TW202332176A - 切換電容式電壓轉換電路及切換電容式電壓轉換方法 - Google Patents

切換電容式電壓轉換電路及切換電容式電壓轉換方法 Download PDF

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Abstract

一種切換電容式電壓轉換電路用以將第一電壓轉換為第二電壓，包括：切換電容轉換器及控制電路。切換電容轉換器包括：至少二電容；複數開關；及至少一電感。於切換電容轉換器從目前的轉換模式切換為下一個轉換模式之間的模式切換期間，複數開關中至少二順向開關，操作於單向導通模式，其中於單向導通模式中，每個順向開關具有朝該第二電壓順向導通之電流通道。

Description

切換電容式電壓轉換電路及切換電容式電壓轉換方法
本發明係有關於一種切換電容式電壓轉換電路，特定而言係有關於一種可降低模式切換期間的湧浪電流之切換電容式電壓轉換電路及切換電容式電壓轉換方法。
圖1係顯示一習知諧振切換電容式電壓轉換器10。此習知諧振切換電容式電壓轉換器10當其開關操作於諧振頻率且切換於具有零電流切換/零電壓切換之柔性切換狀態時，能夠提供高效率操作。然而，此習知諧振切換電容式電壓轉換器10之輸入電壓Vin對於輸出電壓Vout僅具有固定的2轉1轉換比例。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種創新的切換電容式電壓轉換電路。
於一觀點中，本發明提供一種切換電容式電壓轉換電路，用以將一第一電壓轉換為一第二電壓，該切換電容式電壓轉換電路包括：一切換電容轉換器，耦接於該第一電壓與該第二電壓之間；以及一控制電路，用以根據一電壓轉換比例，決定該切換電容轉換器操作於具有該電壓轉換比例之一轉換模式，並根據該轉換模式產生一控制訊號以控制該切換電容轉換器，而將該第一電壓轉換為該第二電壓；其中該切換電容轉換器包括：至少二電容；複數開關，與該至少二電容耦接；以及至少一電感；其中，該控制訊號包括一充電操作訊號及至少一放電操作訊號，以控制該複數開關的切換，而將該第一電壓轉換為該第二電壓；其中，在該轉換模式之一充電程序中，藉由該充電操作訊號控制該複數開關的切換，使至少一該電容與對應之該電感串聯於該第一電壓與該第二電壓之間，以形成一充電路徑並諧振操作；其中，在該轉換模式之至少一放電程序中，藉由該放電操作訊號控制該複數開關的切換，使該電容與對應之該電感串聯於該第二電壓與一直流電位之間，而同時形成或輪流形成複數放電路徑並諧振操作； 其中，在該轉換模式中，該充電程序與該至少一放電程序彼此重複地交錯排序，以將該第一電壓轉換為該第二電壓；其中，在該轉換模式中，該充電操作訊號與該至少一放電操作訊號，分別各自切換至一導通位準一段導通期間，且該複數段導通期間彼此不重疊，以使該充電程序與該至少一放電程序彼此不重疊；其中，當該控制電路將目前的該轉換模式切換為下一個轉換模式之間的一模式切換期間，該控制訊號改變為一模式切換控制訊號，其包括一模式切換充電訊號、至少一模式切換放電訊號以及一單向導通訊號；其中該單向導通訊號用以控制該複數開關中至少二順向開關，操作於一單向導通模式，其中於該單向導通模式中，每個該順向開關具有朝該第二電壓順向導通之一電流通道；其中，該模式切換充電訊號與該模式切換放電訊號，控制除了操作於該單向導通模式之該至少二順向開關外之其他該開關的切換，而將該第一電壓轉換為該第二電壓。
於另一觀點中，本發明提供一種切換電容式電壓轉換方法，用以將一切換電容轉換器之一第一電壓轉換為一第二電壓，該切換電容轉換器包括至少二電容、複數開關以及至少一電感，該切換電容式電壓轉換方法包含：根據一電壓轉換比例，決定該切換電容轉換器操作於具有該電壓轉換比例之一轉換模式，並根據該轉換模式產生一控制訊號，以控制該切換電容轉換器中該複數開關的切換，而將該第一電壓轉換為該第二電壓，其中該控制訊號包括一充電操作訊號及至少一放電操作訊號；於該轉換模式之一充電程序中，藉由該充電操作訊號控制該複數開關的切換，使至少一該電容與對應之該電感串聯於該第一電壓與該第二電壓之間，以形成一充電路徑並諧振操作；在該轉換模式之至少一放電程序中，藉由該放電操作訊號控制該複數開關的切換，使該電容與對應之該電感串聯於該第二電壓與一直流電位之間，而同時形成或輪流形成複數放電路徑並諧振操作；在該轉換模式中，該充電程序與該至少一放電程序彼此重複地交錯排序，以將該第一電壓轉換為該第二電壓；在該轉換模式中，該充電操作訊號與該至少一放電操作訊號，分別各自切換至一導通位準一段導通期間，且該複數段導通期間彼此不重疊，以使該充電程序與該至少一放電程序彼此不重疊；於將目前的該轉換模式切換為下一個轉換模式之間的一模式切換期間，該控制訊號改變為一模式切換控制訊號，其包括一模式切換充電訊號、至少一模式切換放電訊號以及一單向導通訊號；以該單向導通訊號控制該複數開關中至少二順向開關，使其操作於一單向導通模式，其中於該單向導通模式中，每個該順向開關具有朝該第二電壓順向導通之一電流通道；以及以該模式切換充電訊號與該模式切換放電訊號，控制除了操作於該單向導通模式之該至少二順向開關外之其他該開關的切換，而將該第一電壓轉換為該第二電壓。
於一實施例中，操作於該單向導通模式之該至少二順向開關為恆導通，或恆不導通但具有朝該第二電壓順向之內接二極體。
於一實施例中，於該模式切換期間，該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之占空比對應低於前一個該充電操作訊號及/或該放電操作訊號之占空比，且該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之占空比自一預設值逐漸增加，以於該模式切換期間，使對應之該電容之一電容跨壓逐漸增加或減少。
於一實施例中，該控制電路包括：一占空比決定電路，用以比較一漸升節點的一漸升電壓與一週期波形訊號，而產生一占空比訊號；一占空比分配電路，用以根據該占空比訊號而分別產生該模式切換充電訊號與該至少一模式切換放電訊號；以及一漸升電壓產生電路，與該占空比決定電路耦接，用以於該模式切換期間，產生該漸升節點的該漸升電壓；其中該漸升節點的該漸升電壓於該模式切換期間係逐漸上升，以使得該模式切換充電訊號與該至少一模式切換放電訊號的占空比對應逐漸上升。
於一實施例中，該切換電容轉換器包括串並聯式切換電容轉換器(series-parallel switched capacitor converter)。
