电压转换器及其控制方法和电压转换系统与流程

本申请涉及电路领域，并且更具体地，涉及电压转换器及其控制方法和电压转换系统。

背景技术：

由于高能量密度、安全可靠等特性，锂电池一直被广泛应用于移动设备。随着电动汽车的技术成熟，锂电池也被广泛运用于为电动车提供驱动能量。在得到广泛应用的同时，锂电池的可存储电量也在随着科技的发展而不断增加。随之而来的，给大电量电池进行快速充电逐渐成为一种必须。

在电池充电系统中，最核心的部分一般由BUCK电路组成，其中，BUCK电路为直流到直流的降压变换电路，它的作用是将能量从高压电源按照电池需要的电压传递给电池。该传递过程会有能量损失，而损失的能量会转化为热并使系统升温。为了节约能量，并且在狭小的应用空间尽量减少热量的产生，直流到直流的传递效率成为系统应用的关键。

技术实现要素：

本申请提供一种电压转换器及其控制方法和电压转换系统，能够提高电压转换器的能量转换效率。

第一方面，提供了一种电压转换器，包括：储能电路，其中，该储能电路包括：第一开关元件、第二开关元件和第一储能元件，该电压转换器还包括：第一外接端、第二外接端、第三开关元件和第二储能元件，其中，该第一开关元件的第一端耦合至该第一外接端，该第一开关元件的第二端分别耦合至该第一储能元件的第一端和该第二开关元件的第一端，该第二开关元件的第二端耦合至该第二外接端，该第一储能元件的第二端分别耦合至该第三开关元件的第一端和该第二储能元件的第一端，该第二储能元件的第二端耦合至该第二外接端，该第三开关元件的第二端接地；在第一时间段，该第一开关元件处于导通状态，该第二开关元件和该第三开关元件处于断开状态，耦合至该电压转换器的电压源为该第一储能元件和该第二储能元件充电；在位于该第一时间段之后的第二时间段，该第一开关元件处于断开状态，该第二开关元件和该第三开关元件处于导通状态，该第一储能元件和该第二储能元件分别向耦合至该电压转换器的负载放电。

本发明实施例提供的电压转换器，通过使得耦合至该电压转换器的电压源在第一时间段为电压转换器中的第一储能元件和第二储能元件充电，并且使得该第一储能元件和该第二储能元件在第二时间段分别放电并向耦合至该电压转换器的负载提供能量，能够降低电路损耗，提高能量转换效率。

可选地，该第一储能元件和该第二储能元件具有不同的器件类型。

可选地，该第一储能元件为电容器，该第二储能元件为电感器。

可选地，该电压转换器的第一外接端用于连接该电压源，该电压转换器的第二外接端用于连接该负载。

此时，可选地，该电压源为该电压转换器提供的输入电压高于该负载两端的电压，即该电压转换器具体为降压转换器。

可选地，该电压转换器的第一外接端用于连接该负载，该电压转换器的第二外接端用于连接该电压源。

此时，可选地，该电压源为该电压转换器提供的输入电压低于该负载两端的电压，即该电压转换器具体为升压转换器。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，该储能电路还包括：M个第三储能元件、M个第四开关元件、M个第五开关元件和M个第六开关元件，其中，M为大于或等于1的整数；该M个第三储能元件中的第三储能元件i的第一端分别耦合至该M个第四开关元件中的第四开关元件i的第二端和该M个第五开关元件中的第五开关元件i的第一端，其中，i为大于或等于1且小于或等于M的整数；该第五开关元件i的第二端耦合至该第二外接端，该第六开关元件i的第二端接地；该M个第四开关元件中的第四开关元件1的第一端耦合至该第一开关元件的第一端；若i小于M，该第三储能元件i的第二端耦合至该M个第六开关元件中的第六开关元件i的第一端以及该M个第四开关元件中的第四开关元件i+1的第一端；若i等于M，该第三储能元件i的第二端耦合至第六开关元件i的第一端以及该第一开关元件的第一端。

结合第一方面的上述可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，在该第一时间段，该M个第四开关元件均处于导通状态，该M个第五开关元件和该M个第六开关元件均处于断开状态，该电压源还为该M个第三储能元件充电；在该第二时间段，该M个第四开关元件处于断开状态，该M个第五开关元件和该M个第六开关元件处于导通状态，该M个第三储能元件向该负载放电。

这样，通过使得该电压源在第一时间段还为该电压转换器中的一个或多个第三储能元件充电，并使得该一个或多个第三储能元件在第二时间段放电并向负载提供能量，能够进一步降低电路损耗，进而进一步提高电压转换器的能量转换效率。

结合第一方面的上述可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，该电压转换器还包括：第七开关元件，其中，该第七开关元件的第一端耦合至该第一开关元件的第一端，该第七开关元件的第二端耦合至该第一储能元件的第二端、该第二储能元件的第一端以及该第三开关元件的第一端，该第七开关元件在该第一时间段和该第二时间段均处于断开状态。

