CN109565240B - 用于控制开关电容器转换器的预平衡电路和方法 - Google Patents

用于控制开关电容器转换器的预平衡电路和方法 Download PDF

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Abstract

提供了控制开关电容器转换器的方法和***。在确定快速电容器两端的电压高于第一阈值时，通过第一电流源从快速电容器的第一端子吸取第一电流，并且第二电流源通过第二电流源提供给快速电容器的第二端子。在确定快速电容器两端的电压低于第二阈值时，第一电流通过第一电流源提供给快速电容器的第一端子，第二电流通过第二电流源从快速电容器的第二端子吸取。在确定快速电容器两端的电压高于第二阈值并且低于参考电压的第一阈值时，关闭第一和第二电流源。

Description

用于控制开关电容器转换器的预平衡电路和方法
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求2016年7月15日提交的名称为“平衡和驱动电荷泵电路”的美国临时专利申请序列号62,363,025的优先权的权益，其全部内容通过引用结合于此用于所有目的。
技术领域
本公开一般涉及电压转换器。更具体地，本公开涉及更可靠的开关电容器转换器电路。
背景技术
电荷泵电路是一种开关电容器电路，可用于将直流(DC)输入电压转换为另一个直流电压。电荷泵可以配置为产生输出电压，该输出电压是输入电压的倍数(例如，2、3......N倍)，或者它可以设置输出电压，该输出电压是其一部分(例如，1/2、1/3...1/N次输入电压)。在一些实施方案中，此电路还可从正输入电压产生负输出电压。由于电荷泵电路不需要电感器进行电压转换，因此有时将其称为无电感器DC/DC转换器。
图1A示出了传统的开关电容器转换器电路100。在图1A的示例中，输入电压近似等于稳态下的输出电压的2倍。在图1A的示例中，仅作为示例而非通过限制的方式示出的晶体管被示为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)Q1和Q3(106和110)，被以与晶体管Q2和Q4(108和112)互补的方式接通和断开，如图1B所示。显示晶体管以大约50％的占空比切换。如图1B所示，在稳态操作期间，晶体管Q1-Q4(106至112)被切换为循环充电和放电电容器104，有时称为快速电容器CFLY。通过向电路100添加反馈，可以不同地驱动晶体管Q1和Q4(106和112)以产生除VIN/2之外的输出电压VOUT。例如，可以使用不同的占空比来提供输出电压的灵活性，输出电压是输入电压的不同因素(例如，0.75、0.5、0.25等)。此外，分别交换输入和输出节点VIN和VOUT，输出电压可以是输入电压的倍数。为简单起见，如本文所用，术语“因子”包括分数和倍数的含义。
在图1A的示例中，当晶体管Q1 106和Q3 110接通时，电容器CFLY 104和COUT 114有效地串联连接，从而将CFLY 104和COUT 114充电到大约VIN/2。电容器CFLY 104和COUT 114最初在启动时由输入电压VIN充电，其中CFLY 104和COUT 114的节点两端的电压为VIN/2。通常，电容器由于其大尺寸而连接在任何控制器封装的外部。开关Q1-Q4(106至112)也可以在封装外部以适应更高的电流。输入电压VIN 102直接连接到晶体管Q1(106)的顶端，其中电容器CFLY 104在其导通时通过晶体管Q1(106)连接到VIN 102。
当晶体管Q2 108和Q4 112导通时，电容器CFLY 104和COUT 114并联。这种布置迫使电容器CFLY 104和COUT 114两端的电压在大约VIN/2处基本相似。
