A-52F和两个飞跨电容器50A-50B。
[0087]多级降压转换器19具有两种运行模式:预充电模式和稳态运行模式。在预充电模式期间，降压开关52A-52C打开，而降压开关52D-52F关闭。预充电电路1H接受来自电压源12的输入电压Vin并且使用该输入电压Vin对飞跨电容器50A-50B进行预充电。在预充电模式期间，预充电电路1H如结合图4所描述的那样运行。在预充电模式结束时，飞跨电容器50A、50B的正端子将分别已经充电到8伏特和4伏特。
[0088]在飞跨电容器50A-50B充电之后，多级降压转换器19在其稳态运行模式下运行。使用降压开关52A-52F和飞跨电容器50A-50B对输入电压Vin进行斩波。这在感应器节点LX处产生脉动电压。该脉动电压被呈现给以滤波感应器57和负载电容器CL为代表的LC滤波器，从而产生输出电压Vout，该输出电压Vout是在感应器节点LX处的平均电压。
[0089]多级降压转换器19总是处于八种不同状态中的一种状态中。取决于状态，在感应器节点LX处的电压是12伏特、8伏特、4伏特或O伏特，假设飞跨电容器50A充电到8伏特而飞跨电容器50B充电到4伏特。在图13中图示了八种状态中的四种状。在状态I中，在感应器节点LX处的电压是12伏特，其中，降压开关52A-52C关闭而降压开关52D-52F打开。相似地，在状态2、3和4中，在感应器节点LX处的电压是8伏特。飞跨电容器50A在状态4中充电并且在状态3中放电，而飞跨电容器50B在状态2中充电并且在状态4中放电。
[0090]多级降压转换器19取决于所需的输出电压Vout在状态的组合之间交替。例如，如果输出电压Vout在12伏特与8伏特之间，那么多级降压转换器19会寻循环通过以下状态:1、2、1、3、1、4。另外，多级降压转换器19处于各种状态下的持续时间实现了对输出电压Vout的调整。重要的是注意，多级降压转换器19总是运行为使得飞跨电容器50A-50B充电为与它们放电一样多，由此维持穿过飞跨50A-50B的平均电压恒定。
[0091]在上述实施例中，预充电电路10A-10H均结合单个的开关式电容电路使用。有时候需要运行多个并联的开关式电容电路。在单独电路的时钟相位彼此异相运转时，这些系统常常称为多相电路。
[0092]图14图示了两相电荷泵包括第一和第二预充电电路10IU0J的实施例。第一预充电电路101使用来自电压源12的输入电压Vin对第一相14C内的电容器预充电。第二预充电电路1J使用输入电压Vin对第二相14D内的电容器预充电。在预充电模式下，第一和第二预充电电路10IU0J如结合图4所描述的那样运行。
[0093]已经对本发明及其优选实施例进行了描述，作为新的受专利证书保护的权利要求如下。
【主权项】
1.一种用于电压转换的设备，所述设备包括:具有泵电容器的开关式电容电路，所述开关式电容电路具有稳态运行模式和预充电模式；以及，预充电电路，其在所述开关式电容电路在所述预充电模式下运行时首先对所述泵电容器充电，所述预充电电路包括:具有第一节点和第二节点的分压级，其中，所述第一节点提供第一电平下的电压而所述第二节点提供第二电平下的电压；以及，具有一个或多个级联驱动器的驱动级，各个所述驱动器包括用于在所述节点中的一个对应节点处接收至少部分取决于电压电平的驱动信号的第一端子和用于耦合至泵电容器并且耦合至另一所述驱动器的第二端子。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分压级包括一对串联的相邻电阻器，以及其中，所述第一节点由所述一对串联的相邻电阻器限定。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述驱动级包括FET。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述驱动级包括BJT。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述驱动器具有不同的额定电流。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述开关式电容电路包括迪克森电荷泵。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述驱动器包括在稳态运行模式期间供所述迪克森电荷泵使用的泵开关。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，用于接收驱动信号的所述第一端子直接连接至节点。
9.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括一个或多个放大器，各个所述放大器具有:连接至所述驱动器中的一个对应驱动器的第一端子的输出、连接至所述节点中的一个对应节点的输入、以及第二输入。
