CN113972834B - 谐振切换式电源转换器 - Google Patents

Abstract

一种谐振切换式电源转换器，包含：多个电容；多个开关；至少一充电电感；至少一放电电感；以及一预充电路，用以于该谐振切换式电源转换器操作于一预充模式时，控制该多个开关中的一第一开关，以控制一输入电压与该多个电容的一第一电容的电连接关系，并控制其他该多个开关，而将该多个电容切换成彼此并联或彼此串联的电连接关系，以于该第一电容的压降低于一预设电压时，将每一该电容的压降充电至该预设电压；该谐振切换式电源转换器于该预充模式结束后，操作于该谐振电压转换模式，以将该输入电压转换为该输出电压。

Description

谐振切换式电源转换器

技术领域

本发明涉及一种谐振切换式电源转换器，特别涉及一种能够预先充电的谐振切换式电源转换器。

背景技术

图1显示已知的电源转换器。于充电操作中，开关Q1、Q2、Q3、Q4导通，开关Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10不导通，使得电容C1、C2、C3彼此串联于输入电压Vin及输出电压Vout之间。于放电操作中，开关Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10导通，开关Q1、Q2、Q3、Q4不导通，使得电容C1、C2、C3彼此并联于接地电位及输出电压Vout之间。此已知的电源转换器的电容会具有非常大的涌浪电流(inrush current)。

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种创新的电源转换器。

发明内容

于一观点中，本发明提供一种谐振切换式电源转换器，用以将一输入电压转换为一输出电压，该谐振切换式电源转换器包含：多个电容；多个开关，与该多个电容对应耦接，用以切换所对应的该电容的电连接关系；至少一充电电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；至少一放电电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；以及一预充电路，用以于该谐振切换式电源转换器操作于一预充模式时，控制该多个开关中的一第一开关，以控制该输入电压与该多个电容的一第一电容的电连接关系，并控制其他该多个开关，而将该多个电容切换成彼此并联或彼此串联的电连接关系，以于该第一电容的压降低于一预设电压时，将每一该电容的压降充电至该预设电压；其中，该第一开关电连接于该输入电压与该第一电容之间；其中，于一谐振电压转换模式中，一充电操作信号与至少一放电操作信号，分别用以对应操作该多个开关，以切换该多个开关所对应的该电容的电连接关系，而使该谐振切换式电源转换器于该预充模式结束后，操作于该谐振电压转换模式，以将该输入电压转换为该输出电压；其中，于该谐振电压转换模式中，该充电操作信号与该至少一放电操作信号，分别各自切换至一导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，以使该谐振电压转换模式的一充电程序与至少一放电程序彼此不重叠；其中，在该充电程序中，通过该充电操作信号控制该多个开关的切换，使该多个电容与该至少一充电电感串联于该输入电压与该输出电压之间，以形成一充电路径；其中，在该至少一放电程序中，通过该至少一放电操作信号控制该多个开关的切换，使每一该电容与对应的该放电电感串联于该输出电压与一接地电位间，而同时形成或轮流形成多个放电路径；其中，该充电程序与该至少一放电程序彼此重复地交错排序，以将该输入电压转换为该输出电压。

于一实施例中，该预设电压为该输出电压的一目标电压。

于一实施例中，该预充电路包括：一放大电路，用以根据该第一开关的一开关输出端的电压与一上升斜坡信号，而产生一差异放大信号，其中该开关输出端与该第一电容电连接；一斜坡电路，用以产生该上升斜坡信号；以及一预充控制电路，用以根据该差异放大信号，产生一预充控制信号，以控制该第一开关，而于该预充模式中，根据该上升斜坡信号的上升速率，将每一该电容充电至该预设电压。

于一实施例中，该预充电路还包含一预放电路，用以于该第一电容的压降高于该预设电压时，将每一该电容放电至该预设电压。

于一实施例中，该预充电路还包含一电压侦测电路，其耦接于该预充控制电路与该输入电压之间，用以侦测该输入电压，当该输入电压高于一参考电压时，使能该预充控制电路，而起始该预充模式。

于一实施例中，该至少一充电电感为单一个充电电感，该至少一放电电感为单一个放电电感。

于一实施例中，该单一个充电电感的电感值相等于该单一个放电电感的电感值。

于一实施例中，该至少一充电电感与该至少一放电电感为单一个相同电感。

于一实施例中，该充电程序具有一充电谐振频率，且该放电程序具有一放电谐振频率，且该充电谐振频率与该放电谐振频率相同。

于一实施例中，该充电程序具有一充电谐振频率，且该放电程序具有一放电谐振频率，且该充电谐振频率与该放电谐振频率不同。

于一实施例中，该谐振切换式电源转换器为双向谐振切换式电源转换器。

于一实施例中，该谐振切换式电源转换器的该输入电压与该输出电压的电压转换比率为4:1、3:1或2:1。

于另一观点中，本发明提供一种谐振切换式电源转换器，用以将一输入电压转换为一输出电压，该谐振切换式电源转换器包含：至少一谐振腔，该谐振腔具有彼此串联的一谐振电容与一谐振电感；多个开关，与该至少一谐振腔对应耦接，于一谐振电压转换模式中，分别根据对应的一第一谐振操作信号与一第二谐振操作信号，以切换所对应的该谐振腔的电连接关系而对应一第一谐振程序与一第二谐振程序，其中于该第一谐振程序中，对所对应的该谐振腔进行谐振充电，其中于该第二谐振程序中对所对应的该谐振腔进行谐振放电；至少一非谐振电容，与该至少一谐振腔耦接，于该谐振电压转换模式中，该第一谐振操作信号与该第二谐振操作信号切换该非谐振电容与该至少一谐振腔的电连接关系，且该非谐振电容的跨压，维持与该输入电压成一固定比例；以及一预充电路，用以于该谐振切换式电源转换器操作于一预充模式时，控制该多个开关中的一第一开关，以控制该输入电压与该至少一谐振腔的电连接关系，并控制其他该多个开关，而于该预充模式中的多个预充子阶段中，切换该谐振电容与该至少一非谐振电容的电连接关系，以分别将该谐振电容及该至少一非谐振电容充电至对应的一预设电压；其中，该第一开关电连接于该输入电压与该谐振电容之间；其中，于该谐振电压转换模式中，该第一谐振操作信号与该第二谐振操作信号，分别各自切换至一导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，以使该第一谐振程序与该第二谐振程序彼此不重叠；其中，该谐振切换式电源转换器于该预充模式结束后，操作于该谐振电压转换模式，该第一谐振程序与该第二谐振程序彼此重复地交错排序，以将该输入电压转换为该输出电压。

