TW202145690A - 並聯式電源轉換器之起動偵測技術 - Google Patents

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Abstract

電路及方法，用於控制多個並聯電源轉換器的起動，可避免加入的電源轉換器或具有一個或多個故障狀況的電源轉換器中的突入電流及／或開關過度應力。實施例包括節點狀態偵測器，耦接至並聯電源轉換器內的選定節點，以監控電壓及／或電流，且被配置為與在起動時測量相關電源轉換器的輸出電壓的輸出狀態偵測器平行運作。與基於電荷幫浦的電源轉換器聯同運作，節點狀態偵測器確保每一電源轉換器中的幫浦電容被適當充電，且輸出電容亦被充電。若共用輸出電容及每一電源轉換器的幫浦電容皆被充電至選定目標值，則起動中的緩起動時段可被視為完成。

Description

並聯式電源轉換器之起動偵測技術
本發明係關於電子電路；特定而言，係關於電源轉換器電路。
多種電子產品，特別是行動運算及／或通訊產品及部件(例如筆記型電腦、超極緻筆電(ultrabook)、平板(tablet)裝置、液晶顯示器(LCD)及發光二極體(LED)顯示器)，需要多個電壓位準。例如，射頻發射器(RF transmitter)功率放大器可能需要相對較高的電壓(例如12伏特(V)或更高)，而邏輯電路可能需要較低的電壓位準(例如1-2V)。其他電路可能需要中等的電壓位準(例如5-10V)。
電源轉換器經常用於自一共同電源(例如電池)產生較低或較高之電壓。自較高輸入電壓(例如VIN )電源產生較低輸出電壓(例如VOUT )位準的電源轉換器，為習知之降壓轉換器(step-down converter, buck converter)，因VOUT ＜VIN ，故該轉換器「降低」輸入電壓而得稱。自較低輸入電壓電源產生較高輸出電壓位準的電源轉換器，為習知之升壓轉換器(step-up converter, boost converter)，因VOUT ＞VIN 而得稱。在多個實施例中，電源轉換器可為雙向的，依據電源連接至該轉換器的方式決定該轉換器作為升壓轉換器或降壓轉換器。
第1A圖為一方塊圖，顯示一電路，包括先前技術電源轉換器100。於圖示之範例中，電源轉換器100包括轉換器電路102及控制器104。轉換器電路102被配置為自電壓源106接收輸入電壓VIN ，橫跨於端點V1+及V1-之間，並將輸入電壓VIN 轉換為輸出電壓VOUT ，橫跨於端點V2+及V2-之間。輸出電壓VOUT 一般而言耦接至輸出電容COUT 的兩端，該輸出電容COUT 的兩端可連接負載108。在電源轉換器100的某些實施例中，亦可具有輔助電路(未圖示)，例如偏壓產生器、時脈產生器、電壓控制單元等，並耦接至轉換器電路102及控制器104。
第1B圖為一方塊圖，顯示一電路，包括第1A圖中的先前技術電源轉換器100的一範例的詳細實施例。圖示之轉換器電路102包括電荷幫浦120。於本揭露中所使用的「電荷幫浦」一詞乃指稱切換式電容(switched-capacitor)網路，被配置以將VIN 升高或降低為VOUT 。電荷幫浦的範例包括串級倍壓器(cascade multiplier)、Dickson式、階梯式(ladder)、串聯-並聯式(series-parallel)、Fibonacci式及倍壓器(doubler)切換式電容網路，皆可被配置為多相位或單相位網路。基於電荷幫浦的電源轉換器100使用電容(未顯示於第1B圖中)以將電荷自電源轉換器100的輸入端轉移至輸出端。此等電荷轉移電容為習知之飛電容(fly capacitor)或稱幫浦電容(pump capacitor)，且可為外部部件，耦接至電源轉換器100的積體電路實施例。
於圖示之範例中，電荷幫浦120經由穩壓器(voltage regulator)140耦接至VOUT 。根據習知技術，穩壓器為一電路，被設計為自動維持一恆定電壓位準，且通常包括基於電感的切換式穩壓器(switching regulator)。第1C圖為一示意圖，顯示先前技術穩壓器140的一實施例，其具有電感L及控制器142，以控制多個位於穩壓器140內的開關Sx 。圖示之穩壓器140的詳細運作情形，可參見專利申請文件“Startup of Switched Capacitor Step-Down Power Converter ” 一文。穩壓器140可自主運作，或由控制器104經由控制訊號路徑114控制，以致能、去能及／或重新配置穩壓器140。
若需要濾除雜訊或電磁干擾(EMI)、或有電路被切斷電荷幫浦120的即時輸出VX 的電源供應，則中間電容CVX 可選擇性地耦接於穩壓器140之前的電荷幫浦120的即時輸出端v2+及v2-。中間電容CVX 的電容值一般而言被設定為遠小於輸出電容COUT 的電容值，且小於下文所述的電荷幫浦電容的電容值。
在第一替換實施例中，電荷幫浦120的即時輸出端v2+及v2-即為轉換器電路102的輸出V2+及V2-，並經由一電感(未顯示於第1B圖中)耦接至輸出電容COUT 及負載108(亦即穩壓器140被略去、但中間電容CVX 被保留)。在第二替換實施例中，電荷幫浦120的即時輸出端v2+及v2-即為轉換器電路102的輸出V2+及V2-，並直接耦接至輸出電容COUT 及負載108(亦即穩壓器140及中間電容CVX 皆被略去)。
在轉換器電路102的一替換實施例中，穩壓器140直接自電壓源106接收輸入電壓VIN ，橫跨於其端點v1+及v1-之間(亦即電荷幫浦120及中間電容CVX 皆被略去)。
再參見第1圖，控制器104接收一輸入訊號集合，並產生一輸出訊號集合。部分該等輸入訊號沿訊號路徑110抵達，該訊號路徑110連接至轉換器電路102。該等輸入訊號攜帶資訊，指示轉換器電路102的運作狀態。控制器104亦接收至少一時脈訊號CLK及一個或多個外部輸入／輸出訊號I/O，其可為類比、數位或二者之結合。基於接收的輸入訊號，控制器104產生一控制訊號集合，經由訊號路徑110回傳至轉換器電路102，控制轉換器電路102的內部部件(例如內部開關，例如低電壓場效電晶體(FET)，特別是金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET))，以使轉換器電路102將VIN 升高或降低為VOUT 。在某些實施例中，輔助電路(未圖示)可提供多種訊號至控制器104(並可選地直接提供至轉換器電路102)，例如時脈訊號CLK、輸入／輸出訊號I/O、及多種電壓，例如通用供應電壓VDD 及電晶體偏壓電壓VBIAS 。如第1B圖所示，額外控制訊號路徑114可控制穩壓器140(若有)。
一般而言，電源轉換器100會運作於三種不同狀態之一：穩定狀態(steady state)、關機狀態(shut-down state)及起動狀態(startup state)。在穩定狀態或「正常」運作狀態下，電源轉換器100接收輸入電壓VIN 並將其轉換為輸出電壓VOUT 。在此一穩定狀態或「正常」運作狀態下，電源轉換器100被預期可輸送負載108所需的全輸出功率。在關機狀態下，電源轉換器100被去能，且不發生電壓轉換或功率輸送。在起動狀態下，電源轉換器100內的電路活動被致能，以使能量最終以有限或減弱的功率輸送方式自輸入端的電壓源轉換為輸出電壓，亦即自關機狀態過渡至穩定運作狀態。
相似地，電源轉換器100的電荷幫浦120會運作於三種不同狀態之一：穩定狀態、關機狀態及起動狀態。在穩定狀態或「正常」運作狀態下，此一電荷幫浦120接收輸入電壓VIN ，並藉由在二個時脈相位之間切換幫浦電容的連結，將輸入電壓VIN 轉換為即時輸出電壓VX 或最終輸出電壓VOUT ，依電源轉換器100的配置而定。在穩定狀態或「正常」運作狀態下，電荷幫浦120被預期可輸送負載108所需的全輸出功率。在關機狀態下，不發生電荷幫浦切換。在起動狀態下，電路活動被致能，以使電荷幫浦120最終開始進行切換，以使用幫浦電容將電荷以有限或減弱的功率輸送方式自輸入端的電壓源轉換為輸出電壓，亦即自關機狀態過渡至穩定運作狀態。在此一起動狀態下，該等幫浦電容及輸出電容被預先充電至穩定狀態下預期的電壓位準。
在起動狀態中，基於電荷幫浦120的電源轉換器100需要相應於輸出電容COUT 的電壓VOUT ，校準(align)該等幫浦電容中的電壓，亦需要在電荷幫浦120準備好過渡至穩定運作狀態前，將電壓VOUT 提升至足夠接近穩定狀態目標電壓的所欲位準。該起動狀態可包括一切換前時段，其中電荷幫浦120中的部分電路為活躍狀態，但電荷幫浦切換被去能(其中電荷幫浦切換定義為使用控制器104產生的時脈波形，控制電荷幫浦120中的內部運作)、及隨後的一切換時段，其中電荷幫浦切換被致能，但以減弱的功率輸送模式運作，電流供應有限。