可选地，该第七开关元件可以用于使得该储能电路处于工作状态或旁路状态，即该第七开关元件可以用于旁路该储能电路。

结合第一方面的上述可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，在第三时间段，该第七开关元件处于导通状态，该第一开关元件、该第二开关元件和该第三开关元件均处于断开状态，该电压源为该第二储能元件充电；在位于该第三时间段之后的第四时间段，该第七开关元件、该第一开关元件和该第二开关元件处于断开状态，该第三开关元件处于导通状态，该第二储能元件向该负载放电。

可选地，在该第三时间段和该第四时间段，该储能电路中的储能元件处于旁路状态，即该储能电路中的第一储能元件或第一储能元件以及M个第三储能元件处于旁路状态。此时，可选地，该电压转换器中处于工作状态的储能元件为该第二储能元件。

这样，通过控制该第七开关元件，能够使得该电压转换器在不同的工作模式之间切换，从而提高该电压转换器的适用场景。

第二方面，提供了一种电压转换器的控制方法，包括由第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的电压转换器中的控制器执行的步骤。

第三方面，提供了一种计算机可读介质，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行第二方面或第二方面的任意可能的实现方式中的方法的指令。

第四方面，提供了另一种电压转换器，用于将电压源提供的输入电压进行转换后提供至负载。该电压转换器包括：开关电路、第一储能元件和第二储能元件；该开关电路用于在第一时间段处于导通状态第一充电回路，其中，在该第一充电回路中，由耦合至该电压转换器的该电压源为该第一储能元件和该第二储能元件充电；该开关电路还用于在位于该第一时间段之后的第二时间段处于断开状态该第一充电回路，并且处于导通状态第一放电回路和第二放电回路，其中，在该第一放电回路中，由该第一储能元件向该负载提供能量，在该第二放电回路中，由该第二储能元件向该负载提供能量。

本发明实施例提供的电压转换器，包括开关电路、第一储能元件和第二储能元件，其中，该开关电路用于在第一时间段处于导通状态第一充电回路，其中，在该第一充电回路中，由该电压转换器的输入端向该第一储能元件、该第二储能元件以及该负载提供能量，还用于在第二时间段处于断开状态该第一充电回路，并且处于导通状态至少一个第一放电回路和第二放电回路，其中，在该第一放电回路中，该第一储能元件向该负载放电，在该第二放电回路中，该第二储能元件向该负载放电，能够降低电路损耗，提高能量转换效率。

可选地，该第一储能元件和该第二储能元件可以具有不同的元件类型。

可选地，该第一储能元件为电容器，该第二储能元件为电感器。

可选地，该第一放电回路中的储能元件为该第一储能元件。

可选地，该第一放电回路中可以不包括除该第一储能元件之外的其他储能元件，例如可以不包括电感器。

可选地，该电压转换器可以具有第一外接端和第二外接端。

可选地，该电压转换器的第一外接端可以用于连接该电压源，该电压转换器的第二外接端可以用于连接负载，此时，该电压源提供的输入电压可以高于该负载两端的电压。

可选地，该电压转换器的第一外接端可以用于连接该负载，该电压转换器的第二外接端可以用于连接该电压源，此时，该电压源提供的输入电压可以低于该负载两端的电压。

在第四方面的第一种可能的实现方式中，该开关电路包括：第一开关元件，其中，该第一开关元件串联在该第一充电回路中。

可选地，该第一开关元件可以在该第一时间段处于导通状态，并且在该第二时间段处于断开状态。

可选地，该第一开关元件的第一端与该电压转换器的第一外接端连接，该第一开关元件的第二端与该第一储能元件的第一端连接。

结合第四方面的上述可能的实现方式，在第四方面的第二种可能的实现方式中，该开关电路包括：第二开关元件，其中，该第二开关元件串联在该第一放电回路中。

可选地，该第二开关元件可以用于处于导通状态或处于断开状态该第一放电回路。

可选地，该第二开关元件可以在该第一时间段处于断开状态，并在该第二时间段处于导通状态。

可选地，该第二开关元件的第一端与该第一储能元件的第一端连接，该第二开关元件的第二端与该电压转换器的第二外接端连接。

此时，该第一开关元件的第二端可以分别与该第一储能元件的第一端和第二开关元件的第一端连接。

结合第四方面的上述可能的实现方式，在第四方面的第三种可能的实现方式中，该开关电路包括：第三开关元件，其中，该第三开关元件串联在该第二放电回路中。

可选地，该第三开关元件可以用于处于导通状态或处于断开状态该第二放电回路。

可选地，该第三开关元件可以同时串联在该第一放电回路和该第二放电回路中。

可选地，该第三开关元件可以在该第一时间段处于断开状态，并在该第二时间段处于导通状态。

可选地，该第三开关元件的第一端与该第一储能元件的第二端连接，该第三开关元件k的第二端接地。

可选地，该第一储能元件的第二端还与该第二储能元件的第一端连接，该第二储能元件的第二端与该电压转换器的第二外接端连接。

结合第四方面的上述可能的实现方式，在第四方面的第四种可能的实现方式中，该电压转换器还包括：M个第三储能元件，M为大于或等于1的整数，其中，在该第一充电回路中，该电压源还用于为该M个第三储能元件充电；该开关电路还用于在该第二时间段处于导通状态与该M个第三储能元件对应的M个第三放电回路，其中，在该第三放电回路中，与该第三放电回路对应的第三储能元件放电并向该负载提供能量。

