CN110495086B - 电压转换器电路、包括其的电子装置以及电压转换方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种电压转换电路，所述电压转换电路包括：多个开关电容器；以及降压转换器，被构造为被交替地施加从自所述多个开关电容器选择的两个开关电容器中的每个开关电容器输出的第一电压和第二电压，并且将施加的第一电压或第二电压转换为输出电压并提供该输出电压。根据实施例，所述多个开关电容器中的每个开关电容器的输出端子可被选择性地电连接到降压转换器的输入端子。

Description

电压转换器电路、包括其的电子装置以及电压转换方法
技术领域
本公开涉及一种能够使电感和开关损耗最小化并且/或者减小电感和开关损耗并增大功率转换效率的电压转换器电路、包括所述电压转换器电路的电子装置以及电压转换方法。
背景技术
电子装置可包括将输入电压转换为具有不同值的输出电压以获得所需电压的电路。例如，电子装置可包括将电压降到用于利用其它组件中的电池电压的电压的电路。
用于转换电压的电路的示例可包括开关电容器、降压转换器等。例如，开关电容器使用用于直接将能量从电容器传送到电容器的方法。
发明内容
技术问题
然而，在开关电容器的情况下，尽管在预定的最佳点处获得了良好的效率，但是存在难以控制输出电压并且出现大的开关纹波的缺点。此外，在降压转换器的情况下，可执行稳定控制，但是存在由于无源元件(例如，电感器)的配置而增大电路规模以及由于输入电压与输出电压之间的差值而出现开关损耗的缺点。
技术方案
本公开的各种示例实施例针对一种电压转换电路，所述电压转换电路包括：多个开关电容器；以及降压转换器，被构造为被交替地施加从自所述多个开关电容器选择的两个开关电容器中的每个开关电容器输出的第一电压和第二电压，并且将施加的第一电压或第二电压转换为输出电压并提供该输出电压。根据实施例，所述多个开关电容器中的每个开关电容器的输出端子可被选择性地电连接到降压转换器的输入端子。
本公开的各种示例实施例针对一种电子装置，所述电子装置包括：第一开关电容器，被构造为被设置为产生第一电压；第二开关电容器，被构造为被设置为产生第二电压；以及转换器，被构造为被电连接到第一开关电容器和第二开关电容器。
根据实施例，转换器可被设置为使用第一电压和第二电压来控制转换器的输出电压。
本公开的各种示例实施例针对一种包括具有不同电压转换比的多个开关电容器和降压转换器的电压转换器电路的电压转换方法，所述电压转换器电路的电压转换方法包括：由所述多个开关电容器中的每个开关电容器将输入电压转换为具有不同值的电压；将从自所述多个开关电容器选择的两个开关电容器中的每个开关电容器输出的第一电压和第二电压交替地施加到降压转换器；并且由降压转换器将施加的第一电压或第二电压转换为与参考输出电压相应的输出电压，并输出该输出电压。
本公开的各方面不限于以上阐述的方面。也就是说，本公开所属领域中的技术人员可从下面的描述中理解未提及的其它方面。
有益效果
本公开的各种实施例针对一种能够在减小电路的功率损耗的同时有助于输出电压控制并提高电压转换效率的电压转换器电路、包括所述电压转换器电路的电子装置以及电压转换方法。
根据本公开的实施例，根据本公开的各种实施例中的电压转换器电路、包括所述电压转换器电路的电子装置以及电压转换方法，开关电容器和降压转换器可在最佳效率点处进行操作以执行高效的电压转换。
根据本公开的实施例，根据电压转换器电路、包括所述电压转换器电路的电子装置以及电压转换方法，可通过减小电路的电感来减小电路的大小并使开关损耗最小化和/或减小开关损耗。
根据本公开的实施例，根据电压转换器电路、包括所述电压转换器电路的电子装置以及电压转换方法，可通过基于输入/输出电压提供反馈来稳定且有效地执行电压转换。
根据本公开的实施例，根据电压转换器电路、包括所述电压转换器电路的电子装置以及电压转换方法，可在提高电压转换效率的同时容易地控制输出电压。
根据本公开的实施例，根据电压转换器电路、包括所述电压转换器电路的电子装置以及电压转换方法，可减小开关损耗，使用低电压开关，并通过减小施加在开关两端的电压来支持高速开关。
可通过本公开的各种实施例实现的本公开的各方面、特征和优点不限于以上提到的那些。也就是说，本公开所属领域中的技术人员可从下面的描述中理解本公开的未提及的其它方面、特征和优点。
附图说明
从下面结合附图进行的详细描述中，本公开的特定实施例的以上和其它方面、特征和优点将更明显，其中：
图1是示出根据本公开的各种实施例的电子装置的框图。
图2a和图2b是示出根据本公开的各种实施例的电压转换器电路的示图；
图3是示出根据本公开的各种实施例的电压转换器电路的示图；
图4是示出根据本公开的各种实施例的电压转换器电路中的输出电流和电压值的曲线图；
图5a和图5b是示出根据本公开的各种实施例的电感和功率损耗的示图；
图6是示出根据本公开的各种实施例的电压转换器电路的操作的示图。
图7是示出根据本公开的各种实施例的电压转换方法的流程图；以及
图8是示出根据本公开的各种实施例的电压转换方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，参照附图更详细地描述本公开的示例实施例。尽管本公开可以以许多不同的形式被实施，但是在附图中示出并在此详细描述了本公开的特定实施例，同时理解的是：本公开将被视为所述公开的原理的示例而并不旨在将所述公开限于示出的特定实施例。在整个附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部件。
本公开中使用的表述“包括”或“可包括”指示存在相应的功能、操作或元件，并且不限制附加的至少一个功能、操作或元件。此外，在本公开中，术语“包括”或“具有”指示存在说明书中描述的特征、数字、步骤、操作、元件、组件或它们的组合，并且不排除存在或添加至少一个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或它们的组合。
在本公开中，表述“或”包括一起列出的单词的任意组合或全部组合。例如，“A或B”可包括A、B、或A和B。
本公开中的第一和第二的表述可用于表示本公开的各种元件，但是不限制相应的元件。例如，所述表述不限制相应的元件的顺序和/或重要性。所述表述可用于将一个元件与另一元件区分开。例如，第一用户装置和第二用户装置都是用户装置并且表示不同的用户装置。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，并且类似地，第二元件可被称为第一元件。
当描述元件“被耦接”到另一元件时，该元件可“被直接耦接”到另一元件或者通过第三元件“被电耦接”到另一元件。然而，当描述元件“被直接耦接”到另一元件时，该元件与另一元件之间不存在元件。
本公开中使用的术语不在于限制本公开，而在于说明示例实施例。当在本公开和所附权利要求的描述中使用时，除非明确地被不同地表示，否则单数形式包括多个形式。
除非被不同地定义，否则这里使用的包括技术术语和科学术语的全部术语具有与本领域中的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。应理解，除非被明确定义，否则通常使用的在词典中定义的术语具有与相关技术的上下文的含义相应的含义，并且不被分析为理想或过于正式的含义。
在本公开中，电子装置可以是涉及通信功能的装置。例如，电子装置可以是智能电话、平板PC(个人计算机)、移动电话、视频电话、电子书阅读器、台式PC、膝上型PC、上网本计算机、PDA(个人数字助理)、PMP(便携式多媒体播放器)、MP3播放器、便携式医疗装置、数码相机或可穿戴装置(例如，诸如电子眼镜的HMD(头戴式装置)、电子服装、电子手镯、电子项链、电子配件或智能手表)等，但不限于此。
根据一些实施例，电子装置可以是涉及通信功能的智能家用电器。例如，电子装置可以是TV、DVD(数字视频盘)播放器、音频设备、冰箱、空调、真空吸尘器、烤箱、微波炉、洗衣机、空气净化器、机顶盒、TV盒(例如，Samsung HomeSyncTM、Apple TVTM、Google TVTM等)、游戏机、电子词典、电子钥匙、摄像机或电子相框等，但不限于此。
根据一些实施例，电子装置可以是医疗装置(例如，MRA(磁共振血管造影)、MRI(磁共振成像)、CT(计算机断层扫描)、超声波扫描等)、导航装置、GPS(全球定位系统)接收器、EDR(事件数据记录器)、FDR(飞行数据记录器)、车载信息娱乐装置、用于船舶的电子装备(例如，船舶导航系统、回转罗盘等)、航空电子设备、安全装备、或工业或家用机器人等，但不限于此。
