CN116569458A - 功率转换器 - Google Patents

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Abstract

一种功率转换器，可以包括第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关、以及用于操作驱动开关以修改输入电压的驱动器。AC耦合电容器可以耦合在第一电源开关与第四电源开关之间。自举电容器可以用于驱动第一电源开关和第二电源开关，第一电源开关和第二电源开关可以是高压侧开关。在一些实施例中，电流感测电路可以用于测量通过第三电源开关和/或第四电源开关的电流，并且用于确定通过功率转换器的电流。在一些实施例中，功率转换器可以监测跨AC耦合电容器的电压，并且可以基于监测电压来确定通过功率转换器的电流。在一些实施例中，AC耦合电容器可以在功率转换器开始正常操作之前预充电。

Description

功率转换器
相关申请的交叉引用
本申请是于2020年7月29日提交的题为“POWER CONVERTER”的美国专利申请第16/942,602号的延续。上述申请中的每个的全部内容通过引用并入本文，并且针对其公开的全部内容构成本说明书的一部分。
技术领域
本公开涉及电子***和功率转换器，诸如直流到直流(DC-DC)降压转换器。
背景技术
虽然已知各种功率转换器，但仍需要改进的功率转换器。
发明内容
出于说明目的，以下总结某些示例实施例。实施例不限于本文中描述的具体实现。实施例可以包括若干新颖特征，其中没有一个新颖特征单独对其期望属性负责或者对实施例来说是必不可少的。
本文中公开的各种实施例可以涉及一种功率转换器，该功率转换器可以包括被配置为接收输入电压的输入、被配置为输出不同于输入电压的输出电压的输出、第一电感器和第二电感器。第一电源开关可以是高压侧开关，并且第二电源开关可以是高压侧开关。该功率转换器可以包括第三电源开关和第四电源开关。第二电源开关和第三电源开关可以被配置为控制通过第二电感器的电流。第一电源开关和第四电源开关可以被配置为控制通过第一电感器的电流。驱动器可以被配置为操作第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关以改变输入电压以提供输出电压。第一自举电容器可以耦合到第一电源开关。第一自举电容器可以在第一电源开关断开时的状态期间充电。第一自举电容器可以在第二电源开关接通时的状态期间放电以提供升高电压以维持第一电源开关接通。第二自举电容器可以耦合到第二电源开关。第二自举电容器可以在第二电源开关断开时的状态期间充电。第二自举电容器可以在第二电源开关接通时的状态期间放电以提供升高电压以维持第二电源开关接通。
该功率转换器可以包括一个或多个开关，该一个或多个开关具有将第一自举电容器耦合到地使得第一自举电容器充电的第一配置、以及将第一自举电容器耦合到第一电源开关使得第一自举电容器放电以维持第一电源开关接通的第二配置。该功率转换器可以包括电耦合在第一自举电容器与地之间的第一开关。该功率转换器可以包括电耦合在电压源与第一自举电容器之间的第二开关。该功率转换器可以包括电耦合在第一自举电容器与第一电源开关的源极之间的第三开关。在第一配置中，第一开关和第二开关可以接通，而第三开关断开，使得第一自举电容器耦合在电压源与地之间，使得第一自举电容器充电。在第二配置中，第一开关和第二开关可以断开，而第三开关接通，使得第一自举电容器放电以提供升高电压以保持第一电源开关接通。
该功率转换器可以包括电耦合在第一自举电容器与地之间的第一开关、以及电耦合到第一自举电容器的第二开关。在第一配置中，第一开关可以接通，而第二开关断开，使得第一自举电容器耦合在电压源与地之间使得第一自举电容器充电。在第二配置中，第一开关可以断开，而第二开关接通，使得第一自举电容器提供升高电压以保持第一电源开关接通。该功率转换器可以包括在电压源与第一自举电容器之间的二极管。二极管可以被配置为允许电流从电压源流向第一自举电容器并且阻止电流从第一自举电容器流向电压源。
第一自举电容器和第二自举电容器可以被耦合使得第二自举电容器在第二电源开关接通的状态期间对第一自举电容器充电。第二自举电容器可以具有大于第一自举电容器的电容。第一自举电容器可以始终电耦合到第一电源开关的源极。
第一自举电容器和第二自举电容器可以与第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关和驱动器集成到同一集成电路中。第一自举电容器可以与第一电源开关和驱动器集成到同一集成电路中。驱动器可以包括用于接收与第一电源开关断开时的状态相对应的第一驱动信号和与第一电源开关接通时的状态相对应的第二驱动信号的输入、耦合到第一电源开关的输出、高压电源和低压电源。第一自举电容器可以耦合在高压电源与低压电源之间。上拉开关可以耦合在高压电源与输出之间。下拉开关可以耦合在低压电源与输出之间。上拉驱动信号发生器可以被配置为响应于从第一驱动信号到第二驱动信号的转变而产生上拉信号脉冲以接通上拉开关，从而接通第一电源开关并且将第一电源开关的内部电容充电到由第一自举电容器提供的升高电压。上拉驱动信号发生器可以被配置为在第一驱动信号仍被施加的同时结束上拉信号脉冲并且断开上拉开关。第一电源开关的内部电容可以保持第一电源开关接通，直到从第二驱动信号到第一驱动信号的转变。下拉驱动信号发生器可以被配置为响应于从第二驱动信号到第一驱动信号的转变而产生下拉信号脉冲以接通下拉开关，从而对第一电源开关的内部电容放电并且断开第一电源开关。集成电路可以包括用于产生第一驱动信号和第二驱动信号的驱动控制器。第一驱动信号可以是低信号并且第二驱动信号可以是高信号。上拉驱动信号发生器可以被配置为响应于从低信号到高信号的上升沿转变而产生上拉信号脉冲。下拉驱动信号发生器可以被配置为响应于从高信号到低信号的下降沿转变而产生下拉信号脉冲。该功率转换器可以包括在上拉驱动信号发生器与上拉开关之间的第一放大器。第一放大器可以被配置为放大上拉信号脉冲以接通上拉开关。该功率转换器可以包括在下拉驱动信号发生器与下拉开关之间的第二放大器。第二放大器可以被配置为放大下拉信号脉冲以接通下拉开关。
驱动器可以包括用于接收与第二电源开关断开时的状态相对应的第三驱动信号和与第二电源开关接通时的状态相对应的第四驱动信号的第二输入。驱动器可以包括耦合到第二电源开关的第二输出、第二高压电源和第二低压电源。第二自举电容器可以耦合在第二高压电源与第二低压电源之间。第二上拉开关可以耦合在第二高压电源与第二输出之间。第二下拉开关可以耦合在第二低压电源与第二输出之间。第二上拉驱动信号发生器可以被配置为响应于从第三驱动信号到第四驱动信号的转变而产生第二上拉信号脉冲以接通第二上拉开关，从而接通第二电源开关并且将第二电源开关的内部电容充电到由第二自举电容器提供的升高电压。第二上拉驱动信号发生器可以被配置为在第三驱动信号仍被施加的同时结束第二上拉信号脉冲并且断开第二上拉开关。第二电源开关的内部电容可以保持第二电源开关接通，直到从第三驱动信号到第四驱动信号的转变。第二下拉驱动信号发生器可以被配置为响应于从第四驱动信号到第三驱动信号的转变而产生第二下拉信号脉冲以接通第二下拉开关，从而对第二电源开关的内部电容放电并且断开第二电源开关。第二下拉信号脉冲可以长于第一下拉信号脉冲。
第一电源开关和第二电源开关可以是N沟道FET。该功率转换器可以是降压转换器，该降压转换器被配置为使得输出处的输出电压低于输入处的输入电压。驱动器可以被配置为提供各种操作状态。在第一操作状态下，第一电源开关接通，第二电源开关断开，第三电源开关接通，并且第四电源开关断开。在第二操作状态下，第一电源开关断开，第二电源断开，第三电源开关接通，并且第四电源开关接通。在第三操作状态下，第一电源开关断开，第二电源开关接通，第三电源开关断开，并且第四电源开关接通。在第四操作状态下，第一电源开关断开，第二电源开关断开，第三电源开关接通，并且第四电源开关接通。该功率转换器可以包括耦合在第一电源开关与第一电感器之间的AC耦合电容器。
该功率转换器可以包括印刷电路板(PCB)，该PCB包括下部印刷电路板(PCB)部分和上部印刷电路板(PCB)部分。嵌入式电路***可以在下部PCB部分与上部PCB部分之间。嵌入式电路***可以包括第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关和/或驱动器。第一电感器和第二电感器可以位于上部PCB部分之上。过孔可以将第一电感器和二电感器电耦合到嵌入式电路***。第一电感器的占地面积可以至少部分与嵌入式电路***的占地面积重叠。第二电感器的占地面积可以至少部分与嵌入式电路***的占地面积重叠。嵌入式电路***可以包括第一自举电容器和第二自举电容器。
该功率转换器可以包括用于测量通过第四电源开关的电流的电流感测电路。该功率转换器可以包括电流感测处理电路***，该电流感测处理电路***可以被配置为至少部分基于通过第四电源开关的测量电流来确定通过功率转换器的电流。该功率转换器可以包括用于输出关于所确定的电流的信息的通信接口。电流感测电路可以包括与第四电源开关并联的感测开关。感测开关可以被配置为在第二电源开关和第四电源开关接通时接通。感测开关可以被配置为在第二电源开关和第四电源开关中的任何一个断开时断开。电流感测电路可以包括电流镜。电流感测电路可以被配置为产生指示通过第四电源开关的电流的电压信号。电流感测处理电路***可以被配置为施加增益以增加电压信号。电流感测处理电路***可以被配置为对电压信号进行反相。
该功率转换器可以包括用于测量通过第三电源开关的电流的第一电流感测电路和用于测量通过第四电源开关的电流的第二电流感测电路。电流感测处理电路***可以被配置为至少部分基于通过第三电源开关的测量电流和通过第四电源开关的测量电流来确定功率转换器电流。通信接口可以输出关于所确定的功率转换器电流的信息。第一电流感测电路可以包括与第三电源开关并联的第一感测开关。第一感测开关可以被配置为在第三电源开关和第四电源开关接通时接通。第一感测开关可以被配置为在第三电源开关和第四电源开关中的任何一个断开时断开。第二电流感测电路可以包括与第四电源开关并联的第二感测开关。第二感测开关可以被配置为在第三电源开关和第四电源开关接通时接通。第二感测开关可以被配置为在第三电源开关和第四电源开关中的任何一个断开时断开。第一电流感测电路可以包括第一电流镜。第二电流感测电路可以包括第二电流镜。第一电流感测电路可以被配置为产生指示通过第三电源开关的电流的第一电压信号。第二电流感测电路可以被配置为产生指示通过第四电源开关的电流的第二电压信号。电流感测处理电路***可以被配置为施加增益以增加第一电压信号和第二电压信号。电流感测处理电路***可以被配置为对第一电压信号进行反相并且对第二电压信号进行反相。
该功率转换器可以包括耦合在第一电源开关与第一电感器之间的电容器。电流感测处理电路***可以耦合到电容器并且被配置为监测跨电容器的电压，并且至少部分基于跨电容器的监测电压来确定功率转换器电流。通信接口可以输出关于所确定的功率转换器电流的信息。电流感测处理电路***能够在开关周期期间标识跨电容器的最高电压和跨电容器的最低电压。电流感测处理电路***能够至少部分基于最高电压与最低电压之间的差来确定功率转换器电流。该功率转换器可以被配置为在第一时间测量跨电容器的第一电压，在第二时间测量跨电容器的第二电压，(例如，使用电流感测处理电路***)至少部分基于第一电压与第二电压之间的电压差和第一时间与第二时间之间的时间差来确定功率转换器电流。
该功率转换器可以包括耦合在第一电源开关与第四电源开关之间的电容器。预充电电路可以被配置为在驱动器操作第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关以改变输入电压以提供输出电压之前对电容器充电。预充电电路可以包括电耦合在输入与电容器之间的开关和用于监测电容器的电压的电压监测电路***。开关可以在监测电压低于阈值时接通，并且开关可以在监测电压高于阈值时断开。
本文中公开的各种实施例可以涉及一种功率转换器，该功率转换器可以包括被配置为接收输入电压的输入、被配置为输出不同于输入电压的输出电压的输出、第一电感器和第二电感器。该功率转换器可以包括第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关。第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关可以被配置为控制通过第一电感器和第二电感器的电流。驱动器可以被配置为操作第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关以改变输入电压以提供输出电压。
该功率转换器可以包括用于测量通过第四电源开关的电流的电流感测电路和被配置为至少部分基于通过第四电源开关的测量电流来确定功率转换器电流的电流感测处理电路***。该功率转换器可以包括用于输出关于所确定的功率转换器电流的信息的通信接口。电流感测电路可以包括与第四电源开关并联的感测开关。感测开关可以被配置为在第二电源开关和第四电源开关接通时接通。感测开关可以被配置为在第二电源开关和第四电源开关中的任何一个断开时断开。电流感测电路可以包括电流镜。电流感测电路可以被配置为产生指示通过第四电源开关的电流的电压信号。电流感测处理电路***可以被配置为施加增益以增加电压信号。电流感测处理电路***可以被配置为对电压信号进行反相。
该功率转换器可以包括用于测量通过第三电源开关的电流的另一电流感测电路。电流感测处理电路***可以被配置为至少部分基于通过第三电源开关的测量电流和通过第四电源开关的测量电流来确定功率转换器电流。第三电源开关的电流感测电路可以包括与第三电源开关并联的第一感测开关。第一感测开关可以被配置为在第三电源开关和第四电源开关接通时接通。第一感测开关可以被配置为在第三电源开关和第四电源开关中的任何一个断开时断开。第四电源开关的电流感测电路可以包括与第四电源开关并联的第二感测开关。第二感测开关可以被配置为在第三电源开关和第四电源开关接通时接通。第二感测开关可以被配置为在第三电源开关和第四电源开关中的任何一个断开时断开。第三电源开关的电流感测电路可以包括第一电流镜。第四电源开关的电流感测电路可以包括第二电流镜。第三电源开关的电流感测电路可以被配置为产生指示通过第三电源开关的电流的第一电压信号。第四电源开关的电流感测电路可以被配置为产生指示通过第四电源开关的电流的第二电压信号。电流感测处理电路***可以被配置为施加增益以增加第一电压信号和第二电压信号。电流感测处理电路***可以被配置为对第一电压信号进行反相并且对第二电压信号进行反相。
本文中公开的各种实施例可以涉及一种功率转换器，该功率转换器包括被配置为接收输入电压的输入、被配置为输出不同于输入电压的输出电压的输出、第一电感器、第二电感器、第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关。第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关可以被配置为控制通过第一电感器和第二电感器的电流。驱动器可以被配置为操作第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关以改变输入电压以提供输出电压。电容器可以耦合在第一电源开关与第一电感器之间。电流感测处理电路***可以耦合到电容器并且被配置为监测跨电容器的电压，并且至少部分基于跨电容器的监测电压来确定功率转换器电流。通信接口可以输出关于所确定的功率转换器电流的信息。
电流感测处理电路***能够在开关周期期间标识跨电容器的高电压和跨电容器的低电压。电流感测处理电路***可以被配置为至少部分基于高电压与低电压之间的差来确定功率转换器电流。根据权利要求54的功率转换器被配置为在第一时间测量跨电容器的第一电压，在第二时间测量跨电容器的第二电压，使用电流感测处理电路***至少部分基于第一电压与第二电压之间的电压差和第一时间与第二时间之间的时间差来确定功率转换器电流。
本文中公开的各种实施例可以涉及一种功率转换器，该功率转换器可以包括被配置为接收输入电压的输入、被配置为输出不同于输入电压的输出电压的输出、第一电感器、第二电感器、第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关。第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关可以被配置为控制通过第一电感器和第二电感器的电流。驱动器可以被配置为操作第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关以改变输入电压以提供输出电压。电容器可以耦合在第一电源开关与第四电源开关之间。预充电电路可以被配置为在驱动器操作第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关以改变输入电压以提供输出电压之前对电容器充电。
预充电电路可以包括电耦合在输入与电容器之间的开关和用于监测电容器的电压的电压监测电路***，其中开关在监测电压低于阈值时接通，并且其中开关在监测电压高于阈值时断开。
本文中公开的各种实施例可以涉及一种功率转换器，该功率转换器可以包括被配置为接收输入电压的输入、被配置为输出不同于输入电压的输出电压的输出、第一电感器、第二电感器、第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关。第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关可以被配置为控制通过第一电感器和第二电感器的电流。驱动器被配置为操作第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关以改变输入电压以提供输出电压。电容器可以耦合在第一电源开关与第一电感器之间。自举电容器可以耦合到第一电源开关，其中自举电容器在第一电源开关断开时的状态期间充电。自举电容器在第一电源开关接通时的状态期间放电以提供升高电压以维持第一电源开关接通。
该功率转换器可以包括耦合到第二电源开关的另一自举电容器。其中另一自举电容器可以在第二电源开关断开时的状态期间充电。另一自举电容器可以在第二电源开关接通时的状态期间放电(例如，以提供升高电压以维持第二电源开关接通)。第二电源开关的自举电容器可以被配置为对第一电源开关的自举电容器充电。第一电源开关和自举电容器可以集成到同一集成电路中。该功率转换器可以包括电耦合在自举电容器与地之间的开关。开关可以具有用于对自举电容器充电的接通状态和使得自举电容器能够放电并且产生升高电压以维持第一电源开关接通的断开状态。
本文中公开的各种实施例可以涉及一种功率转换器，该功率转换器可以包括被配置为接收输入电压的输入、被配置为输出不同于输入电压的输出电压的输出、第一电感器和第二电感器。功率转换器可以具有集成电路，该集成电路包括第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关。第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关可以被配置为控制通过第一电感器和第二电感器的电流。驱动器可以被配置为操作第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关和第四电源开关以改变输入电压以提供输出电压。该功率转换器可以包括自举电容器。
自举电容器可以耦合到第一电源开关。自举电容器可以在第一电源开关断开时的状态期间充电。自举电容器可以在第一电源开关接通时的状态期间放电以提供升高电压。自举电容器可以被配置为提供升高电压以对第一电源开关的内部电容充电，使得在自举电容器与第一电源开关断开连接之后，第一电源开关的内部容量保持第一电源开关接通。驱动器可以包括用于接收与第一电源开关断开时的状态相对应的第一驱动信号和与第一电源开关接通时的状态相对应的第二驱动信号的输入。驱动器可以包括耦合到第一电源开关的输出、高压电源和低压电源。第一自举电容器可以耦合在高压电源与低压电源之间。上拉开关可以耦合在高压电源与输出之间。下拉开关可以耦合在低压电源与输出之间。上拉驱动信号发生器可以被配置为响应于从第一驱动信号到第二驱动信号的转变而产生上拉信号脉冲以接通上拉开关(例如，从而接通第一电源开关并且将第一电源开关的内部电容充电到由第一自举电容器提供的升高电压)。上拉驱动信号发生器可以被配置为在第一驱动信号仍被施加的同时结束上拉信号脉冲并且断开上拉开关。第一电源开关的内部电容可以保持第一电源开关接通，直到从第二驱动信号到第一驱动信号的转变。下拉驱动信号发生器可以被配置为响应于从第二驱动信号到第一驱动信号的转变而产生下拉信号脉冲以接通下拉开关(例如，从而对第一电源开关的内部电容放电并且断开第一电源开关)。集成电路可以包括第一电源开关的第一自举电容器和第二电源开关的第二自举电容器。
