CN115104248A - 降压转换器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种操作降压转换器的方法。降压转换器包括第一电容器、第二电容器和在降压转换器的输出与节点之间的电感器。该方法包括在周期的第一部分期间将第一电容器和第二电容器串联耦合在降压转换器的输入与地之间，其中第一电容器被耦合在降压转换器的输入与节点之间，并且第二电容器被耦合在节点与地之间。该方法还包括在周期的第二部分期间，将第二电容器和第一电容器串联耦合在降压转换器的输入与地之间，其中第二电容器被耦合在降压转换器的输入与节点之间，并且第一电容器被耦合在节点与地之间。

Description

降压转换器
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2019年12月19日提交的题为“BUCK CONVERTER”的申请号16/721,737的优先权，该申请转让给本申请的受让人并且在此通过引用明确并入本文。
技术领域
本公开的各方面总体上涉及功率转换器，并且更具体地涉及降压转换器。
背景技术
降压转换器是一种用于降压(即，降压转换)电压的功率转换器。例如，降压转换器可以用于移动设备中以将来自电源(例如，通用串行总线(USB)电源、无线充电器等)的电压降压到较低电压，以对移动设备中的电池充电。
发明内容
以下呈现一个或多个实现的简化总结，以便提供对这样的实现的基本理解。该总结不是对所有预期实现的广泛概述，并且既不旨在标识所有实现的关键或基本元素，也不旨在界定任何或所有实现的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现一个或多个实现的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的前奏。
第一方面涉及一种操作降压转换器的方法。降压转换器包括第一电容器、第二电容器和被耦合在降压转换器的输出与节点之间的电感器。该方法包括在第一周期的第一部分期间，将第一电容器和第二电容器串联耦合在降压转换器的输入与地之间，其中第一电容器被耦合在降压转换器的输入与节点之间，并且第二电容器被耦合在节点与地之间。该方法还包括在第一周期的第二部分期间，将第二电容器和第一电容器串联耦合在降压转换器的输入与地之间，其中第二电容器被耦合在降压转换器的输入与节点之间，并且第一电容器被耦合在节点与地之间。
第二方面涉及一种装置。该装置包括降压转换器和控制器。降压转换器包括第一电容器和第一开关网络，第一开关网络被配置为：响应于第一组控制值，将第一电容器耦合在降压转换器的输入与节点之间，并且响应于第二组控制值，将第一电容器耦合在节点与地之间。降压转换器还包括第二电容器和第二开关网络，第二开关网络被配置为：响应于第三组控制值，将第二电容器耦合在降压转换器的输入与节点之间，并且响应于第四组控制值，将第二电容器耦合在节点与地之间。降压转换器还包括被耦合在节点与降压转换器的输出之间的电感器。在第一周期的第一部分期间，控制器被配置为：将第一组控制值输入到第一开关网络，并且将第四组控制值输入到第二开关网络，并且在第一周期的第二部分期间，控制器被配置为：将第二组控制值输入到第一开关网络，并且将第三组控制值输入到第二开关网络。
第三方面涉及一种装置。该装置包括降压转换器、控制信号发生器和交换电路。降压转换器包括第一控制输入和第二控制输入。控制信号发生器包括第一输出和第二输出，控制信号发生器被配置为：生成用于控制降压转换器中的切换的第一控制信号和第二控制信号，以在第一输出处输出第一控制信号，并且在第二输出处输出第二控制信号。在第一模式下，交换电路被配置为：将第一输出耦合到第一控制输入，并且将第二输出耦合到第二控制输入，并且在第二模式下，交换电路被配置为：将第一输出耦合到第二控制输入，并且将第二输出耦合到第一控制输入。
为了实现上述和相关目的，一种或多种实现包括在下文中充分描述并且在权利要求中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了一种或多种实现的某些说明性方面。然而，这些方面仅表示可以采用各种实现的原理的各种方式中的几种，并且所描述的实现旨在包括所有这些方面及其等同方案。
附图说明
图1示出了根据本公开的某些方面的降压转换器的示例。
图2示出了根据本公开的某些方面的在同相操作和占空比小于50％的情况下的降压转换器的示例性波形。
图3A示出了根据本公开的某些方面的在同相操作和占空比小于50％的情况下的、在周期的第一阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图3B示出了根据本公开的某些方面的在周期的第二阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图3C示出了根据本公开的某些方面的在周期的第三阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图3D示出了根据本公开的某些方面的在周期的第四阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图4示出了根据本公开的某些方面的在异相操作和占空比小于50％的情况下的降压转换器的示例性波形。
图5A示出了根据本公开的某些方面的在异相操作和占空比小于50％的情况下的、在周期的第一阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图5B示出了根据本公开的某些方面的在周期的第二阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图5C示出了根据本公开的某些方面的在周期的第三阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图5D示出了根据本公开的某些方面的在周期的第四阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图6示出了根据本公开的某些方面的在同相操作和占空比大于50％的情况下的降压转换器的示例性波形。
图7A示出了根据本公开的某些方面的在同相操作和占空比大于50％的情况下的、在周期的第一阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图7B示出了根据本公开的某些方面的在周期的第二阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图7C示出了根据本公开的某些方面的在周期的第三阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图7D示出了根据本公开的某些方面的在周期的第四阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图8示出了根据本公开的某些方面的在异相操作和占空比大于50％的情况下的降压转换器的示例性波形。
图9A示出了根据本公开的某些方面的在异相操作和占空比大于50％的情况下的、在周期的第一阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图9B示出了根据本公开的某些方面的在周期的第二阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图9C示出了根据本公开的某些方面的在周期的第三阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图9D示出了根据本公开的某些方面的在周期的第四阶段期间的降压转换器的示例性配置。
图10A示出了根据本公开的某些方面的在同相操作和占空比小于50％的情况下的、在周期的不同阶段期间的第一快速电容器和第二快速电容器的示例性配置。
图10B示出了根据本公开的某些方面的在异相操作和占空比小于50％的情况下的、在周期的不同阶段期间的第一快速电容器和第二快速电容器的示例性配置。
图11A示出了根据本公开的某些方面的在同相操作和占空比大于50％的情况下的、在周期的不同阶段期间的第一快速电容器和第二快速电容器的示例性配置。
图11B示出了根据本公开的某些方面的在异相操作和占空比大于50％的情况下的、在周期的不同阶段期间的第一快速电容器和第二快速电容器的示例性配置。
图12示出了根据本公开的某些方面的降压转换器的混合模式操作的示例。
图13示出了根据本公开的某些方面的降压转换器的混合模式操作的另一示例。
图14A示出了根据本公开的某些方面的包括开关的降压转换器的示例。
图14B示出了根据本公开的某些方面的包括用晶体管实现的开关的降压转换器的示例。
图15示出了根据本公开的方面的用于同相操作降压转换器的控制信号的示例。
图16示出了根据本公开的方面的用于异相操作降压转换器的控制信号的示例。
图17示出了根据本公开的方面的用于同相操作降压转换器的控制信号的另一示例。
图18示出了根据本公开的方面的用于异相操作降压转换器的控制信号的另一示例。
图19A示出了根据本公开的方面的控制器的示例性实现。
图19B示出了根据本公开的方面的控制器的另一示例性实现。
图20示出了根据本公开的方面的控制电路的示例性实现。
图21示出了根据本公开的方面的包括用于混合模式操作的交换电路的控制器的示例。
图22是示出根据本公开的某些方面的操作降压转换器的方法的流程图。
图23示出了根据本公开的某些方面的包括降压转换器的系统的示例。
具体实施方式
下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对各种配置的描述，而不旨在表示可以实践本文中描述的概念的唯一配置。详细描述包括特定细节，目的是提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说很清楚的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在某些情况下，众所周知的结构和组件以框图形式示出，以避免混淆这样的概念。
降压转换器是一种用于将输入电压降压(即，降压转换)到较低输出电压的功率转换器。一种类型的降压转换器是两电平降压转换器。两电平降压转换器可以包括开关网络和电感器，其中电感器被耦合在开关网络的开关节点与降压转换器的输出之间。在操作期间，开关网络在输入电压与地之间切换开关节点，从而使电感器循环地通电和断电。两电平降压转换器的输出电压是通过控制开关网络的占空比来控制的。
另一种类型的降压转换器是三电平降压转换器，与两电平降压转换器相比，三电平降压转换器能够实现更高的功率效率和更低的电感器纹波电流。三电平降压转换器可以包括开关网络、快速电容器和电感器。电感器被耦合在开关网络的开关节点与三电平降压转换器的输出之间，并且快速电容器的电压被维持在输入电压的大约一半。快速电容器允许开关网络将开关节点处的电压设置为三个电压电平中的一个：输入电压、输入电压的一半和地。在操作中，针对占空比小于50％并且输出电压被设置为在地与输入电压的一半之间的电压电平的情况，开关网络在输入电压的一半与地之间切换开关节点。针对占空比大于50％并且输出电压被设置为在输入电压的一半与输入电压之间的电压电平的情况，开关网络在输入电压与输入电压的一半之间切换开关节点。
因此，针对占空比小于50％的情况，开关节点处的电压在输入电压的一半与地之间摆动，并且针对占空比大于50％的情况，开关节点处的电压在输入电压与输入电压的一半之间摆动。在这两种情况下，三电平降压转换器的开关节点处的电压摆动大约等于输入电压的一半。相反，由于两电平降压转换器的开关节点在输入电压与地之间摆动，所以两电平降压转换器的开关节点处的电压摆动等于输入电压。因此，与两电平降压转换器相比，使用三电平降压转换器可以将开关节点处的电压摆动降低一半。与两电平降压转换器相比，三电平降压转换器的开关节点处的较小的电压摆动有助于降低三电平降压转换器的电感器纹波电流，从而提高了功率效率(例如，功率效率提高5％)。
图1示出了根据本公开的方面的双支路三电平降压转换器105的示例。在该示例中，降压转换器105的输入112通过功率晶体管165选择性地被耦合到电源170。电源170可以包括USB电源、无线充电器或其他电源。功率晶体管165被耦合在电源170与降压转换器105的输入112之间，并且可以包括p型场效应晶体管(PFET)、n型场效应晶体管(NFET)或其他类型的晶体管。
电源控制器180被配置为通过控制功率晶体管165的开/关状态来控制给降压转换器105的供电。为了给降压转换器105供电，电源控制器180导通功率晶体管165，这允许电流从电源170通过功率晶体管165流到降压转换器105。为了使降压转换器105断电，电源控制器180截止功率晶体管165。
