电荷泵定时控制的制作方法

电荷泵定时控制的制作方法
【专利摘要】电荷泵的周期定时根据对电荷泵和/或耦合到电荷泵的外围元件的操作特性的监视进行适配。在一些例子中，这种适配提供了最大的或接近最大的周期时间，同时避免了违反电荷泵和/或外围元件中预定义的约束(例如，操作限制)。
【专利说明】电何栗定时te·制
[0001] 相关的申请数据
[0002] 本申请要求于2013年9月16日提交的美国申请no. 14/027，584的优先权日期的权 益。上述申请的内容被完整地结合于此。
技术领域
[0003] 本发明涉及电荷栗的定时的控制。
【背景技术】
[0004] 电荷栗的各种配置，包括串并联和迪克森(Dickson)配置，依靠开关元件的交替配 置来在电荷栗的端子之间传播电荷和传输能量。与传播相关联的能量损耗决定转换器的效 率。
[0005] 参考图1，其示出了处于耦合到低电压负载110和高电压源190的降压模式中的单 相Dickson电荷栗100。在示出的配置中，通常负载由源所提供的电压的1/5电压和由源所提 供的电流的5倍电流来驱动(平均而言）。栗以被称为周期1和周期2的交替周期来驱动，使得 在图1中示出的开关在指示的周期中被闭合。一般情况下，每个周期的持续时间被表示为T
[0006] 图2A-B分别示出了在每个周期2和1中的等效电路，其中示出了每个闭合的开关作 为等效电阻R。电容器&至04中的每一个具有相等的电容C。在电荷栗的第一常规操作中，高 电压源是电压源，例如，ν ιη = 25伏的源，使得负载由Vciut = 5伏来驱动。在操作中，跨电容器& 至C4的电压分别是大约5伏、10伏、15伏和20伏。
[0007] 在电荷栗中的能量损耗的一个来源与通过开关（即，通过在图2A-B中的电阻器R) 的电阻损耗有关。参考图2A，在周期2期间，电荷从电容器C2转移到电容器&并且从C4转移到 &。在这些对电容器上的电压平衡假设周期时间T比电路的时间常数足够大(例如，电阻R足 够小）。一般地，在这种平衡中的电阻能量损耗与在电容器之间传递的、并且因此传递给负 载110的电流的平方的时间平均成正比。类似地，在周期1期间，电容器CdPC 2平衡，电容器C4 充电并且电容器Ci放电，通常也导致与传递到负载110的电流的平方的时间平均成正比的 电阻能量损耗。
[0008] 对于传递到负载110的特定平均电流，假设负载表示近似恒定的电压，则可以表 明，电阻能量损耗随着周期时间T被降低（即，切换频率被增加)而减少。这通常可以通过考 虑把周期时间减小二分之一的影响来理解，其通常将平衡时的峰值电流减少二分之一，并 且由此将电阻能量损耗大约减少到四分之一。因此电阻能量损耗与切换频率的平方大约成 反比。
[0009] 但是，能量损耗的另一个来源与开关中的电容损耗有关，使得能量损耗随着切换 频率的增加而增加 。一般而言，在每个周期转换中损耗固定量的电荷，这可以被认为形成与 切换频率成正比的电流。因此，这种电容能量损耗大约与切换频率的平方成正比。
[0010] 因此，利用电压源和负载，存在最小化分别随着频率增加而减少和随着频率增加 而增加的电阻和电容能量损耗的总和的最佳切换频率。

【发明内容】

[0011] 在一个方面中，一般地，电荷栗的周期定时根据对电荷栗和/或耦合到电荷栗的外 围元件的操作特性的监视进行适配。在一些例子中，这种适配提供了最大的或接近最大的 周期时间，同时避免了违反电荷栗和/或外围元件中预定义的约束(例如，操作限制）。
[0012] 在另一个方面中，一般而言，装置具有包括布置为在多个周期中操作的多个开关 元件的电荷栗。这些周期根据定时模式进行切换。每个周期与开关元件的不同配置相关联， 其中开关元件被配置为向多个电容元件提供充电和放电路径。控制器耦合到电荷栗，其具 有用于控制切换电荷栗的周期的定时模式的输出和用于接受以电荷栗的操作和/或耦合到 电荷栗的外围电路的操作为特征的传感器信号的一个或多个传感器输入。控制器被配置为 根据在电荷栗的操作周期内的一个或多个传感器输入的变化调整电荷栗的周期的定时模 式。
[0013] 各方面可以包括以下特征中的一个或多个特征。
