CN115347791A - 谐振切换式电源转换电路 - Google Patents

Abstract

一种谐振切换式电源转换电路，包括：切换转换器、控制电路及预充电路；控制电路用以于预充模式时控制切换转换器中多个开关的第一开关，以控制第一电源与切换转换器中多个电容的第一电容的电连接关系，并控制其他开关，以于至少一个电容的压降低于预设电压时控制预充电路将其压降充电至预设电压；于启动模式中第一与第二操作信号分别用以操作多个开关，以切换其对应的电容的电连接关系，而使切换转换器于预充模式结束后操作于启动模式；于启动模式中第一与第二操作信号分别切换至导通位准一段导通期间，且多个段导通期间的时间长度逐渐增加。

Description

谐振切换式电源转换电路

技术领域

本发明涉及一种谐振切换式电源转换电路，特别涉及一种能够预先充电的谐振切换式电源转换电路。

背景技术

图1显示一已知电源转换器10。此已知电源转换器10包括一前端直流转直流转换器101，以用于启动控制，其具有二个开关Qf1及Qf2、一电感Lf、一电容Cf及一降压控制器1011。于稳态操作中，前端直流转直流转换器101产生额外的功率耗损及热能，故整体效率会降低。

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种创新的谐振切换式电源转换电路。

发明内容

于一观点中，本发明提供一种谐振切换式电源转换电路，用以将一第一电源转换为一第二电源或将该第二电源转换为该第一电源，该谐振切换式电源转换电路包括：至少一切换转换器；一控制电路，用以控制该切换转换器；以及一预充电路，耦接于该控制电路与该至少一切换转换器之间；其中该切换转换器包括：多个电容；多个开关，与该多个电容对应耦接且受控于该控制电路，用以切换所对应的该电容的电连接关系；至少一第一电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；以及至少一第二电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；其中，该控制电路耦接至该第一电源、该第二电源及该多个开关，该控制电路用以于该切换转换器操作于一预充模式时，控制该多个开关中的一第一开关，以控制该第一电源与该多个电容的一第一电容的电连接关系，并控制其他该多个开关，以于该多个电容中的至少一者的压降低于一预设电压时，控制该预充电路将该多个电容中的该至少一者的压降充电至该预设电压；其中，该第一开关电连接于该第一电源与该第一电容之间；其中，于一启动模式中，一第一操作信号与至少一第二操作信号，分别用以对应操作该多个开关，以切换该多个开关所对应的该电容的电连接关系，而使该谐振切换式电源转换电路于该预充模式结束后，操作于该启动模式；其中，于该启动模式中，该第一操作信号与该至少一第二操作信号，分别各自切换至一导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，其中该多个段导通期间的时间长度逐渐增加；其中，于一谐振电压转换模式中，该第一操作信号与该至少一第二操作信号，分别用以对应操作该多个开关，以切换该多个开关所对应的该电容的电连接关系，而使该谐振切换式电源转换电路于该启动模式结束后，操作于该谐振电压转换模式，以将该第一电源转换为该第二电源或将该第二电源转换为该第一电源；其中，于该谐振电压转换模式中，该第一操作信号与该至少一第二操作信号，分别各自切换至该导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，以使该谐振电压转换模式的一第一程序与至少一第二程序彼此不重叠；其中，在该第一程序中，通过该第一操作信号控制该多个开关的切换，使该多个电容与该至少一第一电感串联于该第一电源与该第二电源之间，以形成一第一电流路径；其中，在该至少一第二程序中，通过该至少一第二操作信号控制该多个开关的切换，使每一该电容与对应的该第二电感串联于该第二电源与一接地电位间，而同时形成或轮流形成多个第二电流路径；其中，该第一程序与该至少一第二程序彼此重复地交错排序，以将该第一电源转换为该第二电源或将该第二电源转换为该第一电源。

于一实施例中，在该第一程序中，通过该第一操作信号控制该多个开关的切换，使该多个电容中的至少一电容与该第二电源并联，在该至少一第二程序中，通过该至少一第二操作信号控制该多个开关的切换，使该多个电容中的至少一电容与该第二电源并联，其中于该第一程序中与该第二电源并联的该电容是不同于该第二程序中与该第二电源并联的该电容。

于一实施例中，该多个电容包括彼此耦接的该第一电容、一第二电容、一第三电容；其中于该第一程序中，该多个开关控制该第一电容与该第三电容串联于该第一电源与该第二电源之间，且控制该第二电容与该第二电源并联；其中于该第二程序中，该多个开关控制该第二电容与该第一电容串联于该第二电源与该接地电位之间，且控制该第三电容与该第二电源并联。

于一实施例中，该多个开关包括：一第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关、一第五开关、一第六开关、一第七开关、一第八开关、一第九开关以及一第十开关；其中于该第一程序中，该第一开关、该第二开关与该第三开关导通以控制该第一电容与该第三电容串联于该第一电源与该第二电源之间，该第四开关与该第五开关导通以控制该第二电容与该第二电源并联，且该第六开关至第十开关为不导通；其中于该第二程序中，该第六开关、该第七开关与该第八开关导通以控制该第二电容与该第一电容串联于该第二电源与该接地电位之间，且该第九开关与该第十开关导通以控制该第三电容与该第二电源并联。

于一实施例中，该多个电容还包括与该第一电容、该第二电容、该第三电容彼此耦接的一输出电容，该预设电压包括一第一预设电压及一第二预设电压，于该预充模式时，该控制电路进行以下的至少一者：(1)导通该第四开关、该第五开关、该第七开关、该第九开关及该第十开关，并控制该预充电路将该输出电容、该第三电容及该第二电容的压降充电至该第一预设电压；(2)导通该第二开关及该第十开关，并控制该预充电路将该第三电容的压降充电至该第一预设电压；(3)导通该第五开关、该第七开关及该第八开关，并控制该预充电路将该第二电容及该第一电容的压降充电至该第一预设电压；或(4)导通该第八开关，并控制该预充电路将该第一电容的压降充电至该第二预设电压。

于一实施例中，该第一预设电压为该第二电源的第二电压的一目标电压，该第二预设电压为该第二电源的该第二电压的该目标电压的两倍。

于一实施例中，该谐振切换式电源转换电路还包括以下之一：(1)其中该第三电容还与该第一电感直接串联，而形成一第一谐振槽，该第二电容还与该第二电感直接串联，而形成一第二谐振槽；其中于该第一程序中，该多个开关还控制该第一谐振槽与该第一电容串联于该第一电源与该第二电源之间，且还控制该第二谐振槽与该第二电源并联；其中于该第二程序中，该多个开关还控制该第二谐振槽与该第一电容串联于该第二电源与该接地电位之间，且还控制该第一谐振槽与该第二电源并联；(2)该第一电感与该第二电感为单一个相同的电感，该电感耦接于该第二电源与一切换节点之间；其中于该第一程序中，该多个开关还控制该第一电容与该第三电容，通过该切换节点与该电感串联后，才串联于该第一电源与该第二电源之间，且还控制该第二电容通过该切换节点与该电感串联后，才与该第二电源并联；其中于该第二程序中，该多个开关还控制该第二电容与该第一电容，通过该切换节点与该电感串联后，才串联于该第二电源与该接地电位之间，且还控制该第三电容通过该切换节点与该电感串联后，才与该第二电源并联；或者(3)其中该第一电感耦接于该第二电源与一第一切换节点之间，该第二电感耦接于该第二电源与一第二切换节点之间；其中于该第一程序中，该多个开关还控制该第一电容与该第三电容，通过该第一切换节点与该第一电感串联后，才串联于该第一电源与该第二电源之间，且还控制该第二电容通过该第二切换节点与该第二电感串联后，才与该第二电源并联；其中于该第二程序中，该多个开关还控制该第二电容与该第一电容，通过该第二切换节点与该第二电感串联后，才串联于该第二电源与该接地电位之间，且还控制该第三电容通过该第一切换节点与该第一电感串联后，才与该第二电源并联。

于一实施例中，该至少一切换转换器包括第一切换转换器与第二切换转换器，其中该第一切换转换器与该第二切换转换器彼此并联耦接于该第一电源与该第二电源之间，其中该第一切换转换器与该第二切换转换器以彼此相反的相位切换每一切换转换器中对应的该多个开关。

于一实施例中，该谐振切换式电源转换电路具有特征(3)，且该第一电感与该第二电感都操作于连续导通模式。

于一实施例中，该谐振切换式电源转换电路还包括一上层电容以及多个上层开关，其中该至少一切换转换器包括第一切换转换器与第二切换转换器；其中该上层电容、该多个上层开关、该第一切换转换器与该第二切换转换器以一基本拓朴彼此耦接；其中于该第一程序中，该多个上层开关控制该第一切换转换器与该上层电容串联于该第一电源与该第二电源之间，且控制该第二切换转换器与该第二电源并联；其中于该第二程序中，该多个上层开关控制该第二切换转换器与该上层电容串联于该第二电源与该接地电位之间，且控制该第一切换转换器与该第二电源并联。

于一实施例中，该第一电源的第一电压与该第二电源的第二电压的比值为8。

于一实施例中，该谐振切换式电源转换电路还包括一又上层电容、多个又上层开关、又上层的一第一切换转换器以及又上层的一第二切换转换器，其中该又上层电容、多个该又上层开关、该又上层的该第一切换转换器以及该又上层的该第二切换转换器，还对应于该基本拓朴，以递归展开方式而彼此耦接；其中该又上层的该第一切换转换器与该又上层的该第二切换转换器，递归地对应于下一层的该谐振切换式电源转换电路。

于一实施例中，该至少一第一电感为多个充电电感，与该多个电容分别对应串联，其中该至少一第二电感为多个放电电感，且在该第一程序中，通过该多个开关的切换，使该多个电容与该多个充电电感彼此串联于该第一电源与该第二电源之间，以形成该第一电流路径；其中，在该第二程序中，该多个充电电感用以作为该多个放电电感，并通过该多个开关的切换，使该多个放电电感与该多个电容分别对应串联于该第二电源与该接地电位之间，以形成该多个第二电流路径，其中该多个第二电流路径彼此并联。

于一实施例中，该至少一第一电感及该至少一第二电感彼此具有互感(coupledinductance)。

于一实施例中，彼此具有互感的该至少一第一电感及该至少一第二电感配置为互感电感器(coupled inductors)，或是配置为一变压器。

于一实施例中，该至少一第一电感为单一个第一电感，该至少一第二电感为单一个第二电感。

于一实施例中，该单一个第一电感的电感值相等于该单一个第二电感的电感值。

于一实施例中，该至少一第一电感与该至少一第二电感为单一个相同电感。

于一实施例中，该第一程序具有一第一谐振频率，且该第二程序具有一第二谐振频率，且该第一谐振频率与该第二谐振频率相同。

于一实施例中，该第一程序具有一第一谐振频率，且该第二程序具有一第二谐振频率，且该第一谐振频率与该第二谐振频率不同。

于一实施例中，该切换转换器的该第一电源的第一电压与该第二电源的第二电压的电压转换比率为4:1、3:1或2:1。

于一实施例中，该切换转换器的该第一电源的第一电压与该第二电源的第二电压的电压转换比率为4:1。

于一实施例中，于一稳态时，该第一电容的跨压与该第二电压的比值为2，该第三电容的跨压与该第二电压的比值为1，且该第二电容的跨压与该第二电压的比值为1。

于一实施例中，该第一电感与该第二电感为单一个相同电感，于一2倍转换模式下，部分的该多个开关恒导通，另一部分的该多个开关恒不导通，又一部分的该多个开关用以切换该第二电容或该第一电容其中的一电容，以于该第一程序中使该电容与该电感串联于该第一电源与该第二电源之间，且于该第二程序中使该电容与该电感串联后，并联于该第二电源，使得该第一电源的第一电压与该第二电源的第二电压的比值为2，其中该电感与该电容以谐振方式操作而实现该第一电源与该第二电源之间的电源转换。

