CN114552972A - 切换式电容转换电路及其中的切换转换单元 - Google Patents

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CN114552972A CN202110900576.3A CN202110900576A CN114552972A CN 114552972 A CN114552972 A CN 114552972A CN 202110900576 A CN202110900576 A CN 202110900576A CN 114552972 A CN114552972 A CN 114552972A
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Abstract

一种切换式电容转换电路及其中的切换转换单元。该切换式电容转换电路包括多个电容器及多个开关，多个开关用以基于一切换周期而周期性地切换该多个电容器，于一第一时段，多个开关控制第一电容器电连接于第一电源与第二电源之间，且控制第二电容器与第三电容器串联而电连接于第二电源与一接地电位之间；于一第二时段，多个开关控制第一电容器与第二电容器串联而电连接于第二电源与接地电位之间，且控制第三电容器与第二电源并联而电连接；由此使得该第二电源的一第二电流与该第一电源的一第一电流的比值为4。

Description

切换式电容转换电路及其中的切换转换单元
技术领域
本发明涉及一种切换式电容转换电路，特别涉及一种可选择不同转换倍率切换式电容转换电路。本发明还涉及一种用于切换式电容转换电路的切换转换单元。
背景技术
图1显示一种现有技术的充电系统1000，其中N倍切换式电容转换器100用以通过通过至少一电容器(如电容器CFLY)的切换，而进行第一电源(对应于第一电压V1与第一电流I1)与第二电源(对应于第二电压V2与第二电流I2)之间的转换，N倍切换式电容转换器100可设定其第一电压V1与第二电压V2之间的倍数N，N例如为第一电压V1与第二电压V2的比值，同时也是第二电流I2与第一电流I1的比值，可设定为2倍或4倍。
如图1所示，在一种典型的应用中，N倍切换式电容转换器100例如用以做为充电电路，将例如符合USB Type C规范的适配器30提供的第一电源转换为第二电源，而对电池20充电。请同时参阅图2，适配器30提供的第一电流I1的路径上具有诸多寄生电阻，例如连接器、连接在线的寄生电阻(Rcn、Rwr)，或者负载开关的导通电阻，因此，当第一电流I1愈高，则由寄生电阻所产生的能量损耗愈高，另一方面，如将第二电流I2与第一电流I1的比值N提高，则可以较低的第一电流I1转换为相同的第二电流I2(对应为充电电流)，因此，可有效降低寄生电阻所产生的能量损耗。
图3显示一种现有技术的切换式电容转换器300，其配置了前后级耦接的2个切换转换单元131与132，切换单元131与132例如各具有2倍的电流转换倍率，亦即，切换转换单元131的输出电流I12为第一电流I1的2倍，而切换转换单元132的输出电流(对应于第二电流I2)为切换转换单元131的输出电流I12的2倍。
图3的现有技术的切换式电容转换器300，其缺点在于，由于较高的电压转换倍率，使得切换转换单元131中的开关Q21～Q28，都需为可耐高电压的开关。就另一观点而言，对于切换转换单元131与132中，需要耐高电压的开关，占了开关总数量(Q21～Q28，Q31～Q38)的1/2，因而成本无法降低。
本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种新的切换式电容转换电路，可支持多种电流与电压转换倍数，且仅需少量的可耐高电压的开关，可有效降低成本与电路尺寸。
发明内容