10.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括一个或多个PMOS跟随器，各个所述跟随器具有:连接至所述驱动器中的一个对应驱动器的第一端子的源极端子和连接至所述节点中的一个对应节点的栅极端子。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，在第一时间间隔期间，所述分压级包括限定了第一组电压电平的节点，以及在第二时间间隔期间，所述分压级包括限定了第二组电压电平的节点。
12.根据权利要求1所述的设备，所述分压级包括用于将电压分为一个或多个电平的一个或多个串联的电阻器以及与所述串联电阻器串联的齐纳二极管。
13.根据权利要求1所述的设备，所述分压级包括用于将电压分为一个或多个电平的一个或多个串联的电阻器以及与所述串联电阻器串联的至少一个二极管。
14.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括另一开关式电容电路和另一预充电电路，所述另一开关式电容电路和所述另一预充电电路相对于所述开关式电容电路和所述预充电电路异相运行，其中，所述另一开关式电容电路包括具有泵电容器的开关式电容电路，所述开关式电容电路具有稳态运行模式和预充电模式，以及其中，所述另一预充电电路包括:具有第一节点和第二节点的分压级，其中，所述第一节点提供第一电平下的电压而所述第二节点提供第二电平下的电压；以及，具有一个或多个级联驱动器的驱动级，各个所述驱动器包括用于在所述节点中的一个对应节点处接收至少部分取决于电压电平的驱动信号的第一端子和用于耦合至泵电容器并且耦合至另一所述驱动器的第二端子，其中，所述开关式电容电路、所述预充电电路、所述另一开关式电容电路和所述另一预充电电路协作以将能量递送至负载。
15.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括在所述预充电模式期间在对所述泵电容器充电的同时连接至待充电的所述驱动级的输出电容器。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述输出电容器设置为使所述电容器充电的速率响应于与所述串联电阻器串联的齐纳二极管的击穿而改变。
17.一种用于提供电压的设备，所述设备包括预充电电路，所述预充电电路包括第一级和第二级，所述第一级包括至少一个第一节点和第二节点，其中，所述第一节点提供第一电压电平下的电压而所述第二节点提供第二电压电平下的电压，所述第二级包括驱动器组，所述驱动器组包括一个或多个级联驱动器，其中，来自包括一个或多个级联驱动器的所述驱动器组的至少一个驱动器包括第一端子和第二端子，所述第一端子配置为在所述节点中的一个对应节点处接收至少部分取决于电压电平的驱动信号，而所述第二端子配置为耦合至来自所述组的另一驱动器并且耦合至在待预充电的电路中的电容器。
18.根据权利要求17所述的设备，其进一步包括具有至少一个电容器的开关式电容电路，所述至少一个电容器耦合至所述第二端子。
19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述开关式电容电路包括迪克森电荷泵。
20.根据权利要求17所述的设备，其进一步包括具有至少一个电容器的电源转换器，所述至少一个电容器耦合至所述第二端子。
21.根据权利要求17所述的设备，其进一步包括具有至少一个电容器的多级降压转换器，所述至少一个电容器耦合至所述第二端子。
22.根据权利要求17所述的设备，其中，所述第一级包括一个或多个串联的电阻器，以及其中，各个所述节点由一对相邻电阻器限定。
23.根据权利要求17所述的设备，其中，所述第二级包括一个或多个晶体管，各个所述晶体管具有第一端子、第二端子和第三端子，其中，所述第一端子控制在所述第二和第三端子之间的电流，所述第二端子连接至另一晶体管的第三端子并且连接至待预充电的电容器。
【专利摘要】一种用于电压转换的设备，其包括开关式电容电路、预充电电路、分压级和驱动级。所述开关式电容电路具有用于传递能量的泵电容器以及稳态运行模式和预充电模式。所述预充电电路在所述开关式电容电路在所述预充电模式下运行时首先对所述泵电容器充电。所述设备包括：具有一个或多个节点的分压级，各个所述节点提供对应的一个或多个电压电平中的其中一个电压电平下的电压；以及，具有一个或多个级联驱动器的驱动级，各个所述驱动器包括用于在所述节点中的一个对应节点处接收至少部分取决于电压电平的驱动信号的第一端子和用于耦合至泵电容器并且耦合至另一所述驱动器的第二端子。
【IPC分类】G05F3-02
【公开号】CN104781745
【申请号】CN201380054018
【发明人】格雷戈里·什塞辛斯基, 大卫·朱利亚诺, 雷蒙德·Jr·巴瑞特
【申请人】北极砂技术有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2013年8月6日
【公告号】DE112013005960T5, DE112013005960T8, US8503203, WO2014062279A1