信号通过。
在图2A中，电容器串联连接。如在本文中使用的，串联电容器网络配置仅包括具有与底部节点NB DC耦合的端子的一个电容器。在图1A中示出了串联电容器网络配置的示例，其中泵电容器CA11-CA13与泵节点P1串联连接。
相反，在图2B中的电容器并联连接。如在本文中使用的，并联电容器网络配置仅包括具有与底部节点NB DC耦合的端子的电容器。在图1B中示出了并联电容器网络配置的示例，其中泵电容器CA11-CA13与泵节点P1并联连接。
图2C示出了具有三个电容器的电容器网络的新颖实施例。在图2C中示出的实施例包括：耦合在第一中间节点N1与底部节点NB之间的第一电容器C1、耦合在第二中间节点N2与底部节点NB之间的第二电容器C2、以及耦合在顶部节点NT与第二中间节点N2之间的顶部电容器N2。
一般而言，电容器网络包括一组电容器、顶部节点NT、底部节点NB、以及一组中间节点。顶部节点NT处于最高电位，底部节点NB处于最低电位，并且中间节点处于在顶部节点NT的最高电位与底部节点NB的最低电位之间的电位。而且，顶部和底部节点NT、NB耦合至在一种状态下或者在两种状态之间交替的节点，而中间节点耦合至在两种状态之间交替的节点。
在图3中图示了利用图2C的新颖电容器网络的级联倍增器16A。通过用在图2C中示出的电容器网络替换在图1B中的第一组泵电容器CA11-CA13并且通过用在图2C中示出的泵电容器网络替换在图1B中的第二组泵电容器CA21-CA23来构成级联倍增器16A。
在图3中的级联倍增器16A的操作与结合图1B描述的操作相似。通过泵电容器CA11、CA12、CA13的电压应力分别是1伏特、3伏特和2伏特。相似地，通过泵电容器CA21、CA22、CA23的电压应力分别是2伏特、4伏特和2伏特。因此，通过在图3中的任何泵电容器的最大电压应力是4伏特，与在图1B中的6伏特相反。
在图4A至图4C中示出了具有更大数量电容器的三个另外的新颖实施例。每个电容器网络包括四个电容器C1、C2、C3、CT、顶部节点NT、底部节点NB、以及中间节点N1-N3。而且，中间节点N1、N2、N3和顶部节点NT分别与电容器C1、C2、C3、CT的正极端子耦合。
在图4A中图示了电容器网络的优选实施例。该电容器网络包括耦合在第一中间节点N1与底部节点NB之间的第一电容器C1、耦合在第二中间节点N2与底部节点NB之间的第二电容器C2、耦合在第三中间节点N3与第二开关节点N2之间的第三电容器C3、以及耦合在顶部节点NT与第三中间节点N3之间的顶部电容器CT。
在图4B中图示了电容器网络的另一优选实施例。该电容器网络包括耦合在第一中间节点N1与底部节点NB之间的第一电容器C1、耦合在第二中间节点N2与底部节点NB之间的第二电容器C2、耦合在第三中间节点N3与第二中间节点N2之间的第三电容器C3、以及耦合在顶部节点NT与第二中间节点N2之间的顶部电容器CT。
在图4C中图示了电容器网络的另一优选实施例。该电容器网络包括耦合在第一中间节点N1与底部节点NB之间的第一电容器C1、耦合在第二中间节点N2与底部节点NB之间的第二电容器C2、耦合在第三中间节点N3与第一中间节点N1之间的第三电容器C3、以及耦合在顶部节点NT与第二中间节点N2之间的顶部电容器CT。
一般而言，在电容器网络中的每个电容器的正极端子均与顶部节点NT或者中间节点耦合。例如，顶部电容器CT的正极端子与顶部节点NT耦合，第一电容器C1的正极端子与第一中间节点N1耦合，第二电容器C2的正极端子与第二中间节点N2耦合等。在电容器网络中的每个电容器的负极端子均与在电容器网络内的处于比其正极端子更低的电压下的任何其他电容器端子耦合。
除了在图4A至图4C中示出的前面描述的三个优选实施例之外，存在具有四个电容器的新颖电容器网络的众多其他可能配置。电容器网络的可能配置的数量为N阶乘，其中N是电容器网络中的电容器的数量。这包括在图2A中示出的串联情况和在图2B中示出的并联情况。因此，新颖电容器网络配置的数量为N阶乘减二。
在图5A至图8A中图示了四个通用级联倍增器16A。在图5B至图8B中示出了利用新颖电容器网络的每个通用级联倍增器16A的具体实现。在每个实现中，泵电容器24A、24B、26A、26B使用在图2C和图4A至图4C中图示的四个新颖电容器网络中的一个。而且，在图5B中的DC电容器网络28A使用在图4A中示出的新颖电容器网络。