于一实施例中，该预充电路包括：一放大电路，用以根据该第一开关的一开关输出端的电压与一上升斜坡信号，而产生一差异放大信号，其中该开关输出端与该谐振电容电连接；一斜坡电路，用以产生该上升斜坡信号；以及一预充控制电路，用以根据该差异放大信号，产生一预充控制信号，以控制该第一开关，而于该预充模式的该预充子阶段中，根据该上升斜坡信号的上升速率，将该谐振电容及该至少一非谐振电容充电至所对应的该预设电压。

于一实施例中，该预充电路还包括一电压侦测电路，其耦接于该预充控制电路与该输入电压之间，用以侦测该输入电压，当该输入电压高于一参考电压时，使能该预充控制电路，而起始该预充模式。

本发明的一个优点在于本发明可利用现有的开关达到预充电操作模式及热插入功能且无需额外的热插入开关及热插入控制器。

本发明的另一个优点在于本发明可无需额外的前端电压调节器以进行柔性启动(soft-start)且可降低涌浪电流。

本发明的又一个优点在于本发明可降低电压应力且可支持平行操作以用于多相式谐振切换式电容转换器(RSCC)。

以下通过具体实施例详加说明，会更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为已知的电源转换器的示意图。

图2是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换器的电路示意图。

图3是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换器中的预充电路的电路示意图。

图4是根据本发明的另一实施例显示一谐振切换式电源转换器中的预充电路的电路示意图。

图5A是根据本发明的另一实施例显示一谐振切换式电源转换器的电路示意图。

图5B是根据本发明的另一实施例显示一谐振切换式电源转换器的预充模式中的相关信号的信号波形示意图。

图5C是根据本发明的另一实施例显示一谐振切换式电源转换器的谐振电压转换模式中的相关信号的信号波形示意图。

图5D是显示一无设置预充电路的谐振切换式电源转换器的相关信号的信号波形示意图。

图6是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换器的电路示意图。

图7是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换器的电路示意图。

图8A-图8D是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换器的电路示意图。

图9A、图9B及图9C是根据本发明的一实施例显示谐振电压转换模式的一充电程序与放电程序的对应的操作信号与对应的电感电流的信号波形示意图。

图9D是根据本发明的一实施例显示谐振电压转换模式的一充电程序与放电程序的对应的操作信号与对应的电容电流的信号波形示意图。

图中符号说明

20，50，60，70，80：谐振切换式电源转换器

201，501，601，701，801：预充电路

2011：放大器

2012：斜坡电路

2013：预充控制电路

2014：电压侦测电路

2015：预放电路

2016：充电电路

202，502，602，702，802：控制器

803，804：谐振腔

C1～C3：电容

Co：输出电容

Csp：电容

G1：第一谐振操作信号

G2：第二谐振操作信号

GA：充电操作信号

GB，GB1，GB2，GB3：放电操作信号

IL2：放电电感电流

IL3：充电电感电流

Ic1：电容C1电流

Iin：输入电流

Is1，Is2：电流源

L1：电感

L2：(放电)电感

L3：(充电)电感

P1～P3：预充控制信号

Q1～Q10：开关

R1～R4：分压电阻

RL：负载电阻

S1，S2：开关

T1，T2，T3：期间

Vc1：电容C1电压

Vc2：电容C2电压

Vc3：电容C3电压

Vin：输入电压

Vout：输出电压

Vref1：参考电压

Vref2，Vref2’：电压

具体实施方式

本发明中的附图均属示意，主要意在表示各电路间的耦接关系，以及各信号波形之间的关系，至于电路、信号波形与频率则并未依照比例绘制。

图2是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换器的电路示意图。如图2所示，本发明的谐振切换式电源转换器20包含电容C1、C2、C3、开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、电感L1、预充电路201以及控制器202。开关Q1-Q3分别与对应的电容C1-C3串联，而开关Q4与电感L1串联。应注意的是，本发明的谐振切换式电源转换器中的电容数量并不限于本实施例的三个，也可为二个或四个以上，本实施例所显示的元件数量仅用以说明本发明并不用限制本发明。于一实施例中，电感L1可为可变电感。

如图2所示，开关Q5的一端耦接至开关Q1与电容C1之间的节点，开关Q6的一端耦接至开关Q2与电容C2之间的节点，而开关Q7的一端耦接至开关Q3与电容C3之间的节点。开关Q8的一端耦接至电容C1与开关Q2之间的节点，开关Q9的一端耦接至电容C2与开关Q3之间的节点，而开关Q10的一端耦接至电容C3与开关Q4之间的节点。如图2所示，开关Q5-Q7的另一端共同电连接至一节点后，耦接至开关Q4与电感L1之间的节点，开关Q8-Q10的另一端共同耦接至接地电位。电感L1的另一端耦接至输出电压Vout，开关Q1的另一端耦接至输入电压Vin。预充电路201耦接于电容C1与开关Q1之间的节点、输入电压Vin与开关Q1之间的节点以及开关的输入端。

预充电路201用以于谐振切换式电源转换器20操作于一预充模式时，控制开关Q1，以控制输入电压Vin与电容C1的电连接关系，并控制其他的开关Q2-Q10，而将电容C1-C3切换成彼此并联或彼此串联的电连接关系，以于电容C1的压降低于一预设电压时，将每一电容C1-C3的压降充电至预设电压。

于一实施例中，前述预设电压与输入电压具有固定的比例关系。前述预设电压可为输出电压Vout的一目标电压例如但不限于四分之一输入电压Vin。上述将电容C1-C3切换成彼此并联或彼此串联的电连接关系例如使开关Q2-Q4导通并使开关Q5-Q10不导通，以使电容C1-C3彼此串联，或者例如使开关Q5-Q10导通，并使开关Q2-Q4不导通，以使电容C1-C3彼此并联。

谐振切换式电源转换器20于该预充模式结束后将会操作于谐振电压转换模式，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。控制器202用以产生用于谐振电压转换模式的充电操作信号GA及放电操作信号GB，以分别对应谐振电压转换模式的一充电程序与一放电程序，而于谐振电压转换模式中操作对应的多个开关Q1-Q10，以切换所对应的电容C1-C3的电连接关系。于一实施例中，本发明的谐振切换式电源转换器20从输入电压Vin之后的整个电路可进行热插入(hot swap)。

需说明的是，预充模式于谐振切换式电源转换器20操作于谐振电压转换模式之前，先将电容C1-C3预先充电至预设电压，以避免涌浪电流。因此，图2所示意的充电操作信号GA及放电操作信号GB仅适用于谐振电压转换模式，而在预充模式中，各开关的操作则如上所述，与充电操作信号GA及放电操作信号GB无关。

