用于重新配置电力转换器的自适应控制的制作方法

本公开涉及电力供应，并且具体地，涉及包括开关电容器网络和调节器两者的电力供应。

背景技术：

某些电力转换器包括连接至调节器的电荷泵。这样的电力转换器通过使第一电压的倍数达到相对接近第二电压的电压，并且通过使用调节器弥补差值来将第一电压转换为第二电压。

在操作过程中，输入电压可能改变。例如，在由电池供电的数字设备中，电池电压将随着时间推移趋于降低，而数字电路系统将需要某一固定的第二电压。除非做点什么，否则输出电压也可能改变。这可能导致电力转换器供应不正确的电压。

技术实现要素：

一方面，本发明涉及在条件改变时自适应地改变调节器的模式和电荷泵的模式。

一方面，本发明的特征在于被配置为控制电力转换器的操作的控制器，在该电力转换器中，在多个调节器模式下可操作的调节器连接至在多个电荷泵模式下可操作的电荷泵；其中，该控制器被配置为接收指示电力转换器的操作的信息，并且至少部分地基于该信息来引起第一转换和第二转换，其中，第一转换存在于在调节器模式之间，并且其中第二转换存在于电荷泵模式之间。

在本发明的实施方式中包括：其中控制器使得第一转换和第二转换同步或者控制器同时或基本上同时引起第一转换和第二转换的实施方式，以及其中控制器顺次地或者相继地引起第一转换和第二转换的实施方式。

实施方式包括：其中第一转换使得调节器在降压模式下操作与在升压模式下操作之间转换的实施方式；以及其中第一转换使得调节器在从由降压模式、升压模式和降压-升压模式所组成的组中所选择的两种模式之间转换的实施方式。

在实施方式中还包括其中第二转换使得电荷泵改变其电压变换比的实施方式。

在一些实施方式中，控制器包括实现用于引起第一转换和第二转换的逻辑的状态机。这些实施方式包括其中状态机是同步摩尔有限状态机的实施方式、依赖于米利有限状态机的实施方式、其中有限状态机是异步的实施方式、以及其中状态机接收在时钟信号的时钟脉冲之间具有自适应的持续时间的时钟信号的实施方式。

其他包括状态机的实施方式包括其中在降压模式与升压模式之间存在多个可能的转换并且状态机抑制其中一些可能的转换的实施方式。同样地，状态机被配置为仅允许一些可能的转换。

在一些实施方式中，作为第一转换的结果，调节器仅能够增大提供给其的电压。在这种实施方式中，在且仅在电荷泵的电压变换比没有改变或没有增大的情况下，才允许第二转换。

在一些实施方式中，作为第一转换的结果，调节器仅能够减小提供给其的电压。在这些实施方式中，在且仅在电荷泵的电压变换比没有改变或没有减小的情况下，才允许第二转换。

本发明还包括在启动或者启用电力转换器或者其部件时执行某些功能的变型。

这些变型包括其中在启动电力转换器时、控制器至少部分地基于电力转换器的输出电容器的状态选择针对调节器的初始操作模式的实施方式。

在这些实施方式中包括其中在第一转换和第二转换中任一者之后的选定时间间隔内、控制器忽略指示电力转换器的操作的信息的实施方式。

另外的实施方式包括其中控制器选择第一转换和第二转换、使得在模式之间的寄生转换(spurioustransition)的可能性降低到选定阈值以下的实施方式。

在这些实施方式中还包括其中控制器对故障进行响应的实施方式。这些实施方式包括其中控制器接收指示故障的信息并且响应于这种信息禁用转换器内的电路系统的实施方式。在这些实施方式中的另外一些中，控制器接收指示故障解决的信息，并且作为响应重新启用转换器内的电路系统。实施方式包括其中电路系统仅是调节器的实施方式，以及其中电路系统包括调节器和电荷泵两者的实施方式。

附图说明

根据以下详细描述和附图，本发明的这些和其他特征以及优势会变得明显，在附图中：

图1示出了用于升高第一电压的电力转换器；

图2示出了用于降低第一电压的图1中所示的电力转换器的变型；

图3示出了图1和图2中所示的基于电感器的调节器的实施方式；

图4示出了图1和图2中所示的开关电容器网络的实施方式；

图5示出了图1和图2中所示的控制器的实施方式；

图6示出了图5中所示的传感器块的实施方式；

图7示出了在图1中所示的电力转换器的稳态操作期间的状态转换；

图8示出了在用于比如启动、软启动、关闭和/或故障保护的额外的操作的较大的状态机中嵌入的图7的状态转换；

图9示出了指示为了避免在调节器和/或电荷泵中的一个或多个开关上造成电压引起的应力而选择的模式和电压变换比的表；以及

图10示出了指示为了提升电力转换器效率而选择的模式和电压变换比的表。

具体实施方式

图1示出了用于接收由电压源12提供的输入电压vin并将该输入电压vin转换为在转换器10的输出电容器14及负载15处可用的输出电压vout的电力转换器10。电力转换器10包括控制调节器18和电荷泵20的控制器16。如本文中所使用的，术语“电荷泵”指的是开关电容器网络。

