TW201547171A - 電荷泵穩定性控制技術 - Google Patents

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艾青 劉
葛雷格里 斯札斯辛斯基
大衛 朱利安諾
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Abstract

一種用於電源轉換之裝置包含一切換網路，該切換網路控制在具有耦合至一電流源的一端點之一電容器網路中的泵電容器之間的互連，該裝置並且包括一電荷管理子系統。於操作時，該切換網路導致該電容器網路執行電荷泵操作循環週期，在該等操作循環週期之各者的期間，該電容器網路響應於該切換網路之不同組態而採用不同組態。在一第一電荷泵操作循環週期之開始時，各泵電容器採取一對應的啟始狀態。該電荷管理子系統藉由緊接該第一電荷泵操作循環週期之後的一第二電荷泵操作循環週期之開始而恢復各泵電容器至該啟始狀態。

Description

電荷泵穩定性控制技術 相關申請
在美國35USC119條款下，這申請案聲明美國暫時專利申請第61/953303號案之2014年3月14日之優先權日與美國暫時專利申請第61/953270號案之2014年3月14日之優先權日的權益，其整體內容將配合此處作為參考。
發明領域
這發明係關於電源轉換器，並且尤其是，關於電荷泵。
發明背景
在許多電路中，可用以驅動電路之電源可能不是該電路所需求之形式。為更正這問題，提供一電源轉換器是有用的，該電源轉換器轉換可用的電源成為符合電路之需求的形式。
一常見之電源轉換器型式是一切換模式電源轉換器。藉由使用一切換器網路將電抗電路元件切換成為不同的電氣組態，一切換模式電源轉換器因而產生一輸出電壓。一切換電容器電源轉換器是一型式之切換模式電源轉換器，其主要地採用電容器以轉移能量。此等轉換器係稱 為“電荷泵”。該等電容器係稱為“電荷泵電容器”。
於操作中，一電荷泵自一序列泵狀態中之一泵狀態轉換至下一個泵狀態。各泵狀態是具特徵於一滯留時間(於其中該電荷泵保持於該泵狀態中)、以及轉換時間(於其中該電荷泵是在該等泵狀態之間)。對於所有的泵狀態之滯留時間以及在那些泵狀態之間介入的轉換時間之總和是用於該電荷泵之一循環週期的週期。
為了正確操作，各泵電容器應開始與結束各循環週期而電荷零改變。如果情況並非如此，則於電荷中之正性非零改變之情況中，電荷將經由許多循環週期之行程而積聚在泵電容器上。因為跨越一電容器之電壓是線性的成比例於該電荷，這電荷增積/消耗將導致跨越該泵電容器之電壓隨著時間而漂移。
在許多電荷泵中，一切換器連接相鄰的泵電容器。跨越該切換器之電壓因此取決於跨越相鄰泵電容器之電壓。如果跨越這些電容器之電壓不均勻地漂移，則跨越該切換器之電壓可能超出其之額定值。這可能導致該切換器過熱，因此破壞切換器，以及也能破壞電荷泵。
用以管理一泵電容器上之電荷的過程部分地取決於電荷是如何到達那裡。通常，有二個方式以將電荷放進一電容器內：使用一電壓源，或使用一電流源。
當使用一電壓源時，電荷之管理是相對簡單。呈現在一電容器之電荷是電壓之一線性函數。因此，將該電壓下降至零是足以自該電容器移除電荷。
當使用一電流源時，電荷之管理就不是如此簡單。這是因為在一泵電容器上之電荷是有關於整體的電流，並且不是關於該電流之暫態值。
於2012年11月8日公佈之專利公開第WO2012/151466號案，其將配合此處作為參考，構成電荷泵之公開組態，於其中一端點連接到一調整器。因為其之電感器，以及因為與所涉及的切換器相關聯之有關的時間尺度，因這些電荷泵組態儘可能被關切，該調整器表現就像一電流源。這使得有多少電荷是在泵電容器中之管理更具有挑戰性。
發明概要
此處所說明之本發明主題係關於，藉由確保電荷泵之各泵電容器可對於每個循環週期在相同情況中開始一循環週期，而穩定與一電流源或負載耦合的一電荷泵。這可避免當來自一第一循環週期結束之殘留電荷添加至一第二循環週期之開始時所發生的電荷增積，因此導致電容器之電壓隨著時間而漂移。
於一論點中，本發明具特徵於一用於電源轉換之裝置。此一裝置包含一切換網路、以及一電荷管理子系統。該切換網路控制在具有耦合至一電流源的一端點之一電容器網路中的泵電容器之間的互連。於操作中，該切換網路導致該電容器網路執行電荷泵操作循環週期，在該等操作循環週期之各者的期間，該電容器網路響應於該切換 網路之不同組態而採用不同組態。在一第一電荷泵操作循環週期之開始時，各泵電容器採取一對應的啟始狀態。該電荷管理子系統係組態以藉由緊接該第一電荷泵操作循環週期之後的一第二電荷泵操作循環週期之開始而恢復各泵電容器至該啟始狀態。
於一些實施例中，電荷管理子系統中之一控制器控制滯留時間。此一實施例具特徵於一控制器，該控制器控制一第一滯留時間，在該第一滯留時間的期間，該切換網路是在一第一組態。另一實施例具特徵於一控制器，該控制器控制一第一滯留時間，在該第一滯留時間的期間，該切換網路是在一第一組態，以及控制一第二滯留時間，在該第二滯留時間的期間，該切換網路是在一第二組態。同時在所包含的實施例中，於其中該控制器導致該切換網路以導致該電容器網路採取一失效時間組態。
於一些實施例中，一循環週期包含一第一組態與一第二組態，並且該電荷管理子系統之一控制器基於使該切換網路採取該第一組態之一結果而控制該切換網路之一第二組態。在其他實施例中，該切換網路通過一當前循環週期與至少一過去循環週期，並且該控制器在該等過去循環週期之至少一者的期間至少部份地基於該切換網路之性能而控制該當前循環週期。再於其他實施例中，該切換網路在已通過過去循環週期之後才通過一當前循環週期，並且該電荷管理子系統包括一比例-積分-微分控制器，該控制器在該等過去循環週期之至少一者的期間，至少部份 地基於該切換網路之性能而控制該當前循環週期。
同時實施例也包含那些實施例，於其中該電荷管理系統包含一控制器，該控制器係組態以實行在該切換網路之組態上的控制。在這些實施例之中，於其中該控制器包含一回授控制器，該回授控制器係組態以基於該電容器網路之一輸出而控制該切換網路之該等不同組態，且在那些實施例之中，於其中該控制器包含一臨界-邏輯電路控制器，該臨界邏輯電路控制器係組態以基於該電容器網路之一輸出而控制該切換網路之該等不同組態。
然而其他實施例並不依賴於控制該切換網路。於此一實施例中，電荷管理系統包含一控制器，該控制器係組態以實行該電容器網路所耦合之該電流源的控制。在這些的實施例之中，該電容器網路具有二端點，其中之一是一低電壓端點，並且其中耦合至該電流源之該端點是一低電壓端點。同時在相反情況的這些實施例之中，於其中該電容器網路具有二端點，其中之一是一高電壓端點，並且其中耦合至該電流源之該端點是一高電壓端點。
於一些實施例中，該電荷管理系統包含一連接到電流源之穩定電容。
