TW202143620A - 降壓變換器 - Google Patents

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Abstract

揭示一種操作降壓變換器的方法。降壓變換器包括第一電容器、第二電容器以及耦合在節點與降壓變換器的輸出之間的電感器。該方法包括：在週期的第一部分期間，將第一電容器和第二電容器串聯地耦合在降壓變換器的輸入與地之間，其中第一電容器耦合在降壓變換器的輸入與節點之間，並且第二電容器耦合在節點和地之間。該方法亦包括：在該週期的第二部分期間，將第二電容器和第一電容器串聯地耦合在降壓變換器的輸入與地之間，其中第二電容器耦合在降壓變換器的輸入與節點之間，並且第一電容器耦合在節點與地之間。

Description

降壓變換器
本專利申請案請求享受於2019年12月19日提出申請的、名稱為「BUCK CONVERTER」的申請案第16/721,737號的優先權，該申請被轉讓給本案的受讓人並且據此經由引用的方式明確地併入本文中。
概括而言，本案內容的各態樣涉及功率變換器，並且更具體地，本案內容的各態樣涉及降壓變換器。
降壓變換器是用於將電壓降低（亦即，降頻轉換）的功率變換器。例如，降壓變換器可以在行動設備中使用，以將來自電源（例如，通用序列匯流排（USB）電源、無線充電器等）的電壓降低到較低的電壓以對行動設備中的電池進行充電。
為了提供對一或多個實現方式的基本理解，下文提供了該等實現方式的簡化概述。該概述不是對所有預期實現方式的泛泛綜述，並且既不意欲標識所有實現方式的關鍵或重要元素，亦不意欲圖示任何或所有實現方式的範疇。其唯一目的是用簡化的形式提供涉及一或多個實現方式的概念，作為稍後提供的更加詳細的描述的前序。
第一態樣涉及一種操作降壓變換器的方法。該降壓變換器包括第一電容器、第二電容器以及耦合在節點與該降壓變換器的輸出之間的電感器。該方法包括：在第一週期的第一部分期間，將該第一電容器和該第二電容器串聯地耦合在該降壓變換器的輸入與地之間，其中該第一電容器耦合在該降壓變換器的該輸入與該節點之間，並且該第二電容器耦合在該節點和該地之間。該方法亦包括：在該第一週期的第二部分期間，將該第二電容器和該第一電容器串聯地耦合在該降壓變換器的該輸入與該地之間，其中該第二電容器耦合在該降壓變換器的該輸入與該節點之間，並且該第一電容器耦合在該節點與該地之間。
第二態樣涉及一種裝置。該裝置包括：降壓變換器和控制器。該降壓變換器包括：第一電容器；及第一開關網路，其被配置為：回應於第一組控制值來將該第一電容器耦合在該降壓變換器的輸入與節點之間，以及回應於第二組控制值來將該第一電容器耦合在該節點與地之間。該降壓變換器亦包括：第二電容器；及第二開關網路，其被配置為：回應於第三組控制值來將該第二電容器耦合在該降壓變換器的該輸入與該節點之間，以及回應於第四組控制值來將該第二電容器耦合在該節點與該地之間。該降壓變換器亦包括：耦合在該節點與該降壓變換器的輸出之間的電感器。在第一週期的第一部分期間，該控制器被配置為向該第一開關網路輸入該第一組控制值以及向該第二開關網路輸入該第四組控制值，並且在該第一週期的第二部分期間，該控制器被配置為向該第一開關網路輸入該第二組控制值以及向該第二開關網路輸入該第三組控制值。
第三態樣涉及一種裝置。該裝置包括降壓變換器、控制信號產生器和交換電路。該降壓變換器包括第一控制輸入和第二控制輸入。該控制信號產生器包括第一輸出和第二輸出，並且該控制信號產生器被配置為：產生用於控制該降壓變換器中的開關的第一控制信號和第二控制信號；在該第一輸出處輸出該第一控制信號；及在該第二輸出處輸出該第二控制信號。在第一模式下，該交換電路被配置為將該第一輸出耦合到該第一控制輸入並且將該第二輸出耦合到該第二控制輸入，並且在第二模式下，該交換電路被配置為將該第一輸出耦合到該第二控制輸入並且將該第二輸出耦合到該第一控制輸入。
為了實現前述和相關目的，一或多個實現方式包括下文中充分描述並且在請求項中具體指出的特徵。以下描述和附圖詳細地闡述了一或多個實現方式的某些說明性態樣。然而，該等態樣指示可以採用各種實現方式的原理的各種方式中的僅一些方式，並且所描述的實現方式意欲包括所有此種態樣以及其均等物。
下文結合附圖闡述的詳細描述意欲作為各種配置的描述，而並非意欲表示可以在其中實施本文所描述的概念的僅有配置。為了提供對各個概念的透徹理解，詳細描述包括特定細節。然而，對於本領域技藝人士將顯而易見的是，可以在沒有該等特定細節的情況下實施該等概念。在一些實例中，以方塊圖形式圖示公知的結構和部件，以便避免模糊此種概念。
降壓變換器是用於將輸入電壓降低（亦即，降頻轉換）到較低的輸出電壓的功率變換器。一種類型的降壓變換器是兩位準降壓變換器。兩位準降壓變換器可以包括開關網路和電感器，其中電感器耦合在開關網路的開關節點與降壓變換器的輸出之間。在操作期間，開關網路將開關節點在輸入電壓與地之間切換，此使得電感器週期地通電和斷電。兩位準降壓變換器的輸出電壓是經由控制開關網路的工作週期來控制的。
另一種類型的降壓變換器是三位準降壓變換器，與兩位準降壓變換器相比，其能夠實現較高的功率效率和較低的電感紋波電流。三位準降壓變換器可以包括開關網路、飛電容和電感器。電感器耦合在開關網路的開關節點與三位準降壓變換器的輸出之間，並且飛電容器的電壓保持在大約一半的輸入電壓處。飛電容器允許開關網路將開關節點處的電壓設置為三個電壓位準之一：輸入電壓、一半的輸入電壓和地。在操作中，針對工作週期小於50%並且輸出電壓被設置為處於地與一半的輸入電壓之間的電壓位準的情況而言，開關網路將開關節點在一半的輸入電壓與接地之間切換。針對工作週期大於50%並且輸出電壓被設置為處於一半的輸入電壓與該輸入電壓之間的電壓位準的情況而言，開關網路將開關節點在輸入電壓與一半的輸入電壓的一半之間切換。
因此，針對工作週期小於50%的情況而言，開關節點處的電壓在一半的輸入電壓與地之間擺動，而針對工作週期大於50%的情況而言，開關節點處的電壓在輸入電壓與一半的輸入電壓之間擺動。在此兩種情況下，三位準降壓變換器的開關節點處的電壓擺幅大約等於一半的輸入電壓。相比之下，兩位準降壓變換器的開關節點處的電壓擺幅等於輸入電壓，因為兩位準降壓變換器的開關節點在輸入電壓與地之間擺動。因此，與兩位準降壓變換器相比，使用三位準降壓變換器將開關節點處的電壓擺幅減小一半。與兩位準降壓變換器相比，三位準降壓變換器的開關節點處的較小電壓擺幅有助於減小三位準降壓變換器的電感紋波電流，從而導致功率效率的提高（例如，功率效率提高5%）。
圖1圖示根據本案內容的各態樣的雙分支三位準降壓變換器105的實例。在該實例中，降壓變換器105的輸入112經由功率電晶體165選擇性地耦合到電源170。電源170可以包括USB電源、無線充電器或另一電源。功率電晶體165耦合在電源170與降壓變換器105的輸入112之間，並且可以包括p型場效應電晶體（PFET）、n型場效應電晶體（NFET）或另一種類型的電晶體。
功率控制器180被配置為經由控制功率電晶體165的導通/關斷狀態來控制針對降壓變換器105的功率。為了為降壓變換器105供電，功率控制器180使功率電晶體165導通，此允許電流從電源170經由功率電晶體165流到降壓變換器105。為了使降壓變換器105關閉，功率控制器180使功率電晶體165關斷。
在圖1的實例中，降壓變換器105包括第一分支106a、第二分支106b、電感器140、輸入電容器114和輸出電容器150。在下文的論述中，第一分支106a的元件的元件符號包括後置「a」，而第二分支106b的元件的元件符號包括後置「b」。
第一分支106a包括第一開關網路108a和第一飛電容132a。第一開關網路108a被配置為：回應於第一組控制值來將第一飛電容132a耦合在降壓變換器105的輸入112與開關節點120之間；及回應於第二組控制值來將第一飛電容器132a耦合在開關節點120與地之間。在圖1中，第一飛電容器132a被標記為「Cflya」。
第二分支106b包括第二開關網路108b和第二飛電容132b。第二開關網路108b被配置為：回應於第三組控制值來將第二飛電容器132b耦合在降壓變換器105的輸入112與開關節點120之間；及回應於第四組控制值來將第二飛電容器132b耦合在開關節點120與地之間。在圖1中，第二飛電容器132b被標記為「Cflyb」。
第一開關網路108a亦可以被配置為回應於第五組控制值來將開關節點120耦合到地，並且第二開關網路108b亦可以被配置為回應於第六組控制值來將開關節點120耦合到地。如下文進一步論述的，一組控制值之每一者控制值可以控制開關網路108a和108b中的一者中的相應開關。在一些實現方式中，第二開關網路108b可以具有與第一開關網路108a相同的結構或基本上相同的結構，在此種情況下，第一、第二和第五組控制值可以分別與第三、第四和第六組控制值相同。
輸入電容器114耦合在降壓變換器105的輸入112與地之間，並且用於使輸入電壓Vin 平滑。電感器140的第一端子142耦合到開關節點120，並且電感器140的第二端子144耦合到降壓變換器105的輸出146。輸出電容器150耦合在降壓變換器105的輸出146與地之間，並且用於使降壓變換器105的輸出電壓Vout 平滑。降壓變換器105的輸出146可以耦合到負載（在圖1中未圖示）。負載可以包括例如降壓變換器105用於對其進行電池充電的電池。
控制器160經由經由控制路徑162向第一開關網路108a輸入一組控制值（例如，第一、第二和第五組控制信號中的一組控制信號），來控制第一開關網路108a的切換。控制器160經由經由控制路徑164向第二開關網路108b輸入一組控制值（例如，第三、第四和第六組控制信號中的一組控制信號），來控制第二開關網路108b的切換。例如，為了將第一飛電容器132a耦合在輸入112與開關節點120之間，控制器160可以經由控制路徑162來向第一開關網路108a輸入第一組控制信號，並且為了將第二飛電容器132b耦合在輸入112與開關節點120之間，控制器160可以經由控制路徑164來向第二開關網路108b輸入第三組控制信號。控制路徑162和164中的每一者可以包括多條控制線（例如，針對一組控制值之每一者控制值有一條控制線）。
在操作期間，控制器160週期地控制第一開關網路108a和第二開關網路108b的切換，以將降壓變換器105的輸入112處的輸入電壓Vin 降低到降壓變換器105的輸出146處的較低的輸出電壓Vout 。降壓變換器105的每個週期可以包括第一階段（被標記為「階段I」）、第二階段（被標記為「階段II」）、第三階段（被標記為「階段III」）和第四階段（被標記為「階段IV」）。在某些態樣中，跨第一飛電容器132a和第二飛電容器132b中的每一者的電壓被保持在大約一半的輸入電壓Vin /2處。
在某些態樣中，控制器160可以以同相來操作降壓變換器105的第一分支106a和第二分支106b。就此而言，現在將參考圖2和圖3A至3D，針對降壓變換器105的工作週期小於50%並且輸出電壓Vout 處於地與Vin /2之間的情況，論述降壓變換器105的同相操作的實例。圖2圖示在同相操作期間在兩個週期內的功率電晶體電流IF 和電感器電流IL 的實例。功率電晶體電流IF 在輸入112處被輸入到降壓變換器105，並且可以表示經由功率電晶體165從電源170吸取到降壓變換器105的電流。圖3A至3D圖示針對同相操作而言在週期的不同階段期間降壓變換器105的示例性配置。
在週期的第一階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將第一飛電容器132a和第二飛電容器132b並聯地耦合在降壓變換器105的輸入112與開關節點120之間。在圖3A中圖示此一實例，圖3A圖示在第一階段期間降壓變換器105的等效電路。控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第一組控制值來將第一飛電容器132a耦合在輸入112與開關節點120之間，並且經由向第二開關網路108b輸入第三組控制值來將第二飛電容器132b耦合在輸入112與開關節點120之間。
在第一階段期間，開關節點120處的電壓VSW 大約等於輸入電壓Vin 減去跨並聯地耦合的第一飛電容器132a和第二飛電容器132b的電壓。由於跨第一飛電容器132a和第二飛電容器132b的電壓大約等於Vin /2，因此在第一階段期間，開關節點120處的電壓VSW 大約等於Vin /2。由於針對工作週期小於50%的情況而言，Vin /2的開關節點電壓大於輸出電壓Vout ，因此在第一階段期間使電感器140通電，此使得電感器電流IL 增大（例如，斜升），如圖2所示。第一階段的持續時間等於DT，其中D是降壓變換器105的工作週期，而T是一個週期的時段（亦即，持續時間）。另外，在第一階段期間，降壓變換器105經由功率電晶體165從電源170吸取電流IF ，以對第一飛電容器132a和第二飛電容器132b進行充電，如圖2所示。