类似于开关电容器转换器电路100的电荷泵电路可能经受到敏感电路元件的大浪涌电流，例如晶体管Q1至Q4(106至112)。例如，电容器CFLY 104和COUT 114两端的初始电压在启动期间或者由于在操作期间存在故障条件可能不等于VIN/2，在此统称为瞬态。在各种情况下，例如，当诸如COUT 114的电容器变为短路时，可能出现故障状况。由于开关电容器转换器电路100中没有电感器来限制电流，因此输入浪涌电流可以快速上升到高电平。在高电流应用中，这种巨大的浪涌电流加剧，因为可以使用非常低的导通电阻MOSFET来实现晶体管Q1至Q4(106至112)以实现高功率效率。
图1C是示出在VIN电源在时间T0加电时(例如，当电容器CFLY 104-COUT 114具有零初始电压时)如何使涌入电流130超过1000A的示例情形，这取决于路径中的寄生电阻。高电流可以持续很短的时间(例如，小于1微秒)但是仍然可以超过晶体管106到112的安全工作电流，从而一般地影响开关电容器转换器电路100的可靠性，并且特别是晶体管106至112。输出电压VOUT在电容器CFLY 104和COUT 114完全充电并且开关Q1-Q4(106至112)被控制之后达到其稳态电压，如图1B的上下文所示。此外，在浪涌电流之后，在输出电压节点VOUT处可能存在振铃132，如图1C所示，其可能影响负载116。在瞬态(例如，上电或故障状态)期间，芯片上的电压是不可预测的，因为电压可能还没有完全发展。
附图简述
附图是说明性实施例。它们没有示出所有实施例。可以另外或替代地使用其他实施例。可省略可能明显或不必要的细节以节省空间或用于更有效的说明。一些实施例可以用附加的组件或步骤和/或没有示出的所有组件或步骤来实践。当相同的数字出现在不同的图中时，它指的是相同或相似的组件或步骤。
图1A示出了传统的开关电容器转换器电路。
图1B示出了图1A的电路的晶体管的示例性栅极驱动器输入波形。
图1C示出了图1A的电路启动期间的示例波形。
图2是开关电容器转换器电路，其耦合到预平衡电路，与说明性实施例一致。
图3A是开关电容器转换器电路，其耦合到预平衡电路，与另一个说明性实施例一致。
图3B是开关电容器转换器电路，其与另外预平衡电路耦合，与说明性实施例一致。
图4是具有降压拓扑的开关电容器转换器电路，其与预平衡电路耦合，与说明性实施例一致。
发明详述
在以下详细描述中，通过示例阐述了许多具体细节，以便提供对相关教导的透彻理解。然而，应该显而易见的是，可以在没有这些细节的情况下实践本教导。在其他情况下，已经相对高级地描述了众所周知的方法、过程、组件和/或电路，而没有详细描述，以避免不必要地模糊本教导的各方面。一些实施例可以用附加的组件或步骤和/或没有所描述的所有组件或步骤来实践。
这里公开的各种方法和电路一般涉及为开关电容器电压转换器提供故障保护的方法和电路。乘法和分开的开关电容器电压转换器都由各种预平衡电路控制，从而防止了大的浪涌电流，从而提供了开关电容器电压转换器的可靠操作。
图2示出了开关电容器转换器电路201，其耦合到预平衡电路230，与说明性实施例一致。开关电容器转换器电路201的组件类似于图1A的组件，因此为简洁起见在此不再重复。当晶体管Q1至Q4在三极管区域中工作时，通过晶体管Q1至Q4(206至212)的电流和电容器CFLY 204和COUT 214可以通过以下等式近似用于两个操作阶段：
阶段1,I＝(VIN-VCFLY(t)–VCOUT(t))/(RON_Q1+RON_Q3) (等式1)
阶段2,I＝(VCFLY(t)-VCOUT(t))/(RON_Q2+RON_Q4) (等式2)
其中：
第1阶段是晶体管Q1和Q3导通，Q2和Q4关闭，
第2阶段是晶体管Q2和Q4导通，Q1和Q3关闭，
I是通过晶体管导通的电流，
RON是晶体管导通时的漏源电阻，
VCFLY(t)是时间t时CFLY两端的电压
VCOUT(t)是时间t时COUT两端的电压。
每个晶体管Q1至Q4(206至212)的漏极-源极电阻RON可以具有非常低的导通电阻，以获得更好的功率效率。相应晶体管的RON越低，浪涌电流可能越大，从而对开关电容器转换器电路的可靠性提供潜在的威胁。
