CN107294382B - Dc-dc转换器 - Google Patents

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Abstract

描述了一种DC‑DC功率转换器，该DC‑DC功率转换器具有：功率转换器输入端，其用于接收电源电压；功率转换器输出端，其用于输出所转换的电源电压；参考输入端，其用于提供参考值；开关电容器功率转换器，其耦合到该功率转换器输入端和该功率转换器输出端，并且包括可通过至少两个非重叠时钟信号来控制的至少一个可切换电容器；控制器，其耦合到该开关电容器功率转换器和该功率转换器输出端。该控制器被配置成生成至少两个非重叠时钟信号，并取决于该功率转换器输出端、该参考输入端和该功率转换器输入端中的至少一者的电压和/或电流值来改变非重叠持续时间。

Description

DC-DC转换器
技术领域
本公开涉及DC-DC功率转换器。
背景技术
也被称作DC-DC转换器的DC-DC功率转换器通常可以为电感式的或基于一个或多个开关电容器。在开关电容器功率转换器(SCPC)中，通过使用许多浮动电容器，电荷被从输入节点转移到输出节点。根据由控制回路生成的信号，在对准于时钟信号的两个相位的时间离散事件中，电源开关被用于将电荷从一个电容器转移到另一电容器，并最终转移到该输出节点。开关产生到输出电压的一定量波纹，该一定量波纹波纹取决于被转移的电荷量和在该输出节点的电容器的大小。为避免短路，在电容器之间的电荷转移期间，在断开第一电源开关与接通互补电源开关之间总是存在暂停。此暂停或时段被称为非重叠时间，并且具有与开关时段的剩余时间相比不显著的固定持续时间。
发明内容
各种方面在所附权利要求书中定义。在第一方面中，定义一种DC-DC功率转换器，包括：开关电容器功率转换器，所述开关电容器功率转换器耦合到功率转换器输入端和功率转换器输出端并包括至少一个可切换电容器；耦合到该开关电容器功率转换器的控制器；并且其中，该控制器另外被配置成生成至少两个非重叠时钟信号，并且取决于该功率转换器输出端、参考值和该功率转换器输入端中的至少一者的电压和/或电流值来改变非重叠持续时间。
在一个或多个实施例中，控制器可耦合到功率转换器输入端、功率转换器输出端和被布置成接收参考值的参考输入端，并且开关电容器功率转换器可通过至少两个非重叠时钟信号来控制。
在一个或多个实施例中，控制器可包括误差检测器、非重叠时钟发生器和控制模块，其中，该误差检测器包括被耦合成用于接收参考值的第一输入端、耦合到功率转换器输出端的第二输入端以及耦合到该非重叠时钟发生器和该控制模块的输出端，并且其中，该控制模块被配置成生成用于该非重叠时钟发生器的调制控制信号，并且该非重叠时钟发生器被配置成取决于输出电压与该参考值之间的差值来改变时钟频率。
在一个或多个实施例中，非重叠时钟发生器包括多个选择器，每个选择器具有耦合到该非重叠时钟发生器的相应输出端的第一输入端、可操作地耦合到断态电压电平的第二输入端，以及耦合到控制器的控制输入端，其中，该控制器被配置成通过响应于时间参考信号在第一输入端与第二输入端之间进行选择来调制非重叠持续时间。
在DC-DC功率转换器的一个或多个实施例中，控制器包括定时参考发生器。定时参考发生器可被配置成生成等于标称开关时段的一半的时间参考信号。
在DC-DC功率转换器的一个或多个实施例中，定时参考发生器可取决于可切换电容器的充电时间和放电时间中的至少一者生成时间参考信号。
在DC-DC功率转换器的一个或多个实施例中，控制器可以可操作以响应于减小由该DC-DC功率转换器提供的输出电流、减小参考设置值和增大该DC-DC转换器的输入电压中的至少一者来增大非重叠持续时间。
在DC-DC功率转换器的一个或多个实施例中，控制器可以可操作以响应于增大由该DC-DC功率转换器提供的输出电流、增大参考设置和减小该DC-DC转换器的输入电压中的至少一者来减小非重叠持续时间。
在一个或多个实施例中，DC-DC功率转换器可另外包括耦合到开关电容器功率转换器的输出端的输出电容器。
在DC-DC功率转换器的一个或多个实施例中，定时参考发生器耦合到振荡器。