其他實施例包含一微調-電容器網路，其包含選擇性地組態以界定一個或多個微調電容器之一互連的切換器，因而界定一聚集電容，其減低在該聚集電容與一所需電容之間的一錯配。於這一些實施例中，該所需電容是連接到該電流源之一穩定電容。於其他實施例中，該所需電 容是一泵電容器之一所需電容。
實施例也包含那些實施例，於其中該電荷泵操作循環週期具有一固定時間持續，且於其中該電荷泵操作循環週期具有一可變時間持續。
於一些實施例中，緊接在該第一電荷泵操作循環週期之後的該第二電荷泵操作循環週期是即時地緊接在該第一電荷泵操作循環週期之後的一電荷泵循環週期。但是，於一些情況中，完全恢復無法在一循環週期中完成。因此，於某些實施例中，緊接在該第一電荷泵操作循環週期之後的該第二電荷泵操作循環週期是自該第一電荷泵操作循環週期分離至少一介入電荷泵操作循環週期的一電荷泵循環週期。
同時本發明也包含實施例，其包含電容器網路，其中該切換網路係組態以控制該電容器網路。
同時本發明之實施例也包含那些實施例，於其中該切換網路導致一電荷泵操作循環週期之執行，該電荷泵操作循環週期是在電容器之間的電荷轉移發生之期間由不多於二個組態所構成之循環週期，以及那些實施例，於其中切換網路導致一電荷泵操作循環週期之執行，該電荷泵操作循環週期是由在電容器之間的電荷轉移發生之期間的至少三組態所構成。
於一些實施例中，該電容器網路以及該切換網路界定一電荷泵。在這些實施例之中，於其中該電荷泵包含一多級式電荷泵，於實施例中，該電荷泵包含一串聯乘 法器，於實施例中，該電荷泵包含一多相位電荷泵，以及於實施例中，該電荷泵包含一單相位電荷泵。
多種設備作用如在本發明含意內之電流源。此一設備是一調整器。在作用如電流源之該等調整器之中，其是切換模式電源轉換器、以及降壓轉換器。
於一些實施例中，電荷管理子系統至少部份地藉由改變儲存於該至少一泵電容器上的一電荷數量而恢復該等泵電容器之至少一者至一啟始狀態。在這些實施例之中，於那些實施例中，電荷管理子系統藉由導致在該至少一泵電容器以及一電荷貯藏器之間的電流動而改變儲存於該至少一泵電容器上的一電荷數量。適當的電荷貯藏器包含另一泵電容器或接地。
於另一論點中，本發明具特徵於一種用以控制一電荷泵的方法。此一方法包含導致一電荷泵切換網路以導致該電荷泵切換網路所耦合之一泵電容器網路執行電荷泵操作循環週期，在該等操作循環週期之各者的期間，該泵電容器網路響應於該切換網路之不同組態而採用不同組態。在一第一電荷泵操作循環週期之開始時，各泵電容器採取一對應的啟始狀態。該方法接著藉由緊接該第一電荷泵操作循環週期之後的一第二電荷泵操作循環週期之開始而恢復各泵電容器至該啟始狀態而繼續進行。
於一些執行中，恢復各泵電容器至該啟始狀態包含藉由即時地緊接在該第一電荷泵操作循環週期之後的一第二電荷泵操作循環週期之開始而恢復各泵電容器至該 啟始狀態。但是，同時也有本發明之執行，於其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包含藉由自該第一電荷泵操作循環週期分離至少一電荷泵操作循環週期的一第二電荷泵操作循環週期之開始而恢復各泵電容器至該啟始狀態。
一些執行，藉由控制滯留時間而恢復各泵電容器至該啟始狀態。此一執行包含在該切換網路是於一第一組態的期間控制一第一滯留時間。但是，於另一執行中，恢復各泵電容器至該啟始狀態包含控制一第一滯留時間，在該第一滯留時間的期間，該切換網路是在該第一組態，以及控制一第二滯留時間，在該第二滯留時間的期間，該切換網路是在一第二組態。然而其他執行包含控制對於另外組態之滯留時間，其中一些包含電荷轉移以及其中一些不包含電荷轉移。例如，於一執行中，恢復各泵電容器至該啟始狀態包含導致該電容器網路採取一失效時間組態。
同時執行也包含那些者，於其中一循環週期包含一第一組態與一第二組態，並且恢復各泵電容器至該啟始狀態包含基於使該切換網路採取該第一組態之一結果而控制該切換網路之一第二組態。
在其他執行中，切換網路通過一當前循環週期與至少一過去循環週期，並且恢復各泵電容器至該啟始狀態包含在該等至少一過去循環週期之期間至少部份地基於該切換網路之性能而控制該當前循環週期。
然而於其他執行中，該切換網路在已通過過去循環週期之後才通過一當前循環週期，並且恢復各泵電容 器至該啟始狀態包含在該等過去循環週期之至少一者的期間至少部份地基於該切換網路之性能而經由該當前循環週期實行比例-積分-微分控制。
本發明之一些執行是那些執行例，於其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包含於該切換網路之組態上執行控制。在這些執行之中，於其中執行於該切換網路之組態上執行控制包含基於該電容器網路之一輸出而執行該切換網路之該等不同組態的回授控制，以及那些的執行例，於其中執行於該切換網路之組態上執行控制包含基於該電容器網路之一輸出而於該切換網路之該等不同組態上執行臨界邏輯控制。
然而於其他執行中，恢復各泵電容器至該啟始狀態包含執行控制於該電容器網路所耦合之一電流源上。在這些執行之中，那些的執行例包含執行控制耦合至一低電壓端點的一電流源，並且那些的執行例包含執行控制耦合至一高電壓端點的一電流源。
然而於其他執行中，其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包含連接被連接至該電流源之一穩定電容。
其他的執行包含那些者，於其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包含互連一個或多個微調電容器以界定一聚集電容，該聚集電容使在該聚集電容與一所需電容之間的一誤差最小化。所需的電容之範例包含連接至一電流源之一穩定電容器的一所需電容，以及一泵電容器之一所需電容。
在其他執行中，導致一電荷泵切換網路以導致該電荷泵切換網路所耦合之一泵電容器網路執行電荷泵操作循環週期包含導致具有一固定時間持續的電荷泵操作循環週期之執行。但是，在其他執行中，該時間持續是可變的。
一些執行具特徵於即時地在完成該第一電荷泵操作循環週期之後開始緊接在該第一電荷泵操作循環週期之後的第二電荷泵操作循環週期。但是，在其他執行中，僅在完成至少一介入電荷泵操作循環週期之後，開始緊接在該第一電荷泵操作循環週期之後的該第二電荷泵操作循環週期。
在一些執行中，導致一電荷泵切換網路以導致該電荷泵切換網路所耦合之一泵電容器網路執行電荷泵操作循環週期，包含導致在電容器之間的電荷轉移發生之期間由不多於二個組態所構成的一電荷泵操作循環週期之執行。但是，於其他實施例中，這可代替地藉由導致在電容器之間的電荷轉移發生之期間由至少三個組態所構成的一電荷泵操作循環週期之執行而實行。
某些執行包含藉由組合該電容器網路與該切換網路而形成一電荷泵。在這些執行之中，於其中該電荷泵因此形成一多級式電荷泵。但是，其他電荷泵，例如，一串聯乘法器、一多相位電荷泵、或一單相位電荷泵，也可形成。