在大部分時間中，電源轉換器100的電荷幫浦120會在所有電容(幫浦電容及輸出電容COUT )完全放電的條件下起動，此條件被視為「平衡」條件。否則，特別對降壓轉換器而言，可能需要在切換開始前，相應於輸出電容COUT 的電壓，重新平衡該等幫浦電容中的電壓，以防止過大的突入電流(in-rush current)及／或開關過度應力(over-stress)。重新平衡包括在電荷幫浦切換運作開始前，藉由同時或依序對該等幫浦電容進行放電及／或充電，設定每一該等幫浦電容兩端的電壓至約為輸出電容COUT 兩端電壓VOUT 的一目標倍數。若實施電壓平衡電路，例如” Startup of Switched Capacitor Step-Down Power Converter” 一文中教示者，則電荷幫浦120一般而言將可靠地起動至各種被視為「不平衡」的初始條件。在某些實施例中，可使用起動狀態偵測器(未圖示)以測量VOUT ，並在滿足所欲的輸出電壓條件時，提供一輸出旗標(flag)訊號(例如一訊號線，自邏輯”0”過渡至邏輯”1”)。該輸出旗標訊號可被列為致能電荷幫浦102的全功率穩定運作狀態前的一個所需條件(應注意，可能尚需要滿足其他條件，方可致能電荷幫浦102的全功率穩定運作狀態)。
對需要較高輸出功率的應用而言，可將多個電源轉換器100並聯耦接，以輸送較高負載電流。另一些應用(例如能源採集)可將多個電源轉換器100並聯耦接，依需求包括相似或不同的電源轉換器100範例，以滿足不同或變化的運作條件下的多種輸出需求。例如，第2圖為一方塊圖，顯示一電路200，包括多個並聯連接的先前技術電源轉換器100_1至100_n，其中n＞1。在此範例中，輸入電壓VIN_x 被施加至每一該n個電源轉換器100_x，每一電源轉換器100_x於致能運作時產生一對應輸出電壓VOUT_x ，橫跨於個別的輸出電容COUT_x 兩端。該等電源轉換器100_x的輸入VIN_x 可來自不同電壓源，或可由一個或多個電源轉換器100_x共同使用。例如，該等電源轉換器100_x的所有輸入可一同連接至單一電壓源，如圖中連接VIN_1 及VIN_n 的虛線所示。
在圖示之範例中，該等電源轉換器100_x的輸出VOUT_x 為共用(亦即直接相互連接於負載節點LN)，而不需要在各電源轉換器100_x個別的輸出VOUT_x 及負載節點LN之間額外插入串聯的隔離開關(isolation switch)。此等隔離開關會增加電路大小及複雜度，且可能降低穩定狀態下的效能。然而，當直接並聯互連(亦即在輸出VOUT 及負載節點LN之間無串聯開關)的電源轉換器100_1至100_n起動時，可能發生潛在問題，導致一個或多個電源轉換器100_x中發生過大的突入電流(in-rush current)及／或開關過度應力(switch over-stress)。
舉例而言，情況可能為所有電源轉換器100_x同時起動，但一個或多個該等電源轉換器100_x發生至少一個或多個故障事件，例如幫浦電容故障(例如外部幫浦電容可能未正確焊接至相關電源轉換器100的積體電路實施例所在的電路板)。在起動狀態中，負載節點LN的電壓被正常運作的電源轉換器100_x充電至所欲的穩定狀態電壓值VOUT 。起動狀態偵測器(未圖示)耦接至個別電源轉換器100_x的VOUT_x (包括故障的電源轉換器)，偵測共用電壓VOUT 到達合適位準，並提供一輸出旗標訊號至該相關電源轉換器100_x，進而過早啟動全功率穩定狀態運作。此情況可能在已故障的電源轉換器中導致大突入電流及／或開關過度應力。
另舉一例，在某些實施例中，該等電源轉換器100_x可能並非同時起動，而是以某種順序(包括隨機)起動。因此，至少一電源轉換器100_x會在負載節點LN的共用電壓已位於或接近VOUT 時，起動、並加入已致能電源轉換器100_x集合。該甫加入之電源轉換器100_x的起動狀態偵測器會感測共用電壓VOUT ，並提供一輸出旗標訊號至該相關電源轉換器100_x，進而過早啟動全功率穩定狀態運作。若該甫加入之電源轉換器100_x包括電荷幫浦120，則全功率穩定狀態運作的過早啟動可能發生於該電源轉換器100_x的幫浦電容電壓足夠對準VOUT 之前。此情況亦會在該甫加入之電源轉換器100_x的電荷幫浦120中導致高突入電流及／或開關過度應力。
相似的問題亦可能發生在該等電源轉換器100_x(每一電源轉換器100_x的個別轉換器電路102不需要相同)之間具有差異時，例如電容值或電感值、起動時間位移、起動狀態偵測器彼此不匹配等。即使該等電源轉換器100_x並未發生故障事件且恰好同時起動，電源轉換器之間的差異或位移仍可能造成一個電源轉換器比另一電源轉換器更快速升高共用電壓VOUT 。該(等)「較慢」的電源轉換器會傾向於將電流帶離該等直接耦接的輸出端，而該(等)「較快」的電源轉換器會試圖維持電流，導致熱能損耗增加及功率浪費。此外，該等並聯電源轉換器100_x中的起動狀態偵測器之間的不匹配，可能導致具有閾值較低的起動狀態偵測器的電源轉換器100_x較具有閾值較高的起動狀態偵測器的電源轉換器100_x更早過渡至全功率穩定狀態運作。此一情況會使更多熱能損耗及功率浪費的可能性增加，而可能導致該(等)「較慢」的電源轉換器過早過渡至全功率穩定狀態運作。
因此，吾人亟需對輸出端直接相互耦接的多個並聯電源轉換器100_x的起動進行控制，避免上文所述的問題，以盡可能減少或防止過大的突入電流、電源轉換器內的開關過度應力、及熱能損耗。本發明處理此一需求，並具有多個優點。
本發明包含電路及方法，用於控制輸出端直接相互耦接的多個並聯電源轉換器的起動，特別防止任一或所有該等並聯電源轉換器過早的穩定狀態運作，以避免或盡可能減少過大的突入電流、電源轉換器內的開關過度應力、及／或熱能損耗等問題。
本發明實施例的一態樣，為引入節點狀態偵測器，耦接至部分或全部並聯連接的電源轉換器內的選取節點，以監控電壓及／或電流，並在某些實施例中被配置為在起動時，與測量相關電源轉換器的輸出電壓(例如VOUT 及／或VX )的輸出狀態偵測器平行運作。對包括電荷幫浦的電源轉換器而言，該等節點狀態偵測器確保每一電源轉換器的幫浦電容被適當充電，且輸出電容COUT 亦被充電。在此等實施例中，若共用輸出電容及每一電源轉換器的幫浦電容被充電至目標穩定狀態值的一選定百分比，則起動過程中的緩起動(soft-start)時段可被視為結束。
一般而言，節點狀態偵測器耦接至相關電源轉換器的一個或多個內部節點，以測量該等節點的電壓及／或電流，以決定該電源轉換器的幫浦電容是否在緩起動時段內被適當充電。此外，輸出狀態偵測器耦接至相關電源轉換器的輸出電壓端，以測量輸出電壓，以決定輸出電容COUT 是否在緩起動時段內被適當充電。
該等節點狀態偵測器被配置為若於該(等)內部節點測得的電壓或電流足以允許起動進行至全功率穩定狀態運作，則產生一個或多個節點旗標訊號。相似地，該等輸出狀態偵測器被配置為若測得的輸出電壓足以允許起動進行至全功率穩定狀態運作，則產生一輸出旗標訊號。該等輸出及節點旗標訊號耦接至相關的狀態驗證電路，該狀態驗證電路僅在來自該等節點狀態偵測器及輸出狀態偵測器的所有旗標訊號皆被置位(asserted)時，產生一邏輯StartUpOK訊號(例如一個二進位的”1”)，指示共用輸出電容COUT 及每一電源轉換器的幫浦電容皆被充電至目標穩定狀態值的一選定百分比。每一StartUpOK訊號可耦接至一相關電源轉換器，且於置位時可列為致能該相關電源轉換器完成起動狀態、並進行至全功率穩定狀態運作之前的一個必要條件。
狀態驗證電路基於自該等節點狀態偵測器及輸出狀態偵測器接收的旗標訊號，對該StartUpOK訊號的置位判準，可包括(但不限於)：相關的電源轉換器的輸出電壓是否落於其穩壓目標值的一預設誤差範圍內(通常比穩定狀態準確度寬鬆)、緩起動時段內是否發生其他故障、及／或轉換器內部節點電壓或電流是否落於期望的目標值內。此外，在具有多個直接相連的並聯電源轉換器的系統中，來自每一電源轉換器的StartUpOK訊號可耦接至系統狀態驗證電路，該系統狀態驗證電路僅在所有StartUpOK訊號皆被置位時，產生一邏輯SysStartUpOK訊號(例如一個二進位的”1”)。SysStartUpOK訊號的置位指示每一直接相連的並聯電源轉換器皆成功通過起動狀態。SysStartUpOK訊號的置位可選擇性地用於同步該系統中的每一電源轉換器過渡至全功率穩定狀態運作。
本發明的一個或多個實施例，將於下文及附隨之圖式中詳述。本發明的其他特徵、目的及優點，於下文敘述、圖式及請求項中，乃為明白易懂。
本發明包含電路及方法，用於控制輸出端直接相互耦接的多個並聯電源轉換器的起動，特別防止任一或所有該等並聯電源轉換器過早的穩定狀態運作，以避免或盡可能減少過大的突入電流、電源轉換器內的開關過度應力、及／或熱能損耗等問題。
[一般實施例]
一般而言，電源轉換器的起動狀態包括「緩起動」時段，其中電源轉換器的運作接近穩定狀態，但輸送至輸出端的功率及／或電流較小或有限。若起動時發生故障，則緩起動時段的存在將特別有益。在緩起動時段中的某一時間點，電源轉換器會評估是否結束緩起動時段。若起動被評估為已成功發生，則隨後電源轉換器自緩起動狀態過渡至穩定狀態，在穩定狀態下可開始全功率輸送。否則，電源轉換器可選擇關閉，或在重新進入緩起動之前過渡至一中間冷卻狀態，並嘗試再次起動。