在图5A中图示了包括在图1A中的电路作为一个种类的通用单相级联倍增器16A的框图。该通用单相级联倍增器16A包括至少四个部件：开关网络22A、泵电容器网络24A、DC电容器网络28A以及相位泵6A1。另外，控制器20可以用于生成合适的控制信号。
开关网络22A的输入与电压源14耦合，而开关网络22A的输出与负载18耦合。开关网络22A包括串联连接的一串开关。至少一个电容器与在开关网络22A中的相邻开关之间的节点耦合。
在泵电容器网络24A中，每个电容器的一侧均通过泵总线BA1与开关网络22A耦合。每个泵电容器的另一侧均在泵节点PA1处与相位泵6A1耦合。相似地，在DC电容器网络28A中，每个DC电容器的一侧均通过DC总线BZA与开关网络22A耦合。每个DC电容器的另一侧均与DC电压耦合。一个方便的DC电压选择来自级联倍增器16A的输出。
相位泵6A1具有第一状态和第二状态。在第一状态中，相位泵6A1的输出为低，并且在第二状态中，相位泵6A1的输出为高。在操作期间，相位泵6A1以特定频率在第一状态与第二状态之间循环。
使开关网络22A和相位泵6A1同步，从而使得随着泵电容器网络24A通过相位泵6A1重复地充电和放电，电荷的封装沿着开关网络22A穿梭。电荷在泵电容器网络24A与DC电容器网络28A之间来回转移。初始电荷从电压源14到达负载18需要多次循环。泵电容器网络24A提供电压变换，而DC电容器网络28A充当用于泵电容器网络24A的中间存储装置。
在图5A中示出的通用单相级联倍增器16A是在图1A中的级联倍增器16A的泛化。在图5A中的每个部件均对应于在图1A中的对应部分。在图5A中的开关网络22A对应于在图1A中的二极管D1-D6的串联连接。在图5A中的泵电容器网络24A对应于在图1A中的泵电容器CA11-CA13的串联配置。在图5A中的DC电容器网络28A对应于在图1A中的DC电容器CZ1-CZ3的串联配置。另外，在图5A中的相位泵6A1在图1A中未示出。
在以下情况下可以用开关替代在图1A中的二极管D1-D6。当它们对应的二极管会使电流流动时，接通开关，并且当它们的对应二极管抑制电流流动时，断开开关。如在本文中使用的，电流的抑制指消除或者衰减电流的流动。
图5B是在图5A中更一般化图示的级联倍增器16A的新颖实现。级联倍增器16A从电压源14接收输入电压VIN，并且产生是该输入电压VIN五分之一的输出电压VO。泵电容器网络24A和DC电容器网络28A利用在图4A中示出的电容器网络配置。泵电容器网络24A包括负责提供电压变换的第一、第二、第三和第四泵电容器CA11、CA12、CA13、CA14。相反，DC电容器网络28A包括负责生成DC电压电平的第一、第二、第三和第四DC电容器CAZ1、CAZ2、CAZ3、CAZ4。
在开关网络22A和相位泵6A1中的所有器件通过使用开关实现。相位泵6A1以特定频率在第一间隔与第二间隔之间循环。在泵节点PA1处的电压在第一间隔期间接地。相反，在泵节点PA1处的电压在第二间隔期间为输出电压VO。
假设输入电压VIN等于5伏特，电路的操作如下。在第一间隔期间，标记为“1”的开关闭合，标记为“2”的开关断开，以及在泵节点PA1处的电压为0伏特。结果，泵电容器CA11-CA14正在放电，而DC电容器CAZ1-CAZ4正在充电。
在第一间隔之后的第二间隔期间，标记为“1”的开关断开，标记为“2”的开关闭合，以及在泵节点PA1处的电压为1伏特。结果，泵电容器CA11-CA14正在充电，而DC电容器CAZ1-CAZ4正在放电。
通过第二泵电容器CA12和第二DC电容器CAZ2的电压应力为2伏特，而通过每一个余下的电容器的电压应力为1伏特。结果，最大电压应力为2伏特，电压应力非常均匀地分布在泵电容器CA11-CA14和DC电容器CAZ1-CAZ4之间。
通过用如图6A图示的第二泵电容器网络26A和第二相位泵6A2替换在图5A中的DC电容器网络28A来构成另一通用单相级联倍增器16A的框图。除了第二泵电容器网络26A和第二相位泵6A2之外，由此产生的通用单相级联倍增器16A包括开关网络22A、第一泵电容器网络24A和第一相位泵6A1。另外，控制器20可以用于生成合适的控制信号。
开关网络22A的输入与电压源14耦合，而开关网络22A的输出与负载18耦合。开关网络22A包括串联连接的一串开关。至少一个电容器与在开关网络22A中的相邻开关之间的节点耦合。