电力转换器10可以是升压电力转换器或者降压电力转换器。在升压电力转换器中，输出电压vout超过输入电压vin。在降压转换器中，则反之。

在图1中，电力转换器10是升压电力转换器，其中调节器18接收输入电压vin。然后调节器18生成中间电压vx并将该中间电压vx提供给电荷泵20。中间电压vx是电荷泵20的输入电压。通常，这总的来说与电力转换器10的输入电压不同。

然后，电荷泵20将中间电压vx转换为比输入电压vin高的输出电压vout。

控制器16接收输入信号组并产生输出信号组。这些输入信号中的一些沿着第一路径p1到达。这些输入信号指示电力转换器的操作。控制器16还接收模拟或数字的时钟信号clk和外部信号io。基于控制器16所接收的信号，控制器16产生第一控制信号ctrlmode、第二控制信号ctrlratio和第三控制信号ctrlduty，该第一控制信号ctrlmode、第二控制信号ctrlratio和第三控制信号ctrlduty一起控制调节器18和电荷泵20的操作。

图2示出了图1的电力转换器10，但是具有一些使得电力转换器10降低其输入电压vin而不是使其升高的修改。与图1中的情况一样，控制器16控制调节器18和电荷泵20两者。然而，在图2中，电荷泵20接收来自电压源12的输入电压vin。然后，电荷泵20生成中间电压vx并将该中间电压vx提供给调节器18，调节器18将中间电压vx转换为输出电压vout。

在所示出的实施方式中，调节器18是响应于第一控制信号ctrlmode而在不同的操作模式之间转换的基于电感器的调节器。如果调节器18仅可以相对于其输入电压减小其输出电压，则说调节器18在降压模式26下操作。如果调节器18仅可以相对于其输入电压增大其输出电压，则说调节器18在升压模式24下操作。如果调节器18可以相对于其输入电压增大其输出电压、相对于其输入电压减小其输出电压或者甚至保持其输出电压与其输入电压相同，则说调节器18处于降压-升压模式下。

图3示出了接收横跨第一调节器端子41和第二调节器端子42的输入电压并产生横跨第三调节器端子43和第四调节器端子44的输出电压的调节器18的实施方式。除了电感器l外，调节器18包括第一调节器开关sa、第二调节器开关sb，第三调节器开关sc和第四调节器开关sd。开关控制电路40根据第一控制信号ctrlmode和第三控制信号ctrlduty来控制这些开关。

当调节器18在降压模式26下操作时，贯穿每个开关周期，第三调节器开关sc保持“接通”，而第四调节器开关sd保持“断开”。基于由第三控制信号ctrlduty确定的调节器18的接通时间或者占空比，第一调节器开关sa在“接通”和“断开”之间转换。第二调节器开关sb可以接通和断开，使得其状态与第一调节器开关sa的状态互为补充。这种调节器18的一些实现方式省略了第四调节器开关sd并且用与第三调节器端子43的直接连接替代第三调节器开关sc。

当调节器18在升压模式24下操作时，贯穿每个开关周期，第一调节器开关sa保持“接通”，而第二调节器开关sb保持“断开”。根据由第三控制信号ctrlduty确定的调节器18的接通时间或者占空比，第四调节器开关sd在“接通”和“断开”之间转换。第三调节器开关sc可以接通和断开，使得其状态与第四调节器开关sd的状态互为补充。一些实现方式通过省略第二调节器开关sb并且用与第一调节器端子41的直接连接替代第一调节器开关sa来将开关的数量减少到仅两个。

当调节器18在降压-升压模式下操作时，在由第三控制信号ctrlduty确定的每个开关周期期间，第一调节器开关sa、第二调节器开关sb、第三调节器开关sc和第四调节器开关sd在“接通”和“断开”之间转换，开关中的一些同时进行转换，而开关中的一些在不同的时间进行转换。开关控制电路40对所有的调节器开关sa至sd的转换进行控制和排序，使得结合根据由第一控制信号ctrlmode确定的降压模式26、升压模式24或者降压-升压模式的第一调节器开关sa、第二调节器开关sb、第三调节器开关sc和第四调节器开关sd的操作期间所需要的任何需要的死区时间。

电荷泵20是单相电荷泵或多相电荷泵中任一者。这种电荷泵的示例包括ladder、dickson、series-parallel、fibonacci和doubler，所有这些电荷泵都可以绝热充电并被配置成多相网络。一种特别有用的电荷泵是全波级联倍增器的绝热充电版本。但是也可以使用非绝热充电版本。