于一实施例中，于一2倍转换模式下，部分的该多个开关恒导通，另一部分的该多个开关恒不导通，又一部分的该多个开关用以切换该第一电容，以于该第一程序中使该第一电容与该第一电感串联于该第一电源与该第二电源之间，且于该第二程序中使该第一电容与该第二电感串联后，并联于该第二电源，使得该第一电源的第一电压与该第二电源的第二电压的比值为2，其中该第一电感及该第二电感与该第一电容以谐振方式操作而实现该第一电源与该第二电源之间的电源转换。

于一实施例中，该第一电感与该第二电感为单一个相同电感，于一3倍转换模式下，部分的该多个开关恒导通，另一部分的该多个开关恒不导通，又一部分的该多个开关用以切换该第一电容与该第三电容，以于该第一程序中使该第一电容、该第三电容与该电感串联于该第一电源与该第二电源之间，且于该第二程序中使该第一电容与该第三电容并联后与该电感串联，再并联于该第二电源，使得该第一电源的第一电压与该第二电源的第二电压的比值为3，其中该电感与该第一电容，及/或，该电感与该第三电容，以谐振方式操作而实现该第一电源与该第二电源之间的电源转换。

于一实施例中，于一3倍转换模式下，部分的该多个开关恒导通，另一部分的该多个开关恒不导通，又一部分的该多个开关用以切换该第一电容与该第三电容，以于该第一程序中使该第一电容、该第三电容与该第一电感串联于该第一电源与该第二电源之间，且于该第二程序中使该第一电容及该第三电容分别与该第二电感及该第一电感串联后，再并联于该第二电源，使得该第一电源的第一电压与该第二电源的第二电压的比值为3，其中该第二电感与该第一电容，及/或，该第一电感与该第三电容，以谐振方式操作而实现该第一电源与该第二电源之间的电源转换。

于一实施例中，该预设电压与该第一电源的第一电压具有固定的比例关系。

于一实施例中，该第一电感与该第二电感为单一个相同电感，该第一电容的电容值远大于该第三电容与该第二电容的电容值，使得该第三电容与该电感的第一谐振频率，与该第二电容与该电感的第二谐振频率，都高于或等于该第一电容与该电感的第三谐振频率的10倍。

于另一观点中，本发明提供一种谐振切换式电源转换电路，用以将一第一电源转换为一第二电源或将该第二电源转换为该第一电源，该谐振切换式电源转换电路包括：至少一谐振槽，该谐振槽具有彼此串联的一谐振电容与一谐振电感；多个开关，与该至少一谐振槽对应耦接，于一谐振电压转换模式中，分别根据对应的一第一操作信号与一第二操作信号，以切换所对应的该谐振槽的电连接关系而对应一第一谐振程序与一第二谐振程序，其中于该第一谐振程序中，对所对应的该谐振槽进行谐振充电，其中于该第二谐振程序中，对所对应的该谐振槽进行谐振放电；一控制电路，用以控制该多个开关；一预充电路，耦接于该控制电路与该多个开关中除了一第一开关以外的其他该多个开关之间；以及至少一非谐振电容，与该至少一谐振槽耦接，于该谐振电压转换模式中，该第一操作信号与该第二操作信号切换该非谐振电容与该至少一谐振槽的电连接关系，且该非谐振电容的跨压，维持与该第一电源成一固定比例；其中，该控制电路耦接至该第一电源、该第二电源及该多个开关，该控制电路用以于该谐振切换式电源转换电路操作于一预充模式时，控制该多个开关中的该第一开关，以控制该第一电源与该至少一谐振槽的电连接关系，并控制其他该多个开关，以于该谐振电容及该至少一非谐振电容中的至少一者的压降低于一预设电压时，控制该预充电路将该谐振电容及该至少一非谐振电容中的该至少一者充电至该预设电压；其中，该第一开关电连接于该第一电源与该谐振电容之间；其中，于一启动模式中，该第一操作信号与该第二操作信号，分别用以对应操作该多个开关，以切换该非谐振电容与该至少一谐振槽的电连接关系，而使该谐振切换式电源转换电路于该预充模式结束后，操作于该启动模式；其中，于该启动模式中，该第一操作信号与该第二操作信号，分别各自切换至一导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，其中该多个段导通期间的时间长度逐渐增加；其中，于该谐振电压转换模式中，该第一操作信号与该第二操作信号，分别各自切换至该导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，以使该第一谐振程序与该第二谐振程序彼此不重叠，而使该谐振切换式电源转换电路于该启动模式结束后，操作于该谐振电压转换模式，该第一谐振程序与该第二谐振程序彼此重复地交错排序，以将该第一电源转换为该第二电源或将该第二电源转换为该第一电源。

于一实施例中，该预设电压为该第二电源的第二电压的一目标电压。

于一实施例中，该预设电压为该第二电源的第二电压的一目标电压的正整数倍。

于一实施例中，该预充电路包括：一电流源，用以产生一预充电电流；以及一预充开关电路，耦接于该电流源及除了该第一开关以外的其他该多个开关之间，其中于该预充模式时，该控制电路控制该预充开关电路及除了该第一开关以外的其他该多个开关，以控制该电流源与该谐振电容及该至少一非谐振电容中的该至少一者的电连接关系，进而根据该预充电电流将该谐振电容及该至少一非谐振电容中的该至少一者的压降充电至该预设电压。

于一实施例中，该控制电路包括：一占空比决定电路，用以比较一渐升节点的一渐升电压与一周期波形信号，而产生一占空比信号；一占空比分配电路，用以根据该占空比信号而分别产生该第一操作信号与该第二操作信号；以及一渐升电压产生电路，与该占空比决定电路耦接，用以于该启动模式中，产生该渐升节点的该渐升电压；其中该渐升节点的渐升电压于该启动模式中逐渐上升，以使得该第一操作信号与该至少一第二操作信号的占空比对应逐渐上升。

于一实施例中，于该预充模式时，该控制电路控制该第一开关的导通程度，使一预充电电流从该第一电源经由该第一开关流至该谐振电容及该至少一非谐振电容中的该至少一者，以将该谐振电容及该至少一非谐振电容中的该至少一者的压降充电至该预设电压。

于一实施例中，该预设电压与该第一电源的第一电压具有固定的比例关系。

于一实施例中，至少一该谐振电容包括一第一谐振电容及一第二谐振电容，该预设电压包括一第一预设电压、一第二预设电压及一第三预设电压，该多个开关包括一第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关、一第五开关、一第六开关、一第七开关、一第八开关、一第九开关以及一第十开关，于该预充模式时，该控制电路进行以下的至少一者：(1)导通该第六开关，并控制该预充电路将该第一谐振电容的压降充电至该第一预设电压；(2)导通该第二开关及该第八开关，并控制该预充电路将该非谐振电容的压降充电至该第二预设电压；或(3)导通该第二开关、该第三开关及该第十开关，并控制该预充电路将该第二谐振电容的压降充电至该第三预设电压。

于一实施例中，该第一预设电压为该第二电源的第二电压的一目标电压的三倍，该第二预设电压为该第二电压的该目标电压的两倍，该第三预设电压为该第二电压的该目标电压。

本发明的优点在于本发明可利用现有的开关达到预充电操作模式及热***功能、可利用现有的功率级元件来实现启动操作、无需额外的前端直流转直流转换器以进行启动控制、可使用较少的元件及节省空间、没有前端直流转直流转换器的功率损耗故可提高功率转换效率、可降低涌浪电流、可支持柔性启动(soft-start)且可支持平行操作以用于多相式谐振切换式电容转换器(RSCC)。

以下通过具体实施例详加说明，会更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的效果。

附图说明

图1为已知的电源转换器的示意图。

图2是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图3是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换电路中的控制器的电路示意图。

图4是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换电路中的控制电路示意图。

图5A是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的控制电路的启动模式中的相关信号的信号波形示意图。

图5B是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的启动模式中的相关信号的信号波形示意图。

图6是根据本发明的另一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图7是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图8是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图9是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图10是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图11是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图12是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图13是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图14是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图15是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图16是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图17是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图18A是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图18B是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路方块图。

图19是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图20是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图21是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图22是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图23是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图24是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图25是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。

图中符号说明

10：已知电源转换器

100b：管线式谐振切换式电源转换电路

101：前端直流转直流转换器

1011：降压控制器

20，20a，20b，30，30a，40，40a，40b，50，60，70，80，90，100，110，120，130，140，150，160，170：谐振切换式电源转换电路

201，201a，201b，301，301a，401，401a，401b，501，601，701，801，901，1001，1101，1201，1301，1401，1501，1601，1701：控制器

2011：控制电路

20111：占空比决定电路

20112：占空比分配电路

20113：渐升电压产生电路

2012：预充电路

202，202a，202b，302，302a，402，402a，402b，502，1502，1602，1702：切换转换器

1402，1403，3021，3021a，3022，3022a，6021，6022，6031，6032，10021，10022，10031，10032：谐振槽

5021：变压器

602，702，802，902，1002，1002b，1102，1202，1302：第一切换转换器

603，703，803，903，1003，1003b，1103，1203，1303：第二切换转换器

C1～C3，C11～C13，C21，Ca，Cf，CV1，CV2：电容

CLK：时钟信号

CS1，CS2：电流源

GA：第一操作信号

GB：第二操作信号

Gpr0，Gpr1，Gpr1’，Gpr2，Gpr3：预充操作信号

I1：第一电流

I2：第二电流

IL1：电感L1电流

IL2：电感L2电流

Ipr：预充电电流

L，L1，L11，L12，L2，L3，Lf：(谐振)电感

Lgc-H：信号

LX：切换节点

LX1，LX11：第一切换节点

LX2，LX12：第二切换节点

Q1～Q21，Q28，Qf1，Qf2：开关

S1：预充开关电路

S2：重置开关

Srst：重置信号

V1：第一电压

V2：第二电压

Va：渐升节点的渐升电压

VC1：电容C1跨压

VC2：电容C2跨压

VC3：电容C3跨压

Vd：占空比信号

Vm：中间信号

Vpr：第二预设电压

Vramp：周期波形信号

Vtgt：目标电压

具体实施方式

本发明中的附图均属示意，主要意在表示各电路间的耦接关系，以及各信号波形之间的关系，至于电路、信号波形与频率则并未依照比例绘制。

图2显示根据本发明的谐振切换式电源转换电路的一实施例的示意图。谐振切换式电源转换电路20用以将第一电源(对应于第一电压V1与第一电流I1)转换为第二电源(对应于第二电压V2与第二电流I2)，或者，用以将第二电源转换为第一电源。本实施例中，谐振切换式电源转换电路20包含切换转换器202，切换转换器202包括彼此耦接的第一电容(电容C1)、第二电容(电容C2)、第三电容(电容C3)以及多个开关Q1～Q10。

