TW201711360A - 切換式電容器電力轉換器 - Google Patents

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大衛 朱利安諾
葛雷格里 斯札斯辛斯基
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亞提克聖德技術股份有限公司
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Abstract

一種用於對一負載提供電力之設備包括有一電力轉換器，其以一第一形式接受電力並且以一第二形式提供電力。該電力轉換器包含有串聯之一控制系統、一第一級段與一第二級段。該第一級段以該第一形式接受電力。該控制系統控制該等第一與第二級段之運作。該第一級段為一交換網路或一調節網路。該第二級段在該第一級段為一交換網路時為一調節電路，否則為一交換網路。

Description

切換式電容器電力轉換器 相關申請案交互參照
本申請案主張2015年7月8日提出申請之美國臨時申請案第62/189,909號之優先權日的利益，其完整內容係以參考方式併入本文。
本發明係有關於電力轉換器，而且尤其是有關於直流對直流電力轉換器。
所屬技術領域中已知電氣裝置需要電力才能運作。然而，一些電氣裝置比其他電氣裝置更加無所不包。舉例而言，鎢絲燈泡的運作電壓範圍廣。其雖然在低電壓時可能變暗，而且在高電壓時可能過早燒毀，仍然不會單純地停止運作。
然而，數位電路有更加完整的要求。一數位電路需要具有特定特性的電力。接收電力但無這些特性之一處理器不只是運算變慢而已。還會單純地關機。
不幸的是，電力無法總是以一微處理器為基之系統可接受之一形式來輸送。舉例而言，在一掌上型裝置中，電池電壓範圍是從充滿電到幾乎為零。因此，大部分此類系統需要某些以原始形式接受電力的東西，並且以該系統 更能接受的一形式將此電力輸送到該系統。
這點非常重要，但該電力轉換器會承擔單調的任務。
有各種電力轉換器屬於已知。這些包括有美國專利第8,860,396號、美國專利第8,743,553號、美國專利第8,723,491號、美國專利第8,503,203號、美國專利第8,693,224號、美國專利第8,724,353號、美國專利第8,339,184號、美國專利第8,619,445號、美國專利第8,817,501號、美國專利公告第2015/0077175號及美國專利第9,041,459號中所述的電力轉換器。所有前述專利的內容係以參考方式併入本文。
在一項態樣中，本發明的特徵在於一種用於對一負載提供電力之設備。此一設備包括有一電力轉換器，其以一第一形式接受電力並且以一第二形式提供電力。該電力轉換器包括有串聯之一控制系統、以及第一與一第二級段。該第一級段以該第一形式接受電力。該控制系統控制該等第一與第二級段之運作。該第一級段為一交換網路或一調節網路。該第二級段在該第一級段為一交換網路時為一調節網路。另一方面，該第二級段在該第一級段為一調節網路時為一交換網路。
該等實施例包括有：該控制系統至少部分基於該等第一與第二級段之間測得之一電壓而進行控制。
該等實施例亦包括有：該第一級段為一調節網路，該第一級段為一交換網路，以及該第二級段為一交換 網路，例如一串級倍增器。在任一狀況中，該交換網路可以是一串級倍增器。
在一些實施例中，該等級段其中至少一者包括具有第一與第二端子之一交換網路。這些實施例包括有：這些端子遭到隔離，這些端子具有一共同接地，以及這些端子具有分離接地。
在其他實施例中，該等級段中之至少一者包括具有第一與第二交換電路之一交換網路，各該交換電路具有第一與第二端子。在這些實施例中，該第二交換電路之該第一端子連接至該第一交換電路之該第二端子。這些實施例包括有：這兩個交換電路具有不同變壓比，以及其具有相同變壓比。
在一些實施例中，該交換網路包括有串聯之第一與第二交換電路，而在其他實施例中，其包括有串並聯之第一與第二交換電路。
該電力轉換器有一些實施例更包括有與該第一級段和該第二級段串聯之一第三級段，以使得該第二級段介於該第一級段與該第三級段之間。這些實施例包括有：該等第一與第三級段為交換網路，該等第一與第三級段為調節網路，以及該第三級段以令該第三級段變為一磁性濾波器之一工作週期運作。
在一些實施例中，該交換網路包括有一串級倍增器。這些實施例包括有：該串級倍增器為一單相串級倍增器，其為不對稱，其為一步降倍增器，以及其為以上之任 何組合。這些實施例亦包括有：該串級倍增器為一雙相串級倍增器。在這種狀況中，該串級倍增器可以是一對稱串級倍增器，或一包括有並聯泵送電容器之串級倍增器，或一缺乏直流電容器之串級倍增器。
在一些前述實施例中，該串級倍增器建立一輔助電壓以驅動一附加電路。這些實施例包括有：包括連接成藉由該輔助電壓來驅動之一位準偏移器，以及一閘極驅動器係連接成藉由該輔助電壓來驅動。
在一些實施例中，該交換網路包括有第一與第二雙相串級倍增器、以及由兩串級倍增器所共享之一相位節點。在一項實施例中，該第一串級倍增器係堆疊於該第二串級倍增器上並且為非同步，而該第二串級倍增器為同步。這些實施例包括有：該等第一與第二串級倍增器以相同頻率運作，以及該等第一與第二串級倍增器以不同頻率運作。
在一些實施例中，該調節網路包括有一降壓轉換器。這些實施例包括有：該降壓轉換器包括具有相同參考電壓之第一與第二端子。實例包括有：該降壓轉換器之第一與第二端子處於不同參考電壓，該降壓轉換器具有三個端子，以及該降壓轉換器具有處於一浮動電壓之浮動節點。在具有一浮動節點之實施例中，該浮動節點可介於兩個負載之間或介於兩個來源之間。
得以思忖各種其他調節網路。這些包括有一降壓-升壓轉換器、一升壓轉換器，以及甚至是一四端非反相降 壓-升壓轉換器。
在一些使用一升壓轉換器當作一調節網路的實施例中，該交換網路包括有一步降單相不對稱串級倍增器。在這些實施例的一些實施例中，連接至該調節網路之選擇開關令該交換網路將其正常輸出電壓一部分輸出。在其他實施例中，開關係導向成使得所對應寄生二極體之陰極彼此連接。這些實施例包括有：該第一級段為一調節網路。
這些實施例包括有：該調節網路調節複數條導線，其調節至多一條導線，以及其基於該調節網路之一輸入電壓而調節複數條導線其中一特定者。
該等實施例亦包括有：該調節網路具有複數個輸出埠，以及其為一多分接頭升壓轉換器。這些實施例包括有：該交換網路包括有一單相步降切換式電容器電路。
在又其他實施例中，該電力轉換器高於接地浮動。
在一些實施例中，該交換網路為可重新組配。在其他實施例中，其為可重新組配之調節網路。在又其他實施例中，兩者都為可重新組配。在任一狀況中，實施例包括有：一磁性濾波器連接至兩者中之可重新組配者。因此，一磁性濾波器可連接至該可重新組配交換網路或該可重新組配調節網路。
在一些實施例中，該交換網路包括有一雙相切換式電容器電路。這些實施例包括有：該切換式電容器電路 包括有串聯之泵電容器及串聯之直流電容器。
在一些實施例中，該交換網路包括一含有直流電容器之雙相交換電路，該直流電容器只在一空檔時間轉變期間才儲存來自該調節網路之電荷，該交換電路於該空檔時間轉變期間係介於狀態彼此間。
在又其他實施例中，該調節網路包含有一電感器，其促進該交換網路內之絕熱電荷轉移。
一些實施例亦包括有連接至該交換網路用以促進該交換網路內之絕熱電荷轉移的一磁性濾波器。這些實施例包括有：該磁性濾波器係連接於該交換網路與一負載之間，該磁性濾波器係連接於該交換網路與一來源之間，以及該調節網路與該磁性濾波器相配合以促進該交換網路內之絕熱電荷轉移。
實施例更包括有：具有連接至該交換網路用以約束流出該交換網路之電流的一電路，以及具有連接至該交換網路用以促進該交換網路內之絕熱電荷轉移的一電路。
在一些實施例中，該交換網路包括有一雙相步降交換網路，以及該調節網路為一步降網路。這些實施例包括有：該交換網路包括有一串級倍增器。在那些包括有一串級倍增器之實施例中，該調節網路可包括有一降壓轉換器。這些實施例亦包括有：該調節網路促進絕熱電荷轉移。
於再其他實施例中，該交換網路包括有一步降單相不對稱串級倍增器，以及該調節網路包括有令電壓步降的一轉換器。在這些實施例的一些實施例中，其為該第一 級段，為一交換網路。
在一些實施例中，該調節網路包括有被組配具有兩種運作模式之一多分接頭降壓轉換器。這些實施例包括有：該交換網路提供第一與第二電壓軌，其在運作時維持處於不同電壓。
又其他實施例包括有：該調節網路包括有一降壓轉換器，其具有多個分接頭並且被組配具有三種運作模式。這些實施例包括有：該交換網路提供第一、第二與第三電壓軌，其在運作時維持處於不同電壓。
該設備之其他實施例包括有：該交換網路包括有一雙相切換式電容器電路，以及該調節網路為一降壓轉換器。
該等實施例亦包括有：該調節網路包括有並聯之第一與第二調節電路。
在一些實施例中，該電力轉換器包括有第一與第二輸出。運作時，該等第一輸出與第二輸出維持處於對應之第一與第二電壓差。該第一電壓差為介於一第一電壓與一第二電壓之間的一差異，以及該第二電壓差為介於一第三電壓與該第二電壓之間的一差異。
在一些實施例中，該調節網路包括有並聯之第一、第二與第三調節電路。
在一些實施例中，該電力轉換器包括有第一第二與第三輸出。運作時，該等第一、第二與第三輸出維持處於對應之第一第二與第三電壓差。該第一電壓差為介於一 第一電壓與一第二電壓之間的一差異。該第二電壓差為介於一第三電壓與該第二電壓之間的一差異。而該第三電壓差為介於一第四電壓與該第二電壓之間的一差異。
在一些實施例中，該電力轉換器具有一第一端子與一第二端子，其中在運作時，跨該第一端子維持一第一電壓差並且跨該第二端子維持一第二電壓差。該第一電壓差為介於一第一電壓與一第二電壓之間的一差異，以及該第二電壓差為介於一第三電壓與該第二電壓之間的一差異，其中該第二電壓為可變。這些實施例中有一些亦具有提供該第二電壓之一第三級段。這些實施例亦包括有：該第三級段包括有一切換模式電力轉換器、一切換式電容器轉換器、一降壓轉換器或一串級倍增器。
在一些實施例中，該電力轉換器被組配用以提供具有一非零直流偏移之交流輸出。
在其他實施例中，該交換網路包括有一可重新組配非同步串級倍增器，以及該調節網路係連接至該交換網路以使該交換網路能夠造成一電壓步升或一電壓步降。在一些狀況中，該調節網路包括有一四開關降壓-升壓轉換器。
於再其他實施例中，該第一級段為包括有一可重新組配串級倍增器之一交換網路，該可重新組配串級倍增器以一單相同步運作，以及該調節網路包括有一四開關降壓升壓轉換器。這些實施例包括有：該調節網路於能夠使該交換網路進行電壓步升或進行電壓步降之一點連接至該 交換網路。
實施例亦包括有：該交換網路包括內有嵌入一電荷泵之一串級倍增器。該電荷泵可具有各種特性。舉例而言，該電荷泵可以是可重新組配的，或可以是一分數電荷泵。替代地，該嵌入式電荷泵在多種模式中運作，各模式對應於一變壓比。或者，該串級倍增器可能包括有一可重新組配雙相非同步步降串級倍增器。在這些實施例之任何一者中，該調節網路可包括有一雙相升壓轉換器。
於再其他實施例中，該電力轉換器更包括有與該第一級段和該第二級段串聯之一第三級段，其中該第二級段介於該第一級段與該第三級段之間，兩者都為交換網路。該調節網路包括有一降壓轉換器，以及兩交換網路都包括有一單相非同步步升串級倍增器。這些實施例包括有：在該調節網路之一輸出更包括有一穩定化電容器。
於再其他實施例中，該電力轉換器更包括有與該第一級段和該第二級段串聯之一第三級段，其中該第二級段介於該第一級段與該第三級段之間。在這些實施例中，該第一級段與該第三級段為交換網路，該調節電路包括有一降壓-升壓轉換器，該第一交換網路包含有一單相非同步步升串級倍增器，以及該第二交換網路包括有一單相同步步升串級倍增器。這些實施例包括有：在該調節網路之一輸出具有一穩定化電容器。