在第二方面中，描述了控制DC-DC功率转换器的方法，该DC-DC功率转换器包括具有可切换电容器的开关电容器功率转换器，该方法包括：向该开关电容器功率转换器提供至少两个非重叠时钟，并取决于该功率转换器输出端、该功率转换器输入端和参考值中的至少一者的电压和/或电流来调制非重叠时间时钟的非重叠持续时间。
在一个或多个实施例中，该方法可另外包括响应于增大由DC-DC功率转换器提供的输出电流、增大参考值和减小输入电压中的至少一者来减小非重叠持续时间。
在一个或多个实施例中，该方法可另外包括响应于减小由DC-DC功率转换器提供的输出电流、减小参考值和增大输入电压中的至少一者来增大非重叠持续时间。
在该方法的一个或多个实施例中，调制非重叠持续时间可包括取决于可切换电容器的充电时间和放电时间中的至少一者来生成时间参考信号。
附图说明
在附图和描述中，相似的附图标记指代相似特征。本发明的实施例现仅借助于通过附图示出的例子来详细地描述，在附图中：
图1a)示出包括具有脉冲频率调制(PFM)控制回路的开关电容器功率转换器的DC-DC转换器的典型例子，b)示出图1a的开关电容器功率转换器的输出波纹的曲线图，c)两相非重叠时钟的例子波形，以及d)包括可切换电容器的例子实施方案的SCPC的例子电路。
图2示出a)根据实施例的DC-DC转换器，以及b)调制时钟波形的图示。
图3示出根据实施例的DC-DC转换器。
图4示出各种PFM控制回路的输出电压波纹对输出电流的质量演变的曲线图。
图5a示出根据实施例的DC-DC转换器。
图5b示出图5a的实施例的例子时间参考电路。
图6a示出图5a的DC-DC转换器针对0.6mA的输出电流的行为的模拟。
图6b示出图5a的DC-DC转换器针对6mA的输出电流的行为的模拟。
图7a示出说明针对2个不同的输出电流值，在图5a的DC-DC转换器与图1的DC-DC转换器之间的输出波纹的差值的曲线图。
图7b示出说明针对图5a的DC-DC转换器和图1的DC-DC转换器的浮动电容器的电压摆幅的曲线图。
图7c示出说明针对图5a的DC-DC转换器和图1的DC-DC转换器的输出波纹对输出电流的变化的曲线图。
图8示出根据实施例的控制DC-DC转换器的方法。
具体实施方式
图1a示出包括使用脉冲频率调制(PFM)控制的开关电容器功率转换器(SCPC)112的DC-DC转换器100的典型例子。比较器102具有可操作地连接到电压参考Vref的第一输入端以及用于监测输出电压Vo的连接到DC-DC转换器100的输出端114的第二输入端。比较器102的输出端被连接到振荡器104。该振荡器104的输出端被连接到非重叠时钟相位发生器106。该非重叠时钟相位发生器106的两个输出端108、110被连接到开关电容器功率转换器112，该开关电容器功率转换器可将功率从Vin 116转换为Vo 114。该非重叠时钟相位发生器106的两个输出端108、110可分别生成表示为ph1和ph2的非重叠时钟。SCPC 114的输出端可连接到输出电容器Co的第一端。输出电容器Co的第二端可连接到接地电位。
图1d示出例子开关电容器功率转换器112的另外细节。NMOS晶体管S1和S2的第一串联布置可被连接在输入电压源118与SCPC输出端114之间。NMOS晶体管S3和S4的第二串联布置可被连接在SCPC输出端114与接地电位之间。电容器Cs的第一端可连接到在晶体管S1与S2之间的公共连接。电容器Cs的第二端可连接到在晶体管S3与S4之间的公共连接。NMOS晶体管S1和S4的栅极端可经由连接108被连接到ph1非重叠时钟。NMOS晶体管S2和S3的栅极端可经由连接110被连接到ph2非重叠时钟。电容器Cs可被视为浮动电容器，因为该电容器Cs可以在操作期间与输入电压源118、SCPC输出端和接地电位隔离。与晶体管s1、s2、s3和s4组合的电容器Cs可被视为形成可切换电容器116。