[0014] 控制器被配置为通过调整电荷栗的周期切换频率来调整电荷栗的周期的切换的 定时模式。
[0015] 控制器被配置为通过调整所述电荷栗的周期切换频率来调整所述电荷栗的所述 周期的所述切换的所述定时模式。所述一个或多个传感器输入包括表示电荷栗的输出电压 的输出电压传感器输入，并且其中控制器被配置为根据输出电压传感器输入的变化调整定 时模式。
[0016] 控制器被配置为调整定时模式来将输出电压的变化维持在期望的范围内，例如， 所述期望的范围包括固定的范围。
[0017] 所述期望的范围包括取决于控制器的第二传感器输入的范围。
[0018] 第二传感器输入表示耦合到电荷栗的输出的调节器的输出电压，并且控制器被配 置为调整定时模式来在电荷栗的输出和调节器的输出之间维持期望的电压裕量。
[0019] 所述一个或多个传感器输入包括表示耦合到电荷栗的输出的调节器的操作特性 的调节器传感器输入。
[0020] 调节器传感器输入表示调节器的输出电压。
[0021] 调节器传感器输入表示调节器的切换操作的工作周期。
[0022] 所述一个或多个传感器输入包括表不电荷栗的内部信号的内部传感器输入。
[0023] 所述内部信号包括跨电荷栗中的设备的电压，并且其中控制器被配置为调整定 时，以将跨设备的电压维持在预定的范围之内。
[0024] 电荷栗包括Dickson电荷栗。
[0025] -个或多个方面的优点可以包括在使电压和/或电流维持在期望的操作范围内的 同时提供高效的功率转换。例如，切换频率可以被减少，同时仍然将跨电路元件的内部电压 或电流(例如，跨晶体管或电容器的电压)维持在对那些元件期望的范围之内。
[0026] 根据以下的【具体实施方式】以及权利要求，本发明的其它特征和优点是显而易见 的。
【附图说明】
[0027] 图1是单相1: f5Dickson电荷栗；
[0028]图2A-B是图1的电荷栗在两种操作状态下的等效电路；
[0029] 图3和4是具有耦合到电荷栗的可切换补偿电路的电路；
[0030] 图5是用于测量电荷栗电流的电路；
[0031] 图6是示出在图4中示出的电荷栗的一个周期期间的电荷转移的示意图；
[0032]图7A-C是在不同输出电流和切换频率条件下在图4中示出的电荷栗的输出电压的 曲线图；及
[0033]图8是单相串并联电荷栗。
【具体实施方式】
[0034] 如以上所介绍的，作为一个例子，在图1中示出的电荷栗100可以在"绝热"模式下 操作，其中低电压外围设备110和高电压外围设备190中的一个或两者可以包括电流源。例 如，在2012年11月8日公开的、并且通过引用被结合于此的专利公开W0 2012/151466描述了 在源和/或负载中包括调节电路的配置。特别地，在图1和图2A-B中，低电压负载110可以有 效地包括电流源，而不是在被称为电荷栗的"绝热"操作的例子中的电压源。如果电流源维 持一个来自电荷栗的恒定电流，则在图2A中示出的电流在所示的状态期间维持大致恒定的 值。因此，在其中电流通过的开关中的电阻损耗比在电压负载情况下的电阻损耗低，并且也 基本上独立于切换频率和周期时间T。如在电压驱动的情况下，在开关中的电容损耗随着切 换频率的增加而增加，这表明降低切换频率是所期望的。但是，可能取决于电荷栗的内部方 面、在电荷栗的端子处的电压或电流特性、和/或诸如源和/或负载的外围元件的内部方面 的其它因素可能限制周期时间（例如，对切换频率施加了下限）。
[0035] 参考图3,在操作的第一模式中，负载320可以被认为包括具有输出电流10的恒定 电流源312。在一些实施例中，负载320也包括输出电容器，这对于下面的分析可以被认为是 足够小，从而使得传递到负载320的电流可以被认为是基本上恒定的。如以上参考图2A-B所 介绍的，在电荷栗100的操作的交替状态期间，在电荷栗100的电容器之间的电荷转移因此 在操作的绝热模式下基本上恒定。
[0036] 继续参考图3,在电荷栗100和负载320之间引入补偿电路340。开关344可控制来选 择性地将补偿电容器342引入到电荷栗100的输出。
