CN115800730A - 一种开关电容电压转换电路、电压转换器和芯片 - Google Patents

一种开关电容电压转换电路、电压转换器和芯片 Download PDF

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CN115800730A CN202211466027.0A CN202211466027A CN115800730A CN 115800730 A CN115800730 A CN 115800730A CN 202211466027 A CN202211466027 A CN 202211466027A CN 115800730 A CN115800730 A CN 115800730A
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Abstract

本申请实施例提供一种开关电容电压转换电路、电压转换器和芯片。该开关电容电压转换电路包括：第一通路和第二通路；第一通路的第一端和第二通路的第一端均电连接开关电容电压转换电路的输入端，输入端连接输入电压，第一通路的第二端电连接第二通路的第三端，第一通路的第三端电连接第二通路的第二端，第一通路的第四端和第二通路的第四端均电连接开关电容电压转换电路的第一输出端，第一通路的第五端电连接第二通路的第五端；第一通路包括第一电容、第二电容和第一开关组件，第二通路包括第三电容、第四电容和第二开关组件。该开关电容电压转换电路能够减小电容器的数量，即减小元器件数量，从而能够电路所占的面积，有利于电路的小型化发展。

Description

一种开关电容电压转换电路、电压转换器和芯片
技术领域
本申请实施例涉及电压转换技术领域，尤其涉及一种开关电容电压转换电路、电压转换器和芯片。
背景技术
电荷泵也称为开关电容式电压变换器，是一种利用电容来储能的直流-直流(DC-DC)变换器，由于电荷泵电路中不包括电感，在使用中具有较低的损耗，因此可以广泛应用各个领域。电荷泵可以分为升压电荷泵和降压电荷泵，其中，升压电荷泵可以对输入电压进行升压处理并输出，降压电荷泵可以对输入电压进行降压处理并输出。例如，1/4倍降压电荷泵，可以将输出电压降低为输入电压的1/4，即输入电压为输出电压的4倍，输入电流是输出电流的1/4。
现有的双路并联4:1的Dickson式开关电容电压转换电路如图1所示，包括六个电容，即CF1A、CF2A、CF3A、CF1B、CF2B和CF3B，以及和十六个开关，即Q1-Q16，通过控制开关Q1-Q16的通断状态，基于电容CF1A、CF2A、CF3A、CF1B、CF2B和CF3B实现输出电压为输入电压的1/4，即Vout＝Vin/4，输出电流Iout＝4*Iin。
然而，采用现有的开关电容电压转换电路实现Vout＝Vin/4时，使用较多数量的电容，如此，开关电容电压转换电路中元器件的数量较多，导致开关电容电压转换电路所占的面积较大，不利于电路的小型化发展。
发明内容
鉴于上述问题，本申请实施例提供了一种开关电容电压转换电路、电压转换器和芯片，能够减小电容器的数量，即能够减小开关电容电压转换电路中元器件的数量，从而能够降低开关电容电压转换电路所占的面积，有利于开关电容电压转换电路的小型化发展。
第一方面，本申请实施例提供了一种开关电容电压转换电路，第一通路和第二通路；
所述第一通路的第一端和所述第二通路的第一端均电连接所述开关电容电压转换电路的输入端，所述输入端连接输入电压，所述第一通路的第二端电连接所述第二通路的第三端，所述第一通路的第三端电连接所述第二通路的第二端，所述第一通路的第四端和所述第二通路的第四端均电连接所述开关电容电压转换电路的第一输出端，所述第一通路的第五端电连接所述第二通路的第五端；
所述第一通路包括第一电容、第二电容和第一开关组件，所述第二通路包括第三电容、第四电容和第二开关组件，开关组件包括所述第一开关组件和所述第二开关组件；
所述开关组件，用于控制所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容和所述第四电容之间的连接关系；
所述开关电容电压转换电路，用于将所述输入电压转换为第一输出电压，并基于所述第一输出端输出，所述输入电压为所述第一输出电压的四倍。
一些实施例中，所述第一开关组件包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关和第八开关；所述第二开关组件包括第九开关、第十开关、第十一开关、第十二开关、第十三开关、第十四开关、第十五开关和第十六开关；
所述输入端通过所述第二开关电连接所述第三开关的第一端和所述第一电容的第一极板，所述输入端还通过所述第十开关电连接所述第十一开关的第一端和所述第三电容的第一极板；所述第三开关的第二端电连接所述第五开关的第一端，所述第五开关的第二端电连接所述第十二开关的第一端、所述第十四开关的第一端和所述第四电容的第一极板，所述第十一开关的第二端电连接所述第十三开关的第一端，所述第十三开关的第二端电连接所述第四开关的第一端、所述第六开关的第一端和所述第二电容的第一极板；所述第三开关的第二端和所述第十一开关的第二端的连接点通过第二子电容接地；
所述第四开关的第二端电连接所述第一电容的第二极板和所述第一开关的第一端，所述第一开关的第二端接地；所述第十二开关的第二端电连接所述第三电容的第二极板和所述第九开关的第一端，所述第九开关的第二端接地；
所述第二电容的第二极板通过所述第七开关电连接所述第六开关的第二端，所述第二电容的第二极板还通过所述第八开关接地；所述第四电容的第二极板通过所述第十五开关电连接所述第十四开关的第二端，所述第四电容的第二极板还通过所述第十六开关接地；所述第六开关管的第二端和所述第十四开关的第二端的连接点通过第一子电容接地。
一些实施例中，所述第六开关的第二端和所述第十四开关的第二端的连接点电连接所述第一输出端。
一些实施例中，所述开关电容电压转换电路，用于在第一工作模式下，将所述输入电压转换为所述第一输出电压，所述第一工作模式为所述开关组件在第一状态和第二状态之间来回切换；
