TWI629862B - 功率轉換電路及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一種功率轉換電路包括：輸入端、第一開關元件、第二開關元件、第三開關元件、第四開關元件、電容器、電感器，以及控制器，用於控制該第一至第四開關元件導通或斷開，使負載的電壓重複地經由執行(1)-(2)調節，(1)對電容器充電使第二電流流入電感器前，用第一電流對電感器充電；(2)對電容器放電使第四電流流入電感器前，用第三電流對電感器充電。

Description

功率轉換電路及其操作方法
本發明係有關於功率轉換技術領域，且特別有關於功率轉換電路及操作功率轉換電路的方法。
各種各樣的電子設備，例如，電腦和行動電話，由穩定的直流電源供電。功率轉換電路，例如直流-直流轉換器，通過電晶體的開關操作將來自電池或另一個電源的高電壓輸入轉換為期望的輸出電壓來對電容器進行充電或者放電。
由於電子設備變得越來越小，越來越輕以及更加緊湊，有必要改善專用功率轉換電路的尺寸和性能。增加功率轉換電路的切換頻率(switching frequency)成為減小大的被動器件的尺寸及成本的現有主要解決方案。但是，功率轉換電路的切換頻率增加，切換損耗也會隨之增加。
此外，功率處理性能(power handing performance)通常受功率轉換電路中使用的諧振器件(例如，電容器和電感器)的規格的限制。當諧振器件的尺寸變小，功率轉換電路的功率處理性能可能惡化。也即，在功率轉換電路的切換頻率和功率處理性能之間存在取捨關係。
根據本發明的實施例，揭露一種功率轉換電路及其操作方法，可使傳輸至負載的功率的等級不受包括電感器和電容器的諧振回路的特性的限制。
根據本發明的第一實施例，揭露一種功率轉換電路，其可包括：輸入端，耦接一個輸入電壓；第一開關元件，所述第一開關元件包括一對第一端和第一控制端，其中所述一對第一端耦接於所述輸入端和第一 節點之間；第二開關元件，所述第二開關元件包括一對第二端和第二控制端，其中所述一對第二端耦接於所述第一節點和第二節點之間；第三開關元件，所述第三開關元件包括一對第三端和第三控制端，其中所述一對第三端耦接於所述第二節點和第三節點之間；第四開關元件，所述第四開關元件包括一對第四端和第四控制端，其中所述一對第四端耦接於所述第三節點和接地端之間；電容器，耦接於所述第一節點和所述第三節點之間；電感器，耦接於所述第二節點和負載之間；以及控制器，用於分別通過所述第一控制端、所述第二控制端、所述第三控制端以及所述第四控制端控制所述第一開關元件、所述第二開關元件、所述第三開關元件以及所述第四開關元件導通或者斷開，以便負載處的電壓重複地經由執行(1)-(2)來調節，其中所述(1)包括在對電容器充電而使第二電流流入所述電感器之前，使用第一電流對所述電感器進行充電；其中，所述(2)包括在對電容器放電而使第四電流流入所述電感器之前，使用第三電流對所述電感器進行充電。
根據本發明的第二實施例，操作本發明所提供的功率轉換電路的方法，所述方法可包括：提供所述輸入電壓給所述功率轉換電路的輸入端；通過所述控制器改變所述第一至第四開關元件的導通或者斷開狀態，以便負載處的電壓重複地經由執行(1)-(2)來調節，其中所述(1)包括在對電容器充電而使第二電流流入所述電感器之前，使用第一電流對所述電感器進行充電；其中，所述(2)包括在對電容器放電而使第四電流流入所述電感器之前，使用第三電流對所述電感器進行充電。
通過以上所述實施例，本發明傳輸至負載的功率的等級不受包括電感器和電容器的諧振回路的特性的限制。因此，功率處理能力得到改善(即使在電感器和電容器的尺寸減小的情形下也是如此)。
CMD‧‧‧指令
12‧‧‧控制器
Cr，Co‧‧‧電容器
Nin‧‧‧輸入端
M1，M2，M3，M4，M5‧‧‧開關元件
N1，N2，N3，Nout‧‧‧節點
Lo‧‧‧電感器
10，40‧‧‧功率轉換電路
11‧‧‧負載
202，204，206，208，210，212，214，216，218，220，222，224，226，228，230，232，502，504，506，508，510，512，514，516，518，520，522，524，702，704，706，708，710，712，714，716，718，720，722，724‧‧‧步驟
302，304，306，308，310，312，314，316，602，604，606，608，610，612，802，804，806，808，810，812，902，904‧‧‧導電路徑
1002，1004，1006，1008，1010，1012‧‧‧節點
第1圖根據本發明的一個實施例示出功率轉換電路10的電路結構示意圖。
第2圖根據本發明的一個實施例示出功率轉換電路10的一個示例性的切換順序。
第3A圖-第3H圖為功率轉換電路10在所述切換順序的不同階段的電路配置。
第4圖根據本發明的一個實施例示出功率轉換電路40的電路配置。
第5圖根據本發明的一個實施例示出功率轉換電路40的一個示例性的切換順序。
第6A圖-第6F圖為功率轉換電路40在所述切換順序的不同階段的電路配置。
第7圖根據本發明的一個實施例示出功率切換電路10操作在DVFS模式且從負載11吸收功率的示例性的切換順序圖。
第8A圖-第8F圖為功率切換電路10在對應所述DVFS模式的所述切換順序的各個階段的電路配置。
第9A圖和第9B圖示出功率轉換電路10的輕負載操作的兩個階段。
第10圖示出Vin小於2*Vout時，功率轉換電路10的電容器Cr和電感器Lo在不同的預定等級條件下(例如，分別在第2圖中的步驟208和224選擇的預定等級Ith1和Ith2)的電壓和電流的時序圖。
為詳細說明本發明的技術內容、構造特徵、所實現目的及效果，以下結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些術語來指稱特定的元件。所屬技術領域技術人員應可理解，硬體製造商可能會用不同的名稱來稱呼同一個元件。本檔並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在接下來的說明書及申請專利範圍中，術語“包含”及“包括”為一開放式的用語，故應解釋成“包含但不限制於”。此外，“耦接”一詞在此包含直接及間接的電性連接手段。因此，如果一個裝置耦接於另一個裝置，則代表該一個裝置可直接電性連接於該另一個裝置，或通過其它裝置或連接手段間接地電性連接至該另一個裝置。