在一些實施例中，該電力轉換器更包括有與該等第一和第二級段串聯之一第三級段，其中該第二級段介於 該第一級段與該第三級段之間。該等第一與第三級段兩者都為調節網路。然而，該第一級段包括有一升壓轉換器，而該第三級段包括有一降壓轉換器。該交換網路包括具有等量級段之第一與第二串級倍增器。這些實施例中有一些亦具有藉由該等第一與第二串級倍增器共享之一相位泵。在其他實施例中，該等第一與第二串級倍增器180度異相運作。並且，在又其他實施例中，該等串級倍增器包含有對應之第一與第二開關堆疊，以及該交換網路之一輸出為介於該第一開關堆疊之一頂端與該第二開關堆疊之一頂端之間的一電壓差。
在一些實施例中，該電力轉換器更包括有與該等第一和第二級段串聯之一第三級段，其中該第二級段介於該第一級段與該第三級段之間。在這些實施例中，該第一級段與該第三級段為調節網路，該第一級段包括有一三階升壓轉換器，該第三級段包括有一降壓轉換器，以及該交換網路包括具有不等量級段之第一與第二串級倍增器。
在其他實施例中，該交換網路接收具有一第一部分與一第二部分之電流，其中該第一部分來自該調節網路，而該第二部分大於該第一部分，旁通該調節網路。
在一些實施例中，該電力轉換器更包括有與該第一級段和該第二級段串聯之一第三級段，該第二級段介於該第一級段與該第三級段之間。該第一級段為一第一調節網路，該第三級段為一第二調節網路，而該第一級段包括有一升壓轉換器。該第三級段包括有一降壓轉換器。該交 換網路包括具有不等量級段之串級倍增器。這些實施例包括有：該第二級段包括有連接至該第一級段之一附加電感器。
又其他實施例包括有一第三級段。在這些實施例中，該第一級段包括有一調節網路，該第三級段包括有一調節網路，該電力轉換器對一負載提供一第一電壓差，該第一級段對該第二級段提供一第二電壓差，該第二級段對該第三級段提供一第三電壓差，該第一電壓差為介於一第一電壓與一第二電壓之間的一電壓差，該第二電壓差為介於一第三電壓與一第四電壓之間的一電壓差，該第三電壓差為介於一第五電壓與一第六電壓之間的一電壓差，該第四電壓不同於該第二電壓，以及該第六電壓不同於該第二電壓。這些實施例包括有：該第二級段包括有一可重新組配交換網路。
在一些實施例中，該第一級段包括具有一可重新組配雙相串級倍增器之一交換網路，該可重新組配雙相串級倍增器具有被組配用以促進該串級倍增器中電容器彼此間的絕熱電荷轉移之一嵌入式電感器。在一些實施例中，該電感器係嵌入於一定電流通過之一位置。這些實施例亦包括有：該第二級段包括有一Zeta轉換器，以及該串級倍增器包括內有嵌入該電感器之一相位泵。在這些實施例之其他者中，該串級倍增器包括有泵電容器，以及該電感器係嵌入於使通過該電感器與一泵電容器之間的路徑數量達到最大之一位置。
在一些實施例中，該交換網路包括有與泵電容器串聯之一雙相串級倍增器。這些實施例包括有：該交換網路具有一可變轉移函數，以及該交換網路包括含有一嵌入式電荷泵之一相位泵。在後例中，該嵌入式電荷泵包括有開關組、泵電容器、以及操作該等開關組以在一第一運作模式與一第二運作模式之間造成轉變之一控制器，各該運作模式對應於用於該串級倍增器之一轉移函數。這些狀況包括有：該控制器操作該等開關組以使得該嵌入式控制器令該串級倍增器具有一轉移函數，其中該串級倍增器依該轉移函數提供一電壓增益或一電壓衰減。
在另一態樣中，本發明之特徵在於一種用於對一負載提供電力之設備包括有一電力轉換器，其以一第一形式接受電力並且以一第二形式提供電力。該電力轉換器包括有串聯之一控制系統、一第一級段與一第二級段。該第一級段以該第一形式接受電力。該控制系統控制該等第一與第二級段之運作。該第一級段為一交換網路或一調節網路。該第二級段在該第一級段為一交換網路時為一調節電路，否則為一交換網路。
這些及其他特徵經由以下詳細說明及附圖將會顯而易見，其中：
1~4、1A~2D‧‧‧開關
12A、12B‧‧‧交換網路
14‧‧‧電源
14A、14B‧‧‧來源
16A~16C‧‧‧調節網路
18A、18B‧‧‧負載
20A、20B‧‧‧電路
22‧‧‧電荷泵
32‧‧‧相位泵
圖1展示串聯有一調節電路與一交換網路之一電力轉換器； 圖2展示與圖1所示相反之一電力轉換器；圖3展示一電力轉換器，其具有串聯有兩個交換電路之一交換網路；圖4展示一電力轉換器，其具有串並聯有兩個交換電路之一交換網路；圖5展示介於兩個調節網路之間的一交換網路；圖6展示介於兩個交換網路之間的一調節網路；圖7展示一交換網路之一等效電路，其中輸入與輸出遭到隔離；圖8展示一交換網路之一等效電路，其中輸入與輸出具有一共同接地；圖9展示一交換網路之一等效電路，其中輸入與輸出具有一非共同接地；圖10展示圖1所示交換網路之一第一實作態樣；圖11展示圖1所示交換網路之一第二實作態樣，其中該交換網路為具有並聯泵送電容器之一雙相對稱串級倍增器；圖12展示圖1所示交換網路之一第三實作態樣，其中該交換網路具有堆疊於共享相位節點之雙相對稱串級倍增器頂端上之一雙相不對稱串級倍增器；圖13A展示圖10所示電力轉換器之一變例；圖13B展示一與圖13A所示類似之電力轉換器，但該調節網路與該交換網路順序逆轉；圖14A展示圖1所示交換網路之一第二實作態樣； 圖14B與14C展示圖14A所示相位泵之實作態樣；圖15A展示用於實施一調節網路之一降壓轉換器；圖15B至15C展示圖15A所示降壓轉換器之非隔離變例；圖16A至16B展示用於在前述電力轉換器之任何一者中實施一調節網路之非隔離降壓-升壓轉換器；圖17A至17B展示用於在前述電力轉換器之任何一者中實施一調節網路之非隔離升壓轉換器；圖18A至18B展示四端非反相降壓-升壓轉換器；圖19展示具有一重新組配交換網路之圖1之電力轉換器；圖20展示具有一重新組配調節網路之圖1之電力轉換器；圖21展示一電力轉換器，其中調節電路具有多於兩個輸出埠；圖22展示與圖21所示類似之一電力轉換器，但具有一雙相切換式電容器電路，而不是如一單相切換式電容器電路；圖23展示在一交換網路與一負載之間具有一磁性濾波器的一電力轉換器；圖24展示在一交換網路與一電源之間具有一磁性濾波器的一電力轉換器；圖25展示修改成在交換網路與負載之間包括有一磁性濾波器的圖22之電力轉換器； 圖26展示一電力轉換器，其使用與一步降調節網路串聯連接之一雙相步降交換網路；圖27展示與圖19所示類似之一電力轉換器，但該交換網路與該調節網路順序逆轉；圖28展示一電力轉換器，其中該調節電路為具有多個分接頭之一降壓轉換器；圖29展示與圖28所示類似之一電力轉換器，但該降壓轉換器具有四個分接頭，而不是三個分接頭；圖30展示圖26之電力轉換器，其具有實施該交換網路之一雙相切換式電容器電路、及實施該調節網路之一降壓轉換器；圖31展示具有兩個電壓輸出之一電力轉換器；圖32展示具有三個電壓輸出之一電力轉換器；圖33展示高於接地浮動之一電力轉換器；圖34為一4開關降壓-升壓轉換器實施調節網路而一可重新組配單相不對稱串級倍增器實施交換網路之一實施例；圖35為圖2所示電力轉換器之一特定實施例，其中一雙電感器降壓轉換器實施調節網路而一可重新組配雙相不對稱步升串級倍增器實施交換網路；圖36展示一電力轉換器之一實作態樣，其中交換網路具有嵌入於一串級倍增器內之一分離電荷泵；圖37展示圖36之嵌入式電荷泵；圖38展示圖6之電力轉換器，其中一降壓轉換器實施調 節電路，一單相不對稱步升串級倍增器實施第一交換網路，以及一單相對稱步升串級倍增器實施第二交換網路；圖39展示圖38之電力轉換器，其中降壓轉換器是以一降壓-升壓轉換器來更換；圖40展示一電力轉換器，其中具有等量級段之兩個串級倍增器實施交換網路；圖41展示一電力轉換器，其中具有不等量級段之兩個串級倍增器實施交換網路；圖42展示一電力轉換器，其中進入交換網路的大部分電流旁通升壓轉換器；圖43展示具有浮動調節網路與一接地交換網路之一電力轉換器；以及圖44展示圖2之一實作態樣，其中嵌入於交換網路中之電感器促進交換網路內之絕熱電荷轉移。
圖1展示串聯有兩個級段之一電力轉換器。取決於這兩個級段內電路系統之細節、以及控制器之運作，該電力轉換器將會是一直流對直流轉換器、一交流對直流轉換器、一直流對交流轉換器或一交流對交流轉換器。
各級段為一調節網路16A或一交換網路12A。所示電力轉換器使電壓/電流變換之功能與調節之功能分離。如圖1所示，作法是提供與一交換網路12A串聯之一調節網路16A。這兩個級段能以相同頻率、以不同頻率、同相及異相運作。
為求清楚，僅展示一電源14與一負載18A。這些組件實際上不為該電力轉換器之部分。其只代表待轉換電力之來源、以及此電力之最終取用者。這些組件與該電力轉換器之間的虛線指出其屬於任選。本圖及其他圖式中以虛線連接所示的其他組件同樣地屬於任選。舉例而言，調節網路16A與交換網路12A之間的虛線亦屬於任選。
在圖1中，電壓源14為一電壓源。然而，由於功率為電壓與電流之乘積，電源14可單純地為一電流源。一適合的電源14之實例包括有，但不限於一電池、一太陽能板、一燃料電池及一電力供應器。
電源14不需要輸送一定電力流。事實上，若有輸送，該電力轉換器也幾乎並非必要。畢竟，無論電源14所提供的電力流有多大變化，一電力轉換器的任務仍在於將具有特定特性之一定電力流輸送至負載18A。電源14只是一種電力來源，或對等地，由於功率是能量的時間導數，也可說是一種能量來源。
負載18A可以是任何類型之電氣負載。重點在於其為一淨能量取用者。一負載18A之實例包括有一微處理器、LED、RF PA或一DSP。事實上，負載18A甚至可能是另一電力轉換器。
圖中所示箭頭代表電力流動，而不是電力流動之幅度。因此，各級段可為雙向。在此類狀況中，若負載18A供應電力，則負載18A作為一電源14且電源14作為一負載18A。然而，在一些實施例中，一或多個級段為單向。另外， 還存在一級段可以是一步升級段、一步降級段或一步升/降級段的實施例。
所示調節網路16A本身可包含有運作為一組合之二或更多個構成調節電路，以便調節一些電氣參數。這些調節電路可具有不同電壓額定值並且以不同方式彼此連接。在一些實施例中，該等調節電路串聯連接。在其他實施例中，其並聯、串並聯或並串聯連接。
包含有一調節網路16A之調節電路可為不同類型。舉例而言，一調節網路16A可包含有與一線性調節器組合之一降壓轉換器。適合的調節電路之實例包括有一降壓轉換器、一升壓轉換器、一降壓-升壓轉換器、一返馳式轉換器、一推挽轉換器、一順向轉換器、一全橋轉換器、一半橋轉換器、一多位準轉換器(降壓或升壓)、一共振轉換器、一庫克轉換器、一SEPIC轉換器、一Zeta轉換器以及一線性調節器。
與調節網路16A相似，交換網路12A亦可由相配合交換電路之一組合所構成。這些個別交換電路可具有不同變換比、相同變換比及不同電壓額定值。其也可以是不同種類之交換電路，例如串並聯或串級倍增器電路。
一串級倍增器包括有一開關堆疊、一相位泵、泵電容器、以及任選地直流電容器。該相位泵包含有相配合用以建立一泵信號V clk 之一對開關。一般而言，時脈的兩種狀態是藉由一短暫的空檔時間來分離以容許暫態及類似者衰減。在需要對時脈信號提供一餘補的串級倍增器中，相 位泵包括有用以產生該餘補之另一對開關。該開關堆疊為一串連接於該串級倍增器之輸入與輸出之間的開關。
在該交換電路為一串級倍增器的狀況中，其可為不對稱、對稱串聯泵送、或並聯泵送。附加類型之交換電路包括有串並聯交換電路、並串聯交換電路、電壓倍增電路及Fibonacci電路。這些構成交換電路可彼此串聯、並聯、串並聯或並串聯連接。所示電力轉換器之一些組態許可絕熱電荷轉移到或轉移出交換網路12A中之一電容器。