一般而言，先前技術電源轉換器主要依據測量輸出電壓(例如VOUT 及／或VX )是否已在一預設容許範圍內(例如80%)到達一穩壓目標，作為結束緩起動時段的判準。此方法簡單且具有空間效益及成本效益，因多數電源轉換器已包括在穩定狀態運作時監控輸出電壓VOUT 的電路。然而，如上文所述，吾人已認識到，若僅以輸出電壓的測量值作為結束緩起動時段的唯一判準，則對輸出端直接相互耦接的直接互連並聯電源轉換器而言，此判準的可靠度可能不足。更進一步地，吾人已認識到，若在該等電源轉換器個別的輸出端及負載節點LN之間插入額外的串聯開關，以控制一電源轉換器何時耦接至其他電源轉換器，則穩定狀態運作時的功率損耗將增加。
基於上述認識，本發明範例實施例的一態樣，為引入節點狀態偵測器，耦接至部分或全部並聯連接的電源轉換器100_x內的選取節點，以監控電壓及／或電流，並在某些實施例中被配置為在起動時，與測量相關電源轉換器100_x的輸出電壓的輸出狀態偵測器平行運作。對包括電荷幫浦的電源轉換器而言，該等節點狀態偵測器確保每一電源轉換器100_x的幫浦電容被適當充電，且輸出電容COUT 亦被充電。在此等實施例中，若共用輸出電容及每一電源轉換器100_x的幫浦電容被充電至目標穩定狀態值的一選定百分比，則起動過程中的緩起動時段可被視為結束。應注意，一般而言，測得的輸出電壓為VOUT 。然而，在電荷幫浦120的即時輸出VX 及電源轉換器100的最終輸出VOUT 之間具有某些電路元件(例如電感)的電源轉換器電路中，測得的輸出電壓可能為該額外電路元件之前的即時輸出VX 。為下文敘述簡明起見，除非另有說明，否則「VOUT 」一詞將同時指稱上述二種情況。
第3圖為一方塊圖，顯示一電路300，包括多個並聯連接的電源轉換器100_1至100_n，耦接至相關的節點狀態偵測器302_1至302_n及輸出狀態偵測器304_1至304_n。如圖所示，電路300相似於第2圖中的電路200，其中輸入電壓VIN_X 被施加至每一該n個電源轉換器100_x，每一該等電源轉換器於致能運作時產生一對應輸出電壓VOUT_X ，橫跨於個別的輸出電容COUT_X 兩端。如同第2圖，該等電源轉換器100_x的輸出VOUT_X 為共用(亦即直接相互連接於負載節點LN)。該等電源轉換器100_x的輸入VIN_X 可來自不同電壓源，或可由一個或多個電源轉換器100_x共同使用(例如簡單地一同連接至單一電壓源)。每一節點狀態偵測器302_x耦接至相關電源轉換器100_x的一個或多個內部節點，以測量該等節點的電壓及／或電流，以決定該電源轉換器100_x的該等內部節點或部件是否於緩起動時段中被適當充電。此外，如圖所示，可選的輸出狀態偵測器304_x可耦接至相關電源轉換器100_x的輸出電壓VOUT_X ，以測量輸出電壓，以決定輸出電容COUT_X 是否於緩起動時段中被適當充電。
該等節點狀態偵測器302_x被配置為若於該(等)內部節點測得的電壓或電流足以允許起動進行至全功率穩定狀態運作，則產生一個或多個節點旗標訊號。相似地，該等輸出狀態偵測器304_x被配置為若測得的輸出電壓VOUT_X 足以允許起動進行至全功率穩定狀態運作，則產生一輸出旗標訊號。在某些實施例中，對每一電源轉換器100_x而言，節點狀態偵測器302_x及輸出狀態偵測器304_x的功能可併入控制器104(顯示於第1A圖)中。在其他實施例中，對每一電源轉換器100_x而言，節點狀態偵測器302_x及輸出狀態偵測器304_x可為獨立電路。
第3圖中所示的輸出及節點旗標訊號耦接至相關的狀態驗證電路306_1至306_n，每一狀態驗證電路對應至一個別電源轉換器100_1至100_n。狀態驗證電路306_x可以例如AND閘實施，該AND閘僅在所有來自節點狀態偵測器302_x及輸出狀態偵測器304_x的旗標訊號(若有)皆被置位時，產生一邏輯StartUpOK_x訊號(例如一個二進位的”1”)，進而指示個別輸出電容COUT_X 及每一電源轉換器100_x中的內部節點或部件皆被充電至目標穩定狀態值的一選定百分比(顯而易見地，該StartUpOK_x訊號的相反邏輯狀態，例如一個二進位的”0”，乃指示尚未達到該選定充電位準)。如圖所示，每一StartUpOK_x訊號耦接至相關的電源轉換器100_x，因此可列為致能該相關電源轉換器100_x完成起動狀態、並進行至全功率穩定狀態運作之前的一個必要條件。狀態驗證電路306_x亦可以例如閂鎖(latch)邏輯元件實施，該閂鎖邏輯元件僅在所有來自節點狀態偵測器302_x及輸出狀態偵測器304_x的旗標訊號皆於起動狀態中被置位時，產生一閂鎖邏輯StartUpOK_x訊號。此一配置隨後可釋放節點狀態偵測器302_x及輸出狀態偵測器304_x，以用於其他運作狀態下(例如穩定狀態)的其他監控用途。顯而易見地，亦可使用其他習知電路，以符合「所有來自節點狀態偵測器302_x及輸出狀態偵測器304_x(若有)的旗標訊號皆被置位時，相應地產生一對應StartUpOK_x訊號」的配置。在某些實施例中，對每一電源轉換器100_x而言，每一狀態驗證電路306_x的功能可併入控制器104(顯示於第1A圖)中。在其他實施例中，每一狀態驗證電路306_x可為獨立電路。
狀態驗證電路306_x基於自節點狀態偵測器302_x及輸出狀態偵測器304_x接收的旗標訊號，對StartUpOK訊號的置位判準，可包括(但不限於)：相關的電源轉換器的輸出電壓是否落於其穩壓目標值的一預設誤差範圍內(通常比穩定狀態準確度寬鬆)、緩起動時段內是否發生其他故障、及／或轉換器內部節點電壓或電流是否落於期望的目標值內。
第3圖亦顯示一可選配置(以虛線標示)，其中每一StartUpOK_x訊號耦接至系統狀態驗證電路308。系統狀態驗證電路308可以例如AND閘實施，該AND閘僅在所有該等StartUpOK訊號皆被置位時，產生一邏輯SysStartUpOK訊號(例如一個二進位的”1”) (顯而易見地，該SysStartUpOK訊號的相反邏輯狀態，例如一個二進位的”0”，乃指示並非所有該等StartUpOK訊號皆被置位)。因此，該SysStartUpOK訊號的置位，乃指示每一電源轉換器100_x皆已成功通過起動狀態。在圖示之範例中，該SysStartUpOK訊號耦接至每一電源轉換器100_x，因此該SysStartUpOK訊號的置位可選擇性地用於同步該系統中每一電源轉換器100_x過渡至全功率穩定狀態運作。在某些實施例中，對每一電源轉換器100_x而言，系統狀態驗證電路308的功能可併入控制器104(顯示於第1A圖)中。在其他實施例中，系統狀態驗證電路308可為獨立電路。
在不同實施例中，該等直接互連的並聯電源轉換器100_x的起動可同時、依序或隨機發生(例如基於需求而定，因在某一特定時間內，僅有部分電源轉換器100_x需要提供電源至其他電路)。亦應注意，該等電源轉換器100_x的轉換器電路102(參見第1圖)毋須為相同種類或範例，儘管若該等直接互連的並聯電源轉換器100_x的主要用途為增加功率輸送，則該等轉換器電路102通常會全部採用相同種類。
[串級倍壓器(cascade multiplier)實施例]
對於上文所述關於節點狀態偵測器及狀態驗證邏輯電路之原理，於參照特定範例實施例後，可達更佳之理解。例如，第4A圖為一示意圖400，顯示電荷幫浦120的一範例實施例，包括單一相位對稱串級倍壓器，可用於一個或多個第3圖中的並聯電源轉換器100_x中。圖示的電荷幫浦120被配置為接收一輸入電壓(例如VIN )於端點V1+及V1-，並將該輸入電壓轉換為一輸出電壓(例如VOUT )於端點V2+及V2-。串級倍壓器為切換式電容網路，可提供高轉換增益。於本揭露中所使用的「轉換增益」代表(1)電壓增益，若切換式電容網路產生大於輸入電壓的輸出電壓(VOUT ＞VIN )，或(2)電流增益，若切換式電容網路產生小於輸入電壓的輸出電壓(VIN ＞VOUT )。藉由將串級倍壓器電荷幫浦120在不同拓樸狀態之間循環，能量自輸入端轉移至輸出端。經由電荷轉移路徑，電荷自輸入端轉移至輸出端。每一拓樸狀態中的電容數量及配置，設定了轉換增益。圖示的電荷幫浦120可由控制器104以習知方法控制，如上文及“Shared Comparator for Charge Pumps ” 一文所述。
於圖示之範例中，電荷幫浦120包括五個串聯的開關S1-S5。該等開關可為例如MOSFET開關(特別是N型MOSFET開關)，且每一開關S1-S5可包括一串聯MOSFET堆疊，被配置以作為單一開關運作。為便利開關順序的討論，開關S1、S3及S5有時會統稱為「奇數開關」，而開關S2及S4有時會統稱為「偶數開關」。
電荷幫浦120亦包括第一及第二低端(low-side)相位開關S7及S8，與第一及第二高端(high-side)相位開關S6及S9。低端相位開關S7及S8可連接第一及第二相位節點PN1及PN2至V2-端點。V1-端點通常連接至V2-端點，因而與V2-端點具有相同電壓；然而，在某些實施例中，V1-及V2-端點未必直接相連，因此可能具有不同電壓。
高端相位開關S6及S9可連接第一及第二相位節點PN1及PN2至V2+端點。為便利開關順序的討論，高端相位開關S6及低端相位開關S8有時會統稱為「偶數相位開關」，而低端相位開關S7及高端相位開關S9有時會統稱為「奇數相位開關」。