其中，在所述第一状态下，所述第二开关、所述第四开关、所述第七开关、所述第九开关、所述第十一开关、所述第十三开关、所述第十四开关和所述第十六开关均导通，所述第一开关、所述第三开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第八开关、所述第十开关、所述第十二开关和所述第十五开关均截止；
在所述第二状态下，所述第二开关、所述第四开关、所述第七开关、所述第九开关、所述第十一开关、所述第十三开关、所述第十四开关和所述第十六开关均截止，所述第一开关、所述第三开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第八开关、所述第十开关、所述第十二开关和所述第十五开关均导通。
一些实施例中，所述开关电容电压转换电路，还用于在第二工作模式下，将所述输入电压转换为第二输出电压，并基于所述第一输出端输出，所述第二工作模式为所述开关组件在第三状态和第四状态之间来回切换；
其中，在所述第三状态下，所述第二开关、所述第三开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第八开关、所述第十开关、所述第十一开关和所述第十五开关均导通，所述第一开关、所述第四开关、所述第七开关、所述第九开关、所述第十二开关、所述第十三开关、所述第十四开关和所述第十六开关均截止；
在所述第四状态下，所述第二开关、所述第三开关、所述第七开关、所述第十开关、所述第十一开关、所述第十三开关、所述第十四开关和所述第十六开关均导通，所述第一开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第八开关、所述第九开关、所述第十二开关和所述第十五开关均截止。
一些实施例中，所述开关电容电压转换电路，还用于在第三工作模式下，将所述输入电压转换为第三输出电压，并基于所述第一输出端输出；
其中，在所述第三工作模式下，所述第二开关、所述第三开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第十开关、所述第十一开关、所述第十三开关和所述第十四开关均导通，所述第一开关、所述第四开关、所述第七开关、所述第八开关、所述第九开关、所述第十二开关、所述第十五开关和所述第十六开关均截止。
一些实施例中，所述第三开关的第二端和所述第十一开关的第二端的连接点电连接所述开关电容电压转换电路的第二输出端。
一些实施例中，所述开关电容电压转换电路，还用于在第一工作模式下，将所述输入电压转换为第四输出电压，并基于所述第二输出端输出。
一些实施例中，所述开关电容电压转换电路，还用于在第二工作模式下，将所述输入电压转换为第五输出电压，并基于所述第二输出端输出。
一些实施例中，所述开关电容电压转换电路，还用于在第三工作模式下，将所述输入电压转换为第六输出电压，并基于所述第二输出端输出。
第二方面，本申请实施例提供了一种电压转换器，包括：第一方面提供的任一开关电容电压转换电路。
第三方面，本申请实施例提供了一种芯片，包括：第一方面提供的任一开关电容电压转换电路。
本申请实施例的技术方案中，开关电容电压转换电路包括：第一通路和第二通路，通过第一通路的第一端和第二通路的第一端均电连接开关电容电压转换电路的输入端，输入端连接输入电压，第一通路的第二端电连接第二通路的第三端，第一通路的第三端电连接第二通路的第二端，第一通路的第四端和第二通路的第四端均电连接开关电容电压转换电路的第一输出端，第一通路的第五端电连接第二通路的第五端；第一通路包括第一电容、第二电容和第一开关组件，第二通路包括第三电容、第四电容和第二开关组件，开关组件包括第一开关组件和第二开关组件；开关组件能够控制第一电容、第二电容、第三电容和第四电容之间的连接关系；开关电容电压转换电路能将输入电压转换为第一输出电压，并基于第一输出端输出，输入电压为第一输出电压的四倍，如此，基于四个电容，开关电容电压转换电路可以实现输入电压的4:1降压功能，能够减小开关电容电压转换电路中电容器的数量，即可以降低开关电容电压转换电路中元器件的数量，从而能够降低开关电容电压转换电路所占的面积，有利于开关电容电压转换电路的小型化发展。
上述说明仅是本申请实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的一种双路并联4:1的Dickson式开关电容电压转换电路的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种开关电容电压转换电路的结构示意图；
图3A为本申请实施例提供的第一状态下的开关电容电压转换电路的结构示意图；
图3B为本申请实施例提供的第二状态下的开关电容电压转换电路的结构示意图；
图4A为图3A所示的开关电容电压转换电路的等效电路示意图；
图4B为图3B所示的开关电容电压转换电路的等效电路示意图；
图5A为本申请实施例提供的第三状态下的开关电容电压转换电路的结构示意图；
图5B为本申请实施例提供的第四状态下的开关电容电压转换电路的结构示意图；
图6A为图5A所示的开关电容电压转换电路的等效电路示意图；
图6B为图5B所示的开关电容电压转换电路的等效电路示意图；
图7为本申请实施例提供的第三工作模式下的开关电容电压转换电路的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的另一种开关电容电压转换电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语“实施例”并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