其他組態的特徵在於一可重新組配交換網路12A，其在轉移電荷的過程中於二或更多種狀態之間轉變。此電荷轉移取決於跨該電容器之端子的電壓。重新組配交換網路12A涉及令該網路中之開關將狀態變更為造成此電壓改變。重新組配舉例而言，可在交換網路12A之埠口彼此間要變更電壓或電流變換時出現。
圖1亦展示控制該電力轉換器中一或多個級段運作之一控制器。該控制器對一I/O信號與一時脈信號作出回應。在一些實施例中，該I/O信號為一數位通訊信號。該時脈信號可以是來自一時脈之一信號，或可以是來自某類比參考之一信號。這可能是使用者所設定之一信號。替代地，另一子系統設定此信號，並將其發送至該電力轉換器。
在一些實施例中，該控制器從該電力轉換器接收多個感測器輸入，並且沿著第一與第二路徑P1、P2提供控制信號。對該等感測器輸入提供之感測器信號的實例為V O 、V X 、V IN 、I IN 、I X 及I O 。在前述感測器輸入中，V IN 、V X 及V O 之負端子可處於接地、高於接地或低於接地，端視其對應的調節電路與交換網路而定。事實上，由於電壓在兩點彼此間反映一電位能差，關於接地並無特別要注意的特殊事項。
該控制器之功能是用來努力控制調節網路16A與交換網路12A兩者以控制V IN 、I IN 、V O 及I O 。實行這點時，該控制器可使用前授控制或回授控制。前授控制涉及基於一輸入來選擇一輸出控制信號，而回授控制涉及基於一輸出來選擇一輸出控制。
適用的附加控制方法包括有電壓模式控制、電流模式控制、遲滯控制、PFM控制、脈衝跳躍控制及漣波為基之控制。在依賴電壓模式控制的實施例中，控制可為線性或非線性。在依賴電流模式控制的實施例中，電流可基於一電流平均值或一電流峰值。
該調節網路與該交換網路有各種互連方式。圖1、2、5及6展示四個基本構建塊。
特別的是，圖1展示與一調節網路16A串聯之一交換網路12A，負載18A係連接至交換網路12A，而電源14係連接至調節器網路16A。
圖2類似於圖1，但電源14與負載18A已調換。因此，在圖2中，電源14連接至交換網路12A，而負載18A連接至調節網路16A。當電力供應自圖1所示電力轉換器中的負載18A時，結果為與圖2所示相當之一電力轉換器。
如上述，一交換網路12A有可能包含有二或更多 個交換電路。圖3展示一特定實例，其中一交換網路12A具有兩個串聯的交換電路。各交換電路為一級段。假設各級段的切換式電容器拓樸結構都相同，所產生之交換網路12A在開關與電容器數量相同的情況下達到一更大的變換比。替代地，交換網路12A可在開關與電容器更少的情況下達到相同的變換比。另一方面，圖3所示電力轉換器的缺點在於，相較於單一級段狀況，兩個級段其中至少一者中組件上的電壓應力增大。
圖4展示一實施例，其中交換網路12A具有串並聯連接之第一與第二交換電路。該第一交換電路達到一4：1的變換比，而該第二交換電路達到一3：1的變換比。結果是，介於調節網路16A與交換網路12A之間的一中間電壓V X 可以是輸出電壓V O 之任何部分。在所示電力轉換器中，中間電壓V X 與輸出電壓V O 相等。然而，如果第一交換電路的變換比為4：1且第二交換電路的變換比為2：1，則中間電壓V X 會大於輸出電壓V O 。類似的是，如果第一交換電路的變換比為4：1且第二交換電路的變換比為7：2，則中間電壓V X 會小於輸出電壓V O 。
圖5與圖6展示代表性三級段實施例。
圖5的實施例類似於圖1的實施例，但內含連接至交換網路12A之一附加調節網路16B。結果是，交換網路12A介於兩個調節網路16A、16B之間。
相反地，圖6的實施例類似於圖2的實施例，但內含連接至調節網路16A之一附加交換網路12B。結果是，調 節網路16A介於兩個交換網路12A、12B之間。
上述四個構建塊以各種方式組合。舉例而言，將圖5之構建塊與圖1之構建塊組合會導致一電力轉換器，其中一第一調節網路連接至一第一交換網路之一輸入，其輸出連接至一第二調節網路之一輸入。此第二調節網路之輸出通往一第二交換網路之一輸入。在所產生之電力轉換器中，電源14連接至該第一調節網路之一輸入，而負載18A連接至該第二交換網路之一輸出。
圖7至9為適用於將一交換網路12A之行為建模的電路。特別的是，一交換網路12A提供由一第一電壓V 1至一第二電壓V 2 之一變壓，而第二電壓V 2與第一電壓V 1有一整數比率的關係。常用的比率為1：3、1：2、1：1、2：1及3：1。輸出電阻器R O負責因各種組件有限電阻所致的電壓降。舉例而言，在意欲提供一1：2變換比之一交換網路12A中，一不罕見的實際變換比為1：1.9左右，而不是理想比率1：2。
圖7所示的模型因為第二電壓V 2可與第一電壓V 1隔離而有別於圖8至9所示的模型。另外，有可能任意地使第一電壓V 1之負端子與第二電壓V 2之負端子分離。這可藉由將一傳統切換式電容器電路與一電容性隔離級段組合來達成。然而，代價為組件成本、尺寸增大且效率降低。
圖8所示的模型因為其共同接地而有別於圖7與圖9所示的模型。某些應用中期望有一共同接地。舉例而言，諸如行動電話、平板電腦及筆記型電腦等許多依賴一電池之裝置中，裝置各處使用的是相同的接地。
圖9所示的模型具有一非共同接地。特別的是，一偏移電壓V off 使第一電壓V 1側變換器繞組的負端子與第二電壓V 2側變換器繞組的負端子分離。此切換式電容器拓樸結構設定偏移電壓V off 的範圍。在某些應用中，用以設定該偏移電壓的能力是有助益的。
圖10展示圖1中交換網路12A之一特定實作態樣。在所示實施例中，交換網路12A為一步降單相不對稱串級倍增器，其具有第一與第二組之一或多個開關。這些開關組在本文中為求方便，將會稱為第一與第二「開關」1、2，要理解各者可由共調運作之多個開關來實施。交換網路12A更包括有泵電容器C5至C7及直流電容器C1至C4。泵電容器C5至C7因為其負端子全都連接至一泵信號V clk 而呈並聯。直流電容器C1至C4因為其負端子連接至接地而呈並聯。運作時，這些直流電容器C1至C4儲存來自泵電容器C5至C7之電荷。
正常運作期間，交換網路12A以一特定頻率及諸如50%之工作週期於一第一與第二狀態之間交變。
該第一狀態期間，第一開關1閉接而第二開關2斷開。該第二狀態期間，第一開關1斷開而第二開關2閉接。第一與第二開關1、2兩者於狀態彼此間轉變之頻率可如同或有別於調節網路16A於狀態彼此間切換之頻率。這些頻率若相同，則可以，但不需要同相。
泵電容器C5至C7隨著泵信號V clk 於零伏特與輸出電壓V O 之間交變而上下擺動。電荷於各時脈週期在一泵 電容器C5至C7與一直流電容器C1至C4之間移動。在所示特定實施例中，電荷於三個時脈週期之後從一直流電容器C1跑到最後一個直流電容器C4。整體而言，交換網路12A可使用圖9所示的電路模型建模成具有一1：1之變換比及一3V O 之偏移電壓V off 。
在圖11所示之一替代實施例中，交換網路12A為具有並聯泵送電容器之一雙相對稱串級倍增器。所有開關都以參照圖10所述的相同方式運作。串級倍增器係參照美國專利第8,860,396號中圖15的描述來說明，其內容係以參考方式併入本文。
圖11所示實施例之一特定特徵在於該串級倍增器內沒有直流電容器(亦即，電容器C1、C2位在該等輸入與輸出端子)。結果是，有必要加入一第一開關1A、一第二開關2A以及一第一直流電容器C2。第一直流電容器C2的唯一功能是用來使節點電壓保持相對恆定。結果是，第一直流電容器C2的電容取決於期望流入與流出第一直流電容器C2之電荷量、以及節點電壓之電壓漣波要求。
運作時，第一開關1A與第二開關2A絕不會在同一時間處於閉接狀態。為求更大可能範圍，第一開關1A與一第一開關組1同步，以使得當第一開關1A斷開時，第一開關組1中的所有開關也都斷開，而當第一開關1A閉接時，第一開關組1中的所有開關也都閉接。類似的是，為求更大可能範圍，第二開關2A與第二開關組2同步，以使得當第二開關2A斷開時，第二開關組2中的所有開關也都斷開，而當第 二開關2A閉接時，第二開關組2中的所有開關也都閉接。結果是，當泵信號V clk 處高時，一泵電容器C8連接至第一直流電容器C2。當泵信號V clk 處低時，一泵電容器C5係連接至第一直流電容器C2。
圖11所示實施例之一優點在於其變為有可能建立附加直流電壓。舉例而言，有可能跨一第二直流電容器C3建立一輔助電壓。該輔助電壓因此變為可用來驅動其他電路，包括有諸如閘極驅動器與位準偏移器之電路、或任何其他在運作期間需使電壓落於電力轉換器之輸入電壓V IN 與輸出電壓V O 之間的電路。
又另一優點在於有可能將第二直流電容器C3中所儲存之電荷用於供應一線性調節器，從而建立一已調節電壓。
在圖12所示的又另一實施例中，交換網路12A之特徵為堆疊於共享有相位泵節點(即泵信號V clk 與其餘補)之雙相對稱串級倍增器頂端上之一雙相不對稱串級倍增器。所有開關都以參照圖10所述的相同方式運作。
兩串級倍增器因為所示實施例中節點共享而以相同頻率運作。然而，並不要求共享該相位泵。
另外，在所示特定實施例中，各級段的變換比相對較低。然而，對於變換比並無特殊限制條件。舉例而言，很有可能該雙相不對稱串級倍增器具有一為2：1的變換比，而該雙相對稱串級倍增器則具有一為10：1的變換比。
圖12所示結構之一優點在於該對稱串級倍增器 缺乏直流電容器，而且開關也比一對應的不對稱串級倍增器更少。因此，圖中所示兩者的組合具有更少的開關及更少的直流電容器。另一方面，第一與第二開關S1、S2阻絕的電壓是其他開關的兩倍。
圖13A展示一電力轉換器，其為圖10所示電力轉換器之一變例。在圖13A所示的電力轉換器中，中間電壓V X 係跨直流電容器C1、C3予以施加，而不是跨圖10所示的直流電容器C1、C2予以施加。對應的電路模型如圖9所示，但其變壓比為2：1且偏移電壓V off 為2V O 。在一些狀況中，取決於調節網路16A的性質，圖13A所示的組態許可一比圖10所示組態更寬的輸入電壓V IN 範圍。
圖13B展示一與圖13A所示類似之電力轉換器，但調節網路16A與交換網路12A順序逆轉。圖13A所示組態中的交換網路12A造成電壓步降，不同的是，在圖13B所示的組態中，交換網路12A造成電壓步升。
圖14A展示一與圖10所示類似之電力轉換器，差別在於串級倍增器為一雙相串級倍增器，而不是一單相串級倍增器。另外，泵電容器C1至C3呈串聯，而不是並聯。結果是，跨泵電容器C1至C3不會出現過高電壓。另一方面，所需電容高於圖10所示交換網路12A中所需的電容。將泵電容器C1至C3串聯連接的又另一缺點在於當電荷重新分布期間此等電容器彼此間出現絕熱電荷轉移時，與此重新分布相關聯的損耗大於與圖10所示交換網路12A相關聯的損耗。
該串級倍增器包括有一相位泵32。圖14B至14C展示適合的相位泵之實例。與習知相位泵不同的是，圖14B至14C所示的相位泵包括有嵌入式電荷泵。所產生之相位泵因此可產生具有可變增益的泵信號。特別的是，圖14B所示的相位泵32提供電壓衰減；圖14C所示的相位泵32提供電壓增益。
圖14B所示的相位泵32包括有一第一對開關1、一第二對開關2、一第三對開關3、一第四對開關4、一第一泵電容器C1以及一第二泵電容器C2。回應於接收一輸出電壓V O ，所示相位泵32產生一泵信號V clk 及其餘補。
運作時，相位泵32在一第一運作模式或一第二運作模式中運作。在該第一運作模式中，該泵信號V clk 於0伏特與V O /2伏特之間交變。在該第二運作模式中，泵信號V clk 於0伏特與V O 伏特之間交變。
該第一模式中之運作需要相位泵32根據以下表1A中的切換型樣在四種狀態之間轉變。
該第二模式中之運作需要相位泵32根據以下表1B中的切換型樣在兩種狀態之間轉變。