根据一些实施例，电子装置可以是具有通信功能的家具或建筑物或结构的一部分、电子板、电子签名接收装置、投影仪或各种测量仪器(例如，水表、电表、气表、波表等)等，但不限于此。在此公开的电子装置可以是上述装置中的一个或它们的任意组合。如本领域中的技术人员所理解的，上述电子装置仅是示例，并且将不被视为对本公开的限制。
图1是示出根据本公开的实施例的电子装置100的框图。参照图1，电子装置100可包括至少一个应用处理器(AP)110、通信模块120、用户识别模块(SIM)卡124、存储器130、传感器模块140、输入装置150、显示器160、接口170、音频模块180、相机模块191、电源管理模块195、电池196、指示器197和电机198。
AP 110可驱动操作系统或应用，控制与AP 110连接的多个硬件组件或多个软件组件，并且还对包括多媒体数据的各种数据执行处理和操作。例如，AP 110可由片上系统(SoC)形成。根据实施例，AP 110还可包括图形处理器(GPU)(未示出)。
通信模块120(例如，通信接口170)可通过网络与连接到电子装置100的任何其它电子装置(例如，电子装置104或服务器106)执行数据通信。根据实施例，通信模块120可在其中包括蜂窝模块121、WiFi模块123、BT模块125、GPS模块127、NFC模块128和RF(射频)模块129。
蜂窝模块121可通过通信网络(例如，LTE、LTE-A、CDMA、WCDMA、UMTS、WiBro或GSM等)提供语音呼叫、视频呼叫、消息服务、互联网服务等。此外，蜂窝模块121可使用SIM卡124执行通信网络中的电子装置的识别和认证。根据实施例，蜂窝模块121可执行AP 110可提供的功能的至少一部分。例如，蜂窝模块121可执行多媒体控制功能的至少一部分。
根据实施例，蜂窝模块121可包括通信处理器(CP)。此外，例如，蜂窝模块121可由SoC形成。尽管诸如蜂窝模块121(例如，CP)、存储器130或电源管理模块195的一些元件被示出为与图1中的AP 110不同的单独元件，但是在实施例中，AP 110可被形成为具有上述元件的至少一部分(例如，蜂窝模块321)。
根据实施例，AP 110或蜂窝模块121(例如，CP)可将从与AP 110或蜂窝模块121连接的非易失性存储器或从其它元件中的至少一个元件接收到的命令或数据加载到易失性存储器中，以处理所述命令或数据。此外，AP 110或蜂窝模块121可将从一个或更多个其它元件接收到的或在一个或更多个其他元件处创建的数据存储在非易失性存储器中。
WiFi模块123、BT模块125、GPS模块127和NFC模块128中的每一个可包括用于处理通过其发送或接收的数据的处理器。尽管在实施例中，图1将蜂窝模块121、WiFi模块123、BT模块125、GPS模块127和NFC模块128示为不同的块，但是它们中的至少一部分可包含在单个IC(集成电路)芯片中或单个IC封装中。例如，与蜂窝模块121、WiFi模块123、BT模块125、GPS模块127和NFC模块128相应的各个处理器的至少一部分(例如，与蜂窝模块121相应的CP和与WiFi模块123相应的WiFi处理器)可被形成为单个SoC。
RF模块129可发送和接收数据，例如，RF信号或任何其它电信号。尽管未示出，但是RF模块129可包括收发器、PAM(功率放大器模块)、频率滤波器、LNA(低噪声放大器)等。此外，RF模块129可包括用于在自由大气空间中传输电磁波的任何组件，例如，电线或导体。尽管在实施例中，图1示出了蜂窝模块121、WiFi模块123、BT模块125、GPS模块127和NFC模块128共享RF模块129，但是它们中的至少一个可通过单独的RF模块执行RF信号的发送和接收。
SIM卡124可以是由SIM形成的特定卡，并且可被插入到在电子装置100的特定位置处形成的插槽中。SIM卡124可在其中包含ICCID(集成电路卡标识符)或IMSI(国际移动用户标识)。
存储器130可包括内部存储器132和外部存储器134。内部存储器132可包括例如易失性存储器(例如，DRAM(动态RAM)、SRAM(静态RAM)、SDRAM(同步DRAM)等)或非易失性存储器(例如，OTPROM(一次可编程ROM)、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除可编程ROM)、EEPROM(电可擦除可编程ROM)、掩模ROM、闪速ROM、NAND闪存、NOR闪存等)中的至少一个。根据实施例，内部存储器132可具有SSD(固态驱动器)的形式。外部存储器134可包括闪存驱动器，例如，CF(紧凑型闪存)、SD(安全数字)、微型SD(微型安全数字)、迷你SD(迷你安全数字)、xD(极限数字)、记忆棒等。外部存储器134可通过各种接口被功能地连接到电子装置100。根据实施例，电子装置100还可包括存储装置或介质，诸如，硬盘驱动器。
传感器模块140可测量物理量或感测电子装置100的操作状态，然后将测量的或感测的信息转换成电信号。传感器模块140可包括例如以下项中的至少一项：手势传感器140A、陀螺仪传感器140B、压力传感器140C、磁性传感器140D、加速度传感器140E、握持传感器140F、接近传感器140G、颜色传感器140H(例如，RGB(红色、绿色、蓝色)传感器)、生物特征传感器140I、温度-湿度传感器140J、照度传感器140K和UV(紫外线)传感器140M。另外或可选地，传感器模块140可包括例如电子鼻传感器(未示出)、EMG(肌电图)传感器(未示出)、EEG(脑电图)传感器(未示出)、ECG(心电图)传感器(未示出)、IR(红外)传感器(未示出)、虹膜扫描传感器(未示出)或手指扫描传感器(未示出)。此外，传感器模块140可包括用于控制配备在其中的一个或更多个传感器的控制电路。
输入装置150可包括触摸面板152、数字笔传感器154、键156或超声输入单元158。触摸面板152可以以电容型、电阻型、红外型、或超声波型的方式识别触摸输入。此外，触摸面板152还可包括控制电路。在电容型的情况下，可识别物理接触或接近。触摸面板152还可包括触觉层。在这种情况下，触摸面板152可向用户提供触觉反馈。
数字笔传感器154可以以与接收触摸输入相同或相似的方式被形成，或者通过使用单独的识别片被形成。键156可包括例如物理按钮、光学键或键区。超声输入单元158是能够通过经由产生超声信号的输入工具利用电子装置100中的麦克风188感测声波来识别数据从而允许无线识别的特定装置。根据实施例，电子装置100可通过通信模块120从连接到电子装置100的任何外部装置(例如，计算机或服务器)接收用户输入。
显示器160可包括面板162、全息图装置164或投影仪166。面板162可以是例如LCD(液晶显示器)、AM-OLED(有源矩阵有机发光二极管)等。面板162可具有柔性、透明或可穿戴的形式。面板162可由具有触摸面板152的单个模块形成。全息图164可使用光的干涉在大气中显示立体图像。投影仪166可将图像投射到屏幕上，其中，该屏幕可位于电子装置100的内部或外部。根据实施例，显示器160还可包括用于控制面板162、全息图164和投影仪166的控制电路。
接口170可包括例如HDMI(高清晰度多媒体接口)172、USB(通用串行总线)174、光学接口176或D-sub(D-超小型)178。另外或可选地，接口170可包括例如MHL(移动高清链路)接口、SD(安全数字)卡/MMC(多媒体卡)接口或IrDA(红外数据协会)接口。
音频模块180可执行声音与电信号之间的转换。音频模块180可处理通过扬声器182、受话器184、耳机186或麦克风188输入或输出的声音信息。
相机模块191是能够获得静止图像和运动图像的装置。根据实施例，相机模块191可包括至少一个图像传感器(例如，前置传感器或后置传感器)、镜头(未示出)、ISP(图像信号处理器，未示出)或闪光灯(例如，LED或氙灯，未示出)。
电源管理模块195可管理电子装置100的电力。尽管未示出，但是电源管理模块195可包括例如PMIC(电源管理集成电路)、充电器IC或者电池量表或燃料量表。
PMIC可由例如IC芯片或SoC形成。可以以有线方式或无线方式执行充电。充电器IC可对电池196充电并防止充电器过电压或过电流。根据实施例，充电器IC可具有用于有线充电类型和无线充电类型中的至少一种的充电器IC。无线充电类型可包括例如磁共振类型、磁感应类型或电磁类型。还可使用用于无线充电的任何附加电路，诸如，线圈回路、谐振电路或整流器。