在一实施例中，于第一程序中，多个开关Q1～Q10控制第一电容(电容C1)与第三电容(电容C3)串联于第一电源与第二电源之间，且控制第二电容(电容C2)与第二电源并联，第二电容(电容C2)的另一端受控制耦接于接地电位。具体而言，开关Q1、Q2与Q3导通以控制第一电容(电容C1)与第三电容(电容C3)串联于第一电源与第二电源之间，开关Q4与Q5导通以控制第二电容(电容C2)与第二电源并联，且开关Q6～Q10为不导通。本实施例中，于第一程序中，控制信号GA为使能，使其所控制的开关为导通，控制信号GB为禁止，使其所控制的开关为不导通。

于第二程序中，多个开关Q1～Q10控制第二电容(电容C2)与第一电容(电容C1)串联于第二电源与接地电位之间，且控制第三电容(电容C3)与第二电源并联。于第二程序中，第二电容(电容C2)与第一电容(电容C1)反向串联于第二电源与接地电位之间。具体而言，开关Q6、Q7与Q8导通以控制第二电容(电容C2)与第一电容(电容C1)串联于第二电源与接地电位之间，且开关Q9与Q10导通以控制第三电容(电容C3)与第二电源并联，且开关Q1～Q5为不导通。本实施例中，于第二程序中，控制信号GA为禁止，使其所控制的开关为不导通，控制信号GB为使能，使其所控制的开关为导通。

谐振切换式电源转换电路20藉上述周期性操作而进行第一电源与第二电源之间的电源转换。本实施例中，第一电压V1与第二电压V2的比值为4。

需说明的是，上述于第二程序中，第二电容(电容C2)与第一电容(电容C1)“反向”串联是指，第二电容(电容C2)的跨压与第一电容(电容C1)的跨压为反相(即正负端方向相反)。

在将第一电源转换为第二电源的实施例中，于第一程序中，第一电源对彼此串联的第一电容(电容C1)与第三电容(电容C3)充电，第二电容(电容C2)则是放电以供应给第二电源，亦即，第二电容(电容C2)对耦接于第二电源的电容CV2充电。而于第二程序中，第一电容(电容C1)则对第二电容(电容C2)以及第二电源充电。

此外，在将第二电源转换为第一电源的实施例中，于第一程序中，第二电源对彼此串联的第一电容(电容C1)与第三电容(电容C3)充电，且第二电源对第二电容(电容C2)充电。而于第二程序中，第二电源对第三电容(电容C3)充电，且第二电源通过第二电容(电容C2)对第一电容(电容C1)充电。

通过上述的周期性操作，本实施例中，于稳态时(也就是切换转换器202操作于谐振电压转换模式时，于后详述)，第一电容(电容C1)的跨压VC1与第二电压V2的比值为2，第三电容(电容C3)的跨压VC3与第二电压V2的比值为1，且第二电容(电容C2)的跨压VC2与第二电压V2的比值为1。在第二电压V2为12V的实施例中，于稳态时，第三电容(电容C3)的跨压VC3与第二电容(电容C2)的跨压VC2也都为12V，值得注意的是，由于本发明可以使得电容上的跨压于稳态时维持于较低的电压，因此，电容得以维持较高的有效电容值，因而电容所需耐压与体积都可因此有效降低，同时，其谐振频率较为稳定，且具有较佳的瞬时响应。还值得注意的是，本发明的输出电流(例如对应于第二电流I2)，由两个渠道所提供，因此可降低涟波。

分别耦接于第一电源与第二电源的电容CV1与CV2，在第一电源转换为第二电源的实施例中，分别对应于输入电容与输出电容，或者，在第二电源转换为第一电源的实施例中，分别对应于输出电容与输入电容。

切换转换器202还包括电感L1与电感L2，其中电感L1耦接于第二电源与第一切换节点LX1之间，电感L2耦接于第二电源与第二切换节点LX2之间。于第一程序中，多个开关Q1～Q10控制第一电容(电容C1)与第三电容(电容C3)，通过第一切换节点LX1与电感L1串联后，才串联于第一电源与第二电源之间，且控制第二电容(电容C2)通过第二切换节点LX2与电感L2串联后，才与第二电源并联。另一方面，于第二程序中，多个开关Q1～Q10控制第二电容(电容C2)与第一电容(电容C1)，通过第二切换节点LX2与电感L2串联于第二电源与接地电位之间，且控制第三电容(电容C3)通过第一切换节点LX1与电感L1串联后，才与第二电源并联。于一实施例中，电感L1与电感L2都操作于连续导通模式，由此，可进一步降低涌浪电流与涟波电流。

在一实施例中，第一电容C1的电容值远大于第三电容(电容C3)与第二电容(电容C2)的电容值，使得第三电容(电容C3)与电感的第一谐振频率，与第二电容(电容C2)与电感的第二谐振频率，都远高于第一电容(电容C1)与电感的第三谐振频率，在一较佳实施例中，第一谐振频率与第二谐振频率都大于或等于第三谐振频率的10倍。

图3是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换电路中的控制器的电路示意图。请同时参阅图2及图3，谐振切换式电源转换电路20还包括控制器201。控制器201包括控制电路2011以及预充电路2012。控制电路2011耦接至第一电源、第二电源、多个开关Q1～Q10以及第一开关(例如开关Q1)与第七开关(例如开关Q7)之间的节点，用以控制切换转换器202，而预充电路2012耦接于控制电路2011与切换转换器202之间。控制电路2011用以于切换转换器202操作于预充模式时，产生预充操作信号Gpr1，以控制多个开关Q1～Q10中的第一开关(例如开关Q1)，进而控制第一电源与多个电容(电容C1～C3)的第一电容(例如电容C1)的电连接关系(例如不导通开关Q1以使第一电源与电容C1之间断路)，并产生预充操作信号Gpr2及Gpr3，以控制其他多个开关(例如开关Q2～Q10)，以于多个电容(电容C1～C3)中的至少一者的压降低于预设电压时，控制预充电路2012将多个电容(电容C1～C3)中的该至少一者的压降充电至预设电压。其中，控制电路2011也于预充模式时，产生预充操作信号Gpr0以控制预充开关电路S1，以使电流源CS1所产生的预充电电流Ipr于预充模式时，在预充操作信号Gpr2及Gpr3控制其他多个开关(例如开关Q2～Q10)的情况下，对电容CV2、电容C1、电容C2及/或电容C3充电。

于一实施例中，于预充模式时，控制电路2011产生预充操作信号Gpr0、Gpr1、Gpr2及Gpr3以进行以下的至少一者：(1)导通开关Q4、开关Q5、开关Q7、开关Q9及开关Q10，并控制预充电路2012将电容CV2、电容C3及电容C2的压降充电至第一预设电压；(2)导通开关Q2及开关Q10，并控制预充电路2012将电容C3的压降充电至第一预设电压；(3)导通开关Q5、开关Q7及开关Q8，并控制预充电路2012将电容C2及电容C1的压降充电至第一预设电压；或(4)导通开关Q8，并控制预充电路2012将电容C1的压降充电至第二预设电压。于一实施例中，第一预设电压为第二电压V2的目标电压，第二预设电压为第二电压V2的目标电压的两倍。

于另一实施例中，于预充模式时，控制电路2011控制第一开关(例如开关Q1)的导通程度，使预充电电流从第一电源经由第一开关流至多个电容(例如电容C1～C3)中的至少一者，以将多个电容(例如电容C1～C3)中的至少一者的压降充电至预设电压。于一实施例中，预设电压为第二电源的第二电压V2的目标电压。于另一实施例中，预设电压为第二电源的第二电压V2的目标电压的正整数倍，例如但不限于一倍、两倍。于此实施例中，第一开关为开关Q1，第一电容为电容C1。如图2及图3所示，第一开关(开关Q1)电连接于第一电源与第一电容(电容C1)之间。

于启动模式中，第一操作信号GA与至少一第二操作信号GB，分别用以对应操作多个开关Q1～Q10，以切换多个开关Q1～Q10所对应的电容的电连接关系，而使谐振切换式电源转换电路20于预充模式结束后，操作于启动模式。于启动模式中，第一操作信号GA与至少一第二操作信号GB，分别各自切换至导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠。于一实施例中，该多个段导通期间的时间长度逐渐增加。

启动模式结束后进入谐振电压转换模式。于谐振电压转换模式中，第一操作信号GA与至少一第二操作信号GB分别用以对应操作多个开关Q1～Q10，以切换多个开关Q1～Q10所对应的电容的电连接关系，而使谐振切换式电源转换电路20于启动模式结束后，操作于谐振电压转换模式，以将第一电源转换为第二电源或将第二电源转换为第一电源。于一实施例中，本发明的谐振切换式电源转换电路20从第一电源之后的整个电路可进行热***(hot swap)。

如图3所示，在一实施例中，预充电路2012包括电流源CS1以及预充开关电路S1。电流源CS1用以产生预充电电流Ipr，而预充开关电路S1耦接于电流源CS1及除了第一开关以外的其他多个开关(例如开关Q2～Q10)之间。于预充模式时，控制电路2011产生预充操作信号Gpr0，以控制预充开关电路S1；并产生预充操作信号Gpr2与Gpr3，以控制除了第一开关(开关Q1)以外的其他多个开关(开关Q2～Q10)，并控制电流源CS1与多个电容(电容C1～C3)中的该至少一者的电连接关系，进而根据预充电电流Ipr将多个电容(电容C1～C3)中的该至少一者的压降充电至该预设电压。

需说明的是，在预充模式时，控制电路2011可通过产生预充操作信号Gpr1，以控制开关Q1的导通程度，使第一电流I1作为预充电电流；控制电路2011并产生预充操作信号Gpr2及Gpr3，以控制其他多个开关(例如开关Q2～Q10)，以使第一电流I1从第一电源经由开关Q1流至多个电容(例如电容C1～C3)中的至少一者，以将多个电容(例如电容C1～C3)中的至少一者的压降充电至预设电压，并于多个电容(电容C1～C3)中的至少一者的压降低于预设电压时，控制开关Q1的导通程度，而将多个电容(电容C1～C3)中的该至少一者的压降充电至预设电压；或是，控制电路2011可通过产生预充操作信号Gpr0，导通预充开关电路S1，以产生预充电电流Ipr，控制电路2011并产生预充操作信号Gpr2及Gpr3，以控制其他多个开关(例如开关Q2～Q10)，以于多个电容(电容C1～C3)中的至少一者的压降低于预设电压时，控制预充电路2012将多个电容(电容C1～C3)中的该至少一者的压降充电至预设电压。当然，上述两种预充模式也可以交替操作或是同时操作。

图4是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换电路中的控制电路示意图。本实施例是显示控制电路2011的一较具体的示范性实施例，惟本发明的控制电路2011也可以其他架构加以实施。如图4所示，于一实施例中，控制电路2011包括占空比决定电路20111、占空比分配电路20112以及渐升电压产生电路20113。占空比决定电路20111用以比较渐升电压产生电路20113于电流源CS2及电容Ca间的渐升节点所产生的渐升电压Va与周期波形信号Vramp，而产生占空比信号Vd。其中周期波形信号Vramp例如但不限于为如图5A所示的三角波。占空比分配电路20112用以根据占空比信号Vd而分别产生第一操作信号GA与至少一第二操作信号GB。于一实施例中，如图4所示，占空比决定电路20111包括比较器与逻辑与门，占空比分配电路20112包括正反器与逻辑与门。渐升电压产生电路20113包含电流源CS2、电容Ca以及重置开关S2。

