CN110445371A - 步升转换器 - Google Patents

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Abstract

实施例提供一种在使用飞跨电容器的步升转换器中通过在每一控制周期中在一个时间间隔中将辅助电容器并联连接到飞跨电容器并且在另一时间间隔中将辅助电容器串联连接到飞跨电容器来控制飞跨电容器的充电/放电平衡的技术。

Description

步升转换器
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年5月4日提交的第10-2018-0051634号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请出于所有目的特此以引用的方式并入，如同在本文中完全阐述一般。
技术领域
本公开涉及步升转换器(converter)。
背景技术
在转换功率的转换器当中，转换器将输出电压增大到高于输入电压并且输出增大的输出电压被称作步升(step-up)。在一些情况下，步升转换器也被称作升压转换器(boostconverter)。
一般来说，步升转换器具有在对应于DT(D是占空比(duty cycle)，并且T是切换周期)的一个时间间隔中在电感器中建立电流并且在对应于(1-D)T的另一时间间隔中将所建立电流输出到负载的结构。在实际实施方案中，因为电感器电流不可直接供应到负载，所以将输出电容器插入在电感器与负载之间，并且电感器电流经由输出电容器供应到负载。
飞跨电容器可包含在步升转换器中以改变输入电压与输出电压的电压比。当在每一控制周期中使飞跨电容器充电或放电时，步升转换器可增大或减小电压比。
然而，包含飞跨电容器的常规步升转换器在维持飞跨电容器的充电/放电平衡上具有技术困难。如果未维持飞跨电容器的充电/放电平衡，那么存在异常地产生输出电压的问题。为解决此问题，常规步升转换器接收关于飞跨能力电压的反馈以执行控制，但由于控制输出电压和飞跨能力电压的必要性，这种方法具有控制逻辑复杂和具有额外成本的问题。
发明内容
基于此背景，本发明实施例的方面提供一种使得能够容易地控制飞跨电容器的充电/放电平衡的步升转换器技术。
鉴于前述内容，实施例提供一种步升转换器，其包含电感器单元、电源开关单元、辅助电容器以及控制单元。
所述电感器单元可在其一侧接收输入电压，并且可包含至少一个电感器。
所述电源开关单元可包含至少四个串联连接的电源开关以控制电源路径和并联连接到所述至少四个电源开关当中的至少两个电源开关的至少一个飞跨电容器，并且所述至少两个电源开关之间的一个节点可连接到所述电感器单元的另一侧。
所述辅助电容器可经由辅助开关连接到所述一个节点。
所述控制单元可控制所述电源开关单元以将所述输入电压转换为输出电压，可在每一控制周期中在一个时间间隔中并联连接所述至少一个飞跨电容器与所述辅助电容器，并且可在另一时间间隔中串联连接所述至少一个飞跨电容器与所述辅助电容器。
所述控制单元可控制所述电源开关单元以使得所述一个节点的电压在每一控制周期中改变四次或更多次。
所述至少一个飞跨电容器可在所述一个时间间隔中充电，并且所述至少一个飞跨电容器可在所述另一时间间隔中放电。
所述至少一个飞跨电容器和所述辅助电容器可在所述另一时间间隔中并联连接到输出电容器，所述输出电压是在所述输出电容器中产生的。
接地电压和所述输出电压可在所述电源开关单元的两端产生的，并且飞跨电容器电压可在所述至少一个飞跨电容器中产生的。所述控制单元可控制所述电源开关单元以使得在第一时间间隔中在所述一个节点中产生所述接地电压，在第二时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过将所述飞跨电容器电压相加到所述接地电压而获得的电平的电压，在第三时间间隔中在所述一个节点中产生所述接地电压，并且在第四时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过从所述输出电压减去所述飞跨电容器电压而获得的电平的电压。
所述控制单元可在所述第一时间间隔以及所述第三时间间隔中断开所述辅助开关，并且可在所述第二时间间隔以及所述第四时间间隔中接通所述辅助开关，以便将所述辅助电容器连接到所述一个节点。
所述接地电压和所述输出电压可在所述电源开关单元的两端产生的，并且所述飞跨电容器电压可在所述至少一个飞跨电容器中产生的。所述控制单元可控制所述电源开关单元以使得在第一时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过将所述飞跨电容器电压相加到所述接地电压而获得的电平的电压，在第二时间间隔中在所述一个节点中产生所述输出电压，在第三时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过从所述输出电压减去所述飞跨电容器电压而获得的电平的电压，并且在第四时间间隔中在所述一个节点中产生所述输出电压。
所述控制单元可在所述第一时间间隔以及所述第三时间间隔中接通所述辅助开关以将所述辅助电容器连接到所述一个节点，并且可在所述第二时间间隔以及所述第四时间间隔中断开所述辅助开关。
另一实施例提供一种步升转换器，所述步升转换器包含电感器单元、电源开关单元、辅助电容器以及控制单元。
所述电感器单元可在其一侧接收输入电压，并且可包含至少一个电感器。
所述电源开关单元可包含至少四个串联连接的电源开关以控制电源路径和并联连接到所述至少四个电源开关当中的至少两个电源开关的至少一个飞跨电容器，并且所述至少两个电源开关之间的一个节点可连接到所述电感器单元的另一侧。
所述辅助电容器可经由分别连接到所述至少一个飞跨电容器的两端的两个辅助开关连接到所述至少一个飞跨电容器。
所述控制单元可控制所述电源开关单元以将所述输入电压转换为输出电压，可在每一控制周期中在一个时间间隔中并联连接所述至少一个飞跨电容器与所述辅助电容器，并且可在另一时间间隔中串联连接所述至少一个飞跨电容器与所述辅助电容器。
所述控制单元可控制所述电源开关单元以使得所述一个节点的电压在每一控制周期中改变四次或更多次。
所述至少一个飞跨电容器和所述辅助电容器可在所述另一时间间隔中并联连接到输出电容器，所述输出电压是在所述输出电容器中产生的。
所述接地电压和所述输出电压可在所述电源开关单元的两端产生的，并且所述飞跨电容器电压可在所述至少一个飞跨电容器中产生的。所述控制单元可控制所述电源开关单元以使得在第一时间间隔中在所述一个节点中产生所述接地电压，在第二时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过将所述飞跨电容器电压相加到所述接地电压而获得的电平的电压，在第三时间间隔中在所述一个节点中产生所述接地电压，并且在第四时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过从所述输出电压减去所述飞跨电容器电压而获得的电平的电压。
所述控制单元可：在所述第一时间间隔以及所述第三时间间隔中断开第一辅助开关和第二辅助开关；在所述第二时间间隔中接通连接到所述至少一个飞跨电容器的正极端子的所述第一辅助开关并且断开所述第二辅助开关以便将所述辅助电容器连接到所述至少一个飞跨电容器的所述正极端子；并且在所述第四时间间隔中接通连接到所述至少一个飞跨电容器的负极端子的所述第二辅助开关并且断开所述第一辅助开关以便将所述辅助电容器连接到所述至少一个飞跨电容器的所述负极端子。
所述接地电压和所述输出电压可在所述电源开关单元的两端产生的，并且所述飞跨电容器电压可在所述至少一个飞跨电容器中产生的。所述控制单元可控制所述电源开关单元以使得在第一时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过将所述飞跨电容器电压相加到所述接地电压而获得的电平的电压，在第二时间间隔中在所述一个节点中产生所述输出电压，在第三时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过从所述输出电压减去所述飞跨电容器电压而获得的电平的电压，并且在第四时间间隔中在所述一个节点中产生所述输出电压。
所述控制单元可：在所述第二时间间隔以及所述第四时间间隔中断开所述第一辅助开关和所述第二辅助开关；在所述第一时间间隔中接通连接到所述至少一个飞跨电容器的正极端子的所述第一辅助开关并且断开所述第二辅助开关以便将所述辅助电容器连接所述至少一个飞跨电容器的所述正极端子；并且在所述第三时间间隔中接通连接到所述至少一个飞跨电容器的负极端子的所述第二辅助开关并且断开所述第一辅助开关以便将所述辅助电容器连接到所述至少一个飞跨电容器的所述负极端子。
如上文所描述，根据实施例，可容易地控制用于步升转换器中的飞跨电容器的充电/放电平衡。
附图说明
通过以下结合附图进行的详细描述，本公开的上述以及其它方面、特征和优点将更加显而易见，在附图中：
图1是说明通用多电平步升转换器的第一时间间隔的状态图。
图2是说明通用多电平步升转换器的第二时间间隔的状态图。
图3是说明通用多电平步升转换器的第三时间间隔的状态图。
图4是说明通用多电平步升转换器的第四时间间隔的状态图。
图5是通用多电平步升转换器中的飞跨电容器的电压的波形图。