于一观点中，本发明提供一种切换式电容转换电路，用以将一第一电源转换为一第二电源或将该第二电源转换为该第一电源，该切换式电容转换电路包含：至少一切换转换单元；以及一控制电路，用以控制该切换转换单元；该切换转换单元包括：多个电容器，包括第一电容器、第二电容器以及第三电容器；以及多个开关，用以基于一切换周期而周期性地切换该多个电容器；其中于一4倍转换模式下，于该切换周期中的一第一时段，该多个开关控制该第一电容器电连接于该第一电源与该第二电源之间，且控制该第二电容器与该第三电容器串联而电连接于该第二电源与一接地电位之间；其中于该切换周期中的一第二时段，该多个开关控制该第一电容器与该第二电容器串联而电连接于该第二电源与该接地电位之间，且控制该第三电容器与该第二电源并联而电连接；由此周期性操作而进行该第一电源与该第二电源之间的电源转换，使得于该4倍转换模式下，该第一电源的一第一电压与该第二电源的一第二电压的比值为4，且该第二电源的一第二电流与该第一电源的一第一电流的比值为4。
于又一观点中，本发明提供一种切换转换单元，用以将一第一电源转换为一第二电源或将该第二电源转换为该第一电源，该切换转换单元包含：多个电容器，包括第一电容器、第二电容器以及第三电容器；以及多个开关，用以基于一切换周期而周期性地切换该多个电容器；其中于一4倍转换模式下，于该切换周期中的一第一时段，该多个开关控制该第一电容器电连接于该第一电源与该第二电源之间，且控制该第二电容器与该第三电容器串联而电连接于该第二电源与一接地电位之间；其中于该切换周期中的一第二时段，该多个开关控制该第一电容器与该第二电容器串联而电连接于该第二电源与该接地电位之间，且控制该第三电容器与该第二电源并联而电连接；由此周期性操作而进行该第一电源与该第二电源之间的电源转换，使得于该4倍转换模式下，该第一电源的一第一电压与该第二电源的一第二电压的比值为4，且该第二电源的一第二电流与该第一电源的一第一电流的比值为4。
于一实施例中，于该4倍转换模式下，于一稳态时，该第一电容器的跨压、该第二电容器的跨压与该第三电容器的跨压的比值为3:2:1。
于一实施例中，该多个开关包括第一至第八开关，该第一开关、该第二开关、该第三开关、该第四开关依序串联耦接于该第一电源与该第二电源之间，且依序两两耦接于第一节点、第二节点与第三节点，该第五开关与该第六开关串联于该第二电源与该接地电位之间且彼此耦接于第四节点，该第七开关与该第八开关串联于该第二电源与该接地电位之间且彼此耦接于第五节点；其中该第一电容器耦接于该第一节点与该第四节点之间，该第二电容器耦接于该第二节点与该第五节点之间，该第三电容器耦接于该第三节点与该第四节点之间；其中于该4倍转换模式下，于该第一时段，该第一开关、该第三开关、该第五开关与该第八开关导通，且该第二开关、该第四开关、该第六开关与该第七开关为不导通，以控制该第一电容器电连接于该第一电源与该第二电源之间，且控制该第二电容器与该第三电容器串联而电连接于该第二电源与该接地电位之间；其中于该第二时段，该第一至该第八开关的每一开关以反相于该第一时段的状态而操作，以控制该第一电容器与该第二电容器串联而电连接于该第二电源与该接地电位之间，且控制该第三电容器与该第二电源并联而电连接；由此周期性操作而进行该第一电源与该第二电源之间的电源转换。
于一实施例中，于一2倍转换模式下，该第二开关与第三开关恒导通；其中于该2倍转换模式下，于该切换周期的一第一时段，该第一开关、该第五开关与该第七开关导通，且该第四开关、该第六开关与该第八开关不导通，以控制该第一电容器、该第二电容器与该第三电容器并联而电连接于该第一电源与该第二电源之间；其中于该切换周期的一第二时段，该第一开关与该第四至该第八开关的每一开关以反相于该第一时段的状态而操作，以控制该第一电容器、该第二电容器与该第三电容器并联而电连接于该第二电源与该接地电位之间；由此周期性操作而使得该第一电压与该第二电压的比值为2，且该第二电源的一第二电流与该第一电源的一第一电流的比值为2。
于一实施例中，于一3倍转换模式下，于该切换周期的一第一时段，该第一开关、该第二开关、该第四开关、该第六开关与该第七开关导通，且该第三开关、该第五开关与该第八开关不导通，以控制该第一电容器电连接于该第一电源与该接地电位之间，该第二电容器与该第三电容器串联而电连接于该第一电源与该第二电源之间；其中于该切换周期的一第二时段，该第一至该第八开关的每一开关以反相于该第一时段的状态而操作，以控制该第一电容器的第一端浮接，该第一电容器的第二端电连接于该第二电源，该第二电容器与该第三电容器串联而电连接于该第二电源与该接地电位之间；由此周期性操作而使得该第一电压与该第二电压的比值为3，且该第二电源的一第二电流与该第一电源的一第一电流的比值为3。