控制器104中的時脈源產生不重疊的時脈波型P1及P2，耦接至該等開關S1-S9，並通常經由電位轉換器(level shifter)及閘極驅動器(gate driver)電路(未圖示)控制該等開關的開／關狀態。在多個實施例中，圖示的電荷幫浦120會與一近乎相同的電路配對，其差異僅在部件開關以不同相位(通常為180∘相反)運作。
第一幫浦電容C1連接開關S1及S2之間的第一堆疊節點VC1 至相位節點PN1。相似地，第三幫浦電容C3連接開關S3及S4之間的第三堆疊節點VC3 至相位節點PN1。第二幫浦電容C2連接開關S2及S3之間的第二堆疊節點VC2 至相位節點PN2。相似地，第四幫浦電容C4連接開關S4及S5之間的第四堆疊節點VC4 至相位節點PN2。第五堆疊節點VX 連接至電荷幫浦120的端點V2+。
圖示的電荷幫浦120具有四個層級。第一層級包括開關S1、第一堆疊節點VC1 及第一幫浦電容C1；第二層級包括開關S2、第二堆疊節點VC2 及第二幫浦電容C2；第三層級包括開關S3、第三堆疊節點VC3 及第三幫浦電容C3；第四層級包括開關S4、第四堆疊節點VC4 及第四幫浦電容C4。第五串聯開關S5連接第四層級至第五堆疊節點VX ，該第五堆疊節點VX 連接至端點V2+。
來自控制器104的控制訊號導致串聯開關S1-S5、低端相位開關S7及S8、高端相位開關S6及S9依據一特定順序改變狀態。其導致電荷幫浦120反覆在第一及第二運作狀態之間以一選定頻率過渡。例如，在定義為P1時脈波型具有邏輯”1”狀態、P2時脈波型具有邏輯”0”狀態的第一運作狀態中，控制器104(1)將奇數開關S1、S3及S5、低端相位開關S7及高端相位開關S9通路，且(2)將偶數開關S2及S4、高端相位開關S6及低端相位開關S8斷路。在定義為P2時脈波型具有邏輯”1”狀態、P1時脈波型具有邏輯”0”狀態的第二運作狀態中，控制器104(1)將奇數開關S1、S3及S5、低端相位開關S7及高端相位開關S9斷路，且(2)將偶數開關S2及S4、高端相位開關S6及低端相位開關S8通路。控制器104以此種方式控制並排序所有該等開關S1-S9的狀態過渡，以併入所有在第一及第二運作狀態之間過渡時需要的停滯時間(dead time)。在第一運作狀態及第二運作狀態之間的切換，導致電荷以習知方式自端點V1+及V1-傳遞至端點V2+及V2-。
對第4A圖中的電荷幫浦配置而言，節點狀態偵測器302_x(顯示於第3圖中)可用於監控一個或多個堆疊節點VCX 及／或一個或多個相位節點PNx上相對於VIN 及／或VOUT 的平均電壓，以決定該等幫浦電容CX 是否於起動時被適當充電至選定位準。相似地，輸出狀態偵測器304_x可用於監控VX 的平均電壓，以決定輸出電容COUT 是否於起動時被適當充電至選定位準。超過選定參考位準的平均電壓，可指示電荷幫浦120尚未跟上共用輸出電壓VOUT 及／或電荷幫浦120內發生故障，因此該特定電源轉換器100_x不應過渡至穩定狀態運作。此等節點狀態偵測器302_x可包括多種被設計為監控平均電壓的習知電路中的一種。
在電荷幫浦120的輸出VX 及電源轉換器100_x的輸出VOUT 之間具有電感L的實施例中，如上文所述，節點狀態偵測器302_x可用於監控一個或多個堆疊節點VCX (包括VX )上的電壓，以決定該等幫浦電容CX 及輸出電容COUT 是否於起動時被適當充電至選定位準。超過選定參考位準的電壓，可指示電荷幫浦120尚未跟上共用輸出電壓VOUT 及／或電荷幫浦120內發生故障，因此該特定電源轉換器100_x不應過渡至穩定狀態運作。此等節點狀態偵測器302_x可包括多種被設計為監控電壓的習知電路中的一種。
在其他實施例中，可使用電流感測(而非電壓感測)節點狀態偵測器，以監控通過電源轉換器100_x的選定節點的電流是否具有相反極性及／或顯著大小。超過選定參考位準及／或具有與預期位準相反極性的電流，可指示電源轉換器100_x尚未跟上共用輸出電壓VOUT 及／或電源轉換器100_x內發生故障，因此該特定電源轉換器100_x不應過渡至穩定狀態運作。此等電流感測偵測器為本發明所屬領域內的習知技術。可由電流感測節點狀態偵測器監控的節點，可包括一個或多個VX 節點、一個或多個堆疊節點VCX 、及／或一個或多個相位節點PNx。此等節點狀態偵測器302_x可包括多種被設計為監控電流的習知電路中的一種。
顯而易見地，對上述節點的電壓及／或電流的其他測量，亦可用於決定該等幫浦電容CX 及輸出電容COUT 是否於起動時被適當充電至選定位準。此等測量可包括與該等幫浦電容CX 及輸出電容COUT 的充電相關的任何電壓或電流特徵，例如電壓增幅(increment)、電壓漣波(ripple)或電流突波(spike)，只要該等特徵與該等幫浦電容CX 及輸出電容COUT 的充電直接相關即可。
作為對稱串級倍壓器的另一範例，第4B圖為一示意圖，顯示轉換比率可選二相位電荷幫浦420，可用於第3圖中的一個或多個並聯電源轉換器100_x中。特定而言，圖示的電荷幫浦420可使用相同基本電路而選擇性地被配置為「除以2」或「除以3」的轉換比率，如美國專利第10,263,514號一文所述。然而，應注意，本發明可與具有固定式配置的電荷幫浦、具有較少或較多相位的電荷幫浦、及其他種類的電荷幫浦聯同使用。
如圖所示，由時脈訊號P1及P2控制的開關陣列及幫浦電容C1a、C2a、C1b、C2b的佈局相似於固定式除以3電荷幫浦，其不同之處在於每一單元402a及402b包括一個別額外配置元件404a及404b，及二者擇一的DIV3導體與DIV2導體。此外，在單元402a中，直接耦接至VIN 的開關406a由可選時脈訊號Px控制，而在互補單元402b中，直接耦接至VIN 的開關406b由該可選時脈訊號的互補訊號
Figure 02_image001
控制。
當配置元件404a及404b被配置為將個別幫浦電容C1a及C1b耦接至對應的DIV3導體，且時脈訊號Px的相位被設定為相同於單元402a中的P1、互補時脈訊號
Figure 02_image001
的相位被設定為相同於單元402b中的P2時，電荷幫浦420會作為除以3電荷幫浦電路運作，其運作方式與習知的固定式除以3電荷幫浦電路相同；因此，電荷幫浦420的即時輸出VX 為VIN /3。
當配置元件404a及404b被配置為將個別幫浦電容C1a及C1b耦接至對應的DIV2導體時，該等幫浦電容C1x會與另一單元中的幫浦電容C2x並聯。因此，在圖示之範例中，單元402a中的幫浦電容C1a與單元402b中的幫浦電容C2b並聯耦接，而單元402b中的幫浦電容C1b與單元402a中的幫浦電容C2a並聯耦接。更進一步地，在DIV2配置中，時脈訊號Px的相位被設定為相同於單元402a中的P2(而非如DIV3配置中為P1)，且互補時脈訊號
Figure 02_image001
的相位被設定為相同於單元402b中的P1(而非如DIV3配置中為P2)。依此配置，二個幫浦電容的並聯排列(例如C1a及C2b、或C1b及C2a)可有效形成單一等效幫浦電容，進而除去了在電荷幫浦420的每一單元402a及402b中需要具有第二獨立幫浦電容的需求。因此，電荷幫浦420會作為除以2轉換器電路運作，其運作方式與習知的固定式除以2電荷幫浦電路相同；因此，電荷幫浦420的即時輸出VX 為VIN /2。
在DIV3配置的穩定狀態運作中，該等幫浦電容被充電至VX 的數倍(一般而言等於VOUT )。對第4B圖中所示的幫浦電容而言，幫浦電容C1a及C1b會被充電至2*VX ，而幫浦電容C2a及C2b會被充電至VX 。
在DIV2配置的穩定狀態運作中，該等幫浦電容再次被充電至VX 的數倍。對第4B圖中所示的幫浦電容而言，幫浦電容C1a及C1b會與幫浦電容C2a及C2b並聯，且所有幫浦電容會被充電至VX 。
更為廣義而言，若電荷幫浦420的轉換增益為N，則每一時脈相位中有(N-1)個電容，在一電容兩端的最大電壓為(N-1)*VX ，而在一電容兩端的最小電壓為VX 。
應注意，在第4B圖中，差動節點N1a、N2a及差動節點N1b、N2b關聯於個別幫浦電容C1a、C2a、C1b及C2b的頂板(對VIN 而言)。耦接至該等節點配對的差動偵測器電路，可利用單元402a及402b的幫浦電容電壓的對稱性，以決定該等個別幫浦電容是否相對於VOUT 被適當充電。例如，第5A-5D圖顯示一電路模組集合，提供節點狀態偵測器302_x及輸出狀態偵測器304_x的功能。
第5A圖為一示意圖，顯示參考電壓產生器502。圖示的參考電壓產生器502為電阻分壓器，自外加輸入電壓VIN (其可與施加至第4B圖中的電荷幫浦420的VIN 相同)產生縮放參考電壓VREF ，其為串聯電阻R0及R1比值的函數：VREF =VIN *(R0/(R0+R1))。在某些實施例中，電阻R0的數值可為可調或可設定的，使VREF 相對於VIN 的縮放比值得以變化。顯而易見地，其他習知電路亦可用於產生參考電壓VREF ，例如帶差電路(bandgap circuit)、流入電阻的參考電流等。