电池量表可测量电池196的剩余量以及充电过程中的电压、电流或温度。电池196可在其中存储或产生电力并向电子装置100供应电力。电池196可以是例如可充电电池或太阳能电池。
指示器197可在其上显示电子装置100或电子装置100的一部分(例如，AP 110)的当前状态(例如，启动状态、消息状态或充电状态)。电机198可将电信号转换为机械振动。尽管未示出，但是电子装置100可包括用于支持移动TV的特定处理器(例如，GPU)。该处理器可处理符合DMB(数字多媒体广播)、DVB(数字视频广播)或媒体流的标准的媒体数据。
在此公开的电子装置的上述元件中的每个元件可由一个或更多个组件形成，并且元件名称可根据电子装置的类型而变化。在此公开的电子装置可在没有一些元件或者具有额外的其它元件的情况下由上述元件中的至少一个元件形成。元件中的一些元件可被集成为单个实体，其中，该单个实体仍然执行与在集成之前这些元件的功能相同的功能。
图2a和图2b是示出根据本公开的各种实施例的电压转换器电路的示图。
参照图2a，根据本公开的实施例的电压转换器电路可包括电力输入210、多个开关电容器220和降压转换器230。根据实施例，电力输入210、多个开关电容器220和降压转换器230可顺序地彼此连接。例如，多个开关电容器220可被连接到电力输入210。开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器可被连接到降压转换器230。负载RO可被连接到降压转换器230的输出端子。
根据实施例，电力输入210可向多个开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器提供输入电压。例如，电力输入210可向第一开关电容器SC1和第二开关电容器SC2供应(施加)输入电压。例如，电力输入210可包括电源211。例如，电源211可包括例如但不限于电子装置的电池。
根据实施例，输入电压可被施加到开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器。根据实施例，开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器可输出通过对输入电压进行转换而获得的电压V1和V2。根据实施例，开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器可具有不同的电压转换比。例如，开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器可包括多个电容器，并且可基于构造来设置具有最佳效率的电压转换比。根据实施例，多个开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器可根据电压转换比降低输入电压，以输出第一电压V1和第二电压V2。根据实施例，开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器可被施加相同的输入电压并且可分别输出第一电压V1和第二电压V2，其中，第一电压V1和第二电压V2可根据每个电压转换比而不同。例如，第一开关电容器SC1可具有2：1的电压转换比，并且第二开关电容器SC2可具有3：1的电压转换比。在这种情况下，如果输入电压是5V，则第一开关电容器SC1可输出2.5V的第一电压V1，并且第二开关电容器SC2可输出5/3V(约1.67V)的第二电压V2。
根据实施例，从开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器输出的电压V1和V2可具有大于接地电压的值。例如，开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器可根据每个电压转换比而降低具有正值的输入电压，以输出第一电压V1和第二电压V2，使得第一电压V1和第二电压V2可具有大于接地电压的值。
根据实施例，从第一开关电容器SC1和第二开关电容器SC2中的每个开关电容器输出的第一电压V1和第二电压V2可在参考输出电压的设置范围内。例如，参考输出电压可以是系统(例如，电子装置)所需的电压转换器电路的输出电压值。例如，如果电子装置所需的参考输出电压是1V，则从第一开关电容器SC1输出的第一电压V1可以是1.3V，并且从第二开关电容器SC2输出的第二电压V2可以是0.7V。根据实施例，第一开关电容器SC1和第二开关电容器SC2可被构造为具有能够根据设置的参考输出电压输出在参考输出电压的设置范围内的电压的电压转换比。
根据实施例，第一开关电容器SC1和第二开关电容器SC2中的一个开关电容器可被构造为输出大于设置的参考输出电压的第一电压V1，并且第一开关电容器SC1和第二开关电容器SC2中的另一个开关电容器可被构造为输出小于设置的参考输出电压的第二电压V2。例如，第一开关电容器SC1可被构造为提供(施加)值大于参考输出电压的第一电压V1，作为降压转换器230的高侧输入，并且第二开关电容器SC2可被构造为提供(施加)值小于参考输出电压的第二电压V2，作为降压转换器的低侧输入。
根据实施例，用于保持从开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器输出的电压V1和V2的电容器C1和C2可分别被连接到开关电容器SC1和SC2的输出端子。例如，第一电容器C1可被连接到第一开关电容器SC1的输出端子，并且第二电容器C2可被连接到第二开关电容器SC2的输出端子。例如，第一电容器C1可保持从第一开关电容器SC1输出的第一电压V1，并且第二电容器C2可保持从第二开关电容器SC2输出的第二电压V2。
根据实施例，降压转换器230可包括多个开关元件QB和D、电感器LO和电容器CO。例如，降压转换器230可包括晶体管开关QB和二极管D。根据实施例，负载RO可被连接到降压转换器230的电容器CO端子。
根据实施例，降压转换器230和降压转换器260(参见例如图2b)分别接收从开关电容器SC1和SC2交替地施加的第一电压V1或第二电压V2作为输入电压VB，并且通过LC滤波器将接收到的电压转换为输出电压VO并提供输出电压VO。根据实施例，降压转换器230可基于设置的参考输出电压将第一电压V1或第二电压V2转换为与参考输出电压相应的输出电压VO，并输出输出电压VO。例如，如果设置了系统(例如，电子装置)所需的参考输出电压(或参考输入/输出电压比)，则降压转换器230可将施加的第一电压V1或第二电压V2转换为与参考输出电压相应的输出电压VO并提供输出电压VO。例如，如果设置的参考输出电压是1.5V，则降压转换器230可通过LC滤波器LO和CO将由输入端子(VB点)交替地接收到的第一电压V1或第二电压V2转换为1.5V的电压，并输出1.5V的电压。
根据实施例，降压转换器230可被交替地施加来自两个开关电容器SC1和SC2的第一电压V1和第二电压V2。例如，从第一开关电容器SC1输出的第一电压V1和从第二开关电容器SC2输出的第二电压V2可被交替地施加到降压转换器230。例如，分别从开关电容器SC1和SC2输出的第一电压V1或第二电压V2可与降压转换器230的LC滤波器LO和CO的输入端子的电压VB相应。在降压转换器230的情况下，随着LC滤波器LO和CO的输入端子的电压VB与输出端子的电压VO之间的差值减小，电感可减小并且电感器LO的大小可减小。例如，如果输入端子的电压VB与输出端子的电压VO之间的差值小，则满足相同纹波规格的电感可减小，并且电感器LO的大小可减小。例如，随着降压转换器230的LC滤波器的输入端子的电压VB与输出端子的电压VO之间的差值减小，从降压转换器230的开关QB和D产生的开关损耗可减小并且高速开关会是可能的。在高速开关的情况下，可进一步减小电感。根据本公开的各种实施例，开关电容器220可交替地将与高于接地电压的参考输出电压具有微小差值的第一电压V1和第二电压V2施加到降压转换器230的LC滤波器LO和CO的输入端子，从而减小电感器LO和开关损耗。例如，如果设置的参考输出电压是1V，则从第一开关电容器SC1接收到的第一电压V1可以是1.3V，并且从第二开关电容器SC2接收到的第二电压V2可以是0.7V。在这种情况下，降压转换器230的LC滤波器LO和CO的输入端子与输出端子之间的电压差可约为±0.3V。另一方面，例如，在降压转换器被串联连接到单个开关电容器的情况下(或者在共用的单个降压转换器的情况下)，降压转换器的输入端子可被交替地施加输入电压或从单个开关电容器输出的电压以及接地电压0V。例如，如果接地电压是降压转换器230的LC滤波器LO和CO的输入端子的电压VB，则降压转换器230的LC滤波器LO和CO的输入端子与输出端子之间的电压差可以是1V。根据本公开的各种实施例，从两个开关电容器中的每个开关电容器输出的第一电压V1和第二电压V2被交替地施加到降压转换器230的LC滤波器LO和CO的输入端子，从而减小降压转换器230的LC滤波器LO和CO的输入端子和输出端子之间的电压差并减小电感。此外，可通过减小施加到降压转换器230的开关的电压来减小开关损耗。