于一实施例中，该第一开关包括彼此串联的一第一晶体管与一第二晶体管，其中该第一晶体管的本体二极管与该第二晶体管的本体二极管彼此反向。
于一实施例中，于一旁通模式下，该第一至第四开关导通，且该第五至第八开关不导通，使得该第一电源与第二电源彼此直接电连接。
于一实施例中，该至少一切换转换单元包括第一切换转换单元与第二切换转换单元，并联于该第一电源与该第二电源之间，该第一切换转换单元与该第二切换转换单元以交错相位方式切换各自对应的该多个开关，而进行该第一电源与该第二电源之间的电源转换。
于一实施例中，第一部分的该多个开关具有第一耐压，且于电源转换操作中承受的电压峰值为第一峰值电压，且另外第二部分的该多个开关具有第二耐压，且于电源转换操作中承受的电压峰值为第二峰值电压，其中该第一峰值电压为该第二峰值电压的2倍。
于一实施例中，该第一部分的该多个开关的数量少于该多个开关总数的1/2，且该第二部分的该多个开关的数量多于该多个开关总数的1/2。
于一实施例中，于该4倍转换模式中，该第一部分的该多个开关包括该第二开关与该第三开关，该第二部分的该多个开关包括该第一开关与第四至第八开关。
于一实施例中，该第一峰值电压、该第二峰值电压、该第一耐压、第二耐压的大小具有以下的关系：第一耐压>该第一峰值电压>第二耐压>该第二峰值电压。
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、特点及其所实现的效果。
附图说明
图1显示一种现有技术的充电系统与其中的N倍切换式电容转换器的电路方块图。
图2显示对应于图1的效率特性曲线图。
图3显示一种现有技术的N倍切换式电容转换器的电路示意图。
图4显示本发明的切换式电容转换电路的一电路方块图。
图5A与图5B显示根据本发明的切换式电容转换电路中，切换转换单元的具体实施例及其操作的示意图。
图6显示根据本发明的切换式电容转换电路的一实施例的操作波形图。
图7A与图7B显示根据本发明的切换式电容转换电路中，切换转换单元的具体实施例及其操作的示意图。
图8显示根据本发明的切换式电容转换电路的一实施例的操作波形图。
图9A与图9B显示根据本发明的切换式电容转换电路中，切换转换单元的具体实施例及其操作的示意图。
图10显示根据本发明的切换式电容转换电路的一实施例的操作波形图。
图11显示根据本发明的切换式电容转换电路中，切换转换单元的具体实施例及其操作的示意图。
图12显示本发明的切换式电容转换电路的一实施例的电路方块图。
图中符号说明
100：N倍切换式电容转换器
1100：切换转换单元
1211，1212：切换转换单元
131，132：切换转换单元
14，150，170，190：切换转换单元
20：电池
200：充电系统
300，400：切换式电容转换器
50：控制电路
BST：自举电压
C1，C2，C3：电容器
CB1：电容器
CFLY：电容器
Co：电容器
Da，Db：本体二极管
DBT：二极管
dQ11～dQ18：控制信号
I1：第一电流
I12：输出电流
I2：第二电流
N1～N5：节点
PH1：第一时段
PH2：第二时段
Q0：开关
Q11～Q18：开关
Q11a，Q11b：晶体管
Rcn，Rwr：寄生电阻
Ts：切换周期
V1：第一电压
V2：第二电压
VBUS：总线电源
VC1，VC2，VC3：跨压
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4显示本发明的切换式电容转换电路的一电路方块图。在一实施例中，切换式电容转换电路400用以将第一电源(对应于第一电压V1与第一电流I1)转换为第二电源(对应于第二电压V2与第二电流I2)或将第二电源转换为第一电源，切换式电容转换电路400包含至少一切换转换单元(如图4所示的切换转换单元14)以及控制电路50。切换转换单元14包括多个电容器(如C1～Cm，m为大于等于2的整数)以及多个开关(如S1～Sk，k为大于等于2的整数)，多个开关用以基于切换周期Ts而周期性地切换多个电容器以电容式电源转换方式，进行第一电源与第二电源之间的转换。控制电路50则用以控制切换转换单元14。