在启动模式中，渐升电压产生电路20113的电流源CS2对电容Ca充电，使渐升节点上的渐升电压Va逐渐上升，在占空比决定电路20111比较渐升电压Va与周期波形信号Vramp时，将使得占空比信号Vd的占空比逐渐上升，进而使第一操作信号GA与至少一第二操作信号GB的占空比也逐渐上升，使第一电源转换为第二电源或第二电源转换为第一电源时，降低涌浪电流，并支持柔性启动。

在一种实施例中，当渐升电压Va上升超过周期波形信号Vramp的最大值时，占空比分配电路20112根据占空比信号Vd所产生的第一操作信号GA与至少一第二操作信号GB，可直接进入谐振电压转换模式。当然，进入谐振电压转换模式后，也可以关闭占空比分配电路20112，而由其他电路产生第一操作信号GA与至少一第二操作信号GB。此外，渐升电压产生电路20113可根据重置信号Srst，于适当时点(例如于下一个启动模式开始之前)导通重置开关S2，对电容Ca放电，以重置渐升电压Va。

图5A是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的控制电路的启动模式中的相关信号的信号波形示意图。渐升节点的渐升电压Va、周期波形信号Vramp、时钟信号CLK、占空比信号Vd、第一操作信号GA及第二操作信号GB显示于图5A中。如图5A所示，渐升节点的渐升电压Va于启动模式中逐渐上升。如图5A所示，在启动模式中，多个段导通期间t1～t4的时间长度逐渐增加。因此，于一实施例中，占空比由0逐渐增加至50％。

图5B是根据本发明的一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的启动模式中的相关信号的信号波形示意图。第二电压V2、第二电流I2、电容C1跨压VC1、电容C2跨压VC2、电容C3跨压VC3、电感L1电流IL1显示于图5B。图5B显示已经过预充模式的谐振切换式电源转换电路，由图5B可知，经过预充模式后的谐振切换式电源转换电路于启动模式及谐振电压转换模式时通过逐渐增加导通期间的时间长度可进一步降低涌浪电流。

如图5B所示，在预充模式中，以前述控制电路2011产生预充操作信号Gpr2及Gpr3而进行例如但不限于第(4)项所述的：导通开关Q8，并以预充操作信号Gpr0控制预充电路2012中的预充开关电路S1，而将电容C1的压降充电至第二预设电压。其中，第二预设电压Vpr例如为第二电压V2的目标电压Vtgt的两倍。接着在启动模式中，显示第二电压V2逐渐增加至目标电压Vtgt。而电容C1跨压VC1、电容C2跨压VC2、电容C3跨压VC3切换的电压范围也逐渐增加至稳定的范围。在本实施例中，在启动模式前的预充模式中，对电容C1的压降预先充电至第二预设电压Vpr，降低了输出电流(例如对应于第二电流I2)的涌浪电流与涟波电流。

图6是根据本发明的另一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。本实施例中的切换转换器302与图2的切换转换器202相似，其差别在于，切换转换器302的电感L1与第三电容(电容C3)直接串联电连接，而形成谐振槽3021，而切换转换器302的电感L2与第二电容(电容C2)直接串联电连接，而形成谐振槽3022。在一实施例中，于第一程序中，多个开关Q1～Q10控制谐振槽3021与第一电容(电容C1)串联于第一电源与第二电源之间，且控制谐振槽3022与第二电源并联。另一方面，于第二程序中，多个开关Q1～Q10控制谐振槽3022与第一电容(电容C1)串联于第二电源与接地电位之间，且控制谐振槽3021与第二电源并联，切换转换器302通过上述周期性操作，以谐振方式操作而实现第一电源与第二电源之间的电源转换。上述多个开关Q1～Q10的控制细节可参照图2的实施例。本实施例的控制器301可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。

图7是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。本实施例中的切换转换器402与图2的切换转换器202相似，其差别在于，切换转换器402是共享一电感L，电感L耦接于第二电源与切换节点LX之间，于第一程序中，多个开关Q1～Q10控制第一电容(电容C1)与第三电容(电容C3)，通过切换节点LX与电感L串联后，才串联于第一电源与第二电源之间，且控制第二电容(电容C2)通过切换节点LX与电感L串联后，才与第二电源并联。另一方面，于第二程序中，多个开关Q1～Q10控制第二电容(电容C2)与第一电容(电容C1)，通过切换节点LX与电感L串联于第二电源与接地电位之间，且控制第三电容(电容C3)通过切换节点LX与电感器L串联后，才与第二电源并联。本实施例中，第一电容(电容C1)、第二电容(电容C2)与第三电容(电容C3)都与电感L通过谐振而进行第一电源与第二电源之间的转换。上述多个开关Q1～Q10的控制细节可参照图2的实施例。本实施例的控制器401可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。

值得注意的是，本实施例的电容于充放电的过程，与电感以谐振方式进行，因此，可有效降低电容于充放电时的涌浪电流，且可通过谐振的特性，而实现零电流开关或是零电压开关，后述以谐振方式操作的实施例亦同，细节容后详述。

图8是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。图8所示的切换转换器302a可对应于图6的切换转换器302，具体而言，本实施例中，于2倍转换模式下，切换转换器302a的开关Q1恒导通(以短路显示)，开关Q2、Q3、Q8～Q10恒不导通，开关Q4～Q7用以切换第二电容(电容C2)，以于第一程序中使第二电容(电容C2)与电感L2串联于第一电源与第二电源之间，且于第二程序中使第二电容(电容C2)与电感L2串联后，并联于第二电源，使得第一电源的第一电压V1与第二电源的第二电压V2的比值为2，其中第二电容(电容C2)与电感L2以谐振方式操作而实现第一电源与第二电源之间的电源转换。本实施例中，由于开关Q2、Q3、Q8～Q10恒不导通，因此谐振槽3021a(第三电容(电容C3)、电感L1)与第一电容(电容C1)各自的至少一端也恒为浮接。本实施例的控制器301a可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。

图9是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。图9所示的切换转换器402a可对应于图7的切换转换器402，具体而言，本实施例中，于2倍转换模式下，切换转换器402a的开关Q1恒导通(以短路显示)，开关Q2、Q3、Q8～Q10恒不导通，开关Q4～Q7用以切换第二电容(电容C2)，以于第一程序中，控制第二电容(电容C2)通过切换节点LX与电感L串联后才串联于第一电源与第二电源之间，且于第二程序中，控制第二电容(电容C2)通过切换节点LX与电感L串联后，并联于第二电源，换言之，开关Q4～Q7于第二程序中，控制第二电容(电容C2)通过切换节点LX与电感L串联于第二电源与接地电位之间，使得第一电源的第一电压V1与第二电源的第二电压V2的比值为2，其中第二电容(电容C2)与电感L以谐振方式操作而实现第一电源与第二电源之间的电源转换。本实施例中，由于开关Q2、Q3、Q8～Q10恒不导通，因此第一电容(电容C1)与第三电容(电容C3)各自的至少一端也恒为浮接。本实施例的控制器401a可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。

图10是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。图10所示的切换转换器202a可对应于图2的切换转换器202，具体而言，本实施例中，于2倍转换模式下，切换转换器202a的开关Q4、Q9恒导通(以短路显示)，开关Q3、Q5、Q6、Q10恒不导通，开关Q1、Q2、Q7、Q8用以切换第一电容(电容C1)，以于第一程序中，控制第一电容(电容C1)通过第一切换节点LX1与电感L1串联后才串联于第一电源与第二电源之间，且于第二程序中，控制第一电容(电容C1)通过第二切换节点LX2与电感L2串联后，并联于第二电源，换言之，开关Q4～Q7于第二程序中，控制第一电容(电容C1)通过第二切换节点LX2与电感L2串联于第二电源与接地电位之间，使得第一电源的第一电压V1与第二电源的第二电压V2的比值为2，其中第一电容(电容C1)与电感L1及L2以谐振方式操作而实现第一电源与第二电源之间的电源转换。本实施例中，由于开关Q3、Q5、Q6、Q10恒不导通，因此第三电容(电容C3)与第二电容(电容C2)各自的至少一端也恒为浮接。本实施例的控制器201a可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。

图11是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。图11所示的切换转换器402b可对应于图7的切换转换器402，具体而言，本实施例中，于3倍转换模式下，切换转换器402b的开关Q4恒导通(以短路显示)，开关Q5、Q6恒不导通，开关Q1～Q3、Q7～Q10用以切换第一电容(电容C1)与第三电容(电容C3)，以于第一程序中控制第一电容(电容C1)、第三电容(电容C3)与电感L串联于第一电源与第二电源之间，且于第二程序中控制第一电容(电容C1)与第三电容(电容C3)并联后与电感L串联，再与第二电源并联，使得第一电源的第一电压V1与第二电源的第二电压V2的比值为3，其中第一电容(电容C1)与第三电容(电容C3)与电感L以谐振方式操作而实现第一电源与第二电源之间的电源转换。本实施例中，由于开关Q5、Q6恒不导通，因此第二电容(电容C2)的一端也恒为浮接。本实施例的控制器401b可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。

图12是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。图12所示的切换转换器202b可对应于图2的切换转换器202，且其多个开关的操作与切换转换器402b相似，其差别在于，于第一程序中，切换转换器202b的第一电容(电容C1)、第三电容(电容C3)与电感L1串联于第一电源与第二电源之间，而于第二程序中，第三电容(电容C3)与第一电容(电容C1)分别与电感L1、电感L2串联后，再与第二电源并联，使得第一电压V1与第二电压V2的比值为3。其开关的操作细节可参照图11的实施例。本实施例的控制器201b可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。

需说明的是，上述图8～图12，分别对应于前述图6、图7、图2的开关与元件配置，通过部分开关恒导通、另一部分开关恒不导通，其他开关则根据所需的模式而切换，即可使得第一电压V1与第二电压V2的比值设定为数种不同的倍数关系。此外，图8～图12是显示前述图6、图7、图2的实施例的等效电路图，其中恒不导通的开关与恒为浮接的电容则于图中省略，以简化图面。

图13是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。图13示的切换转换器502相似于图2所示的切换转换器202，本实施例中，切换转换器502的电感L1与L2彼此具有互感，因此，切换转换器502的电感L1电流IL1与电感L2电流IL2彼此之间可具有较佳的电流平衡，同时，也可使得电容C3、C2彼此之间具有较佳的电压平衡。本实施例的控制器501可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。

在一实施例中，电感L1与L2例如可配置为互感电感器(coupled inductors)，或是配置为一变压器(如变压器5021)。

图14是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。在一实施例中，谐振切换式电源转换电路60包括第一切换转换器602与第二切换转换器603，第一切换转换器602与第二切换转换器603彼此并联耦接于该第一电源与该第二电源之间，本实施例中，第一切换转换器602与第二切换转换器603例如对应于前述图6的切换转换器302，本实施例中，通过并联操作的多个切换转换器，可以提高输出功率，或降低涟波电流与涟波电流。需说明的是，上述切换转换器的“并联”是指，切换转换器的输入端彼此例如电连接于第一电源，切换转换器的输出端例如彼此电连接于第二电源。