参照图2b，根据本公开的实施例的电压转换器电路可包括电力输入240、多个开关电容器250和降压转换器260。根据实施例，电力输入240、多个开关电容器250和降压转换器260可顺序地彼此连接。例如，多个开关电容器250可被连接到电力输入240。开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器可被连接到降压转换器260。负载RO可被连接到降压转换器260的输出端子。
根据实施例，电力输入240可向多个开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器提供输入电压。例如，电力输入单元240可向第一开关电容器SC1和第二开关电容器SC2供应(施加)输入电压。例如，电力输入240可包括电源211。例如，电源211可包括例如但不限于电子装置的电池。
根据实施例，输入电压可被施加到开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器。根据实施例，开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器可分别输出可通过对输入电压进行转换而获得的电压V1和V2。根据实施例，开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器可具有不同的电压转换比。例如，开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器可包括多个电容器，并且具有最佳效率的电压转换比可基于构造被设置。根据实施例，多个开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器可根据电压转换比降低输入电压，以输出第一电压V1和第二电压V2。根据实施例，开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器可被施加相同的输入电压，并且可输出根据每个电压转换比而不同的第一电压V1和第二电压V2。根据实施例，从开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器输出的电压V1和V2可具有大于接地电压的值。
根据实施例，从第一开关电容器SC1和第二开关电容器SC2中的每个开关电容器输出的第一电压V1和第二电压V2可在参考输出电压的设置范围内。例如，参考输出电压可以是系统(例如，电子装置)所需的电压转换器电路的输出电压值。根据实施例，第一开关电容器SC1和第二开关电容器SC2可被构造为具有能够根据设置的参考输出电压输出在参考输出电压的设置范围内的电压的电压转换比。
根据实施例，第一开关电容器SC1和第二开关电容器SC2中的一个开关电容器可被构造为输出大于设置的参考输出电压的第一电压V1，并且第一开关电容器SC1和第二开关电容器SC2中的另一个开关电容器可被构造为输出小于设置的参考输出电压的第二电压V2。例如，第一开关电容器SC1可被构造为提供(施加)值大于参考输出电压的第一电压V1，作为降压转换器230的高侧输入，并且第二开关电容器SC2可被构造为提供(施加)值小于参考输出电压的第二电压V2，作为降压转换器的低侧输入。
根据实施例，可在开关电容器SC1和SC2中的每个开关电容器的输出端子处省略单独的输出端子电容器(例如，图2a中的C1和C2)。例如，包括在开关电容器SC1和SC2的每个开关电容器中的电容器可代替图2a的开关电容器SC1和SC2的输出端子的电容器C1和C2的作用(功能)。
根据实施例，降压转换器260可包括多个开关元件Q1和Q2、电感器LO和电容器CO。例如，降压转换器260可包括多个晶体管开关Q1和Q2。例如，
图2a的降压转换器230的开关元件QB和D中的每个开关元件可用晶体管开关Q1和Q2代替，以被配置为与降压转换器260一样。根据实施例，负载RO可被连接到降压转换器260的电容器CO端子。
根据实施例，降压转换器260接收分别从开关电容器SC1和SC2交替施加的第一电压V1或第二电压V2作为输入电压VB，并且通过LC滤波器将接收到的电压转换为输出电压VO，并提供输出电压VO。根据实施例，降压转换器260可根据设置的参考输出电压将第一电压V1或第二电压V2转换为与参考输出电压相应的输出电压VO，并输出输出电压VO。例如，如果设置了系统想要的参考输出电压(或参考输入/输出电压比)，则降压转换器260可将施加的第一电压V1或第二电压V2转换为与参考输出电压相应的输出电压VO，并提供输出电压VO。
根据实施例，降压转换器260可被交替地施加来自两个开关电容器SC1和SC2的第一电压V1和第二电压V2。例如，从第一开关电容器SC1输出的第一电压V1和从第二开关电容器SC2输出的第二电压V2可被交替地施加到降压转换器260。例如，分别从开关电容器SC1和SC2输出的第一电压V1或第二电压V2可与降压转换器260的LC滤波器LO和CO的输入端子的电压VB相应。例如，在降压转换器260的情况下，随着LC滤波器LO和CO的输入端子的电压VB与输出端子的电压VO之间的差值减小，电感可减小并且电感器LO的大小可减小。例如，随着降压转换器260的LC滤波器LO和CO的输入端子的电压VB与输出端子的电压VO之间的差值减小，从降压转换器260和降压转换器260的开关Q1和Q2产生的开关损耗可减小，并且高速开关会是可能的。例如，当执行高速开关时，可额外减小降压转换器260的电感。根据本公开的各种实施例，开关电容器250可交替地将与高于接地电压的参考输出电压具有微小差值的第一电压V1和第二电压V2施加到降压转换器260和降压转换器260的LC滤波器LO和CO的输入端子，从而减小电感器LO和开关损耗。
例如，如果单个开关电容器与降压转换器230和260简单地串联连接，或者将从单个开关电容器中的多个电容器输出多个电压，则需要多个开关元件，或者需要使开关电容器和降压转换器同步进行操作。例如，开关电容器和降压转换器具有不同的最佳效率点，但是当需要使开关电容器和降压转换器的操作同步时，开关电容器和降压转换器中的至少一个的效率可能降低，并且整个电压转换效率可能降低。
根据本公开的各种实施例，当使用两个开关电容器SC1和SC2以及降压转换器230和260顺序地转换电压时，电压转换器电路可被构造有相对少量的开关。开关电容器SC1和SC2以及降压转换器230和260中的每一个可在无需匹配开关电容器SC1和SC2与降压转换器230和260之间的开关同步的情况下在最佳效率点(例如，最佳开关频率)处独立地进行操作，从而使整体电压转换效率最大化。
图3是示出根据本公开的各种实施例的电压转换器电路的示图。
根据本公开的实施例的电压转换器电路可包括电力输入端子301、多个开关电容器310(例如，包括第一开关电容器311、第二开关电容器312、…、第n开关电容器31n)、转换器320和反馈控制器370。根据实施例，转换器320可包括降压转换器。根据实施例，电力输入端子301、多个开关电容器310(例如，第一开关电容器311、第二开关电容器312、…、第n开关电容器31n)和降压转换器320可被顺序地连接。例如，多个开关电容器310可分别被连接到电力输入端子301。开关电容器可分别被连接到转换器(例如，降压转换器)320。根据实施例，转换器320可包括多个开关元件S1、S2、…、Sn和LC电路325(例如，LC滤波器)。根据实施例，负载330可被连接到降压转换器320的输出端子。根据实施例，反馈控制器370可被电连接到降压转换器320的输出端子、电力输入端子301、或开关元件S1、S2、…、Sn。
根据实施例，电力输入端子301可将输入电压VIN施加到多个开关电容器310(例如，第一开关电容器311、第二开关电容器312、…、第n开关电容器31n)。例如，电力输入端子301可被连接到电子装置的电池。例如，电力输入端子301可将从电子装置的电池供应的输入电压VIN施加到多个开关电容器310。
