CN117060693B - 开关管控制方法与混合电压转换器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种开关管控制方法与混合电压转换器,涉及开关管控制技术领域。开关管控制方法应用于混合电压转换器,混合电压转换器包括开关电容单元以及续流单元。方法包括:获取混合电压转换器的输出电流;在输出电流大于第一电流阈值时控制混合电压转换器中的开关管以并行导通模式运行;在输出电流小于第一电流阈值时控制混合电压转换器中的开关管以顺序导通模式运行。当开关管以并行导通模式运行时开关电容单元中的N个开关管组合以相同的占空比错相360/N度导通与关断。当开关管以顺序导通模式运行时开关电容单元中的各开关管以相同的占空比顺序单独导通。通过上述方式,能够提高混合电压转换器的功率转换效率。
Description
技术领域
本申请涉及开关管控制技术领域,特别是涉及一种开关管控制方法与混合电压转换器。
背景技术
多电平混合的直流电压转直流电压的混合电压转换器凭借其较高的效率在数据中心和通信等领域得到日益广泛的应用。该混合电压转换器能够将开关电容单元和传统的基于电感元器件的DCDC续流单元结合,从而实现高降压比的可调稳压输出。
然而,目前的多电平混合的直流电压转直流电压的混合电压转换器的功率转换效率较低。
发明内容
本申请旨在提供一种开关管控制方法与混合电压转换器,能够提高混合电压转换器的功率转换效率。
为实现上述目的,第一方面,本申请提供一种开关管控制方法,应用于混合电压转换器,混合电压转换器包括开关电容单元以及续流单元,其中,开关电容单元与续流单元连接于N个开关节点,N为大于1的整数,开关管控制方法包括:
持续获取混合电压转换器的输出电流;
在输出电流大于第一电流阈值时,控制混合电压转换器中的开关管以并行导通模式运行;
在输出电流小于第一电流阈值时,控制混合电压转换器中的开关管以顺序导通模式运行;
其中,当混合电压转换器中的开关管以并行导通模式运行时,开关电容单元中的N个开关管组合以相同的占空比错相360/N度导通与关断,且任一开关管组合包括至少两个开关管;续流单元中的每个开关管与开关电容单元中的开关管组合一一对应,且续流单元中的开关管与对应的开关电容单元中的开关管组合以互补的方式交替导通与关断;
当混合电压转换器中的开关管以顺序导通模式运行时,开关电容单元中的各开关管以相同的占空比顺序单独导通;续流单元中的开关管在对应的开关电容单元中的开关管组合中任一开关管导通时关断,并在对应的开关电容单元中的开关管组合中所有开关管均关断时导通。
在一种可选的方式中,开关管控制方法还包括:
在并行导通模式和顺序导通模式之间切换后,混合电压转换器中的每个开关管的控制信号均保持由与模式切换前相同的脉宽调制信号产生。
在一种可选的方式中,开关管控制方法还包括:
当输出电流小于第二电流阈值时混合电压转换器由以脉冲宽度调制控制模式工作转换为以脉冲频率调制控制模式工作,并控制混合电压转换器中的开关管保持以顺序导通模式运行,其中,第二电流阈值不大于第一电流阈值。
在一种可选的方式中,开关电容单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一输入电容、第一电容、第二电容与第三电容;续流单元包括第五开关管、第六开关管、第一输出电容、第一电感与第二电感,且开关电容单元和续流单元分别连接于第一开关节点和第二开关节点;
第一开关管的第三端分别与输入电源及第一输入电容的第一端连接,第一开关管的第二端分别与第二开关管的第三端及第一电容的第一端连接,第二开关管的第二端分别与第二电容的第一端及第三开关管的第三端连接,第三开关管的第二端分别与第四开关管的第三端及第三电容的第一端连接,第四开关管的第二端与第五开关管的第三端、第二电容的第二端及第二电感的第一端连接于第二开关节点,第六开关管的第三端与第一电容的第二端、第三电容的第二端及第一电感的第一端连接于第一开关节点,第一电感的第二端分别与第二电感的第二端及第一输出电容的第一端连接,第一输入电容的第二端、第五开关管的第二端、第六开关管的第二端及第一输出电容的第二端均接地。
在一种可选的方式中,开关管控制方法还包括:
在输出电流大于第一电流阈值时,控制包括第一开关管与第三开关管的第一开关管组合和包括第二开关管与第四开关管的第二开关管组合以相同的占空比错相180度导通与关断;控制第五开关管与第二开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第六开关管与第一开关管组合以互补的方式交替导通与关断;
在输出电流小于第一电流阈值时,控制第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管以相同的占空比顺序单独导通;控制第五开关管在第二开关管或第四开关管导通时关断,并在第二开关管与第四开关管均关断时导通;控制第六开关管在第一开关管或第三开关管导通时关断,并在第一开关管与第三开关管均关断时导通。
在一种可选的方式中,开关管控制方法还包括:
输出第一脉冲信号与第二脉冲信号,其中,第一脉冲信号与第二脉冲信号为占空比相同且错相180度的周期性脉冲信号;
通过第一脉冲信号的互补信号控制第六开关管,并通过第二脉冲信号的互补信号控制第五开关管;
在输出电流大于第一电流阈值时,通过第一脉冲信号控制第一开关管与第三开关管,通过第二脉冲信号控制第二开关管与第四开关管;
基于第一脉冲信号输出第一选通信号,其中,第一选通信号的频率为第一脉冲信号的1/2,且第一选通信号的占空比为1/2;
基于第二脉冲信号输出第二选通信号,其中,第二选通信号的频率为第二脉冲信号的1/2,且第二选通信号的占空比为1/2;
在输出电流小于第一电流阈值时,通过第一脉冲信号与第二选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第一开关管,通过第二脉冲信号与第一选通信号的逻辑与运算的结果控制第二开关管,通过第一脉冲信号与第二选通信号的逻辑与运算的结果控制第三开关管,通过第二脉冲信号与第一选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第四开关管。
在一种可选的方式中,开关电容单元包括第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第二输入电容、第四电容与第五电容;续流单元包括第十一开关管、第十二开关管、第三电感、第四电感与第二输出电容,且开关电容单元和续流单元分别连接于第三开关节点和第四开关节点;
第七开关管的第三端分别与输入电源、第二输入电容的第一端及第九开关管的第三端连接,第七开关管的第二端分别与第八开关管的第三端及第四电容的第一端连接,第八开关管的第二端与第十一开关管的第三端、第五电容的第二端及第四电感的第一端连接于第四开关节点,第九开关管的第二端分别与第五电容的第一端及第十开关管的第三端连接,第十开关管的第二端与第四电容的第二端、第十二开关管的第三端及第三电感的第一端连接于第三开关节点,第三电感的第二端分别与第四电感的第二端及第二输出电容的第一端连接,第二输入电容的第二端、第十一开关管的第二端、第十二开关管的第二端及第二输出电容的第二端均接地。
在一种可选的方式中,开关管控制方法还包括:
在输出电流大于第一电流阈值时,控制包括第七开关管与第十开关管的第三开关管组合和包括第八开关管与第九开关管的第四开关管组合以相同的占空比错相180度导通与关断;控制第十一开关管与第四开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第十二开关管与第三开关管组合以互补的方式交替导通与关断;
在输出电流小于第一电流阈值时,控制第七开关管、第九开关管、第八开关管与第十开关管以相同的占空比顺序单独导通;控制第十一开关管在第八开关管或第九开关管导通时关断,并在第八开关管与第九开关管均关断时导通;控制第十二开关管在第七开关管或第十开关管导通时关断,并在第七开关管与第十开关管均关断时导通。
在一种可选的方式中,开关管控制方法还包括:
输出第三脉冲信号与第四脉冲信号,其中,第三脉冲信号与第四脉冲信号为占空比相同且错相180度的周期性脉冲信号;
通过第三脉冲信号的互补信号控制第十二开关管,并通过第四脉冲信号的互补信号控制第十一开关管;
在输出电流大于第一电流阈值时,通过第三脉冲信号控制第七开关管与第十开关管,通过第四脉冲信号控制第八开关管与第九开关管;
基于第三脉冲信号输出第三选通信号,其中,第三选通信号的频率为第三脉冲信号的1/2,且第三选通信号的占空比为1/2;
基于第四脉冲信号输出第四选通信号,其中,第四选通信号的频率为第四脉冲信号的1/2,且第四选通信号的占空比为1/2;
在输出电流小于第一电流阈值时,通过第三脉冲信号与第四选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第七开关管,通过第四脉冲信号与第三选通信号的逻辑与运算的结果控制第八开关管,通过第三脉冲信号与第四选通信号的逻辑与运算的结果控制第十开关管,通过第四脉冲信号与第三选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第九开关管。
在一种可选的方式中,开关电容单元还包括第十三开关管、第十四开关管、第六电容与第七电容;
第十三开关管的第三端分别与第六电容的第一端及第八开关管的第二端连接,第十三开关管的第二端与第七电容的第二端、第十一开关管的第三端及第三电感的第一端连接于第三开关节点,第十四开关管的第三端分别与第七电容的第一端及第十开关管的第二端连接,第十四开关管的第二端与第六电容的第二端、第十二开关管的第三端及第四电感的第一端连接于第四开关节点。
在一种可选的方式中,开关管控制方法还包括:
在输出电流大于第一电流阈值时,控制包括第七开关管、第十开关管与第十三开关管的第五开关管组合和包括第八开关管、第九开关管与第十四开关管的第六开关管组合以相同的占空比错相180度导通与关断;控制第十一开关管与第五开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第十二开关管与第六开关管组合以互补的方式交替导通与关断;
在输出电流小于第一电流阈值时,控制第七开关管、第九开关管、第八开关管、第十开关管、第十三开关管与第十四开关管以相同的占空比顺序单独导通;控制第十二开关管在第八开关管、第九开关管或第十四开关管导通时关断,并在第八开关管、第九开关管与第十四开关管均关断时导通;控制第十一开关管在第七开关管、第十开关管或第十三开关管导通时关断,并在第七开关管、第十开关管与第十三开关管均关断时导通。
在一种可选的方式中,开关管控制方法还包括:
输出第五脉冲信号与第六脉冲信号,其中,第五脉冲信号与第六脉冲信号为占空比相同且错相180度的周期性脉冲信号;
通过第五脉冲信号的互补信号控制第十二开关管,并通过第六脉冲信号的互补信号控制第十一开关管;
在输出电流大于第一电流阈值时,通过第六脉冲信号控制第七开关管、第十开关管与第十三开关管,通过第五脉冲信号控制第八开关管、第九开关管与第十四开关管;
基于第五脉冲信号输出第一个第五选通信号、第二个第五选通信号与第三个第五选通信号,其中,第一个第五选通信号、第二个第五选通信号与第三个第五选通信号的频率均为第五脉冲信号的1/3,第一个第五选通信号、第二个第五选通信号与第三个第五选通信号依次错相120度且占空比均为2/3;
基于第六脉冲信号输出第一个第六选通信号、第二个第六选通信号与第三个第六选通信号,其中,第一个第六选通信号、第二个第六选通信号与第三个第六选通信号的频率均为第六脉冲信号的1/3,第一个第六选通信号、第二个第六选通信号与第三个第六选通信号依次错相120度且占空比均为2/3;
在输出电流小于第一电流阈值时,通过第五脉冲信号与第一个第六选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第七开关管,通过第六脉冲信号与第一个第五选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第八开关管,通过第五脉冲信号与第二个第六选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第十三开关管,通过第六脉冲信号与第二个第五选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第九开关管,通过第五脉冲信号与第三个第六选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第十开关管,通过第六脉冲信号与第三个第五选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第十四开关管。
在一种可选的方式中,开关电容单元包括第十五开关管、第十六开关管、第十七开关管、第十八开关管、第十九开关管、第二十开关管、第三输入电容、第八电容、第九电容与第十电容;续流单元还包括第二十一开关管、第二十二开关管、第二十三开关管、第三输出电容、第五电感、第六电感与第七电感,且开关电容单元和续流单元分别连接于第五开关节点,第六开关节点和第七开关节点;
第十五开关管的第三端分别与输入电源、第十七开关管的第三端、第十九开关管的第三端及第三输入电容的第一端连接,第十五开关管的第二端分别与第十六开关管的第三端及第八电容的第一端连接,第十六开关管的第二端与第二十一开关管的第三端、第十电容的第二端及第五电感的第一端连接于第五开关节点,第十七开关管的第二端分别与第十八开关管的第三端及第九电容的第一端连接,第十八开关管的第二端与第八电容的第二端、第二十二开关管的第三端及第六电感的第一端连接于第六开关节点,第十九开关管的第二端分别与第十电容的第一端及第二十开关管的第三端连接,第二十开关管的第二端分别与第二十三开关管的第三端、第九电容的第二端及第七电感的第一端连接于第七开关节点,第五电感的第二端分别与第六电感的第二端、第七电感的第二端及第三输出电容的第一端连接,第三输入电容的第二端、第三输出电容的第二端、第二十一开关管的第二端、第二十二开关管的第二端及第二十三开关管的第二端均接地。
在一种可选的方式中,开关管控制方法还包括:
在输出电流大于第一电流阈值时,控制包括第十五开关管与第十八开关管的第七开关管组合、包括第十七开关管与第二十开关管的第八开关管组合和包括第十九开关管与第十六开关管的第九开关管组合以相同的占空比错相120度导通与关断;控制第二十一开关管与第九开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第二十二开关管与第七开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第二十三开关管与第八开关管组合以互补的方式交替导通与关断;
在输出电流小于第一电流阈值时,控制第十五开关管、第十七开关管、第十九开关管、第十六开关管、第十八开关管与第二十开关管以相同的占空比顺序单独导通;控制第二十一开关管在第十六开关管或第十九开关管导通时关断,并在第十六开关管与第十九开关管均关断时导通;控制第二十二开关管在第十五开关管或第十八开关管导通时关断,并在第十五开关管与第十八开关管均关断时导通;控制第二十三开关管在第十七开关管或第二十开关管导通时关断,并在第十七开关管与第二十开关管均关断时导通。
在一种可选的方式中,开关管控制方法还包括:
输出第七脉冲信号、第八脉冲信号与第九脉冲信号,其中,第七脉冲信号、第八脉冲信号与第九脉冲信号为占空比相同且错相120度的周期性脉冲信号;
通过第九脉冲信号的互补信号控制第二十一开关管,并通过第七脉冲信号的互补信号控制第二十二开关管,以及通过第八脉冲信号的互补信号控制第二十三开关管;
在输出电流大于第一电流阈值时,通过第七脉冲信号控制第十五开关管与第十八开关管,通过第八脉冲信号控制第十七开关管与第二十开关管,通过第九脉冲信号控制第十六开关管与第十九开关管;
基于第七脉冲信号输出第七选通信号,其中,第七选通信号的频率为第七脉冲信号的1/2,且第七选通信号的占空比为1/2;