图4示出了接收横跨第一电荷泵端子61和第二电荷泵端子62的输入电压并产生横跨第三电荷泵端子63和第四电荷泵端子64的输出电压的电荷泵20的实施方式。电荷泵20是具有第一堆叠开关s1、第二堆叠开关s2、第三堆叠开关s3、第四堆叠开关s4和第五堆叠开关s5以及第一相位开关s6、第二相位开关s7、第三相位开关s8和第四相位开关s9的单相对称级联倍增器。其中，第一堆叠开关s1、第三堆叠开关s3和第五堆叠开关s5限定“奇数堆叠开关”组，并且第二堆叠开关s2和第四堆叠开关s4限定“偶数堆叠开关”组。类似地，第一相位开关s6和第三相位开关s8限定“偶数相位开关”组，并且第二相位开关s7和第四相位开关s9限定“奇数相位开关”组。

电荷泵20还包括第一电容器c1、第二电容器c2、第三电容器c3和第四电容器c4。这些电容器与开关一起限定电荷泵20内的级。

所示出的电荷泵20具有四个级。每个级包括电容器c1、c2、c3、c4中的一个以及四个相应的堆叠开关s1、s2、s3、s4中的一个。第一级包括第一堆叠开关s1和第一电容器c1；第二级包括第二堆叠开关s2和第二电容器c2；第三级包括第三堆叠开关s3和第三电容器c3；以及第四级包括第四堆叠开关s4和第四电容器c4。在图4所示的实施方式中，因为有四个级，所以最大电压变换比为5。

响应于接收到第二控制信号ctrlratio，电荷泵控制器(cp控制器)66将操作控制信号放置在控制信号路径60上。这些操作控制信号使得第一堆叠开关s1、第二堆叠开关s2、第三堆叠开关s3、第四堆叠开关s4和第五堆叠开关s5以及第一相位开关s6、第二相位开关s7、第三相位开关s8和第四相位开关s9根据特定顺序改变状态。因此，电荷泵20以特定频率在第一操作状态与第二操作状态之间重复地转换。

例如，在第一操作状态期间，电荷泵控制器66闭合奇数堆叠开关s1、s3、s5和奇数相位开关s7、s9并且断开偶数堆叠开关s2、s4。相反地，在第二操作状态期间，电荷泵控制器66断开奇数堆叠开关s1、s3、s5和奇数相位开关s7、s9并且闭合偶数堆叠开关s2、s4和偶数相位开关s6、s8。

另外，电荷泵控制器66向重新配置块68的重新配置输入端子b1传送重新配置控制信号。作为响应，重新配置块68在其重新配置输出端子a1至a3处提供重新配置信号。这些重新配置信号在第一状态和第二状态下改变电容器c1至c4之间的连接。

电荷泵20是可以重新配置使得电荷泵20的电压变换比改变的电荷泵。电荷泵20响应于第二控制信号ctrlratio在不同的电压变换比之间转换。每个这样的电压变换比限定一种电荷泵模式。

在美国专利no.8,860,396、美国专利no.8,743,553、美国专利no.8,723,491、美国专利no.8,503,203、美国专利no.8,693,224、美国专利no.8,724,353、美国专利no.8,619,445、美国专利no.9,203,299、美国专利no.9,742,266、美国专利no.9,041,459、美国公开no.2017/0085172、美国专利no.9,887,622、美国专利no.9,882,471、pct公开no.wo2017161368、pct公开no.wo2017/091696、pct公开no.wo2017/143044、pct公开no.wo2017/160821、pct公开no.wo2017/156532、pct公开no.wo2017/196826和美国公开no.2017/0244318中详细地描述了合适的调节器和电荷泵。

在上述参考文献中描述的电荷泵和调节器具有在正常操作过程中断开和闭合的开关。断开和闭合这些开关的动作并不等同于改变模式。术语“重新配置”明确地排除这些开关在正常操作期间的断开和闭合。这种开关在正常操作期间的断开和闭合可以用于实现许多功能。其中，比较常见的功能是出于引起所选择的电压变换比的目的或者为了引起电压调节而实现特定的电压变换比以及调节电压、电流和电力潮流。

在调节器18的上下文中，术语“模式”应被解释为仅闭合或断开调节器18中的开关的动作不必然等同于“模式”的改变。例如，仅改变开关的占空比不会引起“模式”的改变。类似地，当调节器中的任何开关单独地或者与其他开关组合地在断开和闭合之间转换时，这不必然意味着调节器18已经在两种模式之间进行转换。

重新配置调节器18和电荷泵20中的任一者或者两者的能力提供了一种扩展电力转换器10的操作范围的方式。调节器18仅具有有限的操作范围。因此，对于给定的电荷泵模式，调节器18所需要调节的程度可能超过其操作范围。通过改变电荷泵的操作模式，变得可以减小对调节器18的需求，使得调节器18可以继续在其操作范围内操作。这继而在整体上扩展了电力转换器10的操作范围。

通常，输出电压vout是已经执行第一电压转换和第二电压转换的结果。调节器18执行第一电压转换，而电荷泵20执行第二电压转换。序数形容词“第一”和“第二”并不意味着暗示一个先于另一个。从图1和图2的比较中可以明显地看到，调节器18可以放置在电荷泵20的任一侧。

