CN115336156A - 用于开关电容式电压变换器的电路 - Google Patents

用于开关电容式电压变换器的电路 Download PDF

Info

Publication number
CN115336156A
CN115336156A CN202180024622.6A CN202180024622A CN115336156A CN 115336156 A CN115336156 A CN 115336156A CN 202180024622 A CN202180024622 A CN 202180024622A CN 115336156 A CN115336156 A CN 115336156A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch
configuration
circuit
closed
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202180024622.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115336156B (zh
Inventor
汉斯·梅瓦特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lion Semiconductor Inc
Original Assignee
Lion Semiconductor Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lion Semiconductor Inc filed Critical Lion Semiconductor Inc
Publication of CN115336156A publication Critical patent/CN115336156A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115336156B publication Critical patent/CN115336156B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0043—Converters switched with a phase shift, i.e. interleaved
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H02M3/072—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps adapted to generate an output voltage whose value is lower than the input voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

一种电路，包括：第一开关，其具有：连接到第一节点的第一侧；和连接到第二电容器的第一侧(2C1S)的第二侧；第二开关，其具有：连接到第二电容器的第二侧(2C2S)的第一侧；和连接到第一电容器的第一侧(1C1S)的第二侧；第三开关，其具有：连接到第一电容器的第二侧(1C2S)的第一侧；和连接到第二节点(2VN)的第二侧；第四开关，其具有：连接到2C2S的第一侧；和连接到第三节点(3VN)的第二侧；第五开关，其具有：连接到2C1S的第一侧；和连接到1C1S的第二侧；第六开关，其具有：连接到1C2S的第一侧；和连接到3VN的第二侧；第七开关，其具有：连接到1C1S的第一侧；和连接到2VN的第二侧。