基于第八脉冲信号输出第八选通信号,其中,第八选通信号的频率为第八脉冲信号的1/2,且第八选通信号的占空比为1/2;
基于第九脉冲信号输出第九选通信号,其中,第九选通信号的频率为第九脉冲信号的1/2,且第九选通信号的占空比为1/2;
在输出电流小于第一电流阈值时,通过第七脉冲信号与第九选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第十五开关管,通过第八脉冲信号与第七选通信号的逻辑与运算的结果控制第十七开关管,通过第九脉冲信号与第八选通信号的逻辑与运算的结果控制第十九开关管,通过第九脉冲信号与第九选通信号的逻辑与运算的结果控制第十六开关管,通过第七脉冲信号与第七选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第十八开关管,通过第八脉冲信号与第八选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第二十开关管。
第二方面,本申请提供一种混合电压转换器,包括:
开关电容单元以及和开关电容单元连接的续流单元;
控制器,控制器分别与开关电容单元中的开关管以及续流单元中的开关管连接,控制器用于控制开关电容单元中的开关管以及续流单元中的开关管的导通与关断;
控制器包括:
至少一个处理器以及与至少一个处理器通信连接的存储器,存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令,指令被至少一个处理器执行,以使至少一个处理器能够执行如上所述的方法。
在一种可选的方式中,控制器还用于输出使能信号,并在混合电压转换器的输出电流大于第一电流阈值时控制使能信号为高电平,以及在输出电流小于第一电流阈值时控制使能信号为低电平。
在一种可选的方式中,混合电压转换器还包括第一D触发器、第二D触发器、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第四与非门、第一与门、第二与门、第三与门、第四与门、第一非门、第二非门、第三非门与第四非门;开关电容单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一输入电容、第一电容、第二电容与第三电容;续流单元包括第五开关管、第六开关管、第一输出电容、第一电感与第二电感;
第一开关管的第三端分别与输入电源及第一输入电容的第一端连接,第一开关管的第二端分别与第二开关管的第三端及第一电容的第一端连接,第二开关管的第二端分别与第二电容的第一端及第三开关管的第三端连接,第三开关管的第二端分别与第四开关管的第三端及第三电容的第一端连接,第四开关管的第二端分别与第五开关管的第三端、第二电容的第二端及第二电感的第一端连接,第六开关管的第三端分别与第一电容的第二端、第三电容的第二端及第一电感的第一端连接,第一电感的第二端分别与第二电感的第二端及第一输出电容的第一端连接,第一输入电容的第二端、第五开关管的第二端、第六开关管的第二端及第一输出电容的第二端均接地;
第一与门的输出端与第一开关管的第一端连接,第一与门的第一输入端、第三与门的第一输入端、第三非门的输入端及第二D触发器的时钟输入端均输入控制器输出的第一脉冲信号,第三非门的输出端与第六开关管的第一端连接,第一与门的第二输入端与第一与非门的输出端连接,第一与非门的第二输入端分别与第一D触发器的同相输出端及第一非门的输入端连接,第一非门的输出端与第三与非门的第二输入端连接,第一与非门的第一输入端、第二与非门的第一输入端、第三与非门的第一输入端及第四与非门的第一输入端均输入使能信号,第一D触发器的信号输入端及反相输出端连接,第一D触发器的时钟输入端、第四非门的输入端、第二与门的第一输入端及第四与门的第一输入端均输入控制器输出的第二脉冲信号,第四非门的输出端与第五开关管的第一端连接,第二与门的输出端与第二开关管的第一端连接,第二与门的第二输入端与第二与非门的输出端连接,第二与非门的第二输入端与第二非门的输出端连接,第二非门的输入端分别与第四与非门的第二输入端及第二D触发器的同相输出端连接,第二D触发器的信号输入端及反相输出端连接,第三与门的输出端与第三开关管的第一端连接,第三与门的第二输入端与第三与非门的输出端连接,第四与门的输出端与第四开关管的第一端连接,第四与门的第二输入端与第四与非门的输出端连接。
在一种可选的方式中,开关电容单元包括第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第二输入电容、第四电容与第五电容;续流单元包括第十一开关管、第十二开关管、第三电感、第四电感与第二输出电容;
第七开关管的第三端分别与输入电源、第二输入电容的第一端及第九开关管的第三端连接,第七开关管的第二端分别与第八开关管的第三端及第四电容的第一端连接,第八开关管的第二端分别与第十一开关管的第三端、第五电容的第二端及第四电感的第一端连接,第九开关管的第二端分别与第五电容的第一端及第十开关管的第三端连接,第十开关管的第二端分别与第四电容的第二端、第十二开关管的第三端及第三电感的第一端连接,第三电感的的第二端分别与第四电感的第二端及第二输出电容的第一端连接,第二输入电容的第二端、第十一开关管的第二端、第十二开关管的第二端及第二输出电容的第二端均接地。
在一种可选的方式中,混合电压转换器还包括第三D触发器、第四D触发器、第五与非门、第六与非门、第七与非门、第八与非门、第五与门、第六与门、第七与门、第八与门、第五非门、第六非门、第七非门与第八非门;
第五与门的输出端与第七开关管的第一端连接,第五与门的第一输入端、第七与门的第一输入端、第七非门的输入端及第四D触发器的时钟输入端均输入控制器输出的第三脉冲信号,第七非门的输出端与第十二开关管的第一端连接,第五与门的第二输入端与第五与非门的输出端连接,第五与非门的第二输入端分别与第三D触发器的同相输出端及第五非门的输入端连接,第五非门的输出端与第七与非门的第二输入端连接,第五与非门的第一输入端、第六与非门的第一输入端、第七与非门的第一输入端及第八与非门的第一输入端均输入使能信号,第三D触发器的信号输入端及反相输出端连接,第三D触发器的时钟输入端、第八非门的输入端、第六与门的第一输入端及第八与门的第一输入端均输入控制器输出的第四脉冲信号,第八非门的输出端与第十一开关管的第一端连接,第六与门的输出端与第八开关管的第一端连接,第六与门的第二输入端与第六与非门的输出端连接,第六与非门的第二输入端与第六非门的输出端连接,第六非门的输入端分别与第八与非门的第二输入端及第四D触发器的同相输出端连接,第四D触发器的信号输入端及反相输出端连接,第七与门的输出端与第九开关管的第一端连接,第七与门的第二输入端与第七与非门的输出端连接,第八与门的输出端与第十开关管的第一端连接,第八与门的第二输入端与第八与非门的输出端连接。
在一种可选的方式中,开关电容单元还包括第十三开关管、第十四开关管、第六电容与第七电容;混合电压转换器还包括第五D触发器、第六D触发器、第七D触发器、第八D触发器、第九与非门、第十与非门、第十一与非门、第十二与非门、第十三与非门、第十四与非门、第九与门、第十与门、第十一与门、第十二与门、第十三与门、第十四与门、第十五与门、第十六与门、第一或门、第二或门、第九非门与第十非门;
第十三开关管的第三端分别与第六电容的第一端及第八开关管的第二端连接,第十三开关管的第二端分别与第七电容的第二端、第十一开关管的第三端及第三电感的第一端连接,第十四开关管的第三端分别与第七电容的第一端及第十开关管的第二端连接,第十四开关管的第二端分别与第六电容的第二端、第十二开关管的第三端及第四电感的第一端连接;
第九与门的输出端与第七开关管的第一端连接,第九与门的第一输入端、第十一与门的第一输入端、第十三与门的第一输入端、第九非门的输入端、第七D触发器的时钟输入端及第八D触发器的时钟输入端均输入控制器输出的第五脉冲信号,第九非门的输出端与第十一开关管的第一端连接,第九与门的第二输入端与第九与非门的输出端连接,第九与非门的第一输入端、第十与非门的第一输入端、第十一与非门的第一输入端、第十二与非门的第一输入端、第十三与非门的第一输入端及第十四与非门的第一输入端均输入使能信号,第九与非门的第二输入端与第一或门的输出端连接,第一或门的第一输入端与第六D触发器的同相输出端连接,第六D触发器的反相输出端分别与第十五与门的第一输入端及第十三与非门的第二输入端连接,第六D触发器的信号输入端分别与第一或门的第二输入端及第五D触发器的同相输出端连接,第五D触发器的反相输出端分别与第十五与门的第二输入端及第十一与非门的第二输入端连接,第五D触发器的信号输入端与第十五与门的输出端连接,第五D触发器的时钟输入端、第六D触发器的时钟输入端、第十非门的输入端、第十与门的第一输入端、第十二与门的第一输入端及第十四与门的第一输入端均输入控制器输出的第六脉冲信号,第十非门的输出端与十二开关管的第一端连接,第十与门的输出端与第八开关管的第一端连接,第十与门的第二输入端与第十与非门的输出端连接,第十与非门的第二输入端分别与第十六与门的第一输入端及第七D触发器的反相输出端连接,第十六与门的第二输入端分别与第十二与非门的第二输入端及第八D触发器的反相输出端连接,第十六与门的输出端与第七D触发器的信号输入端连接,第八D触发器的同相输出端与第二或门的第一输入端连接,第八D触发器的信号输入端分别与第二或门的第二输入端及第七D触发器的同相输出端连接,第二或门的输出端与第十四与非门的第二输入端连接,第十一与非门的输出端与第十一与门的第二输入端连接,第十一与门的输出端与第十三开关管的第一端连接,第十二与非门的输出端与第十二与门的第二输入端连接,第十二与门的输出端与第九开关管的第一端连接,第十三与非门的输出端与第十三与门的第二输入端连接,第十三与门的输出端与第十开关管的第一端连接,第十四与非门的输出端与第十四与门的第二输入端连接,第十四与门的输出端与第十四开关管的第一端连接。
在一种可选的方式中,混合电压转换器还包括第九D触发器、第十D触发器、第十一D触发器、第十五与非门、第十六与非门、第十七与非门、第十八与非门、第十九与非门、第二十与非门、第十七与门、第十八与门、第十九与门、第二十与门、第二十一与门、第二十二与门、第十一非门、第十二非门、第十三非门、第十四非门、第十五非门与第十六非门;开关电容单元包括第十五开关管、第十六开关管、第十七开关管、第十八开关管、第十九开关管、第二十开关管、第三输入电容、第八电容、第九电容与第十电容;续流单元还包括第二十一开关管、第二十二开关管、第二十三开关管、第三输出电容、第五电感、第六电感与第七电感;
第十五开关管的第三端分别与输入电源、第十七开关管的第三端、第十九开关管的第三端及第三输入电容的第一端连接,第十五开关管的第二端分别与第十六开关管的第三端及第八电容的第一端连接,第十六开关管的第二端分别与第二十一开关管的第三端、第十电容的第二端及第五电感的第一端连接,第十七开关管的第二端分别与第十八开关管的第三端及第九电容的第一端连接,第十八开关管的第二端分别与第八电容的第二端、第二十二开关管的第三端及第六电感的第一端连接,第十九开关管的第二端分别与第十电容的第一端及第二十开关管的第三端连接,第二十开关管的第二端分别与第二十三开关管的第三端、第九电容的第二端及第七电感的第一端连接,第五电感的第二端分别与第六电感的第二端、第七电感的第二端及第三输出电容的第一端连接,第三输入电容的第二端、第三输出电容的第二端、第二十一开关管的第二端、第二十二开关管的第二端及第二十三开关管的第二端均接地;
第十七与门的输出端与第十五开关管的第一端连接,第十七与门的第一输入端、第二十一与门的第一输入端、第十五非门的输入端及第十D触发器的时钟输入端均输入控制器输出的第七脉冲信号,第十五非门的输出端与第二十二开关管的第一端连接,第十七与门的第二输入端与第十五与非门的输出端连接,第十五与非门的第二输入端分别与第十一非门的输入端及第九D触发器的同相输出端连接,第十一非门的输出端与第十八与非门的第二输入端连接,第九D触发器的反相输出端与信号输入端连接,第九D触发器的时钟输入端、第十六非门的输入端、第十九与门的第一输入端及第二十与门的第一输入端均输入控制器输出的第九脉冲信号,第十六非门的输出端与第二十一开关管连接,第十五与非门的第一输入端、第十六与非门的第一输入端、第十七与非门的第一输入端、第十八与非门的第一输入端、第十九与非门的第一输入端及第二十与非门的第一输入端均输入使能信号,第十八与门的输出端与第十七开关管的第一端连接,第十八与门的第一输入端、第二十二与门的第一输入端、十四非门的输入端及第十一D触发器的时钟输入端均输入控制器输出的第八脉冲信号,第十四非门的输出端与二十三开关管连接,第十八与门的第二输入端与第十六与非门的输出端连接,第十六与非门的第二输入端与第十二非门的输出端连接,第十二非门的输入端分别与第十九与非门的第二输入端及第十D触发器的同相输出端连接,第十D触发器的反相输出端与信号输入端连接,第十九与门的输出端与第十九开关管的第一端连接,第十九与门的第二输入端与第十七与非门的输出端连接,第十七与非门的第二输入端与第十三非门的输出端连接,第十三非门的输入端分别与第二十与非门的第二输入端及第十一D触发器的同相输出端连接,第十一D触发器的反相输出端与信号输入端连接,第二十与门的输出端与第十六开关管的第一端连接,第二十与门的第二输入端与第十八与非门的输出端连接,第二十一与门的输出端与第十八开关管的第一端连接,第二十一与门的第二输入端与第十九与非门的输出端连接,第二十二与门的输出端与第二十开关管的第一端连接,第二十二与门的第二输入端与第二十与非门的输出端连接。
本申请的有益效果是:本申请提供的开关管控制方法,应用于混合电压转换器,混合电压转换器包括开关电容单元以及续流单元,其中,开关电容单元与续流单元连接于N个开关节点,N为大于1的整数。开关管控制方法包括:持续获取混合电压转换器的输出电流;在输出电流大于第一电流阈值时,控制混合电压转换器中的开关管以并行导通模式运行;在输出电流小于第一电流阈值时,控制混合电压转换器中的开关管以顺序导通模式运行。其中,当混合电压转换器中的开关管以并行导通模式运行时,开关电容单元中的N个开关管组合以相同的占空比错相(360/N)度导通与关断,且任一开关管组合包括至少两个开关管;续流单元中的每个开关管与开关电容单元中的开关管组合的一一对应,且续流单元中的开关管与对应的开关电容单元中的开关管组合以互补的方式交替导通与关断。当混合电压转换器中的开关管以顺序导通模式运行时,开关电容单元中的各开关管以相同的占空比顺序单独导通;续流单元中的开关管在对应的开关电容单元中的开关管组合中任一开关管导通时关断,并在对应的开关电容单元中的开关管组合中所有开关管均关断时导通。从而,通过在输出电流较大时采用并行导通模式,并在输出电流较小时采用顺序导通模式,能够提高混合电压转换器的功率转换效率。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明,这些示例性说明并不构成对实施例的限定,附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件,除非有特别申明,附图中的图不构成比例限制。
图1为本申请实施例提供的混合电压转换器的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的开关管控制方法的流程图;
图3为与图1所示的结构对应的电路结构的示意图一;
图4为基于图3所示的电路结构的开关管控制方法的流程图一;
图5为基于图3所示的电路结构的开关管控制方法的流程图二;
图6为图3所示的电路结构中的各信号的示意图;
图7为与图1所示的结构对应的电路结构的示意图二;
图8为基于图7所示的电路结构的开关管控制方法的流程图一;
图9为基于图7所示的电路结构的开关管控制方法的流程图二;
图10为图7所示的电路结构中的各信号的示意图;
图11为与图1所示的结构对应的电路结构的示意图三;
图12为基于图11所示的电路结构的开关管控制方法的流程图一;
图13为基于图11所示的电路结构的开关管控制方法的流程图二;
图14为图11所示的电路结构中的各信号的示意图;
图15为与图1所示的结构对应的电路结构的示意图四;