申请人已经确定，鉴于上面的等式1和2，如果通过本文公开的方式控制电容器CFLY204和COUT 214的电压，则可以使浪涌电流最小化。例如，如果满足等式3和4的以下两个条件，则浪涌电流为零：
条件1:VCFLY(t＝0)＝VCOUT(t＝0) (等式3)
条件2:VIN＝VCFLY(t＝0)+VCOUT(t＝0) (等式4)
在各种实施方案中，可以基于晶体管的Q1至Q4(206至212)安全操作范围将浪涌电流限制为不同的预定值。例如，不同类型的晶体管对于正确操作具有不同的容差，这不会导致晶体管的过早可靠性劣化。
在一个实施方案中，假设晶体管Q1至Q4(206至212)的导通电阻RON相同并且如果晶体管(例如，MOSFET)的最大安全电流为IMAX，则等式5和6可以提供电容器转换器电路201的安全操作的条件。
VIN/2–2RON*Imax<VCFLY(t＝0)<VIN/2+2RON*Imax (等式5)
VIN/2-2RON*Imax<VCOUT(t＝0)<VIN/2+2RON*Imax (等式6)
其中：
2RON*Imax是预定的偏移电压VHYS。
稍后将更详细地讨论滞后和相应的偏移电压。预平衡电路230被配置为对电容器CFLY 204和COUT 214两端的电压进行预平衡，使得当开关电容器转换器电路201作为分压器电荷泵工作时，满足上述等式5和6的条件。可以在开关电容器转换器电路201的加电或重新启动期间执行预平衡电路230的预平衡。
在图2的示例中，预平衡电路包括三个电流源260、262和264，它们能够分别吸收或向源节点SW1、VOUT 228和SW2提供电流。预平衡电路230包括分压器，包括串联连接的第一电阻元件242和第二电阻元件246。第一电阻元件242与第二电阻元件246的比率可以基于由开关电容器转换器电路201实现的分压而不同。例如，对于除以两个电荷泵配置，第一电阻元件242和第二电阻元件246的电阻可以相等，使得在分压器节点244处提供VIN/2的电压。分压器被配置为对输入电压VIN 202进行采样并在节点244处提供其缩放版本。节点244处的电压用作预平衡电路230的各种部件的参考电压。
预平衡电路包括一对比较器232和238，其被配置为将电容器CFLY 204两端的电压与节点244的参考电压进行比较。在各种实施方案中，可以添加滞后以便为比较器232和238提供容差范围。为此，第一滞后电压源VHYS 234将第一滞后电压VHYS提供给第一比较器232的输入端。类似地，第二滞后电压源VHYS 236被添加到第二比较器238的输入端。在各种实施方案中，第一滞后电压的幅度可以等于第二滞后电压或者可以是不同的，这取决于要为预平衡电路230实现的期望的滞后容差范围。换句话说，滞后电压源234和236提供阈值电平，当超过该阈值电平时，可以触发校正动作以预平衡开关电容器转换器电路201。
如果VCFLY电压超出由滞后电压源234和236限定的预定容差，则该对比较器232和238激活第一电流源以提供电流以对电容器CFLY 204充电或吸收电流并激活第二电流源以将电流吸取或提供给电容器CFLY 204，使得电容器CFLY 204两端的电压被控制在上述公差范围内。
预平衡电路还可以包括第二对比较器252和258，它们一起提供第二比较器电路，该第二比较器电路被配置为将电容器COUT 214两端的电压(即，节点228处的输出电压VOUT)与节点的参考电压进行比较。类似于第一对比较器232和238(即，第一比较器电路)，可以添加滞后以便为比较器252和258提供容差范围。为此，第三滞后电压源VHYS 254将第三滞后电压VHYS提供给第一比较器VHYS 252的输入端子。类似地，第四滞后电压源VHYS 256向比较器258的端子提供滞后电压。在各种实施方案中，第三滞后电压可以在数量上等于第四滞后电压或者可以是不同的，这取决于要对预平衡电路230的输出电容COUT 214两端的电压实施的期望的滞后容限范围。