存在许多到达同一输出电压vout的路径。这些路径在电荷泵20和调节器18的相对贡献方面有所不同。尽管这些路径均到达同一输出电压vout，但是它们并不是完全等同的。

例如，第一电压转换和第二电压转换的某些组合可能使得实现开关的晶体管维持在该晶体管的额定值以上的电压。为了避免这种情况，将电荷泵20转换到具有足够高的电压变换比的模式以使得晶体管两端的电压保持在该晶体管的上限以下将是有益的。

第一电压转换和第二电压转换的某些组合还导致较低的效率。例如，对于特定输出电压vout，让该输出电压vout的大部分为电荷泵的活动的结果而不是调节器18的活动的结果通常是更高效的。因此，优选地选择提供这种特征的组合。

另一方面，在某些情况下，不期望改变电压转换的方向。这样做的缺点可能有很多，使得人们愿意让调节器18执行比简单的数学分析将指示的所需要的电压转换更大的电压转换。

例如，在电力转换器10的升压版本中，可能的是，如果电荷泵20超过目标电压并且调节器18在降压模式26下操作以使电压以小的量下降，则调节器18将执行较小的电压转换。然而，根据情况使电荷泵20将电压升高到稍微低于目标值的值并且使调节器18对其剩余部分进行升压可能更加高效。即使调节器的升压幅度稍微大于调节器的会使得电荷泵20超过目标值的降压幅度，可能也是这样的情况。这样做避免了当调节器18和电荷泵20不在相同方向上执行电压转换时出现的低效率。

到达同一目标输出电压vout的不同路径与其他路径相比可能导致较差的调节精度。到达同一目标输出电压vout的其他路径可能使得调节器18在欠电压或者过电压状况下操作。因此，使得第一控制信号ctrlmode和第二控制信号ctrlratio选择针对电荷泵20的适当的电压变换比以及还有针对调节器18的适当的模式是有益的。

另外，到达同一目标输出电压vout的不同路径可能导致调节器18必须调节电压以使得调节器的输出非常接近、并且在某些情况下等于调节器18的输入电压。这最好通过在降压-升压模式下操作调节器18来执行。

尽管能够精确地调节输出电压vout，但是当在降压-升压模式下操作时，调节器18在每个操作周期期间使所有的四个开关改变状态。使得如此多开关改变状态往往会促使低效率。因此，倾向于优选地在降压模式26或者升压模式24中的任一者下操作，其中在每个操作周期中调节器开关中的仅两个开关改变状态。

因此，尽可能地避免在降压-升压模式下操作调节器18是有益的。这可以通过为控制器16提供两个自由度来完成。具体地，控制器16使用第一控制信号ctrlmode和第二控制信号ctrlratio选择针对电荷泵20的适当的电压变换比以及还有针对调节器18的适当的模式。这使得调节器18能够偏好在降压模式26或者升压模式24中任一者下操作，从而避免在效率较低的降压-升压模式下的不必要的操作。产生避免在降压-升压模式下的这种不必要的操作的能力，因为控制器具有还针对任一模式选择有助于保持调节器输入电压与输出电压之间的足够的电压差的相应的电荷泵电压变换比的能力。

对于电力转换器10的降压版本，如图2所示，重新配置调节器18和电荷泵20中任一者或两者的能力在扩展操作范围、在晶体管电压额定值内操作或允许使用低压晶体管作为开关方面提供了类似的益处。根据情况，调节器18在降压模式26下操作可能会更加高效。这样做意味着在同一方向上执行整个降压电力转换器10中的电压变换。

对于给定的输入电压vin和输出电压vout，增大电荷泵20的电压变换比使到调节器18的中间电压vx减小。这使得在降压模式26中需要较高的稳态占空比以便维持在输出电压vout处的调节。相反地，减小电荷泵20的电压变换比使到调节器18的中间电压vx增大。这使得在降压模式26中需要较低的稳态占空比以便维持调节。

根据施加在输出电压vout处的负载15的大小以及在电力转换器10中使用的各种部件(例如，电感器l、电荷泵电容器c1至c4等)的值，对于在降压模式26下的调节器18来说，以较高的占空比操作可能更加高效。因此，使得第一控制信号ctrlmode和第二控制信号ctrlratio根据负载条件和/或部件值选择而选择针对电荷泵20的适当的电压变换比以及还有针对调节器18的适当的模式以使效率最大化是有益的。

虽然效率是期望的特征，但是它不是唯一的期望的特征。有些时候可以期望放弃一部分效率以获取不同的性能优势。

作为一个示例，当在降压模式26下操作如图2所示的调节器18时，电荷泵20输出比其输入电压低的电压。低多少则取决于电荷泵20的电压变换比。因此，增大电荷泵的电压变换比使其输出电压进一步降低，因而也使到调节器18的中间电压vx降低。这继而降低在降压接通时间期间电感器l两端的差分电压(即vx-vout)。由于通过电感器l的电流的变化率取决于电感器l两端的电压差(即vx-vout)，因此电感器l两端的降低的差分电压会阻碍电感器按需快速传送电流的能力。因此，如果负载15突然地增大，那么电感器l两端的降低的差分电压将限制其电流累积或者转换速率。由于这将依赖于快速地供应新的较高的负载15，因此输出电压vout可能达不到其应有的水平。