本文中公开的各种方法可以涉及一种操作功率转换器的方法。该方法可以包括在输入处接收输入电压，接通第一电源开关以提供从输入通过AC耦合电容器通过电感器到输出的电路径。该方法可以包括使用第一自举电容器增加电压信号以产生第一升高电压，以及向第一电源开关递送第一升高电压以保持第一电源开关接通。
该方法可以包括断开第一电源开关并且接通另一开关以提供从电压源通过第一自举电容器到地的电路径，使得第一自举电容器再充电。该方法可以包括接通第二电源开关以提供从AC耦合电容器通过另一电感器到输出的电路径。该方法可以包括使用第二自举电容器增加电压信号以产生第二升高电压，以及向第二电源开关递送第二升高电压以保持第二电源开关接通。该方法可以包括向第一自举电容器递送第二升高电压以对第一自举电容器再充电。该方法可以包括使用来自第一自举电容器的升高电压对第一电源开关的内部电容充电，以及将第一升高电压与第一电源开关断开连接。第一电源开关的内部电容可以保持第一电源开关接通。该方法可以包括响应于驱动信号而对第一电源开关的内部电容放电以断开第一电源开关。第一自举电容器和第一电源开关可以是同一集成电路的部分。
本文中公开的各种实施例可以涉及一种DC-DC降压转换器，该DC-DC降压转换器可以包括被配置为接收输入电压的输入、被配置为输出低于输入电压的输出电压的输出、第一电感器、第二电感器、第一电源开关、第二电源开关、第三电源开关、第四电源开关、以及驱动器，该驱动器被配置为向电源开关发送驱动信号以在多个操作状态下操作降压转换器。在驱动电流通过第一电感器的第一操作状态下，第一电源开关接通，第二电源开关断开，第三电源开关接通，并且第四电源开关断开。在第二操作状态下，第一电源开关断开，第二电源开关断开，第三电源开关接通，并且第四电源开关接通。在驱动电流通过第二电感器的第三操作状态下，第一电源开关断开，第二电源开关接通，第三电源开关断开，并且第四电源开关接通。在第四操作状态下，第一电源开关断开，第二电源开关断开，第三电源开关接通，第四电源开关接通。
第一自举电容器可以被配置为在第一操作状态期间提供升高电压以保持第一电源开关接通。第一自举电容器可以在第一操作状态期间放电以提供升高电压。第一自举电容器可以在第二操作状态、第三操作状态和第四操作状态中的一个或多个期间再充电。第二自举电容器可以被配置为在第三操作状态期间提供升高电压以保持第二电源开关接通。第二自举电容器可以在第三操作状态期间放电以提供升高电压。第二自举电容器可以在第一操作状态、第二操作状态和第四操作状态中的一个或多个期间再充电。第二自举电容器可以被配置为对第一自举电容器再充电。第一自举电容器可以与第一电源开关集成到同一集成电路中。
附图说明
将参考以下附图详细讨论某些实施例，其中相同的附图标记始终指代相似的特征。提供这些图是为了说明目的，并且实施例不限于图中所示的具体实现。
图1示出了功率转换器的示例实施例。
图2A示出了处于第一操作状态的功率转换器的示例实施例。
图2B示出了处于第二操作状态的功率转换器的示例实施例。
图2C示出了处于第三操作状态的功率转换器的示例实施例。
图2D示出了处于第四操作状态的功率转换器的示例实施例。
图3示出了包括自举电容器的功率转换器的部分的示例实施例。
图4A示出了处于用于对自举电容器充电的状态的功率转换器的示例实施例。
图4B示出了处于用于对自举电容器放电的状态的功率转换器的示例实施例。
图5示出了用于控制自举电容器的充电和放电的电路***的示例实施例。
图6示出了包括自举电容器的功率转换器的另一示例实施例。
图7示出了包括自举电容器的功率转换器的另一示例实施例。
图8示出了功率转换器的示例实施例的操作期间的各种信号的值。
图9示出了具有内部电容的电源开关的示例实施例。
图10示出了用于使用自举电容器来操作电源开关的电路***的示例实施例。
图11示出了功率转换器的示例实施例中的第一电源开关的操作期间的各种信号的值。
图12示出了功率转换器的示例实施例中的第二电源开关的操作期间的各种信号的值。
图13示出了功率转换器的示例实施例的操作期间的电流和各种其他信号的值。
图14示出了功率转换器的示例实施例的操作期间的电流的值。
图15示出了被配置为提供电流感测的功率转换器的示例实施例。
图16示出了电流感测电路***的示例实施例。
图17示出了用于向指示电流的信号施加增益的电路***的示例实施例。
图18示出了组合来自多个通道的电流感测值的电路***的示例实施例。
图19示出了用于向指示电流的信号施加增益的电路***的另一示例实施例。
图20示出了通过功率转换器的实际电流和感测电流的图表。
图21示出了被配置为提供电流感测的功率转换器的另一示例实施例。
图22示出了被配置为提供电流感测的功率转换器的另一示例实施例。
图23示出了功率转换器的示例实施例的操作期间的各种信号的值。
图24示出了被配置为对电容器预充电的功率转换器的示例实施例。
图25示出了用于向功率转换器中的电容器施加预充电的电路***的示例实施例。
具体实施方式
AC耦合的功率转换器
图1示出了功率转换器100的示例实施例的示意图。功率转换器100可以是直流到直流(DC-DC)功率转换器，诸如降压转换器。功率转换器100可以用作从电子设备的电源接收功率并且向电子设备的组件提供特定电压的负载点转换器。功率转换器100可以包括输入102，输入102可以接收输入电压Vin。输入电压Vin可以从电子设备的电源、电池、外部电源等接收。输入102可以接收直流DC电压。功率转换器100可以具有输出104，输出104可以提供输出电压Vo。输出104可以耦合到从功率转换器100接收功率的设备，诸如负载RL。功率转换器100可以操作为使得输出电压Vo不同于输入电压Vin。对于作为降压转换器的功率转换器100，输出电压Vo可以低于输入电压Vin。功率转换器可以包括输出电容器Co 108，输出电容器Co 108可以平滑由输出提供的输出电压Vo。输出电压Vo可以是直流DC电压。
功率转换器100可以包括第一电感器L1 110和第二电感器L2 112。第一电感器110可以包括围绕铁芯(例如，磁芯)的第一绕组导线，并且第二电感器112可以包括围绕同一铁芯的第二绕组导线。替代地，第一电感器110和第二电感器112可以具有分离的铁芯(例如，磁芯)。可以使用任何合适类型的电感器。
功率转换器100可以包括电源开关，该电源开关可以操作为直流，从而将输入电压Vin改变为输出电压Vo。功率转换器100可以包括第一电源开关Q1 114、第二电源开关Q2116、第三电源开关Q3 118和第四电源开关Q4 120。第一电源开关114和第二电源开关116可以是高压侧开关，该高压侧开关可以位于受电设备106或负载RL的输入102与输出104之间的电路的高电压侧。第三电源开关118和第四电源开关120可以是低压侧开关，该低压侧开关可以位于输出104或受电设备106或负载RL与地124之间的电路的低电压侧、或电源的低电压侧。电源开关114、116、118和120可以是N沟道晶体管，诸如N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、或氮化镓场效应晶体管(GaN FET)、或增强型氮化镓场效应晶体管(eGaN FET)、或其任何组合。在一些实施例中，P沟道晶体管(例如，P沟道MOSFET、GaN FET或eGaN FET)或任何其他合适类型的开关器件可以用于电源开关114、116、118和120中的一个或多个。
第一电源开关Q1 114的漏极可以耦合到输入102，诸如耦合到电源的正电压侧。第一电源开关114的源极可以耦合到第二电源开关Q2 116的漏极。第二电源开关116的漏极可以耦合到第二电感器112。此外，电容器CB 122的第一侧可以耦合到第一电源开关114的源极和第二电源开关116的漏极，并且电容器122的第二侧可以耦合到第一电感器110。电感器110和112可以耦合到输出104。电感器110和112可以并联耦合到输出104。
第三电源开关Q3 118的漏极可以耦合到第二电源开关Q2的源极和第二电感器112。第三电源开关118的源极可以耦合到地124和/或电源的低电压侧。第四电源开关Q4120可以具有耦合到电容器122(例如，其第二侧)和第一电感器110的漏极。第四电源开关120的源极可以耦合到地124和/或电源的低电压侧。电源开关114、116、118、120每个可以具有用于接收驱动信号的栅极，该驱动信号可以用于接通对应开关(例如，使开关传导以使得电流能够流过开关)以及断开对应开关(例如，使开关不传导以防止或阻止电流流过开关)。功率转换器100可以包括驱动器(图1中未示出)，该驱动器可以向电源开关114、116、118和120的栅极发送驱动信号，以接通和断开对应开关。
电容器122可以位于第一电源开关114与第四电源开关120之间，例如，以将第一电源开关114AC耦合到第四电源开关120。电容器122可以位于第一电源开关114与第一电感器110之间，例如，以将第一电源开关114AC耦合到第一电感器110。电容器122可以位于第二电源开关116与第四电源开关120之间，例如，以将第二电源开关116AC耦合到第四电源开关120。电容器122可以位于第二电源开关116与第一电感器110之间，例如，以将第二电源开关116AC耦合到第一电感器110。电容器122可以AC耦合组件，以允许交流(AC)信号在这些组件之间传输，同时通常阻止直流(DC)信号的传输。
图2A-图2D示出了功率转换器100的四种操作状态。图2A示出了第一操作状态，在第一操作状态下，第一电源开关114和第三电源开关118接通，并且第二电源开关116和第四电源开关120断开。在第一操作状态(图2A)下，电流可以从输入102通过第一电源开关114通过电容器122通过第一电感器110流向输出104和负载设备106。在第一操作状态(图2A)期间，第二电感器112可以通过第三电源开关118汲取电流。在第一操作状态期间，输入电压可能导致通过第一电感器110的电流增加，从而将能量存储在第一电感器110中。在第一操作状态期间，跨电容器122的电压可以增加，从而将能量存储在电容器122中。
电容器122可以具有足够的容量(例如，可以存储足够的电荷)使得当电源开关116传导时(例如，在图2C中的第三操作状态下)，电容器122能够向电感器112提供电流，而导体122变为基本放电。在电容器122变为基本放电之前，功率转换器可以转变到第四操作状态(例如，图2D)。
图2B示出了第二操作状态，在第二操作状态下，第三电源开关118和第四电源开关120接通，并且第一电源开关114和第二电源开关116断开。第一电感器110可以通过第四电源开关120汲取电流，并且第二电感器112可以通过第三电源开关118汲取电流。当第一电感器110输出其存储能量中的一些时，通过第一电感感器110的电流可以减小，并且当第二电感器112输出其存储能量中的一些时，通过第二电感器112的电流可以减小。
图2C示出了第三操作状态，在第三操作状态下，第二电源开关116和第四电源开关120接通，并且第一电源开关114和第三电源开关118断开。电容器122中存储的能量中的至少一些(在第一状态期间)可以在第三操作阶段被输出，并且该能量中的一些可以存储在第二电感器112中。来自电容器的电压可能导致通过第二电感器的电流增加，从而将能量存储在第二电感器112中。第一电感器110可以通过第四电源开关120汲取电流。此外，通过第四电源开关120的电流可以被引导到电容器122。
图2D示出了第四操作状态，在第四操作状态下，第三电源开关118和第四电源开关120接通，并且第一电源开关114和第二电源开关116断开。第一电感器110可以通过第四电源开关120汲取电流，并且第二电感器112可以通过第三电源开关118汲取电流。当第一电感器110输出其存储能量中的一些时，通过第一电感感器110的电流可以减小，并且当第二电感器112输出其存储能量中的一些时，通过第二电感器112的电流可以减小。
通过控制四种操作状态的定时(图2A-图2D)，功率转换器可以设置不同于(例如，低于)输入电压的输出电压。输出电压的值可以取决于***在不同操作状态下花费的相对时间量。功率转换器100可以包括图2A-图2D中未示出的控制器组件，诸如被配置为生成用于接通和断开电源开关114、116、118和120的驱动信号的驱动器、以及被配置为控制由驱动器提供的驱动信号的定时的控制器(例如，脉宽调制器(PWM)控制器)。在一些实施例中，集成电路(IC)可以包括第一电源开关114、第二电源开关116、第三电源开关118、第四电源开关120、驱动器、PWM控制器或其任何组合。在一些情况下，PWM控制器可以在IC外部，例如，共享PWM控制器可以用于控制多个功率转换器级。
在一些实施例中，功率转换器100可以包括芯片嵌入式IC或嵌入式电路***。例如，该IC或电路***可以嵌入印刷电路板(PCB)内。例如，多层PCB可以包括在嵌入式IC或电路***上方的上部PCB层和在嵌入式IC或电路***下方的下部PCB层。在一些实施例中，第一电感器110和/或第二电感器112可以在PCB外部(例如，安装在PCB的顶侧)。第一电感器110和/或第二电感器112可以具有至少部分与嵌入式IC或嵌入式电路***重叠的占地面积。该重叠可以是第一电感器110和/或第二电感器112或嵌入式IC或电路***的占地面积的一部分、大部分或全部。输出电容器108可以在PCB外部(例如，安装在PCB的顶侧)。输出电容器108可以具有至少部分、大部分地或全部地与嵌入式IC或电路***重叠的占地面积。电容器122可以在PCB外部(例如，安装在PCB的顶侧)。电容器122可以具有至少部分、大部分地或全部地与嵌入式IC或电路***重叠的占地面积。第一电感器110、第二电感器112、输出电容器108和电容器122中的一个或多个或其任何组合可以通过一个或多个过孔耦合到嵌入式IC或电路***。本文中公开的功率转换器可以使用于2019年1月29日发布的题为“CHIPEMBEDDED power CONVERTER”的美国专利第10,193,442号中公开的特征和细节，该专利通过引用将其公开的全部内容并入本文，包括与芯片嵌入式功率转换器相关的细节和特征。
图3示出了功率转换器100的示例实施例的示意图。功率转换器100可以包括输入102和输出104、第一电感器110、第二电感器112、第一电源开关114、第二电源开关116、第三电源开关118、第四电源开关120以及地124或低电压连接，其可以类似于图1和图2A-图2D的实施例。功率转换器100可以包括集成电路126，集成电路126可以是芯片嵌入式的，诸如芯片嵌入在印刷电路板内，如本文中讨论的。集成电路126可以包括用于输入和/或输出信号的端子，并且这些端子在图3中由集成电路126的板上的正方形表示。例如，集成电路126可以包括用于电源电压输入PVin的输入102和用于电压输出VO的输出104的端子。可以包括用于地124的端子。尽管图3中未示出，但是电容器122可以耦合在端子CS1与CS2之间。电容器122可以在集成电路126外部，诸如安装到PCB的外部(例如，至少部分与集成电路126重叠)。与CS1和CS2相对应的位置也如图1所示，以供参考。电容器122可以将第一电源开关114AC耦合到第四电源开关120、或类似于结合图1讨论的其他组件。尽管图3中未示出，但是功率转换器100可以包括诸如耦合到输出104或VO端子的输出电容器108。输出电容器108可以在集成电路126外部，诸如安装到PCB的外部(例如，至少部分与集成电路126重叠)。图3示出了作为集成电路126的一部分的第一电感器110和第二电感器112。在一些实施例中，电感器110、112中的一者或两者可以位于集成电路126外部，诸如安装到PCB的外部(例如，至少部分与集成电路126重叠)。集成电路126可以包括用于向外部电感器110、112中的一者或两者提供信号的端子(例如，类似于端子CS1和CS2)。第一电感器110、第二电感器112、输出电容器108、电容器122或其任何组合可以通过诸如延伸穿过PCB的过孔耦合到集成电路126。
功率转换器100可以包括用于向电源开关114、116、118、120发送驱动信号的驱动电路***，并且在一些实施例中，驱动电路***可以被包括在集成电路126中。驱动电路***可以包括驱动控制器128，驱动控制器128可以被配置为输出信号，该信号被递送给电源开关114、116、118、120的相应栅极，或者以其他方式控制电源开关114、116、118、120的相应栅极。驱动控制器128可以包括栅极驱动逻辑。驱动控制器128可以输出用于控制第一电源开关Q1 114的第一驱动信号HDrv1、用于控制第二电源开关Q2 116的第二驱动信号HDrv2、用于控制三电源开关Q3 118的第三驱动信号LDrv2、以及用于控制第四电源开关Q4 120的第四驱动信号LDrv1。驱动电路***可以包括用于放大驱动信号的一个或多个放大器。由驱动控制器输出的驱动信号可以是逻辑信号，在一些情况下，该逻辑信号可以具有低于操作电源开关114、116、118、120的电压值的电压。放大器130、132、134、136可以将对应驱动信号(例如，HDrv1、HDrv2、LDrv2和LDrv1)放大到用于操作电源开关114、116、118、120的适当电压。放大器130、132、134、136可以是运算放大器。
功率转换器100可以包括脉宽调制(PWM)脉冲发生器138，该PWM脉冲发生器138可以向驱动控制器提供PWM信号，例如，该PWM信号可以控制驱动信号的占空比或定时。尽管结合本实施例公开了PWM，但是任何合适的调制或控制方法可以用于生成驱动信号以操作电源开关114、116、118、120。
集成电路126可以包括附加特征。在一些情况下，集成电路126中可以包括图3中未示出的组件。在图26中示出为集成电路126的一部分的组件可以在集成电路126外部或在不同集成电路中。在一些实施例中，结合图3公开的组件中的一些或全部可以是未集成到IC中的嵌入式电路***(例如，在PCB内)。在一些实施例中，该IC或电路***不是芯片嵌入式的，并且可以在PCB外部(例如，安装到PCB)。
高压侧电源开关驱动器
在一些实施例中，N沟道晶体管或FET可以用于第一电源开关114、第二电源开关116、第三电源开关118、第四电源开关120或其任何组合。尽管本文中将一些实施例讨论为使用MOSFET，但是应当理解，可以使用GaN FET或eGaN FET或其他类型的晶体管。在一些实施例中，使用N沟道FET而不是P沟道FET(例如，用于电源开关114、116、118、120)可以是有利的，诸如以减小芯片尺寸、降低成本和/或提高性能和/或效率。当栅极处的电压高于源极处的电压(诸如达阈值量)时，N沟道MOSFET导通(例如，传导)，而当栅极处的电压不高于源极处的电压(诸如达阈值量)时，N沟道MOSFET截止(例如，不传导)。对于低压侧开关，诸如电源开关118和120，MOSFET的源极可以耦合到地和/或电源的低电压侧，从而向栅极递送高电压可以导通MOSFET并且保持其导通，同时高电压在栅极处被维持。然而，在一些情况下，对于高压侧开关，诸如电源开关114、116，当开关接通时，MOSFET的源极可以接收高电压。因此，向高压侧开关的栅极递送高电压可以接通开关，但一旦高电压到达源极，开关就可以断开。因此，提供用于驱动开关(诸如使用N沟道FET的高压侧开关)的电压升高电路或特征可以是有利的。在一些实施例中，可以使用电荷泵电路，或者可以使用自举电路，或者可以使用提高施加到栅极的电压的任何合适的电路或特征，并且本文中公开了很多示例实施例。
功率转换器100可以包括第一自举电容器C1 140，第一自举电容器C1 140可以被配置为向第一电源开关Q1 114提供升高电压。功率转换器100可以包括第二自举电容器C2142，第二自举电容器C2 142可以被配置为向第二电源开关Q2 116提供升高电压。自举电容器140、142中的每个可以通过在第一时间段期间(例如，在对应电源开关114或116断开的同时)对自举电容器140或142充电来操作，使得能量存储在自举电容器140或142中，然后在第二时间段期间(例如，在对应电源开关114或116接通的同时)对自举电容器140或142放电，使得来自自举电容器140或142的能量被释放以升高对应电源开关114和116的栅极处的电压。