可选地，在该第一充电回路中，该电压源可以为该M个第三储能元件中的每个第三储能元件充电。

可选地，该M个第三放电回路可以与该M个第三储能元件一一对应。可选地，在该第二时间段处于导通状态的第三放电回路的个数也可以小于M。

结合第四方面的上述可能的实现方式，在第四方面的第五种可能的实现方式中，该开关电路还可以包括M个第四开关元件、M个第五开关元件和M个第六开关元件，其中，该M个第四开关元件串联在该第一充电回路中，该第五开关元件和该第六开关元件串联在该第三放电回路中。

可选地，该M个第三储能元件中的第三储能元件i的第一端分别耦合至该M个第四开关元件中的第四开关元件i的第二端和该M个第五开关元件中的第五开关元件i的第一端，该第三储能元件i的第二端耦合至该M个第六开关元件中的第六开关元件i的第一端，其中，i为大于或等于1且小于或等于M的整数；该第五开关元件i的第二端耦合至该电压转换器的第二外接端，该第六开关元件i的第二端接地；该M个第四开关元件中的第四开关元件1的第一端耦合至该电压转换器的第一外接端。

可选地，若i小于M，该第三储能元件i的第二端还耦合至该M个第四开关元件中的第四开关元件i+1的第一端；若i等于M，该第三储能元件i的第二端还耦合至该第一开关元件的第一端。

结合第四方面的上述可能的实现方式，在第四方面的第六种可能的实现方式中，该开关电路包括：第七开关元件，用于使得将该电压转换器在第一工作模式下工作，其中，在该第一工作模式下，该开关电路用于在该第一时间段导通该第一充电回路，并且在该第二时间段断开该第一充电回路并且导通该第一放电回路和该第二放电回路。

可选地，该第七开关元件可以在所述第一时间段和所述第二时间段均处于断开状态。

结合第四方面的上述可能的实现方式，在第四方面的第七种可能的实现方式中，该第七开关元件还用于将该电压转换器切换至第二工作模式，其中，在该第二工作模式下，该第一储能元件短路，该开关电路用于在第三时间段内处于导通状态第二充电回路，并且在位于该第三时间段之后的第四时间段处于断开状态该第二充电回路并处于导通状态该第二放电回路，其中，在该第二充电回路中，该电压源为该第二储能元件充电。

可选地，在第三时间段，该第七开关元件处于导通状态，该第一开关元件、该第二开关元件和该第三开关元件处于断开状态。

可选地，在第四时间段，该第七开关元件、该第一开关元件和该第二开关元件处于断开状态，该第三开关元件处于导通状态。

这样，通过第七开关元件将该电压转换器在第一工作模式和第二工作模式下切换，可以扩大该电压转换器的应用场景的范围和灵活性。

结合第四方面的上述可能的实现方式，在第四方面的第八种可能的实现方式中，该第七开关元件的第一端与该电压转换器的第一外接端连接，该第七开关元件的第二端分别与该第一储能元件的第二端和该第二储能元件的第一端连接。

结合第四方面的上述可能的实现方式，在第四方面的第九种可能的实现方式中，该电压转换器还包括：控制器，用于向该开关电路发送驱动信号，以控制该开关电路的状态。

第五方面，提供了另一种电压转换器的控制方法，包括：向该开关电路发送第一驱动信号，以使得该开关电路在第一时间段处于导通状态第一充电回路，其中，在该第一充电回路中，由耦合至该电压转换器的电压源为该第一储能元件和该第二储能元件充电；向该开关电路发送第二驱动信号，以使得该开关电路在位于该第一时间段之后的第二时间段处于断开状态该第一充电回路，并且处于导通状态第一放电回路和第二放电回路，其中，在该第一放电回路中，该第一储能元件放电并向该负载提供能量，在该第二放电回路中，该第二储能元件放电并向该负载提供能量。

可选地，该电压转换器可以具体为上述第四方面或第四方面的任意可能实现方式中的电压转换器。

在第五方面的第一种可能的实现方式中，该开关电路包括：第一开关元件，其中，该第一开关元件串联在该第一充电回路中；该向该开关电路发送第一驱动信号，包括：向该第一开关元件发送第一驱动信号，以使得该第一开关元件在该第一时间段内处于导通状态；该向该开关电路发送第二驱动信号，包括：向该第一开关元件发送第二驱动信号，以使得该第一开关元件在该第二时间段内处于断开状态。