Description

用于开关电容式电压变换器的电路
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年3月26日提交的美国临时专利申请号63/000,428的优先权，其通过引用整体并入本文。
背景技术
开关电容式电压变换器(switched capacitor voltage converter)是用于将一个DC电压电平转换为另一个的方便电路。例如，在一些实施例中，这种电压变换器可被用于为移动设备中的电池充电。因此，对开关电容式电压变换器的需求非常大。
因此，需要新的和改进的开关电容式电压变换器。
发明内容
根据一些实施例，提供了用于开关电容式电压变换器的电路。
在一些实施例中，提供了用于开关电容式电压变换器的电路，该开关包括：具有第一侧和第二侧的第一电容器；具有第一侧和第二侧的第二电容器；第一开关，其具有连接到第一电压节点第一侧并且具有连接到第二电容器的第一侧的第二侧；第二开关，其具有连接到第二电容器的第二侧的第一侧并且具有连接到第一电容器的第一侧的第二侧；第三开关，其具有连接到第一电容器的第二侧的第一侧并且具有连接到第二电压节点的第二侧；第四开关，其具有连接到第二电容器的第二侧的第一侧并且具有连接到第三电压节点的第二侧；第五开关，其具有连接到第二电容器的第一侧的第一侧并且具有连接到第一电容器的第一侧的第二侧；第六开关，其具有连接到第一电容器的第二侧的第一侧并且具有连接到第三电压节点的第二侧；以及第七开关，其具有连接到第一电容器的第一侧的第一侧并且具有连接到第二电压节点的第二侧。
在这些实施例中的一些实施例中，第三电压节点接地。
在这些实施例中的一些实施例中，在第一配置期间：第一开关闭合；第二开关闭合；第三开关闭合；第四开关断开；第五开关断开；第六开关断开；并且第七开关断开。
在这些实施例中的一些实施例中，在第二配置期间：第一开关断开；第二开关断开；第三开关闭合；第四开关闭合；第五开关闭合；第六开关断开；并且第七开关断开。
在这些实施例中的一些实施例中，在第三配置期间：第三开关断开；第六开关闭合；并且第七开关闭合。
在这些实施例中的一些实施例中，在第三配置期间：第一开关断开；第二开关断开；第三开关断开；第四开关闭合；第五开关断开；第六开关闭合；并且第七开关闭合。
在这些实施例中的一些实施例中，在第三配置期间：第一开关断开；第二开关断开；第三开关断开；第四开关断开；第五开关断开；第六开关闭合；并且第七开关闭合。
在这些实施例中的一些实施例中，在第三配置期间：第一开关断开；第二开关闭合；第三开关断开；第四开关断开；第五开关断开；第六开关闭合；并且第七开关闭合。
在这些实施例中的一些实施例中，在第三配置期间：第一开关断开；第二开关断开；第三开关断开；第四开关断开；第五开关闭合；第六开关闭合；并且第七开关闭合。
在这些实施例中的一些实施例中，在第三配置期间：第一开关闭合；第二开关断开；第三开关断开；第四开关断开；第五开关断开；第六开关闭合；并且第七开关闭合。
在这些实施例中的一些实施例中，电路按以下顺序在第一配置、第二配置和第三配置间轮转：第一配置；第二配置；和第三配置。
在这些实施例中的一些实施例中，电路按以下顺序在第一配置、第二配置和第三配置间轮转：第一配置；第三配置；和第二配置。
在这些实施例中的一些实施例中，第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关和第七开关由一个或多个MOSFET形成。
在这些实施例中的一些实施例中，第一电压节点接收输入电压并且第二电压节点输出输出电压。
在这些实施例中的一些实施例中，第二电压节点接收输入电压并且第一电压节点输出输出电压。
在这些实施例中的一些实施例中，电路被用于形成多相电压变换器。
附图说明
图1示出了根据一些实施例的用于开关电容式电压变换器的电路的示例示意图。
图2示出了根据一些实施例的图1的用于开关电容式电压变换器的电路处于第一配置中的示例示意图。
图3示出了根据一些实施例的图1的用于开关电容式电压变换器的电路处于第二配置中的示例示意图。