如果VOUT电压超出由滞后电压源254和256限定的预定容差，则第二对比较器252和258激活第二电流源以提供或吸收电流以调节(例如，充电/放电)输出电容器COUT 214，使得输出电容器COUT 214两端的电压被控制在由滞后电压源254和256限定的容限范围内。
在电容器电压预平衡阶段期间，晶体管Q1至Q4(206至212)保持关断，并且每个电流源260、262和/或264基于跨电容器CFLY 204和COUT 214的感测电压将电流吸引或提供给节点sw1、sw2和VOUT。以下等式分别提供每个电流源的条件和极性。
对于电流源IOUT 262：
VOUT>(VIN/2+VHYS) (等式7)
其中：IOUT从节点VOUT 228汲取电流。
(VIN/2–VHYS)<VOUT<(VIN/2+VHYS) (等式8)
其中：IOUT关闭。
VOUT<(VIN/2–VHYS) (等式9)
其中：IOUT向节点VOUT 228提供电流。
对于电流源ISW1 260和ISW2 264：
VCFLY>(VIN/2+VHYS) (等式10)
其中：ISW1从节点SW1汲取电流，ISW2向节点SW2提供电流。
(VIN/2–Vhys)<VCFLY<(VIN/2+Vhys) (等式11)
其中：ISW1和ISW2关闭。
VCFLY<(VIN/2–Vhys) (等式12)
其中：ISW1向节点SW1提供电流，ISW2从节点SW2提取电流。
现在参考图3A，图3A是开关电容器转换器电路301，其耦合到预平衡电路330，与另一个说明性实施例一致。开关电容器转换器电路301的组件类似于开关电容器转换器电路201的组件，因此不再详细讨论。在一个实施方案中，开关电容器转换器电路301可以包括耦合在输入电压VIN 302的端子和输出电容器COUT 314之间的附加输出电容器COPT 370，以实现更好的电荷共享和效率。如本文所用，术语效率与输入功率的量相关，用于获得一定量的功率。例如，对于100％有效的***，没有损耗，并且使用的输入功率与输出功率相同。电容器COPT 370提供将电荷转移到输出电容器COUT的附加路径，从而减少流过晶体管的电流量。由于电容器的有效电阻低于功率晶体管，因此其损耗较低。
当开关电容器转换器电路301被配置为作为分压器电荷泵操作时，如图3A所示，可以进一步简化预平衡电路。例如，预平衡电路330可以使用单个电流源360同时对两个电容器CFLY 304和COUT 328充电或放电。
预平衡电路330包括分压器，该分压器包括串联连接的第一电阻元件342和第二电阻元件346。第一电阻元件342与第二电阻元件346的比率可以基于由开关电容器转换器电路301实现的分压而不同。分压器被配置为对输入电压VIN 302进行采样并在节点344处提供其缩放版本。
预平衡电路330还包括一对比较器332和338，其被配置为将电容器COUT 314两端的电压与节点344的参考电压进行比较。比较器对332和338的操作类似于图2的比较器252和258的操作，因此为简洁起见不再详细讨论。
预平衡电路330能够在不使用图2的预平衡电路230的附加电路的情况下执行预平衡，这是由于在电容器(COUT)电压预平衡期间晶体管Q1至Q4(306-312)的激活和去激活的特定定时。例如，在这样的阶段期间，晶体管Q2和Q4(308和312)导通(由短路线表示)，而晶体管Q1和Q3(306和310)关闭(由间隙和漏极-源极二极管连接表示)，如图3A所示。
