TWI668946B - 包括具有切換電容器或電容器-電感器區塊之平行電壓調節器之電源供應器及用於產生電源供應之方法 - Google Patents

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Abstract

至少一態樣係針對一種電源供應器。該電源供應器包含一或多個未調節電壓轉換器。各未調節電壓轉換器包含跨其輸出端子產生一輸出電壓之一切換區塊。該電源供應器包含耦合至該等未調節電壓轉換器之至少一者之一電壓供應輸入及耦合至該等未調節電壓轉換器之至少一者之一未調節電壓匯流排。該電源供應器包含耦合至該未調節電壓匯流排且跨其輸出端子產生一調節電壓之一電壓調節器。該電壓調節器之該等輸出端子並聯連接至該等未調節電壓轉換器之至少一者之該等輸出端子。此可跨一對電源供應器輸出端子產生一調節輸出電壓。

Description

包括具有切換電容器或電容器-電感器區塊之平行電壓調節器之電源供應器及用於產生電源供應之方法
本申請案係關於一種平行電壓調節器，且更特定言之，本發明係關於一種具有切換電容器或電容器-電感器區塊之平行電壓調節器。
諸多電源供應器應用需要一調節(恆定)輸出電壓。未調節DC-DC電壓轉換器可比一調節電壓轉換器小及便宜很多；然而，藉由使未調節電壓轉換器之輸出通過一兩級或級聯配置中之一電壓調節器來調節輸出會否定使用未調節電壓轉換器之成本及大小優點。
至少一態樣係針對一種電源供應器。該電源供應器包含一或多個未調節電壓轉換器。各未調節電壓轉換器包含跨一第一轉換器輸出端子及一第二轉換器輸出端子產生一輸出電壓之一切換區塊。該電源供應器包含耦合至該等未調節電壓轉換器之至少一者之一電壓供應輸入。該電源供應器包含耦合至該等未調節電壓轉換器之至少一者之一未調節電壓匯流排。該電源供應器包含耦合至該未調節電壓匯流排且跨一第一調節器輸出端子及一第二調節器輸出端子產生一調節電壓之一電壓調節器。該第一調節器輸出端子連接至該等未調節電壓轉換器之至少一者之該第一轉換器輸出端子且該第二調節器輸出端子連接至該至少一未調節電壓轉換器之該第二轉換器輸出端子以跨一第一電源供應器輸出端子及一第二電源供應器輸出端子產生一調節輸出電壓。
在一些實施方案中，各切換區塊可包含介於該切換區塊之一第一輸入端子與一電容器之一第一端子之間的一第一固態開關。各切換區塊可包含介於該切換區塊之一第二輸入端子與該電容器之一第二端子之間的一第二固態開關。各切換區塊可包含介於該電容器之該第一端子與該切換區塊之該第一轉換器輸出端子之間的一第三固態開關。各切換區塊可包含介於該電容器之該第二端子與該切換區塊之該第二轉換器輸出端子之間的一第四固態開關。
在一些實施方案中，各切換區塊可包含介於該切換區塊之一第一輸入端子與一電容器之一第一端子之間的一第一固態開關。各切換區塊可包含介於該切換區塊之一第二輸入端子與該電容器之該第一端子之間的一第二固態開關。各切換區塊可包含介於該電容器之一第二端子與該切換區塊之該第一轉換器輸出端子之間的一第三固態開關。各切換區塊可包含介於該電容器之該第二端子與該切換區塊之該第二轉換器輸出端子之間的一第四固態開闊。在一些實施方案中，該第三固態開關及該第四固態開關可具有小於該電壓供應輸入之一最大輸入電壓且大於或等於該調節輸出電壓之一電壓額定值。
在一些實施方案中，各切換區塊可包含具有串聯耦合至一電感器之一電容器之一儲能電路，該儲能電路具有一第一端子及一第二端子。各切換區塊可包含介於該切換區塊之一第一輸入端子與該儲能電路之該第一端子之間的一第一固態開關。各切換區塊可包含介於該切換區塊之一第二輸入端子與該儲能電路之一第二端子之間的一第二固態開關。各切換區塊可包含介於該儲能電路之該第一端子與該切換區塊之該第一轉換器輸出端子之間的一第三固態開關。各切換區塊可包含介於該儲能電路之該第二端子與該切換區塊之該第二轉換器輸出端子之間的一第四固態開關。
在一些實施方案中，各切換區塊可包含具有串聯耦合至一電感器之一電容器之一儲能電路，該儲能電路具有一第一端子及一第二端子。各切換區塊可包含介於該切換區塊之一第一輸入端子與該儲能電路之一第一端子之間的一第一固態開關。各切換區塊可包含介於該切換區塊之一第二輸入端子與該儲能電路之該第一端子之間的一第二固態開關。各切換區塊可包含介於該儲能電路之一第二端子與該切換區塊之該第一轉換器輸出端子之間的一第三固態開關。各切換區塊可包含介於該儲能電路之該第二端子與該切換區塊之該第二轉換器輸出端子之間的一第四固態開關。在一些實施方案中，該第三固態開關及該第四固態開關可具有小於該電壓供應輸入之一最大輸入電壓且大於或等於該調節輸出電壓之一電壓額定值。
在一些實施方案中，該電壓調節器可具有一非反向升降壓組態。
在一些實施方案中，該電壓調節器可具有一反向升降壓組態。
在一些實施方案中，該電源供應器可具有編號為B1 至BN 之N個切換區塊。各切換區塊可具有一第一轉換器輸入端子及一第二轉換器輸入端子。該電壓供應輸入可耦合至B1 切換區塊之該第一轉換器輸入端子。該未調節電壓匯流排可耦合至BN 切換區塊之該第二轉換器輸入端子。就編號為B2 至BN 之各切換區塊而言，Bi 切換區塊之一第一轉換器輸入端子可耦合至Bi-1 切換區塊之該第二轉換器輸入端子。
在一些實施方案中，該電源供應器可包含至少三個切換區塊。切換區塊B1 可包含介於該切換區塊之該第一轉換器輸入端子與一電容器之一第一端子之間的一第一固態開關。就編號為B1 至BN-1 之切換區塊而言，各切換區塊Bi 可包含介於該電容器之該第一端子與Bi+1 電容器之一第一端子之間的一第二固態開關。切換區塊BN 可包含介於該電容器之該第一端子與該切換區塊之該第二轉換器輸入端子之間的一第三固態開關。
在一些實施方案中，該電源供應器可包含至少三個切換區塊。就i之奇數值而言，Bi 切換區塊可包含具有串聯耦合之一電容器及一電感器之一儲能電路。就i之偶數值而言，Bi 切換區塊可包含一電容器。在一些實施方案中，切換區塊Bl 可包含介於該切換區塊之該第一轉換器輸入端子與該電容器或儲能電路之一第一端子之間的一第一固態開關。就編號為B1 至BN-1 之切換區塊而言，各切換區塊Bi 可包含介於該電容器或儲能電路之該第一端子與Bi+1 電容器或儲能電路之一第一端子之間的一第二固態開關。切換區塊BN 可包含介於該切換區塊之該第二轉換器輸入端子與該電容器或儲能電路之該第一端子之間的一第三固態開關。
在一些實施方案中，該第一調節器輸出端子連接至該等未調節電壓轉換器之至少一第二者之該第一轉換器輸出端子，且該第二調節器輸出端子連接至該第二未調節電壓轉換器之該第二轉換器輸出端子。
在一些實施方案中，該電壓調節器可為一第一電壓調節器。該電源供應器可包含耦合至該未調節電壓匯流排且跨一第三調節器輸出端子及一第四調節器輸出端子產生一第二調節電壓之一第二電壓調節器。該第三調節器輸出端子可連接至該等未調節電壓轉換器之至少一第二者之該第一轉換器輸出端子且該第四調節器輸出端子可連接至該第二未調節電壓轉換器之該第二轉換器輸出端子以跨一第三電源供應器輸出端子及一第四電源供應器輸出端子產生一第二調節輸出電壓。
在一些實施方案中，各切換區塊可包含介於該切換區塊之該第一轉換器輸入端子與一電容器之一第一端子之間的一第一固態開關。各切換區塊可包含介於該切換區塊之該第二轉換器輸入端子與該電容器之該第一端子之間的一第二固態開關。各切換區塊可包含介於該電容器之一第二端子與該切換區塊之該第一轉換器輸出端子之間的一第三固態開關。各切換區塊可包含介於該電容器之該第二端子與該切換區塊之該第二轉換器輸出端子之間的一第四固態開關。編號為B2 至BN 之各切換區塊之該第一輸入端子可耦合至一並聯電容器。