结合第五方面的上述可能的实现方式，在第五方面的第二种可能的实现方式中，该开关电路包括：第二开关元件，其中，该第二开关元件串联在该第一放电回路中；该向该开关电路发送第一驱动信号，包括：向该第二开关元件发送第一驱动信号，以使得该第二开关元件在该第一时间段内处于断开状态；该向该开关电路发送第二驱动信号，包括：向该第二开关元件发送第二驱动信号，以使得该第二开关元件在该第二时间段内处于导通状态。

结合第五方面的上述可能的实现方式，在第五方面的第三种可能的实现方式中，该第三开关元件串联在该第二放电回路中；该向该开关电路发送第一驱动信号，包括：向该第三开关元件发送第一驱动信号，以使得该第三开关元件在该第一时间段内处于断开状态；该向该开关电路发送第二驱动信号，包括：向该第三开关元件发送第二驱动信号，以使得该第三开关元件在该第二时间段内处于导通状态。

结合第五方面的上述可能的实现方式，在第五方面的第四种可能的实现方式中，该开关电路包括：第七开关元件，其中，在向该开关电路发送第一驱动信号和第二驱动信号之前，该方法还包括：向该第七开关元件发送第三驱动信号，以使得该第七开关元件将该电压转换器切换至第一工作模式。

结合第五方面的上述可能的实现方式，在第五方面的第五种可能的实现方式中，该方法还包括：向该第七开关元件发送第四驱动信号，以使得该第七开关元件将该电压转换器切换至第二工作模式，其中，在该电压转换器处于该第二工作模式时，该第一储能元件短路。

结合第五方面的上述可能的实现方式，在第五方面的第六种可能的实现方式中，该方法还包括：在该电压转换器处于该第二工作模式时，向该开关电路发送第五驱动信号，以使得该开关电路在第三时间段内处于导通状态第二充电回路，以及向该开关电路发送第六驱动信号，以使得该开关电路在位于该第三时间段之后的第四时间段处于断开状态该第二充电回路并处于导通状态该第二放电回路，其中，在该第二充电回路中，该电压源为该第二储能元件充电。

第六方面，提供了另一种计算机可读介质，用于存储计算机程序，该计算机程序包括用于执行第五方面或第五方面的任意可能的实现方式中的方法的指令。

第七方面，提供了一种电压转换系统，包括电压转换器以及耦合至该电压转换器的电压源和负载。

该电压转换器可以用于将该电压源耦合至该电压转换器的输入电压进行转换后提供至该负载。

该电压转换器可以为第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的电压转换器，或者可以为第四方面或第四方面的任意可能的实现方式中的电压转换器。

附图说明

图1是典型的BUCK电路的电路示意图。

图2是图1所示的BUCK电路的控制信号时序的示意图。

图3是本发明实施例提供的电压转换器的示意图。

图4是本发明实施例提供的电压转换器的另一示意图。

图5是本发明实施例提供的电压转换器的另一示意图。

图6是本发明实施例提供的电压转换器的电路结构示例的示意图。

图7是本发明实施例提供的电压转换器的控制方法的示意性流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

应理解，本发明实施例可以应用于直流到直流的电压转换场景。具体地，本发明实施例可以应用于降压转换器，例如BUCK电路，也可以应用于升压转换器，例如Boost电路，本发明实施例对此不做限定。

图1示出了典型的BUCK电路100，可以用于将输入电压进行降压转换后提供给负载R。如图1所示，BUCK电路100包括：输入端I、功率管开关110、功率管开关110、电感器130、电容器120以及输出端O1和O2，其中，电感器130和电容器120组成滤波电路。具体地，功率管开关110的一端与BUCK电路100的输入端I连接，功率管开关110的另一端与端点Lx连接，端点Lx还与电感器130的一端以及功率管开关110的一端连接，电感器130的另一端与电容器120的一端连接，功率管开关110的另一端与电容器120的另一端连接。如图2所示，BUCK电路100的控制信号周期T包括两个时间段：t_ON和t_OFF，其中，在时间段t_ON中，功率管开关110处于闭合状态，功率管开关110处于断开状态。此时，输入电压V_in通过端点LX连接到电感130，电感130处于充电蓄能的状态。在时间段t_OFF中，功率管开关110处于断开状态，功率管开关110处于闭合状态，端点LX经功率管开关110连接到地，电感130处于放电状态。

当BUCK电路100达到稳态时，满足以下公式：

V_out＝V_in×D₂ (1)

I_L＝I_out (2)

其中，V_out为输出端O1和O2之间的电压，即BUCK电路100提供给负载的电压，V_in为输入电压，即输入端I相对于地的电压，D₂为占空比，等于t_ON与T之间的比值，I_L为电感电流，I_out为负载电流。