为了避免这个难题，在这种情况下期望减小电荷泵20的电压变换比。这样做增大到调节器18的中间电压vx，然后增大在降压接通时间期间电感器l两端的差分电压。电感器l两端的这个较大的差分电压向电感器l给予其快速响应输出负载的突然变化所需要的较高的转换速率。这继而可以减小在其他情况下可能发生的输出电压vout的任何下冲。

在这种情况下，期望牺牲效率以支持快速响应。所描述的控制器16提供了做出这种权衡的功能性。这由控制器16通过以下来实现：允许第一控制信号ctrlmode和第二控制信号ctrlratio选择针对电荷泵20的适当的电压变换比以及还有针对调节器18的适当的模式，以便相对于效率偏好这种瞬时响应性能或者相对于这种瞬时响应性能偏好效率。

如图5所示，控制器16以逻辑块22、传感器块25和占空比控制块17为特征。在一些实施方式中，a/d转换器实现传感器块25而状态机实现逻辑块22。这些结构协作以使得控制器16能够确定最好地满足用户性能要求的调节器18和电荷泵20的那些模式。

控制器16接收时钟信号clk和外部信号io。另外，控制器16接收沿着第一路径p1的第一组操作信号。第一组中的操作信号可以是指示电力转换器的操作的模拟信号。在所示出的实施方式中，第一组操作信号包括输入电压vin、中间电压vx和输出电压vout。是否使用所有的这些信号取决于由传感器块25和占空比控制块17所实现的电路。

在每个时钟脉冲处，逻辑块22接收来自传感器块25和/或占空比控制块17的信号，并沿着更新的第一控制信号ctrlmode和第二控制信号ctrlrratio传递。传感器块25接收沿着第一路径p1的第一组操作信号，沿着第二路径p2的第二组操作信号，并沿着第三路径p3将第三组操作信号传递到逻辑块22。传感器块25是否使用第一组操作信号和第二组操作信号两者或者每组内的所有信号取决于在传感器块25内所实现的电路。

占空比控制块17执行调节输出电压vout的实际任务。占空比控制块17接收沿着第一路径p1的第一组操作信号、时钟信号clk、外部信号io和沿着双向路径p4的信号。是否使用所有的这些信号取决于由占空比控制块17所实现的电路。占空比控制块17生成第三控制信号ctrlduty作为该占空比控制块17的输出。调节器18接收来自占空比控制块17的第三控制信号ctrlduty，并且以由第三控制信号ctrlduty指定的占空比进行操作。因此，占空比控制块17是针对调节器18的反馈控制回路的一部分。

如图5所示，占空比控制块17还产生补偿电容器两端的补偿电压vcomp。传感器块25在其补偿输入处接收该补偿电压vcomp。

在图5所示的特定实施方式中，占空比控制块17还沿着双向路径p4将输出信号发送到逻辑块22，以进一步优化或者调整第一控制信号ctrlmode和第二控制信号ctrlrratio。

存在许多用于实现电力转换器10的调节功能的控制方法。对特定控制方法的选择继而指示占空比控制块17的实现方式。根据所选择的控制方法，控制回路可以是线性的或者非线性的，并且操作频率可以是固定的或者可变的。线性控制器包括电压模式、峰值电流模式、谷值电流模式和平均电流模式。非线性控制器包括v²、滞环、恒定断开时间、恒定接通时间、滑动(sliding)和边界。为了改善不同操作条件下的性能，可以结合主要控制方法使用附加控制方法。例如，为了改善轻负载性能，可以使用频率折回或脉冲跳跃。

可替选的实施方式包括附加的操作信号，其示例包括电感器电流和相位节点电流。这些可以以较多的芯片面积或者增大的复杂性为代价来提高决策的准确性。在其他实施方式中，输入还包括故障检测电路系统，例如升压电流限制和vx欠压故障指示器。在这种实施方式中，控制器16在检测到故障时禁用电力转换器10的一些部件或者所有的部件，而在检测到故障解决时重新启用一些部件或所有的部件。例如，所考虑的部件可以包括仅调节器18或者调节器18和电荷泵20两者。

为了便于实现和操作稳健性，逻辑块22是接收时钟信号clk并使用该时钟信号clk使第一输出信号和第二输出信号与操作信号同步的同步摩尔有限状态机。然而，其他实现方式是可能的。例如，一些实现方式是异步的。其他实现方式依赖于米利有限状态机而非摩尔有限状态机。

在时钟脉冲每次出现时，逻辑块22生成第一控制信号ctrlmode和第二控制信号ctrlratio。第一控制信号ctrlmode和第二控制信号ctrlratio可以同时改变或者在不同时间改变。