图3示出了作为集成电路126的一部分的第一自举电容器140和第二自举电容器142。在一些实施例中，自举电容器140、142中的一者或两者可以位于集成电路126外部，诸如安装到PCB的外部(例如，至少部分与集成电路126重叠)。集成电路126可以包括用于向或从自举电容器140、142中的一者或两者提供信号的端子(例如，类似于端子CS1和CS2)。第一自举电容器140和/或第二自举电容器142可以通过诸如延伸穿过PCB的过孔耦合到集成电路126。在一些实施例中，功率转换器100可以包括自举电容器140或142中的一者，而不是包括这两者，诸如在不同电压升高方法用于电源开关114、116中的一者的情况下。
示例自举电路和控制
将结合图4A和图4B讨论第一自举电容器140的操作。图4A示出了对第一自举电容器140充电的第一配置中的功率转换器100的示例实施例的示意图。图4B示出了对第一自举电容器140放电的第二配置中的功率转换器100的示例实施例的示意图。功率转换器100可以具有用于在对第一自举电容器140充电的第一配置(例如，图4A)与对第一自举电容器140放电的第二配置(例如，图4B)之间改变功率转换器的电路***，该电路***诸如包括一个或多个开关144。
第一自举电容器140可以具有耦合到电压源146的第一侧。第一自举电容器140可以具有第二侧，该第二侧可以选择性地耦合到地124(例如，图4A)并且可以选择性地耦合到第一电源开关114的源极(例如，图4B)。在一些实施例中，电压源146可以向放大器130和第一自举电容器140提供电压。在一些实施例中，二极管可以用于使得电流能够从电压源146流向电容器140和/或放大器130，并且阻止电流沿另一方向流向电压源146。在一些实施例中，在自举电容器140、142与相应电压源146、148之间示出的二极管可以替换为开关(例如，MOSFET或其他晶体管)，该开关可以被驱动(例如，用来自驱动控制器128的信号)为在对相应自举电容器140或142充电时接通并且在相应自举电容器140或142放电时断开。
在第一配置中，一个或多个开关144可以将第一自举电容器140耦合到地124，地124可以是图1和/或图3所示的相同接地连接124，也可以是不同接地或低电压连接。在第一配置(例如，图4A)中，在第一自举电容器140充电的同时，电流可以在电压源146与第一自举电容器140之间以及在第一自举电容器140与地124之间流动。一个或多个开关144可以具有第一配置，该第一配置创建从电压源146到第一自举电容器140到地124的路径。第一自举电容器140可以被充电到约电压源146的电压Vcc。在一些实施例中，电压源146与第一自举电容器140之间的二极管可以产生较小的电压降，使得充电后的电容器140的电压略小于电压源146的电压Vcc，但仍然约为电压Vcc的电平。在一些实施例中，如上所述，可以使用开关(例如，晶体管)代替二极管，以减少或避免较小的电压降。在一些实施例中，第一自举电容器140可以基本上充电到饱和，尽管在一些实施例中，可以选择仅部分充电并且具有足够存储能量的电容器，使得在放电阶段期间，第一电源开关114可以接通达适当时间，诸如在第一操作状态(例如，图2A)期间。在一些实施例中，用于对第一自举电容器140充电的路径不经过电源开关114、116、118、120中的任何一个。在一些实施例中，一个或多个开关144不包括电源开关114、116、118、120中的任何一个。
在第一电源开关114断开(例如，不传导或打开)的时间的部分或全部期间，诸如在第二操作状态(例如，图2B)、第三操作状态(例如，图2C)和第四操作状态(例如，图2D)的至少一部分期间，一个或多个开关144可以处于第一配置以对第一自举电容器140充电的状态。在一些实施例中，当第一电源开关113接通(例如，传导或关闭)时，在第一操作状态(例如，图2A)期间，一个或多个开关不处于第一配置。例如，用于驱动第一电源开关114的驱动信号HDrv1的低或断开信号可以用于将一个或多个开关144设置为第一配置(例如，图4A)。此外，用于其他电源开关116、118、120中的一个或多个的驱动信号可以用于操作一个或多个开关144。用于驱动第二电源开关116的驱动信号HDrv2的高或接通信号可以用于将一个或多个开关144设置为第一配置。在第三操作状态(例如，图2C)下，当第二电源开关116接通时，第一电源开关114断开。用于驱动第四电源开关120的驱动信号LDrv1的高或接通信号可以用于将一个或多个开关144设置为第一配置。在第二操作状态、第三操作状态和第四操作状态(例如，图2B、图2C和图2D)下，当第四电源开关120接通时，第一电源开关114断开，因此使用LDrv1信号来驱动一个或多个开关144可以促进在第一配置中提供足够的时间来对第一自举电容器140充分充电。
在第二配置中，一个或多个开关144可以将第一自举电容器140耦合到第一电源开关114的源极。在第二配置(例如，图4B)中，电流可以从电压源(诸如具有电压输入Vin的输入102)通过第一电源开关114流向第一自举电容器140。电流可以从第一自举电容器140流向放大器130，诸如流向放大器130的正电压源连接。在第二配置(例如，图4B)中，存储在电容器中的能量可以提高递送给放大器130的电压。提供给放大器130的增加的电压可以是第一电源开关114的源极处的电压(例如，约Vin)加上跨第一自举电容器140的电压(如，约Vcc)。在第二配置中，第一自举电容器140与电压源146之间的二极管(或替代地，打开或断开开关)可以防止电流从第一自举电容器140流向电压源146，特别是因为升高电压(例如，约Vin+Vcc)可以高于电压源146处的电压Vcc。放大器130可以被配置为向第一电源开关114的栅极提供升高电压(例如，约Vin+Vcc)(例如，当HDrv1信号为高或接通时)。用于驱动第一电源开关114的放大器130可以具有耦合到电压源146和第一自举电容器140的正或高压电源。用于驱动第一电源开关114的放大器130可以具有耦合到第一电源开关114的源极的负或低压电源。作为示例，当第一电源开关114接通时，第一电源开关的源极可以具有约Vin的电压，并且栅极处的约Vin+Vcc的电压可以充分高于源极处的电压，以使第一电源开关114保持接通(例如，传导)。施加到栅极的电压可以比源极电压大大约由第一自举电容器140提供的电压增加量。在一些情况下，当电容器140放电时，电压增加会随时间下降，并且电容器140可以被选择为具有足够的容量以在期望时间内(例如，在第一操作状态期间在第一电源开关114接通的同时)保持升高电压足够高。
在第一电源开关114接通(例如，传导或关闭)的同时，诸如在第一操作状态(例如，图2A)期间，一个或多个开关144可以处于第二配置(例如，以对第一自举电容器140放电)。在一些实施例中，在第二操作状态(例如，图2B)、第三操作状态(如，图2C)和/或第四操作状态(图2D)期间，一个或多个开关不处于第二配置。例如，用于驱动第一电源开关114的驱动信号HDrv1的高或接通信号可以用于将一个或多个开关144设置为第二配置(例如，图4B)。此外，用于其他电源开关116、118、120中的一个或多个的驱动信号可以用于操作一个或多个开关144。用于驱动第四电源开关120的驱动信号LDrv1的低或断开信号可以用于将一个或多个开关144设置为第二配置。在第一操作状态(例如，图2A)下，当第四电源开关116断开时，第一电源开关114接通。
一个或多个开关144可以是具有第一配置和第二配置的单个开关，或者一个或多个开关144可以包括多个开关，这些开关可以被控制为具有第一配置和第二配置。一个或多个开关114可以包括一个或多个继电器、或MOSFET、或其他FET、或其他类型的晶体管、或任何其他合适类型的开关。在一些实施例中，用于与第一自举电容器的充电和放电相关联的第一配置和第二配置的一个或多个开关114不是电源开关114、116、118、120。在一些实施例中，用于第一自举电容器140的充电的电流路径(例如，在第一配置中)不经过电源开关114、116、118、120中的任何一个。
图5是用于控制第一自举电容器140的充电和放电的电路***的示例实施例的示意图。在图5中，一个或多个开关144可以包括第一开关150、第二开关152和第三开关154，这些开关可以是MOSFET、或其他FET、或任何其他合适类型的晶体管或其他开关类型。作为示例，第一开关150可以是N沟道MOSFET，第二开关152可以是P沟道MOSFET，第三开关154可以是N沟道MOSFET，尽管可以使用其他配置和开关类型。第一开关150可以耦合在第一自举电容器140与地124之间。第二开关152可以耦合在第一自举电容器140与电压源146之间。第三开关154可以耦合在第一自举电容器140与第一电源开关114(例如，其源极)之间。
如本文中讨论的，驱动信号156可以用于控制开关150、152、154，以产生用于对第一自举电容器140充电的第一配置和用于对第一自举电容器140放电的第二配置。驱动信号156可以是用于驱动第四电源开关120的LDrv1驱动信号，尽管如本文中讨论的，也可以使用其他驱动信号，诸如与第一电源开关114相关联的HDrv1驱动信号或其逆信号。放大器158可以接收驱动信号156，驱动信号156可以是逻辑信号，并且可以将电压放大到适合于操作第一开关150的电压。放大器160可以接收驱动信号156，驱动信号156可以是逻辑信号，并且可以将电压放大到适合于操作第二开关152和/或第三开关154的电压。放大器160可以是运算放大器。可以使用反相器(例如，与放大器160相结合)，使得不同信号被提供给第一开关150以及第二开关152和第三开关154。根据所使用的驱动信号和所使用的开关类型，可以有不同配置。例如，反相器可以被省略，或者可以被用于将到第一开关150的信号反相，而不是将到第二开关152和第三开关154的信号反相。在一些情况下，放大器可以省略，并且驱动信号156可以具有足够的电压来操作开关150、152、154。在一些实施例中，可以使用电平移位器162来修改诸如用于第二开关152和/或第三开关154的输入驱动信号156，尽管在一些配置中，电平移位162可以省略或不同地使用，诸如用于第一开关150。电平移位器162可以将输入电压信号移位到例如适合于放大器160和/或158的电平。
在图5的示例实施例中，第一开关150的漏极耦合到第一自举电容器140(例如，耦合到其第二侧)，第一开关150的源极耦合到地124，并且第一开关150的栅极耦合到驱动信号源156，诸如通过放大器158。第二开关152可以具有耦合到电压源146的漏极、耦合到自举电容器140(例如，耦合到其第一侧)的源极、以及耦合到驱动信号源156的栅极，诸如通过电平移位器162和/或放大器/反相器160。第二开关152的源极和第一自举电容器140(例如，其第一侧)也可以通过标记为BST1的连接耦合到放大器130，诸如耦合到放大器130的正电压源。BST1也至少在图4A和图4B中标记，以供参考。第二开关152的源极和第一自举电容器140(例如，其第一侧)也可以耦合到放大器160，诸如耦合到放大器160的正电压源。第三开关154可以具有耦合到第一电源开关Q1 114的源极的漏极、耦合到自举电容器140(例如，耦合到其第二侧)的源极、以及耦合到驱动信号源156的栅极，诸如通过电平移位器162和/或反相放大器160。第三电源开关154的源极还可以诸如通过第一开关150与电容器140之间的节点耦合到第一开关150的漏极。第三开关154的源极(例如，以及开关150的漏极和电容器140)可以耦合到放大器160，诸如耦合到其负电压源。
对于第一配置，驱动信号156可以具有第一值(例如，高)。在第一配置中，高驱动信号156可以使第一开关150接通(例如，传导)，并且高驱动信号156(例如，由反相放大器160反相为低)可以使第二开关152接通(例如，传导)，并且可以使第三开关154断开(例如，不传导)。在第一配置中，电流可以从电压源146通过第二开关152流向第一自举电容器140，并且电流可以从第一自举电容器140通过第一开关150流向地124。第一自举电容器140可以在第一配置中充电，诸如充电到约Vcc的电压，如本文中讨论的。
对于第二配置，驱动信号156可以具有第二值(例如，低)。在第二配置中，低驱动信号156可以使第一开关150断开(例如，不传导)，并且低驱动信号158(例如，由反相放大器160反相为高)可以使第二开关152断开(例如，不传导)并且可以使第三开关154接通(例如，传导)。在第二配置中，由于第一开关150和/或第二开关152处于断开状态，从电压源146通过电容器140到地124的充电路径被中断。在第二配置中，第三开关154可以接通以将第一自举电容器140耦合到第一电源开关114的源极。第一自举电容器140可以在第二配置中放电。在第二配置中，电流可以从电压源(例如，约Vin)通过第一电源开关114流向第一自举电容器140。电流可以从第一自举电容器140流向放大器130，诸如通过连接BST1流向放大器130的正电压源连接。在第二配置中，存储在电容器中的能量可以提高递送给放大器130的电压。提供给放大器130的增加的电压可以是第一电源开关114的源极处的电压(例如，约Vin)加上跨第一自举电容器140的电压(如，约Vcc)。放大器130可以被配置为向第一电源开关114的栅极提供升高电压(例如，约Vin+Vcc)，使得第一电源开关114可以保持在接通状态，如本文中讨论的。电容器140还可以用作第三开关154的自举电容器。在第二配置中，电容器140可以提高提供给放大器160的电压，使得第三开关154可以保持在接通状态。
很多变化是可能的，诸如不同驱动信号156、不同开关配置等的使用。在一些实施例中，如本文中讨论的，可以使用二极管代替第二开关152。
将讨论第二自举电容器140的操作。如图3、图4A和图4B所示，并且如本文中讨论的，在一些实施例中，功率转换器100可以具有对第二自举电容器142充电的状态，诸如在第二电源开关116断开(例如，不传导)的同时，并且功率转换器100能够具有对第二自举电容器142放电的不同状态，诸如以提供用于将第二电源开关116保持在接通(例如，传导)状态的升高电压。
第二自举电容器142可以具有耦合到电压源148(例如，Vcc)的第一侧。第二自举电容器142可以具有在第三电源开关Q3 118接通(例如，传导)时可以选择性地耦合到地124的第二侧。第二自举电容器142(例如，其第二侧)可以耦合到第二电源开关116的源极。在一些实施例中，电压源148可以向放大器132和第二自举电容器142提供电压。在一些实施例中，二极管可以用于使得电流能够从电压源148流向电容器142和/或放大器132，并且阻止电流沿另一方向流向电压源148。在一些实施例中，在自举电容器140、142与相应电压源146、148之间示出的二极管中的任何一个可以替换为开关(例如，MOSFET或其他晶体管)，该开关可以被驱动(例如，用来自驱动控制器128的信号)为在对相应自举电容器140或142充电时接通并且在相应自举电容器140或142放电时断开。
在第一操作状态、第二操作状态和/或第四操作状态(例如，图2A、图2B和图2D)中，第三电源开关118可以接通(例如，在第二电源开关116断开的同时)，这可以使得电流能够从电压源148流向第二自举电容器142，并且从自举电容器142通过第三电源开关118流向地124，这可以对自举电容器142充电。当第三电源开关118接通时，SW2节点可以变为接近地的电压，使得第二自举电容器C2 142在一侧具有约Vcc，而在另一侧具有约地，这可能导致第二自举电容器142充电。第二自举电容器142可以诸如从电压源148充电到约电压Vcc。在一些实施例中，电压源148与第二自举电容器142之间的二极管可以产生较小的电压降，使得充电后的电容器142的电压略小于电压源148的电压Vcc，但仍然约为电压Vcc的电平。在一些实施例中，如上所述，可以使用开关(例如，晶体管)代替二极管，以减少或避免较小的电压降。在一些实施例中，第二自举电容器142可以基本上充电到饱和，尽管在一些实施例中，可以选择仅部分充电并且具有足够存储能量的电容器142，使得在放电阶段期间，第二电源开关116可以接通达适当时间，诸如在第三操作状态(例如，图2C)期间。在第二电源开关116断开(例如，不传导或打开)的时间的部分或全部期间，诸如在第一操作状态(例如，图2A)、第二操作状态(例如，图2B)和第四操作状态(例如，图2D)的至少一部分期间，功率转换器可以处于用于对第二自举电容器142充电的状态，这可以促进提供足够的时间来对第二自举电容器142充分充电。
在第三操作状态(例如，图2C)下，第三电源开关118可以断开(例如，不传导)，这可以将第二自举电容器142与接地连接124断开连接，并且第二电源开关116可以接通(例如，传导)，这可以通过第二电源开关116向第二自举电容器142提供电压，这可以提高电压并且向放大器132递送增加的电压，放大器132可以将增加的电流施加到第二电源开关116的栅极，以保持第二电源开关116接通。作为示例，电容器122可以在第一操作状态(例如，图2A)下充电，诸如充电到跨电容器122施加的约1/2Vin的电压差，尽管其他电压值也是可能的。在第一操作状态(例如，图2A)下，电容器122的第一侧的电压可以为约Vin，并且电容器122的第二侧(例如，在CS1和/或SW1处)的电压可以为约1/2Vin。电容器122可以在第三操作状态(例如，图2C)下放电，并且通过第二电源开关116向第二自举电容器142施加电压，诸如约1/2Vin的电压，第二自举电容器142可以放电以升高电压，诸如升高约Vcc，使得升高电压(诸如约1/2Vin+Vcc)被递送给放大器132，诸如被递送给其正电压源。用于驱动第二电源开关116的放大器132可以具有耦合到电压源148和第二自举电容器142的正或高压电源。用于驱动第二电源开关116的放大器132可以具有耦合到第二电源开关116的源极的负或低压电源。第二自举电容器142与电压源148之间的二极管(或替代地，打开或断开开关)可以防止电流在这种状态下从第二自举电容器142流向电压源148，特别是因为升高电压(例如，约1/2Vin+Vcc)可以高于电压源148处的电压Vcc。
放大器132可以被配置为向第二电源开关116的栅极提供升高电压(例如，约1/2Vin+Vcc)(例如，当HDrv2信号为高或接通时)。用于驱动第二电源开关116的放大器132可以具有耦合到电压源148和第二自举电容器142的高压电源。用于驱动第二电源开关116的放大器132可以具有耦合到第二电源开关116的源极的低压电源。作为示例，当第二电源开关116接通时，第二电源开关的源极可以具有约1/2Vin的电压(例如，由电容器122施加)，并且栅极处的约1/2Vin+Vcc的电压可以充分高于源极处的电压，以使第二电源开关116保持接通(例如，传导)。施加到栅极的电压可以比源极电压大大约由第二自举电容器142提供的电压增加量。在一些情况下，当电容器142放电时，电压增加会随时间下降，并且电容器142可以被选择为具有足够的容量以在期望时间内(例如，在第三操作状态期间在第二电源开关116接通的同时)保持升高电压足够高。
附加示例自举电路和控制
图6和图7是示出可以用于功率转换器100的自举电路的附加实施例的示意图。图8示出了稳态操作期间的不同时间的不同节点和位置的电压电平。功率转换器100可以包括第一自举电容器140，第一自举电容器140可以用于提供可以保持第一电源开关114接通的电压增加，如本文中讨论的。第一自举电容器140可以耦合到第一电源开关114的源极(例如，始终，这与本文中公开的电容器140可以选择性地耦合到第一电源开关114的源极和选择性地从第一电源开关114的源极分离的其他实施例相反)。第一自举电容器140可以耦合到第一电源开关114的栅极，使得当第一电源开关114处于接通状态时，电容器140能够增加提供给栅极的电压。例如，电容器140的第一侧可以耦合到放大器130(例如，通过BST1节点或连接)，诸如耦合到运算放大器130的正(或高)电压源。电容器140的第二侧可以耦合到第一电源开关114的源极。
功率转换器100可以包括第二自举电容器142，第二自举电容器142可以用于提供可以保持第二电源开关116接通的电压增加，如本文中讨论的。第二自举电容器142可以耦合到第二电源开关116的源极。第二自举电容器142可以耦合到第二电源开关116的栅极，使得当第二电源开关116处于接通状态时，电容器142能够增加提供给栅极的电压。例如，电容器142的第一侧可以耦合到放大器132(例如，通过BST2节点或连接)，诸如耦合到运算放大器132的正电压源。电容器142的第二侧可以耦合到第二电源开关116的源极。电压源148可以耦合到电容器142(例如，耦合到其第一侧)。二极管可以定位成允许电流从电压源148流向电容器142和/或放大器130，并且阻止电流沿另一方向流向电压源148。如本文中讨论的，二极管可以替换为开关。第二自举电容器142和相关电路***可以类似于结合图3和图4A-图4B讨论的实施例的对应组件进行操作。当第三电源开关118接通时，电容器142可以通过沿着从电压源148到电容器142通过第三电源开关118到地124的路径的电流充电(例如，充电到Vcc)。当第二电源开关116接通并且第三电源开关118断开时，电压(例如，1/2Vin)可以从电容器122通过第二电源开关116提供给电容器142，这可以增加电压(例如，增加到1/2Vin+Vcc)，并且增加的电压可以被递送给放大器132(例如，通过BST2节点或连接)，使得放大器132可以将增加的电压施加到第二电源开关116的栅极以保持第二电源开关116接通，如本文中讨论的。