在一些實施方案中，各切換區塊可包含介於該切換區塊之該第一轉換器輸入端子與一電容器之一第一端子之間的一第一固態開關。各切換區塊可包含介於該切換區塊之該第二轉換器輸入端子與該電容器之該第一端子之間的一第二固態開關。各切換區塊可包含介於該電容器之一第二端子與該切換區塊之該第一轉換器輸出端子之間的一第三固態開關。各切換區塊可包含介於該電容器之該第二端子與該切換區塊之該第二轉換器輸出端子之間的一第四固態開關。就i之偶數值而言，Bi 切換區塊之該第一轉換器輸出端子可耦合至至少一奇數Bj 切換區塊之該第二轉換器輸出端子，且該Bi 切換區塊之該第二轉換器輸出端子可耦合至該至少一奇數Bj 切換區塊之該第一轉換器輸出端子。
至少一態樣係針對一種方法。該方法包含：在一或多個未調節電壓轉換器之至少一者處接收一電壓供應輸入，各未調節電壓轉換器包含具有一第一轉換器端子及一第二轉換器輸出端子之一切換區塊。該方法包含：使用該等未調節電壓轉換器之各者來產生跨該第一轉換器輸出端子及該第二轉換器輸出端子之一輸出電壓。該方法包含：自該等未調節電壓轉換器之至少一者導出一未調節電壓匯流排。該方法包含：將該未調節電壓匯流排提供至一電壓調節器。該方法包含：使用該電壓調節器來產生跨一第一調節器輸出端子及一第二調節器輸出端子之一調節電壓。該方法包含：跨一第一電源供應器輸出端子及一第二電源供應器輸出端子產生一調節輸出電壓。該第一電源供應器輸出端子連接至該第一調節器輸出端子及該等未調節電壓轉換器之至少一者之該第一轉換器輸出端子。該第二電源供應器輸出端子連接至該第二調節器輸出端子及該至少一未調節電壓轉換器之該第二轉換器輸出端子。
在一些實施方案中，該方法可包含：將該未調節電壓匯流排提供至一第二電壓調節器。該方法可包含：使用該第二電壓調節器來產生跨一第三調節器輸出端子及一第四調節器輸出端子之一第二調節電壓。該方法可包含：跨一第三電源供應器輸出端子及一第四電源供應器輸出端子產生一第二調節輸出電壓。該第三電源供應器輸出端子連接至該第三調節器輸出端子及該等未調節電壓轉換器之至少一第二者之該第一轉換器輸出端子。該第四電源供應器輸出端子連接至該第四調節器輸出端子及該第二未調節電壓轉換器之該第二轉換器輸出端子。
在一些實施方案中，該第一電源供應器輸出端子連接至至少兩個未調節電壓轉換器之該第一轉換器輸出端子，且該第二電源供應器輸出端子連接至該至少兩個未調節電壓轉換器之該第二轉換器輸出端子。
下文將詳細討論此等及其他態樣及實施方案。以上資訊及以下詳細描述包含各種態樣及實施方案之繪示性實例，且提供用於理解主張態樣及實施方案之性質及特性之一概述或構架。圖式提供各種態樣及實施方案之繪示及進一步理解，且併入本說明書中並構成本說明書之一部分。
下文將描述有關於使用具有切換電容器或電容器-電感器區塊之一平行電壓調節器來供應電力之一系統及方法之各種概念及該系統及方法之實施方案。可依諸多方式之任何者實施上文所引入及下文將更詳細討論之各種概念，因為所描述之概念不受限於任何特定實施方式。主要為了繪示而提供特定實施方案及應用之實例。
本發明大體上係關於具有切換電容器或電容器-電感器(「LC」或「儲能」)區塊之平行電壓調節器架構。特定電源供應器應用可受益於高密度及高效直流至直流(DC-DC)電力轉換。然而，當應用需要調節輸出電壓時，達成所要密度及效率變得具有挑戰性。
例如，調節DC-DC轉換器相對較大及昂貴。儘管未調節電壓轉換器可較小及便宜，但調節其輸出通常需要整個輸出流動通過一電壓調節器。此一兩級級聯組態具有至少兩個缺點。第一，電壓調節器必須針對電源供應器之總輸出電力來定額以使其相對較大及昂貴。第二，級聯組態對通過未調節電壓轉換器及電壓調節器之電力損失具有一累積效應。例如，若未調節電壓轉換器係95%有效且電壓調節器係90%有效，則電源供應器之總效率將為0.95*0.90=86%。
本發明提出基於未調節電壓轉換器及一電壓調節器之一平行而非級聯配置之一電源供應器。例如，本發明之一電源供應器可具有一相對較小及有效未調節電壓轉換器及與其輸出平行配置之一電壓調節器。在此配置中，電壓調節器僅需處置調節未調節電壓轉換器之輸出所需之電力。再者，系統之總效率將近似為各自效率之加權平均數，其基於由電源供應器之各部分供應之電力。例如，若未調節電壓轉換器依95%效率提供70%之輸出電力且電壓調節器依90%效率提供30%之輸出電力，則電源供應器之總效率將為0.95*0.70+0.90*0.30=0.67+0.27=94%效率。所得電源供應器更小更便宜，且展現比級聯配置少之熱消散。
圖1A至圖1D展示根據繪示性實施方案之實例性未調節電壓轉換器切換區塊100a至100d (統稱為「切換區塊100」)之簡化示意圖。切換區塊100可呈一串聯組態(例如切換區塊100a及100b)或一並聯組態(例如切換區塊100c及100d)。切換區塊100a及100c分別包含一電容器110a或110c。切換區塊100b及100d分別包含由與一電感器120b或120d串聯之一電容器110b或110d組成之一電容器-電感器(「LC」或「儲能」)電路。各切換區塊100包含兩個單刀雙擲(SPDT)開關130a至130d及140a至140d (統稱為「開關130及140」)。各切換區塊100包含輸入端子150a至150d及160a至160d (統稱為「輸入端子150及160」)及輸出端子170a至170d及180a至180d (統稱為「輸出端子170及180」)。開關130及140分別由脈寬調變器(PWM) 132a至132d及142a至142d (統稱為「PWM 132及142」)控制。
圖1A展示切換區塊100a，其包含呈一串聯組態之電容器110a。SPDT開關130a將第一輸入端子150a或第二輸入端子160a電耦合至電容器110a之一第一端子。SPDT開關140a將電容器110a之一第二端子電耦合至第一輸出端子170a或第二輸出端子180a。開關130a可在PWM 132a之控制下操作，且開關140a可在PWM 142a之控制下操作。在一些實施方案中，PWM 132a及142a之功能可由一單一PWM執行。輸入參考接地及輸出參考接地(即，分別為端子160a及180a上之電位)可具有移位電壓位準。切換區塊100a可包含一額外電壓源190a以在端子160a及180a之參考接地之間形成一閉合環路且在兩者之間設定電壓偏移。
圖1B展示切換區塊100b，其包含呈一串聯組態之一「LC」或「儲能」電路。儲能電路包含串聯連接之電容器110b及電感器120b。SPDT開關130b將第一輸入端子150b或第二輸入端子160b電耦合至儲能電路之一第一端子。SPDT開關140b將儲能電路之一第二端子電耦合至第一輸出端子170b或第二輸出端子180b。開關130b可在PWM 132b之控制下操作，且開關140b可在PWM 142b之控制下操作。在一些實施方案中，PWM 132b及142b之功能可由一單一PWM執行。輸入參考接地及輸出參考接地(即，分別為端子160b及180b上之電位)可具有移位電壓位準。切換區塊100b可包含一額外電壓源190b以在端子160b及180b之參考接地之間形成一閉合環路且在兩者之間設定電壓偏移。