在一些執行中，執行控制於該電容器網路所耦 合之一電流源包含執行控制於一調整器上。這可包含執行控制於許多不同的類型之調整器，其所有者皆有效地作用如電流源。此等調整器包含切換模式電源轉換器、以及降壓轉換器。
於其他的那些執行中，恢復各泵電容器至該啟始狀態包含至少部份地藉由改變儲存於該至少一泵電容器上之一電荷數量而恢復該等泵電容器之至少一者至一啟始狀態。這類型之執行可包含導致在該至少一泵電容器與一電荷貯藏器之間的電流動。適當的貯藏器範例包含另一泵電容器、或接地。
使用具有一電荷泵的一電流為基礎之負載(或源)之一影響是，其可能是當固定切換時序為電流為基礎之負載及/或源所使用時之情況，將導致跨越電容器之電荷不平衡。此不平衡可能導致(或可能共同發生)在電荷泵內部或在電荷泵端點的電壓中之較大於必要之漣波、於電荷泵內部或在電荷泵端點之電壓及/或電流極限值、在電荷泵內部或電荷泵端點之平均及/或峰值電壓漂移，及/或不穩定性，其可能藉由電荷泵內部或在電荷泵端點的點之間電壓變化之振幅成長而顯現出。
於另一論點中，通常，一方法是藉由調整一回授配置中之切換時序而避免及/或減輕關於電荷不平衡之影響。於一些範例中，一切換時序樣型是基於在電荷泵端點及/或電荷泵內部之電氣量測而調適。於一些範例中，切換器狀態之轉換時刻是藉由此等電氣量測而判定。
本發明的這些以及其他特點將自下面的詳細說明、以及其附圖而更明白。
C1-C6‧‧‧微調電容器
10‧‧‧電荷泵
12‧‧‧負載
14‧‧‧第一端點
16‧‧‧第二端點
18、20‧‧‧泵狀態
18A‧‧‧泵狀態重新分佈區間
20A‧‧‧泵狀態重新分佈區間
18B、20B‧‧‧泵狀態穩態區間
21‧‧‧失效時間區間
26‧‧‧電容器陣列
28‧‧‧切換器電路
32、34‧‧‧滯留時間緩衝器
36A-36G‧‧‧時序電路
38A-38G‧‧‧回授電路
44、46‧‧‧偏移輸入
48、50‧‧‧偏斜信號
70‧‧‧微調-電容器網路
100-106‧‧‧控制器
圖1展示一單相位電荷泵；圖2展示與圖1單相位電荷泵操作相關聯之一時間軸；圖3展示與圖1單相位電荷泵之循環週期相關聯的電路組態；圖4展示一雙相位電荷泵；圖5展示與圖4雙相位電荷泵之循環週期相關聯的電路組態；圖6展示用以控制圖1電荷泵中之泵狀態滯留時間的一第一控制器；圖7展示用以控制圖1電荷泵中之泵狀態滯留時間的一第二控制器；圖8展示圖7中第二回授電路之實行例；圖9展示圖7中第二時序電路之實行例；圖10展示用以控制圖1電荷泵中之泵狀態滯留時間的第三控制器；圖11展示用以控制在一負載之電流的第四控制器；圖12展示用以控制在一調整器之電流的第五控制器；圖13展示用以實現圖1中之泵電容器所需電容之切換網路；以及圖14展示用以實現所需穩定電容之切換網路。
較佳實施例之詳細說明
圖1展示一電荷泵10之第一範例，該電荷泵10耦合至模式化如一理想電流源之一負載12。該電荷泵10是多級式電荷泵，同時也是習知如一串聯乘法器。雖然所展示的電流實際上是汲取自電荷泵10，這區別僅是符號之改變。電流源之重要特點是其不懈地驅動電流之固定流動。
這整體之說明，將參考一“電流源”。如所習知的，一理想“電流源”是實際上不存在而僅使用於電路分析之一抽象概念。但是，對於相關之時間尺度，有多種設備可有效地作用如一電流源。其範例包含調整器，例如，線性調整器、直流馬達、取決於負載、以及一IDAC，其是設定電流通過LED之一主動電路。因此，透過這說明，應了解“電流源”或“電流負載”意味著真實的設備，其包含但是不受限定於那些於此處所列舉而有效地作用如一電流源者。
負載12可以視為一非零固定電流，或一脈波電流，其在二數值之間交替，其中之一者可以是零。每當在負載之電流為非零時則電荷轉移發生。當電流為非零且固定時，電荷轉移將稱為“軟性充電”、或“絕熱充電”。
電荷泵10具有第一與第二端點14、16。其中一端點是攜帶一低電流之一高電壓端點。另一端點是攜帶一高電流之一低電壓端點。在此處說明之特定範例中，第二端點16是低電壓端點。但是，在其他實施例中，第二端點16是高電壓端點。
在端點14、16之間是四個相同的泵電容器：外部泵電容器C1、C4以及內部泵電容器C2、C3。一第一相位節點P1與第一和第三泵電容器C1、C3的負端點耦合，並且一第二相位節點P2與第二和第四泵電容器C2、C4的負端點耦合。
一第一切換器組1和一第二切換器組2配合以導致電荷泵10在第一與第二泵狀態18、20之間重新組態泵電容器C1-C4，如圖2中之展示。透過第一與第二切換器組1、2之操作，電荷泵10保持在第一與第二端點14、16的電壓之間的一轉換率M：N。在圖1中展示之特定的電荷泵10中，該轉換率是5：1。
於操作中，電荷泵10執行一系列之電荷泵循環週期。各個電荷泵循環週期具有一第一泵狀態18以及一第二泵狀態20，如圖2中之展示。當自第一泵狀態18轉換至第二泵狀態20時，第一切換器組1中之切換器是打開的並且第二切換器組2中之切換器是關閉的。相反地，當自第二泵狀態20轉換進入第一泵狀態18時，第一切換器組1中之切換器是關閉的並且第二切換器組2中之切換器是打開。
圖2展示切換器之組態如“組態X/Y”，其中X和Y是二進制變量，其分別地表明第一與第二切換器組1、2中的切換器之配置。一個二進制0表明一特定切換器組中之切換器是打開，並且一個二進制1表明一特定切換器組中之切換器是關閉。
在第一泵狀態18的期間，第一切換器組1中之切換器是全部關閉，並且第二切換器組2中之切換器是全部打開。第一泵狀態18是由一第一泵狀態重新分佈區間18A以及一第一泵狀態穩態區間18B所構成。
第一泵狀態18開始於第二切換器組2中之切換器打開以及第一切換器組1中之切換器關閉之時間。這開始具特徵於電荷之快速重新分佈之一第一泵狀態重新分佈區間18A。對於一短暫週期，與這電荷分佈相關聯之電流變小，其是與通過負載12之電流相關聯。
最終，與電荷重新分佈相關聯之電流減弱並且電荷泵10穩定進入一第一泵狀態穩態區間18B。在第一泵狀態穩態區間18B的期間，通過電荷泵10之電流是受通過負載12之電流所支配。花費在第一泵狀態穩態區間18B以及第一泵狀態重新分佈區間18A中之時間總和是第一滯留時間。
在第二泵狀態20的期間，第一切換器組1中之切換器是全部都打開並且第二切換器組2中之切換器是全部都關閉。第二泵狀態20是由一第二泵狀態重新分佈區間20A以及一第二泵狀態穩態區間20B所構成。
第二泵狀態20開始於第二切換器組2中之切換器的關閉以及第一切換器組1中之切換器打開之時間。這開始具特徵於電荷之快速重新分佈之一第二泵狀態重新分佈區間20A。對於一短暫週期，與這電荷分佈相關聯之電流變小，其是與通過負載12之電流相關聯。
最後，與電荷重新分佈相關聯之電流減弱並且電荷泵10穩定進入一第二泵狀態穩態區間20B。在第二泵狀態穩態區間20B的期間，通過電荷泵10之電流是再次地受通過負載12之電流所支配。花費在第二泵狀態穩態區間20B和第二泵狀態重新分佈區間20A中之時間總和是第二滯留時間。