在此例子开关电容器功率转换器112中，在操作期间，当ph1为逻辑高值随后NMOS晶体管s1和s4被启用或接通时，SCPC输出端114耦合到电容器Cs的第二端，以及输入电压Vin被提供给该电容器Cs的第一端。当ph2为逻辑高值随后NMOS晶体管s2和s3被启用或接通时，SCPC输出端114耦合到电容器Cs的第一端以及接地电位被提供给另一端。在第一操作阶段期间(s1和s4接通)，电容器Cs被充电到等于Vin与Vo之间的差值的电压。在第二阶段期间，在Cs中累积的电荷被转移到输出电压节点(s2和s3接通)。此交替操作产生在时间离散事件中的从SCPC的输入端到输出端的电荷转移。在非重叠时间期间，当ph1和ph2两者为逻辑低值时，那么所有NMOS晶体管s1到s4被切断且电容器Cs为浮动的。应了解，在其它实施方案中，多个电容器以及使用其它晶体管，例如PMOS晶体管或其它元件以用于形成开关的开关布置可被用在开关电容器功率转换器中。
在DC-DC转换器100操作中，SCPC 112的输出电压Vo可用电压比较器或误差放大器102连续监测，该电压比较器或误差放大器102将输出电压Vo与对应于期望输出电压值的参考电压Vref进行比较。电压比较器或误差放大器102可被视为充当误差检测器。在其它典型例子中，比较器可为比较在离散时间间隔的输出的钟控比较器。在其它例子中，比较器可为用于连续控制振荡器的频率的误差放大器或包括模/数转换器和另外数字电路系统的混合信号电路。比较器102的输出端用于启用和禁用振荡器104，该振荡器104可为被设置为以固定频率操作，该固定频率可例如为10MHz到20MHz。当输出电压Vo低于参考电压Vref时，振荡器可被启用，以及如果该输出电压Vo高于Vref，那么该振荡器可被禁用。参考电压Vref可例如为1.2伏。振荡器104的输出端被连接到非重叠时钟相位发生器106，该非重叠时钟相位发生器106生成驱动电源开关s1、s2、s3、s4所需的两个互补信号(ph1和ph2)，该两个互补信号具有非重叠暂停以避免短路。在其它例子中，比较器输出可为可变电压，该可变电压控制压控振荡器以取决于Vo与Vref之间的差值来调制频率。图1c示出两相非重叠时钟系统140的例子波形。波形142、144分别示出在第一操作模式中的在时钟ph1与ph2之间的关系。非重叠持续时间由区域146指示。如果参考电压Vref变为与较低的所需输出电压对应的较低值，那么时钟ph1和ph2的时段如波形142′、144′中所示增大，这将引起输出电压Vo减小。
图1B示出2个不同输出电流值120的输出电压的变化。x轴122指示以微秒为单位的在29us与30.7us之间的值的与约为1.7us的持续时间对应的时间。y轴124指示在1.19伏与1.23伏之间的范围内改变的输出电压Vo。在此例子中的1.2伏的电压参考值被示为水平线130。曲线图线126示出针对6mA的输出电流的输出电压的变化。曲线图线128示出针对0.6mA的输出电流的输出电压的变化。从曲线图120可以看出，与在6mA的电压波纹为4mV峰-峰值相比，由线128示出的在0.6mA的较低输出电流的电压波纹约为25mV峰-峰值。
图2a示出根据实施例的DC-DC功率转换器200。控制器206可具有可操作地连接到电压参考的第一输入端204、连接到DC-DC功率转换器200的功率转换器输出端214的第二输入端，以及连接到DC-DC功率转换器输入端216的第三输入端。控制器206的时钟输出端210、212可连接到开关电容器功率转换器(SCPC)208。开关电容器功率转换器208可具有连接到DC-DC转换器输入端216的输入端。开关电容器功率转换器208的输出端可连接到DC-DC转换器200的输出端214。输出电容器Co可被连接在输出端214与电源轨之间，该电源轨可操作地处于接地电位。
在操作中，控制器206可响应于输出电压与参考电压之间的差值改变时钟发生器256的频率。时钟发生器可从第一时钟输出端210输出非重叠时钟ph1mod的第一相位以及从第二时钟输出端212输出非重叠时钟ph2mod的第二相位。控制器206也可改变phlmod与ph2mod之间的非重叠持续时间。通过直接测量Io的电流值或间接检测电压输出值Vo中的任一者，控制器206可检测由连接的负载(未示出)从DC-DC转换器200汲取的输出电流。控制器206也可检测在DC-DC转换器输入端216上的输入电压的变化或设置在参考输入端204上的参考值。在其它例子中，控制器可具有预定的参考值。控制器206可响应于输出电流Io变化、输入电压变化变或参考设置变化来改变两个时钟相位的非重叠持续时间。例如，如果控制器206检测到电流Io增大，那么该控制器206可减小ph1mod与ph2mod之间的非重叠时段。