在一实施例中，第一电源例如由符合USB Type C规范的适配器提供，第二电源例如用以对电池充电。在一实施例中，第一电流I1与第二电流I2都为恒定电流，第二电流I2为第一电流I1的N倍，其中N为大于等于1的自然数。在由适配器提供恒定的第一电流I1，而产生恒定的第二电流以对电池充电的情况下，第一电压V1的位准由第二电压V2(对应为电池电压)所决定，具体而言，第一电压V1为第二电压V2的N倍，在充电的过程中，由于电池电压为随充电过程而变，因此，第一电压V1与第二电压V2都也随着充电过程而变化。
在另一实施例中，第一电压V1与第二电压V2都为恒定电压，第一电压V1为第二电压V2的N倍。
在其他实施例中，第二电压V2例如对应于电池所提供的电池电压，切换转换单元14可将电池电压转换为第一电源而对外部负载供电，此操作例如对应于USB OTG(On TheGo)操作。
图5A与图5B显示根据本发明的切换式电容转换电路中，切换转换单元的具体实施例及其操作的示意图。
在一实施例中，切换转换单元150包括电容器C1(对应于第一电容器)、电容器C2(对应于第二电容器)以及电容器C3(对应于第三电容器)。本实施例中，所述的多个开关用以基于切换周期Ts而周期性地切换电容器C1、电容器C2以及电容器C3。
在一实施例中，本发明的切换转换单元(如切换转换单元150)可操作于于4倍、3倍、2倍或1倍的转换模式，在一实施例中，在4倍转换模式下，于切换周期Ts中的第一时段PH1，如图5A的虚线路径所示，多个开关控制电容器C1电连接于第一电源与第二电源之间，且控制电容器C2与电容器C3串联而电连接于第二电源与接地电位之间，具体而言，如图5A所示，电容器C2与电容器C3的正负端为反向耦接。
于切换周期Ts中的第二时段PH2，如图5B的虚线路径所示，多个开关控制电容器C1与电容器C2串联而电连接于第二电源与接地电位之间，且控制电容器C3与第二电源并联而电连接，具体而言，如图5B所示，电容器C1与电容器C2的正负端为反向耦接。通过上述基于切换周期Ts的周期性操作而进行第一电源与第二电源之间的电源转换，使得于4倍转换模式下，第一电压V1与第二电压V2的比值为4，同时，第二电流I2与第一电流I1的比值也为4。在此高倍数模式下，在相同的第二电流I2的需求下，第一电流I1(例如由前述的适配器所提供)可有效降低。
继续参阅图5A与图5B，在一具体实施例中，所述的多个开关包括开关Q11～Q18，其中开关Q11、开关Q12、开关Q13、开关Q14依序串联耦接于第一电源与第二电源之间，且开关Q11与开关Q12耦接于节点N1、开关Q12与开关Q13节点N2，开关Q13与开关Q14节点N3，开关Q15与开关Q16串联于第二电源与接地电位之间且彼此耦接于节点N4，开关Q17与开关Q18串联于第二电源与接地电位之间且彼此耦接于节点N5；其中电容器C1耦接于节点N1与节点N4之间，电容器C2耦接于节点N2与节点N5之间，电容器C3耦接于节点N3与节点N4之间。
在一实施例中，如前述的控制电路50用以产生控制信号dQ11～dQ18，分别用以控制上述的开关Q11～Q18。
于4倍转换模式下的具体操作如下：于第一时段PH1(图5A)，开关Q11、开关Q13、开关Q15与开关Q18为导通(黑色开关示意导通，下同)，且开关Q12、开关Q14、开关Q16与开关Q17为不导通(灰色开关示意不导通，下同)，以控制电容器C1电连接于第一电源与第二电源之间，且控制电容器C2与电容器C3串联而电连接于第二电源与接地电位之间。具体而言，本实施例中，于第一时段PH1，电容器C2的跨压VC2与第二电压V2同相，而电容器C3的跨压VC3与第二电压V2反相。
于第二时段PH2(图5B)，开关Q11～Q18的每一开关以反相于第一时段PH1的状态而对应操作，亦即，开关Q11、开关Q13、开关Q15与开关Q18为不导通，且开关Q12、开关Q14、开关Q16与开关Q17为导通，以控制电容器C1与电容器C2串联而电连接于第二电源与接地电位之间，且控制电容器C3与第二电源并联而电连接。值得注意的是，本实施例中，于第二时段PH2，电容器C1的跨压VC1与第二电压V2同相，电容器C2的跨压VC2与第二电压V2反相，而电容器C3的跨压VC3与第二电压V2同相。
图6显示对应于图5A与图5B的切换式电容转换电路的一具体实施例的操作波形图。
