一种Dickson式开关电容电压转换器的制作方法

本技术属于开关电源，具体的说是涉及一种dickson式开关电容电压转换器。

背景技术：

1、dickson式开关电容电压转换器作为一种基本的电源转换结构被广泛应用于各种电源管理场合，dickson式开关电容电压转换器可以将一个输入的直流(direct current，dc)电压转换成另一个dc电压输出。

2、如图1所示是一个传统的dickson式4:1开关电容电压转换器，该电路的支路a通过第一开关管q1a～第八开关管q8a、第一电容cf1a、第二电容cf2a和第三电容cf3a将电荷从输入端搬运到输出端，同样的，支路b通过第九开关管q1b～第十六开关管q8b、第四电容cf1b、第五电容cf2b和第六电容cf3b将电荷从输入端搬运到输出端，最终实现输出电压vout＝vin/4，输出电流iout＝4*iin。

3、转换效率是开关电容电压转换器的一个重要指标，它决定电压转换器的带载能力与温升状况。转换效率越高，电压转换器的带载能力越大，同时温升也越低。开关电容电压转换器的主要损耗来自于：1)电路中各个开关管的导通损耗；2)各个开关管切换时候的开关损耗；3)各个开关管的驱动损耗。提高转换效率的关键就是如何减小上述的各项损耗，开关损耗和各个开关管在切换时候两端的电压差成正比，电压差越大，损耗越大。因此目前的开关电容转换器存在转换效率较低，开关管切换的开关损耗大的问题，限制开关电容转换器的转换效率。

技术实现思路

1、本技术针对上述问题，特别是针对开关损耗，提出一种开关电容电压转换器，将各个开关管在切换时候两端的电压差几乎减小为零，从而减小开关损耗，提高转换效率。

2、为解决上述为问题，本技术在传统dickson式开关电容转换器结构的两支路间加入电感和若干开关管，通过控制这些开关管的导通和关断，在主开关管关断后的一段时间内，将一支路寄生电容上的电荷通过电感完全转移到另一支路，主开关管两端的电压差变为零，如此，在打开各主开关管的瞬间，各主开关管两端的电压差都变为零，从而减小开关管切换时的开关损耗，提高开关电容转换器的转换效率。

3、本技术的实施例提供一种dickson式开关电容电压转换器，包括电感支路和两条支路，两条支路包括第一支路和第二支路，输入电压经过两条支路后转换为另外的电压输出。

4、电感支路连接第一支路和第二支路，第一支路和第二支路中的开关管为主开关管，电感支路用于：在主开关管都关断后，将一条支路寄生电容上的电荷转移到另外一条支路，主开关管两端的电压差变为零，以使打开各主开关管的瞬间，各主开关两端的电压差为零。

5、在一些实施例中，第一支路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第一电容、第二电容和第三电容，第二支路包括第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管、第四电容、第五电容和第六电容。

6、第一开关管的第一端和第九开关管的第一端为dickson式开关电容电压转换器的输入端，输入端连接外部输入电压，第一开关管的第二端连接第二开关管的第一端和第一电容的第一端，第九开关管的第二端连接第十开关管的第一端和第四电容的第一端。

7、第二开关管的第二端连接第三开关管的第一端和第二电容的第一端，第十开关管的第二端连接第十一开关管的第一端和第五电容的第一端。

8、第三开关管的第二端连接第四开关管的第一端和第三电容的第一端，第十一开关管的第二端连接第十二开关管的第一端和第六电容的第一端。

9、第四开关管的第二端连接第五开关管的第一端和第七开关管的第一端，第十二开关管的第二端连接第十三开关管的第一端和第十五开关管的第一端。

10、第五开关管的第二端连接第一电容的第二端、第三电容的第二端和第六开关管的第一端，第七开关管的第二端连接第二电容的第二端和第八开关管的第一端，第六开关管的第二端和第八开关管的第二端接地。

11、第十三开关管的第二端连接第四电容的第二端、第六电容的第二端和第十四开关管的第一端，第十五开关管的第二端连接第五电容的第二端和第十六开关管的第一端，第十四开关管的第二端和第十六开关管的第二端接地。

12、第四开关管的第二端、第五开关管的第一端、第七开关管的第一端、第十二开关管的第二端、第十三开关管的第一端和第十五开关管的第一端的连接点为dickson式开关电容电压转换器的输出端。

13、在一些实施例中，电感支路包括第十七开关管、第十八开关管、第十九开关管、第二十开关管、第二十一开关管、第二十二开关管和电感。

14、第一电容的第二端、第三电容的第二端、第五开关管的第二端和第六开关管的第一端的连接点为第一连接点，第二电容的第二端、第七开关管的第二端和第八开关管的第一端的连接点为第二连接点。

15、第四电容的第二端、第六电容的第二端、第十三开关管的第二端和第十四开关管的第一端的连接点为第三连接点，第五电容的第二端、第十五开关管的第二端和第十六开关管的第一端的连接点为第四连接点。

16、第十七开关管的第一端连接第二连接点，第十七开关管的第二端连接电感的第一端、第十八开关管的第一端和第十九开关管的第一端；第十八开关管的第二端接地，第十九开关管的第二端连接第三连接点。

17、电感的第二端连接第二十开关管的第一端、第二十一开关管的第一端和第二十二开关管的第一端，第二十开关管的第二端连接第四连接点；第二十一开关管的第二端接地，第二十二开关管的第二端连接第一连接点。

18、在一些实施例中，第一支路包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管、第一子开关管、第一电容、第二电容、第三电容和第一子电容，第二支路包括第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管、第二子开关管、第四电容、第五电容、第六电容和第二子电容。