因此，当输出电流Io减小并因此开关频率减小时，SCPC功率级208的操作被有效冻结在非重叠状态中，也就是说，一旦经过标称充电/放电时间或在经过该标称充电/放电时间之后不久，此时所有浮动电容器断开连接。
图2b示出DC-DC转换器200的非重叠调制时钟220的例子波形。波形222、224分别示出在第一操作模式中在时钟ph1mod与ph2mod之间的关系。非重叠持续时间由区域226、226′指示。如果需要较低的输出电压或电流，那么时钟ph1mod和ph2mod的时段可增大，如波形222′和224′所示。通过增大非重叠时间区域226′，与时钟相位222′和224′的接通时段对应的时段228可对应于在SCPC 208中的可切换电容器的放电/充电时间。
以此方式，在SCPC 208中的浮动电容器的充电/放电时间变为与输出电流和操作开关频率无关。DC-DC转换器200的开关频率也根据输出电流、输入电压或参考设置被调制；但是控制器206调制非重叠时间的持续时间，而不是调制浮动电容器的充电/放电时间。这允许针对给定最大所需输出电压波纹使用比其它情况更小的输出电容器Co。DC-DC功率转换器200可将电压波纹的量减小50％。在常规的DC-DC转换器中，为了实现相同结果，可能需要具有为该电容两倍的输出电容器。
图3示出根据实施例的DC-DC转换器250。控制器260可包括控制逻辑252、比较器254和时钟发生器256。比较器254可具有可操作地连接到可为电压参考的参考输入端276的第一输入端，以及连接到DC-DC转换器250的输出端274的第二输入端。比较器254的输出端可连接到时钟发生器256。时钟发生器256的调制时钟输出端260、272可连接到开关电容器功率转换器268。开关电容器功率转换器268的输出端可连接到DC-DC转换器250的输出端274。输出电容器Co可被连接在输出端274与可操作地处于接地电位的电源轨之间。DC-DC转换器250的输出端可连接到控制逻辑电路252。控制逻辑电路252可连接到时钟发生器256。
在操作中，比较器254可响应于输出电压与参考电压之间的差值提供控制信号以改变时钟发生器256的频率。时钟发生器可从第一时钟发生器输出端260输出非重叠时钟ph1mod的第一相位和从第二时钟发生器输出端272输出非重叠时钟ph2mod 272的第二相位。控制器206可通过直接测量Io的电流值或间接检测电压输出值Vo来检测由连接的负载(未示出)从DC-DC转换器250汲取的输出电流。控制器260也可检测DC-DC转换器输入端266上的输入电压或参考输入端276上的参考设置的变化，该参考设置可为电压参考。控制器260可通过响应于输出电流Io、输入电压或参考设置的变化而更改时钟相位的占空比来改变两个时钟相位的非重叠持续时间。
举例来说，如果控制器260检测到电流Io增大，那么该控制器260可减小ph1mod与ph2mod之间的非重叠时段。当输出电流Io减小时，开关频率可减小，SCPC功率级268的操作被有效冻结在非重叠状态中，也就是说，一旦经过标称充电/放电时间或在经过该标称充电/放电时间之后不久，此时所有浮动电容器断开连接。因此，非重叠时间增大。
以此方式，在SCPC 268中的浮动电容器的充电/放电时间变为与输出电流和操作开关频率无关。DC-DC转换器250的开关频率也根据输出电流、输入电压或参考设置被调制；但是控制器调制非重叠时间的持续时间，而不是调制浮动电容器的充电/放电时间。这允许针对给定最大所需输出电压波纹使用比其它情况更小的输出电容器Co。