在一些实施例中，第二自举电容器142可以对第一自举电容器140充电。例如，当处于第三操作状态(例如，图2C)时，第一自举电容器140可以耦合到第二自举电容器142，使得第二自推电容142对第一自举电容器140充电。当第二电源开关116接通时，电流可以在CS1节点或位置与SW2节点或位置之间流动，例如，经由第二电源开关116。然后，在第一操作状态(例如，图2A)下，第一自举电容器140可以放电以增加施加到放大器130的电压，使得递送给第一电源开关114的栅极的电压足够高以保持第一电源开关接通。
参考图7和图8，例如，第二自举电容器142(例如，其第一侧)可以耦合到第一自举电容器140(例如，耦合到其第一侧)。在一些实施例中，二极管可以允许电流从第二自举电容器142流向第一自举电容器，并且二极管可以阻止电流沿另一方向从第一自举电容器140流向第二自举电容器142。在一些实施例中，可以省略二极管。在一些实施例中，可以使用开关代替二极管，并且当第一自举电容器140要被充电时(例如，在第三操作状态下，或者当第二电源开关116接通时)，开关可以被驱动为接通，并且当第一自举电容器140要被放电时(例如，在第一操作状态下，或者当第一电源开关114接通时)，开关可以被驱动为断开。驱动信号HDrv1和/或HDrv2或其某种组合可以用于代替电容器140与142之间的二极管来控制开关。
在第三操作状态(例如，图2C)下，HDrv2驱动信号可以为高，并且第二电源开关116可以接通。CS1位置和SW2位置处的电压可以基本相等(例如，约1/2Vin)。该电压可以被提供给第二自举电容器142(例如，通过第二电源开关116)，并且电容器142可以增加该电压(例如，增加到约1/2Vin+Vcc)，如本文中讨论的。如本文中讨论的，增加的电压可以用于保持第二电源开关116接通，并且增加的电压还可以被递送给第一自举电容器140(例如，递送给其第一侧)，从而对电容器140充电。作为示例，电容器140的第一侧的电压可以为约1/2Vin+Vcc，并且电容器140的第二侧的电压可以为约1/2Vin(例如，从电容器122提供的，诸如通过CS1)，并且电容器140可以被充电到约Vcc的电压。因此，第二自举电容器142可以用于对第一自举电容器140充电，诸如在第三操作状态(例如，图2C)期间。
然后，第一自举电容器140可以用于提供升高电压，以保持第一电源开关114接通，诸如在第一操作状态(例如，图2A)期间。当第一电源开关114接通时，来自输入102的电压(例如，约Vin)可以通过第一电源开关114提供给第一电源开关114的源极，以及提供给第一自举电容器140(例如，其第二侧)，并且在一些情况下还提供给CS1。第一自举电容器140可以增加电压(例如，增加到约Vin+Vcc)，该电压可以被提供给放大器130(例如，通过BST1)。增加的电压可以被递送给第一电源开关114的栅极，并且可以充分高于源极处的电压(例如，比其高约Vcc)，使得第一电源开关114保持接通。
参考图8，驱动信号HDrv1的电压对于第一操作状态(例如，用于接通第一电源开关114)可以为高，而对于第二操作状态、第三操作状态和第四操作状态(例如，用于断开第一电源开关114)可以为低。驱动信号HDrv2的电压对于第三操作状态(例如，用于接通第二电源开关116)可以为高，而对于第一操作状态、第二操作状态和第四操作状态(例如，用于断开第二电源开关116)可以为低。BST1处的电压可以在第一操作状态下增加(例如，增加到约Vin+Vcc)。如本文中讨论的，第一自举电容器140可以增加BST1处的电压。随着第一自举电容器140部分地放电，BST1处的升高电压可以在第一操作状态的过程中降低。在第二操作状态下，BST1处的电压可以下降。由于从第一操作状态到第二操作状态的转变，施加到电容器140的第二侧的电压可以从约Vin(例如，从输入102通过第一电源开关114施加的)下降到约1/2Vin(例如，从电容器122施加的)。在第二操作状态期间，BST1的电压可以为约1/2Vin+Vcc减去电容器140放电的量。在第三操作状态期间，电容器140可以充电，诸如充电到约1/2Vin+Vcc。在第三操作状态期间，电容器140可以恢复其在第一操作状态期间损失的电荷量。如本文中讨论的，第二自举电容器142可以用于对第一自举电容器140充电，诸如在第三操作状态期间。在第四操作状态期间，BST1处的电压可以为约1/2Vin+Vcc。
在第一操作状态和第二操作状态期间，BST2处的电压可以是稳定的(例如，约Vcc)。BST2可以耦合到提供电压(例如，Vcc的电压)的电压源148。在第三操作状态下，BST2处的电压可以增加(例如，增加到约1/2Vin+Vcc)。如本文中讨论的，第二自举电容器142可以用于提供升高电压，诸如在第三操作状态期间。随着第二自举电容器142部分地放电，BST2处的升高电压可以在第三操作状态的过程中降低。在第四操作状态，BST2处的电压可以降低(例如，降低到约Vcc)。由于从第三操作状态到第四操作状态的转变，施加到电容器142的第二侧的电压可以从约1/2Vin(例如，通过第二电源开关116从电容器122施加的)变化到地(例如，通过第三电源开关118施加的)。
在第一操作状态期间，位置或节点CS1处的电压可以增加(例如，增加到约Vin)。在第一操作状态期间，电压Vin可以通过第一电源开关114从输入102施加到位置CS1。CS1处的电压可以在第二操作状态下降低(例如，降低到约1/2Vin)。在第三操作状态和第四操作状态期间，CS1处的电压可以为约1/2Vin。
在第一操作状态、第二操作状态和第四操作状态期间，位置或节点SW2处的电压可以为地。当第三电源开关118接通时，SW2位置可以耦合到地。在第三操作状态期间，第三电源开关118可以断开，并且SW2可以通过第二电源开关116耦合到电容器122。在第三操作状态期间，SW2处的电压可以增加1/2Vin。在第三操作状态下，SW2和CS1处的电压可以相同(例如，通过第二电源开关116耦合)。当第二电源开关116断开并且第三电源开关接通时，在第四操作状态下，SW2处的电压可以返回到地。
在第二操作状态、第三操作状态和第四操作状态期间，位置SW1处的电压(例如，其也可以是CS2处的电压)可以为地。当第四电源开关120接通时，SW1和/或CS2位置可以耦合到地。在第一操作状态期间，第四电源开关120可以断开，并且SW1和/或CS2可以增加(例如，增加到约1/2Vin)。在第三操作状态下，SW2和CS1处的电压可以相同(例如，通过第二电源开关116耦合)。当第四电源开关120再次接通时，例如，在第二操作状态下，SW1和/或CS2处的电压可以返回到地。
电容器122可以在CS1与CS2之间。在第一操作状态期间，CS1与CS2之间的电压可以为约Vin-1/2Vin，其等于约1/2Vin。在第二操作状态、第三操作状态和第四操作状态期间，CS1与CS2之间的电压可以为约1/2Vin-地，其等于约1/2Vin。因此，在功率转换器100的稳态操作期间，跨电容器122的电压可以为约1/2Vin。在一些情况下，电容器122可以在第三操作状态期间部分地放电，并且可以在第一操作状态期间充电。
图8示出了BST1(例如，其可以是在驱动信号HDrv1为高时通过放大器130施加到第一电源开关114的栅极的电压)与CS1(例如，其是第一电源开关114的源极处的电压)之间的电压差。BST1与CS1之间的电压差可以为约Vcc。在第一操作状态期间，BST1与CS1之间的电压差可以随着电容器140的部分放电而减小。在第三操作状态期间，BST1与CS1之间的电压差可以随着电容器140的再充电而增加。BST1(例如，施加到电源开关114的栅极)与CS1(例如，在电源开关114的源极处)之间的电压差可以足够高以保持电源开关114接通。
图8示出了BST2(例如，其可以是在驱动信号HDrv2为高时通过放大器132施加到第二电源开关116的栅极的电压)与SW2(例如，其可以是第二电源开关116的源极处的电压)之间的电压差。BST2与SW2之间的电压差可以为约Vcc。在第三操作状态期间，BST2与SW2之间的电压差可以随着电容器142的部分放电而减小。在第四操作状态期间，BST2与SW2之间的电压差可以随着电容器142的再充电而增加。BST2(例如，施加到电源开关116的栅极)与SW2(例如，在电源开关116的源极处)之间的电压差可以足够高以保持电源开关116接通。
第二自举电容器142可以提供升高电压，以保持第二电源开关116接通并且同时对第一自举电容器140充电。第二自举电容器142可以通过这两种功能部分地放电。在一些配置中，第二自举电容器142可以被选择为具有比第一自举电容器140大的电容，诸如比第一自举电容器140大大约20％、大约30％、大约40％、大约50％、大约60％、大约70％、大约80％、大约90％、大约100％、大约120％、大约150％、大约200％或更大、或者在它们之间的任何值或范围，尽管可以使用其他值。第二自举电容器142可以具有足够的容量来替换由第一自举电容器140损失的电荷(例如，在保持第一电源开关114接通的同时)，并且同时提供电荷以保持第二电源开关116接通。
如本文中讨论的，在一些实施例中，集成电路126可以包括用于向自举电容器140、142中的一者或两者提供信号的端子(例如，类似于外部电容器122如何经由端子CS1和CS2耦合到集成电路的电路***)。例如，第一自举电容器140可以耦合在BSTI端子与CS1端子之间。第二自举电容器142可以耦合在BST2端子与SW2端子之间。第一自举电容器140和/或第二自举电容器142可以在集成电路126外部，这可以使得能够使用具有足够电容和/或尺寸以保持相关联的电源开关114和/或116接通的自举电容器140和/或142，如本文中讨论的。
内部自举电容器实施例
在一些实施例中，功率转换器100可以包括在集成电路(IC)内的自举电路，该IC还可以包括第一电源开关114、第二电源开关116、第三电源开关118和第四电源开关120。在一些实施例中，IC还可以包括驱动控制器128、放大器130、132、134和136、PWM脉冲发生器138、或其任何组合、以及功率转换器100的其他组件，如本文中讨论的。一个或多个自举电容器140和/或142可以由同一硅制成，并且可以与对应电源开关114和/或116、或其他半导体芯片、或本文中讨论的其他组件位于同一硅芯片上。例如，类似于图3的集成电路126可以包括一个或多个自举电容器140、142。在一些实现中，由于IC中的空间有限，IC内部的一个或多个自举电容器140、142将需要足够小以适合IC，这可能限制内部自举电容器140、142的电容量。
在一些情况下，内部自举电容器140和/或142没有储存足够的能量来在对应电源开关114和/或116接通的整个时间内维持升高电压。自举电容器140或142可以用于提供升高电压以接通对应电源开关114或116，并且然后自举电容器140或142可以与电源开关114或116断开连接。电源开关114或116内部的电容可以在适合于操作状态的剩余时间内将电源开关114和116维持在接通(例如，传导)状态。
参考图9，电源开关114可以是具有内部电容(诸如内部栅极电容)的FET(例如，N沟道MOSFET)。尽管图9中示出了第一电源开关114，但第二电源开关116可以是类似的，并且可以具有内部栅极电容。电源开关114可以具有栅极部分164，栅极部分164通过绝缘(例如，电介质)层168与本体部分166分离，该绝缘(例如，电介质)层168可以形成栅极电容器170。电源开关114还可以具有漏极部分172和源极部分174。在一些情况下，栅极电容可以在栅极部分164与源极部分174之间。作为示例，当电压被施加到电源开关114的栅极部分164时，内部栅极电容器170可以首先充电，然后在栅极电容器17充电之后，栅极电压可以增加。然后，当栅极电压增加到阈值量(例如，相对于源极部分174处的源极电压)时，电源开关114可以接通(例如，以提供漏极部分172与源极部分174之间的传导性)。因此，在开关114的内部栅极电容器170充电的同时，电源开关114的实际激活可以从升高电压被施加到栅极的时间被稍微延迟。
如本文中讨论的，自举电容器140可以用于向电源开关114的栅极部分164施加升高的第一电压V1。升高电压V1可以被施加足够的时间，以使栅极电容器170被充电到升高电压V1的电平(例如，基本上达到饱和)。栅极电压可以增加到高于源极电压的阈值电平(例如，增加到升高的第一电压V1)，并且电源开关114可以接通，这可以使得第二电压V2能够从漏极部分172穿过电源开关114到达源极部分174。然后，源极部分174可以具有第二电压V2的电压电平。升高的第一电压V1可以充分高于第二电压V2(例如，在一些实施例中，由于自举电容器140)，使得电源开关114可以处于接通(例如，传导)状态。然后，栅极部分164可以与升高的第一电压V1断开连接。在一段时间内，存储在栅极电容器170上的电荷可以保持栅极电压升高到足以保持电源开关114接通的第一电压V1以上。栅极电容器170可以保持电源开关114接通的时间量可以取决于存储在栅极电容器170上的电荷量(例如，其电容和升高的第一电压V1的电平)、以及栅极电容器170上的电荷在与第一电压V1断开连接之后消散的速率。功率转换器100(例如，其集成电路126)可以被配置为使得电源开关114的栅极电容器170可以将电源开关114保持接通足够长的时间，以满足第一操作状态(例如，图2A)的持续时间。例如，当与升高的第一电压V1断开连接时，栅极部分164可以通过具有足够电阻的电阻器耦合到较低电压，以从栅极电容器170产生足够低的放电电流，使得栅极电容器170可以保持足够的电荷达足够长的时间，以在第一操作状态(例如，图2A)期间保持电源开关114接通。当是时间断开电源开关114时(例如，当转变到图2B的第二操作状态时)，栅极电容器170可以放电，诸如通过将栅极部分164耦合到较低电压或地。电源开关116可以类似地操作，诸如在第三操作状态(例如，图2C)期间。
图10示出了用于控制或驱动第一电源开关114的电路的示例实施例，并且第二电源开关116也可以类似地被控制或驱动。例如，图10的电路可以是本文中讨论的对应放大器130。放大器130可以是运算放大器。该电路可以接收输入176，输入176可以是诸如来自驱动控制器128的驱动信号(例如，HDrv1)。该电路可以具有输出178，输出178用于发送信号以控制电源开关114(Q1)，诸如向开关114的栅极发送信号。该电路可以包括正或高压电源180，该正或高压电源180可以耦合到自举电源电压节点(BST)(例如，BST1)。该电路可以包括负或低压电源182，在一些情况下，该负或低压电源182可以耦合到开关节点(SW)(例如，CS1、SW1或SW2)。自举电容器140可以耦合在正或高压电源180(例如，BST)与负或低压电源182(例如，SW)之间。自举电容器140可以是放大器130的集成部分，或者在一些情况下，自举电容器140可以在放大器130外部，但是仍然耦合在高压电源180与低压电源182之间。自举电容器140可以是与放大器130相同的IC的一部分，或者在一些情况下，可以是外部自举电容器140。
该电路可以包括上拉开关186和下拉开关188，上拉开关186可以耦合在正或高压电源180(例如，BST)与输出178之间，下拉开关188可以耦合在负或低压电源182(例如，SW)与输出178之间。当上拉开关186接通(例如，并且下拉开关188断开)时，输出178可以耦合到正或高压电源180(例如，BST)，该正或高压电源180(例如，BST)可以经由输出178向电源开关114发送高输出信号。当下拉开关188接通(例如，并且上拉开关186断开)时，输出178可以耦合到负或低压电源182(例如，SW)，该负或低压电源182(例如，SW)可以经由输出178向电源开关114发送低输出信号。接通上拉开关186可以接通电源开关114，并且接通下拉开关188可以断开电源开关114。在一些实施例中，上拉开关186和/或下拉开关188可以是MOSFET、或其他FET、或任何其他合适类型的晶体管或其他开关类型。作为示例，上拉开关186可以是P沟道MOSFET，并且下拉开关188可以是N沟道MOSFET，尽管可以使用其他配置和开关类型。例如，上拉开关186可以是N沟道MOSFET，并且下拉开关188可以是P沟道MOSFET，例如，不同的(例如，反相的)驱动信号被提供给开关186、188。上拉开关186和下拉开关188可以是相同类型的开关，并且驱动电路***可以被配置为提供适当的驱动信号以操作开关186和188，如本文中公开的。
在一些实施例中，该电路可以包括电平移位器190、上拉驱动信号发生器192、放大器194、下拉驱动信号发生器196和放大器198。电平移位器190可以用于修改在输入176处提供的信号(例如，HDrv1)，诸如通过移位电压信号的电平，尽管在一些配置中，电平移位器190可以省略或不同地使用。例如，电平移位器190可以调节输入信号，使得它们适合于上拉驱动信号发生器192、放大器194、下拉驱动信号发生器196和/或放大器198。上拉驱动信号发生器192可以诸如从输入176或电平移位器190接收输入信号，并且上拉驱动信号发生器192可以输出用于控制上拉开关186的信号。放大器194可以放大来自上拉驱动信号发生器192的信号(例如，其可以是逻辑信号)，使得其具有足够的电压来操作上拉开关186。下拉驱动信号发生器196可以诸如从输入176或电平移位器190接收输入信号，并且下拉驱动信号发生器196可以输出用于控制下拉开关188的信号。放大器198可以放大来自下拉驱动信号发生器196的信号(例如，其可以是逻辑信号)，使得其具有足够的电压来操作下拉开关188。放大器194和198可以是运算放大器。可以使用反相器(例如，与放大器194相结合)，这可能导致不同信号被提供给上拉开关186和下拉开关188。很多变化是可能的。例如，放大器198可以包括反相器而不是放大器194，或者放大器194和198中的任何一者或两者可以包括反相器，例如取决于所使用的开关186和188的类型、以及驱动信号发生器192和196的操作。各种组件可以重新布置，或在一些情况下可以省略。驱动信号发生器192和196可以输出足够的电压来操作对应开关186和188。该信号可以在被递送给驱动信号发生器192和196之前被放大(例如，由放大器194和198或公共放大器)。
上拉开关186可以将其阱隔离并且连接到阱开关184。阱开关184可以包括第一开关185和第二开关187，这些开关可以是MOSFET、或其他FET、或任何其他合适类型的晶体管或其他开关类型。作为示例，开关185和187可以是P沟道FET(例如，MOSFET)。第一开关185的漏极可以耦合到高压电源180(例如，BST信号)，第一开关185的源极可以耦合到上拉开关186的阱，并且第一开关185的栅极可以耦合到输出信号178。第二开关187的漏极可以耦合到输出信号178，第二开关187的源极可以耦合到上拉开关186的阱，并且第二开关187的栅极可以耦合到高压电源180(例如，BST信号)。第一开关185和第二开关187可以选择高压电源180(例如，BST信号)与输出信号178之间的较高电压信号，并且可以向上拉开关186的阱提供较高电压信号。阱开关184可以将开关186的阱偏置到两个电压信号178和180中的较高电压信号。这种配置可以防止开关114的栅极电容意外放电。如果开关186的阱和源极被短路并且阱开关184被省略，则即使当开关186断开时，由开关186的源极和阱形成的体二极管也可以使保持在功率器件114的栅极电容上的电压放电。
图11示出了与上拉驱动信号发生器192和下拉驱动信号发生器196的示例实施例相关联的信号，诸如用于控制第一电源开关114。驱动信号(例如，HDrv1)在第一操作状态下可以是高信号200，而在第二操作状态、第三操作状态和第四操作状态下可以是低信号。上拉驱动信号发生器192可以响应于低输入信号(例如，低HDrv1)而产生低输出信号。在图11的实施例中，上拉驱动信号发生器192可以响应于从低输入信号到高输入信号的转变(例如，HDrv1的上升沿)而产生高信号的脉冲202。来自上拉驱动信号发生器的高输出脉冲202可以接通上拉开关186。在图11的实施例中，不是在高驱动信号HDrv1 200的整个时间期间保持上拉开关186接通(如在本文中描述的一些其他实施例中可以做到的，诸如具有(多个)较大外部自举电容器的实施例)，而是上拉驱动信号发生器192可以在驱动信号HDrv1仍然为高的同时完成高信号脉冲202并且将输出降为低信号。高信号脉冲202可以持续足够的时间以将相关联的电源开关114、116(Q1或Q2)充电到适当电平。