第1圖根據本發明的一個實施例示出功率轉換電路10的電路結構示意圖。所示的功率轉換電路10例如可稱之為直流-直流轉換器或諧振轉換器，用於將輸入電壓(Vin)轉換為比所述輸入電壓低的輸出電壓 (Vout)，並輸出所述輸出電壓至負載11。
功率轉換電路10包括輸入端Nin、第一開關元件M1、第二開關元件M2、第三開關元件M3、第四開關元件M4、電感器Lo、電容器Cr、Co以及控制器12。輸入端Nin接收Vin。開關元件M1-M4中的每一個可為任意類型的固態電晶體，例如場效應電晶體(Field Effect Transistor，FET)。
第一開關元件M1包括一對第一端(例如，源極或漏極)和第一控制端(例如，柵極)，其中，所述一對第一端連接在所述輸入端Nin和第一節點N1之間。第二開關元件M2包括一對第二端(例如，源極或漏極)和第二控制端(例如，柵極)，其中，所述一對第二端耦接在所述第一節點N1和第二節點N2之間。第三開關元件M3包括一對第三端(例如，源極或漏極)和第三控制端(例如，柵極)，其中，所述一對第三端耦接在所述第二節點N2和第三節點N3之間。第四開關元件M4包括一對第四端(例如，源極或漏極)和第四控制端(例如，柵極)，其中，所述一對第四端耦接在所述第三節點N3和地之間。電容器Cr耦接於第一節點N1和第三節點N3之間。電感器Lo耦接在第二節點N2和輸出節點Nout之間，節點Nout耦接負載11和輸出電容器Co。
在一個實施例中，控制器12分別通過所述第一、第二、第三以及第四控制端控制第一、第二、第三以及第四開關元件M1-M4導通(switch on)或斷開(switch off)。例如，控制器12可接收一個或多個指令CMD並通過相應的控制端傳輸信號來控制功率轉換電路10中的開關元件(例如，第一至第四開關元件M1-M4)的操作。
控制器12可通過重複執行(1)-(2)的操作來調節輸出節點Nout處的電壓Vout，(1)在對電容器Cr充電而使第二電流流入電感器Lo之前，使用第一電流對電感器Lo進行充電；(2)在對電容器Cr放電而使第四電流流入電感器Lo之前，使用第三電流對電感器Lo進行充電。
例如，控制器12可按照第一切換順序控制第一至第四開關元件M1-M4，所述第一切換序列為：通過包括第一開關元件M1、第二開關元件M2以及電感器Lo的第一導電路徑將功率傳輸至負載11，使第一電流流入電感器Lo；當所述第一電流到達預定等級，通過包括第一開關元件M1，電容器Cr、第三開關元件M3以及電感器Lo的第二導電路徑將功率 傳輸至負載11，以便對電容器Cr進行充電以及使第二電流流入電感器Lo。
控制器12可進一步按照第二切換順序控制第一至第四開關元件M1-M4，所述第二切換序列為：當電感器Lo的電流近似為0時，通過將第二節點N2從輸入端Nin斷開來進入待機狀態；在所述待機狀態中，當跨越第二開關元件M2的所述一對第二端的電壓(也即，第二開關元件M2的漏極-源極電壓Vds)小於電壓閾值，通過包括第一開關元件M1、第二開關元件M2以及電感器Lo的第三導電路徑將功率傳輸至負載11，使第三電流流入電感Lo；而當所述第三電流到達另一個預定等級，通過包括第四開關元件M4，電容器Cr、第二開關元件M2以及電感器Lo的第四導電路徑將功率傳輸至負載11，以便對電容器Cr進行放電以及使第四電流流入電感器Lo。
第2圖根據本發明的一個實施例示出功率轉換電路10的一個示例性的切換順序。第3A圖-第3H圖為功率轉換電路10在所述切換順序的不同階段的電路配置。為了避免描述，在這些附圖中，由導通的開關元件形成的導電路徑使用虛線箭頭表示。
請參考第2圖和第3A圖。在步驟202，功率轉換電路10操作在階段0，在該階段，控制器12通過導通第二和第三開關元件M2，M3，斷開第一和第四開關元件M1，M4來形成導電路徑302。在階段0，電容器Cr處於短路狀態，允許電容器Cr中的殘餘電荷被清零。
在步驟204，在控制器12將第一至第四開關元件M1-M4的狀態設置為階段0中它們各自的狀態後，控制器12判斷功率轉換電路10的電壓Vout是否小於電壓閾值Vth1。如果判斷結果為是，切換順序變為步驟206。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷所述電壓Vout，直到Vout小於Vth1。
在一個實施例中，控制器12可週期地檢測Vout並將其與Vth1進行比較。作為可選的步驟，控制器12可接收指示Vout降低為小於Vth1的信號(例如，來自比較器的信號)，並作出相應的回應。
請參考第2圖和第3B圖。在步驟206，功率轉換電路10切換至階段1，在階段1，控制器12通過導通第一、第二以及第三開關元件M1-M3，斷開第四開關元件M4形成導電路徑304。如第3A圖和第3B圖所示，當功率轉換電路10從階段0切換為階段1，僅第一開關元件M1 的狀態從斷開變化為導通，其他開關元件(例如第二、第三以及第四開關元件)的狀態並未發生變化。
在階段1，直接將Vin提供給第二節點N2，導致增加的電流(在該實施例中稱之為“第一電流”)流入電感器Lo。此時，電容器Cr仍處於短路狀態。
由於在階段1功率通過線性增加的第一電流而非受電感電容諧振回路(包括電容器Cr和電感器Lo)控制的電流傳輸至負載11，傳輸至負載11的功率的等級不限定為電感與電容的比值(例如，L/C，其中，L表示電感器Lo的電感值，C表示電容器Cr的電容值)。因此，功率處理能力得到改善(即使在電感器Lo和電容器Cr的尺寸減小的情形下也是如此)。
在步驟208，在控制器12將第一至第四開關元件M1-M4的狀態各自設置為階段1中的狀態，控制器12判斷所述第一電流是否到達預定等級(例如，Ith1)。如果判斷結果為是，切換順序發展至步驟210。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷所述第一電流，直到所述第一電流的值到達Ith1。
在一個實施例中，控制器12可週期地檢測第一電流並將其與Ith1進行比較。作為可選的步驟，控制器12可接收指示第一電流到達Ith1的信號(例如，來自比較器的信號)，並作出相應的回應。
接著，請參考第2圖和第3C圖。在步驟210，功率轉換電路10切換至階段2。在階段2，控制器12通過導通第一和第三開關元件M1，M3，斷開第二和第四開關元件M2，M4形成導電路徑306。如第3B圖和第3C圖所示，當功率轉換電路10從階段1切換為階段2，僅第二開關元件M2的狀態從導通變化為斷開，其他開關元件(例如，第一、第三以及第四開關元件M1，M3-M4)的狀態保持不變。