在第一泵电容器网络24A中的每个电容器的一侧均通过泵总线BA1与开关网络22A耦合。在第一泵电容器网络24A中的每个泵电容器的另一侧均在第一泵节点PA1处与第一相位泵6A1耦合。相似地，在第二泵电容器网络26A中的每个电容器的一侧均通过第二泵总线BA2与开关网络22A耦合。在第二泵电容器网络26A中的每个泵电容器的另一侧均在第二泵节点PA2处与第二相位泵6A2耦合。
第一和第二相位泵6A1、6A2具有第一状态和第二状态。在第一状态中，第一相位泵6A1的输出为低，并且第二相位泵6A2的输出为高。在第二状态中，第一相位泵6A1的输出为高，并且第二相位泵6A2的输出为低。在操作期间，相位泵6A1、6A2以特定频率在第一状态与第二状态之间循环。
使开关网络22A、第一相位泵6A1和第二相位泵6A2同步，从而使得随着第一和第二泵电容器网络24A、26A分别通过第一和第二相位泵6A1、6A2重复地充电和放电，电荷的封装沿着开关网络22A穿梭。电荷在第一泵电容器网络24A与第二泵电容器网络26A之间来回转移。初始电荷从电压源14到达负载18需要多次循环。
在图6A中示出的通用单相级联倍增器16A是在图1B中的级联倍增器16A的泛化。在图6A中的每个部件对应于在图1B中的对应部分。在图6A中的开关网络22A对应于在图1B中的二极管D1-D6的串联连接。在图6A中的第一泵电容器网络24A对应于在图1B中的泵电容器CA11-CA13的并联配置。在图6A中的第二泵电容器网络26A对应于在图1B中的泵电容器CA21-CA23的并联配置。最后，在图6A中的第一和第二相位泵6A1、6A2在图1B中未示出。
在图1B中的二极管D1-D7是开关的特定实现。同开关一样，二极管具有导通状态和断开状态。为了产生更一般的表现，可以用开关替代在图1B中的二极管D1-D7。需要恰当地控制每个开关以便级联倍增器16A进行操作。
图6B是在图6A中更一般化图示的级联倍增器16A的新颖实现。级联倍增器16A从电压源14接收输入电压VIN，并且产生是该输入电压VIN八分之一的输出电压VO。第一泵电容器网络24A利用在图4C中的电容器网络配置，而第二泵电容器网络26A利用在图2C中示出的电容器网络配置。第一泵电容器网络24A包括第一、第二、第三和第四泵电容器CA11、CA12、CA13、CA14。同样，第二泵电容器网络26A包括第五、第六和第七泵电容器CA21、CA22、CA23。
在开关网络22A、第一相位泵6A1和第二相位泵6A2中的所有器件通过使用开关实现。第一和第二相位泵6A1、6A2以特定频率在第一和第二间隔之间循环。在第一间隔期间，在第一泵二极管PA1处的电压为接地，并且在第二泵节点PA2处的电压为输出电压VO。相反，在第二间隔期间，在第一泵二极管PA1处的电压为输出电压VO，并且在第二泵节点PA2处的电压为接地。
假设输入电压VIN等于8伏特，电路的操作如下。在第一间隔期间，标记为“1”的开关闭合，标记为“2”的开关断开，在第一泵节点PA1处的电压为0伏特，以及在第二泵节点PA2处的电压为1伏特。结果，泵电容器CA11-CA14正在放电，而泵电容器CA21-CA23正在充电。
在第一间隔之后的第二间隔期间，标记为“1”的开关断开，标记为“2”的开关闭合，在第一泵节点PA1处的电压为1伏特，以及在第二泵节点PA2处的电压为0伏特。结果，泵电容器CA11-CA14正在充电，而泵电容器CA21-CA23正在放电。
通过第一、第二、第五和第七泵电容器CA11、CA12、CA21、CA23的电压应力分别地为1伏特、3伏特、2伏特和2伏特。而通过每一个余下的泵电容器的电压应力为4伏特。结果，最大电压应力为4伏特，电压应力适中地分布在泵电容器中。
在图5A和图6A中图示的单相级联倍增器16A中,存在电压源14不与负载18耦合的时间段。然而，如果两个单相级联倍增器16A并联操作并且180度反相，那么电压源14在任何给定时间处总是与负载18耦合。该配置称为两相或者双相级联倍增器16A。
基于在图5A中的通用单相级联倍增器16A，通用单相级联倍增器16A可以构成为如图7A所示。通用单相级联倍增器16A包括第一开关网络22A、第二开关网络22B、第一泵电容器网络24A、第二泵电容器网络24B、第一相位泵6A1、第二相位泵6B2、第一DC电容器网络28A以及第二DC电容器网络28B。另外，控制器20可以用于生成合适的控制信号。