[0037]各种因素会影响在图3中示出的功率转换的效率，包括输入电压源392的电压、电 荷栗100的切换频率、以及输出电流1〇(或者某种程度上等效的电荷栗100的输入或输出电 流）。效率还取决于补偿电容器342是否经由开关344耦合到输出路径。作为一般的方法，控 制器350接受表征影响效率的一个或多个因素的输入并且根据引入补偿电容器，效率是否 如预计地被提高，来输出设置开关344的状态的控制信号。由控制器350实现的逻辑的进一 步讨论在该【具体实施方式】的后面提供。
[0038] 参考图4,在另一个例子中，电荷栗100的配置具有经由补偿电路340耦合到电荷栗 100的低电压端子的调节器320,以及耦合到电荷栗100的高电压端子的电压源392。在图4中 示出的调节器320 (在下面通常也被互换地称为"转换器"）是降压转换器（Buck converter)，它由开关322、324、电感器326和输出电容器328组成。开关在交替的状态下打 开和关闭（即，分别呈现高和低阻抗），使得然后当开关324被闭合时开关322打开，而当开关 324打开时，开关322被闭合。这些开关在可以低于、高于或等于电荷栗100中的开关的频率 下操作，其中工作周期被定义为在调节器320中的开关322被闭合的这部分时间。优选的实 施例是当电荷栗100的切换频率低于调节器320时。但是，在电荷栗100处于高于调节器320 的频率的情况下，当调节器320关闭时(低工作周期），电荷栗100被禁用，并且当调节器320 开启时，电荷栗100被启用。
[0039] -般而言，当调节器320在其最高工作周期下操作时，调节器320在其最高功率效 率下操作。在一些例子中，调节器的控制器(未示出）以常规的方式调整工作周期来实现期 望的输出电压V0。在其中开关322被关闭的调节器320的周期期间，从电荷栗100传递到调节 器320的电流是有效恒定的，等于通过电感器326的电流。假设调节器320的切换频率大大地 高于电荷栗100的切换频率，则电荷栗100可以被认为是由具有等于工作周期乘以电感器电 流的平均电流的脉冲电流源驱动的。
[0040] 注意，如上所述，在其中调节器320使脉冲电流下降的情况下，那么对于特定的平 均电流，电阻能量损耗一般随着电流的工作周期的降低而增加，大约与工作周期成反比。存 在一系列的低工作周期，并且由此相对于平均电流的高峰值电流，其中利用脉冲电流的电 阻损耗超过对于将由相对恒定的输出电压，例如，跨大的输出电容器驱动的电荷栗100导致 的相同平均电流的损耗。因此，对于选定的低工作周期的范围，控制器350关闭开关344并且 在电荷栗100的输出处引入相对大的补偿电容器342。该结果是电荷栗100呈现基本上恒定 的电压，并且因此操作在基本上"非绝热"模式。因此，由于工作周期大致与输出电压成正 比，因此控制器350有效地对输出电压做出响应。从而在高输出电压的绝热模式下和在低输 出电压的非绝热模式下操作电荷栗100;并且在阈值工作周期下在绝热和非绝热模式之间 切换以维持最佳的总功率转换的效率。
[0041] 在控制器350中实现的控制逻辑的例子可以在诸如图4和5所示出的那些配置中在 以下的讨论中加以考虑。
[0042] -般而言，电荷栗可以在两个唯一操作条件中的其中一个操作条件下操作，或者 在它们之间的区域中操作。在缓慢切换限制(SSL)机制中，电荷栗中的电容器电流有时间沉 降到其最终值并且电容器电压从电荷栗操作的周期的开始到结束经历幅值的显著变化。在 快速切换限制(FSL)机制中，例如，由于高电容、高切换频率和高开关电阻中的一个或多个 的组合，电容器在电荷栗操作的周期期间不达到平衡。
[0043] 另一个因素涉及在电荷栗100的输出处的电容，其中在图4的电路中，电容可以通 过闭合开关344向输出添加补偿电容器342来增加。对于小的输出电容，电荷栗100的输出电 流通过调节器320的脉冲电流特性被有效地设置。如以上所讨论的，对于给定的平均电流， 在脉冲电流情况下的电阻功率损耗与工作周期基本上成反比。
[0044] 对于大的输出电容，电荷栗100的输出电流的RMS通过具有补偿电容器342和调节 器320的电荷栗100的内部电容器的平衡来有效地确定。对于给定的平均电流，该电阻功率 损耗基本上与跨电荷栗100的内部电容器的峰值到峰值电压的平方成反比。