在导通晶体管Q2 308和Q4 312之前，节点SW1被拉至与VOUT 328基本相似的电平，并且节点SW2被下拉至与GND基本相似的电平。在一个实施方案中，可以使用两个电流源将节点SW1分别拉到GND和节点SW2到GND，两个电阻元件可以分别从节点SW1连接到GND和节点SW2连接到GND，以将这两个节点向下拉。当晶体管Q2 308和Q4 312接通时，电容器CFLY 304和COUT 314并联连接，并且它们之间的电压相同。如果在输出电容器COUT 314上检测到的电压不在由滞后电压源334和336限定的预定容限内，则预平衡电路330同时对电容器CFLY 304和COUT 314充电或放电。或者，如果CFLY 304不需要像电容器COUT 314那样精确地平衡，为了简单起见，可以仅使晶体管Q4 312接通(而晶体管Q2 308断开)来完成预平衡。在这种情况下，电容器CFLY 304可以由预平衡电路330通过Q2的体二极管充电。CFLY电容器304上的电压是比输出电容器COUT 314上的电压低一个二极管电压降(例如，大约0.7V)。
图3B是与示例性实施例一致的耦合到另一个预平衡电路的开关电容器转换器电路。开关电容器转换器电路301的组件和预平衡电路330B的一些组件类似于图2的组件。因此，为简洁起见，在此不再重复图3A。
预平衡电路330B可以在开关电容器转换器301的输出上执行与负载电流的预平衡。如果通过RLOAD 358的负载电流远小于电流源360(例如，至少小10倍)，则电流源360过载驱动小负载电流并正常执行平衡。然而，如果负载电流与电流源360相当或大于电流源360，则断开FET DQ 356用于在预平衡期间断开负载电流。在图3B的示例中，两个比较器332和338的输出连接到逻辑门350(在一个实施例中，其可以是AND门)。逻辑门350的输出通过可选的RC滤波器控制断开FET QD 356的栅极。例如，在逻辑门350和断开FET QD 356的栅极之间串联耦合有串联电阻元件Rg352。还存在耦合在断开FET QD 356的栅极与地之间的电容元件Cg 354。由Rg352和Cg 354提供的RC滤波器可以基于所需的延迟和接通断开FET QD356的速度来选择，以满足不同应用的要求。
仅当两个比较器332和328的输出都为高时，逻辑门350的输出才为高。因此，VOUT在由滞后电压源334和336限定的预定容限内。逻辑门350由足够高的电压源提供以接通断开FET QD。利用断开FET QD 356，可以以与无负载条件相同的方式执行预平衡，并且仅在预平衡完成之后施加负载电流。
此外，这里讨论的概念可以与各种类型的DC到DC电压转换器一起使用，例如降压、升压和降压-升压。为此，图4通过说明性示例示出了开关电容器转换器电路401，其具有耦合到预平衡电路430的降压拓扑，与示例性实施例一致。预平衡电路430基本上类似于图2的预平衡电路230。类似的，开关电容器转换器电路401基本上类似于图2的开关电容器转换器电路201。因此，为了简洁起见，这些块不再重复。
架构400包括耦合在节点480和GND之间的输出电容器COUT 464。在节点SW2和输出节点VOUT之间耦合有电感器L 468。在VOUT和GND之间连接有第二个电容器COUT2 470。在VOUT和GND之间有两个串联的电阻元件472和474。存在耦合到第一电阻元件472和第二电阻元件474之间的界面的反馈和控制电路462。
在一个实施方案中，通过将电流源Isw1 260和Isw2 264的幅度设置为基本相似，允许混合降压转换器启动到预偏置输出条件而不对输出电压VOUT充电或放电。
结论
已经讨论的组件、步骤、特征、对象、益处和优点仅仅是说明性的。它们中没有一个，也没有与它们有关的讨论，都是为了以任何方式限制保护范围。还构想了许多其他实施例。这些包括具有更少、附加和/或不同组件、步骤、特征、对象、益处和/或优点的实施例。这些还包括其中组件和/或步骤以不同方式布置和/或排序的实施例。
例如，这里讨论的任何信号可以被缩放、缓冲、缩放和缓冲，转换为另一种模式(例如，电压、电流、电荷、时间等)，或者转换为另一种状态(例如，从高到低和从低到高)而不会实质性地改变基础控制方法。