图4示出了根据一些实施例的图1的用于开关电容式电压变换器的电路处于第三配置中的示例示意图。
具体实施方式
转向图1，示出了根据一些实施例的用于开关电容式电压变换器的电路的示例100。如图所示，电路100包括两个电容器C1和C2，以及七个开关S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7。同样如图所示，该电路具有被标记为V1和V2的节点。在一些实施例中，V1是被连接到电压源的输入节点，V2是被连接到负载的输出节点，并且电路100在V2处提供输出电压，其是在V1处的输入电压的四分之一。在其它实施例中，V2是被连接到电压源的输入节点，V1是被连接到负载的输出节点，并且电路100在V1处提供输出电压，其是V2处输入电压的四倍。
在一些实施例中，任何合适的电容器都可以被用于电容器C1和C2。例如，在一些实施例中，电容器可以被形成在芯片上或者可以是分立元件。
在一些实施例中，电容器C1和C2可以具有任何合适的值。例如，在一些实施例中，电容器可以具有1nF和1mF之间的值。
任何合适的开关都可以被用于开关S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7。例如，在一些实施例中，开关可以由一个或多个MOSFET形成，其在任何合适电路的控制下由任何合适的驱动器驱动。
在操作期间，电路100的开关可以被断开和闭合以顺序地分别形成图2、图3和图4中所示的电路配置200、300和400。电路100可以以任何合适的顺序在配置200、300和400间轮转。例如，在一些实施例中：在处于配置200中之后，电路100可以立即配置为处于配置300中；在处于配置300中之后，电路100可以立即被配置为处于配置400中；以及在处于配置400中之后，电路100可以立即被配置为处于配置200中。作为另一示例，在一些实施例中：在处于配置200中之后，电路100可以立即被配置为处于配置400中；在处于配置400中之后，电路100可以立即被配置为处于配置300中；以及在处于配置300中之后，电路100可以立即被配置为处于配置200中。
在操作期间，电路100可以以任何合适的频率在三种配置间轮转。例如，在一些实施例中，电路可以以1kHz(例如，对于1mF电容器尺寸)和1GHz(例如，对于1nF电容器尺寸)之间的频率在三种配置间轮转。
下表示出了在配置200、300和400中时开关S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7的设置：
<u>开关</u> <u>配置200</u> <u>配置300</u> <u>配置400</u>
S<sub>1</sub> 闭合 断开 断开*
S<sub>2</sub> 闭合 断开 断开*
S<sub>3</sub> 闭合 闭合 断开
S<sub>4</sub> 断开 闭合 闭合*
S<sub>5</sub> 断开 闭合 断开*
S<sub>6</sub> 断开 断开 闭合
S<sub>7</sub> 断开 断开 闭合
*这些开关的其它配置在配置400中也是可能的，只要：电容器C2的至少一侧从电路的其余部分断开，S1和S5不同时闭合，并且S2和S4不同时闭合。
在一些实施例中，电路100可被用于形成多相电压变换器。在这样的实施方式中，可以提供电路100的多个副本并且它们的输入和输出节点被连接在一起(即，所有电路100的V1连接件被连接在一起并且所有电路100的V2连接件被连接在一起)。在一些实施例中，不同电路的开关可以被异相切换，使得不同电路100在不同时间从一种配置切换到另一种配置。在一些实施例中，这种多相电压变换器的两个不同电路100可以被配置为在所有时间点处处于不同配置中。
尽管已经在前述示例性实施例中描述和示出了本发明，但是应当理解，本公开仅通过示例的方式进行，并且可以对本发明的实施方式的细节进行大量更改而不偏离发明的精神和范围，其仅受以下权利要求的限制。本公开的实施例的特征可以以各种方式被组合和重新排列。