目前，BUCK电路的能量转换效率的关键制约因素包括：电感绕组DCR的损耗，等于:DCR×I_L²，以及端点LX处寄生电容C_p的损耗，等于C_p×V_iM²/2。本发实施例提供了一种电压转换器，能够降低电路损耗，提高能量转换效率。

图3示出了本发明实施例提供的电压转换器200。该电压转换器200可以用于将耦合至该电压转换器200的电压源所提供的输入电压进行升压或降压转换后提供给耦合至该电压转换器200的负载。可选地，该负载可以为终端设备，但本发明实施例对此不做限定。

如图3所示，该电压转换器200可以包括储能电路210，该储能电路210包括：第一开关元件211、第二开关元件212和第一储能元件213。

该电压转换器200还包括：第一外接端220、第三开关元件230、第二储能元件240和第二外接端250，其中，

该第一开关元件211的第一端耦合至该第一外接端220，该第一开关元件211的第二端分别耦合至该第一储能元件213的第一端和该第二开关元件212的第一端，该第二开关元件212的第二端耦合至该第二外接端250，该第一储能元件213的第二端分别耦合至该第三开关元件230的第一端和该第二储能元件240的第一端，该第二储能元件240的第二端耦合至该第二外接端250，该第三开关元件230的第二端接地。

在第一时间段，该第一开关元件211处于导通状态，该第二开关元件212和该第三开关元件230处于断开状态，耦合至该电压转换器200的电压源为该第一储能元件213和该第二储能元件240充电；

在位于该第一时间段之后的第二时间段，该第一开关元件211处于断开状态，该第二开关元件212和该第三开关元件230处于导通状态，该第一储能元件213和该第二储能元件240分别向耦合至该电压转换器200的负载放电。

该电压转换器200可以包括第一外接端220和第二外接端250，其中，该第一外接端220和该第二外接端250中的一个可以用于连接电压源，另一个可以用于连接负载。

作为一个可选实施例，该第一外接端220可以用于连接负载，该第二外接端250可以用于连接电压源，此时，可选地，该电压转换器200可以用于将电压源提供的输入电压进行升压转换后提供至负载，即该电压转换器200为升压转换器。作为另一个可选实施例，该第一外接端220用于连接电压源，该第二外接端250用于连接负载，此时，可选地，该电压转换器200可以用于将电压源提供的输入电压进行降压转换后提供至负载，即该电压转换器200为降压转换器，本发明实施例对此不做限定。

可选地，该第一储能元件213和该第二储能元件240可以为能够储存能量并且能够释放储存的能量的元件，例如电容器、电感器，等等。可选地，该第一储能元件213和该第二储能元件240可以具有不同的器件类型。作为一个可选实施例，该第一储能元件213为电容器，该第二储能元件240为电感器，但本发明实施例对此不做限定。

可选地，该电压转换器200包括的第一储能元件213的数量可以为一个或多个，该电压转换器200包括的第二储能元件240的数量可以为一个或多个，本发明实施例对此不做限定。图3示例性地示出了该电压转换器200包括一个第一储能元件213和一个第二储能元件240，但本发明实施例不限于此。

在电压转换器200中，一个转换周期(以下称为第一转换周期)可以包括第一时间段和第二时间段，其中，第二时间段可以位于该第一时间段之后，该第二时间段的长度可以等于或不等于该第一时间段的长度，本发明实施例对该第一时间段和第二时间段的长度不做限定。

作为另一个可选实施例，该电压转换器200还可以包括电容器C_L，其中，该电容器的一端可以与该电压转换器200的第二外接端250连接,该电容器的另一端可以接地，其中，如果该第二储能元件为电感器，该电容器C_L与第二储能元件可以构成滤波电路，但本发明实施例不限于此。

可选地，在第一时间段，第一开关元件211可以处于导通状态，第二开关元件212和第三开关元件230可以均处于断开状态，以使得由电压源、第一开关元件211、第一储能元件213、第二储能元件240和负载依次串联连接所构成的第一充电回路处于导通状态，该第一储能元件213和该第二储能元件240充电蓄能。

可选地，在第二时间段，第一开关元件211可以处于断开状态，第二开关元件212和第三开关元件230可以处于导通状态，以使得上述第一充电回路处于断开状态，由该第一储能元件213、第二开关元件212、负载和第三开关元件230依次串联连接所构成的第一放电回路处于导通状态，并且由该第二储能元件240、负载和第三开关元件230依次串联连接所构成的第二放电回路处于导通状态，第一储能元件213和第二储能元件240放电释能，但本发明实施例不限于此。

在本发明实施例中，该第一储能元件可以通过第一放电回路向该负载释放储存的能量，其中，可选地，该第一放电回路中的储能元件可以为该第一储能元件，也就是说，该第一放电回路中可以不包括除该第一储能元件之外的其他储能元件。该第二储能元件可以通过第二放电回路向负载释放储存的能量。可选地，该第一储能元件和该第二储能元件可以在第二时间段并联连接，但本发明实施例不限于此。