图6是可应用于实施例的步升转换器的配置图。
图7是说明根据实施例的步升转换器的功率级的第一示范性配置图。
图8是说明根据实施例的步升转换器的功率级的第二示范性配置图。
图9是说明根据实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第一时间间隔状态图。
图10是说明根据实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第二时间间隔状态图。
图11是说明根据实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第三时间间隔状态图。
图12是说明根据实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第四时间间隔状态图。
图13是说明根据实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第一时间间隔状态图。
图14是说明根据实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第二时间间隔状态图。
图15是说明根据实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第三时间间隔状态图。
图16是说明根据实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第四时间间隔状态图。
图17是说明根据另一实施例的步升转换器的功率级的第一示范性配置图。
图18是说明根据另一实施例的步升转换器的功率级的第二示范性配置图。
图19是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第一时间间隔状态图。
图20是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第二时间间隔状态图。
图21是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第三时间间隔状态图。
图22是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第四时间间隔状态图。
图23是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第一时间间隔状态图。
图24是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第二时间间隔状态图。
图25是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第三时间间隔状态图。
图26是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第四时间间隔状态图。
附图标号说明
10：通用多电平步升转换器；
12、712、812、1712、1812：输入单元；
14、714、814、1714、1814：电感器单元；
16：开关单元；
18、718、818、1718、1818：输出单元；
100：步升转换器；
110、710、810、1710、1810：功率级；
120：控制单元；
715、815、1715、1815、Ca：辅助电容器；
716、816、1716、1816：电源开关单元；
Cf：飞跨电容器；
Ci：输入电容器；
Co：输出电容器；
CTR：控制信号；
iL：电感器L的电流；
L：电感器；
N1：第一节点；
N2：第二节点；
N3：第三节点；
Sa：辅助开关；
Sa1：第一辅助开关；
Sa2：第二辅助开关；
S1：第一开关；
S2：第二开关；
S3：第三开关；
S4：第四开关；
SD1、SDn、SU1、SUn：电源开关；
T1：第一控制周期；
T2：第二控制周期；
TP1：第一时间间隔；
TP2：第二时间间隔；
TP3：第三时间间隔；
TP4：第四时间间隔；
VCa：辅助电容器的电压；
VCf：飞跨电容器的电压；
VH：高电压；
Vi：输入电压；
VL：低电压；
Vo：输出电压。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例。在将附图标号相加到每一附图中的元件时，尽管相同元件在不同附图中示出，相同元件将尽可能由相同附图标号指定。此外，在本公开的以下描述中，当确定并入本文中的已知功能和配置的详细描述可能使本公开的主题相当不清晰时，将省略此描述。
此外，在描述本公开的组件时，可能在本文中使用例如第一、第二、A、B、(a)、(b)等的术语。这些术语仅用以区分一个结构元件与其它结构元件，并且对应结构元件的特性、次序、顺序等不受所述术语限制。应注意，如果在说明书中描述一个组件“连接”、“耦合”或“接合”到另一组件，那么第三组件可以“连接”、“耦合”和“接合”在第一组件与第二组件之间，但第一组件可以直接连接、耦合或接合到第二组件。
图1是说明通用多电平步升转换器的第一时间间隔的状态图，并且图2是通用多电平步升转换器的第二时间间隔的状态图。图3是说明通用多电平步升转换器的第三时间间隔的状态图，并且图4是通用多电平步升转换器的第四时间间隔的状态图。
参看图1到图4，通用多电平步升转换器10包含输入单元12、电感器单元14、开关单元16以及输出单元18。
输入单元12包含接收输入电压(Vi)的输入电容器Ci。
电感器单元14包含电感器L，其中电感器L的一侧连接到输入电容器Ci，并且电感器L的另一侧连接到开关单元16。
开关单元16包含四个开关S1、S2、S3以及S4，和飞跨电容器Cf，其中连接到第二开关S2和第三开关S3的节点连接到电感器(L)的另一侧，并且飞跨电容器Cf的两端分别连接到第一开关S1与第二开关S2之间的节点和第三开关S3与第四开关S4之间的节点。
输出单元18包含输出电容器Co，并且所述输出电容器Co连接到第四开关S4。
多电平步升转换器10在控制周期的第一时间间隔(TP1)中接通第三开关S3和第四开关S4，以便在电感器L中建立电流(iL)。多电平步升转换器10在第二时间间隔(TP2)中接通第一开关S1和第三开关S3，以便经由飞跨电容器Cf将电感器L的电流(iL)输送到输出电容器Co。
多电平步升转换器10在控制周期的第三时间间隔(TP3)中接通第三开关S3和第四开关S4，以便在电感器L中建立电流(iL)。多电平步升转换器10在第四时间间隔(TP4)中接通第二开关S2和第四开关S4，以便经由飞跨电容器Cf将电感器L的电流(iL)输送到接地。
对于通用多电平步升转换器10，使飞跨电容器Cf在控制周期的第二时间间隔(TP2)中放电，并且使飞跨电容器Cf在第四时间间隔(TP4)中充电。然而，此时，如果飞跨电容器Cf的充电量与放电量不匹配，那么在每一控制周期中飞跨电容器Cf的电压不同地产生以使得出现控制问题或输出电压(Vo)变得不稳定的问题。
图5是通用多电平步升转换器中的飞跨电容器的电压的波形图。
参看图1到图5，因为飞跨电容器Cf在第一时间间隔(TP1)内浮置，所以维持恒定电压(VA)。随着飞跨电容器Cf在第二时间间隔(TP2)内通过电感器电流(iL)放电，其电压(Vcf)变小。
飞跨电容器Cf同样在第三时间间隔(TP3)内浮动，并且因此维持在第二时间间隔(TP2)的最后时刻处确定的电压。飞跨电容器Cf在第四时间间隔(TP4)中通过电感器电流(iL)充电，并且其电压(Vcf)变大。
在此程序中，如果第二时间间隔(TP2)内的放电量与第四时间间隔(TP4)内的充电量之间出现不匹配，那么如图5中所示，此处出现在飞跨电容器的电压(Vcf)中在第一控制周期(T1)的第一时间间隔(TP1)内的电压(VA)与第二控制周期(T2)的第一时间间隔(TP1)内的电压(VA')之间产生电压差(ΔVA)的问题。
如果在每一控制周期中飞跨电容器的电压不同地产生，那么控制或输出电压可能不稳定。然而，根据本公开的实施例的步升转换器提出一种使得能够容易控制飞跨电容器的充电/放电平衡以便预防此问题出现的结构。
图6是可应用于实施例的步升转换器的配置图。
参考图6，步升转换器100可包含功率级(power stage)110和控制单元120。
功率级110可包含电感器和多个开关。
控制单元120可将控制信号CTR传输到功率级110以便控制多个开关的接通/断开。取决于开关的开/关状态，功率级110可作为多电平步升转换器操作。
功率级110可作为多电平步升转换器操作，且可产生高于输入电压(Vi)的输出电压(Vo)。
下文中，将主要描述功率级110的配置和状态，并且可理解，功率级110的开关受控制单元120控制。
图7是说明根据实施例的步升转换器的功率级的第一示范性配置图。
参考图7，功率级710可包含输入单元712、电感器单元714、辅助电容器715、电源开关单元716、输出单元718等。
输入单元712可包含至少一个输入电容器Ci。输入电压(Vi)供应到输入电容器Ci的一侧，并且输入电容器Ci的另一侧可连接到接地。
电感器单元714可包含至少一个电感器L。电感器单元714的一侧连接到输入单元712，且可从输入单元712接收输入电压(Vi)。