圖1C展示切換區塊100c，其包含呈一並聯組態之電容器110c。SPDT開關130c將第一輸入端子150c或第一輸出端子170c電耦合至電容器110c之一第一端子。SPDT開關140c將電容器110c之一第二端子電耦合至第二輸入端子160c或第二輸出端子180c。開關130c可在PWM 132c之控制下操作，且開關140c可在PWM 142c之控制下操作。在一些實施方案中，PWM 132c及142c之功能可由一單一PWM執行。
圖1D展示切換區塊100d，其包含呈一並聯組態之一儲能電路。儲能電路包含串聯連接之電容器110d及電感器120d。SPDT開關130d將第一輸入端子150d或第一輸出端子170d電耦合至儲能電路之一第一端子。SPDT開關140d將儲能電路之一第二端子電耦合至第二輸入端子160d或第二輸出端子180d。開關130d可在PWM 132d之控制下操作，且開關140d可在PWM 142d之控制下操作。在一些實施方案中，PWM 132d及142d之功能可由一單一PWM執行。
切換區塊100可將跨輸入端子150及160之一DC電壓轉換為跨輸出端子170及180之一DC電壓。在一些實施方案中，DC輸入電壓可依一1:1比率變換成一DC輸出電壓。在一些實施方案中，比率可更高或更低。在一些實施方案中，PWM 132及142在無回饋或控制之情況下操作，使得比率在切換區塊之操作期間保持恆定。因此，輸出電壓(即，跨輸出端子170及180之電壓)將保持與輸入電壓(即，跨輸入端子150及160之電壓)成比例，且輸出電壓將隨輸入電壓變動。因此，切換區塊100操作為一未調節DC-DC電壓轉換器。
圖2A至圖2D展示根據繪示性實施方案之實例性未調節電壓轉換器切換區塊200a至200d (統稱為「切換區塊200」)之示意圖。切換區塊200在結構及功能上類似於先前所描述之切換區塊100。然而，切換區塊200描述組成SPDT開關130及140之固態開關。固態開關包含固態開關230a至230d、235a至235d、240a至240d及245a至245d (分別統稱為「固態開關230」、「固態開關235」、「固態開關240」、「固態開關245」)。固態開關230、235、240及245可各為一電晶體、一場效電晶體(FET)、一金屬氧化物半導體FET (MOSFET)、一固態繼電器、一絕緣閘極雙極性電晶體(IGBT)或任何可控半導體切換組件。固態開關230、235、240及245可成對配置以執行先前所描述之SPDT開關130及140之功能。固態開關230、235、240及245可由兩個脈寬調變器(PWM)控制信號驅動。PWM 232a至232d及242a至242d (統稱為「PWM 232」及「PWM 242」)可將PWM控制信號分別提供至固態開關230及235及固態開關240及245。在一些實施方案中，PWM 232及242之功能可組合至一單一PWM中。在一些實施方案中，諸如緩衝器及/或反向器之額外組件可用於基於由PWM提供之一或若干信號來將PWM控制信號提供至固態開關230、235、240及245之各者。轉至一對固態開關230及235或固態開關240及245之PWM控制信號可為具有約50%之一占空比之互補信號(即，一信號呈邏輯高，而另一信號呈邏輯低)。在一些實施方案中，PWM控制信號之頻率可自數百赫茲至數千萬赫茲。在一些實施方案中，PWM控制信號之頻率可自數萬赫茲至數百萬赫茲。在一些實施方案中，PWM控制信號之頻率可自約100千赫茲至約1百萬赫茲。
圖2A展示一實例性未調節電壓轉換器切換區塊200a之一示意圖。切換區塊200a包含一第一輸入端子250a及一第二輸入端子260a。固態開關230a將第一輸入端子250a可控地耦合至一電容器210a之一第一端子。固態開關235a將第二輸入端子260a可控地耦合至電容器210a之第一端子。PWM 232a將一PWM控制信號及一互補PWM控制信號分別提供至固態開關230a及235a。切換區塊200a包含一第一輸出端子270a及一第二輸出端子280a。固態開關240a將第一輸出端子270a可控地耦合至電容器210a之一第二端子。固態開關245a將第二輸出端子280a可控地耦合至電容器210a之第二端子。PWM 242a將一PWM控制信號及一互補PWM控制信號分別提供至固態開關240a及245a。在一些實施方案中，PWM 232a及242a之功能可組合至一單一PWM中。
圖2B展示一實例性未調節電壓轉換器切換區塊200b之一示意圖。切換區塊200b包含一第一輸入端子250b及一第二輸入端子260b。固態開關230b將第一輸入端子250b可控地耦合至包含串聯連接至一電感器220b之一電容器210b之一儲能電路之一第一端子。固態開關235b將第二輸入端子260b可控地耦合至儲能電路之第一端子。PWM 232b將一PWM控制信號及一互補PWM控制信號分別提供至固態開關230b及235b。切換區塊200b包含一第一輸出端子270b及一第二輸出端子280b。固態開關240b將第一輸出端子270b可控地耦合至儲能電路之一第二端子。固態開關245b將第二輸出端子280b可控地耦合至儲能電路之第二端子。PWM 242b將一PWM控制信號及一互補PWM控制信號分別提供至固態開關240b及245b。在一些實施方案中，PWM 232b及242b之功能可組合至一單一PWM中。
在使用切換區塊200a及200b來實施電源供應器時，固態開關無需處置電源供應器之全部輸入電壓。確切而言，固態開關可僅需針對所要調節輸出電壓來定額。因此，此等電源供應器可使用標準低電壓部分。例如，若調節輸出電壓係12 V，則固態開關可為標準12 V MOSFET。
圖2C展示一實例性未調節電壓轉換器切換區塊200c之一示意圖。切換區塊200c包含一第一輸入端子250c及一第二輸入端子260c。固態開關230c將第一輸入端子250c可控地耦合至一電容器210c之一第一端子。固態開關240c將第二輸入端子260c可控地耦合至電容器210c之一第二端子。切換區塊200c包含一第一輸出端子270c及一第二輸出端子280c。固態開關235c將第一輸出端子270c可控地耦合至電容器210c之第一端子。固態開關245c將第二輸出端子280c可控地耦合至電容器210c之第二端子。PWM 232c將一PWM控制信號及一互補PWM控制信號分別提供至固態開關230c及235c。PWM 242c將一PWM控制信號及一互補PWM控制信號分別提供至固態開關240c及245c。在一些實施方案中，PWM 232c及242c之功能可組合至一單一PWM中。
圖2D展示一實例性未調節電壓轉換器切換區塊200d之一示意圖。切換區塊200d包含一第一輸入端子250d及一第二輸入端子260d。固態開關230d將第一輸入端子250d可控地耦合至包含串聯連接至一電感器220d之一電容器210d之一儲能電路之一第一端子。固態開關240d將第二輸入端子260d可控地耦合至儲能電路之一第二端子。切換區塊200d包含一第一輸出端子270d及一第二輸出端子280d。固態開關235d將第一輸出端子270d可控地耦合至儲能電路之第一端子。固態開關245d將第二輸出端子280d可控地耦合至儲能電路之第二端子。PWM 232d將一PWM控制信號及一互補PWM控制信號分別提供至固態開關230d及235d。PWM 242d將一PWM控制信號及一互補PWM控制信號分別提供至固態開關240d及245d。在一些實施方案中，PWM 232d及242d之功能可組合至一單一PWM中。
