TWI710203B

TWI710203B - 諧振開關電容器轉換器

Info

Publication number: TWI710203B
Application number: TW109110503A
Authority: TW
Inventors: 艾利克斯建中陳; 顏永智
Original assignee: 新加坡商聯發科技（新加坡）私人有限公司
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2020-11-11
Also published as: US11290008B2; TW202037057A; US20200313550A1; CN111756243A

Abstract

本發明公開一種諧振開關電容器轉換器，包括：第一諧振迴路；第二諧振迴路；至少一個非諧振電容器；以及連接控制電路，配置為控制該第一諧振迴路，該第二諧振迴路，該第二諧振迴路和至少一個非諧振電容器的連接；其中，在第一階段期間，該第一諧振迴路的第一端子透過不帶電容器的路徑與參考端子相連，該第二諧振迴路的第一端子與該輸出端子相連；在第二階段期間，該第一諧振迴路的第一端子與該輸出端子相連，該第二諧振迴路的第一端子透過不帶電容器的路徑與該參考端子相連。

Description

諧振開關電容器轉換器

本發明涉及電學技術領域，尤其涉及一種諧振開關電容器轉換器。

為了將在全域電源匯流排（global power bus）中採用的第一直流（direct current，DC）電壓轉換為在本地系統中採用的第二直流電壓，需要DC-DC電源轉換器（power converter）。例如，在資料中心的應用中，能量（energy）使用量可能會持續增長（例如，年增長率超過6％），這可能會受到雲（cloud）和大資料（big data）的指數增長驅動，因此節省的一小部分能量在數量上也是相當大的。

在另一個示例中，汽車電源系統需要DC-DC電源轉換器，以便將48伏（Volt，V）電壓轉換為12 V電壓，以用於照明，座椅，窗戶，發動機配件和資訊娛樂系統的電池供電。在又一個示例中，網路和電信基礎設施設備可能需要將功率從48 V轉換為12 V的中間匯流排電壓。

在相關技術中，可以利用基於變壓器（transformer-based）的架構來實現上述電源轉換器。然而，變壓器在設備中花費了大面積或大體積。因此，需要一種新穎的電源轉換器，以在不引入任何副作用的情況下或以不太可能引入副作用的方式來改善諸如功率密度，功率效率和輸出功率的整體性能。

有鑑於此，本發明提供一種諧振開關電容器轉換器，來改善轉換器的整體性能。

根據本發明的第一方面，公開一種諧振開關電容器轉換器，配置為將該諧振開關電容器轉換器的輸入端子上的輸入電壓轉換為該諧振開關電容器轉換器的輸出端子上的輸出電壓，其中，該諧振開關電容器轉換器包括：

第一諧振迴路；

第二諧振迴路；

至少一個非諧振電容器；以及

連接控制電路，耦合到該輸入端子，該輸出端子，該第一諧振迴路，該第二諧振迴路和該至少一個非諧振電容器，配置為控制該第一諧振迴路，該第二諧振迴路，該第二諧振迴路和至少一個非諧振電容器的連接；

其中，在第一階段期間，該第一諧振迴路的第一端子透過不帶電容器的路徑與參考端子相連，該第二諧振迴路的第一端子與該輸出端子相連；在第二階段期間，該第一諧振迴路的第一端子與該輸出端子相連，該第二諧振迴路的第一端子透過不帶電容器的路徑與該參考端子相連。

根據本發明的第二方面，公開一種諧振開關電容器轉換器，配置為將該諧振開關電容器轉換器的輸入端子上的輸入電壓轉換為該諧振開關電容器轉換器的輸出端子上的輸出電壓，其中，該諧振開關電容器轉換器包括：

第一諧振迴路；

第二諧振迴路；

至少一個非諧振電容器；以及

其中，該連接控制電路利用連接控制電路內的第一組開關來控制該第一諧振迴路的第一端子耦合至參考端子還是該輸出端子，並利用連接控制電路內的第二組開關以控制該第二諧振迴路的第一端子耦合至該參考端子還是該輸出端子，其中該第一組開關與該第二組開關不同。

根據本發明的第三方面，公開一種諧振開關電容器轉換器，配置為將該諧振開關電容器轉換器的輸入端子上的輸入電壓轉換為該諧振開關電容器轉換器的輸出端子上的輸出電壓，其中，該諧振開關電容器轉換器包括：