第一泵电容器网络24A在第一泵节点PA1处与第一相位泵6A1耦合并且通过第一泵总线BA1与第一开关网络22A耦合。相似地，第二泵电容器网络24B在第二泵节点PB2处与第二相位泵6B2耦合并且通过第二泵总线BB2与第二开关网络22B耦合。而且，第一DC电容器网络28A通过第一DC总线BAZ与第一开关网络22A耦合并且与第一DC电压耦合。同时，第二DC电容器网络28B通过第二DC总线BBZ与第二开关网络22B耦合并且与第二DC电压耦合。如前所描述的，一个方便的第一和/或第二DC电压选择来自级联倍增器16A的输出。
第一相位泵6A1的输出设置在第一泵节点PA1处，并且第二相位泵6B2的输出设置在第二相位节点PB2处。在第一泵节点PA1处的信号和在第二泵节点PA2处的信号180度反相。因此，每当第一泵节点PA1为高时，第二泵节点PB2为低，反之亦然。
图7B是在图7A中图示的利用了在图4B中示出的电容器网络配置的通用双相级联倍增器16A的新型实现。第一泵电容器网络24A包括第一、第二、第三和第四泵电容器CA11、CA12、CA13、CA14。同样，第二泵电容器网络24B包括第五、第六、第七和第八泵电容器CB11、CB12、CB13、CB14。
如果通过在第一和第二DC电容器网络28A、28B内部的相应DC电容器的电压处于相同的DC值，那么在图7A中的第一和第二DC电容器网络28A、28B可以合并。因此，可以用图7B中的第三DC电容器网络28AB替代在图7A中的第一和第二DC电容器网络28A、28B。第三DC电容器网络28AB包括第一、第二和第三DC电容器CZ1、CZ2、CZ3。与第一和第二DC电容器网络28A、28B相似，第三DC电容器网络28AB生成DC电压电平。
双相级联倍增器16A从电压源14接收输入电压VIN并且维持是该输入电压VIN五分之一的输出电压VO。在第一开关网络22A、第二开关网络22B、第一相位泵6A1以及第二相位泵6B2中的所有装置通过使用开关实现。第一和第二相位泵6A1、6B2使用输出电压VO和接地以产生具有以特定频率重复的第一和第二间隔的电压。
假设输入电压VIN等于5伏特，电路的操作如下。在第一间隔期间，标记为“1”的开关闭合，标记为“2”的开关断开，在第一泵节点PA1处的电压为0伏特，以及在第二泵节点PB2处的电压为1伏特。结果，泵电容器CA11-CA14正在放电而泵电容器CB11-CB14正在充电。理想的是，DC电容器CZ1-CZ3既不充电也不放电，因为第一、第二、第三和第四泵电容器CA11、CA12、CA13、CA14的放电电流与第五、第六、第七和第八泵电容器CB11、CB12、CB13、CB14的充电电流分别匹配。
在第一间隔之后的第二间隔期间，标记为“1”的开关断开，标记为“2”的开关闭合，在第一泵节点PA1处的电压为1伏特，以及在第二泵节点PB2处的电压为0伏特。因此，泵电容器CA11-CA14正在充电而泵电容器CB11-CB14正在放电。理想的是，DC电容器CZ1-CZ3既不充电也不放电，因为第一、第二、第三和第四泵电容器CA11、CA12、CA13、CA14的充电电流与第五、第六、第七和第八泵电容器CB11、CB12、CB13、CB14的放电电流分别匹配。
通过第一、第三、第五和第七泵电容器CA11、CA13、CB11、CB13的电压应力为1伏特而通过每一个余下的电容器的电压应力为2伏特。因此，最大电压应力为2伏特，电压应力非常均匀地分布在泵电容器之间。
在图8A中示出了另一通用双相级联倍增器16A。在图8A中的实现基于在图6A中的通用单相级联倍增器16A。因此，通用双相级联倍增器16A包括第一开关网络22A、第二开关网络22B、第一泵电容器网络24A、第二泵电容器网络26A、第三泵电容器网络24B、第四泵电容器网络26B、第一相位泵6A1、第二相位泵6A2、第三相位泵6B2和第四相位泵6B1。另外，控制器20可以用于生成合适的控制信号。