在該週期的第二階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將開關節點120耦合到地。在圖3B中圖示此一實例，圖3B圖示在第二階段期間降壓變換器105的等效電路。控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第五組控制信號，並且向第二開關網路108b輸入第六組控制信號，來將開關節點120耦合到地。在第二階段期間，使電感器140斷電，此使得電感器電流IL 減小（例如，斜降），如圖2所示。第二階段的持續時間等於(0.5-D)T。此外，在第二階段期間，由於開關節點120以及飛電容器132a和132b與輸入112解耦，因此功率電晶體電流IF 大約為零。
在週期的第三階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將第一飛電容器132a和第二飛電容器132b並聯地耦合在開關節點120與地之間。在圖3C中圖示此一實例，圖3C圖示在第三階段期間降壓變換器105的等效電路。控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第二組控制信號，並且向第二開關網路108b輸入第四組控制信號，來將第一飛電容器132a耦合在開關節點120與地之間。
在第三階段期間，開關節點120處的電壓VSW 大約等於跨第一飛電容器132a和第二飛電容器132b的電壓，其大約等於Vin /2。由於針對工作週期小於50%的情況而言，Vin /2的開關節點電壓大於輸出電壓Vout ，因此在第三階段期間使電感器140通電，此使得電感器電流IL 增大（例如，斜升）。第三階段的持續時間等於DT。另外，在第三階段期間，由於開關節點120和飛電容器132a和132b與輸入112解耦，因此功率電晶體電流IF 大約為零。
在該週期的第四階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將開關節點120耦合到地。在圖3D中圖示此一實例，圖3D圖示在第四階段期間降壓變換器105的等效電路。在第四階段期間，使電感器140斷電，此使得電感器電流IL 減小（例如，斜降）。第四階段的持續時間等於(0.5-D)T。此外，在第四階段期間，由於開關節點120和飛電容器132a和132b與輸入112解耦，因此功率電晶體電流IF 大約為零。應注意的是，在該實例中，在第四階段中降壓變換器105的配置與在第二階段中降壓變換器105的配置相同。
如圖2所示，在同相操作期間，降壓變換器105在每個週期的第一階段期間經由功率電晶體165吸取電流。在每個週期的第二、第三和第四階段期間，功率電晶體電流IF 大約為零。由於降壓變換器105在每個週期的一個階段（亦即，第一階段）期間經由功率電晶體165吸取電流，因此功率電晶體165的紋波電流可能是相對高的。功率電晶體165的高紋波電流增加了功率電晶體165中的功率損耗，這降低了功率效率。另外，高紋波電流可能需要增加輸入電容器114的電容以使輸入電壓Vin 平滑，此增加了輸入電容器114的面積。
為了解決該問題，本案內容的各態樣以異相來操作降壓變換器105的第一分支106a和第二分支106b。如下文進一步論述的，異相操作經由分散經由功率電晶體165吸取的電流（例如，在每個週期的兩個階段內，而不是每個週期的一個階段）來減小功率電晶體165的紋波電流。較低的紋波電流降低了功率電晶體165中的功率損耗，從而提高功率效率。此外，較低的紋波電流降低了對輸入電容器114的電容要求，從而允許使用較小的輸入電容器114。
現在將參考圖4和圖5A至5D，針對降壓變換器105的工作週期小於50%並且輸出電壓Vout 處於地與Vin /2之間的情況，論述降壓變換器105的異相操作的實例。圖4圖示在異相操作期間在兩個週期內的功率電晶體電流IF 和電感器電流IL 的實例。圖5A至5D圖示針對異相操作而言在週期的不同階段期間降壓變換器105的示例性配置。
在週期的第一階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將第一飛電容器132a和第二飛電容器132b串聯地耦合在降壓變換器105的輸入112與地之間，其中第一飛電容器132a耦合在輸入112與開關節點120之間，並且第二飛電容器132b耦合在開關節點120與地之間。在圖5A中圖示此一實例，圖5A圖示在第一階段期間降壓變換器105的等效電路。控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第一組控制信號來將第一飛電容器132a耦合在輸入112與開關節點120之間，以及經由向第一開關網路108a輸入第四組控制信號來將第二飛電容器132b耦合在開關節點120與地之間。
在第一階段期間，開關節點120處的電壓VSW 大約等於Vin /2。此是因為跨第一飛電容器132a和第二飛電容器132b中的每一者的電壓大約等於Vin /2，並且開關節點120位於第一飛電容132a與第二飛電容132b之間。由於針對工作週期小於50%的情況而言，Vin /2的開關節點電壓大於輸出電壓Vout ，因此在第一階段期間使電感器140通電，此使得電感器電流IL 增大（例如，斜升），如圖4所示。第一階段的持續時間等於DT。此外，在第一階段期間，降壓變換器106經由功率電晶體165從電源170吸取電流IF ，以對第一飛電容器132a進行充電。
在該週期的第二階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將開關節點120耦合到地。在圖5B中圖示此一實例，圖5B圖示在第二階段期間降壓變換器105的等效電路。控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第五組控制信號，並且向第二開關網路108b輸入第六組控制信號，來將開關節點120耦合到地。在第二階段期間，使電感器140斷電，此使得電感器電流IL 減小（例如，斜降），如圖4所示。第二階段的持續時間等於(0.5-D)T。此外，在第二階段期間，由於開關節點120以及飛電容器132a和132b與輸入112解耦，因此功率電晶體電流IF 大約為零。
在該週期的第三階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將第二飛電容器132b和第一飛電容器132a串聯地耦合在降壓變換器105的輸入112與地之間，其中第二飛電容器132b耦合在輸入112與開關節點120之間，並且第一飛電容器132a耦合在開關節點120與地之間。在圖5C中圖示此一實例，圖5C圖示在第三階段期間降壓變換器105的等效電路。控制器160可以經由向第二開關網路108b輸入第三組控制信號來將第二飛電容器132b耦合在輸入112與開關節點120之間，並且經由向第一開關網路108a輸入第二組控制信號，來將第一飛電容器132a耦合在開關節點120與地之間。
在第三階段期間，開關節點120處的電壓VSW 大約等於Vin /2。此是因為跨第一飛電容器132a和第二飛電容器132b中的每一者的電壓大約等於Vin /2，並且開關節點120位於第二飛電容132b與第一飛電容132a之間。由於針對工作週期小於50%的情況而言，Vin /2的開關節點電壓大於輸出電壓Vout ，因此在第三階段期間使電感器140通電，此使得電感器電流IL 增大（例如，斜升），如圖4所示。第三階段的持續時間等於DT。此外，在第三階段期間，降壓變換器106經由功率電晶體165從電源170吸取電流IF ，以對第二飛電容器132b進行充電。
在該週期的第四階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將開關節點120耦合到地。在圖5D中圖示此一實例，圖5D圖示在第四階段期間降壓變換器105的等效電路。在第四階段期間，使電感器140斷電，此使得電感器電流IL 減小（例如，斜降），如圖4所示。第四階段的持續時間等於(0.5-D)T。此外，在第四階段期間，由於開關節點120以及飛電容器132a和132b與輸入112解耦，因此功率電晶體電流IF 大約為零。應注意的是，在該實例中，在第四階段中降壓變換器105的配置與在第二階段中降壓變換器105的配置相同。
如圖4所示，在異相操作期間，降壓變換器105在每個週期的第一階段和第三階段期間經由功率電晶體165吸取電流。因此，經由功率電晶體165吸取的電流分散在每個週期的兩個階段內，而不是每個週期的一個階段內，此減小了功率電晶體165的紋波電流。較低的紋波電流降低了功率電晶體165中的功率損耗，從而提高功率效率。此外，較低的紋波電流降低了對輸入電容器114的電容要求，從而允許使用較小的輸入電容器114。
在圖2中，功率電晶體電流IF 在用於同相操作的每個週期的第一階段期間的變化經由ΔI1 來提供。在圖4中，功率電晶體電流IF 在用於異相操作的每個週期的第一階段和第三階段期間的變化經由ΔI2 來提供。在該等實例中，ΔI2 等於大約一半的ΔI1 ，這指示與同相操作相比，在異相操作期間功率電晶體165的較低的紋波電流。
在某些態樣，用於同相操作的均方根功率電晶體電流可以經由以下等式來提供：
Figure 02_image001
(1)
其中IF_RMS_In_Ph 是用於同相操作的均方根功率電晶體電流，Iout 是降壓變換器105的輸出電流，並且D是工作週期。應注意的是，針對此種情況，工作週期小於50%（亦即，D ＜ 0.5）。用於異相操作的均方根功率電晶體電流可以經由以下等式來提供：
Figure 02_image003
(2)
其中IF_RMS_Out_of_Ph 是用於異相操作的均方根功率電晶體電流Iout 是降壓變換器105的輸出電流，並且D是工作週期。應注意的是，針對此種情況，工作週期小於50%（亦即，D ＜ 0.5）。計算IF_RMS_Out_of_Ph 相對於IF_RMS_In_Ph 的比，得到以下項：
Figure 02_image005
(3)
如等式（3）所示，用於異相操作的均方根功率電晶體電流比用於同相操作的均方根功率電晶體電流幾乎小30%。較低的均方根功率電晶體電流轉化為功率電晶體165中的功率損耗的降低，此可以經由以下比來示出：
Figure 02_image007
(4)
其中Pout_of_Ph 是針對異相操作的功率電晶體165中的功率損耗，並且Pin_Ph 是針對同相操作的功率電晶體165中的功率損耗。如等式（4）所示，針對D ≦ 0.5的情況而言，與同相操作相比，對於異相操作，將功率電晶體165中的功率損耗降低了50%。功率電晶體165中的降低的功率損耗提高了功率效率。如下文進一步論述的，針對D ＞ 0.5的情況而言，異相操作亦可以用於提高功率效率，但是與D ≦ 0.5的情況相比，程度較小。
現在將參考圖6和圖7A至7D，針對降壓變換器105的工作週期大於50%並且輸出電壓Vout 處於Vin /2與Vin 之間的情況，論述降壓變換器105的同相操作的實例。圖6圖示在同相操作期間在兩個週期內的功率電晶體電流IF 和電感器電流IL 的實例。圖7A至7D圖示針對同相操作而言在週期的不同階段期間降壓變換器105的示例性配置。
在該實例中，第一開關網路108a亦可以被配置為回應於第七組控制值來將開關節點120耦合到降壓變換器105的輸入112，並且第二開關網路108b亦可以被配置為回應於第八組控制值來將開關節點120耦合到降壓變換器105的輸入112。
在週期的第一階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將開關節點120耦合到降壓變換器105的輸入112。在圖7A中圖示此一實例，圖7A圖示在第一階段期間降壓變換器105的等效電路。控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第七組控制信號並且向第二開關網路108b輸入第八組控制信號，來將開關節點120耦合到輸入112。在第一階段期間，使電感器140通電，此使得電感器電流IL 增大（例如，斜升）。第一階段的持續時間等於(D-0.5)T，其中D ＞ 0.5。此外，在第一階段期間，因為開關節點120耦合到輸入112，因此降壓變換器106經由功率電晶體165從電源170吸取電流IF 。應注意的是，在圖6中，電感器電流IL 和電晶體電流IF 在第一階段期間重疊。
在該週期的第二階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將第一飛電容器132a和第二飛電容器132b並聯地耦合在降壓變換器105的輸入112與開關節點120之間。在圖7B中圖示此一實例，圖7B圖示在第二階段期間降壓變換器105的等效電路。控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第一組控制信號來將第一飛電容器132a耦合在輸入112與開關節點120之間，並且經由向第二開關網路108b輸入第三組控制信號來將第二飛電容器132b耦合在輸入112與開關節點120之間。
在第二階段期間，開關節點120處的電壓VSW 大約等於Vin /2。由於針對工作週期大於50%的情況而言，輸出電壓Vout 大於Vin /2的開關節點電壓，因此在第二階段期間，使電感器140斷電，此使得電感器電流IL 減小（例如，斜降）。第二階段的持續時間等於(1-D)T。此外，在第二階段期間，降壓變換器106經由功率電晶體165從電源170吸取電流IF ，如圖6所示。應注意的是，在圖6中，電感器電流IL 和電晶體電流IF 在第二階段期間重疊。