該等第一與第二模式之間的切換使相位泵32能夠變更該串級倍增器之轉移函數。舉例來說，若圖14A中的相位泵32是如圖14B所示來實施，則在該第一模式中，該變換比會是1：2且一偏移電壓V off 會是2V O 伏特，但在該第二模式中，該變換比會是1：1且一偏移電壓V off 會是3V O 伏特。
圖14C所示的相位泵32包括有一第一組開關1、一第二組開關2、一第一泵電容器C1以及一第二泵電容器C2。回應於接收一輸出電壓V O ，所示相位泵32產生一泵信號V clk 及其餘補。
在正常運作中，相位泵32於一第一與一第二狀態之間轉變。於該第一狀態期間，該第一組開關1中的開關閉接而該第二組開關2中的開關則斷開。於該第二狀態期間，該第一組開關1中的開關斷開而該第二組開關2中的開關則閉接。
圖14B所示泵信號32提供具有低於輸出電壓V O 之一峰值的一交變信號，與其不同的是，此相位泵32提供具有高於輸出電壓V O 之一峰值的一交變信號。由於泵信號V clk 的峰值電壓為輸出電壓V O 的兩倍，圖14C所示的相位泵32比使用兩對開關之一標準相位泵產生一更高的變換比與偏移電壓V off 。
舉例來說，若圖14A所示的相位泵32是如圖14C所示來實施，相較於一標準相位泵1：1的變換比及3V O 伏特的V off ，變換比會是2：1且一偏移電壓V off 會是5V O 伏特。
圖15A展示可搭配實施一調節網路16A使用之一降壓轉換器。該降壓轉換器類似於如附錄之表格中組態「A1」所示的降壓轉換器。
在圖15A中，該降壓轉換器具有一輸入端子、一輸出端子以及一共同負端子。該共同負端子維持處於一共同電壓V com 。該輸入端子維持處於與共同電壓V com 相差V 1伏特之一第一電壓V 1。該輸出電壓維持處於與該共同電壓相差V 2伏特之一第二電壓V 2。
該降壓轉換器包括有一第一開關S1、一第二開關S2、一電感器L1以及一驅動電路20A。驅動電路20A接收一控制信號VR並且輸出適用於控制第一與第二開關S1、S2之電壓。
該輸入端子與該輸出端子實際上並不需要共享一共同負端子。事實上，具有兩個開關S1、S2、一電感器L1以及四個端子之非隔離調節電路有六種可能組態。其中兩種為降壓轉換器。其乃示於圖15B至15C中。有兩種為降壓-升壓轉換器，其乃示於圖16A至16B中。而剩餘兩種為升壓轉換器，其乃示於圖17A至17B中。若想要具有四個開關S1、S2、S3、S4，則會出現另外的可能性，其中兩種乃示於圖18A至18B中。
調節電路有別於上述的組態實例乃示於附錄 中。附錄中所示的例示性調節電路全都可以在調節網路16A內使用。
圖15B至15C所示的降壓轉換器各具有一正輸入端子及輸出端子，並且具有各自的負端子。為了便於論述，圖15B至15C中降壓轉換器各端子的電壓已有指定名稱及實際值。各降壓轉換器具有第一與第二開關S1、S2、一電感器L1以及一驅動電路20A。驅動電路20A接收一控制信號VR，並且將控制第一與第二開關S1、S2之電壓輸出作為回應。驅動電路20A以一接地電位(即0V)為基準，其為圖15B中的負輸入端子、以及圖15C中的負輸出端子。驅動電路20A內可能需要一位準偏移器或一自舉電路，用來提供適當電壓信號以控制第一與第二開關S1、S2。
運作時，圖15B至15C中的降壓轉換器於一第一狀態與一第二狀態之間轉變。在該第一狀態中，第一開關S1閉接而第二開關S2斷開。在該第二狀態中，第一開關S1斷開而第二開關S2閉接。在使用此調節網路16A之一電力轉換器中，該正輸出端子處的電壓+V 2低於該正輸入端子處的電壓+V 1。
在圖15B所示的降壓轉換器中，攜載一浮動電壓-V 2之負輸出端子係介於兩個負載18A、18B之間。同時，電壓+V 2受到約束而於+V 1與-V 2之間浮動。在圖15C所示的降壓轉換器中，攜載一浮動電壓-V 1之負輸入端子係耦合於兩個來源14A、14B之間。同時，電壓+V 2受到約束而於+V 1與-V 1之間浮動。
圖16A至16B展示用於實施調節網路16A之四端降壓-升壓轉換器。在圖16A中，電壓-V 2於+V 1與+V 2之間浮動。在圖16B中，電壓-V 1於+V 1與+V 2之間浮動。
各降壓-升壓轉換器具有第一與第二開關S1、S2、一電感器L1、以及接收一控制信號VR並且將控制開關S1、S2之電壓信號輸出作為回應的一驅動電路20A。該等降壓-升壓轉換器於第一與第二狀態之間轉變。在該第一狀態中，第一開關S1閉接而第二開關S2斷開。相反地，在該第二狀態中，第一開關S1斷開而第二開關S2閉接。在使用此調節網路16A之一電力轉換器中，該正輸出端子處的電壓+V 2可高於或低於該正輸入端子處的電壓+V 1。
圖17A至17B展示用於實施調節網路16A之升壓轉換器。在圖17A所示的升壓轉換器中，電壓+V 1介於+V 2與-V 2之間。在圖17B所示的升壓轉換器中，電壓+V 1介於+V 2與-V 1之間。
各升壓轉換器的特徵在於第一與第二開關S1、S2、一電感器L1、以及接收一控制信號VR並且將適用於驅動第一與第二開關S1、S2之電壓輸出作為回應的一驅動電路20A。
運作時，各升壓轉換器於第一與第二狀態之間轉變。在該第一狀態中，第一開關S1閉接而第二開關S2斷開。相比之下，在該第二狀態中，第一開關S1斷開而第二開關S2閉接。在使用圖17A或17B之升壓轉換器來實施之調節網路16A中，該正輸出端子處的電壓+V 2高於該正輸入端子處 的電壓+V 1。
調節網路16A亦可使用具有一第一開關S1、一第二開關S2、一第三開關S3、一第四開關S4、一電感器L1以及四個埠口的非隔離調節電路來實施。各種組態乃展示於附錄的表格中。
圖18A至18B展示此類四端非反相降壓-升壓轉換器的兩項實施例，其各可運作於降壓模式或升壓模式，端視開關組態而定。在降壓-升壓中，該調節器造成電壓步降，而在升壓模式中，其造成電壓步升。
運作於降壓模式時，第一開關S1閉接而第二開關S2斷開。剩餘開關則是運作為在第一與第二狀態之間轉變。在該第一狀態中，第三開關S3閉接而第四開關S4斷開。在該第二狀態中，第三開關S3斷開而第四開關S4閉接。在降壓模式中，+V 2<+V 1，並且-V 2<+V 1。
運作於升壓模式時，第三開關S3閉接而第四開關S4斷開。剩餘開關則是運作為在第一與第二狀態之間轉變。在該第一狀態中，第一開關S1閉接而第二開關S2斷開。在該第二狀態中，第一開關S1斷開而第二開關S2閉接。運作於升壓模式時，+V 2>+V 1，並且-V 2<+V 1。
一轉換器沿著圖18A至18B所示的線路時，由於加寬了其端子處的可接受電壓極限而令人期望。然而，如此一來，代價為組件成本與尺寸增大且效率降低。
圖10至13所示電力轉換器之一缺點在於偏移電壓V off 固定為輸出電壓V O 之一特定部分。舉例而言，在圖10 所示的電力轉換器中，偏移電壓Vo ff 為4V O 。在圖13所示的電力轉換器中，偏移電壓V off 為2V O 。這在輸入電壓V IN 或輸出電壓V O 於一窄範圍內受到約束的情況下是可接受的。然而，若輸入電壓V IN 或輸出電壓V O 在一比此窄範圍更寬的範圍內變動，則可將調節網路16A置於與其特定實作態樣相關聯的可接受電壓極限外。這會在運作範圍內產生間隙或使該等開關出現過電壓。
圖19所示的電力轉換器克服前述缺點。所示電力轉換器為圖1所示的一種電力轉換器，其中交換電路12A乃使用具有選擇開關S3至S10之一步降單相不對稱串級倍增器來實施，且調節網路16A乃使用圖17A所示的調節電路來實施。
所示交換網路12A為一可重新組配切換式電容器網路之一實例。用以實施此一可重新組配切換式電容器網路的方式有許多種。事實上，就原理而言，若可以新增任意數量的開關，則用以實施此一可重新組配切換式電容器網路的方式有無限多種。
調節網路16A包括有第一與第二主動開關3、4以及一電感器L1。第一與第二主動開關3、4以一特定工作週期與頻率於第一與第二狀態之間循環。
取決於藉由輸入電壓V IN 與輸出電壓V O 所設定的所需偏移電壓V off ，偏移電壓V off 藉由選擇性啟用及停用選擇開關S3至S10而設定為輸出電壓V O 的一部分。特別的是，表2中展示各選擇開關在各種偏移電壓V off 下的狀態：
有些停用的開關(即OFF(阻斷))會看到一比調節網路16A中主動開關更高的電壓。
舉例而言，假定V 4等於一伏特。則V 3等於二伏特，V 2等於三伏特，而V 4等於四伏特。運作於表2第一行所述的模式中時，開關S3與S7為ON(接通)：跨開關S6為三伏特且跨開關S5為二伏特，而跨主動開關3、4為一伏特。一般而言，選擇開關S3至S10不是必須具有一比主動開關3、4更高的電壓額定值，便是必須實施成串級之低電壓開關。
此電路之另一問題在於，跨選擇開關S3至S10的電壓會改變極性。這會造成困境，因為一MOSFET具有一與之並聯的寄生二極體，其極性取決於該MOSFET之本體接觸繫結的位置。舉例而言，在一項實施例中，調節網路16A之第一主動開關3為具有一寄生二極體D1之一MOSFET，該寄生二極體之正端子連接至電感器L1。.結果是，第一主動開關3僅可阻絕在主動開關3輸出側端子比在主動開關3電感器側更高之一電壓。因此，選擇開關S3至S10必須能夠進行雙向阻絕。一種方式是將兩個開關背靠背連接，兩者的本體乃繫結成使得其對應寄生二極體的陰極(負端子)彼此連接。另一方式是提供用於即時變更該寄生二極 體極性的電路系統，舉例而言，藉由提供一本體攫取器電路來達成。
所示電力轉換器更包括有一斷接開關S11，用來在出現一故障時保護該電力轉換器中的低電壓開關(美國專利第8,619,445號中有說明)。斷接開關S11必須為一用以達成此功能的高電壓開關。此開關由於並非例行運作，因而可變大以降低其電阻。然而，如此一來，晶粒成本會提高。
在一些作法中中，一升壓轉換器由於只在其工作週期介於約5%與95%之間時才實用，可用輸出電壓之空間中因而會有間隙。
用以填充這些間隙的方式至少有兩種。第一種方式是在調節網路16A之輸入將斷接開關S11暫時當作一線性調節器。另一種方式是將一線性調節器置放於調節網路16A之輸出處。這兩種方式的代價都是效率。兩者之中，在輸入處置放該線性調節器屬於較佳，因為這樣比在輸出處置放該線性調節器更加不會損及效率。
就原理而言，有可能重新組配調節網路16A或交換網路12A。圖20展示一種電路，其中調節網路16A被組配用以取決於電力轉移方向來接受或產生電壓V 1至V 4。運作時，調節網路16A調節至少一條導線。然而，在一些實施例中，調節網路16A調節超過一條導線。在調節網路16A調節超過一條導線的那些實施例中，其並未取決於輸入電壓V IN 的值。舉例而言，若輸入電壓V IN 處低，則調節網路16A會 調節V 3 。若輸入電壓V IN 處高，則調節網路16A會調節V 1。重新組配的是此調節網路16A，而不是交換網路12A。
排除使用一串選擇開關使具有兩個輸出埠之一調節網路16A存在不同電壓，如圖19所示，取而代之地，使用具有超過兩個輸出埠之一調節網路16A也是相當有可能的。圖21展示具有此一組態之一電力轉換器。
圖21所示的電力轉換器包括有一可重新組配交換網路12A及一可重新組配交換調節網路16A。重新組配在兩種狀況中是藉由重新組配開關來實行。這些重新組配開關並未涉及該網路的實際運作。其功能是在該網路上選擇不同的分接點。
在圖21所示的電力轉換器中，可重新組配交換網路12A是一種單相步降切換式電容器電路。可重新組配調節網路16A是一種具有主動開關S1至S5、一疊接開關S6、一電感器L1及一斷接開關S11之多分接頭升壓轉換器。