在驱动信号HDrv1为高的同时(例如，在第一操作状态期间)，下拉驱动信号发生器196可以产生低信号。当驱动信号(例如，HDrv1)从高信号200转变为低信号时(例如，对于从第一操作状态到第二操作状态的转变)，下拉驱动信号发生器196可以产生高输出信号脉冲204，该高输出信号脉冲204可以接通下拉开关188。在图11的实施例中，不是在驱动信号HDrv1为低的整个时间期间保持下拉开关186接通(在一些实施例中可以这样做)，而是下拉驱动信号发生器196可以在驱动信号HDLv1仍然为低的同时完成高信号脉冲204并且将输出降到低信号。在一些情况下，来自下拉驱动信号发生器196的高输出脉冲204可以类似于来自上拉驱动信号发生器192的高输出信号202，不同之处在于，它发生在不同时间和位置。很多变化是可能的。高信号和低信号可以根据所使用的开关或其他组件的类型而反相。在一些实现中，下拉驱动信号可以保持高达更长时间(例如，在整个第二操作状态期间保持高，或者在HDrv1信号为低的整个时间期间保持高)。
自举电容器140可以在驱动信号(例如，HDrv1)变高之前(例如，在图11的最左侧的第一操作状态之前)被充电。这些状态可以重复，并且自举电容器140可以在先前的第四操作状态或其他先前状态中被充电。当电流从BST节点(例如，在高压电源180处)流向自举电容器140并且从自举电容器140流向SW节点(例如，低压电源182)时，自举电容器电容器140可以充电。作为示例，低压电源182(例如，SW节点)可以耦合到地(或耦合到某个其他相对较低电压)，并且高压电源180(例如，BST)可以耦合到Vcc(或某个其他相对较高电压)，这可以使自举电容器140充电(例如，充电到约Vcc)。自举电容器140的第一侧可以处于比自举电容器的第二侧(例如，地)高的电压(例如，约Vcc)。在自举电容器140充电的同时，上拉开关186可以断开。在自举电容器140充电的同时，下拉开关188可以断开。在一些情况下，在自举电容器140充电的同时，下拉开关188可以接通。在自举电容器140充电的同时，电源开关114可以断开(例如，在本文中讨论的第二操作状态、第三操作状态或第四操作状态期间)。自举电容器140可以是IC(例如，放大器130)的内部组件。
当驱动信号(例如，HDrv1)变为高信号200时，上拉驱动信号发生器192可以产生高信号脉冲202，该高信号脉冲202可以接通上拉开关186。当上拉开关186接通时，上拉开关186可以将高压电源(例如，BST，其在此时可以具有约1/2Vin+Vcc的电压)连接到电源开关114的栅极。由于电源开关114的栅极高于源极(其在此时可以为1/2Vin)，电源开关114可以接通。在一些情况下，栅极电容器170可以被充电到第一电压(例如，约1/2Vin+Vcc)，诸如当电源开关114接通时。当自举电容器140接通时，自举电容器140可以放电以向电源开关114的栅极提供升高电压。在一些情况下，电源开关114的源极可以耦合到低压电源182(例如，SW)。当电源开关114接通时，电压(例如，约Vin)可以从漏极传递到源极。自举电容器140的第二侧可以被提供有电压(例如，约Vin，诸如来自电源开关114的源极)，该电压可以使自举电容器140放电，从而升高该电压(例如，升高约Vcc，因为这是自举电容器被充电到的电压)。升高电压(例如，约Vin+Vcc)可以通过上拉开关186递送给电源开关114的栅极。电源开关114的栅极电容器170可以被充电到升高电压电平(例如，约Vin+Vcc)。在一些情况下，栅极电压可以升高到升高电压，这可以将电源开关114保持接通一段时间(例如，因为约Vin+Vcc的升高的栅极电压高于约Vin的源极电压)。
不是在第一电源开关114接通的整个时间期间(例如，在第一操作状态期间)保持上拉开关186接通，而是提供给上拉开关186的高输出脉冲202可以在驱动信号(例如，HDrv1)仍然为高信号200的同时结束，如图11所示。当高输出脉冲202结束时，提供给上拉开关186的较低信号可以断开上拉开关186。在脉冲202的结束与驱动信号200的结束之间的时间期间，上拉开关186和下拉开关188可以断开。在此期间，先前递送给电源开关114的栅极(例如，以对栅极电容器170充电)的电荷可以基本上被隔离或保持在电源开关114中。由于电源开关114仅被预期在短时间内接通，所以存储在栅极电容器170上的电荷足以在该预期时间内保持电源开关114接通。
功率转换器100的各种元件可以被配置为使得内部栅极电容能够足够长时间(例如，在第一操作状态期间)保持电源开关114接通。例如，电源开关114可以被配置为具有足够的栅极电容，自举电容器140可以具有足够的电容，并且升高电压可以被充分升高(例如，足够高的Vcc值)，和/或高输出脉冲202可以足够长以对栅极电容器170充分充电，以使得电源开关114能够保持接通达足够的时间，如本文中讨论的。根据具体配置，各种不同值可以用于这些组件或功能。在一些情况下，电源开关114的栅极可以被初始充电到被升高(例如，高于电源电压)至少约1伏、约1.5伏、约2伏、约2.5伏、约3伏、约3.5伏、约4伏、约4.5伏、约5伏、约5.5伏、约6伏、约6.5伏、约7伏或更高的电压，以具有足够的电荷来保持电源开关114接通(例如，在第一操作状态期间)，或其间的任何值或范围，尽管可以使用其他值，诸如取决于各种因素，使得电压足够高以将电源开关114接通到期望强度达期望时间段。在上拉开关186断开之后，升高的栅极电压可以随时间下降，但是由于电源开关114仅在短时间内保持接通，所以栅极的内部电容可以是足够的。
当驱动信号HDrv1转变为低信号时，下拉驱动信号发生器196可以产生高信号(例如，图11中的高信号脉冲204)，该高信号可以接通下拉开关188。下拉开关188可以将电源开关114的栅极耦合到相对较低的电压源，诸如低压电源182(例如，SW)。电源开关114的栅极上的剩余电荷中的一些或全部可以通过通过下拉开关188的电流被放电。一旦电源开关114的栅极电压下降到电源电压的阈值内，电源开关114就可以断开。在一些情况下，栅极电容器170可以被放电到地或足够低以断开电源开关114的某个电压。
在一些实施例中，用于接通下拉开关188的高信号脉冲204可以在短时间段之后断开。下拉开关188可以接通足够长的时间，以对电源开关114的栅极放电到足以断开电源开关114，而不对栅极电容器170完全放电。因此，在下一次上拉开关186接通时，栅极电容器170可以被更快地充电。在一些实施例中，下拉开关188可以由高信号脉冲204脉冲为接通。在其他实施例中，下拉开关188可以保持接通更长时间。下拉开关188可以接通(例如，被脉冲或以其他方式)足够长的时间，以使栅极电荷从电源开关114耗尽到足够低的电平以完全断开电源开关114。一旦电源开关114断开，自举电容器电压可以继续耗尽而不会对操作产生不利影响。在一些情况下，下拉开关188可以保持接通更长时间(例如，在第二状态期间接通，或者在第二状态、第三状态和第四状态、或其间的任何时间期间接通)，这可以使栅极电容器170更完全地放电。脉冲202和/或204的持续时间可以通过反馈来确定。例如，当脉冲202为高并且上拉开关186接通时，栅极电压可以增加，并且当栅极电压高于阈值电压时，该***可以断开脉冲202。当脉冲204为高并且下拉开关188接通时，栅极电压可以降低，并且当栅极电压低于阈值电压时，该***可以断开脉冲204。例如，当输出178的电压等于第一电源开关114的源极处的电压时，脉冲202可以结束(例如，这可以停止栅极电容器170的放电)。在一些实施例中，脉冲202和/或204的持续时间可以由定时器定义(例如，设置的持续时间)。
在一些情况下，下拉开关188没有被脉冲。例如，自举电容器电压可以耗尽，这可能导致波形看起来像是被脉冲。在一些实施例中，自举电容器140不会耗尽，诸如对于自举电容器140在第二操作状态、第三操作状态和第四操作状态期间被充电的一些实施例(例如，参见图5)。在一些实施例中(例如，图7)，自举电容器140仅在第三操作状态期间充电，并且可以耗尽。在一些情况下，可以存在使用自举电容器140(例如，电平移位器)被供电的附加电路或组件。在第一状态和第二状态两者期间，这些电路可以对自举电容器140放电。自举电容器140可以被选择为具有足够的电荷，以在第一操作状态下对电源开关114的栅极充电，在第一状态下向其他电路提供附加电荷，并且在第二状态下对电源开关114的栅极放电。在第二状态的剩余部分期间，自举电容器140放电是可以接受的，因为电源开关114的栅极已经放电。对于第二电源开关116的操作，功能可以是类似的，但有些不同。对于第二电源开关116，一旦进入第四操作状态，自举电容器142将被再充电，从而防止自举电容器142的任何进一步放电。
当电源开关114断开时，自举电容器140可以充电。例如，低压电源182可以耦合到电源开关114的源极，并且可以在电源开关114断开时接地(或某个其他相对较低电压)。电容器140的第一侧的较高电压(例如，来自BST)和电容器140的第二侧的较低电压(例如，来自SW)可能导致自举电容器140充电。由于自举电容器140用于对电源开关114的内部栅极电容器170充电，因此相对较低容量的自举电容器140可以被使用，并且自举电容器电容器140可以足够小以并入IC中。在一些情况下，自举电容器140可以具有足够的电容，该电容保持其电压充足，使得其在每次对电源开关114的栅极电容器170充电之后不需要再充电。
第一电源开关114的栅极电容器170的充电可以由驱动信号(例如，HDrv1)的上升沿触发。自举电容器140可以升高栅极电容器170上的电荷，使得栅极电容器170上的电荷可以保持电源开关114接通(例如，在第一操作状态的剩余部分期间)。第一电源开关114的栅极电容器170的放电可以由驱动信号(例如，HDrv1)的下降沿触发。自举电容器170可以具有相对较低的容量和较小的尺寸，并且可以并入IC中，因为在一些情况下，它只需要对电源开关114的栅极电容器170充电。在一些情况下，这种方法可以奏效，因为***中的寄生效应较低。在一些情况下，如果使用外部自举电容器，则它需要具有较大电容(例如，较大尺寸)，使得它可以具有更多电荷并且克服与使用外部电容器相关联的较高寄生效应。使用IC内部的自举电容器可以产生较低寄生效应，从而可以使得能够使用较小电容器，从而可以使得能够将电容器集成到IC中。
很多变化是可能的，例如，在一些实施例中，上拉开关186可以在电源开关114接通的时间期间(例如，在第一电源开关114的第一操作状态期间)保持接通，或者下拉开关188可以在电源开关114断开的时间期间保持接通。
在一些实施例中，第二电源开关116可以以类似于第一电源开关114的方式被控制，例如，如结合图9、图10和图11讨论的。类似于图10的电路可以用于控制第二电源开关116。为了控制第一电源开关114，输入可以是HDrv1，高压电源180可以是BST1，低压电源182可以是CS1，自举电容器可以是电容器140，并且输出178可以耦合到第一电源开关114的栅极。相比之下，为了控制第二电源开关116，输入176可以是HDrv2，高压电源180可以是BST2，低压电源182可以是SW2，自举电容器可以是电容器142，并且输出178可以耦合到第二电源开关116的栅极。
图12示出了与上拉驱动信号发生器和下拉驱动信号发生器的示例实施例相关联的信号，诸如用于控制第二电源开关116。驱动信号(例如，HDrv2)在第三操作状态下可以是高信号206，而在第一操作状态、第二操作状态和第四操作状态下可以是低信号。上拉驱动信号发生器192可以响应于低输入信号(例如，低HDrv2)而产生低输出信号。在图12的实施例中，上拉驱动信号发生器192可以响应于从低输入信号到高输入信号206的转变(例如，HDrv2的上升沿)而产生高信号的脉冲208。来自上拉驱动信号发生器的高输出脉冲208可以接通上拉开关186。在图12的实施例中，不是在高驱动信号HDrv2 206的整个时间期间保持上拉开关186接通(如在一些其他实施例中可以做到的)，而是上拉驱动信号发生器192可以在驱动信号HDrv2仍然为高的同时结束高信号脉冲208并且将输出降到低信号。高信号脉冲208可以具有与本文中关于高信号脉冲202的讨论类似的持续时间，并且可以持续达高驱动信号HDrv2的一定百分比，与关于脉冲202的讨论类似。
在驱动信号HDrv2为高的同时(例如，在第三操作状态期间)，下拉驱动信号发生器196可以产生低信号。当驱动信号(例如，HDrv2)从高信号208转变为低信号时(例如，对于从第三操作状态到第四操作状态的转变)，下拉驱动信号发生器196可以产生高输出信号210，该高输出信号210可以接通下拉开关188。在图12的实施例中，下拉开关188可以保持接通(例如，在第四操作状态期间)。高输出信号210可以在第四操作状态期间持续。例如，向第一操作状态的转变可能导致高输出信号210结束，并且可能导致下拉开关188断开。高输出信号210在其他实施例中可以持续不同时间量，诸如持续类似于脉冲204的短脉冲，或持续第二电源开关断开的整个时间(例如，在第四操作状态、第一操作状态和第二操作状态期间)，或持续其间的任何时间量。在一些实施例中，自举电容器142可以在第四操作状态期间充电，并且不会比在第三操作状态结束时进一步耗尽。第二电源开关116可以在第四操作状态中被适当地偏置，因为开关186和188被适当地偏置。
自举电容器142可以在第二电源开关116断开的同时被充电，并且可以被放电以提高提供给电源开关116的栅极的电压，从而对第二电源开关116的内部栅极电容器170充电，类似于关于图9、图10和图11的讨论。第二电源开关116的栅极电容器170上的电荷可以使第二电源开关116保持接通一段时间(例如，在第三操作状态期间)，并且栅极电容器170可以被放电以断开第二电源开关116，类似于关于图9、图10和图11的讨论。第二电源开关116的栅极电容器170的充电可以由驱动信号(例如，HDrv2)的上升沿触发。栅极电容器170上的电荷可以保持电源开关116接通(例如，在第三操作状态的剩余部分期间)。第二电源开关116的栅极电容器170的放电可以由驱动信号(例如，HDrv2)的下降沿触发。第二电源开关116的栅极可以保持低(例如，诸如在第四操作状态期间或更长时间)。
在一些情况下，共享自举电容器可以用于第一电源开关114和第二电源开关116两者，例如，因为第一电源开关114和第二电源开关116可以在不同时间接通。共享自举电容器可以用于在第一操作状态(例如，图2A)期间接通第一电源开关114，可以用于在第三操作状态(如，图2C)期间接通第二电源开关114，并且可以在第二操作状态和第四操作状态(例如，图2B和图2D)中的一者或两者期间充电。可以使用共享自举电容器，其中在第二状态和第四状态下使用合适的隔离方法和足够的时间来对共享自举电容器充电。
电流感测
在一些实施例中，功率转换器100可以执行电流感测。在一些实施例中，功率转换器100可以包括通信输出，该通信输出可以用于输出关于通过功率转换器100的电流的信息。功率转换器100可以测量每个通道上的电流，并且可以报告电流信息(例如，当被请求时)。电流报告可以是任一通道或两个通道的单独报告，或者是两个通道之和的报告，或者是两个通道平均值的报告，或者是通过功率转换器的总电流的报告，或者是来自功率转换器100的输出电流的报告。通道可以对应于与两个电感器110(例如，第一电流通道)和112(例如，第二电流通道)相关联的电流。
对于AC耦合功率转换器，电流的形状可以不同于一些其他功率转换器。图13示出了AC耦合功率转换器的实施例的示例电流形状(例如，通过第四电源开关120的电流)。图13还示出了AC耦合功率转换器中的其他组件的信号。在图13的AC耦合功率转换器中，在第一操作状态期间，第一电源开关114和第三电源开关118可以接通，并且通过电源开关120的电流将为约0安培，因为它是断开的。在第二操作状态下，第三电源开关118和第四电源开关120可以接通，并且电流可以跳变到第一值并且然后随时间衰减。在第三操作状态下，第二电源开关116和第四电源开关120可以接通，这可能导致电流跳变到更高的第二值并且然后随时间增加到甚至更高的第三值。在第四操作状态下，第三电源开关118和第四电源开关120可以接通，这可能导致电流下降并且然后随时间衰减(例如，在第二操作状态期间以大致相同的速度或斜率)。然后，功率转换器100可以返回到第一操作状态，并且电流可以下降(例如，下降到约零安培)。
图13和图14中的电流不是电感器电流，并且因此不直接表示输出电流。图13示出了通过电源开关120的电流，而图14示出了通过电源开关118的电流。通过监测通过第三电源开关118和第四电源开关120的电流，可以分别感测电感器电流(例如，其总和是输出电流)。除了第三操作状态之外，通过电源开关120的电流可以看起来像非AC耦合转换器。在第一操作状态下没有感测到电流，因为电源开关120断开。在第二操作状态和第四操作状态期间，感测到的电流等于电感器电流。然而，在第三操作状态期间，由于AC耦合架构，通过电源开关120的电流是电感器110电流和电感器112电流的总和。这是因为，电源开关120同时递送电感器110电流，并且还经由快速电容器122和电源开关116递送电感112的电流。
在图13中，在一些实施例中，标记为“csen”的信号示出了电流感测何时被启用。例如，电流感测可以在第二操作状态期间和第四操作状态期间被启用，但不在第一操作状态期间或第三操作状态期间被启用。例如，当低驱动信号LDrv1和LDrv2都为高时，或者当第三电源开关118和第四电源开关120都接通时，电流感测可以被启用。电流感测可以在低驱动信号LDrv1或LDrv2中的一个变高之后被启用，诸如在低驱动信号LDrv1或LDrv2中的一个变为高之后短时间(例如，约1ns至10ns，或约5ns，或任何其他合适的时间)，并且电流感测可以在低驱动信号LDrv1或LDrv2中的一个变低之前被启用，诸如在低驱动信号LDrv1或LDrv2中的一个变低之前短时间(例如，约1ns至10ns，或约5ns，或约2ns，或任何其他合适的时间)。
通过比较，图14示出了流经第三电源开关118的电流的示例电流形状。在图14中，电流可以跳到第一值，并且然后随时间衰减，并且然后电流可以下降(例如，下降到约零安培)，并且该模式可以重复。图14中的功率转换器的电流不会第二次跳到第二电流值或增加到第三电流值，如图13中。对于AC耦合架构，通过电源开关118的电流可以看起来与通过非AC耦合功率转换器的电流相似或相同。
图15示出了被配置为执行电流感测的功率转换器100的示例实施例。在一些实施例中，功率转换器100可以使用一个或多个电流镜来确定通过功率转换器100的各部分的电流。功率转换器可以类似于图1的功率转换器或本文中公开的各种其他功率转换器100实施例。功率转换器100可以包括用于测量通过第三电源开关118的电流的第一感测电路212(例如，通过使用电流镜来镜像通过第三电源开关118的电流)和用于测量通过第四电源开关120的电流的第二电流感测电路214(例如，通过使用电流镜来镜像通过第四电源开关120的电流)。第一电流感测电路212的一个或多个组件可以与第三电源开关118并联耦合。第二电流感测电路214的一个或多个组件可以与第四电源开关120并联耦合。如图16所示，第一电流感测电路212可以包括第一感测MOSFET(或其他开关类型)220，该第一感测MOSFET(或其他开关类型)220可以被配置为在第三电源开关118传导电流时传导电流，但传导电流的量较小。第二电流感测电路214可以包括第二感测MOSFET(或其他开关类型)222，该第二感测MOSFET(或其他开关类型)222可以被配置为在第四电源开关120传导电流时传导电流，但传导电流的量较小。在一些情况下，针对通过第三电源开关118或第四电源开关120的电流与通过对应感测开关220或222的镜像电流之间的比率可以使用740比1的比率。可以使用各种其他比率，诸如约100:1、约200:1、约300:1、约400:1、约450:1、约500:1、约550:1、约600:1、约650:1、约700:1、约750:1、约800:1、约850:1、约900:1、约950:1、约1000:1、约1100:1、约1200:1、约1300:1或更大、或它们之间的任何值或范围，但也可以使用其他比率，这取决于功率转换器100的设计和能力。例如，可以使用比1:1高得多的比率来减少解决方案占地面积和功耗。然而，高比率值会对电流感测精度产生负面影响。根据功率转换器的设计和能力，可以使用任何合适的比率。
