20的占空比。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100的切换频率的减少而向下减少。随着平均输出电压VO的减少，调节器320的占空比通常增加，以维持期望的输出电压VO。增加占空比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。
[0079]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。
[0080]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-VO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。
[0081]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入口 ο
[0082]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，当占空比低或者当输出电流1低时，补偿电容器342被引入。
[0083]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、脉冲电流占空比等)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。
[0084]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。
[0085]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。
[0086]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: 开关电容器电荷栗，其配置为提供包括高电压端子和低电压端子的端子之间的电压转换； 补偿电路，耦合到所述电荷栗的第一端子用于以通过电荷栗驱动负载，所述补偿电路提供可配置地可耦合到所述电荷栗的所述第一端子的电容;及 控制器，耦合到电荷栗和所述可配置电路，包括用于配置所述补偿电路的输出，以及用于接受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； 其中所述控制器被配置为根据所述传感器信号来配置所述补偿电路，以影响耦合到所述电荷栗的电源和经由所述可配置电路耦合到所述电荷栗的所述负载之间的功率转换的效率。2.如权利要求1所述的装置，其中所述控制器被配置为将选定的电容耦合到第一端子，以优化功率转换的效率。3.如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个传感器信号包括特征化经由所述补偿电路向所述电荷栗传递的电流或从所述电荷栗返回的电流的时间变化的传感器信号。4.如权利要求3所述的装置，其中所述传感器信号特征化向所述电荷栗的脉冲电流或从所述电荷栗返回的脉冲电流的占空比。5.如权利要求3所述的装置，其中经由所述补偿电路向所述电荷栗传递的电流或从所述电荷栗返回的电流包括在所述补偿电路和经由所述补偿电路耦合到所述电荷栗的外围设备之间传递的电流。6.如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个传感器信号包括特征化在所述电荷栗的所述端子中的至少一个端子处和在耦合到所述电荷栗的所述外围电路处的电压的传感器信号。7.如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个传感器信号包括特征化所述电荷栗的切换频率的传感器信号。8.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传感器信号确定操作模式，并且被配置为根据所确定的模式确定所述补偿电路的配置。9.如权利要求8所述的装置，其中所述控制器被配置为识别至少一个具有所述电荷栗的快切换限制操作和脉冲电流负载的模式，并且在所述模式下增加耦合到所述第一端子的电容。10.如权利要求8所述的装置，其中所述控制器被配置为识别至少一个具有所述电荷栗的慢切换限制操作和具有小于阈值占空比的占空比的脉冲电流负载的模式，并且在所述模式下增加耦合到所述第一端子的电容。11.如权利要求1所述的装置，还包括外围电路，其包括耦合到所述补偿电路的调节器，调节器经由所述补偿电路向电荷栗提供基于电流的负载，其中所述控制器被配置为根据由所述电荷栗执行的功率转换的效率确定所述补偿电路的配置。12.如权利要求11所述的装置，其中所述调节器包括降压转换器。13.如权利要求1所述的装置，其中所述电荷栗包括串并联电荷栗。14.如权利要求1所述的装置，其中所述电荷栗包括Dickson电荷栗。15.—种用于利用耦合到负载的电荷栗进行功率调节的方法，其中所述电荷栗利用耦合到所述电荷栗的端子的补偿电路耦合到负载，所述方法包括: 配置由所述补偿电路提供给所述电荷栗的第一端子的电容； 根据所述传感器信号选择所述电容，以影响耦合到所述电荷栗的电源和经由所述可配置电路耦合到所述电荷栗的所述负载之间的功率转换的效率。16.如权利要求15所述的方法，还包括获取所述传感器信号，包括获取选自包括以下的组的传感器信号:经由所述补偿电路向所述电荷栗传递的电流或从所述电荷栗返回的电流的时间变化、在所述补偿电路和外围电路之间传递的电流的占空比、在所述电荷栗的所述第一端子处的电压、以及在耦合到所述电荷栗的所述外围电路处的电压。
【专利摘要】电荷泵的操作被控制，以通过利用具有操作特性的绝热模式和具有其它特性的非绝热模式来优化功率转换效率。该控制通过控制在电荷泵的输出处的可配置电路来实现。
【IPC分类】H02M3/18, H02M3/158, H02M3/07
【公开号】CN105723599
【申请号】CN201480062695
【发明人】格雷戈里·什塞辛斯基, 奥斯卡·布莱德
【申请人】北极砂技术有限公司
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2014年9月16日
【公告号】DE112014004237T5, US9041459, US20150077176, US20150326113, WO2015039079A2, WO2015039079A3