在階段2，通過第一開關元件M1將輸入電壓Vin直接提供給第一節點N1。因此，在上一階段完全放電的電容器Cr，開始充電，導致一個電流(在本實施例中可稱之為“第二電流”)流入電感器Lo。作為舉例，電容器Cr可充電一個時間常數，所述時間常數由包括電容器Cr和電感器Lo的諧振回路的電感電容值(也即，LC value)確定。
在步驟212，控制器12判斷電容器Cr兩端的電壓Vcr是否 約等於Vin。如果判斷結果為是，切換順序發展為步驟214。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷Vcr直到Vcr約等於Vin。
請參考第2圖和第3D圖。在步驟214，功率轉換電路10切換為階段3。在階段3，控制器12通過導通第一、第三以及第四開關元件M1，M3-M4，斷開第二開關元件M2形成導電路徑308。如第3C圖和第3D圖所示，當功率轉換電路10從階段2切換為階段3，僅第四開關元件M4的狀態從斷開變化為導通，其他開關元件(例如，第一、第二以及第三開關元件M1-M3)的狀態保持不變。
在階段3，電感器Lo通過接地端短路，導致電感器Lo上剩餘的電流快速地放電。
在配置了第一至第四開關元件M1-M4的狀態後，切換機制進入步驟216。在步驟216，判斷電感器Lo的電流。如果控制器12判斷出電感器Lo中的電流約等於0，切換順序進入步驟218；反之，控制器12繼續判斷電感器Lo中的電流直到所述電流約等於0。
接著，請參考第2圖和第3E圖。在步驟218，功率轉換電路10切換至階段4。在階段4，控制器12通過導通第一和第四開關元件M1，M4，斷開第二和第三開關元件M2，M3形成導電路徑310。如第3D圖和第3E圖所示，當功率轉換電路10從階段3切換為階段4，僅第三開關元件M3的狀態從導通變化為斷開，其他開關元件(例如，第一、第二以及第四開關元件M1-M2，M4)的狀態保持不變。
在階段4，功率轉換電路10等效為進入第二節點N2從輸入端Nin斷開的待機狀態。在此情形下，電感器Lo與功率轉換電路10的其他部分解耦合，以便功率轉換電路10停止傳輸功率至負載11。
接著，在步驟220，控制器12判斷第二開關元件M2的電壓Vds是否小於電壓閾值Vth2。如果判斷結果為是，切換順序發展為步驟222。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷Vds直到其變為低於Vth2。
在一個實施例中，控制器12可週期地檢測Vds並將其與Vth2進行比較。作為可選的步驟，控制器12可接收指示Vds小於Vth2的信號(例如，來自比較器的信號)，並作出相應的回應。
請參考第2圖和第3F圖，在步驟222，功率轉換電路10切換至階段5。在階段5，控制器12通過導通第一、第二和第四開關元件M1-M2， M4，斷開第三開關元件M3形成導電路徑312。如第3E圖和第3F圖所示，當功率轉換電路10從階段4切換為階段5，僅第二開關元件M2的狀態從斷開變化為導通，其他開關元件(例如，第一、第三以及第四開關元件M1，M3-M4)的狀態保持不變。
可合理選擇閾值Vth2的值使第二開關元件M2發生穀底切換，由此第二開關元件M2在所述一對第二端兩端之間的電壓相對較小(例如，約等於0V)時導通。在此情形下，第二開關元件M2的導通損耗被降低。
與前述的階段1-4相比，階段5-7為傳輸功率至負載11的另半個週期。如圖所示，在週期5，通過第一和第二開關元件M1-M2將Vin直接提供給第二節點N2，導致增加的電流(在本實施例中，可稱之為“第三電流”)流入電感器Lo。
由於在階段5功率通過線性增加的第三電流而非受電感電容諧振回路(包括電容器Cr和電感器Lo)控制的電流傳輸至負載11，傳輸至負載11的功率的等級不限定為電感與電容的比值(例如，L/C，其中，L表示電感器Lo的電感值，C表示電容器Cr的電容值)。因此，功率處理能力得到改善(即使在電感器Lo和電容器Cr的尺寸減小的情形下也是如此)。
在步驟224，在控制器12將第一至第四開關元件M1-M4的狀態各自設置為階段5中的狀態，控制器12判斷所述第三電流是否到達預定等級(例如，Ith2)。如果判斷結果為是，切換順序發展至步驟226。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷所述第三電流，直到所述第三電流的值到達Ith2。
在一些實施例中，依賴于各種應用的要求，Ith2的值可不依賴於Ith1。也即，分別出現在步驟208和224中的兩個電流閾值Ith1和Ith2可相同或者不同。
在一個實施例中，控制器12可週期地檢測第三電流並將其與Ith2進行比較。作為可選的步驟，控制器12可接收指示第三電流到達Ith2的信號(例如，來自比較器的信號)，並作出相應的回應。
接著，請參考第2圖和第3G圖。在步驟226，功率轉換電路10切換至階段6。在階段6，控制器12通過導通第二和第四開關元件 M2，M4，斷開第一和第三開關元件M1，M3形成導電路徑314。如第3F圖和第3G圖所示，當功率轉換電路10從階段5切換為階段6，僅第一開關元件M1的狀態從導通變化為斷開，其他開關元件(例如，第二、第三以及第四開關元件M2-M4)的狀態保持不變。
在階段6，電容器Cr耦接在電感器Lo和地之間，允許通過電感器Lo將存儲在電容器Cr中的電荷放電至負載11。當電容器Cr開始放電，且電感器Lo中到達預定等級Ith2的第三電流開始增加至第四電流。換言之，由於在階段6電容器Cr與電感器Lo諧振，電容器Cr的放電使電感器Lo中的電流增加。
在步驟228，控制器12判斷電容器Cr兩端的電壓Vcr是否約等於0V。如果判斷結果為是，切換順序發展為步驟230。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷Vcr直到Vcr約等於0V。
請參考第2圖和第3H圖。在步驟230，功率轉換電路10切換為階段7。在階段7，控制器12通過導通第二、第三以及第四開關元件M2-M4，斷開第一開關元件M1形成導電路徑316。如第3G圖和第3H圖所示，當功率轉換電路10從階段6切換為階段7，僅第三開關元件M3的狀態從斷開變化為導通，其他開關元件(例如，第一、第二以及第四開關元件M1-M2，M4)的狀態保持不變。
在階段7，電感器Lo通過接地端短路，導致電感器Lo上剩餘的電流快速地放電。
在步驟232，控制器12判斷電感器Lo的電流是否約等於0。如果控制器12判斷出電感器Lo中的電流約等於0，切換順序進入步驟202；反之，控制器12繼續判斷電感器Lo中的電流直到所述電流約等於0。