在該週期的第三階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將開關節點120耦合到降壓變換器105的輸入112。在圖7C中圖示此一實例，圖7C圖示在第三階段期間降壓變換器105的等效電路。在第三階段期間，使電感器140通電，此使得電感器電流IL 增大（例如，斜升）。第三階段的持續時間等於(D-0.5)T，其中D ＞ 0.5。此外，在第三階段期間，因為開關節點120耦合到輸入112，因此降壓變換器106經由功率電晶體165從電源170吸取電流IF 。應注意的是，在圖6中，電感器電流IL 和電晶體電流IF 在第三階段期間重疊。在該實例中，降壓變換器105的配置在第一階段和第三階段中是相同的。
在該週期的第四階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將第一飛電容器132a和第二飛電容器132b並聯地耦合在開關節點120與地之間。在圖7D中圖示此一實例，圖7D圖示在第四階段期間降壓變換器105的等效電路。控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第二組控制信號來將第一飛電容器132a耦合在開關節點120與地之間，並且經由向第二開關網路108b輸入第四組控制信號來將第二飛電容器132b耦合在開關節點120與地之間。
在第四階段期間，開關節點120處的電壓VSW 大約等於Vin /2。由於針對工作週期大於50%的情況而言，輸出電壓Vout 大於Vin /2的開關節點電壓，因此在第四階段期間，使電感器140斷電，此使得電感器電流IL 減小（例如，斜降）。第四階段的持續時間等於(1-D)T。此外，在第四階段期間，由於開關節點120以及飛電容器132a和132b與輸入112解耦，因此功率電晶體電流IF 大約為零。
如圖6所示，在同相操作期間，針對工作週期大於50%的情況而言，降壓變換器105在每個週期的第一、第二和第三階段期間經由功率電晶體165吸取電流。
現在將參考圖8和圖9A至9D，針對降壓變換器105的工作週期大於50%並且輸出電壓Vout 處於Vin /2與Vin 之間的情況，論述降壓變換器105的異相操作的實例。圖8圖示在異相操作期間在兩個週期內的功率電晶體電流IF 和電感器電流IL 的實例。圖9A至9D圖示針對異相操作而言在週期的不同階段期間降壓變換器105的示例性配置。
在週期的第一階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將開關節點120耦合到降壓變換器105的輸入112。在圖9A中圖示此一實例，圖9A圖示在第一階段期間降壓變換器105的等效電路。控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第七組控制信號並且向第二開關網路108b輸入第八組控制值，來將開關節點120耦合到輸入112。在第一階段期間，使電感器140通電，此使得電感器電流IL 增大（例如，斜升）。第一階段的持續時間等於(D-0.5)T，其中D ＞ 0.5。此外，在第一階段期間，因為開關節點120耦合到輸入112，因此降壓變換器106經由功率電晶體165從電源170吸取電流IF 。應注意的是，在圖8中，電感器電流IL 和電晶體電流IF 在第一階段期間重疊。
在該週期的第二階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將第一飛電容器132a和第二飛電容器132b串聯地耦合在降壓變換器105的輸入112與地之間，其中第一飛電容器132a耦合在輸入112與開關節點120之間，並且第二飛電容器132b耦合在開關節點120與地之間。在圖9B中圖示此一實例，圖9B圖示在第二階段期間降壓變換器105的等效電路。控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第一組控制信號來將第一飛電容器132a耦合在輸入112與開關節點120之間，以及經由向第二開關網路108b輸入第四組控制信號來將第二飛電容器132b耦合在開關節點120與地之間。
在第二階段期間，開關節點120處的電壓VSW 大約等於Vin /2。由於針對工作週期大於50%的情況而言，輸出電壓Vout 大於Vin /2的開關節點電壓，因此在第二階段期間，使電感器140斷電，此使得電感器電流IL 減小（例如，斜降），如圖8所示。第二階段的持續時間等於(1-D)T。此外，在第二階段期間，降壓變換器106經由功率電晶體165從電源170吸取電流IF ，以對第一飛電容器132a進行充電。
在該週期的第三階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將開關節點120耦合到降壓變換器105的輸入112。在圖9C中圖示此一實例，圖9C圖示在第三階段期間降壓變換器105的等效電路。在第三階段期間，使電感器140通電，此使得電感器電流IL 增大（例如，斜升）。第三階段的持續時間等於(D-0.5)T，其中D ＞ 0.5。此外，在第三階段期間，因為開關節點120耦合到輸入112，因此降壓變換器106經由功率電晶體165從電源170吸取電流IF 。應注意的是，在圖8中，電感器電流IL 和電晶體電流IF 在第三階段期間重疊。在該實例中，降壓變換器105的配置在第一階段和第三階段中是相同的。
在該週期的第四階段期間，控制器160使得第一開關網路108a和第二開關網路108b將第二飛電容器132b和第一飛電容器132a串聯地耦合在降壓變換器105的輸入112與地之間，其中第二飛電容器132b耦合在輸入112與開關節點120之間，並且第一飛電容器132a耦合在開關節點120與地之間。在圖9D中圖示此一實例，圖9D圖示在第四階段期間降壓變換器105的等效電路。控制器160可以經由向第二開關網路108b輸入第三組控制信號，來將第二飛電容器132b耦合在輸入112與開關節點120之間。控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第二組控制值，來將第一飛電容器132a耦合在開關節點120與地之間。
在第二階段期間，開關節點120處的電壓VSW 大約等於Vin /2。由於針對工作週期大於50%的情況而言，輸出電壓Vout 大於Vin /2的開關節點電壓，因此在第四階段期間，使電感器140斷電，此使得電感器電流IL 減小（例如，斜降），如圖8所示。第四階段的持續時間等於(1-D)T。此外，在第二階段期間，降壓變換器106經由功率電晶體165從電源170吸取電流IF ，以對第二飛電容器132b進行充電。
如圖8所示，在異相操作期間，針對工作週期大於50%的情況而言，降壓變換器105在每個週期的第一、第二、第三和第四階段期間經由功率電晶體165吸取電流。圖8與圖6的比較表明：在用於同相操作的每個週期的第二階段期間經由功率電晶體165吸取的電流IF 分散在用於異相操作的每個週期的第二階段和第四階段內。因此，與同相操作相比，針對異相操作而言，減小了功率電晶體165的紋波電流，從而導致功率電晶體165中的較低的功率損耗和較高的功率效率。隨著工作週期增加到50%以上，每個週期的第二階段和第四階段的持續時間減少，這降低了由異相操作所提供的功率效率的改善（與同相操作相比）。此可以從以下比看出：
Figure 02_image009
(5)
其中等式（5）適用於工作週期大於50%的情況。如等式（5）所示，當工作週期大約為50%時，用於異相操作的功率損耗大約為同相操作的一半。隨著工作週期增加到50%以上，用於異相操作的功率損耗接近用於同相操作的功率損耗（亦即，隨著D增加，等式（5）中的比接近1）。對於工作週期等於或小於50%的情況，用於異相操作的功率損耗大約為同相操作的一半，如等式（4）所示。
圖10A圖示根據某些態樣的針對同相操作和小於50%的工作週期的情況而言在週期的不同部分（例如，階段）期間第一飛電容器132a和第二飛電容器132b的示例性配置。應注意的是，為了便於說明，在圖10A中未圖示電感器140。在週期的第一部分1010（例如，第一階段）期間，控制器160使得開關網路108a和108b將第一飛電容器132a和第二飛電容器132b並聯地耦合在輸入112與開關節點120之間（例如，經由向第一開關網路108a輸入第一組控制值並且向第二開關網路108b輸入第三組控制值）。在上文論述的圖3A中圖示該配置的實例。在該週期的第二部分1020（例如，第三階段）期間，控制器160使得開關網路108a和108b將第一飛電容器132a和第二飛電容器132b並聯地耦合在開關節點120與地之間（例如，經由向第一開關網路108a輸入第二組控制值並且向第二開關網路108b輸入第四組控制值）。在上文論述的圖3C中圖示該配置的實例。在該週期的第一部分1010和第二部分1020（例如，第一階段和第三階段）期間使電感器140通電。
在該週期的第一部分1010與第二部分1020之間的、該週期的第三部分1015（例如，第二階段）期間，開關節點120耦合到地，在上文論述的圖3B中圖示其實例。由於開關節點120在第三部分1015期間耦合到地，因此針對第三部分1015未圖示用於飛電容器132a和132b的配置。開關節點120亦可以在該週期的第四部分1025（例如，第四階段）期間耦合到地，在上文論述的圖3D中圖示其實例。如上所論述的，控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第五組控制值並且向第二開關網路108b輸入第六組控制值，來將開關節點120耦合到地。
應明白的是，本案內容不限於在圖10A中所示的週期的第一部分1010和第二部分1020的示例性次序。例如，第一部分1010和第二部分1020的次序可以調換，其中在該週期中第二部分1020在第一部分1010之前。就此而言，應明白的是，使用針對週期的不同部分的諸如「第一」、「第二」等的命名用於在該週期的不同部分之間進行區分，而並不意欲將該等部分如此指定為該週期中的特定次序。
圖10B圖示根據某些態樣的針對異相操作和小於50%的工作週期的情況而言在週期的不同部分（例如，階段）期間第一飛電容器132a和第二飛電容器132b的示例性配置。在該週期的第一部分1050（例如，第一階段）期間，控制器160使得開關網路108a和108b將第一飛電容器132a和第二飛電容器132b串聯地耦合在輸入112與地之間，其中第一飛電容器132a在輸入112與開關節點120之間，並且第二飛電容器132b在開關節點120與地之間（例如，經由向第一開關網路108a輸入第一組控制值，並且向第二開關網路108b輸入第四組控制值）。在上文論述的圖5A中圖示該配置的實例。在該週期的第二部分1060（例如，第三階段）期間，控制器160使得開關網路108a和108b將第二飛電容器132b和第一飛電容器132a串聯地耦合在輸入112與地之間，其中第二飛電容器132b在輸入112與開關節點120之間，並且第一飛電容器132a在開關節點120與地之間（例如，經由向第一開關網路108a輸入第二組控制值，並且向第二開關網路108b輸入第三組控制值）。在上文論述的圖5C中圖示該配置的實例。在該週期的第一部分1050和第二部分1060（例如，第一階段和第三階段）期間使電感器140通電。
在該週期的第一部分1050與第二部分1060之間的、該週期的第三部分1055（例如，第二階段）期間，開關節點120耦合到地，在上文論述的圖5B中圖示其實例。由於開關節點120在第三部分1055期間耦合到地，因此針對第三部分1055未圖示用於飛電容器132a和132b的配置。開關節點120亦可以在該週期的第四部分1065（例如，第四階段）期間耦合到地，在上文論述的圖5D中圖示其實例。如上所論述的，控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第五組控制值並且向第二開關網路108b輸入第六組控制值，來將開關節點120耦合到地。
應明白的是，本案內容不限於在圖10B中所示的週期的第一部分1050和第二部分1060的示例性次序。例如，第一部分1050和第二部分1060的次序可以調換，其中在該週期中第二部分1060在第一部分1050之前。就此而言，應明白的是，使用針對週期的不同部分的諸如「第一」、「第二」等的命名用於在該週期的不同部分之間進行區分，而並不意欲將該等部分如此指定為該週期中的特定次序。
圖11A圖示根據某些態樣的針對同相操作和大於50%的工作週期的情況而言在週期的不同部分（例如，階段）期間第一飛電容器132a和第二飛電容器132b的示例性配置。應注意的是，為了便於說明，在圖11A中未圖示電感器140。在週期的第一部分1115（例如，第二階段）期間，控制器160使得開關網路108a和108b將第一飛電容器132a和第二飛電容器132b並聯地耦合在輸入112與開關節點120之間（例如，經由向第一開關網路108a輸入第一組控制值，並且向第二開關網路108b輸入第三組控制值）。在上文論述的圖7B中圖示該配置的實例。在該週期的第二部分1125（例如，第四階段）期間，控制器160使得開關網路108a和108b將第一飛電容器132a和第二飛電容器132b並聯地耦合在開關節點120與地之間（例如，經由向第一開關網路108a輸入第二組控制值，並且向第二開關網路108b輸入第四組控制值）。在上文論述的圖7D中圖示該配置的實例。在該週期的第一部分1115和第二部分1125（例如，第二階段和第四階段）期間使電感器140通電。