根据实施例，输入电压VIN可被施加到开关电容器311、312、…、31n中的每个。例如，输入电压VIN(例如，电池的输出电压VO)可通过电力输入端子301被施加到开关电容器311、312、…、31n中的每个。根据实施例，开关电容器311、312、…、31n中的每个可对输入电压VIN进行转换并输出具有不同值的电压。根据实施例，开关电容器311、312、…、31n中的每个可具有不同的电压转换比。例如，开关电容器311、312、…、31n中的每个可包括多个电容器，并且具有最佳效率的电压转换比可基于构造被设置。根据实施例，可将相同的输入电压VIN施加到开关电容器311、312、…、31n中的每个，并且可根据每个电压转换比输出不同的电压。根据实施例，开关电容器311、312、…、31n中的每个转换的电压可具有大于接地电压的值。例如，可根据开关元件S1、S2、…、Sn的连接施加从开关电容器311、312、…、31n中的每个输出的电压，作为降压转换器320的输入端子的电压VB(例如，LC电路325的输入端子的电压)。
根据实施例，反馈控制器370可从多个开关电容器310中选择将电压施加到降压转换器320的两个开关电容器。例如，反馈控制器370可选择将电压交替地施加到降压转换器320的两个开关电容器。根据实施例，当最终需要的参考输出电压在电压转换器电路中被设置时，反馈控制器370可选择两个开关电容器，使得可使施加在降压转换器320两端的电压差(例如，VB与VO之间的电压差)最小化，并且/或者减小施加在降压转换器320两端的电压差(例如，VB与VO之间的电压差)。
根据实施例，反馈控制器370可测量输入电压VIN。例如，反馈控制器370可测量电力输入端子301的电压。根据实施例，反馈控制器370可基于输入电压VIN和多个开关电容器311、312、…、31n中的每个开关电容器的电压转换比来选择两个开关电容器。根据实施例，反馈控制器370可基于输入电压VIN和电压转换比，在输出大于设置的参考输出电压(或输出电压VO)的电压的开关电容器中选择输出与参考输出电压(或输出电压VO)具有最小差值的初级转换电压的一个开关电容器，并且反馈控制器370可在输出小于参考输出电压(或输出电压VO)的初级转换电压的开关电容器中选择输出与参考输出电压(或输出电压VO)具有最小差值的初级转换电压的一个开关电容器。例如，多个开关电容器311、312、…、31n中的每个开关电容器可根据电压转换比输出不同的初级转换电压。反馈控制器370可基于输入电压VIN和电压转换比来选择输出与参考输出电压具有最小差值的初级转换电压的两个开关电容器，以使施加在降压转换器320两端的电压差最小化和/或减小施加在降压转换器320两端的电压差。例如，反馈控制器370可选择输出在参考输出电压(或输出电压VO)的设置范围内的电压的两个开关电容器。
根据实施例，反馈控制器370可根据输入电压VIN和电压转换比基于预定表来选择两个开关电容器。例如，预定表可以是映射关于多个电容器311、312、…、31n中的每个电容器在最佳效率点处的电压转换比的信息的表。例如，反馈控制器370可基于预定表确定针对输入电压VIN从开关电容器311、312、…、31n中的每个输出的初级转换电压。例如，本公开的多个开关电容器311、312、…、31n中的每个开关电容器可基于最佳效率点处的固定电压转换比将施加的输入电压转换为具有不同值的输出电压。反馈控制器370可基于所述表根据输入电压VIN的值确定具有最佳效率(例如，能够输出与参考输出电压具有最小差值的电压的电压转换比)的开关电容器，并且选择输出大于参考输出电压的电压的一个开关电容器以及输出小于参考输出电压的电压的一个开关电容器。
根据实施例，反馈控制器370可基于输入电压VIN和多个开关电容器311、312、…、31n中的每个开关电容器的电压转换比，根据设定的条件自适应地选择两个开关电容器。例如，如果假设第一开关电容器311、第二开关电容器312、…、和第n开关电容器31n中的每个开关电容器的电压转换比为M(1)、M(2)、…、M(n)，参考输出电压为Vo_ref，并且输入电压VIN为Vin，则反馈控制器370可选择满足条件M(k)<(Vo_ref/Vin)<M(k+1)(k＝1,2,…,n-1)的第k个开关电容器和第k+1个开关电容器。例如，反馈控制器370可选择满足条件Vin*M(k)<Vo_ref<Vin*M(k+1)的第k个开关电容器和第k+1个开关电容器。根据实施例，由于输出参考电压Vo_ref是在实际电压转换器电路中通过电压转换最终获得的电压值，因此反馈控制器370可测量实际输出电压VO以根据上述条件选择两个开关电容器。
根据实施例，反馈控制器370可测量输出电压VO。根据实施例，反馈控制器370可基于输出电压VO与参考输出电压之间的差值来选择将初级转换电压施加到降压转换器320的两个开关电容器。例如，反馈控制器370可确定输出电压VO是否保持参考输出电压(例如，期望的输出电压)。例如，反馈控制器370可确定输出电压VO是保持参考输出电压还是保持参考输出电压的预定误差范围。例如，当选择的开关电容器不合适时，输出电压VO中出现误差，因此输出电压VO可增大或减小到预定值或更大值。根据实施例，反馈控制器370可根据输出电压VO的变化和变化量来断开当前选择的开关电容器中的至少一个，并且选择其它开关电容器连接到降压转换器320。例如，当输出电压VO变得大于预定值时，反馈控制器370可选择电压转换比大于当前选择的开关电容器的电压转换比的两个开关电容器。例如，当输出电压VO变得小于预定值时，反馈控制器370可选择电压转换比小于当前选择的开关电容器的电压转换比的两个开关电容器。
根据实施例，反馈控制器370可检测负载的波动。根据实施例，反馈控制器370可响应于负载的波动而选择将被连接到降压转换器320的开关电容器。例如，当负载快速增大时，选择电压转换比大于当前选择的开关电容器的电压转换比的开关电容器，使得施加在降压转换器320两端的电压(例如，施加在电感器两端的电压)的幅值可增大。例如，如果负载减小，则反馈控制器370可选择电压转换比小于当前选择的开关电容器的电压转换比的开关电容器，以减小施加在降压转换器320两端的电压。根据实施例，反馈控制器370响应于负载的波动而自适应地选择连接到降压转换器320的开关电容器，以控制施加在降压转换器320(例如，电感器)两端的电压并快速地对负载的波动进行响应。
图4是示出根据本公开的各种实施例的电压转换器电路中的输出电流和电压值的曲线图。
根据依据本公开的各种实施例的电压转换器电路，可使用多个开关电容器和降压转换器将输入电压有效地转换为与期望的参考输出电压相应的输出电压。例如，图4示出通过在根据本公开的实施例的电压转换器电路中将具有2：1的电压转换比的开关电容器和具有3：1的电压转换比的开关电容器与降压转换器连接，将输入电压设置为3.7V，将输出电压(参考输出电压)设置为1.5V，并且将从开关电容器中的每个开关电容器传输到降压转换器的电压设置为1.8V和1.2V，当电感器两端的电压约为0.3V时输出电压VO的波形410和输出电流IO的波形420。
当应用以上条件时，根据本公开的各种实施例的电压转换器电路可基本上降低3.7V的输入电压以提供1.5V的输出电压VO。参照输出电流曲线420，示出了以下情况：在10毫秒的部分处输出电流IO从1A急剧减小到0.5A以便模拟负载的突然波动，并且在14毫秒的部分处输出电流IO突然再次增大到1A。
参照在负载波动(输出电流IO的波动)时的输出电压VO，在负载突然波动时输出电压VO中会出现纹波。然而，即使当负载突然波动时，根据本公开的各种实施例的电压转换器电路也可相对稳定地将输出电压VO保持在约1.517V至1.483V。例如，当使用单个降压转换器时，由于降压转换器的电感和施加在电感器两端的电压相对大，导致使由于负载波动而引起的输出电压(Vo)的纹波分量较大。根据本公开的各种实施例，通过减小电感分量和施加在电感器两端的电压，由于电感引起的功率损耗减小，输出电压VO的纹波分量减小，并且输出电压VO可被更稳定地控制。
图5a和图5b是分别示出根据本公开的各种实施例的电感和功率损耗的示图。例如，图5a是示出根据下面的表1所示的设计值的电感值的曲线图，图5b是示出根据下面的表1所示的设计值的功率损耗量的曲线图。
表1
通常，降压转换器的输出电压开关纹波(例如，在以上表1中的510(typ)的情况下)由下面的数学式1给出。
数学式1
[数学式.1]
在以上数学式1中，VO可指输出电压，iL可指电感器电流，CO可指输出电容，并且TSW可指开关周期。此外，ΔVO可指输出电压VO的纹波，并且ΔVRC可指由于输出电容器的等效串联电阻(ESR)而引起的输出电压纹波分量和输出电容器的纯电容器的电压纹波分量。在这种情况下，如果负载需要的最大开关纹波规格是ΔVO_max，则应满足ΔVO<ΔVO_max。