如第3A圖-第3H圖所示，在一個示例性的切換順利中，可通過重複執行(1)-(2)的操作來調節負載11處的電壓，(1)在對電容器Cr充電而使第二電流流入電感器Lo之前，使用具有預定等級Ith1的第一電流對電感器Lo進行充電；(2)在對電容器Cr放電而使第四電流流入電感器Lo之前，使用具有預定等級Ith2的第三電流對電感器Lo進行充電。通過這樣的方式，傳輸至負載11的功率的等級不受包括電感器Lo和電容器Cr的諧振回路的特性的限制。因此，功率處理能力得到改善(即使在電感器Lo和電容器Cr的尺寸減小的情形下也是如此)。此外，由於電感器 Lo分別在階段1和階段5通過第一和第三電流進行了預充電，電容器Cr上的電荷在一個完整的週期的兩端(階段0和階段7)能達到平衡，由此減少了每一個週期的額外的損耗。此外，當功率轉換電路10從一個階段切換為另一個階段時，僅一個開關元件的狀態需要被改變，由此切換損耗可降低為最小。
第4圖根據本發明的一個實施例示出功率轉換電路40的電路配置。相較於前面描述的功率轉換電路10，功率轉換電路40還包括第五開關元件M5，第五開關元件M5包括一對第五端和一個第五控制端，其中，所述一對第五端耦接於輸入端Nin和第二節點N2之間。控制器12通過第五控制信號控制第五開關元件M5的導通和斷開狀態。
第5圖根據本發明的一個實施例示出功率轉換電路40的一個示例性的切換順序。第6A圖-第6F圖為功率轉換電路40在所述切換順序的不同階段的電路配置。為了避免描述，在這些附圖中，由導通的開關元件形成的導電路徑使用虛線箭頭表示。
請參考第5圖和第6A圖。在步驟502，功率轉換電路40操作在階段0，在該階段，控制器12通過導通第二和第三開關元件M2，M3，斷開第一、第四以及第五開關元件M1，M4-M5來形成導電路徑602。在階段0，電容器Cr處於短路狀態，允許電容器Cr中的殘餘電荷被清零。
在步驟504，在控制器12將第一至第五開關元件M1-M5的狀態設置為階段0中它們各自的狀態後，控制器12判斷功率轉換電路40的輸出節點Nout處的電壓Vout是否小於電壓閾值Vth1’。如果判斷結果為是，切換順序變為步驟506。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷所述電壓Vout，直到Vout小於Vth1’。
請參考第5圖和第6B圖。在步驟506，功率轉換電路40切換至階段1，在階段1，控制器12通過導通第五開關元件M5，斷開第一至四開關元件M1-M4形成導電路徑604。
在階段1，直接將功率轉換電路40的輸入端Nin上提供的Vin通過第五開關元件M5提供給第二節點N2，導致增加的電流(在該實施例中稱之為“第一電流”)流入電感器Lo。由於在階段1功率通過線性增加的第一電流而非受電感電容諧振回路(包括電容器Cr和電感器Lo)控制的電流傳輸至負載11，傳輸至負載11的功率的等級不限定為電感與電容 的比值(例如，L/C，其中，L表示電感器Lo的電感值，C表示電容器Cr的電容值)。因此，功率處理能力得到改善(即使在電感器Lo和電容器Cr的尺寸減小的情形下也是如此)。
在步驟508，在控制器12判斷電感器Lo中的所述第一電流是否到達預定等級(例如，Ith1’)。如果判斷結果為是，切換順序發展至步驟510。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷所述第一電流，直到所述第一電流的值到達Ith1’。
接著，請參考第5圖和第6C圖。在步驟510，功率轉換電路40切換至階段2。在階段2，控制器12通過導通第一和第三開關元件M1，M3，斷開第二、第四以及第五開關元件M2，M4-M5形成導電路徑606。
在階段2，將輸入電壓Vin直接提供給第一節點N1。因此，在上一階段完全放電的電容器Cr，開始充電，導致一個電流(在本實施例中可稱之為“第二電流”)流入電感器Lo。
在步驟512，控制器12判斷電感器Lo中的電流是否約等於0。如果判斷結果為是，切換順序發展為步驟514。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷電感器Lo中的電流直到電流約等於0。
請參考第5圖和第6D圖。在步驟514，功率轉換電路40切換為階段3。在階段3，控制器12進入待機狀態，在待機狀態下，電感器Lo與功率轉換電路40的其他部分解耦合，以便功率轉換電路40停止將功率傳輸至負載11。在此情形下，電容器Cr的一端通過包括導通的第一開關元件M1的導電回路608耦接於輸入端Nin。
在一些實施例中，功率轉換電路40的階段3可包括一個或多個子階段(例如，前面所述的功率轉換電路10的階段3和階段4)。
接著，在步驟516，控制器12判斷第二開關元件M2的所述一對第二端之間的電壓差Vds是否小於閾值電壓Vth2’。如果判斷結果為是，切換順序進入步驟518；反之，控制器12繼續判斷電壓Vds直到所述Vds小於Vth2’。
接著，請參考第5圖和第6E圖。在步驟518，功率轉換電路40切換至階段4。在階段4，控制器12通過導通第五開關元件M5，斷開第一至第四開關元件M1-M4形成導電路徑610。
類似於前面描述的階段1，在階段4，通過第五開關元件M5將電壓Vin直接提供給第二節點N2，導致增加的電流(在本實施例中，可稱之為“第三電流”)而非由包括電容器Cr和電感器Lo的電感電容諧振回路控制的電流流入電感器Lo。因此，功率處理能力得到改善(即使在電感器Lo和電容器Cr的尺寸減小的情形下也是如此)。
在步驟520，控制器12判斷電感器Lo中的所述第三電流是否到達預定等級(例如，Ith2’)。如果判斷結果為是，切換順序發展至步驟522。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷所述第三電流，直到所述第三電流的值到達Ith2’。
請參考第5圖和第6F圖。在步驟522，功率轉換電路40切換至階段5。在階段5，控制器12通過導通第二和第四開關元件M2，M4，斷開第一、第三以及第五開關元件M1，M3以及M5形成導電路徑612。
在階段5，電容器Cr耦接在電感器Lo和地之間，允許通過電感器Lo將存儲在電容器Cr中的電荷放電至負載11。當電容器Cr開始放電，電感器Lo中的第三電流開始增加至第四電流。換言之，由於在階段5電容器Cr與電感器Lo諧振，電容器Cr的放電使電感器Lo中的電流增加。