在該週期的第一部分1115與第二部分1125之間的、該週期的第三部分1120（例如，第三階段）期間，開關節點120耦合到降壓變換器105的輸入112，在上文論述的圖7C中圖示其實例。由於開關節點120在第三部分1120期間耦合到輸入112，因此針對第三部分1120未圖示用於飛電容器132a和132b的配置。開關節點120亦可以在該週期的第四部分1110（例如，第一階段）期間耦合到輸入112，在上文論述的圖7A中圖示其實例。如上所論述的，控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第七組控制值並且向第二開關網路108b輸入第八組控制值，來將開關節點120耦合到輸入112。
應明白的是，本案內容不限於在圖11A中所示的週期的第一部分1115和第二部分1125的示例性次序。例如，第一部分1115和第二部分1125的次序可以調換，其中第二部分1125在第一部分1115之前。如上所論述的，使用針對週期的不同部分的諸如「第一」、「第二」等的命名用於在該週期的不同部分之間進行區分，而並不意欲將該等部分如此指定為該週期中的特定次序。
圖11B圖示根據某些態樣的針對異相操作和大於50%的工作週期的情況而言在週期的不同部分（例如，階段）期間第一飛電容器132a和第二飛電容器132b的示例性配置。在該週期的第一部分1155（例如，第二階段）期間，控制器160使得開關網路108a和108b將第一飛電容器132a和第二飛電容器132b串聯地耦合在輸入112與地之間，其中第一飛電容器132a在輸入112與開關節點120之間，並且第二飛電容器132b在開關節點120與地之間（例如，經由向第一開關網路108a輸入第一組控制值，並且向第二開關網路108b輸入第四組控制值）。在上文論述的圖9B中圖示該配置的實例。在該週期的第二部分1165（例如，第四階段）期間，控制器160使得開關網路108a和108b將第二飛電容器132b和第一飛電容器132a串聯地耦合在輸入112與地之間，其中第二飛電容器132b在輸入112與開關節點120之間，並且第一飛電容器132a在開關節點120與地之間（例如，經由向第一開關網路108a輸入第二組控制值，並且向第二開關網路108b輸入第三組控制值）。在上文論述的圖9D中圖示該配置的實例。在該週期的第一部分1155和第二部分1165（例如，第二階段和第四階段）期間使電感器140斷電。
在該週期的第一部分1155與第二部分1165之間的、該週期的第三部分1160（例如，第三階段）期間，開關節點120耦合到降壓變換器105的輸入112，在上文論述的圖9C中圖示其實例。由於開關節點120耦合到輸入112，因此針對第三部分1160未圖示用於飛電容器132a和132b的配置。開關節點120亦可以在該週期的第四部分1150（例如，第一階段）期間耦合到輸入112，在上文論述的圖9A中圖示其實例。如上所論述的，控制器160可以經由向第一開關網路108a輸入第七組控制值並且向第二開關網路108b輸入第八組控制值，來將開關節點120耦合到輸入112。
應明白的是，本案內容不限於在圖11B中所示的週期的第一部分1155和第二部分1165的示例性次序。例如，第一部分1155和第二部分1165的次序可以調換，其中在該週期中第二部分1165在第一部分1155之前。就此而言，應明白的是，使用針對週期的不同部分的諸如「第一」、「第二」等的命名用於在該週期的不同部分之間進行區分，而並不意欲將該等部分如此指定為該週期中的特定次序。
可能期望的是，將第一飛電容器132a和第二飛電容器132b的電壓平衡在大約一半的輸入電壓Vin/2處，以用於降壓變換器105的高效操作。在一種方法中，使用額外的平衡電路（未圖示）來平衡第一飛電容器132a和第二飛電容器132b的電壓，該額外的平衡電路可以包括額外電晶體和平衡電容器。平衡電路可能佔用晶片上的相對大的面積，並且導致額外的功率損失。
為了解決該問題，控制器160可以在混合模式下操作降壓變換器105，其中控制器160將降壓變換器105在同相操作與異相操作之間切換。經由將降壓變換器105在同相操作與異相操作之間切換，控制器160能夠將第一飛電容器132a和第二飛電容器132b的電壓平衡在大約Vin /2處，而不需要上文論述的額外的平衡電路。此是因為飛電容器132a和132b在異相操作期間串聯地耦合並且在同相操作期間並聯地耦合。當飛電容器132a和132b在異相操作期間串聯地耦合在Vin 與地之間時，飛電容器132a和132b的組合電壓大約等於Vin 。當飛電容器132a和132b在同相操作期間並聯地耦合時，則飛電容器132a和132b的電壓被平衡在大約一半的組合電壓（亦即，Vin /2）處，假設飛電容器132a和132b的電容是大致相同的。
圖12圖示根據某些態樣的針對工作週期小於50%的情況而言降壓變換器105的混合模式操作的實例。在降壓變換器105的第一週期1210中，控制器160以異相來操作降壓變換器105。就此而言，第一週期1210可以被稱為異相週期。如圖12所示，在第一週期1210期間，飛電容器132a和132b串聯地耦合。上文參考圖10B提供的對異相週期的描述適用於第一週期1210。
在降壓變換器105的第二週期1220中，控制器160以同相來操作降壓變換器105。就此而言，第二週期1220可以被稱為同相週期。如圖12所示，在第二週期1220期間，飛電容器132a和132b並聯地耦合。上文參考圖10A提供的對同相週期的描述適用於第二週期1220。在某些態樣中，第二週期1220可以緊隨在第一週期1210之後（如圖12中的示例所示）。
圖13圖示根據某些態樣的針對工作週期大於50%的情況而言降壓變換器105的混合模式操作的實例。在降壓變換器105的第一週期1310中，控制器160以異相來操作降壓變換器105。就此而言，第一週期1310可以被稱為異相週期。如圖13所示，在第一週期1310期間，飛電容器132a和132b串聯地耦合。上文參考圖11B提供的對異相週期的描述適用於第一週期1310。
在降壓變換器105的第二週期1320中，控制器160以同相來操作降壓變換器105。就此而言，第二週期1320可以被稱為同相週期。如圖13所示，在第二週期1320期間，飛電容器132a和132b並聯地耦合。上文參考圖11A提供的對同相週期的描述適用於第二週期1320。在某些態樣中，第二週期1320可以緊隨在第一週期1310之後（如圖13中的示例所示）。
在圖12和13中所示的實例中，控制器160可以在混合模式操作中將降壓變換器105在同相週期與異相週期之間切換。在一個實例中，降壓變換器105的奇數週期可以是異相週期，而降壓變換器105的偶數週期可以是同相週期，或者反之亦然。在該實例中，異相週期減小來自功率電晶體165的均方根電流（亦即，輸入電流），以提高功率效率，而同相週期提供了飛電容器132a和132b的電壓平衡。
在某些態樣中，為了更高的功率效率，控制器160可以更頻繁地以異相來操作降壓變換器105（與同相相比），以提供輸入電流的均方根的更大降低。就此而言，控制器160可以在每N個週期中的一個週期中以同相來操作降壓變換器105，並且在每N個週期中的N-1個週期中以異相來操作降壓變換器105，其中N是大於2的整數（例如，三、四、五、六、七、八等等）。換言之，每N個週期中的一個週期是同相週期，並且每N個週期中的N-1個週期是異相週期，其中N個週期可以是降壓變換器105的連續週期。例如，對於N等於4的實例，降壓變換器105的每四個週期中的一個週期是同相週期，而降壓變換器105的每四個週期中的三個週期是異相週期。在該等態樣中，每個同相週期可以對應於在圖10A中針對小於50%的工作週期所示的示例性同相週期，或者在圖11A中針對大於50%的工作週期所示的示例性同相週期。每個異相週期可以對應於在圖10B中針對小於50%的工作週期所示的示例性異相週期，或者在圖11B中針對大於50%的工作週期所示的示例性異相週期。
圖14A圖示第一開關網路108a和第二開關網路108b的示例性實現方式。在該實例中，第一開關網路108a包括串聯地耦合在降壓變換器105的輸入112與開關節點120之間的第一開關110a和第二開關115a。第一開關網路108a亦包括串聯地耦合在開關節點120與地之間的第三開關125a和第四開關130a。第一飛電容器132a的第一端子134a耦合在第一開關110a與第二開關115a之間，而第一飛電容器132a的第二端子136a耦合在第三開關125a與第四開關130a之間。
在該實例中，經由控制路徑162輸入到第一開關網路108a的每組控制值可以控制第一開關網路108a中的開關110a、115a、125a和130a中的相應一者。控制路徑162可以包括多條控制線，其中該等控制線中的每條控制線攜帶一組控制值中的一個控制值以控制開關110a、115a、125a和130a中的相應一者。為了便於說明，在圖14A中未圖示控制路徑162的各條控制線。在該實例中，回應於第一組控制值，第一開關110a和第三開關125a封閉，並且第二開關115a和第四開關130a斷開。回應於第二組控制值，第二開關115a和第四開關130a封閉，並且第一開關110a和第三開關125a斷開。回應於第五組控制值，第一開關110a和第二開關115a斷開，並且第三開關125a和第四開關130a封閉。回應於第七組控制值，第一開關110a和第二開關115a封閉，並且第三開關125a和第四開關130a斷開。
在該實例中，第二開關網路108b包括串聯地耦合在降壓變換器105的輸入112與開關節點120之間的第五開關110b和第六開關115b。第二開關網路108b亦包括串聯地耦合在開關節點120與地之間的第七開關125b和第八開關130b。第二飛電容器132b的第一端子134b耦合在第五開關110b與第六開關115b之間，並且第二飛電容器132b的第二端子136b耦合在第七開關125b與第八開關130b之間。
在該實例中，經由控制路徑164輸入到第二開關網路108b的每組控制值可以控制第二開關網路108b中的開關110b、115b、125b和130b中的相應一者。控制路徑164可以包括多條控制線，該等控制線中的每條控制線攜帶一組控制值中的一個控制值以控制開關110b、115b、125b和130b中的相應一者。為了便於說明，在圖14A中未圖示控制路徑164的各條控制線。回應於第三組控制值，第五開關110b和第七開關125b封閉，並且第六開關115b和第八開關130b斷開。回應於第四組控制值，第六開關115b和第八開關130b封閉，並且第五開關110b和第七開關125b斷開。回應於第六組控制值，第五開關110b和第六開關115b斷開，並且第七開關125b和第八開關130b封閉。回應於第八組控制值，第五開關110b和第六開關115b封閉，並且第七開關125b和第八開關130b斷開。
應明白的是，第一開關網路108a和第二開關網路108b不限於在圖14A中所示的示例性實現方式，並且第一開關網路108a和第二開關網路108b可以使用開關的其他佈置來實現。在某些態樣中，開關110a、115a、125a、130a、110b、115b、125b和130b中的每一者利用相應的電晶體（例如，相應的NFET）來實現。在該等態樣中，控制器160經由使相應的電晶體導通來封閉開關，並且經由使相應的電晶體關斷來斷開開關。
如上所論述的，開關110a、115a、125a、130a、110b、115b、125b和130b中的每一者可以利用相應的電晶體來實現。就此而言，圖14B圖示其中開關110a、115a、125a、130a、110b、115b、125b和130b中的每一者包括相應的電晶體的實例。更具體地，第一開關110a包括第一電晶體Q1a，第二開關115a包括第二電晶體Q2a，第三開關125a包括第三電晶體Q3a，第四開關130a包括第四電晶體Q4a，第五開關110b包括第五電晶體Q1b，第六開關115b包括第六電晶體Q2b，第七開關125b包括第七電晶體Q3b，並且第八開關130b包括第八電晶體Q4b。應注意的是，為了便於說明，在圖14B中未圖示控制器160。
在圖14B所示的實例中，電晶體Q1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q1b、Q2b、Q3b和Q4b中的每一者利用n型場效應電晶體（NFET）來實現。在該實例中，控制器160經由向相應電晶體的閘輸入高電壓（例如，邏輯1的控制值）（其使相應的電晶體導通）來封閉開關。控制器160經由向相應電晶體的閘輸入低電壓（例如，邏輯零的控制值）（其使相應的電晶體關斷）來斷開開關。應注意的是，為了便於說明，在圖14B中未明確地示出在電晶體Q1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q1b、Q2b、Q3b和Q4b的閘與控制器160之間的連接。應明白的是，電晶體Q1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q1b、Q2b、Q3b和Q4b可以利用其他類型的電晶體來實現。