[0045]操作的FSL/SSL和恒定/脉冲10模式的四种组合是可能的。在一些例子中，这四种 模式中的每一种基于如在图3和4中所示出的补偿电容器342的添加以不同方式受到影响。
[0046]情况一:在FSL模式下，利用如在图3中的恒定输出电流10,补偿电容器342的引入 基本上不影响转换效率。
[0047]情况二:在FSL模式下，利用如在图4中的脉冲输出电流，当补偿电容器342被引入 时效率增加，从而减少了由电荷栗100所看到的RMS电流。
[0048]情况三：在SSL模式下，利用如在图3中的恒定输出电流10，在不引入补偿电容器 342的情况下，效率通常会增加，从而产生绝热操作。
[0049] 情况四：在SSL模式下，利用如图4中的脉冲负载电流，效率取决于平均输出电流、 工作周期以及电荷栗100在离SSL/FSL边界多远处操作之间的关系。例如，在低工作周期，效 率通常随着补偿电容器342的引入而增加，从而产生非绝热操作。相反，在高工作周期，效率 通常会在不引入补偿电容器342的情况下增加，从而产生绝热操作。此外，当电荷栗100处于 SSL模式时，离SSL/FSL边界越远，在其处效率趋势逆转的工作周期越低。
[0050] 取决于电荷栗电容器、开关电阻和频率的相对值，电荷栗有可能在FSL和SSL之间 的机制下操作。在这种情况下，在情况四和情况二之间有效地存在过渡点，在过渡点处，补 偿电容器根据转换的总体效率被引入。如上所述，知道平均充电电流及其工作周期在情况 四中对于确定引入补偿电容器是否将提高效率是必要的。
[0051 ]在一些实现中，控制器350不能访问直接提供其中功率转换正在操作的模式的信 号或数据。一种方法是使控制器接收表示电荷栗的输入电流的传感器信号，并且从那个传 感器信号推断操作模式。
[0052]作为例子，被确定为跨在转换器的高电压端子处的开关(例如，在图1中的源109和 电容器C4之间的开关)的电压的传感器信号可被用来表示电流，这是因为当开关被闭合时， 电压是电流乘以开关电阻。
[0053]在图5中示出的可替代电路提供了输入电流IIN的缩放版本。具有封闭式电阻R的 输入开关510与具有封闭式电阻kR的第二开关一例如，制造为其中因子k取决于开关的几何 形状的CMOS开关一平行地放置。当开关被闭合时，差动放大器530控制晶体管540的栅极电 压，使得跨这两个开关的电压降相等，从而产生缩放的输入电流IIN/k，其可以被用来形成 用于控制器的传感器输入信号。
[0054]例如，根据在上述情况四和情况二之间的过渡，可以使用感测到的输入电流来确 定补偿电容器是否应该被切换进来。
[0055]用于确定电荷栗100的操作模式的一种可能的方法包括采用输入电流IIN的两个 或更多个测量值并且确立连续样本值之间的差对于SSL模式基本上为零，或者对于FSL模式 高于预先确定的阈值。
[0056]另一种方法是测量在电荷栗100中的电容器的电压的差。一旦输入电流IIN已知， 控制器350就可以基于电容器在完整周期上的电压纹波推断出操作模式。注意，控制器350 并不需要知道在电荷栗100中使用的电容器的特定尺寸，这是因为，例如，电容器是没有被 预定的分立电容器。但是，电容器值可以从电流、电压纹波和频率的知识中推断出来，由此 允许控制器350确定电荷栗100是在FSL还是在SSL模式下操作。控制器350然后可以通过控 制开关344选择性地引入补偿电容器342来选择绝热或非绝热充电。
[0057]在其它实现中使用了其它控制器逻辑。例如，可替代方案是使控制器测量由以下 公式给出的效率：
[0058] q = V〇/(N*VIN)
[0059] 其中，n是效率，VO是测得的转换器输出电压，VIN是测得的转换器输入电压，并且N 是电荷栗转换率。
[0060] 控制器通过比较输出电压V0在完整电荷栗周期中的平均值直接测量选择的绝热 与非绝热充电对变换器效率的影响。
[0061] 其它控制器逻辑使用上述方法的组合。例如，控制器可以通过改变电荷栗充电模 式确认电荷栗操作模式的评估和效率增加的估计。