在步驟524，控制器12判斷電感器Lo中的電流是否約等於0。如果判斷結果為是，切換順序發展為步驟502。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷電感器Lo中的電流直到所述電流約等於0。
在一些實施例中，功率轉換電路可操作在動態電壓頻率調整(Dynamic Voltage And Frequency Scaling，DVFS)模式且當負載具有比預定電壓閾值高的電壓時，從所述負載吸收功率。
以功率轉換電路10為例，控制器12還用於根據用於DVFS操作的命令CMD按照第三切換順序控制所述多個開關元件，所述第三切換順序包括：通過包括電感器Lo、第三以及第四開關元件M3-M4的第一導電路徑從負載12吸收功率，以便第一電流流入電感器Lo；當所述第一電流到達預定等級，通過包括電感器Lo、第二開關元件M2、電容器Cr以及第四開關元件M4的第二導電路徑從負載11吸收功率，以便第二電流入電感器Lo。
第7圖根據本發明的一個實施例示出功率切換電路10操作在DVFS模式且從負載11吸收功率的示例性的切換順序圖。第8A圖-第8F 圖為功率切換電路10在對應所述DVFS模式的所述切換順序的各個階段的電路配置。為了避免描述，在這些附圖中，由導通的開關元件形成的導電路徑使用虛線箭頭表示。
請參考第7圖和第8A圖。在步驟702，功率轉換電路10操作在階段0，在該階段，控制器12通過導通第二和第三開關元件M2，M3，斷開第一和第四開關元件M1，M4來形成導電路徑802。在階段0，電容器Cr處於短路狀態，允許電容器Cr中的殘餘電荷被清零。
在步驟704，在控制器12將第一至第四開關元件M1-M4的狀態設置為階段0中它們各自的狀態後，控制器12判斷功率轉換電路10的輸出節點Nout處的電壓Vout是否大於電壓閾值Vth1”。如果判斷結果為是，切換順序變為步驟706。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷所述電壓Vout，直到Vout大於Vth1”。
請參考第7圖和第8B圖。在步驟706，功率轉換電路10切換至階段1，在階段1，控制器12通過導通第二至第四開關元件M2-M4，斷開第一開關元件M1形成導電路徑804。
在階段1，功率轉換電路10的輸出節點Nout處的電壓Vout相對較高，導致增加的電流(在該實施例中稱之為“第一電流”)通過電感器Lo從輸出節點Nout流至地端。在該情形下，將功率從負載11傳輸至功率轉換電路10。也即，功率轉換電路10從負載11吸收功率。
在步驟708，控制器12判斷電感器Lo中的所述第一電流是否到達預定等級(例如，Ith1”)。如果判斷結果為是，切換順序發展至步驟710。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷所述第一電流，直到所述第一電流的值到達Ith1”。
接著，請參考第7圖和第8C圖。在步驟710，功率轉換電路10切換至階段2。在階段2，控制器12通過導通第二和第四開關元件M2，M4，斷開第一和第三開關元件M1，M3形成導電路徑806。
在階段2，電容器Cr與電感器Lo諧振，導致一個電流(在本實施例中可稱之為“第二電流”)流入電感器Lo。
接著，在步驟712，控制器12判斷電感器Lo中的電流是否約等於0。如果判斷結果為是，切換順序發展為步驟714。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷電感器Lo中的電流直到電流約等於0。
請參考第7圖和第8D圖。在步驟714，功率轉換電路10切換為階段3。在階段3，控制器12進入待機狀態，在待機狀態下，電感器Lo與功率轉換電路10的其他部分解耦合，以便負載11停止將功率傳輸至功率轉換電路10。在此情形下，電容器Cr的一端通過包括導通的第四開關元件M4的導電回路808短路至地。
在步驟716，控制器12判斷Vout是否大於閾值電壓Vth2”。如果判斷結果為是，切換順序進入步驟718；反之，控制器12繼續判斷電壓Vout直到所述Vds大於Vth2’。
在一些實施例中，依賴于各種應用的要求，Vth2”的值可不依賴於步驟704所述的Vth1”。也即，分別出現在步驟708和716中的兩個電壓閾值Vth1”和Vth2”可相同或者不同。
請參考第7圖和第8E圖。在步驟718，功率轉換電路10切換至階段4。在階段4，控制器12通過導通第三至第四開關元件M3-M4，斷開第一至第二開關元件M1-M2形成導電路徑810。
類似於前面描述的階段1，在階段4，Vout相對較高，導致增加的電流(在本實施例中，可稱之為“第三電流”)而非由包括電容器Cr和電感器Lo的電感電容諧振回路控制的電流通過電感器Lo從輸出節點Nout流入接地端。在此情形下，功率再次從負載11傳輸至功率轉換電路10。
接著，在步驟720，控制器12判斷電感器Lo中的所述第三電流是否到達預定等級(例如，Ith2”)。如果判斷結果為是，切換順序發展至步驟722。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷所述第三電流，直到所述第三電流的值到達Ith2”。
請參考第7圖和第8F圖。在步驟722，功率轉換電路10切換至階段5。在階段5，控制器12通過導通第一和第三開關元件M1，M3，斷開第二、第四開關元件M2，M4形成導電路徑812。
在階段5，電容器Cr耦接在電感器Lo和輸入端之間，允許輸入端從負載11吸收功率。在此情形下，電感器Lo中的第三電流變化為流經串聯的電感器Lo和電容器Cr的諧振回路的一個電流(在本實施例中可稱之為“第四電流”)。
在步驟724，控制器12判斷電感器Lo中的電流是否約等於 0。如果判斷結果為是，切換順序發展為步驟702。如果判斷結果為否，控制器12繼續判斷電感器Lo中的電流直到所述電流約等於0。
在一些實施例中，功率轉換電路(例如，功率轉換電路10或40)可工作為降壓變換器，將輸入端的電壓降壓後輸出至輸出端。
以功率轉換電路10為例，控制器12還用於根據用於輕負載操作的命令CMD按照第四切換順序控制所述多個開關元件，所述第四切換順序包括：在第一時間段，通過第一和第二開關元件M1-M2將功率傳輸至負載11；在第二時間段通過第三和第四開關元件M3-M4將功率傳輸至負載11。其中，所述第二時間段與所述第一時間段不同且不重疊。
第9A圖和第9B圖示出功率轉換電路10的輕負載操作的兩個階段。如第9A圖所示，在第一時間段，功率轉換電路10操作在階段0，在該階段0，控制器12通過導通第一、第二以及第四開關元件M1-M2，M4，斷開第三開關元件M3來形成導電路徑902。