此外，本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序，可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，电路结构的“相连”或“连接”除了可以是指物理上的连接，还可以是指电连接或信号连接，例如，可以是直接相连，即物理连接，也可以通过中间至少一个元件间接相连，只要达到电路相通即可，还可以是两个元件内部的连通；信号连接除了可以通过电路进行信号连接外，也可以是指通过媒体介质进行信号连接，例如，无线电波。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：存在A，同时存在A和B，存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”和“至少两个”的含义是指两个以上(包括两个)，同理，“多组”和“至少两组”指的是两组以上(包括两组)。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图2为本申请实施例提供的一种开关电容电压转换电路的结构示意图，如图2所示，开关电容电压转换电路100包括：第一通路110和第二通路120。
其中，第一通路110的第一端和第二通路120的第一端均电连接开关电容电压转换电路100的输入端IN，输入端IN连接输入电压Vin，第一通路110的第二端电连接第二通路120的第三端，第一通路110的第三端电连接第二通路120的第二端，第一通路110的第四端和第二通路120的第四端均电连接开关电容电压转换电路100的第一输出端OUT1，第一通路110的第五端电连接第二通路120的第五端。
第一通路110包括第一电容CF1、第二电容CF2和第一开关组件111，第二通路120包括第三电容CF3、第四电容CF4和第二开关组件121，开关组件10包括第一开关组件111和第二开关组件121。
开关组件10，用于控制第一电容CF1、第二电容CF2、第三电容CF3和第四电容CF4之间的连接关系。开关电容电压转换电路100，用于将输入电压Vin转换为第一输出电压Vout1，并基于第一输出端OUT1输出，输入电压Vin为第一输出电压Vout1的四倍。
在一些实施例中，如图2所示，第一开关组件111包括第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7和第八开关K8；第二开关组件121包括第九开关K9、第十开关K10、第十一开关K11、第十二开关K12、第十三开关K13、第十四开关K14、第十五开关K15和第十六开关K16。
输入端IN通过第二开关K2电连接第三开关K3的第一端和第一电容CF1的第一极板，输入端IN还通过第十开关K10电连接第十一开关K11的第一端和第三电容CF3的第一极板；第三开关K3的第二端电连接第五开关K5的第一端，第五开关K5的第二端电连接第十二开关K12的第一端、第十四开关K14的第一端和第四电容CF4的第一极板，第十一开关K11的第二端电连接第十三开关K13的第一端，第十三开关K13的第二端电连接第四开关K4的第一端、第六开关K6的第一端和第二电容CF2的第一极板；第三开关K3的第二端和第十一开关K11的第二端的连接点通过第二子电容Cout2接地。
第四开关K4的第二端电连接第一电容CF1的第二极板和第一开关K1的第一端，第一开关K1的第二端接地；第十二开关K12的第二端电连接第三电容CF3的第二极板和第九开关K9的第一端，第九开关K9的第二端接地。第二电容CF2的第二极板通过第七开关K7电连接第六开关K6的第二端，第二电容CF2的第二极板还通过第八开关K8接地；第四电容CF4的第二极板通过第十五开关K15电连接第十四开关K14的第二端，第四电容CF4的第二极板还通过第十六开关K16接地；第六开关管K6的第二端和第十四开关K14的第二端的连接点通过第一子电容Cout1接地。
如图2所示，第一通路110的第一端即为第二开关K2的第一端，第一通路的第一端电连接输入电压Vin；第二通路120的第一端即为第十开关K10的第一端，第二通路120的第一端电连接输入电压Vin。第一通路110的第二端即为第五开关K5的第二端，第一通路110的第三端即为第六开关K6的第一端，第二通路120的第二端即为第十三开关K13的第二端，第二通路120的第三端即为第十四开关K14的第一端。由于第五开关K5的第二端电连接第十四开关K14的第一端，第十三开关K13的第二端电连接第六开关K6的第一端，因此，第一通路110的第二端电连接第二通路120的第三端，第一通路110的第三端电连接第二通路120的第二端。
第一电容CF1的第一极板可以通过第三开关K3、第五开关K5和第十二开关12电连接第三电容CF3的第二极板，第一电容CF1的第一极板还可以通过第二开关K2和第十开关K10电连接第三电容CF3的第一极板。如此，通过控制第二开关K2、第三开关K3、第五开关K5、第十开关K10和第十二开关K12各自的通断状态，可以控制第一电容CF1和第三电容CF3之间串联或者并联。第一电容CF1的第一极板可以通过第三开关K3和第五开关K5电连接第四电容CF4的第一极板，第一电容CF1的第一极板还可以通过第二开关K2、第十开关K10、第十一开关K11、第十三开关K13、第六开关K6和第十五开关K15电连接第四电容CF4的第二极板。如此，通过控制第二开关K2、第三开关K3、第五开关K5、第六开关K6、第十开关K10、第十一开关K11、第十三开关K13和第十五开关K15各自的通断状态，可以控制第一电容CF1和第四电容CF4之间串联或者并联。第一电容CF1的第一极板可以通过第二开关K2、第十开关K10、第十一开关K11和第十三开关K13电连接第二电容CF2的第一极板，第一电容CF1的第一极板还可以通过第三开关K3、第五开关K5、第十四开关K14和第七开关K7电连接第二电容CF2的第二极板。如此，通过控制第二开关K2、第三开关K3、第五开关K5、第七开关K7、第十开关K10、第十一开关K11、第十三开关K13和第十四开关K14各自的通断状态，可以控制第一电容CF1和第二电容CF2之间串联或者并联。