正常運作期間，主動開關S1至S5中只有兩個以某特定頻率斷開與閉接。剩餘主動開關刖停用。該升壓轉換器連接至交換網路12A上的多個分接頭。使該升壓轉換器得以藉由控制已啟用主動開關的時間比來調節兩個直流電容器之間的電壓差。此控制導致一經過調節的輸出電壓V O 。由於兩個直流電容器之間的電壓差為輸出電壓V O ，主動開關S1至S5因而僅必須支援輸出電壓V O ，其為低電壓。在所示實例中，各主動開關S1至S5僅必須支援一伏特。然而，停用的開關正常情況下必會看到一更高電壓。交換網路12A 內之選擇開關S6至S10阻絕此電壓，藉此防護此等停用的主動開關免於必須忍受此電壓。
下面表3展示此等開關用以實現一特定LX信號V LX 的適當組態。
斷接開關S11額定是用來處理最高電壓。其功能是用來斷接輸入與輸出。然而，亦可用於啟動期間、一電源對接地短路期間，還可作用為一線性調節器，其方式已參照圖19論述過。
圖21的電力轉換器與圖19所示的電力轉換器具有相同數量的開關。然而，其具有的高電壓開關更少。特別的是，圖19所示的電力轉換器具有八個高電壓開關，而圖21中的電力轉換器則僅具有五個。另一方面，圖19所示的電力轉換器僅具有兩個主動開關，而不是圖21之電力轉換器用的五個。這意味著圖19所示的電力轉換器需要更小的閘極驅動器及更少的位準偏移器。
在兩種狀況中，選擇開關必須能夠進行雙向阻絕。因此，圖19與圖21的電力轉換器都包括有雙向開關或本體攫取器。
圖21之電力轉換器有一項缺點，即該等主動開關 同時看到正與負極性。使得重新組配圖21之電力轉換器比重新組配圖19所示之電力轉換器更加困難許多且更耗成本。
圖22展示與圖21所示類似之一電力轉換器，但差別在於交換電路12A乃實施成一雙相切換式電容器電路，而不是如一單相切換式電容器電路。另外，泵電容器C4至C9與直流電容器C0至C3都呈串聯。這意味著其負端子並未栓至一共同電壓。儘管有這些差異，圖21至22所示的電力轉換器仍以一類似方式運作。
圖22所示的交換網路12A具有比圖21所示交換網路更多的組件。然而，圖22所示雙相交換網路12A中的各直流電容器可具有一比圖21所示單相交換網路12A中之一對應直流電容器更小之電容器。這是因為在圖21所示的單相交換網路12A中，該等直流電容器儲存來自該等泵電容器之電荷。相比之下，在圖22之雙相交換網路12A中，該等直流電容器只在空檔時間內才儲存來自該升壓轉換器之電荷，交換網路12A在該空檔時間內於第一與第二狀態之間轉變。
在目前所述的電力轉換器中，交換網路12A中電容器之絕熱充電與放電是藉由調節網路16A中之一電感器來達成。然而，藉由提供一分離磁性濾波器來將啟用絕熱電荷轉移與調節之功能分離是有可能的。在圖23中，圖1之電力轉換器係修改成在負載18A與交換網路12A之間包括有一磁性濾波器。在圖24中，圖1之電力轉換器係修改成在 電源14與交換網路12A之間包括有一磁性濾波器。
將一磁性濾波器併入圖5至6所示之電力轉換器也是有可能的。事實上，當圖5所示第二調節網路16B的工作週期趨近100%時，第二調節網路16B有效變為一磁性濾波器。對於如圖15C所示實施之一調節網路12A，第二調節網路16B可藉由永久閉接第一開關S1並且斷開第二開關S2來轉換成一磁性濾波器。
在一些實施例中，即使存在一磁性濾波器，調節網路16B仍參與啟用絕熱電荷轉移。舉例而言，該磁性濾波器可造成一第一電容器絕熱充電，調節網路16A則造成相同的第一電容器絕熱放電，反之亦然。
圖25展示修改成在交換網路12A與負載18A之間包括有一磁性濾波器的圖22之電力轉換器。所示磁性濾波器包含有一電感器L2及一電容器C0。如圖23至24所述，一磁性濾波器的存在為交換網路12A中的電容器提供絕熱充電或放電。該磁性濾波器在交換網路12A之輸出處約束電流之流動，藉此降低交換網路12A中電容器間的重新分布電流，並從而減少此重新分布引起的損耗。
一磁性濾波器之使用為翼展該間隙提供另一方式，此間隙是為了符合一電壓要求，而在一調節網路16A必須運作於其允許工作週期範圍外之一工作週期時產生的。在沒有一磁性濾波器的實施例中，這些間隙是藉由將一開關當作一線性調節器使用來填充。然而，線性調節器缺乏效率。
當一磁性濾波器可用時，便可避免使用一缺乏效率的線性調節器，而可藉由截切交換網路12A之輸出並使其通過該磁性濾波器產生一直流輸出來翼展該間隙。在一些實施例中，交換網路12A中的開關實行該截切。在其他實施例中，可新增一附加開關S12以輔助截切。請注意，以虛線連接所示的元件屬於任選。在一降壓-升壓轉換器實施調節網路16A之那些實施例中，交換網路12A處不需要一線性調節器，也不需要電壓截切。
表4彙總兩項實施例之運作，其中一者具有一附加開關S12，而另一者不具有此附加開關。表格之選項1展示交換網路12A中的開關如何於第一與第二狀態之間轉變以實行截切。選項2展示附加開關S12之使用如何在該等第一與第二狀態之間有效新增一第三狀態。選項2之一效益在於兩個串聯連接之開關不必導通，因此減少損耗。另外，選項2提供可在交換網路12A於狀態彼此間轉變時導通之一內接二極體。
圖26展示一電力轉換器，其使用與一步降調節網路16A串聯連接之一雙相步降交換網路12A以將一輸出電壓V O 限制在二伏特與四伏特之間。交換網路12A可為任何類型。然而，一良好選擇為一串級倍增器，部分原因在於 調節網路16A將會接著在交換網路12A中的電容器彼此間許可絕熱電荷轉移。具有第一與第二開關3、4、一電感器L1及一電容器C1之一降壓轉換器實施調節網路16A。
正常運作期間，調節網路16A以一特定頻率與工作週期於一第一與第二狀態之間交變，其中該工作週期決定該變換比。該第一狀態期間，第一開關3閉接而第二開關4斷開。第一開關3斷開期間，第二開關4則閉接。
圖27展示與圖19所示類似之一電力轉換器，但寬範圍的是一輸出電壓V O ，而不是一輸入電壓V IN 。與圖19之電力轉換器不同的是，圖27之電力轉換器具有造成電壓步降而不是步升之一調節網路16A。另外，交換網路12A與調節網路16A的順序與圖19所示相反。所產生之組態在交換網路12A中的至少一些電容器之間實現絕熱電荷轉移。
圖27中的電力轉換器沿著搭配圖19所提出的線路繼續運作。特別的是，一控制器根據表2的時序型樣來控制該等開關。
用以取得一寬電壓範圍之另一方式是使用一步降交換網路12A，並且以具有多個分接頭之一降壓轉換器實施調節網路16A，如圖28所示。交換網路12A接受一輸入電壓V IN 並且提供兩條電壓軌：一第一軌處於二伏特而一第二軌處於四伏特。該降壓轉換器的特徵為兩種運作模式：一第一模式中，LX信號V LX 在一切換週期內於零伏特與二伏特之間交變，而一第二模式中，LX信號V LK 在一切換週期內於二伏特與四伏特之間交變。表5中提出用於該等開關的時序 型樣，標示「ON」的開關在整個切換週期內閉接，而標示「OFF」的開關在整個切換週期內斷開。
圖28所示電力轉換器之一優點在於各開關僅必須支援二伏特。另外，該等開關被組配成不需要本體攫取器電路系統。開關1B與2A尤其具有內接二極體，此等內接二極體彼此相指且因此阻絕任何極性之電壓。
為了取得相較於圖28所示電力轉換器所給定寬很多之一輸出範圍，雖然有需要更多開關的代價，仍可用具有三種而非兩種運作模式之一降壓轉換器來實施調節網路16A。否則，運作方面類似於搭配圖28所述。
在圖29中，交換網路12A使三條電壓軌分別維持處於二伏特、四伏特及六伏特。在該第一運作模式中，LX信號V LX 在一切換週期內於零伏特與二伏特之間交變。在該第二運作模式中，LX信號V LX 在一切換週期內於二伏特與四伏特之間交變。在該第三運作模式中，LX信號V LX 在一切換週期內於四伏特與六伏特之間交變。
表6所示為用於三種運作模式之時序圖：
表6中標示「ON」之開關在該整個切換週期內閉接。標示「OFF」之開關在該整個切換週期內斷開。顯而易見的是，各開關僅必須支援至多二伏特。另外，該等被適當地組配成使得不需要本體攫取器電路。特別的是，開關對1B、2A與開關對1C、2B展示兩個互指的內接二極體。這些開關對因此可阻絕任何極性的電壓。
圖30展示圖26之電力轉換器，其具有實施該交換網路12A之一雙相切換式電容器電路、及實施該調節網路16A之一降壓轉換器。
該降壓轉換器具有兩種運作模式，於表5所示的開關組態彼此間交變。在該第一模式中，LX信號V LX 在一切換週期內於零伏特與二伏特之間交變。在該第二運作模式中，LX信號V LX 在一切換週期內於二伏特與四伏特之間交變。標示「ON」的開關在整個切換週期內閉接，而標示「OFF」的開關在整個切換週期內斷開。各開關僅必須能夠支援二伏特。正常運作期間，交換網路12A以一特定頻率及工作週期於該等第一與第二狀態之間交變。在一些實施例中，該工作週期為50%。
圖31展示並聯有第一與第二調節器之一電力轉換器。此提供第一與第二輸出。在所示特定實例中，第一輸出V O1介於四伏特與二伏特之間，而第二輸出V O2介於二伏特與零伏特之間。
該第一調節器包括有第一與第二開關3、4以及一第一電感器L1。該第二調節器包括有第三與第四開關5、6 以及一第二電感器L2。
正常運作期間，該第一調節器以一特定頻率及工作週期於一第一與第二狀態之間交變。此工作週期決定變換比。該第一狀態期間，第一開關3閉接而第二開關4斷開。該第二狀態期間，該等狀態逆轉。該第二調節器以第三開關5取代第一開關3並以第四開關6取代第二開關4而以相同方式運作。交換網路12A、該第一調節器及該第二調節器能以相同或差異頻率且彼此間存在相位差來運作。
圖32展示具有多個輸出電壓之另一實施例。在這種狀況中，有三個調節網路16A、16B、16C，其對應於三個輸出電壓V O1、V O2及V O3。與圖31所示電力轉換器不同的是，這些電壓在底端上較不受限。
圖33展示一種電力轉換器，其中與一調節網路16A串聯之一交換網路12A係高於接地浮動。交換網路12A與調節網路16A的浮動電壓來自於一第三級段。該第三級段可使用諸如一降壓轉換器之一切換模式電力轉換器、或諸如一串級倍增器之一切換式電容器轉換器、或任何其他類型的電力轉換器來實施。所產生之串聯連接級段提供一比其正常能力所及更高的輸出電壓。圖中提供例示性電壓。特別的是，在圖33中，該第三級段產生一二伏特軌。此將輸出電壓V O 有效升壓二伏特。
圖33所示組態之一優點在於跨調節網路16A之端子僅必須施加低電壓。因此，只需要低電壓電晶體。這些電晶體在切換時非常快速。結果是，可以縮減該電感器 的尺寸。
圖34至44展示附加實施例，其特定特徵待於下面說明。差別在於轉變彼此間之一短暫空檔時間，於此時間內，所有開關都斷開以避免一真實開關之有限切換時間所引起的困境，開關組1與開關組2中的所有開關全都總是處於相反狀態，開關組3與開關組4中的所有開關全都總是處於相反狀態，而開關組5與開關組6中的所有開關全都總是處於相反狀態。
圖34展示一4開關降壓-升壓轉換器實施調節網路16A而一可重新組配單相不對稱串級倍增器實施交換網路12A之一實施例。在此電力轉換器中，調節網路16A連接至交換網路12A內串級倍增器的中間，交換網路12A藉此能夠造成電壓步升或步降。
調節網路16A包括有一電感器L1、一第一開關3、一第二開關4、一第三開關5以及一第四開關6。
當調節網路16A於其升壓模式中運作時，中間電壓V X 高於輸入電壓V IN 。在此模式中，第三開關5與第四開關6作動，第一開關3閉接，而第二開關4斷開。
相反地，當調節網路16A於其降壓模式中運作時，中間電壓V X 低於輸入電壓V IN 。在此模式中，第一開關3與第二開關4作動，第三開關5閉接，而第四開關6斷開。
同時，交換網路12A包括有第一與第二開關組1、2、四個選擇開關S1至S4、四個直流電容器C1至C4以及三個泵電容器C5至C7。這四個直流電容器C1至C4上的電壓 分別為4/2V X 、3/2V X 、2/2V X 及1/2V X 。
運作時，這四個選擇開關S1至S4在交換網路12A內選擇呈現予負載18A之不同直流電容器C1至C4。藉由根據一相異型樣適當地編排選擇開關S1至S4之啟用與停用，可產生具有一直流偏移之一交流輸出。這在對一RF功率放大器提供電力時對於封包追蹤特別有用。