如图6所示，本实施例中，于4倍转换模式下，于稳态时，第一电压V1与第二电压V2的比值为4倍，如图6示例中，第一电压V1为20V，第二电压V2为5V，同时，第二电流I2与第一电流I1的比值也为4倍，如图6示例中，第二电流I2为8A，第一电流I1为2A。
另一方面，本实施例中，电容器C1的跨压VC1、电容器C2的跨压VC2与电容器C3的跨压VC3的比值为3:2:1，具体而言，电容器C1的跨压VC1、电容器C2的跨压VC2与电容器C3的跨压VC3分别为3*V2、2*V2、V2(例如但不限于对应于图5与图6中的15V、10V、5V)。
需说明的是，电容器C1的跨压VC1对应于图6中的节点N1与节点N4之间的电压差，电容器C2的跨压VC2对应于图6中的节点N2与节点N5之间的电压差，电容器C3的跨压VC3对应于图6中的节点N3与节点N4之间的电压差。
请继续参阅图5A与图5B，在一实施例中，切换转换单元150还包括开关Q0，用以控制例如来自前述适配器的总线电源VBUS是否电连接于第一电源，而决定是否开始进行前述的电源转换。此外，在一实施例中，切换转换单元150还包括电容器CB1以及二极管DBT，用以自第一电源形成自举电路而提供自举电压BST，以供应给用以驱动多个开关的驱动电路。此外，在第二电源做为输出电源的情况下，在一实施例中，电容器Co可对应为输出电容。
图7A与图7B显示根据本发明的切换式电容转换电路中，切换转换单元的具体实施例及其操作的示意图。图7A与图7B的切换转换单元170与切换转换单元150的硬件的配置相同，其不同之处在于切换转换单元170操作于2倍转换模式。
如图7A与图7B所示，于2倍转换模式下，开关Q12与开关Q13恒导通。本实施例中，于2倍转换模式下，于切换周期Ts的第一时段PH1，开关Q11、开关Q15与开关Q17为导通，且开关Q14、开关Q16与开关Q18不导通，以控制电容器C1、电容器C2与电容器C3并联而电连接于第一电源与第二电源之间。
而于切换周期Ts的第二时段PH2，开关Q11与开关Q14～Q18的每一开关以反相于第一时段PH1的状态而操作，亦即，开关Q11、开关Q15与开关Q17为不导通，且开关Q14、开关Q16与开关Q18为导通，以控制电容器C1、电容器C2与电容器C3并联而电连接于第二电源与接地电位之间。
图8显示对应于图7A与图7B的切换式电容转换电路的一实施例的操作波形图。
如图8所示，本实施例中，于2倍转换模式下，于稳态时，第一电压V1与第二电压V2的比值为2倍，如图8示例中，第一电压V1为10V，第二电压V2为5V，同时，第二电流I2与第一电流I1的比值也为2倍，如图6示例中，第二电流I2为8A，第一电流I1为4A。
另一方面，本实施例中，电容器C1的跨压VC1、电容器C2的跨压VC2与电容器C3的跨压VC3的比值为1:1:1，具体而言，电容器C1的跨压VC1、电容器C2的跨压VC2与电容器C3的跨压VC3分别都等于V2(例如但不限于对应于图5与图6中的5V)。
图9A与图9B显示根据本发明的切换式电容转换电路中，切换转换单元的具体实施例及其操作的示意图。图9A与图9B的切换转换单元190与切换转换单元150的硬件的配置相同，其不同之处在于切换转换单元190操作于3倍转换模式。
如图9A与图9B所示，于3倍转换模式下，于切换周期Ts的第一时段PH1，开关Q11、开关Q12、开关Q14、开关Q16与开关Q17为导通，且开关Q13、开关Q15与开关Q18为不导通，以控制电容器C1电连接于第一电源与接地电位之间，电容器C2与电容器C3串联而电连接于第一电源与第二电源之间。
而于切换周期Ts的第二时段PH2，开关Q11～Q18的每一开关以反相于第一时段PH1的状态而操作，亦即，开关Q11、开关Q12、开关Q14、开关Q16与开关Q17为不导通，且开关Q13、开关Q15与开关Q18为导通，以控制电容器C1的第一端浮接于节点N1，电容器C1的第二端电连接于第二电源，电容器C2与电容器C3串联而电连接于第二电源与接地电位之间；值得注意的是，本实施例中，于第二时段PH2，电容器C2的跨压VC2与第二电压V2同相，而电容器C3的跨压VC3与第二电压V2反相。
图10显示对应于图9A与图9B的切换式电容转换电路的一实施例的操作波形图。