在典型的转换器中，ΔiL如下面的数学式2。
数学式2
[数学式.2]
在以上数学式2中，L可指电感，并且D可指降压转换器的占空比。例如，D可指降压转换器的高侧开关的导通时间和截止时间的比。也就是说，D如下面的数学式3。
数学式3
[数学式.3]
如果降压转换器的电感器的最小电感基于以上数学式1至3被获得，则它如下面的数学式4。
数学式4
[数学式.4]
在以上数学式4中，假设使用相同的输出电容器，作为仅用于减小电感的方法，存在用于减小Tsw的方法，例如，用于增大开关频率的方法。然而，所述方法可能由于开关损耗而具有限制。
例如，使用MOSFET元件的降压转换器的开关损耗(例如，在以上表1中的510(typ)的情况下)由下面的数学式5给出。
数学式5
[数学式.5]
在以上数学式5中，COSS可指高侧MOSFET的输出电容，tr可指使MOSFET开关导通花费的时间，Qg可指MOSFET的栅极的充电容量，并且VG可指MOSFET的栅极驱动电压。例如，COSS、tr、Qg和VG的值可在制造MOSFET元件时根据设计要求或设置要求来定义。例如，COSS、tr、Qg和VG的值可根据使用的MOSFET元件被固定。因此，为了在保持相同的功率损耗水平的同时增大开关频率fSW，需要使用高性能装置或更低的VIN。
在这方面，可用方法是使用串联连接的单个开关电容器和降压转换器的方法(例如，在以上表1的520(Series)的情况下)。
在520(Series)的情况下，最小电感变为用VH代替以上数学式4中的VIN的形式，并且损耗功率变为用VH代替以上数学式5中的VIN的形式。也就是说，在520(Series)的情况下，最小电感如下面的数学式6，并且功率损耗如下面的数学式7。
数学式6
[数学式.6]
数学式7
[数学式.7]
在以上数学式6和数学式7中，VH可指当降压转换器处于接通状态时施加的电压(例如，第一开关电容器的输出电压)而非VIN。在520的情况下，当降压转换器处于关断状态时，与典型的510(typ)的降压转换器类似，接地电压被施加到降压转换器的输入。
在520(Series)的情况下，随着VH接近输出电压VO，最小电感值可变得更小，但是当VH小于VO时，正常操作变为不可能，因此需要考虑构造电路的元件的误差、电路导通时的压降等来确定VH。因此，为了构造实际电路，VH需要被确定为具有特定裕度。在520(Series)的情况下，开关电容器的小于VIN的输出电压VH被输入到降压转换器，以能够减小电感并减小功率损耗量。然而，如上所述，在构造实际电路时，可能在降低VH值上存在限制。
根据本公开的各种实施例，将两个开关电容器与降压转换器连接的电压转换器电路的ΔiL(例如，在以上表1的530(SCC)和540(SCC Lmin)的情况下)由下面的数学式8表示。
数学式8
[数学式.8]
在以上数学式8中，占空比DSCC如下面的数学式9。
数学式9
[数学式.9]
在以上数学式9中，当降压转换器处于接通状态时，VH可指施加的电压而非VIN，并且VL可指当降压转换器处于关断状态时施加的电压而非接地电压。也就是说，VH可指输入到降压转换器的第一开关电容器的输出电压，并且VL可指输入到降压转换器的第二开关电容器的输出电压。
如果使用两个开关电容器和降压转换器的电压转换器电路的最小电感LSCC和开关损耗Ploss_SCC基于以上数学式5至9被获得，则它们可分别通过下面的数学式10和数学式11获得。
数学式10
[数学式.10]
数学式11
[数学式.11]
参照图5a，对于根据以上数学式1至数学式11和表1的每种方法，最小电感值被示出为具有相同的电感器电流纹波。例如，将最小电感值进行比较以获得相同的操作效果(输出纹波的程度)，在510(typ)的情况下，需要约119nH的电感，但在520(Series)的情况下，需要约38nH的电感，并且在530(SCC)的情况下，需要约20nH的电感。也就是说，在根据本公开的各种实施例的使用两个开关电容器和降压转换器的电压转换器电路的情况下，获得相同的操作效果所需的电感值可比510(typ)的情况必定降低到16％的水平。此外，可比单个开关电容器和降压转换器彼此串联连接的520(Series)的情况更大地减小所需的电感值。
参照图5b，在相同条件下，在510(typ)的情况下功率损耗(Ploss)约为110mW，而在520(Series)的情况下可能出现约55mW的功率损耗，并且在530(SCC)的情况下功率损耗可必定减小到约17mW。
根据本公开的各种实施例的包括两个开关电容器和降压转换器的电压转换器电路可仅通过相对较小的电感值在小功率损耗的情况下执行高效电压转换，并且随着所需的电感值减小而减小由于电感器的使用而导致的电路大小和设计成本。
根据实施例，当使用两个开关电容器和降压转换器的电压转换器电路将开关频率设置为高时(例如，在540(SCC Lmin)的情况下)，可进一步减小所需的最小电感值而不增加功率损耗。例如，图5a和图5b示出540(SCC Lmin)增大开关频率，直到出现与520(串联)的情况相同水平的功率损耗为止。例如，540表示与530类似包括两个开关电容器和降压转换器的电压转换器电路将开关频率增大约3.8倍的情况。在这种情况下，出现小于510且类似于520的功率损耗，但是，由于高开关频率，所需的最小电感值可被进一步减小到约5.3nH。
根据本公开的各种实施例，可提供高效电压转换器电路，其中，所述高效电压转换器电路可基于设置减小功率损耗和所需的电感，并且被设置为通过适当地调整功率损耗量和所需的电感值来满足所需条件。
图6是示出根据本公开的各种实施例的电压转换器电路的操作的示图。
根据本公开的各种实施例的电压转换器电路可被应用于各种电子装置和电子装置的内部模块。根据实施例，电压转换器电路可被应用于支持快速充电功能的电子装置，以在快速充电期间减小降压转换器的压力。根据实施例，电压转换器电路被应用于使用锂离子电池的电子装置，以提供高效电压转换，减小电感器(电感)，并提供高效、高集成度系统。根据实施例，电压转换器电路可被应用于电子装置的PMIC等，因此可代替具有大降低比的压降电路。
根据实施例，电压转换器电路可被应用于需要可变电源的动态电压频率缩放(DVFS)系统。
例如，在DVFS系统中，电压转换器电路可对多个开关电容器中的电压转换比(VCR)乘以电池电压的乘积小于输出电压的开关电容器、以及电压转换比乘以电池电压的乘积大于输出电压的开关电容器进行操作。例如，电压转换器电路可将从电子装置的电池提供的输入电压转换为电子装置的处理器(例如，应用处理器(AP))所需的输出电压，并输出该输出电压。
例如，图6示出在电子装置的电池电压(Vbat)从3.3V到4.3V变化并且处理器所需的电压为0.8V到1.2V的情况下，根据多个开关电容器中的每个开关电容器的电压转换比的输出电压。
例如，假设电压转换器电路包括开关电容器，其中，每个开关电容器具有1/6、1/5、1/4、1/3和2/5的电压转换比。例如，如果电池电压为3.3V(在610的情况下)，则每个开关电容器可根据每个电压转换比输出0.55V、0.66V、0.825V、1.1V和1.32V。例如，如果电池电压是3.7V(在620的情况下)，则每个开关电容器可根据每个电压转换比输出约0.62V、0.74V、0.925V、1.23V和1.48V。例如，如果电池电压是4.3V(在630的情况下)，则每个开关电容器可根据每个电压转换比输出约0.72V、0.86V、1.075V、1.43V和1.72V。
根据实施例，电压转换器电路考虑电池电压(例如，输入电压)和处理器所需的电压(例如，输出电压)，从多个开关电容器选择将被连接到降压转换器的两个开关电容器。例如，如果电池电压是3.3V并且处理器所需的电压是0.8V，则电压转换器电路可选择具有1/5VCR的开关电容器和具有1/4VCR(或1/3VCR，考虑到裕度)的开关电容器，并且可将选择的开关电容器连接到降压转换器的高侧输入和低侧输入。例如，如果电池电压是4.3V并且处理器所需的电压是1.2V，则电压转换器电路可选择具有1/4VCR的开关电容器和具有1/3VCR的开关电容器，并且将选择的开关电容器连接到降压转换器的高侧输入和低侧输入。