[0062] 用于在固定频率下操作电荷栗100的传统方法，其中切换独立于负载要求发生 (SP，在图1中的开关在固定时间段上操作）。参考图6,在切换电荷栗100的一个周期期间，电 流II从电容器C1中放出并且电流IP放电电荷栗100中的其它电容器。对于特定的中间电流 IX，周期时间T越长，由电容器C1提供的电压的下降越大。其后果是，切换频率通常限制了最 大中间电流IX，这是因为用于特定负载的切换频率决定电压偏移的程度，以及在一些情况 下，在电荷栗100内的各点处和各点之间以及在其端子处的电流的偏移（即，偏差，变化）。对 于电荷栗100的特定设计，或电荷栗100的负载和/或源的特性，在偏移上存在操作的限制。
[0063] 参考图7A-C，电荷栗100的中间电压VX在各种电流和定时例子中示出。参考图7A， 在特定的中间电流IX处，中间电压VX通常遵循锯齿模式，使得它在每个状态的开始处迅速 增加，并且然后通常以恒定的速率下降。因此，电压下降的速率取决于输出电流10。在特定 的输出电流10和切换时间下，总纹波电压s结果，以及输出电压V0的裕量被维持，如在图7A 中所示。（注意，在图7A-B中示出的曲线不一定示出包括在状态过渡时间的某些瞬变以及与 调节器320的高频切换相关的某些特征;但是，这些近似足够用于下面的讨论）。
[0064] 参考图7B，在图4的电路中的输出电流10增加，例如大约两倍，中间电压VX的波纹 增加，并且最小中间电压VMIN降低，并且因此，对于恒定的输出电压V0,在调节器320中的裕 量（即，跨电感器316)降低。但是，如果电压裕量降低到低于阈值(大于零)时，调节器320的 操作受到阻碍。
[0065] 参考图7C，为了向调节器320提供具有足够的电压裕量电压，切换频率可以被增加 (并且周期时间降低），例如，以恢复在图7A中示出的裕量。一般地，在这个例子中，使切换频 率加倍可以加倍补偿输出电流10。但是更一般地，输出电流10或其它感测到的信号和切换 频率之间的这种直接关系是不必要的。
[0066] -般而言，多种实施例适配电荷栗100的切换频率或者基于在电荷栗100内和可选 地在耦合到电荷栗1〇〇的端子的低电压和/或高电压外围设备中的测量值确定特定的切换 时刻。
[0067] 在图4中示出的反馈布置中，控制器350适配(例如，以闭环或开环布置)切换频率。 对于具有固定切换频率、高达最大额定电流的任何电流，电荷栗100通常在低于（即，切换时 间大于）由该最大额定电流确定的特定最小频率的切换频率下操作。因此，当电流低于最大 值时，与在由最大额定电流所确定的最小切换频率下操作电荷栗100相比，电容损耗可以被 减少。
[0068] -种实现这种反馈操作的方法是监视中间电压VX并且适配电荷栗的操作，以将 VMIN维持在固定最小阈值之上。一种适配电荷栗100的操作的方式是适配在反馈配置中用 于切换电荷栗100的频率，使得随着最小中间电压VMIN接近阈值，切换频率被增加，并且随 着它上升高于阈值，切换频率被减少。一种设置固定最小阈值电压的方法是作为调节器320 的最大（例如，额定)输出电压VO,在那个电压上加上最小期望的裕量。如以上所述，需要最 小裕量(大于零)允许足够的电压差(VX-VO)来以合理的速率充电电感器326(即，增加其电 流并且由此在电感器326中存储能量）。最小裕量也与对调节器320的最大工作周期的保证 有关。
[0069] 第二种方法适配调节器320的期望输出电压V0。例如，调节器320可以具有额度等 于3.3伏的最大输出电压V0。利用0.7伏的期望最小裕量，电荷栗100的切换将被控制，以使 中间电压VX保持在4.0伏以上。但是，如果转换器实际上利用1.2伏的输出电压V0进行操作， 则电荷栗100的切换频率可以被减少到中间电压VX下降到低至1.9伏的程度并且仍然维持 期望的0.7伏的裕量。
[0070] 在第二种方法的变体中，不是监视实际的输出电压V0,而是可以使用开关312、314 之间的电压的平均作为输出电压V0的估计。