图16为基于图15所示的电路结构的开关管控制方法的流程图一;
图17为基于图15所示的电路结构的开关管控制方法的流程图二;
图18为图15所示的电路结构中的各信号的示意图;
图19为本申请实施例提供的控制器的结构示意图;
图20为本申请实施例提供的混合电压转换器中控制图3所示的开关管的逻辑控制部分的结构示意图;
图21为本申请实施例提供的混合电压转换器中控制图7所示的开关管的逻辑控制部分的结构示意图;
图22为本申请实施例提供的混合电压转换器中控制图11所示的开关管的逻辑控制部分的结构示意图;
图23为本申请实施例提供的混合电压转换器中控制图15所示的开关管的逻辑控制部分的结构示意图。
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做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。
请参照图1,图1为本申请实施例提供的混合电压转换器100的结构示意图。其中,混合电压转换器是一种能够将输入电压转换为不同输出电压的功率变换器。混合电压转换器通常由多个功率变换单元组合而成,其中,包括以电容为储能元件的功率变换单元和以电感为储能元件的功率变换单元,从而高效率的实现多种电压变换比例的稳压输出。
如图1所示,混合电压转换器100包括开关电容单元10以及续流单元20。其中,开关电容单元10与续流单元20连接于N个开关节点,N为大于1的整数。N个开关节点包括第一开关节点P1、第二开关节点P2…第N开关节点PN。
其中,开关电容单元10以电容为储能元件,通过开关管周期性地导通与关断来改变电容器的串并联连接,在电容器的充电和放电过程中实现电压转换。续流单元20以电感为储能元件实现,通过开关管的周期性导通与关断来控制电感上的电流的变化,并通过开关管的导通的占空比实现对混合电压转换器100的输出电压的精细调节。续流单元20与开关电容单元10结合以实现高效的高降压比的可调稳压输出。
混合电压转换器100还包括控制器30。控制器30分别与开关电容单元10中的开关管以及续流单元20中的开关管连接。控制器30用于控制开关电容单元10中的开关管以及续流单元20中的开关管的导通与关断。
其中,在一些实施例中,控制器30可以为通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、单片机、ARM(Acorn RISC Machine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。还有,控制器30还可以是任何传统处理器、控制器、微控制器或状态机。控制器30也可以被实现为计算设备的组合,例如,DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP和/或任何其它这种配置。
为了简洁,在后续的实施例中将不再示出控制器30与各开关管之间的连接。
请参照图2,图2为本申请实施例提供的开关管控制方法的流程图。该开关管控制方法应用于图1所示的混合电压转换器,混合电压转换器的详细结构可参照针对图1的详细说明,这里不再赘述。如图2所示,该开关管控制方法包括如下步骤:
步骤201:持续获取混合电压转换器的输出电流。
步骤202:在输出电流大于第一电流阈值时,控制混合电压转换器中的开关管以并行导通模式运行。
步骤203:在输出电流小于第一电流阈值时,控制混合电压转换器中的开关管以顺序导通模式运行。
其中,第一电流阈值为预先设置的电流值,其可根据实际应用情况进行设置,本申请实施例对此不作具体限制。
在一些实施方式中,第一电流阈值也可以是一个电流范围以实现迟滞控制。例如,当混合电压转换器中的开关管以顺序导通模式运行时且输出电流增加到大于第一电流阈值的上限时,控制混合电压转换器中的开关管以并行导通模式运行。当混合电压转换器中的开关管以并行导通模式运行时且输出电流减小到小于第一电流阈值的下限时,控制混合电压转换器中的开关管以顺序导通模式运行。第一电流阈值的上下限范围可根据实际应用情况进行设置,本申请实施例对此不作具体限制。
其中,当混合电压转换器100中的开关管以并行导通模式运行时,开关电容单元10中的N个开关管组合以相同的占空比错相(360/N)度导通与关断,且任一开关管组合包括至少两个开关管。续流单元20中的每个开关管与开关电容单元中的开关管组合的一一对应,且续流单元20中的开关管与对应的开关电容单元中的开关管组合以互补的方式交替导通与关断。换言之,开关电容单元10包括N个开关管组合,则续流电源20包括N个开关管,且N个开关管与N个开关管组合一一对应,同时对应的开关管与开关管组合以互补的方式交替导通与关断。
当混合电压转换器100中的开关管以顺序导通模式运行时,开关电容单元10中的各开关管以相同的占空比顺序单独导通。并且,开关电容单元10中的各开关管导通的先后顺序不作具体限制,只需满足每次导通一个开关管,且每个周期内每个开关管都导通一次即可。续流单元中的开关管在对应的开关电容单元中的开关管组合中任一开关管导通时关断,并在对应的开关电容单元中的开关管组合中所有开关管均关断时导通。同样地,若开关电容单元10包括N个开关管组合,则续流电源20包括N个开关管,且N个开关管与N个开关管组合一一对应。继而,针对对应的开关管与开关管组合而言,该开关管在开关管组合中的任一开关管导通时关断,并在开关管组合中的所有开关管均关断时导通。
通过上述方式,一方面实现在输出电流较大时采用并行导通模式,并通过多个通路同时为续流单元中的电感储能元件供电的方式降低混合电压转换器100中的开关管的导通损耗,以提高大输出电流下的功率转换效率;另一方面,在输出电流较小时采用顺序导通模式,并通过减少开关管每个周期内的开关次数来降低混合电压转换器100的开关电容单元中的开关管的开关损耗,以提高在小电流输出时的功率转换效率。
在一实施例中,该开关管控制方法还包括如下步骤:在并行导通模式和顺序导通模式之间切换后,混合电压转换器中的每个开关管的控制信号均保持由与模式切换前相同的脉宽调制信号产生。
具体地,并行导通模式和顺序导通模式之间切换包括并行导通模式切换至顺序导通模式,以及顺序导通模式至并行导通模式切换。虽然进行了模式的切换,但用于生成混合电压转换器中每个开关管的控制信号的脉宽调制(PWM,Pulse Width Modulation)信号是保持不变的。以并行导通模式切换至顺序导通模式为例,在并行导通模式切换至顺序导通模式之前,假设生成混合电压转换器中每个开关管的控制信号的脉宽调制信号为第一脉宽调制信号,则在并行导通模式切换至顺序导通模式之后,混合电压转换器中每个开关管的控制信号仍基于第一脉宽调制信号产生。
由此可见,并行导通模式和顺序导通模式之间的切换不会带来混合电压转换器中各个开关管导通时长的突变。其中,对于占空比而言,因为开关电容单元10中开关管的开关周期的长度在变,并行导通模式和顺序导通模式之间的切换会带来开关电容单元10中开关管的占空比的变化。但针对各个开关管导通时长,因为控制每个开关管的信号都是从相同的脉宽调制信号里生成的,只是通过选通信号控制在不同模式(包括并行导通模式和顺序导通模式)下是否施加到开关管。从而,在并行导通模式和顺序导通模式之间的切换的前一个周期和并行导通模式和顺序导通模式之间的切换后的一个周期内,各个开关管的导通时长保持不变。
在一实施例中,该开关管控制方法还包括如下方法步骤:当输出电流小于第二电流阈值时混合电压转换器由以脉冲宽度调制控制模式工作转换为以脉冲频率调制控制模式工作,并控制混合电压转换器中的开关管保持以顺序导通模式运行。
其中,第二电流阈值不大于第一电流阈值。第二电流阈值为预先设置的电流值,其可根据实际应用情况进行设置,本申请实施例对此不作具体限制。第二电流阈值也可以是一个电流范围以实现迟滞控制。例如,当混合电压转换器以脉冲宽度调制控制模式工作且输出电流减小到小于第二电流阈值的下限时,控制混合电压转换器转换为以脉冲频率调制控制模式工作。当混合电压转换器以脉冲频率调制控制模式工作且输出电流增大到大于第二电流阈值的上限时,控制混合电压转换器转换为以脉冲宽度调制控制模式工作。第二电流阈值的上下限范围可根据实际应用情况进行设置,本申请实施例对此不作具体限制。
PWM(脉宽调制)控制模式是一种通过调整开关管的占空比来控制输出的电压或电流的方法。在PWM控制模式下,开关管以固定的频率开关,并且它们的通断时间(脉宽)以一定的方式调整,以达到所需的输出。PWM控制模式允许非常精确地控制输出电压或电流,因为脉宽可以以微小的增量进行调整,输出电压或电流的波形在大多数情况下稳定性也比较好。另外PWM控制模式的频率通常是恒定的,这有助于减小EMI(电磁干扰)的风险。
PFM(脉冲频率调制)控制模式是一种通过调整开关管的开关频率来控制输出的电压或电流的方法。在PFM控制模式下,开关频率随着负载变化而变化,以维持输出电压或电流的稳定性。在负载较轻的情况下,PFM控制模式可以实现更高的效率,因为开关频率较低,开关损耗较小。PFM控制模式也能够更快速地适应负载变化,因为开关频率可以根据需要进行调整。
具体地,当电流从第一电流阈值继续减小,并且混合电压转换器100由以脉冲宽度调制控制模式工作转换为以脉冲频率调制控制模式工作时,可控制混合电压转换器100中的开关管保持以顺序导通模式运行,以进一步提高混合电压转换器100的功率转换效率。
请参照图3,图3示例性示出了混合电压转换器100的第一种结构。如图3所示,开关电容单元10包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一输入电容Cin1、第一电容C1、第二电容C2与第三电容C3;续流单元20包括第五开关管Q5、第六开关管Q6、第一输出电容Cout1、第一电感La1与第二电感La2。且开关电容单元10和续流单元20分别连接于第一开关节点P1和第二开关节点P2。
其中,第一开关管Q1的第三端分别与输入电源Vin及第一输入电容Cin1的第一端连接。第一开关管Q1的第二端分别与第二开关管Q2的第三端及第一电容C1的第一端连接。第二开关管Q2的第二端分别与第二电容C2的第一端及第三开关管Q3的第三端连接。第三开关管Q3的第二端分别与第四开关管Q4的第三端及第三电容C3的第一端连接。第四开关管Q4的第二端与第五开关管Q5的第三端、第二电容C2的第二端及第二电感La2的第一端连接于第二开关节点P2。第六开关管Q6的第三端与第一电容C1的第二端、第三电容C3的第二端及第一电感La1的第一端连接于第一开关节点P1。第一电感La1的第二端分别与第二电感La2的第二端及第一输出电容Cout1的第一端连接。第一输入电容Cin1的第二端、第五开关管Q5的第二端、第六开关管Q6的第二端及第一输出电容Cout1的第二端均接地。
在一实施例中,如图4所示,针对图3所示的电路结构,该开关管控制方法还包括如下步骤:
步骤401:在输出电流大于第一电流阈值时,控制包括第一开关管与第三开关管的第一开关管组合和包括第二开关管与第四开关管的第二开关管组合以相同的占空比错相180度导通与关断;控制第五开关管与第二开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第六开关管与第一开关管组合以互补的方式交替导通与关断。
步骤402:在输出电流小于第一电流阈值时,控制第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管以相同的占空比顺序单独导通;控制第五开关管在第二开关管或第四开关管导通时关断,并在第二开关管与第四开关管均关断时导通(即第五开关管在第二开关管组合中任一开关管导通时关断,并在第二开关管组合中所有开关管均关断时导通);控制第六开关管在第一开关管或第三开关管导通时关断,并在第一开关管与第三开关管均关断时导通(即第六开关管在第一开关管组合中任一开关管导通时关断,并在第一开关管组合中所有开关管均关断时导通)。
其中,在该实施例中,N=2。N个开关管组合包括第一开关管组合与第二开关管组合。并且,第五开关管与第二开关管组合对应;第六开关管与第一开关管组合对应。
进一步,在另一实施例中,本申请实施例还提供实现图4所示的步骤的一种具体实施方式。具体如图5所示,该开关管控制方法还包括如下步骤:
步骤501:输出第一脉冲信号与第二脉冲信号,其中,第一脉冲信号与第二脉冲信号为占空比相同且错相180度的周期性脉冲信号。
步骤502:通过第一脉冲信号的互补信号控制第六开关管,并通过第二脉冲信号的互补信号控制第五开关管。
步骤503:在输出电流大于第一电流阈值时,通过第一脉冲信号控制第一开关管与第三开关管,通过第二脉冲信号控制第二开关管与第四开关管。
步骤504:基于第一脉冲信号输出第一选通信号,其中,第一选通信号的频率为第一脉冲信号的1/2,且第一选通信号的占空比为1/2。
步骤505:基于第二脉冲信号输出第二选通信号,其中,第二选通信号的频率为第二脉冲信号的1/2,且第二选通信号的占空比为1/2。
步骤506:在输出电流小于第一电流阈值时,通过第一脉冲信号与第二选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第一开关管,通过第二脉冲信号与第一选通信号的逻辑与运算的结果控制第二开关管,通过第一脉冲信号与第二选通信号的逻辑与运算的结果控制第三开关管,通过第二脉冲信号与第一选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第四开关管。
请参照图6,图6示例性示出了图3所示的电路结构在图5所示的开关管控制方法的控制下各信号的示意图。如图6所示,曲线L1为第一开关管Q1的控制信号;曲线L2为第二开关管Q2的控制信号;曲线L3为第三开关管Q3的控制信号;曲线L4为第四开关管Q4的控制信号;曲线L5为第六开关管Q6的控制信号;曲线L6为第五开关管Q5的控制信号;曲线L7为第一脉冲信号;曲线L8为第二脉冲信号;曲线L9为第一选通信号;曲线L10为第二选通信号;曲线L11为并行导通模式与顺序导通模式的切换信号;曲线L12为输出电流。其次,D1为第一脉冲信号的占空比;Ts1为第一开关管Q1在顺序导通控制模式下的的控制信号的周期;数字1-8表示在各导通模式(包括并行导通模式与顺序导通模式)下的8个状态;Td1时刻为并行导通模式切换至顺序导通模式的时刻。
具体地,在Td1时刻之前,混合电压转换器100以并行导通模式工作,第一开关管Q1与第三开关管Q3的控制信号与第一脉冲信号相同,而第二开关管Q2与第四开关管Q4的控制信号与第二脉冲信号相同。这时输出电流大于第一电流阈值,同时导通第一开关管Q1与第三开关管Q3或者同时导通第二开关管Q2与第四开关管Q4可以通过将电流分流实现更低的导通损耗。
在Td1时刻,由于负载的减轻,输出电流减小,并小于第一电流阈值,混合电压转换器100切换至以顺序导通模式工作,第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3与第四开关管Q4顺序导通。第五开关管Q5和第六开关管Q6的开关方式不变。这样就可以在保持输出电压不变的前提下降低第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3与第四开关管Q4的开关频率,以实现更低的开关损耗。
需要说明的是,如图6的波形图所示,尽管混合电压转换器100中第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3与第四开关管Q4的控制方式发生了改变,第五开关管Q5和第六开关管Q6的开关方式不变,但各飞跨电容(包括第一电容C1、第二电容C2与第三电容C3)上的电压,第一开关节点P1、第二开关节点P2的电压波形以及各电感(包括第一电感La1与第二电感La2)上电流的波形并没有明显变化,这也说明第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3与第四开关管Q4的控制方式的改变可以以很平滑的方式过渡,并不影响电路的输出特性和电路中无源器件的工作状态,而只会根据输出电流的变化对功率变换过程中的损耗进行重新分配。当输出电流从小于第一电流阈值增加至大于第一电流阈值时,同样可以通过触发并行导通模式与顺序导通模式的切换信号以实现从顺序导通模式向并行导通模式的转换。