第一諧振迴路；

第二諧振迴路；

至少一個非諧振電容器；以及

其中在該第一階段期間，該第一諧振迴路的第二端子耦合到該輸出端子，並且該第二諧振迴路的第二端子耦合到該非諧振電容器的第一端子；在該第二階段，該第一諧振迴路的第二端子耦合到該非諧振電容的第二端子，第二諧振迴路的第二端子耦合到該輸出端子。

本發明的諧振開關電容器轉換器，在第一階段期間，該第一諧振迴路的第一端子透過不帶電容器的路徑與參考端子相連，該第二諧振迴路的第一端子與該輸出端子相連；在第二階段期間，該第一諧振迴路的第一端子與該輸出端子相連，該第二諧振迴路的第一端子透過不帶電容器的路徑與該參考端子相連。本發明的諧振開關電容器轉換器無需使用任何變壓器的諧振開關電容器轉換器；並且具有新穎架構，以實現最佳性能。

貫穿以下描述和申請專利範圍書使用某些術語，其指代特定部件。如本領域的技術人員將理解的，電子設備製造商可以用不同的名稱來指代組件。本文檔無意區分名稱不同但功能相同的組件。在以下描述和申請專利範圍中，術語“包括”和“包含”以開放式方式使用，因此應解釋為表示“包括但不限於...”。同樣，術語“耦合”旨在表示間接或直接的電連接。因此，如果一個設備耦合到另一設備，則該連接可以是透過直接電連接，或者是透過經由其他設備和連接件的間接電連接。

第1圖是示出根據本發明的實施例的諧振開關電容器轉換器10的圖。在該實施例中，諧振開關電容器轉換器10配置為將諧振開關電容器轉換器10的輸入端子IN上的輸入電壓VIN轉換成諧振開關電容器轉換器10的輸出端子OUT上的輸出電壓VOUT。如第1圖所示，諧振開關電容器轉換器10可以包括諸如諧振迴路（resonant tank）121之類的第一諧振迴路，諸如諧振迴路122之類的第二諧振迴路，諸如非諧振電容器140之類的至少一個非諧振電容器，和連接控制電路160，其中連接控制電路160耦合到輸入端子IN，輸出端子OUT，諧振迴路121，諧振迴路122和非諧振電容器140，並且配置以控制諧振迴路121，諧振迴路122和非諧振電容器140的連接。

例如，連接控制電路160可以包括連接控制子電路161，但是本發明不限於此。連接控制子電路161可以耦合到輸出端子OUT，諧振迴路121的第一端子和諧振迴路122的第一端子。連接控制電路160可以利用連接控制電路160內的第一組開關（例如其中的連接控制子電路161）來控制諧振迴路121的第一端子經由路徑耦合到參考端子還是耦合到輸出端子OUT，並且可以利用連接控制電路160中的第二組開關（例如其中的連接控制子電路161）來控制諧振迴路122的第一端子經由路徑耦合到參考端子還是耦合到輸出端子OUT。第一組開關與第二組開關不同。第一組開關包括不在第二組開關中的開關。因此，將第一諧振電路的第一端子耦合到參考端子的路徑與將第二諧振電路的第一端子耦合到參考端子的路徑之間沒有共用，和/或將第一諧振電路的第一端子耦合到輸出端子OUT的路徑與將第二諧振電路的第一端子耦合到輸出端子OUT的路徑之間沒有共用的開關。在一個實施例中，在第一階段期間，諧振迴路121的第一端子經由除了開關（一個或複數個）之外而沒有任何其他組件（例如，電容器，電阻器或任何其他無源/有源裝置）的路徑耦合到參考端子，諧振迴路122的第一端子耦合到輸出端子OUT；在第二階段期間，諧振迴路121的第一端子耦合到輸出端子OUT，並且諧振迴路122的第一端子經由除了開關（一個或複數個）之外而沒有任何其他組件（例如，電容器，電阻器或任何其他無源/有源裝置）的路徑耦合到參考端子；其中參考端子可以是提供諸如接地電壓或參考電壓之類的固定電壓的電壓端子。

另外，連接控制電路160可以進一步包括連接控制子電路162，但是本發明不限於此。連接控制子電路162可以耦合到輸入端子IN，輸出端子OUT，諧振迴路121的第二端子和諧振迴路122的第二端子。在第一階段期間，諧振迴路121的第二端子耦接至輸出端子OUT，諧振迴路122的第二端子耦接至非諧振電容140的第一端子。在第二階段，諧振迴路121的第二端子耦接至非諧振電容器140的第二端子，諧振迴路122的第二端子耦接至輸出端子。