第一泵电容器网络24A在第一泵节点PA1处与第一相位泵6A1耦合并且通过第一泵总线BA1与第一开关网络22A耦合。相似地，第二泵电容器网络26A在第二泵节点PA2处与第二相位泵6A2耦合并且通过第二泵总线BA2与第一开关网络22A耦合。而且，第三泵电容器网络24B在第三泵节点PA3处与第三相位泵6B2耦合并且通过第三泵总线BB2与第二开关网络22B耦合。同时，第四泵电容器网络26B在第四泵节点PB1处与第四相位泵6B1耦合并且通过第四泵总线BB1与第二开关网络22B耦合。
第一、第二、第三和第四相位泵6A1、6A2、6B2、6B1的输出分别设置在第一、第二、第三和第四泵节点PA1、PA2、PB2、PB1处。在第一和第二泵节点PA1、PA2处的信号相位相反。相似地，在第三和第四泵节点PB2、PB1处的信号相位相反。然而，在第一和第四泵节点PA1、PB1处的信号相位相同。因此，每当第一和第四泵节点PA1、PB1为高时，第二和第三泵节点PA2、PB2为低，反之亦然。而且，由于相位对准的影响，第一和第四相位泵6A1、6B1可以是相同的物理泵或相位相同的不同泵。同样，第二和第三相位泵6A2、6B2可以是相同的物理泵或相位相同的不同泵。
图8B是在图8A中图示的利用了在图4C中示出的电容器网络配置的通用双相级联倍增器16A的新颖实现。第一泵电容器网络24A包括第一、第二、第三和第四泵电容器CA11、CA12、CA13、CA14。第二泵电容器网络26A包括第五、第六、第七和第八泵电容器CA21、CA22、CA23、CA24。第三泵电容器网络24B包括第九、第十、第十一和第十二泵电容器CB11、CB12、CB13、CB14。最后，第四泵电容器网络26B包括第十三、第十四、第十五和第十六泵电容器CB21、CB22、CB23、CB24。
双相级联倍增器16A从电压源14接收输入电压并且维持是该输入电压VIN九分之一的输出电压VO。在第一开关网络22A、第二开关网络22B和相位泵6A1、6A2、6B2、6B1中的所有装置通过使用开关实现。这四个相位泵6A1、6A2、6B2、6B1使用输出电压VO和接地以产生具有以特定频率重复的第一和第二间隔的电压。
假设输入电压VIN等于9伏特，电路的操作如下。在第一间隔期间，标记为“1”的开关闭合，标记为“2”的开关断开，在第一和第四泵节点PA1、PB1处的电压为0伏特，以及在第二和第三泵节点PA2、PB2处的电压为1伏特。结果，泵电容器CA11-CA14、CB21-CB24正在放电而泵电容器CA21-CA24、CB11-CB14正在充电。
在第一间隔之后的第二间隔期间，标记为“1”的开关断开，标记为“2”的开关闭合，在第一和第四泵节点PA1、PB1处的电压为1伏特，以及在第二和第三泵节点PA2、PB2处的电压为0伏特。结果，泵电容器CA11-CA14、CB21-CB24正在充电而泵电容器CA21-CA24、CB11-CB14正在放电。
通过第一和第九泵电容器CA11、CB11的电压应力为1伏特。通过第二和第十泵电容器CA12、CB12的电压应力为3伏特。通过第五和第十三泵电容器CA21、CB21的电压应力为2伏特。最后，通过每一个余下的泵电容器的电压应力为4伏特。因此，最大电压应力为4伏特，电压应力适中地分布在泵电容器之间。
一般而言，包括在第一和第二开关网络22A、22B内的开关具有导通状态和断开状态。同样，包括在第一相位泵6A1、第二相位泵6A2、第三相位泵6B2等内的开关也具有导通状态和断开状态。在导通状态下，电流流过开关，而在断开状态下，抑制电流从开关流过。这类开关的示例包括二极管、晶体管、真空管和微机械继电器。
即使图5A、图6A、图7A和图8A图示了在级联倍增器族内的四种通用类型的开关电容器转换器，但是也存在其他可能的变型。例如，本领域中的普通技术人员会了解可以将相位的数量增大超过两个或者动态地重新配置级联倍增器16A的转换比。
另外，除了在图5B、图6B、图7B和图8B中示出的电路实现之外，其他电路实现也是可能的。例如，各种电路实现设计为将更高的输入电压VIN转换为更低的输出电压VO。然而，本领域的普通技术人员会明白如何创建将更低的输入电压VIN转换为更高的输出电压VO的相应电路实现。
而且，也可以在第一间隔与第二间隔之间包括死区时间间隔，并且随后在第二间隔与第一间隔之间包括死区时间间隔。为了确保完全转换，在死区时间间隔期间，所有开关均处于断开状态。该技术常常也称为“先开后合”。