在第一與第二泵狀態18、20之間的轉換過程中，在第一相位節點P1之電壓在接地與第二端點16的電壓之間交替。同時，在第二相位節點P2之電壓是與第一相位節點P1之電壓有180度相位差。
在第一泵狀態18和第二泵狀態20之間有一失效時間區間21，在其中，第一切換器組1中之切換器以及第二切換器組2中之切換器都是打開。雖然，在原則上，不需要這失效時間區間是一實際的必要性，因為切換器不瞬間地進行轉換。因此，必須提供一邊限以避免使第一與第二切換器組1、2中之切換器同時關閉之非所需的結果。
為避免必須引入將僅混淆操作原理之了解的複雜性，圖3展示通過第一和第二兩泵狀態18、20中之泵電容器C1-C4的電流，其採用瞬時電荷重新分佈，沒有失效時間，並且在兩泵狀態中之第二端點16有相同的非零電流，I X 。
於圖3中，花費在第一泵狀態重新分佈區間18A中的時間是t1a；花費在第一泵狀態穩態區間18B中的時間是t1b；花費在第二泵狀態重新分佈區間20A中的時間是 t2a；並且花費在第二泵狀態穩態區間20B中的時間是t2b。最後，一循環週期之總長度是tsw。第一滯留時間因此是t1a+t1b；並且第二滯留時間是t2a+t2b。瞬時電荷重新分佈之假設藉由設定t1a和t2a為零而顯現，導致tsw是等於t1b+t2b。
在第一泵狀態穩態區間18B的期間，外部泵電容器C1、C4攜帶具有0.4IX振幅之電流，而內部泵電容器C2、C3攜帶具有外部泵電容器C1、C4所攜帶電流之振幅的一半之電流。這是因為內部泵電容器C2、C3是串聯並且外部泵電容器C1、C4是利用它們自身來攜帶電流。
在第二泵狀態穩態區間20B的期間，各外部泵電容器C1、C4分別地與內部泵電容器C2、C3之一者串聯地安置。因而，各泵電容器C1-C4攜帶具有振幅0.5IX之電流。注意到，內部泵電容器C2、C3經常是與另一泵電容器串聯，而外部泵電容器C1、C4僅在一泵狀態的期間是與另一泵電容器串聯。
在電荷瞬時重新分佈之限定情況中，在第一與第二泵狀態重新分佈區間18A、20A的期間，電流源係可移除，如於圖3中所示。重新分佈之電荷量是取決於在泵狀態改變之前跨越泵電容器C1-C4的電壓。
通常，在一特定循環週期過程的期間，需要在任何泵電容器C1-C4之淨電荷改變是零。此外，電荷之增積/消耗量將經由許多循環週期而聚集在泵電容器C1-C4。這經由複數個循環週期之電荷的增積/減少將導致不穩定 性。
因為轉移之電荷量是電流以及電流流動的時間量之乘積，緊接著，吾人可藉由控制電荷泵10花費在循環週期部份中的時間量，而控制在循環週期任何部份中轉移至一泵電容器C1-C4之電荷量。這提供一種方式，其確保在電荷泵10之一循環週期的期間，在各泵電容器C1-C4之淨電荷改變是零。
如果上面之限制係應用至一電荷泵10中之各個不同的電容器電流，則可能產生一線性方程式系統，於其中花費在各泵狀態中之時間是未知數。對於那系統的解將是避免不穩定性之對於各泵狀態18、20的滯留時間。
在這範例中，為了避免不穩定性，假設瞬時電荷重新分佈，則第一滯留時間應是3/5*tsw，並且第二滯留時間將是2/5*tsw。這導致在第一泵狀態重新分佈區間18A的期間，一相等的電荷數量自內部泵電容器C2、C3轉移至第一泵電容器C1且轉移至第四泵電容器C4；以及在第二泵狀態重新分佈區間20A的期間之零重新分佈電荷。
對於各種轉換率M：N之解係以下面表格形式展示之：
雖然不能保證每個實體架構將具有一解，在類似於圖1中的電荷泵之情況中，一解存在。因在第一與第二泵狀態重新分佈區間18A、20A的期間之電流的流動中之對稱性，對於在轉換率是2k：1(對於一正整數k)之情況中的解，第一與第二滯留時間將是相等。另外地，當M是奇數且N是1時，第一滯留時間是tsw．(M+1)/2M，而第二滯留時間是tsw．(M-1)/2M。
於雙相位電荷泵10之情況中，例如，於圖4中之展示，第一與第二泵狀態重新分佈區間18A、20A中之電流是固有地對稱，如於圖5中之展示。因此，不同於在圖1中所展示的單相位電荷泵10，即使兩個電荷泵皆具有相同轉換率M：N，第一與第二泵狀態滯留時間是相等。
通常，在電荷泵是相同於圖4中者之情況中，對於任何轉換率k：1(其中k是正整數)而言，第一與第二泵狀態滯留時間將是相等的。當電荷泵達到穩定性時，這固有的對稱性將提供給雙相位電荷泵比單相位電荷泵更佳之優 點。
但是，基於線性電路理論之原理的分析是基於電路之理想性。實際上，例如，由於圖1各種泵電容器C1-C4之電容中的差量、電路電阻中之差量(例如，經由電晶體切換器及/或信號跡線)、或泵狀態持續時間之不精確時序，其可能是不易管理泵電容器C1-C4中之電荷增積/減少。
一種用以管理電荷增積/減少之方法是使用回授以控制滯留時間。圖6展示實行此控制之一裝置。
為了討論之便利，圖6展示如分割成為一電容器陣列26以及一切換器電路28之電荷泵10。電容器陣列26包含泵電容器C1-C4並且切換器電路28包含第一與第二切換器組1、2。
一第一控制器100識別對於各泵狀態之適當的滯留時間並且儲存那些滯留時間於第一與第二滯留時間緩衝器32、34中。在適當的時間，一第一時序電路36A，其包含一時脈以保持時間、讀取滯留時間緩衝器32、34並且導致切換器電路28中之切換器在適當的時間轉換。
為了判定滯留時間之正確數值，第一控制器100包含一第一回授電路38A。通常，一回授電路將具有一量測變量、以及一操縱變量，該操縱變量是響應於該量測變量而被操縱以努力達成一些設定目標。對於第一回授電路38A，該操縱變量是該對滯留時間，並且量測變量包含在第二端點16所量測之一電壓。可選擇地，對於第一回授電 路38A之量測變量，因此包含自電荷泵10內部所得到之量測，如在圖6內之虛線所示。此等量測之範例包含跨越第一與第二切換器組1、2中的切換器或跨越泵電容器C1-C4之電壓。
在一實施例中，第一回授電路38A基於在一循環週期之序列上所取得之量測而判定滯留時間值。第一控制器100之操縱變量是基於歷史數值而選擇。一適當的第一控制器100是一PID(比例-積分-微分)控制器。
展示於圖6中之第一控制器100的一優點是，電荷泵10的頻率是固定的。展示於圖7中之另一實施例，其具特徵於一第二控制器101係組態以基於僅在電流循環週期的期間所得到之量測而判定滯留時間值。這允許滯留時間值將依據循環週期接著循環週期之方式來判定。因而，當使用第二控制器101時，電荷泵10之循環週期長度可變化。
第二控制器101包含一第二時序電路36B，其是相似於在圖6中所說明之第一時序電路36A。但是，第二回授電路38B係實行如依賴比較電壓之一臨界邏輯電路。
一第二時序電路36B提供狀態控制信號至切換器電路28。在正常操作的期間，第二時序電路36B使用額定第一與第二滯留時間而導致在第一與第二泵狀態18、20之間的轉換。該等額定滯留時間可以是基於採用理想電路元件之電路分析。