第二电容CF2的第一极板通过第十三开关K13和第十一开关K11电连接第三电容CF3的第一极板，第二电容CF2的第一极板还通过第六开关K6、第十四开关K14和第十二开关K12电连接第三电容CF3的第二极板，如此，通过控制第六开关K6、第十一开关K11、第十二开关K12、第十三开关K13和第十四开关K14各自的通断状态，可以控制第二电容CF2和第三电容CF3之间串联或者并联。第二电容CF2的第一极板通过第六开关K6和第十四开关K14电连接第四电容CF4的第一极板，第二电容CF2的第一极板还通过第六开关K6和第十五开关K15电连接第四电容CF4的第二极板。如此，通过控制第六开关K6、第十四开关K14和第十五开关K15各自的通断状态，可以控制第二电容CF2和第四电容CF4之间串联或者并联。
第三电容CF3的第一极板通过第十开关K10、第二开关K2、第三开关K3和第五开关K5电连接第四电容CF4的第一极板，第三电容CF3的第一极板还通过第十一开关K11、第十三开关K13、第六开关K6和第十五开关K15电连接第四电容CF4的第二极板。如此，通过控制第二开关K2、第三开关K3、第五开关K5、第六开关K6、第十开关K10、第十一开关K11、第十三开关K13和第十五开关K15各自的通断状态，可以控制第三电容CF3和第四电容CF4之间串联或者并联。
综上所述，通过控制开关组件10中各开关的通断状态，可以控制第一电容CF1、第二电容CF2、第三电容CF3和第四电容CF4之间的连接关系。例如，第二开关K2、第四开关K4、第七开关K7、第九开关K9、第十一开关K11、第十三开关K13、第十四开关K14和第十六K16开关均导通，第一开关K1、第三开关K3、第五开关K5、第六开关K6、第八开关K8、第十开关K10、第十二开关K12和第十五开关K15均截止时，第二电容CF2和第四电容CF4串联后与第三电容CF3并联，再与第一电容CF1串联。
第六开关K6的第二端即为第一通路110的第四端，第十四开关K14的第二端即为第二通路120的第四端，如图2所示，第六开关K6的第二端电连接第十四开关K14的第二端，且第六开关K6的第二端和第十四开关K14的第二端均通过第一子电容Cout1接地。如此，第一通路110的第四端电连接第二通路120的第四端，且第一通路110的第四端和第二通路120的第四端通过第一子电容Cout1接地。
第三开关K3的第二端为第一通路110的第五端，第十一开关K11的第二端为第一通路110的第五端。如图2所示，第三开关K3的第二端电连接第十一开关K11的第二端，且第三开关K3的第二端和第十一开关K11的第二端均通过第二子电容Cout2接地。如此，第一通路110的第五端电连接第二通路120的第五端，且第一通路110的第五端和第二通路120的第五端通过第一子电容Cout1接地。
在一些实施例中，如图2所示，第六开关K6的第二端和第十四开关K14的第二端的连接点电连接第一输出端OUT1。
第六开关K6的第二端和第十四开关K14的第二端均电连接第一输出端OUT1，第六开关K6的第二端和第十四开关K14的第二端均通过第一子电容Cout1接地。如此，第一通路110的第四端和第二通路120的第四端电连接开关电容电压转换电路100的第一输出端OUT1，且第一输出端OUT1通过第一子电容Cout1接地。
通过控制第一电容CF1、第二电容CF2、第三电容CF3和第四电容CF4之间的连接关系，输入电压Vin输入至开关电容电压转换电路100的输入端IN后，开关电容电压转换电路100可以将输入电压Vin转换为Vin/4，并将Vin/4作为第一输出电压Vout1通过第一输出端OUT1输出。如此，基于四个电容，开关电容电压转换电路100可以实现4:1的降压功能。
本申请实施例中，开关电容电压转换电路包括：第一通路和第二通路，通过第一通路的第一端和第二通路的第一端均电连接开关电容电压转换电路的输入端，输入端连接输入电压，第一通路的第二端电连接第二通路的第三端，第一通路的第三端电连接第二通路的第二端，第一通路的第四端和第二通路的第四端均电连接开关电容电压转换电路的第一输出端，第一通路的第五端电连接第二通路的第五端；第一通路包括第一电容、第二电容和第一开关组件，第二通路包括第三电容、第四电容和第二开关组件，开关组件包括第一开关组件和第二开关组件；开关组件能够控制第一电容、第二电容、第三电容和第四电容之间的连接关系；开关电容电压转换电路能将输入电压转换为第一输出电压，并基于第一输出端输出，输入电压为第一输出电压的四倍，如此，基于四个电容，开关电容电压转换电路可以实现输入电压的4:1降压功能，能够减小开关电容电压转换电路中电容器的数量，即可以降低开关电容电压转换电路中元器件的数量，从而能够降低开关电容电压转换电路所占的面积，有利于开关电容电压转换电路的小型化发展。
在一些实施例中，图3A为本申请实施例提供的第一状态下的开关电容电压转换电路的结构示意图，图3B为本申请实施例提供的第二状态下的开关电容电压转换电路的结构示意图，结合图3A和图3B所示，开关电容电压转换电路100，用于在第一工作模式下，将输入电压Vin转换为第一输出电压Vout1，第一工作模式为开关组件10在第一状态和第二状态之间来回切换。
在第一状态下，如图3A所示，第二开关K2、第四开关K4、第七开关K7、第九开关K9、第十一开关K11、第十三开关K13、第十四开关K14和第十六开关K16均导通，第一开关K1、第三开关K3、第五开关K5、第六开关K6、第八开关K8、第十开关K10、第十二开关K12和第十五开关K15均截止。
在第二状态下，如图3B所示，第二开关K2、第四开关K4、第七开关K7、第九开关K9、第十一开关K11、第十三开关K13、第十四开关K14和第十六开关K16均截止，第一开关K1、第三开关K3、第五开关K5、第六开关K6、第八开关K8、第十开关K10、第十二开关K12和第十五开关K15均导通。