在本文中已经对开关电容器转换器的各个特征、方面和实施例进行了描述。如本领域中的普通技术人员所理解的，所描述的特征、方面和若干实施例易于彼此组合并且易于与变型和修改组合。因此，应该将本公开认为是囊括了这类组合、变型和修改。另外，已经在本文中采用的术语和表达是用作说明而非限制。使用这类术语和表达不旨在排除所示出并且所描述的特征(或其部分)的任何等效物，并且要意识到在权利要求书的范围内各种修改都是可能的。其他修改、变型和替代也都是可能的。因此，权利要求书旨在涵盖所有这类等效物。
已经对本发明及其优选实施例进行了描述，本发明请求的新颖及受专利证书保护的权利要求如下。

Claims (44)

1.一种包括第一端子、第二端子和耦合在所述第一与第二端子之间以便使在所述第一端子处的电位是在所述第二端子处的电位的倍数的第一级联倍增器的设备，所述第一级联倍增器包括：第一组开关元件，其中一个所述开关元件与所述第一端子耦合并且另一个所述开关元件与所述第二端子耦合，所述第一组开关元件包括：具有电流流过所述第一开关元件的第一状态和抑制电流流过所述第一开关元件的第二状态的第一开关元件，所述第一开关元件具有第一端子和第二端子；具有电流流过所述第二开关元件的第一状态和抑制电流流过所述第二开关元件的第二状态的第二开关元件，所述第二开关元件具有第一端子和第二端子，所述第二开关元件的第一端子与所述第一开关元件的第二端子耦合；具有第一和第二操作状态以便提供第一时变电位的第一电路；用于提供第二电位的第二电路；耦合在所述第一电路与所述第一组开关元件之间的第一电容器网络；以及耦合在所述第二电路与所述第一组开关元件之间的第二电容器网络，其中，所述第一电容器网络和所述第二电容器网络中的至少一个包括一组电容器，每个电容器均具有第一端子和第二端子，所述第一端子与在所述开关元件对之间的选择节点中的对应选择节点耦合，其中，所述电容器组包括第二端子与所述第一电路DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述第一电路耦合的第三电容器。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一电容器网络和所述第二电容器网络中的所述至少一个包括所述第一电容器网络。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一电容器网络和所述第二电容器网络中的所述至少一个包括所述第二电容器网络。
4.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括控制器，所述控制器配置为使选择自所述多个开关元件中的开关元件在所述第一与第二状态之间转换以使在所述第一端子处的电压是在所述第二端子处的电压的倍数。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一开关元件包括二极管，其中，当所述二极管正向偏压以置于所述第一状态中时，以及其中，所述二极管反向偏压以置于第二状态中。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一开关元件包括开关。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一开关元件包括晶体管。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二电路配置为提供第二时变电位，所述第二时变电位以特定频率在第一状态与第二状态之间切换。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第二时变电位与所述第一时变电位180度反相。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二电路具有一种状态。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述第二电容器网络包括一组电容器，每个电容器均具有第一端子和第二端子，所述第一端子与在所述开关元件对之间的选择节点中的对应选择节点耦合，其中，所述电容器组包括第二端子与所述第二电路DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述第二电路耦合的第三电容器。