在該實例中，第一組控制值（其將第一飛電容器132a耦合在輸入112與開關節點120之間）可以包括與電晶體Q1a、Q2a、Q3a和Q4a分別對應的邏輯值1、0、1和0。第二組控制值（其將第一飛電容器132耦合在開關節點120與地之間）可以包括與電晶體Q1a、Q2a、Q3a和Q4a分別對應的0、1、0和1。第五組控制值（其將開關節點120耦合到地）可以包括與電晶體Q1a、Q2a、Q3a和Q4a分別對應的邏輯值0、0、1和1。第七組控制值（其將開關節點120耦合到輸入112）可以包括與電晶體Q1a、Q2a、Q3a和Q4a分別對應的邏輯值1、1、0和0。
在該實例中，第三組控制值（其將第二飛電容器132b耦合在輸入112與開關節點120之間）可以包括與電晶體Q1b、Q2b、Q3b和Q4b分別對應的邏輯值1、0、1和0。第四組控制值（其將第二飛電容器132b耦合在開關節點120與地之間）可以包括與電晶體Q1b、Q2b、Q3b和Q4b分別對應的邏輯值0、1、0和1。第六組控制值（其將開關節點120耦合到地）可以包括與電晶體Q1b、Q2b、Q3b和Q4b分別對應的邏輯值0、0、1和1。第八組控制值（其將開關節點120耦合到輸入112）可以包括與電晶體Q1b、Q2b、Q3b和Q4b分別對應的邏輯值1、1、0和0。
圖15圖示針對工作週期小於50%的情況而言控制器160可以產生以便以同相來操作降壓變換器105的控制信號的實例。在該實例中，控制信號1510被輸入到第一電晶體Q1a，控制信號1520被輸入到第四電晶體Q4a，控制信號1530被輸入到第二電晶體Q2a，並且控制信號1540被輸入到第三電晶體Q3a。在該實例中，控制信號1520是控制信號1510的互補（即反相），並且控制信號1540是控制信號1530的互補（亦即，反相）。
控制信號1550被輸入到第五電晶體Q1b，控制信號1560被輸入到第八電晶體Q4b，控制信號1570被輸入到第六電晶體Q2b，並且控制信號1580被輸入到第七電晶體Q3b。對於同相操作，控制信號1550、1560、1570和1580可以分別與控制信號1510、1520、1530和1540相同。這使得電晶體Q1a、Q2a、Q3a和Q4a分別與電晶體Q1b、Q2b、Q3b和Q4b同相操作。在該實例中，每個控制信號被輸入到相應電晶體的閘，並且當相應的控制信號為高（例如，具有邏輯1的控制值）時使電晶體導通，並且當相應的控制信號為低（例如，具有邏輯0的控制值）時使電晶體關斷。
在每個週期的第一階段（被標記為「I」）期間，使第一電晶體Q1a、第三電晶體Q3a、第五電晶體Q1b和第七電晶體Q3b導通，並且使第二電晶體Q2a、第四電晶體Q4a、第六電晶體Q2b和第八電晶體Q4b關斷。因此，第一飛電容器132a和第二飛電容器132b並聯地耦合在輸入112與開關節點120之間，在圖3A中圖示其實例。
在每個週期的第二階段和第四階段（被標記為「II」和「IV」）期間，使第一電晶體Q1a、第二電晶體Q2a、第五電晶體Q1b和第六電晶體Q2b關斷，並且使第三電晶體Q3a、第四電晶體Q4a、第七電晶體Q3b和第八電晶體Q4b導通。因此，開關節點120耦合到地，在圖3B和3D中圖示其實例。
在每個週期的第三階段（被標記為「III」）期間，使第一電晶體Q1a、第三電晶體Q3a、第五電晶體Q1b和第七電晶體Q3b關斷，並且使第二電晶體Q2a、第四電晶體Q4a、第六電晶體Q2b和第八電晶體Q4b導通。因此，第一飛電容器132a和第二飛電容器132b並聯地耦合在開關節點120與地之間，在圖3C中圖示其實例。
圖16圖示針對工作週期小於50%的情況而言用於以異相來操作降壓變換器105的控制信號的實例。在該實例中，針對異相操作，分別被輸入到第一電晶體Q1a、第四電晶體Q4a、第二電晶體Q2a和第三電晶體Q3a的控制信號1510、1520、1530和1540是與上文參考圖15論述的同相操作相同的。因此，用於電晶體Q1a、Q2a、Q3a和Q4a的控制信號對於異相操作和同相操作可以保持相同。
在同相操作期間分別被輸入到第五電晶體Q1b和第八電晶體Q4b的控制信號1550和1560在異相操作期間分別被輸入到第六電晶體Q2b和第七電晶體Q3b。在同相操作期間分別被輸入到第六電晶體Q2b和第七電晶體Q3b的控制信號1570和1580在異相操作期間分別被輸入到第五電晶體Q1b和第八電晶體Q4b。因此，可以經由在第五電晶體Q1b與第六電晶體Q2b之間交換控制信號以及在第八電晶體Q4b與第七電晶體Q3b之間交換控制信號，來實現在同相操作與異相操作之間切換降壓變換器105。
在每個週期的第一階段（被標記為「I」）期間，使第一電晶體Q1a、第三電晶體Q3a、第六電晶體Q2b和第八電晶體Q3b導通，並且使第二電晶體Q2a、第四電晶體Q4a、第五電晶體Q1b和第七電晶體Q3b關斷。因此，第一飛電容器132a和第二飛電容器132b串聯地耦合在輸入112與地之間，其中第一飛電容器132a在輸入112與開關節點120之間，並且第二飛電容器132b在開關節點120與地之間。在圖5A中圖示此一實例。
在每個週期的第二階段和第四階段（被標記為「II」和「IV」）期間，使第一電晶體Q1a、第二電晶體Q2a、第五電晶體Q1b和第六電晶體Q2b關斷，並且使第三電晶體Q3a、第四電晶體Q4a、第七電晶體Q3b和第八電晶體Q4b導通。因此，開關節點120耦合到地，在5B和5D中圖示其實例。
在每個週期的第三階段（被標記為「III」）期間，使第二電晶體Q2a、第四電晶體Q4a、第五電晶體Q1b和第七電晶體Q3b導通，並且使第一電晶體Q1a、第三電晶體Q3a、第六電晶體Q2b和第八電晶體Q4b關斷。因此，第一飛電容器132a和第二飛電容器132b串聯地耦合在輸入112與開關節點120之間，其中第二飛電容器132b在輸入112與開關節點120之間，並且第一飛電容器132a在開關節點120與地之間。在圖5C中圖示此一實例。
圖17圖示針對工作週期大於50%的情況而言控制器160可以產生以便以同相來操作降壓變換器105的控制信號的實例。在該實例中，控制信號1710被輸入到第一電晶體Q1a，控制信號1720被輸入到第四電晶體Q4a，控制信號1730被輸入到第二電晶體Q2a，並且控制信號1740被輸入到第三電晶體Q3a。在該實例中，控制信號1720是控制信號1710的互補（亦即，反相），並且控制信號1740是控制信號1730的互補（亦即，反相）。
控制信號1750被輸入到第五電晶體Q1b，控制信號1760被輸入到第八電晶體Q4b，控制信號1770被輸入到第六電晶體Q2b，並且控制信號1780被輸入到第七電晶體Q3b。對於同相操作，控制信號1750、1760、1770和1780可以分別與控制信號1710、1720、1730和1740相同。這使得電晶體Q1a、Q2a、Q3a和Q4a分別與電晶體Q1b、Q2b、Q3b和Q4b同相操作。在該實例中，每個控制信號被輸入到相應電晶體的閘，並且當相應控制信號為高（例如，具有邏輯1的控制值）時使電晶體導通，並且當相應控制信號為低（例如，具有邏輯0的控制值）時使電晶體關斷。
在每個週期的第一階段和第三階段（被標記為「I」和「III」）期間，使第一電晶體Q1a、第二電晶體Q2a、第五電晶體Q1b和第六電晶體Q2b導通，並且使第三電晶體Q3a、第四電晶體Q4a、第七電晶體Q3b和第八電晶體Q4b關斷。因此，開關節點120耦合到降壓變換器105的輸入112，在圖7A和7C中圖示其實例。
在每個週期的第二階段（被標記為「II」）期間，使第一電晶體Q1a、第三電晶體Q3a、第五電晶體Q1b和第七電晶體Q3b導通，並且使第二電晶體Q2a、第四電晶體Q4a、第六電晶體Q2b和第八電晶體Q4b關斷。因此，第一飛電容器132a和第二飛電容器132b並聯地耦合在輸入112與開關節點120之間，在圖7B中圖示其實例。
在每個週期的第四階段（被標記為「IV」）期間，使第一電晶體Q1a、第三電晶體Q3a、第五電晶體Q1b和第七電晶體Q3b關斷，並且使第二電晶體Q2a、第四電晶體Q4a、第六電晶體Q2b和第八電晶體Q4b導通。因此，第一飛電容器132a和第二飛電容器132b並聯地耦合在開關節點120與地之間，在圖7D中圖示其實例。
圖18圖示針對工作週期大於50%的情況而言用於以異相來操作降壓變換器105的控制信號的實例。在該實例中，對於異相操作，分別被輸入到第一電晶體Q1a、第四電晶體Q4a、第二電晶體Q2a和第三電晶體Q3a的控制信號1710、1720、1730和1740與上面參考圖17論述的同相操作是相同的。因此，用於電晶體Q1a、Q2a、Q3a和Q4a的控制信號對於異相操作和同相操作可以保持相同。
在同相操作期間分別被輸入到第五電晶體Q1b和第八電晶體Q4b的控制信號1750和1760在異相操作期間分別被輸入到第六電晶體Q2b和第七電晶體Q3b。在同相操作期間分別被輸入到第六電晶體Q2b和第七電晶體Q3b的控制信號1770和1780在異相操作期間分別被輸入到第五電晶體Q1b和第八電晶體Q4b。因此，可以經由在第五電晶體Q1b與第六電晶體Q2b之間交換控制信號以及在第八電晶體Q4b與第七電晶體Q3b之間交換控制信號，來實現在同相操作與異相操作之間切換降壓變換器105。
在每個週期的第一階段和第三階段（被標記為「I」和「III」）期間，使第一電晶體Q1a、第二電晶體Q2a、第五電晶體Q1b和第六電晶體Q2b導通，並且使第三電晶體Q3a、第四電晶體Q4a、第七電晶體Q3b和第八電晶體Q4b關斷。因此，開關節點120耦合到降壓變換器105的輸入112，在圖9A和9C中圖示其實例。
在每個週期的第二階段（被標記為「II」）期間，使第一電晶體Q1a、第三電晶體Q3a、第六電晶體Q2b和第八電晶體Q3b導通，並且使第二電晶體Q2a、第四電晶體Q4a、第五電晶體Q1b和第七電晶體Q3b關斷。因此，第一飛電容器132a和第二飛電容器132b串聯地耦合在輸入112與地之間，其中第一飛電容器132a在輸入112與開關節點120之間，並且第二飛電容器132b在開關節點120與地之間。在圖9B中圖示此一實例。
在每個週期的第四階段（被標記為「IV」）期間，使第二電晶體Q2a、第四電晶體Q4a、第五電晶體Q1b和第七電晶體Q3b導通，並且使第一電晶體Q1a、第三電晶體Q3a、第六電晶體Q2b和第八電晶體Q4b關斷。因此，第一飛電容器132a和第二飛電容器132b串聯地耦合在輸入112與開關節點120之間，其中第二飛電容器132b在輸入112與開關節點120之間，並且第一飛電容器132a在開關節點120與地之間。在圖9D中圖示此一實例。
圖19A圖示根據某些態樣的控制器160的示例性實現方式。為了便於說明，在圖19A中未圖示降壓變換器105的細節。在該實例中，降壓變換器105的輸出146耦合到接收輸出電壓Vout 的負載1910。負載1910可以包括電池（未圖示）及/或另一設備。
在該實例中，控制器160包括比較器1920和控制電路1930。比較器1920具有：被配置為接收目標電壓Vtarget 的第一輸入1922；耦合到降壓變換器106的輸出146的第二輸入1924；及耦合到控制電路1930的輸出1926。在操作中，比較器1920將降壓變換器105的輸出電壓Vout 與目標電壓Vtarget 進行比較，並且向控制電路1930輸出比較信號，該比較信號指示降壓變換器105的輸出電壓Vou t是大於亦是小於目標電壓Vtarget 。比較器1920可以利用誤差放大器或另一種類型的比較器來實現。
控制電路1930產生控制信號1935，並且向降壓變換器105輸出控制信號1935（例如，經由在圖1和14A中所示的控制路徑162和164），其中控制信號1935中的每一者控制降壓變換器105中的相應開關（例如，開關110a、115a、125a、130a、110b、115b、125b和130b中的相應一者）。控制信號1935可以根據上面參考圖3A至3D、圖5A至5B，圖7A至7B和圖9A至9D所論述的切換順序中的任何一項來切換降壓變換器105中的開關，以便以同相及/或異相來操作降壓變換器105。
對於控制器160在小於50%的工作週期的情況下以同相來操作降壓變換器105的實例，控制信號1935可以對應於在圖15中所示的示例性控制信號。對於控制器160在小於50%的工作週期的情況下以異相來操作降壓變換器105的實例，控制信號1935可以對應於在圖16中所示的示例性控制信號。對於控制器160在大於50%的工作週期的情況下以同相來操作降壓變換器105的實例，控制信號1935可以對應於在圖17中所示的示例性控制信號。對於控制器160在大於50%的工作週期的情況下以異相來操作降壓變換器105的實例，控制信號1935可以對應於在圖18中所示的示例性控制信號。