示例性的，如图3A所示，第二开关K2导通，第十开关K10截止，则输入电压Vin与第一电容CF1的第一极板导通，且输入电压Vin与第三电容CF3的第一极板断开连接；第三开关K3和第五开关K5均截止，则第一电容CF1的第一极板与第四电容CF4的第一极板断开连接。第四开关K4导通，第一开关K1截止，则第一电容CF1的第二极板与第二电容CF2的第一极板导通，且第一电容CF1的第二极板与地断开连接；此外，第十一开关K11和第十三开关K13均导通，则第一电容CF1的第二极板还与第三电容CF3的第一极板导通。第九开关K9导通，第十二开关K12截止，则第三电容CF3的第二极板与地导通，且第三电容CF3的第二极板与第四电容CF4的第一极板断开连接。第七开关K7和第十四开关K14导通，第十五开关K15截止，则第二电容CF2的第二极板与第四电容CF4的第一极板导通，且第二电容CF2的第二极板与第四电容CF4的第二极板断开连接；第八开关K8截止，则第二电容CF2的第二极板与地断开连接。第六开关K6截止，则第二电容CF2的第一极板与第四电容CF4断开连接。第十六开关K16导通，则第四电容CF4的第二极板与地导通。
如此，第二电容CF2的第二极板和第四电容CF4的第一极板电连接第一输出端OUT1。第一状态下的开关电容电压转换电路100的等效电路图可以如图4A所示，第二电容CF2和第四电容CF4串联，然后与第三电容CF3并联，再与第一电容CF1串联，最后连接于输入端IN和第一输出端OUT1之间。此时，第一输出端OUT1的输出电压为Vin/4，即第一输出电压Vout1＝Vin/4。
如图3B所示，第十开关K10导通，第二开关K2截止，则输入电压Vin与第三电容CF3的第一极板导通，且输入电压Vin与第一电容CF1的第一极板断开连接；第十一开关K11和第十三开关K13均截止，则第三电容CF3的第一极板与第二电容CF2的第一极板断开连接。第十二开关K12导通，第九开关K9截止，则第三电容CF3的第二极板与第四电容CF4的第一极板导通，且第三电容CF3的第二极板与地之间断开连接；此外，第三开关K3和第五开关K5均导通，则第三电容CF3的第二极板还与第一电容CF1的第一极板导通。第一开关K1导通，第四开关K4截止，则第一电容CF1的第二极板与地导通，且第一电容CF1的第二极板与第二电容CF2的第一极板断开连接。第六开关K6和第十五开关K15均导通，第七开关K7截止，则第四电容CF4的第二极板与第二电容CF2的第一极板导通，且第四电容CF4的第二极板与第二电容CF2的第二极板断开连接；第十六开关K16截止，则第四电容CF4的第二极板与地断开连接。
第十四开关K14截止，则第四电容CF4的第一极板与第二电容CF2断开连接。
第八开关K8导通，则第二电容CF2的第二极板与地导通。
如此，第四电容CF4的第二极板和第二电容CF2的第一极板电连接第一输出端OUT1。第二状态下的开关电容电压转换电路100的等效电路图可以如图4B所示，第二电容CF2和第四电容CF4串联，然后与第一电容CF1并联，再与第三电容CF3串联，最后连接于输入端IN和第一输出端OUT1之间。此时第一输出端OUT1的输出电压仍为第一输出电压Vout1。
第一工作模式下，开关组件10在第一状态和第二状态之间来回切换，可以确保开关电容电压转换电路100的第一输出端OUT1持续输出第一输出电压Vout1，维持第一输出电压Vout1的稳定输出，确保开关电容电压转换电路100的输出电压的稳定性。
本申请实施例，通过开关电容电压转换电路能够在第一工作模式下，将输入电压转换为第一输出电压，第一工作模式为开关组件在第一状态和第二状态之间来回切换；其中，第一状态下，第二开关、第四开关、第七开关、第九开关、第十一开关、第十三开关、第十四开关和第十六开关均导通，第一开关、第三开关、第五开关、第六开关、第八开关、第十开关、第十二开关和第十五开关均截止；第二状态下，第二开关、第四开关、第七开关、第九开关、第十一开关、第十三开关、第十四开关和第十六开关均截止，第一开关、第三开关、第五开关、第六开关、第八开关、第十开关、第十二开关和第十五开关均导通，可以维持第一输出电压的稳定输出，确保开关电容电压转换电路100的输出电压的稳定性。
在上述实施例的基础上，图5A为本申请实施例提供的第三状态下的开关电容电压转换电路的结构示意图，图5B为本申请实施例提供的第四状态下的开关电容电压转换电路的结构示意图，结合图5A和图5B所示，开关电容电压转换电路100，用于在第二工作模式下，将输入电压Vin转换为第二输出电压Vout2，并基于第一输出端OUT1输出，第一工作模式为开关组件10在第三状态和第四状态之间来回切换。
在第三状态下，如图5A所示，第二开关K2、第三开关K3、第五开关K5、第六开关K6、第八开关K8、第十开关K10、第十一开关K11和第十五开关K15均导通，第一开关K1、第四开关K4、第七开关K7、第九开关K9、第十二开关K12、第十三开关K13、第十四开关K14和第十六开关K16均截止。
在第四状态下，如图5B所示，第二开关K2、第三开关K3、第七开关K7、第十开关K10、第十一开关K11、第十三开关K13、第十四开关K14和第十六开关K16均导通，第一开关K1、第四开关K4、第五开关K5、第六开关K6、第八开关K8、第九开关K9、第十二开关K12和第十五开关K15均截止。
示例性的，如图5A所示，第二开关K2导通，第一开关K1和第四开关K4均截止，则第一电容CF1未接入开关电容电压转换电路100；此外，第三开关K3和第五开关K5均导通，则输入电压Vin与第四电容CF4的第一极板导通。第十开关K10导通，第九开关K9和第十二开关K12均截止，则第三电容CF3未接入开关电容电压转换电路100；此外，第十三开关K13截止，则输入电压Vin与第二电容CF2的第一极板断开连接。第十五开关K15和第六开关K6均导通，第七开关K7截止，则第四电容CF4的第二极板与第二电容CF2的第一极板导通，且第四电容CF4的第二极板与第二电容CF2的第二极板断开连接。第十四开关K14截止，则第四电容CF4的第一极板与第二电容CF2断开连接。第八开关K8导通，则第二电容CF2的第二极板与地导通。第十六开关K16截止，则第四电容CF4的第二极板与地断开连接。