需要说明的是,在另一实施例中,从顺序导通模式向并行导通模式的转换与从并行导通模式向顺序导通模式的转换所对应的第一电流阈值还可以设置为一个电流范围,以实现迟滞控制,从而防止当输出电流接近阈值电流时混合电压转换器在顺序导通模式与并行导通模式间反复切换。例如,当混合电压转换器中的开关管以顺序导通模式运行且输出电流增大至大于第一电流阈值的上限时,控制混合电压转换器中的开关管以并行导通模式运行;当混合电压转换器中的开关管以并行导通模式运行且输出电流减小至小于第一电流阈值的下限时,控制混合电压转换器中的开关管以顺序导通模式运行。
请参照图7,图7示例性示出了混合电压转换器100的第二种结构。如图3所示,开关电容单元10包括第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9、第十开关管Q10、第二输入电容Cin2、第四电容C4与第五电容C5。续流单元20包括第十一开关管Q11、第十二开关管Q12、第三电感La3、第四电感La4与第二输出电容Cout2,且开关电容单元10和续流单元20分别连接于第三开关节点P3和第四开关节点P4。
其中,第七开关管Q7的第三端分别与输入电源Vin、第二输入电容Cin2的第一端及第九开关管Q9的第三端连接。第七开关管Q7的第二端分别与第八开关管Q8的第三端及第四电容C4的第一端连接。第八开关管Q8的第二端与第十一开关管Q11的第三端、第五电容C5的第二端及第四电感La4的第一端连接于第四开关节点P4。第九开关管Q9的第二端分别与第五电容C5的第一端及第十开关管Q10的第三端连接。第十开关管Q10的第二端与第四电容C4的第二端、第十二开关管Q12的第三端及第三电感La3的第一端连接于第三开关节点P3。第三电感La3的第二端分别与第四电感La4的第二端及第二输出电容Cout2的第一端连接。第二输入电容Cin2的第二端、第十一开关管Q11的第二端、第十二开关管Q12的第二端及第二输出电容Cout2的第二端均接地。
在一实施例中,如图8所示,针对图7所示的电路结构,该开关管控制方法还包括如下步骤:
步骤801:在输出电流大于第一电流阈值时,控制包括第七开关管与第十开关管的第三开关管组合和包括第八开关管与第九开关管的第四开关管组合以相同的占空比错相180度导通与关断;控制第十一开关管与第四开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第十二开关管与第三开关管组合以互补的方式交替导通与关断。
步骤802:在输出电流小于第一电流阈值时,控制第七开关管、第九开关管、第八开关管与第十开关管以相同的占空比顺序单独导通;控制第十一开关管在第八开关管或第九开关管导通时关断,并在第八开关管与第九开关管均关断时导通;控制第十二开关管在第七开关管或第十开关管导通时关断,并在第七开关管与第十开关管均关断时导通。
其中,在该实施例中,N=2。N个开关管组合包括第三开关管组合与第四开关管组合。并且,第十一开关管与第四开关管组合对应;第十二开关管与第三开关管组合对应。
进一步,在另一实施例中,本申请实施例还提供实现图8所示的步骤的一种具体实施方式。具体如图9所示,该开关管控制方法还包括如下步骤:
步骤901:输出第三脉冲信号与第四脉冲信号,其中,第三脉冲信号与第四脉冲信号为占空比相同且错相180度的周期性脉冲信号。
步骤902:通过第三脉冲信号的互补信号控制第十二开关管,并通过第四脉冲信号的互补信号控制第十一开关管。
步骤903:在输出电流大于第一电流阈值时,通过第三脉冲信号控制第七开关管与第十开关管,通过第四脉冲信号控制第八开关管与第九开关管。
步骤904:基于第三脉冲信号输出第三选通信号,其中,第三选通信号的频率为第三脉冲信号的1/2,且第三选通信号的占空比为1/2。
步骤905:基于第四脉冲信号输出第四选通信号,其中,第四选通信号的频率为第四脉冲信号的1/2,且第四选通信号的占空比为1/2。
步骤906:在输出电流小于第一电流阈值时,通过第三脉冲信号与第四选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第七开关管,通过第四脉冲信号与第三选通信号的逻辑与运算的结果控制第八开关管,通过第三脉冲信号与第四选通信号的逻辑与运算的结果控制第十开关管,通过第四脉冲信号与第三选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第九开关管。
请参照图10,图10示例性示出了图7所示的电路结构在图9所示的开关管控制方法的控制下各信号的示意图。如图10所示,曲线L60为第七开关管Q7的控制信号;曲线L61为第八开关管Q8的控制信号;曲线L62为第九开关管Q9的控制信号;曲线L63为第十开关管Q10的控制信号;曲线L64为第十二开关管Q12的控制信号;曲线L65为第十一开关管Q11的控制信号;曲线L66为第三脉冲信号;曲线L67为第四脉冲信号;曲线L68为第三选通信号;曲线L69为第四选通信号;曲线L70为并行导通模式与顺序导通模式的切换信号;曲线L71为输出电流。其次,D4为第三脉冲信号的占空比;Ts4为第七开关管Q7在顺序导通控制模式下的的控制信号的周期;数字1-8表示在各导通模式(包括并行导通模式与顺序导通模式)下的8个状态;Td4时刻为并行导通模式切换至顺序导通模式的时刻。
具体地,无论是采用顺序导通模式还是采用并行导通模式,第三开关节点P3和第四开关节点P4上的电压波形均为幅值为Vin/2的周期性电压脉冲且错相180度,所以该混合电压转换器100的降压比为Vin/Vout=D4/2。与前面的实施例相同,该混合电压转换器100在输出电流较大时采用并行导通模式的效率更高,而在电流较小时(包括PFM模式下)采用顺序导通模式的效率更高。
进一步地,本申请实施例提供的开关管控制方法还可以延伸到具有更高降压比的混合电压转换器100。例如,如图11所示,可以在图7所示的电路结构上增加两个开关管与两个电容,以实现从图7所示的混合电压转换器100的降压比2:1增大至图7所示的混合电压转换器100的降压比3:1。
具体地,如图11所示,开关电容单元还包括第十三开关管Q13、第十四开关管Q14、第六电容C6与第七电容C7。
第十三开关管Q13的第三端分别与第六电容C6的第一端及第八开关管Q8的第二端连接。第十三开关管Q13的第二端与第七电容C7的第二端、第十一开关管Q11的第三端及第三电感L3的第一端连接于第三开关节点P3。第十四开关管Q14的第三端分别与第七电容C7的第一端及第十开关管Q10的第二端连接。第十四开关管Q14的第二端与第六电容C6的第二端、第十二开关管Q12的第三端及第四电感L4的第一端连接于第四开关节点P4。
在一实施例中,如图12所示,针对图11所示的电路结构,该开关管控制方法还包括如下步骤:
步骤1101:在输出电流大于第一电流阈值时,控制包括第七开关管、第十开关管与第十三开关管的第五开关管组合和包括第八开关管、第九开关管与第十四开关管的第六开关管组合以相同的占空比错相180度导通与关断;控制第十一开关管与第五开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第十二开关管与第六开关管组合以互补的方式交替导通与关断。
步骤1102:在输出电流小于第一电流阈值时,控制第七开关管、第九开关管、第八开关管、第十开关管、第十三开关管与第十四开关管以相同的占空比顺序单独导通;控制第十二开关管在第八开关管、第九开关管或第十四开关管导通时关断,并在第八开关管、第九开关管与第十四开关管均关断时导通;控制第十一开关管在第七开关管、第十开关管或第十三开关管导通时关断,并在第七开关管、第十开关管与第十三开关管均关断时导通。
其中,在该实施例中,N=2。N个开关管组合包括第五开关管组合与第六开关管组合。并且,第十一开关管与第五开关管组合对应;第十二开关管与第六开关管组合对应。
进一步,在另一实施例中,本申请实施例还提供实现图12所示的步骤的一种具体实施方式。具体如图13所示,该开关管控制方法还包括如下步骤:
步骤1201:输出第五脉冲信号与第六脉冲信号,其中,第五脉冲信号与第六脉冲信号为占空比相同且错相180度的周期性脉冲信号。
步骤1202:通过第五脉冲信号的互补信号控制第十二开关管,并通过第六脉冲信号的互补信号控制第十一开关管。
步骤1203:在输出电流大于第一电流阈值时,通过第六脉冲信号控制第七开关管、第十开关管与第十三开关管,通过第五脉冲信号控制第八开关管、第九开关管与第十四开关管。
步骤1204:基于第五脉冲信号输出第一个第五选通信号、第二个第五选通信号与第三个第五选通信号,其中,第一个第五选通信号、第二个第五选通信号与第三个第五选通信号的频率均为第五脉冲信号的1/3,第一个第五选通信号、第二个第五选通信号与第三个第五选通信号依次错相120度且占空比均为2/3。
步骤1205:基于第六脉冲信号输出第一个第六选通信号、第二个第六选通信号与第三个第六选通信号,其中,第一个第六选通信号、第二个第六选通信号与第三个第六选通信号的频率均为第六脉冲信号的1/3,第一个第六选通信号、第二个第六选通信号与第三个第六选通信号依次错相120度且占空比均为2/3。
步骤1206:在输出电流小于第一电流阈值时,通过第五脉冲信号与第一个第六选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第七开关管,通过第六脉冲信号与第一个第五选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第八开关管,通过第五脉冲信号与第二个第六选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第十三开关管,通过第六脉冲信号与第二个第五选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第九开关管,通过第五脉冲信号与第三个第六选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第十开关管,通过第六脉冲信号与第三个第五选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第十四开关管。
具体地,无论是采用顺序导通模式还是采用并行导通模式,第三开关节点P3和第四开关节点P4上的电压波形均为幅值为Vin/3的周期性电压脉冲且错相180度,所以混合电压转换器100的降压比为Vin/Vout=D2/3。其中,D2为第五脉冲信号的占空比。与前面的实施例相同,该混合电压转换器100在输出电流较大时采用并行导通模式的效率更高,而在电流较小时(包括PFM模式下)采用顺序导通模式的效率更高。
请参照图14,图14示例性示出了图14所示的电路结构在图13所示的开关管控制方法的控制下各信号的示意图。如图14所示,曲线L20为第七开关管Q7的控制信号;曲线L21为第八开关管Q8的控制信号;曲线L22为第十三开关管Q13的控制信号;曲线L23为第九开关管Q9的控制信号;曲线L24为第十开关管Q10的控制信号;曲线L25为第十四开关管Q14的控制信号;曲线L26为第十二开关管Q12的控制信号;曲线L27为第十一开关管Q11的控制信号;曲线L28为第五脉冲信号;曲线L29为第六脉冲信号;曲线L30为第一个第五选通信号;曲线L31为第二个第五选通信号;曲线L32为第三个第五选通信号;曲线L33为第一个第六选通信号;曲线L34为第二个第六选通信号;曲线L35为第三个第六选通信号;曲线L36为并行导通模式与顺序导通模式的切换信号;曲线L37为输出电流。其次,D2为第五脉冲信号的占空比;Ts2为第七开关管Q7在顺序导通控制模式下的控制信号的周期;数字1-12表示在各导通模式(包括并行导通模式与顺序导通模式)下的12个状态;Td2时刻为并行导通模式切换至顺序导通模式的时刻。
具体地,在Td2时刻之前,混合电压转换器100以顺序导通模式工作,这时输出电流小于第一电流阈值,顺序导通第七开关管Q7、第八开关管Q8、第十三开关管Q13、第九开关管Q9、第十开关管Q10与第十四开关管Q14以通过降低等效开关频率的方式实现更低的开关损耗。
在Td2时刻,由于负载的增加,输出电流增加,并大于第一电流阈值,混合电压转换器100以并行导通模式工作。第七开关管Q7、第十开关管Q10与第十三开关管Q13的控制信号与第五脉冲信号相同,并行导通与关断;第八开关管Q8、第九开关管Q9与第十四开关管Q14的控制信号与第六脉冲信号相同,并行导通与关断。第十一开关管Q11与第十二开关管Q12的开关方式不变。这样就可以在保持混合电压转换器100的输出电压不变的前提下分三个路径为各电感(包括第三电感La3与第四电感La4)提供电流,以实现更低的导通损耗。
这里还需要说明的是,图11所示的混合电压转换器100在并行导通模式下,由于多条并行的电流路径在第三开关节点P3和第四开关节点P4会出现电压差,这也导致多条并行的电流路径在并联连接的时刻,多条电流路径上的飞跨电容组合会快速完成电荷转移和电压的平衡。由于该电荷转移发生迅速,其等效的脉冲电流很大,会造成很显著的电荷转移损耗。然而,同样的电路拓扑结构,在顺序导通模式下,由于每一个时刻至多有一个飞跨电容处于向电感放电的路径当中,则不会出现电流脉冲和电荷转移损耗,这也使得该混合电压转换器100在顺序导通模式和并行导通模式的效率相等电流点位于电流更高的位置,从而输出电流不需要很小就可以切换到顺序导通模式以实现更高的功率转换效率。
此外,如前面的波形图所示,尽管混合电压转换器100中第七开关管Q7、第九开关管Q9、第八开关管Q8、第十开关管Q10、第十三开关管Q13与第十四开关管Q14的控制方式发生了改变,第十一开关管Q11与第十二开关管Q12的开关方式不变,但飞跨电容(包括第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6与第七电容C7)的电压、第三开关节点P3与第四开关节点P4的电压和第三电感La3和第四电感La4上的电流并没有明显变化,这也说明第七开关管Q7、第九开关管Q9、第八开关管Q8、第十开关管Q10、第十三开关管Q13与第十四开关管Q14的控制方式的改变可以以很平滑的方式过渡,并不影响混合电压转换器100的输出特性和混合电压转换器100中无源器件的工作状态,而只会根据输出电流的变化对功率变换过程中的损耗进行重新分配。当输出电流从大于第一电流阈值减小至小于第一电流阈值时,同样可以通过触发并行导通模式与顺序导通模式的切换信号以实现从并行导通模式向顺序导通模式的转换。
再者,随着混合电压转换器100的降压比例的提高,即从3:1到M:1(M为≥3的整数),总开关管的数量会从6个增加到2M个。第三开关节点P3与第四开关节点P4上的电压波形均为幅值为Vin/M的周期性电压脉冲且错相180度,所以混合电压转换器100的降压比为Vin/Vout=D2/M。那么基于该混合电压转换器100的开关管控制方法则同样需要两个占空比相同且错相180度的周期性脉冲信号以及2M个选通信号。其中每个选通信号的占空比皆为(M-1)/M,且2M个选通信号之间错相180/M度。
请参照图15,图15示例性示出了混合电压转换器100的第三种结构。如图15所示,开关电容单元10包括第十五开关管Q15、第十六开关管Q16、第十七开关管Q17、第十八开关管Q18、第十九开关管Q19、第二十开关管Q20、第三输入电容Cin3、第八电容C8、第九电容C9与第十电容C10;续流单元20还包括第二十一开关管Q21、第二十二开关管Q22、第二十三开关管Q23、第三输出电容Cout3、第五电感La5、第六电感La6与第七电感La7,且开关电容单元10和续流单元20分别连接于第五开关节点P5,第六开关节点P6和第七开关节点P7。