与其它DC-DC转换器相比，本文中所描述的DC-DC转换器的实施例的输出电压波纹随着输出电流的变化关于图4另外加以解释和定性示出。曲线图280具有示出输出电流的x轴284和示出输出电压波纹的量的y轴282。线292示出具有以频率fs进行采样的钟控比较级的典型DC-DC转换器(fs等于DC-DC转换器的标称开关频率)。线286示出具有以比fs更高的采样频率进行采样的钟控比较级的典型DC-DC转换器。线288示出具有类似于在图1a中描述的连续比较级的典型DC-DC转换器。线290示出本文中所描述的DC-DC转换器的实施例的输出电压波纹相对于输出电流的定性变化。
具有在曲线图280中示出的响应的DC-DC转换器使用脉冲频率调制(PFM)来调节SCPC的输出电压。当输出电流为最大值时，输出电压波纹可仅达到其最小值。一旦输出电流减小，输出波纹就增大。根据控制回路的实施方案，可以在输出端观察到不同的效果：
例如，如果DC-DC转换器的控制回路例如通过使用钟控电压比较器对输出端进行采样，那么由于如在线292、286中示出的输出电压的有限采样频率，输出波纹的增大可能非常突然。此问题可以通过增大采样频率来最小化，从而产生当与线292相比时在线286中示出的减小的电压波纹。然而，这可由于更高采样频率而产生增加的功耗。
如果控制回路连续监测在DC-DC转换器100中描述并在线288中示出的输出电压，那么在输出电流减小时仍然可发生输出电压波纹的增大，但是呈比先前情况更平滑的形状。
当输出电流变得更小时，可引起输出电压波纹的增大，因为到输出节点的电荷的注入在有限时间量中发生。在此时间期间，如果输出电流为高，那么大量电荷直接流动到输出端并从不到达输出电容器；这意味着该大量电荷并不增大输出电压。在低输出电流，在电荷注入事件期间直接流动到输出端的电荷变得不显著，从而产生几乎所有电荷被累积在输出节点(这增大输出波纹)。
当输出电流变得更小时输出电压波纹的增大可能由于DC-DC转换器的减小的开关频率。这可产生电容器的充电/放电时间的增大，以及随之而来的存储在SCPC中的浮动电容器中的电荷变化的增大，这产生更高的输出波纹。DC-DC转换器250将电容器充电-放电时间从DC-DC转换器的开关频率解耦，从而产生由线290定性指示的减小的输出电压波纹。
图5a示出根据实施例的包括使用脉冲频率调制(PFM)控制的开关电容器功率转换器(SCPC)326的DC-DC转换器300。
控制器330可包括控制电路310和时钟发生器318。
控制电路310可包括比较器302、时间参考306和数字控制器308。时钟发生器318可包括振荡器304、非重叠时钟相位发生器316和多路复用器312、314。
比较器302具有可操作地连接到电压参考的第一输入端以及用于监测输出电压Vo的连接到DC-DC转换器300的输出端324的第二输入端。比较器或误差放大器302的输出端可连接到振荡器304，例如压控振荡器。振荡器304的输出端被连接到非重叠时钟相位发生器316。非重叠时钟相位发生器316的两个输出端中的每者被连接到相应多路复用器312、314的相应第一输入端。多路复用器312、314中的每者的第二输入端被连接到参考节点，该参考节点可以可操作地处于接地电位或断开开关电容器功率转换器326的对应电源开关所需的任何其它断态电压值。多路复用器312的输出端320、多路复用器314的输出端322可连接到开关电容器功率转换器326。多路复用器312、314的控制输入端可连接到数字控制电路308。如将了解，多路复用器充当选择电路，在其它例子中，该选择电路可使用其它逻辑电路系统或其它类型的信号选择器来实施。数字控制电路308可连接到时间参考306。时间参考306可生成持续时间为标称开关时段的一半的信号。标称开关时段可等于开关电容器功率转换器可以提供其所设计的最大输出功率的开关时段。
开关电容器功率转换器326的输出端324可连接到输出电容器Co的第一端。输出电容器Co的第二端可连接到接地电位。时间参考306和数字控制电路308可被包括在控制器310中。振荡器304、非重叠时钟相位发生器316、第一多路复用器312和第二多路复用器314可被包括在时钟发生器318中。