在一個實施例中，非諧振電容器140的第一端子耦合至諧振迴路122的第二端子或參考端子，並且非諧振電容器140的第二端子耦合至輸入端子IN。在第一階段中，非諧振電容器140的第一端子耦合到諧振迴路122的第二端子，非諧振電容器140的第二端子耦合到輸入端子IN；在第二階段中，非諧振電容140的第一端子與參考端子耦接，非諧振電容140的第二端子與諧振迴路121的第二端子耦接。

第2圖是示出根據本發明實施例的第1圖中所示的諧振開關電容器轉換器10的電路圖。如第2圖所示，諧振迴路121可以包括諸如電感器L1的諧振電感器和諸如電容器C1的諧振電容器，並且更具體地，諧振迴路121可以透過串聯連接的電感器L1和電容器C1來實現，其中與諧振迴路121相對應的諧振頻率由電感器L1和電容器C1確定。另外，諧振迴路122可以包括諸如電感器L2的諧振電感器和諸如電容器C2的諧振電容器，並且更具體地，諧振迴路122可以由串聯連接的電感器L2和電容器C2來實現，其中，與諧振迴路122相對應的諧振頻率由電感器L2和電容器C2確定。在一個實施例中，電感器L1可以等同於電感器L2，並且電容器C1可以等同於電容器C2，因此與諧振迴路121相對應的諧振頻率可以等於與諧振迴路122相對應的諧振頻率。另外，非諧振電容器140（如第1圖所示）可以包括電容器C3，並且更具體地，電容器C3的電容可以比電容器C1或C2的電容大得多，例如比電容器C1或C2的電容大十倍或更多倍。

在一個實施例中，連接控制電路160可以包括複數個開關，其中一部分開關由第一控制訊號控制，而另一部分開關由第二控制訊號控制。更具體地說，第一控制訊號和第二控制訊號是不重疊的控制訊號。例如，第一控制訊號和第二控制訊號中的一個可以具有百分之五十或更小的占空比，並且第一控制訊號和第二控制訊號中的另一個可以具有小於百分之五十的占空比，但是本發明不限於此。根據一些實施例，第一控制訊號和第二控制訊號中的一個可以具有小於百分之五十的占空比，並且第一控制訊號和第二控制訊號中的另一個可以具有小於百分之五十的占空比。優選地，這兩個占空比可以彼此相等。

詳細地，連接控制子電路161可以包括開關SW1、SW2、SW3和SW4，其中，開關SW1耦合在諧振迴路121的第一端子與參考端子（例如接地端子）之間，開關SW2耦合在諧振迴路121的第一端子和輸出端子OUT之間，開關SW3耦合在諧振迴路122的第一端子和參考端子（例如接地端子）之間，開關SW4耦合在諧振迴路122的第一端子與輸出端子OUT之間。開關{SW1，SW2}可以是上述連接控制子電路161內的第一組開關的示例，而開關{SW3，SW4}可以是上述連接控制子電路161內的第二組開關的示例。連接控制子電路162可以包括開關SW5、SW6、SW7、SW8、SW9和SW10，其中開關SW5耦合在諧振迴路121的第二端子與輸出端子OUT之間，開關SW6耦合在諧振迴路121的第二端子與電容器C3的第二端子之間，開關SW7耦合在諧振迴路122的第二端子與輸出端子OUT之間，開關SW8耦合在諧振迴路122的第二端子和電容器C3的第一端子之間，開關SW9耦合在輸入端子IN和電容器C3的第二端子之間，並且開關SW10耦合在電容器C3的第一端子和參考端子之間。更具體地，開關SW1、SW4、SW5、SW8和SW9由第一控制訊號控制（例如，在第一階段期間接通，而在第二階段期間斷開），並且開關SW2、SW3、SW6， SW7和SW10由第二控制訊號控制（例如，在第一階段期間斷開，而在第二階段期間接通）。應當注意，連接控制電路160（例如其中的連接控制子電路161和162）的實現僅用於說明目的，而不是對本發明的限制。能夠以上述方式控制諧振迴路121，諧振迴路122和非諧振電容器140的連接的任何實施方式均應屬於本發明的範圍。