第二時序電路36B也包含第一與第二偏移輸入 44、46，以自第二回授電路38B接收對應的第一與第二偏斜信號48、50。第二回授電路38B確定該等第一與第二偏斜信號48、50之一者早先地迫使該電荷泵10改變泵狀態。第二回授電路38B基於來自一個或多個來源之回授而作出判定以確定該等第一與第二偏斜信號48、50之一者。這回授包含在下列之一個或多個位置所得到的電氣參數之量測：第一端點14、第二端點16、在切換器電路28內部、以及在電容器陣列26內部。
如果第二回授電路38B不確定偏斜信號48、50之任一者，則第二時序電路36B將依據額定的第一與第二滯留時間，而導致電荷泵10在其之第一與第二泵狀態18、20之間轉換。如果，當電荷泵10是在第一泵狀態18時，第二回授電路38B將一確定的第一偏斜信號48呈現至第一偏移輸入44，第二時序電路36B即時地導致電荷泵10自第一泵狀態18轉換至第二泵狀態20。相反地，如果第二回授電路38B將一確定的第二偏斜信號50呈現至第二偏移輸入46，而電荷泵10是在第二泵狀態20時，則第二時序電路36B即時地導致電荷泵10自第二泵狀態20轉換至第一泵狀態18。
第二控制器101之一優點是，其可依據一循環週期接著一循環週期方式而即時地反應。這意謂著在電容器陣列26內部之電容器係可以更快地穩定。實際上，因為第二控制器101藉由提早地終止電荷泵狀態18、20而操作，一頻率概念不是很好地被界定。
請注意，縮短第一滯留時間而保持第二滯留時間固定，通常將導致輸出電壓漣波之較低變化範圍的振幅之向上漂移及/或減少。因此，在一範例中，當第二回授電路38B檢測平均輸出中之向下漂移或輸出漣波之超出的較低變化範圍之任一者時，其呈現一確定的第一偏斜信號48至第一偏移輸入44，因此截斷第一泵狀態18以及縮短第一滯留時間。
相反地，在另一範例中，當檢測一向上漂移及/或漣波一超出之向上變化範圍時，第二回授電路38B呈現一確定的第二偏斜信號50至第二偏移輸入46，因而截斷第二泵狀態20以及縮短第二滯留時間。
如上所述地，第二回授電路38B接收來自一個或多個位置之電氣參數量測。但是，如果無一些方式可供第二回授電路38B了解此些量測數值是否為正常，這些量測將是無意義的。為了糾正這點，需要提供這些電氣參數的預期值。
提供至第二回授電路38B之臨界值可以許多方式而導出。其中之一方式是，透過對應至電荷泵10的理想電路之分析。另一方式是透過實際電荷泵10之模擬。這些技術之任一者係可以被使用以提供用於一平均輸出電壓(例如，複數個輸入電壓)之預期數值以及對於平均值之輸出電壓漣波之預期的最大與最小數值。第二回授電路38B使用此等預先計算數值於設定臨界值，在其中偏斜信號48、50被確定。相似邏輯係可被使用以配合圖6所討論地 來實行第一回授電路38A。圖8展示於圖7中所展示之第二回授電路38B的一實行例，其限制峰值而不是谷值。例示之回授電路38B使用第一與第二峰值檢測器以分別地檢測在第一與第二泵狀態18、20的期間之第二端點16的峰值電壓。第一峰值檢測器包括一第一電壓緩衝器以及一第一二極體D1。第二峰值檢測器包括一第二電壓緩衝器以及一第二二極體D2。第一峰值檢測器將在第一泵狀態18的期間之峰值電壓儲存在一第一峰值儲存電容器C1中。第二峰值檢測器將在第二泵狀態20的期間之峰值電壓儲存在一第二峰值儲存電容器C2中。
儲存在第一與第二峰值儲存電容器C1、C2上的峰值電壓接著可藉由同時地關閉第一與第二切換器S1a、S2a，而連接到對應的第一與第二峰值電壓比較器之輸入。這比較在先前的第一與第二泵狀態18、20的期間係儲存於第一與第二峰值-儲存電容器C1、C2上之峰值電壓。
如果在第一泵狀態18的期間之峰值電壓以一第一臨界值V1而超出第二泵狀態20之峰值電壓，則第一峰值電壓比較器確定第一偏斜信號48。相反地，如果在第二泵狀態20的期間之峰值電壓以一第二臨界值V2而超出第一泵狀態18之峰值電壓，則第二峰值電壓比較器確定第二偏移信號50。
來自第二回授電路38B之第一和第二偏斜信號48、50連至第二時序電路36B，其之一實行例是展示於圖9中。第二時序電路36B使用這些第一與第二偏斜信號48、 50以產生控制第一與第二切換器組1、2之非重疊信號。在所例示之實施例中，在二個泵狀態18、20之間沒有間隙。當自第二泵狀態20轉換時，第一泵狀態18開始，並且反之亦然。
於操作中，展示於圖9中之電路藉由關閉一第一切換器S4而開始第一泵狀態18。這將一第一時序電容器C4重置為低位。同時，一第一SR鎖定器U4是在重置狀態。在第一泵狀態18的期間，一打開的第二切換器S3允許一第一偏壓電流I3充電於一第二時序電容器C3。最終，第一偏壓電流I3將沈積足夠電荷於第二時序電容器C3中以提昇其之電壓，使超越在一第一電壓比較器之輸入的一第一電壓臨界值V3。當這發生時，第一電壓比較器輸出一邏輯高位。接著，這設定一第二SR鎖定器U3，因此終止第一泵狀態18。因此，當無一確定的第一偏斜信號48時，第一泵狀態18之滯留時間將取決於第一偏壓電流I3、第二時序電容器C3之電容、以及第一電壓臨界值V3。
當終止第一泵狀態18時，第二泵狀態20開始。在第二泵狀態20的期間之操作是相似於如上所述之對於第一泵狀態18之操作。
在第二泵狀態20開始時，第一切換器S4打開，因此允許一第二偏壓電流I4充電於第一時序電容器C4。最終，第二偏壓電流I4將沈積足夠的電荷於第一時序電容器C4中以提昇其在一第二電壓比較器之輸入而通過一第二電壓臨界值V4之電壓。響應於這點，第二電壓比較器輸出設 定第一SR鎖定器U4之一邏輯高位，因此終止第二泵狀態20。在第二泵狀態20的期間，當第二切換器S3是關閉時，第二時序電容器C3是重置為低位，並且第二SR鎖定器U3是在重置狀態。當無一確定的第二偏斜信號50時，第二泵狀態20之滯留時間藉由第二偏壓電流I4、第一時序電容器C4之電容、以及第二電壓臨界值V4而設定。
第一偏斜信號48以及第一電壓比較器之輸出是至一第一OR閘之輸入。因此，第一泵狀態18可以二種方式終止。以第一方式，先前已在上面敘述過，第一泵狀態18持續其之額定滯留時間並且一旦足夠的電荷已積聚在第二時序電容器C3中時則終止。但是，當第二時序電容器C3仍然正在充電時，第二回授電路38B可以確定第一偏斜信號48，因此使第一泵狀態18提早結束。
明顯地，自展示於圖9中之電路的對稱性將可看出第二泵狀態20係可以如利用第二偏斜信號50之確定的相同方式而截短。第二回授電路38B因此可藉由確定第一偏斜信號48但不是第二偏斜信號50而相對於第二滯留時間以縮短第一滯留時間。
在第一與第二泵狀態18、20中之峰值電壓的各個比較之後，第二回授電路38B之第一與第二峰值儲存電容器C1、C2藉由關閉第三和第四切換器S1b、S2b以及打開第一與第二切換器S1a、S2a而重置。同時當第一與第二峰值儲存電容器C1、C2重置時，感測在第二端點16之電壓的電壓緩衝器也可以是不致動或於三態情況。每個電荷 泵循環週期之各個取樣-比較-重置循環週期可能在每個電荷泵循環週期時發生一次或每組複數個連續之電荷泵循環週期時發生一次。