如图10所示，本实施例中，于3倍转换模式下，于稳态时，第一电压V1与第二电压V2的比值为3倍，如图10示例中，第一电压V1为15V，第二电压V2为5V，同时，第二电流I2与第一电流I1的比值也为3倍，如图6示例中，第二电流I2为8A，第一电流I1约为2.67A。
值得注意的是，本实施例中，如图9A与图9B所示，开关Q11包括彼此串联的晶体管Q11a与晶体管Q11b，其中晶体管Q11a的本体二极管Da与晶体管Q11b的本体二极管Db彼此反向，以防止开关Q11不导通时，可能由本体二极管所导通的电流。
图11显示根据本发明的切换式电容转换电路中，切换转换单元的具体实施例及其操作的示意图。本实施例中，于旁通模式下，开关Q11～Q14导通，且开关Q15～Q18不导通，使得第一电源与第二电源彼此直接电连接，换言之，本实施例的切换转换单元1100操作于1倍转换模式。
图12显示本发明的切换式电容转换电路的一实施例的电路方块图。
切换式电容转换电路1200包括第一切换转换单元1211与第二切换转换单元1212，并联于第一电源与第二电源之间，在一实施例中，第一切换转换单元1211与第二切换转换单元1212以交错相位方式切换各自对应的多个开关，而进行第一电源与第二电源之间的电源转换，由此可有效降低输出电压(对应于V2或V1)与输入电流的涟波(对应于I1或I2)。
请回阅图5A、图5B与图6，由图中标示的电压可知，于4倍转换模式中，开关Q12、Q13于不导通时的漏源极跨压为10V(对应于2*V2)，而其余开关于不导通时的漏源极跨压则都为5V(对应于V2)。另一方面，于3倍转换模式中，开关Q13于不导通时的漏源极跨压为10V，而其余开关于不导通时的漏源极跨压则都为5V。换言之，本发明的切换式电容转换电路中的多个开关中，开关Q12、Q13于电源转换操作中承受的电压峰值为2*V2(对应于第一峰值电压)，而其余开关于电源转换操作中承受的电压峰值仅为V2(对应于第二峰值电压)。
因此，相较于前述的现有技术而言，本发明仅需较少数量的可耐高压的开关(如Q12，Q13)，因而可节省成本。就数量上而言，于4倍转换模式中，本发明中的切换转换单元所需耐高压的开关的数量为2个开关，而切换转换单元所需的开关总数量为8个开关，换言之，仅需总开关数量的1/4需具有较高的耐压，所需的耐高压开关的数量比例低于现有技术所需的1/2。
具体举例而言，开关Q12、Q13的耐压可配置为2*V2加上一安全范围(对应于第一耐压)，而其余开关的耐压则可配置为V2加上一安全范围(对应于第二耐压)。在一实施例中，上述的峰值电压与耐压的大小具有以下的关系：第一耐压>第一峰值电压>第二耐压>第二峰值电压。需说明的是，当操作的漏源极跨压大于所述的耐压时，开关将会有永久性的损坏。
本发明提供了一种具有不同转换倍率的切换式电容转换电路，可依照电源转换方向、电池电压与状态等需求，而适应性的选择转换倍率，以进行切换性电容电源转换，以例如对电池进行充电，或是转换电池的电能而对外供电，且本发明的切换式电容转换电路，仅需配置较少量的需耐高压的开关，因此可大幅降低成本与尺寸。
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)

1.一种切换式电容转换电路，用以将一第一电源转换为一第二电源或将该第二电源转换为该第一电源，该切换式电容转换电路包含：
至少一切换转换单元；以及
一控制电路，用以控制该切换转换单元；
该切换转换单元包括：
多个电容器，包括第一电容器、第二电容器以及第三电容器；以及
多个开关，用以基于一切换周期而周期性地切换该多个电容器；
其中于一4倍转换模式下，于该切换周期中的一第一时段，该多个开关控制该第一电容器电连接于该第一电源与该第二电源之间，且控制该第二电容器与该第三电容器串联而电连接于该第二电源与一接地电位之间；
其中于该切换周期中的一第二时段，该多个开关控制该第一电容器与该第二电容器串联而电连接于该第二电源与该接地电位之间，且控制该第三电容器与该第二电源并联而电连接；
由此周期性操作而进行该第一电源与该第二电源之间的电源转换，使得于该4倍转换模式下，该第一电源的一第一电压与该第二电源的一第二电压的比值为4，且该第二电源的一第二电流与该第一电源的一第一电流的比值为4。