如此，第四电容CF4的第二极板和第二电容CF2的第一极板电连接第一输出端。第三状态下的开关电容电压转换电路100的等效电路图可以如图6A所示，第二电容CF2和第四电容CF4串联，串联的第二电容CF2和第四电容CF4连接于开关电容电压转换电路100的输入端IN和第一输出端OUT1之间，此时第一输出端OUT1的输出电压为Vin/2，即第二输出电压Vout2＝Vin/2。
如图5B所示，第十开关K10导通，第九开关K9和第十二开关K12均截止，则第三电容CF3未接入开关电容电压转换电路100；此外，第十一开关K11和第十三开关K13均导通，则输入电压Vin与第二电容CF2的第一极板导通。第二开关K2导通，第一开关K1和第四开关K4均截止，则第一电容CF1未接入开关电容电压转换电路100；此外，第五开关K5截止，则输入电压Vin与第四电容CF4的第一极板断开连接。第七开关K7和第十四开关K14均导通，第十五开关K15截止，则第二电容CF2的第二极板与第四电容CF4的第一极板导通，且第二电容CF2的第二极板与第四电容CF4的第二极板断开连接。第六开关K6截止，则第二电容CF2的第一极板与第四电容CF4断开连接。第十六开关K16导通，则第四电容CF4的第二极板与地导通。第八开关K8截止，则第二电容CF2的第二极板与地断开连接。
如此，第二电容CF2的第二极板和第四电容CF4的第一极板电连接第一输出端。第二状态下的开关电容电压转换电路100的等效电路图可以如图6B所示，第二电容CF2和第四电容CF4串联，串联的第二电容CF2和第四电容CF4连接于开关电容电压转换电路100的输入端IN和第一输出端OUT1之间，此时第一输出端OUT1的输出电压仍为第二输出电压Vout2。
第二工作模式下，开关组件10在第三状态和第四状态之间来回切换，可以确保开关电容电压转换电路100的第一输出端OUT1持续输出第二输出电压Vout2，维持第二输出电压Vout2的稳定输出，确保开关电容电压转换电路100的输出电压的稳定性。
本申请实施例，通过开关电容电压转换电路能够在第二工作模式下，将输入电压转换为第二输出电压，并基于第一输出端输出，第二工作模式为开关组件在第三状态和第四状态之间来回切换；其中，第一状态下，第二开关、第四开关、第七开关、第九开关、第十一开关、第十三开关、第十四开关和第十六开关均导通，第一开关、第三开关、第五开关、第六开关、第八开关、第十开关、第十二开关和第十五开关均截止；第二状态下，第二开关、第四开关、第七开关、第九开关、第十一开关、第十三开关、第十四开关和第十六开关均截止，第一开关、第三开关、第五开关、第六开关、第八开关、第十开关、第十二开关和第十五开关均导通，如此，开关电容电压转换电路100可以在不同的工作模式下输出不同的电压，使得开关电容电压转换电路100可以适用于不同的场景，能够提升开关电容电压转换电路100的适用性。
在上述实施例的基础上，图7为本申请实施例提供的第三工作模式下的开关电容电压转换电路的结构示意图，如图7所示，开关电容电压转换电路100，用于在第三工作模式下，将输入电压Vin转换为第三输出电压Vout3，并基于第一输出端OUT1输出。
其中，在第三工作模式下，第二开关K2、第三开关K3、第五开关K5、第六开关K6、第十开关K10、第十一开关K11、第十三开关K13和第十四开关K14均导通，第一开关K1、第四开关K4、第七开关K7、第八开关K8、第九开关K9、第十二开关K12、第十五开关K15和第十六开关K16均截止。
示例性的，如图7所示，第一开关K1和第四开关K4均截止，则第一电容CF1未接入开关电容电压转换电路100；第九开关K9和第十二开关K12均截止，则第三电容CF3未接入开关电容电压转换电路100；第七开关K7和第八开关K8均截止，则第二电容CF2未接入开关电容电压转换电路100；第十五开关K15和第十六开关K16均截止，则第四电容CF4未接入开关电容电压转换电路100。第二开关K2、第三开关K3、第五开关K5和第十四开关K14均导通，输入电压Vin可以通过第二开关K2、第三开关K3、第五开关K5和第十四开关K14与第一输出端OUT1导通。第十开关K10、第十一开关K11、第十三开关K13和第六开关K6均导通，输入电压Vin还可以通过第十开关K10、第十一开关K11、第十三开关K13和第六开关K6与第一输出端OUT1导通。此时第一输出端OUT1的输出电压为Vin，即第三输出电压Vout3＝Vin。
本申请实施例中，通过开关电容电压转换电路能在第三工作模式下，将输入电压转换为第三输出电压，并基于第一输出端输出；其中，在第三工作模式下，第二开关、第三开关、第五开关、第六开关、第十开关、第十一开关、第十三开关和第十四开关均导通，第一开关、第四开关、第七开关、第八开关、第九开关、第十二开关、第十五开关和第十六开关均截止，如此，开关电容电压转换电路100可以在不同的工作模式下输出不同的电压，使得开关电容电压转换电路100可以适用于不同的场景，能够提升开关电容电压转换电路100的适用性。
在一些实施例中，图8为本申请实施例提供的另一种开关电容电压转换电路的结构示意图，图8为图2所示实施例的基础上，第三开关K3的第二端和第十一开关K11的第二端的连接点电连接开关电容电压转换电路100的第二输出端OUT2。
第三开关K3的第二端和第十一开关K11的第二端均电连接开关电容电压转换电路100的第二输出端OUT2，第三开关K3的第二端和第十一开关K11的第二端均通过第二子电容Cout2接地。如此，第一通路110的第五端和第二通路120的第五端电连接开关电容电压转换电路100的第二输出端OUT2，且第二输出端OUT2通过第二子电容Cout2接地。
示例性的，开关电容电压转换电路100，还用于在第一工作模式下，将输入电压Vin转换为第四输出电压Vout4，并基于第二输出端OUT2输出。
在第一状态下，第三开关K3截止，第十一开关K11、第十三开关K13和第四开关K4导通，第一电容CF1的第二极板通过第四开关K4、第十三开关K13和第十一开关K11与第三电容CF3的第一极板导通，如此，第一电容CF1的第二极板和第三电容CF3的第一极板为第二输出端OUT2。也就是说，如图4A所示的第一电容CF1和第三电容CF3的连接点即为第二输出端OUT2，此时，第二输出端OUT2的输出电压为Vin/2，即第四输出电压Vout4＝Vin/2。