图5B示出例子定时参考电路306。通常可通过晶体管实施的开关332可被布置在接地电位与比较器336的非反相输入端之间。当在操作中时比较器336的反相输入端可连接到参考电压，例如电源电压值的一半。电流源334可连接到比较器336的非反相输入端338。电容器C可被连接在非反相输入端338与接地电位之间。
参考图6A和图6B描述DC-DC转换器300的操作，图6A和图6B分别具有针对0.6mA和6mA的输出电流的模拟结果400、400′。y轴404、404′示出各种信号的电压值，且x轴424、424′指示时间。
在操作中，比较器302可提供控制信号以响应于在线406、406′上示出的输出电压Vo的电平低于在线408、408′上示出的参考电压Vref而启用振荡器304。在线410、410′上示出的比较器302的输出可通过闭合开关332来触发时间参考电路306。时间参考电路306为单稳态电路并生成通过电容C和由电流源334提供的电流的值确定的持续时间的脉冲。非重叠时钟相位发生器316可输出在线416、416′上示出的非重叠时钟ph1的第一相位和在线420、420′上示出的非重叠时钟ph2的第二相位。数字控制电路308可响应于定时参考306来控制多路复用器312、314以输出非重叠时钟信号ph1、ph2或参考电位中的任一者，该参考电位可为接地电位或断开开关电容器功率转换器326中的对应电源开关的任何其它断态电压值。在多路复用器输出端320、322处的信号为在线418、418′上示出的非重叠时钟相位ph1mod和在线422、422′上示出的ph2mod，该ph1mod和ph2mod可具有取决于时钟频率的变化的非重叠时间。因为定时参考306可具有可为固定的或可编程的预定持续时间428、428′，所以在可对应于较低输出电流的较低开关频率下，时钟ph1mod与ph2mod之间的非重叠时间426可增大。在更高开关频率下，ph1mod与ph2mod之间的非重叠时间426′可减小。
在ph1mod和ph2mod的非重叠时间期间，在SCPC 308中的NMOS FET开关将被切断，因此，电容器将在经过标称充电/放电时间之后处于浮动状态。应了解，在其它例子中，可使用所使用的其它晶体管，例如PMOS FET开关，在此情况下，将需要电源电位或电压(或任何其它所需的电位)以切断该PMOS FET开关，并因此，保持SCPC 326中的浮动电容器与SCPC326的输入端和输出端断开连接或隔离。
在其它例子中，时间参考可连接到振荡器并从该振荡器导出信号(或相反)。可替换的是，定时参考可包括耦合到比较器的辅助振荡器(未示出)。其它例子可在单个电路中组合振荡器和时间参考。
因此，当输出电流Io减小并因此开关频率减小时，SCPC功率级326的操作被有效冻结在非重叠状态中，并因此，一旦经过标称充电/放电时间或在经过该标称充电/放电时间之后不久，在SCPC中的所有浮动电容器与SCPC输入端和输出端以及接地电位二者断开连接。
DC-DC转换器300允许针对给定最大所需输出电压波纹使用比其它情况更小的输出电容器Co。与用于输出电容器Co的相同值的常规DC-DC转换器相比，DC-DC转换器300可将输出电压波纹的量减小50％。在低输出电流的电压波纹的改善另外在图7a到图7c中示出。
图7a示出针对DC-DC转换器300和DC-DC转换器100的两个不同输出电流值500的输出电压的变化。x轴502、502′指示以微秒为单位的在约27us与28us的值之间的时间，即约1us的持续时间。y轴504、504′中的每者指示在1.19伏与1.23伏之间的范围内的电压变化。曲线图线506示出针对DC-DC转换器100的0.6mA的输出电流的输出电压的变化。曲线图线508示出针对DC-DC转换器300的0.6mA的输出电流的输出电压波纹的变化。与DC-DC转换器100的约27mV的峰峰值电压波纹相比，DC-DC转换器300的峰峰值电压波纹约为15mV。
曲线图线510示出针对DC-DC转换器100的6mA的输出电流的输出电压的变化。曲线图线512示出针对DC-DC转换器300的6mA的输出电流的输出电压的变化。在此更高电流电平，在每种情况下的峰峰值电压电平是类似的。