19、第一开关管的第一端和第九开关管的第一端为开关电容电压转换器的输入端，输入端连接外部输入电压，第一开关管的第二端连接第二开关管的第一端和第一电容的第一端，第九开关管的第二端连接第十开关管的第一端和第四电容的第一端。

20、第二开关管的第二端连接第三开关管的第一端和第二电容的第一端，第十开关管的第二端连接第十一开关管的第一端和第五电容的第一端；第三开关管的第二端连接第四开关管的第一端和第三电容的第一端，第十一开关管的第二端连接第十二开关管的第一端和第六电容的第一端。

21、第四开关管的第二端连接第一子电容的第一端和第五开关管的第一端，第十二开关管的第二端连接第二子电容的第一端和第十三开关管的第一端；第五开关管的第二端连接第六开关管的第一端和第八开关管的第一端，第六开关管的第二端连接第七开关管的第一端、第一子电容的第二端和第二电容的第二端，第八开关管的第二端连接第一电容的第二端、第三电容的第二端和第一子开关管的第一端，第七开关管的第二端和第一子开关管的第二端均接地。

22、第十三开关管的第二端连接第十四开关管的第一端和第十六开关管的第一端，第十四开关管的第二端连接第十五开关管的第一端、第二子电容的第二端和第五电容的第二端，第十六开关管的第二端连接第四电容的第二端、第六电容的第二端和第二子开关管的第一端，第十五开关管的第二端和第二子开关管的第二端均接地。

23、第五开关管的第二端、第六开关管的第一端、第八开关管的第一端、第十三开关管的第二端、第十四开关管的第一端和第十六开关管的第一端的连接点为dickson式开关电容电压转换器的输出端。

24、在一些实施例中，第一电容的第二端、第三电容的第二端、第八开关管的第二端和第一子开关管的第一端的连接点为第一连接点，第二电容的第二端、第一子电容的第二端、第六开关管的第二端和第七开关管的第一端的连接点为第二连接点，第四电容的第二端、第六电容的第二端、第十六开关管的第二端和第二子开关管的第一端的连接点为第三连接点，第五电容的第二端、第二子电容的第二端、第十四开关管的第二端和第十五开关管的第一端的连接点为第四连接点。

25、第十七开关管的第一端连接第一连接点，第十七开关管的第二端连接电感的第一端、第十八开关管的第一端和第十九开关管的第一端；第十八开关管的第二端接地，第十九开关管的第二端连接第四连接点。

26、电感的第二端连接第二十开关管的第一端、第二十一开关管的第一端和第二十二开关管的第一端，第二十开关管的第二端连接第三连接点；第二十一开关管的第二端接地，第二十二开关管的第二端连接第二连接点。

27、在一些实施例中，dickson式开关电容电压转换器的一个工作周期包括四个相位，分别如下所述。

28、第一相位：第一开关管、第三开关管、第五开关管、第八开关管、第十开关管、第十二开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十七开关管、第十九开关管和第二十一开关管均导通，其它开关管关断；输入电压通过第一电容连接输出端，第三电容串联连接输出端，然后再和第二电容并联连接，第六电容并联连接输出端，第五电容串联连接输出端，然后再和第四电容并联连接；电感电流为0。

29、第二相位：第十七开关管、第十九开关管、第二十开关管和第二十二开关管均导通，其它开关管关断；电感电流先增加再降低，直至电感电流下降到0，第二相位结束。

30、第三相位：第二开关管、第四开关管、第六开关管、第七开关管、第九开关管、第十一开关管、第十三开关管、第十六开关管、第十八开关管、第二十开关管和第二十二开关管均导通，其它开关管关断；第三电容并联连接输出端，第二电容串联连接输出端，然后再和第一电容并联连接，输入电压通过第四电容连接输出端，第六电容串联连接输出端，然后再和第五电容并联连接；电感电流为0。

31、第四相位：第十七开关管、第十九开关管、第二十开关管和第二十二开关管均导通，其它开关管关断；电感电流先增加再降低，直至电感电流下降到0，第四相位结束，并开始第一相位。

32、在一些实施例中，dickson式开关电容电压转换器的一个工作周期包括四个相位，分别如下所述。

33、第一相位：第一开关管、第三开关管、第五开关管、第八开关管、第十开关管、第十二开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十八开关管和第二十一开关管均导通，其它开关管关断；输入电压通过第一电容连接输出端，第三电容串联连接输出端，然后再和第二电容并联连接，第六电容并联连接输出端，第五电容串联连接输出端，然后再和第四电容并联连接；电感电流为0。

34、第二相位：第十七开关管、第十九开关管、第二十开关管和第二十二开关管均导通，其它开关管关断；电感电流先增加再降低，直至电感电流下降到0，第二相位结束。

35、第三相位：第二开关管、第四开关管、第六开关管、第七开关管、第九开关管、第十一开关管、第十三开关管、第十六开关管、第十八开关管和第二十一开关管均导通，其它开关管关断；第三电容并联连接输出端，第二电容串联连接输出端，然后再和第一电容并联连接，输入电压通过第四电容连接输出端，第六电容串联连接输出端，然后再和第五电容并联连接；电感电流为0。

36、第四相位：第十七开关管、第十九开关管、第二十开关管和第二十二开关管均导通，其它开关管关断；电感电流先增加再降低，直至电感电流下降到0，第四相位结束，并开始第一相位。本技术在传统dickson式开关电容转换器的两支路间加入电感和若干开关管，控制这些开关管的导通和关断，在主开关管都关断的一小段时间内，将一支路寄生电容上的电荷通过电感完全转移到另一支路，从而实现所有主开关管的零电压切换。