於一實施例中，該直流電位為接地電位。
於一實施例中，該控制電路包括：一電流感測電路，用以感測流經該至少一電感之電流，以產生至少一電流感測訊號；以及一控制訊號產生電路，與該電流感測電路耦接，用以根據該電流感測訊號而產生該控制訊號。
於一實施例中，該控制電路更包括一電壓感測電路，用以感測該第二電壓，以產生一電壓感測訊號。
於一實施例中，於該模式切換期間，該控制電路調降該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之占空比至一預設值，以限制流經該電感之一電感電流。
於一實施例中，該轉換模式包括一第一轉換模式及一第二轉換模式，當該控制電路調降該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之該占空比至該預設值之後，該控制電路將該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之該占空比逐漸增加，直到該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之一切換週期與該切換電容轉換器於該第一轉換模式或該第二轉換模式之一諧振頻率對應。
於一實施例中，該轉換模式包括一第一轉換模式及一第二轉換模式，在該模式切換期間，當該第二電壓到達該第二轉換模式或該第一轉換模式之一預設電壓一段預設期間時，該複數開關中具有朝該第二電壓順向之該內接二極體的該至少二順向開關轉為由該充電操作訊號及/或該放電操作訊號所控制。
於一實施例中，該切換電容式電壓轉換電路具有雙向轉換功能。
本發明之優點在於本發明藉由在模式切換期間，降低占空比至預設值且逐漸增加占空比並使電感電流續流，可降低模式切換期間所產生之湧浪電流、可提供具有不同電壓轉換比例之更多的操作模式、可在模式切換期間限制切換電流且在模式切換期間無需停止或重置切換電容轉換器。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。
圖2A係根據本發明之一實施例顯示切換電容式電壓轉換電路之電路示意圖。如圖2A所示，切換電容式電壓轉換電路20用以將第一電壓V1轉換為第二電壓V2或將第二電壓V2轉換為第一電壓V1。切換電容式電壓轉換電路20包括控制電路201及切換電容轉換器202。切換電容轉換器202耦接於第一電壓V1與第二電壓V2之間。控制電路201用以根據電壓轉換比例，決定切換電容轉換器202操作於具有該電壓轉換比例之轉換模式，而產生控制訊號以控制切換電容轉換器202，而將第一電壓V1轉換為第二電壓V2或將第二電壓V2轉換為第一電壓V1。其中，前述電壓轉換比例為第一電壓V1與第二電壓V2之比例。
於本實施例中，控制訊號包括充電操作訊號GA及至少一放電操作訊號GB，藉由充電操作訊號GA或放電操作訊號GB控制複數開關Q1~Q7的切換，使切換電容轉換器202操作於第一轉換模式(同時放電)、第一轉換模式(輪流放電)或第二轉換模式。於本實施例中，切換電容轉換器202係操作於第一轉換模式(同時放電) ，亦即第一電壓V1與第二電壓V2之比例為3:1，且放電路徑並聯且於放電程序中同時放電。切換電容轉換器202包括至少二電容C1及C2、複數開關Q1~Q7以及至少一電感L。複數開關Q1~Q7與至少二電容C1及C2耦接。
在第一轉換模式(同時放電)之充電程序中，藉由充電操作訊號GA控制開關Q1、Q2及Q3的切換，使至少二電容C1及C2與對應之電感L串聯於第一電壓V1與第二電壓V2之間，以形成充電路徑並諧振操作。在第一轉換模式(同時放電)之至少一放電程序中，藉由放電操作訊號GB控制開關Q4~Q7的切換，使至少二電容C1及C2與對應之電感L分別串聯於第二電壓V2與直流電位(在本實施例中，直流電位為接地電位)之間，而｢同時｣形成複數放電路徑並諧振操作。在第一轉換模式(同時放電)中，充電程序與至少一放電程序彼此重複地交錯排序，以將第一電壓V1轉換為第二電壓V2或將第二電壓V2轉換為第一電壓V1。在第一轉換模式(同時放電)中，充電操作訊號GA與至少一放電操作訊號GB分別各自切換至一導通位準一段導通期間，且複數段導通期間彼此不重疊，以使充電程序與至少一放電程序彼此不重疊。
圖2B係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之相關訊號之訊號波形示意圖。第二電壓V2、電感電流IL、電容電流IC1、充電操作訊號GA及放電操作訊號GB係如圖2B所示。如圖2B所示，在第一轉換模式(同時放電)中，充電操作訊號GA與至少一放電操作訊號GB分別各自切換至一導通位準一段導通期間，且複數段導通期間彼此不重疊，以使充電程序與至少一放電程序彼此不重疊。
圖2C係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之控制電路之方塊示意圖。請同時參照圖2C及圖2A，控制電路201包括電流感測電路2011、控制訊號產生電路2012及電壓感測電路2013。電流感測電路2011用以感測流經至少一電感L之電流，以產生至少一電流感測訊號Cd，而控制訊號產生電路2012與電流感測電路2011耦接，用以根據電流感測訊號Cd而產生控制訊號例如充電操作訊號GA及放電操作訊號GB。電壓感測電路2013用以感測第二電壓V2，以產生電壓感測訊號Vd。需說明的是，控制電路201也可以僅根據第一電壓V1與第二電壓V2的電壓轉換比例，而決定充電操作訊號GA及放電操作訊號GB，以開迴路的方式控制切換電容轉換器202，而不需要如圖2C所示的實施例，根據電流感測訊號Cd而產生控制訊號例如充電操作訊號GA及放電操作訊號GB，以閉迴路的回授方式控制切換電容轉換器202。
圖3A係根據本發明之另一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之電路示意圖。於本實施例中，切換電容轉換器202係操作於第一轉換模式(輪流放電)。本實施例與圖2A之實施例之差別在於，本實施例在第一轉換模式(輪流放電)之至少一放電程序中，藉由放電操作訊號GB及GC分別控制開關Q4及Q5與開關Q6及Q7的切換，使至少二電容C1及C2與對應之電感L分別串聯於第二電壓V2與直流電位(在本實施例中，直流電位為接地電位)之間，而｢輪流｣形成複數放電路徑並諧振操作。