圖3展示根據一繪示性實施方案之一未調節電壓轉換器切換區塊300之一符號表示。參考圖1及圖2所描述之各切換區塊100或200可由切換區塊300符號表示。符號類似於一變壓器；然而，切換區塊300意欲用於轉換直流電壓(其包含可能存在交流漣波)。當先前所描述之切換區塊100或200之任何者可執行較廣泛電路(切換區塊100或200係其之一組件)之所要功能時，切換區塊300可用於表示一通用切換區塊。根據本發明之一電源供應器可包含複數個切換區塊100及/或200，其包含不同類型之切換區塊100及/或200之組合。如同切換區塊100及200，在一些實施方案中，輸入及輸出參考電壓可移位或偏移，即，輸入及輸出參考電壓無需共用一共同接地。
切換區塊300包含一第一輸入端子350、一第二輸入端子360、一第一輸出端子370及一第二輸出端子380。各者可分別表示第一輸入端子150或250、第一輸入端子160或260、第一輸出端子170或270或第二輸出端子180或280之一者。
圖4展示根據一繪示性實施方案之具有若干獨立調節輸出450a至450n之一電源供應器400架構之一簡化示意圖。電源供應器400接收一輸入電壓410，其依序饋通切換區塊440a至440n (統稱為「切換區塊400」)之各者。即，輸入電壓連接至第一切換區塊440a之一第一輸入端子。第一切換區塊440a之第二輸入端子連接至第二切換區塊440b之第一輸入端子，第二切換區塊440b之第二輸入端子連接至下一切換區塊440之第一輸入端子，等等。最後切換區塊440n之第二輸入端子連接至一未調節電壓匯流排420。未調節電壓匯流排420連接至一或多個電壓調節器460a至460n (統稱為「電壓調節器460」)，電壓調節器460a至460n調節切換區塊440之輸出電壓。
在實例性電源供應器400中，各切換區塊440之一第二輸出端子連接至接地430。因此，各輸出450a至450n (統稱為「輸出450」)可分別在各切換區塊440之各第一輸出端子處提供參考接地電位之一輸出電壓V_1至V_N。
各電壓調節器460之輸入連接至未調節電壓匯流排420。電壓調節器460可提供一不同輸出電壓450。例如(但不限於)，在一些實施方案中，電壓調節器460a可具有12 V之一輸出電壓V_1，電壓調節器460b可具有18 V之一輸出電壓V_2，且電壓調節器460n可具有24 V之一輸出電壓V_N。在一些實施方案中，每個電壓調節器460可具有12伏特之一輸出電壓。在一些實施方案中，輸出450可並聯連接。
在一些實施方案中，各輸出電壓可具有一不同值(即，V_1≠V_2≠V_N等等)。在一些實施方案中，各切換區塊440之輸出可由一各自電壓調節器460調節。例如，電壓調節器460a可將切換區塊440a之輸出調節為V_1之一電壓值，電壓調節器460b可將切換區塊440b之輸出調節為V_2之一電壓值，等等。
在一些實施方案中，各輸出電壓可具有相同值(即，V_1=V_2=V_N等等)。在一些實施方案中，所有切換區塊440之輸出可並聯連接，且其輸出可由一單一電壓調節器460調節。
在一些實施方案中，一些(但非所有)輸出電壓450可具有相同值(例如V_1=V_2≠V_N等等)。如上文所描述，具有相等或實質上相等調節輸出電壓位準之切換區塊440可並聯連接。在一些實施方案中，電源供應器400可包含用於各所要輸出電壓值之一電壓調節器460。
一般而言，電源供應器400之電壓之間存在一關係。特定言之，V_1、V_2、… V_N之總和可等於VIN與VBUS之間的差值。即，VIN–VBUS=SUM{V_1, V_2, … V_N}。VIN可基於至電源供應器400之電源來變動，且調節輸出V_1、V_2、… V_N可藉由電壓調節器460來保持實質上恆定，因此VBUS可根據公式VBUS=VIN–SUM{V_1, V_2, … V_N}來隨VIN變動。因此，被選擇用作為電壓調節器460之電壓調節器之類型可取決於所要調節電壓及基於上述公式之VBUS之預期範圍。例如(但不限於)，若在正常操作期間預期VBUS總是具有高於調節電壓之一相同極性電壓，則電壓轉換器460可具有一降壓或步降轉換器設計。若在正常操作期間預期VBUS總是具有低於調節電壓之一相同極性電壓，則電壓轉換器460可具有一升壓轉換器設計。若可在正常操作期間預期VBUS變動於高於調節電壓之相同極性電壓與低於調節電壓之相同極性電壓之間，則電壓轉換器460可具有一非反向升降壓轉換器設計。若可在正常操作期間預期VBUS變動於高於調節電壓之相反極性電壓振幅與低於調節電壓之相反極性電壓振幅之間，則電壓轉換器460可具有一反向升降壓轉換器設計。可取決於所要輸出電壓450及未調節電壓匯流排420上之電壓之預期範圍而使用其他DC-DC轉換器設計。各電壓調節器460自身可包含回饋迴路及一控制器，電壓調節器460使用該控制器來自身調節輸出電壓。在調節切換區塊440之輸出電壓時，電壓調節器460可將電力輸送至與切換區塊440並聯之各輸出負載。切換區塊440可依高於電壓調節器460之一效率及密度操作。儘管電壓調節器460可依相對較低效率及密度操作，但電壓調節器460僅將電力之一部分提供至負載，且切換區塊440提供剩餘部分。因此，總轉換器效率及密度可高於其中輸送至負載之所有電力必須通過一電壓調節器之一兩級轉換器架構。
在一些實施方案中，切換區塊440之輸入側串聯連接於電壓輸入410與未調節電壓匯流排420之間。因此，跨各轉換器之輸入端子之電壓將等於VIN與VBUS之間的差值除以切換區塊之數目。另外，切換區塊440之各者可具有一1:1電壓轉換比(但精確輸出電壓將由電壓調節器460調節)。因此，各切換區塊440之輸入電壓將為VIN之一部分，且各切換區塊440之輸出電壓將接近為輸入電壓。在其中切換區塊440具有一串聯組態(諸如先前所描述之切換區塊200a及200b)之實施方案中，固態開關僅需針對所要調節輸出電壓來定額。因此，切換區塊440可包含標準低電壓固態開關。例如，若調節輸出電壓係12 V，則固態開關可為標準12 V MOSFET。針對一較低電壓所定額之固態開關可比針對全部輸入電壓VIN (其可達到或超過60 V)所定額之部分小及便宜。因此，在採用經配置以使其輸入端子串聯連接於電壓輸入410與未調節電壓匯流排420之間的切換區塊200a及200b之實施方案中，電源供應器400可比固態開關需要針對全部VIN來定額時小及便宜。
圖5展示根據一繪示性實施方案之具有組合調節輸出550a之一電源供應器500架構之一簡化示意圖。電源供應器500類似於先前所描述之電源供應器400；然而，電源供應器500使其並聯連接之兩個切換區塊540a及540b之輸出作為一單一輸出550a。電源供應器500接收一輸入電壓510，輸入電壓510依序饋通切換區塊540a至540n (統稱為「切換區塊540」)之各者。即，輸入電壓連接至第一切換區塊540a之一第一輸入端子。第一切換區塊540a之第二輸入端子連接至第二切換區塊540b之第一輸入端子，第二切換區塊540b之第二輸入端子連接至下一切換區塊540之第一輸入端子，等等。最後切換區塊540n之第二輸入端子連接至一未調節電壓匯流排520。未調節電壓匯流排520連接至一或多個電壓調節器560a至560n (統稱為「電壓調節器560」)，電壓調節器560a至560n調節切換區塊540之輸出電壓。