在图1的示例中，降压转换器105包括第一支路106a、第二支路106b、电感器140、输入电容器114和输出电容器150。在下面的讨论中，第一支路106a的元素的附图标记包括后缀“a”，并且第二支路106b的元素的附图标记包括后缀“b”。
第一支路106a包括第一开关网络108a和第一快速电容器132a。第一开关网络108a被配置为：响应于第一组控制值，将第一快速电容器132a耦合在降压转换器105的输入112与开关节点120之间；并且响应于第二组控制值，将第一快速电容器132a耦合在开关节点120与地之间。在图1中，第一快速电容器132a被标记为“Cflya”。
第二支路106b包括第二开关网络108b和第二快速电容器132b。第二开关网络108b被配置为：响应于第三组控制值，将第二快速电容器132b耦合在降压转换器105的输入112与开关节点120之间；并且响应于第四组控制值，将第二快速电容器132b耦合在开关节点120与地之间。在图1中，第二快速电容器132b被标记为“Cflyb”。
第一开关网络108a还可以被配置为响应于第五组控制值，将开关节点120耦合到地，并且第二开关网络108b还可以被配置为响应于第六组控制值，将开关节点120耦合到地。如下面进一步讨论的，一组控制值中的每个控制值可以控制开关网络108a和108b中的一个开关网络中的相应开关。在一些实现中，第二开关网络108b可以具有与第一开关网络108a相同或基本相同的结构，在这种情况下，第一组控制值、第二组控制值和第五组控制值可以分别与第三组控制值、第四组控制值和第六组控制值相同。
输入电容器114被耦合在降压转换器105的输入112与地之间，并且用于平滑输入电压Vin。电感器140的第一端子142被耦合到开关节点120，并且电感器140的第二端子144被耦合到降压转换器105的输出146。输出电容器150被耦合在降压转换器105的输出146与地之间，并且用于平滑降压转换器105的输出电压Vout。降压转换器105的输出146可以被耦合到负载(图1中未示出)。例如，负载可以包括电池，其中降压转换器105用于电池充电。
控制器160通过经由控制路径162向第一开关网络108a输入一组控制值(例如，第一组控制信号、第二组控制信号和第五组控制信号中的一组)来控制第一开关网络108a的开关。控制器160通过经由控制路径164向第二开关网络108b输入一组控制值(例如，第三组控制信号、第四组控制信号和第六组控制信号中的一组)来控制第二开关网络108b的开关。例如，为了将第一快速电容器132a耦合在输入112与开关节点120之间，控制器160可以经由控制路径162向第一开关网络108a输入第一组控制信号，并且，为了将第二快速电容器132b耦合在输入112与开关节点120之间，控制器160可以经由控制路径164向第二开关网络108b输入第三组控制信号。控制路径162和164中的每个控制路径可以包括多个控制线(例如，一组控制值中每个控制值有一个控制线)。
在操作期间，控制器160循环地控制第一开关网络108a和第二开关网络108b的开关，以将降压转换器105的输入112处的输入电压Vin降压到降压转换器105的输出146处的较低输出电压Vout。降压转换器105的每个周期可以包括第一阶段(标记为“阶段I”)、第二阶段(标记为“阶段II”)、第三阶段(标记为“阶段III”)和第四阶段(标记为“阶段IV”)。在某些方面，跨第一快速电容器132a和第二快速电容器132b中的每个快速电容器的电压被维持在输入电压的大约一半Vin/2。
在某些方面，控制器160可以同相地操作降压转换器105的第一支路106a和第二支路106b。在这点上，现在将针对降压转换器105的占空比小于50％并且输出电压Vout在地与Vin/2之间的情况，参考图2和图3A至图3D讨论降压转换器105的同相操作的示例。图2示出了在同相操作期间在两个周期上功率晶体管电流IF和电感器电流IL的示例。功率晶体管电流IF在输入112处被输入到降压转换器105，并且可以表示从电源170通过功率晶体管165汲取到降压转换器105的电流。图3A至图3D示出了针对同相操作在周期的不同阶段期间降压转换器105的示例性配置。
在周期的第一阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将第一快速电容器132a和第二快速电容器132b并联耦合在降压转换器105的输入112与开关节点120之间。这种情况的一个示例在图3A中示出，图3A示出了降压转换器105在第一阶段的等效电路。控制器160可以通过将第一组控制值输入到第一开关网络108a来将第一快速电容器132a耦合在输入112与开关节点120之间，并且通过将第三组控制值输入到第二开关网络108b来将第二快速电容器132b耦合在输入112与开关节点120之间。
在第一阶段期间，开关节点120处的电压VSW大约等于输入电压Vin减去跨并联耦合的第一快速电容器132a和第二快速电容器132b的电压。由于跨第一快速电容器132a和第二快速电容器132b的电压大约等于Vin/2，因此在第一阶段期间开关节点120处的电压VSW大约等于Vin/2。由于在占空比小于50％的情况下开关节点电压Vin/2大于输出电压Vout，因此电感器140在第一阶段期间被通电，这导致电感器电流IL增加(例如，斜升)，如图2所示。第一阶段的持续时间等于DT，其中D是降压转换器105的占空比并且T是一个周期的时段(即，持续时间)。此外，在第一阶段期间，降压转换器105通过功率晶体管165从电源170汲取电流IF，以对第一快速电容器132a和第二快速电容器132b充电，如图2所示。
在周期的第二阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将开关节点120耦合到地。这种情况的一个示例在图3B中示出，图3B示出了降压转换器105在第二阶段的等效电路。控制器160可以通过将第五组控制信号输入到第一开关网络108a、并且将第六组控制信号输入到第二开关网络108b来将开关节点120耦合到地。在第二阶段期间，电感器140被断电，这导致电感器电流IL减小(例如，斜降)，如图2所示。第二阶段的持续时间等于(0.5-D)T。此外，在第二阶段期间，因为开关节点120以及快速电容器132a和132b与输入112去耦，功率晶体管电流IF近似为0。
在周期的第三阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将第一快速电容器132a和第二快速电容器132b并联耦合在开关节点120与地之间。这种情况的一个示例在图3C中示出，图3C示出了降压转换器105在第三阶段的等效电路。控制器160可以通过将第二组控制信号输入到第一开关网络108a、并且将第四组控制信号输入到第二开关网络108b来将第一快速电容器132a耦合在开关节点120与地之间。
在第三阶段期间，开关节点120处的电压VSW大约等于跨第一快速电容器132a和第二快速电容器132b的电压，大约等于Vin/2。由于在占空比小于50％的情况下开关节点电压Vin/2大于输出电压Vout，因此电感器140在第三阶段期间被通电，这导致电感器电流IL增加(例如，斜升)。第三阶段的持续时间等于DT。此外，在第三阶段期间，因为开关节点120以及快速电容器132a和132b与输入112去耦，功率晶体管电流IF近似为0。
在周期的第四阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将开关节点120耦合到地。这种情况的一个示例在图3D中示出，图3D示出了降压转换器105在第四阶段的等效电路。在第四阶段期间，电感器140被断电，这导致电感器电流IL减小(例如，斜降)。第四阶段的持续时间等于(0.5-D)T。此外，在第四阶段期间，因为开关节点120以及快速电容器132a和132b与输入112去耦，功率晶体管电流IF近似为0。注意，在该示例中，降压转换器105在第四阶段的配置与降压转换器105在第二阶段的配置相同。
如图2所示，在同相操作期间，降压转换器105在每个周期的第一阶段期间通过功率晶体管165汲取电流。在每个周期的第二阶段、第三阶段和第四阶段期间，功率晶体管电流IF近似为0。因为降压转换器105在每个周期的一个阶段(即，第一阶段)期间通过功率晶体管165汲取电流，所以功率晶体管165的纹波电流可能相对较高。功率晶体管165的高纹波电流增加了功率晶体管165中的功率损耗，这降低了功率效率。此外，高纹波电流可能需要增加输入电容器114的电容以平滑输入电压Vin，这增加了输入电容器114的面积。
为了解决这个问题，本公开的各方面异相地操作降压转换器105的第一支路106a和第二支路106b。如下面进一步讨论的，异相操作由分散通过功率晶体管165汲取的电流(例如，在每个周期的两个阶段上而不是每个周期的一个阶段)来减小功率晶体管165的纹波电流。较低的纹波电流降低了功率晶体管165中的功率损耗，从而提高了功率效率。此外，较低的纹波电流降低了对输入电容器114的电容要求，从而允许使用较小的输入电容器114。
现在将针对降压转换器105的占空比小于50％并且输出电压Vout在地与Vin/2之间的情况，参考图4和图5A至图5D讨论降压转换器105的异相操作的示例。图4示出了在异相操作期间在两个周期上功率晶体管电流IF和电感器电流IL的示例。图5A至图5D示出了针对异相操作在周期的不同阶段期间降压转换器105的示例性配置。
在周期的第一阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将第一快速电容器132a和第二快速电容器132b串联耦合在降压转换器105的输入112与地之间，其中第一快速电容器132a被耦合在输入112与开关节点120之间，并且第二快速电容器132b被耦合在开关节点120与地之间。这种情况的一个示例在图5A中示出，图5A示出了降压转换器105在第一阶段期间的等效电路。控制器160可以通过将第一组控制信号输入到第一开关网络108a来将第一快速电容器132a耦合在输入112与开关节点120之间，并且通过将第四组控制信号输入到第一开关网络108a来将第二快速电容器132b耦合在开关节点120与地之间。
在第一阶段期间，开关节点120处的电压VSW大约等于Vin/2。这是因为，跨第一快速电容器132a和第二快速电容器132b中的每个快速电容器的电压大约等于Vin/2，并且开关节点120位于第一快速电容器132a与第二快速电容器132b之间。由于在占空比小于50％的情况下开关节点电压Vin/2大于输出电压Vout，因此电感器140在第一阶段期间被通电，这导致电感器电流IL增加(例如，斜升)，如图4所示。第一阶段的持续时间等于DT。此外，在第一阶段期间，降压转换器106通过功率晶体管165从电源170汲取电流IF，以对第一快速电容器132a充电。
在周期的第二阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将开关节点120耦合到地。这种情况的一个示例在图5B中示出，图5B示出了降压转换器105在第二阶段期间的等效电路。控制器160可以通过将第五组控制信号输入到第一开关网络108a、并且将第六组控制信号输入到第二开关网络108b来将开关节点120耦合到地。在第二阶段期间，电感器140被断电，这导致电感器电流IL减小(例如，斜降)，如图4所示。第二阶段的持续时间等于(0.5-D)T。此外，在第二阶段期间，因为开关节点120以及快速电容器132a和132b与输入112去耦，功率晶体管电流IF近似为0。
在周期的第三阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将第二快速电容器132b和第一快速电容器132a串联耦合在降压转换器105的输入112与地之间，其中第二快速电容器132b被耦合在输入112与开关节点120之间，并且第一快速电容器132a被耦合在开关节点120与地之间。这种情况的一个示例在图5C中示出，图5C示出了降压转换器105在第三阶段期间的等效电路。控制器160可以通过将第三组控制信号输入到第二开关网络108b来将第二快速电容器132b耦合在输入112与开关节点120之间，并且通过将第二组控制信号输入到第一开关网络108a来将第一快速电容器132a耦合在开关节点120与地之间。
在第三阶段期间，开关节点120处的电压VSW大约等于Vin/2。这是因为，跨第一快速电容器132a和第二快速电容器132b中的每个快速电容器的电压大约等于Vin/2，并且开关节点120位于第二快速电容器132b与第一快速电容器132a之间。由于在占空比小于50％的情况下开关节点电压Vin/2大于输出电压Vout，因此电感器140在第三阶段期间被通电，这导致电感器电流IL增加(例如，斜升)，如图4所示。第三阶段的持续时间等于DT。此外，在第三阶段期间，降压转换器106通过功率晶体管165从电源170汲取电流IF，以对第二快速电容器132b充电。