在一实施例中，第一切换转换器602与第二切换转换器603以彼此相反的相位切换每一切换转换器中对应的该多个开关，以交错方式进行电源转换，具体而言，如图14所示，第一切换转换器602的开关Q1～Q10的控制信号GA与GB与图6的切换转换器302同相，而第二切换转换器603的开关Q11～Q20的控制信号GA与GB与图6的切换转换器302反相(因而也与第一切换转换器602反相)。

第一切换转换器602与第二切换转换器603包含了电感L1、L2、L11、L12，而分别与电容C3、C2、C13、C12串联而形成谐振槽6021、6022、6031与6032。本实施例是以交错方式操作第一切换转换器602与第二切换转换器603而进行电源转换，而第一切换转换器602与第二切换转换器603则各自相似于前述图6中的切换转换器302，而以谐振方式进行电源转换。本实施例的控制器601可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。如图14所示，本实施例的控制器601耦接至第一电源、第二电源、第一开关(例如开关Q1及开关Q11)、第一开关与第七开关之间的节点(例如开关Q1与开关Q7之间的节点以及开关Q11与开关Q17之间的节点)。

图15是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。图15的谐振切换式电源转换电路70与图14的谐振切换式电源转换电路60相似，谐振切换式电源转换电路70包括第一切换转换器702与第二切换转换器703，其差别在于，第一切换转换器702共享电感L1，而第二切换转换器703共享电感L11，而以相似于图7实施例的方式，于电容C3、C2并联后与电感L1串联，以相似于图7实施例的方式，于电容C13、C12并联后与电感L11串联。如同图14的谐振切换式电源转换电路60，本实施例也是以交错方式操作第一切换转换器702与第二切换转换器703而进行电源转换，而第一切换转换器702与第二切换转换器703则各自相似于前述图7中的切换转换器402，而以谐振方式进行电源转换。本实施例的控制器701可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。如图15所示，本实施例的控制器701耦接至第一电源、第二电源、第一开关(例如开关Q1及开关Q11)、第一开关与第七开关之间的节点(例如开关Q1与开关Q7之间的节点以及开关Q11与开关Q17之间的节点)。

图16是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。图16的谐振切换式电源转换电路80与图14的谐振切换式电源转换电路60相似，谐振切换式电源转换电路80包括第一切换转换器802与第二切换转换器803，其差别在于，第一切换转换器802与第二切换转换器803的电感L1、L2、L11、L12并非分别直接与电容C3、C2、C13、C12串联，而是分别透过第一切换节点LX1、第二切换节点LX2、第一切换节点LX11、第二切换节点LX12与电容C3、C2、C13、C12串联。如同图14的谐振切换式电源转换电路60，本实施例也是以交错方式操作第一切换转换器802与第二切换转换器803而进行电源转换，而第一切换转换器802与第二切换转换器803则各自相似于前述图2中的切换转换器202，而以谐振方式进行电源转换。本实施例的控制器801可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。如图16所示，本实施例的控制器801耦接至第一电源、第二电源、第一开关(例如开关Q1及开关Q11)、第一开关与第七开关之间的节点(例如开关Q1与开关Q7之间的节点以及开关Q11与开关Q17之间的节点)。

图17是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。图17的谐振切换式电源转换电路90与图16的谐振切换式电源转换电路80相似，谐振切换式电源转换电路90中的电感L1、L2、L11、L12，彼此之间具有互感，因此，谐振切换式电源转换电路90的电感L1电流IL1、电感L2电流IL2、电感L11电流IL11、电感L12电流IL12彼此之间可具有较佳的电流平衡，同时，也可使得电容C3、C2、C13、C12彼此之间具有较佳的电压平衡。在一实施例中，谐振切换式电源转换电路90可依需求，而配置电感L1、L2、L11、L12彼此之间都具有互感，或仅部分的电感之间具有互感。在一实施例中，电感L1、L2、L11、L12可配置为至少一变压器。本实施例的控制器901可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。如图17所示，本实施例的控制器901耦接至第一电源、第二电源、第一开关(例如开关Q1及开关Q11)、第一开关与第七开关之间的节点(例如开关Q1与开关Q7之间的节点以及开关Q11与开关Q17之间的节点)。

图18A是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。图18A所示的谐振切换式电源转换电路100包括了第一切换转换器1002与第二切换转换器1003，以及一上层电容(电容C21)以及多个上层开关(例如开关Q21，Q28)，其中第一切换转换器1002与第二切换转换器1003例如都可对应于图6的切换转换器302。就一观点而言，图18A所示的谐振切换式电源转换电路100，是指基于例如图6的切换转换器302，而配置为具有更多层的谐振切换式电源转换电路，具体而言，上层电容(电容C21)、多个上层开关(开关Q21，Q28)、第一切换转换器1002与第二切换转换器1003以一基本拓朴彼此耦接，请同时参阅图18B，所述的“基本拓朴”，在一实施例中，是指上层电容(电容C21)、多个上层开关(例如开关Q21，Q28)、第一切换转换器1002与第二切换转换器1003的基本耦接关系，容后详述。本实施例的控制器1001可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。如图18A所示，于一实施例中，于预充模式时控制器1001所不导通者为上层开关(例如开关Q21)，换言之，本实施例的控制器1001耦接至第一电源、第二电源、上层开关(例如开关Q21)、上层开关(例如开关Q21)与第二切换转换器1003的第一开关(例如开关Q1)之间的节点。

在一实施例中，根据前述的基本拓朴，第一切换转换器1002(对应于第一切换转换器1002b，图18B)的输入端与上层电容(电容C21)的一端彼此电连接，且第二切换转换器1003(对应于第二切换转换器1003b，图18B)的输入端与上层电容(电容C21)的另一端彼此电连接，此外，第一切换转换器1002的输出端、第二切换转换器1003的输出端与第二电源彼此电连接。

于第一程序中(例如对应于控制信号GA禁止，而控制信号GB使能时)，多个上层开关(如开关Q21，Q28)与第一切换转换器1002的多个开关(如开关Q11～Q20)控制上层电容(电容C21)与第一切换转换器1002串联且于第一电源与第二电源之间建立至少一电流路径，且多个上层开关(如开关Q21，Q28)与第二切换转换器1003的多个开关(如Q1～Q10)控制上层电容(电容C21)与第二切换转换器1003之间为断路，且控制第二切换转换器1003于第二电源至接地电位之间建立至少一电流路径。

另一方面，于第二程序中(例如对应于控制信号GA使能，控制信号GB禁止时)，多个上层开关(开关Q21，Q28)与第二切换转换器1003的多个开关(Q1～Q10)控制第二切换转换器1003与上层电容(电容C21)串联于第二电源与接地电位之间，且于第二电源与接地电位之间建立至少一电流路径，且多个上层开关(开关Q21，Q28)与第一切换转换器1002的多个开关(Q11～Q20)控制上层电容(电容C21)与第一切换转换器1002之间为断路，且控制第一切换转换器1002于第二电源至接地电位之间建立至少一电流路径。

前述的电流路径例如为控制信号GA使能时，或控制信号GB使能时，分别所对应导通的开关所建立而得的电流路径。

第一切换转换器1002与第二切换转换器1003还配置了如图6实施例中的谐振槽，亦即，谐振槽10021、10022、10031、10032，进而通过谐振槽10021、10022、10031、10032以谐振方式进行第一电源与第二电源之间的转换。

本实施例中，如图18A所示的第一电压V1与第二电压V2的比值为8。详言之，在稳态时，电容C21的跨压为4*V2，电容C1与C11(都对应于如前述实施例中的第一电容)的跨压都为2*V2，而电容C3、C13(都对应于如前述实施例中的第三电容)、电容C2、C12(都对应于如前述实施例中的第二电容)的跨压都为V2。

继续参阅图18B，根据本发明，可通过图18B的基本拓朴，递归地扩充管线式谐振切换式电源转换电路的层数，由此实现第一电压与第二电压之间更高的转换倍率。如图18B所示，任一具有符合图18B的基本拓朴的管线式谐振切换式电源转换电路可用以取代第一切换转换器1002与第二切换转换器1003(例如图中的第一切换转换器1002b及第二切换转换器1003b可对应为N层管线式谐振切换式电源转换电路，其中N为大于等于2的整数)，由此获得更高层数的管线式谐振切换式电源转换电路，亦即管线式谐振切换式电源转换电路100b将成为N+1层管线式谐振切换式电源转换电路。

具体举例而言，如将图18A的管线式谐振切换式电源转换电路100，代入图18B的第一切换转换器1002b与第二切换转换器1003b，则图18B的管线式谐振切换式电源转换电路100b将配置成为16:1的管线式谐振切换式电源转换电路，相同的代入配置可持续重复地提高层数，进而不断提高电源的转换倍数。

在此实施例中(16:1的谐振切换式电源转换电路)，如图18A的第一切换转换器1002与第二切换转换器1003可视为最底层(1层)的管线式谐振切换式电源转换电路，其结构对应于如图6的切换转换器302，而图18A的管线式谐振切换式电源转换电路100可视为2层的管线式谐振切换式电源转换电路，再者，以图18A的2层管线式谐振切换式电源转换电路100代入图18B的第一切换转换器1002b与第二切换转换器1003b，则图18B所示的管线式谐振切换式电源转换电路100b，可视为3层的管线式谐振切换式电源转换电路。

图19是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。图19所示的谐振切换式电源转换电路110相似于图18A所示的谐振切换式电源转换电路100，其差别在于，第一切换转换器1102共享电感L11，而第二切换转换器1103共享电感L1，而以相似于图7实施例的方式，于电容C3、C2并联后与电感L1串联，以相似于图7实施例的方式，于电容C13、C12并联后与电感L11串联。如同图18A的谐振切换式电源转换电路100，本实施例也是以交错方式操作第一切换转换器1102与第二切换转换器1103而进行电源转换，而第一切换转换器1102与第二切换转换器1103则各自相似于前述图7中的切换转换器402，而以谐振方式进行电源转换。本实施例的控制器1101可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。如图19所示，于一实施例中，于预充模式时控制器1101所不导通者为上层开关(例如开关Q21)，换言之，本实施例的控制器1101耦接至第一电源、第二电源、上层开关(例如开关Q21)、上层开关(例如开关Q21)与第二切换转换器1103的第一开关(例如开关Q1)之间的节点。

图20是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。图20所示的谐振切换式电源转换电路120相似于图18A所示的谐振切换式电源转换电路100，其差异在于第一切换转换器1202与第二切换转换器1203的电感L1、L2、L11、L12并非分别直接与电容C3、C2、C13、C12串联，而是分别透过第一切换节点LX1、第二切换节点LX2、第一切换节点LX11、第二切换节点LX12与电容C3、C2、C13、C12串联，换言之，谐振切换式电源转换电路120以相似于谐振切换式电源转换电路100的方式进行切换操作，进而通过电感L1、L2、L11、L12与对应的电容，以如图2实施例的谐振方式进行第一电源与第二电源之间的转换，本实施例中，第一电压V1与第二电压V2的比值也为8。本实施例的控制器1201可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。如图20所示，于一实施例中，于预充模式时控制器1201所不导通者为上层开关(例如开关Q21)，换言之，本实施例的控制器1201耦接至第一电源、第二电源、上层开关(例如开关Q21)、上层开关(例如开关Q21)与第二切换转换器1203的第一开关(例如开关Q1)之间的节点。