第5B圖為一示意圖，顯示輸出狀態偵測器304_x的一範例。串聯的電阻R2及R3形成電阻分壓器，從來自相關電源轉換器100_x的外加電壓VOUT 產生縮放電壓VOUT ’，其為串聯電阻R2及R3比值的函數。在某些實施例中，電阻R2的數值可為可調或可設定的，使VOUT ’相對於VOUT 的縮放比值得以變化，有助於提供不同或廣闊範圍的轉換增益比(例如第4B圖中的電荷幫浦420的DIV2及DIV3配置)所需的可變性。縮放電壓VOUT ’被施加至比較器504的第一輸入端。比較器504的第二輸入為來自參考電壓產生器502的縮放參考電壓VREF 。若VOUT ’約略等於或大於VREF (因比較器504內的部件及訊號路徑的微小差異，可能略有誤差)，則比較器504輸出一輸出旗標訊號VOutComp 。由於VREF 及／或VOUT ’可為可調或可設定的，故可設定關於VOUT (以及VOUT ’)是否被視為已達到選定目標值的容許誤差，進而產生輸出旗標訊號VOutComp 。顯而易見地，其他種類的比較或測量電路亦可用於取代第5B圖中所示的輸出狀態偵測器。然而，圖示電路的優點在於其易於實施。
第5C圖為一示意圖，顯示節點狀態偵測器302_x，特別被調整為與第4B圖中的二相位電荷幫浦420聯同使用。一分壓器網路，包括分流電阻(shunt resistor)R4，串聯耦接至並聯電阻R5及R6。電阻R5及R6分別耦接至電荷幫浦420中相同層級的節點配對(例如N1a及N1b，或N2a及N2b)。在某些實施例中，電阻R4的數值可為可調或可設定的，有助於提供不同或廣闊範圍的轉換增益比(例如第4B圖中的電荷幫浦420的DIV2及DIV3配置)所需的可變性。顯而易見地，其他種類的分壓器電路亦可用於取代圖示的分壓器網路。然而，圖示電路的優點在於其易於實施。
圖示之實施例中，分流電阻R4及並聯電阻R5及R6之間的節點X耦接至比較器506的第一輸入端。比較器506的第二輸入為來自參考電壓產生器502的縮放參考電壓VREF 。若節點X的電壓約略等於或大於VREF ，則比較器506輸出一節點旗標訊號VNodeComp 。在此情況下，節點X的電壓與施加於Node1及Node2輸入端的差動電壓的一縮放與加總(scaled-and-summed)版本相等。開關Sw1及Sw2使節點狀態偵測器302_x得以於不使用時自電荷幫浦420解耦。顯而易見地，其他種類的比較或電壓測量電路亦可用於取代第5C圖所示的節點狀態偵測器302_x。然而，圖示電路的優點在於其易於實施。
轉換增益為N的電荷幫浦420具有(N-1)個節點狀態偵測器302_x。因此，舉例而言，對第4B圖中的二相位電荷幫浦420的DIV3配置而言，若轉換增益N=3，則第一個節點狀態偵測器302_x的Node1及Node2會耦接至差動節點N1a及N1b，且第二個節點狀態偵測器302_x的Node1及Node2會耦接至差動節點N2a及N2b。對轉換增益為N且具有m個相位(其中m≧1)的電荷幫浦而言，若每一節點狀態偵測器302_x的NodeX輸入端的數量等於m，則節點狀態偵測器302_x的數量仍可為(N-1)。參見第5C圖的實施例，m個NodeX輸入端中，每一NodeX輸入端會串聯耦接至開關SwX及電阻R_X，共用同一分流電阻及節點X。在此情況下，節點X的電壓等於施加至每一NodeX輸入端的電壓的一縮放與加總版本。
第5D圖為一示意圖508，顯示第5C圖中的分壓器網路的等效電路，其中耦接至差動Node1及Node2輸入端的電阻具有相同的電阻值R，而自節點X至電路接地端的分流電阻具有電阻值R/n。在此情況下，節點X的電壓為Node1及Node2的電壓相加後除以(2+n)。若n的值遠小於2，則節點X的電壓會趨近Node1及Node2的差動電壓的平均值。因此，第5D圖中的電路可用於產生一輸出電壓，代表二個輸入電壓的平均值，其中n的值被選取以依需求調整施加至此平均值的縮放係數，以配合電荷幫浦轉換增益比值、緩起動或起動完成判準等。
一般而言，對於對稱串級倍壓器而言，第5C圖中的差動節點狀態偵測器302_x的一個優點，在於其利用橫跨多層級切換的幫浦電容的頂板節點電壓的層級對稱性，產生差動電壓的縮放平均值。在節點X產生的縮放平均電壓可與自VIN 得出的參考電壓VREF 進行比較。例如，對第4B圖中的電荷幫浦420的DIV3配置而言，依據時脈相位的變化，幫浦電容C1a及C1b的頂板電壓會差動地在3*VX 及2*VX 之間切換，因此該二頂板電壓的縮放平均電壓會正比於5*VX ，而幫浦電容C2b及C2a的頂板電壓會差動地在2*VX 及VX 之間切換，因此該二頂板電壓的縮放平均電壓會正比於3*VX 。另舉一例，對第4B圖中的電荷幫浦420的DIV2配置而言，依據時脈相位的變化，幫浦電容C1a及C1b的頂板電壓會差動地在2*VX 及VX 之間切換，因此該二頂板電壓的縮放平均電壓會正比於3*VX ，而幫浦電容C2b及C2a的頂板電壓會差動地在2*VX 及VX 之間切換，因此該二頂板電壓的縮放平均電壓亦會正比於3*VX 。
應注意，第3圖中的節點狀態偵測器302_x僅為一種適合差動情形的電路範例，而其他差動電路亦可使用。更進一步地，在替換實施例中，單端電壓偵測電路可用於第3圖中的節點狀態偵測器302_x(參見下文關於第5E圖及第5F圖的敘述)。
第6圖為一方塊圖，顯示輸出狀態偵測器304_x(參見第5B圖)及二個節點狀態偵測器302_x(參見第5C圖)，耦接至狀態驗證電路306_x。在圖示之範例中，狀態驗證電路306_x以一AND閘實施，該AND閘僅在所有來自節點狀態偵測器302_x及輸出狀態偵測器304_x的旗標訊號(VOutComp 、VNodeComp1 及VNodeComp2 )指示輸出電容COUT 及電荷幫浦420的幫浦電容皆被充電至目標穩定狀態值的一選定百分比時，產生一邏輯”1” StartUpOK訊號。藉由去能所有起動狀態的限制或輸出功率輸送的減低等方式，該StartUpOK訊號可列為決定是否將相關的電荷幫浦420自起動狀態過渡、並進行至全功率穩定狀態運作之前的一個必要條件。
[本發明實施例的變化及優點]
在某些實施例中，前述節點狀態偵測器302_x的組合可與一並聯互連電源轉換器100_x集合的轉換器電路102聯同使用；亦即在該等並聯互連電源轉換器100_x中，可具有不同種類的節點狀態偵測器302_x。
在變化實施例中，狀態驗證電路306_x可與一控制器(例如第1圖中的控制器104)相互通訊或互動，使例如StartUpOK_x旗標訊號的發出可同時或以一所欲順序完成，以進一步控制該等個別電源轉換器100_x自起動至穩定狀態運作的過渡。
更進一步地，狀態驗證電路306_x可被配置為在發出StartUpOK_x旗標訊號時，將目標電容電荷值以外的因素列入考量，例如起動該等電源轉換器100_x的所欲順序。其他因素可包括電源轉換器100_x的輸出電流是否為負值(此因素同時適用於電荷幫浦及穩壓器電源轉換器)，或節點電壓是否大於一所欲閾值(特別是對於絕熱電荷幫浦)。相似地，系統狀態驗證電路308可與一控制器(例如第1圖中的控制器104)相互通訊或互動，使例如SysStartUpOK旗標訊號的發出將該等個別StartUpOK_x旗標訊號以外的因素列入考慮。
節點狀態偵測器302_x的一個替換種類，為習知的取樣保持電路(sample-and-hold circuit)，耦接至欲監控的一個或多個節點。該取樣保持電路可被配置為僅在特定時間內週期性地取樣耦接節點上的電壓或電流，例如在時脈訊號P1及P2之間、或僅在該等時脈訊號的一特定部分中。例如，此一配置使隨時間變化的節點值得以在峰值或谷值時被監控，而非加總多個節點以得出平均值。
第5E圖為一方塊圖，顯示基於取樣保持電路的節點狀態偵測器302_x的一範例實施例。在圖示之範例中，堆疊節點VCX (可包括節點VX )上的電壓被施加至開關Sw的輸入端，該開關Sw於通路時將該外加電壓耦接至存儲電容(holding capacitor)CH 及比較器510的第一輸入端。比較器510的第二輸入為縮放參考電壓VREF ，例如由第5A圖中的參考電壓產生器502產生者。開關Sw在一取樣時脈訊號的控制下週期性地斷路，而存儲電容CH 的取樣保持電壓與VREF 進行比較。若該耦接節點的電壓約略等於或大於VREF ，則比較器510輸出一節點旗標訊號VNodeComp 。該取樣時脈訊號可能需要通過電位轉換器(level shifter)512(以虛線外框顯示)，方能自較高電壓的VCX 節點取樣電壓。應注意，第5E圖中的節點狀態偵測器302_x為單端電壓偵測器電路。
對任何被取樣的VCX 節點n而言，節點n上的電壓會在VX 的二個整數倍數nVX 及(n-1)VX 之間變化。理想情形下，取樣應完成於節點n上的VCX 達到節點n上的最大電壓nVX 時，以較佳地代表對應電容兩端到達的電壓。此外，與被測量的堆疊節點VCX 相關的相位節點(例如第4A圖中的PN1或PN2)應被下拉(pull down)至電路接地端(例如以一開關(未圖示)進行)，使被取樣的電壓為相關幫浦電容CX 兩端的電壓。
第5F圖為一時序圖集合，顯示第5E圖中的取樣時脈波型相較於二相位電荷幫浦時脈的一種可能關係。如圖所示，該取樣時脈訊號的脈波寬度應容納於該選定電荷幫浦時脈的脈波寬度中，如虛線514及516所示。取樣僅須發生於該等電荷幫浦時脈相位中之一，最好為被取樣的VCX 節點處於較高電壓時的相位(例如相位P1)。