[0071] 在还有的另一种变体中，适配电荷栗100的切换频率以将中间电压VX维持在低于 阈值。例如，阈值可以被设定，使得中间电压VX下降或升高低于或高于中间电压VX的平均值 的特定百分比（例如10%)。该阈值将跟踪中间电压VX。类似地，可以使用相对于绝对纹波电 压(例如100毫伏)的波纹来确定切换频率。
[0072] 还要注意，在输出电压V0上的电压纹波取决于(不一定线性地）中间电压VX上的电 压纹波，并且在一些例子中，电荷栗100的切换频率被增加，以把输出电压V0上的纹波减少 到期望的值。
[0073] 其它例子测量电荷栗100中的内部电压的变化，例如，测量跨C1至C4中的任何一个 的波纹(例如，绝对值或与最大值或平均值的相对值）。可以使用这种纹波值来代替利用中 间电压VX上的波纹控制电荷栗100的切换频率。可以使用其它内部电压和/或电流，例如，跨 开关或其它电路元件(例如，晶体管开关)的电压，并且切换频率可以被调整，以避免超过跨 电路元件的额定电压。
[0074] 除了调节器320的期望和/或实际输出电压或电流被提供作为对适配电荷栗100的 切换频率的控制器350的控制输入之外，其它控制输入也可以被使用。一种这种替代方案是 测量调节器320的工作周期。注意，在中间电压VX中的变化影响在降压转换器的电感器326 中的电流的变化。例如，中间电压VX的平均值通常随着电荷栗10 0的切换频率的减少而向下 减少。随着平均输出电压V0的减少，调节器320的工作周期通常增加，以维持期望的输出电 压V0。增加工作周期通常增加降压转换器的效率。因此减少电荷栗100的切换频率可以增加 调节器320的效率。
[0075] 应当理解，虽然用来控制切换频率的各种信号可以是以上所述分离的，但是切换 频率可以根据多个信号的组合(例如，线性组合、利用最大值和最小值函数的非线性组合） 来控制。在一些例子中，电荷栗的效率的近似被优化。
[0076] 以上讨论集中在利用控制器350在相对慢尺度反馈布置中调整电荷栗100的切换 频率。上述作为对控制器350的输入的各种信号可以用在异步操作模式，其中电荷栗100在 周期之间在其切换的时间是根据测量值确定的。作为一个例子，在如图6中所示的状态一期 间，中间电压VX下降，并且当VX-V0达到阈值(例如，0.7伏)时，电荷栗100中的开关被一起从 状态一切换到状态二。在过渡到状态二时，中间电压VX上升并且然后又开始下降，并且当 VX-VO再次达到阈值时，电荷栗100中的开关被一起从状态二切换回到状态一。
[0077] 在一些例子中，使用异步切换以及对电荷栗的平均切换频率的限制或控制的组 合。
[0078] 不幸的是，随着中间电流IX降低，电荷栗100的切换频率也降低。这在低电流处会 是有问题的，因为频率可能下降到低于20kHz，这对于人类听觉是可听到的极限。因此，一旦 频率下降到低于某个限度，开关344闭合并且引入补偿电容器342。这迫使转换器进入非绝 热操作中，从而允许频率被固定到下限（例如20kHz)。因此，当工作周期低或者当输出电流 10低时，补偿电容器342被引入。
[0079] 注意，以上例子集中在允许选择性地切换某个固定容量的补偿电容器到电荷栗的 输出上的补偿电路。更一般而言，各种各样的补偿电路可以被控制。一个例子是可变电容 器，其可以被实现为例如具有二的幂的电容的切换的电容器组。电容的最优选择一般取决 于操作条件（例如，平均电流、脉冲电流工作周期等）和/或电路配置(例如，调节器、源、负 载、栗电容器的类型）的组合，其中确定所需的电容是基于以前的模拟或测量值或者基于例 如在反馈布置中调整电容的机制。此外，补偿电路的其它形式，例如，在输出路径上引入电 感、元件(例如，电容器，电感器)的网络。
[0080] 注意，本描述集中在电荷栗的特定例子上。包括具有附加阶段或平行相位的 Dickson电荷栗的电荷栗的许多其它配置以及电荷栗的其它配置(例如，串-并联)可以根据 相同的方法来控制。此外，在高和/或低电压端子处的外围设备不一定是调节器，或者一定 维持基本上恒定的电流。此外，所描述的方法适用于其中高电压供给向低电压负载提供能 量、或者其中低电压供给向高电压负载提供能量的配置，或者其中能量可以在电荷栗的高 和低电压端子之间的任一方向流动的双向配置。还应该理解，切换元件可以以各种方式实 现，包括利用场效应晶体管(FET)或二极管来实现，并且电容器可以被集成到具有开关元件 的单片设备中和/或可以是利用分立元件的外部设备。类似地，调节器电路中的至少一些在 一些例子中可以与集成设备中的一些或全部电荷栗集成。