图21是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。图21的谐振切换式电源转换电路130与图20的谐振切换式电源转换电路120相似，谐振切换式电源转换电路130中的电感L1、L2、L11、L12，彼此之间具有互感，因此，谐振切换式电源转换电路130的电感L1电流IL1、电感L2电流IL2、电感L11电流IL11、电感L12电流IL12彼此之间可具有较佳的电流平衡，同时，也可使得电容C3、C2、C13、C12彼此之间具有较佳的电压平衡。在一实施例中，谐振切换式电源转换电路130可依需求，而配置电感L1、L2、L11、L12彼此之间都具有互感，或仅部分的电感器之间具有互感。在一实施例中，电感L1、L2、L11、L12可配置为至少一变压器。本实施例的控制器1301可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。如图21所示，于一实施例中，于预充模式时控制器1301所不导通者为上层开关(例如开关Q21)，换言之，本实施例的控制器1301耦接至第一电源、第二电源、上层开关(例如开关Q21)、上层开关(例如开关Q21)与第二切换转换器1303的第一开关(例如开关Q1)之间的节点。

图22是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。如图22所示，谐振切换式电源转换电路140包含谐振电容C1、C3、至少一非谐振电容C2、开关Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、谐振电感L1、L2以及控制器1401。本实施例的控制器1401可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。如图22所示，于一实施例中，于预充模式时控制器1401所不导通者为第一开关(例如开关Q1)，换言之，本实施例的控制器1401耦接至第一电源、第二电源、第一开关(例如开关Q1)、第一开关(例如开关Q1)与第一谐振电容(例如谐振电容C1)之间的节点。

于一实施例中，于预充模式时，控制器1401的控制电路产生预充操作信号，以进行以下的至少一者：(1)导通开关Q6，并控制预充电路将第一谐振电容(例如谐振电容C1)的压降充电至第一预设电压；(2)导通开关Q2及开关Q8，并控制预充电路将非谐振电容C2的压降充电至第二预设电压；或(3)导通开关Q2、开关Q3及开关Q10，并控制预充电路将第二谐振电容(例如谐振电容C3)的压降充电至第三预设电压。于一实施例中，第一预设电压为第二电源的第二电压V2的目标电压的三倍，第二预设电压为第二电压V2的目标电压的两倍，第三预设电压为第二电压V2的目标电压。

如图22所示，控制器1401用以产生用于谐振电压转换模式的第一操作信号GA、第二操作信号GB，以分别对应一第一谐振程序与一第二谐振程序，而操作对应的多个开关Q1-Q10，以切换所对应的谐振电容C1、C3及非谐振电容C2的电连接关系。谐振切换式电源转换电路140包含至少一谐振槽，例如谐振槽1402及1403，谐振槽1402具有彼此串联的谐振电容C1与谐振电感L1，而谐振槽1403具有彼此串联的谐振电容C3与谐振电感L2。开关Q1-Q10与至少一谐振槽1402、1403对应耦接，于谐振电压转换模式中，分别根据对应的第一操作信号GA与第二操作信号GB，以切换所对应的谐振槽1402、1403的电连接关系而对应第一谐振程序与第二谐振程序。于第一谐振程序中，对所对应的谐振槽1402、1403进行谐振充电，于第二谐振程序中对所对应的谐振槽1402、1403进行谐振放电。至少一非谐振电容C2与至少一谐振槽1402、1403耦接，于谐振电压转换模式中，第一操作信号GA与第二操作信号GB切换非谐振电容C2与至少一谐振槽1402、1403的电连接关系。非谐振电容C2的跨压维持与第一电源的第一电压V1成一固定比例，例如在本实施例中为二分之一第一电压V1。谐振切换式电源转换电路140于预充模式结束后，操作于启动模式，并于启动模式结束后，操作于谐振电压转换模式，第一谐振程序与第二谐振程序彼此重复地交错排序，以将第一电源转换为第二电源或将第二电源转换为第一电源。于谐振电压转换模式中，第一操作信号GA与第二操作信号GB分别各自切换至导通位准一段导通期间，且多个段导通期间彼此不重叠，以使第一谐振程序与第二谐振程序彼此不重叠。

于第一谐振程序中，根据第一操作信号GA，开关Q1、Q3、Q5、Q8、Q9导通，开关Q2、Q4、Q6、Q7、Q10不导通，使得谐振槽1402的谐振电容C1与谐振电感L1串联于第一电源与第二电源之间，且使得非谐振电容C2与谐振槽1403的谐振电容C3及谐振电感L2串联于接地电位与第二电源之间，而对谐振电容C1及C3进行充电，并对非谐振电容C2进行放电。于第二谐振程序中，根据第二操作信号GB，开关Q2、Q4、Q6、Q7、Q10导通，开关Q1、Q3、Q5、Q8、Q9不导通，使得非谐振电容C2与谐振槽1402的谐振电容C1及谐振电感L1串联于接地电位与第二电源之间，且使谐振槽1403的谐振电容C3与谐振电感L2串联于接地电位与第二电源之间，而对谐振电容C1、C3进行放电，并对非谐振电容C2进行充电。

有关具有如图22所示的谐振槽1402与1403的谐振切换式电源转换电路140的操作方式，此为本领域中具有通常知识者所熟知，在此不予赘述。于一实施例中，本发明的谐振切换式电源转换电路140从第一电源之后的整个电路可进行热***(hot swap)。

图23是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。如图23所示，本发明的谐振切换式电源转换电路150包含电容C1～C3、开关Q1～Q10、电感L1～L3。开关Q1-Q3分别与对应的电容C1-C3串联，而电容C1-C3分别与对应的电感L1-L3串联。应注意者为，本发明的电源转换电路中的电容数量并不限于本实施例的三个，也可为二个或四个以上，且电感数量也不限于本实施例的三个，也可为二个或四个以上。

开关Q1-Q10可根据对应的操作信号，切换所对应的电容C1-C3与电感L1-L3的电连接关系。在第一程序中，开关Q1-Q4为导通，开关Q5-Q10为不导通，使得电容C1-C3与电感L1-L3彼此串联于第一电源与第二电源之间，以形成第一电流路径，以进行充电程序。在第二程序中，电感L1-L3可作为放电电感，开关Q5-Q10导通，开关Q1-Q4不导通，使电容C1与对应的电感L1串联于第二电源与接地电位间，电容C2与对应的电感L2串联于第二电源与接地电位间，电容C3与对应的电感L3串联于第二电源与接地电位间，而形成多个第二电流路径，以进行放电程序。应注意者为，上述第一程序与上述第二程序于不同的时间段交错进行，而非同时进行，以将第一电源转换为第二电源或将第二电源转换为第一电源。其中，第一程序与第二程序彼此重复地交错排序，以将第一电源转换为第二电源或将第二电源转换为第一电源。于本实施例中，每个电容C1、C2、C3的直流偏压均为第二电源的第二电压V2，故本实施例中的电容C1、C2、C3需要耐较低的额定电压，故可使用较小体积的电容器。

于一实施例中，上述第一程序具有一第一谐振频率，上述第二程序具有一第二谐振频率。于一较佳实施例中，上述第一谐振频率与上述第二谐振频率相同。

于一实施例中，上述谐振切换式电源转换电路150的第一电源与第二电源的电压转换比率可为4:1、3:1或2:1。应注意者为，本实施例为4:1的电源转换电路，然而通过控制开关Q1-Q10的不导通或导通可将本实施例的电源转换电路改为3:1的电源转换电路，例如将开关Q7恒导通，并将开关Q4及Q10恒不导通，则可改为3:1的电源转换电路，改为2:1的电源转换电路的方式亦同。本实施例的控制器1501可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。如图23所示，于一实施例中，于预充模式时控制器1501所不导通者为第一开关(例如开关Q1)，换言之，本实施例的控制器1501耦接至第一电源、第二电源、第一开关(例如开关Q1)、第一开关(例如开关Q1)与第五开关(例如开关Q5)之间的节点。

图24是根据本发明的又一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。本实施例与前一实施例不同在于本实施例多个电容共享一充电电感或一放电电感，由此无论电容数量为多少，都只需要一个充电电感及一个放电电感，可进一步减少电感的数量。如图24所示，本发明的谐振切换式电源转换电路160包含电容C1～C3、开关Q1～Q10、电感L1～L2。开关Q1-Q3分别与对应的电容C1-C3串联，而开关Q4与电感L1串联。应注意者为，本发明的谐振切换式电源转换电路中的电容数量并不限于本实施例的三个，也可为二个或四个以上。

开关Q1-Q10可根据对应的操作信号，切换所对应的电容C1-C3与电感L1及电感L2的电连接关系。在第一程序中，根据第一操作信号GA，开关Q1-Q4为导通，开关Q5-Q10为不导通，使得电容C1-C3彼此串联后与电感L1串联于第一电源与第二电源之间，以形成一第一电流路径，以进行充电程序。在第二程序中，根据第二操作信号GB，开关Q5-Q10导通，开关Q1-Q4不导通，使电容C1～C3彼此并联后串联电感L2于第二电源与接地电位之间，而形成多个第二电流路径，以进行放电程序。应注意者为，上述第一程序与上述第二程序于不同的时间段交错进行，而非同时进行，以将第一电源转换为第二电源或将第二电源转换为第一电源。于本实施例中，每个电容C1、C2、C3的直流偏压均为第二电源的第二电压V2，故本实施例中的电容C1、C2、C3需要耐较低的额定电压，故可使用较小体积的电容器。

于一实施例中，上述第一程序具有一第一谐振频率，上述第二程序具有一第二谐振频率。于一较佳实施例中，上述第一谐振频率与上述第二谐振频率相同。于另一实施例中，上述第一谐振频率与上述第二谐振频率不同。于一实施例中，电感L1的电感值相等于电感L2的电感值。于另一实施例中，电感L1的电感值不同于电感L2的电感值。本实施例的控制器1601可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。如图24所示，于一实施例中，于预充模式时控制器1601所不导通者为第一开关(例如开关Q1)，换言之，本实施例的控制器1601耦接至第一电源、第二电源、第一开关(例如开关Q1)、第一开关(例如开关Q1)与第五开关(例如开关Q5)之间的节点。

图25是根据本发明的再一实施例显示一谐振切换式电源转换电路的电路示意图。本实施例中，充电电感与放电电感可为同一个电感L1，如此的设置可更进一步地减少电感的数量。如图25所示，本发明的谐振切换式电源转换电路170包含电容C1～C3、开关Q1～Q10、电感L1。开关Q1-Q3分别与对应的电容C1-C3串联，而开关Q4与电感L1串联。应注意者为，本发明的谐振切换式电源转换电路中的电容数量并不限于本实施例的三个，也可为二个或四个以上。

须说明的是，在本实施例中，充电电感与放电电感为单一个相同的电感L1，在第二程序中，通过开关Q1-Q10的切换，使电容C1-C3彼此并联后串联单一个相同电感L1。所谓充电电感与放电电感为单一个相同的电感L1，是指在第一程序(也可称为充电程序)与第二程序(也可称为放电程序)中，电感L1电流IL1与电感L2电流IL2分别仅流经单一个电感L1，而未再流经其他电感元件。