圖35繪示圖2之實施例之一變例，其中一雙電感器降壓轉換器實施調節網路16A而一可重新組配雙相不對稱步升串級倍增器實施交換網路12A。
調節網路16A為具有一第一電感器L1、一第二電感器L2、一第一電容器C0、一第一開關3及一第二開關4之一雙電感器降壓轉換器(在附錄的表格中以組態「C1」展示)。在一些實施例中，第一與第二電感器L1、L2去耦。在其他實施例中，第一與第二電感器L1、L2耦合。這些實施例包括有兼用正與負耦合之實施例。
與在一單電感器降壓轉換器中不同的是，進入該雙電感器之輸入電流相對恆定。這會導致通過交換網路12A的rms電流更低。連接至交換網路12A之兩端子汲取一相對定電流。由於此行為的關係，且由於一泵電容器總是可用於饋送各電感器，該雙電感器降壓轉換器最好是與一全波串級倍增器配合使用。使用一半波串級倍增器也是有可能的。然而，在那樣的狀況中，該等泵電容器會只有一半時間才饋送電感器。這需要提供高電容之直流電容器。
交換網路12A包括有第一與第二開關組1、2、八 個選擇開關S1至S8、四個直流電容器C1至C4以及六個泵電容器C5至C10。
饋送交換網路12A之一第三電感器L3促進交換網路12A內之絕熱電荷轉移。由於僅將交換網路12A之輸入處看到之該等電容器上之一電壓漣波進行濾波，並且由於並未跨有一特大電壓，此第三電感器L3所具有之一電感因而比調節網路16A內所需之電感小很多。
啟用與停用不同選擇開關S1至S8會重新組配交換網路12A，從而能夠變更交換網路12A之偏移電壓V off 。表7展示用於達成四個不同偏移電壓之切換型樣。
在所示特定實例中，連接至該電力轉換器之輸出的負載包含有複數個發光二極體，其彼此串聯並且與通過藉由一電壓V B 所偏置之一電晶體的電流路徑串聯。這許可對該LED電流進行控制，從而能夠控制該LED之亮度，此亮度與LED電流I LED 成比例。一電力轉換器與一用以控制LED電流I LED 之電路的組合俗稱LED驅動器，此LED電流相當於一電流汲取。在大部分實施例中，該電流汲取比單一電晶體更加複雜。然而，圖35所示的原理也適用於此類狀況。
要填充如參照圖19所論述之間隙，可使用沿著圖 35所示線路之一電流汲取，而不是使用一線性調節器。然而，這也屬於某種程度缺乏效率的方法。
在圖1之電力轉換器之另一實施例中，如圖36所示，一雙相升壓轉換器實施調節網路16A，而一可重新組配雙相不對稱步降串級倍增器實施交換網路12A。所示特定串級倍增器之特徵為一嵌入式可重新組配分數電荷泵22。
該雙相升壓轉換器包括有一第一電感器L1、一第二電感器L2、一第一開關5、一第二開關6、一第三開關7以及一第四開關8。調節網路16A內之一電路20A經由一第一路徑P1自一控制器接收控制信號。正常運作期間，電路20A提供送至第一與第二開關5、6之第一驅動信號、以及送至第三與第四開關7、8之第二驅動信號。該等第一與第二驅動信號為同相正交。對開關4至8切換時的工作週期進行控制來調節輸出電壓V O 。
交換網路12A包括有六個選擇開關S1至S6、六個泵電容器C5至C10、四個直流電容器C1至C4、第一與第二開關組1、2、以及基於沿著一路徑P2自該控制器接收之控制信號對第一與第二開關組1、2並且對這六個選擇開關S1至S6提供驅動信號之一電路20B。
可重新組配分數電荷泵22具有多種模式。在本文中所述之特定實例中，此等模式為一1：1模式及一3：2模式。
可重新組配分數電荷泵22實現上代串級倍增器，其乃嵌入於該上代串級倍增器中以輸出半比。表8展示該上代串級倍增器之可用變換比(V4：V O )、以及嵌入式可重 新組配分數電荷泵22用以達成那些變換比所需之開關狀態與變換比。
提供半比之一特定效益在於所產生之電力轉換器運作時並無搭配圖36所述之間隙。
舉例而言，假定輸出電壓V O 為一伏特，並且假定輸入電壓V IN 為3.5伏特。變換比為4：1。這需要一為50%之工作週期，其乃處於該調節電路(即該雙相升壓轉換器)之允許範圍內。
現假定輸入電壓V IN 降至3.05伏特。於此點，該調節電路處所需之工作週期會降至5%而低於可接受極限。這通常會導致一間隙。但並非針對圖36所示的電路。這是因為只必須切換至一3.5：1變換比所致。這會使所需工作週期向上回升到65%，使其回到該調節電路之允許範圍內。
另外，對於消除間隙，用以提供半比的能力使該調節電路能夠以一介於25%與75%之間的工作週期運行。這具有許多效益，包括有降低rms電流並從而推升效率。
圖37展示圖36所示可重新組配分數電荷泵22之細節。可重新組配電荷泵22包括有一第一開關組3、一第二開關組4、一選擇開關S0、一直流電容器C1以及第一與第二 泵電容器C2、C3。可重新組配分數電荷泵22係連接成具有一輸入電壓V 1、一輸出電壓V 2以及一接地V 3。
可重新組配分數電荷泵22在一第一模式或一第二模式中運作。當運作於該第一模式時，可重新組配分數電荷泵22提供一為3：2之變換比V 1：V 2。當運作於該第二模式時，該變換比為1：1。
若要在該第一模式中運作，選擇開關S0斷開，而第一與第二開關組3、4以某特定頻率切換斷開與閉接。在一些實施例中，該等開口以一50%之工作週期斷開與閉接。第一開關組3與第二開關組4總是處於相反狀態。
若要在該第二模式中運作，選擇開關S0閉接，而第一與第二開關組3、4斷開。
圖38至39展示圖6所示電力轉換器之替代實施例，其中一調節網路16A介於第一與第二交換網路12A、12B之間。此組態使至少一個交換網路12A、12B能夠進行絕熱充電。另外，總變換比變為第一與第二交換網路12A、12B之變換比的乘積。
在圖38所示的實施例中，一降壓轉換器實施調節電路16A，一單相不對稱步升串級倍增器實施第一交換網路16A，以及一單相對稱步升串級倍增器實施第二交換網路16B。
第一交換網路12A包括有四個直流電容器C1至C4、三個泵電容器C5至C7以及第一與第二開關1、2。在所示組態中，第一交換網路12A未絕熱充電。因此，其以幾乎 50%之一工作週期運作。然而，這由於穩定性不是一問題而非必要。運作時，第一交換網路12A提供一為輸入電壓V IN 四倍大的第一電壓V 1。然而，調節網路16A接收自第一交換網路12A之中間電壓V X 為輸入電壓V IN 的兩倍。
調節網路16A包括有一第一開關5、一第二開關6以及一電感器L1。調節網路16A控制第一與第二開關5、6之工作週期以調節其輸出電壓V O 。
第二交換網路12B包括有第一與第二開關組3、4、兩個直流電容器C11至C12以及三個泵電容器C8至C10。 與第一交換網路12A不同的是，有一饋送第二交換網路12B之電感器L1。結果是，第二交換網路12B進行絕熱充電。
調節網路16A之輸出處所連接之一直流電容器C12阻礙絕熱運作，從而屬於任選。此直流電容器C12典型只是為了維持穩定性而新增。結果是，其電容遠小於該網路中其他電容器之電容。
由於第二交換網路12B進行絕熱充電且其變換比為1：4，其以一為50%之工作週期運作因而促進穩定性。 該電力轉換器之總輸出電壓V O 是藉由V O =8V IN (D+1)給定，其中工作週期D等於調節網路16A之第二開關6的工作週期D。
圖39展示一類似於圖38所示之電力轉換器，差別在於一降壓-升壓轉換器實施調節網路16A，而第一與第二交換網路12A、12B以不同方式連接至調節網路16A。結果為一不同的輸入對輸出轉移函數。
調節網路16A包括有一電感器L1、一第一開關5以及一第二開關6。
第一與第二交換網路12A、12B如圖38所示。如圖38中的狀況，第二交換網路12B進行絕熱充電，不過，是從一不同節點開始進行。第二交換網路12B包括有第一與第二直流電容器C12、C13，其連接至調節網路16A之一輸出。這些電容器阻礙絕熱運作，從而屬於任選。然而，其對於維持穩定性而言通常有用。較佳的是，其電容之值遠小於第一與第二交換網路12A、12B內其他電容器中使用的電容。
圖39與圖38之電力轉換器彼此間的差異使圖39所示之電力轉換器能夠具有一為正或負的輸出電壓V O 。具體而言，對於該調節網路之第二開關6之一給定工作週期D，輸出電壓V O 的給定條件為V O =V IN (20D)/(2D-1)。因此，輸出電壓V O 在工作週期D超出0.5時為正，而在工作週期D降到不足0.5時為負。
圖40至43展示圖5所示電力轉換器之實施例。各實施例的特徵為一第一調節網路16A及一第二調節網路16B。在各實施例中，對第一與第二調節網路16A、16B兩者中開關的工作週期D進行控制，許可對該電力轉換器之輸出電壓V O 進行控制。另外，在各實施例中，存在於調節網路16A中之一電感器在交換網路12A中的電容器彼此間許可絕熱電荷轉移。此絕熱電荷轉移之程度為圖40至43所示不同組態間的其中一個差異。
在所示實施例中，第一調節網路16A乃實施成一步升轉換器，而第二調節網路16B乃實施成一步降轉換器。然而，並非必定要如此。舉例而言，順序可逆轉，讓第一調節網路16A造成一電壓步降，而第二調節網路16B造成一電壓步升。或者，第一與第二調節網路16A、16B兩者都可造成一電壓步升或步降。圖中所示特定組態之一優點在於，若交換網路12A為一可重新組配交換網路，例如圖19中所示，則所示組態會許可在涵蓋範圍內對間隙進行填入。
所示實施例的特徵為用以控制第一與第二調節網路16A、16B中開關運作之一控制器。此一控制器可用於實施可搭配控制第一與第二調節網路16A、16B之運作來使用的各種控制技術。在一些實施例中，該控制器實施對第一調節網路16A之前授控制、以及對第二調節網路16B之回授控制。在其他實施例中，該控制器實施對第一調節網路16A之回授控制、以及對第二調節網路16B之前授控制。
在圖40所示的實施例中，第一調節網路16A為一升壓轉換器，而第二調節網路16B為一降壓轉換器。該升壓轉換器具有一升壓轉換器電感器L1、以及第一與第二升壓轉換器開關3、4。該降壓轉換器具有一降壓轉換器電感器L2、以及第一與第二降壓轉換器開關5、6。
交換網路12A包括有第一與第二開關組1、2、三個直流電容器C1至C3、以及六個跨兩個對稱步升串級倍增器展佈之泵電容器C4至C9。這兩個串級倍增器共享一共同相位泵，並且180度異相運作。此交換網路12A之運作類似 於一雙相版、或全波、串級倍增器之運作。主要相異處在於該等開關堆疊之底端與頂端分離。
由於該等堆疊開關分離，有可能建立一中間電壓V X3，其為該等開關堆疊頂端處所存在電壓彼此間之一差異。在所示實施例中，一第一開關堆疊頂端處的電壓為4V X ，而一第二開關堆疊頂端處的電壓為3V X +V IN 。因此，中間電壓V X3為這些電壓彼此間的差異，其為V X -V IN 。
在圖41所示的實施例中，第一調節網路16A為一三階升壓轉換器，而第二調節網路16B為一降壓轉換器。該升壓轉換器具有一升壓轉換器電感器L1、四個開關3、4、5、6以及一電容器C13。該降壓轉換器具有一降壓轉換器電感器L2、以及第一與第二降壓轉換器開關7、8。
圖41展示一與圖40所示類似之電力轉換器，但第一調節網路16A為一三階升壓轉換器。該三階升壓轉換器相較於圖40所示之升壓轉換器，達到相同的濾波量所需要的電感更小。另外，此轉換器以跨其開關之一較小電壓應力運作。然而，其亦具有多很多的開關及一附加電容器。第二調節網路16B也是一降壓轉換器，就像圖40所示。
交換網路12A包括有第一與第二開關組1、2、三個直流電容器C1至C3、以及九個跨兩個對稱步升串級倍增器展佈之泵電容器C4至C12。這兩個串級倍增器共享一共同相位泵，並且180度異相運作。與圖40所示交換網路12A不同的是，圖41中的兩個串級倍增器具有不同數量的級段。因此，級段數量的不對稱性導致第二調節網路16B呈現 一第三中間電壓V X3。特別的是，2V X 之第三中間電壓為等於6V X 之一第一電壓V 1與等於4V X 之一第二電壓V 2之間的一差異。