已经讨论的组件、步骤、特征、对象、益处和优点仅仅是说明性的。它们中没有一个，也没有与它们有关的讨论，都是为了以任何方式限制保护范围。还构想了许多其他实施例。这些包括具有更少、附加和/或不同组件、步骤、特征、对象、益处和优点的实施例。这些还包括其中组件和/或步骤以不同方式布置和/或排序的实施例。例如，可以使用双极晶体管(例如，PNP或NPN)或结栅极场效应晶体管(JFET)代替MOS晶体管。可以使用PNP代替NPN，并且可以使用PMOS代替NMOS。
除非另有说明，否则本说明书中列出的所有测量值、数值、额定值、位置、大小、尺寸和其他规格均为近似值，而非精确值。它们旨在具有与它们所涉及的功能以及它们所属领域中的惯例一致的合理范围。
除非上文所述，否则任何已陈述或说明的内容均无意或应被解释为致使任何组成部分、步骤、特征、对象、利益、优势或等同于公众的奉献，无论其是否在权利要求中叙述。
本公开中引用的所有文章、专利、专利申请和其他出版物均通过引用并入本文。
应当理解，除非本文另有说明的具体含义，否则这里使用的术语和表达具有与其相应的相应研究和研究领域相关的这些术语和表达的普通含义。诸如“第一”和“第二”之类的关系术语可以仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不一定要求或暗示它们之间的任何实际关系或顺序。当结合说明书或权利要求中的元件列表使用时，术语“包括”、“包含”及其任何其他变型旨在表示该列表不是排他性的并且可以包括其他元件。类似地，在没有进一步约束的情况下，前面带有“一”或“一个”的元素不排除存在相同类型的附加元素。
提供本公开的摘要以允许读者快速确定技术公开的本质。提交时的理解是，它不会用于解释或限制权利要求的范围或含义。另外，在前面的具体实施方式中，可以看出，为了简化本公开，各种特征在各种实施例中被组合在一起。该公开方法不应被解释为反映所要求保护的实施例需要比每个权利要求中明确记载的更多特征的意图。相反，如以下权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开实施例的所有特征。因此，以下权利要求在此并入具体实施方式中，每个权利要求自身作为单独要求保护的主题。

Claims (19)

1.一种用于控制开关电容器转换器的预平衡电路，包括：
一个或多个比较器电路，其被配置成，在启用时监控第一电容器两端的第一电压，并且当所述第一电压不在相对于参考水平的公差范围内时，激活连接至所述第一电容器的一个或多个电流源，直至所述第一电压在所述公差范围内，
其中，所述一个或多个电流源被配置成，在激活时，从所述开关电容器转换器的所述第一电容器吸取第一电流，或向所述开关电容器转换器的所述第一电容器提供第二电流，
其中，所述一个或多个电流源包括第一和第二电流源，其中所述第一电容器为快速电容器，且其中所述一个或多个比较器电路包括：
第一比较器电路，其耦合至所述第一电流源和所述第二电流源，所述第一比较器电路被配置成控制所述第一和第二电流源，使得响应于所述快速电容器两端的所述第一电压高于第一阈值电压，所述第一电流源从所述开关电容器转换器的所述快速电容器的第一端子吸取所述第一电流，并且所述第二电流源向所述快速电容器的第二端子提供所述第二电流。
2.权利要求1所述的预平衡电路，其中所述第一比较器电路还被配置成：
控制所述第一和第二电流源，使得响应于所述快速电容器两端的所述第一电压低于第二阈值电压，所述第一电流源向所述快速电容器的所述第一端子提供所述第一电流，且所述第二电流源从所述快速电容器的所述第二端子吸取所述第二电流；并且
在确定所述快速电容器两端的所述第一电压高于所述第二阈值电压并低于所述第一阈值电压时，关闭所述第一和第二电流源。
3.权利要求1所述的预平衡电路，另外其中所述一个或多个比较器电路还包括：
第二比较器，其被配置成控制第三电流源使得：
响应于输出电容器两端的第二电压高于第三阈值电压，所述第三电流源从所述开关电容器转换器的所述输出电容器吸取第三电流；
响应于所述输出电容器两端的电压低于第四阈值电压，所述第三电流源向所述输出电容器提供第四电流；并且