[0081] 上述方法的实现可以被集成到包括或者具有分力/芯片外电容器或者集成电容器 的电荷栗的切换晶体管的集成电路中。在其它实现中，确定电荷栗的切换频率的控制器和/ 或补偿电路可以在与电荷栗不同的设备中实现。控制器可以使用特定于应用的电路系统、 可编程处理器/控制器、或者两者。在可编程的情况下，实现可以包括软件，软件存储在包括 用于实现上述控制过程的指令的有形机加工可读介质(例如，ROM等）中。
[0082] 应当理解，前述描述旨在说明而不是限制本发明的范围，本发明由所附权利要求 的范围限定。其它实施例也在以下权利要求的范围之内。
【主权项】
1. 一种装置，包括： 电荷栗，具有布置为根据定时模式在多个周期中切换来操作的多个开关元件，每个周 期与所述开关元件的不同配置相关联，所述开关元件被配置为向所述多个电容元件提供充 电和放电路径;及 控制器，耦合到所述电荷栗，包括用于控制切换所述电荷栗的周期的所述切换的所述 定时模式的输出和用于接收以所述电荷栗的操作和/或耦合到所述电荷栗的外围电路的操 作为特征的传感器信号的一个或多个传感器输入;及 其中所述控制器被配置为根据在所述电荷栗的所述操作周期内的所述一个或多个传 感器输入的变化调整所述电荷栗的所述周期的所述定时模式。2. 如权利要求1所述的装置，其中所述控制器被配置为通过调整所述电荷栗的周期切 换频率来调整所述电荷栗的所述周期的所述切换的所述定时模式。3. 如权利要求1所述的装置，其中所述控制器被配置为根据所述一个或多个传感器的 输入在所述周期期间的变化，通过确定结束每个连续周期的切换时间来调整所述电荷栗的 所述周期的所述切换的定时模式。4. 如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个传感器输入包括表示所述电荷栗的 输出电压的输出电压传感器输入，并且其中所述控制器被配置为根据所述输出电压传感器 输入的变化调整定时模式。5. 如权利要求4所述的装置，其中所述控制器被配置为调整定时模式来将所述输出电 压的变化维持在期望的范围内。6. 如权利要求5所述的装置，其中所述期望的范围包括固定的范围。7. 如权利要求5所述的装置，其中所述期望的范围包括取决于所述控制器的第二传感 器输入的范围。8. 如权利要求7所述的装置，其中所述第二传感器输入表示耦合到电荷栗的所述输出 的调节器的输出电压，并且其中所述控制器被配置为调整所述定时模式来在所述电荷栗的 输出和所述调节器的输出之间维持期望的电压裕量。9. 如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个传感器输入包括表示耦合到所述电 荷栗的所述输出的调节器的操作特性的调节器传感器输入。10. 如权利要求9所述的装置，其中所述调节器传感器输入表示调节器的输出电压。11. 如权利要求9所述的装置，其中所述调节器传感器输入表示所述调节器的切换操作 的工作周期。12. 如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个传感器输入包括表示所述电荷栗的 内部信号的内部传感器输入。13. 如权利要求12所述的装置，其中所述内部信号包括跨所述电荷栗中的设备的电压， 并且其中所述控制器被配置为调整定时，以将跨所述设备的所述电压维持在预定的范围之 内。14. 如权利要求1所述的装置，其中电荷栗包括Dickson电荷栗。
【文档编号】H02M1/00GK105874398SQ201480062822
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年9月16日
【发明人】大卫·M·朱利亚诺, 格雷戈里·什塞辛斯基, 杰夫里·萨梅特, 小雷蒙德·巴瑞特
【申请人】北极砂技术有限公司