在第二状态下，第十一开关K11截止，第三开关K3、第五开关K5和第十二开关K12导通，第三电容CF3的第二极板通过第十二开关K12、第五开关K5和第三开关K3与第一电容CF1的第一极板导通，如此，第一电容CF1的第一极板和第三电容CF3的第二极板为第二输出端OUT2。也就是说，如图4B所示的第一电容CF1和第三电容CF3的连接点即为第二输出端OUT2，此时，第二输出端OUT2的输出电压仍为第四输出电压Vout4。
示例性的，开关电容电压转换电路100，还用于在第二工作模式下，将输入电压Vin转换为第五输出电压Vout5，并基于第二输出端OUT2输出。
在第三状态下，第一电容CF1和第三电容CF3未接入开关电容电压转换电路100，第二开关K2、第三开关K3和第五开关K5导通，第十三开关K13截止，输入电压Vin通过第二开关K2、第三开关K3和第五开关K5与第四电容CF4的第一极板导通。如此，第四电容CF4的第一极板电连接第二输出端OUT2，显然，第二输出端OUT2的输出电压为Vin，即第五输出电压Vout5＝Vin。
在第四状态下，第一电容CF1和第三电容CF3未接入开关电容电压转换电路100，第十开关K10、第十一开关K11和第十三开关K13导通，第五开关K5截止，输入电压Vin通过第十开关K10、第十一开关K11和第十三开关K13与第二电容CF2的第一极板导通。如此，第二电容CF2的第一极板电连接第二输出端OUT2，显然，第二输出端OUT2的输出电压仍为第五输出电压Vout5。
示例性的，开关电容电压转换电路100，还用于在第三工作模式下，将输入电压Vin转换为第六输出电压Vout6，并基于第二输出端输出。
在第三工作模式下，第一电容CF1、第二电容CF2、第三电容CF3和第四电容CF4均未接入开关电容电压转换电路100，第二开关K2、第三开关K3、第五开关K5和第十四开关K14均导通，则输入电压Vin通过第二开关K2、第三开关K3、第五开关K5和第十四开关K14与第一输出端OUT1导通。第十开关K10、第十一开关K11、第十三开关K13和第六开关K6均导通，则输入电压Vin还通过第十开关K10、第十一开关K11、第十三开关K13和第六开关K6与第一输出端OUT1导通。
如此，第二输出端OUT2的输出电压和第一输出单OUT1的输出电压均与输入电压Vin相等，即第六输出电压Vout6＝Vout3＝Vin。
本申请实施例中，第三开关K3的第二端和第十一开关K11的第二端均电连接开关电容电压转换电路100的第二输出端，如此，可以在开关电容电压转换电路100中设置多个输出端，使得开关电容电压转换电路100可以同时输出多个电压。
基于上述实施例，在第一模式下，参见图4A和图4B所示，第一电容CF1和第三电容CF3各自可承受的最大电压为2*Vout1＝Vin/2，第二电容CF2和第四电容CF4可承受的最大电压为Vout1。在第二模式下，参见图6A和图6B所示，第二电容CF2和第四电容CF4各自可承受的最大电压为Vout2＝Vin/2。如此，开关电容电压转换电路100中各电容可承受的最大电压均为Vin/2。
现有技术中，如图1所示，Dickson式开关电容电压转换电路中各电容可承受的最大电压为3*Vout，即3*Vin/4。如此，本申请提供的开关电容电压转换电路100中的各电容可承受较小的电压，故而可以选择耐压值较小的电容器作为开关电容电压转换电路100中的第一电容CF1、第二电容CF2、第三电容CF3和第四电容CF4。由于耐压值较小的电容器的面积较小，因此，第一电容CF1、第二电容CF2、第三电容CF3和第四电容CF4的面积较小，故而，可以减小开关电容电压转换电路100中电容器所占的面积，能够进一步减小开关电容电压转换电路100所占的面积，有利于开关电容电压转换电路的小型化发展。
本申请实施例还提供了一种电压转换器，电压转换器包括上述任一实施例提供的开关电容电压转换电路100。
本申请实施例提供的电压转换器可以是充电器或变压器，也可以是其他能够实现电压转换的设备，本申请实施例对此不作具体限制。
本申请实施例提供的电压转换器包括上述任一实施例提供的开关电容电压转换电路100，具有与开关电容电压转换电路100相同的功能模块和有益效果，这里不再赘述。
本申请实施例还提供了一种芯片，包括上述任一实施例提供的开关电容电压转换电路100。
示例性的，将上述任一实施例提供的开关电容电压转换电路100集成到芯片中，可以减小开关电容电压转换电路100的体积，有利于开关电容电压转换电路100的小型化发展。
本申请实施例提供的芯片包括上述任一实施例提供的开关电容电压转换电路100，具有与开关电容电压转换电路100相同的功能模块和有益效果，这里不再赘述。
以上公开的仅为本申请的具体实施例，但是，本申请实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。
本申请描述的“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了装置若干的单元权利要求中，这些装置中的若干个单元可以是通过同一个硬件项来具体体现。第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种开关电容电压转换电路，其特征在于，包括：第一通路和第二通路；
所述第一通路的第一端和所述第二通路的第一端均电连接所述开关电容电压转换电路的输入端，所述输入端连接输入电压，所述第一通路的第二端电连接所述第二通路的第三端，所述第一通路的第三端电连接所述第二通路的第二端，所述第一通路的第四端和所述第二通路的第四端均电连接所述开关电容电压转换电路的第一输出端，所述第一通路的第五端电连接所述第二通路的第五端；
所述第一通路包括第一电容、第二电容和第一开关组件，所述第二通路包括第三电容、第四电容和第二开关组件，开关组件包括所述第一开关组件和所述第二开关组件；