在該階段，流經導電路徑902的電流開始增加，電感器Lo根據所述電流的變化在電感器Lo兩端產生反向電壓(opposing voltage)。該電壓減小負載11兩端的淨電壓(net voltage)。當電流變化的比率下降，電感器Lo兩端的電壓也隨之下降，由此增大輸出節點Nout處的電壓。在該時間段，電感器Lo通過磁場存儲能量。在電感器Lo兩端始終會存在電壓降，因此，負載11的淨電壓將總是小於輸入電壓源。
請參考第9B圖，在第二時間段，功率轉換電路10切換至階段1。在階段1，控制器12通過導通第一、第三以及第四開關元件M1，M3-M4，斷開第二開關元件M2來形成導電路徑904。
在階段1，Vin與負載11去耦接，流經負載11的電流將減小。電流的變化將改變電感器Lo兩端的電壓，以便電感器Lo變為電壓源。存儲在電感器Lo中的能量支援電流流經負載11。在該時間段，電感器Lo將其存儲的能量放電給電路的其他部分。
使用上面的切換機制，功率轉換電路10週期性地將能量從輸入端Nin傳輸至負載11並在一小部分時間段(所述第一時間段)將能量存儲在電感器Lo中，並在剩餘的時間段(所述第二時間段)使用存儲的能量，導致功率轉換電路10的輸出節點Nout處存在恒定的電壓。
第10圖示出Vin小於2*Vout時，功率轉換電路10的電容 器Cr和電感器Lo在不同的預定等級條件下(例如，分別在第2圖中的步驟208和224選擇的預定等級Ith1和Ith2)的電壓和電流的時序圖。在第10圖中，曲線1002表示第一的預定電流Ith1或第三電流的預定電流Ith2分別設置為0安時，電感器Lo在一個週期內的電流；曲線1004表示第一的預定電流Ith1或第三電流的預定電流Ith2分別設置為1安時，電感器Lo在一個週期內的電流；曲線1006表示第一的預定電流Ith1或第三電流的預定電流Ith2分別設置為1.5安時，電感器Lo在一個週期內的電流；曲線1008表示第一的預定電流Ith1或第三電流的預定電流Ith2分別設置為0安時，電容器Cr在一個週期內的相應電壓；曲線1010表示第一的預定電流Ith1或第三電流的預定電流Ith2分別設置為1安時，電容器Cr在一個週期內的相應電壓；曲線1012表示第一的預定電流Ith1或第三電流的預定電流Ith2分別設置為1.5安時，電容器Cr在一個週期內的相應電壓。在一些實施例中，預定等級Ith1不需要等於預定等級Ith2。此處，波形的一個週期包括第3A圖-第3H圖示出的階段0-階段7，或者，包括第6A圖-第6F圖示出的階段0-階段5。
如圖所示，通過執行(1)在對電容器Cr進行充電前，使用具有預定等級Ith1=1安或1.5安的第一電流對電感器Lo進行充電以及(2)在對電容器Cr進行放電前，使用具有預定等級Ith2=1安或1.5安的第三電流對電感器Lo進行充電；電容器Cr上的電荷在電壓調整週期的兩端是平衡的，因此減少了每個電壓調整週期內的額外的損耗。
申請專利範圍中用以修飾元件的“第一”、“第二”等序數詞的使用本身未暗示任何優先權、優先次序、各元件之間的先後次序、或所執行方法的時間次序，而僅用作標識來區分具有相同名稱(具有不同序數詞)的不同元件。
以上該僅係本發明的實施方式，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。

Claims (31)

  1. 一種功率轉換電路，包含：輸入端，耦接一個輸入電壓；第一開關元件，所述第一開關元件包括一對第一端和第一控制端，其中所述一對第一端耦接於所述輸入端和第一節點之間；第二開關元件，所述第二開關元件包括一對第二端和第二控制端，其中所述一對第二端耦接於所述第一節點和第二節點之間；第三開關元件，所述第三開關元件包括一對第三端和第三控制端，其中所述一對第三端耦接於所述第二節點和第三節點之間；第四開關元件，所述第四開關元件包括一對第四端和第四控制端，其中所述一對第四端耦接於所述第三節點和接地端之間；電容器，耦接於所述第一節點和所述第三節點之間；電感器，耦接於所述第二節點和負載之間；以及控制器，用於分別通過所述第一控制端、所述第二控制端、所述第三控制端以及所述第四控制端控制所述第一開關元件、所述第二開關元件、所述第三開關元件以及所述第四開關元件導通或者斷開，以便負載處的電壓重複地經由執行(1)-(2)來調節，其中所述(1)包括在對電容器充電而使第二電流流入所述電感器之前，使用第一電流對所述電感器進行充電；其中，所述(2)包括在對電容器放電而使第四電流流入所述電感器之前，使用第三電流對所述電感器進行充電。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的功率轉換電路，所述控制器用於按照一定的切換順序控制所述第一、第二、第三以及第四開關元件，所述一定的切換順序包括：通過包括所述第一開關元件、所述第二開關元件以及所述電感器的第一導電路徑將所述功率傳輸至所述負載，以便所述第一電流流入所述電感器；當所述第一電流到達預定等級，通過包括所述第一開關元件、所述電容器、所述第三開關元件以及所述電感器的第二導電路徑將所述功率傳輸至所述負載，以便對所述電容器進行充電並使第二電流流入所述電感器。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的功率轉換電路，所述控制器還 用於通過導通所述第一至第三開關元件，斷開所述第四開關元件來形成所述第一導電路徑；以及通過導通所述第一和第三開關元件，斷開所述第二和第四開關元件來形成所述第二導電路徑。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的功率轉換電路，所述一定的切換順序還包括：當所述電感器中的電流約等於0，通過將所述第二節點從所述輸入節點隔開來進入待機狀態；在所述待機狀態下，當所述第二開關元件的所述一對第二端兩端的電壓小於一個電壓閾值，通過包括所述第一、第二開關元件以及所述電感器的第三導電路徑將功率傳輸至所述負載，以便所述第三電流流入所述電感器；當所述第三電流到達另一個預定等級，通過包括所述第四開關元件、所述電容器、所述第二開關元件以及所述電感器的第四導電路徑將所述功率傳輸至所述負載，以便對所述電容器進行放電以及使所述第四電流流入所述電感器。