Claims (16)

1.一种用于开关电容式电压变换器的电路，包括：
具有第一侧和第二侧的第一电容器；
具有第一侧和第二侧的第二电容器；
第一开关，其具有连接到第一电压节点的第一侧并且具有连接到所述第二电容器的第一侧的第二侧；
第二开关，其具有连接到所述第二电容器的第二侧的第一侧并且具有连接到所述第一电容器的第一侧的第二侧；
第三开关，其具有连接到所述第一电容器的第二侧的第一侧并且具有连接到第二电压节点的第二侧；
第四开关，其具有连接到所述第二电容器的第二侧的第一侧并且具有连接到第三电压节点的第二侧；
第五开关，其具有连接到所述第二电容器的第一侧的第一侧并且具有连接到所述第一电容器的第一侧的第二侧；
第六开关，其具有连接到所述第一电容器的第二侧的第一侧并且具有连接到所述第三电压节点的第二侧；和
第七开关，其具有连接到所述第一电容器的第一侧并且具有连接到所述第二电压节点的第二侧。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第三电压节点接地。
3.根据权利要求1所述的电路，其中，在第一配置期间：
所述第一开关闭合；
所述第二开关闭合；
所述第三开关闭合；
所述第四开关断开；
所述第五开关断开；
所述第六开关断开；和
所述第七开关断开。
4.根据权利要求3所述的电路，其中，在第二配置期间：
所述第一开关断开；
所述第二开关断开；
所述第三开关闭合；
所述第四开关闭合；
所述第五开关闭合；
所述第六开关断开；和
所述第七开关断开。
5.根据权利要求4所述的电路，其中，在第三配置期间：
所述第三开关断开；
所述第六开关闭合；和
所述第七开关闭合。
6.根据权利要求5所述的电路，其中，在所述第三配置期间：
所述第一开关断开；
所述第二开关断开；
所述第三开关断开；
所述第四开关闭合；
所述第五开关断开；
所述第六开关闭合；和
所述第七开关闭合。
7.根据权利要求5所述的电路，其中，在所述第三配置期间：
所述第一开关断开；
所述第二开关断开；
所述第三开关断开；
所述第四开关断开；
所述第五开关断开；
所述第六开关闭合；和
所述第七开关闭合。
8.根据权利要求5所述的电路，其中，在所述第三配置期间：
所述第一开关断开；
所述第二开关闭合；
所述第三开关断开；
所述第四开关断开；
所述第五开关断开；
所述第六开关闭合；和
所述第七开关闭合。
9.根据权利要求5所述的电路，其中，在所述第三配置期间：
所述第一开关断开；
所述第二开关断开；
所述第三开关断开；
所述第四开关断开；
所述第五开关闭合；
所述第六开关闭合；和
所述第七开关闭合。
10.根据权利要求5所述的电路，其中，在所述第三配置期间：
所述第一开关闭合；
所述第二开关断开；
所述第三开关断开；
所述第四开关断开；
所述第五开关断开；
所述第六开关闭合；和
所述第七开关闭合。
11.根据权利要求5所述的电路，其中，所述电路按以下顺序在所述第一配置、所述第二配置和所述第三配置间轮转：所述第一配置；所述第二配置；和所述第三配置。
12.根据权利要求5所述的电路，其中，所述电路按以下顺序在所述第一配置、所述第二配置和所述第三配置间轮转：所述第一配置；所述第三配置；和所述第二配置。
13.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关和所述第七开关由一个或多个MOSFET形成。
14.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第一电压节点接收输入电压并且所述第二电压节点输出输出电压。
15.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第二电压节点接收输入电压并且所述第一电压节点输出输出电压。
16.根据权利要求1所述的电路，其中，所述电路被用于形成多相电压变换器。
CN202180024622.6A 2020-03-26 2021-03-25 用于开关电容式电压变换器的电路 Active CN115336156B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202063000428P 2020-03-26 2020-03-26
US63/000,428 2020-03-26
PCT/US2021/024091 WO2021195337A1 (en) 2020-03-26 2021-03-25 Circuits for switched capacitor voltage converters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115336156A true CN115336156A (zh) 2022-11-11
CN115336156B CN115336156B (zh) 2023-08-08

Family

ID=77857575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180024622.6A Active CN115336156B (zh) 2020-03-26 2021-03-25 用于开关电容式电压变换器的电路

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11515784B2 (zh)
CN (1) CN115336156B (zh)
GB (1) GB2607812A (zh)
WO (1) WO2021195337A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8619445B1 (en) 2013-03-15 2013-12-31 Arctic Sand Technologies, Inc. Protection of switched capacitor power converter

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6438005B1 (en) * 2000-11-22 2002-08-20 Linear Technology Corporation High-efficiency, low noise, inductorless step-down DC/DC converter
GB0625956D0 (en) * 2006-12-22 2007-02-07 Wolfson Microelectronics Plc Charge pump circuit and methods of operation thereof
US20070273430A1 (en) * 2006-05-29 2007-11-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Charge pump circuit
US20090278520A1 (en) * 2008-05-08 2009-11-12 Perreault David J Power Converter with Capacitive Energy Transfer and Fast Dynamic Response
US20100253154A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-07 Tpo Displays Corp. Switch circuit of dc/dc converter configured to conduct various modes for charging/discharging
US20160308443A1 (en) * 2015-04-17 2016-10-20 Lion Semiconductor Inc. Asymmetric switching capacitor regulator
CN107580748A (zh) * 2015-03-13 2018-01-12 佩里格林半导体公司 具有调节电路和开关网络的灵活的电能转换器结构
US20180175726A1 (en) * 2016-12-21 2018-06-21 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Hybrid DCDC Power Converter with Increased Efficiency
US20190073949A1 (en) * 2017-02-08 2019-03-07 Boe Technology Group Co., Ltd. Shift register unit circuit, method for driving the same, gate drive circuit and display device
CN109478845A (zh) * 2016-05-09 2019-03-15 派赛公司 功率转换器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012063494A1 (ja) * 2010-11-12 2012-05-18 旭化成エレクトロニクス株式会社 チャージ・ポンプ回路及びその制御方法、半導体集積回路
US9882471B2 (en) * 2011-05-05 2018-01-30 Peregrine Semiconductor Corporation DC-DC converter with modular stages
US10601311B2 (en) 2018-02-13 2020-03-24 Lion Semiconductor Inc. Circuits and methods for hybrid 3:1 voltage regulators