其他可作為取樣保持節點狀態偵測器302_x使用的電路範例，可參見美國專利申請案第16/783,800號。
本發明各實施例的優點，包括下列之一或多項： l  在加入一並聯電源轉換器集合的電源轉換器中，避免造成損害的突入電流及／或開關過度應力問題，而不需要將降低效能的單獨開關串聯在該等電源轉換器個別的VOUT 輸出及負載節點LN之間； l  對直接互連的並聯電源轉換器進行更為準確的起動偵測，以在起動時對一電源轉換器內的一個或多個故障事件進行防護，進而避免造成損害的突入電流及／或開關過度應力問題； l  對並聯的電荷幫浦進行更為準確的起動偵測，以在起動時對故障狀況進行防護，例如幫浦電容、輸出電容或其他電荷幫浦電路的故障，進而避免造成損害的突入電流及／或開關過度應力問題； l  對某些電荷幫浦種類而言，藉由使用具有層級對稱性的幫浦電容，對節點進行切換並將電壓平均以與參考電壓比較的節點狀態偵測器，乃易於實施； l  避免電荷幫浦節點上的電壓超載及／或電流超載(當電荷幫浦以使用低電壓電晶體開關(特別是MOSFET開關)的積體電路解決方案實施時，此項特別重要)；及／或 l  避免功率浪費及／或發熱問題，因尚處於緩起動時段的電源轉換器傾向於將電流導離電源轉換器輸出端，而已結束緩起動時段的一個或多個電源轉換器會運作以維持共用輸出VOUT 。
[方法]
本發明的另一態樣包括起動偵測方法，用於輸出端直接相連的多個並聯電源轉換器。例如，第7圖為一程序流程圖700，顯示一第一起動偵測方法，用於輸出端直接相連的多個並聯電源轉換器。該方法包括：監控至少一電源轉換器的輸出端，並於該輸出端的電壓落於對應目標穩定狀態輸出值的一所欲百分比內時，產生一輸出旗標訊號(步驟702)；監控該至少一電源轉換器中的至少一節點，並於該至少一節點的電壓及／或電流具有所欲的節點值及／或極性時，產生一對應節點旗標訊號(步驟704)；並於對應至少一該等電源轉換器的該(等)輸出旗標訊號及節點旗標訊號皆被置位時，產生一邏輯訊號(步驟706)。
另舉一例，第8圖為一程序流程圖800，顯示一第二起動偵測方法，用於輸出端直接相連的多個並聯電源轉換器。該方法包括：監控至少一電源轉換器的輸出端，並於該輸出端的電壓為一選定輸出值時，產生一輸出旗標訊號(步驟802)；監控該至少一電源轉換器中的至少一節點，並於該至少一節點的電壓及／或電流落於對應目標穩定狀態輸出值的一所欲百分比內時，產生一對應節點旗標訊號(步驟804)；並於對應至少一該等電源轉換器的該(等)輸出旗標訊號及節點旗標訊號皆被置位時，產生一邏輯訊號(步驟806)。
再舉一例，第9圖為一程序流程圖900，顯示一第三起動偵測方法，用於輸出端直接相連的多個並聯電源轉換器。該方法包括：監控至少一電源轉換器的輸出電容，並於該輸出電容被適當充電至一選定位準時，產生一輸出旗標訊號(步驟902)；監控該至少一電源轉換器中的至少一幫浦電容節點，並於該至少一幫浦電容節點被適當充電至一選定位準時，產生一對應節點旗標訊號(步驟904)；並於對應至少一該等電源轉換器的該(等)輸出旗標訊號及節點旗標訊號皆被置位時，產生一邏輯訊號(步驟906)。
上述方法的其他樣態，可包括回應於接收該邏輯訊號，致能至少一電源轉換器過渡至穩定狀態運作模式。
[製造技術及選項]
應注意，儘管上文中的節點狀態偵測器302_x電路係被描述於起動偵測之情境中，然而其亦可用於連續監控堆疊節點VCX 、以及VX 及／或VOUT 。此一配置有助於例如於起動後偵測故障狀況，產生一VOUTCOMP 值，於例如受監控節點的電壓低於或超過一選定值時，該VOUTCOMP 值可作為中斷訊號使用。因此，回應於自一個或多個節點狀態偵測器302_x電路接收指示故障事件(例如電壓及／或電流過低或過高)的至少該VOUTCOMP 訊號，電源轉換器可被過渡離開穩定狀態運作模式(例如過渡至起動模式)。
本揭露中使用的「MOSFET」一詞，係包括任何具有絕緣閘極的場效電晶體(FET)，其中該絕緣閘極的電壓決定該電晶體的導電率，且包含具有金屬或似金屬、絕緣體及／或半導體結構的絕緣閘極。詞彙「金屬」或「似金屬」包括至少一導電材料(例如鋁、銅或其他金屬，或高度摻雜多晶矽(polysilicon)、石墨烯(graphene)或其他電導體)，「絕緣體」包括至少一絕緣材料(例如二氧化矽或其他介電材料)，而「半導體」包括至少一半導體材料。
本發明各實施例可符合多種規格實施。除非另有聲明，否則合適部件數值的選擇乃為設計選擇。本發明各實施例可以任何合適之積體電路(IC)技術(包括但不限於MOSFET結構)實施，或以混合或離散電路的形式實施。積體電路實施例可使用任何合適之基板與製程製造，包括但不限於標準塊材矽(bulk silicon)、絕緣層上覆矽(SOI)及藍寶石上覆矽(SOS)。除非另有聲明，否則本發明各實施例可以其他電晶體技術實施，例如雙極性電晶體、橫向擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)、Bipolar-CMOS-DMOS(BCD)、砷化鎵異質雙極性接面電晶體(GaAs HBT)、氮化鎵高電子遷移率電晶體(GaN HEMT)、砷化鎵假型高電子遷移率電晶體(GaAs pHEMT)及金屬－半導體場效電晶體(MESFET)技術。然而，本發明各實施例特別有助於使用基於SOI或SOS的製程、或使用具有相似特徵的製程的製造。使用SOI或SOS製程的CMOS製造可使電路具有低功率消耗、承受運作時因FET堆疊導致的高功率訊號的能力、良好線性特性及高頻率運作能力(亦即高達或超過50 GHz的射頻(RF))。單片式IC實施特別有用，因藉由謹慎的設計，可將寄生電容維持在較低數值(或至少在所有單元中保持一致，使其可被補償)。
電壓位準可被調整，及／或電壓及／或邏輯訊號的極性可被反轉，依特定規格及／或實施技術(例如NMOS、PMOS或CMOS，及使用增強型或空乏型電晶體裝置)而定。部件的電壓、電流及功率處理能力可依需求調整，例如藉由調整裝置大小、串聯「堆疊」部件(特別是FET)以承受較大電壓、及／或使用多個並聯部件以處理較大電流。可加入額外的電路部件，以增強該等已揭露之電路的能力及／或提供額外功能，而不需要大幅改變該等已揭露之電路的功能。
與本發明一致的電路及裝置可單獨使用，或與其他部件、電路及裝置組合使用。本發明各實施例可作為積體電路(IC)製造，其可以IC封裝及／或模組包裝，以便於處理、製造及／或增進效能。特定而言，本發明的IC實施例通常以模組形式被使用，其中一或多個此等IC與其他電路模塊(例如濾波器、放大器、被動部件、以及可能的額外IC)合併於一封裝中。該等IC及／或模組隨後通常會與其他部件合併(通常在一印刷電路板上)，以形成終端產品，例如行動電話、筆記型電腦或平板電腦，或形成更高層級的模組，其可用於多種產品，例如車輛、測試設備、醫用裝置等。在多種模組及組裝配置中，此等IC通常會使一種模式的通訊得以進行，通常為無線通訊。
[結論]
上文敘述了本發明的數個實施例。應注意，多種改良可在不偏離本發明精神與範圍的情況下進行。例如，某些前述步驟可與順序無關，因此可以不同於所述的順序進行。更進一步地，某些前述步驟可為可選的。針對前述方法的多種活動，可以重複、序列或平行的方式執行。
應注意，上文之敘述乃意圖說明而非限制本發明的範圍，該範圍係以下列請求項之範圍定義，且其他實施例落於該等請求項之範圍中。特定而言，本發明的範圍包括一個或多個下列請求項中陳述的程序、機器或組合物的任何及全部可行組合。(應注意，請求項元素前方的(a)、(b)、(c)或(1)、(2)等標記，是為了便利指涉該等元素之用，其自身並不代表各元素特定的必要順序或列舉；此外，該等標記可於附屬請求項中重複使用，以指涉額外的元素，而不被視為開始一個與獨立項中的標記衝突的標記序列)。
100:電源轉換器 102:轉換器電路 104:控制器 106:電壓源 108:負載 110:訊號路徑 CLK:時脈訊號 I/O:輸入／輸出訊號 COUT :輸出電容 CVX :中間電容 114:控制訊號路徑 120:電荷幫浦 140:穩壓器 142:控制器 200:電路 100_1,100_n:電源轉換器 LN:負載節點 300:電路 302_1,302_n:節點狀態偵測器 304_1,304_n:輸出狀態偵測器 306_1,306_n:狀態驗證電路 308:系統狀態驗證電路 400:示意圖 S1-S5:開關 S6,S9:高端相位開關 S7,S8:低端相位開關 C1:第一幫浦電容 C2:第二幫浦電容 C3:第三幫浦電容 C4:第四幫浦電容 PN1:第一相位節點 PN2:第二相位節點 420:轉換比率可選二相位電荷幫浦 402a,402b:單元 404a,404b:配置元件 406a,406b:開關 Px:可選時脈訊號
Figure 02_image003