運作時，該三階升壓轉換器在兩種模式中運作。在各模式中，該升壓模式以一特定頻率在第一、第二、第三與第四狀態重複循環。各狀態對應於一特定開關組態。表9A展示該第一模式中的四種狀態，而表9B展示該第二模式中的四種狀態。
在各模式裡，該三階升壓轉換器藉由控制其通用工作週期來調節其輸出。該通用工作週期等於一第一時間間隔除以一第二時間間隔。該第一時間間隔等於該三階升壓轉換器花在該第一狀態或該第三狀態的時間量。該第二時間間隔等於該三階升壓轉換器花在該第二狀態或該第四狀態的時間量。
當該三階降壓轉換器於該第一模式中運作時，中間電壓V X 大於輸入電壓V IN 的兩倍。相比之下，當該三階降壓轉換器於該第二模式中運作時，中間電壓V X 小於輸入電壓V IN 的兩倍。
圖41所示電力轉換器優於圖40所示電力轉換器之一點在於其較不複雜。另外，交換網路12A內電荷重新分布導致的損耗將會因為交換網路12A內電容器將會享有絕熱電荷轉移效益而減少。
圖42之電力轉換器組合了圖40至41所示電力轉換器之特徵。如圖40所示電力轉換器的狀況，交換網路12A接收輸入電壓V IN 與第一中間電壓V X 兩者以產生一第三中間電壓V X3。然而，與圖41相似，級段數量不等，其中不對稱性產生第三中間電壓V X3。
在圖42所示的交換網路12A中，第一調節網路16A不再驅動該相位泵，正如圖40至41的狀況。因此，該相位泵不再享有第一調節網路16A中電感器L1之中介所產生之絕熱電荷轉移效益。為了對此進行施作，交換網路12A具有一促進絕熱電荷轉移之附加電感器L3。
運作時，一第一電壓V 1等於V X +5V IN ，一第二電壓V 2等於V X +3V IN ，而一第三中間電壓V X3等於2V IN 。
圖42所示電力轉換器優於圖41所示電力轉換器之一點在於該輸入電流只有一部分才實際通過該三階升壓轉換器。該電流大部分反而旁通該三階升壓轉換器，並且直接進入該相位泵。
另外，由於附加電感器L3僅必須促進絕熱電荷轉移，因此可比該升壓轉換器中之電感器L1具有一更小的電感。此進而減少電阻性電感器損耗。
然而，圖42所示電力轉換器之一缺點在於需要一附加電感器L3。另外，該串級倍增器需要更多級段才能達到相同的電壓增益。舉例而言，第一電壓V 1在圖41中等於6V X ，而在圖42所示電路中則等於V X +5V IN 。
圖43展示一種電力轉換器，其中一升壓轉換器實施第一調節網路16A，一降壓轉換器實施第二調節網路16B，而一雙相不對稱步升串級倍增器實施交換網路12A。
調節網路16A包括有一第一開關3、一第二開關4以及一電感器L1。第二調節網路16B包括有一第一開關5、一第二開關6以及一電感器L2。交換網路12A包括有第一開關組1、第二開關組2、四個直流電容器C1至C4、以及六個泵電容器C5至C10。
在圖43所示之電力轉換器中，僅交換網路12A連接至接地。第一與第二調節網路16A、16B兩者都浮動。這降低第一與第二調節網路16A、16B中跨開關之電壓應力。不幸的是，這也縮減了可接受輸入電壓V IN 範圍及輸出電壓V O 範圍。此缺點可藉由使用一可重新組配交換網路12A來克服，但新增代價是需要更多開關。
圖44展示圖2中電力轉換器之一特定實作態樣，其中一可重新組配雙相對稱步升串級倍增器實施交換網路12A，而一Zeta轉換器實施調節網路16A。
調節網路16A包括有一第一電感器L3、一第二電感器L4、一電容器C10、一第一開關3以及一第二開關4。取決於工作週期，一Zeta轉換器可使電壓步升或步降。然而，該Zeta轉換器之一缺點為需要更多的被動組件。另外，一Zeta轉換器由於引進另外的極點與零點而更難以穩定。
交換網路12A包括有第一與第二開關組1、2；兩個選擇開關S1至S2、三個直流電容器C1至C3、六個泵電容器C4至C9、一第一電感器L1以及一第二電感器L2。
運作時，交換網路12A於一第一模式與一第二模式之間轉變。該第一模式期間，第一選擇開關S1閉接而第二選擇開關S2斷開。中間電壓V X 接著為V IN /2。該第二模式期間，第一選擇開關S1斷開而第二選擇開關S2閉接。在第二模式中，中間電壓V X 變為輸入電壓V IN 。
用以在交換網路12A內達到絕熱電容器間電荷轉移之一種方式乃是與第二開關S2串聯置放一小電感器。然而，這雖然會於該第一模式期間促進絕熱電荷轉移，但在該第二模式期間卻不會促進絕熱電荷轉移。
用以在交換網路12A內達到絕熱電容器間電荷轉移之另一方式乃是在該電荷泵內嵌入第一電感器L1，並且與該電荷泵之接地端子串聯嵌入第二電感器L2。
較佳的是，第一電感器L1係嵌入於攜載一定電流之一位置，而且該位置係連接至儘可能多之泵電容器C4至C9的充電與放電路徑。一適合的位置因此乃位於該相位泵。
一電荷泵典型具有兩個攜載定電流之節點。如圖 44所示，第一電感器L1處於這些節點其中一者，而第二電感器L2處於另一者。然而，實際僅需要這些電感器其中一者便可促進絕熱電荷轉移。
透過本發明之說明及其一較佳實施例，本專利申請案具有新穎性的申請專利範圍如下：
12A‧‧‧交換網路
14‧‧‧電源
16A‧‧‧調節網路
18A‧‧‧負載

Claims (127)

  1. 一種用於對一負載提供電力之設備，該設備包含有一電力轉換器，其中該電力轉換器以一第一形式接受電力並且以一第二形式提供電力，其中該電力轉換器包含有一控制系統、一第一級段和一第二級段，其中該第一級段以該第一形式接受電力，其中該第二級段與該第一級段串聯，其中該控制系統控制該第一級段之運作，其中該控制系統控制該第二級段之運作，其中該第一級段係選自於由一交換網路與一調節網路所組成之群組，其中該第二級段在該第一級段為一交換網路時為一調節電路，以及其中該第二級段在該第一級段為一調節電路時為一交換網路。
  2. 如請求項1之設備，其中該第一級段為一調節網路。
  3. 如請求項1之設備，其中該第一級段為一交換網路。
  4. 如請求項1之設備，其中該控制系統至少部分基於該等第一與第二級段之間測得之一電壓而進行控制。
  5. 如請求項1之設備，其中該等級段其中至少一者包含有一交換網路，其中該交換網路包含有一第一端子與一第二端子，其中該第一端子與該第二端子遭到隔離。
  6. 如請求項1之設備，其中該等級段其中至少一者包含有一交換網路，其中該交換網路包含有一第一端子與一第二端子，其中該第一端子與該第二端子具有一共同接地。
  7. 如請求項1之設備，其中該等級段其中至少一者包含有一交換網路，其中該交換網路包含有一第一端子與一第二端子，其中該第一端子與該第二端子具有一分離接地。
  8. 如請求項1之設備，其中該等級段其中至少一者包含有一交換網路，其中該交換網路包含具有一第一端子與一第二端子之一第一交換電路，還包含具有一第一端子與一第二端子之一第二交換電路，其中該第二交換電路之該第一端子連接至該第一交換電路之該第二端子。
  9. 如請求項8之設備，其中該第一交換電路具有一第一變壓比，其中該第二交換電路具有一第二變壓比，以及其中該等第一與第二變壓比不同。
  10. 如請求項8之設備，其中該第一交換電路具有一第一變壓比，其中該第二交換電路具有一第二變壓比，以及其中該等第一與第二變壓比相同。
  11. 如請求項1之設備，其中該等級段其中至少一者包含有一交換網路，其中該交換網路包含有串聯之第一與第二交換電路。
  12. 如請求項1之設備，其中該等級段其中至少一者包含有一交換網路，其中該交換網路包含有串並聯之第一與第二交換電路。
  13. 如請求項1之設備，其中該電力轉換器更包含有與該第一級段和該第二級段串聯之一第三級段，其中該第二級段介於該第一級段與該第三級段之間。
  14. 如請求項13之設備，其中該等第一與第三級段為交換網路。
  15. 如請求項13之設備，其中該等第一與第三級段為調節網路。
  16. 如請求項1之設備，其中該交換網路包含有一串級倍增器。
  17. 如請求項16之設備，其中該串級倍增器為一單相串級倍增器。
  18. 如請求項16之設備，其中該串級倍增器為一不對稱串級倍增器。
  19. 如請求項16之設備，其中該串級倍增器為一步降倍增器。
  20. 如請求項16之設備，其中該串級倍增器包括有如請求項17至19所述特徵之任何組合。
  21. 如請求項16之設備，其中該串級倍增器包含有一雙相串級倍增器。
  22. 如請求項21之設備，其中該串級倍增器為一對稱串級倍增器。
  23. 如請求項21之設備，其中該串級倍增器包含有並聯泵送電容器。
  24. 如請求項21之設備，其中該串級倍增器缺乏直流電容器。
  25. 如請求項21之設備，其中該設備包含有選自於請求項22至23之一或多個特徵。
  26. 如請求項21之設備，其中該串級倍增器被組配用以建立一輔助電壓以驅動一附加電路。
  27. 如請求項26之設備，其更包含有一位準偏移器，其中該位準偏移器係連接成藉由該輔助電壓來驅動。
  28. 如請求項27之設備，其更包含有一閘極驅動器，其中該閘極驅動器係連接成藉由該輔助電壓來驅動。
  29. 如請求項1之設備，其中該交換網路包含有第一與第二雙相串級倍增器、以及一相位節點，其中該第一串級倍增器為非同步，其中該第二串級倍增器為同步，其中該第一串級倍增器係堆疊於該第二串級倍增器上，以及其中該等第一與第二串級倍增器共享該相位節點。
  30. 如請求項29之設備，其中該等第一與第二串級倍增器以相同頻率運作。
  31. 如請求項29之設備，其中該等第一與第二串級倍增器以不同頻率運作。
  32. 如請求項1之設備，其中該第一級段包含有一串級倍增器。
  33. 如請求項1之設備，其中該第二級段包含有一串級倍增器。
  34. 如請求項1之設備，其中該調節網路包含有一降壓轉換器。
  35. 如請求項34之設備，其中該降壓轉換器包含具有相同參考電壓之第一與第二端子。
  36. 如請求項34之設備，其中該降壓轉換器包含具有不同參 考電壓之第一與第二端子。
  37. 如請求項34之設備，其中該降壓轉換器包含一浮動節點，其中該浮動節點處於一浮動電壓。
  38. 如請求項37之設備，其中該浮動節點介於兩個負載之間。
  39. 如請求項37之設備，其中該浮動節點介於兩個來源之間。
  40. 如請求項34之設備，其中該降壓轉換器為一三端降壓轉換器。
  41. 如請求項1之設備，其中該調節網路包含有一降壓-升壓轉換器。
  42. 如請求項1之設備，其中該調節網路包含有一升壓轉換器。
  43. 如請求項1之設備，其中該調節網路包含有一四端非反相降壓-升壓轉換器。
  44. 如請求項1之設備，其中該交換網路包含有一步降單相不對稱串級倍增器，以及其中該調節網路包含有一升壓轉換器。
  45. 如請求項44之設備，其更包含有連接至該調節網路用於令該交換網路將其正常輸出電壓一部分輸出的選擇開關。
  46. 如請求項44之設備，其更包含有導向成使得所對應寄生二極體之陰極彼此連接的開關。
  47. 如請求項1之設備，其中該調節網路調節複數條導線。
  48. 如請求項1之設備，其中該調節網路調節至多一條導線。
  49. 如請求項1之設備，其中該調節網路基於該調節網路之一輸入電壓而調節複數條導線其中一特定者。
  50. 如請求項1之設備，其中該調節網路調節複數個輸出埠。
  51. 如請求項1之設備，其中該調節網路為一多分接頭升壓轉換器。
  52. 如請求項1之設備，其中該交換網路包含有一單相步降切換式電容器電路，以及其中該調節網路包含有一多分接頭升壓轉換器。