於如上所述之方法中，僅有二個泵狀態18、20以及二個滯留時間。但是，上述原理是不受限定於僅二個泵狀態18、20。例如，其可能實行一失效時間區間，在該期間電荷泵10不做任何事情。這失效時間區間可以配合圖7中所說明之實施例而使用，以導致固定頻率操作。為此，失效時間區間被設定為在一額定電荷泵循環週期和第一與第二泵狀態區間總和之間的差量。
圖10展示用以實行一三狀態電荷泵之一實行例，其界定一失效時間作為其之第三狀態。展示於圖10中之實施例，具特徵於一第三控制器102，其使用連接到一第三時序電路36C之一第三回授電路38C，以在第二滯留時間緩衝器34中實行僅在一第二滯留時間之上的控制，並且不是第一滯留時間之上的控制。於這實施例中，第一滯留時間經常被設定為一些額定數值。第三控制器102具特徵於來自切換器電路28之一輸入，其提供第一切換器組1之狀態之資訊。基於這資訊，如果第三控制器102判定第一切換器組1中之切換器是打開，則其具有二個選擇。第一個選擇是關閉第二切換器組2中之切換器。這啟動第二滯留時間。第二選擇是留下第二切換器組2中之切換器為打開。這啟動一失效時間區間。為了適當的操作，第一與第二滯留時間必須是非零。
失效時間區間是一第三泵狀態之範例，於其中沒有電荷轉移發生。但是，其也是可能以三狀態或更多狀態而操作一電荷泵，其之各者都允許電荷在電容器之間轉移。所給予的此種多狀態電荷泵控制之範例是美國暫定專利申請第61/953270號案，尤其是，其第11頁開始，其整體內容將配合此處作為參考。
電荷積聚在一電容器上之速率是取決於電流以及電流被允許流動之時間量。到目前為止，所揭示之方法藉由控制這二個參數之第二參數而管理電荷積聚：電流被允許流動之時間量。但是，其也可能控制這二個參數之第一參數，亦即，流動之電流數量。實行這步驟之實施例是展示於圖11和12中。
圖11展示第四控制器103(其是相似於圖7中所展示之第二控制器101)，但是卻沒有連接在第四回授電路38D和第四時序電路36D之間。因此，不相同於第二控制器101，第四控制器103不變化第一和第二滯留時間。相反地，第四控制器103之第四回授電路38D調整藉由負載12所汲取之電流，例如，在LED驅動器內之一IDAC，而允許自一固定時脈信號CLK導出第一與第二滯留區間。第四回授電路38D完成一限度上之判定以基於來自一個或多個來源之回授量測而變化利用負載12所汲取之電流。這些包含在第一端點14、第二端點16、切換器電路28內部，以及電容器陣列26內部之一者或多者上所完成之電氣參數量測。
圖12展示第五控制器104，除了不是控制利用負 載12所汲取之電流之外，其是相似於第四控制器103，第五控制器104控制經由一調整器56之電流，其在例示的電路中係模式化如一電流源。在第五控制器104中，一第五時序電路36E僅反應至一時脈信號CLK。一第五回授電路38E基於來自一個或多個來源之回授量測而判定經由調整器56而變化多少電流。這些包含在第一端點14、第二端點16、切換器電路28內部、以及電容器陣列26內部之一者或多者所完成之電氣參數的量測。
上述之控制方法不是相互排斥的。因而，其是可能實行混合控制器，其實行上述之二個或更多個控制方法。
電荷增積/消耗成為一問題之一原因是，作為一實際的事件，其是幾乎不可能製造都具有相同所需電容之泵電容器C1-C4。接著參看至圖13，對於這之一糾正是，藉由切換串聯或並聯於泵電容器之其他電容器，而補償一泵電容器之電容數值中的一誤差。這些電容器被稱為“微調”電容器，因為它們微調一電容至所需的數值。詞語“微調”不應被視為“減低”，而是在努力達到所需的數值之任何方向來完成良好調整之意義。泵電容器之電容可藉由分別並聯地或串聯地連接另一電容器而提昇或降低。
圖13展示一微調電容器網路70，其具有二個微調電容器C5、C6，其之任一者可以並聯於第四泵電容器C4而安置。雖然僅有二個微調電容器C5、C6被展示，具有搭配各種數值之電容器之一實際的微調電容器網路70可 選擇性地切換串聯或並聯於第四泵電容器C4。例示之微調電容器網路70被展示而連接並聯於泵電容器C4之一微調電容器C6，因此提高組合之有效電容。為清楚起見，僅展示二個微調電容器C5、C6。但是，可容易地增加更多，因此在調整方面允許有更大的變異性。此外，為了簡明起見，微調電容器網路70僅展示並聯地置放微調電容器C5、C6。但是，設計一電路以切換微調電容器C5、C6串聯於第四泵電容器C4只是一相對簡單事件。另外地，於圖13中，一微調電容器網路70僅對於第四泵電容器C4而展示。實際上，各泵電容器C1-C4將可具有其自己的微調電容器網路70。
藉由切換微調電容器網路70中微調電容器的適當組合，與微調電容器C5、C6組合之泵電容器C4的全部電容可使其接近或甚至等於一目標數值。這微調過程可能只需要在電荷泵10之有效期間執行一次或可在正常操作的期間執行，因為實際電容器的電容通常藉由跨越它們的端點之電壓以及溫度而變化。
取代只使用一次以調整製造錯誤，所展示之一微調電容器網路70也可在電路操作的期間被使用，其方式是藉由轉移電荷在一特定電容器(例如，泵電容器C4)、以及在微調電容器網路70內之一些其他電荷貯藏器(例如，一微調電容器C5、C6)之間而控制在一特定泵電容器C4上之電荷數量，或至最終的貯藏器，其是接地。這提供一不同的方式以調整各電容器上之電荷，而當在一電荷泵循環 週期開始時，盡力於恢復所有的泵電容器至它們的分別的啟始電壓。
不同地，一電流槽可耦合至各泵電容器C1-C4而允許其抽取任何超出電荷至另一位置或複數個位置，例如，第一端點14、第二端點16、切換器電路28內部一端點、電容器陣列26內部一端點、以及甚至接地。
對於微調電容器網路70之另一使用，展示於圖14中，其是作用如同在電荷泵10和負載12之間的一穩定電容。為了減低損失，該穩定電容最好是剛剛好足以穩定電荷泵10。比所需要的穩定電容數值較大者可能在電荷泵操作的期間增加功率損失。因為製造容限，其通常將是不可能預料穩定電容所需的數值，或即使一預料是可用的，也不易確保其在所有操作情況上具有所需的數值。因此，吾人可使用相似於配合圖13所述的一種技術，以自微調電容器網路切換一所選擇的微調電容器C5、C6而作用如同一穩定電容。
電荷泵10係可以使用許多不同電荷泵實體架構而實行，例如，梯式(Ladder)、迪克生(Dickson)、串並聯、斐波納契(Fibonacci)、以及倍增器。同樣地，當實行如一調整器時，用於調整器56以及用於負載12之適當的轉換器包含：降壓轉換器、升壓轉換器、降壓-升壓轉換器、非反相降壓-升壓轉換器、庫克轉換器、SEPIC轉換器、諧振轉換器、多階轉換器、返馳轉換器、順向轉換器、以及全橋式轉換器。
本發明以及其一較佳實施例已被說明，其聲明具新穎性且具專利權益，將列述如下。
