CN115336157B - 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

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Abstract

一种电路，包括：第一开关，其具有：连接到第一电容器的第二侧(1C2S)的第一侧(FS)；和连接到参考节点(RN)的第二侧(SS)；第二开关，其具有：连接到第二电压节点(2VN)的FS；和连接到1C2S的SS；第三开关，其具有：连接到第一电容器的第一侧(1C1S)的FS；和连接到2VN的SS；第四开关，其具有：连接到第三电压节点(3VN)的FS；和连接到1C1S的SS；第五开关，其具有：连接到第二电容器的第二侧(2C2S)的FS；和连接到RN的SS；第六开关，其具有：连接到3VN的FS；和连接到2C2S的SS；第七开关，其具有：连接到第二电容器的第一侧(2C1S)的FS；和连接到3VN的SS；以及第八开关，其具有：连接到第一电压节点的FS；和连接到2C1S的SS。

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27日提交的美国临时专利申请号63/001,154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，该电路包括第一子电路，其包括：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四电容器；第一开关，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参考节点的第二侧；第二开关，其具有连接到第二电压节点的第一侧并且具有连接到第一电容器的第二侧的第二侧；第三开关，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；第四开关，其具有连接到第三电压节点的第一侧并且具有连接到第一电容器的第一侧的第二侧；第五开关，其具有连接到第四电容器的第二侧的第一侧并且具有连接到参考节点的第二侧；第六开关，其具有连接到第三电压节点的第一侧并且具有连接到第四电容器的第二侧的第二侧；第七开关，其具有连接到第四电容器的第一侧的第一侧并且具有连接到第三电压节点的第二侧；和第八开关，其具有连接到第一电压节点的第一侧并且具有连接到第四电容器的第一侧的第二侧；以及第二子电路，其包括：具有第一侧和第二侧的第二电容器；具有第一侧和第二侧的第三电容器；第一开关，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参考节点的第二侧；第二开关，其具有连接到第二电压节点的第一侧并且具有连接到第二电容器的第二侧的第二侧；第三开关，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二电压节点的第二侧；第四开关，其具有连接到第三电压节点的第一侧并且具有连接到第二电容器的第一侧的第二侧；第五开关，其具有连接到第三电容器的第二侧的第一侧并且具有连接到参考节点的第二侧；第六开关，其具有连接到第三电压节点的第一侧并且具有连接到第三电容器的第二侧的第二侧；第七开关，其具有连接到第三电容器的第一侧的第一侧并且具有连接到第三电压节点的第二侧；和第八开关，其具有连接到第一电压节点的第一侧并且具有连接到第三电容器的第一侧的第二侧。
在这些实施例中的一些实施例中，参考节点接地。
在这些实施例中的一些实施例中，在第一配置期间：第一子电路的第一开关闭合；第一子电路的第二开关断开；第一子电路的第三开关闭合；第一子电路的第四开关断开；第一子电路的第五开关断开；第一子电路的第六开关闭合；第一子电路的第七开关断开；第一子电路的第八开关闭合；第二子电路的第一开关断开；第二子电路的第二开关闭合；第二子电路的第三开关断开；第二子电路的第四开关闭合；第二子电路的第五开关闭合；第二子电路的第六开关断开；第二子电路的第七开关闭合；和第二子电路的第八开关断开。
在这些实施例中的一些实施例中，在第二配置期间：第一子电路的第一开关闭合；第一子电路的第二开关断开；第一子电路的第三开关闭合；第一子电路的第四开关断开；第一子电路的第五开关断开；第一子电路的第六开关闭合；第一子电路的第七开关断开；第一子电路的第八开关闭合；第二子电路的第一开关断开；第二子电路的第二开关闭合；第二子电路的第三开关断开；第二子电路的第四开关闭合；第二子电路的第五开关闭合；第二子电路的第六开关断开；第二子电路的第七开关闭合；和第二子电路的第八开关断开。
在这些实施例中的一些实施例中，第一子电路的第一开关、第一子电路的第二开关、第一子电路的第三开关、第一子电路的第四开关、第一子电路的第五开关、第一子电路的第六开关、第一子电路的第七开关、第一子电路的第八开关、第二子电路的第一开关、第二子电路的第二开关、第二子电路的第三开关、第二子电路的第四开关、第二子电路的第五开关、第二子电路的第六开关、第二子电路的第七开关和第二子电路的第八开关由一个或多个MOSFET构成。
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。
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包括两个子电路102和104。子电路102和104中的节点V1被连接在一起，子电路102和104中的节点V2被连接在一起，并且子电路102和104中的节点V3被连接在一起。
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。
电路100包括四个电容器C1、C2、C3和C4，以及十六个开关S1A、S2A、S3A、S4A、S5A、S6A、S7A、S8A、S1B、S2B、S3B、S4B、S5B、S6B、S7B和S8B。
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、C2、C3和C4。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、C2、C3和C4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S1A、S2A、S3A、S4A、S5A、S6A、S7A、S8A、S1B、S2B、S3B、S4B、S5B、S6B、S7B和S8B。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分别在图2和图3所示的电路配置200和300之间切换。
在操作期间，电路100可以以任何合适的频率在这两种配置之间切换。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)之间的频率在这两种配置之间切换。
下表示出了在配置200和300中时开关S1A、S2A、S3A、S4A、S5A、S6A、S7A、S8A、S1B、S2B、S3B、S4B、S5B、S6B、S7B和S8B的设置：
开关 配置200 配置300
S1A 闭合 断开
S2A 断开 闭合
S3A 闭合 断开
S4A 断开 闭合
S5A 断开 闭合
S6A 闭合 断开
S7A 断开 闭合
S8A 闭合 断开
S1B 断开 闭合
S2B 闭合 断开
S3B 断开 闭合
S4B 闭合 断开
S5B 闭合 断开
S6B 断开 闭合
S7B 闭合 断开
S8B 断开 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。
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 (8)