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述级联倍增器进一步包括第二组开关元件，其中一个所述开关元件与所述第一端子耦合并且另一个所述开关元件与所述第二端子耦合，所述第二组开关元件包括：具有电流流过所述第一开关元件的第一状态和抑制电流流过所述第一开关元件的第二状态的第一开关元件，所述第一开关元件具有第一端子和第二端子，以及具有电流流过所述第二开关元件的第一状态和抑制电流流过所述第一切换的第二状态的第二开关元件，所述第二开关元件具有第一端子和第二端子，所述第二开关元件的所述第一端子与所述第一开关元件的所述第二端子耦合；具有第一和第二操作状态以便提供第三电位的第三电路；以及耦合在所述第三电路与所述第二组开关元件之间的第三电容器网络。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述第三电容器网络包括一组电容器，每个电容器均具有第一端子和第二端子，所述第一端子与在所述第二组开关元件中的所述开关元件对之间的选择节点中的对应选择节点耦合，其中，选自所述第三电容器网络的所述电容器组包括第二端子与所述第三电路DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述第二电路耦合的第三电容器。
14.根据权利要求12所述的设备，其进一步包括控制器，所述控制器配置为使选择自所述开关元件组的开关元件在所述第一与第二状态之间转换以使在所述第一端子处的电压是在所述第二端子处的电压的倍数。
15.根据权利要求12所述的设备，其中所述第二电路配置为提供恒定电位。
16.根据权利要求12所述的设备，其中，所述第二电路配置为提供第二时变电位，所述第二时变电位以特定频率在第一值与第二值之间切换。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述第二电容器网络包括一组电容器，每个电容器均具有第一端子和第二端子，所述第一端子与在所述开关元件对之间的选择节点中的对应选择节点耦合，其中，所述电容器组包括第二端子与所述第二电路DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述第二电路耦合的第三电容器。
18.一种包括级联倍增器的设备，所述级联倍增器包括具有开关元件的开关网络、相位泵和耦合至所述开关网络的第一和第二电容器网络，其中，所述第一和第二网络中的至少一个包括与所述相位泵耦合并且耦合至所述开关网络的泵电容器网络，以及其中，所述第一和第二电容器网络中的至少一个包括第二端子与所述相位泵DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述相位泵耦合的第三电容器。
19.根据权利要求18所述的设备，其进一步包括控制器，所述控制器配置为使选择的开关元件在第一与第二状态之间转换以使在所述第一端子处的电压是在所述第二端子处的电压的倍数。
20.根据权利要求19所述的设备，其进一步包括配置为从所述级联倍增器接收能量的收发器。
21.根据权利要求19所述的设备，其进一步包括配置为从所述级联倍增器接收能量的存储器元件。
22.根据权利要求18所述的设备，其中，所述第一电容器网络包括泵电容器网络。
23.根据权利要求18所述的设备，其中，所述第一电容器网络包括DC电容器网络。
24.一种包括第一端子、第二端子和耦合在所述第一与第二端子之间的第一级联倍增器的设备，所述第一级联倍增器包括：
第一组开关元件；
相位泵；
用于提供电位的电路；
第一电容器网络；以及
第二电容器网络，
其中，所述第一组开关元件包括串联连接在所述第一端子与所述第二端子之间的一串开关元件，
其中，所述相位泵具有第一和第二操作状态以便提供第一时变电位，
其中，所述第一电容器网络耦合在所述相位泵与所述第一组开关元件之间，以及
其中，所述第二电容器网络耦合在所述电路与所述第一组开关元件之间，
其中选自由所述第一电容器网络和所述第二电容器网络组成的组的至少一个电容器网络包括一组电容器，每个电容器均具有第一端子和第二端子，所述第一端子与在所述开关元件串中的开关元件对之间的选择节点中的对应选择节点DC耦合，
其中，如果所述电容器网络选择为所述第一电容器网络，所述电容器组包括第二端子在节点处与所述相位泵DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述相位泵耦合的第三电容器，以及