功率转换器100可以包括电流感测处理电路***216，电流感测处理电路***216可以处理来自电流感测电路212和/或214中的一者或两者的信号以确定电流(例如，通过功率转换器100的电流)。电流感测处理电路***216可以对来自电流感测电路212和214的信号施加增益，在一些情况下可以对信号进行反相，和/或可以组合(例如，平均)信号。功率转换器100可以包括用于输出关于所确定的电流的信息的输出218。输出218可以使用有线或无线通信。在一些实现中，输出218可以使用电源管理总线(PMBUS)，并且通信接口可以被配置为实现集成电路间(I2C)协议。可以使用任何合适的通信接口或输出机制来递送关于电流的信息。
图16示出了包括电流感测电路***的功率转换器100的一部分的示例实施例，诸如用于图15的电流感测电路212和214。与一些其他实施例一样，第三电源开关118可以耦合在节点SW2与地之间，并且第四电源开关120可以耦合在节点SW1与地之间。第三电源开关118可以接收驱动信号(例如，LDrv2)，诸如在第三电源开关118的栅极处，以控制第三电源开关118。第四电源开关120可以接收驱动信号(例如，LDrv1)，诸如在第四电源开关120的栅极处，以控制第四电源开关120。
第一感测开关220(例如，感测MOSFET)可以与第三电源开关118并联耦合。第一感测开关220的漏极可以耦合到节点SW2和第三电源开关118的漏极。第一感测开关220的源极可以耦合到地和第三电源开关118的源极。感测电阻器224可以耦合在第一感测开关220的源极与地之间。流过感测开关220的电流可以流过感测电阻器224，这可能导致电压降。因此，电流镜212的输出226处的电压信号(例如，SN2)可以提供指示通过感测开关220的电流的电压值，该电压值可以与通过第三电源开关118的电流成比例(并且因此指示该电流)。电流镜212可以用于确定通过第三电源开关118的电流并且输出对应电压值。
第二感测开关222(例如，感测MOSFET)可以与第四电源开关120并联耦合。第二感测开关222的漏极可以耦合到节点SW1和第四电源开关120的漏极。第二感测开关222的源极可以耦合到地和第四电源开关120的源极。感测电阻器228可以耦合在第二感测开关222的源极与地之间。流过第二感测开关222的电流可以流过感测电阻器228，这可能导致电压降。因此，电流镜214的输出230处的电压信号(例如，SN1)可以提供指示通过第二感测开关222的电流的电压值，该电压值可以与通过第四电源开关120的电流成比例(并且因此指示该电流)。电流镜214可以用于确定通过第四电源开关120的电流并且输出对应电压值。
电流感测使能信号232(例如，csen)可以被递送给第一感测开关220和第二感测开关222中的一者或两者的栅极。当LDrv1和LDrv2均为接通或高时，电流感测使能信号232可以为接通或高，而当LDrv2和LDrv1中的任何一个为断开或低时，电压感测使能够信号232可以为断开或低。因此，在一些实施例中，仅当第三电源开关118和第四电源开关120都接通时，才可以执行电流感测。当电流感测使能信号为接通或高时，感测开关220和222可以接通，例如，以使得镜像电流能够流过感测开关220和222。
在一些实施例中，功率转换器100可以向来自电流感测电路212和/或214的一个或多个信号施加增益，诸如向电压信号SN2和/或SN1。图17示出了用于向电压信号(例如，SN2或SN1)施加增益的电路的示例实施例，该电压信号可以指示电流(例如，通过第三电源开关118或第四电源开关120的电流)。功率转换器100可以具有用于电流感测电路212、214中的每个的单独的增益电路。第一增益电路(例如，图17或图18的)可以对来自第一电流感测电路212的电压信号SN2进行操作，该电压信号SN2可以指示通过第三电源开关118(例如，第二通道)的电流。第二增益电路(例如，图17或图18的)可以对来自第二电流镜214的电压信号SN1进行操作，该电压信号SN1可以指示通过第四电源开关120(例如，第一通道)的电流。在一些情况下，电压信号SN2和/或SN1可以是负值，并且增益电路(例如，图17或图18的)可以对电压信号进行反相以及施加增益，以产生指示功率转换器100中的电流的增大的正电压值。
参考图17，输入电压信号(例如，SN2或SN1)可以被提供给增益电路的输入232。输入电压信号232可以通过第一电阻器R1耦合到第一放大器234的第一端子(例如，负端子)，第一放大器234可以是运算放大器。增益电路可以包括偏置电压236，偏置电压236可以通过电阻器R2耦合到第一放大器234的第二端子(例如，正端子)。第一放大器234的第二端子还可以通过第三电阻器R3耦合到附加输入237。输入237可以是电阻器224或228的下部抽头(例如，如图16所示)，该下部抽头在这种情况下标记为地。该信号可以分别参考电源开关118接地和电源开关120接地。第一放大器234的输出可以通过第四电阻器耦合到第一放大器234的第一端子。放大器234可以被配置为向输入232处的信号施加增益(例如，为4的增益，尽管可以使用其他增益量)。图17的增益电路可以包括第二放大器238。第一放大器234的输出可以通过第五电阻器R5耦合到第二放大器238的第一端子(例如，负端子)。第二放大器238的第二端子(例如，正端子)可以耦合到第二电阻器R2与输入236之间的节点(例如，偏置电压)。第二放大器238的输出可以通过第六电阻器R6耦合到第二放大器238的第一端子。第二放大器238的输出可以通过第六电阻器R6和第五电阻器R5耦合到第一放大器234的输出。第二放大器238的输出可以耦合到输出240，例如，输出240可以在施加增益的情况下输出正电压信号。在一些情况下，第二放大器238可以向第一放大器234的输出施加增益。在一些实施例中，第一放大器234可以施加为4的增益，并且第二放大器238可以施加为70的增益，这为图17的增益电路产生为280的总增益，尽管可以替代地施加各种其他增益量。在一些实施例中，电容器242可以经由第七电阻器R7耦合到输出240和第二放大器238的输出。电容器242可以是用于平滑输出信号240的平滑电容器。例如，可以使用过滤来在一段时间内对输出求平均。
在一些实施例中，功率转换器100可以包括组合或平均电路***。图18示出了组合或平均电路***的示例实施例。组合电路***可以接收两个输入，诸如第一输入240a(其可以是来自第一电流感测电路212的信号或已处理信号)和第二输入240b(其可以是来自第二电流感测电路214的信号或已处理信号。输入240a和240b可以是反相和/或增益信号，诸如从对应增益电路(诸如图17所示的电路)接收的信号。第一输入240a可以通过第一电阻器R1和第二电阻器R2耦合到放大器244的第二端子(例如，正端子)。第二输入240b可以通过第三电阻器R3和第二电阻器R2耦合到放大器244的第二端子。电容器248可以耦合到第二电阻器R2与放大器244的第二端子之间的位置。例如，电容器248的另一端可以去往地或另一电压信号。该另一电压信号可以是输出246相对于AC耦合感测所期望的任何电压。放大器244的输出可以耦合到放大器244的第一端子(例如，负端子)。放大器244的输出可以提供组合信号240a和240b的组合输出信号246。图18的电路可以输出第一输入240a和第二输入240b的平均值。
作为示例，226处的信号SN2可以由下式提供：SN2＝I3/740×0.1，其中I3是通过第三电源开关118的电流，其中除以740是由于电流镜提供的740:1比率，其中乘以0.1是由于感测电阻器224。类似地，230处的信号SN1可以由下式提供：SN1＝I4/740×0.1，其中I4是通过第四电源开关120的电流。SN1和SN2信号可以提供给根据图17的增益电路(例如，作为输入232)。240处的输出Vgain可以由下式提供：Vgain2＝Vb-SN2×280和Vgain1＝Vb-SN1×280，其中Vb是236处的偏置电压。该偏置电压可以是例如250mV，尽管可以使用各种其他值。Vgain1和Vgain2信号可以提供给信号组合电路，例如作为图18的输入240a和240b。组合电路可以提供组合信号Csave，该组合信号Csave可以由下式提供：Csave＝1/2(Vgain1+Vgain2)。Csave信号可以是指示通过功率转换器100的平均电流的电压。
很多变化是可能的。针对增益、镜电流比率、感测电阻值、偏置电压等可以使用各种不同值。图17示出了具有两个放大器234和238的两级增益电路。图19示出了包括一个放大器248的替代的单级增益电路的示例实施例，该放大器248可以提供为300的增益。可以施加其他增益量。输入电压信号(例如，SN2或SN1)可以被提供给增益电路的输入232。输入电压信号232可以通过第一电阻器R1耦合到放大器248的第一端子(例如，负端子)，放大器248可以是运算放大器。增益电路可以包括偏置电压236，偏置电压236可以通过电阻器R2耦合到放大器248的第二端子(例如，正端子)。放大器248的第二端子还可以通过第三电阻器R3耦合到附加输入237。输入237可以是图16的电阻器224或228的下部抽头，该下部抽头在这种情况下标记为地。它可以分别参考电源开关118和电源开关120的接地。放大器248的输出可以通过第四电阻器耦合到放大器248的第一端子。放大器248可以被配置为向输入232处的信号施加增益(例如，为300的增益，尽管可以使用其他增益量)。放大器248的输出可以耦合到输出250，输出250例如可以在施加增益的情况下输出正电压信号。在一些实施例中，电容器252可以经由第五电阻器R5耦合到输出250和放大器248的输出，类似于图17。
图20是一个图表，其示出了当功率转换器100从约0安培增加到约10安培时从功率转换器100的每个相位输出的实际电流251。图20示出了流经每个电感器110和112的电流。因此，图20所示的5A对应于10A的输出(例如，每个电感器110和112为约5A)。图20还示出了使用与图15-图19相结合而描述的方法指示电流的感测电压。当实际输出电流251为约0安培时，感测电压253可以为约250mV。当实际输出电压251增加到每相约5安培时，感测电压251可以增加到约400mV。感测电压253可以与实际输出电流251成比例。因此，电流感测***可以读取感测电压253以确定输出电流251。
在一些情况下，当电源开关处于断开状态时，更有可能发生错误，因此功率转换器100可以被配置为在第三电源开关118(Q3)和第四电源开关120(Q4)都接通(这可以是第二操作状态和第四操作状态)时测量电流。其他实施例可以在其他时间测量电流，诸如在第一配置状态或第三配置状态期间。可以使用各种方法和设备来测量功率转换器100的输出电流。
使用第四电源开关进行的电流感测
在一些实施例中，可以使用单个电流镜或感测电路，用于确定仅通过第四电源开关120的电流。如图2C所示，在第三操作状态下(例如，第二电源开关116和第四电源开关120接通，并且第一电源开关114和第三电源开关118断开)，总负载电流可以流过第四电源开关120。因此，通过第四电源开关120(Q4)的电流可以提供两个电流通道的总和。例如，在第三操作状态下，电容器122CB可以例如经由第四电源开关120、电容器122、第二电源开关116、然后第二电感器112的充电路径对第二电感器112(L2)充电。同时，L1可以通过第四电源开关120(Q4)放电。因此，在该状态期间，第四电源开关携带与第一电感器110(L1)和第二电感器112(L2)两者相关联的总电流。跨第四电源开关120的电流可以类似于本文中公开的其他实施例来测量，诸如类似于与图15-图19相结合而公开的实施例，不同之处在于，电流感测可以在不同时间(例如，在第三操作状态期间)执行并且第三电源开关118处的电流感测可以省略。
图21示出了功率转换器100的示例实施例，该功率转换器100可以被配置为感测跨第四电源开关120的电流。功率转换器100可以包括用于第四电源开关的电流镜214或其他电流感测电路，其可以类似于图15和图16。图15和16的电流镜212可以省略。电流镜214或感测电路可以类似于图16的右侧。232处的“csen”信号可以与图16中的不同地操作，使得第四电源开关120的电流在第三操作状态下测量。当LDrv1和HDrv2信号为高或接通时，“csen”信号可以为高或接通(例如，以闭合或接通第二电源开关116和第四电源开关120)。当LDrv1或HDrv2信号中的任何一个为低或断开时，“csen”信号可以为低或断开。功率转换器100可以包括电流感测处理电路***216，电流感测处理电路***216可以对原始信号(例如，电压信号)进行反相和/或可以向信号施加增益，如本文中讨论的。当电流仅在第四电源开关120处测量时，组合器或平均电路(例如，图18的)可以省略。功率转换器100可以包括用于输出关于所确定的电流的信息的输出218，如本文中讨论的。可以使用任何其他合适的方法或技术来测量第四电源开关120的电压。
使用AC耦合电容器进行的电流感测
在一些实施例中，跨电容器122的电压可以被感测，并且通过功率转换器100的电流(例如，总输出电流)可以根据所确定的跨电容器122的电压来计算。如本文中讨论的，功率转换器100可以包括电容器122，电容器122可以将第一电源开关114AC耦合到第一电感器110。电容器122的第一侧可以耦合到第一电源开关114与第二电源开关116之间的节点。电容器122的第二侧可以耦合到第一电感器110与第四电源开关120之间的节点。在一些情况下，电容器122可以被认为是快速电容器。
图22示出了功率转换器100的示例实施例，该功率转换器100被配置为感测跨电容器122的电压。第一线路可以用于测量电容器122的第一侧的电压。第二线路可以用于测量电容器122的第二侧的电压。功率转换器100可以包括电流感测处理电路***254和输出256。电流感测处理电路***254可以耦合到电容器122的第一侧和电容器122的第二侧，使得它可以确定跨电容器122的电压差。电流感测处理电路***254可以基于电压值(诸如基于电压值随时间的变化)来确定电流(例如，总输出电流)。输出可以输出电流信息，如本文中讨论的。
图23示出了在四种操作状态之间转变时功率转换器的示例实施例的各种参数的值。图23示出了在第一操作状态期间，第一电源开关114(Q1)的栅极与源极之间的电压Vgs变高，这可以接通第一电源开关114。节点SW1处的电压VSW1可以升高(例如，从地到Vin/2)。通过第一电感器110的电流IL1可以在第一操作状态期间增加。如图2A所示，通过第一电感器L1的电流通过电容器122，这可以增加跨电容器122的电压差VCB，如图23所示。在第一操作状态期间流过功率转换器100的电流越多，电容器122上的电压VCB将增加越多。在第二操作状态和第四操作状态期间，第一电源开关114和第二电源开关116都断开，并且电感器110和112在相对方向上被驱动。通过电感器的电流IL1和IL2都可以在第二操作状态和第四操作状态期间衰减。VCB可以保持大致恒定。在第三操作状态期间，第二电源开关116(Q2)的栅极与源极之间的电压Vgs可以为高，这可以接通第二电源开关116。节点SW2处的电压VSW2可以增加(例如，从地到Vin/2)。通过第二电感器112的电流IL2可以在第三操作状态期间增加。如图2C所示，在第三操作状态下，电容器122可以放电以驱动电流IL2通过第二电感器112，这可能导致电容器122的电压VCB降低，如图23所示。在第三操作状态期间流过功率转换器100的电流越多，电容器122的电压VCB将降低得越多。因此，跨电容器122的电压VCB的变化量可以指示通过功率转换器100的电流。在图23中，ΔVCB指示在四种操作状态下的开关周期期间发生的最高电压VCB与最低电压VCB之间的电压差。
参考图22和图23，电流感测处理电路***254可以感测和监测跨电容器122的电压VCB，并且可以至少部分基于VCB的感测或监测电压值来确定通过功率转换器100的电流。例如，在第一开关周期(例如，四个操作状态)期间通过功率转换器100的电流可以至少部分基于电压差ΔVCB来确定，该电压差是在四个操作状态中的开关周期期间发生的最高电压VCB与最低电压VCB之间的差。很多变化是可能的。例如，在开关周期的第一部分期间的第一电流可以至少部分基于电压VCB上升的量来确定，并且在开关周期的第二部分期间的第二电流可以至少部分基于电压VCB下降的量来决定。通过电容器122的电流(i)可以使用下式确定：i＝CB*ΔV/Δt。在该等式中，CB是电容器122的电容，ΔV是跨电容器的电压变化，Δt是测量ΔV的时间间隔。通过电容器122的电流可以指示功率转换器100的输出电流。功率转换器100的输出电流可以基于跨电容器122的电压的周期性测量和这些测量的定时信息来确定。
电容器预充电
当处于稳态时，电容器122(CB)可以充电到约1/2Vin的电压VCB。在一些实施例中，当功率转换器在稳态下操作时，电容器122可以将第三电源开关118和第四电源开关120中的一者或两者与全Vin电压分离。例如，第三电源开关118和/或第四电源开关120可以接收降低的电压(例如，约Vin-VCB或约1/2Vin)。在一些实施例中，与可以接收全Vin电压的第一电源开关114和/或第二电源开关116相比，针对第三电源开关118和/或第一电源开关120使用较低电压开关可以是有利的。例如，对于给定硅区域，较低电压开关可以具有减少的传导损耗。然而，如果暴露于全Vin电压，则较低电压开关可能被损坏或破坏。在稳态操作期间，较低电压开关(例如，Q3和Q4)可以得到保护。然而，在一些配置中，第三电源开关118和/或第四电源开关120(Q3和Q4)可以在达到稳态之前在启动期间暴露于较高电压。在时间T0，当启动开始时，电容器122可能还没有电荷。然后，如果第一电源开关114(Q1)被接通(例如，以开始第一操作状态)，则全输入电压Vin将被递送给第四电源开关120，这在一些情况下会损坏第四电源开关120。
一种解决方案可以是在启动时和在任何切换周期之前首先接通第四电源开关120。这可以将电容器122的第二侧耦合到地。电容器的另一侧(例如，CS1)可以被充电(例如，充电到1/2Vin)。这种方法适用于某些应用。然而，一些受电设备需要在不对输出进行放电的情况下启动到预偏置输出。预偏置可以是当功率转换器100接通时输出104上存在的电压。在正常操作之前接通开关120将对该输出放电，这将违反预偏置启动条件。因此，这种方法对于某些器件来说是不可接受的。此外，在一些情况下，这种方法可能会导致电压变负，这对某些器件来说可能是一个问题。
在一些实施例中，功率转换器100可以在开始开关周期之前对电容器122执行预充电操作。预充电操作可以对电容器122充电，使得当开关周期开始时，第三电源开关和/或第四电源开关在开关周期启动时受到保护。对于预充电操作，功率转换器100可以接通一个或多个开关，以提供用于对电容器122充电的电流的充电路径。功率转换器100可以监测跨电容器122的电压(例如，类似于图22)，并且当跨电容器122的电压达到阈值时，功率转换器100可以断开一个或多个开关以停止对电容器的充电。用于停止预充电操作的电压阈值可以是输入电压的大约一半，即1/2Vin。参考图24，第一开关258可以选择性地将输入102(Vin)耦合到电容器122。第二开关260可以选择性地将电容器122耦合到地(或耦合到低于Vin的某个其他电压)。在一些实施例中，电容器122可以耦合到Vout 104的缓冲版本(例如，由放大器270缓冲)，如图25所示。缓冲器270可以同步充电电流以保持Vout不变。这是为了消除预偏置输出Vout的放电的可能性。对输出进行放电对于某些应用可以是可接受的，而在其他应用中可能是不可接受的。在一些情况下，使用预偏置输出进行充电可以优于不使用预偏置(例如，对地短路)进行充电。
为了对电容器122预充电，功率转换器100(例如，其驱动器或控制器)可以接通开关258和260，使得电流可以从输入流向电容器122的第一侧，并且从电容器122的第二侧流向地，这可以对电容器122充电。当跨电容器122的电压达到阈值(例如，约1/2Vin)时，开关258和260可以断开。然后，功率转换器100可以开始正常操作，诸如通过在本文中讨论的操作状态中开始开关周期。虽然图24中未示出，但电压监测电路可以耦合到电容器122，以用于确定何时达到电压阈值以停止预充电操作。很多变化是可能的。在一些实施例中，第一电源开关114可以用作开关258。在一些实施例中，开关260(或图24中未示出的不同开关)可以在预充电操作期间将第四电源开关120与电容器122断开连接，并且可以在预充电操作之后将第四电源开关120重新连接到电容器122。在一些实施例中，电容器122可以耦合到输出VO或其他低电压以提供预充电电流路径。在一些情况下，这种操作模式(例如，将电容器122耦合到VO)可以是优选的。