响应于所述输出电容器两端的电压低于所述第三阈值电压并高于所述第四阈值电压，关闭所述第三电流源。
4.权利要求1所述的预平衡电路，其中各所述比较器电路包括第一比较器设备和第二比较器设备，
所述第一比较器设备被配置成，在启用时监控所述第一电容器两端的第一电压，并且在所述第一电压超过所述参考水平以上的第一公差时，激活连接至所述第一电容器的第一电流源，以从所述第一电容器吸取所述第一电流，直至所述第一电容器的充电满足第一阈值充电水平；并且
所述第二比较器设备被配置成，在启用时监控所述第一电压，并且在所述第一电压低于所述参考水平以下的第二公差时，激活连接至所述第一电容器的第二电流源，以向所述第一电容器提供所述第二电流，直至所述第一电压满足所述第二公差，其中，所述公差范围被定义成处于所述第一公差和所述第二公差之间。
5.权利要求4所述的预平衡电路，其还包括：
分压器电路，其被配置成接收在所述开关电容器转换器的输入节点处提供的输入电压基于所述输入电压的函数提供所述参考水平。
6.权利要求5所述的预平衡电路，其中所述分压器电路包括：
第一电阻元件，其耦合至所述开关电容器转换器的所述输入节点；和
第二电阻元件，其在所述第一电阻元件的、与所述输入节点相反的第二节点处耦合在所述第一电阻元件和地之间，其中，所述第一电阻元件可操作以在所述第二节点处提供所述参考水平。
7.权利要求5所述的预平衡电路，其中，所述第一公差和所述参考水平之间的大小差异基本等于所述第二公差和所述参考水平之间的大小差异。
8.权利要求5所述的预平衡电路，其中，所述第一电容器为连接在所述开关电容器转换器的输出节点处的快速电容器，其中，所述开关电容器转换器包括：
多个晶体管，其中所述快速电容器连接在将所述多个晶体管的前两个串联连接的晶体管的负载电流路径链接起来的第一节点和将所述多个晶体管的后两个串联连接的晶体管的负载电流路径链接起来的第二节点之间；和
第三电容器，其耦合在所述输入节点和所述输出节点之间。
9.权利要求1所述的预平衡电路，其中所述开关电容器转换器包括：
多个晶体管，其中所述快速电容器连接在将所述多个晶体管的前两个串联连接的晶体管的负载电流路径链接起来的第一节点和将所述多个晶体管的后两个串联连接的晶体管的负载电流路径链接起来的第二节点之间，其中当所述一个或多个比较器电路启用时，所述多个晶体管被置于禁用状态。
10.一种控制开关电容器转换器的预平衡电路，包括：
第一比较器电路，其耦合到第一电流源并被配置为控制所述第一电流源，使得：
响应于输出电容器两端的电压高于第一阈值电压，所述第一电流源从所述开关电容器转换器的输出电容器吸取第一电流；
响应于所述输出电容器两端的电压低于第二阈值电压，所述第一电流源向所述输出电容器提供第二电流；并且
响应于所述输出电容器两端的电压低于所述第一阈值电压并高于所述第二阈值电压，关闭所述第一电流源。
11.权利要求10所述的预平衡电路，其还包括耦合到第二电流源和第三电流源的第二比较器电路，所述第二比较器电路被配置为：
控制所述第二和第三电流源，使得所述第二电流源从所述开关电容器转换器的快速电容器的第一端子吸取第二电流，并且响应于所述快速电容器两端的电压高于第三阈值电压，所述第三电流源向所述快速电容器的第二端子提供第三电流；
控制所述第二和第三电流源，使得所述第二电流源向所述快速电容器的所述第一端子提供所述第二电流，并且
响应于所述快速电容器两端的电压低于第四阈值电压，所述第三电流源从所述快速电容器的所述第二端子吸取所述第三电流；和
在所述快速电容器两端的电压高于所述第四阈值电压并低于所述第三阈值电压时，关闭所述第二和第三电流源。
12.权利要求11所述的预平衡电路，其中所述第一比较器电路还被配置为在确定所述输出电容器两端的电压不在基于所述第一和第二阈值电压的预定电压范围内时，控制所述第一电流源，使得所述快速电容器和所述输出电容器同时充电或放电。
13.权利要求12所述的预平衡电路，其中所述开关电容器转换器包括：