其中,第十五开关管Q15的第三端分别与输入电源Vin、第十七开关管Q17的第三端、第十九开关管Q19的第三端及第三输入电容Cin3的第一端连接。第十五开关管Q15的第二端分别与第十六开关管Q16的第三端及第八电容C8的第一端连接。第十六开关管Q16的第二端与第二十一开关管Q21的第三端、第十电容C10的第二端及第五电感La5的第一端连接于第五开关节点P5。第十七开关管Q17的第二端分别与第十八开关管Q18的第三端及第九电容C9的第一端连接。第十八开关管Q18的第二端与第八电容C8的第二端、第二十二开关管Q22的第三端及第六电感La6的第一端连接于第六开关节点P6。第十九开关管Q19的第二端分别与第十电容C10的第一端及第二十开关管Q20的第三端连接。第二十开关管Q20的第二端分别与第二十三开关管Q23的第三端、第九电容C9的第二端及第七电感La7的第一端连接于第七开关节点P7。第五电感La5的第二端分别与第六电感La6的第二端、第七电感La7的第二端及第三输出电容Cout3的第一端连接。第三输入电容Cin3的第二端、第三输出电容Cout3的第二端、第二十一开关管Q21的第二端、第二十二开关管Q22的第二端及第二十三开关管Q23的第二端均接地。
在一实施例中,如图16所示,针对图15所示的电路结构,该开关管控制方法还包括如下步骤:
步骤1501:在输出电流大于第一电流阈值时,控制包括第十五开关管与第十八开关管的第七开关管组合、包括第十七开关管与第二十开关管的第八开关管组合和包括第十九开关管与第十六开关管的第九开关管组合以相同的占空比错相120度导通与关断;控制第二十一开关管与第九开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第二十二开关管与第七开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第二十三开关管与第八开关管组合以互补的方式交替导通与关断。
步骤1502:在输出电流小于第一电流阈值时,控制第十五开关管、第十七开关管、第十九开关管、第十六开关管、第十八开关管与第二十开关管以相同的占空比顺序单独导通;控制第二十一开关管在第十六开关管或第十九开关管导通时关断,并在第十六开关管与第十九开关管均关断时导通;控制第二十二开关管在第十五开关管或第十八开关管导通时关断,并在第十五开关管与第十八开关管均关断时导通;控制第二十三开关管在第十七开关管或第二十开关管导通时关断,并在第十七开关管与第二十开关管均关断时导通。
其中,在该实施例中,N=3。N个开关管组合包括第七开关管组合、第八开关管组合与第九开关管组合。并且,第二十一开关管与第九开关管组合对应;第二十二开关管与第七开关管组合对应;第二十三开关管与第八开关管组合对应。
进一步,在另一实施例中,本申请实施例还提供实现图16所示的步骤的一种具体实施方式。具体如图17所示,该开关管控制方法还包括如下步骤:
步骤1601:输出第七脉冲信号、第八脉冲信号与第九脉冲信号,其中,第七脉冲信号、第八脉冲信号与第九脉冲信号为占空比相同且错相120度的周期性脉冲信号。
步骤1602:通过第九脉冲信号的互补信号控制第二十一开关管,并通过第七脉冲信号的互补信号控制第二十二开关管,以及通过第八脉冲信号的互补信号控制第二十三开关管。
步骤1603:在输出电流大于第一电流阈值时,通过第七脉冲信号控制第十五开关管与第十八开关管,通过第八脉冲信号控制第十七开关管与第二十开关管,通过第九脉冲信号控制第十六开关管与第十九开关管。
步骤1604:基于第七脉冲信号输出第七选通信号,其中,第七选通信号的频率为第七脉冲信号的1/2,且第七选通信号的占空比为1/2。
步骤1605:基于第八脉冲信号输出第八选通信号,其中,第八选通信号的频率为第八脉冲信号的1/2,且第八选通信号的占空比为1/2。
步骤1606:基于第九脉冲信号输出第九选通信号,其中,第九选通信号的频率为第九脉冲信号的1/2,且第九选通信号的占空比为1/2。
步骤1607:在输出电流小于第一电流阈值时,通过第七脉冲信号与第九选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第十五开关管,通过第八脉冲信号与第七选通信号的逻辑与运算的结果控制第十七开关管,通过第九脉冲信号与第八选通信号的逻辑与运算的结果控制第十九开关管,通过第九脉冲信号与第九选通信号的逻辑与运算的结果控制第十六开关管,通过第七脉冲信号与第七选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第十八开关管,通过第八脉冲信号与第八选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制第二十开关管。
具体地,无论是采用顺序导通模式还是采用并行导通模式,第五开关节点P5、第六开关节点P6和第七开关节点P7的电压波形均为幅值为Vin/2的周期性电压脉冲且错相120度,所以该混合电压转换器100的降压比为Vin/Vout=D3/2。D3为第七脉冲信号的占空比。与前面的实施例相同,该混合电压转换器100在输出电流较大时采用并行导通模式的效率更高,而在电流较小时(包括PFM模式下)采用顺序导通模式的效率更高。
请参照图18,图18示例性示出了图15所示的电路结构在图13所示的开关管控制方法的控制下各信号的示意图。如图18所示,曲线L40为第十五开关管Q15的控制信号;曲线L41为第十七开关管Q17的控制信号;曲线L42为第十九开关管Q19的控制信号;曲线L43为第十六开关管Q16的控制信号;曲线L44为第十八开关管Q18的控制信号;曲线L45为第二十开关管Q20的控制信号;曲线L46为第二十二开关管Q22的控制信号;曲线L47为第二十三开关管Q23的控制信号;曲线L48为第二十一开关管Q21的控制信号;曲线L49为第七脉冲信号;曲线L50为第八脉冲信号;曲线L51为第九脉冲信号;曲线L52为第七选通信号;曲线L53为第八选通信号;曲线L54为第九选通信号;曲线L55为并行导通模式与顺序导通模式的切换信号;曲线L56为输出电流。其次,D3为第七脉冲信号的占空比;Ts3为第一开关管Q1在顺序导通控制模式下的控制信号的周期;数字1-12表示在各导通模式(包括并行导通模式与顺序导通模式)下的12个状态;Td3时刻为并行导通模式切换至顺序导通模式的时刻。
具体地,在Td3时刻之前,并行导通模式与顺序导通模式的切换信号SEQEN为高电平,混合电压转换器100以顺序导通模式工作,这时输出电流小于第一电流阈值,顺序导通第十五开关管Q15、第十七开关管Q17、第十九开关管Q19、第十六开关管Q16、第十八开关管Q18与第二十开关管Q20以通过降低等效开关频率的方式实现更低的开关损耗。
在Td3时刻,由于负载的增加,输出电流增加,并大于第一电流阈值,混合电压转换器100以并行导通模式工作。第十五开关管Q15与第十八开关管Q18的控制信号与第七脉冲信号相同,并行导通与关断;第十七开关管Q17与第二十开关管Q20的控制信号与第八脉冲信号相同,并行导通与关断;第十六开关管Q16与第十九开关管Q19的控制信号与第九脉冲信号相同,并行导通与关断。第二十一开关管Q21、第二十二开关管Q22与第二十三开关管Q23的开关方式不变。这样就可以在保持混合电压转换器100的输出电压不变的前提下分两个路径为各电感(包括第五电感La5、第六电感La6与第七电感La7)提供电流,以实现更低的导通损耗。
需要说明的是,如前面的波形图所示,尽管混合电压转换器100中第十五开关管Q15、第十七开关管Q17、第十九开关管Q19、第十六开关管Q16、第十八开关管Q18与第二十开关管Q20的控制方式发生了改变,第二十一开关管Q21、第二十二开关管Q22与第二十三开关管Q23,但飞跨电容(包括第八电容C8、第九电容C9与第十电容C10)上的电压、各开关节点(包括第五开关节点P5、第六开关节点P6与第七开关节点P7)的电压以及各电感(包括第五电感La5、第六电感La6与第七电感La7)上的电流并没有明显变化,这也说明第十五开关管Q15、第十七开关管Q17、第十九开关管Q19、第十六开关管Q16、第十八开关管Q18与第二十开关管Q20的控制方式的改变可以以很平滑的方式过渡,并不影响混合电压转换器100的输出特性和混合电压转换器100中无源器件的工作状态,而只会根据输出电流的变化对功率变换过程中的损耗进行重新分配。当输出电流从大于第一电流阈值减小至小于第一电流阈值时,同样可以通过触发并行导通模式与顺序导通模式的切换信号以实现从并行导通模式向顺序导通模式的转换。
同时,随着混合电压转换器100的相位数的提高,即从三相增加到K相,总开关数会从9个增加到3K个。K个开关节点(包括第五开关节点P5-第K开关节点PK)上的电压波形均为幅值为Vin/2的周期性电压脉冲且错相360/K度,所以混合电压转换器100的降压比为Vin/Vout=D3/2。那么基于该混合电压转换器100的开关管控制方法则需要N个占空比相同且错相360/K度的周期性脉冲信号以及K个选通信号。其中每个选通信号的占空比皆为50%,且K个选通信号之间错相360/K度。
请参照图19,图19示例性示出了控制器30的一种结构。如图19所示,控制器30包括至少一个处理器31以及存储器32,其中,存储器32可以内置在控制器30中,也可以外置在控制器30外部,存储器32还可以是远程设置的存储器,通过网络连接所述控制器30。
存储器32作为一种非易失性计算机可读存储介质,可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。存储器32可以包括存储程序区和存储数据区,其中,存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序;存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外,存储器32可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非易失性存储器,例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中,存储器32可选包括相对于处理器31远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
处理器31通过运行或执行存储在存储器32内的软件程序和/或模块,以及调用存储在存储器32内的数据,执行终端的各种功能和处理数据,从而对终端进行整体监控,例如实现本申请任一实施例所述的开关管控制方法。
处理器31可以为一个或多个,图19中以一个处理器31为例。处理器31和存储器32可以通过总线或者其他方式连接。处理器31可包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、控制器、现场可编程门阵列(FPGA)设备等。处理器31还可以被实现为计算设备的组合,例如,DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或多个微处理器、或者任何其它此类配置。
在一实施例中,控制器还用于输出使能信号,并在混合电压转换器的输出电流大于第一电流阈值时控制使能信号为高电平,以及在输出电流小于第一电流阈值时控制使能信号为低电平。
其中,在一些实施方式中,控制器输出的使能信号SEQEN(即并行导通模式与顺序导通模式的切换信号),为图6中示出的曲线L11、图14中示出的曲线L36或图18中的示出的曲线L55。
在一实施例中,开关电容单元10包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一输入电容Cin1、第一电容C1、第二电容C2与第三电容C3;续流单元20包括第五开关管Q5、第六开关管Q6、第一输出电容Cout1、第一电感La1与第二电感La2。其中,开关电容单元10与续流单元20之间的连接可参照针对图3的描述,这里不再赘述。
则在该实施例中,如图20所示,混合电压转换器100还包括第一D触发器U1、第二D触发器U2、第一与非门NAND1、第二与非门NAND2、第三与非门NAND3、第四与非门NAND4、第一与门AND1、第二与门AND2、第三与门AND3、第四与门AND4、第一非门NO1、第二非门NO2、第三非门NO3与第四非门NO4。
其中,第一与门AND1的输出端与第一开关管Q1的第一端连接。第一与门AND1的第一输入端、第三与门AND3的第一输入端、第三非门NO3的输入端及第二D触发器U2的时钟输入端均输入控制器30输出的第一脉冲信号PWMA。第三非门NO3的输出端与第六开关管Q6的第一端连接。第一与门AND1的第二输入端与第一与非门NAND1的输出端连接。第一与非门NAND1的第二输入端分别与第一D触发器U1的同相输出端及第一非门NO1的输入端连接。第一非门NO1的输出端与第三与非门NAND3的第二输入端连接。第一与非门NAND1的第一输入端、第二与非门NAND2的第一输入端、第三与非门NAND3的第一输入端及第四与非门NAND4的第一输入端均输入使能信号SENEQ。第一D触发器U1的信号输入端及反相输出端连接。第一D触发器U1的时钟输入端、第四非门NO4的输入端、第二与门AND2的第一输入端及第四与门AND4的第一输入端均输入控制器30输出的第二脉冲信号PWM2。第四非门NO4的输出端与第五开关管Q5的第一端连接。第二与门AND2的输出端与第二开关管Q2的第一端连接。第二与门AND2的第二输入端与第二与非门NAND2的输出端连接。第二与非门NAND2的第二输入端与第二非门NO2的输出端连接。第二非门NO2的输入端分别与第四与非门NAND4的第二输入端及第二D触发器U2的同相输出端连接。第二D触发器U2的信号输入端及反相输出端连接。第三与门AND3的输出端与第三开关管Q3的第一端连接。第三与门AND3的第二输入端与第三与非门NAND3的输出端连接。第四与门AND4的输出端与第四开关管Q4的第一端连接。第四与门AND4的第二输入端与第四与非门NAND4的输出端连接。
具体地,第一开关管Q1至第六开关管Q6的控制信号均由第一脉冲信号PWMA与第二脉冲信号PWMB产生。其中,第一脉冲信号PWMA与第二脉冲信号PWMB为脉宽调制(PWM)控制信号,并且第一脉冲信号PWMA与第二脉冲信号PWMB为占空比相同且错相180度的周期性脉冲信号。混合电压转换器100可以通过控制第一脉冲信号PWMA与第二脉冲信号PWMB的占空比来调整输出电压。
其中,使能信号SEQEN为顺序导通模式与并行导通模式切换的信号。当使能信号SEQEN为高电平时,逻辑电路的输出为顺序导通模式所对应的控制信号;当使能信号SEQEN为低电平时,逻辑电路的输出为并行导通模式所对应的控制信号。这样,可以在输出电流小于第一电流阈值时,通过将使能信号SEQEN拉高来实现混合电压转换器的控制方式的切换(即并行导通模式与顺序导通模式之间切换),以取得更高的功率转换效率。
具体地,当使能信号SEQEN为低电平时,四个与非门的输出皆为高电平,则四个与门的输出与其输入连接的脉冲信号相同。即第一与门AND1和第三与门AND3与第一脉冲信号PWMA相同,第二与门AND2和第四与门AND4与第二脉冲信号PWMB相同。如前所述,这种控制模式为并行导通模式。
当使能信号SEQEN为高电平时,四个与非门的输出由两个D触发器的输出决定。其中,第一D触发器U1的作用是将第二脉冲信号PWMB的频率除以二并输出占空比为50%的第二选通信号PWMB/2。当第二选通信号PWMB/2为高电平时,第一与非门NAND1的输出为低电平,即使第一脉冲信号PWMA为高电平,第一与门AND1的输出也为低电平,这样就可以阻止第一开关管Q1和第三开关管Q3同时导通,以达到第一开关管Q1至第四开关管Q4顺序导通的目的。对应的,第三与门AND3对应的第三与非门NAND3的选通信号输入为与第二选通信号PWMB/2互补的信号,这也就使得当第一开关管Q1导通时,即使第一脉冲信号PWMA为高电平,第三开关管Q3也不能同时导通。同理,第二D触发器U2的作用是将第一脉冲信号PWMA的频率除以二并输出占空比为50%的第一选通信号PWMA/2,以利用第一选通信号PWMA/2及其互补信号来控制第二开关管Q2和第四开关管Q4交替导通,从而实现顺序导通模式。