图25示出了用于执行预充电操作的电路***的示例实施例。该电路***可以包括开关262(例如，P沟道MOSFET或其他合适类型的开关)，该开关262可以选择性地将Vin耦合到电容器122的第一侧(例如，顶侧)。在预充电操作期间，电容器122的第一侧或顶侧的电压(Vctop)可以增加。开关262可以被控制为接通以开始预充电操作，并且当跨电容器122的电压达到阈值(诸如约1/2Vin)时断开。控制器264可以提供信号以控制开关262。在一些实施例中，控制器264可以提供用于接通开关266的信号，使得信号268通过开关266递送给开关262以接通开关262。在一些情况下，信号268可以绑定到地。信号268可以绑定到不同电压值，该电压值足够低以允许开关266经由或非门286的输出或向开关266提供控制信号的其他器件而接通。
电容器122的第二侧可以耦合到Vout(或地或某种其他低电压)，诸如通过放大器270。放大器270可以是运算放大器。放大器270可以用作单位增益放大器。放大器270的第一端子(例如，正端子)可以耦合到Vout(或其他低电压)，并且放大器的输出可以耦合到放大器270的第二端子(例如，负端子)。电容器122的第二侧(例如，底侧)的电压(Vcbot)可以通过两个电阻器耦合到地，其中放大器272的第一(例如，正)端子耦合在电阻器之间，以提供分压器274。放大器272的第二(例如，负)端子可以耦合到放大器272的输出。在一些情况下，放大器272可以用作单位增益放大器。分压器274的输出(例如，和放大器272的输出)可以是1/4Vcbot。
放大器272的输出可以通过电阻器耦合到放大器276的第二(例如，负)端子。放大器276的输出可以通过另一电阻器耦合到放大器276的第二(例如，负)端子。放大器276的第一(例如，正)端子可以接收为1/8Vctop的电压。分压器277可以提供为1/8Vctop的电压。电容器122的第一侧(例如，顶侧)可以通过多个电阻器耦合到地，并且放大器276的端子可以耦合在电阻器之间以提供分压器。在图25的实施例中，可以使用8个电阻器，一侧有7个，另一侧有1个，以提供1/8Vctop。在一些情况下，可以使用更少的电阻器(例如，取决于所使用的电阻值)。在一些情况下，放大器276可以用作差分放大器，该差分放大器可以输出电压信号之间的差。放大器276可以输出电压Vm＝(1/8*Vctop-1/4*Vcbot)+1/8*Vctop，其等于1/4(Vctop-Vcbot)，其为1/4VCB。
放大器278的第二(例如，正)端子可以接收来自放大器276的输出(Vm)，该输出可以等于跨电容器122的电压的1/4(1/4Vcb)。放大器278的第一(例如，负)端子可以是1/8Vin。该电路***可以包括用于向放大器278提供为1/8Vin的信号的分压器282。多个或多个电阻器可以耦合在Vin与地之间，其中在电阻器之间具有到放大器278的连接。在图25的实施例中，示出了8个电阻器，一侧有7个，另一侧有1个，以提供为1/8Vin的电压。根据所使用的电阻值，可以使用更少的电阻器。在一些情况下，电容器284可以耦合在1/8Vin信号与地之间(例如，在放大器278的第一或负端子与地之间)。在一些情况下，Vin可以是有噪声的，并且从通过转换器100向输出104供电时具有显著的纹波。电容器284与分压器282一起可以形成电阻器电容器(RC)网络，该RC网络用于滤除该噪声和纹波。这可以实现充电电压VCB的更好精度。放大器278可以用作比较器，该比较器可以检测跨电容器的电压Vcb是否已经达到阈值，诸如1/2Vin。在图25的实施例中，比较器放大器278可以检测何时1/4Vcb>＝1/8Vin，这与Vcb>＝1/2Vin相同。因此，当电容器122的电压小于输入电压的一半时，放大器278的输出280可以具有第一值(例如，高)，这可以使得预充电操作能够继续。当电容器122的电压达到输入电压的一半的值时，放大器278的输出280可以具有第二值(例如，低)，这可以停止预充电操作。例如，输出280可以作为输入被递送给控制器264，并且高信号可以启用预充电操作，而低信号可以禁用预充电操作。因此，当输出280变低时，控制器264可以诸如通过断开开关266和/或开关262来停止预充电操作。在一些情况下，开关266可以耦合到或非门286。如果两个输入都为0或低，则或非门286可以接通开关266。一个输入可以耦合到控制器264，如图所示。控制器可以输出低信号以开启预充电操作。或非门286的另一输入可以耦合到输出280。在一些情况下，放大器278可以被配置为在电容器122电压VCB达到阈值时产生高输出280。该高信号输出280可以被递送给或非门286，然后或非门286可以断开开关266。很多变化是可能的，诸如使用不同逻辑门或其他信号。例如，仅当高信号从控制器264和放大器278两者被接收到时，可以使用与门来输出高信号以接通开关266。在一些实施例中，或非门186可以省略，并且控制器264可以被配置为输出用于控制开关266的信号而不使用或非门184。在一些情况下，控制器264可以省略。d型触发器可以与或非门286一起使用(例如，代替控制器264)以控制开关266。电阻器分压器比率的很多不同组合可以用于生成适当的电压和功能。
其他细节
本文中描述的原理和优点可以在各种装置中实现。这样的装置的示例可以包括但不限于消费电子产品、消费电子产品的部件、电子测试设备等。消费电子产品的部件的示例可以包括时钟电路、模数转换器、放大器、整流器、可编程滤波器、衰减器、可变频率电路等。电子设备的示例还可以包括存储器芯片、存储器模块、光网络或其他通信网络的电路、蜂窝通信基础设施(诸如基站、雷达***和磁盘驱动器电路等)。消费电子产品可以包括但不限于无线设备、移动电话(例如，智能电话)、可穿戴计算设备(诸如智能手表或耳机)、医疗监测设备、车辆电子***、电话、电视、计算机显示器、计算机、手持计算机、平板计算机、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、微波炉、冰箱、立体声***、盒式录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、数字录像机(DVR)、VCR、MP3播放器、收音机、摄像机、相机、数码相机、便携式存储器芯片、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、复印机、传真机、扫描仪、多功能***设备、手表、时钟等。此外，装置可以包括未完成的产品。
在一些实施例中，本文中描述的方法、技术、微处理器和/或控制器由一个或多个专用计算设备实现。专用计算设备可以被硬连线以执行这些技术，或者可以包括被持续地编程为执行这些技术的数字电子设备，诸如一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)，或者可以包括被编程为根据固件、存储器、其他存储装置或其组合中的程序指令来执行这些技术的一个或多个通用硬件处理器。指令可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或任何其他形式的非暂态计算机可读存储介质中。这样的专用计算设备还可以将定制硬连线逻辑、ASIC或FPGA与定制编程相结合以实现这些技术。专用计算设备可以是桌面计算机***、服务器计算机***、便携式计算机***、手持设备、联网设备、或结合硬连线和/或程序逻辑以实现这些技术的任何其他设备或设备组合。
本文中描述的微处理器和/或控制器可以使用使得微处理器和/或控制器成为专用机器的定制的硬连线逻辑、一个或多个ASIC或FPGA、固件和/或程序逻辑来实现本文中描述的技术。根据一个实施例，本文中公开的技术的部分响应于存储器中包含的一个或多个指令序列的执行而在控制器中被执行。这样的指令可以从诸如存储设备等另一存储介质读取到存储器中。存储器中包含的指令序列的执行使处理器或控制器执行本文中描述的处理步骤。在替代实施例中，可以代替软件指令或与软件指令相结合使用硬连线电路***。
此外，结合本文中公开的实施例而描述的各种说明性逻辑块和模块可以由被设计为执行本文中描述的功能的机器来实现或执行，诸如处理器设备、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件、或其任何组合。处理器设备可以是微处理器，但在替代方案中，处理器设备可以为控制器、微控制器或状态机、其组合等。处理器设备可以包括被配置为处理计算机可执行指令的电路***。在另一实施例中，处理器设备包括在不处理计算机可执行指令的情况下执行逻辑操作的FPGA或其他可编程设备。处理器设备还可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP核相结合、或任何其他这样的配置。尽管本文中主要关于数字技术进行描述，但是处理器设备也可以主要包括模拟组件。例如，本文中描述的技术中的一些或全部可以在模拟电路***或混合模拟和数字电路***中实现。
除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求中，词语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”、“包括(include)”和“包括(including)”等应当在包括意义上进行解释，而不是在排他或穷尽意义上进行解释；也就是说，在“包括但不限于”的意义上进行解释。本文中通常使用的词语“耦合”或“连接”是指可以直接连接或者可以通过一个或多个中间元件连接的两个或更多个元件。此外，词语“本文中”、“以上”、“以下”以及具有类似含义的词语当在本申请中使用时应当指代本申请整体，而非本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，“具体实施方式”中使用单数或复数的词语也可以分别包括复数或单数。词语“或”在引用两个或更多个项目的列表时旨在涵盖该词语的以下所有解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目、以及列表中的项目的任何组合。本文中提供的所有数值旨在包括在测量误差范围内的类似值。
虽然本公开包括某些实施例和示例，但本领域技术人员将理解，范围超出具体公开的实施例，扩展到其他替代实施例和/或用途及其明显的修改和等同方案。此外，虽然已经详细示出和描述了实施例的若干变化，但是基于本公开，本领域技术人员将容易地看到其他修改。还可以设想，实施例的特定特征和方面的各种组合或子组合可以被做出，并且仍然落在本公开的范围内。应当理解，所公开的实施例的各种特征和方面可以彼此组合或替换，以形成实施例的不同模式。本文中公开的任何方法都不需要按所述顺序执行。因此，意图是该范围不受上述特定实施例的限制。
除非另有特别说明，或在所使用的上下文中以其他方式理解，否则诸如“可以(can)”、“可以(could)”、“可以(might)”或“可以(may)”等条件语言通常旨在传达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元素和/或步骤。因此，这样的条件语言一般不意在暗示一个或多个实施例以任何方式需要特征、元素和/或步骤或者一个或多个实施例必须包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下决定这些特征、元素或步骤是否被包括在任何特定实施例中或将在任何特定实施例中执行的逻辑。本文中使用的任何标题仅为方便读者，而非旨在限制范围。
此外，虽然本文中描述的设备、***和方法可能会受到各种修改和替代形式的影响，但其具体示例已经在附图中示出并且在本文中详细描述。然而，应当理解，本公开不限于所公开的特定形式或方法，相反，本公开涵盖落入所描述的各种实现的精神和范围内的所有修改、等同方案和替代方案。此外，本文中关于实现或实施例的任何特定特征、方面、方法、性质、特性、质量、属性、元素等的公开可以用于本文中阐述的所有其他实现或实施例中。本文中公开的任何方法都不需要按所述顺序执行。本文中公开的方法可以包括由从业者采取的某些动作；然而，这些方法也可以包括这些动作的任何第三方指令，无论是明示的还是暗示的。
本文中公开的范围还涵盖任何和所有重叠、子范围及其组合。诸如“多达”、“至少”、“大于”、“小于”、“在……之间”等语言包括所述数字。前面加上诸如“大约”或“近似”等词的数字包括所述数字，并且应当根据情况进行解释(例如，在这些情况下尽可能合理，例如±5％、±10％、±15％等)。例如，“大约3.5mm”包括“3.5mm”。前面加上诸如“基本上”等词的短语包括所述短语，并且应当根据情况进行解释(例如，在这些情况下尽可能合理)。例如，“基本恒定”包括“恒定”。除非另有说明，否则所有测量均在标准条件(包括环境温度和压力)下进行。

Claims (81)

1.一种功率转换器，包括：
输入，被配置为接收输入电压；
输出，被配置为输出不同于所述输入电压的输出电压；
第一电感器；
第二电感器；
第一电源开关，为高压侧开关；
第二电源开关，为高压侧开关；
第三电源开关，其中所述第二电源开关和所述第三电源开关被配置为控制通过所述第二电感器的电流；
第四电源开关，其中所述第一电源开关和所述第四电源开关被配置为控制通过所述第一电感器的电流；
驱动器，被配置为操作所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第三电源开关和所述第四电源开关以改变所述输入电压从而提供所述输出电压；
第一自举电容器，耦合到所述第一电源开关，其中所述第一自举电容器在所述第一电源开关断开时的状态期间充电，并且其中所述第一自举电容器在所述第一电源开关接通时的状态期间放电以提供升高电压从而维持所述第一电源开关接通；以及
第二自举电容器，耦合到所述第二电源开关，其中所述第二自举电容器在所述第二电源开关断开时的状态期间充电，并且其中所述第二自举电容器在所述第二电源开关接通时的状态期间放电以提供升高电压从而维持所述第二电源开关接通。
2.根据权利要求1所述的功率转换器，还包括一个或多个开关，所述一个或多个开关具有：
将所述第一自举电容器耦合到地使得所述第一自举电容器充电的第一配置；以及
将所述第一自举电容器耦合到所述第一电源开关使得所述第一自举电容器放电以维持所述第一电源开关接通的第二配置。
3.根据权利要求1所述的功率转换器，还包括：
第一开关，电耦合在所述第一自举电容器与地之间；
第二开关，电耦合在电压源与所述第一自举电容器之间；以及
第三开关，电耦合在所述第一自举电容器与所述第一电源开关的源极之间；
其中在第一配置中，所述第一开关和所述第二开关接通，而所述第三开关断开，使得所述第一自举电容器耦合在所述电压源与地之间，以使所述第一自举电容器充电；并且
其中在第二配置中，所述第一开关和所述第二开关断开，而所述第三开关接通，使得所述第一自举电容器放电以提供升高电压从而保持所述第一电源开关接通。
4.根据权利要求1所述的功率转换器，还包括：
第一开关，电耦合在所述第一自举电容器与地之间；
第二开关，电耦合到所述第一自举电容器；
其中在第一配置中，所述第一开关接通，而所述第二开关断开，使得所述第一自举电容器耦合在电压源与地之间，以使所述第一自举电容器充电；并且
其中在第二配置中，所述第一开关断开，而所述第二开关接通，使得所述第一自举电容器提供升高电压以保持所述第一电源开关接通。
5.根据权利要求4所述的功率转换器，还包括在所述电压源与所述第一自举电容器之间的二极管，所述二极管被配置为：允许电流从所述电压源流向所述第一自举电容器，并且阻止电流从所述第一自举电容器流向所述电压源。
6.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述第一自举电容器和所述第二自举电容器被耦合，使得所述第二自举电容器在所述第二电源开关接通的状态下对所述第一自举电容器充电。
7.根据权利要求6所述的功率转换器，其中所述第二自举电容器具有大于所述第一自举电容器的电容。
8.根据权利要求6所述的功率转换器，其中所述第一自举电容器始终电耦合到所述第一电源开关的源极。
9.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述第一自举电容器和所述第二自举电容器与所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第三电源开关、所述第四电源开关和所述驱动器集成到同一集成电路中。
10.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述第一自举电容器与所述第一电源开关和所述驱动器集成到同一集成电路中。
11.根据权利要求10所述的功率转换器，其中所述驱动器包括：
输入，用于接收与所述第一电源开关断开时的所述状态相对应的第一驱动信号和与所述第一电源开关接通时的所述状态相对应的第二驱动信号；
输出，耦合到所述第一电源开关；
高压电源；
低压电源，其中所述第一自举电容器耦合在所述高压电源与所述低压电源之间；
上拉开关，耦合在所述高压电源与所述输出之间；
下拉开关，耦合在所述低压电源与所述输出之间；
上拉驱动信号发生器，被配置为响应于从所述第一驱动信号到所述第二驱动信号的转变而产生上拉信号脉冲以接通所述上拉开关，从而接通所述第一电源开关、并且将所述第一电源开关的内部电容充电到由所述第一自举电容器提供的所述升高电压；
其中所述上拉驱动信号发生器被配置为在所述第一驱动信号仍被施加的同时结束所述上拉信号脉冲并且断开所述上拉开关，并且其中所述第一电源开关的所述内部电容保持所述第一电源开关接通，直到从所述第二驱动信号到所述第一驱动信号的转变；以及
下拉驱动信号发生器，被配置为响应于从所述第二驱动信号到所述第一驱动信号的转变而产生下拉信号脉冲以接通所述下拉开关，从而对所述第一电源开关的所述内部电容放电并且断开所述第一电源开关。
12.根据权利要求11所述的功率转换器，其中所述集成电路包括用于产生所述第一驱动信号和所述第二驱动信号的驱动控制器。
13.根据权利要求11所述的功率转换器，其中所述第一驱动信号是低信号并且所述第二驱动信号是高信号，并且其中所述上拉驱动信号发生器被配置为响应于从所述低信号到所述高信号的上升沿转变而产生所述上拉信号脉冲，并且其中所述下拉驱动信号发生器被配置为响应于从所述高信号到所述低信号的下降沿转变而产生所述下拉信号脉冲。
14.根据权利要求11所述的功率转换器，还包括：
第一放大器，在所述上拉驱动信号发生器与所述上拉开关之间，并且被配置为放大所述上拉信号脉冲以接通所述上拉开关；以及
第二放大器，在所述下拉驱动信号发生器与所述下拉开关之间，并且被配置为放大所述下拉信号脉冲以接通所述下拉开关。
15.根据权利要求11所述的功率转换器，其中所述驱动器包括：
第二输入，用于接收与所述第二电源开关断开时的所述状态相对应的第三驱动信号、和与所述第二电源开关接通时的所述状态相对应的第四驱动信号；
第二输出，耦合到所述第二电源开关；
第二高压电源；
第二低压电源，其中所述第二自举电容器耦合在所述第二高压电源与所述第二低压电源之间；
第二上拉开关，耦合在所述第二高压电源与所述第二输出之间；
第二下拉开关，耦合在所述第二低压电源与所述第二输出之间；
第二上拉驱动信号发生器，被配置为响应于从所述第三驱动信号到所述第四驱动信号的转变而产生第二上拉信号脉冲以接通所述第二上拉开关，从而接通所述第二电源开关并且将所述第二电源开关的内部电容充电到由所述第二自举电容器提供的所述升高电压；
其中所述第二上拉驱动信号发生器被配置为在所述第三驱动信号仍被施加的同时结束所述第二上拉信号脉冲并且断开所述第二上拉开关，并且其中所述第二电源开关的所述内部电容保持所述第二电源开关接通，直到从所述第三驱动信号到所述第四驱动信号的转变；以及
第二下拉驱动信号发生器，被配置为响应于从所述第四驱动信号到所述第三驱动信号的转变而产生第二下拉信号脉冲以接通所述第二下拉开关，从而对所述第二电源开关的所述内部电容放电并且断开所述第二电源开关。
16.根据权利要求15所述的功率转换器，其中所述第二下拉信号脉冲长于所述第一下拉信号脉冲。
17.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述第一电源开关和所述第二电源开关是N沟道FET。