图7b示出针对0.6mA的输出电流Io的在DC-DC转换器100和DC-DC转换器300中的浮动电容器上的电压摆幅的曲线图520。x轴374指示以微秒为单位的在25us与29us的值之间的时间，即约4us的持续时间。y轴522中的每者指示在1.1伏与1.9伏之间的范围内的电压变化。曲线图线526示出针对DC-DC转换器100的0.6mA的输出电流的在SCPC中的浮动电容器上的电压的变化。曲线图线528示出针对DC-DC转换器300的0.6mA的输出电流的在SCPC中的输出电压浮动电容器的变化。与DC-DC转换器100的约0.6V相比，在DC-DC转换器300的浮动电容器上的峰峰值电压约为0.28V。
图7c示出指示针对DC-DC转换器100和DC-DC转换器300的输出电压波纹对输出电流的比较的曲线图540。x轴544指示在0与6mA的值之间的输出电流。y轴542指示在0与35mV之间的电压波纹值。线546示出针对DC-DC转换器100，波纹电压从在0.1mA输出电流的32mV的值减小到在6mA输出电流的约4mV。线548示出针对DC-DC转换器300，波纹电压从在0.1mA输出电流的16mV的值减小到在6mA输出电流的约4mV。
图8示出根据实施例的操作DC-DC转换器的方法600。在步骤602中，两个非重叠时钟可被提供给具有可切换电容器的开关电容器功率转换器。在步骤604中，从DC-DC转换器汲取的输出电流或输入电压或与所需输出电压对应的参考设置的变化可被直接检测或经由监测输出电压来间接检测。在步骤606中，非重叠时钟的非重叠持续时间可被调制。通过响应于输出电流、输入电压或参考设置的变化来调制非重叠时钟的非重叠持续时间，输出电压可在将DC-DC转换器的输出电压波纹的电位增大最小化时进行调整。因此，波纹更低的输出电容值可用于相同的输出电压波纹规格。
描述了一种DC-DC功率转换器，该DC-DC功率转换器具有：功率转换器输入端，其用于接收电源电压；功率转换器输出端，其用于输出所转换的电源电压；参考输入端，其用于提供参考值；开关电容器功率转换器，其耦合到该功率转换器输入端和该功率转换器输出端，并且包括可通过至少两个非重叠时钟信号来控制的至少一个可切换电容器；控制器，其耦合到该开关电容器功率转换器和该功率转换器输出端。控制器被配置成生成至少两个非重叠时钟信号，并取决于功率转换器输出端、参考输入端和功率转换器输入端中的至少一者的电压和/或电流值来改变非重叠持续时间。
尽管所附权利要求是针对特定特征组合，但应理解，本发明的公开内容的范围还包括本文中明确地或隐含地公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合或其任何一般化，而不管其是否涉及与当前在任何权利要求中主张的本发明相同的发明或其是否缓解与本发明所缓解的任一或全部技术问题相同的技术问题。
在单独实施例的上下文中描述的特征也可以在单个实施例中组合提供。相反，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的多种特征也可以分开提供或在任何合适的子组合中提供。
申请人特此提醒，在审查本申请或由此衍生的任何另外的申请期间，可以根据此类特征和/或此类特征的组合而制订新的权利要求。
为完整性起见，还规定术语“包括”不排除其它元件或步骤，术语“一”不排除复数个，单个处理器或其它单元可满足在权利要求中叙述的若干装置的功能，且权利要求中的附图标记不应解释为限制权利要求的范围。

Claims (14)

1.一种DC-DC功率转换器，其特征在于，包括：
开关电容器功率转换器，所述开关电容器功率转换器耦合到功率转换器输入端、功率转换器输出端并包括至少一个可切换电容器；
控制器，所述控制器耦合到所述开关电容器功率转换器；
其中，所述控制器被配置成生成至少两个非重叠时钟信号，并取决于所述功率转换器输出端、参考值和所述功率转换器输入端中的至少一者的电压和/或电流值来改变非重叠持续时间；