2.如权利要求1所述的切换式电容转换电路，其中，于该4倍转换模式下，于一稳态时，该第一电容器的跨压、该第二电容器的跨压与该第三电容器的跨压的比值为3:2:1。
3.如权利要求1所述的切换式电容转换电路，其中，该多个开关包括第一至第八开关，该第一开关、该第二开关、该第三开关、该第四开关依序串联耦接于该第一电源与该第二电源之间，且依序两两耦接于第一节点、第二节点与第三节点，该第五开关与该第六开关串联于该第二电源与该接地电位之间且彼此耦接于第四节点，该第七开关与该第八开关串联于该第二电源与该接地电位之间且彼此耦接于第五节点；其中该第一电容器耦接于该第一节点与该第四节点之间，该第二电容器耦接于该第二节点与该第五节点之间，该第三电容器耦接于该第三节点与该第四节点之间；
其中于该4倍转换模式下，于该第一时段，该第一开关、该第三开关、该第五开关与该第八开关导通，且该第二开关、该第四开关、该第六开关与该第七开关为不导通，以控制该第一电容器电连接于该第一电源与该第二电源之间，且控制该第二电容器与该第三电容器串联而电连接于该第二电源与该接地电位之间；
其中于该第二时段，该第一至该第八开关的每一开关以反相于该第一时段的状态而操作，以控制该第一电容器与该第二电容器串联而电连接于该第二电源与该接地电位之间，且控制该第三电容器与该第二电源并联而电连接；
由此周期性操作而进行该第一电源与该第二电源之间的电源转换。
4.如权利要求3所述的切换式电容转换电路，其中，于一2倍转换模式下，该第二开关与第三开关恒导通；
其中于该2倍转换模式下，于该切换周期的一第一时段，该第一开关、该第五开关与该第七开关导通，且该第四开关、该第六开关与该第八开关不导通，以控制该第一电容器、该第二电容器与该第三电容器并联而电连接于该第一电源与该第二电源之间；
其中于该切换周期的一第二时段，该第一开关与该第四至该第八开关的每一开关以反相于该第一时段的状态而操作，以控制该第一电容器、该第二电容器与该第三电容器并联而电连接于该第二电源与该接地电位之间；
由此周期性操作而使得该第一电压与该第二电压的比值为2，且该第二电源的一第二电流与该第一电源的一第一电流的比值为2。
5.如权利要求3所述的切换式电容转换电路，其中，于一3倍转换模式下，
于该切换周期的一第一时段，该第一开关、该第二开关、该第四开关、该第六开关与该第七开关导通，且该第三开关、该第五开关与该第八开关不导通，以控制该第一电容器电连接于该第一电源与该接地电位之间，该第二电容器与该第三电容器串联而电连接于该第一电源与该第二电源之间；
其中于该切换周期的一第二时段，该第一至该第八开关的每一开关以反相于该第一时段的状态而操作，以控制该第一电容器的第一端浮接，该第一电容器的第二端电连接于该第二电源，该第二电容器与该第三电容器串联而电连接于该第二电源与该接地电位之间；
由此周期性操作而使得该第一电压与该第二电压的比值为3，且该第二电源的一第二电流与该第一电源的一第一电流的比值为3。
6.如权利要求5所述的切换式电容转换电路，其中，该第一开关包括彼此串联的一第一晶体管与一第二晶体管，其中该第一晶体管的本体二极管与该第二晶体管的本体二极管彼此反向。
7.如权利要求3所述的切换式电容转换电路，其中，于一旁通模式下，该第一至第四开关导通，且该第五至第八开关不导通，使得该第一电源与第二电源彼此直接电连接。
8.如权利要求3所述的切换式电容转换电路，其中，该至少一切换转换单元包括第一切换转换单元与第二切换转换单元，并联于该第一电源与该第二电源之间，该第一切换转换单元与该第二切换转换单元以交错相位方式切换各自对应的该多个开关，而进行该第一电源与该第二电源之间的电源转换。
9.如权利要求3所述的切换式电容转换电路，其中，第一部分的该多个开关具有第一耐压，且于电源转换操作中承受的电压峰值为第一峰值电压，且另外第二部分的该多个开关具有第二耐压，且于电源转换操作中承受的电压峰值为第二峰值电压，其中该第一峰值电压为该第二峰值电压的2倍。
10.如权利要求9所述的切换式电容转换电路，其中，该第一部分的该多个开关的数量少于该多个开关总数的1/2，且该第二部分的该多个开关的数量多于该多个开关总数的1/2。
11.如权利要求9所述的切换式电容转换电路，其中，于该4倍转换模式中，该第一部分的该多个开关包括该第二开关与该第三开关，该第二部分的该多个开关包括该第一开关与第四至第八开关。