作为另一个可选实施例，该电压转换器200可以包括：开关电路、第一储能元件和第二储能元件。

具体地，该开关电路可以用于在第一时间段导通第一充电回路，其中，可选地，在该第一充电回路中，由该电压源向该第一储能元件、该第二储能元件以及该负载提供能量。此时，该第一储能元件和该第二储能元件可以均处于充电储能状态。可选地，在该第一时间段，该电压源可以与该第一储能元件、该第二储能元件和该负载串联连接，但本发明实施例不限于此。

该开关电路还可以用于在第二时间段断开该第一充电回路，并且导通第一放电回路和第二放电回路，其中，在该第一放电回路中，由该第一储能元件向该负载提供能量，在该第二放电回路中，由该第二储能元件向该负载提供能量。此时，该第一储能元件和该第二储能元件可以均处于放电释能状态。

该开关电路可以包括一个或多个开关元件。可选地，该开关电路可以包括第一开关元件，其中，该第一开关元件串联在第一充电回路中。

具体地，在该第一充电回路中，该第一开关元件可以与该第一储能元件、该第二储能元件和该负载串联连接，本发明实施例对该第一开关元件、该第一储能元件、该第二储能元件以及该负载之间的连接顺序不做限定。

该第一开关元件可以用于导通或断开该第一充电回路。可选地，该第一开关元件可以在第一时间段导通该第一充电回路，并且在该第二时间段断开该第一充电回路。例如，该第一开关元件可以在第一时间段处于导通状态或处于闭合状态，并且在第二时间段处于断开状态，但本发明实施例不限于此。

作为一个可选实施例，在该电压转换器200中，该第一开关元件的第一端可以与第一外接端连接，该第一开关元件的第二端可以与该第一储能元件的第一端连接。可选地，该第一储能元件的第二端可以与该第二储能元件的第一端连接，该第二储能元件的第二端可以与第二外接端连接，但本发明实施例不限于此。

可选地，该开关电路可以包括第二开关元件，其中，该第二开关元件可以串联在该第一放电回路中。

具体地，在该第一放电回路中，该第二开关元件可以与该第一储能元件和负载串联连接，但本发明实施例对该第二开关元件、第一储能元件和该负载之间的连接顺序不做限定。

可选地，该第二开关元件可以用于导通或断开该第一放电回路。可选地，该第二开关元件可以在第一时间段断开该第一放电回路，并且在该第二时间段导通该第一放电回路。例如，该第二开关元件可以在第一时间段处于断开状态，并且在第二时间段处于导通状态或处于闭合状态，但本发明实施例不限于此。

作为一个可选实施例，在该电压转换器200中，该第二开关元件的第一端可以分别与该第一储能元件的第一端连接，该第二开关元件的第二端可以与该电压转换器200的第二外接端连接。此时，可选地，该第一储能元件的第一端可以分别与该第一开关元件的第二端和该第二开关元件的第一端连接，但本发明实施例不限于此。

可选地，该开关电路可以包括第三开关元件，其中，该第三开关元件可以串联在第二放电回路中。

具体地，在该第二放电回路中，该第三开关元件可以与该第二储能元件和负载串联连接，但本发明实施例对该第三开关元件、第二储能元件和该负载之间的连接顺序不做限定。

可选地，该第三开关元件可以用于导通或断开该第二放电回路。可选地，该第三开关元件可以在第一时间段断开该第二放电回路，并且在该第二时间段导通该第二放电回路。例如，该第三开关元件可以在第一时间段处于断开状态，并且在第二时间段处于导通状态或处于闭合状态，但本发明实施例不限于此。

可选地，该第三开关元件可以同时串联在该第一放电回路和该第二放电回路中。

作为一个可选实施例，在该电压转换器200中，该第三开关元件的第一端可以与该第一储能元件的第二端连接，该第三开关元件的第二端可以接地。此时，可选地，该第一储能元件的第二端可以分别与第二储能元件的第一端以及该第三开关元件的第一端连接，但本发明实施例不限于此。

作为另一个可选实施例，如图4所示，该储能电路210还可以包括：M个第三储能元件214(第三储能元件1、…、第三储能元件M)、M个第四开关元件215(第四开关元件1、…、第四开关元件M)、M个第五开关元件216(第五开关元件1、…、第五开关元件M)和M个第六开关元件217(第六开关元件1、…、第六开关元件M)，其中，M为大于或等于1的整数。

可选地，该第三储能元件214可以为不同于该第一储能元件213和该第二储能元件240的器件，或者，该第三储能元件214也可以为与该第一储能元件213或第二储能元件240相同的器件。作为一个可选实施例，该第三储能元件214可以为电容器，但本发明实施例不限于此。