所述控制器包括误差检测器、非重叠时钟发生器和控制模块，其中，所述误差检测器包括用于接收所述参考值的第一输入端、耦合到所述功率转换器输出端的第二输入端和耦合到所述非重叠时钟发生器和所述控制模块的输出端，并且其中，所述控制模块被配置成生成用于所述非重叠时钟发生器的调制控制信号，且所述非重叠时钟发生器被配置成取决于所述功率转换器输出端的电压与所述参考值之间的差值改变时钟频率。
2.根据权利要求1所述的DC-DC功率转换器，其特征在于，所述控制器耦合到所述功率转换器输入端、所述功率转换器输出端和被布置成接收所述参考值的参考输入端，并且其中，所述开关电容器功率转换器可通过所述至少两个非重叠时钟信号来控制。
3.根据权利要求1所述的DC-DC功率转换器，其特征在于，所述非重叠时钟发生器包括多个选择器，每个选择器具有耦合到所述非重叠时钟发生器的相应输出端的第一输入端、可操作地耦合到断态电压电平的第二输入端以及耦合到所述控制器的控制输入端，其中，所述控制器被配置成通过响应于时间参考信号在所述第一输入端与第二输入端之间进行选择来调制所述非重叠持续时间。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的DC-DC功率转换器，其特征在于，所述控制器包括定时参考发生器。
5.根据权利要求4所述的DC-DC功率转换器，其特征在于，所述定时参考发生器被配置成生成等于标称开关时段的一半的时间参考信号。
6.根据权利要求4所述的DC-DC功率转换器，其特征在于，所述定时参考发生器取决于所述可切换电容器的充电时间和放电时间中的至少一者生成时间参考信号。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的DC-DC功率转换器，其特征在于，所述控制器可操作以响应于减小由所述DC-DC功率转换器提供的输出电流、减小所述参考值和增大所述DC-DC转换器的所述功率转换器输入端的电压中的至少一者来增大所述非重叠持续时间。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的DC-DC功率转换器，其特征在于，所述控制器可操作以响应于增大由所述DC-DC功率转换器提供的输出电流、增大所述参考值和减小所述DC-DC转换器的所述功率转换器输入端的电压中的至少一者来减小所述非重叠持续时间。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的DC-DC功率转换器，其特征在于，另外包括耦合到所述开关电容器功率转换器的所述输出端的输出电容器。
10.根据权利要求4所述的DC-DC功率转换器，其特征在于，所述控制器包括振荡器，所述定时参考发生器耦合到所述振荡器。
11.一种控制如权利要求1-10任一项所述的DC-DC功率转换器的方法，其特征在于，所述方法包括：
向所述开关电容器功率转换器提供至少两个非重叠时钟，并取决于功率转换器输出端、功率转换器输入端和参考值中的至少一者的电压和/或电流调制所述非重叠时间时钟的非重叠持续时间；
取决于所述功率转换器输出端的电压与所述参考值之间的差值改变所述时钟频率。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，另外包括响应于增大由所述DC-DC功率转换器提供的输出电流、增大所述参考值和减小所述功率转换器输入端的电压中的至少一者来减小所述非重叠持续时间。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，另外包括响应于减小由所述DC-DC功率转换器提供的输出电流、减小所述参考值和增大所述功率转换器输入端的电压中的至少一者来增大所述非重叠持续时间。
14.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，调制所述非重叠持续时间包括取决于所述可切换电容器的充电时间和放电时间中的至少一者来生成时间参考信号。
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