在周期的第四阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将开关节点120耦合到地。这种情况的一个示例在图5D中示出，图5D示出了降压转换器105在第四阶段期间的等效电路。在第四阶段期间，电感器140被断电，这导致电感器电流IL减小(例如，斜降)，如图4所示。第四阶段的持续时间等于(0.5-D)T。此外，在第四阶段期间，因为开关节点120以及快速电容器132a和132b与输入112去耦，功率晶体管电流IF近似为0。注意，在该示例中，降压转换器105在第四阶段的配置与降压转换器105在第二阶段的配置相同。
如图4所示，在异相操作期间，降压转换器105在每个周期的第一阶段和第三阶段期间都通过功率晶体管165汲取电流。因此，通过功率晶体管165汲取的电流被分布在每个周期的两个阶段上而不是每个周期的一个阶段，这降低了功率晶体管165的纹波电流。较低的纹波电流降低了功率晶体管165中的功率损耗，从而提高了功率效率。此外，较低的纹波电流降低了对输入电容器114的电容要求，从而允许使用较小的输入电容器114。
在图2中，针对同相操作在每个周期的第一阶段期间功率晶体管电流IF的变化由ΔI1给出。在图4中，针对异相操作在每个周期的第一阶段和第三阶段期间功率晶体管电流IF的变化由ΔI2给出。在这些示例中，ΔI2大约等于ΔI1的一半，这表明与同相操作相比，在异相操作期间功率晶体管165的纹波电流较低。
在某些方面，针对同相操作的均方根功率晶体管电流可以由下式给出：
Figure BDA0003697734630000141
其中IF_RMS_In_Ph是针对同相操作的均方根功率晶体管电流，Iout是降压转换器105的输出电流，D是占空比。注意，这种情况下的占空比小于50％(即，D<0.5)。针对异相操作的均方根功率晶体管电流可以由下式给出：
Figure BDA0003697734630000142
其中IF_RMS_Out_of_Ph是针对异相操作的均方根功率晶体管电流，Iout是降压转换器105的输出电流，D是占空比。注意，这种情况下的占空比小于50％(即，D<0.5)。计算IF_RMS_Out_of_Ph与IF_RMS_In_Ph的比率结果如下：
Figure BDA0003697734630000151
如等式(3)所示，针对异相操作的均方根功率晶体管电流比同相操作的均方根功率晶体管电流小近30％。较低的均方根功率晶体管电流转换为功率晶体管165中功率损耗的减少，这可以通过以下比率示出：
Figure BDA0003697734630000152
其中Pout_of_Ph是针对异相操作的功率晶体管165中的功率损耗，Pin_Ph是针对同相操作的功率晶体管165中的功率损耗。如等式(4)所示，与D≤0.5的情况下的同相操作相比，针对异相操作的功率晶体管165中的功率损耗被减少了50％。功率晶体管165中功率损耗减小提高了功率效率。如下面进一步讨论的，尽管与D≤0.5的情况相比程度较小，异相操作也可以用于在D>0.5的情况下提高功率效率。
现在将针对降压转换器105的占空比大于50％并且输出电压Vout在Vin/2到Vin之间的情况，参考图6和图7A至图7D讨论降压转换器105的同相操作的示例。图6示出了在同相操作期间在两个周期上功率晶体管电流IF和电感器电流IL的示例。图7A至图7D示出了针对同相操作在周期的不同阶段期间降压转换器105的示例性配置。
在该示例中，第一开关网络108a还可以被配置为：响应于第七组控制值，将开关节点120耦合到降压转换器105的输入112，并且第二开关网络108b还可以被配置为：响应于第八组控制值，将开关节点120耦合到降压转换器105的输入112。
在周期的第一阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将开关节点120耦合到降压转换器105的输入112。这种情况的一个示例在图7A中示出，图7A示出了降压转换器105在第一阶段期间的等效电路。控制器160可以通过将第七组控制信号输入到第一开关网络108a、并且将第八组控制信号输入到第二开关网络108b来将开关节点120耦合到输入112。在第一阶段期间，电感器140被通电，这导致电感器电流IL增加(例如，斜升)。第一阶段的持续时间等于(D-0.5)T，其中D>0.5。此外，在第一阶段期间，降压转换器106通过功率晶体管165从电源170汲取电流IF，因为开关节点120被耦合到输入112。注意，在图6中，电感器电流IL和晶体管电流IF在第一阶段期间重叠。
在周期的第二阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将第一快速电容器132a和第二快速电容器132b并联耦合在降压转换器105的输入112与开关节点120之间。这种情况的一个示例在图7B中示出，图7B示出了降压转换器105在第二阶段期间的等效电路。控制器160可以通过将第一组控制信号输入到第一开关网络108a来将第一快速电容器132a耦合在输入112与开关节点120之间，并且通过将第三组控制信号输入到第二开关网络108b来将第二快速电容器132b耦合在输入112与开关节点120之间。
在第二阶段期间，开关节点120处的电压VSW大约等于Vin/2。由于在占空比大于50％的情况下输出电压Vout大于开关节点电压Vin/2，因此电感器140在第二阶段期间被断电，这导致电感器电流IL减小(例如，斜降)。第二阶段的持续时间等于(1-D)T。此外，在第二阶段期间，降压转换器106通过功率晶体管165从电源170汲取电流IF，如图6所示。注意，在图6中，电感器电流IL和晶体管电流IF在第二阶段期间重叠。
在周期的第三阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将开关节点120耦合到降压转换器105的输入112。这种情况的一个示例在图7C中示出，图7C示出了降压转换器105在第三阶段期间的等效电路。在第三阶段期间，电感器140被通电，这导致电感器电流IL增加(例如，斜升)。第三阶段的持续时间等于(D-0.5)T，其中D>0.5。此外，在第三阶段期间，降压转换器106通过功率晶体管165从电源170汲取电流IF，因为开关节点120被耦合到输入112。注意，在图6中，电感器电流IL和晶体管电流IF在第三阶段期间重叠。在该示例中，降压转换器105在第一阶段和第三阶段的配置相同。
在周期的第四阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将第一快速电容器132a和第二快速电容器132b并联耦合在开关节点120与地之间。这种情况的一个示例在图7D中示出，图7D示出了降压转换器105在第四阶段的等效电路。控制器160可以通过将第二组控制信号输入到第一开关网络108a来将第一快速电容器132a耦合在开关节点120与地之间，并且通过将第四组控制信号输入到第二开关网络108b来将第二快速电容器132b耦合在开关节点120与地之间。
在第四阶段期间，开关节点120处的电压VSW大约等于Vin/2。由于在占空比大于50％的情况下输出电压Vout大于开关节点电压Vin/2，因此电感器140在第四阶段期间被断电，这导致电感器电流IL减小(例如，斜降)。第四阶段的持续时间等于(1-D)T。此外，在第四阶段期间，因为开关节点120以及快速电容器132a和132b与输入112去耦，功率晶体管电流IF近似为0。
如图6所示，在同相操作期间，针对占空比大于50％的情况，降压转换器105在每个周期的第一阶段、第二阶段和第三阶段期间通过功率晶体管165汲取电流。
现在将针对降压转换器105的占空比大于50％并且输出电压Vout在Vin/2与Vin之间的情况，参考图8和图9A至图9D讨论降压转换器105的异相操作的示例。图8示出了在异相操作期间在两个周期上功率晶体管电流IF和电感器电流IL的示例。图9A至图9D示出了针对异相操作在周期的不同阶段期间降压转换器105的示例性配置。
在周期的第一阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将开关节点120耦合到降压转换器105的输入112。这种情况的一个示例在图9A中示出，图9A示出了降压转换器105在第一阶段的等效电路。控制器160可以通过将第七组控制信号输入到第一开关网络108a、并且将第八组控制值输入到第二开关网络108b来将开关节点120耦合到输入112。在第一阶段期间，电感器140被通电，这导致电感器电流IL增加(例如，斜升)。第一阶段的持续时间等于(D-0.5)T，其中D>0.5。此外，在第一阶段期间，因为开关节点120被耦合到输入112，降压转换器106通过功率晶体管165从电源170汲取电流IF。注意，在图8中，电感器电流IL和晶体管电流IF在第一阶段期间重叠。
在周期的第二阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将第一快速电容器132a和第二快速电容器132b串联耦合在降压转换器105的输入112与地之间，其中第一快速电容器132a被耦合在输入112与开关节点120之间，并且第二快速电容器132b被耦合在开关节点120与地之间。这种情况的一个示例在图9B中示出，图9B示出了降压转换器105在第二阶段期间的等效电路。控制器160可以通过将第一组控制信号输入到第一开关网络108a来将第一快速电容器132a耦合在输入112与开关节点120之间，并且通过将第四组控制信号输入到第二开关网络108b来将第二快速电容器132b耦合在开关节点120与地之间。
在第二阶段期间，开关节点120处的电压VSW大约等于Vin/2。由于在占空比大于50％的情况下输出电压Vout大于开关节点电压Vin/2，因此电感器140在第二阶段期间被断电，这导致电感器电流IL减小(例如，斜降)，如图8所示。第二阶段的持续时间为(1-D)T。此外，在第二阶段期间，降压转换器106通过功率晶体管165从电源170汲取电流IF，以对第一快速电容器132a充电。
在周期的第三阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将开关节点120耦合到降压转换器105的输入112。这种情况的一个示例在图9C中示出，图9C示出了降压转换器105在第三阶段期间的等效电路。在第三阶段期间，电感器140被通电，这导致电感器电流IL增加(例如，斜升)。第三阶段的持续时间等于(D-0.5)T，其中D>0.5。此外，在第三阶段期间，因为开关节点120被耦合到输入112，降压转换器106通过功率晶体管165从电源170汲取电流IF。注意，在图8中，电感器电流IL和晶体管电流IF在第三阶段期间重叠。在该示例中，降压转换器105在第一阶段和第三阶段的配置相同。
在周期的第四阶段期间，控制器160使第一开关网络108a和第二开关网络108b将第二快速电容器132b和第一快速电容器132a串联耦合在降压转换器105的输入112与地之间，其中第二快速电容器132b被耦合在输入112与开关节点120之间，并且第一快速电容器132a被耦合在开关节点120与地之间。这种情况的一个示例在图9D中示出，图9D示出了降压转换器105在第四阶段期间的等效电路。控制器160可以通过将第三组控制信号输入到第二开关网络108b来将第二快速电容器132b耦合在输入112与开关节点120之间。控制器160可以通过将第二组控制值输入到第一开关网络108a来将第一快速电容器132a耦合在开关节点120与地之间。
在第四阶段期间，开关节点120处的电压VSW大约等于Vin/2。由于在占空比大于50％的情况下输出电压Vout大于开关节点电压Vin/2，因此电感器140在第四阶段期间被断电，这导致电感器电流IL减小(例如，斜降)，如图8所示。第四阶段的持续时间是(1-D)T。此外，在第二阶段期间，降压转换器106通过功率晶体管165从电源170汲取电流IF，以对第二快速电容器132b充电。
如图8所示，在异相操作期间，针对占空比大于50％的情况，降压转换器105在每个周期的第一阶段、第二阶段、第三阶段和第四阶段期间通过功率晶体管165汲取电流。图8与图6的比较示出了针对同相操作的每个周期的第二阶段期间、通过功率晶体管165汲取的电流IF被分散在针对异相操作的每个周期的第二阶段和第四阶段上。结果，与同相操作相比，针对异相操作的功率晶体管165的纹波电流被减小，导致功率晶体管165中的较低功率损耗和较高功率效率。随着占空比增加到50％以上，每个周期的第二阶段和第四阶段的持续时间减少，与同相操作相比，这降低了由异相操作提供的功率效率的改进。这种情况可以从以下比率看出：