可选地，第四开关元件1的第一端可以耦合至该储能电路210的第一端，即该第四开关元件1的第一端可以耦合至该第一外接端，第四开关元件1的第二端可以分别与第三储能元件1的第一端以及第五开关元件1的第一端连接。第五开关元件1的第二端可以与第二外接端连接。第三储能元件1的第二端可以分别与第四开关元件2的第一端以及第六开关元件1的第一端连接。

当i为大于或等于2且小于或等于M的整数时，第四开关元件i的第一端可以与第三储能元件i-1的第二端连接，该第四开关元件i的第二端可以分别与第三储能元件i的第一端以及第五开关元件i的第一端连接。该第五开关元件i的第二端可以与该第二外接端连接。第三储能元件i的第二端可以与第六开关元件i的第一端连接。该第六开关元件i的第二端可以接地。如果i＝M，则第三储能元件i的第二端还可以与第一开关元件211的第一端连接。

可选地，该M个第三储能元件214中的部分或全部第三储能元件可以在该第一时间段处于充电蓄能状态，并且在第二时间段处于放电释能状态，但本发明实施例不限于此。

可选地，该M个第四开关元件可以串联在该第一充电回路中。该M个第四开关元件可以用于导通或断开该第一充电回路。作为一个可选实施例，在第一时间段，该M个第四开关元件中的每个第四开关元件可以处于导通状态，以使得该第一充电回路处于导通状态。在该第二时间段，该M个第四开关元件中的每个第四开关元件可以处于断开状态，以使得该第一充电回路处于断开状态，但本发明实施例不限于此。

可选地，在该第一充电回路中，该电压源还可以用于为该M个第三储能元件中的每个第三储能元件充电。可选地，在该第一充电回路中，该M个第三储能元件214可以串联连接，此外，该M个第三储能元件214还可以进一步与该电压转换器的第一外接端、该M个第四开关元件、该第一开关元件211、该第一储能元件213、该第二储能元件240和负载串联连接。

可选地，在第二时间段，处于放电状态的每个第三储能元件214可以对应一个放电回路，以下称为第三放电回路。作为一个可选实施例，在第二时间段，可以具有M个第三放电回路，该M个第三放电回路可以与该M个第三储能元件一一对应，并且在每个第三放电回路中，可以由对应的第三储能元件向负载释放储存的能量，但本发明实施例不限于此。

可选地，该M个第五开关元件214可以与该M个第三储能元件214一一对应，其中，每个第五开关元件214可以用于导通或断开包括对应的第三储能元件214的第三放电回路。在第三放电回路中，第五开关元件214可以与对应的第三储能元件214串联连接。作为一个可选实施例，每个第五开关元件214可以用于在第一时间段断开包括对应的第三储能元件214的第三放电回路，并且在第二时间段导通包括对应的第三储能元件214的第三放电回路，例如，每个第五开关元件可以在第一时间段处于断开状态，并且在第二时间段处于导通状态，但本发明实施例不限于此。

可选地，该M个第六开关元件可以与该M个第三储能元件214一一对应，每个第六开关元件可以用于导通或断开包括对应的第三储能元件214的第三放电回路。在第三放电回路中，第六开关元件可以与对应的第三储能元件214串联连接。作为一个可选实施例，第六开关元件可以用于在第一时间段断开包括对应的第三储能元件214的第三放电回路，并且在第二时间段导通包括对应的第三储能元件214的第三放电回路，例如，每个第六开关元件可以在第一时间段处于断开状态，并且在第二时间段处于导通状态，但本发明实施例不限于此。

作为一个可选实施例，在第二时间段，由第三储能元件i、第五开关元件i、第六开关元件i和负载串联连接所构成的第三放电回路导通，由第三储能元件i向负载提供能量，但本发明实施例不限于此。

应理解，在图4所示的例子中，该储能电路210包括M个第四开关元件、M个第五开关元件和M个第六开关元件。但本发明实施例对该储能电路210包括的第四开关元件、第五开关元件和第六开关元件的数量不做限定。

作为另一个可选实施例，该电压转换器200还可以包括第七开关元件260，该第七开关元件260可以用于使得该储能电路210中的储能元件(例如第一储能元件213，或者第一储能元件213和M个第三储能元件214)处于工作状态或旁路状态。其中，可选地，当该储能电路210中的储能元件处于工作状态时，该电压转换器200可以工作在第一工作模式。在该第一工作模式下，该电压转换器200的工作原理可以参照上文中对于电压转换器200的描述。可选地，当该储能电路210中的储能元件处于旁路状态时，该电压转换器200可以工作在第二工作模式。

若该电压转换器200处于第二工作模式下，在第三时间段内，第二充电回路可以处于导通状态，其中，在该第二充电回路中，由电压源向该第二储能元件240以及负载提供能量，该第二储能元件充电蓄能。此时，该第二充电回路中可以不包括该储能电路210中的储能元件。可选地，在位于第三时间段之后的第四时间段，该第二充电回路可以处于断开状态，该第二放电回路可以处于导通状态，由该第二储能元件240向负载提供能量，但本发明实施例不限于此。