在操作中，控制電路1930基於從比較器1920接收的比較信號來控制控制信號1935的工作週期（從而控制降壓變換器105的工作週期）。更具體地，控制電路1930基於比較信號，在減小輸出電壓Vout 與目標電壓Vtarget 之間的差的方向上調整工作週期。若比較信號指示降壓變換器105的輸出電壓Vout 小於目標電壓Vtarget ，則控制電路1930增加工作週期以增加輸出電壓Vout ，在此種情況下此減小了Vout 與Vtarget 之間的差。若比較信號指示降壓變換器105的輸出電壓Vout 大於目標電壓Vtarget ，則控制電路1930減小工作週期以減小輸出電壓Vout ，在此種情況下此減小了Vout 與Vtarget 之間的差。以此種方式，控制電路1930動態地調整降壓變換器105的工作週期，以保持降壓變換器105的輸出電壓Vout 接近目標電壓。
圖19B圖示其中控制器160包括電壓定標器1950的示例性實現方式，其中電壓定標器1950被配置為對降壓變換器105的輸出電壓Vout 進行縮放以產生經縮放的電壓Vs 。在該實例中，比較器1920將經縮放的電壓Vs 與參考電壓Vref 進行比較，以產生上述比較信號。經縮放的電壓Vs 大約等於輸出電壓Vout 乘以定標器1950的縮放因數。在該實例中，目標電壓Vtarget 大約等於參考電壓Vref 除以縮放因數。因此，在該實例中，可以經由對電壓定標器1950的縮放因數進行程式設計來對目標電壓Vtarget 進行程式設計。在一個實例中，電壓定標器1950可以利用電阻器分壓器來實現，電阻器分壓器可以包括用於對縮放因數進行程式設計的可變電阻器。在該實例中，比較信號指示輸出電壓Vout 是大於亦是小於目標電壓。
圖20圖示根據某些態樣的控制電路1930的示例性實現方式。在該實例中，控制電路1930包括工作週期電路2010和控制信號產生器2020。控制信號產生器2020被配置為產生針對降壓變換器105中的開關的控制信號。如下文進一步論述的，工作週期電路2010被配置為：從比較器1920（在圖20中未圖示）接收比較信號；及基於比較信號來控制由控制信號產生器2020輸出的控制信號的工作週期。應注意的是，為了便於說明，在圖20中未圖示飛電容器132a和132b。
在該實例中，控制信號產生器2020包括：耦合到降壓變換器105的第一控制輸入2050a的第一輸出2030a；耦合到降壓變換器105的第二控制輸入2055a的第二輸出2035a；耦合到降壓變換器105的第三控制輸入2060a的第三輸出2040a；及耦合到降壓變換器105的第四控制輸入2065a的第四輸出2045a。第一控制輸入2050a、第二控制輸入2055a、第三控制輸入2060a和第四控制輸入2065a分別耦合到第一開關110a、第二開關115a、第三開關125a和第四開關130a。對於其中利用電晶體來實現開關的實例，第一控制輸入2050a、第二控制輸入2055a、第三控制輸入2060a和第四控制輸入2065a可以分別耦合到第一電晶體Q1a的閘、第二電晶體Q2a的閘、第三電晶體Q3a的閘和第四電晶體的閘Q4a。應注意的是，為了便於說明，在圖20中未圖示飛電容器132a和132b。如圖20所示，輸出2030a、2035a、2040a和2045a中的每一者可以經由控制路徑162的相應控制線耦合到相應的輸入2050a、2055a、2060a和2065a。
控制信號產生器2020亦包括：耦合到降壓變換器105的第五控制輸入2050b的第五輸出2030b；耦合到降壓變換器105的第六控制輸入2055b的第六輸出2035b；耦合到降壓變換器105的第七控制輸入2060b的第七輸出2040b；及耦合到降壓變換器105的第八控制輸入2065b的第八輸出2045b。第五控制輸入2050b、第六控制輸入2055b、第七控制輸入2060b和第八控制輸入2065b分別耦合到第五開關110b、第六開關115b、第七開關125b和第八開關130b。對於其中利用電晶體來實現開關的實例，第五控制輸入2050b、第六控制輸入2055b、第七控制輸入2060b和第八控制輸入2065b可以分別耦合到第五電晶體Q1b的閘、第六電晶體Q2b的閘、第七電晶體Q3b的閘和第八電晶體Q4b閘的。如圖20所示，輸出2030b、2035b、2040b和2045b中的每一者可以經由控制路徑164的相應控制線耦合到相應的輸入2050b、2055b、2060b和2065b。
在操作中，控制信號產生器2020產生以上論述的控制信號1935。控制信號中的每一者控制開關110a、115a、125a、130a、110b、115b、125b和130b中的相應一者的接通/斷開狀態（亦即，控制開關中的相應一者是封閉亦是斷開）。就此而言，控制信號產生器2020向降壓變換器105的耦合到相應開關的控制輸入輸出控制信號中的每一者。例如，控制信號產生器2020向第一控制輸入2050a輸出用於第一開關110a的控制信號，向第二控制輸入2055a輸出用於第二開關115a的控制信號，以此類推。如上所論述的，控制信號可以對應於在圖15至18中的任一圖中所示的控制信號，例如，這取決於控制器160是以同相亦是以異相來操作降壓變換器105以及工作週期小於亦是大於50%。
如上所論述的，工作週期電路2010被配置為基於來自比較器1920的比較信號來控制控制信號的工作週期（從而控制降壓變換器105的工作週期）。在一個實例中，工作週期電路2010可以產生週期性脈衝信號，其包括降壓變換器105的每個週期的一個脈衝。隨後，工作週期電路2010可以向控制信號產生器2020輸出脈衝信號，其中控制信號產生器2020基於脈衝信號來產生用於降壓變換器105的控制信號。在該實例中，工作週期電路2010經由控制脈衝信號的脈衝寬度來控制工作週期。此可以藉助於以下實例來解釋。
對於工作週期小於50%的情況，脈衝信號可以對應於圖15中的控制信號1510，其具有正脈衝1512。在該實例中，脈衝寬度大約等於DT，其中D是工作週期，並且T是一個週期的時段。因此，工作週期大約等於脈衝信號（亦即，在該實例中，為控制信號1510）的脈衝寬度除以該時段。因此，可以經由調整脈衝寬度來調整工作週期。在該實例中，工作週期電路2010可以經由增加脈衝寬度來增加工作週期（例如，當比較信號指示Vout ＜ Vtarget 時）。工作週期電路2010可以經由減小脈衝寬度來減小工作週期（例如，當比較信號指示Vout ＞ Vtarget 時）。在該實例中，工作週期電路2010可以利用脈衝寬度調制器或另一種類型的電路來實現。
在該實例中，控制信號產生器2020隨後可以基於控制信號1510來產生（亦即，推導出）其他控制信號。例如，控制信號產生器2020可以經由（例如，使用反相器）將控制信號1510反相來產生控制信號1520。控制信號產生器2020可以經由將控制信號1510在時間上移位達一半的時段（亦即，0.5T）來產生控制信號1530，並且經由將控制信號1520在時間上移位達一半的時段（亦即，0.5T）來產生控制信號1540。因此，控制信號產生器2020可以基於控制信號1510（其對應於在該示例中的脈衝信號），經由執行反相和時移功能來產生控制信號1520、1530和1540。在該實例中，控制信號1550、1560、1570和1580可以分別是控制信號1510、1520、1530和1540的副本。
對於工作週期大於50%的情況，脈衝信號可以對應於圖17中的控制信號1710，其具有負脈衝1712。在該實例中，脈衝寬度大約等於(1-D)T，其中D是工作週期，並且T是一個週期的時段。與工作週期小於50%的情況類似，工作週期電路2010經由調整控制信號1710（其對應於該示例中的脈衝信號）的脈衝寬度來調整工作週期。
控制信號產生器2020隨後可以基於控制信號1710來產生（亦即，推導出）其他控制信號。例如，控制信號產生器2020可以經由（例如，使用反相器）將控制信號1710反相來產生控制信號1720。控制信號產生器2020可以經由將控制信號1710在時間上移位達一半的時段（亦即，0.5T）來產生控制信號1730，並且經由將控制信號1720在時間上移位達一半的時段（亦即，0.5T）來產生控制信號1740。因此，控制信號產生器2020可以基於控制信號1710（其對應於該示例中的脈衝信號），經由執行反相和時移功能來產生控制信號1720、1730和1740。在該實例中，控制信號1750、1760、1770和1780可以分別是控制信號1710、1720、1730和1740的副本。
如上所論述的，控制器160可以經由將針對降壓變換器105的第二開關網路108b中的開關的控制信號交換，來在混合模式下將降壓變換器105在同相操作與異相操作之間切換。就此而言，圖21圖示其中控制器160包括在控制信號產生器2020和降壓變換器105之間的交換電路2110的實例。交換電路2110包括分別耦合到控制信號產生器2020的第五輸出2030b、第六輸出2035b、第七輸出2040b和第八輸出2045b的第一輸入2112、第二輸入2114、第三輸入2116和第四輸入2118。交換電路2110亦包括分別耦合到降壓變換器105的第五控制輸入2050b、第六控制輸入2055b、第七控制輸入2065b和第八控制輸入2065b的第一輸出2122、第二輸出2214、第三輸出2216和第四輸出2218。
在某些態樣中，交換電路2110被配置為基於控制器160是以同相亦是以異相來操作降壓變換器105，將輸入2112、2114、2116和2118中的每一者選擇性地耦合到輸出2122、2124、2126和2128中的一者。在一個實例中，交換電路2110的第一輸入2112和第二輸入2114可以分別接收控制信號1550和1570。在該實例中，在同相模式下，交換電路2110將第一輸入2112和第二輸入2114分別耦合到第一輸出2122和第二輸出2124，使得控制信號1550被輸入到第五電晶體Q1b並且控制信號1570被輸入到第六電晶體Q2b。在異相模式下，交換電路2110將第一輸入2112和第二輸入2114分別耦合到第二輸出2124和第一輸出2122，使得控制信號1550被輸入到第六電晶體Q2b並且控制信號1570被輸入到第五電晶體Q1b。
此外，在該實例中，交換電路2110的第三輸入2116和第四輸入2118可以分別接收控制信號1560和1580。在該實例中，在同相模式下，交換電路2110將第三輸入2116和第四輸入2118分別耦合到第四輸出2128和第三輸出2126，使得控制信號1560被輸入到第八電晶體Q4b並且控制信號1580被輸入到第七電晶體Q3b。在異相模式中，交換電路2110將第三輸入2116和第四輸入2118分別耦合到第三輸出2126和第四輸出2128，使得控制信號1580被輸入到第四電晶體Q4b並且控制信號1560被輸入到第七電晶體Q3b。
因此，在該實例中，交換電路2110經由在第五電晶體Q1b與第六電晶體Q2b之間交換控制信號，並且在第八電晶體Q4b與第七電晶體Q3b之間交換控制信號，從而將降壓變換器105在同相操作與異相操作之間切換（例如，對於混合模式操作）。就此而言，交換電路2110可以在同相模式與異相模式之間切換，以在混合模式操作下操作降壓變換器。例如，交換電路2110可以在每N個週期中的一個週期內在同相模式下操作，並且在每N個週期中的N-1個週期中在異相模式下操作，其中N個週期可以是降壓變換器105的連續週期。交換電路2110可以利用交叉開關、多工器等來實現。
圖22是示出根據本案內容的各態樣的操作降壓變換器的方法2200的流程圖。降壓變換器（例如，降壓變換器105）包括第一電容器（例如，第一飛電容器132a）、第二電容器（例如，第二飛電容器132b）和耦合在節點（例如，開關節點120）與降壓變換器的輸出之間的電感器（例如，電感器140）。
在方塊2210處，在第一週期的第一部分期間，將第一電容器和第二電容器串聯地耦合在降壓變換器的輸入與地之間，其中第一電容器耦合在降壓變換器的輸入與節點之間，並且第二電容器耦合在該節點和地之間。在圖5A和9B中圖示串聯地耦合的第一電容器和第二電容器的實例。第一週期的第一部分可以對應於圖10B中的第一部分1050或圖11中的第一部分1155。
在方塊2220處，在第一週期的第二部分期間，將第二電容器和第一電容器串聯地耦合在降壓變換器的輸入與地之間，其中第二電容器耦合在降壓變換器的輸入與節點之間，並且第一電容器耦合在該節點與地之間。在圖5C和9D中圖示串聯地耦合的第二電容器和第一電容器的實例。第一週期的第二部分可以對應於圖10B中的第二部分1060或圖11B中的第二部分1165。第一週期的第二部分可以在第一週期的第一部分之後或之前。
可選地，方法2200可以包括：在第二週期的第一部分期間，將第一電容器和第二電容器並聯地耦合在降壓變換器的輸入與節點之間；及在第二週期的第二部分期間，將第一電容器和第二電容器並聯地耦合在該節點與地之間。在圖3A和7B中圖示並聯地耦合在降壓變換器的輸入與節點之間的第一電容器和第二電容器的實例。在圖3C和7D中圖示並聯地耦合在節點與地之間的第一電容器和第二電容器的實例。
圖23圖示根據本案內容的某些態樣的示例性系統2305的方塊圖。系統2305可以用於在行動設備（例如，手機、膝上型電腦等）或其他類型的設備中供電。在該實例中，系統2305包括電源埠2320、充電器2330（例如，無線充電器）、第一功率電晶體165a、第二功率電晶體165b、功率控制器180、降壓變換器105、控制器160和可充電電池2310（其可以對應於圖19中的負載1910）。應明白的是，圖23不是按比例繪製的，並且系統2305的元件可以按照與圖23中所示的不同方式來佈局。