开关Q1-Q10可根据对应的操作信号，切换所对应的电容C1-C3与电感L1的电连接关系。在第一程序中，根据第一操作信号GA，开关Q1-Q4为导通，开关Q5-Q10为不导通，使得电容C1-C3彼此串联后与电感L1串联于第一电源与第二电源之间，以形成一第一电流路径，以进行充电程序。在第二程序中，根据第二操作信号GB，开关Q5-Q10导通，开关Q1-Q4不导通，使电容C1～C3彼此并联后串联电感L1于第二电源与接地电位之间，而形成多个第二电流路径，以进行放电程序。应注意者为，上述第一程序与上述第二程序于不同的时间段重复地交错进行，而非同时进行，以将第一电源转换为第二电源或将第二电源转换为第一电源。于本实施例中，每个电容C1～C3的直流偏压均为第二电源的第二电压V2，故本实施例中的电容C1～C3需要耐较低的额定电压，故可使用较小体积的电容器。

于一实施例中，上述谐振切换式电源转换电路170的第一电源与第二电源的电压转换比率可为4:1、3:1或2:1。

于一实施例中，谐振切换式电源转换电路170的电压转换比率可弹性地加以调整，例如于第一程序与第二程序中，通过选择将开关Q7恒导通，并选择将开关Q10及Q4恒不导通，则可将谐振切换式电源转换电路170的电压转换比率调整为3:1。同样地，例如可选择将开关Q6恒导通，并选择将开关Q9、Q3、Q7、Q10及Q4恒不导通，则可将谐振切换式电源转换电路170的电压转换比率调整为2:1。本实施例的控制器1701可采用图3及图4的控制器架构加以实施，请参照关于图3及图4的详细叙述。如图25所示，于一实施例中，于预充模式时控制器1701所不导通者为第一开关(例如开关Q1)，换言之，本实施例的控制器1701耦接至第一电源、第二电源、第一开关(例如开关Q1)、第一开关(例如开关Q1)与第五开关(例如开关Q5)之间的节点。

本发明如上所述提供了一种谐振切换式电源转换电路，其通过特殊的电路设计可利用现有的开关达到预充电操作模式及热***功能、可利用现有的功率级元件来实现启动操作、无需额外的前端直流转直流转换器以进行启动控制、可使用较少的元件及节省空间、没有前端直流转直流转换器的功率损耗故可提高功率转换效率、可降低涌浪电流、可支持柔性启动(soft-start)且可支持平行操作以用于多相式谐振切换式电容转换器(RSCC)。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述者，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的最广的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用，举例而言，两个或以上的实施例可以组合运用，而一实施例中的部分组成也可用以取代另一实施例中对应的组成部件。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，举例而言，本发明所称“根据某信号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的信号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。

Claims (43)

1.一种谐振切换式电源转换电路，用以将一第一电源转换为一第二电源或将该第二电源转换为该第一电源，该谐振切换式电源转换电路包含：

至少一切换转换器；

一控制电路，用以控制该切换转换器；以及

一预充电路，耦接于该控制电路与该至少一切换转换器之间；

其中，该切换转换器包括：

多个电容；

多个开关，与该多个电容对应耦接且受控于该控制电路，用以切换所对应的该电容的电连接关系；

至少一第一电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；以及

至少一第二电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；

其中，该控制电路耦接至该第一电源、该第二电源及该多个开关，该控制电路用以于该切换转换器操作于一预充模式时，控制该多个开关中的一第一开关，以控制该第一电源与该多个电容的一第一电容的电连接关系，并控制其他该多个开关，以于该多个电容中的至少一者的压降低于一预设电压时，控制该预充电路将该多个电容中的该至少一者的压降充电至该预设电压；

其中，该第一开关电连接于该第一电源与该第一电容之间；

其中，于一启动模式中，一第一操作信号与至少一第二操作信号，分别用以对应操作该多个开关，以切换该多个开关所对应的该电容的电连接关系，而使该谐振切换式电源转换电路于该预充模式结束后，操作于该启动模式；

其中，于该启动模式中，该第一操作信号与该至少一第二操作信号，分别各自切换至一导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，其中该多个段导通期间的时间长度逐渐增加；

其中，于一谐振电压转换模式中，该第一操作信号与该至少一第二操作信号，分别用以对应操作该多个开关，以切换该多个开关所对应的该电容的电连接关系，而使该谐振切换式电源转换电路于该启动模式结束后，操作于该谐振电压转换模式，以将该第一电源转换为该第二电源或将该第二电源转换为该第一电源；

其中，于该谐振电压转换模式中，该第一操作信号与该至少一第二操作信号，分别各自切换至该导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，以使该谐振电压转换模式的一第一程序与至少一第二程序彼此不重叠；

其中，在该第一程序中，通过该第一操作信号控制该多个开关的切换，使该多个电容与该至少一第一电感串联于该第一电源与该第二电源之间，以形成一第一电流路径；

其中，在该至少一第二程序中，通过该至少一第二操作信号控制该多个开关的切换，使每一该电容与对应的该第二电感串联于该第二电源与一接地电位间，而同时形成或轮流形成多个第二电流路径；

其中，该第一程序与该至少一第二程序彼此重复地交错排序，以将该第一电源转换为该第二电源或将该第二电源转换为该第一电源。

2.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该预设电压为该第二电源的第二电压的一目标电压。

3.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该预设电压为该第二电源的第二电压的一目标电压的正整数倍。

4.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该预充电路包括：

一电流源，用以产生一预充电电流；以及

一预充开关电路，耦接于该电流源及除了该第一开关以外的其他该多个开关之间，其中，于该预充模式时，该控制电路控制该预充开关电路及除了该第一开关以外的其他该多个开关，以控制该电流源与该多个电容中的该至少一者的电连接关系，进而根据该预充电电流将该多个电容中的该至少一者的压降充电至该预设电压。

5.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该控制电路包括：

一占空比决定电路，用以比较一渐升节点的一渐升电压与一周期波形信号，而产生一占空比信号；

一占空比分配电路，用以根据该占空比信号而分别产生该第一操作信号与该至少一第二操作信号；以及

一渐升电压产生电路，与该占空比决定电路耦接，用以于该启动模式中，产生该渐升节点的该渐升电压；

其中，该渐升节点的该渐升电压于该启动模式中逐渐上升，以使得该第一操作信号与该至少一第二操作信号的占空比对应逐渐上升。

6.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换电路，其中，于该预充模式时，该控制电路控制该第一开关的导通程度，使一预充电电流从该第一电源经由该第一开关流至该多个电容中的该至少一者，以将该多个电容中的该至少一者的压降充电至该预设电压。

7.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换电路，其中，在该第一程序中，通过该第一操作信号控制该多个开关的切换，使该多个电容中的至少一电容与该第二电源并联，在该至少一第二程序中，通过该至少一第二操作信号控制该多个开关的切换，使该多个电容中的至少一电容与该第二电源并联，其中，于该第一程序中与该第二电源并联的该电容不同于该第二程序中与该第二电源并联的该电容。

8.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该多个电容包括彼此耦接的该第一电容、一第二电容、一第三电容；

其中，于该第一程序中，该多个开关控制该第一电容与该第三电容串联于该第一电源与该第二电源之间，且控制该第二电容与该第二电源并联；

其中，于该第二程序中，该多个开关控制该第二电容与该第一电容串联于该第二电源与该接地电位之间，且控制该第三电容与该第二电源并联。

9.如权利要求8所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该多个开关包括：

一第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关、一第五开关、一第六开关、一第七开关、一第八开关、一第九开关以及一第十开关；

其中，于该第一程序中，该第一开关、该第二开关与该第三开关导通以控制该第一电容与该第三电容串联于该第一电源与该第二电源之间，该第四开关与该第五开关导通以控制该第二电容与该第二电源并联，且该第六开关至第十开关为不导通；

其中，于该第二程序中，该第六开关、该第七开关与该第八开关导通以控制该第二电容与该第一电容串联于该第二电源与该接地电位之间，且该第九开关与该第十开关导通以控制该第三电容与该第二电源并联。

10.如权利要求9所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该多个电容还包括与该第一电容、该第二电容、该第三电容彼此耦接的一输出电容，该预设电压包括一第一预设电压及一第二预设电压，于该预充模式时，该控制电路进行以下的至少一者：

导通该第四开关、该第五开关、该第七开关、该第九开关及该第十开关，并控制该预充电路将该输出电容、该第三电容及该第二电容的压降充电至该第一预设电压；

导通该第二开关及该第十开关，并控制该预充电路将该第三电容的压降充电至该第一预设电压；

导通该第五开关、该第七开关及该第八开关，并控制该预充电路将该第二电容及该第一电容的压降充电至该第一预设电压；或

导通该第八开关，并控制该预充电路将该第一电容的压降充电至该第二预设电压。

11.如权利要求10所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该第一预设电压为该第二电源的第二电压的一目标电压，该第二预设电压为该第二电源的该第二电压的该目标电压的两倍。

12.如权利要求8所述的谐振切换式电源转换电路，其中，还包括以下之一：

(1)其中，该第三电容还与该第一电感直接串联，而形成一第一谐振槽，该第二电容还与该第二电感直接串联，而形成一第二谐振槽；

其中，于该第一程序中，该多个开关还控制该第一谐振槽与该第一电容串联于该第一电源与该第二电源之间，且还控制该第二谐振槽与该第二电源并联；

其中，于该第二程序中，该多个开关还控制该第二谐振槽与该第一电容串联于该第二电源与该接地电位之间，且还控制该第一谐振槽与该第二电源并联；

(2)该第一电感与该第二电感为单一个相同的电感，该电感耦接于该第二电源与一切换节点之间；

其中，于该第一程序中，该多个开关还控制该第一电容与该第三电容，通过该切换节点与该电感串联后，才串联于该第一电源与该第二电源之间，且还控制该第二电容通过该切换节点与该电感串联后，才与该第二电源并联；

其中，于该第二程序中，该多个开关还控制该第二电容与该第一电容，通过该切换节点与该电感串联后，才串联于该第二电源与该接地电位之间，且还控制该第三电容通过该切换节点与该电感串联后，才与该第二电源并联；或者

(3)其中，该第一电感耦接于该第二电源与一第一切换节点之间，该第二电感耦接于该第二电源与一第二切换节点之间；

其中，于该第一程序中，该多个开关还控制该第一电容与该第三电容，通过该第一切换节点与该第一电感串联后，才串联于该第一电源与该第二电源之间，且还控制该第二电容通过该第二切换节点与该第二电感串联后，才与该第二电源并联；

其中，于该第二程序中，该多个开关还控制该第二电容与该第一电容，通过该第二切换节点与该第二电感串联后，才串联于该第二电源与该接地电位之间，且还控制该第三电容通过该第一切换节点与该第一电感串联后，才与该第二电源并联。

13.如权利要求1或12所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该至少一切换转换器包括第一切换转换器与第二切换转换器，其中，该第一切换转换器与该第二切换转换器彼此并联耦接于该第一电源与该第二电源之间，其中，该第一切换转换器与该第二切换转换器以彼此相反的相位切换每一切换转换器中对应的该多个开关。