控制器16向调节器18提供第一控制信号ctrlmode。根据第一控制信号ctrlmode，调节器18改变其操作模式或者保持相同的模式。

控制器16向电荷泵20提供第二控制信号ctrlratio。根据第二控制信号ctrlratio，电荷泵20的电压变换比改变或者保持相同。第二控制信号ctrlratio从可用电压变换比的组中选择电压变换比。

图6示出了传感器块25的可替选的实施方式。所示出的传感器块25产生在逻辑低电平与逻辑高电平之间转换的五个电压va1、va2、va3、va4、va5。这五个电压可以用作状态机或者逻辑块22的指示输入。传感器块25接收多个信号：电压vout、vth1到vth2；电流ith1、ilx；n位长(其中n是整数)的二进制代码或者字codevin[n：1]、codevth4[n：1]；以及指示电力转换器10的内部或者外部温度的信号。传感器块25的各种输入与输出之间的电路将各种输入中的每个输入转换成相应的输出或者指示以供逻辑块22使用。这些电路包括第一电压比较器51、第二电压比较器52、电流比较器53、逻辑比较器54和温度传感器56。第一电压比较器51将输出电压vout与第一阈值电压vth1进行比较，并且输出指示输出电压vout是否大于第一阈值电压vth1的电压va1。

第二电压比较器52监测输出电压vout的缩放版本，并且输出指示输出电压vout的缩放版本是否大于第二阈值电压vth2的电压va2。输出电压vout的缩放版本等于输出电压与数字系数coeff2的乘积，数字系数coeff2可以等于、大于或者小于1.0。

电流比较器53将电感器电流ilx的缩放版本与阈值电流ith1进行比较，并且产生指示电感器电流ilx的缩放版本是否小于阈值电流ith1的电压va3。电感器电流ilx的缩放版本等于电感器电流ilx与标量系数coeff3的乘积，标量系数coeff3选自以下三个区间中之一：(coeff3<1)、(coeff3>1)和(coeff3＝1)。

数字或者逻辑比较器54接收n位长(其中n是整数)的二进制代码或字codevin[n：1]、codevth4[n：1]作为其输入。每个代码或者字是指示调节器18和电荷泵20中的一个或多个的操作条件以及在整个电力转换器10中的各种节点的状态或幅值的信息的二进制表示。逻辑比较器54在其输入之间执行数字比较或者二进制比较，并且输出电压va4。该电压va4指示逻辑比较器54的输入之间的逻辑关系。

温度传感器56接收指示温度的信号。在一些实施方式中，温度传感器56接收电力转换器10的内部温度或者外部温度作为输入。温度传感器56的输出是电压va5，该电压va5指示温度是在预定的温度阈值以上、在预定的温度阈值以下还是在预定的温度阈值处。

由于光能可以被视为具有等同温度，因此一些实施方式以被实现为光电二极管或者光传感器的温度传感器56为特征。在这种情况下，传感器接收电力转换器10的外部的光作为输入。这允许控制器16响应于周围光水平与预定阈值之间的比较来改变模式。

图7示出了当电力转换器10在稳定装态下操作时由逻辑块22所实现的状态转换。在所示的特定示例中，调节器18具有两种模式：升压模式24和降压模式26。第一控制信号ctrlmode和第二控制信号ctrlratio限定转换。

第一控制信号ctrlmode指示调节器的模式是否应该改变。由于仅存在图7中所示出的两种可能的模式，因此第一控制信号ctrlmode是二进制的。第二控制信号ctrlratio指示电荷泵20是否应该改变模式。因此第二控制信号ctrlratio是指示电压变换比是否应该增大、减小或者保持不变的三值变量。在可替选的实现方式中，第二控制信号ctrlratio包括指示期望的电压变换比的信息。在这种实现方式中，可以直接地跳到期望的电压变换比。

对于调节器18的给定状态，某些状态转换t3、t6、t9、t4、t7和t10使得调节器18在下一个时钟脉冲时保持该相同的状态。当保持相同的调节器状态时，某些转换t3和t4也使电荷泵20保持相同的状态，或者保持相同的电压变换比。其他转换t6和t7使调节器18保持相同的状态，而增大电荷泵的电压变换比。其他转换t9和t10使调节器18保持相同状态，而减小电荷泵的电压变换比。

在另一方面，对于调节器18的给定状态，某些其他状态转换t1、t2、t5和t8在下一个时钟脉冲时改变调节器的模式。然而，图5中所示的逻辑块22缩减了另外重新配置电荷泵20的自由度。具体地，逻辑块22禁止导致在禁止方向上改变电压变换比的状态转换。

对于图1的升压转换器的示例，当调节器18在降压模式26下操作时，存在转换到升压模式24而保持电荷泵20的电压变换比恒定的状态转换t1。也存在转换到升压模式24而减小电压变换比的状态转换t8。在另一方面，不存在转换到升压模式24同时增大电压变换比的转换。