18.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述功率转换器是降压转换器，所述降压转换器被配置为使得所述输出处的所述输出电压低于所述输入处的所述输入电压。
19.根据权利要求1所述的功率转换器，其中所述驱动器被配置为提供：
第一操作状态，在所述第一操作状态下：
所述第一电源开关接通；
所述第二电源开关断开；
所述第三电源开关接通；以及
所述第四电源开关断开；
第二操作状态，在所述第二操作状态下：
所述第一电源开关断开；
所述第二电源开关断开；
所述第三电源开关接通；以及
所述第四电源开关接通；
第三操作状态，在所述第三操作状态下：
所述第一电源开关断开；
所述第二电源开关接通；
所述第三电源开关断开；以及
所述第四电源开关接通；以及
第四操作状态，在所述第四操作状态下：
所述第一电源开关断开；
所述第二电源开关断开；
所述第三电源开关接通；以及
所述第四电源开关接通。
20.根据权利要求1所述的功率转换器，还包括耦合在所述第一电源开关与所述第一电感器之间的AC耦合电容器。
21.根据权利要求1所述的功率转换器，包括：
印刷电路板(PCB)，包括：
下部印刷电路板(PCB)部分；以及
上部印刷电路板(PCB)部分；
在所述下部PCB部分与所述上部PCB部分之间的嵌入式电路***，所述嵌入式电路***包括：
所述第一电源开关；
所述第二电源开关；
所述第三电源开关；
所述第四电源开关；以及
所述驱动器。
22.根据权利要求21所述的功率转换器，其中所述第一电感器和所述第二电感器位于所述上部PCB部分之上，其中过孔将所述第一电感器和所述二电感器电耦合到所述嵌入式电路***，其中述第一电感器的占地面积至少部分与所述嵌入式电路***的占地面积重叠，并且其中所述第二电感器的占地面积至少部分与所述嵌入式电路***的占地面积重叠。
23.根据权利要求21所述的功率转换器，其中所述嵌入式电路***包括所述第一自举电容器和所述第二自举电容器。
24.根据权利要求1所述的功率转换器，包括：
电流感测电路，用于测量通过所述第四电源开关的电流；
电流感测处理电路***，被配置为至少部分基于通过所述第四电源开关的测量电流来确定通过所述功率转换器的电流；以及
通信接口，用于输出关于所确定的电流的信息。
25.根据权利要求24所述的功率转换器，其中所述电流感测电路包括与所述第四电源开关并联的感测开关，其中所述感测开关被配置为在所述第二电源开关和所述第四电源开关接通时接通，其中所述感测开关被配置为在所述第二电源开关和所述第四电源开关中的任何一个断开时断开。
26.根据权利要求24所述的功率转换器，其中所述电流感测电路包括电流镜。
27.根据权利要求24所述的功率转换器，其中所述电流感测电路被配置为产生指示通过所述第四电源开关的所述电流的电压信号。
28.根据权利要求27所述的功率转换器，其中所述电流感测处理电路***被配置为施加增益以增加所述电压信号。
29.根据权利要求28所述的功率转换器，其中所述电流感测处理电路***被配置为对所述电压信号进行反相。
30.根据权利要求1所述的功率转换器，包括：
第一电流感测电路，用于测量通过所述第三电源开关的电流；
第二电流感测电路，用于测量通过所述第四电源开关的电流；
电流感测处理电路***，被配置为至少部分基于通过所述第三电源开关的测量电流和通过所述第四电源开关的测量电流来确定功率转换器电流；以及
通信接口，用于输出关于所确定的功率转换器电流的信息。
31.根据权利要求30所述的功率转换器，其中：
所述第一电流感测电路包括与所述第三电源开关并联的第一感测开关；
所述第一感测开关被配置为在所述第三电源开关和所述第四电源开关接通时接通；
所述第一感测开关被配置为在所述第三电源开关和所述第四电源开关中的任何一个断开时断开；
所述第二电流感测电路包括与所述第四电源开关并联的第二感测开关；
所述第二感测开关被配置为在所述第三电源开关和所述第四电源开关接通时接通；以及
所述第二感测开关被配置为在所述第三电源开关和所述第四电源开关中的任何一个断开时断开。
32.根据权利要求30所述的功率转换器，其中所述第一电流感测电路包括第一电流镜，并且其中所述第二电流感测电路包括第二电流镜。
33.根据权利要求30所述的功率转换器，其中：
所述第一电流感测电路被配置为产生指示通过所述第三电源开关的所述电流的第一电压信号；以及
所述第二电流感测电路被配置为产生指示通过所述第四电源开关的所述电流的第二电压信号。
34.根据权利要求33所述的功率转换器，其中所述电流感测处理电路***被配置为施加增益以增加所述第一电压信号和所述第二电压信号。
35.根据权利要求34所述的功率转换器，其中所述电流感测处理电路***被配置为对所述第一电压信号进行反相、并且对所述第二电压信号进行反相。
36.根据权利要求1所述的功率转换器，包括：
电容器，耦合在所述第一电源开关与所述第一电感器之间；
电流感测处理电路***，耦合到所述电容器，并且被配置为监测跨所述电容器的电压，并且至少部分基于跨所述电容器的监测电压来确定功率转换器电流；以及
通信接口，用于输出关于所确定的功率转换器电流的信息。
37.根据权利要求36所述的功率转换器，其中所述电流感测处理电路***能够在开关周期期间标识跨所述电容器的最高电压和跨所述电容器的最低电压，并且其中所述电流感测处理电路***能够至少部分基于所述最高电压与所述最低电压之间的差来确定所述功率转换器电流。
38.根据权利要求36所述的功率转换器，被配置为：
在第一时间测量跨所述电容器的第一电压；
在第二时间测量跨所述电容器的第二电压；
使用所述电流感测处理电路***至少部分基于所述第一电压与所述第二电压之间的电压差和所述第一时间与所述第二时间之间的时间差来确定所述功率转换器电流。
39.根据权利要求1所述的功率转换器，包括：
电容器，耦合在所述第一电源开关与所述第四电源开关之间；
预充电电路，被配置为：在所述驱动器操作所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第三电源开关和所述第四电源开关以改变所述输入电压以提供所述输出电压之前，对所述电容器充电。
40.根据权利要求39所述的功率转换器，其中所述预充电电路包括：
开关，电耦合在所述输入与所述电容器之间；以及
电压监测电路***，用于监测所述电容器的电压，其中所述开关在监测电压低于阈值时接通，并且其中所述开关在监测电压高于所述阈值时断开。
41.一种功率转换器，包括：
输入，被配置为接收输入电压；
输出，被配置为输出不同于所述输入电压的输出电压；
第一电感器；
第二电感器；
第一电源开关；
第二电源开关；
第三电源开关；
第四电源开关；其中所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第三电源开关和所述第四电源开关被配置为控制通过所述第一电感器和所述第二电感器的电流；
驱动器，被配置为操作所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第三电源开关和所述第四电源开关以改变所述输入电压以提供所述输出电压；
电流感测电路，用于测量通过所述第四电源开关的电流；
电流感测处理电路***，被配置为至少部分基于通过所述第四电源开关的测量电流来确定功率转换器电流；以及
通信接口，用于输出关于所确定的功率转换器电流的信息。
42.根据权利要求41所述的功率转换器，其中所述电流感测电路包括与所述第四电源开关并联的感测开关，其中所述感测开关被配置为在所述第二电源开关和所述第四电源开关接通时接通，其中所述感测开关被配置为在所述第二电源开关和所述第四电源开关中的任何一个断开时断开。
43.根据权利要求41所述的功率转换器，其中所述电流感测电路包括电流镜。
44.根据权利要求41所述的功率转换器，其中所述电流感测电路被配置为产生指示通过所述第四电源开关的所述电流的电压信号。
45.根据权利要求44所述的功率转换器，其中所述电流感测处理电路***被配置为施加增益以增加所述电压信号。
46.根据权利要求45所述的功率转换器，其中所述电流感测处理电路***被配置为对所述电压信号进行反相。
47.根据权利要求41所述的功率转换器，包括用于测量通过所述第三电源开关的电流的另一电流感测电路，其中所述电流感测处理电路***被配置为至少部分基于通过所述第三电源开关的测量电流和通过所述第四电源开关的测量电流来确定所述功率转换器电流。
48.根据权利要求47所述的功率转换器，其中：
所述第三电源开关的所述电流感测电路包括与所述第三电源开关并联的第一感测开关；
所述第一感测开关被配置为在所述第三电源开关和所述第四电源开关接通时接通；
所述第一感测开关被配置为在所述第三电源开关和所述第四电源开关中的任何一个断开时断开；
所述第四电源开关的所述电流感测电路包括与所述第四电源开关并联的第二感测开关；
所述第二感测开关被配置为在所述第三电源开关和所述第四电源开关接通时接通；以及
所述第二感测开关被配置为在所述第三电源开关和所述第四电源开关中的任何一个断开时断开。
49.根据权利要求47所述的功率转换器，其中所述第三电源开关的所述电流感测电路包括第一电流镜，并且其中所述第四电源开关的所述电流感测电路包括第二电流镜。
50.根据权利要求47所述的功率转换器，其中：
所述第三电源开关的所述电流感测电路被配置为产生指示通过所述第三电源开关的所述电流的第一电压信号；以及
所述第四电源开关的所述电流感测电路被配置为产生指示通过所述第四电源开关的所述电流的第二电压信号。
51.根据权利要求50所述的功率转换器，其中所述电流感测处理电路***被配置为施加增益以增加所述第一电压信号和所述第二电压信号。
52.根据权利要求51所述的功率转换器，其中所述电流感测处理电路***被配置为对所述第一电压信号进行反相并且对所述第二电压信号进行反相。
53.一种功率转换器，包括：
输入，被配置为接收输入电压；
输出，被配置为输出不同于所述输入电压的输出电压；
第一电感器；
第二电感器；
第一电源开关；
第二电源开关；
第三电源开关；
第四电源开关；其中所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第三电源开关和所述第四电源开关被配置为控制通过所述第一电感器和所述第二电感器的电流；
驱动器，被配置为操作所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第三电源开关和所述第四电源开关以改变所述输入电压从而提供所述输出电压；
电容器，耦合在所述第一电源开关与所述第一电感器之间；
电流感测处理电路***，耦合到所述电容器并且被配置为监测跨所述电容器的电压，并且至少部分基于跨所述电容器的监测电压来确定功率转换器电流；以及
通信接口，用于输出关于所确定的功率转换器电流的信息。
54.根据权利要求53所述的功率转换器，其中所述电流感测处理电路***能够在开关周期期间标识跨所述电容器的高电压和跨所述电容器的低电压，并且其中所述电流感测处理电路***能够至少部分基于所述高电压与所述低电压之间的差来确定所述功率转换器电流。
55.根据权利要求53所述的功率转换器，被配置为：
在第一时间测量跨所述电容器的第一电压；
在第二时间测量跨所述电容器的第二电压；以及
使用所述电流感测处理电路***至少部分基于所述第一电压与所述第二电压之间的电压差和所述第一时间与所述第二时间之间的时间差来确定所述功率转换器电流。
56.一种功率转换器，包括：
输入，被配置为接收输入电压；
输出，被配置为输出不同于所述输入电压的输出电压；
第一电感器；
第二电感器；
第一电源开关；
第二电源开关；
第三电源开关；
第四电源开关；其中所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第三电源开关和所述第四电源开关被配置为控制通过所述第一电感器和所述第二电感器的电流；
驱动器，被配置为操作所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第三电源开关和所述第四电源开关以改变所述输入电压从而提供所述输出电压；
电容器，耦合在所述第一电源开关与所述第四电源开关之间；
预充电电路，被配置为在所述驱动器操作所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第三电源开关和所述第四电源开关以改变所述输入电压从而提供所述输出电压之前，对所述电容器充电。
57.根据权利要求56所述的功率转换器，其中所述预充电电路包括：
开关，电耦合在所述输入与所述电容器之间；以及
电压监测电路***，用于监测所述电容器的电压，其中所述开关在监测电压低于阈值时接通，并且其中所述开关在监测电压高于所述阈值时断开。
58.一种功率转换器，包括：
输入，被配置为接收输入电压；
输出，被配置为输出不同于所述输入电压的输出电压；
第一电感器；
第二电感器；
第一电源开关；
第二电源开关；
第三电源开关；
第四电源开关；其中所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第三电源开关和所述第四电源开关被配置为控制通过所述第一电感器和所述第二电感器的电流；
驱动器，被配置为操作所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第三电源开关和所述第四电源开关以改变所述输入电压从而提供所述输出电压；
电容器，耦合在所述第一电源开关与所述第一电感器之间；
自举电容器，耦合到所述第一电源开关，其中所述自举电容器在所述第一电源开关断开时的状态期间充电，并且其中所述自举电容器在所述第一电源开关接通时的状态期间放电以提供升高电压从而维持所述第一电源开关接通。
59.根据权利要求58所述的功率转换器，还包括耦合到所述第二电源开关的另一自举电容器，其中所述另一自举电容器在所述第二电源开关断开时的状态期间充电，并且其中所述另一自举电容器在所述第二电源开关接通时的状态期间放电以提供升高电压从而维持所述第二电源开关接通。
60.根据权利要求59所述的功率转换器，其中所述第二电源开关的所述自举电容器被配置为对所述第一电源开关的所述自举电容器充电。
61.根据权利要求58所述的功率转换器，其中所述第一电源开关和所述自举电容器集成到同一集成电路中。
62.根据权利要求58所述的功率转换器，还包括电耦合在所述自举电容器与地之间的开关，其中所述开关具有：用于对所述自举电容器充电的接通状态，和使得所述自举电容器能够放电并产生所述升高电压以维持所述第一电源开关接通的断开状态。
63.一种功率转换器，包括：
输入，被配置为接收输入电压；
输出，被配置为输出不同于所述输入电压的输出电压；
第一电感器；
第二电感器；
集成电路，包括：
第一电源开关；
第二电源开关；
第三电源开关；
第四电源开关；其中所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第三电源开关和所述第四电源开关被配置为控制通过所述第一电感器和所述第二电感器的电流；
驱动器，被配置为操作所述第一电源开关、所述第二电源开关、所述第三电源开关和所述第四电源开关以改变所述输入电压从而提供所述输出电压；以及
自举电容器。
64.根据权利要求63所述的功率转换器，其中所述自举电容器耦合到所述第一电源开关，其中所述自举电容器在所述第一电源开关断开时的状态期间充电，并且其中所述自举电容器在所述第一电源开关接通时的状态期间放电以提供升高电压。
65.根据权利要求64所述的功率转换器，其中所述自举电容器被配置为提供所述升高电压以对所述第一电源开关的内部电容充电，使得在所述自举电容器与所述第一电源开关断开连接之后，所述第一电源开关的内部容量保持所述第一电源开关接通。
66.根据权利要求63所述的功率转换器，其中所述驱动器包括：
输入，用于接收与所述第一电源开关断开时的所述状态相对应的第一驱动信号、和与所述第一电源开关接通时的所述状态相对应的第二驱动信号；
输出，耦合到所述第一电源开关；
高压电源；
低压电源，其中所述第一自举电容器耦合在所述高压电源与所述低压电源之间；
上拉开关，耦合在所述高压电源与所述输出之间；
下拉开关，耦合在所述低压电源与所述输出之间；
上拉驱动信号发生器，被配置为响应于从所述第一驱动信号到所述第二驱动信号的转变而产生上拉信号脉冲以接通所述上拉开关，从而接通所述第一电源开关、并且将所述第一电源开关的内部电容充电到由所述第一自举电容器提供的所述升高电压；
其中所述上拉驱动信号发生器被配置为在所述第一驱动信号仍被施加的同时结束所述上拉信号脉冲并且断开所述上拉开关，并且其中所述第一电源开关的所述内部电容保持所述第一电源开关接通，直到从所述第二驱动信号到所述第一驱动信号的转变；以及
下拉驱动信号发生器，被配置为响应于从所述第二驱动信号到所述第一驱动信号的转变而产生下拉信号脉冲以接通所述下拉开关，从而对所述第一电源开关的所述内部电容放电并且断开所述第一电源开关。
67.根据权利要求63所述的功率转换器，其中所述集成电路包括用于所述第一电源开关的第一自举电容器和用于所述第二电源开关的第二自举电容器。
68.一种操作功率转换器的方法，所述方法包括：
在输入处接收输入电压；
接通第一电源开关，以提供从所述输入、通过AC耦合电容器、通过电感器到输出的电路径；
使用第一自举电容器增加电压信号以产生第一升高电压；以及
向所述第一电源开关递送所述第一升高电压以保持所述第一电源开关接通。
69.根据权利要求68所述的方法，还包括：断开所述第一电源开关并且接通另一开关，以提供从电压源通过所述第一自举电容器到地的电路径，使得所述第一自举电容器再充电。
70.根据权利要求68所述的方法，还包括：接通第二电源开关，以提供从所述AC耦合电容器通过另一电感器到所述输出的电路径。
71.根据权利要求70所述的方法，还包括：
使用第二自举电容器增加电压信号以产生第二升高电压；以及
向所述第二电源开关递送所述第二升高电压以保持所述第二电源开关接通。
72.根据权利要求71所述的方法，还包括：向所述第一自举电容器递送所述第二升高电压以对所述第一自举电容器再充电。
73.根据权利要求68所述的方法，包括：
使用来自所述第一自举电容器的所述升高电压对所述第一电源开关的内部电容充电；以及
将所述第一升高电压与所述第一电源开关断开连接，其中所述第一电源开关的所述内部电容保持所述第一电源开关接通。
74.根据权利要求73所述的方法，包括：响应于驱动信号而对所述第一电源开关的所述内部电容放电以断开所述第一电源开关。
75.根据权利要求73所述的方法，其中所述第一自举电容器和所述第一电源开关是同一集成电路的一部分。
76.一种DC-DC降压转换器，包括：
输入，被配置为接收输入电压；
输出，被配置为输出低于所述输入电压的输出电压；
第一电感器；
第二电感器；
第一电源开关；
第二电源开关；
第三电源开关；
第四电源开关；
驱动器，被配置为向所述电源开关发送驱动信号以在以下状态下操作所述降压转换器：
用于驱动电流通过所述第一电感器的第一操作状态，在所述第一操作状态下：
所述第一电源开关接通；
所述第二电源开关断开；
所述第三电源开关接通；以及
所述第四电源开关断开；
第二操作状态，在所述第二操作状态下：
所述第一电源开关断开；
所述第二电源开关断开；
所述第三电源开关接通；以及
所述第四电源开关接通；
用于驱动电流通过所述第二电感器的第三操作状态，在所述第三操作状态下：
所述第一电源开关断开；
所述第二电源开关接通；
所述第三电源开关断开；以及
所述第四电源开关接通；以及
第四操作状态，在所述第四操作状态下：
所述第一电源开关断开；
所述第二电源开关断开；
所述第三电源开关接通；以及
所述第四电源开关接通；以及
第一自举电容器，被配置为在所述第一操作状态期间提供升高电压以保持所述第一电源开关接通。
77.根据权利要求76所述的DC-DC降压转换器，其中所述第一自举电容器在所述第一操作状态期间放电以提供所述升高电压，并且其中所述第一自举电容器在所述第二操作状态、所述第三操作状态和所述第四操作状态中的一个或多个状态期间再充电。
78.根据权利要求76所述的DC-DC降压转换器，包括第二自举电容器，所述第二自举电容器被配置为在所述第三操作状态期间提供升高电压以保持所述第二电源开关接通。
79.根据权利要求78所述的DC-DC降压转换器，其中所述第二自举电容器在所述第三操作状态期间放电以提供所述升高电压，并且其中所述第二自举电容器在所述第一操作状态、所述第二操作状态和所述第四操作状态中的一个或多个状态期间再充电。
80.根据权利要求78所述的DC-DC降压转换器，其中所述第二自举电容器对所述第一自举电容器再充电。
81.根据权利要求68所述的DC-DC降压转换器，其中所述第一自举电容器与所述第一电源开关集成到同一集成电路中。
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