Figure BDA0003697734630000201
其中等式(5)适用于占空比大于50％的情况。如等式(5)所示，当占空比约为50％时，针对异相操作的功率损耗约为针对同相操作的一半。当占空比增加到50％以上时，异相操作的功率损耗接近同相操作的功率损耗(即，等式(5)中的比率随着D的增加而接近1)。针对占空比等于或小于50％的情况，异相操作的功率损耗约为同相操作的功率损耗的一半，如等式(4)所示。
图10A示出了在同相操作和占空比小于50％的情况下，根据某些方面的在周期的不同部分(例如，阶段)期间第一快速电容器132a和第二快速电容器132b的示例性配置。注意，为了便于说明，电感器140在图10A中未被示出。在周期的第一部分1010(例如，第一阶段)期间，控制器160使开关网络108a和108b将第一快速电容器132a和第二快速电容器132b并联耦合在输入112与开关节点120之间(例如，通过将第一组控制值输入到第一开关网络108a、并且将第三组控制值输入到第二开关网络108b)。这种配置的一个示例在上面讨论的图3A中示出。在周期的第二部分1020(例如，第三阶段)期间，控制器160使开关网络108a和108b将第一快速电容器132a和第二快速电容器132b并联耦合在开关节点120与地之间(例如，通过将第二组控制值输入到第一开关网络108a、并且将第四组控制值输入到第二开关网络108b)。这种配置的一个示例在上面讨论的图3C中示出。电感器140在周期的第一部分1010和第二部分1020(例如，第一阶段和第三阶段)期间被通电。
在周期的第一部分1010与第二部分1020之间的周期的第三部分1015(例如，第二阶段)期间，开关节点120被耦合到地，这种情况的一个示例在上面讨论的图3B中示出。由于开关节点120在第三部分1015期间被耦合到地，所以针对第三部分1015未示出针对快速电容器132a和132b的配置。开关节点120也可以在周期的第四部分1025(例如，第四阶段)期间被耦合到地，这种情况的一个示例在上面讨论的图3D中示出。如上所述，控制器160可以通过将第五组控制值输入到第一开关网络108a、并且将第六组控制值输入到第二开关网络108b来将开关节点120耦合到地。
应当理解，本公开不限于图10A所示的周期的第一部分1010和第二部分1020的示例性顺序。例如，第一部分1010和第二部分1020的顺序可以被交换，其中第二部分1020在周期中先于第一部分1010。在这点上，应当理解，诸如“第一”、“第二”等用于周期的不同部分的名称用于区分周期的不同部分，而非旨在将如此指定的部分限制为周期中的特定顺序。
图10B示出了在异相操作和占空比小于50％的情况下，根据某些方面的在周期的不同部分(例如，阶段)期间第一快速电容器132a和第二快速电容器132b的示例性配置。在周期的第一部分1050(例如，第一阶段)期间，控制器160使开关网络108a和108b将第一快速电容器132a和第二快速电容器132b串联耦合在输入112与地之间，其中第一快速电容器132a在输入112与开关节点120之间，并且第二快速电容器132b在开关节点120与地之间(例如，通过将第一组控制值输入到第一开关网络108a、并且将第四组控制值输入到第二开关网络108b)。这种配置的一个示例在上面讨论的图5A中示出。在周期的第二部分1060(例如，第三阶段)期间，控制器160使开关网络108a和108b将第二快速电容器132b和第一快速电容器132a串联耦合在输入112与地之间，其中第二快速电容器132b在输入112与开关节点120之间，并且第一快速电容器132a在开关节点120与地之间(例如，通过将第二组控制值输入到第一开关网络108a、并且将第三组控制值输入到第二开关网络108b)。这种配置的一个示例在上面讨论的图5C中示出。电感器140在周期的第一部分1050和第二部分1060(例如，第一阶段和第三阶段)期间被通电。
在周期的第一部分1050与第二部分1060之间的周期的第三部分1055(例如，第二阶段)期间，开关节点120被耦合到地，这种情况的一个示例在上面讨论的图5B中示出。由于开关节点120在第三部分1055期间被耦合到地，所以针对第三部分1055未示出针对快速电容器132a和132b的配置。开关节点120也可以在周期的第四部分1065(例如，第四阶段)期间被耦合到地，这种情况的一个示例在上面讨论的图5D中示出。如上所述，控制器160可以通过将第五组控制值输入到第一开关网络108a、并且将第六组控制值输入到第二开关网络108b来将开关节点120耦合到地。
应当理解，本公开不限于图10B所示的周期的第一部分1050和第二部分1060的示例性顺序。例如，第一部分1050和第二部分1060的顺序可以被交换，其中第二部分1060在周期中先于第一部分1050。在这点上，应当理解，诸如“第一”、“第二”等用于周期的不同部分的名称用于区分周期的不同部分，而非旨在将如此指定的部分限制为周期中的特定顺序。
图11A示出了在同相操作和占空比大于50％的情况下，根据某些方面的在周期的不同部分(例如，阶段)期间第一快速电容器132a和第二快速电容器132b的示例性配置。注意，为了便于说明，电感器140在图11A中未示出。在周期的第一部分1115(例如，第二阶段)期间，控制器160使开关网络108a和108b将第一快速电容器132a和第二快速电容器132b并联耦合在输入112与开关节点120之间(例如，通过将第一组控制值输入到第一开关网络108a、并且将第三组控制值输入到第二开关网络108b)。这种配置的一个示例在上面讨论的图7B中示出。在周期的第二部分1125(例如，第四阶段)期间，控制器160使开关网络108a和108b将第一快速电容器132a和第二快速电容器132b并联耦合在开关节点120与地之间(例如，通过将第二组控制值输入到第一开关网络108a、并且将第四组控制值输入到第二开关网络108b)。这种配置的一个示例在上面讨论的图7D中示出。电感器140在周期的第一部分1115和第二部分1125(例如，第二阶段和第四阶段)期间被断电。
例如，在周期的第一部分1115与第二部分1125之间的周期的第三部分1120(例如，第三阶段)期间，开关节点120被耦合到降压转换器105的输入112，这种情况的一个示例在上面讨论的图7C中示出。由于开关节点120在第三部分1120期间耦合被到输入112，所以针对第三部分1120未示出针对快速电容器132a和132b的配置。开关节点120也可以在周期的第四部分1110(例如，第一阶段)期间被耦合到输入112，这种情况的一个示例在上面讨论的图7A中示出。如上所述，控制器160可以通过将第七组控制值输入到第一开关网络108a、并且将第八组控制值输入到第二开关网络108b来将开关节点120耦合到输入112。
应当理解，本公开不限于图11A所示的周期的第一部分1115和第二部分1125的示例性顺序。例如，第一部分1115和第二部分1125的顺序可以被互换，其中第二部分1125先于第一部分1115。如上所述，诸如“第一”、“第二”等用于周期的不同部分的名称用于区分周期的不同部分，而非旨在将如此指定的部分限制为周期中的特定顺序。
图11B示出了在异相操作和占空比大于50％的情况下，根据某些方面的在周期的不同部分(例如，阶段)期间第一快速电容器132a和第二快速电容器132b的示例性配置。在周期的第一部分1155(例如，第二阶段)期间，控制器160使开关网络108a和108b将第一快速电容器132a和第二快速电容器132b串联耦合在输入112与地之间，其中第一快速电容器132a在输入112与开关节点120之间，并且第二快速电容器132b在开关节点120与地之间(例如，通过将第一组控制值输入到第一开关网络108a、并且将第四组控制值输入到第二开关网络108b)。这种配置的一个示例在上面讨论的图9B中示出。在周期的第二部分1165(例如，第四阶段)期间，控制器160使开关网络108a和108b将第二快速电容器132b和第一快速电容器132a串联耦合在输入112与地之间，其中第二快速电容器132b在输入112与开关节点120之间，并且第一快速电容器132a在开关节点120与地之间(例如，通过将第二组控制值输入到第一开关网络108a、并且将第三组控制值输入到第二开关网络108b)。这种配置的一个示例在上面讨论的图9D中示出。电感器140在周期的第一部分1155和第二部分1165(例如，第二阶段和第四阶段)期间被断电。
在周期的第一部分1155与第二部分1165之间的周期的第三部分1160(例如，第三阶段)期间，开关节点120被耦合到降压转换器105的输入112，这种情况的一个示例在上面讨论的图9C中示出。由于开关节点120被耦合到输入112，所以针对第三部分1160未示出针对快速电容器132a和132b的配置。开关节点120也可以在周期的第四部分1150(例如，第一阶段)期间被耦合到输入112，这种情况的一个示例在上面讨论的图9A中示出。如上所述，控制器160可以通过将第七组控制值输入到第一开关网络108a、并且将第八组控制值输入到第二开关网络108b来将开关节点120耦合到输入112。
应当理解，本公开不限于图11B所示的周期的第一部分1155和第二部分1165的示例性顺序。例如，第一部分1155和第二部分1165的顺序可以被交换，其中第二部分1165在周期中先于第一部分1155。在这点上，应当理解，诸如“第一”、“第二”等用于周期的不同部分的名称用于区分周期的不同部分，而非旨在将如此指定的部分限制为周期中的特定顺序。
为了降压转换器105的高效操作，可能需要将第一快速电容器132a和第二快速电容器132b的电压平衡在输入电压Vin/2的大约一半处。在一种方法中，第一快速电容器132a和第二快速电容器132b的电压使用附加平衡电路(未示出)来平衡，该附加平衡电路可以包括附加晶体管和平衡电容器。平衡电路可能会在芯片上占据较大的面积并且造成附加的功率损耗。
为了解决这个问题，控制器160可以以混合模式操作降压转换器105，在混合模式下，控制器160在同相操作与异相操作之间切换降压转换器105。通过在同相操作与异相操作之间切换降压转换器105，控制器160能够将第一快速电容器132a和第二快速电容器132b的电压平衡在大约Vin/2，而不需要上面讨论的附加平衡电路。这是因为，快速电容器132a和132b在异相操作期间被串联耦合、并且在同相操作期间被并联耦合。当快速电容器132a和132b在异相操作期间被串联耦合在Vin与地之间时，快速电容器132a和132b的组合电压大约等于Vin。当快速电容器132a和132b在同相操作期间被并联耦合时，快速电容器132a和132b的电压被平衡在组合电压(即，Vin/2)的大约一半处，假定快速电容器132a和132b的电容大致相同。
图12示出了在占空比小于50％的情况下，根据某些方面的降压转换器105的混合模式操作的示例。在降压转换器105的第一周期1210中，控制器160异相地操作降压转换器105。在这点上，第一周期1210可以被称为异相周期。如图12所示，快速电容器132a和132b在第一周期1210期间被串联耦合。上面参考图10B给出的异相周期的描述适用于第一周期1210。
在降压转换器105的第二周期1220中，控制器160同相地操作降压转换器105。在这点上，第二周期1220可以被称为同相周期。如图12所示，快速电容器132a和132b在第二周期1220期间被并联耦合。上面参考图10A给出的同相周期的描述适用于第二周期1220。在某些方面，第二周期1220可以紧跟在第一周期1210之后(如图12中的示例中所示)。
图13示出了在占空比大于50％的情况下，根据某些方面的降压转换器105的混合模式操作的示例。在降压转换器105的第一周期1310中，控制器160异相地操作降压转换器105。在这点上，第一周期1310可以被称为异相周期。如图13所示，快速电容器132a和132b在第一周期1310期间被串联耦合。上面参考图11B给出的异相周期的描述适用于第一周期1310。
在降压转换器105的第二周期1320中，控制器160同相地操作降压转换器105。在这点上，第二周期1320可以被称为同相周期。如图13所示，快速电容器132a和132b在第二周期1320期间被并联耦合。上面参考图11A给出的同相周期的描述适用于第二周期1320。在某些方面，第二周期1320可以紧跟在第一周期1310之后(如图13中的示例中所示)。
在图12和图13所示的示例中，控制器160可以在混合模式操作中在同相周期与异相周期之间切换降压转换器105。在一个示例中，降压转换器105的奇数周期可以是异相周期，并且降压转换器105的偶数周期可以是同相周期，反之亦然。在该示例中，异相周期降低了来自功率晶体管165的均方根电流(即，输入电流)，以提高功率效率，并且同相周期提供快速电容器132a和132b的电压平衡。