12.如权利要求9或权利要求11中任一项所述的切换式电容转换电路，其中，该第一峰值电压、该第二峰值电压、该第一耐压、第二耐压的大小具有以下的关系：第一耐压>该第一峰值电压>第二耐压>该第二峰值电压。
13.一种切换转换单元，用以将一第一电源转换为一第二电源或将该第二电源转换为该第一电源，该切换转换单元包含：
多个电容器，包括第一电容器、第二电容器以及第三电容器；以及
多个开关，用以基于一切换周期而周期性地切换该多个电容器；
其中于一4倍转换模式下，于该切换周期中的一第一时段，该多个开关控制该第一电容器电连接于该第一电源与该第二电源之间，且控制该第二电容器与该第三电容器串联而电连接于该第二电源与一接地电位之间；
其中于该切换周期中的一第二时段，该多个开关控制该第一电容器与该第二电容器串联而电连接于该第二电源与该接地电位之间，且控制该第三电容器与该第二电源并联而电连接；
由此周期性操作而进行该第一电源与该第二电源之间的电源转换，使得于该4倍转换模式下，该第一电源的一第一电压与该第二电源的一第二电压的比值为4，且该第二电源的一第二电流与该第一电源的一第一电流的比值为4。
14.如权利要求13所述的切换转换单元，其中，该多个开关包括第一至第八开关，该第一开关、该第二开关、该第三开关、该第四开关依序串联耦接于该第一电源与该第二电源之间，且依序两两耦接于第一节点、第二节点与第三节点，该第五开关与该第六开关串联于该第二电源与该接地电位之间且彼此耦接于第四节点，该第七开关与该第八开关串联于该第二电源与该接地电位之间且彼此耦接于第五节点；其中该第一电容器耦接于该第一节点与该第四节点之间，该第二电容器耦接于该第二节点与该第五节点之间，该第三电容器耦接于该第三节点与该第四节点之间；
其中于该4倍转换模式下，于该第一时段，该第一开关、该第三开关、该第五开关与该第八开关导通，且该第二开关、该第四开关、该第六开关与该第七开关为不导通，以控制该第一电容器电连接于该第一电源与该第二电源之间，且控制该第二电容器与该第三电容器串联而电连接于该第二电源与该接地电位之间；
其中于该第二时段，该第一至该第八开关的每一开关以反相于该第一时段的状态而操作，以控制该第一电容器与该第二电容器串联而电连接于该第二电源与该接地电位之间，且控制该第三电容器与该第二电源并联而电连接；
由此周期性操作而进行该第一电源与该第二电源之间的电源转换。
15.如权利要求14所述的切换转换单元，其中，于一2倍转换模式下，该第二开关与第三开关恒导通；
其中于该2倍转换模式下，于该切换周期的一第一时段，该第一开关、该第五开关与该第七开关导通，且该第四开关、该第六开关与该第八开关不导通，以控制该第一电容器、该第二电容器与该第三电容器并联而电连接于该第一电源与该第二电源之间；
其中于该切换周期的一第二时段，该第一开关与该第四至该第八开关的每一开关以反相于该第一时段的状态而操作，以控制该第一电容器、该第二电容器与该第三电容器并联而电连接于该第二电源与该接地电位之间；
由此周期性操作而使得该第一电压与该第二电压的比值为2，且该第二电源的一第二电流与该第一电源的一第一电流的比值为2。
16.如权利要求14所述的切换转换单元，其中，于一3倍转换模式下，
于该切换周期的一第一时段，该第一开关、该第二开关、该第四开关、该第六开关与该第七开关导通，且该第三开关、该第五开关与该第八开关不导通，以控制该第一电容器电连接于该第一电源与该接地电位之间，该第二电容器与该第三电容器串联而电连接于该第一电源与该第二电源之间；
其中于该切换周期的一第二时段，该第一至该第八开关的每一开关以反相于该第一时段的状态而操作，以控制该第一电容器的第一端浮接，该第一电容器的第二端电连接于该第二电源，该第二电容器与该第三电容器串联而电连接于该第二电源与该接地电位之间；
由此周期性操作而使得该第一电压与该第二电压的比值为3，且该第二电源的一第二电流与该第一电源的一第一电流的比值为3。
17.如权利要求16所述的切换转换单元，其中，该第一开关包括彼此串联的一第一晶体管与一第二晶体管，其中该第一晶体管的本体二极管与该第二晶体管的本体二极管彼此反向。
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