参照图3，其是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换器中的预充电路的电路示意图。如图3所示，预充电路201可包含放大电路2011、斜坡电路2012、预充控制电路2013及电压侦测电路2014。放大电路2011用以根据开关Q1的一开关输出端的电压与一上升斜坡信号，而产生一差异放大信号，其中该开关输出端与电容C1电连接。放大电路2011的反相输入端经由分压电阻R3耦接至电容C1与开关Q1之间的节点，而放大电路2011的非反相输入端耦接至斜坡电路2012。斜坡电路2012用以产生该上升斜坡信号。于一实施例中，斜坡电路2012包含一电流源，用以对电容Csp进行充电，以提升电容Csp高压侧节点的电压Vref2’。预充控制电路2013耦接至开关Q1的输入端、电压侦测电路2014的输出端及放大电路2011的输出端。预充控制电路2013用以根据该差异放大信号，产生一预充控制信号，以控制开关Q1，而于该预充模式中，根据该上升斜坡信号的上升速率，将每一电容C1-C3充电至该预设电压。电压侦测电路2014耦接于预充控制电路2013与输入电压Vin之间，用以侦测输入电压Vin，当输入电压Vin高于一参考电压Vref1时，使能预充控制电路2013，而起始该预充模式。电压侦测电路2014经由分压电阻R1耦接至输入电压Vin。

再请参照图4，其是根据本发明的另一实施例显示一谐振切换式电源转换器中的预充电路的电路示意图。如图4所示，于一实施例中，预充电路201可还包含预放电路2015，用以于电容C1的压降高于该预设电压时，将每一电容C1-C3放电至该预设电压。预放电路2015可包含电流源Is2以及开关S2，当预放电路2015接收到预充控制电路2013的指令信号时，开关S2会导通，以促使电流源Is2对电容C1-C3进行放电。于一实施例中，预充电路201可还包含充电电路2016，用以对电容C1-C3进行充电。充电电路2016可包含电流源Is1以及开关S1，当充电电路2016接收到预充控制电路2013的指令信号时，开关S1会导通，以促使电流源Is1对电容C1-C3进行充电。充电电路2016可用于缓启动(soft start)谐振切换式电源转换器20，防止启动时的涌浪电流，且在预充模式中有电压缓升的功能。必需注意的是，当涌浪电流产生时，谐振切换式电源转换器20的过电流保护功能会被使能，可能会发生电源不启动的问题。充电电路2016的缓启动可以避免前述电源不启动的问题。图4的放大电路2011、斜坡电路2012、预充控制电路2013及电压侦测电路2014类似于图3的放大电路2011、斜坡电路2012、预充控制电路2013及电压侦测电路2014，故不赘述。

再参考图2，于预充模式结束后谐振切换式电源转换器20会操作于谐振电压转换模式，于谐振电压转换模式中，开关Q1-Q10可根据控制器202所产生的充电操作信号GA及放电操作信号GB，切换所对应的电容C1-C3与电感L1的电连接关系。在该谐振电压转换模式的一充电程序中，根据充电操作信号GA，开关Q1-Q4为导通，开关Q5-Q10为不导通，使得电容C1-C3彼此串联后与电感L1串联于输入电压Vin与输出电压Vout之间，以形成一充电路径。在该谐振电压转换模式的一放电程序中，根据放电操作信号GB，开关Q5-Q10导通，开关Q1-Q4不导通，使电容C1、电容C2及电容C3彼此并联后串联电感L1，而形成多个放电路径。应注意的是，该谐振电压转换模式的上述充电程序与上述放电程序于不同的时间段重复地交错进行，而非同时进行。其中，充电程序与放电程序的每一个彼此重复地交错排序，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。于本实施例中，每个电容C1、C2、C3的直流偏压均为Vo，故本实施例中的电容C1、C2、C3需要耐较低的额定电压，故可使用较小体积的电容器。

于一实施例中，充电操作信号GA于电感L1的电流趋近于零时进行位准切换，由此开关可于流经开关的电流在其正半波相对较低位准的时点切换，以达成柔性切换。在一种较佳的实施例中，可达到零电流切换(zero current switch，ZCS)。于一实施例中，上述充电程序的持续时间小于特定比例的工作周期一段预设期间，例如小于百分之二十五的工作周期一段预设期间；由此提前不导通开关Q1-Q4后仍维持有微小的电流，流经电感L1，因此，即可将开关Q10中，储存于其中的寄生电容的累积电荷通过开关Q4的寄生二极管带走，而降低开关Q10的跨压，以达到柔性切换。在一种较佳的实施例中，调整预设期间，而达到零电压切换(zero voltage switch，ZVS)。于一实施例中，相对地，上述放电程序的持续时间大于特定比例的工作周期一段预设期间，例如大于百分之七十五的工作周期一段预设期间；由此，延后不导通开关Q5-Q10后电感L1的负电流会通过开关Q5的寄生二极管而对开关Q1的寄生电容进行充电，而降低开关Q1的跨压，以达到柔性切换。在一种较佳的实施例中，调整预设期间，而达到零电压切换(zero voltage switch，ZVS)。

于一实施例中，上述谐振切换式电源转换器20可为双向谐振切换式电源转换器。所谓双向谐振切换式电源转换器，是指输入端(提供输入电压Vin)与输出端(提供输出电压Vout)的角色对调，意即在如图2所示的实施例中，谐振切换式电源转换器20可将输出电压Vout转换为输入电压Vin。于一实施例中，上述谐振切换式电源转换器20的输入电压Vin与输出电压Vout的电压转换比率可为4:1、3:1或2:1。于一实施例中，谐振切换式电源转换器20的电压转换比率可弹性地加以调整，例如于谐振电压转换模式的充电程序与放电程序中，通过选择将开关Q7保持导通，并选择将开关Q10及Q4保持不导通，则可将谐振切换式电源转换器20的电压转换比率调整为3:1。同样地，例如可选择将开关Q6保持导通，并选择将开关Q9、Q3、Q7、Q10及Q4保持不导通，则可将谐振切换式电源转换器20的电压转换比率调整为2:1。

图5A是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换器的电路示意图。本实施例与图2的实施例的不同在于本实施例采用一充电电感L3及一放电电感L2，本实施例是多个电容共享一充电电感或一放电电感，由此无论电容数量为多少，都只需要一个充电电感及一个放电电感，可减少电感的数量。如图5A所示，本发明的谐振切换式电源转换器50包含电容C1、C2、C3、开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、充电电感L3、放电电感L2、预充电路501以及控制器502。开关Q1-Q3分别与对应的电容C1-C3串联，而开关Q4与充电电感L3串联。应注意的是，本发明的谐振切换式电源转换器中的电容数量并不限于本实施例的三个，也可为二个或四个以上，本实施例所显示的元件数量仅用以说明本发明并不用限制本发明。于一实施例中，充电电感L3的电感值可等于放电电感L2的电感值。