第3圖是示出根據本發明的實施例的在第一階段期間第2圖所示的諧振開關電容器轉換器10的第一配置的圖。當在第一階段期間接通開關SW1、SW4、SW5、SW8和SW9並且斷開開關SW2、SW3、SW6、SW7和SW10時，諧振開關電容器轉換器10可以形成第一配置，如由第3圖中的粗線表示的。第4圖是示出根據本發明的實施例的在第二階段期間第2圖所示的諧振開關電容器轉換器10的第二配置的圖。當在第二階段期間斷開開關SW1、SW4、SW5、SW8和SW9並且接通開關SW2、SW3、SW6、SW7和SW10時，諧振開關電容器轉換器10可以形成第二配置，如由第4圖中的粗線表示的。

第5圖是根據本發明實施例的基於第2圖所示的諧振開關電容器轉換器10的詳細實現。如第5圖所示，輸出端子OUT還耦合至輸出電容器COUT，輸出電容器COUT的另一端耦合到參考端子（例如接地端子）。開關SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8、SW9和SW10中的每一個可以由例如電晶體來實現，例如 N型金屬氧化物半導體場效應電晶體（N-type Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET），其中每個電晶體的閘電極接收相應的控制訊號（例如，第一控制訊號（例如控制訊號P1）或第二控制訊號（例如控制訊號P2））。單個開關的這種實現僅出於說明的目的，而不是對本發明的限制。本領域技術人員應借助第5圖所示的結構來理解在該實施例中用作開關的電晶體的詳細操作，因此，為簡潔起見，省略了詳細操作。

第6圖是示出根據本發明的實施例的控制訊號P1和P2的一些非重疊（non-overlapping）邊緣的圖。如第6圖所示，控制訊號P2可以在控制訊號P1從高電壓電平變為低電壓電平之後的時間點從低電壓電平變為高電壓電平。並且控制訊號P1可以在控制訊號P2從高電壓電平變為低電壓電平之後的時間點從低電壓電平變為高電壓電平。非重疊訊號發生器可以配置為產生控制訊號P1和P2。本領域技術人員應該透過參考上述實施例，來理解非重疊訊號發生器的詳細實現方式，為簡潔起見，省略了相關描述。例如控制訊號P1可以用來給連接控制子電路161來切換其中的開關，或給連接控制子電路162來切換其中的開關。當然若控制訊號P1可以用來給連接控制子電路161來切換其中的開關，則控制訊號P2可以用來給連接控制子電路162來切換其中的開關，反之亦然，這些可以自由設置。

為了最佳性能，諸如控制訊號P1的第一控制訊號和諸如控制訊號P2的第二控制訊號中的每個的頻率（稱為工作頻率）可以等於與諧振迴路121/122相對應的頻率。例如，在確定電感器L1（或L2）的電感和電容器C1（或C2）的電容之後，可以根據該電感和該電容來設置工作頻率。

舉例來說，基於第2圖所示的架構，電容器C3上的電壓（例如，平均電壓）可以是輸入電壓VIN的0.5倍，並且電容器C1和C2中的每一個上的電壓（例如，平均電壓）是輸入電壓VIN的0.25倍。例如，當輸入電壓VIN為48伏（V）時，電容器C3兩端的平均電壓可以為24 V，電容器C1和C2中的每個電容器兩端的平均電壓為12 V，輸出電壓VOUT（例如輸出電容器COUT兩端的輸出電壓VOUT）的平均值可以為12 V。換句話說，輸入電壓VIN為輸出電壓VOUT的4倍，電容器C3兩端的平均電壓為電容器C1和C2中的每個電容器兩端的平均電壓的2倍，電容器C1和C2中的每個電容器兩端的平均電壓等於輸出電壓VOUT。透過本實施例的這種方式可以使轉換器具有降壓轉換的功能，並且在轉換的兩個階段經由不同的兩組開關進行轉換，避免較大的電流流過開關，從而減少功率損耗，提高轉換效率。當然，以上輸入電壓VIN為48V，輸出電壓VOUT的平均值可以為12 V，轉換器的轉換倍數均為方便理解而舉例的說明，本實施例中可以根據需要自由設置輸入電壓，輸出電壓以及轉換器的轉換倍數，例如轉換倍數可以是0.2，0.3，0.4等等。例如改變轉換倍數可以透過例如改變電容器C1、C2或/和C3的電容值，或者在電容器C1、C2或/和C3相應位置增加電容器數量等等方式來實現。