14.如权利要求12所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该谐振切换式电源转换电路具有特征(3)，且该第一电感与该第二电感都操作于连续导通模式。

15.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换电路，其中，还包括一上层电容以及多个上层开关，其中，该至少一切换转换器包括第一切换转换器与第二切换转换器；其中，该上层电容、该多个上层开关、该第一切换转换器与该第二切换转换器以一基本拓朴彼此耦接；

其中，于该第一程序中，该多个上层开关控制该第一切换转换器与该上层电容串联于该第一电源与该第二电源之间，且控制该第二切换转换器与该第二电源并联；

其中，于该第二程序中，该多个上层开关控制该第二切换转换器与该上层电容串联于该第二电源与该接地电位之间，且控制该第一切换转换器与该第二电源并联。

16.如权利要求15所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该第一电源的第一电压与该第二电源的第二电压的比值为8。

17.如权利要求15所述的谐振切换式电源转换电路，其中，还包括一又上层电容、多个又上层开关、又上层的一第一切换转换器以及又上层的一第二切换转换器，其中，该又上层电容、多个该又上层开关、该又上层的该第一切换转换器以及该又上层的该第二切换转换器，还对应于该基本拓朴，以递归展开方式而彼此耦接；其中，该又上层的该第一切换转换器与该又上层的该第二切换转换器，递归地对应于下一层的该谐振切换式电源转换电路。

18.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该至少一第一电感为多个充电电感，与该多个电容分别对应串联，其中，该至少一第二电感为多个放电电感，且在该第一程序中，通过该多个开关的切换，使该多个电容与该多个充电电感彼此串联于该第一电源与该第二电源之间，以形成该第一电流路径；其中，在该第二程序中，该多个充电电感用以作为该多个放电电感，并通过该多个开关的切换，使该多个放电电感与该多个电容分别对应串联于该第二电源与该接地电位之间，以形成该多个第二电流路径，其中，该多个第二电流路径彼此并联。

19.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该至少一第一电感及该至少一第二电感彼此具有互感。

20.如权利要求19所述的谐振切换式电源转换电路，其中，彼此具有互感的该至少一第一电感及该至少一第二电感配置为互感电感器，或是配置为一变压器。

21.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该至少一第一电感为单一个第一电感，该至少一第二电感为单一个第二电感。

22.如权利要求21所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该单一个第一电感的电感值相等于该单一个第二电感的电感值。

23.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该至少一第一电感与该至少一第二电感为单一个相同电感。

24.如权利要求1或21所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该第一程序具有一第一谐振频率，且该第二程序具有一第二谐振频率，且该第一谐振频率与该第二谐振频率相同。

25.如权利要求1、21、22或23所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该第一程序具有一第一谐振频率，且该第二程序具有一第二谐振频率，且该第一谐振频率与该第二谐振频率不同。

26.如权利要求1、21、22或23所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该切换转换器的该第一电源的第一电压与该第二电源的第二电压的电压转换比率为4:1、3:1或2:1。

27.如权利要求8所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该切换转换器的该第一电源的第一电压与该第二电源的第二电压的电压转换比率为4:1。

28.如权利要求27所述的谐振切换式电源转换电路，其中，于一稳态时，该第一电容的跨压与该第二电压的比值为2，该第三电容的跨压与该第二电压的比值为1，且该第二电容的跨压与该第二电压的比值为1。

29.如权利要求8所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该第一电感与该第二电感为单一个相同电感，于一2倍转换模式下，部分的该多个开关恒导通，另一部分的该多个开关恒不导通，又一部分的该多个开关用以切换该第二电容或该第一电容其中的一电容，以于该第一程序中使该电容与该电感串联于该第一电源与该第二电源之间，且于该第二程序中使该电容与该电感串联后，并联于该第二电源，使得该第一电源的第一电压与该第二电源的第二电压的比值为2，其中，该电感与该电容以谐振方式操作而实现该第一电源与该第二电源之间的电源转换。

30.如权利要求8所述的谐振切换式电源转换电路，其中，于一2倍转换模式下，部分的该多个开关恒导通，另一部分的该多个开关恒不导通，又一部分的该多个开关用以切换该第一电容，以于该第一程序中使该第一电容与该第一电感串联于该第一电源与该第二电源之间，且于该第二程序中使该第一电容与该第二电感串联后，并联于该第二电源，使得该第一电源的第一电压与该第二电源的第二电压的比值为2，其中，该第一电感及该第二电感与该第一电容以谐振方式操作而实现该第一电源与该第二电源之间的电源转换。

31.如权利要求8所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该第一电感与该第二电感为单一个相同电感，于一3倍转换模式下，部分的该多个开关恒导通，另一部分的该多个开关恒不导通，又一部分的该多个开关用以切换该第一电容与该第三电容，以于该第一程序中使该第一电容、该第三电容与该电感串联于该第一电源与该第二电源之间，且于该第二程序中使该第一电容与该第三电容并联后与该电感串联，再并联于该第二电源，使得该第一电源的第一电压与该第二电源的第二电压的比值为3，其中，该电感与该第一电容，及/或，该电感与该第三电容，以谐振方式操作而实现该第一电源与该第二电源之间的电源转换。

32.如权利要求8所述的谐振切换式电源转换电路，其中，于一3倍转换模式下，部分的该多个开关恒导通，另一部分的该多个开关恒不导通，又一部分的该多个开关用以切换该第一电容与该第三电容，以于该第一程序中使该第一电容、该第三电容与该第一电感串联于该第一电源与该第二电源之间，且于该第二程序中使该第一电容及该第三电容分别与该第二电感及该第一电感串联后，再并联于该第二电源，使得该第一电源的第一电压与该第二电源的第二电压的比值为3，其中，该第二电感与该第一电容，及/或，该第一电感与该第三电容，以谐振方式操作而实现该第一电源与该第二电源之间的电源转换。

33.如权利要求1所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该预设电压与该第一电源的第一电压具有固定的比例关系。

34.如权利要求8所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该第一电感与该第二电感为单一个相同电感，该第一电容的电容值远大于该第三电容与该第二电容的电容值，使得该第三电容与该电感的第一谐振频率，与该第二电容与该电感的第二谐振频率，都高于或等于该第一电容与该电感的第三谐振频率的10倍。

35.一种谐振切换式电源转换电路，用以将一第一电源转换为一第二电源或将该第二电源转换为该第一电源，该谐振切换式电源转换电路包含：

至少一谐振槽，该谐振槽具有彼此串联的一谐振电容与一谐振电感；

多个开关，与该至少一谐振槽对应耦接，于一谐振电压转换模式中，分别根据对应的一第一操作信号与一第二操作信号，以切换所对应的该谐振槽的电连接关系而对应一第一谐振程序与一第二谐振程序，其中，于该第一谐振程序中，对所对应的该谐振槽进行谐振充电，其中，于该第二谐振程序中，对所对应的该谐振槽进行谐振放电；

一控制电路，用以控制该多个开关；

一预充电路，耦接于该控制电路与该多个开关中除了一第一开关以外的其他该多个开关之间；以及

至少一非谐振电容，与该至少一谐振槽耦接，于该谐振电压转换模式中，该第一操作信号与该第二操作信号切换该非谐振电容与该至少一谐振槽的电连接关系，且该非谐振电容的跨压，维持与该第一电源成一固定比例；

其中，该控制电路耦接至该第一电源、该第二电源及该多个开关，该控制电路用以于该谐振切换式电源转换电路操作于一预充模式时，控制该多个开关中的该第一开关，以控制该第一电源与该至少一谐振槽的电连接关系，并控制其他该多个开关，以于该谐振电容及该至少一非谐振电容中的至少一者的压降低于一预设电压时，控制该预充电路将该谐振电容及该至少一非谐振电容中的该至少一者充电至该预设电压；

其中，该第一开关电连接于该第一电源与该谐振电容之间；

其中，于一启动模式中，该第一操作信号与该第二操作信号，分别用以对应操作该多个开关，以切换该非谐振电容与该至少一谐振槽的电连接关系，而使该谐振切换式电源转换电路于该预充模式结束后，操作于该启动模式；

其中，于该启动模式中，该第一操作信号与该第二操作信号，分别各自切换至一导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，其中，该多个段导通期间的时间长度逐渐增加；

其中，于该谐振电压转换模式中，该第一操作信号与该第二操作信号，分别各自切换至该导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，以使该第一谐振程序与该第二谐振程序彼此不重叠，而使该谐振切换式电源转换电路于该启动模式结束后，操作于该谐振电压转换模式，该第一谐振程序与该第二谐振程序彼此重复地交错排序，以将该第一电源转换为该第二电源或将该第二电源转换为该第一电源。

36.如权利要求35所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该预设电压为该第二电源的第二电压的一目标电压。

37.如权利要求35所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该预设电压为该第二电源的第二电压的一目标电压的正整数倍。

38.如权利要求35所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该预充电路包括：

一电流源，用以产生一预充电电流；以及

一预充开关电路，耦接于该电流源及除了该第一开关以外的其他该多个开关之间，其中，于该预充模式时，该控制电路控制该预充开关电路及除了该第一开关以外的其他该多个开关，以控制该电流源与该谐振电容及该至少一非谐振电容中的该至少一者的电连接关系，进而根据该预充电电流将该谐振电容及该至少一非谐振电容中的该至少一者的压降充电至该预设电压。

39.如权利要求35所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该控制电路包括：

一占空比决定电路，用以比较一渐升节点的一渐升电压与一周期波形信号，而产生一占空比信号；

一占空比分配电路，用以根据该占空比信号而分别产生该第一操作信号与该第二操作信号；以及

一渐升电压产生电路，与该占空比决定电路耦接，用以于该启动模式中，产生该渐升节点的该渐升电压；

其中，该渐升节点的该渐升电压于该启动模式中逐渐上升，以使得该第一操作信号与该至少一第二操作信号的占空比对应逐渐上升。

40.如权利要求35所述的谐振切换式电源转换电路，其中，于该预充模式时，该控制电路控制该第一开关的导通程度，使一预充电电流从该第一电源经由该第一开关流至该谐振电容及该至少一非谐振电容中的该至少一者，以将该谐振电容及该至少一非谐振电容中的该至少一者的压降充电至该预设电压。

41.如权利要求35所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该预设电压与该第一电源的第一电压具有固定的比例关系。

42.如权利要求35所述的谐振切换式电源转换电路，其中，至少一该谐振电容包括一第一谐振电容及一第二谐振电容，该预设电压包括一第一预设电压、一第二预设电压及一第三预设电压，该多个开关包括一第一开关、一第二开关、一第三开关、一第四开关、一第五开关、一第六开关、一第七开关、一第八开关、一第九开关以及一第十开关，于该预充模式时，该控制电路进行以下的至少一者：

导通该第六开关，并控制该预充电路将该第一谐振电容的压降充电至该第一预设电压；

导通该第二开关及该第八开关，并控制该预充电路将该非谐振电容的压降充电至该第二预设电压；或

导通该第二开关、该第三开关及该第十开关，并控制该预充电路将该第二谐振电容的压降充电至该第三预设电压。

43.如权利要求42所述的谐振切换式电源转换电路，其中，该第一预设电压为该第二电源的第二电压的一目标电压的三倍，该第二预设电压为该第二电压的该目标电压的两倍，该第三预设电压为该第二电压的该目标电压。

Images