C1-C6‧‧‧微調電容器
10‧‧‧電荷泵
12‧‧‧負載
14‧‧‧第一端點
16‧‧‧第二端點
26‧‧‧電容器陣列
28‧‧‧切換器電路
36G‧‧‧時序電路
38G‧‧‧回授電路
70‧‧‧微調電容器網路
106‧‧‧控制器

Claims (73)

  1. 一種用於電源轉換之裝置，該裝置包括一切換網路，該切換網路係組態以供控制在具有耦合至一電流源的一端點之一電容器網路中的泵電容器之間的互連，該裝置並且包括一電荷管理子系統，其中，於操作時，該切換網路導致該電容器網路執行電荷泵操作循環週期，在該等操作循環週期之各者的期間，該電容器網路響應於該切換網路之不同組態而採用不同組態，其中，在一第一電荷泵操作循環週期之開始時，各泵電容器採取一對應的啟始狀態，並且其中該電荷管理子系統係組態以藉由緊接該第一電荷泵操作循環週期之後的一第二電荷泵操作循環週期之開始而恢復各泵電容器至該啟始狀態。
  2. 如請求項1之裝置，其中該電荷管理子系統包括一控制器，該控制器控制一第一滯留時間，在該第一滯留時間的期間，該切換網路是在一第一組態。
  3. 如請求項1之裝置，其中該電荷管理子系統包括一控制器，該控制器控制一第一滯留時間，在該第一滯留時間的期間，該切換網路是在該第一組態，以及控制一第二滯留時間，在該第二滯留時間的期間，該切換網路是在一第二組態。
  4. 如先前請求項之任一項之裝置，其中該電荷管理子系統包括一控制器，該控制器導致該切換網路以導致該電容器網路採取一失效時間組態。
  5. 如先前請求項之任一項之裝置，其中一循環週期包括一第一組態與一第二組態，並且其中該電荷管理子系統包括一控制器，該控制器基於使該切換網路採取該第一組態之一結果而控制該切換網路之一第二組態。
  6. 如先前請求項之任一項之裝置，其中該切換網路通過一當前循環週期與至少一過去循環週期，並且其中該電荷管理子系統包括一控制器，該控制器在該等過去循環週期之至少一者的期間至少部份地基於該切換網路之性能而控制該當前循環週期。
  7. 如先前請求項之任一項之裝置，其中該切換網路在已通過過去循環週期之後才通過一當前循環週期，並且其中該電荷管理子系統包括一比例-積分-微分控制器，該控制器在該等過去循環週期之至少一者的期間，至少部份地基於該切換網路之性能而控制該當前循環週期。
  8. 如先前請求項之任一項之裝置，其中該電荷管理系統包括一控制器，該控制器係組態以實行在該切換網路之組態上的控制。
  9. 如請求項8之裝置，其中該控制器包括一回授控制器，該回授控制器係組態以基於該電容器網路之一輸出而控制該切換網路之該等不同組態。
  10. 如請求項8之裝置，其中該控制器包括一臨界邏輯電路控制器，該臨界邏輯電路控制器係組態以基於該電容器網路之一輸出而控制該切換網路之該等不同組態。
  11. 如先前請求項之任一項之裝置，其中該電荷管理系統包括一控制器，該控制器係組態以實行該電容器網路所耦合之該電流源的控制。
  12. 如請求項11之裝置，其中該電容器網路具有二端點，其中之一是一低電壓端點，並且其中耦合至該電流源之該端點是一低電壓端點。
  13. 如請求項11之裝置，其中該電容器網路具有二端點，其中之一是一高電壓端點，並且其中耦合至該電流源之該端點是一高電壓端點。
  14. 如先前請求項之任一項之裝置，其中該電荷管理系統包括一穩定電容，並且其中該穩定電容係連接到該電流源。
  15. 如先前請求項之任一項之裝置，進一步地包括一微調電容器網路，其包括選擇性地組態以界定一個或多個微調電容器之一互連的切換器，因而界定一聚集電容，其減低在該聚集電容與一所需電容之間的一錯配。
  16. 如請求項15之裝置，其中該所需電容是連接到該電流源之一穩定電容。
  17. 如請求項15之裝置，其中該所需電容是一泵電容器之一所需電容。
  18. 如先前請求項之任一項之裝置，其中該電荷泵操作循環週期具有一固定時間持續。
  19. 如先前請求項之任一項之裝置，其中該電荷泵操作循環週期具有一可變時間持續。
  20. 如先前請求項之任一項之裝置，其中緊接在該第一電荷泵操作循環週期之後的該第二電荷泵操作循環週期是即時地緊接在該第一電荷泵操作循環週期之後的一電荷泵循環週期。
  21. 如請求項1-19之裝置，其中緊接在該第一電荷泵操作循環週期之後的該第二電荷泵操作循環週期是自該第一電荷泵操作循環週期分離至少一介入電荷泵操作循環週期的一電荷泵循環週期。
  22. 如先前請求項之任一項之裝置，其中該裝置進一步地包括電容器網路，其中該切換網路係組態以控制該電容器網路。
  23. 如先前請求項之任一項之裝置，其中該切換網路導致一電荷泵操作循環週期之執行，該電荷泵操作循環週期是在電容器之間的電荷轉移發生之期間由不多於二個組態所構成之循環週期。
  24. 如請求項1-22之任何一項之裝置，其中該切換網路導致一電荷泵操作循環週期之執行，該電荷泵操作循環週期是由在電容器之間的電荷轉移發生之期間的至少三組態所構成。
  25. 如請求項22之裝置，其中該電容器網路以及該切換網路界定一電荷泵。
  26. 如請求項25之裝置，其中該電荷泵包括一多級式電荷泵。
  27. 如請求項26之裝置，其中該多級式電荷泵包括一串聯乘法器。
  28. 如請求項25之裝置，其中該電荷泵包括一多相位電荷泵。
  29. 如請求項25之裝置，其中該等電荷泵包括一單相位電荷泵。
  30. 如請求項1之裝置，其中該電流源包括一調整器。
  31. 如請求項30之裝置，其中該調整器包括一切換模式電源轉換器。
  32. 如請求項30之裝置，其中該調整器包括一降壓轉換器。
  33. 如請求項1之裝置，其中該電荷管理子系統係組態以至少部份地藉由改變儲存於該至少一泵電容器上的一電荷數量而恢復該等泵電容器之至少一者至一啟始狀態。
  34. 如請求項33之裝置，其中該電荷管理子系統係組態以藉由導致在該至少一泵電容器以及一電荷貯藏器之間的電流動而改變儲存於該至少一泵電容器上的一電荷數量。
  35. 如請求項34之裝置，其中該電荷貯藏器是另一泵電容器。
  36. 如請求項34之裝置，其中該電荷貯藏器是接地。
  37. 一種用以控制一電荷泵之方法，該方法包括導致一電荷泵切換網路以導致該電荷泵切換網路所耦合之一泵電容器網路執行電荷泵操作循環週期，在該等操作循環週期之各者的期間，該泵電容器網路響應於該切換網路之 不同組態而採用不同組態，其中，在一第一電荷泵操作循環週期之開始時，各泵電容器採取一對應的啟始狀態，並且藉由緊接該第一電荷泵操作循環週期之後的一第二電荷泵操作循環週期之開始而恢復各泵電容器至該啟始狀態。
  38. 如請求項37之方法，其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包括藉由即時地緊接在該第一電荷泵操作循環週期之後的一第二電荷泵操作循環週期之開始而恢復各泵電容器至該啟始狀態。