在實例性電源供應器500中，各切換區塊540之一第二輸出端子連接至接地530。因此，各輸出550a至550n (統稱為「輸出550」)可分別在各切換區塊540之各第一輸出端子處提供參考接地電位之一輸出電壓V_1至V_N。
在實例性電源供應器500中，切換區塊540a及540b之輸出係並聯連接的。即，切換區塊540a之一第一輸出端子連接至切換區塊540b之一第一輸出端子，且切換區塊540a之一第二輸出端子連接至切換區塊540b之一第二輸出端子以及接地530。切換區塊540a及540b之平行輸出可由一單一電壓調節器560a調節為V_1之一輸出電壓。在一些實施方案中，額外切換區塊540可並聯連接，其中各切換區塊促成至輸出550a之額外電力。由切換區塊540連接至輸出550a之電力輸出可全部由單一電壓調節器560a調節。儘管電壓調節器560a之電力處置組件需要變大以調節額外輸出電力，但電壓調節器560a之回饋及切換電子器件無需擴充。因此，切換區塊540與電壓調節器560之增大比可提高電源供應器500之密度。
類似於電源供應器400，電源供應器500之電壓之間存在一關係。特定言之，輸出電壓V_1至V_N之總和可等於VIN與VBUS之間的差值。即，VIN–VBUS=SUM{V_1, … V_N}。因此，在電源供應器500中，可根據公式VBUS=VIN–SUM{2*V_1, V_2, … V_N}來得到VBUS。可基於相同於上文針對電源供應器400之電壓調節器460所描述之約束的約束來選擇一類型之電壓調節器560。
圖6展示根據一繪示性實施方案之具有組合調節輸出之一電源供應器600架構之一簡化示意圖。電源供應器600類似於先前所描述之電源供應器400；然而，在電源供應器600中，切換區塊640a之輸出650a連接至切換區塊640b之輸入。
電源供應器600接收一輸入電壓610，其依序饋通切換區塊640a至640n (統稱為「切換區塊640」)之各者。即，輸入電壓連接至第一切換區塊640a之一第一輸入端子。第一切換區塊640a之第二輸入端子連接至第二切換區塊640b之第一輸入端子，第二切換區塊640b之第二輸入端子連接至下一切換區塊640之第一輸入端子，等等。最後切換區塊640n之第二輸入端子連接至一未調節電壓匯流排620。未調節電壓匯流排620可連接至一或多個電壓調節器之輸入，電壓調節器依相同於先前針對電源供應器400及500所描述之方式的方式調節切換區塊640之輸出電壓。
電源供應器600之各切換區塊640具有一輸出650a至650n (統稱為「輸出650」)。在實例性電源供應器600中，各切換區塊640b至640n之一第二輸出端子連接至接地630。因此，切換區塊640之各第一輸出端子處所提供之各輸出650b至650n可提供參考接地電位之一輸出電壓。
在實例性電源供應器600中，第一切換區塊640a之輸出650a連接至第二切換區塊650b之輸入。即，輸出650a之一第一輸出端子連接至第二切換區塊640b之一第一輸入端子，且輸出650a之一第二輸出端子連接至第二切換區塊640b之一第二輸入端子。在此組態中，如同電源供應器500之組態，V_1=V_2。因此，未調節電壓匯流排之電壓將為：VBUS=VIN–SUM{2*V_1, V_2, … V_N}。
圖7展示根據一繪示性實施方案之具有與一未調節電壓匯流排720並聯之一輸出750a之一電源供應器700架構之一簡化示意圖。在電源供應器700中，第一切換區塊740a之輸出750a與未調節電壓匯流排720並聯連接。
電源供應器700接收一輸入電壓710，其依序饋通切換區塊740a至740n (統稱為「切換區塊740」)之各者。即，輸入電壓連接至第一切換區塊740a之一第一輸入端子，第一切換區塊740a之第二輸入端子連接至第二切換區塊740b之第一輸入端子，第二切換區塊740b之第二輸入端子連接至下一切換區塊740之第一輸入端子，等等。最後切換區塊740n之第二輸入端子連接至一未調節電壓匯流排720。未調節電壓匯流排720連接至一或多個電壓調節器(圖中未展示)，電壓調節器依相同於先前針對電源供應器400及500所描述之方式的方式調節切換區塊740之輸出電壓。
電源供應器700之各切換區塊740具有一輸出750a至750n (統稱為「輸出750」)。在實例性電源供應器700中，各切換區塊740a至740n之一第二輸出端子連接至接地730。因此，切換區塊740之各第一輸出端子處所提供之各輸出電壓V_1至V_N參考接地電位。
另外，未調節電壓匯流排720連接至第一切換區塊740a之第一輸出750a之一第一輸出端子。剩餘輸出750b至750n可連接至獨立電壓源(電壓調節器)。因此，VBUS=V_1=0.5*(VIN–SUM{V_2 … V_N})。
圖8展示根據一繪示性實施方案之具有一單一調節輸出850之一電源供應器800架構之一簡化示意圖。電源供應器800包含三個切換區塊840a、840b及840c (統稱為「切換區塊840」)。切換區塊840之輸入串聯連接於輸入電壓810與未調節電壓匯流排820之間。切換區塊840之輸出經並聯連接以相對於接地830產生一單一輸出850。輸出電壓VOUT由一電壓調節器860調節。
在電源供應器800中，各切換區塊840包含一電容器。當依相同方式控制切換區塊840之個別固態開關時，各切換區塊840可產生與其他切換區塊840同相之一輸出電壓。在一些實施方案中，可視期望新增用於能量緩衝及用於箝制跨固態開關之電壓之濾波電容器870a及870b (統稱為「濾波電容器870」)。
在一些實施方案中，輸入電壓810 VIN可具有54 V之一標稱值及約40 V至約60 V之一範圍。輸出850電壓VOUT可調節至12 V。因此，未調節電壓匯流排820可依18 V之一標稱電壓VBUS及約4 V至約24 V之一範圍操作。因此，一非反向升降壓轉換器可用作為電壓調節器860。
在實例性電源供應器800中及在上述實例性操作參數處，在標稱條件下之穩定狀態中，電壓調節器860僅需攜載總電力之1/3。若各切換區塊840具有98%之一效率且電壓調節器具有96%之一效率，則總效率可為97.3%。相比而言，若使用其中未調節電壓轉換器之整個輸出通過一電壓調節器之一兩級組態，則電壓調節器將必須處置兩倍之電力且效率將為98%*96%=94.1%。
圖9展示根據一繪示性實施方案之具有一單一調節輸出950之一電源供應器900架構之一簡化示意圖。電源供應器900類似於電源供應器800；然而，在電源供應器900中，中間切換區塊940b (或在具有四個或四個以上切換區塊之實施方案中，偶數切換區塊)具有自其他切換區塊移位180度之脈寬調變器(PWM)邏輯。此允許一些固態開關(諸如固態開關980a及980b (統稱為「固態開關」))之功能合併至一單一固態開關中。
電源供應器900包含三個切換區塊940a、940b及940c (統稱為「切換區塊940」)。切換區塊940之輸入串聯連接於輸入電壓910與未調節電壓匯流排920之間。切換區塊940之輸出經並聯連接以相對於接地930產生一單一輸出950。輸出電壓VOUT由一電壓調節器960調節。