第7圖是示出根據本發明實施例的第5圖中所示的諧振開關電容器轉換器10的相關訊號的圖，其中假設C3＝COUT＝100微法拉（microfarad，uF），C1 ＝ C2 ＝ 10uF，並且L1 = L2 = 10納亨（nanohenry，nH）。在工作頻率等於與諧振迴路121/122相對應的諧振頻率（例如600 kHz）的條件下，每個控制訊號P1和P2（為簡潔起見，在第7圖中未示出控制訊號P2），在具有零電流（例如0安培（ampere，A））的諧振電感器（例如電感器L1和L2）的時間點附近，控制訊號P1和P2的各個高電壓電平之間沒有任何重疊。例如，當諧振開關電容器轉換器10通電並且工作頻率等於諧振頻率時，具有零電流的諧振電感器（例如，電感器L1和L2）的時間點可以逐步跟隨控制訊號P1和P2，最後變得與控制訊號P1和P2的轉變同步。另外，如第7圖所示，電容器C1和C2兩端的平均電壓為12V（也即與輸出電壓VOUT相等）。如第7圖所示，控制訊號P1設置為，在電感器L1和L2具有零電流的位置進行下降沿的切換。這樣可以避免在電感器L1和L2具有較大電流時進行切換而導致的開關損耗較大，因此本發明實施例的方案可以減小開關損耗，提高轉換效率。本實施例中，控制訊號P1可以為控制開關SW1、SW4、SW5、SW8和SW9，或者為控制開關SW2、SW3、SW6、SW7和SW10。例如控制訊號P1控制開關SW1、SW4、SW5、SW8和SW9，則控制訊號P2控制開關SW2、SW3、SW6、SW7和SW10；當開關SW1、SW4、SW5、SW8和SW9斷開時，開關SW2、SW3、SW6、SW7和SW10閉合；反之亦然。此外，控制訊號P1也可以設置為，在電感器L1和L2具有零電流的位置進行上升沿的切換。以上均可以根據實際需要自由設置。

在一些變型中，可以對連接控制電路160進行修改，例如，連接控制電路160可以由八個開關而不是十個開關來實現。關於具有八個開關的架構，可以參考第2圖，諧振迴路121的第一端子（電感器L1連接外部的端子）和諧振迴路122的第一端子（電感器L2連接外部的端子）可以耦合至相同的節點，其中該節點可以在第一階段期間耦合至輸出端子OUT並且在第二階段期間耦合至參考端子，例如共用同一組用於控制連接的開關。關於第2圖所示的十個開關的架構，諧振迴路121的第一端與諧振迴路122的第一端子可以透過不同的開關組分開控制。例如，開關SW1和SW2配置為控制諧振迴路121的第一端子的連接，並且開關SW3和SW4配置為控制諧振迴路122的第一端子的連接。當然，若是採用八個開關的實施方式，則由於在轉換期間，諧振迴路121與諧振迴路122之間並聯，可能會導致經由一些開關（例如共用同一組用於控制連接的開關）的電流將會變大；而由於開關的損耗功率P=I ²R（其中I為經由開關的電流，R為開關的電阻）；因此開關的損耗功率將會大大的增加，從而影響了轉換器的轉換效率，可能使得輸出電壓VOUT與期望值之間具有較大的誤差。本實施例中可以採用上述十個開關的實施方式，在轉換期間（例如第3圖所示的轉換期間），諧振迴路121與諧振迴路122之間不是並聯（例如為串聯），從而使得經由開關（例如開關SW1、SW4、SW5、SW8或SW9）的電流相對來說較小，從而使得開關的損耗大大降低，提高了轉換效率。並且在轉換期間（例如第4圖所示的轉換期間），諧振迴路121與諧振迴路122上各自的開關（例如開關SW6、SW7等）流過的電流也均較小（電容器C1和C2上的平均電壓較小），因此此時開關損耗也較小，因此轉換器的轉換效率進一步提高，性能顯著改善。