如图5A所示，开关Q5的一端耦接至开关Q1与电容C1之间的节点，开关Q6的一端耦接至开关Q2与电容C2之间的节点，而开关Q7的一端耦接至开关Q3与电容C3之间的节点。开关Q8的一端耦接至电容C1与开关Q2之间的节点，开关Q9的一端耦接至电容C2与开关Q3之间的节点，而开关Q10的一端耦接至电容C3与开关Q4之间的节点。如图5A所示，开关Q5-Q7的另一端共同电连接至一节点后，串联至放电电感L2。开关Q8-Q10的另一端共同耦接至接地电位。充电电感L3及放电电感L2的另一端共同耦接至输出电压Vout，开关Q1的另一端耦接至输入电压Vin。

预充电路501用以于谐振切换式电源转换器50操作于一预充模式时，控制开关Q1，以控制输入电压Vin与电容C1的电连接关系，并控制其他的开关Q2-Q10，而将电容C1-C3切换成彼此并联或彼此串联的电连接关系，以于电容C1的压降低于一预设电压时，将每一电容C1-C3的压降充电至预设电压。前述预设电压可为输出电压Vout的一目标电压例如但不限于四分之一输入电压Vin。上述将电容C1-C3切换成彼此并联或彼此串联的电连接关系例如使开关Q2-Q4导通并使开关Q5-Q10不导通，以使电容C1-C3彼此串联，或者例如使开关Q5-Q10导通，并使开关Q2-Q4不导通，以使电容C1-C3彼此并联。谐振切换式电源转换器50于该预充模式结束后将会操作于谐振电压转换模式，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。本实施例的预充电路501可采用图3或图4的预充电路架构加以实施。控制器502用以产生用于谐振电压转换模式的充电操作信号GA及放电操作信号GB，以分别对应谐振电压转换模式的一充电程序与一放电程序，而于谐振电压转换模式中操作对应的多个开关Q1-Q10，以切换所对应的电容C1-C3的电连接关系。

于预充模式结束后谐振切换式电源转换器50会操作于谐振电压转换模式，于谐振电压转换模式中，开关Q1-Q10可根据控制器502所产生的充电操作信号GA及放电操作信号GB，切换所对应的电容C1-C3与充电电感L3及放电电感L2的电连接关系。在谐振电压转换模式的一充电程序中，根据充电操作信号GA，开关Q1-Q4为导通，开关Q5-Q10为不导通，使得电容C1-C3彼此串联后与充电电感L3串联于输入电压Vin与输出电压Vout之间，以形成一充电路径。在谐振电压转换模式的一放电程序中，根据放电操作信号GB，开关Q5-Q10导通，开关Q1-Q4不导通，使电容C1、电容C2及电容C3彼此并联后串联放电电感L2，而形成多个放电路径。应注意的是，谐振电压转换模式的上述充电程序与上述放电程序于不同的时间段重复地交错进行，而非同时进行。在一种较佳的实施例中，该充电程序的持续时间与该放电程序的持续时间彼此不重叠。其中，充电程序与放电程序彼此重复地交错排序，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。于本实施例中，每个电容C1、C2、C3的直流偏压均为Vo，故本实施例中的电容C1、C2、C3相对于现有技术，在相同的输入电压与输出电压的应用中，仅需要承受较低的额定电压，故可使用较小体积的电容器。

于一实施例中，谐振电压转换模式的上述充电程序的充电谐振频率与上述放电程序的放电谐振频率相同。于一实施例中，谐振电压转换模式的上述充电程序的充电谐振频率与上述放电程序的放电谐振频率不同。于一实施例中，上述谐振切换式电源转换器50可为双向谐振切换式电源转换器。于一实施例中，上述谐振切换式电源转换器50的输入电压Vin与输出电压Vout的电压转换比率可为4:1、3:1或2:1。

于一实施例中，谐振电压转换模式的上述充电程序的持续时间(Ton1)与上述充电程序的充电谐振频率(fr1)相关。于一较佳实施例中，谐振电压转换模式的上述充电程序的持续时间(Ton1)与充电程序的充电谐振电流的正半波相关，例如开关Q1-Q4的导通时点及不导通时点大致上同步于谐振电压转换模式的充电程序的一充电谐振电流的正半波的起始时点及结束时点。于一实施例中，谐振电压转换模式的上述放电程序的持续时间(Ton2)与上述放电程序的放电谐振频率(fr2)相关。于一较佳实施例中，谐振电压转换模式的上述放电程序的持续时间(Ton2)与放电程序的放电谐振电流的正半波相关，例如开关Q5-Q10的导通时点及不导通时点大致上同步于谐振电压转换模式的放电程序的一放电谐振电流的正半波的起始时点及结束时点。

由于充电操作信号GA于充电电感L3或放电电感L2的电流趋近于零时进行位准切换，由此可于流经开关的电流皆在其正半波相对较低位准的时点切换，以达成柔性切换。在一种较佳的实施例中，可达到零电流切换(zero current switch，ZCS)。

此外需说明的是：因电路零件的本身的寄生效应或是零件间相互的匹配不一定为理想，因此，虽然欲使充电程序的持续时间等于放电程序的持续时间(也就是于此实施例中充电程序的持续时间为百分之五十的工作周期)，以达到柔性切换(soft switching)的零电流切换。但实际可能并无法准确地为百分之五十的工作周期，而仅是接近百分之五十的工作周期，亦即，根据本发明，可接受由于电路的不理想性而使充电程序的持续时间与百分之五十的工作周期间具有一定程度的误差，此即前述的放电至“大致上”为百分之五十的工作周期之意，本文中其他提到“大致上”之处亦同。

于一实施例中，谐振电压转换模式的上述充电程序的持续时间小于特定比例的工作周期一段预设期间，例如小于百分之五十的工作周期一段预设期间；由此提前不导通开关Q1-Q4后仍维持有微小的电流，流经充电电感L3，因此，即可将开关Q10中，储存于其中的寄生电容的累积电荷通过开关Q4的寄生二极管带走，而降低开关Q10的跨压，以达到柔性切换。在一种较佳的实施例中，调整预设期间，而达到零电压切换(zero voltage switch，ZVS)。于一实施例中，相对地，谐振电压转换模式的上述放电程序的持续时间大于特定比例的工作周期一段预设期间，例如大于百分之五十的工作周期一段预设期间；由此，延后不导通开关Q5-Q10后放电电感L2的负电流会通过开关Q5的寄生二极管而对开关Q1的寄生电容进行充电，而降低开关Q1的跨压，以达到柔性切换。在一种较佳的实施例中，调整预设期间，而达到零电压切换。于一实施例中，本发明的谐振切换式电源转换器50从输入电压Vin之后的整个电路可进行热插入(hot swap)。

需说明的是，预充模式于谐振切换式电源转换器50操作于谐振电压转换模式之前，先将电容C1-C3预先充电至预设电压，以避免涌浪电流。因此，图5A所示意的充电操作信号GA及放电操作信号GB仅适用于谐振电压转换模式，而在预充模式中，各开关的操作则如上所述，与充电操作信号GA及放电操作信号GB无关。