根据实施例，电压转换器电路可考虑输入电压或输出电压而自适应地选择开关电容器，并且根据条件将选择的开关电容器连接到降压转换器，从而自适应地提供高效电压转换。根据实施例，由于电压转换器电路包括多个开关电容器，但是可显著减小施加在降压转换器(例如，电感器)的两个端子之间的电压并减小电感，因此电压转换器电路可减小具有低集成度的电感器的大小，并且使用具有高集成度的多个开关电容器在没有显著增大电路的大小的情况下提供高效电压转换功能。
图7是示出根据本公开的各种实施例的电压转换器电路的电压转换方法的流程图。根据实施例，电子装置可包括第一开关电容器(例如，图2a和图2b中的SC1、图3中的311)、第二开关电容器(例如，图2a和图2b中的SC2、图3中的312)和转换器(例如，降压转换器(例如，图2a的230、图2b的260、图3的320))。根据实施例，第一开关电容器和第二开关电容器可被电连接到转换器。
在操作710，第一开关电容器(例如，图2a和图2b中的SC1、图3中的311)可产生第一电压。例如，第一开关电容器可对施加的输入电压进行转换以产生第一电压。第一开关电容器可将第一电压施加到转换器。根据实施例，第一开关电容器可提供产生的第一电压，作为转换器的高侧输入。根据实施例，由第一开关电容器产生的第一电压可被设置为大于由第二开关电容器产生的第二电压的大小。
在操作720，第二开关电容器(例如，图2a和图2b中的SC2、图3中的312)可产生第二电压。例如，第二开关电容器可对施加的输入电压进行转换以产生第二电压。第二开关电容器可将第二电压施加到转换器。根据实施例，第二开关电容器可提供产生的第二电压，作为转换器的低侧输入。
在操作730中，转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320)可使用第一电压和第二电压来控制输出电压。根据实施例，转换器可包括降压转换器。根据实施例，转换器可交替地接收第一电压和第二电压。例如，转换器可交替地接收第一电压和第二电压，分别作为高侧输入和低侧输入。根据实施例，转换器可将交替地施加的第一电压和第二电压转换为设置的输出电压，并输出该输出电压。
根据实施例，第一电压和第二电压可具有设置的输出电压和在设置的范围内的值。根据本公开的实施例，可减小施加到转换器的第一电压或第二电压与转换器的输出电压之间的差值，使得转换器中的电感器(电感)的大小可减小，并且可使开关损耗最小化。
图8是示出根据本公开的各种实施例的电压转换器电路的电压转换方法的流程图。根据实施例，电压转换器电路包括具有不同电压转换比的多个开关电容器(例如，图2a中的220、图2b中的250、图3中的311、312、…、31n)和转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320)。根据实施例，转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320)可包括降压转换器。根据实施例，在电压转换器电路中，多个开关电容器(例如，图2a中的220、图2b中的250、图3中的311、312、…、31n)中的每个开关电容器可被选择性地连接到转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320)。例如，电压转换器电路可使用开关电容器(例如，图2a中的220、图2b中的250、图3中的311、312、…、31n)和转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320)顺序地转换输入电压。
在操作810，电压转换器电路(例如，多个开关电容器(例如，图2a和图2b中的SC1和SC2、图3中的311、312、…、31n)中的每个开关电容器)可将输入电压转换为具有不同值的电压。根据实施例，可向多个开关电容器(例如，图2a和图2b中的SC1和SC2、图3中的311、312、…、31n)中的每个开关电容器供应来自电源的输入电压(例如，图2a和2b中的211、图3中的VIN)。例如，可向多个开关电容器(例如，图2a和图2b中的SC1和SC2、图3中的311、312、…、31n)中的每个开关电容器供应来自电子装置的电池的输入电压。例如，输入电压可被输入(施加)到多个开关电容器(例如，图2a和图2b中的SC1和SC2、图3中的311、312、…、31n)中的每个开关电容器。
根据实施例，多个开关电容器(例如，图2a和图2b中的SC1和SC2、图3中的311、312、…、31n)中的每个开关电容器可根据电压转换比对施加的输入电压进行转换并输出。多个开关电容器(例如，图2a和图2b中的SC1和SC2、图3中的311、312、…、31n)中的每个开关电容器输出的电压可以是大于接地电压的电压。根据实施例，多个开关电容器(例如，图2a和图2b中的SC1和SC2、图3中的311、312、…、31n)中的每个开关电容器可将输入电压转换为设置的参考输出电压或在输出电压的设置范围内的电压，并输出该电压。
在操作820，电压转换电路可使从多个开关电容器(例如，图2a和图2b中的SC1和SC2、图3中的311、312、…、31n)的两个选择的开关电容器中的每个开关电容器输出的第一电压和第二电压交替，并且将交替的电压施加到转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320)。
根据实施例，电压转换器电路可将大于参考输出电压的第一电压和小于参考输出电压的第二电压从所述两个开关电容器中的每个开关电容器交替地施加到转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320)。例如，参考输出电压可以是最终被设置为通过电压转换器电路获得的电压值。
例如，所述两个选择的开关电容器中的一个开关电容器可输出大于参考输出电压的第一电压，而另一个开关电容器可输出小于参考输出电压的第二电压。根据实施例，大于参考输出电压的第一电压可被施加到转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320)(例如，降压转换器)的高侧输入，并且小于参考输出电压的第二电压可被施加到转换器的低侧输入。例如，两个电容器可将大于参考输出电压的第一电压和小于参考输出电压的第二电压交替地施加到转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320)。
在操作830，电压转换器电路(例如，转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320))将从两个开关电容器交替施加的第一电压和第二电压转换为与参考输出电压相应的输出电压，并提供(输出)该输出电压。例如，参考输出电压可以是最终被设置为电压转换器电路输出的电压。
根据实施例，电压转换方法还可包括测量输入电压的操作、以及基于所述多个电容器中的每个电容器的电压转换比和输入电压(例如，图3中的311、312、…、31n)选择输出施加到转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320)的电压的两个开关电容器的操作。例如，电压转换器电路(例如，反馈控制器(例如，图3中的370))可在输出大于参考输出电压的电压的开关电容器中，选择输出与参考输出电压具有最小差值的电压的一个开关电容器，并且在输出小于参考输出电压的电压的开关电容器中，选择输出与参考输出电压具有最小差值的电压的一个开关电容器。例如，电压转换器电路(例如，反馈控制器(例如，图3中的370))逐个选择输出略大于参考输出电压的电压和略小于参考输出电压的电压的开关电容器，以控制施加到转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320)(例如，降压转换器)的电压。例如，电压转换器电路可控制施加到转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320))的电压，以使施加在转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320)两端(例如，降压转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320)的输入端子和输出端子)的电压最小化，并减小损耗功率(例如，开关损耗)。