:互補時脈訊號 P1,P2:時脈波型 C1a,C1b,C2a,C2b:幫浦電容 N1a,N1b,N2a,N2b:差動節點 502:參考電壓產生器 R0-R6:電阻 304_x:輸出狀態偵測器 504:比較器 302_x:節點狀態偵測器 Sw1,Sw2:開關 Node1,Node2:輸入端 506:比較器 X:節點 Sw:開關 CH :存儲電容 510:比較器 512:電位轉換器 514,516:虛線 306_x:狀態驗證電路 700:程序流程圖 702,704,706:步驟 800:程序流程圖 802,804,806:步驟 900:程序流程圖 902,904,906:步驟
第1A圖為一方塊圖，顯示一電路，包括先前技術電源轉換器。
第1B圖為一方塊圖，顯示一電路，包括第1A圖中的先前技術電源轉換器的一範例的詳細實施例。
第1C圖為一示意圖，顯示先前技術穩壓器的一實施例，其具有電感L及控制器，以控制該穩壓器內的一個或多個開關Sx 。
第2圖為一方塊圖，顯示一電路，包括多個並聯連接的先前技術電源轉換器。
第3圖為一方塊圖，顯示一電路，包括多個並聯連接的切換式電容電源轉換器，耦接至相關的節點狀態偵測器及輸出狀態偵測器。
第4A圖為一示意圖，顯示電荷幫浦的一實施例，包括單一相位對稱串級倍壓器，可用於一個或多個第3圖中的並聯電源轉換器。
第4B圖為一示意圖，顯示一轉換比率可選二相位電荷幫浦，可用於一個或多個第3圖中的並聯電源轉換器。
第5A圖為一示意圖，顯示一參考電壓產生器。
第5B圖為一示意圖，顯示輸出狀態偵測器的一範例。
第5C圖為一示意圖，顯示一節點狀態偵測器，特別被調整為與第4B圖中的二相位電荷幫浦聯同使用。
第5D圖為一示意圖，顯示第5C圖中的分壓器網路的等效電路。
第5E圖為一方塊圖，顯示基於取樣保持電路(sample-and-hold circuit)的節點狀態偵測器的一範例實施例。
第5F圖為一時序圖集合，顯示第5E圖中的取樣時脈訊號相較於二相位電荷幫浦時脈的一種可能關係。
第6圖為一方塊圖，顯示第5B圖中的輸出狀態偵測器及二個第5C圖中的節點狀態偵測器範例，耦接至狀態驗證電路。
第7圖為一流程圖，顯示一第一方法，用於對輸出端直接互連的多個並聯電源轉換器進行起動偵測。
第8圖為一流程圖，顯示一第二方法，用於對輸出端直接互連的多個並聯電源轉換器進行起動偵測。
第9圖為一流程圖，顯示一第三方法，用於對輸出端直接互連的多個並聯電源轉換器進行起動偵測。
不同圖式中的相同編號及名稱，係指稱相同元件。
300:電路
100_1,100_n:電源轉換器
302_1,302_n:節點狀態偵測器
304_1,304_n:輸出狀態偵測器
306_1,306_n:狀態驗證電路
308:系統狀態驗證電路
LN:負載節點

Claims (45)

  1. 一種偵測電路，被配置為耦接至輸出端直接相互連接的多個並聯的電源轉換器，對至少一電源轉換器而言，該偵測電路包括： (a)    至少一節點狀態偵測器，每一節點狀態偵測器耦接至該至少一電源轉換器的一對應節點，且被配置為若該對應節點的電壓及／或電流具有一選定節點值，則置位(assert)一對應節點旗標訊號； (b)    一輸出狀態偵測器，耦接至該至少一電源轉換器的輸出端，且被配置為若該輸出端的電壓具有一選定輸出值，則置位一輸出旗標訊號；以及 (c)    一狀態驗證電路，被配置為自該至少一節點狀態偵測器接收該節點旗標訊號，以及可選地自該輸出狀態偵測器接收該輸出旗標訊號，且若所有該等接收的旗標訊號皆被置位，則置位一邏輯訊號。
  2. 如請求項1之偵測電路，其中該至少一電源轉換器被配置為回應於接收來自該狀態驗證電路的該置位邏輯訊號，過渡至一穩定狀態運作模式。
  3. 如請求項1之偵測電路，其中該至少一電源轉換器於未接收來自該狀態驗證電路的該置位邏輯訊號時，被防止過渡至一穩定狀態運作模式。
  4. 如請求項1之偵測電路，其中該至少一電源轉換器被配置為回應於接收至少來自該狀態驗證電路的該置位邏輯訊號，過渡離開一穩定狀態運作模式。
  5. 如請求項1之偵測電路，其中該至少一電源轉換器包括一切換式電容電源轉換器。
  6. 如請求項5之偵測電路，其中每一切換式電容電源轉換器包括多個串聯耦接的開關，且至少一該等開關耦接至一相關節點狀態偵測器。
  7. 如請求項1之偵測電路，其中該至少一電源轉換器於未接收來自所有狀態驗證電路的該置位邏輯訊號時，被防止過渡至一穩定狀態運作模式。
  8. 如請求項1之偵測電路，其中該至少一電源轉換器包括一對稱串級倍壓器電荷幫浦。
  9. 如請求項1之偵測電路，其中該至少一節點狀態偵測器包括： (a)    一分壓器網路，被配置為自該至少一電源轉換器內的相同層級節點配對接收輸入電壓，並輸出該等輸入電壓的一縮放和；以及 (b)    一比較電路，耦接至該分壓器的輸出端及一參考電壓，被配置為若該對應節點的電壓具有一選定節點值，則置位該對應節點旗標訊號。
  10. 一種偵測電路，被配置為耦接至輸出端直接相互連接的多個並聯的電源轉換器，對至少一電源轉換器而言，該偵測電路包括： (a)    至少一節點狀態偵測器，每一節點狀態偵測器耦接至該至少一電源轉換器的一對應節點，且被配置為若該對應節點的電壓及／或電流落於一對應目標穩定狀態節點值的一選定百分比內，則置位(assert)一對應節點旗標訊號； (b)    一輸出狀態偵測器，耦接至該至少一電源轉換器的輸出端，且被配置為若該輸出端的電壓落於一對應目標穩定狀態輸出值的一選定百分比內，則置位一輸出旗標訊號；以及 (c)    一狀態驗證電路，耦接至該至少一電源轉換器、該輸出狀態偵測器及該至少一節點狀態偵測器，該狀態驗證電路被配置為自該輸出狀態偵測器接收該輸出旗標訊號，及自該至少一節點狀態偵測器接收該對應節點旗標訊號，且若所有該等接收的旗標訊號皆被置位，則置位一邏輯訊號。
  11. 如請求項10之偵測電路，其中該至少一電源轉換器被配置為回應於接收至少來自該狀態驗證電路的該邏輯訊號，過渡至一穩定狀態運作模式。
  12. 如請求項10之偵測電路，其中該至少一電源轉換器於未接收來自該狀態驗證電路的該邏輯訊號時，被防止過渡至一穩定狀態運作模式。
  13. 如請求項10之偵測電路，其中該至少一電源轉換器被配置為回應於接收至少來自該狀態驗證電路的該邏輯訊號，過渡離開一穩定狀態運作模式。
  14. 如請求項10之偵測電路，其中該至少一電源轉換器包括一切換式電容電源轉換器。
  15. 如請求項10之偵測電路，其中該至少一電源轉換器包括一對稱串級倍壓器電荷幫浦。
  16. 如請求項10之偵測電路，其中該至少一節點狀態偵測器包括： (a)    一分壓器網路，被配置為自該至少一電源轉換器內的相同層級節點配對接收輸入電壓，並輸出該等輸入電壓的一縮放和；以及 (b)    一比較電路，耦接至該分壓器的輸出端及一參考電壓，被配置為若該對應節點的電壓具有一選定節點值，則置位該對應節點旗標訊號。
  17. 一種偵測電路，被配置為被配置為耦接至輸出端直接相互連接的多個並聯的電源轉換器，對至少一電源轉換器而言，該偵測電路包括： (a)    至少一節點狀態偵測器，每一節點狀態偵測器耦接至該至少一電源轉換器的一對應幫浦電容節點，且被配置為若該對應幫浦電容節點被適當充電至一選定位準，則置位(assert)一對應節點旗標訊號； (b)    一輸出狀態偵測器，耦接至該至少一電源轉換器的一輸出電容，且被配置為若該輸出電容被適當充電至一選定位準，則置位一輸出旗標訊號；以及 (c)    一狀態驗證電路，耦接至該至少一電源轉換器、該輸出狀態偵測器及該至少一節點狀態偵測器，該狀態驗證電路被配置為自該輸出狀態偵測器接收該輸出旗標訊號，及自該至少一節點狀態偵測器接收該對應節點旗標訊號，且若所有該等接收的旗標訊號皆被置位，則提供一邏輯訊號至該至少一電源轉換器； 其中該至少一電源轉換器被配置為回應於接收至少來自該狀態驗證電路的該邏輯訊號，過渡至一穩定狀態運作模式。
  18. 如請求項17之偵測電路，其中該至少一電源轉換器包括一電荷幫浦。
  19. 如請求項17之偵測電路，其中該至少一電源轉換器包括一對稱串級倍壓器電荷幫浦。
  20. 如請求項17之偵測電路，其中該至少一節點狀態偵測器包括： (a)    一分壓器網路，被配置為自相同層級幫浦電容節點配對接收輸入電壓，並輸出該等輸入電壓的一縮放和；以及 (b)    一比較電路，耦接至該分壓器的輸出端及一參考電壓，被配置為若該等相同層級幫浦電容節點配對的電壓具有選定值，則置位該對應節點旗標訊號。
  21. 一種電源轉換器電路，包括： (a)    多個並聯電源轉換器，具有直接相互連接的輸出端； (b)    至少一節點狀態偵測器，每一節點狀態偵測器耦接至該等電源轉換器中對應之一者的至少一幫浦電容節點，且被配置為若該至少一對應幫浦電容節點被適當充電至一選定位準，則置位(assert)一對應節點旗標訊號； (c)    至少一輸出狀態偵測器，耦接至該等電源轉換器中對應之一者的一輸出電容，且被配置為若該輸出電容被適當充電至一選定位準，則置位一輸出旗標訊號；以及 (d)    至少一狀態驗證電路，耦接至至少一該等電源轉換器、至少一該等輸出狀態偵測器及至少一該等節點狀態偵測器，該至少一狀態驗證電路被配置為(1)自該等耦接之電源轉換器及該等耦接之狀態驗證器接收該輸出旗標訊號及該(等)對應節點旗標訊號，且(2)若所有該等接收的旗標訊號皆被置位，則提供一邏輯訊號至至少一耦接之電源轉換器； 其中該至少一耦接之電源轉換器被配置為回應於接收至少來自該至少一狀態驗證電路的該邏輯訊號，過渡至一穩定狀態運作模式，且於未接收來自該至少一狀態驗證電路的該邏輯訊號時，被防止過渡至一穩定狀態運作模式。