電源埠2320可以耦合到電源（未圖示）以用於從電源接收功率。在一個實例中，電源可以是通用序列匯流排（USB）電源。USB電源具有在5到25伏之間的輸出電壓。在一個實例中，電源埠2320可以可拆卸地耦合到電源。在本案內容中，術語「可拆卸地」意味著使用者可以容易地將電源與電源埠2320耦合或解耦。電源埠2320亦可以被稱為電源連接器或另一術語。充電器2330可以是無線地耦合（例如，感應地耦合）到外部電源以從外部電源接收功率的無線充電器。
第一功率電晶體165a耦合在降壓變換器105的電源埠2320與輸入112之間，並且第二功率電晶體165b耦合在充電器2330與降壓變換器105的輸入112之間。功率控制器180根據哪個電源正被用於降壓變換器105，來使第一功率電晶體165a或第二功率電晶體165b選擇性地導通。例如，當降壓變換器105要從耦合到電源埠2320的電源（例如，USB電源）接收功率時，功率控制器180可以使第一功率電晶體165a導通並且使第二功率電晶體165b關斷。當降壓變換器105要從充電器2330接收功率時，功率控制器180可以使第二功率電晶體165b導通並且使第一功率電晶體165a關斷，充電器2330可以是從外部電源無線地接收功率的無線充電器。
降壓變換器105的輸出146耦合到電池2310。降壓變換器105被配置為將輸入112處的輸入電壓Vin 降低到較低的輸出電壓Vout 以對電池2310進行充電。控制器160被配置為根據上面論述的本案內容的各態樣中的任何一或多個態樣來控制降壓變換器105中的開關。在某些態樣中，控制器160被配置為調整降壓變換器105的工作週期以將輸出電壓Vout 保持在大約目標電壓Vtarget （例如，用於對電池2310進行充電的電壓）處。為此，控制器160可以監測降壓變換器105的輸出電壓Vout ，並且基於所監測的輸出電壓Vout 來調整工作週期，以使所監測的輸出電壓Vout 接近目標電壓Vtarget 。電池2310可以耦合到一或多個設備（未圖示），以向一或多個設備供電。一或多個設備可以包括片上系統（SoC），其可以包括整合在晶片上的一或多個處理器、記憶體、數據機及/或其他電路。
應明白的是，本案內容不限於以上用於描述本案內容的各個態樣的示例性術語，並且本案內容涵蓋等效術語。例如，應明白的是，控制信號產生器2020亦可以被稱為驅動器、開關控制器或另一術語。在另一實例中，應明白的是，降壓變換器105亦可以被稱為降壓變換器（step-down converter）、開關調節器或另一術語。
以上論述的控制器160、工作週期電路2010和控制信號產生器2020可以利用被設計為執行本文描述的功能的通用處理器、數位信號處理器（DSP）、特殊應用積體電路（ASIC）、現場可程式設計閘陣列（FPGA）或其他可程式設計邏輯裝置、個別硬體部件（例如，邏輯門）或其任何組合來實現。處理器可以經由執行包括用於執行本文描述的功能的代碼的軟體來執行該功能。軟體可以被儲存在電腦可讀取儲存媒體上，例如，RAM、ROM、EEPROM、光碟及/或磁碟。
在本文中使用諸如「第一」、「第二」等的命名對元素的任何引用通常並不限制彼等元素的數量及/或次序。確切而言，該等命名在本文中用作一種在兩個或更多個元素及/或一元素的各實例之間進行區分的便利方式。因此，對第一元素和第二元素的引用並不意指僅可以採用兩個元素，或者第一元素必須在第二元素之前。
在本案內容中，使用「示例性」一詞意味著「用作示例、實例或說明」。本文中被描述為「示例性的」任何實現方式或態樣未必被解釋為比本案內容的其他態樣優選或具有優勢。同樣，術語「態樣」並不要求本案內容的所有態樣皆包括所論述的特徵、優點或操作模式。術語「耦合」在本文中用於指代兩個結構之間的直接或間接電耦合。如本文中所使用的，術語「大約」意指在闡述值的百分之10內（例如，在闡述值的百分之90與百分之110之間）。
提供本案內容的先前描述，以使得本領域的任何技藝人士能夠實現或使用本案內容。對本案內容的各種修改對於本領域技藝人士而言將是顯而易見的，以及在不脫離本案內容的精神或範圍的情況下，本文所定義的整體原理可以應用到其他變型。因此，本案內容並不意欲限於本文描述的實例，而是被賦予與本文公開的原理和新穎特徵相一致的最寬範圍。
105:降壓變換器 106a:第一分支 106b:第二分支 108a:第一開關網路 108b:第二開關網路 110a:第一開關 110b:第五開關 112:輸入 114:輸入電容器 115a:第二開關 115b:第六開關 120:開關節點 125a:第三開關 125b:第七開關 130a:第四開關 130b:第八開關 132a:第一飛電容 132b:第二飛電容器 134a:第一端子 134b:第一端子 136a:第二端子 136b:第二端子 140:電感器 142:第一端子 144:第二端子 146:輸出 150:輸出電容器 160:控制器 162:控制路徑 164:控制路徑 165:功率電晶體 170:電源 180:功率控制器 1010:第一部分 1015:第三部分 1020:第二部分 1025:第四部分 1050:第一部分 1055:第三部分 1060:第二部分 1065:第四部分 1110:第四部分 1115:第一部分 1120:第二部分 1125:第二部分 1150:第四部分 1155:第一部分 1160:第三部分 1165:第二部分 1210:第一週期 1220:第二週期 1310:第一週期 1320:第二週期 1510:控制信號 1512:正脈衝 1520:控制信號 1530:控制信號 1540:控制信號 1550:控制信號 1560:控制信號 1570:控制信號 1580:控制信號 1710:控制信號 1712:負脈衝 1720:控制信號 1730:控制信號 1740:控制信號 1750:控制信號 1760:控制信號 1770:控制信號 1780:控制信號 1910:負載 1920:比較器 1922:第一輸入 1924:第二輸入 1926:輸出 1930:控制電路 1935:控制信號 1950:控制信號 2010:工作週期電路 2020:控制信號產生器 2030a:第五輸出 2035a:第二輸出 2040a:第三輸出 2045a:第四輸出 2050a:第一控制輸入 2055a:第二控制輸入 2060a:第三控制輸入 2065a:第四控制輸入 2030b:第五輸出 2035b:第六輸出 2040b:第七輸出 2045b:第八輸出 2050b:第五控制輸入 2055b:第六控制輸入 2060b:第七控制輸入 2065b:第八控制輸入 2110:交換電路 2112:第一輸入 2114:第二輸入 2116:第三輸入 2118:第四輸入 2122:第一輸出 2124:第二輸出 2126:第三輸出 2128:第四輸入 2200:方法 2210:步驟 2220:步驟 2305:系統 2310:可充電電池 2320:電源埠 2330:充電器 Q1a:第一電晶體 Q1b:第五電晶體 Q2a:第二電晶體 Q2b:第六電晶體 Q3a:第三電晶體 Q3b:第七電晶體 Q4a:第四電晶體 Q4b:第八電晶體
圖1圖示根據本案內容的某些態樣的降壓變換器的實例。
圖2圖示根據本案內容的某些態樣的針對同相操作和小於50%的工作週期的情況而言用於降壓變換器的示例性波形。
圖3A圖示根據本案內容的某些態樣的針對同相操作和小於50%的工作週期的情況而言在週期的第一階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖3B圖示根據本案內容的某些態樣的在週期的第二階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖3C圖示根據本案內容的某些態樣的在週期的第三階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖3D圖示根據本案內容的某些態樣的在週期的第四階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖4圖示根據本案內容的某些態樣的針對異相操作和小於50%的工作週期的情況而言用於降壓變換器的示例性波形。
圖5A圖示根據本案內容的某些態樣的針對異相操作和小於50%的工作週期的情況而言在週期的第一階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖5B圖示根據本案內容的某些態樣的在週期的第二階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖5C圖示根據本案內容的某些態樣的在週期的第三階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖5D圖示根據本案內容的某些態樣的在週期的第四階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖6圖示根據本案內容的某些態樣的針對同相操作和大於50%的工作週期的情況而言用於降壓變換器的示例性波形。
圖7A圖示根據本案內容的某些態樣的針對同相操作和大於50%的工作週期的情況而言在週期的第一階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖7B圖示根據本案內容的某些態樣的在週期的第二階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖7C圖示根據本案內容的某些態樣的在週期的第三階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖7D圖示根據本案內容的某些態樣的在週期的第四階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖8圖示根據本案內容的某些態樣的針對異相操作和大於50%的工作週期的情況而言用於降壓變換器的示例性波形。
圖9A圖示根據本案內容的某些態樣的針對異相操作和大於50%的工作週期的情況而言在週期的第一階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖9B圖示根據本案內容的某些態樣的在週期的第二階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖9C圖示根據本案內容的某些態樣的在週期的第三階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖9D圖示根據本案內容的某些態樣的在週期的第四階段期間降壓變換器的示例性配置。
圖10A圖示根據本案內容的某些態樣的針對同相操作和小於50%的工作週期的情況而言用於第一和第二飛電容器的示例性配置。
圖10B圖示根據本案內容的某些態樣的針對異相操作和小於50%的工作週期的情況而言在週期的不同階段期間用於第一和第二飛電容器的示例性配置。
圖11A圖示根據本案內容的某些態樣的針對同相操作和大於50%的工作週期的情況而言用於第一飛電容器和第二飛電容器的示例性配置。
圖11B圖示根據本案內容的某些態樣的針對異相操作和大於50%的工作週期的情況而言在週期的不同階段期間用於第一和第二飛電容器的示例性配置。
圖12圖示根據本案內容的某些態樣的降壓變換器的混合模式操作的實例。
圖13圖示根據本案內容的某些態樣的降壓變換器的混合模式操作的另一實例。
圖14A圖示根據本案內容的某些態樣的包括開關的降壓變換器的實例。
圖14B圖示根據本案內容的某些態樣的包括利用電晶體實現的開關的降壓變換器的實例。
圖15圖示根據本案內容的各態樣的用於以同相來操作降壓變換器的控制信號的實例。
圖16圖示根據本案內容的各態樣的用於以異相來操作降壓變換器的控制信號的實例。
圖17圖示根據本案內容的各態樣的用於以同相來操作降壓變換器的控制信號的另一實例。
圖18圖示根據本案內容的各態樣的用於以異相來操作降壓變換器的控制信號的另一實例。
圖19A圖示根據本案內容的各態樣的控制器的示例性實現方式。
圖19B圖示根據本案內容的各態樣的控制器的另一種示例性實現方式。
圖20圖示根據本案內容的各態樣的控制電路的示例性實現方式。
圖21圖示根據本案內容的各態樣的包括用於混合模式操作的交換電路的控制器的實例。
圖22是根據本案內容的某些態樣的操作降壓變換器的方法的流程圖。
圖23圖示根據本案內容的某些態樣的包括降壓變換器的系統的實例。
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105:降壓變換器
106a:第一分支
106b:第二分支
108a:第一開關網路
108b:第二開關網路
112:輸入
114:輸入電容器
120:開關節點
132a:第一飛電容
132b:第二飛電容器
140:電感器
142:第一端子
144:第二端子
146:輸出
150:輸出電容器
160:控制器
162:控制路徑
164:控制路徑
165:功率電晶體
170:電源
180:功率控制器

Claims (29)