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的功率轉換電路，所述控制器還用於通過導通所述第一、第二以及第四開關元件，斷開所述第三開關元件來形成所述第三導電路徑；以及通過導通所述第二和第四開關元件，斷開所述第一和第三開關元件來形成所述第四導電路徑。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的功率轉換電路，還包括：第五開關元件，所述第五開關元件包括一對第五端和第五控制端，其中所述一對第五端耦接於所述輸入端和所述第二節點之間，且所述控制器通過所述第五控制端控制所述第五開關元件導通或者斷開。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的功率轉換電路，所述控制器用於按照一定的切換順序控制所述第一、第二、第三以及第四開關元件，所述一定的切換順序包括：通過包括所述第五開關元件和所述電感器的第一導電路徑將所述功率傳輸至所述負載，以便所述第一電流流入所述電感器；當所述第一電流到達預定等級，通過包括所述第一開關元件、所述電容器、所述第三開關元件以及所述電感器的第二導電路徑將所述功率傳輸至所述負載，以便對所述電容器進行充電並使所述第二電流流入所述電感 器。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的功率轉換電路，所述控制器還用於通過導通所述第五開關元件，斷開所述第一至第四開關元件來形成所述第一導電路徑；以及通過導通所述第一和第三開關元件，斷開所述第二，第四以及第五開關元件來形成所述第二導電路徑。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的功率轉換電路，所述一定的切換順序還包括：當所述電感器中的電流約等於0，通過將所述第二節點從所述輸入節點隔開來進入待機狀態；在所述待機狀態下，當所述第二開關元件的所述一對第二端兩端的電壓小於一個電壓閾值，通過包括所述第五開關元件以及所述電感器的第三導電路徑將功率傳輸至所述負載，以便所述第三電流流入所述電感器；當所述第三電流到達另一個預定等級，通過包括所述第四開關元件、所述電容器、所述第二開關元件以及所述電感器的第四導電路徑將所述功率傳輸至所述負載，以便對所述電容器進行放電以及使所述第四電流流入所述電感器。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的功率轉換電路，所述控制器還用於通過導通所述第五開關元件，斷開所述第一至第四開關元件來形成所述第三導電路徑；以及通過導通所述第二和第四開關元件，斷開所述第一、第三以及第五開關元件來形成所述第四導電路徑。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的功率轉換電路，所述控制器還用於根據用於動態電壓頻率調整操作的命令按照一定的切換順序控制所述第一至第四開關元件，所述一定的切換順序包括：通過包括所述電感器、所述第三、第四開關元件的第一導電路徑從負載吸收功率，以便所述第一電流流入所述電感器；當所述第一電流到達預定等級，通過包括所述電感器、所述第二開關元件、所述電容器以及所述第四開關元件的第二導電路徑從所述負載吸收功率，以便所述第二電流流入所述電感器。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的功率轉換電路，所述控制器還用於通過導通所述第一至第四開關元件，斷開所述第一開關元件來形成所述第一導電路徑；以及通過導通所述第二和第四開關元件，斷開所述第 一和第三開關元件來形成所述第二導電路徑。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的功率轉換電路，所述一定的切換順序還包括：當所述電感器中的電流約等於0，通過將所述第二節點從所述輸入節點隔開來進入待機狀態；在所述待機狀態下，當所述負載處的電壓大於一個電壓閾值，通過包括所述第三和第四開關元件以及所述電感器的第三導電路徑從所述負載吸收功率，以便所述第三電流流入所述電感器；當所述第三電流到達另一個預定等級，通過包括所述電感器、所述第三開關元件、所述電容器以及所述第一開關元件的第四導電路徑將所述功率傳輸至所述負載，以便所述第四電流流入所述電感器。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的功率轉換電路，所述控制器還用於通過導通所述第三和第四開關元件，斷開所述第一和第二開關元件來形成所述第三導電路徑；以及通過導通所述第一和第三開關元件，斷開所述第二和第四開關元件來形成所述第四導電路徑。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的功率轉換電路，所述控制器還用於根據用於輕負載操作的命令按照一定的切換順序控制所述第一、第二、第三以及第四開關元件，所述一定的切換順序包括：在第一時間段，通過所述第一和第二開關元件將功率傳輸至所述負載；在第二時間段，通過所述第三和第四開關元件以及所述電感器將功率傳輸至所述負載；其中，所述第二時間段與所述第一時間段不同。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的功率轉換電路，所述控制器還用於在所述第一時間段導通所述第一、第二以及第四開關元件，斷開所述第三開關元件；在所述第二時間段導通所述第一、第三以及第四開關元件，斷開所述第二開關元件。
  17. 一種操作功率轉換電路的方法，其中，所述功率轉換電路包括：輸入端，耦接一個輸入電壓；第一開關元件，所述第一開關元件包括一對第一端和第一控制端，其中所述一對第一端耦接於所述輸入端和第一節點之間；第二開關元件，所述第二開關元件包括一對第二端和第二控 制端，其中所述一對第二端耦接於所述第一節點和第二節點之間；第三開關元件，所述第三開關元件包括一對第三端和第三控制端，其中所述一對第三端耦接於所述第二節點和第三節點之間；第四開關元件，所述第四開關元件包括一對第四端和第四控制端，其中所述一對第四端耦接於所述第三節點和接地端之間；電容器，耦接於所述第一節點和所述第三節點之間；電感器，耦接於所述第二節點和負載之間；以及控制器，用於分別通過所述第一控制端、所述第二控制端、所述第三控制端以及所述第四控制端控制所述第一開關元件、所述第二開關元件、所述第三開關元件以及所述第四開關元件導通或者斷開；所述方法包括：提供所述輸入電壓給所述功率轉換電路的所述輸入端；通過所述控制器改變所述第一至第四開關元件的導通或者斷開狀態，以便負載處的電壓重複地經由執行(1)-(2)來調節，其中所述(1)包括在對電容器充電而使第二電流流入所述電感器之前，使用第一電流對所述電感器進行充電；其中，所述(2)包括在對電容器放電而使第四電流流入所述電感器之前，使用第三電流對所述電感器進行充電。