第8圖是示出根據本發明實施例的具有八個開關的體系結構和具有十個開關的體系結構的相關訊號的圖，其中，第8圖的左半部分示出具有八個開關的體系結構的訊號，以及第8圖的右半部分顯示了具有十個開關的體系結構的訊號。與具有八個開關的體系結構相比，由於具有十個開關的體系結構使用兩個以上的開關，因此可以降低具有十個開關的體系結構的總體有效導通電阻，因此可以提高總體效率。根據前述的分析，按照本實施例所舉示例，如第8圖所示，具有八個開關的體系結構獲得了具有61 mV紋波的11.83 V平均電壓（相比期望的VOUT為12V，壓降為12-11.83=0.17V，也即這意味著引入了170毫伏（millivolt，mV）壓降，與期望的電壓值之間存在170mV的差值），具有十個開關的體系結構獲得了具有61 mV的紋波的11.89 V的平均電壓（相比期望的VOUT為12V，壓降為12-11.89=0.11V，也即這意味著會引入110 mV的壓差，與期望的電壓值之間存在110mV的差值），因此具有十個開關的體系結構具有更小的壓降（與期望的VOUT之間的差值更小），更加符合設計要求和預期的輸出電壓值，轉換效率也更高。

先前技術中，基於變壓器的轉換器佔用了較大的面積，導致難以適配越來越小型化的設計要求。此外先前技術中的某些開關電容器轉換器中，由於經由開關的電流較大，導致開關上的功率損耗較大，從而影響了轉換效率。而本發明實施例中提供的開關電容器轉換器，未使用變壓器，因此面積較小，適應於小型化的設計要求；並且在轉換期間，使用不同的兩組開關形成轉換路徑（並且兩組開關之間沒有共用），從而減小了經由開關的電流，這樣就顯著的減小了開關上的功率損耗，從而提高了轉換器的轉換效率。因此本發明實施例以在不引入任何副作用的情況下或以不太可能引入副作用的方式來改善諸如功率密度，功率效率和輸出功率的整體性能。綜上所述，本發明實施例提供了一種無需使用任何變壓器的諧振開關電容器轉換器。另外，本發明的實施例提供了諧振開關電容器轉換器的新穎架構（例如，具有十個開關的架構），以實現最佳性能（例如，壓差電壓和/或功率效率）。因此，本發明可以在不引入任何副作用的情況下或以不太可能引入副作用的方式改善總體性能。

儘管已經對本發明實施例及其優點進行了詳細說明，但應當理解的是，在不脫離本發明的精神以及申請專利範圍所定義的範圍內，可以對本發明進行各種改變、替換和變更。所描述的實施例在所有方面僅用於說明的目的而並非用於限制本發明。本發明的保護範圍當視所附的申請專利範圍所界定者為准。本領域技術人員皆在不脫離本發明之精神以及範圍內做些許更動與潤飾。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10: 諧振開關電容器轉換器 121、122: 諧振迴路 140: 非諧振電容器 160: 連接控制電路 161、162: 連接控制子電路 SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8、SW9、SW10: 開關

透過閱讀後續的詳細描述和實施例可以更全面地理解本發明，本實施例參照附圖給出，其中：第1圖是示出根據本發明的實施例的諧振開關電容器轉換器的圖。第2圖是示出根據本發明的實施例的第1圖所示的諧振開關電容器轉換器的電路圖。第3圖是示出根據本發明的實施例的在第一階段期間第2圖所示的諧振開關電容器轉換器的第一配置的圖。第4圖是示出根據本發明的實施例的在第二階段期間第2圖中所示的諧振開關電容器轉換器的第二配置的圖。第5圖是根據本發明實施例的基於第2圖所示的諧振開關電容器轉換器的詳細實現。第6圖是示出根據本發明的實施例的一些控制訊號的一些非重疊邊緣的圖。第7圖是示出根據本發明的實施例的第5圖中所示的諧振開關電容器轉換器的相關訊號的圖。第8圖是示出根據本發明的實施例的不同架構的關聯訊號的圖。