在某些方面，控制器160可以比同相更频繁地异相地操作降压转换器105，以提供输入电流的均方根的更大减小以获取更高的功率效率。在这点上，控制器160可以在每N个周期中的一个周期中同相地操作降压转换器105，并且在每N个周期中的N-1个周期中异相地操作降压转换器105，其中N是大于二的整数(例如，三、四、五、六、七、八等)。换言之，每N个周期中的一个周期为同相周期，并且每N个周期中的N-1个周期为异相周期，其中N个周期可以是降压转换器105的连续周期。例如，对于N等于4的示例，降压转换器105的每四个周期中有一个是同相周期，而降压转换器105的每四个周期中有三个是异相周期。在这些方面，每个同相周期可以对应于占空比小于50％的图10A所示的示例性同相周期或占空比大于50％的图11A所示的示例性同相周期。每个异相周期可以对应于占空比小于50％的图10B所示的示例性异相周期或占空比大于50％的图11B所示的示例性异相周期。
图14A示出了第一开关网络108a和第二开关网络108b的示例性实现。在该示例中，第一开关网络108a包括被串联耦合在降压转换器105的输入112与开关节点120之间的第一开关110a和第二开关115a。第一开关网络108a还包括被串联耦合在开关节点120与地之间的第三开关125a和第四开关130a。第一快速电容器132a的第一端子134a被耦合在第一开关110a与第二开关115a之间，并且第一快速电容器132a的第二端子136a被耦合在第三开关125a与第四开关130a之间。
在该示例中，经由控制路径162输入到第一开关网络108a的每组控制值可以控制第一开关网络108a中的开关110a、115a、125a和130a中的相应开关。控制路径162可以包括多个控制线，其中控制线中的每个控制线承载一组控制值中用于控制开关110a、115a、125a和130a中的相应开关的一个控制值。为了便于说明，控制路径162的个体控制线在图14A中未示出。在该示例中，响应于第一组控制值，第一开关110a和第三开关125a闭合，并且第二开关115a和第四开关130a断开。响应于第二组控制值，第二开关115a和第四开关130a闭合，并且第一开关110a和第三开关125a断开。响应于第五组控制值，第一开关110a和第二开关115a断开，并且第三开关125a和第四开关130a闭合。响应于第七组控制值，第一开关110a和第二开关115a闭合，并且第三开关125a和第四开关130a断开。
在该示例中，第二开关网络108b包括被串联耦合在降压转换器105的输入112与开关节点120之间的第五开关110b和第六开关115b。第二开关网络108b还包括被串联耦合在开关节点120与地之间的第七开关125b和第八开关130b。第二快速电容器132b的第一端子134b被耦合在第五开关110b与第六开关115b之间，并且第二快速电容器132b的第二端子136b被耦合在第七开关125b与第八开关130b之间。
在该示例中，经由控制路径164输入到第二开关网络108b的每组控制值可以控制第二开关网络108b中的开关110b、115b、125b和130b中的相应开关。控制路径164可以包括多个控制线，其中控制线中的每个控制线承载一组控制值中用于控制开关110b、115b、125b和130b中的相应开关的一个控制值。为了便于说明，控制路径164的个体控制线在图14A中未示出。响应于第三组控制值，第五开关110b和第七开关125b闭合，并且第六开关115b和第八开关130b断开。响应于第四组控制值，第六开关115b和第八开关130b闭合，并且第五开关110b和第七开关125b断开。响应于第六组控制值，第五开关110b和第六开关115b断开，并且第七开关125b和第八开关130b闭合。响应于第八组控制值，第五开关110b和第六开关115b闭合，并且第七开关125b和第八开关130b断开。
应当理解，第一开关网络108a和第二开关网络108b不限于图14A所示的示例性实现，并且第一开关网络108a和第二开关网络108b可以使用其他开关布置来实现。在某些方面，开关110a、115a、125a、130a、110b、115b、125b和130b中的每个开关用相应晶体管(例如，相应NFET)来实现。在这些方面，控制器160通过导通相应晶体管来闭合开关，并且通过截止相应晶体管来断开开关。
如上所述，开关110a、115a、125a、130a、110b、115b、125b和130b中的每个开关可以用相应晶体管来实现。在这点上，图14B示出了其中开关110a、115a、125a、130a、110b、115b、125b和130b中的每个开关包括相应晶体管的示例。更具体地，第一开关110a包括第一晶体管Q1a，第二开关115a包括第二晶体管Q2a，第三开关125a包括第三晶体管Q3a，第四开关130a包括第四晶体管Q4a，第五开关110b包括第五晶体管Q1b，第六开关115b包括第六晶体管Q2b，第七开关125b包括第七晶体管Q3b，第八开关130b包括第八晶体管Q4b。注意，为了便于说明，控制器160在图14B中未示出。
在图14B所示的示例中，晶体管Q1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q1b、Q2b、Q3b和Q4b中的每个晶体管用n型场效应晶体管(NFET)来实现。在该示例中，控制器160通过将高电压(例如，逻辑1的控制值)输入到相应晶体管的栅极来闭合开关，这继而导通相应晶体管。控制器160通过将低电压(例如，逻辑0的控制值)输入到相应晶体管的栅极来断开开关，这继而截止相应晶体管。注意，为了便于说明，晶体管Q1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q1b、Q2b、Q3b和Q4b的栅极与控制器160之间的连接在图14B中未明确示出。应当理解，晶体管Q1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q1b、Q2b、Q3b和Q4b可以用其他类型的晶体管来实现。
在该示例中，第一组控制值(其将第一快速电容器132a耦合在输入112与开关节点120之间)可以包括分别与晶体管Q1a、Q2a、Q3a和Q4a相对应的逻辑值1、0、1和0。第二组控制值(其将第一快速电容器132耦合在开关节点120与地之间)可以包括分别与晶体管Q1a、Q2a、Q3a和Q4a相对应的逻辑值0、1、0和1。第五组控制值(其将开关节点120耦合到地)可以包括分别与晶体管Q1a、Q2a、Q3a和Q4a相对应的逻辑值0、0、1和1。第七组控制值(其将开关节点120耦合到输入112)可以包括分别与晶体管Q1a、Q2a、Q3a和Q4a相对应的逻辑值1、1、0和0。
在该示例中，第三组控制值(其将第二快速电容器132b耦合在输入112与开关节点120之间)可以包括分别与晶体管Q1b、Q2b、Q3b和Q4b相对应的逻辑值1、0、1和0。第四组控制值(其将第二快速电容器132b耦合在开关节点120与地之间)可以包括分别与晶体管Q1b、Q2b、Q3b和Q4b相对应的逻辑值0、1、0和1。第六组控制值(其将开关节点120耦合到地)可以包括分别与晶体管Q1b、Q2b、Q3b和Q4b相对应的逻辑值0、0、1和1。第八组控制值(其将开关节点120耦合到输入112)可以包括分别与晶体管Q1b、Q2b、Q3b和Q4b相对应的逻辑值1、1、0和0。
图15示出了在占空比小于50％的情况下，控制器160可以生成的用于同相地操作降压转换器105的控制信号的示例。在该示例中，控制信号1510被输入到第一晶体管Q1a，控制信号1520被输入到第四晶体管Q4a，控制信号1530被输入到第二晶体管Q2a，控制信号1540被输入到第三晶体管Q3a。在该示例中，控制信号1520是控制信号1510的补码(即，反相)，并且控制信号1540是控制信号1530的补码(即，反相)。
控制信号1550被输入到第五晶体管Q1b，控制信号1560被输入到第八晶体管Q4b，控制信号1570被输入到第六晶体管Q2b，控制信号1580被输入到第七晶体管3b。对于同相操作，控制信号1550、1560、1570和1580可以分别与控制信号1510、1520、1530和1540相同。这导致晶体管Q1a、Q2a、Q3a和Q4a分别与晶体管Q1b、Q2b、Q3b和Q4b同相地操作。在该示例中，每个控制信号被输入到相应晶体管的栅极，并且当相应控制信号为高时(例如，具有为逻辑1的控制值)，晶体管被导通，而当相应控制信号为低(例如，具有为逻辑0的控制值)时，晶体管被截止。
在每个周期的第一阶段(标记为“I”)期间，第一晶体管Q1a、第三晶体管Q3a、第五晶体管Q1b和第七晶体管Q3b被导通，并且第二晶体管Q2a、第四晶体管Q4a、第六晶体管Q2b和第八晶体管Q4b被截止。结果，第一快速电容器132a和第二快速电容器132b被并联耦合在输入112与开关节点120之间，这种情况的一个示例在图3A中示出。
在每个周期的第二阶段和第四阶段(标记为“II”和“IV”)期间，第一晶体管Q1a、第二晶体管Q2a、第五晶体管Q1b和第六晶体管Q2b被截止，并且第三晶体管Q3a、第四晶体管Q4a、第七晶体管Q3b和第八晶体管Q4b被导通。结果，开关节点120被耦合到地，这种情况的一个示例在图3B和图3D中示出。
在每个周期的第三阶段(标记为“III”)期间，第一晶体管Q1a、第三晶体管Q3a、第五晶体管Q1b和第七晶体管Q3b被截止，并且第二晶体管Q2a、第四晶体管Q4a、第六晶体管Q2b和第八晶体管Q4b被导通。结果，第一快速电容器132a和第二快速电容器132b被并联耦合在开关节点120与地之间，这种情况的一个示例在图3C中示出。
图16示出了用于在占空比小于50％的情况下异相地操作降压转换器105的控制信号的示例。在该示例中，分别被输入到第一晶体管Q1a、第四晶体管Q4a、第二晶体管Q2a和第三晶体管Q3a的控制信号1510、1520、1530和1540对于异相操作与对于上面参考图15讨论的同相操作相同。因此，晶体管Q1a、Q2a、Q3a和Q4a的控制信号可以针对异相操作和同相操作保持相同。
在同相操作期间分别被输入到第五晶体管Q1b和第八晶体管Q4b的控制信号1550和1560在异相操作期间分别被输入到第六晶体管Q2b和第七晶体管Q3b。在同相操作期间分别被输入到第六晶体管Q2b和第七晶体管Q3b的控制信号1570和1580在异相操作期间分别被输入到第五晶体管Q1b和第八晶体管Q4b。因此，可以通过交换第五晶体管Q1b与第六晶体管Q2b之间的控制信号以及交换第八晶体管Q4b与第七晶体管Q3b之间的控制信号来实现降压转换器105在同相操作与异相操作之间的切换。
在每个周期的第一阶段(标记为“I”)期间，第一晶体管Q1a、第三晶体管Q3a、第六晶体管Q2b和第八晶体管Q3b被导通，并且第二晶体管Q2a、第四晶体管Q4a、第五晶体管Q1b和第七晶体管Q3b被截止。结果，第一快速电容器132a和第二快速电容器132b被串联耦合在输入112与地之间，其中第一快速电容器132a在输入112与开关节点120之间，并且第二快速电容器132b在开关节点120与地之间。这种情况的一个示例在图5A中示出。
在每个周期的第二阶段和第四阶段(标记为“II”和“IV”)期间，第一晶体管Q1a、第二晶体管Q2a、第五晶体管Q1b和第六晶体管Q2b被截止，并且第三晶体管Q3a、第四晶体管Q4a、第七晶体管Q3b和第八晶体管Q4b被导通。结果，开关节点120被耦合到地，这种情况的一个示例在图5B和图5D中示出。
在每个周期的第三阶段(标记为“III”)期间，第二晶体管Q2a、第四晶体管Q4a、第五晶体管Q1b和第七晶体管Q3b被导通，并且第一晶体管Q1a、第三晶体管Q3a、第六晶体管Q2b和第八晶体管Q4b被截止。结果，第一快速电容器132a和第二快速电容器132b被串联耦合在输入112与开关节点120之间，其中第二快速电容器132b在输入112与开关节点120之间，并且第一快速电容器132a在开关节点120与地之间。这种情况的一个示例在图5C中示出。
图17示出了在占空比大于50％的情况下，控制器160可以生成的、以同相地操作降压转换器105的控制信号的示例。在该示例中，控制信号1710被输入到第一晶体管Q1a，控制信号1720被输入到第四晶体管Q4a，控制信号1730被输入到第二晶体管Q2a，控制信号1740被输入到第三晶体管Q3a。在该示例中，控制信号1720是控制信号1710的补码(即，反相)，并且控制信号1740是控制信号1730的补码(即，反相)。