在一实施例中,当开关电容单元10与续流单元20为如图7所示的电路结构时,如图21所示,混合电压转换器100还包括第三D触发器U3、第四D触发器U4、第五与非门NAND5、第六与非门NAND6、第七与非门NAND7、第八与非门NAND8、第五与门AND5、第六与门AND6、第七与门AND7、第八与门AND8、第五非门NO5、第六非门NO6、第七非门NO7与第八非门NO8。
其中,第五与门AND5的输出端与第七开关管Q7的第一端连接。第五与门AND5的第一输入端、第七与门AND的第一输入端、第七非门NO7的输入端及第四D触发器U4的时钟输入端均输入控制器30输出的第三脉冲信号PWMC。第七非门NO7的输出端与第十二开关管Q12的第一端连接。第五与门AND5的第二输入端与第五与非门NAND5的输出端连接。第五与非门NAND5的第二输入端分别与第三D触发器U3的同相输出端及第五非门NO3的输入端连接。第五非门NO3的输出端与第七与非门NAND7的第二输入端连接。第五与非门NAND5的第一输入端、第六与非门NAND6的第一输入端、第七与非门NAND7的第一输入端及第八与非门NAND8的第一输入端均输入使能信号SENEQ。第三D触发器U3的信号输入端及反相输出端连接。第三D触发器U3的时钟输入端、第八非门NO8的输入端、第六与门AND6的第一输入端及第八与门AND8的第一输入端均输入控制器30输出的第四脉冲信号PWMD。第八非门NO8的输出端与第十一开关管Q11的第一端连接。第六与门AND6的输出端与第八开关管Q8的第一端连接。第六与门AND6的第二输入端与第六与非门NAND6的输出端连接。第六与非门NAND6的第二输入端与第六非门NO6的输出端连接。第六非门NO6的输入端分别与第八与非门NAND8的第二输入端及第四D触发器U4的同相输出端连接。第四D触发器U4的信号输入端及反相输出端连接。第七与门AND7的输出端与第九开关管Q9的第一端连接。第七与门AND7的第二输入端与第七与非门NAND7的输出端连接,第八与门AND8的输出端与第十开关管Q10的第一端连接。第八与门AND8的第二输入端与第八与非门NAND8的输出端连接。
具体地,该实施例的具体实现过程与上述针对图20的详细描述类似,其在本领域技术人员容易理解的范围内,这里不再赘述。
在另一实施例中,在图7所示的电路结构的基础上,开关电容单元10还包括第十三开关管Q13、第十四开关管Q14、第六电容C6与第七电容C7。其中,开关电容单元10与续流单元20之间的连接可参照针对图11的描述,这里不再赘述。
同时,如图22所示,在该实施例中,混合电压转换器100还包括第五D触发器U5、第六D触发器U6、第七D触发器U7、第八D触发器U8、第九与非门NAND9、第十与非门NAND10、第十一与非门NAND11、第十二与非门NAND12、第十三与非门NAND13、第十四与非门NAND14、第九与门AND9、第十与门AND10、第十一与门AND11、第十二与门AND12、第十三与门AND13、第十四与门AND14、第十五与门AND15、第十六与门AND16、第一或门OR1、第二或门OR2、第九非门NO9与第十非门NO10。
其中,第九与门AND9的输出端与第七开关管Q7的第一端连接。第九与门AND9的第一输入端、第十一与门AND11的第一输入端、第十三与门AND13的第一输入端、第九非门NO9的输入端、第七D触发器U7的时钟输入端及第八D触发器U8的时钟输入端均输入控制器30输出的第五脉冲信号PWME。第九非门NO9的输出端与第十一开关管Q11的第一端连接。第九与门AND9的第二输入端与第九与非门NAND9的输出端连接。第九与非门NAND9的第一输入端、第十与非门NAND10的第一输入端、第十一与非门NAND11的第一输入端、第十二与非门NAND12的第一输入端、第十三与非门NAND13的第一输入端及第十四与非门NAND14的第一输入端均输入使能信号SEQEN。第九与非门NAND9的第二输入端与第一或门OR1的输出端连接。第一或门OR1的第一输入端与第六D触发器U6的同相输出端连接。第六D触发器U6的反相输出端分别与第十五与门AND15的第一输入端及第十三与非门NAND13的第二输入端连接。第六D触发器U6的信号输入端分别与第一或门OR1的第二输入端及第五D触发器U5的同相输出端连接。第五D触发器U5的反相输出端分别与第十五与门AND15的第二输入端及第十一与非门NAND11的第二输入端连接。第五D触发器U5的信号输入端与第十五与门AND15的输出端连接。第五D触发器U5的时钟输入端、第六D触发器U6的时钟输入端、第十非门NO10的输入端、第十与门AND10的第一输入端、第十二与门AND12的第一输入端及第十四与门AND14的第一输入端均输入控制器30输出的第六脉冲信号PWMF。第十非门NO10的输出端与十二开关管Q12的第一端连接。第十与门AND10的输出端与第八开关管Q8的第一端连接。第十与门AND10的第二输入端与第十与非门NAND10的输出端连接。第十与非门NAND10的第二输入端分别与第十六与门AND16的第一输入端及第七D触发器U7的反相输出端连接。第十六与门AND16的第二输入端分别与第十二与非门NAND12的第二输入端及第八D触发器U8的反相输出端连接。第十六与门AND16的输出端与第七D触发器U7的信号输入端连接。第八D触发器U8的同相输出端与第二或门OR2的第一输入端连接。第八D触发器U8的信号输入端分别与第二或门OR2的第二输入端及第七D触发器U7的同相输出端连接。第二或门0R2的输出端与第十四与非门NAND14的第二输入端连接。第十一与非门NAND11的输出端与第十一与门AND11的第二输入端连接。第十一与门AND11的输出端与第十三开关管Q13的第一端连接。第十二与非门NAND12的输出端与第十二与门AND12的第二输入端连接。第十二与门AND12的输出端与第九开关管Q9的第一端连接。第十三与非门NAND13的输出端与第十三与门AND13的第二输入端连接。第十三与门AND13的输出端与第十开关管Q10的第一端连接。第十四与非门NAND14的输出端与第十四与门AND14的第二输入端连接。第十四与门AND14的输出端与第十四开关管Q14的第一端连接。
具体地,第七开关管Q7至第十四开关管Q14的控制信号由第五脉冲信号PWME与第六脉冲信号PWMF产生。其中,第五脉冲信号PWME与第六脉冲信号PWMF为占空比相同且错相180度的周期性脉冲信号。混合电压转换器100可以通过控制第五脉冲信号PWME与第六脉冲信号PWMF的占空比来调整输出电压。
其中,当使能信号SEQEN为高电平时,逻辑电路的输出为顺序导通模式所对应的控制信号;当使能信号SEQEN为低电平时,逻辑电路的输出为并行导通模式所对应的控制信号。这样,可以在输出电流小于第一电流阈值时,通过将使能信号SEQEN拉高来实现混合电压转换器的控制方式的切换(即顺序导通模式与并行导通模式切换),以取得更高的功率转换效率。
在该实施例中,当使能信号SEQEN为低电平时,六个与非门的输出皆为高电平,则六个与门的输出与其输入连接的脉冲信号(即第五脉冲信号PWME或第六脉冲信号PWMF)相同。如前所述,这种控制方式为并行导通模式。
当使能信号SEQEN为高电平时,第九与非门NAND9、第十一与非门NAND11、第十三与非门NAND13的输出由第五D触发器U5和第六D触发器U6的输出决定。第五D触发器U5、第六D触发器U6、第一或门OR1及第十五与门AND15的组合的作用是将第六脉冲信号PWMF的频率除以三并输出占空比为2/3的错相120度的三个选通信号(分别为第一个第六选通信号PWMF/3-1、第二个第六选通信号PWMF/3-2与第三个第六选通信号PWMF/3-3)。当第一个第六选通信号PWMF/3-1为高电平时,第九与非门NAND9的输出为低电平,这种情况下即使第五脉冲信号PWME为高电平,第九与门AND9的输出也只能为低电平,这样就可以阻止第七开关管Q7与第十开关管Q10或第十三开关管Q13中的任一个同时导通,以达到第七开关管Q7、第十开关管Q10和第十三开关管Q13顺序导通的目的。对应的,第十一与门AND11所对应的第十一与非门NAND11的选通信号输入为第二个第六选通信号PWMF/3-2。当第七开关管Q7导通时,第二个第六选通信号PWMF/3-2为高电平,第十一与非门NAND11输出低电平,这也就使得即使第五脉冲信号PWME为高电平,第十三开关管Q13也不能与第七开关管Q7同时导通。
同理,第七D触发器U7、第八D触发器U8、第二或门OR2及第十六与门AND16的组合的作用是将第五脉冲信号PWME的频率除以三并输出占空比为2/3的错相120度的三个选通信号(分别为第一个第五选通信号PWME/3-1、第二个第五选通信号PWME/3-2与第三个第五选通信号PWME/3-3)。从而利用这三个选通信号来控制第八开关管Q8、第九开关管Q9和第十四开关管Q14的交替导通,从而实现顺序导通的控制方法。
在一实施例中,当开关电容单元10与续流单元20为如图15所示的电路结构时,如图23所示,混合电压转换器100还包括第九D触发器U9、第十D触发器U10、第十一D触发器U11、第十五与非门NAND15、第十六与非门NAND16、第十七与非门NAND17、第十八与非门NAND18、第十九与非门NAND19、第二十与非门NAND20、第十七与门AND17、第十八与门AND18、第十九与门AND19、第二十与门AND20、第二十一与门AND21、第二十二与门AND22、第十一非门NO11、第十二非门NO12、第十三非门NO13、第十四非门NO14、第十五非门NO15与第十六非门NO16。
其中,第十七与门AND17的输出端与第十五开关管Q15的第一端连接。第十七与门AND17的第一输入端、第二十一与门AND21的第一输入端、第十五非门NO15的输入端及第十D触发器U10的时钟输入端均输入控制器30输出的第七脉冲信号PWMG。第十五非门NO15的输出端与第二十二开关管Q22的第一端连接。第十七与门AND17的第二输入端与第十五与非门NAND15的输出端连接。第十五与非门NAND15的第二输入端分别与第十一非门NO11的输入端及第九D触发器U9的同相输出端连接。第十一非门NO11的输出端与第十八与非门NAND18的第二输入端连接。第九D触发器U9的反相输出端与信号输入端连接。第九D触发器U9的时钟输入端、第十六非门NO16的输入端、第十九与门AND19的第一输入端及第二十与门AND20的第一输入端均输入控制器30输出的第九脉冲信号PWMI。第十六非门NO16的输出端与第二十一开关管Q21连接。第十五与非门NAND15的第一输入端、第十六与非门NAND16的第一输入端、第十七与非门NAND17的第一输入端、第十八与非门NAND18的第一输入端、第十九与非门NAND19的第一输入端及第二十与非门NAND20的第一输入端均输入使能信号SENEQ。第十八与门AND18的输出端与第十七开关管Q17的第一端连接。第十八与门AND18的第一输入端、第二十二与门AND22的第一输入端、十四非门NO14的输入端及第十一D触发器U11的时钟输入端均输入控制器30输出的第八脉冲信号PWMH。第十四非门NO14的输出端与二十三开关管Q23连接。第十八与门AND18的第二输入端与第十六与非门NAND16的输出端连接。第十六与非门NAND16的第二输入端与第十二非门NO12的输出端连接。第十二非门NO12的输入端分别与第十九与非门NAND19的第二输入端及第十D触发器U10的同相输出端连接。第十D触发器U10的反相输出端与信号输入端连接。第十九与门AND19的输出端与第十九开关管Q19的第一端连接。第十九与门AND19的第二输入端与第十七与非门NAND17的输出端连接。第十七与非门NAND17的第二输入端与第十三非门NO13的输出端连接。第十三非门NO13的输入端分别与第二十与非门NAND20的第二输入端及第十一D触发器U11的同相输出端连接。第十一D触发器U11的反相输出端与信号输入端连接。第二十与门AND20的输出端与第十六开关管Q16的第一端连接。第二十与门AND20的第二输入端与第十八与非门NAND18的输出端连接。第二十一与门AND21的输出端与第十八开关管Q18的第一端连接。第二十一与门AND21的第二输入端与第十九与非门NAND19的输出端连接。第二十二与门AND22的输出端与第二十开关管Q20的第一端连接。第二十二与门AND22的第二输入端与第二十与非门NAND22的输出端连接。
具体地,第十五开关管Q15至第二十三开关管Q23的控制信号由第七脉冲信号PWMG、第八脉冲信号PWMH与第九脉冲信号PWMI产生。其中,第七脉冲信号PWMG、第八脉冲信号PWMH与第九脉冲信号PWMI为占空比相同且错相120度的周期性脉冲信号。混合电压转换器100可以通过控制第七脉冲信号PWMG、第八脉冲信号PWMH与第九脉冲信号PWMI的占空比来调整输出电压。
其中,当使能信号SEQEN为高电平时,逻辑电路的输出为顺序导通模式所对应的控制信号;当使能信号SEQEN为低电平时,逻辑电路的输出为并行导通模式所对应的控制信号。这样,可以在输出电流小于第一电流阈值时,通过将使能信号SEQEN拉高来实现混合电压转换器的控制方式的切换(即顺序导通模式与并行导通模式切换),以取得更高的功率转换效率。
在该实施例中,当使能信号SEQEN为低电平时,六个与非门的输出皆为高电平,则六个与门的输出与其输入连接的脉冲信号(即第七脉冲信号PWMG、第八脉冲信号PWMH或第九脉冲信号PWMI)相同。如前所述,这种控制方式为并行导通模式。
当使能信号SEQEN为高电平时,第十五与非门NAND15与第十八与非门NAND18的输出由第九D触发器U9的输出决定。第九D触发器U9的作用是将第九脉冲信号PWMI的频率除以二并输出占空比为50%的第九选通信号PWMI/2。当第九选通信号PWMI/2为高电平时,第十五与非门NAND15的输出为低电平,这种情况下即使第七脉冲信号PWMG为高电平,第十五与非门NAND15的输出也只能为低电平,这样就可以阻止第十五开关管Q15与第十八开关管Q18同时导通,以达到第十五开关管Q15、第十七开关管Q17、第十九开关管Q19、第十六开关管Q16、第十八开关管Q18与第二十开关管Q20顺序导通。对应的,第二十一与门AND21所对应的第十九与非门NAND19的选通信号输入为与第九选通信号PWMI/2错相120度的第七选通信号PWMG/2。当第十五开关管Q15导通时,第七选通信号PWMG/2为高电平,第十九与非门NAND19输出低电平,这也就使得即使第七脉冲信号PWMG为高电平,第十八开关管Q18也不能同时导通。同理,第十D触发器U10的作用是将第七脉冲信号PWMG的频率除以二并输出占空比为50%的第七选通信号PWMG/2;第十一D触发器U11的作用是将第八脉冲信号PWMH的频率除以二并输出占空比为50%的第八选通信号PWMH/2。从而利用第七选通信号PWMG/2和第八选通信号PWMH/2来控制第十七开关管Q17、第十九开关管Q19、第十八开关管Q18和第二十开关管Q20的交替导通,从而实现顺序导通模式。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;在本申请的思路下,以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,步骤可以以任意顺序实现,并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化,为了简明,它们没有在细节中提供;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范围。
Claims (22)
1.一种开关管控制方法,其特征在于,应用于混合电压转换器,所述混合电压转换器包括开关电容单元以及续流单元,其中,所述开关电容单元与所述续流单元连接于N个开关节点,N为大于1的整数,所述开关管控制方法包括:
持续获取所述混合电压转换器的输出电流;
在所述输出电流大于第一电流阈值时,控制所述混合电压转换器中的开关管以并行导通模式运行;
在所述输出电流小于所述第一电流阈值时,控制所述混合电压转换器中的开关管以顺序导通模式运行;