圖3B係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之相關訊號之訊號波形示意圖。第二電壓V2、電感電流IL、電容電流IC1、充電操作訊號GA、放電操作訊號GB及放電操作訊號GC係如圖3B所示。如圖3B所示，在第一轉換模式(輪流放電)中，充電操作訊號GA與放電操作訊號GB及放電操作訊號GC分別各自切換至一導通位準一段導通期間，且複數段導通期間彼此不重疊，以使充電程序與至少一放電程序彼此不重疊。
圖4A係根據本發明之再一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之電路示意圖。圖4A之實施例係類似於圖2A之實施例，其不同在於，於本實施例中，開關Q6恆導通，開關Q3及Q7恆不導通，使得切換電容轉換器202操作於第二轉換模式，亦即第一電壓V1與第二電壓V2之電壓轉換比例為2:1。在第二轉換模式之充電程序中，藉由充電操作訊號GA控制開關Q1及Q2的切換，使至少一電容C1與對應之電感L串聯於第一電壓V1與第二電壓V2之間，以形成充電路徑並諧振操作。在第二轉換模式之至少一放電程序中，藉由放電操作訊號GB控制開關Q4及Q5的切換，使至少一電容C1與對應之電感L串聯於第二電壓V2與直流電位之間，而形成放電路徑並諧振操作。
圖4B係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之相關訊號之訊號波形示意圖。第二電壓V2、電感電流IL、電容電流IC1、充電操作訊號GA及放電操作訊號GB係如圖4B所示。如圖4B所示，在第二轉換模式中，充電操作訊號GA與放電操作訊號GB分別各自切換至一導通位準一段導通期間，且複數段導通期間彼此不重疊，以使充電程序與至少一放電程序彼此不重疊。
圖5A係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之模式切換期間的開關狀態列表。參照圖5A左側，當控制電路將201將目前的轉換模式，例如第二轉換模式，切換為下一個轉換模式，例如為第一轉換模式(輪流放電)之間的模式切換期間，控制訊號改變為模式切換控制訊號，其包括模式切換充電訊號GA’、模式切換放電訊號GB’與GC’以及單向導通訊號GD’。其中單向導通訊號GD’用以控制複數開關Q1~Q7中順向開關Q2、Q3、Q5、Q7，操作於單向導通模式，其中於單向導通模式中，順向開關Q2、Q3、Q5、Q7中的每一個開關具有朝第二電壓V2順向導通之電流通道，如圖4A與圖3A中虛線箭號所示意。其中，模式切換充電訊號GA’與模式切換放電訊號GB’與GC’，控制除了操作於單向導通模式之順向開關Q2、Q3、Q5、Q7外之其他開關Q1、Q4、Q6的切換，而將第一電壓V1轉換為第二電壓V2。
模式切換充電訊號GA’與模式切換放電訊號GB’與GC’，與充電操作訊號GA與放電操作訊號GB與GC類似。在模式切換期間的充電程序中，藉由模式切換充電訊號GA’控制開關Q1的切換，加上開關Q2與開關Q3朝第二電壓V2順向導通之電流通道，使電容C1及C2與對應之電感L串聯於第一電壓V1與第二電壓V2之間，以形成充電路徑但並不必須諧振操作。在模式切換期間的至少一放電程序中，藉由模式切換放電訊號GB’與GC’控制開關Q4與Q6的切換，加上開關Q5與開關Q7朝第二電壓V2順向導通之電流通道，使電容C1及C2與對應之電感L分別串聯於第二電壓V2與直流電位(在本實施例中，直流電位為接地電位)之間，而輪流形成複數放電路徑但並不必須諧振操作。在模式切換期間(輪流放電)中，模式切換期間的充電程序與模式切換期間的至少一放電程序彼此重複地交錯排序，以將第一電壓V1轉換為第二電壓V2。在模式切換期間(輪流放電)中，模式切換充電訊號GA’與至少一模式切換放電訊號GB’與GC’分別各自切換至一導通位準一段導通期間，且複數段導通期間彼此不重疊，以使模式切換期間的充電程序與模式切換期間的至少一放電程序彼此不重疊。
請繼續參閱圖5A，舉例而言，複數開關Q1~Q7中具有朝第二電壓V2順向之內接二極體的至少二順向開關(例如但不限於開關Q2、Q3、Q5、Q7)係操作於單向導通模式，複數開關Q1~Q7中除了具有朝第二電壓V2順向之內接二極體的至少二順向開關以外的開關(例如但不限於開關Q1、Q4、Q6)受模式切換充電訊號GA’以及模式切換放電訊號GB’與GC’所控制。於單向導通模式中，具有朝第二電壓V2順向之內接二極體的至少二順向開關例如但不限於開關Q2、Q3、Q5、Q7。於模式切換期間，開關Q2、Q3、Q5、Q7係恆導通，或恆不導通但具有朝第二電壓V2順向之內接二極體。
其中，模式切換充電訊號GA’及模式切換放電訊號GB’與GC’操作開關Q1、Q4、Q6的方式，與充電操作訊號GA及放電操作訊號GB控制複數開關Q1~Q7的切換的方式相似。
請參照圖5A右側，當控制電路將201將目前的轉換模式，例如第一轉換模式(輪流放電)，切換為下一個轉換模式，例如第二轉換模式之間的模式切換期間，控制訊號改變為模式切換控制訊號，其包括模式切換充電訊號GA’、模式切換放電訊號GB’與GC’以及單向導通訊號GD’。其中單向導通訊號GD’用以控制複數開關Q1~Q7中順向開關Q2、Q3、Q5、Q7，操作於單向導通模式，其中於單向導通模式中，順向開關Q2、Q3、Q5、Q7中的每一個開關具有朝第二電壓V2順向導通之電流通道。其中，模式切換充電訊號GA’與模式切換放電訊號GB’，控制除了操作於單向導通模式之順向開關Q2、Q3、Q5、Q7外之其他開關Q1、Q4、Q6的切換(模式切換充電訊號GA’ 控制開關Q1、Q6，模式切換放電訊號GB’ 控制開關Q4)，而將第一電壓V1轉換為第二電壓V2。
於一實施例中，於模式切換期間，控制電路201可控制模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’與GC’之占空比，對應低於前一個充電操作訊號GA及/或放電操作訊號GB與GC之占空比，且模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’與GC’之占空比自預設值逐漸增加，以於模式切換期間，使對應之電容C1及/或C2之電容跨壓，逐漸增加或逐漸減少，並限制流經電感L之電感電流IL的改變速度。於一實施例中，當控制電路201控制模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’與GC’之占空比至預設值之後，控制電路201將模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’之占空比逐漸增加，直到模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’與GC’之切換週期與下一個切換電容轉換器202操作的轉換模式之諧振頻率對應。於一實施例中，在切換電容轉換器202從第一轉換模式切換為第二轉換模式或從第二轉換模式切換為第一轉換模式之後，當第二電壓V2到達第二轉換模式或第一轉換模式之預設電壓一段預設期間時，複數開關Q1~Q7中具有朝第二電壓V2順向之內接二極體的至少二順向開關(例如不限於開關Q2、Q3、Q5、Q7)轉為由充電操作訊號GA及/或放電操作訊號GB所控制。