图5B是根据本发明的另一实施例显示一谐振切换式电源转换器的预充模式中的相关信号的信号波形示意图。输出电压Vout、电容C1电压Vc1、输入电流Iin如图5B所示。由图5B可知，于预充模式中输出电压Vout及电容C1电压Vc1均呈线性稳定地上升。

图5C是根据本发明的另一实施例显示一谐振切换式电源转换器的谐振电压转换模式中的相关信号的信号波形示意图。图5D是显示一无设置预充电路的谐振切换式电源转换器的相关信号的信号波形示意图。输出电压Vout、电容C1电压Vc1、电容C1电流Ic1、输入电流Iin、充电电感电流IL3、放电电感电流IL2如图5C及图5D所示。参照图5C及5D可知，当图5A的谐振切换式电源转换器没有设置预充电路时在刚进入谐振电压转换模式时会发生涌浪电流(如图5D所示)，而本发明设置预充电路可使刚进入谐振电压转换模式时避免涌浪电流的问题产生(如图5C所示)。

图6是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换器中的电路示意图。如图6所示，本发明的谐振切换式电源转换器60包含电容C1、C2、C3、开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、电感L1、L2、L3、预充电路601以及控制器602。开关Q1-Q3分别与对应的电容C1-C3串联，而电容C1-C3分别与对应的电感L1-L3串联。应注意的是，本发明的谐振切换式电源转换器中的电容数量并不限于本实施例的三个，也可为二个或四个以上，且电感数量也不限于本实施例的三个，也可为二个或四个以上，本实施例所显示的元件数量仅用以说明本发明并不用限制本发明。

如图6所示，开关Q5的一端耦接至开关Q1与电容C1之间的节点，开关Q6的一端耦接至开关Q2与电容C2之间的节点，而开关Q7的一端耦接至开关Q3与电容C3之间的节点。开关Q8的一端耦接至电感L1与开关Q2之间的节点，开关Q9的一端耦接至电感L2与开关Q3之间的节点，而开关Q10的一端耦接至电感L3与开关Q4之间的节点。如图6所示，开关Q5-Q7的另一端则共同耦接至输出电压Vout。开关Q8-Q10的另一端共同耦接至接地电位。开关Q4耦接于电感L3与输出电压Vout之间，开关Q1的一端耦接至输入电压Vin。

预充电路601用以于谐振切换式电源转换器60操作于一预充模式时，控制开关Q1，以控制输入电压Vin与电容C1的电连接关系，并控制其他的开关Q2-Q10，而将电容C1-C3切换成彼此并联或彼此串联的电连接关系，以于电容C1的压降低于一预设电压时，将每一电容C1-C3的压降充电至预设电压。前述预设电压可为输出电压Vout的一目标电压例如但不限于四分之一输入电压Vin。上述将电容C1-C3切换成彼此并联或彼此串联的电连接关系例如使开关Q2-Q4导通并使开关Q5-Q10不导通，以使电容C1-C3彼此串联，或者例如使开关Q5-Q10导通，并使开关Q2-Q4不导通，以使电容C1-C3彼此并联。谐振切换式电源转换器60于该预充模式结束后将会操作于谐振电压转换模式，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。本实施例的预充电路601可采用图3或图4的预充电路架构加以实施。控制器602用以产生用于谐振电压转换模式的充电操作信号GA及放电操作信号GB，以分别对应谐振电压转换模式的一充电程序与一放电程序，而于谐振电压转换模式中操作对应的多个开关Q1-Q10，以切换所对应的电容C1-C3的电连接关系。

于预充模式结束后谐振切换式电源转换器60会操作于谐振电压转换模式，于谐振电压转换模式中，开关Q1-Q10可根据控制器602所产生的充电操作信号GA及放电操作信号GB，切换所对应的电容C1-C3与电感L1-L3的电连接关系。在谐振电压转换模式的一充电程序中，根据充电操作信号GA，开关Q1-Q4为导通，开关Q5-Q10为不导通，使得电容C1-C3与电感L1-L3彼此串联于输入电压Vin与输出电压Vout之间，以形成一充电路径。在谐振电压转换模式的一放电程序中，根据放电操作信号GB，开关Q5-Q10导通，开关Q1-Q4不导通，使电容C1与对应的电感L1串联于输出电压Vout与接地电位间，电容C2与对应的电感L2串联于输出电压Vout与接地电位间，电容C3与对应的电感L3串联于输出电压Vout与接地电位间，而形成多个放电路径。应注意的是，谐振电压转换模式的上述充电程序与上述放电程序于不同的时间段交错进行，而非同时进行。其中，谐振电压转换模式的充电程序与放电程序彼此重复地交错排序，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。于本实施例中，每个电容C1、C2、C3的直流偏压均为Vo，故本实施例中的电容C1、C2、C3需要耐较低的额定电压，故可使用较小体积的电容器。

于一实施例中，由于充电操作信号GA于电感L1、L2、L3的电流趋近于零时进行位准切换，由此开关可于流经开关的电流在其正半波相对较低位准的时点切换，以达成柔性切换。在一种较佳的实施例中，可达到零电流切换(zero current switch，ZCS)。

于一实施例中，谐振电压转换模式的上述充电程序具有一充电谐振频率，上述放电程序具有一放电谐振频率。于一较佳实施例中，上述充电谐振频率与上述放电谐振频率相同。于一实施例中，本发明的谐振切换式电源转换器60从输入电压Vin之后的整个电路可进行热插入(hot swap)。

需说明的是，预充模式于谐振切换式电源转换器60操作于谐振电压转换模式之前，先将电容C1-C3预先充电至预设电压，以避免涌浪电流。因此，图6所示意的充电操作信号GA及放电操作信号GB仅适用于谐振电压转换模式，而在预充模式中，各开关的操作则如上所述，与充电操作信号GA及放电操作信号GB无关。

图7是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换器中的电路示意图。图7中的电容C1-C3、充电电感L3、放电电感L2、开关Q1-Q10的配置与图5A类似，故不赘述。本实施例与图5A的实施例的不同在于本实施例将放电程序分成多个放电程序轮流进行，且控制器702用以产生用于谐振电压转换模式的充电操作信号GA、放电操作信号GB1、GB2、GB3，以分别对应一充电程序与多个放电程序，而操作对应的多个开关Q1-Q10，以切换所对应的电容C1-C3的电连接关系。

预充电路701用以于谐振切换式电源转换器70操作于一预充模式时，控制开关Q1，以控制输入电压Vin与电容C1的电连接关系，并控制其他的开关Q2-Q10，而将电容C1-C3切换成彼此并联或彼此串联的电连接关系，以于电容C1的压降低于一预设电压时，将每一电容C1-C3的压降充电至预设电压。前述预设电压可为输出电压Vout的一目标电压例如但不限于四分之一输入电压Vin。上述将电容C1-C3切换成彼此并联或彼此串联的电连接关系例如使开关Q2-Q4导通并使开关Q5-Q10不导通，以使电容C1-C3彼此串联，或者例如使开关Q5-Q10导通，并使开关Q2-Q4不导通，以使电容C1-C3彼此并联。谐振切换式电源转换器70于该预充模式结束后将会操作于谐振电压转换模式，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。本实施例的预充电路701可采用图3或图4的预充电路架构加以实施。