其中,当所述混合电压转换器中的开关管以并行导通模式运行时,所述开关电容单元中的N个开关管组合以相同的占空比错相360/N度导通与关断,且任一开关管组合包括至少两个开关管;所述续流单元中的每个开关管与所述开关电容单元中的开关管组合一一对应,且所述续流单元中的开关管与对应的开关电容单元中的开关管组合以互补的方式交替导通与关断;
当所述混合电压转换器中的开关管以顺序导通模式运行时,所述开关电容单元中的各开关管以相同的占空比顺序单独导通;所述续流单元中的开关管在对应的开关电容单元中的开关管组合中任一开关管导通时关断,并在对应的开关电容单元中的开关管组合中所有开关管均关断时导通。
2.根据权利要求1所述的开关管控制方法,其特征在于,所述开关管控制方法还包括:
在并行导通模式和顺序导通模式之间切换后,所述混合电压转换器中的每个开关管的控制信号均保持由与模式切换前相同的脉宽调制信号产生。
3.根据权利要求1所述的开关管控制方法,其特征在于,所述开关管控制方法还包括:
当所述输出电流小于第二电流阈值时所述混合电压转换器由以脉冲宽度调制控制模式工作转换为以脉冲频率调制控制模式工作,并控制所述混合电压转换器中的开关管保持以所述顺序导通模式运行,其中,所述第二电流阈值不大于所述第一电流阈值。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的开关管控制方法,其特征在于,所述开关电容单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一输入电容、第一电容、第二电容与第三电容;所述续流单元包括第五开关管、第六开关管、第一输出电容、第一电感与第二电感,且所述开关电容单元和所述续流单元分别连接于第一开关节点和第二开关节点;
所述第一开关管的第三端分别与输入电源及第一输入电容的第一端连接,所述第一开关管的第二端分别与第二开关管的第三端及第一电容的第一端连接,所述第二开关管的第二端分别与所述第二电容的第一端及所述第三开关管的第三端连接,所述第三开关管的第二端分别与所述第四开关管的第三端及所述第三电容的第一端连接,所述第四开关管的第二端与所述第五开关管的第三端、所述第二电容的第二端及所述第二电感的第一端连接于所述第二开关节点,所述第六开关管的第三端与所述第一电容的第二端、所述第三电容的第二端及所述第一电感的第一端连接于所述第一开关节点,所述第一电感的第二端分别与所述第二电感的第二端及所述第一输出电容的第一端连接,所述第一输入电容的第二端、所述第五开关管的第二端、所述第六开关管的第二端及所述第一输出电容的第二端均接地。
5.根据权利要求4所述的开关管控制方法,其特征在于,所述开关管控制方法还包括:
在所述输出电流大于所述第一电流阈值时,控制包括所述第一开关管与所述第三开关管的第一开关管组合和包括所述第二开关管与所述第四开关管的第二开关管组合以相同的占空比错相180度导通与关断;控制第五开关管与所述第二开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第六开关管与所述第一开关管组合以互补的方式交替导通与关断;
在所述输出电流小于所述第一电流阈值时,控制所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管与所述第四开关管以相同的占空比顺序单独导通;控制所述第五开关管在所述第二开关管或所述第四开关管导通时关断,并在所述第二开关管与所述第四开关管均关断时导通;控制所述第六开关管在所述第一开关管或所述第三开关管导通时关断,并在所述第一开关管与所述第三开关管均关断时导通。
6.根据权利要求4所述的开关管控制方法,其特征在于,所述开关管控制方法还包括:
输出第一脉冲信号与第二脉冲信号,其中,所述第一脉冲信号与所述第二脉冲信号为占空比相同且错相180度的周期性脉冲信号;
通过第一脉冲信号的互补信号控制所述第六开关管,并通过第二脉冲信号的互补信号控制所述第五开关管;
在所述输出电流大于所述第一电流阈值时,通过所述第一脉冲信号控制所述第一开关管与所述第三开关管,通过所述第二脉冲信号控制所述第二开关管与所述第四开关管;
基于所述第一脉冲信号输出第一选通信号,其中,所述第一选通信号的频率为所述第一脉冲信号的1/2,且所述第一选通信号的占空比为1/2;
基于所述第二脉冲信号输出第二选通信号,其中,所述第二选通信号的频率为所述第二脉冲信号的1/2,且所述第二选通信号的占空比为1/2;
在所述输出电流小于所述第一电流阈值时,通过所述第一脉冲信号与所述第二选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制所述第一开关管,通过所述第二脉冲信号与所述第一选通信号的逻辑与运算的结果控制所述第二开关管,通过所述第一脉冲信号与所述第二选通信号的逻辑与运算的结果控制所述第三开关管,通过所述第二脉冲信号与所述第一选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制所述第四开关管。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的开关管控制方法,其特征在于,所述开关电容单元包括第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第二输入电容、第四电容与第五电容;所述续流单元包括第十一开关管、第十二开关管、第三电感、第四电感与第二输出电容,且所述开关电容单元和所述续流单元分别连接于第三开关节点和第四开关节点;
所述第七开关管的第三端分别与输入电源、所述第二输入电容的第一端及所述第九开关管的第三端连接,所述第七开关管的第二端分别与所述第八开关管的第三端及所述第四电容的第一端连接,所述第八开关管的第二端与所述第十一开关管的第三端、所述第五电容的第二端及所述第四电感的第一端连接于所述第四开关节点,所述第九开关管的第二端分别与所述第五电容的第一端及所述第十开关管的第三端连接,所述第十开关管的第二端与所述第四电容的第二端、所述第十二开关管的第三端及所述第三电感的第一端连接于所述第三开关节点,所述第三电感的第二端分别与所述第四电感的第二端及所述第二输出电容的第一端连接,所述第二输入电容的第二端、所述第十一开关管的第二端、所述第十二开关管的第二端及所述第二输出电容的第二端均接地。
8.根据权利要求7所述的开关管控制方法,其特征在于,所述开关管控制方法还包括:
在所述输出电流大于第一电流阈值时,控制包括所述第七开关管与所述第十开关管的第三开关管组合和包括所述第八开关管与所述第九开关管的第四开关管组合以相同的占空比错相180度导通与关断;控制第十一开关管与所述第四开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第十二开关管与所述第三开关管组合以互补的方式交替导通与关断;
在所述输出电流小于所述第一电流阈值时,控制所述第七开关管、所述第九开关管、所述第八开关管与所述第十开关管以相同的占空比顺序单独导通;控制所述第十一开关管在所述第八开关管或所述第九开关管导通时关断,并在所述第八开关管与所述第九开关管均关断时导通;控制所述第十二开关管在所述第七开关管或所述第十开关管导通时关断,并在所述第七开关管与所述第十开关管均关断时导通。
9.根据权利要求7所述的开关管控制方法,其特征在于,所述开关管控制方法还包括:
输出第三脉冲信号与第四脉冲信号,其中,所述第三脉冲信号与所述第四脉冲信号为占空比相同且错相180度的周期性脉冲信号;
通过第三脉冲信号的互补信号控制所述第十二开关管,并通过第四脉冲信号的互补信号控制所述第十一开关管;
在所述输出电流大于所述第一电流阈值时,通过所述第三脉冲信号控制所述第七开关管与所述第十开关管,通过所述第四脉冲信号控制所述第八开关管与所述第九开关管;
基于所述第三脉冲信号输出第三选通信号,其中,所述第三选通信号的频率为所述第三脉冲信号的1/2,且所述第三选通信号的占空比为1/2;
基于所述第四脉冲信号输出第四选通信号,其中,所述第四选通信号的频率为所述第四脉冲信号的1/2,且所述第四选通信号的占空比为1/2;
在所述输出电流小于所述第一电流阈值时,通过所述第三脉冲信号与所述第四选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制所述第七开关管,通过所述第四脉冲信号与所述第三选通信号的逻辑与运算的结果控制所述第八开关管,通过所述第三脉冲信号与所述第四选通信号的逻辑与运算的结果控制所述第十开关管,通过所述第四脉冲信号与所述第三选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制所述第九开关管。
10.根据权利要求7所述的开关管控制方法,其特征在于,所述开关电容单元还包括第十三开关管、第十四开关管、第六电容与第七电容;
所述第十三开关管的第三端分别与所述第六电容的第一端及所述第八开关管的第二端连接,所述第十三开关管的第二端与所述第七电容的第二端、所述第十一开关管的第三端及所述第三电感的第一端连接于所述第三开关节点,所述第十四开关管的第三端分别与所述第七电容的第一端及所述第十开关管的第二端连接,所述第十四开关管的第二端与所述第六电容的第二端、所述第十二开关管的第三端及所述第四电感的第一端连接于所述第四开关节点。
11.根据权利要求10所述的开关管控制方法,其特征在于,所述开关管控制方法还包括:
在所述输出电流大于第一电流阈值时,控制包括所述第七开关管、所述第十开关管与所述第十三开关管的第五开关管组合和包括所述第八开关管、所述第九开关管与第十四开关管的第六开关管组合以相同的占空比错相180度导通与关断;控制第十一开关管与所述第五开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第十二开关管与所述第六开关管组合以互补的方式交替导通与关断;
在所述输出电流小于所述第一电流阈值时,控制所述第七开关管、所述第九开关管、所述第八开关管、所述第十开关管、所述第十三开关管与所述第十四开关管以相同的占空比顺序单独导通;控制所述第十二开关管在所述第八开关管、所述第九开关管或所述第十四开关管导通时关断,并在所述第八开关管、所述第九开关管与所述第十四开关管均关断时导通;控制所述第十一开关管在所述第七开关管、所述第十开关管或所述第十三开关管导通时关断,并在所述第七开关管、所述第十开关管与所述第十三开关管均关断时导通。
12.根据权利要求10所述的开关管控制方法,其特征在于,所述开关管控制方法还包括:
输出第五脉冲信号与第六脉冲信号,其中,所述第五脉冲信号与所述第六脉冲信号为占空比相同且错相180度的周期性脉冲信号;
通过第五脉冲信号的互补信号控制所述第十二开关管,并通过第六脉冲信号的互补信号控制所述第十一开关管;
在所述输出电流大于所述第一电流阈值时,通过所述第六脉冲信号控制所述第七开关管、所述第十开关管与所述第十三开关管,通过所述第五脉冲信号控制所述第八开关管、所述第九开关管与所述第十四开关管;
基于所述第五脉冲信号输出第一个第五选通信号、第二个第五选通信号与第三个第五选通信号,其中,所述第一个第五选通信号、所述第二个第五选通信号与所述第三个第五选通信号的频率均为所述第五脉冲信号的1/3,所述第一个第五选通信号、所述第二个第五选通信号与所述第三个第五选通信号依次错相120度且占空比均为2/3;
基于所述第六脉冲信号输出第一个第六选通信号、第二个第六选通信号与第三个第六选通信号,其中,所述第一个第六选通信号、所述第二个第六选通信号与所述第三个第六选通信号的频率均为所述第六脉冲信号的1/3,所述第一个第六选通信号、所述第二个第六选通信号与所述第三个第六选通信号依次错相120度且占空比均为2/3;
在所述输出电流小于所述第一电流阈值时,通过所述第五脉冲信号与所述第一个第六选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制所述第七开关管,通过所述第六脉冲信号与所述第一个第五选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制所述第八开关管,通过所述第五脉冲信号与所述第二个第六选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制所述第十三开关管,通过所述第六脉冲信号与所述第二个第五选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制所述第九开关管,通过所述第五脉冲信号与所述第三个第六选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制所述第十开关管,通过所述第六脉冲信号与所述第三个第五选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制所述第十四开关管。
13.根据权利要求1-3任意一项所述的开关管控制方法,其特征在于:所述开关电容单元包括第十五开关管、第十六开关管、第十七开关管、第十八开关管、第十九开关管、第二十开关管、第三输入电容、第八电容、第九电容与第十电容;所述续流单元还包括第二十一开关管、第二十二开关管、第二十三开关管、第三输出电容、第五电感、第六电感与第七电感,且所述开关电容单元和所述续流单元分别连接于第五开关节点,第六开关节点和第七开关节点;
所述第十五开关管的第三端分别与输入电源、所述第十七开关管的第三端、所述第十九开关管的第三端及所述第三输入电容的第一端连接,所述第十五开关管的第二端分别与所述第十六开关管的第三端及所述第八电容的第一端连接,所述第十六开关管的第二端与所述第二十一开关管的第三端、所述第十电容的第二端及所述第五电感的第一端连接于所述第五开关节点,所述第十七开关管的第二端分别与所述第十八开关管的第三端及所述第九电容的第一端连接,所述第十八开关管的第二端与所述第八电容的第二端、所述第二十二开关管的第三端及所述第六电感的第一端连接于所述第六开关节点,所述第十九开关管的第二端分别与所述第十电容的第一端及所述第二十开关管的第三端连接,所述第二十开关管的第二端分别与所述第二十三开关管的第三端、所述第九电容的第二端及所述第七电感的第一端连接于第七开关节点,所述第五电感的第二端分别与所述第六电感的第二端、所述第七电感的第二端及所述第三输出电容的第一端连接,所述第三输入电容的第二端、所述第三输出电容的第二端、所述第二十一开关管的第二端、所述第二十二开关管的第二端及所述第二十三开关管的第二端均接地。
14.根据权利要求13所述的开关管控制方法,其特征在于,所述开关管控制方法还包括:
在所述输出电流大于第一电流阈值时,控制包括所述第十五开关管与所述第十八开关管的第七开关管组合、包括所述第十七开关管与所述第二十开关管的第八开关管组合和包括所述第十九开关管与所述第十六开关管的第九开关管组合以相同的占空比错相120度导通与关断;控制第二十一开关管与所述第九开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第二十二开关管与所述第七开关管组合以互补的方式交替导通与关断;控制第二十三开关管与所述第八开关管组合以互补的方式交替导通与关断;
在所述输出电流小于所述第一电流阈值时,控制所述第十五开关管、所述第十七开关管、所述第十九开关管、所述第十六开关管、所述第十八开关管与所述第二十开关管以相同的占空比顺序单独导通;控制所述第二十一开关管在所述第十六开关管或所述第十九开关管导通时关断,并在所述第十六开关管与所述第十九开关管均关断时导通;控制所述第二十二开关管在所述第十五开关管或所述第十八开关管导通时关断,并在所述第十五开关管与所述第十八开关管均关断时导通;控制所述第二十三开关管在所述第十七开关管或所述第二十开关管导通时关断,并在所述第十七开关管与所述第二十开关管均关断时导通。
15.根据权利要求13所述的开关管控制方法,其特征在于,所述开关管控制方法还包括:
输出第七脉冲信号、第八脉冲信号与第九脉冲信号,其中,所述第七脉冲信号、所述第八脉冲信号与所述第九脉冲信号为占空比相同且错相120度的周期性脉冲信号;
通过第九脉冲信号的互补信号控制所述第二十一开关管,并通过第七脉冲信号的互补信号控制所述第二十二开关管,以及通过第八脉冲信号的互补信号控制所述第二十三开关管;