  39. 如請求項37之方法，其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包括藉由自該第一電荷泵操作循環週期分離至少一電荷泵操作循環週期的一第二電荷泵操作循環週期之開始而恢復各泵電容器至該啟始狀態。
  40. 如請求項37之方法，其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包括在該切換網路是於一第一組態的期間控制一第一滯留時間。
  41. 如請求項37之方法，其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包括控制一第一滯留時間，在該第一滯留時間的期間，該切換網路是在該第一組態，以及控制一第二滯留時間，在該第二滯留時間的期間，該切換網路是在一第二組態。
  42. 如先前請求項之任一項之方法，其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包括導致該電容器網路採取一失效時間組態。
  43. 如先前請求項之任一項之方法，其中一循環週期包括一第一組態與一第二組態，並且其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包括基於使該切換網路採取該第一組態之一結果而控制該切換網路之一第二組態。
  44. 如先前請求項之任一項之方法，其中該切換網路通過一當前循環週期與至少一過去循環週期，並且其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包括在該等至少一過去循環週期之期間至少部份地基於該切換網路之性能而控制該當前循環週期。
  45. 如先前請求項之任一項之方法，其中該切換網路在已通過過去循環週期之後才通過一當前循環週期，並且其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包括在該等過去循環週期之至少一者的期間至少部份地基於該切換網路之性能而經由該當前循環週期實行比例-積分-微分控制。
  46. 如先前請求項之任一項之方法，其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包括於該切換網路之組態上執行控制。
  47. 如請求項46之方法，其中執行於該切換網路之組態上執行控制包括基於該電容器網路之一輸出而執行該切換網路之該等不同組態的回授控制。
  48. 如請求項46之方法，其中執行於該切換網路之組態上執行控制包括基於該電容器網路之一輸出而於該切換網路之該等不同組態上執行臨界邏輯控制。
  49. 如先前請求項之任一項之方法，其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包括執行控制於該電容器網路所耦合之一電流源上。
  50. 如請求項49之方法，其中執行控制於該電容器網路所耦合之該電流源上包括執行控制於耦合至一低電壓端點之一電流源。
  51. 如請求項49之方法，其中執行控制於該電容器網路所耦合之該電流源上包括執行控制於耦合至一高電壓端點之一電流源。
  52. 如請求項49之方法，其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包括連接被連接至該電流源之一穩定電容。
  53. 如先前請求項之任一項之方法，其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包括互連一個或多個微調電容器以界定一聚集電容，該聚集電容使在該聚集電容與一所需電容之間的一誤差最小化。
  54. 如請求項53之方法，其中該所需電容係連接至一電流源之一穩定電容器的一所需電容。
  55. 如請求項53之方法，其中該所需電容是一泵電容器之所需電容。
  56. 如先前請求項之任一項之方法，其中導致一電荷泵切換網路以導致該電荷泵切換網路所耦合之一泵電容器網路執行電荷泵操作循環週期，包括導致具有一固定時間持續的電荷泵操作循環週期之執行。
  57. 如先前請求項之任一項之方法，其中導致一電荷泵切換網路以導致該電荷泵切換網路所耦合之一泵電容器網路執行電荷泵操作循環週期，包括導致具有一可變時間持續的電荷泵操作循環週期之執行。
  58. 如先前請求項之任一項之方法，進一步地包括即時地在完成該第一電荷泵操作循環週期之後開始緊接在該第一電荷泵操作循環週期之後的該第二電荷泵操作循環週期。
  59. 如先前請求項之任一項之方法，進一步地包括在完成至少一介入電荷泵操作循環週期之後，開始緊接在該第一電荷泵操作循環週期之後的該第二電荷泵操作循環週期。
  60. 如先前請求項之任一項之方法，其中導致一電荷泵切換網路以導致該電荷泵切換網路所耦合之一泵電容器網路執行電荷泵操作循環週期，包括導致在電容器之間的電荷轉移發生之期間由不多於二個組態所構成的一電荷泵操作循環週期之執行。
  61. 如請求項37-59之任一項的方法，其中導致一電荷泵切換網路以導致該電荷泵切換網路所耦合之一泵電容器網路執行電荷泵操作循環週期，包括導致在電容器之間的電荷轉移發生之期間由至少三個組態所構成的一電荷泵操作循環週期之執行。
  62. 如請求項37之方法，進一步地包括藉由組合該電容器網路與該切換網路而形成一電荷泵。
  63. 如請求項62之方法，其中形成一電荷泵，該電荷泵包括形成一多級式電荷泵。
  64. 如請求項63之方法，其中形成一多級式電荷泵包括形成一串聯乘法器。
  65. 如請求項62之方法，其中形成一電荷泵包括形成一多相位電荷泵。
  66. 如請求項62之方法，其中形成一電荷泵包括形成一單相位電荷泵。
  67. 如請求項49之方法，其中執行控制於該電容器網路所耦合之一電流源包括執行控制於一調整器上。
  68. 如請求項67之方法，其中執行控制於該調整器包括執行控制於一切換模式電源轉換器。
  69. 如請求項67之方法，其中執行控制於該調整器包括執行控制於一降壓轉換器。
  70. 如請求項37之方法，其中恢復各泵電容器至該啟始狀態包括至少部份地藉由改變儲存於該至少一泵電容器上之一電荷數量而恢復該等泵電容器之至少一者至一啟始狀態。
  71. 如請求項70之方法，其中改變儲存於該至少一泵電容器上之一電荷數量包括導致在該至少一泵電容器與一電荷貯藏器之間的電流動。
  72. 如請求項71之方法，其中導致在該至少一泵電容器與一電荷貯藏器之間的電流動包括導致電流動至另一泵電容器。
  73. 如請求項71之方法，其中導致在該至少一泵電容器與一電荷貯藏器之間的電流動包括導致電流動至接地。
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