  1. 一種操作一降壓變換器的方法，其中該降壓變換器包括一第一電容器、一第二電容器以及耦合在一節點與該降壓變換器的一輸出之間的一電感器，該方法包括： 在一第一週期的一第一部分期間，將該第一電容器和該第二電容器串聯地耦合在該降壓變換器的一輸入與一地之間，其中該第一電容器耦合在該降壓變換器的該輸入與該節點之間，並且該第二電容器耦合在該節點和該地之間；及 在該第一週期的第二部分期間，將該第二電容器和該第一電容器串聯地耦合在該降壓變換器的該輸入與該地之間，其中該第二電容器耦合在該降壓變換器的該輸入與該節點之間，並且該第一電容器耦合在該節點與該地之間。
  2. 根據請求項1之方法，亦包括：在該第一週期的一第三部分期間，將該節點耦合到該地。
  3. 根據請求項2之方法，其中該第一週期的該第三部分在該第一週期的該第一部分與該第一週期的該第二部分之間。
  4. 根據請求項1之方法，亦包括：在該第一週期的一第三部分期間，將該節點耦合到該降壓變換器的該輸入。
  5. 根據請求項4之方法，其中該第一週期的該第三部分在該第一週期的該第一部分與該第一週期的該第二部分之間。
  6. 根據請求項1之方法，亦包括： 在第二週期的一第一部分期間，將該第一電容器和該第二電容器並聯地耦合在該降壓變換器的該輸入與該節點之間；及 在該第二週期的一第二部分期間，將該第一電容器和該第二電容器並聯地耦合在該節點與該地之間。
  7. 根據請求項6之方法，亦包括： 在該第一週期的一第三部分期間，將該節點耦合到該地；及 在該第二週期的一第三部分期間，將該節點耦合到該地。
  8. 根據請求項6之方法，亦包括： 在該第一週期的一第三部分期間，將該節點耦合到該降壓變換器的該輸入；及 在該第二週期的一第三部分期間，將該節點耦合到該降壓變換器的該輸入。
  9. 根據請求項1之方法，其中： 該降壓變換器包括： 串聯地耦合在該降壓變換器的該輸入與該節點之間的一第一開關和一第二開關； 串聯地耦合在該節點與該地之間的一第三開關和一第四開關； 串聯地耦合在該降壓變換器的該輸入與該節點之間的一第五開關和一第六開關；及 串聯地耦合在該節點與該地之間的一第七開關和一第八開關； 該第一電容器的第一端子耦合在該第一開關與該第二開關之間； 該第一電容器的第二端子耦合在該第三開關與該第四開關之間； 該第二電容器的第一端子耦合在該第五開關與該第六開關之間； 該第二電容器的第二端子耦合在該第七開關與該第八開關之間；及 在該第一週期的該第一部分期間將該第一電容器和該第二電容器串聯地耦合，包括： 封閉該第一開關、該第三開關、該第六開關和該第八開關；及 斷開該第二開關、該第四開關、該第五開關和該第七開關。
  10. 根據請求項9之方法，其中在該第一週期的該第二部分期間將該第二電容器和該第一電容器串聯地耦合包括： 封閉該第二開關、該第四開關、該第五開關和該第七開關；及 斷開該第一開關、該第三開關、該第六開關和該第八開關。
  11. 根據請求項9之方法，亦包括： 在第二週期的一第一部分期間，將該第一電容器和該第二電容器並聯地耦合在該降壓變換器的該輸入與該節點之間；及 在該第二週期的一第二部分期間，將該第一電容器和該第二電容器並聯地耦合在該節點與該地之間。
  12. 根據請求項11之方法，其中將該第一電容器和該第二電容器並聯地耦合在該降壓變換器的該輸入與該節點之間，包括： 封閉該第一開關、該第三開關、該第五開關和該第七開關；及 斷開該第二開關、該第四開關、該第六開關和該第八開關。
  13. 根據請求項12之方法，其中將該第一電容器和該第二電容器並聯地耦合在該節點與一地之間，包括： 斷開該第一開關、該第三開關、該第五開關和該第七開關；及 封閉該第二開關、該第四開關、該第六開關和該第八開關。
  14. 一種裝置，包括： 一降壓變換器，其中該降壓變換器包括： 一第一電容器； 一第一開關網路，其被配置為：回應於一第一組控制值來將該第一電容器耦合在該降壓變換器的一輸入與一節點之間，以及回應於一第二組控制值來將該第一電容器耦合在該節點與一地之間； 一第二電容器； 一第二開關網路，其被配置為：回應於一第三組控制值來將該第二電容器耦合在該降壓變換器的該輸入與該節點之間，以及回應於一第四組控制值來將該第二電容器耦合在該節點與該地之間；及 耦合在該節點與該降壓變換器的一輸出之間的一電感器；及 一控制器，其中在一第一週期的一第一部分期間，該控制器被配置為向該第一開關網路輸入該第一組控制值以及向該第二開關網路輸入該第四組控制值，並且在該第一週期的一第二部分期間，該控制器被配置為向該第一開關網路輸入該第二組控制值以及向該第二開關網路輸入該第三組控制值。
  15. 根據請求項14之裝置，其中： 該第一開關網路被配置為回應於一第五組控制信號來將該節點耦合到該地；並且 在該第一週期的一第三部分期間，該控制器被配置為向該第一開關網路輸入該第五組控制信號。
  16. 根據請求項15之裝置，其中該第一週期的該第三部分在該第一週期的該第一部分與該第一週期的該第二部分之間。
  17. 根據請求項14之裝置，其中： 該第一開關網路被配置為回應於一第五組控制信號來將該節點耦合到該降壓變換器的該輸入；並且 在該第一週期的一第三部分期間，該控制器被配置為向該第一開關網路輸入該第五組控制信號。
  18. 根據請求項17之裝置，其中該第一週期的該第三部分在該第一週期的該第一部分與該第一週期的該第二部分之間。
  19. 根據請求項14之裝置，其中： 在第二週期的一第一部分期間，該控制器被配置為：向該第一開關網路輸入該第一組控制信號，以及向該第二開關網路輸入該第三組控制信號；並且 在該第二週期的一第二部分期間，該控制器被配置為：向該第一開關網路輸入該第二組控制信號，以及向該第二開關網路輸入該第四組控制信號。
  20. 根據請求項14之裝置，其中： 該第一開關網路包括： 串聯地耦合在該降壓變換器的該輸入與該節點之間的一第一開關和一第二開關；及 串聯地耦合在該節點與該地之間的一第三開關和一第四開關； 該第一電容器的一第一端子耦合在該第一開關與該第二開關之間； 該第一電容器的一第二端子耦合在該第三開關與該第四開關之間； 回應於該第一組控制信號，該第一開關和該第三開關封閉，並且該第二開關和該第四開關斷開；及 回應於該第二組控制信號，該第一開關和該第三開關斷開，並且該第二開關和該第四開關封閉。
  21. 根據請求項20之裝置，其中： 該第二開關網路包括： 串聯地耦合在該降壓變換器的該輸入與該節點之間的一第五開關和一第六開關；及 串聯地耦合在該節點與該地之間的一第七開關和一第八開關； 該第二電容器的一第一端子耦合在該第五開關與該第六開關之間； 該第二電容器的一第二端子耦合在該第七開關與該第八開關之間； 回應於該第三組控制信號，該第五開關和該第七開關封閉，並且該第六開關和該第八開關斷開；及 回應於該第四組控制信號，該第五開關和該第七開關斷開，並且該第六開關和該第八開關封閉。
  22. 根據請求項14之裝置，亦包括： 一充電器； 耦合在該充電器與該降壓變換器的該輸入之間的一功率電晶體；及 耦合到該降壓變換器的該輸出的一電池。
  23. 根據請求項14之裝置，其中該第一組控制值是與該第三組控制值相同的，並且該第二組控制值是與該第四組控制值相同的。
  24. 一種裝置，包括： 一降壓變換器，其包括一第一控制輸入和一第二控制輸入； 一控制信號產生器，其包括一第一輸出和一第二輸出，其中該控制信號產生器被配置為：產生用於控制該降壓變換器中的一開關的一第一控制信號和一第二控制信號；在該第一輸出處輸出該第一控制信號；及在該第二輸出處輸出該第二控制信號；及 一交換電路，其中在一第一模式下，該交換電路被配置為將該第一輸出耦合到該第一控制輸入並且將該第二輸出耦合到該第二控制輸入，並且在一第二模式下，該交換電路被配置為將該第一輸出耦合到該第二控制輸入並且將該第二輸出耦合到該第一控制輸入。
  25. 根據請求項24之裝置，其中： 該交換電路被配置為：在該降壓變換器的N個週期中的一個週期中在該第一模式下操作；並且 該交換電路被配置為：在該降壓變換器的該N個週期中的N-1個週期中在該第二模式下操作。
  26. 根據請求項25之裝置，其中該N個週期是連續週期。
  27. 根據請求項24之裝置，其中： 該降壓變換器亦包括一第三控制輸入和一第四控制輸入； 該控制信號產生器亦包括一第三輸出和一第四輸出； 在該第一模式下，該交換電路被配置為：將該第三輸出耦合到該第三控制輸入，並且將該第四輸出耦合到該第四控制輸入；並且 在該第二模式下，該交換電路被配置為：將該第三輸出耦合到該第四控制輸入，並且將該第四輸出耦合到該第三控制輸入。
  28. 根據請求項27之裝置，其中： 該降壓變換器包括： 串聯地耦合在該降壓變換器的一輸入與一節點之間的一第一開關和一第二開關； 串聯地耦合在該節點與地之間的一第三開關和一第四開關； 電容器，其包括耦合在該第一開關與該第二開關之間的一第一端子、以及耦合在該第三開關與該第四開關之間的一第二端子；及 耦合在該節點與該降壓變換器的一輸出之間的一電感器； 該第一控制輸入耦合到該第一開關； 該第二控制輸入耦合到該第二開關； 該第三控制輸入耦合到該第三開關；並且 該第四控制輸入耦合到該第四開關。
  29. 根據請求項28之裝置，其中該第一開關、該第二開關、該第三開關和該第四開關中的每一者包括相應的一電晶體。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6690750B1 (ja) * 2019-03-19 2020-04-28 株式会社明電舎 Ｆｃ型３レベル電力変換装置
US20200373844A1 (en) * 2019-05-23 2020-11-26 Infineon Technologies Austria Ag Hybrid resonant power supply
US11522452B2 (en) * 2019-12-19 2022-12-06 Qualcomm Incorporated Buck converter
US11837953B2 (en) * 2021-07-30 2023-12-05 Stmicroelectronics S.R.L. Switched capacitor converter, corresponding method, power supply system and electronic device
KR20230037144A (ko) * 2021-09-09 2023-03-16 삼성전자주식회사 이중 위상 3-레벨 컨버터를 포함하는 충전회로 및 전자 장치
US11936290B2 (en) * 2021-11-01 2024-03-19 Halo Microelectronics International Switched capacitor converter and control method
CN114640262B (zh) * 2022-05-16 2022-08-02 广东希荻微电子股份有限公司 电压转换电路与电子设备

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016011380A1 (en) * 2014-07-17 2016-01-21 The Trustees Of Dartmouth College System and method for two-phase interleaved dc-dc converters
DE102015209330A1 (de) 2015-05-21 2016-11-24 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Hocheffiziente schaltende Ladevorrichtung mit verringerter Eingangsspannungswelligkeit
EP3319216A1 (en) * 2016-11-03 2018-05-09 GN Hearing A/S Switched capacitor dc-dc power converter
US10468898B2 (en) * 2017-05-19 2019-11-05 Nxp B.V. Implementation of high efficiency battery charger for electronic devices
US10833585B2 (en) * 2018-03-02 2020-11-10 Texas Instruments Incorporated Scalable switched capacitor integrated buck (SCIB) regulator for high conversion step down application
JP6690750B1 (ja) * 2019-03-19 2020-04-28 株式会社明電舎 Ｆｃ型３レベル電力変換装置
CN112737387A (zh) * 2019-10-14 2021-04-30 台达电子工业股份有限公司 电力系统
US11522452B2 (en) * 2019-12-19 2022-12-06 Qualcomm Incorporated Buck converter

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