控制信号1750被输入到第五晶体管Q1b，控制信号1760被输入到第八晶体管Q4b，控制信号1770被输入到第六晶体管Q2b，控制信号1780被输入到第七晶体管3b。对于同相操作，控制信号1750、1760、1770和1780可以分别与控制信号1710、1720、1730和1740相同。这导致晶体管Q1a、Q2a、Q3a和Q4a分别与晶体管Q1b、Q2b、Q3b和Q4b同相地操作。在该示例中，每个控制信号被输入到相应晶体管的栅极，并且当相应控制信号为高时(例如，具有为逻辑1的控制值)，晶体管被导通，而当相应控制信号为低(例如，具有为逻辑0的控制值)时，晶体管被截止。
在每个周期的第一阶段和第三阶段(标记为“I”和“III”)期间，第一晶体管Q1a、第二晶体管Q2a、第五晶体管Q1b和第六晶体管Q2b被导通，并且第三晶体管Q3a、第四晶体管Q4a、第七晶体管Q3b和第八晶体管Q4b被截止。结果，开关节点120被耦合到降压转换器105的输入112，这种情况的一个示例在图7A和图7C中示出。
在每个周期的第二阶段(标记为“II”)期间，第一晶体管Q1a、第三晶体管Q3a、第五晶体管Q1b和第七晶体管Q3b被导通，并且第二晶体管Q2a、第四晶体管Q4a、第六晶体管Q2b和第八晶体管Q4b被截止。结果，第一快速电容器132a和第二快速电容器132b被并联耦合在输入112与开关节点120之间，这种情况的一个示例在图7B中示出。
在每个周期的第四阶段(标记为“IV”)期间，第一晶体管Q1a、第三晶体管Q3a、第五晶体管Q1b和第七晶体管Q3b被截止，并且第二晶体管Q2a、第四晶体管Q4a、第六晶体管Q2b和第八晶体管Q4b被导通。结果，第一快速电容器132a和第二快速电容器132b被并联耦合在开关节点120与地之间，这种情况的一个示例在图7D中示出。
图18示出了用于在占空比大于50％的情况下异相地操作降压转换器105的控制信号的示例。在该示例中，分别被输入到第一晶体管Q1a、第四晶体管Q4a、第二晶体管Q2a和第三晶体管Q3a的控制信号1710、1720、1730和1740针对异相操作与针对上面参考图17讨论的同相操作相同。因此，晶体管Q1a、Q2a、Q3a和Q4a的控制信号可以针对异相操作和同相操作保持相同。
在同相操作期间分别被输入到第五晶体管Q1b和第八晶体管Q4b的控制信号1750和1760在异相操作期间分别被输入到第六晶体管Q2b和第七晶体管Q3b。在同相操作期间分别被输入到第六晶体管Q2b和第七晶体管Q3b的控制信号1770和1780在异相操作期间分别被输入到第五晶体管Q1b和第八晶体管Q4b。因此，可以通过交换第五晶体管Q1b与第六晶体管Q2b之间的控制信号以及交换第八晶体管Q4b与第七晶体管Q3b之间的控制信号来实现降压转换器105在同相操作与异相操作之间的切换。
在每个周期的第一阶段和第三阶段(标记为“I”和“III”)期间，第一晶体管Q1a、第二晶体管Q2a、第五晶体管Q1b和第六晶体管Q2b被导通，并且第三晶体管Q3a、第四晶体管Q4a、第七晶体管Q3b和第八晶体管Q4b被截止。结果，开关节点120被耦合到降压转换器105的输入112，这种情况的一个示例在图9A和图9C中示出。
在每个周期的第二阶段(标记为“II”)期间，第一晶体管Q1a、第三晶体管Q3a、第六晶体管Q2b和第八晶体管Q3b被导通，并且第二晶体管Q2a、第四晶体管Q4a、第五晶体管Q1b和第七晶体管Q3b被截止。结果，第一快速电容器132a和第二快速电容器132b被串联耦合在输入112与地之间，其中第一快速电容器132a在输入112与开关节点120之间，并且第二快速电容器132b在开关节点120与地之间。这种情况的一个示例在图9B中示出。
在每个周期的第四阶段(标记为“IV”)期间，第二晶体管Q2a、第四晶体管Q4a、第五晶体管Q1b和第七晶体管Q3b被导通，并且第一晶体管Q1a、第三晶体管Q3a、第六晶体管Q2b和第八晶体管Q4b被截止。结果，第一快速电容器132a和第二快速电容器132b被串联耦合在输入112与开关节点120之间，其中第二快速电容器132b在输入112与开关节点120之间，并且第一快速电容器132a在开关节点120与地之间。这种情况的一个示例在图9D中示出。
图19A示出了根据某些方面的控制器160的示例性实现。为了便于说明，降压转换器105的细节在图19A中未示出。在该示例中，降压转换器105的输出146被耦合到负载1910，负载1910接收输出电压Vout。负载1910可以包括电池(未示出)和/或另一设备。
在该示例中，控制器160包括比较器1920和控制电路1930。比较器1920具有被配置为接收目标电压Vtarget的第一输入1922、被耦合到降压转换器106的输出146的第二输入1924、以及被耦合到控制电路1930的输出1926。在操作中，比较器1920比较降压转换器105的输出电压Vout与目标电压Vtarget，并且向控制电路1930输出比较信号，该比较信号指示降压转换器105的输出电压Vout是大于还是小于目标电压Vtarget。比较器1920可以用误差放大器或其他类型的比较器来实现。
控制电路1930生成控制信号1935并且将控制信号1935输出到降压转换器105(例如，经由图1和图14A所示的控制路径162和164)，其中每个控制信号1935控制降压转换器105中的相应开关(例如，开关110a、115a、125a、130a、110b、115b、125b和130b中的相应开关)。控制信号1935可以根据上面参考图3A至图3D、图5A至图5B、图7A至图7B和图9A至图9D讨论的切换序列中的任何一个切换序列来切换降压转换器105中的开关，以便同相和/或异相地操作降压转换器105。
对于控制器160以小于50％的占空比同相地操作降压转换器105的示例，控制信号1935可以对应于图15所示的示例性控制信号。对于控制器160以小于50％的占空比异相地操作降压转换器105的示例，控制信号1935可以对应于图16所示的示例性控制信号。对于控制器160以大于50％的占空比同相地操作降压转换器105的示例，控制信号1935可以对应于图17所示的示例性控制信号。对于控制器160以大于50％的占空比异相地操作降压转换器105的示例，控制信号1935可以对应于图18所示的示例性控制信号。
在操作中，控制电路1930基于从比较器1920接收的比较信号来控制控制信号1935的占空比(并且因此控制降压转换器105的占空比)。更具体地，控制电路1930在减小输出电压Vout与目标电压Vtarget之间的差异的方向上，基于比较信号来调节占空比。如果比较信号指示降压转换器105的输出电压Vout小于目标电压Vtarget，则控制电路1930增加占空比以增加输出电压Vout，从而在这种情况下减小Vout与Vtarget之间的差异。如果比较信号指示降压转换器105的输出电压Vout大于目标电压Vtarget，则控制电路1930减小占空比以减小输出电压Vout，从而在这种情况下减小Vout与Vtarget之间的差异。以这种方式，控制电路1930动态地调节降压转换器105的占空比，以保持降压转换器105的输出电压Vout接近目标电压。
图19B示出了示例性实现，其中控制器160包括电压缩放器1950，电压缩放器1950被配置为缩放降压转换器105的输出电压Vout以生成缩放电压Vs。在该示例中，比较器1920将缩放电压Vs与参考电压Vref进行比较以生成上述比较信号。缩放电压Vs大约等于输出电压Vout乘以缩放器1950的缩放因子。在该示例中，目标电压Vtarget大约等于参考电压Vref除以缩放因子。因此，在该示例中，目标电压Vtarget可以通过对电压缩放器1950的缩放因子进行编程来编程。在一个示例中，电压缩放器1950可以用电阻分压器来实现，该电阻分压器可以包括可变电阻器以对缩放因子进行编程。在该示例中，比较信号指示输出电压Vout是大于还是小于目标电压。
图20示出了根据某些方面的控制电路1930的示例性实现。在该示例中，控制电路1930包括占空比电路2010和控制信号发生器2020。控制信号发生器2020被配置为生成用于降压转换器105中的开关的控制信号。如下面进一步讨论的，占空比电路2010被配置为从比较器1920(图20中未示出)接收比较信号，并且基于比较信号来控制由控制信号发生器2020输出的控制信号的占空比。注意，为了便于说明，快速电容器132a和132b在图20中未示出。
在该示例中，控制信号发生器2020包括被耦合到降压转换器105的第一控制输入2050a的第一输出2030a、被耦合到降压转换器105的第二控制输入2055a的第二输出2035a、被耦合到降压转换器105的第三控制输入2060a的第三输出2040a、以及被耦合到降压转换器105的第四控制输入2065a的第四输出2045a。第一控制输入2050a、第二控制输入2055a、第三控制输入2060a和第四控制输入2065a分别被耦合到第一开关110a、第二开关115a、第三开关125a和第四开关130a。对于开关用晶体管实现的示例，第一控制输入2050a、第二控制输入2055a、第三控制输入2060a和第四控制输入2065a可以分别被耦合到第一晶体管Q1a的栅极、第二晶体管Q2a的栅极、第三晶体管Q3a的栅极和第四晶体管Q4a的栅极。注意，为了便于说明，快速电容器132a和132b在图20中未示出。如图20所示，输出2030a、2035a、2040a和2045a中的每个输出可以经由控制路径162的相应控制线被耦合到相应输入2050a、2055a、2060a和2065a。
控制信号发生器2020还包括被耦合到降压转换器105的第五控制输入2050b的第五输出2030b、被耦合到降压转换器105的第六控制输入2055b的第六输出2035b、被耦合到降压转换器105的第七控制输入2060b的第七输出2040b、以及被耦合到降压转换器105的第八控制输入2065b的第八输出2045b。第五控制输入2050b、第六控制输入2055b、第七控制输入2060b和第八控制输入2065b分别被耦合到第五开关110b、第六开关115b、第七开关125b和第八开关130b。对于开关用晶体管实现的示例，第五控制输入2050b、第六控制输入2055b、第七控制输入2060b和第八控制输入2065b可以分别被耦合到第五晶体管Q1b的栅极、第六晶体管Q2b的栅极、第七晶体管Q3b的栅极和第八晶体管Q4b的栅极。如图20所示，输出2030b、2035b、2040b和2045b中的每个输出可以经由控制路径164的相应控制线被耦合到相应输入2050b、2055b、2060b和2065b。
在操作中，控制信号发生器2020生成上面讨论的控制信号1935。每个控制信号控制开关110a、115a、125a、130a、110b、115b、125b和130b中的相应开关的开/关状态(即，控制开关中的相应开关是闭合还是断开)。在这点上，控制信号发生器2020将每个控制信号输出到被耦合到相应开关的降压转换器105的控制输入。例如，控制信号发生器2020将用于第一开关110a的控制信号输出到第一控制输入2050a，将用于第二开关115a的控制信号输出到第二控制输入2055a，等等。如上所述，例如，根据控制器160是同相还是异相地操作降压转换器105以及占空比是小于还是大于50％，控制信号可以对应于图15至图18中的任何一个中所示的控制信号。
如上所述，占空比电路2010被配置为基于来自比较器1920的比较信号来控制控制信号的占空比(并且因此控制降压转换器105的占空比)。在一个示例中，占空比电路2010可以生成降压转换器105的每个周期包括一个脉冲的周期性脉冲信号。然后占空比电路2010可以将脉冲信号输出到控制信号发生器2020，其中控制信号发生器2020基于脉冲信号生成用于降压转换器105的控制信号。在该示例中，占空比电路2010通过控制脉冲信号的脉冲宽度来控制占空比。这可以通过以下示例来解释。
针对占空比小于50％的情况，脉冲信号可以对应于图15中的控制信号1510，其具有正脉冲1512。在该示例中，脉冲宽度大约等于DT，其中D是占空比并且T是一个周期的时段。结果，占空比大约等于脉冲信号(即，该示例中的控制信号1510)的脉冲宽度除以该时段。因此，占空比可以通过调节脉冲宽度来调节。在该示例中，占空比电路2010可以通过增加脉冲宽度来增加占空比(例如，当比较信号指示Vout<Vtarget时)。占空比电路2010可以通过减小脉冲宽度来减小占空比(例如，当比较信号指示Vout>Vtarget时)。在该示例中，占空比电路2010可以用脉冲宽度调制器或其他类型的电路来实现。
在该示例中，控制信号发生器2020然后可以基于控制信号1510生成(即，导出)其他控制信号。例如，控制信号发生器2020可以通过将控制信号1510反相(例如，使用反相器)来生成控制信号1520。控制信号发生器2020可以通过将控制信号1510在时间上偏移半个时段(即，0.5T)来生成控制信号1530，并且通过将控制信号1520在时间上偏移半个时段(即，0.5T)来生成控制信号1540。因此，控制信号发生器2020可以通过执行反相和时移功能、基于控制信号1510(在该示例中对应于脉冲信号)生成控制信号1520、1530和1540。在该示例中，控制信号1550、1560、1570和1580可以分别是控制信号1510、1520、1530和1540的副本。