所述开关组件，用于控制所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容和所述第四电容之间的连接关系；
所述开关电容电压转换电路，用于将所述输入电压转换为第一输出电压，并基于所述第一输出端输出，所述输入电压为所述第一输出电压的四倍。
2.根据权利要求1所述的开关电容电压转换电路，其特征在于，所述第一开关组件包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关和第八开关；所述第二开关组件包括第九开关、第十开关、第十一开关、第十二开关、第十三开关、第十四开关、第十五开关和第十六开关；
所述输入端通过所述第二开关电连接所述第三开关的第一端和所述第一电容的第一极板，所述输入端还通过所述第十开关电连接所述第十一开关的第一端和所述第三电容的第一极板；所述第三开关的第二端电连接所述第五开关的第一端，所述第五开关的第二端电连接所述第十二开关的第一端、所述第十四开关的第一端和所述第四电容的第一极板，所述第十一开关的第二端电连接所述第十三开关的第一端，所述第十三开关的第二端电连接所述第四开关的第一端、所述第六开关的第一端和所述第二电容的第一极板；所述第三开关的第二端和所述第十一开关的第二端的连接点通过第二子电容接地；
所述第四开关的第二端电连接所述第一电容的第二极板和所述第一开关的第一端，所述第一开关的第二端接地；所述第十二开关的第二端电连接所述第三电容的第二极板和所述第九开关的第一端，所述第九开关的第二端接地；
所述第二电容的第二极板通过所述第七开关电连接所述第六开关的第二端，所述第二电容的第二极板还通过所述第八开关接地；所述第四电容的第二极板通过所述第十五开关电连接所述第十四开关的第二端，所述第四电容的第二极板还通过所述第十六开关接地；所述第六开关管的第二端和所述第十四开关的第二端的连接点通过第一子电容接地。
3.根据权利要求2所述的开关电容电压转换电路，其特征在于，所述第六开关的第二端和所述第十四开关的第二端的连接点电连接所述第一输出端。
4.根据权利要求3所述的开关电容电压转换电路，其特征在于，所述开关电容电压转换电路，用于在第一工作模式下，将所述输入电压转换为所述第一输出电压，所述第一工作模式为所述开关组件在第一状态和第二状态之间来回切换；
其中，在所述第一状态下，所述第二开关、所述第四开关、所述第七开关、所述第九开关、所述第十一开关、所述第十三开关、所述第十四开关和所述第十六开关均导通，所述第一开关、所述第三开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第八开关、所述第十开关、所述第十二开关和所述第十五开关均截止；
在所述第二状态下，所述第二开关、所述第四开关、所述第七开关、所述第九开关、所述第十一开关、所述第十三开关、所述第十四开关和所述第十六开关均截止，所述第一开关、所述第三开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第八开关、所述第十开关、所述第十二开关和所述第十五开关均导通。
5.根据权利要求4所述的开关电容电压转换电路，其特征在于，所述开关电容电压转换电路，还用于在第二工作模式下，将所述输入电压转换为第二输出电压，并基于所述第一输出端输出，所述第二工作模式为所述开关组件在第三状态和第四状态之间来回切换；
其中，在所述第三状态下，所述第二开关、所述第三开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第八开关、所述第十开关、所述第十一开关和所述第十五开关均导通，所述第一开关、所述第四开关、所述第七开关、所述第九开关、所述第十二开关、所述第十三开关、所述第十四开关和所述第十六开关均截止；
在所述第四状态下，所述第二开关、所述第三开关、所述第七开关、所述第十开关、所述第十一开关、所述第十三开关、所述第十四开关和所述第十六开关均导通，所述第一开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第八开关、所述第九开关、所述第十二开关和所述第十五开关均截止。
6.根据权利要求4或5所述的开关电容电压转换电路，其特征在于，所述开关电容电压转换电路，还用于在第三工作模式下，将所述输入电压转换为第三输出电压，并基于所述第一输出端输出；
其中，在所述第三工作模式下，所述第二开关、所述第三开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第十开关、所述第十一开关、所述第十三开关和所述第十四开关均导通，所述第一开关、所述第四开关、所述第七开关、所述第八开关、所述第九开关、所述第十二开关、所述第十五开关和所述第十六开关均截止。
7.根据权利要求2或3所述的开关电容电压转换电路，其特征在于，所述第三开关的第二端和所述第十一开关的第二端的连接点电连接所述开关电容电压转换电路的第二输出端。
8.根据权利要求7所述的开关电容电压转换电路，其特征在于，所述开关电容电压转换电路，还用于在第一工作模式下，将所述输入电压转换为第四输出电压，并基于所述第二输出端输出。
9.根据权利要求7所述的开关电容电压转换电路，其特征在于，所述开关电容电压转换电路，还用于在第二工作模式下，将所述输入电压转换为第五输出电压，并基于所述第二输出端输出。
10.根据权利要求7所述的开关电容电压转换电路，其特征在于，所述开关电容电压转换电路，还用于在第三工作模式下，将所述输入电压转换为第六输出电压，并基于所述第二输出端输出。
11.一种电压转换器，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的开关电容电压转换电路。
12.一种芯片，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的开关电容电压转换电路。
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