10: 諧振開關電容器轉換器 121、122: 諧振迴路 140: 非諧振電容器 160: 連接控制電路 161、162: 連接控制子電路

Claims

一種諧振開關電容器轉換器，配置為將該諧振開關電容器轉換器的輸入端子上的輸入電壓轉換為該諧振開關電容器轉換器的輸出端子上的輸出電壓，其中，該諧振開關電容器轉換器包括：第一諧振迴路；第二諧振迴路；至少一個非諧振電容器；以及連接控制電路，耦合到該輸入端子，該輸出端子，該第一諧振迴路，該第二諧振迴路和該至少一個非諧振電容器，配置為控制該第一諧振迴路，該第二諧振迴路，該第二諧振迴路和該至少一個非諧振電容器的連接；其中，在第一階段期間，該第一諧振迴路的第一端子透過不帶電容器的路徑與參考端子相連，該第二諧振迴路的第一端子與該輸出端子相連；在第二階段期間，該第一諧振迴路的第一端子與該輸出端子相連，該第二諧振迴路的第一端子透過不帶電容器的路徑與該參考端子相連。
如申請專利範圍第1項所述的諧振開關電容器轉換器，其中在該第一階段期間，該第一諧振迴路的第二端子耦合到該輸出端子，並且該第二諧振迴路的第二端子耦合到該非諧振電容器的第一端子；在該第二階段，該第一諧振迴路的第二端子耦合到該非諧振電容的第二端子，第二諧振迴路的第二端子耦合到該輸出端子。
如申請專利範圍第1項所述的諧振開關電容器轉換器，其中在該第一階段期間，該非諧振電容器的第一端子耦合到該第二諧振迴路的第二端子，並且該非諧振電容器的第二端子耦合到該輸入端子；在該第二階段期間，該非諧振電容器的第一端子耦合到該參考端子，該非諧振電容器的第二端子耦合到該第一諧振迴路的第二端子。
如申請專利範圍第1項所述的諧振開關電容器轉換器，其中，該非諧振電容器上的電壓是該輸入電壓的0.5倍。
如申請專利範圍第1項所述的諧振開關電容器轉換器，其中，該連接控制電路包括開關，該開關的一部分由第一控制訊號控制，並且該開關的另一部分由第二控制訊號控制。
如申請專利範圍第5項所述的諧振開關電容器轉換器，其中，該第一控制訊號和該第二控制訊號是不重疊的控制訊號；該第一控制訊號和該第二控制訊號中的一個占空比為百分之五十或更少，而第一控制訊號和第二控制訊號中的另一個占空比小於百分之五十。
如申請專利範圍第5項所述的諧振開關電容器轉換器，其中，該第一控制訊號和該第二控制訊號中的每個的頻率等於與該第一諧振迴路和該第二諧振迴路相對應的諧振頻率。
如申請專利範圍第1項所述的諧振開關電容器轉換器，其中，該第一諧振迴路和該第二諧振迴路中的每個諧振迴路包括諧振電感器和諧振電容器，並且與每個諧振迴路相對應的諧振頻率由該諧振電感器和諧振電容器決定。
如申請專利範圍第8項所述的諧振開關電容器轉換器，其中，該諧振電容器兩端的電壓是該輸入電壓的0.25倍。
一種諧振開關電容器轉換器，配置為將該諧振開關電容器轉換器的輸入端子上的輸入電壓轉換為該諧振開關電容器轉換器的輸出端子上的輸出電壓，其中，該諧振開關電容器轉換器包括：第一諧振迴路；第二諧振迴路；至少一個非諧振電容器；以及連接控制電路，耦合到該輸入端子，該輸出端子，該第一諧振迴路，該第二諧振迴路和該至少一個非諧振電容器，配置為控制該第一諧振迴路，該第二諧振迴路，該第二諧振迴路和該至少一個非諧振電容器的連接；其中，該連接控制電路利用連接控制電路內的第一組開關來控制該第一諧振迴路的第一端子耦合至參考端子還是該輸出端子，並利用連接控制電路內的第二組開關以控制該第二諧振迴路的第一端子耦合至該參考端子還是該輸出端子，其中該第一組開關與該第二組開關不同。
一種諧振開關電容器轉換器，配置為將該諧振開關電容器轉換器的輸入端子上的輸入電壓轉換為該諧振開關電容器轉換器的輸出端子上的輸出電壓，其中，該諧振開關電容器轉換器包括：第一諧振迴路；第二諧振迴路；至少一個非諧振電容器；以及連接控制電路，耦合到該輸入端子，該輸出端子，該第一諧振迴路，該第二諧振迴路和該至少一個非諧振電容器，配置為控制該第一諧振迴路，該第二諧振迴路，該第二諧振迴路和該至少一個非諧振電容器的連接；其中在該第一階段期間，該第一諧振迴路的第二端子耦合到該輸出端子，並且該第二諧振迴路的第二端子耦合到該非諧振電容器的第一端子；在該第二階段，該第一諧振迴路的第二端子耦合到該非諧振電容的第二端子，第二諧振迴路的第二端子耦合到該輸出端子。
如申請專利範圍第11項所述的諧振開關電容器轉換器，其中在該第一階段期間，該非諧振電容器的第二端子耦合至該輸入端子；並且在該第二階段期間，該非諧振電容器的第一端子耦合至參考端子。