相反地，当调节器18在升压模式24下操作时，存在转换到降压模式26而保持电荷泵20的电压变换比恒定的状态转换t2。也存在转换到降压模式26而增大电压变换比的状态转换t5。在另一方面，不存在转换到降压模式26同时减小电压变换比的转换。

作为示例，假设图1中所示的电力转换器10正在产生高于给定输入电压vin的输出电压vout。在调节器18处于降压模式26的情况下，由于减小电荷泵20的电压变换比会使在调节器18的输出处的中间电压vx增大，因此如果电荷泵20的电压变换比保持不变或者减小，则允许转换到升压模式24。相反地，在调节器18处于升压模式24的情况下，由于增大电荷泵20的电压变换比会使在调节器18的输出处的中间电压vx减小，因此如果电荷泵20的电压变换比保持不变或者增大，则允许转换到降压模式26。

作为另外的示例，假设图2中所示的电力转换器10正在产生低于给定输入电压vin的输出电压vout。在调节器18处于降压模式26的情况下下，由于增大电荷泵20的电压变换比会使在调节器18的输出处的中间电压vx减小，因此如果电荷泵20的电压变换比保持不变或者增大，则允许转换到升压模式24。相反地，如果调节器18处于升压模式24下，由于减小电荷泵20的电压变换比使在调节器18的输出处的中间电压vx增大，因此如果电荷泵20的电压变换比保持不变或者减小，则允许转换到降压模式26。

如图7所示，逻辑块22确定处于一种模式下的调节器18是否以及何时应该改变到另一种模式。然而，图7中所示的状态转换没有指定在最初启动电力转换器操作时，应该选择两种模式24，26中的哪一种。

当电力转换器10在已经被关闭之后再次启动时，某些机制需要确定调节器18应该从何种模式开始。在那之前，将不可以根据图7中所示的状态改变来操作逻辑块22。

一种解决方案是任意地分配调节器的启动模式。一种适当的选择是降压模式26。然后，人们可以依赖于逻辑块22执行图7中所示的状态改变以根据需要校正模式。

另外的方法是在启动时检查输出电容器14，并基于该检查分配调节器的初始模式。

当电力转换器10关闭时，输出电容器14上的电荷不必然消失。在一些情况下，该电荷可以持续。在这种情况下，可以直接以升压模式24启动，而不是以降压模式26启动。在其他情况下，电力转换器10将对输出电容器14放电，作为关闭过程的一部分。在那些情况下，优选地以降压模式26启动，并且稍后转换到升压模式24。

对于可适用于每种类型的电力转换器10的控制器16，至少部分地基于启动时输出电容器14的状态而向逻辑块22提供逻辑以选择调节器的启动模式是有益的。

图8示出了关闭状态28和软启动状态30。图8还包括图7中所示的降压模式26的状态和升压模式24的状态。由于图7中已经示出的状态转换仅属于稳态操作，因此为了清楚起见，已经省略那些状态转换。

当电力转换器10处于关闭状态28下时，根据其他状态机输入，电力转换器10可以保持在关闭状态下或者转换为软启动状态30。这些其他状态机输入包括：例如电力转换器10是否已经启用或已经禁用或者是否存在任何故障。图8示出了其中电力转换器10保持在关闭状态28下的状态转换t20。在这种情况下，不需要改变电压变换比或者调节器模式中的任一者。因此，这种状态转换t20不需要改变电压变换比或调节器模式中的任一者。

在被启用后，电力转换器10确定在输出电容器14处是否存在电荷，以及该电荷与电力转换器10内的其他电压、例如中间电压vx或者输入电压vin的关系。可以以若干方式来确定这种关系。在一些实施方式中，控制器16接收中间电压vx或者输入电压vin的测量结果。在其他实施方式中，输出电容器14处的电压与中间电压vx之间存在已知的关系。这些实施方式包括其中电荷泵20在启动时默认为初始电荷泵比的实施方式。在这种情况下，可以容易地根据输出电容器14处的电压推测出中间电压vx。

如果存在的电荷使得中间电压vx低于输入电压vin，则状态转换t22可以使调节器18以降压模式26启动。否则，如果存在的电荷使得中间电压vx高于输入电压vin，则状态转换t23使调节器18以升压模式24启动。根据图7继续进一步的操作。

一些实施方式以从关闭状态28到软启动状态30的转换t21为特征。如果在电力转换器启用时输出电容器14被检测到完全放电，则该转换t21为调节器18分配默认启动模式，例如降压模式26。在处于软启动状态30时，逻辑块22定期地检查输出电容器14。如果输出电容器14上的电荷使得默认模式被认为是最佳的，则逻辑块22执行维持该状态的转换t24。否则，状态机执行保持调节器模式为降压模式26而不改变电荷泵的电压变换比的转换t25；或者执行转换为升压模式24但是减小电压变换比的转换t26。