於一實施例中，於模式切換期間，控制電路201可控制模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’與GC’之占空比至預設值並逐漸增加，以於複數開關Q1~Q7中具有朝第二電壓V2順向之內接二極體的至少順向二開關(例如但不限於開關Q2、Q3、Q5、Q7) 係恆導通，或恆不導通但具有朝第二電壓V2順向之內接二極體時，使流經對應之電感L之電感電流IL經由至少一順向導通之電流通道而續流，進而使朝第二電壓V2流動之電感電流IL處於一狀態。於一實施例中，上述狀態為朝第二電壓V2流動之電感電流IL為非諧振電流。於一較佳實施例中，上述狀態為朝第二電壓V2流動之電感電流IL為線性斜坡電流。
舉例而言，請同時參照圖5A及圖3A及4A，於模式切換期間，控制電路201控制模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’與GC’之占空比至預設值並逐漸增加，以於複數開關Q1~Q7中具有朝第二電壓V2順向之內接二極體的至少二順向開關(例如但不限於開關Q2、Q3、Q5、Q7)不導通時，使對應之電感L之一端經由至少二順向開關(例如順向開關Q3及Q7及/或順向開關Q2及Q5)中之內接二極體(body diode)而導通於直流電位，進而使得朝第二電壓V2流動之電感電流IL為線性斜坡電流。
於一替代性實施例中，於模式切換期間，控制電路201控制模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’與GC’之占空比至預設值並逐漸增加，以於複數開關Q1~Q7中具有朝第二電壓V2順向之內接二極體的至少二順向開關(例如但不限於順向開關Q2、Q3、Q5、Q7)恆導通時，使對應之電感L之一端經由恆導通之至少二順向開關(例如順向開關Q3及Q7及/或順向開關Q2及Q5)而導通於直流電位，進而使得朝第二電壓V2流動之電感電流IL為線性斜坡電流。
圖5B係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路中之控制電路示意圖。本實施例係顯示控制電路201之一較具體的示範性實施例，惟本發明之控制電路201亦可以其他架構加以實施。如圖5B所示，於一實施例中，控制電路201包括占空比決定電路2011、占空比分配電路2012以及漸升電壓產生電路2013。占空比決定電路2011用以比較漸升電壓產生電路2013於電流源CS2及電容Ca間之漸升節點所產生的漸升電壓Va與週期波形訊號Vramp，而產生占空比訊號Vd。其中週期波形訊號Vramp例如但不限於為如圖5C所示之三角波。占空比分配電路2012用以根據占空比訊號Vd而分別產生模式切換充電訊號GA’與模式切換放電訊號GB’與GC’。於一實施例中，如圖5B所示，占空比決定電路2011包括比較器與邏輯及閘，占空比分配電路2012包括正反器與邏輯及閘。漸升電壓產生電路2013包含電流源CS2、電容Ca以及重置開關S2。
在模式切換期間，漸升電壓產生電路2013的電流源CS2對電容Ca充電，使漸升節點上的漸升電壓Va逐漸上升，在占空比決定電路2011比較漸升電壓Va與週期波形訊號Vramp時，將使得占空比訊號Vd的占空比逐漸上升，進而使模式切換充電訊號GA’與模式切換放電訊號GB’與GC’的占空比也逐漸增加，使第一電壓V1轉換為第二電壓V2或第二電壓V2轉換為第一電壓V1時，降低湧浪電流。
在一種實施例中，當漸升電壓Va上升超過週期波形訊號Vramp的最大值時，占空比分配電路2012根據占空比訊號Vd所產生之模式切換充電訊號GA’與模式切換放電訊號GB’與GC’，可直接進入第一轉換模式(輪流放電)或第二轉換模式。當然，進入第一轉換模式(輪流放電)或第二轉換模式後，也可以關閉占空比分配電路2012，而由其他電路產生充電操作訊號GA與至少一放電操作訊號GB。此外，漸升電壓產生電路2013可根據重置訊號Srst，於適當時點(例如於下一個模式切換期間開始之前)導通重置開關S2，對電容Ca放電，以重置漸升電壓Va。
圖5C係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之控制電路於模式切換期間的相關訊號之訊號波形示意圖。漸升節點的漸升電壓Va、週期波形訊號Vramp、時脈訊號CLK、占空比訊號Vd、模式切換充電訊號GA’及模式切換放電訊號GB’係顯示於圖5C中。如圖5C所示，漸升節點的漸升電壓Va於模式切換期間係逐漸上升。如圖5C所示，在模式切換期間，複數段導通期間t1~t4之時間長度係逐漸增加。因此，於一實施例中，占空比由一預設值逐漸增加至50%。
圖5D係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之相關訊號之訊號波形示意圖。圖5E係為圖5D中第二轉換模式切換至第一轉換模式(輪流放電)相關訊號於模式切換期間之局部放大圖。圖5F係為圖5D中之第一轉換模式(輪流放電)切換至第二轉換模式之局部放大圖。第二電壓V2、第二電流I2、電感電流IL、電容跨壓VC1、電容跨壓VC2係顯示於圖5D、5E及5F。由圖5D、5E及5F可知，切換電容式電壓轉換電路於模式切換期間藉由逐漸增加導通期間之時間長度可進一步降低湧浪電流。
圖6A係根據本發明之另一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之模式切換期間的開關狀態列表。參照圖6A左側，當控制電路將201將目前的轉換模式，例如第二轉換模式切換為下一個轉換模式，例如為第一轉換模式(同時放電)之間的模式切換期間，控制訊號改變為模式切換控制訊號，其包括模式切換充電訊號GA’、模式切換放電訊號GB’以及單向導通訊號GD’。其中單向導通訊號GD’用以控制複數開關Q1~Q7中順向開關Q2、Q3、Q5、Q7，操作於單向導通模式，其中於單向導通模式中，順向開關Q2、Q3、Q5、Q7中的每一個開關具有朝第二電壓V2順向導通之電流通道。其中，模式切換充電訊號GA’與模式切換放電訊號GB’，控制除了操作於單向導通模式之順向開關Q2、Q3、Q5、Q7外之其他開關Q1、Q4、Q6的切換，而將第一電壓V1轉換為第二電壓V2。