切換區塊940a及940c包含串聯連接之一電容器及一電感器(一「LC」或「儲能」電路)。切換區塊940b包含一電容器。在具有四個或四個以上切換區塊940之實施方案中，交替切換區塊將具有一電容器且其他切換區塊將具有儲能電路。各切換區塊940可產生與其他切換區塊940同相之一輸出電壓。然而，不同於電源供應器800，個別固態開關不依相同方式被控制，確切而言，交替切換區塊具有自其他切換區塊移位180度之PWM邏輯。在此組態中，一切換區塊940之第二輸入端子處之固態開關將與下一切換區塊940之第一輸入端子處之固態開關同步打開及閉合。因此，兩個固態開關(例如固態開關980a及980b)可由一單一固態開關替換以執行兩個固態開關之功能。依此方式合併固態開閉可進一步減小電源供應器900之大小且提高電源供應器900之密度。
電源供應器900之一額外優點係電容器及儲能電路切換區塊940之組合。電容器及儲能電路切換區塊940之此混合可允許可達成較高效率之諧振操作。例如，切換區塊之PWM控制器可與儲能電路之諧振頻率同步，使得切換在電流零交越點處完成以藉此減少切換損失。即，PWM可經計時以在很少或無電流流動通過PWM時切換固態開關。此可減少固態開關自切斷轉變至接通及再次返回時消耗之電力。儲能電路之諧振頻率將至少部分取決於儲能電路之電容器及電感器之值。僅有電容器之切換區塊(即，切換區塊940b)將包含一非諧振電容器。非諧振電容器之值可比切換區塊940a及940c中之諧振電容器之量值大一或多個數量級。因此，當固態開關980連接非諧振電容器及儲能電路時，非諧振電容器將很少或不影響儲能電路之諧振頻率。
圖10展示根據一繪示性實施方案之具有兩個獨立調節輸出1050a及1050b (統稱為「輸出1050」)之一電源供應器1000架構之一簡化示意圖。電源供應器1000包含三個切換區塊1040a、1040b及1040c (統稱為「切換區塊1040」)。切換區塊1040之輸入串聯連接於輸入電壓1010與未調節電壓匯流排1020之間。類似於電源供應器900，中間切換區塊1040b (或在具有四個或四個以上切換區塊之實施方案中，交替切換區塊)具有自其他切換區塊移位180度之脈寬調變器(PWM)邏輯。此允許一些固態開關(諸如固態開關1080a及1080b (統稱為「固態開關」))之功能合併至一單一固態開關中。
切換區塊1040b之輸出並聯連接至切換區塊1040a之輸出以相對於接地1030產生一單一輸出1050a。輸出1050a亦與電壓調節器1060a之輸出並聯連接，電壓調節器1060a調節輸出1050a處之電壓VOUT_1。切換區塊1040c之輸出1050b與電壓調節器1060b之輸出並聯連接，電壓調節器1060b調節輸出1050b處之電壓VOUT_2。
在一些實施方案中，輸入電壓1010 VIN可具有54 V之一標稱值及約40 V至約60 V之一範圍。輸出1050a電壓VOUT_1可調節至12 V，且輸出1050b電壓VOUT_2可調節至5 V。因此，未調節電壓匯流排將依一標稱電壓VBUS=VIN–2*VOUT_1–VOUT_2=54–2*12 V–5 V=25 V標稱及約11 V至約31 V之一範圍運行。因此，在一些實施方案中，電壓調節器1060a可使用一非反向升降壓轉換器，且電壓調節器1060b可使用一降壓轉換器。
圖11展示描述根據一繪示性實施方案之產生一調節電源供應器之一實例性方法1100的流程圖。可使用先前所描述之電源供應器400、500、600、700、800、900或1000來執行方法1100。方法1100包含：將一電壓供應輸入耦合至一或多個未調節電壓轉換器之至少一者(階段1110)。方法1100包含：使用各未調節電壓轉換器來產生跨一第一轉換器輸出端子及一第二轉換器輸出端子之一輸出電壓(階段1120)。方法1100包含：自未調節電壓轉換器之至少一者導出一未調節電壓匯流排(階段1130)。方法1100包含：將未調節電壓匯流排提供至一電壓調節器(階段1140)。方法1100包含：使用電壓調節器來產生跨一第一調節器輸出端子及一第二調節器輸出端子之一調節電壓(階段1150)。方法1100包含：跨一第一電源供應器輸出端子及一第二電源供應器輸出端子產生一調節輸出電壓(階段1160)。
方法1100包含：在一或多個未調節電壓轉換器之至少一者處接收一電壓供應輸入(階段1110)。電壓供應輸入可接收諸如輸入電壓410、510、610、710、810、910或1010之一輸入電壓。輸入電壓可耦合至一未調節電壓轉換器之一切換區塊，諸如切換區塊440、540、640、740、840、940或1040。切換區塊可包含一電容器或一儲能電路。各切換區塊可具有一第一轉換器輸出端子及一第二轉換器輸出端子。
方法1100包含：使用各未調節電壓轉換器來產生跨第一轉換器輸出端子及第二轉換器輸出端子之一輸出電壓(階段1120)。一脈寬調變器(PWM)(諸如PWM 132、142、232或242)可控制切換區塊中之開關以將跨一第一轉換器輸入端子及一第二轉換器輸入端子之一電壓轉換為跨第一轉換器輸出端子及第二轉換器輸出端子之一電壓。輸出電壓可隨輸入電壓變動。
方法1100包含：自未調節電壓轉換器之至少一者導出一未調節電壓匯流排(階段1130)。輸入電壓及未調節電壓匯流排(諸如未調節電壓匯流排420、520、620、720、820、920或1020)可透過切換區塊之輸入側串聯連接。即，輸入電壓可耦合至第一切換區塊之第一轉換器輸入端子。第一切換區塊之第二轉換器輸入端子可連接至第二切換區塊之第一轉換器輸入端子，等等。最後切換區塊之第二轉換器輸入端子可連接至未調節電壓匯流排。
方法1100包含：將未調節電壓匯流排提供至一電壓調節器(階段1140)。未調節電壓匯流排可連接至諸如電壓調節器460、560、860、960或1060之一或多個電壓調節器之輸入。
方法1100包含：使用電壓調節器來產生跨一第一調節器輸出端子及一第二調節器輸出端子之一調節電壓(階段1150)。由電壓調節器產生之調節電壓可用於調節一或多個未調節電壓轉換器之輸出。所使用之電壓調節器之類型可取決於標稱調節電壓及將出現於未調節電壓匯流排上之預期電壓範圍。
方法1100包含：跨一第一電源供應器輸出端子及一第二電源供應器輸出端子產生一調節輸出電壓(階段1160)。電壓調節器之輸出端子及一或多個未調節電壓轉換器之輸出端子可經並聯連接以將一調節電壓處之電力提供至一負載。即，第一電源供應器輸出端子連接至第一調節器輸出端子及至少一未調節電壓轉換器之第一轉換器輸出端子，且第二電源供應器輸出端子連接至第二調節器輸出端子及至少一未調節電壓轉換器之第二轉換器輸出端子。由於並聯連接此等輸出，所以電壓調節器僅需要足以調節未調節電壓轉換器之輸出之電源且無需電源供應器之全部輸出電力。因此，大部分電力可由比電壓調節器小、高效及便宜之未調節轉換器提供。因此，電源供應器可比具有未調節電壓轉換器及電壓調節器之一兩級級聯組態之電源供應器小、便宜及高效。
在一些實施方案中，方法可包含：將電壓調節器輸出端子並聯連接至至少兩個未調節電壓轉換器之輸出端子。即，第一電源供應器輸出端子可連接至至少兩個未調節電壓轉換器之第一轉換器輸出端子，且第二電源供應器輸出端子可連接至至少兩個未調節電壓轉換器之第二轉換器輸出端子。
在一些實施方案中，方法可包含：將未調節電壓匯流排提供至一第二電壓調節器且產生一第二調節電壓。方法可包含：將第二電壓調節器之輸出端子並聯連接至一或多個額外未調節電壓轉換器。因此，電源供應器可產生兩個不同調節輸出電壓。