在所述输出电流大于所述第一电流阈值时,通过所述第七脉冲信号控制所述第十五开关管与所述第十八开关管,通过所述第八脉冲信号控制所述第十七开关管与所述第二十开关管,通过所述第九脉冲信号控制所述第十六开关管与所述第十九开关管;
基于所述第七脉冲信号输出第七选通信号,其中,所述第七选通信号的频率为所述第七脉冲信号的1/2,且所述第七选通信号的占空比为1/2;
基于所述第八脉冲信号输出第八选通信号,其中,所述第八选通信号的频率为所述第八脉冲信号的1/2,且所述第八选通信号的占空比为1/2;
基于所述第九脉冲信号输出第九选通信号,其中,所述第九选通信号的频率为所述第九脉冲信号的1/2,且所述第九选通信号的占空比为1/2;
在所述输出电流小于所述第一电流阈值时,通过所述第七脉冲信号与所述第九选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制所述第十五开关管,通过所述第八脉冲信号与所述第七选通信号的逻辑与运算的结果控制所述第十七开关管,通过所述第九脉冲信号与所述第八选通信号的逻辑与运算的结果控制所述第十九开关管,通过所述第九脉冲信号与所述第九选通信号的逻辑与运算的结果控制所述第十六开关管,通过所述第七脉冲信号与所述第七选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制所述第十八开关管,通过所述第八脉冲信号与所述第八选通信号的互补信号的逻辑与运算的结果控制所述第二十开关管。
16.一种混合电压转换器,其特征在于,包括:
开关电容单元以及和所述开关电容单元连接的续流单元;
控制器,所述控制器分别与所述开关电容单元中的开关管以及所述续流单元中的开关管连接,所述控制器用于控制所述开关电容单元中的开关管以及所述续流单元中的开关管的导通与关断;
所述控制器包括:
至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器,所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-15任一项所述的方法。
17.根据权利要求16所述的混合电压转换器,其特征在于,所述控制器还用于输出使能信号,并在所述混合电压转换器的输出电流大于第一电流阈值时控制所述使能信号为高电平,以及在所述输出电流小于第一电流阈值时控制所述使能信号为低电平。
18.根据权利要求17所述的混合电压转换器,其特征在于,所述混合电压转换器还包括第一D触发器、第二D触发器、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第四与非门、第一与门、第二与门、第三与门、第四与门、第一非门、第二非门、第三非门与第四非门;所述开关电容单元包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第一输入电容、第一电容、第二电容与第三电容;所述续流单元包括第五开关管、第六开关管、第一输出电容、第一电感与第二电感;
所述第一开关管的第三端分别与输入电源及第一输入电容的第一端连接,所述第一开关管的第二端分别与第二开关管的第三端及第一电容的第一端连接,所述第二开关管的第二端分别与所述第二电容的第一端及所述第三开关管的第三端连接,所述第三开关管的第二端分别与所述第四开关管的第三端及所述第三电容的第一端连接,所述第四开关管的第二端分别与所述第五开关管的第三端、所述第二电容的第二端及所述第二电感的第一端连接,所述第六开关管的第三端分别与所述第一电容的第二端、所述第三电容的第二端及所述第一电感的第一端连接,所述第一电感的第二端分别与所述第二电感的第二端及所述第一输出电容的第一端连接,所述第一输入电容的第二端、所述第五开关管的第二端、所述第六开关管的第二端及所述第一输出电容的第二端均接地;
所述第一与门的输出端与所述第一开关管的第一端连接,所述第一与门的第一输入端、所述第三与门的第一输入端、所述第三非门的输入端及所述第二D触发器的时钟输入端均输入所述控制器输出的第一脉冲信号,所述第三非门的输出端与所述第六开关管的第一端连接,所述第一与门的第二输入端与所述第一与非门的输出端连接,所述第一与非门的第二输入端分别与所述第一D触发器的同相输出端及所述第一非门的输入端连接,所述第一非门的输出端与所述第三与非门的第二输入端连接,所述第一与非门的第一输入端、所述第二与非门的第一输入端、所述第三与非门的第一输入端及所述第四与非门的第一输入端均输入所述使能信号,所述第一D触发器的信号输入端及反相输出端连接,所述第一D触发器的时钟输入端、所述第四非门的输入端、所述第二与门的第一输入端及所述第四与门的第一输入端均输入所述控制器输出的第二脉冲信号,所述第四非门的输出端与所述第五开关管的第一端连接,所述第二与门的输出端与所述第二开关管的第一端连接,所述第二与门的第二输入端与所述第二与非门的输出端连接,所述第二与非门的第二输入端与所述第二非门的输出端连接,所述第二非门的输入端分别与所述第四与非门的第二输入端及所述第二D触发器的同相输出端连接,所述第二D触发器的信号输入端及反相输出端连接,所述第三与门的输出端与所述第三开关管的第一端连接,所述第三与门的第二输入端与所述第三与非门的输出端连接,所述第四与门的输出端与所述第四开关管的第一端连接,所述第四与门的第二输入端与所述第四与非门的输出端连接。
19.根据权利要求17所述的混合电压转换器,其特征在于,所述开关电容单元包括第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管、第二输入电容、第四电容与第五电容;所述续流单元包括第十一开关管、第十二开关管、第三电感、第四电感与第二输出电容;
所述第七开关管的第三端分别与输入电源、所述第二输入电容的第一端及所述第九开关管的第三端连接,所述第七开关管的第二端分别与所述第八开关管的第三端及所述第四电容的第一端连接,所述第八开关管的第二端分别与所述第十一开关管的第三端、所述第五电容的第二端及所述第四电感的第一端连接,所述第九开关管的第二端分别与所述第五电容的第一端及所述第十开关管的第三端连接,所述第十开关管的第二端分别与所述第四电容的第二端、所述第十二开关管的第三端及所述第三电感的第一端连接,所述第三电感的第二端分别与所述第四电感的第二端及所述第二输出电容的第一端连接,所述第二输入电容的第二端、所述第十一开关管的第二端、所述第十二开关管的第二端及所述第二输出电容的第二端均接地。
20.根据权利要求19所述的混合电压转换器,其特征在于,所述混合电压转换器还包括第三D触发器、第四D触发器、第五与非门、第六与非门、第七与非门、第八与非门、第五与门、第六与门、第七与门、第八与门、第五非门、第六非门、第七非门与第八非门;
所述第五与门的输出端与所述第七开关管的第一端连接,所述第五与门的第一输入端、所述第七与门的第一输入端、所述第七非门的输入端及所述第四D触发器的时钟输入端均输入所述控制器输出的第三脉冲信号,所述第七非门的输出端与所述第十二开关管的第一端连接,所述第五与门的第二输入端与所述第五与非门的输出端连接,所述第五与非门的第二输入端分别与所述第三D触发器的同相输出端及所述第五非门的输入端连接,所述第五非门的输出端与所述第七与非门的第二输入端连接,所述第五与非门的第一输入端、所述第六与非门的第一输入端、所述第七与非门的第一输入端及所述第八与非门的第一输入端均输入所述使能信号,所述第三D触发器的信号输入端及反相输出端连接,所述第三D触发器的时钟输入端、所述第八非门的输入端、所述第六与门的第一输入端及所述第八与门的第一输入端均输入所述控制器输出的第四脉冲信号,所述第八非门的输出端与所述第十一开关管的第一端连接,所述第六与门的输出端与所述第八开关管的第一端连接,所述第六与门的第二输入端与所述第六与非门的输出端连接,所述第六与非门的第二输入端与所述第六非门的输出端连接,所述第六非门的输入端分别与所述第八与非门的第二输入端及所述第四D触发器的同相输出端连接,所述第四D触发器的信号输入端及反相输出端连接,所述第七与门的输出端与所述第九开关管的第一端连接,所述第七与门的第二输入端与所述第七与非门的输出端连接,所述第八与门的输出端与所述第十开关管的第一端连接,所述第八与门的第二输入端与所述第八与非门的输出端连接。
21.根据权利要求19所述的混合电压转换器,其特征在于,所述开关电容单元还包括第十三开关管、第十四开关管、第六电容与第七电容;所述混合电压转换器还包括第五D触发器、第六D触发器、第七D触发器、第八D触发器、第九与非门、第十与非门、第十一与非门、第十二与非门、第十三与非门、第十四与非门、第九与门、第十与门、第十一与门、第十二与门、第十三与门、第十四与门、第十五与门、第十六与门、第一或门、第二或门、第九非门与第十非门;
所述第十三开关管的第三端分别与所述第六电容的第一端及所述第八开关管的第二端连接,所述第十三开关管的第二端分别与所述第七电容的第二端、所述第十一开关管的第三端及所述第三电感的第一端连接,所述第十四开关管的第三端分别与所述第七电容的第一端及所述第十开关管的第二端连接,所述第十四开关管的第二端分别与所述第六电容的第二端、所述第十二开关管的第三端及所述第四电感的第一端连接;
所述第九与门的输出端与所述第七开关管的第一端连接,所述第九与门的第一输入端、所述第十一与门的第一输入端、所述第十三与门的第一输入端、所述第九非门的输入端、所述第七D触发器的时钟输入端及所述第八D触发器的时钟输入端均输入所述控制器输出的第五脉冲信号,所述第九非门的输出端与所述第十一开关管的第一端连接,所述第九与门的第二输入端与所述第九与非门的输出端连接,所述第九与非门的第一输入端、所述第十与非门的第一输入端、所述第十一与非门的第一输入端、所述第十二与非门的第一输入端、所述第十三与非门的第一输入端及所述第十四与非门的第一输入端均输入所述使能信号,所述第九与非门的第二输入端与所述第一或门的输出端连接,所述第一或门的第一输入端与所述第六D触发器的同相输出端连接,所述第六D触发器的反相输出端分别与所述第十五与门的第一输入端及所述第十三与非门的第二输入端连接,所述第六D触发器的信号输入端分别与所述第一或门的第二输入端及所述第五D触发器的同相输出端连接,所述第五D触发器的反相输出端分别与所述第十五与门的第二输入端及所述第十一与非门的第二输入端连接,所述第五D触发器的信号输入端与所述第十五与门的输出端连接,所述第五D触发器的时钟输入端、所述第六D触发器的时钟输入端、所述第十非门的输入端、所述第十与门的第一输入端、所述第十二与门的第一输入端及所述第十四与门的第一输入端均输入所述控制器输出的第六脉冲信号,所述第十非门的输出端与所述十二开关管的第一端连接,所述第十与门的输出端与所述第八开关管的第一端连接,所述第十与门的第二输入端与所述第十与非门的输出端连接,所述第十与非门的第二输入端分别与所述第十六与门的第一输入端及所述第七D触发器的反相输出端连接,所述第十六与门的第二输入端分别与所述第十二与非门的第二输入端及所述第八D触发器的反相输出端连接,所述第十六与门的输出端与所述第七D触发器的信号输入端连接,所述第八D触发器的同相输出端与所述第二或门的第一输入端连接,所述第八D触发器的信号输入端分别与所述第二或门的第二输入端及所述第七D触发器的同相输出端连接,所述第二或门的输出端与所述第十四与非门的第二输入端连接,所述第十一与非门的输出端与所述第十一与门的第二输入端连接,所述第十一与门的输出端与所述第十三开关管的第一端连接,所述第十二与非门的输出端与所述第十二与门的第二输入端连接,所述第十二与门的输出端与所述第九开关管的第一端连接,所述第十三与非门的输出端与所述第十三与门的第二输入端连接,所述第十三与门的输出端与所述第十开关管的第一端连接,所述第十四与非门的输出端与所述第十四与门的第二输入端连接,所述第十四与门的输出端与所述第十四开关管的第一端连接。
22.根据权利要求17所述的混合电压转换器,其特征在于,所述混合电压转换器还包括第九D触发器、第十D触发器、第十一D触发器、第十五与非门、第十六与非门、第十七与非门、第十八与非门、第十九与非门、第二十与非门、第十七与门、第十八与门、第十九与门、第二十与门、第二十一与门、第二十二与门、第十一非门、第十二非门、第十三非门、第十四非门、第十五非门与第十六非门;所述开关电容单元包括第十五开关管、第十六开关管、第十七开关管、第十八开关管、第十九开关管、第二十开关管、第三输入电容、第八电容、第九电容与第十电容;所述续流单元还包括第二十一开关管、第二十二开关管、第二十三开关管、第三输出电容、第五电感、第六电感与第七电感;
所述第十五开关管的第三端分别与输入电源、所述第十七开关管的第三端、所述第十九开关管的第三端及所述第三输入电容的第一端连接,所述第十五开关管的第二端分别与所述第十六开关管的第三端及所述第八电容的第一端连接,所述第十六开关管的第二端分别与所述第二十一开关管的第三端、所述第十电容的第二端及所述第五电感的第一端连接,所述第十七开关管的第二端分别与所述第十八开关管的第三端及所述第九电容的第一端连接,所述第十八开关管的第二端分别与所述第八电容的第二端、所述第二十二开关管的第三端及所述第六电感的第一端连接,所述第十九开关管的第二端分别与所述第十电容的第一端及所述第二十开关管的第三端连接,所述第二十开关管的第二端分别与所述第二十三开关管的第三端、所述第九电容的第二端及所述第七电感的第一端连接,所述第五电感的第二端分别与所述第六电感的第二端、所述第七电感的第二端及所述第三输出电容的第一端连接,所述第三输入电容的第二端、所述第三输出电容的第二端、所述第二十一开关管的第二端、所述第二十二开关管的第二端及所述第二十三开关管的第二端均接地;
所述第十七与门的输出端与所述第十五开关管的第一端连接,所述第十七与门的第一输入端、所述第二十一与门的第一输入端、所述第十五非门的输入端及所述第十D触发器的时钟输入端均输入所述控制器输出的第七脉冲信号,所述第十五非门的输出端与所述第二十二开关管的第一端连接,所述第十七与门的第二输入端与所述第十五与非门的输出端连接,所述第十五与非门的第二输入端分别与第十一非门的输入端及所述第九D触发器的同相输出端连接,所述第十一非门的输出端与所述第十八与非门的第二输入端连接,所述第九D触发器的反相输出端与信号输入端连接,所述第九D触发器的时钟输入端、所述第十六非门的输入端、所述第十九与门的第一输入端及所述第二十与门的第一输入端均输入所述控制器输出的第九脉冲信号,所述第十六非门的输出端与所述第二十一开关管连接,所述第十五与非门的第一输入端、所述第十六与非门的第一输入端、所述第十七与非门的第一输入端、所述第十八与非门的第一输入端、所述第十九与非门的第一输入端及所述第二十与非门的第一输入端均输入所述使能信号,所述第十八与门的输出端与所述第十七开关管的第一端连接,所述第十八与门的第一输入端、所述第二十二与门的第一输入端、所述十四非门的输入端及所述第十一D触发器的时钟输入端均输入所述控制器输出的第八脉冲信号,所述第十四非门的输出端与所述二十三开关管连接,所述第十八与门的第二输入端与所述第十六与非门的输出端连接,所述第十六与非门的第二输入端与所述第十二非门的输出端连接,所述第十二非门的输入端分别与所述第十九与非门的第二输入端及所述第十D触发器的同相输出端连接,所述第十D触发器的反相输出端与信号输入端连接,所述第十九与门的输出端与所述第十九开关管的第一端连接,所述第十九与门的第二输入端与所述第十七与非门的输出端连接,所述第十七与非门的第二输入端与所述第十三非门的输出端连接,所述第十三非门的输入端分别与所述第二十与非门的第二输入端及所述第十一D触发器的同相输出端连接,所述第十一D触发器的反相输出端与信号输入端连接,所述第二十与门的输出端与所述第十六开关管的第一端连接,所述第二十与门的第二输入端与所述第十八与非门的输出端连接,所述第二十一与门的输出端与所述第十八开关管的第一端连接,所述第二十一与门的第二输入端与所述第十九与非门的输出端连接,所述第二十二与门的输出端与所述第二十开关管的第一端连接,所述第二十二与门的第二输入端与所述第二十与非门的输出端连接。
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