請繼續參閱圖6A，舉例而言，複數開關Q1~Q7中具有朝第二電壓V2順向之內接二極體的至少二順向開關(例如但不限於開關Q2、Q3、Q5、Q7)係操作於單向導通模式，複數開關Q1~Q7中除了具有朝第二電壓V2順向之內接二極體的至少二順向開關以外的開關(例如但不限於開關Q1、Q4、Q6)受模式切換充電訊號GA’或模式切換放電訊號GB’所控制。於單向導通模式中，具有朝第二電壓V2順向之內接二極體的至少二順向開關(例如但不限於開關Q2、Q3、Q5、Q7)係恆導通，或恆不導通但電流可流經朝第二電壓V2順向之內接二極體。
請參照圖6A右側，當控制電路將201將目前的轉換模式，例如第一轉換模式(同時放電)，切換為下一個轉換模式，例如第二轉換模式之間的模式切換期間，控制訊號改變為模式切換控制訊號，其包括模式切換充電訊號GA’、模式切換放電訊號GB’以及單向導通訊號GD’。 其中單向導通訊號GD’用以控制複數開關Q1~Q7中順向開關Q2、Q3、Q5、Q7，操作於單向導通模式，其中於單向導通模式中，順向開關Q2、Q3、Q5、Q7中的每一個開關具有朝第二電壓V2順向導通之電流通道。其中，模式切換充電訊號GA’與模式切換放電訊號GB’，控制除了操作於單向導通模式之順向開關Q2、Q3、Q5、Q7外之其他開關Q1、Q4、Q6的切換(模式切換充電訊號GA’ 控制開關Q1、Q6，模式切換放電訊號GB’ 控制開關Q4)，而將第一電壓V1轉換為第二電壓V2。
於一實施例中，於模式切換期間，控制電路201可控制模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’與GC’之占空比，對應低於前一個充電操作訊號GA及/或放電操作訊號GB與GC之占空比，且模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’與GC’之占空比自預設值逐漸增加，以於模式切換期間，使對應之電容C1及/或C2之電容跨壓，逐漸增加或逐漸減少，並限制流經電感L之電感電流IL的改變速度。於一實施例中，當控制電路201控制模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’與GC’之占空比至預設值之後，控制電路201將模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’之占空比逐漸增加，直到模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’與GC’之切換週期與下一個切換電容轉換器202操作的轉換模式之諧振頻率對應。於一實施例中，在切換電容轉換器202從第一轉換模式切換為第二轉換模式或從第二轉換模式切換為第一轉換模式之後，當第二電壓V2到達第二轉換模式或第一轉換模式之預設電壓一段預設期間時，複數開關Q1~Q7中具有朝第二電壓V2順向之內接二極體的至少二順向開關(例如不限於開關Q2、Q3、Q5、Q7)轉為由充電操作訊號GA及/或放電操作訊號GB所控制。
於一實施例中，於模式切換期間，控制電路201可控制模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’與GC’之占空比至預設值並逐漸增加，以於複數開關Q1~Q7中具有朝第二電壓V2順向之內接二極體的至少二順向開關(例如但不限於開關Q2、Q3、Q5、Q7) 係恆導通，或恆不導通但電流可流經朝第二電壓V2順向之內接二極體時，使流經對應之電感L之電感電流IL經由至少一順向導通之電流通道而續流，進而使朝第二電壓V2流動之電感電流IL處於一狀態。於一實施例中，上述狀態為朝第二電壓V2流動之電感電流IL為非諧振電流。於一較佳實施例中，上述狀態為朝第二電壓V2流動之電感電流IL為線性斜坡電流。
舉例而言，請同時參照圖6A及圖2A及4A，於模式切換期間，控制電路201控制模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’與GC’之占空比至預設值並逐漸增加，以於複數開關Q1~Q7中具有朝第二電壓V2順向之內接二極體的至少二順向開關(例如但不限於開關Q2、Q3、Q5、Q7)不導通時，使對應之電感L之一端經由至少二順向開關(例如順向開關Q3及Q7及/或順向開關Q2及Q5)中之內接二極體(body diode)而導通於直流電位，進而使得朝第二電壓V2流動之電感電流IL為線性斜坡電流。
於一替代性實施例中，於模式切換期間，控制電路201控制模式切換充電訊號GA’及/或模式切換放電訊號GB’與GC’之占空比至預設值並逐漸增加，以於複數開關Q1~Q7中具有朝第二電壓V2順向之內接二極體的至少二順向開關(例如但不限於開關Q2、Q3、Q5、Q7)恆導通時，使對應之電感L之一端經由恆導通之至少二順向開關(例如開關Q3及Q7及/或開關Q2及Q5)而導通於直流電位，進而使得朝第二電壓V2流動之電感電流IL為線性斜坡電流。
圖6B係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之相關訊號之訊號波形示意圖。第二電壓V2、第二電流I2、電感電流IL、電容跨壓VC1、電容跨壓VC2係顯示於圖6B。由圖6B可知，切換電容式電壓轉換電路於模式切換期間藉由逐漸增加導通期間之時間長度可進一步降低湧浪電流。
圖7係根據本發明之再一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之電路示意圖。如圖7所示，本發明之切換電容式電壓轉換電路60之切換電容轉換器602包含電容C1~C3、開關Q1~Q10、電感L。開關Q1-Q3分別與對應之電容C1-C3串聯，而開關Q4與電感L串聯。