于预充模式结束后谐振切换式电源转换器70会操作于谐振电压转换模式，于谐振电压转换模式中，开关Q1-Q10可根据控制器702所产生的充电操作信号GA、放电操作信号GB1、GB2、GB3，切换所对应的电容C1-C3与充电电感L3及放电电感L2的电连接关系。于一实施例中，充电操作信号GA与放电操作信号GB1、GB2、GB3，分别各自切换至一导通位准一段导通期间，上述多个段导通期间彼此不重叠。

举例而言，在谐振电压转换模式的一充电程序中，根据充电操作信号GA，开关Q1-Q4为导通，开关Q5-Q10为不导通，使得电容C1-C3彼此串联后与充电电感L3串联于输入电压Vin与输出电压Vout之间，以形成一充电路径。在谐振电压转换模式的多个放电程序中，分别根据放电操作信号GB1、GB2、GB3，开关Q5-Q10分别轮流导通，开关Q1-Q4不导通，使电容C1、电容C2及电容C3分别轮流串联放电电感L2，而形成多个放电路径。也就是说，多个放电程序轮流形成对应的放电路径。例如，于谐振电压转换模式的第一放电程序中，根据放电操作信号GB1，开关Q5及Q8导通，开关Q1-Q4、Q6-Q7及Q9-Q10不导通，使电容C1串联放电电感L2于接地电位与输出电压Vout之间，而形成一第一放电路径；于谐振电压转换模式的第二放电程序中，根据放电操作信号GB2，开关Q6及Q9导通，开关Q1-Q5、Q7、Q8及Q10不导通，使电容C2串联放电电感L2于接地电位与输出电压Vout之间，而形成第二放电路径；于谐振电压转换模式的第三放电程序中，根据放电操作信号GB3，开关Q7及Q10导通，开关Q1-Q6及Q8-Q9不导通，使电容C3串联放电电感L2于接地电位与输出电压Vout之间，而形成第三放电路径。

应注意的是，谐振电压转换模式的上述充电程序与上述第一放电程序、第二放电程序与第三放电程序于不同的时间段重复地交错进行，而非同时进行。其中，谐振电压转换模式的充电程序与上述三个放电程序彼此重复地交错排序，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout，亦即，一个充电程序结束后，接着第一放电程序、第二放电程序、第三放电程序轮流执行，再接着执行充电程序，以此类推。

于本实施例中，每个电容C1、C2、C3的直流偏压均为Vo，故本实施例中的电容C1、C2、C3相对于现有技术，在相同的输入电压与输出电压的应用中，仅需要承受较低的额定电压，故可使用较小体积的电容器。

于一实施例中，谐振电压转换模式的上述充电程序的充电谐振频率与上述多个放电程序的放电谐振频率相同。于一实施例中，谐振电压转换模式的上述充电程序的充电谐振频率与上述多个放电程序的放电谐振频率不同。于一实施例中，上述谐振切换式电源转换器70可为双向谐振切换式电源转换器。于一实施例中，上述谐振切换式电源转换器70的输入电压Vin与输出电压Vout的电压转换比率可为4:1、3:1或2:1。

于上述实施例中，由于充电操作信号GA于充电电感L3或放电电感L2的电流趋近于零时进行位准切换，由此可于流经开关的电流皆在其正半波相对较低位准的时点切换，以达成柔性切换。在一种较佳的实施例中，可达到零电流切换(zero current switch，ZCS)。

于一实施例中，谐振电压转换模式的上述充电程序的持续时间小于百分之二十五的工作周期一段预设期间；由此提前不导通开关Q1-Q4后仍维持有微小的电流，流经充电电感L3，因此，即可将开关Q10中，储存于其中的寄生电容的累积电荷通过开关Q4的寄生二极管放电，而降低开关Q10的跨压，以达到柔性切换。在一种较佳的实施例中，调整上述预设期间，而达到零电压切换(zero voltage switch，ZVS)。于一实施例中，相对地，谐振电压转换模式的上述多个放电程序的最后一个的持续时间大于百分之二十五的工作周期一段预设期间；由此，延后不导通开关Q7及Q10后放电电感L2的负电流会通过开关Q5的寄生二极管而对开关Q1的寄生电容进行充电，而降低开关Q1的跨压，以达到柔性切换。在一种较佳的实施例中，调整上述预设期间，而达到零电压切换。于一实施例中，本发明的谐振切换式电源转换器70从输入电压Vin之后的整个电路可进行热插入(hot swap)。

需说明的是，预充模式于谐振切换式电源转换器70操作于谐振电压转换模式之前，先将电容C1-C3预先充电至预设电压，以避免涌浪电流。因此，图7所示意的充电操作信号GA及放电操作信号GB1、GB2、GB3仅适用于谐振电压转换模式，而在预充模式中，各开关的操作则如上所述，与充电操作信号GA及放电操作信号GB1、GB2、GB3无关。

图8A-图8D是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换器的电路示意图。如图8A所示，谐振切换式电源转换器80包含谐振电容C1、C3、至少一非谐振电容C2、开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、谐振电感L1、L2、预充电路801以及控制器802。

预充电路801用以于谐振切换式电源转换器操作于一预充模式时，控制开关Q1，以控制输入电压Vin与该至少一谐振腔803的谐振电容C1的电连接关系，并控制其他开关Q2-Q10，而于预充模式中的多个预充子阶段中，将谐振电容C1、C3与该至少一非谐振电容C2切换成彼此并联的电连接关系，以分别将该谐振电容C1、C3及该至少一非谐振电容C2充电至对应的一预设电压。本实施例的预充电路801可采用图3或图4的预充电路架构加以实施。本实施例的预充电路801中的预充控制电路可于预充模式中的预充子阶段，根据上升斜坡信号的上升速率，将谐振电容及至少一非谐振电容充电至所对应的预设电压。于一实施例中，例如如图8A所示，根据预充电路801所产生的预充控制信号P1，于第一预充子阶段中，将开关Q1-Q4、Q6、Q8、Q10导通，并将开关Q5、Q7、Q9不导通，以使谐振电容C1、C3及非谐振电容C2彼此并联，以对谐振电容C1、C3及非谐振电容C2进行充电至预设电压例如但不限于四分之一输入电压Vin；接续，例如如图8B所示，根据预充电路801所产生的预充控制信号P2，于第二预充子阶段中，将开关Q1-Q2、Q6、Q8、Q10导通，并将开关Q3、Q4、Q5、Q7、Q9不导通，以使谐振电容C1及非谐振电容C2彼此并联，以对谐振电容C1及非谐振电容C2进行充电至预设电压例如但不限于二分之一输入电压Vin；之后，例如如图8C所示，根据预充电路801所产生的预充控制信号P3，于第三预充子阶段中，将开关Q1、Q6、Q8、Q10导通，并将开关Q2、Q3、Q4、Q5、Q7、Q9不导通，以对谐振电容C1进行充电至预设电压例如但不限于四分之三输入电压Vin。于一实施例中，前述预设电压与输入电压具有固定的比例关系。前述预设电压可为例如但不限于四分之一输入电压Vin、二分之一输入电压Vin或四分之三输入电压Vin。开关Q1电连接于输入电压Vin与谐振电容C1之间。