辅助电容器715可包含串联连接的辅助开关Sa与辅助电容器Ca。辅助电容器单元715的一侧可连接到第一节点N1，并且另一侧可连接到接地。此处，第一节点N1为连接到电感器单元714的另一侧的节点。辅助电容器Ca到第一节点N1的连接可根据辅助开关Sa的接通/断开加以控制。
电源开关单元716可包含至少四个串联连接的电源开关SU1到SUn以及SD1到SDn。相对于连接到电感器单元714的第一节点N1，电源开关单元716可在高电压侧上包含至少两个电源开关SU1到SUn，并且可在低电压侧上包含至少两个电源开关SD1到SDn。
至少四个串联连接的电源开关SU1到SUn以及SD1到SDn的一端可连接到高电压(VH)，并且其另一端可连接到低电压(VL)。高电压(VH)可为输出电压(Vo)，并且低电压(VL)可为在接地中产生的电压。在本说明书中，接地或接地电压可理解为上文所描述的低电压(VL)的实例。
电感器单元714的一侧可连接到输入单元712，并且另一侧可连接到电源开关单元716的第一节点N1。举例来说，包含在电感器单元714中的电感器L的一侧可连接到输入单元712，并且另一侧可连接到电源开关单元716的第一节点N1。
电源开关单元716可包含至少一个飞跨电容器Cf。飞跨电容器Cf可并联连接到包含在电源开关单元716中的至少四个电源开关SU1到SUn以及SD1到SDn当中的至少两个电源开关。举例来说，飞跨电容器Cf的两端可连接到形成于安置在高电压侧上的至少两个电源开关SU1到SUn之间的第二节点N2，并且可连接到形成于相对于第一节点N1安置在低电压侧上的至少两个电源开关SD1到SDn之间的第三节点N3。根据此连接，飞跨电容器Cf可并联连接到安置在第二节点N2与第三节点N3之间的多个开关。另外，形成于并联连接到飞跨电容器Cf的电源开关之间的第一节点N1可连接到电感器单元714的另一侧。
输出单元718可包含输出电容器Co。输出电压(Vo)供应到输出电容器Co的一侧，并且输出电容器Co的另一侧可连接到接地。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可控制电源开关单元716以便将输入电压(Vi)转换为输出电压(Vo)。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在每一控制周期中控制电源开关单元716，以使得第一节点N1的电压改变四次或更多次。
作为第一示范性控制，控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔中在第一节点N1中产生低电压(VL)，且可在第二时间间隔中在第一节点N1中产生通过从高电压(VH)减去飞跨电容器的电压(Vcf)而获得的电压。控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第三时间间隔中在第一节点N1中产生低电压(VL)，且可在第四时间间隔中在第一节点N1中产生通过将飞跨电容器的电压(Vcf)相加到低电压(VL)而获得的电压。本文中，高电压(VH)可为输出电压(Vo)，并且低电压(VL)可为在接地中产生的电压。
作为第二示范性控制，控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔中在第一节点N1中产生低电压(VL)，且可在第二时间间隔中在第一节点N1中产生通过将飞跨电容器的电压(Vcf)相加到低电压(VL)而获得的电压。控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第三时间间隔中在第一节点N1中产生低电压(VL)，且可在第四时间间隔中在第一节点N1中产生通过从高电压(VH)减去飞跨电容器的电压(Vcf)而获得的电压。本文中，高电压(VH)可为输出电压(Vo)，并且低电压(VL)可为在接地中产生的电压。
作为第三示范性控制，控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔中在第一节点N1中产生通过从高电压(VH)减去飞跨电容器的电压(Vcf)而获得的电压，且可在第二时间间隔中在第一节点N1中产生高电压(VH)。控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第三时间间隔中在第一节点N1中产生通过将飞跨电容器的电压(Vcf)相加到低电压(VL)而获得的电压，且可在第四时间间隔中在第一节点N1中产生高电压(VH)。本文中，高电压(VH)可为输出电压(Vo)，并且低电压(VL)可为在接地中产生的电压。
作为第四示范性控制，控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔中在第一节点N1中产生通过将飞跨电容器的电压(Vcf)相加到低电压(VL)而获得的电压，并且可在第二时间间隔中在第一节点N1中产生高电压(VH)。控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第三时间间隔中在第一节点N1中产生通过从高电压(VH)减去飞跨电容器的电压(Vcf)而获得的电压，并且可在第四间隔中在第一节点N1中产生高电压(VH)。本文中，高电压(VH)可为输出电压(Vo)，并且低电压(VL)可为在接地中产生的电压。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在每一控制周期的一个时间间隔中并联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca，并且可在另一时间间隔中串联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca。
在飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca并联连接时，飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca可共享电荷，并且飞跨电容器的电压(Vcf)与辅助电容器的电压(Vca)可得以均衡。
在飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca串联连接时，输出电压(Vo)分布到飞跨电容器Cf和辅助电容器Ca，并且可在每一控制周期中维持恒定飞跨电容器的电压(Vcf)。在飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca串联连接时，飞跨电容器Cf和辅助电容器Ca可并联连接到输出电容器Co，并且输出电压(Vo)可根据此类连接结构分布式地产生于飞跨电容器Cf和辅助电容器Ca中。
可根据辅助开关Sa的接通/断开来控制飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca的连接。在辅助开关Sa接通时，可进行飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca的连接，并且在辅助开关Sa断开时，可释放飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca的连接。
在飞跨电容器Cf充电或放电时，控制单元(参考图6中的附图标记120)可连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca。
举例来说，在所描述的第一示范性控制中，飞跨电容器Cf可在第二时间间隔中放电，并且可在第四时间间隔中充电，其中控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第二时间间隔中串联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca，并且可在第四时间间隔中并联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca。
作为另一实例，在所描述的第二示范性控制中，飞跨电容器Cf可在第二时间间隔中充电，并且可在第四时间间隔中放电，其中控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第二时间间隔中并联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca，并且可在第四时间间隔中串联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca。
作为又一实例，在所描述的第三示范性控制中，飞跨电容器Cf可在第一时间间隔中放电，并且可在第三时间间隔中充电，其中控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔中串联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca，并且可在第三时间间隔中并联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca。