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的方法，還包括：通過包括所述第一開關元件、所述第二開關元件以及所述電感器的第一導電路徑將所述功率傳輸至所述負載，以便所述第一電流流入所述電感器；當所述第一電流到達預定等級，通過包括所述第一開關元件、所述電容器、所述第三開關元件以及所述電感器的第二導電路徑將所述功率傳輸至所述負載，以便對所述電容器進行充電並使第二電流流入所述電感器。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的方法，還包括：通過導通所述第一至第三開關元件，斷開所述第四開關元件來形成所述第一導電路徑；以及通過導通所述第一和第三開關元件，斷開所述第二和第四開關元件來形成所述第二導電路徑。
  20. 如申請專利範圍第18項所述的方法，還包括：當所述電感器中的電流約等於0，通過將所述第二節點從所述輸入節點隔開來進入待機狀態；在所述待機狀態下，判斷所述第二開關元件的所述一對第二端兩端的電壓是否小於一個電壓閾值； 當所述第二開關元件的所述一對第二端兩端的電壓小於一個電壓閾值，通過包括所述第一、第二開關元件以及所述電感器的第三導電路徑將功率傳輸至所述負載，以便所述第三電流流入所述電感器；當所述第三電流到達另一個預定等級，通過包括所述第四開關元件、所述電容器、所述第二開關元件以及所述電感器的第四導電路徑將所述功率傳輸至所述負載，以便對所述電容器進行放電以及使所述第四電流流入所述電感器。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的方法，還包括：通過導通所述第一、第二以及第四開關元件，斷開所述第三開關元件來形成所述第三導電路徑；以及通過導通所述第二和第四開關元件，斷開所述第一和第三開關元件來形成所述第四導電路徑。
  22. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中，所述功率轉換電路還包括第五開關元件，所述第五開關元件包括一對第五端和第五控制端，其中所述一對第五端耦接於所述輸入端和所述第二節點之間，所述方法還包括：通過所述第五控制端控制所述第五開關元件導通或者斷開；通過包括所述第五開關元件和所述電感器的第一導電路徑將所述功率傳輸至所述負載，以便所述第一電流流入所述電感器；當所述第一電流到達預定等級，通過包括所述第一開關元件、所述電容器、所述第三開關元件以及所述電感器的第二導電路徑將所述功率傳輸至所述負載，以便對所述電容器進行充電並使所述第二電流流入所述電感器。
  23. 如申請專利範圍第22項所述的方法，還包括：通過導通所述第五開關元件，斷開所述第一至第四開關元件來形成所述第一導電路徑；以及通過導通所述第一和第三開關元件，斷開所述第二，第四以及第五開關元件來形成所述第二導電路徑。
  24. 如申請專利範圍第22項所述的方法，還包括：當所述電感器中的電流約等於0，通過將所述第二節點從所述輸入節點隔開來進入待機狀態；在所述待機狀態下，當所述第二開關元件的所述一對第二端兩端的電壓小於一個電壓閾值，通過包括所述第五開關元件以及所述電感器的第三 導電路徑將功率傳輸至所述負載，以便所述第三電流流入所述電感器；當所述第三電流到達另一個預定等級，通過包括所述第四開關元件、所述電容器、所述第二開關元件以及所述電感器的第四導電路徑將所述功率傳輸至所述負載，以便對所述電容器進行放電以及使所述第四電流流入所述電感器。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的方法，還包括：通過導通所述第五開關元件，斷開所述第一至第四開關元件來形成所述第三導電路徑；以及通過導通所述第二和第四開關元件，斷開所述第一、第三以及第五開關元件來形成所述第四導電路徑。
  26. 如申請專利範圍第17項所述的方法，根據用於動態電壓頻率調整操作的命令按照一定的切換順序控制所述第一至第四開關元件，所述一定的切換順序包括：通過包括所述電感器、所述第三、第四開關元件的第一導電路徑從負載吸收功率，以便所述第一電流流入所述電感器；當所述第一電流到達預定等級，通過包括所述電感器、所述第二開關元件、所述電容器以及所述第四開關元件的第二導電路徑從所述負載吸收功率，以便所述第二電流流入所述電感器。
  27. 如申請專利範圍第26項所述的方法，還包括：通過導通所述第一至第四開關元件，斷開所述第一開關元件來形成所述第一導電路徑；以及通過導通所述第二和第四開關元件，斷開所述第一和第三開關元件來形成所述第二導電路徑。
  28. 如申請專利範圍第26項所述的方法，所述一定的切換順序還包括：當所述電感器中的電流約等於0，通過將所述第二節點從所述輸入節點隔開來進入待機狀態；在所述待機狀態下，當所述負載處的電壓大於一個電壓閾值，通過包括所述第三和第四開關元件以及所述電感器的第三導電路徑從所述負載吸收功率，以便所述第三電流流入所述電感器；當所述第三電流到達另一個預定等級，通過包括所述電感器、所述第三開關元件、所述電容器以及所述第一開關元件的第四導電路徑將所述功率傳輸至所述負載，以便所述第四電流流入所述電感器。
  29. 如申請專利範圍第28項所述的方法，還包括：通過導通所述第三和第四開關元件，斷開所述第一和第二開關元件來形成所述第三導電路徑；以及通過導通所述第一和第三開關元件，斷開所述第二和第四開關元件來形成所述第四導電路徑。
  30. 如申請專利範圍第17項所述的方法，還包括：根據用於輕負載操作的命令按照一定的切換順序控制所述第一、第二、第三以及第四開關元件，所述一定的切換順序包括：在第一時間段，通過所述第一和第二開關元件將功率傳輸至所述負載；在第二時間段，通過所述第三和第四開關元件以及所述電感器將功率傳輸至所述負載；其中，所述第二時間段與所述第一時間段不同。
  31. 如申請專利範圍第30項所述的方法，還包括：在所述第一時間段導通所述第一、第二以及第四開關元件，斷開所述第三開關元件；在所述第二時間段導通所述第一、第三以及第四開關元件，斷開所述第二開關元件。
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