  53. 如請求項1之設備，其中該交換網路為可重新組配。
  54. 如請求項1之設備，其中該調節網路為可重新組配。
  55. 如請求項1之設備，其中該調節網路與該交換網路兩者都為可重新組配。
  56. 如請求項1之設備，其中該交換網路包含有一雙相切換式電容器電路。
  57. 如請求項56之設備，其中該切換式電容器電路包含有串聯之泵電容器及串聯之直流電容器。
  58. 如請求項1之設備，其中該交換網路包含具有直流電容器之一雙相交換電路，以及其中該直流電容器只在一空檔時間轉變期間才儲存來自該調節網路之電荷，該交換電路於該空檔時間轉變期間係介於狀態彼此間。
  59. 如請求項1之設備，其中該調節網路包含有一電感器，以及其中該電感器促進該交換網路內之絕熱電荷轉移。
  60. 如請求項1之設備，其更包含有連接至該交換網路用以 促進該交換網路內之絕熱電荷轉移的一磁性濾波器。
  61. 如請求項60之設備，其中該磁性濾波器係連接於該交換網路與一負載之間。
  62. 如請求項60之設備，其中該磁性濾波器係連接於該交換網路與一來源之間。
  63. 如請求項60之設備，其中該調節網路與該磁性濾波器相配合以促進該交換網路內之絕熱電荷轉移。
  64. 如請求項15之設備，其中該第三級段係以令該第三級段變為一磁性濾波器之一工作週期運作。
  65. 如請求項53之設備，其更包含有連接至該可重新組配交換網路之一磁性濾波器。
  66. 如請求項54之設備，其更包含有連接至該交換網路之一磁性濾波器。
  67. 如請求項1之設備，其更包含有連接至該交換網路用以約束流出該交換網路之電流的一電路。
  68. 如請求項1之設備，其更包含有連接至該交換網路用以促進該交換網路內之絕熱電荷轉移的一電路。
  69. 如請求項1之設備，其中該交換網路包含有一雙相步降交換網路，以及其中該調節網路為一步降網路。
  70. 如請求項69之設備，其中該交換網路包含有一串級倍增器。
  71. 如請求項70之設備，其中該調節網路包含有一降壓轉換器。
  72. 如請求項70之設備，其中該調節網路促進絕熱電荷轉 移。
  73. 如請求項1之設備，其中該交換網路包含有一步降單相不對稱串級倍增器，以及其中該調節網路包含有令電壓步降的一轉換器。
  74. 如請求項73之設備，其中該第一級段為一交換網路。
  75. 如請求項1之設備，其中該調節網路包含有一降壓轉換器，其中該降壓轉換器包含有多個分接頭，其中該降壓轉換器被組配用以在兩種運作模式中運作。
  76. 如請求項75之設備，其中該交換網路提供第一與第二電壓軌，其在運作時維持處於不同電壓。
  77. 如請求項1之設備，其中該調節網路包含有一降壓轉換器，其中該降壓轉換器包含有多個分接頭，以及其中該降壓轉換器被組配用以在三種運作模式中運作。
  78. 如請求項77之設備，其中該交換網路提供第一、第二與第三電壓軌，其在運作時維持處於不同電壓。
  79. 如請求項1之設備，其中該交換網路包含有一雙相切換式電容器電路，以及其中該調節網路為一降壓轉換器。
  80. 如請求項1之設備，其中該調節網路包含有並聯之第一與第二調節電路。
  81. 如請求項1之設備，其中該電力轉換器包含有第一與第二輸出，其中該等第一輸出與第二輸出在運作時維持處於對應之第一與第二電壓差，其中該第一電壓差為介於一第一電壓與一第二電壓之間的一差異，以及其中該第二電壓差為介於一第三電壓與該第二電壓之間的一差 異。
  82. 如請求項1之設備，其中該調節網路包含有並聯之第一、第二與第三調節電路。
  83. 如請求項1之設備，其中該電力轉換器包含有第一、第二與第三輸出，其中該等第一、第二與第三輸出在運作時維持處於對應之第一第二與第三電壓差，其中該第一電壓差為介於一第一電壓與一第二電壓之間的一差異，其中該第二電壓差為介於一第三電壓與該第二電壓之間的一差異，以及其中該第三電壓差為介於一第四電壓與該第二電壓之間的一差異。
  84. 如請求項1之設備，其中該電力轉換器高於接地浮動。
  85. 如請求項1之設備，其中該電力轉換器具有一第一端子與一第二端子，其中在運作時，跨該第一端子維持一第一電壓差並且跨該第二端子維持一第二電壓差，其中該第一電壓差為介於一第一電壓與一第二電壓之間的一差異，其中該第二電壓差為介於一第三電壓與該第二電壓之間的一差異，以及其中該第二電壓為可變。
  86. 如請求項85之設備，其更包含有一第三級段，其中該第三級段提供該第二電壓。
  87. 如請求項86之設備，其中該第三級段包含有一切換模式電力轉換器。
  88. 如請求項86之設備，其中該第三級段包含有一切換式電容器轉換器。
  89. 如請求項86之設備，其中該第三級段包含有一降壓轉換 器。
  90. 如請求項86之設備，其中該第三級段包含有一串級倍增器。
  91. 如請求項1之設備，其中該電力轉換器被組配用以提供具有一非零直流偏移之交流輸出。
  92. 如請求項1之設備，其中該交換網路包含有一可重新組配非同步串級倍增器，以及其中該調節網路係連接至該交換網路以使該交換網路能夠造成一電壓步升或一電壓步降。
  93. 如請求項92之設備，其中該調節網路包含有一四開關降壓-升壓轉換器。
  94. 如請求項1之設備，其中該第一級段為一交換網路，其中該交換網路包含有可重新組配、以一單相運作及非同步運作之一串級倍增器，以及其中該調節網路包含有一四開關降壓升壓轉換器。
  95. 如請求項94之設備，其中該調節網路於能夠使該交換網路進行電壓步升或進行電壓步降之一點連接至該交換網路。
  96. 如請求項1之設備，其中該交換網路包含有一串級倍增器、以及嵌入於該串級倍增器中之一電荷泵。
  97. 如請求項96之設備，其中該嵌入式電荷泵為可重新組配。
  98. 如請求項96之設備，其中該嵌入式電荷泵為一分數電荷泵。
  99. 如請求項96之設備，其中該嵌入式電荷泵在多種模式中運作，其中各該模式對應於一變壓比。
  100. 如請求項96之設備，其中該調節網路包含有一雙相升壓轉換器。
  101. 如請求項96之設備，其中該串級倍增器包含有一可重新組配雙相非同步步降串級倍增器。
  102. 如請求項1之設備，其中該電力轉換器更包含有與該第一級段和該第二級段串聯之一第三級段，其中該第二級段介於該第一級段與該第三級段之間，其中該第一級段與該第三級段為交換網路，其中該調節電路包含有一降壓轉換器，其中該第一交換網路包含有一單相非同步步升串級倍增器，以及其中該第二交換網路包含有一單相同步步升串級倍增器。
  103. 如請求項102之設備，其在該調節網路之一輸出更包含有一穩定化電容器。
  104. 如請求項1之設備，其中該電力轉換器更包含有與該第一級段和該第二級段串聯之一第三級段，其中該第二級段介於該第一級段與該第三級段之間，其中該第一級段與該第三級段為交換網路，其中該調節電路包含有一降壓-升壓轉換器，其中該第一交換網路包含有一單相非同步步升串級倍增器，以及其中該第二交換網路包含有一單相同步步升串級倍增器。
  105. 如請求項102之設備，其在該調節網路之一輸出更包含有一穩定化電容器。
  106. 如請求項1之設備，其中該電力轉換器更包含有與該第一級段和該第二級段串聯之一第三級段，其中該第二級段介於該第一級段與該第三級段之間，其中該第一級段與該第三級段為調節網路，其中該第一級段包含有一升壓轉換器，其中該第三級段包含有一降壓轉換器，以及其中該交換網路包含具有等量級段之第一與第二串級倍增器。
  107. 如請求項106之設備，其更包含有一相位泵，其中該等第一與第二串級倍增器共享該相位泵。
  108. 如請求項106之設備，其中該等第一與第二串級倍增器180度異相運作。
  109. 如請求項106之設備，其中該等串級倍增器包含有對應之第一與第二開關堆疊，以及其中該交換網路之一輸出為介於該第一開關堆疊之一頂端與該第二開關堆疊之一頂端之間的一電壓差。
  110. 如請求項1之設備，其中該電力轉換器更包含有與該第一級段和該第二級段串聯之一第三級段，其中該第二級段介於該第一級段與該第三級段之間，其中該第一級段與該第三級段為調節網路，其中該第一級段包含有一三階升壓轉換器，其中該第三級段包含有一降壓轉換器，以及其中該交換網路包含具有不等量級段之第一與第二串級倍增器。
  111. 如請求項1之設備，其中該交換網路接收具有一第一部分與一第二部分之電流，其中該第一部分來自該調節網 路，其中該第二部分旁通該調節網路，以及其中該第二部分大於該第一部分。
  112. 如請求項1之設備，其中該電力轉換器更包含有與該第一級段和該第二級段串聯之一第三級段，其中該第二級段介於該第一級段與該第三級段之間，其中該第一級段為一第一調節網路，其中該第三級段為一第二調節網路，其中該第一級段包含有一升壓轉換器，其中該第三級段包含有一降壓轉換器，以及其中該交換網路包含具有不等量級段之第一與第二串級倍增器。
  113. 如請求項112之設備，其中該第二級段包含有連接至該第一級段之一附加電感器。
  114. 如請求項1之設備，其更包含有一第三級段，其中該第一級段包含有一調節網路，其中該第三級段包含有一調節網路，其中該電力轉換器對一負載提供一第一電壓差，其中該第一級段對該第二級段提供一第二電壓差，其中該第二級段對該第三級段提供一第三電壓差，其中該第一電壓差為介於一第一電壓與一第二電壓之間的一電壓差，其中該第二電壓差為介於一第三電壓與一第四電壓之間的一電壓差，其中該第三電壓差為介於一第五電壓與一第六電壓之間的一電壓差，其中該第四電壓不同於該第二電壓，以及其中該第六電壓不同於該第二電壓。
  115. 如請求項114之設備，其中該第二級段包含有一可重新組配交換網路。
  116. 如請求項1之設備，其中該第一級段包含有一交換網路，其中該交換網路包含有一可重新組配雙相串級倍增器，其中串級倍增器包含有一嵌入式電感器，該嵌入式電感器被組配用以促進該串級倍增器中電容器彼此間的絕熱電荷轉移。
  117. 如請求項116之設備，其中該第二級段包含有一Zeta轉換器。
  118. 如請求項116之設備，其中該電感器係嵌入於一定電流通過之一位置。
  119. 如請求項116之設備，其中該串級倍增器包含有一相位泵，以及其中該電感器係嵌入於該相位泵。
  120. 如請求項116之設備，其中該串級倍增器包含有泵電容器，以及其中該電感器係嵌入於使通過該電感器與一泵電容器之間的路徑數量達到最大之一位置。
  121. 如請求項1之設備，其中該交換網路包含有與泵電容器串聯之一雙相串級倍增器。
  122. 如請求項121之設備，其中該交換網路具有一可變轉移函數。
  123. 如請求項121之設備，其中該交換網路包含有一相位泵，其中該相位泵包含有一嵌入式電荷泵。
  124. 如請求項123之設備，其中該相位泵該嵌入式電荷泵包含有複數個開關組、複數個泵電容器及一控制器，其中該控制器被組配用以操作該等開關組以在一第一運作模式與一第二運作模式之間造成轉變，各該運作模式對 應於用於該串級倍增器之一轉移函數。
  125. 如請求項124之設備，其中該控制器被組配用以操作該開關組，以便造成該嵌入式控制器令該串級倍增器具有一轉移函數，該串級倍增器依該轉移函數提供一電壓增益。
  126. 如請求項124之設備，其中該控制器被組配用以操作該開關組，以便造成該嵌入式控制器令該串級倍增器具有一轉移函數，該串級倍增器依該轉移函數提供一電壓衰減。
  127. 如請求項44之設備，其中該第一級段為一調節網路。
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