開關Q1-Q10可根據對應之操作訊號，切換所對應之電容C1-C3與電感L之電連接關係。在充電程序中，根據充電操作訊號GA，開關Q1-Q4係為導通，開關Q5-Q10係為不導通，使得電容C1-C3彼此串聯後與電感L串聯於第一電壓V1與第二電壓V2之間，以形成一充電路徑。在放電程序中，根據放電操作訊號GB，開關Q5-Q10係導通，開關Q1-Q4係不導通，使電容C1~C3彼此並聯後串聯電感L於第二電壓V2與接地電位之間，而形成複數放電路徑。應注意者為，上述充電程序與上述放電程序係於不同的時間段重複地交錯進行，而非同時進行，以將第一電壓V1轉換為第二電壓V2或將第二電壓V2轉換為第一電壓V1。於本實施例中，每個電容C1~C3的直流偏壓均為第二電壓V2，故本實施例中的電容C1~C3需要耐較低的額定電壓，故可使用較小體積的電容器。
本實施例之控制電路601及操作方式可類似於圖2A、2C、3A、4A、5A及6A之控制電路架構及操作方式加以實施，請參照關於圖2A、2C、3A、4A、5A及6A之詳細敘述。於模式切換期間的電感電流續流之方式係類似於圖5A及6A，採用例如但不限於開關Q2、Q3、Q4、Q6、Q8、Q10，請參照關於5A及6A之詳細敘述。
圖8係根據本發明之又一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之電路示意圖。如圖8所示，本發明之切換電容式電壓轉換電路70之切換電容轉換器702包含電容C1~C4、開關Q1~Q13、電感L。開關Q1-Q4分別與對應之電容C1-C4串聯，而開關Q5與電感L串聯。
開關Q1-Q13可根據對應之操作訊號，切換所對應之電容C1-C4與電感L之電連接關係。在充電程序中，根據充電操作訊號GA，開關Q1-Q5係為導通，開關Q6-Q13係為不導通，使得電容C1-C4彼此串聯後與電感L串聯於第一電壓V1與第二電壓V2之間，以形成一充電路徑。在放電程序中，根據放電操作訊號GB，開關Q6-Q13係導通，開關Q1-Q5係不導通，使電容C1~C4彼此並聯後串聯電感L於第二電壓V2與接地電位之間，而形成複數放電路徑。應注意者為，上述充電程序與上述放電程序係於不同的時間段重複地交錯進行，而非同時進行，以將第一電壓V1轉換為第二電壓V2或將第二電壓V2轉換為第一電壓V1。於本實施例中，每個電容C1~C4的直流偏壓均為第二電壓V2，故本實施例中的電容C1~C4需要耐較低的額定電壓，故可使用較小體積的電容器。
本實施例之控制電路701及操作方式可類似於圖2A、2C、3A、4A、5A及6A之控制電路架構及操作方式加以實施，請參照關於圖2A、2C、3A、4A、5A及6A之詳細敘述。於模式切換期間的電感電流續流之方式係類似於圖5A及6A，採用例如但不限於開關Q2、Q3、Q4、Q5、Q7、Q9、Q11、Q13，請參照關於5A及6A之詳細敘述。
本發明如上所述提供了一種切換電容式電壓轉換電路，其藉由在模式切換期間降低占空比至預設值且逐漸增加占空比並使電感電流續流，可降低模式切換期間所產生之湧浪電流、可提供具有不同電壓轉換比例之更多的操作模式、可在模式切換期間限制切換電流且在模式切換期間無需停止或重置切換電容轉換器。
以上所述之實施例，將第一電壓V1轉換為第二電壓V2之電路，也適用於第二電壓V2轉換為第一電壓V1。控制電路根據第二電壓V2之位準，而選擇第一電壓V1與第二電壓V2間之比例，進而產生控制訊號，以將第二電壓V2轉換為第一電壓V1。其中，控制電路201根據第一電壓V1而選擇使切換電容轉換器202操作於第二轉換模式、第一轉換模式(同時放電)及第一轉換模式(輪流放電)中其中一者；同樣的電路也可以操作為控制電路201根據第二電壓V2而選擇使切換電容轉換器202操作於一轉二模式、一轉三模式(同時放電)及一轉三模式(輪流放電)中其中一者。
需說明的是，以上所有實施例中，切換電容式電壓轉換電路具有雙向轉換功能，也就是可將第一電壓V1轉換為第二電壓V2或將第二電壓V2轉換為第一電壓V1。當切換電容式電壓轉換電路應用於第二電壓V2轉換為第一電壓V1時，在模式切換期間，其中單向導通訊號用以控制複數開關中順向開關操作於單向導通模式，其中於單向導通模式中，順向開關中的每一個開關則需具有朝第一電壓V1順向導通之電流通道。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之最廣的權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用，舉例而言，兩個或以上之實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可用以取代另一實施例中對應之組成部件。此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，舉例而言，本發明所稱「根據某訊號進行處理或運算或產生某輸出結果」，不限於根據該訊號的本身，亦包含於必要時，將該訊號進行電壓電流轉換、電流電壓轉換、及／或比例轉換等，之後根據轉換後的訊號進行處理或運算產生某輸出結果。由此可知，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
10:諧振切換電容式電壓轉換器 20,30,40,60,70:切換電容式電壓轉換電路 201,601,701:控制電路 2011:電流感測電路 2012:控制訊號產生電路 2013:電壓感測電路 202,602,702:切換電容轉換器 C1~C4 ,Ca,CV2:電容 Cd:電流感測訊號 CLK:時脈訊號 CS2:電流源 GA:充電操作訊號 GA’:模式切換充電訊號 GB,GC:放電操作訊號 GB’,GC’:模式切換放電訊號 GD’:單向導通訊號 I1:第一電流 I2:第二電流 IC1:電容電流 IL:電感電流 L:電感 Lgc-H:訊號 Q1~Q13:開關 S2:重置開關 Srst:重置訊號 t1~t4:導通期間 V1:第一電壓 V2:第二電壓 Va:漸升電壓 Vd:電壓感測訊號 Vin:輸入電壓 Vm:中間訊號 Vout:輸出電壓 Vramp:週期波形訊號
圖1係為習知的諧振切換電容式電壓轉換器之示意圖。
圖2A係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之電路示意圖。
圖2B係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之相關訊號之訊號波形示意圖。
圖2C係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之控制電路之方塊示意圖。
圖3A係根據本發明之另一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之電路示意圖。
圖3B係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之相關訊號之訊號波形示意圖。
圖4A係根據本發明之再一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之電路示意圖。
圖4B係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之相關訊號之訊號波形示意圖。
圖5A係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之模式切換期間的開關狀態列表。
圖5B係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路中之控制電路示意圖。
圖5C係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之控制電路於模式切換期間的相關訊號之訊號波形示意圖。
圖5D係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之相關訊號之訊號波形示意圖。
圖5E係為圖5D中第二轉換模式切換至第一轉換模式(輪流)之局部放大圖。
圖5F係為圖5D中之第一轉換模式(輪流)轉換至第二轉換模式之局部放大圖。
圖6A係根據本發明之另一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之模式切換期間的開關狀態列表。
圖6B係根據本發明之一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之相關訊號之訊號波形示意圖。
圖7係根據本發明之又一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之電路示意圖。
圖8係根據本發明之再一實施例顯示一切換電容式電壓轉換電路之電路示意圖。
20:切換電容式電壓轉換電路
201:控制電路
202:切換電容轉換器
C1,C2,CV2:電容
GA:充電操作訊號
GA’:模式切換充電訊號
GB:放電操作訊號
GB’:模式切換放電訊號
GD’:單向導通訊號
I1:第一電流
I2:第二電流
IC1:電容電流
IL:電感電流
L:電感
Q1~Q7:開關
V1:第一電壓
V2:第二電壓

Claims (23)

  1. 一種切換電容式電壓轉換電路，用以將一第一電壓轉換為一第二電壓，該切換電容式電壓轉換電路包含： 一切換電容轉換器，耦接於該第一電壓與該第二電壓之間；以及 一控制電路，用以根據一電壓轉換比例，決定該切換電容轉換器操作於具有該電壓轉換比例之一轉換模式，並根據該轉換模式產生一控制訊號以控制該切換電容轉換器，而將該第一電壓轉換為該第二電壓； 其中該切換電容轉換器包括： 至少二電容； 複數開關，與該至少二電容耦接；以及 至少一電感； 其中，該控制訊號包括一充電操作訊號及至少一放電操作訊號，以控制該複數開關的切換，而將該第一電壓轉換為該第二電壓； 其中，在該轉換模式之一充電程序中，藉由該充電操作訊號控制該複數開關的切換，使至少一該電容與對應之該電感串聯於該第一電壓與該第二電壓之間，以形成一充電路徑並諧振操作； 其中，在該轉換模式之至少一放電程序中，藉由該放電操作訊號控制該複數開關的切換，使該電容與對應之該電感串聯於該第二電壓與一直流電位之間，而同時形成或輪流形成複數放電路徑並諧振操作； 其中，在該轉換模式中，該充電程序與該至少一放電程序彼此重複地交錯排序，以將該第一電壓轉換為該第二電壓； 其中，在該轉換模式中，該充電操作訊號與該至少一放電操作訊號，分別各自切換至一導通位準一段導通期間，且該複數段導通期間彼此不重疊，以使該充電程序與該至少一放電程序彼此不重疊； 其中，當該控制電路將目前的該轉換模式切換為下一個轉換模式之間的一模式切換期間，該控制訊號改變為一模式切換控制訊號，其包括一模式切換充電訊號、至少一模式切換放電訊號以及一單向導通訊號； 其中該單向導通訊號用以控制該複數開關中至少二順向開關，操作於一單向導通模式，其中於該單向導通模式中，每個該順向開關具有朝該第二電壓順向導通之一電流通道； 其中，該模式切換充電訊號與該模式切換放電訊號，控制除了操作於該單向導通模式之該至少二順向開關外之其他該開關的切換，而將該第一電壓轉換為該第二電壓。
  2. 如請求項1所述之切換電容式電壓轉換電路，其中操作於該單向導通模式之該至少二順向開關為恆導通，或恆不導通但具有朝該第二電壓順向之內接二極體。
  3. 如請求項1所述之切換電容式電壓轉換電路，其中於該模式切換期間，該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之占空比對應低於前一個該充電操作訊號及/或該放電操作訊號之占空比，且該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之占空比自一預設值逐漸增加，以於該模式切換期間，使對應之該電容之一電容跨壓逐漸增加或減少。
  4. 如請求項1所述之諧振切換式電源轉換電路，其中該控制電路包括： 一占空比決定電路，用以比較一漸升節點的一漸升電壓與一週期波形訊號，而產生一占空比訊號； 一占空比分配電路，用以根據該占空比訊號而分別產生該模式切換充電訊號與該至少一模式切換放電訊號；以及 一漸升電壓產生電路，與該占空比決定電路耦接，用以於該模式切換期間，產生該漸升節點的該漸升電壓； 其中該漸升節點的該漸升電壓於該模式切換期間係逐漸上升，以使得該模式切換充電訊號與該至少一模式切換放電訊號的占空比對應逐漸上升。
  5. 如請求項1所述之切換電容式電壓轉換電路，其中該切換電容轉換器包括串並聯式切換電容轉換器(series-parallel switched capacitor converter)。
  6. 如請求項1所述之切換電容式電壓轉換電路，其中該直流電位為接地電位。
  7. 如請求項1所述之切換電容式電壓轉換電路，其中該控制電路包括： 一電流感測電路，用以感測流經該至少一電感之電流，以產生至少一電流感測訊號；以及 一控制訊號產生電路，與該電流感測電路耦接，用以根據該電流感測訊號而產生該控制訊號。
  8. 如請求項7所述之切換電容式電壓轉換電路，其中該控制電路更包括一電壓感測電路，用以感測該第二電壓，以產生一電壓感測訊號。
  9. 如請求項1所述之切換電容式電壓轉換電路，其中於該模式切換期間，該控制電路調降該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之占空比至一預設值，以限制流經該電感之一電感電流。
  10. 如請求項9所述之切換電容式電壓轉換電路，其中該轉換模式包括一第一轉換模式及一第二轉換模式，當該控制電路調降該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之該占空比至該預設值之後，該控制電路將該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之該占空比逐漸增加，直到該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之一切換週期與該切換電容轉換器於該第一轉換模式或該第二轉換模式之一諧振頻率對應。
  11. 如請求項1所述之切換電容式電壓轉換電路，其中該轉換模式包括一第一轉換模式及一第二轉換模式，在該模式切換期間，當該第二電壓到達該第二轉換模式或該第一轉換模式之一預設電壓一段預設期間時，該複數開關中具有朝該第二電壓順向之該內接二極體的該至少二順向開關轉為由該充電操作訊號及/或該放電操作訊號所控制。
  12. 如請求項1所述之切換電容式電壓轉換電路，其中該切換電容式電壓轉換電路具有雙向轉換功能。
  13. 一種切換電容式電壓轉換方法，用以將一切換電容轉換器之一第一電壓轉換為一第二電壓，該切換電容轉換器包括至少二電容、複數開關以及至少一電感，該切換電容式電壓轉換方法包含： 根據一電壓轉換比例，決定該切換電容轉換器操作於具有該電壓轉換比例之一轉換模式，並根據該轉換模式產生一控制訊號，以控制該切換電容轉換器中該複數開關的切換，而將該第一電壓轉換為該第二電壓，其中該控制訊號包括一充電操作訊號及至少一放電操作訊號； 於該轉換模式之一充電程序中，藉由該充電操作訊號控制該複數開關的切換，使至少一該電容與對應之該電感串聯於該第一電壓與該第二電壓之間，以形成一充電路徑並諧振操作； 在該轉換模式之至少一放電程序中，藉由該放電操作訊號控制該複數開關的切換，使該電容與對應之該電感串聯於該第二電壓與一直流電位之間，而同時形成或輪流形成複數放電路徑並諧振操作； 在該轉換模式中，該充電程序與該至少一放電程序彼此重複地交錯排序，以將該第一電壓轉換為該第二電壓； 在該轉換模式中，該充電操作訊號與該至少一放電操作訊號，分別各自切換至一導通位準一段導通期間，且該複數段導通期間彼此不重疊，以使該充電程序與該至少一放電程序彼此不重疊； 於將目前的該轉換模式切換為下一個轉換模式之間的一模式切換期間，該控制訊號改變為一模式切換控制訊號，其包括一模式切換充電訊號、至少一模式切換放電訊號以及一單向導通訊號； 以該單向導通訊號控制該複數開關中至少二順向開關，使其操作於一單向導通模式，其中於該單向導通模式中，每個該順向開關具有朝該第二電壓順向導通之一電流通道；以及 以該模式切換充電訊號與該模式切換放電訊號，控制除了操作於該單向導通模式之該至少二順向開關外之其他該開關的切換，而將該第一電壓轉換為該第二電壓。
  14. 如請求項13所述之切換電容式電壓轉換方法，其中操作於該單向導通模式之該至少二順向開關為恆導通，或恆不導通但具有朝該第二電壓順向之內接二極體。
  15. 如請求項13所述之切換電容式電壓轉換方法，更包含： 於該模式切換期間，調整該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之占空比對應低於前一個該充電操作訊號及/或該放電操作訊號之占空比；以及 於該模式切換期間，調整該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之占空比自一預設值逐漸增加，以於該模式切換期間，使對應之該電容之一電容跨壓逐漸增加或減少。
  16. 如請求項13所述之切換電容式電壓轉換方法，更包含： 比較一漸升節點的一漸升電壓與一週期波形訊號，而產生一占空比訊號； 根據該占空比訊號而分別產生該模式切換充電訊號與該至少一模式切換放電訊號；以及 於該模式切換期間，產生該漸升節點的該漸升電壓； 其中該漸升節點的該漸升電壓於該模式切換期間係逐漸上升，以使得該模式切換充電訊號與該至少一模式切換放電訊號的占空比對應逐漸上升。
  17. 如請求項13所述之切換電容式電壓轉換方法，其中該切換電容轉換器包括串並聯式切換電容轉換器(series-parallel switched capacitor converter)。
  18. 如請求項13所述之切換電容式電壓轉換方法，其中該直流電位為接地電位。
  19. 如請求項13所述之切換電容式電壓轉換方法，更包含： 感測流經該至少一電感之電流，以產生至少一電流感測訊號；以及 根據該電流感測訊號而產生該充電操作訊號及該至少一放電操作訊號。
  20. 如請求項19所述之切換電容式電壓轉換方法，更包含：感測該第二電壓，以產生一電壓感測訊號。
  21. 如請求項13所述之切換電容式電壓轉換方法，更包含： 於該模式切換期間，調降該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之占空比至一預設值，以限制流經該電感之一電感電流。
  22. 如請求項21所述之切換電容式電壓轉換方法，其中該轉換模式包括一第一轉換模式及一第二轉換模式，在調降該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之該占空比至該預設值之後，更包含：將該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之該占空比逐漸增加，直到該模式切換充電訊號及/或該模式切換放電訊號之一切換週期與該切換電容轉換器於該第一轉換模式或該第二轉換模式之一諧振頻率對應。
  23. 如請求項13所述之切換電容式電壓轉換方法，其中該轉換模式包括一第一轉換模式及一第二轉換模式，在從該第一轉換模式切換為該第二轉換模式或從該第二轉換模式切換為該第一轉換模式之後，當該第二電壓到達該第二轉換模式或該第一轉換模式之一預設電壓一段預設期間時，該複數開關中具有朝該第二電壓順向之該內接二極體的該至少二順向開關轉為由該充電操作訊號及/或該放電操作訊號所控制。
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