图9和图10示出了旨在跨越4.5伏特至15伏特的输入电压vin的范围操作并且提供在10伏特至45伏特之间的范围内的输出电压vout的升压电力转换器的表。表中的每个格对应于特定输入电压vin和相应的所期望的输出电压vout。对于每个这样的组合，期望逻辑块22指定电荷泵的模式和调节器的模式。在这个示例中，也可以使用查找表或者存储器来实现逻辑块22。

假设对应于图9至图10的电荷泵20具有以下两种模式：使其输入处的电压增大一倍(double)的第一模式；和使其输入处的电压增大两倍(triple)的第二模式。电荷泵20的输入是中间电压vx。

通常，与使其输入增大一倍的情况相比，电荷泵20在使其输入增大两倍的情况下更有效地操作。带阴影的格对应于其中电荷泵20在这种更加高效的模式下操作的格。在图9中，逻辑块22实现如下逻辑：该逻辑选择模式，仅为了避免在电荷泵20正在使其输入电压增大一倍时在调节器和电荷泵晶体管的两端施加大于37.5伏特或18.75伏特的输出电压vout。在图10中，逻辑块22实现添加在可能的情况下选择更加高效的电荷泵模式的另外的约束的逻辑。根据检查明显地看出，带阴影的格在图10而非图9中占主导地位。这会在更多的电力转换器的操作范围内引起更高的效率。

可能出现的与改变模式有关的困难是模式振荡。因为在模式已经改变之后的短暂时段内，第一组操作信号可能具有显著的瞬变或者需要显著的稳定时间，因此可能出现模式振荡。这可能使控制器16错误地认为模式需要再次改变。然后，它将在第一次模式改变之后立即地或者很快地提供新的第一控制信号ctrlmode和第二控制信号ctrlratio，因而通过引起另一轮信号瞬变使问题更加严重。这可能导致寄生模式改变或者甚至无限期地持续的模式振荡。

抑制模式振荡的可能性的一种方式是施加中断时段(blackoutperiod)，在该中断时段期间新模式被冻结。这可以通过使控制器16在某些有限的时段内忽略第二组操作信号来实现。实现此目的的一种方式是适应性地控制提供给控制器16的时钟脉冲，使得紧接模式改变之后，使下一时钟脉冲延迟所期望的中断时段。

抑制模式振荡的可能性的另一种方式是避免将导致中间电压vx超出调节器的调节能力的模式改变。例如，在从降压模式26到升压模式24的转换中，应该避免例如保持或者改变至会致使中间电压vx不能超过输入电压vin的电荷泵比的重新配置事件。相反地，在从升压模式24到降压模式26的转换中，应该避免会致使中间电压vx超过输入电压vin的重新配置事件。主要是为了实现图7中已经省略了在降压模式26和升压模式24之间的某些理论上可允许的转换的方法。

抑制模式振荡的可能性的又一种方式依赖于选择模式以使得中间电压vx的平均值具有足够的余量，使得即使在添加了振铃(ringing)或瞬变效果的情况下，也不太可能发生另外的模式改变。具体地，对于任何余量，存在由第一组操作信号中的一个或多个的振铃导致的寄生转换的可能性。选择余量使得这种转换的可能性下降到预定阈值以下。

对于图1的升压转换器的示例，使调节器18从降压模式26转换到升压模式24的状态转换还会使电荷泵的电压变换比减小，从而增大中间电压vx的平均值。这将倾向于使调节器18深入“停放”到升压模式24，因而不太可能发生到降压模式26的寄生转换。相反地，使调节器18从升压模式24转换到降压模式26的状态转换会使电荷泵的电压变换比增大。这将产生相反的效果，即减小中间电压vx的平均值。这反过来倾向于使调节器18深入停放到降压模式26，因而不太可能发生到升压模式24的寄生转换。在任一情况下，因为输出电容器14通常比电荷泵20内的任何电容器均大得多，因此输出电压vout保持相对不变。

在一些实施方式中，计算机可访问的存储介质包括表示电力转换器10的一个或者多个部件的数据库。例如，数据库可以包括表示已经被优化以促进电荷泵20的低损耗操作的电荷泵的数据。

一般而言，计算机可访问的存储介质可以包括在使用期间可被计算机访问以向计算机提供指令和/或数据的任何非暂态存储介质。例如，计算机可访问的存储介质可以包括存储介质，例如磁盘或者光盘，以及半导体存储器。

通常，表示系统的数据库可以是可以由程序读取并且直接地或者间接地用于制造包括该系统的硬件的数据库或者其他数据结构。例如，数据库可以是以例如verilog或者vhdl的高级设计语言(hdl)的硬件功能的行为级描述或者寄存器传送级(rtl)描述。描述可以由综合工具读取，该综合工具可以综合该描述以产生包括来自综合库的门的列表的网表。网表包括还表示包括系统的硬件的功能的门的集合。然后放置并路由网表以产生描述要应用于掩模的几何形状的数据集。然后，可以将掩模用于各种半导体制造步骤中，以产生与系统对应的一个或多个半导体电路。在其他示例中，可替选地，数据库本身可以是网表(具有或者不具有综合库)或者数据集。