儘管本說明書含有諸多具體實施細節，但此等不應被解釋為對限制任何發明或主張內容之範疇的限制，而是應被解釋為專針對特定發明之特定實施方案之特徵之描述。本說明書之單獨實施方案之內文中所描述之某些特徵亦可組合實施於一單一實施方案中。相反地，一單一實施方案之內文中所描述之各種特徵亦可單獨或依任何適合子組合實施於多個實施方案中。再者，儘管特徵在上文中可描述為在特定組合中起作用且甚至起初如此主張，但在一些情況中，來自一主張組合之一或多個特徵可自組合移除，且主張組合可針對一子組合或一子組合之變型。
參考「或」可被解釋為包含性，使得使用「或」所描述之任何項可指示描述項之一單一者、一個以上者及所有者之任何者。標號「第一」、「第二」、「第三」等等未必意謂指示一排序且一般僅用於區分相同或類似項目或元件。
熟習技術者可容易地明白本發明中所描述之實施方案之各種修改，且可在不背離本發明之精神或範疇之情況下將本文所界定之一般原理應用於其他實施方案。因此，申請專利範圍不意欲受限於本文所展示之實施方案，而是被給予與本文所揭示之此揭示內容、原理及新穎特徵一致之最廣範疇。
100a至100d‧‧‧未調節電壓轉換器切換區塊
110a‧‧‧電容器
110b‧‧‧電容器
110c‧‧‧電容器
110d‧‧‧電容器
120b‧‧‧電感器
120d‧‧‧電感器
130a至130d‧‧‧單刀雙擲(SPDT)開關
132a至132d‧‧‧脈寬調變器(PWM)
140a至140d‧‧‧SPDT開關
142a至142d‧‧‧PWM
150a至150d‧‧‧第一輸入端子
160a至160d‧‧‧第二輸入端子
170a至170d‧‧‧第一輸出端子
180a至180d‧‧‧第二輸出端子
190a‧‧‧額外電壓源
190b‧‧‧額外電壓源
200a至200d‧‧‧未調節電壓轉換器切換區塊
210a‧‧‧電容器
210b‧‧‧電容器
210c‧‧‧電容器
210d‧‧‧電容器
220b‧‧‧電感器
220d‧‧‧電感器
230a至230d‧‧‧固態開關
232a至232d‧‧‧PWM
235a至235d‧‧‧固態開關
240a至240d‧‧‧固態開關
242a至242d‧‧‧PWM
245a至245d‧‧‧固態開關
250a‧‧‧第一輸入端子
250b‧‧‧第一輸入端子
250c‧‧‧第一輸入端子
250d‧‧‧第一輸入端子
260a‧‧‧第二輸入端子
260b‧‧‧第二輸入端子
260c‧‧‧第二輸入端子
260d‧‧‧第二輸入端子
270a‧‧‧第一輸出端子
270b‧‧‧第一輸出端子
270c‧‧‧第一輸出端子
270d‧‧‧第一輸出端子
280a‧‧‧第二輸出端子
280b‧‧‧第二輸出端子
280c‧‧‧第二輸出端子
280d‧‧‧第二輸出端子
300‧‧‧未調節電壓轉換器切換區塊
350‧‧‧第一輸入端子
360‧‧‧第二輸入端子
370‧‧‧第一輸出端子
380‧‧‧第二輸出端子
400‧‧‧電源供應器
410‧‧‧輸入電壓
420‧‧‧未調節電壓匯流排
430‧‧‧接地
440a至440n‧‧‧切換區塊
450a至450n‧‧‧調變輸出
460a至460n‧‧‧電壓調節器
500‧‧‧電源供應器
510‧‧‧輸入電壓
520‧‧‧未調節電壓匯流排
530‧‧‧接地
540a至540n‧‧‧切換區塊
550a至550n‧‧‧輸出
560a至560n‧‧‧電壓調節器
600‧‧‧電源供應器
610‧‧‧輸入電壓
620‧‧‧未調節電壓匯流排
630‧‧‧接地
640a至640n‧‧‧切換區塊
650a至650n‧‧‧輸出
700‧‧‧電源供應器
710‧‧‧輸入電壓
720‧‧‧未調節電壓匯流排
730‧‧‧接地
740a至740n‧‧‧切換區塊
750a至750n‧‧‧輸出
800‧‧‧電源供應器
810‧‧‧輸入電壓
820‧‧‧未調節電壓匯流排
830‧‧‧接地
840a‧‧‧切換區塊
840b‧‧‧切換區塊
840c‧‧‧切換區塊
850‧‧‧單一調節輸出
860‧‧‧電壓調節器
870a‧‧‧濾波電容器
870b‧‧‧濾波電容器
900‧‧‧電源供應器
910‧‧‧輸入電壓
920‧‧‧未調節電壓匯流排
930‧‧‧接地
940a‧‧‧切換區塊
940b‧‧‧切換區塊
940c‧‧‧切換區塊
950‧‧‧單一調節輸出
960‧‧‧電壓調節器
980a‧‧‧固態開關
980b‧‧‧固態開關
1000‧‧‧電源供應器
1010‧‧‧輸入電壓
1020‧‧‧未調節電壓匯流排
1030‧‧‧接地
1040a‧‧‧切換區塊
1040b‧‧‧切換區塊
1040c‧‧‧切換區塊
1050a‧‧‧調節輸出
1050b‧‧‧調節輸出
1060a‧‧‧電壓調節器
1060b‧‧‧電壓調節器
1080a‧‧‧固態開關
1080b‧‧‧固態開關
1100‧‧‧方法
1110‧‧‧階段
1120‧‧‧階段
1130‧‧‧階段
1140‧‧‧階段
1150‧‧‧階段
1160‧‧‧階段
附圖不意欲按比例繪製。各種圖式中之相同元件符號及名稱指示相同元件。為清楚起見，可不在每個圖式中標記每個組件。在圖式中：
圖1A至圖1D展示根據繪示性實施方案之實例性未調節電壓轉換器切換區塊之簡化示意圖；
圖2A至圖2D展示根據繪示性實施方案之實例性未調節電壓轉換器切換區塊之示意圖；
圖3展示根據一繪示性實施方案之一未調節電壓轉換器切換區塊之一符號表示；
圖4展示根據一繪示性實施方案之具有若干獨立調節輸出之一電源供應器架構之一簡化示意圖；
圖5展示根據一繪示性實施方案之具有組合調節輸出之一電源供應器架構之一簡化示意圖；
圖6展示根據一繪示性實施方案之具有組合調節輸出之一電源供應器架構之一簡化示意圖；
圖7展示根據一繪示性實施方案之具有與一電壓匯流排平行之一輸出之一電源供應器架構之一簡化示意圖；
圖8展示根據一繪示性實施方案之具有一單一調節輸出之一電源供應器架構之一示意圖；
圖9展示根據一繪示性實施方案之具有一單一調節輸出之一電源供應器架構之一示意圖；
圖10展示根據一繪示性實施方案之具有兩個獨立調節輸出之一電源供應器架構之一示意圖；及
圖11展示描述根據一繪示性實施方案之產生一調節電源供應器之一實例性方法的流程圖。

Claims (20)

  1. 一種電源供應器，其包括： 一或多個未調節電壓轉換器，各未調節電壓轉換器包含跨一第一轉換器輸出端子及一第二轉換器輸出端子產生一輸出電壓之一切換區塊； 一電壓供應輸入，其耦合至該等未調節電壓轉換器之至少一者； 一未調節電壓匯流排，其耦合至該等未調節電壓轉換器之至少一者；及 一電壓調節器，其耦合至該未調節電壓匯流排且跨一第一調節器輸出端子及一第二調節器輸出端子產生一調節電壓， 其中該第一調節器輸出端子連接至該等未調節電壓轉換器之至少一者之該第一轉換器輸出端子且該第二調節器輸出端子連接至該至少一未調節電壓轉換器之該第二轉換器輸出端子以跨一第一電源供應器輸出端子及一第二電源供應器輸出端子產生一調節輸出電壓。
  2. 如請求項1之電源供應器，其中各切換區塊包含： 一第一固態開關，其介於該切換區塊之一第一輸入端子與一電容器之一第一端子之間； 一第二固態開關，其介於該切換區塊之一第二輸入端子與該電容器之一第二端子之間； 一第三固態開關，其介於該電容器之該第一端子與該切換區塊之該第一轉換器輸出端子之間；及 一第四固態開關，其介於該電容器之該第二端子與該切換區塊之該第二轉換器輸出端子之間。
  3. 如請求項1之電源供應器，其中各切換區塊包含： 一第一固態開關，其介於該切換區塊之一第一輸入端子與一電容器之一第一端子之間； 一第二固態開關，其介於該切換區塊之一第二輸入端子與該電容器之該第一端子之間； 一第三固態開關，其介於該電容器之一第二端子與該切換區塊之該第一轉換器輸出端子之間；及 一第四固態開闊，其介於該電容器之該第二端子與該切換區塊之該第二轉換器輸出端子之間。