其中，如果所述电容器网络选择为所述第二电容器网络，所述电容器组包括第二端子在节点处与所述电路DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述电路耦合的第三电容器，
所述设备进一步包括控制器，所述控制器配置为使所述相位泵与选择自所述第一组开关元件中的开关元件在所述第一与第二状态之间的转换同步以使在所述第一端子处的电压是在所述第二端子处的电压的倍数。
25.根据权利要求24所述的设备，其中，所述开关元件串包括二极管。
26.根据权利要求24所述的设备，其中，所述开关元件串包括开关。
27.根据权利要求24所述的设备，其中，所述开关元件串包括晶体管。
28.根据权利要求24所述的设备，其中，所述电路配置为提供第二时变电位，所述第二时变电位以特定频率在第一状态与第二状态之间切换。
29.根据权利要求28所述的设备，其中所述第二时变电位与所述第一时变电位180度反相。
30.根据权利要求24所述的设备，其中，所述电路具有最多一种状态。
31.根据权利要求24所述的设备，其中，所述第二电容器网络包括第二端子与所述电路DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述电路耦合的第三电容器。
32.根据权利要求24所述的设备，其中所述级联倍增器进一步包括：
第二组开关元件，其中一个所述开关元件与所述第一端子耦合并且另一个所述开关元件与所述第二端子耦合，
具有第一和第二操作状态以便提供第三电位的另一电路，以及
耦合在所述另一电路与所述第二组开关元件之间的第三电容器网络。
33.根据权利要求32所述的设备，其中，所述第三电容器网络包括一组电容器，每个电容器均具有第一端子和第二端子，所述第一端子与在选择自所述第二组开关元件中的开关元件对之间的选择节点中的对应选择节点耦合，
其中，选自所述第三电容器网络的所述电容器组包括第二端子与所述另一电路DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述另一电路耦合的第三电容器。
34.根据权利要求32所述的设备，其中所述电路配置为提供恒定电位。
35.根据权利要求32所述的设备，其中，所述电路配置为提供第二时变电位，所述第二时变电位以特定频率在第一值与第二值之间切换。
36.根据权利要求35所述的设备，其中，所述电容器网络包括第一电容器网络，以及其中，所述第二电容器网络包括第二端子与所述电路DC耦合的第一和第二电容器和通过所述第一电容器与所述电路耦合的第三电容器。
37.根据权利要求24所述的设备，其中，所述电容器网络包括所述第一电容器网络。
38.根据权利要求24所述的设备，其中，所述电容器网络包括所述第二电容器网络。
39.根据权利要求24所述的设备，其中，所述相位泵包括同相运行的多个开关。
40.一种包括连接在第一和第二端子之间的级联倍增器的设备，所述级联倍增器包括：
具有开关元件的开关网络；
相位泵；以及
耦合至所述开关网络的第一和第二电容器网络，
其中，所述第一和第二电容器网络中的至少一个包括与所述相位泵耦合并且耦合至所述开关网络的泵电容器网络，以及
其中，所述第一和第二电容器网络中的至少一个包括第一电容器、第二电容器和第三电容器，
其中所述第一电容器具有与所述相位泵的节点DC耦合的端子，所述第二电容器具有与所述相位泵的所述节点DC耦合的端子，以及所述第三电容器通过所述第一电容器与所述相位泵耦合，
所述设备进一步包括控制器，所述控制器配置为使所述相位泵与选择的开关元件在第一与第二状态之间的转换同步以使在所述第一端子处的电压是在所述第二端子处的电压的倍数。
41.根据权利要求40所述的设备，其进一步包括配置为从所述级联倍增器接收能量的收发器。
42.根据权利要求40所述的设备，其进一步包括配置为从所述级联倍增器接收能量的存储器元件。
43.根据权利要求40所述的设备，其中，所述第一和第二电容器网络中的每一个均包括泵电容器网络。
44.根据权利要求40所述的设备，其中，所述第一电容器网络包括DC电容器网络。
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