  22. 如請求項21之偵測電路，其中至少一該等電源轉換器包括一切換式電容電源轉換器。
  23. 如請求項21之偵測電路，其中至少一該等電源轉換器包括一對稱串級倍壓器電荷幫浦。
  24. 如請求項21之偵測電路，其中該至少一節點偵測器包括： (a)    一分壓器網路，被配置為自幫浦電容節點的一對稱配對接收輸入電壓，並輸出該等輸入電壓的一縮放和；以及 (b)    一比較電路，耦接至該分壓器的輸出端及一參考電壓，被配置為若該幫浦電容節點對稱配對的電壓具有選定值，則置位該對應節點旗標訊號。
  25. 一種起動偵測方法，用於輸出端直接相互連接的多個並聯的電源轉換器，該方法包括： (a)    監控至少一電源轉換器的輸出端，且若該輸出端的電壓具有一選定輸出值，則產生一輸出旗標訊號； (b)    監控該至少一電源轉換器的至少一節點，且若該至少一節點的電壓及／或電流具有一選定節點值及／或極性，則產生一對應節點旗標訊號；以及 (c)    若對應於至少一該等電源轉換器的該輸出旗標訊號及該(等)節點旗標訊號皆被置位，則產生一邏輯訊號。
  26. 如請求項26之方法，更包括回應於接收至少該邏輯訊號，致能至少一電源轉換器過渡至一穩定狀態運作模式。
  27. 如請求項26之方法，更包括於未接收該邏輯訊號時，防止至少一電源轉換器過渡至一穩定狀態運作模式。
  28. 如請求項26之方法，更包括回應於接收至少該邏輯訊號，過渡至少一電源轉換器離開一穩定狀態運作模式。
  29. 一種起動偵測方法，用於輸出端直接相互連接的多個並聯的電源轉換器，該方法包括： (a)    監控至少一電源轉換器的輸出端，且若該輸出端的電壓落於一對應目標穩定狀態輸出值的一選定百分比內，則產生一輸出旗標訊號； (b)    監控至少一電源轉換器的至少一節點，且若該至少一節點的電壓及／或電流落於一對應目標穩定狀態節點值的一選定百分比內，則產生一對應節點旗標訊號；以及 (c)    若對應於至少一該等電源轉換器的該輸出旗標訊號及該(等)節點旗標訊號皆被置位，則產生一邏輯訊號。
  30. 如請求項29之方法，更包括回應於接收至少該邏輯訊號，致能至少一電源轉換器過渡至一穩定狀態運作模式。
  31. 如請求項29之方法，更包括於未接收該邏輯訊號時，防止至少一電源轉換器過渡至一穩定狀態運作模式。
  32. 如請求項29之方法，更包括回應於接收至少該邏輯訊號，過渡至少一電源轉換器離開一穩定狀態運作模式。
  33. 一種起動偵測方法，用於輸出端直接相互連接的多個並聯的電源轉換器，該方法包括： (a)    監控至少一電源轉換器的輸出電容，且若該輸出電容被適當充電至一選定位準，則產生一輸出旗標訊號； (b)    監控該至少一電源轉換器的至少一幫浦電容節點，且若該至少一幫浦電容節點被適當充電至一選定位準，則產生一對應節點旗標訊號；以及 (c)    若對應於至少一該等電源轉換器的該輸出旗標訊號及該(等)節點旗標訊號皆被置位，則產生一邏輯訊號。
  34. 如請求項33之方法，更包括回應於接收至少該邏輯訊號，致能至少一電源轉換器過渡至一穩定狀態運作模式。
  35. 如請求項33之方法，更包括於未接收該邏輯訊號時，防止至少一電源轉換器過渡至一穩定狀態運作模式。
  36. 如請求項33之方法，更包括回應於接收至少該邏輯訊號，過渡至少一電源轉換器離開一穩定狀態運作模式。
  37. 多個輸出端直接相互連接的並聯切換式電容電源轉換器電路，每一切換式電容電源轉換器電路被配置為耦接至一個或多個電容，且包括： (a)    至少一節點狀態偵測器，每一節點狀態偵測器耦接至該切換式電容電源轉換器電路的一對應節點，且被配置為若該對應節點的電壓及／或電流足以允許該切換式電容電源轉換器電路起動以過渡至一穩定狀態運作模式，則置位一對應節點旗標訊號； (b)    一狀態驗證電路，被配置為自該至少一節點狀態偵測器接收該節點旗標訊號，且除非基於來自每一該等並聯切換式電容電源轉換器電路的對應節點旗標訊號，所有該等並聯切換式電容電源轉換器電路皆已準備好過渡至該穩定狀態運作模式，否則防止該等並聯切換式電容電源轉換器電路過渡至該穩定狀態運作模式。
  38. 如請求項37之切換式電容電源轉換器電路，其中每一切換式電容電源轉換器電路包括多個串聯耦接的開關，且至少一該等開關耦接至一相關節點狀態偵測器。
  39. 如請求項37之切換式電容電源轉換器電路，其中該切換式電容電源轉換器電路的至少一節點為該切換式電容電源轉換器電路的輸出端，且至少一節點狀態偵測器耦接至該切換式電容電源轉換器電路的輸出端。
  40. 多個輸出端直接相互連接的並聯切換式電容電源轉換器電路，每一切換式電容電源轉換器電路包括多個串聯耦接的開關，且被配置為耦接至一個或多個電容，且包括： (a)    至少一節點狀態偵測器，每一節點狀態偵測器耦接至關聯於該切換式電容電源轉換器電路內的至少一該等開關的一對應節點，且被配置為若該對應節點的電壓及／或電流足以允許該切換式電容電源轉換器電路起動以過渡至一穩定狀態運作模式，則置位一對應節點旗標訊號； (b)    一狀態驗證電路，被配置為自該至少一節點狀態偵測器接收該節點旗標訊號，且除非所有該等並聯切換式電容電源轉換器電路皆已準備好過渡至該穩定狀態運作模式，否則防止該等並聯切換式電容電源轉換器電路過渡至該穩定狀態運作模式。
  41. 如請求項40之切換式電容電源轉換器電路，其中至少一節點狀態偵測器耦接至該切換式電容電源轉換器電路的輸出端。
  42. 一種切換式電容電源轉換器電路，包括多個串聯耦接的開關及一輸出端，且被配置為藉由個別輸出端的直接相互連接，並聯耦接至至少一其他切換式電容電源轉換器電路，該切換式電容電源轉換器電路包括： (a)    至少一節點狀態偵測器，每一節點狀態偵測器耦接至關聯於該切換式電容電源轉換器電路內的至少一該等開關的一對應節點，且被配置為若該對應節點的電壓及／或電流足以允許該切換式電容電源轉換器電路起動以過渡至一穩定狀態運作模式，則置位一對應節點旗標訊號； (b)    一狀態驗證電路，被配置為自該至少一節點狀態偵測器接收該節點旗標訊號，且除非基於來自每一該等並聯切換式電容電源轉換器電路的對應節點旗標訊號，所有該等並聯切換式電容電源轉換器電路皆已準備好過渡至該穩定狀態運作模式，否則防止該等並聯切換式電容電源轉換器電路過渡至該穩定狀態運作模式。
  43. 如請求項42之切換式電容電源轉換器電路，其中至少一節點狀態偵測器耦接至該切換式電容電源轉換器電路的輸出端。
  44. 一種偵測電路，被配置為耦接至多個輸出端直接相互連接的並聯切換式電容電源轉換器電路中對應之一者，每一切換式電容電源轉換器電路包括多個串聯耦接的開關，且被配置為耦接至一個或多個電容，每一偵測電路包括： (a)    至少一節點狀態偵測器，每一節點狀態偵測器耦接至該至少一切換式電容電源轉換器電路的一對應節點，且被配置為若該對應節點的電壓及／或電流具有一選定節點值，則置位一對應節點旗標訊號； (b)    一輸出狀態偵測器，耦接至該至少一切換式電容電源轉換器電路的輸出端，且被配置為若該輸出端的電壓具有一選定輸出值，則置位一輸出旗標訊號；以及 (c)    一狀態驗證電路，被配置為自該至少一節點狀態偵測器接收該節點旗標訊號，並可選地自該輸出狀態偵測器接收該輸出旗標訊號，且若所有該等接收旗標訊號皆被置位，則置位一邏輯訊號； 其中該等並聯切換式電容電源轉換器電路中該對應之一者於未接收來自該等並聯切換式電容電源轉換器電路的所有狀態驗證電路的該置位邏輯訊號時，被該狀態驗證電路防止過渡至一穩定狀態運作模式。
  45. 一種偵測電路，被配置為耦接至多個輸出端直接相互連接的並聯切換式電容電源轉換器電路中對應之一者，每一切換式電容電源轉換器電路包括多個串聯耦接的開關，且被配置為耦接至一個或多個電容，每一偵測電路包括： (a)    至少一節點狀態偵測器，每一節點狀態偵測器耦接至該至少一切換式電容電源轉換器電路的一對應節點，且被配置為若該對應節點的電壓及／或電流具有一選定節點值，則置位一對應節點旗標訊號； (b)    一輸出狀態偵測器，耦接至該至少一切換式電容電源轉換器電路的輸出端，且被配置為若該輸出端的電壓具有一選定輸出值，則置位一輸出旗標訊號；以及 (c)    一狀態驗證電路，被配置為自該輸出狀態偵測器接收該輸出旗標訊號，並可選地自該至少一節點狀態偵測器接收該節點旗標訊號，且若所有該等接收旗標訊號皆被置位，則置位一邏輯訊號； 其中該等並聯切換式電容電源轉換器電路中該對應之一者於未接收來自該等並聯切換式電容電源轉換器電路的所有狀態驗證電路的該置位邏輯訊號時，被該狀態驗證電路防止過渡至一穩定狀態運作模式。
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