如图8D所示，控制器802用以产生用于谐振电压转换模式的第一谐振操作信号G1、第二谐振操作信号G2，以分别对应一第一谐振程序与一第二谐振程序，而操作对应的多个开关Q1-Q10，以切换所对应的谐振电容C1、C3及非谐振电容C2的电连接关系。谐振切换式电源转换器80包含至少一谐振腔，例如谐振腔803及804，谐振腔803具有彼此串联的一谐振电容C1与一谐振电感L1，而谐振腔804具有彼此串联的一谐振电容C3与一谐振电感L2。开关Q1-Q10与至少一谐振腔803、804对应耦接，于一谐振电压转换模式中，分别根据对应的一第一谐振操作信号G1与一第二谐振操作信号G2，以切换所对应的该谐振腔803、804的电连接关系而对应一第一谐振程序与一第二谐振程序。于该第一谐振程序中，对所对应的谐振腔803、804进行谐振充电，于该第二谐振程序中对所对应的谐振腔803、804进行谐振放电。至少一非谐振电容C2与至少一谐振腔803、804耦接，于该谐振电压转换模式中，第一谐振操作信号G1与第二谐振操作信号G2切换该非谐振电容C2与该至少一谐振腔803、804的电连接关系。非谐振电容C2的跨压维持与输入电压Vin成一固定比例，例如在本实施例中为二分之一输入电压Vin。谐振切换式电源转换器于预充模式结束后，操作于谐振电压转换模式，该第一谐振程序与该第二谐振程序彼此重复地交错排序，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。于该谐振电压转换模式中，第一谐振操作信号G1与第二谐振操作信号G2分别各自切换至一导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，以使该第一谐振程序与该第二谐振程序彼此不重叠。于第一谐振程序中，根据第一谐振操作信号G1，开关Q1、Q3、Q5、Q8、Q9导通，开关Q2、Q4、Q6、Q7、Q10不导通，使得谐振腔803的谐振电容C1与谐振电感L1串联于输入电压Vin与输出电压Vout之间，且使得非谐振电容C2与谐振腔804的谐振电容C3及谐振电感L2串联于接地电位与输出电压Vout之间，而对谐振电容C1及C3进行充电，并对非谐振电容C2进行放电。于第二谐振程序中，根据第二谐振操作信号G2，开关Q2、Q4、Q6、Q7、Q10导通，开关Q1、Q3、Q5、Q8、Q9不导通，使得非谐振电容C2与谐振腔803的谐振电容C1及谐振电感L1串联于接地电位与输出电压Vout之间，且使谐振腔804的谐振电容C3与谐振电感L2串联于接地电位与输出电压Vout之间，而对谐振电容C1、C3进行放电，并对非谐振电容C2进行充电。

有关具有如图8A-图8D所示的谐振腔803与804的谐振切换式电源转换器80的操作方式，此为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述。于一实施例中，本发明的谐振切换式电源转换器80从输入电压Vin之后的整个电路可进行热插入(hot swap)。

图9A是根据本发明的一实施例显示谐振电压转换模式的一充电程序与放电程序的对应的操作信号与对应的电感电流的信号波形示意图。请同时参阅图5A，图9A所示的实施例中，开关Q1～Q4的充电操作信号GA于充电程序时为高位准，而开关Q5～Q10的放电操作信号GB于放电程序时为高位准。于图9A的实施例中，充电程序的持续时间大致上为百分之五十的工作周期；由此，开关Q1可于流经开关的电流在其正半波相对较低位准的时点切换，也就是在充电电感L3的电流为零电流时切换，以达成柔性切换。在一种较佳的实施例中，可达到零电流切换。

图9B及图9C是根据本发明的另一实施例显示谐振电压转换模式的一充电程序与放电程序的对应的操作信号与对应的电感电流的信号波形示意图。请同时参阅图5A，图9B所示的实施例中，开关Q1～Q4的充电操作信号GA于充电程序时为高位准，而开关Q5～Q10的放电操作信号GB于放电程序时为高位准。于图9B的实施例中，充电程序的持续时间大致上为小于百分之五十的工作周期一段预设期间T1；由此，提前不导通开关Q1-Q4后仍维持有微小的电流流经充电电感L3，因此，即可将开关Q10中，储存于其中的寄生电容的累积电荷通过开关Q4的寄生二极管带走，而降低开关Q10的跨压，以达到柔性切换。在一种较佳的实施例中，调整预设期间T1，而达到零电压切换。请同时参阅图5A，图9C所示的实施例中，开关Q1～Q4的充电操作信号GA于充电程序时为高位准，开关Q5～Q10的放电操作信号GB于放电程序时为高位准。于图9C的实施例中，放电程序的持续时间大致上为大于百分之五十的工作周期一段预设期间T2；由此，延后不导通开关Q5-Q10后放电电感L2的负电流会通过开关Q5的寄生二极管而对开关Q1的寄生电容进行充电，而降低开关Q1的跨压，以达到柔性切换。在一种较佳的实施例中，调整预设期间T2，而达到零电压切换。于一实施例中，应注意的是，图9B及图9C的实施例可一起实施或仅实施其中一个。此外，请参照图9D，其是根据本发明的另一实施例显示谐振电压转换模式的一充电程序与放电程序的对应的操作信号与对应的电容电流的信号波形示意图。请同时参照图5A，如图9D所示，可调整充电程序的持续时间与放电程序的持续时间例如加入延迟时间Td，而更具弹性地调整输入电压Vin与输出电压Vout的比例并调整谐振频率。

本发明如上所述提供了一种谐振切换式电源转换器，其通过特殊的电路设计可利用现有的开关达到预充电操作模式及热插入功能、无需额外的热插入开关及热插入控制器、无需额外的前端电压调节器以进行柔性启动(soft-start)、可降低涌浪电流、可降低电压应力且可支持平行操作以用于多相式谐振切换式电容转换器(RSCC)。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的最广的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用，举例而言，两个或以上的实施例可以组合运用，而一实施例中的部分组成也可用以取代另一实施例中对应的组成部件。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，举例而言，本发明所称“根据某信号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的信号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。