作为又一实例，在所描述的第四示范性控制中，飞跨电容器Cf可在第一时间间隔中充电，并且可在第三时间间隔中放电，其中控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔中并联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca，并且可在第三时间间隔中串联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca。
取决于控制方法，控制单元(参考图6中的附图标记120)可控制飞跨电容器的电压(Vcf)在输出电压(Vo)的1/2处改变。在浮动电容器Cf充电的间隔中，飞跨电容器的电压(Vcf)可略微高于输出电压(Vo)的1/2，并且在浮动电容器Cf放电的间隔中，飞跨电容器的电压(Vcf)可略微低于输出电压(Vo)的1/2。然而，飞跨电容器的电压(Vcf)在每一控制周期的同一时间间隔中可基本上相同。
图8是说明根据实施例的步升转换器的功率级的第二示范性配置图。
参考图8，功率级810可包含输入单元812、电感器单元814、辅助电容器815、电源开关单元816、输出单元818等。
输入单元812可包含至少一个输入电容器Ci。输入电压(Vi)供应到输入电容器Ci的一侧，并且输入电容器Ci的另一侧可连接到接地。
输出单元818可包含至少一个输出电容器Co。输出电压(Vo)供应到输出电容器Co的一侧，并且输出电容器Co的另一侧可连接到接地。
电感器单元814可包含至少一个电感器L。电感器单元L的一侧可连接到输入电容器Ci以便接收输入电压(Vi)，并且电感器单元L的另一侧可连接到第一节点N1。
辅助电容器815可包含串联连接的辅助开关Sa与辅助电容器Ca。辅助开关Sa的一侧可连接到第一节点N1，并且另一侧可连接到辅助电容器Ca。辅助电容器Ca的一侧可连接到辅助开关Sa，并且另一侧可连接到接地。
电源开关单元816可包含四个串联连接的开关S1到开关S4。电源开关单元816可包含并联连接到第二开关S2和第三开关S3的飞跨电容器Cf。
第一开关S1的一侧可连接到输出电容器Co，并且另一侧可连接到第二节点N2。第二开关S2的一侧可连接到第二节点N2，并且另一侧可连接到第一节点N1。第三开关S3的一侧可连接到第一节点N1，并且另一侧可连接到第三节点N3。第四开关S4的一侧可连接到第三节点N3，并且另一侧可连接到接地。
图9是说明根据实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第一时间间隔状态图，并且图10是说明根据实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第二时间间隔状态图。图11是说明根据实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第三时间间隔状态图，并且图12是说明根据实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第四时间间隔状态图。
参看图9到图12，控制单元(参考图6中的附图标记120)可将每个控制时段依序划分为第一时间间隔(TP1)、第二时间间隔(TP2)、第三时间间隔(TP3)以及第四时间间隔(TP4)，以便控制所述第一时间间隔、所述第二时间间隔、所述第三时间间隔以及所述第四时间间隔。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可接通第三开关S3和第四开关S4以便在第一时间间隔(TP1)和第三时间间隔(TP3)中建立电感器L的电流(iL)。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔(TP1)和第三时间间隔(TP3)中断开第一开关S1和第二开关S2，以便防止电感器电流(iL)流动到输出电容器Co并且允许飞跨电容器Cf浮动。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可断开两个辅助开关Sa以便允许辅助电容器Ca也浮动。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第二时间间隔(TP2)中断开第一开关S1和第三开关S3，并且可接通第二开关S2和第四开关S4。根据此控制，电感器电流(iL)可输送到接地，同时对飞跨电容器Cf充电。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第二时间间隔(TP2)中接通辅助开关Sa。在辅助开关Sa接通时，飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca可并联连接，并且可彼此共享电荷。飞跨电容器Cf的电压与辅助电容器Ca的电压可得以均衡。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第四时间间隔(TP4)中接通第一开关S1和第三开关S3，并且可断开第二开关S2和第四开关S4。根据此控制，电感器电流(iL)可输送到输出电容器Co，同时使飞跨电容器Cf放电。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第四时间间隔(TP4)中接通辅助开关Sa。在辅助开关Sa接通时，飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca可串联连接。
在相对较高电压在飞跨电容器Cf中产生的端子称为正极端子，并且产生相对较低电压的端子称为负极端子时，飞跨电容器Cf的正极端子可连接到第二节点N2，并且负极端子可连接到第三节点N3。在飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca在第四时间间隔(TP4)中串联连接时，飞跨电容器Cf的正极端子可连接到输出电容器Co，并且飞跨电容器Cf的负极端子可经由第一节点N1连接到辅助电容器Ca。另外，输出电容器Co的一侧可连接到飞跨电容器Cf的正极端子，并且另一侧可连接到接地，并且辅助电容器Ca的一侧可连接到飞跨电容器Cf的负极端子，并且另一侧可连接到接地。
根据此类连接结构，输出电压(Vo)可分布式地产生于飞跨电容器Cf和辅助电容器Ca中。假定输出电容器Co的容量足够大，则可假定输出电压(Vo)保持恒定。根据此假设，输出电压(Vo)可以反比分布到飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca的相应电容。如果输出电压(Vo)在每一控制周期中控制为恒定，则飞跨电容器Cf的电压和辅助电容器Ca的电压可在每一控制周期中维持恒定。
根据此实施例的第一控制方法，三个或更多个电压电平可在连接到电感器L的第一节点N1中产生，例如可在第一节点N1中产生接地电压的电平、通过从输出电压(Vo)减去飞跨电容器的电压(Vcf)而获得的电压电平，以及通过将飞跨电容器的电压(Vcf)相加到接地电压而获得的电压电平。
此控制方法可称为多电平步升控制。根据实施例的第一控制方法，输出电压(Vo)可至少高于输入电压(Vi)两倍。
图13是说明根据实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第一时间间隔状态图，并且图14是说明根据实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第二时间间隔状态图。图15是说明根据实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第三时间间隔状态图，并且图16是说明根据实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第四时间间隔状态图。
参看图13到图16，控制单元(参考图6中的附图标记120)可将每个控制时段依序划分为第一时间间隔(TP1)、第二时间间隔(TP2)、第三时间间隔(TP3)以及第四时间间隔(TP4)，以便控制所述第一时间间隔、所述第二时间间隔、所述第三时间间隔以及所述第四时间间隔。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔(TP1)中断开第一开关S1和第三开关S3，并且可接通第二开关S2和第四开关S4。根据此控制，电感器电流(iL)可输送到接地，同时对飞跨电容器Cf充电。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔(TP1)中接通辅助开关Sa。在辅助开关Sa接通时，飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca可并联连接，并且可彼此共享电荷。飞跨电容器Cf的电压与辅助电容器Ca的电压可得以均衡。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第二时间间隔(TP2)和第四时间间隔(TP4)中接通第一开关S1和第二开关S2，以便在连接到电感器L的第一节点N1中建立输出电压(Vo)。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第二时间间隔(TP2)和第四时间间隔(TP4)中断开第三开关S3和第四开关S4，以便防止电感器电流(iL)流动到接地并且允许飞跨电容器Cf浮动。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可断开辅助开关Sa以便允许辅助电容器Ca也浮动。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第三时间间隔(TP3)中接通第一开关S1和第三开关S3，并且可断开第二开关S2和第四开关S4。根据此控制，电感器电流(iL)可输送到输出电容器Co，同时使飞跨电容器Cf放电。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第三时间间隔(TP3)中接通辅助开关Sa。在辅助开关Sa接通时，飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca可串联连接。
在飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca在第三时间间隔(TP3)中串联连接时，飞跨电容器Cf的正极端子可连接到输出电容器Co，并且飞跨电容器Cf的负极端子可经由第一节点N1连接到辅助电容器Ca。另外，输出电容器Co的一侧可连接到飞跨电容器Cf的正极端子，并且另一侧可连接到接地，并且辅助电容器Ca的一侧可连接到飞跨电容器Cf的负极端子，并且另一侧可连接到接地。
根据此第二控制方法，三个或更多个电压电平可在连接到电感器L的第一节点N1中产生，例如可在第一节点N1中产生输出电压(Vo)的电平、通过从输出电压(Vo)减去飞跨电容器的电压(Vcf)而获得的电压电平，以及通过将飞跨电容器的电压(Vcf)相加到接地电压而获得的电压电平。
根据实施例的第二控制方法，输出电压(Vo)可等于或高于输入电压(Vi)，并且低于输入电压(Vi)的两倍。
图17是说明根据另一实施例的步升转换器的功率级的第一示范性配置图。
参考图17，功率级1710可包含输入单元1712、电感器单元1714、辅助电容器1715、电源开关单元1716、输出单元1718等。
输入单元1712可包含至少一个输入电容器Ci。输入电压(Vi)供应到输入电容器Ci的一侧，并且输入电容器Ci的另一侧可连接到接地。
电感器单元1714可包含至少一个电感器L。电感器单元1714的一侧连接到输入单元1712，且可从输入单元1712接收输入电压(Vi)。
电源开关单元1716可包含至少四个串联连接的电源开关SU1到SUn以及SD1到SDn。相对于连接到电感器单元1714的第一节点N1，电源开关单元1716可在高电压侧上包含至少两个电源开关SU1到SUn，并且可在低电压侧上包含至少两个电源开关SD1到SDn。
至少四个串联连接的电源开关SU1到SUn以及SD1到SDn的一端可连接到高电压(VH)，并且其另一端可连接到低电压(VL)。高电压(VH)可为输出电压(Vo)，并且低电压(VL)可为在接地中产生的电压。在本说明书中，接地或接地电压可理解为上文所描述的低电压(VL)的实例。
电感器单元1714的一侧可连接到输入单元1712，并且另一侧可连接到电源开关单元1716的第一节点N1。举例来说，包含在电感器单元1714中的电感器L的一侧可连接到输入单元1712，并且另一侧可连接到电源开关单元1716的第一节点N1。
电源开关单元1716可包含至少一个飞跨电容器Cf。飞跨电容器Cf可并联连接到包含在电源开关单元1716中的至少四个电源开关SU1到SUn以及SD1到SDn当中的至少两个电源开关。举例来说，飞跨电容器Cf的两端可连接到形成于安置在高电压侧上的至少两个电源开关SU1到SUn之间的第二节点N2，并且可连接到形成于相对于第一节点N1安置在低电压侧上的至少两个电源开关SD1到SDn之间的第三节点N3。根据此连接，飞跨电容器Cf可并联连接到安置在第二节点N2与第三节点N3之间的多个开关。另外，形成于并联连接到飞跨电容器Cf的电源开关之间的第一节点N1可连接到电感器单元1714的另一侧。
辅助电容器1715可包含两个辅助开关Sa1和Sa2以及辅助电容器Ca。在辅助电容器单元1715中，第一辅助开关Sa1的一侧可连接到飞跨电容器Cf的正极端子，并且另一侧可连接到辅助电容器Ca。另外，第二辅助开关Sa2的一侧可连接到飞跨电容器Cf的负极端子，并且另一侧可连接到辅助电容器Ca。在另一方面中，第一辅助开关Sa1的一侧可连接到第二节点N2，并且另一侧可连接到辅助电容器Ca。另外，第二辅助开关Sa2的一侧可连接到第三节点N3，并且另一侧可连接到辅助电容器Ca。辅助电容器Ca的一侧可连接到第一辅助开关Sa1和第二辅助开关Sa2，并且另一侧可连接到接地。
输出单元1718可包含输出电容器Co。输出电压(Vo)供应到输出电容器Co的一侧，并且输出电容器Co的另一侧可连接到接地。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可控制电源开关单元1716以便将输入电压(Vi)转换为输出电压(Vo)。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在每一控制周期中控制电源开关单元1716，以使得第一节点N1的电压改变四次或更多次。
作为第一示范性控制，控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔中在第一节点N1中产生低电压(VL)，且可在第二时间间隔中在第一节点N1中产生通过从高电压(VH)减去飞跨电容器的电压(Vcf)而获得的电压。控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第三时间间隔中在第一节点N1中产生低电压(VL)，且可在第四时间间隔中在第一节点N1中产生通过将飞跨电容器的电压(Vcf)相加到低电压(VL)而获得的电压。本文中，高电压(VH)可为输出电压(Vo)，并且低电压(VL)可为在接地中产生的电压。
作为第二示范性控制，控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔中在第一节点N1中产生低电压(VL)，且可在第二时间间隔中在第一节点N1中产生通过将飞跨电容器的电压(Vcf)相加到低电压(VL)而获得的电压。控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第三时间间隔中在第一节点N1中产生低电压(VL)，且可在第四时间间隔中在第一节点N1中产生通过从高电压(VH)减去飞跨电容器的电压(Vcf)而获得的电压。本文中，高电压(VH)可为输出电压(Vo)，并且低电压(VL)可为在接地中产生的电压。
作为第三示范性控制，控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔中在第一节点N1中产生通过从高电压(VH)减去飞跨电容器的电压(Vcf)而获得的电压，且可在第二时间间隔中在第一节点N1中产生高电压(VH)。控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第三时间间隔中在第一节点N1中产生通过将飞跨电容器的电压(Vcf)相加到低电压(VL)而获得的电压，且可在第四时间间隔中在第一节点N1中产生高电压(VH)。本文中，高电压(VH)可为输出电压(Vo)，并且低电压(VL)可为在接地中产生的电压。
作为第四示范性控制，控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔中在第一节点N1中产生通过将飞跨电容器的电压(Vcf)相加到低电压(VL)而获得的电压，并且可在第二时间间隔中在第一节点N1中产生高电压(VH)。控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第三时间间隔中在第一节点N1中产生通过从高电压(VH)减去飞跨电容器的电压(Vcf)而获得的电压，并且可在第四间隔中在第一节点N1中产生高电压(VH)。本文中，高电压(VH)可为输出电压(Vo)，并且低电压(VL)可为在接地中产生的电压。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在每一控制周期的一个时间间隔中并联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca，并且可在另一时间间隔中串联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca。
在飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca并联连接时，飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca可共享电荷，并且飞跨电容器的电压(Vcf)与辅助电容器的电压(Vca)可得以均衡。
在飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca串联连接时，输出电压(Vo)分布到飞跨电容器Cf和辅助电容器Ca，并且可在每一控制周期中维持恒定飞跨电容器的电压(Vcf)。在飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca串联连接时，飞跨电容器Cf和辅助电容器Ca可并联连接到输出电容器Co，并且输出电压(Vo)可根据此类连接结构分布式地产生于飞跨电容器Cf和辅助电容器Ca中。
可根据辅助开关Sa1和Sa2的接通/断开来控制飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca的连接。在第一辅助开关Sa1接通时，飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca可并联连接，并且在第二辅助开关Sa2接通时，飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca可串联连接。在第一辅助开关Sa1和第二辅助开关Sa2两者皆断开时，飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca可断开连接。
在飞跨电容器Cf充电或放电时，控制单元(参考图6中的附图标记120)可连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca。
举例来说，在所描述的第一示范性控制中，飞跨电容器Cf可在第二时间间隔中放电，并且可在第四时间间隔中充电，其中控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第二时间间隔中串联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca，并且可在第四时间间隔中并联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca。
作为另一实例，在所描述的第二示范性控制中，飞跨电容器Cf可在第二时间间隔中充电，并且可在第四时间间隔中放电，其中控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第二时间间隔中并联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca，并且可在第四时间间隔中串联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca。
作为又一实例，在所描述的第三示范性控制中，飞跨电容器Cf可在第一时间间隔中放电，并且可在第三时间间隔中充电，其中控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔中串联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca，并且可在第三时间间隔中并联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca。
对于又一实例，在所描述的第四示范性控制中，飞跨电容器Cf可在第一时间间隔中充电，并且可在第三时间间隔中放电，其中控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔中并联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca，并且可在第三时间间隔中串联连接飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca。
取决于控制方法，控制单元(参考图6中的附图标记120)可控制飞跨电容器的电压(Vcf)在输出电压(Vo)的1/2处改变。在浮动电容器Cf充电的间隔中，飞跨电容器的电压(Vcf)可略微高于输出电压(Vo)的1/2，并且在浮动电容器Cf放电的间隔中，飞跨电容器的电压(Vcf)可略微低于输出电压(Vo)的1/2。然而，飞跨电容器的电压(Vcf)在每一控制周期的同一时间间隔中可基本上相同。
图18是说明根据另一实施例的步升转换器的功率级的第二示范性配置图。
参考图18，功率级1810可包含输入单元1812、电感器单元1814、辅助电容器1815、电源开关单元1816、输出单元1818等。
输入单元1812可包含至少一个输入电容器Ci。输入电压(Vi)供应到输入电容器Ci的一侧，并且输入电容器Ci的另一侧可连接到接地。
输出单元1818可包含至少一个输出电容器Co。输出电压(Vo)供应到输出电容器Co的一侧，并且输出电容器Co的另一侧可连接到接地。
电感器单元1814可包含至少一个电感器L。电感器单元L的一侧可连接到输入电容器Ci以便接收输入电压(Vi)，并且电感器单元L的另一侧可连接到第一节点N1。
电源开关单元1816可包含四个串联连接的开关S1到开关S4。电源开关单元1816可包含并联连接到第二开关S2和第三开关S3的飞跨电容器Cf。
第一开关S1的一侧可连接到输出电容器Co，并且另一侧可连接到第二节点N2。第二开关S2的一侧可连接到第二节点N2，并且另一侧可连接到第一节点N1。第三开关S3的一侧可连接到第一节点N1，并且另一侧可连接到第三节点N3。第四开关S4的一侧可连接到第三节点N3，并且另一侧可连接到接地。
辅助电容器1815可包含两个辅助开关Sa1和Sa2以及辅助电容器Ca。第一辅助开关Sa1的一侧可连接到飞跨电容器Cf的正极端子(第二节点N2)，并且另一侧可连接到辅助电容器Ca。第二辅助开关Sa2的一侧可连接到飞跨电容器Cf的负极端子(第三节点N3)，并且另一侧可连接到辅助电容器Ca。辅助电容器Ca的一侧可连接到第一辅助开关Sa1和第二辅助开关Sa2，并且另一侧可连接到接地。
图19是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第一时间间隔状态图，并且图20是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第二时间间隔状态图。图21是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第三时间间隔状态图，并且图22是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第一控制方法控制的时间的第四时间间隔状态图。
参看图19到图22，控制单元(参考图6中的附图标记120)可将每个控制时段依序划分为第一时间间隔(TP1)、第二时间间隔(TP2)、第三时间间隔(TP3)以及第四时间间隔(TP4)，以便控制所述第一时间间隔、所述第二时间间隔、所述第三时间间隔以及所述第四时间间隔。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可接通第三开关S3和第四开关S4以便在第一时间间隔(TP1)和第三时间间隔(TP3)中建立电感器L的电流(iL)。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔(TP1)和第三时间间隔(TP3)中断开第一开关S1和第二开关S2，以便防止电感器电流(iL)流动到输出电容器Co并且允许飞跨电容器Cf浮动。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可断开两个辅助开关Sa1和Sa2以便允许辅助电容器Ca也浮动。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第二时间间隔(TP2)中断开第一开关S1和第三开关S3，并且可接通第二开关S2和第四开关S4。根据此控制，电感器电流(iL)可输送到接地，同时对飞跨电容器Cf充电。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第二时间间隔(TP2)中接通第一辅助开关Sa1并且可断开第二辅助开关Sa2。在第一辅助开关Sa1接通时，飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca可并联连接，并且可彼此共享电荷。飞跨电容器Cf的电压与辅助电容器Ca的电压可得以均衡。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第四时间间隔(TP4)中接通第一开关S1和第三开关S3，并且可断开第二开关S2和第四开关S4。根据此控制，电感器电流(iL)可输送到输出电容器Co，同时使飞跨电容器Cf放电。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第四时间间隔(TP4)中断开第一辅助开关Sa1并且可接通第二辅助开关Sa2。在第二辅助开关Sa2接通时，飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca可串联连接。
在飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca在第四时间间隔(TP4)中串联连接时，飞跨电容器Cf的正极端子可连接到输出电容器Co，并且飞跨电容器Cf的负极端子可经由第一节点N1连接到辅助电容器Ca。另外，输出电容器Co的一侧可连接到飞跨电容器Cf的正极端子，并且另一侧可连接到接地，并且辅助电容器Ca的一侧可连接到飞跨电容器Cf的负极端子，并且另一侧可连接到接地。
根据此类连接结构，输出电压(Vo)可分布式地产生于飞跨电容器Cf和辅助电容器Ca中。假定输出电容器Co的容量足够大，则可假定输出电压(Vo)保持恒定。根据此假设，输出电压(Vo)可以反比分布到飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca的相应电容。如果输出电压(Vo)在每一控制周期中控制为恒定，则飞跨电容器Cf的电压和辅助电容器Ca的电压可在每一控制周期中维持恒定。
根据所述另一实施例的第一控制方法，三个或更多个电压电平可在连接到电感器L的第一节点N1中产生，例如可在第一节点N1中产生接地电压的电平、通过从输出电压(Vo)减去飞跨电容器的电压(Vcf)而获得的电压电平，以及通过将飞跨电容器的电压(Vcf)相加到接地电压而获得的电压电平。
此控制方法可称为多电平步升控制。根据另一实施例的第一控制方法，输出电压(Vo)可至少高于输入电压(Vi)两倍。
图23是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第一时间间隔状态图，并且图24是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第二时间间隔状态图。图25是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第三时间间隔状态图，并且图26是说明根据另一实施例的第二实例的功率级受第二控制方法控制的时间的第四时间间隔状态图。
参看图23到图26，控制单元(参考图6中的附图标记120)可将每个控制时段依序划分为第一时间间隔(TP1)、第二时间间隔(TP2)、第三时间间隔(TP3)以及第四时间间隔(TP4)，以便控制所述第一时间间隔、所述第二时间间隔、所述第三时间间隔以及所述第四时间间隔。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔(TP1)中断开第一开关S1和第三开关S3，并且可接通第二开关S2和第四开关S4。根据此控制，电感器电流(iL)可输送到接地，同时对飞跨电容器Cf充电。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第一时间间隔(TP1)中接通第一辅助开关Sa1并且可断开第二辅助开关Sa2。在第一辅助开关Sa1接通时，飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca可并联连接，并且可彼此共享电荷。飞跨电容器Cf的电压与辅助电容器Ca的电压可得以均衡。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第二时间间隔(TP2)和第四时间间隔(TP4)中接通第一开关S1和第二开关S2，以便在连接到电感器L的第一节点N1中建立输出电压(Vo)。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第二时间间隔(TP2)和第四时间间隔(TP4)中断开第三开关S3和第四开关S4，以便防止电感器电流(iL)流动到接地并且允许飞跨电容器Cf浮动。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可断开两个辅助开关Sa1和Sa2以便允许辅助电容器Ca也浮动。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第三时间间隔(TP3)中接通第一开关S1和第三开关S3，并且可断开第二开关S2和第四开关S4。根据此控制，电感器电流(iL)可输送到输出电容器Co，同时使飞跨电容器Cf放电。
控制单元(参考图6中的附图标记120)可在第三时间间隔(TP3)中断开第一辅助开关Sa1并且可接通第二辅助开关Sa2。在第二辅助开关Sa2接通时，飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca可串联连接。
在飞跨电容器Cf与辅助电容器Ca在第三时间间隔(TP3)中串联连接时，飞跨电容器Cf的正极端子可连接到输出电容器Co，并且飞跨电容器Cf的负极端子可经由第一节点N1连接到辅助电容器Ca。另外，输出电容器Co的一侧可连接到飞跨电容器Cf的正极端子，并且另一侧可连接到接地，并且辅助电容器Ca的一侧可连接到飞跨电容器Cf的负极端子，并且另一侧可连接到接地。
根据所述另一实施例的第二控制方法，三个或更多个电压电平可在连接到电感器L的第一节点N1中产生，例如可在第一节点N1中产生输出电压(Vo)的电平、通过从输出电压(Vo)减去飞跨电容器的电压(Vcf)而获得的电压电平，以及通过将飞跨电容器的电压(Vcf)相加到接地电压而获得的电压电平。
根据所述另一实施例的第二控制方法，输出电压(Vo)可等于或高于输入电压(Vi)，并且低于输入电压(Vi)的两倍。
在参考图9到图16所描述的实施例中的第一控制方法和第二控制方法中已描述，一个控制周期由第一时间间隔(TP1)、第二时间间隔(TP2)、第三时间间隔(TP3)和第四时间间隔(TP4)配置，并且从第一时间间隔(TP1)到第四时间间隔(TP4)的控制顺序(TP1→TP2→TP3→TP4)在多个控制周期中重复。然而，在一些情况下，一个周期的配置和控制顺序可改变。
参考图9到图12，在实施例的第一控制方法中，一个控制周期可以第一时间间隔(TP1)、第四时间间隔(TP4)、第三时间间隔(TP3)和第二时间间隔(TP2)的顺序(TP1→TP4→TP3→TP2)加以控制，并且多个控制周期可具有不同控制顺序。
一个控制方法可能不具有全部的第一时间间隔(TP1)到第四时间间隔(TP4)，并且可仅具有其中的一些。举例来说，在实施例的第一控制方法中，一个控制周期可由第一时间间隔(TP1)、第二时间间隔(TP2)、第三时间间隔(TP3)和第二时间间隔(TP2)的顺序配置。作为另一实例，在实施例的第一控制方法中，一个控制周期可由第一时间间隔(TP1)、第四时间间隔(TP4)、第三时间间隔(TP3)和第四时间间隔(TP4)的顺序配置。一个控制周期的配置可根据浮动电容器的电压(Vcf)的量值而不同。举例来说，如果浮动电容器的电压(Vcf)低于1/2*Vo，则在第一控制方法中，一个控制周期可能不包含浮动电容器放电的时间间隔(第四时间间隔(TP4))，或可通过配置所述时间间隔以具有比浮动电容器充电的时间间隔(第二时间间隔(TP2))小的频率或少的时间而包含所述时间间隔。相反，如果浮动电容器的电压(Vcf)高于1/2*Vo，则在实施例的第一控制方法中，一个控制周期可能不包含浮动电容器充电的时间间隔(第二时间间隔(TP2))，或可通过配置所述时间间隔以具有比浮动电容器放电的时间间隔(第四时间间隔(TP4))小的频率或少的时间而包含所述时间间隔。
参考图13到图16，在实施例的第二控制方法中，一个控制周期可以第三时间间隔(TP3)、第二时间间隔(TP2)、第一时间间隔(TP1)和第四时间间隔(TP4)的顺序(TP3→TP2→TP1→TP4)加以控制，并且多个控制周期可具有不同控制顺序。
一个控制周期可能不具有全部的第一时间间隔(TP1)到第四时间间隔(TP4)，并且可仅具有其中的一些，其中如果浮动电容器的电压(Vcf)低于1/2*Vo，则在实施例的第二控制方法中，一个控制周期可能不包含浮动电容器放电的时间间隔(第三时间间隔(TP3))，或可通过配置所述时间间隔以具有比浮动电容器充电的时间间隔(第一时间间隔(TP1))小的频率或少的时间而包含所述时间间隔。相反，如果浮动电容器的电压(Vcf)高于1/2*Vo，则在第二控制方法中，一个控制周期可能不包含浮动电容器充电的时间间隔(第一时间间隔(TP1))，或可通过配置所述时间间隔以具有比浮动电容器放电的时间间隔(第三时间间隔(TP3))小的频率或少的时间而包含所述时间间隔。
在参考图19到图26所描述的另一实施例中的第一控制方法和第二控制方法中已描述，一个控制周期由第一时间间隔(TP1)、第二时间间隔(TP2)、第三时间间隔(TP3)和第四时间间隔(TP4)配置，并且从第一时间间隔(TP1)到第四时间间隔(TP4)的控制顺序(TP1→TP2→TP3→TP4)在多个控制周期中重复。然而，在一些情况下，一个周期的配置和控制顺序可改变。
参考图19到图22，在另一实施例的第一控制方法中，一个控制周期可以第一时间间隔(TP1)、第四时间间隔(TP4)、第三时间间隔(TP3)和第二时间间隔(TP2)的顺序(TP1→TP4→TP3→TP2)加以控制，并且多个控制周期可具有不同控制顺序。
一个控制周期可能不具有全部的第一时间间隔(TP1)到第四时间间隔(TP4)，并且可仅具有其中的一些，其中如果浮动电容器的电压(Vcf)低于1/2*Vo，则在另一实施例的第一控制方法中，一个控制周期可能不包含浮动电容器放电的时间间隔(第四时间间隔(TP4))，或可通过配置所述时间间隔以具有比浮动电容器充电的时间间隔(第二时间间隔(TP2))小的频率或少的时间而包含所述时间间隔。相反，如果浮动电容器的电压(Vcf)高于1/2*Vo，则在另一实施例的第一控制方法中，一个控制周期可能不包含浮动电容器充电的时间间隔(第二时间间隔(TP2))，或可通过配置所述时间间隔以具有比浮动电容器放电的时间间隔(第四时间间隔(TP4))小的频率或少的时间而包含所述时间间隔。
参考图23到图26，在另一实施例的第二控制方法中，一个控制周期可以第三时间间隔(TP3)、第二时间间隔(TP2)、第一时间间隔(TP1)和第四时间间隔(TP4)的顺序(TP3→TP2→TP1→TP4)加以控制，并且多个控制周期可具有不同控制顺序。
一个控制周期可能不具有全部的第一时间间隔(TP1)到第四时间间隔(TP4)，并且可仅具有其中的一些，其中如果浮动电容器的电压(Vcf)低于1/2*Vo，则在另一实施例的第二控制方法中，一个控制周期可能不包含浮动电容器放电的时间间隔(第三时间间隔(TP3))，或可通过配置所述时间间隔以具有比浮动电容器充电的时间间隔(第一时间间隔(TP1))小的频率或少的时间而包含所述时间间隔。相反，如果浮动电容器的电压(Vcf)高于1/2*Vo，则在第二控制方法中，一个控制周期可能不包含浮动电容器充电的时间间隔(第一时间间隔(TP1))，或可通过配置所述时间间隔以具有比浮动电容器放电的时间间隔(第三时间间隔(TP3))小的频率或少的时间而包含所述时间间隔。
如上文所描述，根据实施例，可容易地控制用于步升转换器中的飞跨电容器的充电/放电平衡。
由于除非特意相反地描述，否则例如“包含”、“包括”以及“具有”的术语意味着对应元件可能存在，所以应理解，可另外包含其它元件，而非省略这类元件。所有技术、科学或其它术语与如所属领域的技术人员所理解的含义一致地使用，除非有相反定义。如词典中所见的普通术语应在有关技术著作的上下文中加以解释，而不应过于理想化或脱离实际，除非本公开明确地对其那样定义。
尽管为了说明性目的而描述了本公开的优选实施例，但本领域的技术人员应了解，在不脱离所附权利要求所公开的实施例的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换都是可能的。因此，在本公开中公开的实施例旨在说明本公开的技术理念的范围，且本公开的范围不受所述实施例限制。本公开的范围应基于所附权利要求进行解释，其方式为使得包含在与权利要求等效的范围内的所有技术理念属于本公开。

Claims (15)

1.一种步升转换器，其包括：
电感器单元，其经配置以在其一侧接收输入电压并且包含电感器；
电源开关单元，其包含多个串联连接的电源开关以控制电源路径并且包含并联连接到所述多个电源开关当中的至少两个电源开关的飞跨电容器，其中所述至少两个电源开关之间的一个节点连接到所述电感器单元的另一侧；
辅助电容器，其经由辅助开关连接到所述一个节点；以及
控制单元，其经配置以：控制所述电源开关单元以将所述输入电压转换为输出电压，并且在每一控制周期中允许所述飞跨电容器与所述辅助电容器在一个时间间隔中并联连接并且允许所述飞跨电容器与所述辅助电容器在另一时间间隔中串联连接。
2.根据权利要求1所述的步升转换器，其中所述控制单元控制所述电源开关单元，以使得所述一个节点的电压在每一控制周期中改变四次或更多次。
3.根据权利要求1所述的步升转换器，其中所述飞跨电容器在所述一个时间间隔中充电，并且所述飞跨电容器在所述另一时间间隔中放电。
4.根据权利要求1所述的步升转换器，其中所述飞跨电容器以及所述辅助电容器在所述另一时间间隔中并联连接到输出电容器，所述输出电压是在所述输出电容器中产生的。
5.根据权利要求1所述的步升转换器，其中接地电压以及所述输出电压是在所述电源开关单元的两端产生的，飞跨电容器电压是在所述飞跨电容器中产生的，并且所述控制单元控制所述电源开关单元以使得在第一时间间隔中在所述一个节点中产生所述接地电压，在第二时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过将所述飞跨电容器电压相加到所述接地电压而获得的电平的电压，在第三时间间隔中在所述一个节点中产生所述接地电压，并且在第四时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过从所述输出电压减去所述飞跨电容器电压而获得的电平的电压。
6.根据权利要求5所述的步升转换器，其中所述控制单元在所述第一时间间隔以及所述第三时间间隔中断开所述辅助开关，并且在所述第二时间间隔以及所述第四时间间隔中接通所述辅助开关，以便允许所述辅助电容器连接到所述一个节点。
7.根据权利要求1所述的步升转换器，其中接地电压以及所述输出电压是在所述电源开关单元的两端产生的，飞跨电容器电压是在所述飞跨电容器中产生的，并且所述控制单元控制所述电源开关单元以使得在第一时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过将所述飞跨电容器电压相加到所述接地电压而获得的电平的电压，在第二时间间隔中在所述一个节点中产生所述输出电压，在第三时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过从所述输出电压减去所述飞跨电容器电压而获得的电平的电压，并且在第四时间间隔中在所述一个节点中产生所述输出电压。
8.根据权利要求7所述的步升转换器，其中所述控制单元在所述第一时间间隔以及所述第三时间间隔中接通所述辅助开关以将所述辅助电容器连接到所述一个节点，并且在所述第二时间间隔以及所述第四时间间隔中断开所述辅助开关。
9.一种步升转换器，其包括：
电感器单元，其经配置以在其一侧接收输入电压并且包含电感器；
电源开关单元，其包含多个串联连接的电源开关以控制电源路径并且包含并联连接到所述多个电源开关当中的至少两个电源开关的飞跨电容器，其中所述至少两个电源开关之间的一个节点连接到所述电感器单元的另一侧；
辅助电容器，其经由分别连接到所述飞跨电容器的两端的两个辅助开关连接到所述飞跨电容器；以及
控制单元，其经配置以：控制所述电源开关单元以将所述输入电压转换为输出电压，并且在每一控制周期中允许所述飞跨电容器与所述辅助电容器在一个时间间隔中并联连接并且允许所述飞跨电容器与所述辅助电容器在另一时间间隔中串联连接。
10.根据权利要求9所述的步升转换器，其中所述控制单元控制所述电源开关单元，以使得所述一个节点的电压在每一控制周期中改变四次或更多次。
11.根据权利要求9所述的步升转换器，其中所述飞跨电容器以及所述辅助电容器在所述另一时间间隔中并联连接到输出电容器，所述输出电压是在所述输出电容器中产生的。
12.根据权利要求9所述的步升转换器，其中接地电压以及所述输出电压是在所述电源开关单元的两端产生的，飞跨电容器电压是在所述飞跨电容器中产生的，并且所述控制单元控制所述电源开关单元以使得在第一时间间隔中在所述一个节点中产生所述接地电压，在第二时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过将所述飞跨电容器电压相加到所述接地电压而获得的电平的电压，在第三时间间隔中在所述一个节点中产生所述接地电压，并且在第四时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过从所述输出电压减去所述飞跨电容器电压而获得的电平的电压。
13.根据权利要求12所述的步升转换器，其中所述控制单元：在所述第一时间间隔以及所述第三时间间隔中断开第一辅助开关和第二辅助开关；并且在所述第二时间间隔中接通连接到所述飞跨电容器的正极端子的所述第一辅助开关并且断开所述第二辅助开关以便允许所述辅助电容器连接到所述飞跨电容器的所述正极端子；并且在所述第四时间间隔中接通连接到所述飞跨电容器的负极端子的所述第二辅助开关并且断开所述第一辅助开关以便允许所述辅助电容器连接到所述飞跨电容器的所述负极端子。
14.根据权利要求9所述的步升转换器，其中接地电压以及所述输出电压是在所述电源开关单元的两端产生的，飞跨电容器电压是在所述飞跨电容器中产生的，并且所述控制单元控制所述电源开关单元以使得在第一时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过将所述飞跨电容器电压相加到所述接地电压而获得的电平的电压，在第二时间间隔中在所述一个节点中产生所述输出电压，在第三时间间隔中在所述一个节点中产生具有通过从所述输出电压减去所述飞跨电容器电压而获得的电平的电压，并且在第四时间间隔中在所述一个节点中产生所述输出电压。
15.根据权利要求14所述的步升转换器，其中所述控制单元：在所述第二时间间隔以及所述第四时间间隔中断开第一辅助开关和第二辅助开关；在所述第一时间间隔中接通连接到所述飞跨电容器的正极端子的所述第一辅助开关并且断开所述第二辅助开关以便允许所述辅助电容器连接所述飞跨电容器的所述正极端子；并且在所述第三时间间隔中接通连接到所述飞跨电容器的负极端子的所述第二辅助开关并且断开所述第一辅助开关以便允许所述辅助电容器连接到所述飞跨电容器的所述负极端子。
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