多个晶体管，其中所述快速电容器连接在将所述多个晶体管的前两个串联连接的晶体管的负载电流路径链接起来的第一节点和将所述多个晶体管的后两个串联连接的晶体管的负载电流路径链接起来的第二节点之间，
其中，当所述第一比较器电路启用时，所述前两个串联连接的晶体管中之一和所述后两个串联连接的晶体管中之一被置于禁用状态，且所述前两个串联连接的晶体管中的另一个和所述后两个串联连接的晶体管中的另一个被置于启用状态，使得所述输出电容器和所述快速电容器并联放置。
14.权利要求10所述的预平衡电路，其中所述第一比较器电路包括：
第一比较器设备，其被配置成，在启用时监控所述输出电容器两端的电压，并且在所述输出电容器两端的电压超过所述第一阈值电压时，激活所述第一电流源，以从所述输出电容器吸取所述第一电流，直至所述输出电容器两端的电压低于所述第一阈值电压；和
第二比较器设备，其被配置成，在启用时监控所述输出电容器两端的电压，并且在所述输出电容器两端的电压低于所述第二阈值电压时，激活所述第一电流源，以向所述输出电容器提供所述第二电流，直至所述输出电容器两端的电压高于所述第二阈值电压。
15.权利要求10所述的预平衡电路，其还包括：
分压器电路，其被配置成接收在所述开关电容器转换器的输入节点处提供的输入电压并基于所述输入电压的函数提供参考电压，
其中，所述分压器电路包括：
第一电阻元件，其耦合至所述开关电容器转换器的所述输入节点；和
第二电阻元件，其在所述第一电阻元件的、与所述输入节点相反的第二节点处耦合在所述第一电阻元件和地之间，其中所述第一电阻元件可操作以在所述第二节点处提供所述参考电压，
其中所述第一阈值电压和所述第二阈值电压基于所述参考电压产生。
16.权利要求10所述的预平衡电路，其中所述开关电容器转换器包括：
多个晶体管，其中快速电容器连接在将所述多个晶体管的前两个串联连接的晶体管的负载电流路径链接起来的第一节点和将所述多个晶体管的后两个串联连接的晶体管的负载电流路径链接起来的第二节点之间，所述后两个串联连接的晶体管中的第一晶体管接地，
其中，所述多个晶体管中的各晶体管包括体二极管，且其中，
在所述输出电容器两端的电压低于第二阈值时，打开所述第一晶体管以将所述快速电容器接地，并关闭所述多个晶体管中的其他晶体管，且所述第二电流由所述第一电流源提供至所述输出电容器以充电所述输出电容器，并通过所述前两个串联连接的晶体管中之一的单独的体二极管提供至所述快速电容器以充电所述快速电容器。
17.一种控制具有快速电容器和输出电容器的开关电容器转换器的方法，所述方法包括：
将所述开关电容器转换器置于预平衡模式中，其中，禁用所述开关电容器转换器的一个或多个晶体管的开关；
在所述开关电容器转换器处于所述预平衡模式中时，确定所述快速电容器的第一电压水平；
响应于所述确定的第一电压水平高于第一阈值电压，使用第一电流源，从所述快速电容器吸取第一电流；
响应于所述第一电压水平低于第二阈值电压，使用第二电流源，向所述快速电容器提供第二电流；以及
响应于所述快速电容器两端的所述第一电压水平高于所述第二阈值电压并低于所述第一阈值电压，关闭所述第一和第二电流源。
18.权利要求17所述的方法，其还包括：
在所述开关电容器转换器处于所述预平衡模式中时，确定所述输出电容器的第二电压水平；
响应于所述第二电压水平高于第三阈值电压，使用第三电流源，从所述输出电容器的第一端子吸取第三电流；
响应于所述第二电压水平低于第四阈值电压，使用所述第三电流源，向所述输出电容器提供第四电流；以及
响应于所述确定的第二电压水平低于所述第三阈值电压并高于所述第四阈值电压，关闭所述第三电流源。
19.权利要求18所述的方法，其还包括：
确定提供给所述开关电容器转换器的输入电压；
基于所述输入电压，产生代表所述输入电压的缩放电压；以及
基于所述缩放电压和一个或多个偏移电压的函数，产生所述第一、第二、第三和第四阈值电压。
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