  4. 如請求項3之電源供應器，其中該第三固態開關及該第四固態開關具有小於該電壓供應輸入之一最大輸入電壓且大於或等於該調節輸出電壓之一電壓額定值。
  5. 如請求項1之電源供應器，其中各切換區塊包含： 一儲能電路，其包含串聯耦合至一電感器之一電容器，該儲能電路具有一第一端子及一第二端子； 一第一固態開關，其介於該切換區塊之一第一輸入端子與該儲能電路之該第一端子之間； 一第二固態開關，其介於該切換區塊之一第二輸入端子與該儲能電路之一第二端子之間； 一第三固態開關，其介於該儲能電路之該第一端子與該切換區塊之該第一轉換器輸出端子之間；及 一第四固態開關，其介於該儲能電路之該第二端子與該切換區塊之該第二轉換器輸出端子之間。
  6. 如請求項1之電源供應器，其中各切換區塊包含： 一儲能電路，其包含串聯耦合至一電感器之一電容器，該儲能電路具有一第一端子及一第二端子； 一第一固態開關，其介於該切換區塊之一第一輸入端子與該儲能電路之一第一端子之間； 一第二固態開關，其介於該切換區塊之一第二輸入端子與該儲能電路之該第一端子之間； 一第三固態開關，其介於該儲能電路之一第二端子與該切換區塊之該第一轉換器輸出端子之間；及 一第四固態開關，其介於該儲能電路之該第二端子與該切換區塊之該第二轉換器輸出端子之間。
  7. 如請求項6之電源供應器，其中該第三固態開關及該第四固態開關具有小於該電壓供應輸入之一最大輸入電壓且大於或等於該調節輸出電壓之一電壓額定值。
  8. 如請求項1之電源供應器，其中該電壓調節器具有一非反向升降壓組態。
  9. 如請求項1之電源供應器，其中該電壓調節器具有一反向升降壓組態。
  10. 如請求項1之電源供應器，其包括編號為B1至BN之N個切換區塊，其中： 各切換區塊具有一第一轉換器輸入端子及一第二轉換器輸入端子； 該電壓供應輸入耦合至B1切換區塊之該第一轉換器輸入端子； 該未調節電壓匯流排耦合至BN切換區塊之該第二轉換器輸入端子；且 就編號為B2至BN之各切換區塊而言，Bi切換區塊之一第一轉換器輸入端子耦合至Bi-1切換區塊之該第二轉換器輸入端子。
  11. 如請求項10之電源供應器，其包括至少三個切換區塊，其中： 切換區塊B1包含： 一第一固態開關，其介於該切換區塊之該第一轉換器輸入端子與一電容器之一第一端子之間； 就編號為B1至BN-1之切換區塊而言，各切換區塊Bi包含： 一第二固態開關，其介於該電容器之該第一端子與Bi+1電容器之一第一端子之間；且 切換區塊BN包含： 一第三固態開關，其介於該電容器之該第一端子與該切換區塊之該第二轉換器輸入端子之間。
  12. 如請求項10之電源供應器，其包括至少三個切換區塊，其中： 就i之奇數值而言，Bi切換區塊包含具有串聯耦合之一電容器及一電感器之一儲能電路；且 就i之偶數值而言，Bi切換區塊包含一電容器。
  13. 如請求項12之電源供應器，其中： 切換區塊B1包含： 一第一固態開關，其介於該切換區塊之該第一轉換器輸入端子與該電容器或儲能電路之一第一端子之間； 就編號為B1至BN-1之切換區塊而言，各切換區塊Bi包含： 一第二固態開關，其介於該電容器或儲能電路之該第一端子與Bi+1電容器或儲能電路之一第一端子之間；且 切換區塊BN包含： 一第三固態開關，其介於該切換區塊之該第二轉換器輸入端子與該電容器或儲能電路之該第一端子之間。
  14. 如請求項10之電源供應器，其中： 該第一調節器輸出端子連接至該等未調節電壓轉換器之至少一第二者之該第一轉換器輸出端子，且該第二調節器輸出端子連接至該第二未調節電壓轉換器之該第二轉換器輸出端子。
  15. 如請求項10之電源供應器，其中該電壓調節器係一第一電壓調節器，該電源供應器包括： 一第二電壓調節器，其耦合至該未調節電壓匯流排且跨一第三調節器輸出端子及一第四調節器輸出端子產生一第二調節電壓， 其中該第三調節器輸出端子連接至該等未調節電壓轉換器之至少一第二者之該第一轉換器輸出端子且該第四調節器輸出端子連接至該第二未調節電壓轉換器之該第二轉換器輸出端子以跨一第三電源供應器輸出端子及一第四電源供應器輸出端子產生一第二調節輸出電壓。
  16. 如請求項10之電源供應器，其中各切換區塊包含： 一第一固態開關，其介於該切換區塊之該第一轉換器輸入端子與一電容器之一第一端子之間； 一第二固態開關，其介於該切換區塊之該第二轉換器輸入端子與該電容器之該第一端子之間； 一第三固態開關，其介於該電容器之一第二端子與該切換區塊之該第一轉換器輸出端子之間；及 一第四固態開關，其介於該電容器之該第二端子與該切換區塊之該第二轉換器輸出端子之間， 其中編號為B2至BN之各切換區塊之該第一輸入端子耦合至一並聯電容器。
  17. 如請求項10之電源供應器，其中各切換區塊包含： 一第一固態開關，其介於該切換區塊之該第一轉換器輸入端子與一電容器之一第一端子之間； 一第二固態開關，其介於該切換區塊之該第二轉換器輸入端子與該電容器之該第一端子之間； 一第三固態開關，其介於該電容器之一第二端子與該切換區塊之該第一轉換器輸出端子之間；及 一第四固態開關，其介於該電容器之該第二端子與該切換區塊之該第二轉換器輸出端子之間， 其中就i之偶數值而言，Bi切換區塊之該第一轉換器輸出端子耦合至至少一奇數Bj切換區塊之該第二轉換器輸出端子，且該Bi切換區塊之該第二轉換器輸出端子耦合至該至少一奇數Bj切換區塊之該第一轉換器輸出端子。
  18. 一種產生一調節電源供應器之方法，其包括： 在一或多個未調節電壓轉換器之至少一者處接收一電壓供應輸入，各未調節電壓轉換器包含具有一第一轉換器輸出端子及一第二轉換器輸出端子之一切換區塊； 使用該等未調節電壓轉換器之各者來產生跨該第一轉換器輸出端子及該第二轉換器輸出端子之一輸出電壓； 自該等未調節電壓轉換器之至少一者導出一未調節電壓匯流排； 將該未調節電壓匯流排提供至一電壓調節器； 使用該電壓調節器來產生跨一第一調節器輸出端子及一第二調節器輸出端子之一調節電壓；及 跨一第一電源供應器輸出端子及一第二電源供應器輸出端子產生一調節輸出電壓，其中： 該第一電源供應器輸出端子連接至該第一調節器輸出端子及該等未調節電壓轉換器之至少一者之該第一轉換器輸出端子，且 該第二電源供應器輸出端子連接至該第二調節器輸出端子及該至少一未調節電壓轉換器之該第二轉換器輸出端子。
  19. 如請求項18之方法，其包括： 將該未調節電壓匯流排提供至一第二電壓調節器； 使用該第二電壓調節器來產生跨一第三調節器輸出端子及一第四調節器輸出端子之一第二調節電壓；及 跨一第三電源供應器輸出端子及一第四電源供應器輸出端子產生一第二調節輸出電壓，其中： 該第三電源供應器輸出端子連接至該第三調節器輸出端子及該等未調節電壓轉換器之至少一第二者之該第一轉換器輸出端子，且 該第四電源供應器輸出端子連接至該第四調節器輸出端子及該第二未調節電壓轉換器之該第二轉換器輸出端子。
  20. 如請求項18之方法，其中： 該第一電源供應器輸出端子連接至至少兩個未調節電壓轉換器之該第一轉換器輸出端子，且 該第二電源供應器輸出端子連接至該至少兩個未調節電壓轉換器之該第二轉換器輸出端子。
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