1.一种用于开关电容式电压变换器的电路，包括：
第一子电路，其包括：
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四电容器；
第一开关，其具有直接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参考节点的第二侧；
第二开关，其具有连接到第二电压节点的第一侧并且具有连接到所述第一电容器的第二侧的第二侧；
第三开关，其具有连接到所述第一电容器的第一侧的第一侧并且具有连接到所述第二电压节点的第二侧；
第四开关，其具有连接到第三电压节点的第一侧并且具有直接连接到所述第一电容器的第一侧的第二侧；
第五开关，其具有直接连接到所述第四电容器的第二侧的第一侧并且具有连接到所述参考节点的第二侧；
第六开关，其具有连接到所述第三电压节点的第一侧并且具有连接到所述第四电容器的第二侧的第二侧；
第七开关，其具有连接到所述第四电容器的第一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
第八开关，其具有连接到第一电压节点的第一侧并且具有直接连接到所述第四电容器的第一侧的第二侧；以及
第二子电路，其包括：
具有第一侧和第二侧的第二电容器；
具有第一侧和第二侧的第三电容器；
第一开关，其具有直接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参考节点的第二侧；
第二开关，其具有连接到所述第二电压节点的第一侧并且具有连接到所述第二电容器的第二侧的第二侧；
第三开关，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二电压节点的第二侧；
第四开关，其具有连接到所述第三电压节点的第一侧并且具有直接连接到所述第二电容器的第一侧的第二侧；
第五开关，其具有直接连接到所述第三电容器的第二侧的第一侧并且具有连接到所述参考节点的第二侧；
第六开关，其具有连接到所述第三电压节点的第一侧并且具有连接到所述第三电容器的第二侧的第二侧；
第七开关，其具有连接到所述第三电容器的第一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
第八开关，其具有连接到第一电压节点的第一侧并且具有直接连接到所述第三电容器的第一侧的第二侧。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述参考节点接地。
3.根据权利要求1所述的电路，其中，在第一配置期间：
所述第一子电路的第一开关闭合；
所述第一子电路的第二开关断开；
所述第一子电路的第三开关闭合；
所述第一子电路的第四开关断开；
所述第一子电路的第五开关断开；
所述第一子电路的第六开关闭合；
所述第一子电路的第七开关断开；
所述第一子电路的第八开关闭合；
所述第二子电路的第一开关断开；
所述第二子电路的第二开关闭合；
所述第二子电路的第三开关断开；
所述第二子电路的第四开关闭合；
所述第二子电路的第五开关闭合；
所述第二子电路的第六开关断开；
所述第二子电路的第七开关闭合；和
所述第二子电路的第八开关断开。
4.根据权利要求1所述的电路，其中，在第二配置期间：所述第一子电路的第一开关断开；
所述第一子电路的第二开关闭合；
所述第一子电路的第三开关断开；
所述第一子电路的第四开关闭合；
所述第一子电路的第五开关闭合；
所述第一子电路的第六开关断开；
所述第一子电路的第七开关闭合；
所述第一子电路的第八开关断开；
所述第二子电路的第一开关闭合；
所述第二子电路的第二开关断开；
所述第二子电路的第三开关闭合；
所述第二子电路的第四开关断开；
所述第二子电路的第五开关断开；
所述第二子电路的第六开关闭合；
所述第二子电路的第七开关断开；和
所述第二子电路的第八开关闭合。
5.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第一子电路的第一开关、所述第一子电路的第二开关、所述第一子电路的第三开关、所述第一子电路的第四开关、所述第一子电路的第五开关、所述第一子电路的第六开关、所述第一子电路的第七开关、所述第一子电路的第八开关、所述第二子电路的第一开关、所述第二子电路的第二开关、所述第二子电路的第三开关、所述第二子电路的第四开关、所述第二子电路的第五开关、所述第二子电路的第六开关、所述第二子电路的第七开关、所述第二子电路的第八开关由一个或多个MOSFET形成。
6.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。
7.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。
8.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。
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