根据实施例，电压转换方法还可包括测量输出电压的操作以及基于输出电压与参考输出电压之间的差值来选择输出将被施加到转换器(例如，图2a中的230、图2中的260、图3中的320)的电压的两个开关电容器的操作。根据实施例，电压转换器电路(例如，图3中的反馈控制器370)根据输出电压的变化和变化量断开当前选择的开关电容器中的至少一个开关电容器，并且选择其它开关电容器并将选择的开关电容器连接到降压转换器(例如，图2a中的230、图2b中的260、图3中的320)。例如，当输出电压比参考输出电压大特定值时，电压转换器电路(例如，反馈控制器(例如，图3中的370))可选择电压转换比大于当前选择的开关电容器的电压转换比的两个开关电容器。例如，当输出电压比参考输出电压小特定值时，电压转换器电路(例如，反馈控制器(例如，图3中的370))可选择电压转换比小于当前选择的开关电容器的电压转换比的两个开关电容器。
根据各种实施例，电压转换方法的操作顺序不限于以上描述，并且可根据实施例被进行各种改变，并且至少一个操作可被同时执行。例如，选择输出将被施加到转换器(例如，降压转换器)的电压的两个开关电容器的操作可在操作810之前、在操作810与操作820之间、在操作820与操作830之间或在操作830之后被执行。例如，电压转换器电路可在操作810至操作830期间连续地或周期性地测量输入电压和输出电压。
本公开中使用的术语“模块”可指例如包括例如硬件、软件或固件中的至少一个或它们的任意组合的单元。“模块”可与诸如单元、逻辑、逻辑块、组件或电路的术语互换使用。“模块”可以是一体形成的组件的最小单元或部分。“模块”可以是执行至少一个功能的最小单元或部分。“模块”可被机械地或电子地实现。例如，根据本公开的示例实施例的“模块”可包括例如但不限于执行已知的或将被开发的任何操作的专用处理器、CPU、专用集成电路(ASIC)芯片、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑器件等中的至少一个。
根据各种示例实施例，根据本公开的方法的至少一部分(例如，操作)或装置的至少一部分(例如，装置的模块或功能)可用存储在计算机可读存储介质中的指令以例如编程模块的形式来实现。当所述指令由至少一个处理器(例如，处理器120)执行时，所述至少一个处理器可执行与所述指令相应的功能。计算机可读存储介质可以是例如存储器130。编程模块的至少一部分可由例如处理器120来实现(例如，执行)。编程模块的至少一部分可包括例如执行至少一个功能的模块、程序、例程、指令集或进程。
计算机可读存储介质可包括磁介质(诸如，硬盘、软盘和磁带)、光学介质(诸如，光盘只读存储器(CD-ROM)和数字通用盘(DVD))、磁光介质(诸如，软光盘)以及专门被形成为存储和执行程序指令(例如，编程模块)的硬件装置(诸如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存)。此外，程序指令可包括可由计算机使用解释器执行的高级语言代码以及由编译器产生的机器语言代码。为了执行本公开的操作，上述硬件装置可被形成为按照至少一个软件模块进行操作，反之亦然。
根据本公开的模块或编程模块可包括前述元件中的至少一个元件，可省略一些元件，或者还可包括附加的其它元件。由根据本公开的模块、编程模块或另一元件执行的操作可用顺序、并行、重复或启发式方式来执行。此外，一些操作可以按照不同的顺序被执行，可被省略，或者可添加其它操作。
尽管已经在本公开和附图中示出了本公开的示例实施例，并且已经使用了特定术语，但是所述特定术语以一般含义被使用以帮助理解本公开而不是限制本公开的范围。对本公开所属领域中的技术人员将显而易见的是，除了在此公开的示例实施例之外，在不脱离本公开的范围的情况下可进行各种修改。

Claims (18)

1.一种电压转换器电路，包括：
多个开关电容器；
降压转换器，被构造为被交替地供应从自所述多个开关电容器选择的两个开关电容器中的第一开关电容器输出的第一电压和从所述两个开关电容器中的第二开关电容器输出的第二电压，将供应的第一电压或第二电压转换为输出电压，并提供该输出电压；以及
反馈控制器，被构造为从所述多个开关电容器中选择所述两个开关电容器以最小化施加到降压转换器的电压与该输出电压之间的差，
其中，所述多个开关电容器中的每个开关电容器的输出端子被选择性地电连接到降压转换器的输入端子。
2.如权利要求1所述的电压转换器电路，其中，所述多个开关电容器中的每个开关电容器具有不同的电压转换比。
3.如权利要求1所述的电压转换器电路，其中，第一电压和第二电压中的一个被设置为降压转换器的高侧输入，并且第一电压和第二电压中的另一个被设置为降压转换器的低侧输入。
4.如权利要求1所述的电压转换器电路，其中，所述多个开关电容器中的每个开关电容器被构造为将输入电压转换为在参考输出电压的设置范围内的电压，并输出该电压。
5.如权利要求4所述的电压转换器电路，其中，第一开关电容器被构造为将输入电压转换为第一电压，并输出第一电压，其中，第一电压大于所述参考输出电压；以及
第二开关电容器被构造为将输入电压转换为第二电压，并输出第二电压，其中，第二电压小于所述参考输出电压。
6.如权利要求1所述的电压转换器电路，其中，反馈控制器被构造为测量供应给所述多个开关电容器的输入电压，并基于输入电压和所述多个开关电容器中的每个开关电容器的电压转换比来选择所述两个开关电容器。
7.如权利要求6所述的电压转换器电路，其中，反馈控制器被构造为从被构造为基于输入电压和电压转换比将输入电压转换为大于参考输出电压的电压并输出该电压的开关电容器中选择输出与所述参考输出电压具有最小差值的电压的一个开关电容器，并且
从被构造为将输入电压转换为小于所述参考输出电压的电压并输出该电压的开关电容器中选择输出与所述参考输出电压具有最小差值的电压的一个开关电容器。
8.如权利要求1所述的电压转换器电路，其中，反馈控制器被构造为测量输出电压并且基于输出电压与参考输出电压之间的差值来选择所述两个开关电容器。
9.如权利要求1所述的电压转换器电路，其中，反馈控制器被构造为测量施加到所述多个开关电容器的输入电压，并基于输入电压和电压转换比根据预设表来选择所述两个开关电容器。
10.一种电子装置，包括：
第一开关电容器，被构造为产生第一电压；
第二开关电容器，被构造为产生第二电压；
转换器，包括降压转换器，并且被构造为被电连接到第一开关电容器和第二开关电容器；以及
反馈控制器，被构造为从多个开关电容器中选择第一开关电容器和第二开关电容器以最小化施加到降压转换器的电压与降压转换器的输出电压之间的差，
其中，降压转换器被构造为被交替地供应第一电压和第二电压，将供应的第一电压或第二电压转换为所述输出电压，并提供所述输出电压。
11.如权利要求10所述的电子装置，其中，第一电压的幅值大于第二电压的幅值。
12.如权利要求10所述的电子装置，其中，第一电压被提供作为降压转换器的高侧输入，并且第二电压被提供作为降压转换器的低侧输入。
13.如权利要求10所述的电子装置，还包括：
第三开关电容器，被构造为产生第三电压；其中，反馈控制器被构造为基于施加到第一开关电容器、第二开关电容器和第三开关电容器的输入电压、输出电压以及第一电压、第二电压和第三电压来选择所述第一开关电容器和所述第二开关电容器。
14.一种电压转换器电路的电压转换方法，其中，电压转换器电路包括多个开关电容器以及降压转换器，其中，每个开关电容器具有不同的电压转换比，所述方法包括：
由所述多个开关电容器中的每个开关电容器将输入电压转换为具有不同值的电压；
将从自所述多个开关电容器选择的两个开关电容器中的第一开关电容器输出的第一电压和从所述两个开关电容器中的第二开关电容器输出的第二电压交替地施加到降压转换器；
由降压转换器将施加的第一电压或第二电压转换为与参考输出电压相应的输出电压；并且
输出该输出电压，
其中，所述方法还包括：从所述多个开关电容器中选择输出第一电压的第一开关电容器和输出第二电压的第二开关电容器以最小化施加到降压转换器的电压与该输出电压之间的差。
15.如权利要求14所述的方法，其中，在转换为具有不同值的电压时，
由所述多个开关电容器中的每个开关电容器将输入电压转换为在所述参考输出电压的设置范围内的电压。
16.如权利要求14所述的方法，其中，第一电压是大于所述参考输出电压的电压，并且第二电压是小于所述参考输出电压的电压。
17.如权利要求14所述的方法，还包括：
测量输入电压；
其中，选择步骤包括：基于输入电压和所述多个开关电容器中的每个开关电容器的电压转换比来选择所述第一开关电容器和所述第二开关电容器。
18.如权利要求14所述的方法，还包括：
测量输出电压；
其中，选择步骤包括：基于输出电压与所述参考输出电压之间的差值来选择所述第一开关电容器和所述第二开关电容器。
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