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6438005B1 (en) * 2000-11-22 2002-08-20 Linear Technology Corporation High-efficiency, low noise, inductorless step-down DC/DC converter
US20070273430A1 (en) * 2006-05-29 2007-11-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Charge pump circuit
GB0625956D0 (en) * 2006-12-22 2007-02-07 Wolfson Microelectronics Plc Charge pump circuit and methods of operation thereof
US20090278520A1 (en) * 2008-05-08 2009-11-12 Perreault David J Power Converter with Capacitive Energy Transfer and Fast Dynamic Response
US20100253154A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-07 Tpo Displays Corp. Switch circuit of dc/dc converter configured to conduct various modes for charging/discharging
CN107580748A (zh) * 2015-03-13 2018-01-12 佩里格林半导体公司 具有调节电路和开关网络的灵活的电能转换器结构
US20160308443A1 (en) * 2015-04-17 2016-10-20 Lion Semiconductor Inc. Asymmetric switching capacitor regulator
CN107980200A (zh) * 2015-04-17 2018-05-01 莱恩半导体股份有限公司 非对称切换电容器调节器
CN109478845A (zh) * 2016-05-09 2019-03-15 派赛公司 功率转换器
US20180175726A1 (en) * 2016-12-21 2018-06-21 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Hybrid DCDC Power Converter with Increased Efficiency
US20190073949A1 (en) * 2017-02-08 2019-03-07 Boe Technology Group Co., Ltd. Shift register unit circuit, method for driving the same, gate drive circuit and display device

Also Published As

Publication number Publication date
CN115336156B (zh) 2023-08-08
GB202212529D0 (en) 2022-10-12
US11515784B2 (en) 2022-11-29
US20210305894A1 (en) 2021-09-30
GB2607812A (en) 2022-12-14
WO2021195337A1 (en) 2021-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11368086B2 (en) Selectable conversion ratio DC-DC converter
US10468965B2 (en) Multi-stage multilevel DC-DC step-down converter
US20190123640A1 (en) Pump capacitor configuration for voltage multiplier
CN208063044U (zh) 开关槽路转换器
US9793794B2 (en) System and method for reducing power loss in switched-capacitor power converters
CN111656662B (zh) 用于混合3：1电压调节器的电路和方法
CN105453405B (zh) 多电平变换器
US8519777B2 (en) Triple mode charge-pump
CN115336157B (zh) 用于开关电容式电压变换器的电路
US11146173B1 (en) Startup of power converter with switched-capacitor circuit
US11011981B1 (en) Differential clock level translator for charge pumps
CN108365747B (zh) 切换式电容直流对直流转换器电路及其产生方法
CN115336156B (zh) 用于开关电容式电压变换器的电路
CN105471255B (zh) 分数输出电压倍增器
US20160344285A1 (en) Charge-pump device with reduced cross-conduction losses
US9350235B2 (en) Switched capacitor voltage converting device and switched capacitor voltage converting method
JP7378663B2 (ja) デジタルアナログ変換機
USRE49767E1 (en) Switch-timing in a switched-capacitor power converter
CN111585432B (zh) 电荷泵电路及电子设备
JPH01117652A (ja) 昇圧回路
JPH03159267A (ja) 基準電圧入力回路
JPH04163609A (ja) 定電圧回路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant