TWI445296B - 使用零電壓切換之多相直流－直流轉換器以及使用其之方法 - Google Patents

使用零電壓切換之多相直流－直流轉換器以及使用其之方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI445296B
TWI445296B TW100109247A TW100109247A TWI445296B TW I445296 B TWI445296 B TW I445296B TW 100109247 A TW100109247 A TW 100109247A TW 100109247 A TW100109247 A TW 100109247A TW I445296 B TWI445296 B TW I445296B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
switched capacitor
node
intermediate node
coupled
network
Prior art date
Application number
TW100109247A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201212509A (en
Inventor
Zaki Moussaoui
Original Assignee
Intersil Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Intersil Inc filed Critical Intersil Inc
Publication of TW201212509A publication Critical patent/TW201212509A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI445296B publication Critical patent/TWI445296B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/005—Conversion of dc power input into dc power output using Cuk converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34—Snubber circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

使用零電壓切換之多相直流-直流轉換器以及使用其之方法 【相關申請案之交互參照】
本申請案主張2010年7月19日提出申請之序號61/365,523以及2010年1月6日提出申請之序號61/426,404之美國暫時申請案的權益，其中兩者全部內容與目的在此皆以引用的方式併入本文。
以下說明的存在可使一般技藝人士在所提供之特定應用與其必要條件的上下文內製造與使用本發明。然而，對較佳實施例的種種修改將會讓熟習該項技術者明白無誤，而且在此所定義的一般原理則可被應用到其他實施例。因此，本發明不傾向於受限於所示且在此說明的特定實施例，但卻符合與在此所揭露之原理與新特徵相符的最寬範圍。
在此所說明的多相DC-DC轉換器係關於功率管理，包括電壓調節器模式(VRM)伺服器與類似物。在此所說明的多相轉換器提供以高頻得到高效率的能力，其係並且可被使用於具有高輸入電壓以及沒有得到隔離的實施。在此所說明的多相轉換器應用零電壓切換(ZVS)。在此所說明的多相轉換器會由於ZVS而改善整體效率，其係並且可被使用於非隔離高輸入電壓與低輸出電壓轉換器。在此所說明的多相轉換器可使用所有低側切換。在此所說明的多相轉換器解決用於高頻率應用的高側驅動問題。在此所說明 的多相轉換器提供用於在N倍切換頻率上的多相架構。單一相位可在相當高頻率上操作，譬如例如10兆赫(MHz)，其中多相，譬如例如N相，其係可被設計用於N X 10MHz高頻操作(例如，在50MHz的5相架構操作)。高頻率致使寄生電感與電容的操作。轉換器拓樸則可被使用於包絡追蹤。
圖1係為根據一種實施例所設計之單相DC-DC轉換器100的方塊與概要圖。輸入電壓源101形成一種與參考節點(顯示為地面)有關的DC輸入電壓VIN。該參考節點在此顯示為〝零〞伏特的地面，或者那些熟習該項技術者所理解的任何其他電壓位準。ZVS操作與被視為〝零〞切換點的參考電壓有關，縱使該參考電壓並沒有實質在零伏特(V)。VIN會被提供到電感器L的一端點，其另一端點則被耦接到第一中間節點102，以形成電壓VC1。電子切換器S1使其汲極耦接到節點102，並使其源極耦接到地面。電容器C1係被耦接於節點102與地面之間，其係並且因此並聯S1的汲極與源極。切換器S1與電容器C1會被共同視為一切換電容網路P1。節點102係被耦接到另一電感器Lr的一端點，其係使它的另一端點被耦接到電容器Cr的一端點。電容器Cr的另一端點會被耦接到一第二中間節點104，以形成電壓VC2，其係被進一步耦接到另一電子切換器S2的汲極、到電容器C2的一端點，以及到另一電感器Lo的一端點。S2的源極與C2的另一端點兩者會被耦接到地面。切換器S2與電容器C2會被並聯耦接，其係並且被共同視為一 切換電容網路P2。Lo的另一端點係被耦接到一輸出節點，以形成DC輸出電壓VOUT，其係會被耦接到輸出電容器Cout的一端點。Cout的另一端點會被耦接到地面。切換控制模組103接收時脈訊號CLK，以及進一步接收中間節點102與104的電壓VC1與VC2，以及提供第一控制訊號S1C到S1的閘極，以及提供一第二控制訊號S2C到S2的閘極。S1與S2係被顯示為N-通道(N-型)裝置，譬如N-通道金屬-氧化物半導體、場效電晶體(MOSFETs)，雖然其他種類的電子切換器亦可被考慮。
轉換器100包括一包括L與P1的前端網路105，以及一包括Lr、Cr、Lo與P2的後端網路107，在此前端與後端網路則操作以將VIN轉換成VOUT，其係形成於整個輸出電容器Cout。單相DC-DC轉換器100之從VIN到VOUT的路徑，包括電感L、Lr與Lo、電容Cr、以及形成電壓VC1與VC2的中間節點102與104，其係在此被稱為轉換路徑。該切換控制模組103提供控制訊號S1C與S2C來控制該切換電容網路P1與P2，以控制從VIN到VOUT的DC-DC電壓轉換。
圖2係為顯示根據一種實施例所設計之單相DC-DC轉換器100操作的一時序圖。在圖2中，CLK、S1C、VC1、S2C與VC2訊號會相對於時間被繪製。CLK訊號提供在一選出操作頻率上的脈波，譬如10MHz。剛剛在時間t0以前，S1C與S2C兩者會高度開啟切換器S1與S2兩者，以致於VC1與VC2兩者皆很低。每一CLK脈波會造成該切換控制 模組103將S1C拉低，以關閉S1。因此，在時間t0的下一CLK脈波會將S1C拉低，以關閉S1，其係會啟動VC1的正向正弦脈波201。一旦正弦脈波201在大約時間t1重新回到零，S1C則會被往後拉高，以將S1重新開啟，且S2C會被拉低，以關閉S2。當S2關閉時，正向正弦脈波203係在VC2啟動。一旦在大約時間t2，VC2的正弦脈波重新回到零的話，S2C則會往後拉高以將S2重新開啟。S1與S2兩者會維持開啟，直到在大約時間t3的下一CLK脈波為止，其係會再度將S1關閉，且該週期會重複。操作會以此方式在CLK所建立的頻率上持續。如所示，一對前端與後端脈波會發生於CLK的每一週期。
圖2的時序圖會顯示根據零電壓切換之單相DC-DC轉換器100的基礎切換操作，其係亦可一般應用在如在此所進一步說明的多相架構。每一切換電容網路(例如，P1、P2)的切換器(例如，S1、S2)會被關閉，以將相應的電容器(例如，C1、C2)有效地插入於相應中間節點(例如，102、104)與地面之間的電路內。每一切換器會被開啟，以有效地旁通該相應的電容器，並因此將該相應的中間節點接地(或者不然將該節點耦接到參考電壓位準)。種種控制方案可被增加，以調整操作，以控制在輸入與輸出之間的能量傳送量，其係譬如為了調整至少一個操作參數。被調整的操作參數例如包括該輸出電壓的電壓位準、輸出電流的電流位準、操作的頻率位準等等。一種控制方法係為可變的頻率控制。在特定實施例中，例如CLK的頻率可 根據可變頻率控制機制來改變。另一種控制方法係為相位移位控制。在特定實施例中，例如，切換電容網路P2之切換器S2之關閉的時序延遲，其係會被調整以用於相位移位控制。另一控制方法係為脈波寬度調變(PWM)控制。在特定實施例中，例如，切換電容網路P1之切換器S1之關閉的時序延遲，其係會被調整以用於PWM控制。
圖3係為根據一種實施例所設計之多相DC-DC轉換器300的方塊與概要圖。輸入電壓源301形成一種與地面相關的DC輸入電壓VIN。在此情形中，VIN係被提供到並聯耦接的〝N〞數個相位網路的輸入，每一者皆以與單相DC-DC轉換器100實質相同的方式來架構，其中每一相位網路會被耦接於來自電壓源301的VIN與相關於地面而形成DC輸出電壓VOUT的共用輸出電容器Cout。因此，雖然沒有被顯示，但是每一相位網路1-N卻包括N個並聯轉換路徑的一對應者，每一者均與轉換器100的類似，其係包括各別電感、電容與對應的中間節點。同樣地，每一脈波網路均包括前端與後端切換電容網路，其係類似轉換器100的P1與P2。
如所示，VIN會被提供到第一相位網路相位1 305的輸入、第二相位網路相位2 307的輸入等等，直到最後相位網路相位N 309。N係為大於1的正整數，以致於任何可實施數目的相位(2或更多)能夠被考慮。因此，雖然3相位被顯示(1、2、....、N)，但是任何數目的相位則可依據特定的結構來使用。多相切換控制模組303接收時脈訊號 NCLK、接收在相位1-N每一者內之每一個第一中間節點的電壓VC1X、接收在相位1-N每一者內之每一個第二中間節點的電壓VC2X、提供控制訊號S1C1/S2C1到相位1 305、提供控制訊號S1C2/S2C2到相位2 307等等，直到提供控制訊號S1CN/S2CN到最後相位網路相位N 309。雖然沒有被明確顯示，但是控制訊號S1C1/S2C1卻控制在相位1 305內之該對切換電容網路的切換器，該控制訊號S1C2/S2C2控制在相位2 307內該對切換電容網路的切換器等等，直到控制訊號S1CN/S2CN，其係控制在相位N內之該對切換電容網路的切換器。名字〝NCLK〞指示NCLK的頻率係為單一相位之時脈訊號頻率的N倍。中間節點之每一電壓的下標〝X〞指示從1-N的指數。每一相位網路因此係以NCLK頻率的N分之一來操作。例如，假如每一相位網路1-N係被架構用於10MHz的時脈頻率的話，那麼NCLK則會具有NX10MHz的頻率(例如，3相位NCLK=3X10MH-30MHz)。
在一種實施例中，多相切換控制模組303可被架構，以呈循環比對的方式來循環該相位之操作，以用於多相操作。因此，NCLK的第一相位會造成多相切換控制模組303控制用於相位1 305的S1C1/S2C1，NCLK的下一相位則會造成多相切換控制模組303控制用於第二相位網路相位2 307的S1C2/S2C2等等，直到控制最後或第N個相位網路相位N 309的S1CN/S2CN為止。操作隨後會循環回到第一相位網路，309且操作會呈循環比對的方式重複，以用於多相操作。在一種實施例中，多相切換控制模組303會合併 環式計數器或類似物(沒有顯示)。可考慮替代的操作方案，譬如連續或非連續的相位操作、同時相位操作等等。
圖4係為顯示根據一種實施例所設計之多相DC-DC轉換器300操作的時序圖，其中就3相位而言，N=3。NCLK訊號連同相位1用的切換控制訊號S1C1與S2C1、相位2用的S1C2與S2C2以及相位3用的S1C3與S2C3一起相對於時間被繪製。NCLK係為主要的時脈訊號，其係提供在N倍每一單一相位網路速率上的脈波，如先前所述。該時脈脈波會被連續編以1-3的號碼，以指示操作相位。相位1-N每一者所用之第一與第二中間節點電壓VC1X與VC2X用的對應前與後端正弦脈波亦可同樣被繪製。因此，第一相位1包括中間節點電壓VC11與VC21，第二相位2包括中間節點電壓VC12與VC22，且第三相位3包括中間節點電壓VC13與VC23。
正好在開始時間t0以前，每一相位網路用的S1CX與S2CX很高，以致於每一相位網路之前端與後端切換電容網路兩者均能夠開啟。在時間t0上，NCLK脈波發生，以致於S1C1走低，以啟動在第一相位網路前端上VC11上的正向正弦脈波401。在隨後的時間t1，在第一相位網路之前端上的正弦脈波401會回到零，以促使多相切換控制模組303將S1C1拉高，以重新將第一切換器開啟，以完成第一前端脈波401。同樣地，在時間t1，S2C1會被拉低，以關閉在第一相位網路內的第二切換器，其係啟動在第一相位網路後端VC21上的正向正弦脈波403。在隨後的時間t2，在第 一相位網路之後端上的正弦脈波403會回到零，以促使多相切換控制模組303將S2C1拉高，以關閉在第一相位網路內的第二切換器，以完成後端脈波403。同時，第一相位用的前端與後端正弦脈波401與403已經完成，且內部切換器兩者可被重新開啟，直到相位1用的下一個NCLK。
使用如所示的控制訊號S1C2與S2C2，該操作被重複，以用於在時間t3開始的相位2。該控制訊號S1C2與S2C2會被轉換，以造成在時間t3與t4之間的前端正弦脈波405以及在時間t4與t5之間的後端正弦脈波407。正好在時間t5以後，第二相位用的前端與後端正弦脈波405與407已經完成，且內部切換器兩者會被重新開啟，直到相位2用的下一個NCLK脈波為止。使用如所示的控制訊號S1C3與S2C3，該操作會重複用於在時間t6開始的相位3。控制訊號S1C3與S2C3係呈類似的方式切換，以造成在時間t6與t7之間的前端正弦脈波409以及在時間t7與t8之間的後端正弦脈波411。正好在時間t8以後，用於第三相位的前端與後端正弦脈波409與411已經完成，且兩內部切換器會被重新開啟，直到用於相位3的下一個NCLK脈波為止。操作隨後會回到第一相位1，其係起始於下一個NCLK脈波，且操作會重複用於每一個相位。操作可根據希望調節方案來調整，譬如可變頻率控制、相位移位控制、PWM控制等等。
圖5係為根據另一實施例所設計之多相DC-DC轉換器500的方塊與概要圖。輸入電壓源501形成相關於地面的輸 入電壓VIN。VIN係被提供到電感器L的一端點，使其另一端點耦接到第一中間節點502，以形成電壓VC1。電子切換器S1與電容器C1會被並聯耦接於節點502與地面之間，以用與先前說明之轉換器100之切換電容網路P1實質相同的方式來形成一切換電容網路P11。類似的第二切換電容網路12亦被包括且耦接於節點502與地面之間。任何數目N的切換電容網路均可被包括，直到第N個切換電容網路P1N，每一者均可耦接於節點502與地面之間。呈與切換電容網路P11實質相同方式，切換電容網路P12-P1N每一者均包括一電子切換器與電容器。
節點502係被耦接到另一電感器Lr的一端點，其係使它的另一端點被耦接到電容器Cr的一端點。電容器Cr的另一端點會被耦接到一第二中間節點504，以形成電壓VC2。另一電子切換器S2與電容器C2係被並聯耦接於節點504與地面之間，以呈與切換電容網路P11實質相同的方式來形成一切換電容網路P21。額外的切換電容網路P22-P2N會被包括並且耦接於節點504與地面之間。再者，呈與切換電容網路P21實質相同的方式，切換電容網路P22-P2N每一者均包括一電子切換器與電容器。Lo的另一端點會被耦接到輸出節點，以形成輸出電壓VOUT，其係被耦接到輸出電容器Cout的一端點。Cout的另一端點則會被耦接到地面。多相切換控制模組503接收一時脈訊號NCLK、中間節點502與504的電壓VC1與VC2，以及將第一組控制訊號S1X提供到切換電容網路P11-P1N之切換器 的閘極，以及將第二組控制訊號S2X提供到切換電容網路P21-P2N之切換器的閘極。
轉換器500與轉換器100相似的是，它包括一單一轉換路徑於VIN與VOUT之間，其係包括電感L、Lr與Lo、電容Cr以及形成電壓VC1與VC2的中間節點502與504。不過，轉換器500包括被耦接於第一中間節點502與地面之間的多重切換電容網路P11-P1N，以及耦接於第二中間節點504與地面之間的另一多重切換電容網路P21-P2N。該多相切換控制模組503提供控制訊號S1X以控制切換電容網路P11-P1N，並且提供控制訊號S2X以控制切換電容網路P21-P2N，以控制從VIN至VOUT的DC-DC電壓轉換。
圖6係為顯示根據一種實施例所設計之多相轉換器500操作的時序圖，其係用於N=3相，在此該切換電容網路P13替代P1N且該切換電容網路P23替代P2N。在圖6中，控制訊號S11-S13與S21-S23係相對於時間被繪製，其中每一控制訊號各別控制切換電容網路P11-P13與P21-P23的一對應者。電壓VC1與VC2亦可被繪製於控制訊號以下。多相轉換器500的操作稍微有些類似單一相位轉換器100，除了多相切換控制模組503根據多相操作來控制切換電容網路P11-P13與P21-P23以外。在一種實施例中，例如，操作可呈循環的方式在切換器對(例如，P11與P21、P12與P22、以及P13與P23)之間循環。切換以及對應的正弦脈波與圖4所示者類似，其中每一脈波均在NCLK週期之間完成。已知多相轉換器500的並聯架構，不過，就NCLK的每一脈 波而言，前端之切換電容網路P11-P13的每一者均會被關閉，以便能夠啟動前端正弦脈波，且後端之切換電容網路P21-P23的每一者均會被關閉，以啟動後端正弦脈波。
在時間t0，第一脈波會在NCLK上產生。S11，其係自先前循環是高的，在時間t0會走低，以關閉P11，以啟動在VC1的第一前端正弦脈波。S21在時間t0是高的，以致於P21能夠從一先前循環被開啟。在隨後的時間t1，第一前端正弦脈波會完成，以致於VC1能夠重新回到零。在此情形中，與其S11在時間t1重新走高，倒不如使操作循環，以致於下一相位的S12會被拉高，以開啟P12，以完成第一前端脈波。同樣地，S21會在時間t1走低，以將P21關閉，且因為P22與P23同樣會被關閉，所以在VC2上的第一後端正弦脈波會在時間t1被啟動。當於隨後時間t2，在VC2上的第一後端正弦脈波回到零時，與其將P21重新開啟，倒不如輪流操作，以致於S22能夠拉高，以開啟P22，以完成第一CLK週期用的第一後端脈波。在時間t3的第二NCLK脈波上，S12會被拉低，以關閉P12，以啟動在VC1上的第二前端正弦脈波。在時間t4，在VC1上的第二前端正弦脈波會重新回到零，且S13會被拉高，以開啟P13，以完成第二前端脈波。同樣在時間t4，S22會被拉低，以關閉P22，以啟動在VC2上的第二後端脈波。當在時間t5，第二後端正弦脈波回到零時，S23會被拉高，以開啟P23，以完成第二後端脈波。操作則可呈此方式來重複，以在用於多相操作的多重相位之中循環，以導致如所示之在VC1與VC2上 的前端與後端正弦脈波。替代性的操作方案會被予以考慮，譬如連續或非連續的相位操作、同步相位操作等等。同樣地，操作可根據希望的調節方案來調整，譬如可變頻率控制、相位移位控制、PWM控制等等。
多相DC-DC轉換器500提供減少前端電感器L之尺寸的好處，其係因為它可以N倍的單一相位頻率來操作。多相DC-DC轉換器500的一種問題係為在切換電容網路內的每一個切換器均可看到大部分或全部的操作電流，以致於能夠使用更大的切換器。
圖7係為根據另一實施例所設計之多相DC-DC轉換器700的方塊與概要圖。多相DC-DC轉換器700與多相轉換器500的前端實質類似，其係包括提供VIN到輸入電感器L的電壓源501以及耦接於中間節點502與地面之間的N個切換電容網路P11-P1N，其中節點502會形成電壓VC1。不過，多相DC-DC轉換器700的後端則包括用與圖3所示多相DC-DC轉換器300類似之方式而並聯耦接的M個相位網路705、707…、709。N與M係為大於零的兩個整數，其係可相同或不同。相位網路705-709的每一者均可呈與單一相位DC-DC轉換器100之後端網路107實質相同的方式來架構，除了具有用來接收VC1的共用輸入節點502以及對相關於地面而形成輸出電壓VOUT之所有相位而言是共用的一共用輸出電容器Cout以外。多相DC-DC轉換器700包括多相切換控制模組703，其係呈與多相DC-DC轉換器500用之多相切換控制模組503類似的方式，來接收NCLK 與VC1，以及將控制訊號S1X提供到前端切換電容網路P11-P1N。再者，呈與多相DC-DC轉換器300用之後端控制訊號類似的方式，多相切換控制模組703接收VC2X(從相位網路1-M的對應中間節點)並且將S2CX控制訊號提供到後端相位網路705-709。
圖8係為顯示根據一種實施例所設計之多相DC-DC轉換器700操作的時序圖，其係用於M=N=3相位。多相轉換器700之前端的操作與多相DC-DC轉換器500的前端實質類似，且該後端的操作與多相DC-DC轉換器300的後端實質類似。如所示，呈與圖6所示的實質相同方式，前端的控制訊號S11、S12與S13係連同NCLK一起相對於時間被繪製，以用來產生VC1的前端脈波於節點502上。同樣地，用於後端網路的控制訊號S2C1、S2C2與S2C3係呈圖3所示的實質相同方式來繪製，以用來產生後端脈波於各別相位網路內的第二中間節點VC2X上。後端脈波係被顯示被繪製於共同訊號〝VC2X〞上，在此要理解的是，每一後端脈波發生於轉換器700之相位網路1-M的對應者內。後端脈波係以與圖4所示的類似方式，在後端網路之間循環，以用於轉換器300。前端網路以N倍的單一相位頻率來操作，然而後端的每一相位網路則以單一相位頻率來操作。以與先前所說明的實質相同方式，操作可在多相位網路之間循環。替代性的操作方案可被考慮，譬如連續或不連續的相位操作、同時的相位操作等等。同樣地，操作可根據希望的調節方案來調整，譬如可變頻率控制、相位移位控 制、PWM控制等等。
多相位轉換器700提供的好處係為，因為以N倍的單一相位頻率來操作，所以該輸入或前端電感器L之尺寸可被減少。雖然就更大的電流容量而言，前端切換電容網路的切換器更大，但是因為該些相位一般會在多重相位之間共享負載電流，所以各別相位網路705-709之切換器的尺寸則會減少。在一種實施例中，只要兩者的全部頻率相同，前端的N數個相位則會與後端的M數個相位不同。例如，前端的相位數目可被減少，其係甚至會具有單一相位(例如，N=1)。前端具有兩(N=2)相位，且後端具有4相位(M=4)，其中每一前端相位係以1/2總頻率來操作，然而每一後端相位係以1/4總頻率來操作。前端具有兩相位，且後端具有6(M=6)相位，其中每一前端相位係以1/2總頻率來操作，然而每一後端相位係以1/3總頻率來操作。前端具有3相位(N=3)，且後端具有6相位(M=6)，其中每一前端相位係以1/2總頻率來操作，然而每一後端相位係以1/6總頻率來操作。N與M的許多其他此種組合則會被考慮。
圖9係為包括根據一種實施例所實施之多相DC-DC轉換器907之電子裝置900的簡要方塊圖。多相DC-DC轉換器907可合併在此所說明的任一個轉換器實施例，譬如多相DC-DC轉換器300、500、700或其變化的任一者，其係並且進一步包括根據在此所進一步說明之任一調節方案的調節器。電子裝置900接收來自任一個多重來源的功率， 譬如例如來自提供交流線電壓VAC的交流電(AC)插頭901，或者提供電池電壓VBAT的電池903，或來自其他電源。AC插頭901，假如有提供的話，其係會被架構以插入於AC插座內，以用來接收AC線電壓以及用來將AC線電壓提供到電子裝置900的輸入。電池903，假如有提供的話，其係可被整合或被替代以及可被充電。VAC與VBAT的其中一個或兩個可被提供到功率轉換器905，其係提供不調整的DC電壓VIN到多相DC-DC轉換器907。因此，功率轉換器905則實施輸入電壓源101、301或501或類似物的任一者。在一種實施例中，VIN不被調節，其係具有依據VAC量值或型態的電壓位準，或者依據VBAT的電壓位準，其係可依據電池903的電荷位準來改變。多相DC-DC轉換器907會將VIN轉換成一調節輸出DC電壓VOUT，其係可被提供到在電子裝置900內的主系統909。
該主系統909可根據特定型態的電子裝置900來架構，其係並且包括裝置、電路、元件、軟體、硬體、系統等等的任一組合，其係被架構以用來實施電子裝置900的功能。電子裝置900係為任一種消費者、商業性或工業性裝置或產品的其中一種，譬如例如電器用品(例如，電冰箱、微波爐、洗碗機、洗衣機、烘乾機、爐子、咖啡製造機等等)、電腦與辦公室自動化系統(例如，桌上型電腦、螢幕、筆記型電腦、外部硬碟驅動器、列印機、傳真機器等等)、聲音/影像(A/V)產品(例如，電視、立體聲系統、iPod對接站、媒體播放裝置等等)、通訊裝置(例如， 機上盒、纜線數據機、有線/無線存取/通訊裝置等等)、工業控制系統、醫療裝置與機械等等。此產品清單沒有打算徹底無漏，以致於任何型態的消費者、商業性或工業性電子裝置均可被考慮在內。被合併在該電子裝置900內的電子系統包括適當的電子裝置與/或子系統、元件、電路等等，譬如記憶體裝置、控制器、微處理器、共處理器等等之任一個或更多個的任何組合。
多相DC-DC轉換器907特別適合低跌落(LDO)替代應用，譬如例如醫療儀器或空間限制裝置，譬如行動電話與類似物。多相DC-DC轉換器907的軟體切換特徵(包括根據在此所說明之任一實施例所實施的轉換器)，其係會顯現較少的傳導與輻射噪音，以用於在VOUT上減少的電磁干擾(EM)輻射與/或低輸出漣波。多相DC-DC轉換器907可以相當高的頻率來操作，以用於可將VOUT的輸出漣波明顯減少到相當低位準的電壓轉換器(例如，譬如1、10、50等等MHz切換頻率的兆赫範圍)。
圖10係為根據一種實施例所設計之多相DC-DC轉換器907的簡要方塊圖。多相DC-DC轉換器907包括一種多相DC-DC轉換器1001，其係依據先前所說明之多相DC-DC轉換器300、500、700或其變化的任一者來實施。VOUT會被提供到輸出網路1003，其係包括一或更多負載裝置並且包括其他電路實施，譬如包括輸出電容器Cout與/或其它輸出裝置。VOUT則會被提供到調節器網路1005，其係被進一步提供到多相DC-DC轉換器1001的至少一個輸入。調 節器網路1005感應VOUT(以及可進一步感應其他輸出參數，例如，輸出電流)並可為了調節VOUT之目的而控制多相DC-DC轉換器1001。調節器網路1005可進一步被架構以調節或者不然控制其他輸出參數，譬如輸出電流或類似物。調節器網路1005控制在多相DC-DC轉換器1001內的多相切換控制模組，其係譬如根據先前所說明之控制模組303、503、703的任一者來架構。
圖11、12與13係為顯示各別根據相位移位控制、可變頻率控制與PWM控制而設計之調節器網路1005操作的時序圖，其係用於調節VOUT。該時序圖係為廣義的，其係並且代表根據先前所說明之任何一個多相方案的操作。在每一個情形中，時脈訊號CLK會連同SWIN、VCIN、SWOUT、與VCOUT一起相對於時間被繪製。CLK訊號代表一或更多個時脈訊號(例如，CLK或NCLK或類似物)。SWIN代表該前端網路之一或更多個切換器的切換函數(例如，300之每一相位用的105，或者在500或700前端上的切換電容網路P11-P1N)。SWOUT代表該後端網路之一或更多個切換器的切換函數(例如，300之每一相位用的107，或者在500或700之一或更多相位之每一者的後端上的切換電容網路P21-P2N)。VCIN代表一或更多前端中間節點的每一電壓(例如，300之每一相位的102，或者500或700的502)。VCOUT代表一或更多後端中間節點的每一電壓(例如，300或700之每一相位的104，或者500的504)。
如圖11所示，一系列的箭頭1100會被顯示於每一週 期之SWOUT的每一下降邊緣以顯示相位移位控制。就最大能量傳送而言，一旦VCIN以先前所說明之類似方式下降到零的話，SWOUT則隨即關閉(走低)。就相位移位控制而言，在SWOUT之每一下降邊緣的箭頭1100，其係代表將多相DC-DC轉換器1001之後端部份切換(由SWOUT所代表)關閉之時序延遲控制，以控制被傳送到該輸出的能量數量。SWOUT的控制時序延遲實施用來控制或者不然調節一輸出參數(譬如VOUT)的相位移位控制。
如圖12所示，一系列箭頭1200係被顯示用於CLK的每一脈波，以顯示可變頻率控制。為了增加能量傳送，CLK的頻率會被減少，且為了減少能量傳送，CLK的頻率會被增加。因此，箭頭1200代表CLK的可變頻率。CLK的控制頻率實施可變頻率控制，以用來控制或者不然調節一輸出參數，譬如VOUT。
如圖13所示，一系列箭頭1300係被顯示於每一週期之SWIN的每一上升邊緣，以顯示PWM控制。就最大的能量傳送而言，一旦VCIN以先前所說明的類似方式下降到零，SWIN隨即會開啟(走高)。就PWM控制而言，在SWIN之每一上升邊緣的箭頭1300，其係代表將多相DC-DC轉換器1001之前端部份切換(由SWIN所代表)開啟之時序延遲控制，以控制被傳送到該輸出的能量數量。SWIN的控制時序延遲實施用來控制或者不然調節一輸出參數(譬如VOUT)的PWM控制。
雖然本發明已經參考其特定較佳版本來相當詳細地說 明，但是其他版本與變化卻有可能並可被考慮在內。熟習該項技術者應該理解，它們可輕易地使用所揭露的概念與特定實施例為基礎，以設計或修改其他結構，以在不背離以下申請專利範圍所定義之發明精神與範圍下，提供本發明之相同目的。
100‧‧‧單相DC-DC轉換器
101‧‧‧輸入電壓源
102‧‧‧第一中間節點
103‧‧‧切換控制模組
104‧‧‧第二中間節點
105‧‧‧前端網路
107‧‧‧後端網路
201‧‧‧正向正弦脈波
203‧‧‧正向正弦脈波
300‧‧‧多相DC-DC轉換器
301‧‧‧輸入電壓源
303‧‧‧多相切換控制模組
305‧‧‧第一相位網路Phase 1
307‧‧‧第二相位網路Phase 2
309‧‧‧最後相位網路Phase N
401‧‧‧前端正弦脈波VC11
403‧‧‧後端正弦脈波VC21
405‧‧‧前端正弦脈波VC12
407‧‧‧後端正弦脈波VC22
409‧‧‧前端正弦脈波VC13
411‧‧‧後端正弦脈波VC23
500‧‧‧多相DC-DC轉換器
501‧‧‧輸入電壓源
502‧‧‧第一中間節點
503‧‧‧多相切換控制模組
504‧‧‧第二中間節點
700‧‧‧多相DC-DC轉換器
703‧‧‧多相切換控制模組
705‧‧‧第一相位網路Phase 1
707‧‧‧第二相位網路Phase 2
709‧‧‧最後相位網路Phase M
900‧‧‧電子裝置
901‧‧‧交流電(AC)插頭
903‧‧‧電池
905‧‧‧功率轉換器
907‧‧‧多相DC-DC轉換器
909‧‧‧主系統
1001‧‧‧多相DC-DC轉換器
1003‧‧‧輸出網路
1005‧‧‧調節器網路
1100‧‧‧說明相位移位控制之箭頭
1200‧‧‧說明可變頻率控制之箭頭
1300‧‧‧說明PWM控制之箭頭
C1‧‧‧電容器
C2‧‧‧電容器
Cr‧‧‧電容器
Cout‧‧‧輸出電容器
L‧‧‧電感器
Lo‧‧‧電感器
Lr‧‧‧電感器
P1‧‧‧切換電容網路
P2‧‧‧切換電容網路
P11~P1N‧‧‧切換電容網路
P21~P2N‧‧‧切換電容網路
S1‧‧‧電子切換器
S2‧‧‧電子切換器
本發明的權益、特徵與優點將相關於以下說明與附圖而變得更容易理解，在此：圖1係為根據一種實施例所設計之單相DC-DC轉換器的方塊與概要圖；圖2係為顯示根據一種實施例所設計之圖1單相DC-DC轉換器操作的一時序圖；圖3係為根據一種實施例所設計之多相DC-DC轉換器的方塊與概要圖，其係包括並聯耦接的相位網路；圖4係為顯示根據一種實施例所設計之圖3多相DC-DC轉換器操作的時序圖，其中就3相而言，N=3；圖5係為根據另一實施例所設計之多相DC-DC轉換器的方塊與概要圖，其係包括一單一轉換路徑，其係具有並聯第一中間節點而耦接的多重第一切換電容網路以及並聯第二中間節點而耦接的多重第二切換電容網路；圖6係為顯示根據一種實施例所設計之圖5多相轉換器操作的時序圖，其係用於N=3相；圖7係為根據另一實施例所設計之多相DC-DC轉換器 的方塊與概要圖，其係包括類似圖5所示的共用前端轉換路徑以及類似圖3後端部份的多重後端轉換路徑；圖8係為顯示根據一種實施例所設計之圖7多相DC-DC轉換器操作的時序圖，其係用於M=N=3相；圖9係為包括根據一種實施例所實施之多相DC-DC轉換器之電子裝置的簡要方塊圖，尤其是，其係合併在此所說明的任一個多相DC-DC轉換器實施例；圖10係為根據一種實施例所設計之多相DC-DC轉換器的簡要方塊圖，其係包括用來調節該輸出電壓的一調節器網路；以及圖11、12與13係為顯示各別根據相位移位控制、可變頻率控制與PWM控制、所設計之圖10調節器網路操作的時序圖，其係用於調節輸出電壓。
300‧‧‧多相DC-DC轉換器
301‧‧‧輸入電壓源
303‧‧‧多相切換控制模組
305‧‧‧第一相位網路Phase 1
307‧‧‧第二相位網路Phase 2
309‧‧‧最後相位網路Phase N

Claims (20)

  1. 一種用來將一輸入DC電壓轉換成一輸出DC電壓的多相DC-DC轉換器，包含：一用來接收該輸入DC電壓的輸入節點，以及一用來提供該輸出DC電壓的輸出節點，每一者係與在一參考節點上的一參考電壓相關；至少一個轉換路徑，其係被耦接於該輸入與輸出節點之間，每一個該轉換路徑均包含：至少一個輸入電感，其係被提供在該輸入節點與至少一個第一中間節點中的一對應者之間；至少一個中間電感與對應電容，其係串聯耦接於一對應的第一中間節點以及至少一個第二中間節點中的一對應者之間；以及至少一個輸出電感，其係被耦接於該輸出節點與一對應的第二中間節點之間；至少一個第一切換電容網路，每一者均包含並聯耦接一電容的一電子切換器，且每一者均耦接於一對應的第一中間節點與該參考節點之間；複數個第二切換電容網路，每一者均包含並聯耦接一電容的一電子切換器，且每一者均被耦接於一對應的第二中間節點與該參考節點之間；以及一多相切換控制器，其係依據與該至少一個第一中間節點與該至少一個第二中間節點之電壓有關的零電壓切換，來控制該至少一個第一切換電容網路與該複數個第二 電容網路的每一者。
  2. 如申請專利範圍第1項之多相DC-DC轉換器，其中：該至少一個轉換路徑包含複數個轉換路徑；其中該至少一個第一切換電容網路包含複數個第一切換電容網路；其中該複數個轉換路徑的每一者均包含：複數個第一中間節點的一對應者，其係耦接到該複數個第一切換電容網路的一對應者；複數個第二中間節點的一對應者，其係耦接到該複數個第二切換電容網路的一對應者；以及其中，該複數個第一切換電容網路與該複數個第二切換電容網路共同包含複數個切換電容網路對，每一者均包括被耦接到一對應轉換路徑之一第一中間節點的一第一切換電容網路以及被耦接到該對應轉換路徑之一第二中間節點的一第二切換電容網路；以及其中就該複數個切換電容網路對的每一者而言，該多相切換控制器因應一時脈訊號的一脈波來關閉一對應第一切換電容網路的一切換器、將該一對應第一切換電容網路的該切換器重新開啟、以及當一對應第一中間節點大概回到該參考電壓時關閉一對應第二切換電容網路的一切換器、以及當一對應第二中間節點大約回到該參考電壓時，將該一對應第二切換電容網路的該切換器重新開啟。
  3. 如申請專利範圍第1項之多相DC-DC轉換器，其中：該至少一個轉換路徑係包含包括一第一中間節點與一 第二中間節點的一單一轉換路徑；其中該至少一個第一切換電容網路包含複數個第一切換電容網路，其係被並聯耦接到該第一中間節點；其中該複數個第二切換電容網路係與該第二中間節點並聯耦接；以及其中該多相切換控制器係將該複數個第一切換電容網路之任一者的一切換器，在一時脈訊號之每一脈波上開啟時，予以關閉、當該第一中間節點大約回到零時將該複數個第一切換電容網路之其中一者的一切換器開啟、將當該第一中間節點大約回到零時開啟之該複數個第二切換電容網路之任一者的一切換器關閉、以及當該第二中間節點大約回到零時將該複數個第二切換電容網路之其中一者的一切換器開啟。
  4. 如申請專利範圍第1項之多相DC-DC轉換器，其中：該至少一個轉換路徑包含：一輸入電感，其係耦接於該輸入節點與一共用第一中間節點之間；複數個中間電感與對應電容，每一者皆串聯耦接於該共用第一中間節點與複數個第二中間節點的一對應者之間；以及複數個輸出電感，每一者皆耦接於該輸出節點與該複數個第二中間節點的一對應者之間；其中該至少一個第一切換電容網路係被耦接到該共用第一中間節點； 其中該複數個第二切換電容網路的每一者係被耦接到該複數個第二中間節點的一對應者；以及其中該多相切換控制器係將該至少一個第一切換電容網路之任一者的一切換器，在一時脈訊號之每一脈波上開啟時，予以關閉、當該共用第一中間節點大約回到零時將該至少一個第一切換電容網路之其中一者的一切換器開啟、當該共用第一中間節點大約回到零時將該複數個第二切換電容網路之其中一者的一切換器關閉、以及當一對應第二中間節點大約回到零時將該複數個第二切換電容網路之該者的一切換器開啟。
  5. 如申請專利範圍第4項之多相DC-DC轉換器，其中該至少一個第一切換電容網路包含一第一數目的第一切換電容網路，其中該複數個第二切換電容網路包含一第二數目的第一切換電容網路，且其中該第一與第二數目不同。
  6. 如申請專利範圍第1項之多相DC-DC轉換器，進一步包含一調節器網路，其係被耦接到該多相切換控制器，以用來調節該輸出DC電壓。
  7. 如申請專利範圍第6項之多相DC-DC轉換器，其中該調節器網路根據相位移位控制來操作。
  8. 一種電子裝置，包含：一功率轉換器，其係提供一輸入節點上之一輸入DC電壓；一多相DC-DC轉換器，其係將該輸入DC電壓轉換成一輸出節點上之一輸出DC電壓； 一主系統，其係使用該輸出DC電壓來操作；並且其中該多相DC-DC轉換器包含：至少一個轉換路徑，其係被耦接於該輸入與輸出DC電壓之間，每一個該轉換路徑包含：至少一個輸入電感，其係被提供在該輸入節點與至少一個第一中間節點的一對應者之間；至少一個中間電感與對應電容，其係被串聯耦接於一對應第一中間節點與至少一個第二中間節點的一對應者之間；以及至少一個輸出電感，其係被耦接於該輸出節點與一對應第二中間節點之間；至少一個第一切換電容網路，每一者皆包含與一電容並聯耦接的一電子切換器，且每一者皆耦接於一對應第一中間節點與該參考節點之間；複數個第二切換電容網路，每一者皆包含與一電容並聯耦接的一電子切換器，且每一者皆耦接於一對應第二中間節點與該參考節點之間；以及一多相切換控制器，其係依據該至少一個第一中間節點與該至少一個第二中間節點的電壓，使用零電壓切換，來控制該至少一個第一切換電容網路與該複數個第二電容網路的每一者。
  9. 如申請專利範圍第8項之電子裝置，其中：該至少一個第一切換電容網路，包含複數個第一切換電容網路； 其中該至少一個轉換路徑包含複數個轉換路徑，每一者皆包含：複數個第一中間節點的一對應者，其係耦接到該複數個第一切換電容網路的一對應者；複數個第二中間節點的一對應者，其係耦接到該複數個第二切換電容網路的一對應者；以及其中該複數個第一切換電容網路與該複數個第二切換電容網路共同地包含複數個切換電容網路對，每一者均包括被耦接到一對應轉換路徑之一第一中間節點的一第一切換電容網路以及被耦接到該對應轉換路徑之一第二中間節點的一第二切換電容網路；以及其中該多相切換控制器依據一時脈訊號相繼地切換該複數個切換電容網路對的每一者，其中就該複數個切換電容網路對的每一者而言，該多相切換控制器會因應該時脈訊號的一脈波來關閉一個對應第一切換電容網路的一切換器，將該對應一個第一切換電容網路的該切換器重新開啟，以及當一對應的第一中間節點大約重新回到該參考電壓時關閉一個對應第二切換電容網路的一切換器，以及當一對應第二中間節點大約重新回到該參考電壓時將該一個對應第二切換電容網路的該切換器重新開啟。
  10. 如申請專利範圍第8項之電子裝置，其中：該至少一個轉換路徑包含一單一轉換路徑，其係包括一第一中間節點與一第二中間節點；其中該至少一個第一切換電容網路包含複數個第一切 換電容網路，其係與該第一中間節點並聯耦接；其中該複數個第二切換電容網路係與該第二中間節點並聯耦接；以及其中該多相切換控制器依據一時脈訊號而相繼地操作該複數個第一與第二切換電容網路的每一者，其中該多相切換控制器係將該複數個第一切換電容網路之任一者的一切換器，在該時脈訊號的每一脈波上開啟時，予以關閉，當該第一中間節點大約回到零時將該複數個第一切換電容網路之其中一者的該切換器開啟，當該第一中間節點大約回到零時而開啟之該複數個第二切換電容網路之任一者的該切換器關閉，以及當該第二中間節點大約回到零時將該複數個第二切換電容網路之其中一者的該切換器開啟。
  11. 如申請專利範圍第8項之電子裝置，其中：該至少一個轉換路徑包含：一輸入電感，其係被耦接於該輸入節點與一共用第一中間節點之間；複數個中間電感與對應電容，每一者皆串聯耦接於該共用第一中間節點與複數個第二中間節點的一對應者之間；以及複數個輸出電感，每一者皆耦接於該輸出節點與該複數個第二中間節點之一對應者之間；其中該至少一個第一切換電容網路係被耦接到該共用的第一中間節點；其中該複數個第二切換電容網路的每一者均被耦接到 該複數個第二中間節點的一對應者；以及其中該多相切換控制器會依據一時脈訊號而相繼地操作該至少一個第一切換電容網路的每一者以及該複數個第二切換電容網路的每一者，其中該多相切換控制器係將該至少一個第一切換電容網路之任一者的該切換器，在該時脈訊號的每一脈波上開啟時，予以關閉，當該共用第一中間節點大約回到零時將該至少一個第一切換電容網路之其中一者的該切換器開啟，當該共用第一中間節點大約回到零時將該複數個第二切換電容網路之其中一者的該切換器關閉，以及當一對應第二中間節點大約回到零時將該複數個第二切換電容網路之該者的該切換器開啟。
  12. 如申請專利範圍第11項之電子裝置，其中該至少一個第一切換電容網路包含一第一數目的第一切換電容網路，其中該複數個第二切換電容網路包含一第二數目的第一切換電容網路，且其中該第一與第二數目係為不同。
  13. 如申請專利範圍第10項之電子裝置，進一步包含一調節器網路，其係被耦接到調整該輸出DC電壓的該DC-DC轉換器。
  14. 如申請專利範圍第13項之電子裝置，其中該調節器網路根據相位移位控制、可變頻率控制與脈波寬度調變控制的其中一者來操作。
  15. 一種相關於一參考節點上的一參考電壓將在一輸入節點接收的一輸入DC電壓轉換成在一輸出節點上提供之一輸出DC電壓的方法，包含： 提供至少一個轉換路徑於該輸入與輸出節點之間，其係包含將至少一個輸入電感耦接於該輸入節點與至少一個第一中間節點的一對應者之間、將至少一個中間電感與對應電容串聯耦接於一對應第一中間節點與至少一個第二中間節點的一對應者之間，以及將至少一個輸出電感耦接於一對應第二中間節點與該輸出節點之間；將至少一個第一電容耦接於一對應第一中間節點與該參考節點之間，以及將複數個第二電容的每一者耦接於一對應第二中間節點與該參考節點之間；將複數個電子切換器的每一者並聯耦接於該至少一個第一電容之每一者的一對應者以及該複數個第二電容的每一者；以及相關於該至少一個第一中間節點與該至少一個第二中間節點的電壓，依據零電壓切換來選擇性啟動該複數個電子切換器。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中：該提供至少一個轉換路徑係包含提供複數個轉換路徑，其包括提供複數個第一中間節點與複數個第二中間節點；其中該耦接該第一與第二電容係包含將複數個第一電容的一對應者耦接於該複數個第一中間節點的一對應者與該參考節點之間，以及將該複數個第二電容的一對應者耦接於該複數個第二中間節點的一對應者與該參考節點之間；以及 其中該選擇性啟動係包含因應一時脈訊號之一脈波而將並聯一第一電容的一第一電子切換器關閉，當一對應第一中間節點大約重新回到該參考電壓時關閉該第一電子切換器以及開啟一對應的第二電子切換器，以及當一對應第二中間節點大約重新回到該參考電壓時開啟該對應的第二電子切換器。
  17. 如申請專利範圍第15項之方法，其中：該提供至少一個轉換路徑係包含提供一單一轉換路徑，其係包括一第一中間節點與一第二中間節點；其中該耦接第一與第二電容係包含將複數個第一電容耦接於該第一中間節點與該參考節點之間，以及將該複數個第二電容耦接於該第二中間節點與該參考節點之間；以及其中該選擇性啟動係包含將與在一時脈訊號之每一脈波上關閉之該複數個第一電容的任一者並聯耦接的一第一電子切換器開啟，當該第一中間節點大約回到零時將該第一電子切換器關閉，將與當該第一中間節點大約回到零時關閉之該複數個第二電容之任一者並聯耦接的一第二電子切換器開啟，以及當該第二中間節點大約回到零時將並聯耦接該複數個第二電容之其中一者的一第二電子切換器關閉。
  18. 如申請專利範圍第15項之方法，其中：該提供至少一個轉換路徑係包含將一輸入電感耦接於該輸入節點與一共用第一中間節點之間，將複數個中間電 感的每一者與相對應的電容串聯耦接於該共用第一中間節點與複數個第二中間節點的一對應者之間，以及將複數個輸出電感的每一者耦接於該輸出節點與該複數個第二中間節點的一對應者之間；其中該耦接該第一與第二電容係包含將至少一個第一電容耦接於該共用第一中間節點與該參考節點之間，以及將該複數個第二電容的一對應者耦接於該複數個第二中間節點的一對應者與該參考節點之間；以及其中該選擇性啟動係包含將與在一時脈訊號之每一脈波上關閉之該至少一個第一電容的任一者並聯耦接的一第一電子切換器開啟，當該共用第一中間節點大約回到零時將第一電子切換器關閉，當該共用第一中間節點大約回到零時將與該複數個第二電容之一者並聯耦接的一第二電子切換器開啟，以及當一對應的第二中間節點大約回到零時將該第二電子切換器關閉。
  19. 如申請專利範圍第15項之方法，進一步包含控制該選擇性啟動該複數個電子切換器，以調整該輸出DC電壓。
  20. 如申請專利範圍第19項之方法，其中該控制係包含控制該選擇性啟動該複數個電子切換器，以根據相位移位控制、可變頻率控制與脈波寬度調變控制的其中一者來調節該輸出DC電壓。
TW100109247A 2010-07-19 2011-03-18 使用零電壓切換之多相直流－直流轉換器以及使用其之方法 TWI445296B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US36552310P 2010-07-19 2010-07-19
US201061426404P 2010-12-22 2010-12-22
US13/013,963 US8415936B2 (en) 2010-07-19 2011-01-26 Multiphase DC-DC converter using zero voltage switching

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201212509A TW201212509A (en) 2012-03-16
TWI445296B true TWI445296B (zh) 2014-07-11

Family

ID=45466446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100109247A TWI445296B (zh) 2010-07-19 2011-03-18 使用零電壓切換之多相直流－直流轉換器以及使用其之方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8415936B2 (zh)
KR (1) KR101223852B1 (zh)
TW (1) TWI445296B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9459294B2 (en) 2014-10-21 2016-10-04 National Tsing Hua University Power flow management method and controller using the same

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101803539B1 (ko) * 2012-05-08 2017-11-30 페어차일드코리아반도체 주식회사 스위치 제어 회로, 이를 포함하는 커플드 인덕터 부스트 컨버터, 및 그 구동 방법
CN103336467A (zh) * 2013-06-09 2013-10-02 辽宁省电力有限公司大连供电公司 智能型低压直流空开
CN107294377A (zh) * 2017-06-16 2017-10-24 哈尔滨工业大学深圳研究生院 多谐振的dc‑dc变换器及直流电流源
US20200373844A1 (en) * 2019-05-23 2020-11-26 Infineon Technologies Austria Ag Hybrid resonant power supply
TWI796202B (zh) * 2022-04-14 2023-03-11 華碩電腦股份有限公司 供電倍相系統

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5235504A (en) * 1991-03-15 1993-08-10 Emerson Electric Co. High power-factor converter for motor drives and power supplies
JP3085562B2 (ja) * 1992-10-12 2000-09-11 三菱電機株式会社 基準電圧発生回路および内部降圧回路
US6191566B1 (en) * 1999-08-26 2001-02-20 Lucent Technologies Inc. Board mountable power supply module with multi-function control pin
US6348781B1 (en) * 2000-12-11 2002-02-19 Motorola, Inc. Buck or boost power converter
US6650552B2 (en) * 2001-05-25 2003-11-18 Tdk Corporation Switching power supply unit with series connected converter circuits

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9459294B2 (en) 2014-10-21 2016-10-04 National Tsing Hua University Power flow management method and controller using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120010117A (ko) 2012-02-02
TW201212509A (en) 2012-03-16
KR101223852B1 (ko) 2013-01-17
US20120013313A1 (en) 2012-01-19
US8415936B2 (en) 2013-04-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI445296B (zh) 使用零電壓切換之多相直流－直流轉換器以及使用其之方法
US10566840B2 (en) Wireless power feeding system
US10298138B2 (en) Programmable power adapter
US10734905B2 (en) Direct current-direct current converter
US10903756B2 (en) Single-stage single-inductor multiple-output (SIMO) inverter topology with precise and independent amplitude control for each AC output
KR101439495B1 (ko) 스위칭 전원장치
EP2670038B1 (en) Switching power supply device
EP3506479A1 (en) Direct current-direct current converter
CN108141047B (zh) 无线充电接收器
KR20140103351A (ko) 용량성 에너지가 전달되는 전력 변환기의 제어
TW200836463A (en) Charge pump regulator and method for producing regulated voltage
KR101793341B1 (ko) 전류 연속 모드(ccm) 플라이백 컨버터의 0 전압 스위칭을 위한 시스템 및 방법
CN108011518A (zh) 多相电源电路、多相控制方法和计算机可读存储介质
WO2003041249A1 (en) Dc-dc converter with resonant gate drive
JP5791834B1 (ja) 共振型高周波電源装置及び共振型高周波電源装置用スイッチング回路
CN112805911B (zh) 一种电压转换电路、方法及多相并联电源系统
CN102340244B (zh) 利用零电压切换的多相dc-dc转换器
Madani et al. Quasi-parallel resonant DC-link inverter with a reduced switch voltage stress
US10128758B1 (en) Automatic phase current balancing in multi-phase converters
Tewari et al. Switched inductor-switched capacitor based high gain hybrid DC-DC converter
Van Neste et al. Luxating inverter for wide-band wireless power transfer
Muralidharan et al. Interleaved synchronous buck converter with high conversion ratio and voltage regulation
Hemalatha et al. Analysis and Evaluation of Performance Parameters of Modified Single Ended Primary Inductance Converter
Gopinadh et al. ANALYSIS OF RESONANT LLC DC-DC CONVERTER
CN115864818A (zh) 一种功率因数校正pfc电路、开关电源及计算设备