针对占空比大于50％的情况，脉冲信号可以对应于图17中的控制信号1710，其具有负脉冲1712。在该示例中，脉冲宽度大约等于(1-D)T，其中D是占空比并且T是一个周期的时段。与占空比小于50％的情况类似，占空比电路2010通过调节控制信号1710的脉冲宽度(在该示例中对应于脉冲信号)来调节占空比。
然后，控制信号发生器2020可以基于控制信号1710生成(即，导出)其他控制信号。例如，控制信号发生器2020可以通过将控制信号1710反相(例如，使用反相器)来生成控制信号1720。控制信号发生器2020可以通过将控制信号1710在时间上偏移半个时段(即，0.5T)来生成控制信号1730，并且通过将控制信号1720在时间上偏移半个时段(即，0.5T)来生成控制信号1740。因此，控制信号发生器2020可以通过执行反相和时移功能、基于控制信号1710(在该示例中对应于脉冲信号)生成控制信号1720、1730和1740。在该示例中，控制信号1750、1760、1770和1780可以分别是控制信号1710、1720、1730和1740的副本。
如上所述，控制器160可以通过将控制信号交换到降压转换器105的第二开关网络108b中的开关来在混合模式下在同相操作与异相操作之间切换降压转换器105。在这点上，图21示出了一个示例，其中控制器160包括在控制信号发生器2020与降压转换器105之间的交换电路2110。交换电路2110包括分别被耦合到控制信号发生器2020的第五输出2030b、第六输出2035b、第七输出2040b和第八输出2045b的第一输入2112、第二输入2114、第三输入2116和第四输入2118。交换电路2110还包括分别被耦合到降压转换器105的第五控制输入2050b、第六控制输入2055b、第七控制输入2065b和第八控制输入2065b的第一输出2122、第二输出2214、第三输出2216和第四输出2218。
在某些方面，交换电路2110被配置为：基于控制器160正在同相还是异相地操作降压转换器105，选择性地将输入2112、2114、2116和2118中的每个输入耦合到输出2122、2124、2126和2128中的一个输出。在一个示例中，交换电路2110的第一输入2112和第二输入2114可以分别接收控制信号1550和1570。在该示例中，在同相模式下，交换电路2110将第一输入2112和第二输入2114分别耦合到第一输出2122和第二输出2124，使得控制信号1550被输入到第五晶体管Q1b，并且控制信号1570被输入到第六晶体管Q2b。在异相模式下，交换电路2110将第一输入2112和第二输入2114分别耦合到第二输出2124和第一输出2122，使得控制信号1550被输入到第六晶体管Q2b，并且控制信号1570被输入到第五晶体管Q1b。
此外，在该示例中，交换电路2110的第三输入2116和第四输入2118可以分别接收控制信号1560和1580。在该示例中，在同相模式下，交换电路2110将第三输入2116和第四输入2118分别耦合到第四输出2128和第三输出2126，使得控制信号1560被输入到第八晶体管Q4b，并且控制信号1580被输入到第七晶体管Q3b。在异相模式下，交换电路2110将第三输入2116和第四输入2118分别耦合到第三输出2126和第四输出2128，使得控制信号1580被输入到第四晶体管Q4b，并且控制信号1560被输入到第七晶体管Q3b。
因此，在该示例中，通过在第五晶体管Q1b与第六晶体管Q2b之间交换控制信号以及在第八晶体管Q4b与第七晶体管Q3b之间交换控制信号，交换电路2110在同相操作与异相操作之间切换降压转换器105(例如，对于混合模式操作)。在这点上，交换电路2110可以在同相模式与异相模式之间切换以在混合模式操作中操作降压转换器。例如，交换电路2110可以在每N个周期中的一个周期中以同相模式操作，并且在每N个周期中的N-1个周期中以异相模式操作，其中N个周期可以是降压转换器105的连续周期。交换电路2110可以用交叉开关、多路复用器等来实现。
图22是示出根据本公开的方面操作降压转换器的方法2200的流程图。降压转换器(例如，降压转换器105)包括第一电容器(例如，第一快速电容器132a)、第二电容器(例如，第二快速电容器132b)、以及被耦合在节点(例如，开关节点120)与降压转换器的输出之间的电感器(例如，电感器140)。
在框2210，在第一周期的第一部分期间，将第一电容器和第二电容器串联耦合在降压转换器的输入与地之间，其中第一电容器被耦合在降压转换器的输入与节点之间，并且第二电容器被耦合在节点与地之间。被串联耦合的第一电容器和第二电容器的示例在图5A和图9B中示出。第一周期的第一部分可以对应于图10B中的第一部分1050或图11中的第一部分1155。
在框2220，在第一周期的第二部分期间，将第二电容器和第一电容器串联耦合在降压转换器的输入与地之间，其中第二电容器被耦合在降压转换器的输入与节点之间，并且第一电容器被耦合在节点与地之间。被串联耦合的第二电容器和第一电容器的示例在图5C和图9D中示出。第一周期的第二部分可以对应于图10B中的第二部分1060或图11B中的第二部分1165。第一周期的第二部分可以在第一周期的第一部分之后或之前。
可选地，方法2200可以包括：在第二周期的第一部分期间，将第一电容器和第二电容器并联耦合在降压转换器的输入与节点之间，并且在第二周期的第二部分期间，将第一电容器和第二电容器并联耦合在节点与地之间。被并联耦合在降压转换器的输入与节点之间的第一电容器和第二电容器的示例在图3A和图7B中示出。被并联耦合在节点与地之间的第一电容器和第二电容器的示例在图3C和图7D中示出。
图23示出了根据本公开的某些方面的示例性系统2305的框图。系统2305可以被用于在移动设备(例如，手机、膝上型电脑等)或其他类型的设备中供电。在该示例中，系统2305包括电源端口2320、充电器2330(例如，无线充电器)、第一功率晶体管165a、第二功率晶体管165b、电源控制器180、降压转换器105、控制器160、以及可充电电池2310(其可以对应于图19中的负载1910)。应当理解，图23未按比例绘制，并且系统2305的元件可以与图23所示的不同地被布局。
电源端口2320可以被耦合到电源(未示出)以从电源接收功率。在一个示例中，电源可以是通用串行总线(USB)电源。USB电源可以具有5至25伏范围内的输出电压。在一个示例中，电源端口2320可以可拆卸地被耦合到电源。在本公开中，术语“可拆卸”是指用户可以容易地将电源与电源端口2320耦合或去耦。电源端口2320也可以称为电源连接器或其他术语。充电器2330可以是无线地被耦合(例如，感应耦合)到外部电源以从外部电源接收功率的无线充电器。
第一功率晶体管165a被耦合在电源端口2320与降压转换器105的输入112之间，并且第二功率晶体管165b被耦合在充电器2330与降压转换器105的输入112之间。电源控制器180根据针对降压转换器105所使用的电源来选择性地导通第一功率晶体管165a或第二功率晶体管165b。例如，当降压转换器105要从被耦合到电源端口2320的电源(例如，USB电源)接收功率时，电源控制器180可以截止第一功率晶体管165a并且截止第二功率晶体管165b。当降压转换器105要从充电器2330接收电力时，电源控制器180可以截止第二功率晶体管165b并且截止第一功率晶体管165a，充电器2330可以是从外部电源无线地接收功率的无线充电器。
降压转换器105的输出146被耦合到电池2310。降压转换器105被配置为将输入112处的输入电压Vin降压到较低的输出电压Vout，以对电池2310充电。根据上面讨论的本公开的任何一个或多个方面，控制器160被配置为控制降压转换器105中的开关。在某些方面，控制器160被配置为调整降压转换器105的占空比，以将输出电压Vout维持在大约目标电压Vtarget(例如，用于对电池2310充电的电压)处。为此，控制器160可以监测降压转换器105的输出电压Vout，并且基于监测的输出电压Vout调整占空比，以保持监测的输出电压Vout接近目标电压Vtarget。电池2310可以被耦合到一个或多个设备(未示出)以向一个或多个设备提供功率。一个或多个设备可以包括片上系统(SoC)，该SoC可以包括一个或多个处理器、存储器、调制解调器和/或集成在芯片上的其他电路。
应当理解，本公开不限于以上用于描述本公开的方面的示例性术语，并且本公开涵盖等同术语。例如，应当理解，控制信号发生器2020也可以称为驱动器、开关控制器或其他术语。在另一示例中，应当理解，降压转换器105也可以称为降压转换器、开关调节器或其他术语。
上面讨论的控制器160、占空比电路2010和控制信号发生器2020可以用旨在执行本文中描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、领域可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立硬件组件(例如，逻辑门)或其任何组合来实现。处理器可以通过执行包括用于执行功能的代码的软件来执行本文中描述的功能。该软件可以被存储在计算机可读存储介质上，诸如RAM、ROM、EEPROM、光盘和/或磁盘。
在本文中使用诸如“第一”、“第二”等名称对元素的任何引用通常不限制这些元素的数量或顺序。相反，这些名称在本文中用作区分两个或更多个元素或一个元素的两个或更多个实例的方便方式。因此，对第一元素和第二元素的引用并不表示只能使用两个元素或者第一元素必须在第二元素之前。
在本公开中，“示例性”一词用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何实现或方面不必被解释为比本公开的其他方面更优选或有利。同样，术语“方面”并不要求本公开的所有方面都包括所讨论的特征、优点或操作模式。术语“耦合”在本文中用于指代两个结构之间的直接或间接电耦合。如本文中使用的，术语“大约”是指在规定值的10％以内(例如，在规定值的90％到110％之间)。
提供本公开的前述描述以使得本领域任何技术人员能够制作或使用本公开。对于本领域技术人员来说，对本公开的各种修改将是很清楚的，并且在不背离本公开的精神或范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其他变型。因此，本公开不旨在限于本文中描述的示例，而是应当被赋予与本文中公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (29)

1.一种操作降压转换器的方法，其中所述降压转换器包括第一电容器、第二电容器和被耦合在所述降压转换器的输出与节点之间的电感器，所述方法包括：
在第一周期的第一部分期间，将所述第一电容器和所述第二电容器串联耦合在所述降压转换器的输入与地之间，其中所述第一电容器被耦合在所述降压转换器的所述输入与所述节点之间，并且所述第二电容器被耦合在所述节点与所述地之间；以及
在所述第一周期的第二部分期间，将所述第二电容器和所述第一电容器串联耦合在所述降压转换器的所述输入与所述地之间，其中所述第二电容器被耦合在所述降压转换器的所述输入与所述节点之间，并且所述第一电容器被耦合在所述节点与所述地之间。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述第一周期的第三部分期间，将所述节点耦合到所述地。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一周期的所述第三部分在所述第一周期的所述第一部分与所述第一周期的所述第二部分之间。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述第一周期的第三部分期间，将所述节点耦合到所述降压转换器的所述输入。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一周期的所述第三部分在所述第一周期的所述第一部分与所述第一周期的所述第二部分之间。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在第二周期的第一部分期间，将所述第一电容器和所述第二电容器并联耦合在所述降压转换器的所述输入与所述节点之间；以及
在所述第二周期的第二部分期间，将所述第一电容器和所述第二电容器并联耦合在所述节点与所述地之间。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
在所述第一周期的第三部分期间，将所述节点耦合到所述地；以及
在所述第二周期的第三部分期间，将所述节点耦合到所述地。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：
在所述第一周期的第三部分期间，将所述节点耦合到所述降压转换器的所述输入；以及
在所述第二周期的第三部分期间，将所述节点耦合到所述降压转换器的所述输入。
9.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述降压转换器包括：
第一开关和第二开关，被串联耦合在所述降压转换器的所述输入与所述节点之间；
第三开关和第四开关，被串联耦合在所述节点与所述地之间；
第五开关和第六开关，被串联耦合在所述降压转换器的所述输入与所述节点之间；以及
第七开关和第八开关，被串联耦合在所述节点与所述地之间；
所述第一电容器的第一端子被耦合在所述第一开关与所述第二开关之间；
所述第一电容器的第二端子被耦合在所述第三开关与所述第四开关之间；
所述第二电容器的第一端子被耦合在所述第五开关与所述第六开关之间；
所述第二电容器的第二端子被耦合在所述第七开关与所述第八开关之间；以及
在所述第一周期的所述第一部分期间，将所述第一电容器和所述第二电容器串联耦合包括：
闭合所述第一开关、所述第三开关、所述第六开关和所述第八开关；以及
断开所述第二开关、所述第四开关、所述第五开关和所述第七开关。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述第一周期的所述第二部分期间，将所述第二电容器和所述第一电容器串联耦合包括：
闭合所述第二开关、所述第四开关、所述第五开关和所述第七开关；以及
断开所述第一开关、所述第三开关、所述第六开关和所述第八开关。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括：
在第二周期的第一部分期间，将所述第一电容器和所述第二电容器并联耦合在所述降压转换器的所述输入与所述节点之间；以及
在所述第二周期的第二部分期间，将所述第一电容器和所述第二电容器并联耦合在所述节点与所述地之间。
12.根据权利要求11所述的方法，其中将所述第一电容器和所述第二电容器并联耦合在所述降压转换器的所述输入与所述节点之间包括：
闭合所述第一开关、所述第三开关、所述第五开关和所述第七开关；以及
断开所述第二开关、所述第四开关、所述第六开关和所述第八开关。
13.根据权利要求12所述的方法，其中将所述第一电容器和所述第二电容器并联耦合在所述节点与地之间包括：
断开所述第一开关、所述第三开关、所述第五开关和所述第七开关；以及
闭合所述第二开关、所述第四开关、所述第六开关和所述第八开关。
14.一种装置，包括：
降压转换器，其中所述降压转换器包括：
第一电容器；
第一开关网络，被配置为：响应于第一组控制值，将所述第一电容器耦合在所述降压转换器的输入与节点之间，并且响应于第二组控制值，将所述第一电容器耦合在所述节点与地之间；
第二电容器；
第二开关网络，被配置为：响应于第三组控制值，将所述第二电容器耦合在所述降压转换器的所述输入与所述节点之间，并且响应于第四组控制值，将所述第二电容器耦合在所述节点与所述地之间；以及
电感器，被耦合在所述降压转换器的输出与所述节点之间；以及
控制器，其中在第一周期的第一部分期间，所述控制器被配置为：将所述第一组控制值输入到所述第一开关网络，并且将所述第四组控制值输入到所述第二开关网络，并且在所述第一周期的第二部分期间，所述控制器被配置为：将所述第二组控制值输入到所述第一开关网络，并且将所述第三组控制值输入到所述第二开关网络。
15.根据权利要求14所述的装置，其中：
所述第一开关网络被配置为：响应于第五组控制信号，将所述节点耦合到所述地；以及
在所述第一周期的第三部分期间，所述控制器被配置为将所述第五组控制信号输入到所述第一开关网络。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述第一周期的所述第三部分在所述第一周期的所述第一部分与所述第一周期的所述第二部分之间。
17.根据权利要求14所述的装置，其中：
所述第一开关网络被配置为：响应于第五组控制信号，将所述节点耦合到所述降压转换器的所述输入；以及
在所述第一周期的第三部分期间，所述控制器被配置为将所述第五组控制信号输入到所述第一开关网络。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述第一周期的所述第三部分在所述第一周期的所述第一部分与所述第一周期的所述第二部分之间。
19.根据权利要求14所述的装置，其中：
在第二周期的第一部分期间，所述控制器被配置为：将所述第一组控制信号输入到所述第一开关网络，并且将所述第三组控制信号输入到所述第二开关网络；以及
在所述第二周期的第二部分期间，所述控制器被配置为：将所述第二组控制信号输入到所述第一开关网络，并且将所述第四组控制信号输入到所述第二开关网络。
20.根据权利要求14所述的装置，其中：
所述第一开关网络包括：
第一开关和第二开关，被串联耦合在所述降压转换器的所述输入与所述节点之间；以及
第三开关和第四开关，被串联耦合在所述节点与所述地之间；
所述第一电容器的第一端子被耦合在所述第一开关与所述第二开关之间；
所述第一电容器的第二端子被耦合在所述第三开关与所述第四开关之间；
响应于所述第一组控制信号，所述第一开关和所述第三开关闭合，并且所述第二开关和所述第四开关断开；以及
响应于所述第二组控制信号，所述第一开关和所述第三开关断开，并且所述第二开关和所述第四开关闭合。
21.根据权利要求20所述的装置，其中：
所述第二开关网络包括：
第五开关和第六开关，被串联耦合在所述降压转换器的所述输入与所述节点之间；以及
第七开关和第八开关，被串联耦合在所述节点与所述地之间；
所述第二电容器的第一端子被耦合在所述第五开关与所述第六开关之间；
所述第二电容器的第二端子被耦合在所述第七开关与所述第八开关之间；
响应于所述第三组控制信号，所述第五开关和所述第七开关闭合，并且所述第六开关和所述第八开关断开；以及
响应于所述第四组控制信号，所述第五开关和所述第七开关断开，并且所述第六开关和所述第八开关闭合。
22.根据权利要求14所述的装置，还包括：
充电器；
功率晶体管，被耦合在所述充电器与所述降压转换器的所述输入之间；以及
电池，被耦合到所述降压转换器的所述输出。
23.根据权利要求14所述的装置，其中所述第一组控制值与所述第三组控制值相同，并且所述第二组控制值与所述第四组控制值相同。
24.一种装置，包括：
降压转换器，包括第一控制输入和第二控制输入；
控制信号发生器，包括第一输出和第二输出，其中所述控制信号发生器被配置为生成用于控制所述降压转换器中的切换的第一控制信号和第二控制信号，以在所述第一输出处输出所述第一控制信号，并且在所述第二输出处输出所述第二控制信号；以及
交换电路，其中在第一模式下，所述交换电路被配置为：将所述第一输出耦合到所述第一控制输入，并且将所述第二输出耦合到所述第二控制输入，并且在第二模式下，所述交换电路被配置为：将所述第一输出耦合到所述第二控制输入，并且将所述第二输出耦合到所述第一控制输入。
25.根据权利要求24所述的装置，其中：
所述交换电路被配置为在所述降压转换器的N个周期中的一个周期中以所述第一模式操作；以及
所述交换电路被配置为在所述降压转换器的所述N个周期中的N-1个周期中以所述第二模式操作。
26.根据权利要求25所述的装置，其中所述N个周期是连续周期。
27.根据权利要求24所述的装置，其中：
所述降压转换器还包括第三控制输入和第四控制输入；
所述控制信号发生器还包括第三输出和第四输出；
在所述第一模式下，所述交换电路被配置为：将所述第三输出耦合到所述第三控制输入，并且将所述第四输出耦合到所述第四控制输入；以及
在所述第二模式下，所述交换电路被配置为：将所述第三输出耦合到所述第四控制输入，并且将所述第四输出耦合到所述第三控制输入。
28.根据权利要求27所述的装置，其中：
所述降压转换器包括：
第一开关和第二开关，被串联耦合在所述降压转换器的输入与节点之间；
第三开关和第四开关，被串联耦合在所述节点与地之间；
电容器，包括被耦合在所述第一开关与所述第二开关之间的第一端子和被耦合在所述第三开关与所述第四开关之间的第二端子；以及
电感器，被耦合在所述节点与所述降压转换器的输出之间；
所述第一控制输入被耦合到所述第一开关；
所述第二控制输入被耦合到所述第二开关；
所述第三控制输入被耦合到所述第三开关；以及
所述第四控制输入被耦合到所述第四开关。
29.根据权利要求28所述的装置，其中所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关中的每个开关包括相应晶体管。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6690750B1 (ja) * 2019-03-19 2020-04-28 株式会社明電舎 Ｆｃ型３レベル電力変換装置
US20200373844A1 (en) * 2019-05-23 2020-11-26 Infineon Technologies Austria Ag Hybrid resonant power supply
US11522452B2 (en) * 2019-12-19 2022-12-06 Qualcomm Incorporated Buck converter
US11837953B2 (en) * 2021-07-30 2023-12-05 Stmicroelectronics S.R.L. Switched capacitor converter, corresponding method, power supply system and electronic device
KR20230037144A (ko) * 2021-09-09 2023-03-16 삼성전자주식회사 이중 위상 3-레벨 컨버터를 포함하는 충전회로 및 전자 장치
US11936290B2 (en) * 2021-11-01 2024-03-19 Halo Microelectronics International Switched capacitor converter and control method
CN114640262B (zh) * 2022-05-16 2022-08-02 广东希荻微电子股份有限公司 电压转换电路与电子设备

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170201177A1 (en) * 2014-07-17 2017-07-13 The Trustees Of Dartmouth College System and method for two-phase interleaved dc-dc converters
DE102015209330A1 (de) 2015-05-21 2016-11-24 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Hocheffiziente schaltende Ladevorrichtung mit verringerter Eingangsspannungswelligkeit
EP3319216A1 (en) * 2016-11-03 2018-05-09 GN Hearing A/S Switched capacitor dc-dc power converter
US10468898B2 (en) * 2017-05-19 2019-11-05 Nxp B.V. Implementation of high efficiency battery charger for electronic devices
US10833585B2 (en) * 2018-03-02 2020-11-10 Texas Instruments Incorporated Scalable switched capacitor integrated buck (SCIB) regulator for high conversion step down application
JP6690750B1 (ja) * 2019-03-19 2020-04-28 株式会社明電舎 Ｆｃ型３レベル電力変換装置
CN112737387A (zh) * 2019-10-14 2021-04-30 台达电子工业股份有限公司 电力系统
US11522452B2 (en) * 2019-12-19 2022-12-06 Qualcomm Incorporated Buck converter

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