Claims (17)

1.一种谐振切换式电源转换器，用以将一输入电压转换为一输出电压，该谐振切换式电源转换器包含：

多个电容；

多个开关，与该多个电容对应耦接，用以切换所对应的该电容的电连接关系；

至少一充电电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；

至少一放电电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；以及

一预充电路，用以于该谐振切换式电源转换器操作于一预充模式时，控制该多个开关中的一第一开关，以控制该输入电压与该多个电容的一第一电容的电连接关系，并控制其他该多个开关，而将该多个电容切换成彼此并联或彼此串联的电连接关系，以于该第一电容的压降低于一预设电压时，将每一该电容的压降充电至该预设电压；

其中，该第一开关电连接于该输入电压与该第一电容之间；

其中，于一谐振电压转换模式中，一充电操作信号与至少一放电操作信号，分别用以对应操作该多个开关，以切换该多个开关所对应的该电容的电连接关系，而使该谐振切换式电源转换器于该预充模式结束后，操作于该谐振电压转换模式，以将该输入电压转换为该输出电压；

其中，于该谐振电压转换模式中，该充电操作信号与该至少一放电操作信号，分别各自切换至一导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，以使该谐振电压转换模式的一充电程序与至少一放电程序彼此不重叠；

其中，在该充电程序中，通过该充电操作信号控制该多个开关的切换，使该多个电容与该至少一充电电感串联于该输入电压与该输出电压之间，以形成一充电路径；

其中，在该至少一放电程序中，通过该至少一放电操作信号控制该多个开关的切换，使每一该电容与对应的该放电电感串联于该输出电压与一接地电位间，而同时形成或轮流形成多个放电路径；

其中，该充电程序与该至少一放电程序彼此重复地交错排序，以将该输入电压转换为该输出电压。

2.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换器，其中，该预设电压为该输出电压的一目标电压。

3.如权利要求2所述的谐振切换式电源转换器，其中，该预充电路包括：

一放大电路，用以根据该第一开关的一开关输出端的电压与一上升斜坡信号，而产生一差异放大信号，其中该开关输出端与该第一电容电连接；

一斜坡电路，用以产生该上升斜坡信号；以及

一预充控制电路，用以根据该差异放大信号，产生一预充控制信号，以控制该第一开关，而于该预充模式中，根据该上升斜坡信号的上升速率，将每一该电容充电至该预设电压。

4.如权利要求1或3所述的谐振切换式电源转换器，其中，该预充电路还包括一预放电路，用以于该第一电容的压降高于该预设电压时，将每一该电容放电至该预设电压。

5.如权利要求3所述的谐振切换式电源转换器，其中，该预充电路还包含一电压侦测电路，其耦接于该预充控制电路与该输入电压之间，用以侦测该输入电压，当该输入电压高于一参考电压时，使能该预充控制电路，而起始该预充模式。

6.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换器，其中，该至少一充电电感为单一个充电电感，该至少一放电电感为单一个放电电感。

7.如权利要求6所述的谐振切换式电源转换器，其中，该单一个充电电感的电感值相等于该单一个放电电感的电感值。

8.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换器，其中，该至少一充电电感与该至少一放电电感为单一个相同电感。

9.如权利要求1或6所述的谐振切换式电源转换器，其中，该充电程序具有一充电谐振频率，且该放电程序具有一放电谐振频率，且该充电谐振频率与该放电谐振频率相同。

10.如权利要求1、6、7或8所述的谐振切换式电源转换器，其中，该充电程序具有一充电谐振频率，且该放电程序具有一放电谐振频率，且该充电谐振频率与该放电谐振频率不同。

11.如权利要求1、6、7或8所述的谐振切换式电源转换器，其中，该谐振切换式电源转换器为双向谐振切换式电源转换器。

12.如权利要求1、6、7或8所述的谐振切换式电源转换器，其中，该谐振切换式电源转换器的该输入电压与该输出电压的电压转换比率为4:1、3:1或2:1。

13.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换器，其中，该预设电压与该输入电压具有固定的比例关系。

14.一种谐振切换式电源转换器，用以将一输入电压转换为一输出电压，该谐振切换式电源转换器包含：

至少一谐振腔，该谐振腔具有彼此串联的一谐振电容与一谐振电感；

多个开关，与该至少一谐振腔对应耦接，于一谐振电压转换模式中，分别根据对应的一第一谐振操作信号与一第二谐振操作信号，以切换所对应的该谐振腔的电连接关系而对应一第一谐振程序与一第二谐振程序，其中于该第一谐振程序中，对所对应的该谐振腔进行谐振充电，其中于该第二谐振程序中对所对应的该谐振腔进行谐振放电；

至少一非谐振电容，与该至少一谐振腔耦接，于该谐振电压转换模式中，该第一谐振操作信号与该第二谐振操作信号切换该非谐振电容与该至少一谐振腔的电连接关系，且该非谐振电容的跨压，维持与该输入电压成一固定比例；以及

一预充电路，用以于该谐振切换式电源转换器操作于一预充模式时，控制该多个开关中的一第一开关，以控制该输入电压与该至少一谐振腔的电连接关系，并控制其他该多个开关，而于该预充模式中的多个预充子阶段中，切换该谐振电容与该至少一非谐振电容的电连接关系，以分别将该谐振电容及该至少一非谐振电容充电至对应的一预设电压；

其中，该第一开关电连接于该输入电压与该谐振电容之间；

其中，于该谐振电压转换模式中，该第一谐振操作信号与该第二谐振操作信号，分别各自切换至一导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，以使该第一谐振程序与该第二谐振程序彼此不重叠；

其中，该谐振切换式电源转换器于该预充模式结束后，操作于该谐振电压转换模式，该第一谐振程序与该第二谐振程序彼此重复地交错排序，以将该输入电压转换为该输出电压。

15.如权利要求14所述的谐振切换式电源转换器，其中，该预充电路包括：

一放大电路，用以根据该第一开关的一开关输出端的电压与一上升斜坡信号，而产生一差异放大信号，其中该开关输出端与该谐振电容电连接；

一斜坡电路，用以产生该上升斜坡信号；以及

一预充控制电路，用以根据该差异放大信号，产生一预充控制信号，以控制该第一开关，而于该预充模式中的该预充子阶段，根据该上升斜坡信号的上升速率，将该谐振电容及该至少一非谐振电容充电至所对应的该预设电压。

16.如权利要求15所述的谐振切换式电源转换器，其中，该预充电路还包含一电压侦测电路，其耦接于该预充控制电路与该输入电压之间，用以侦测该输入电压，当该输入电压高于一参考电压时，使能该预充控制电路，而起始该预充模式。

17.如权利要求14所述的谐振切换式电源转换器，其中，该预设电压与该输入电压具有固定的比例关系。

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