可选地，在第二工作模式下，该电压转换器200可以具有第二转换周期，该第二转换周期可以包括该第三时间段和位于该第三时间段之后的该第四时间段。可选地，该第二转换周期和第一转换周期可以相同或不同，该第一时间段和该第三时间段的长度可以相同或不同，第二时间段和第四时间段的长度可以相同或不同，本发明实施例对此不做限定。

作为一个可选实施例，如图5所示，该第七开关元件260的第一端可以与该第一外接端连接，该第七开关元件260的第二端可以与该第一储能元件213的第二端、该第二储能元件240的第一端以及该第三开关元件230的第一端连接，但本发明实施例不限于此。

可选地，在第二工作模式下，该第一开关元件211和第二开关元件212可以始终保持断开状态。

在第三时间段，第七开关元件260可以处于导通状态，该第三开关元件230可以处于断开状态，以使得由该电压源、第七开关元件260、第二储能元件240和负载依次串联连接构成的第二充电回路处于导通状态，第二储能元件240充电蓄能。

在第四时间段，该第七开关元件260可以处于断开状态，该第三开关元件230可以处于导通状态，以使得该第二充电回路处于断开状态，由第二储能元件240、负载和第三开关元件230构成的第二放电回路处于导通状态，第二储能元件240放电释能，但本发明实施例不限于此。

当该电压转换器200在该第二工作模式下达到稳态时，可以满足上式(1)和(2)，但本发明实施例不限于此。

可选地,本发明实施例中的开关元件可以为半导体MOSFET晶体管、半导体整流器或半导体二极管等器件，等等，本发明实施例对此不做限定。

作为另一个可选实施例，该电压转换器200还可以包括：控制器，用于向该电压转换器200中的各个开关元件发送驱动信号，以控制各个开关元件的状态。其中，可选地，该控制器可以具体为控制电路或控制芯片，本发明实施例对此不做限定。

图6示出了本发明实施例提供的电压转换器300示例，其中，这里假设该电压转换器300为降压转换器。如图6所示，该电压转换器300包括：用于连接电压源的第一外接端320、功率管开关311、功率管开关312、电容器313、功率管开关330、电感器340、电容器370和用于连接负载的第二外接端350，其中，电感器340和电容器370构成滤波电路。

具体地，在电压转换器300中，第一储能元件为电容器C_F，第二储能元件为电感器L，各个开关元件均为功率管开关。

可选地，在第一时间段内，功率管开关311可以处于导通状态，功率管开关312和功率管开关330可以处于断开状态，以使得由耦合至第一外接端的电压源、功率管开关311、电容器313、电感器340和耦合至第二外接端的负载R串联连接构成的第一充电回路处于导通状态，该电容器313和电感器340均处于充电蓄能状态。可选地，在第二时间段，功率管开关311可以处于断开状态，功率管开关312和功率管开关330处于导通状态，以使得该第一充电回路处于断开状态，由该电容器313、功率管开关312、负载R和功率管开关330串联连接构成的第一放电回路处于导通状态，该电容器313通过该第一放电回路释放存储的能量，并且由该电感器340、负载R和功率管开关330串联连接构成的第二放电回路处于导通状态，该电感器340通过该第二放电回路释放存储的能量。

此外，图6示例性地示出了该电压转换器300包括一个电容器C_F，可选地，该电压转换器300可以包括N个电容器C_F，该N个电容器C可以在第一时间段均处于充电状态，在第二时间段分别对应一个放电回路，并通过对应的放电回路向负载释放存储的能量，其中，可选地，N可以等于M+1，也就是说，上述M个第三储能元件可以均为电容器C_F。这样，当该电压转换器300的电路达到稳态时，可以满足以下关系：

其中，V_out为输出负载的电压，即该电压转换器的输出电压，V_in为电压源，即该电压源向该电压转换器提供的输入电压，D₁为占空比，等于第一时间段与第一转换周期之间的比值，I_L为电感电流，I_out为输出电流。

由式(3)可知，与图1所示的典型BUCK降压电路相比，本发明实施例提供的电压转换器在电路达到稳态以后，电感电流降低为输出电流I_out的这样，电感绕组DCR的损耗降低至此外，在本发明实施例提供的电压转换器中，端点LX处的电压摆幅降低至V_in-N×V_out，这样，端点LX处的寄生电容损耗降低至这样，与图1所示的典型BUCK降压电路相比，通过降低电路损耗，本发明实施例提供的电压转换器的能量转换效率得到有效提升。

本发明实施例还提供了一种电压转换系统，该电压转换系统可以包括上文所述的任意电压转换器以及耦合至该电压转换器的电压源和负载。具体结构和工作原理可以参见上文描述，为了简洁，这里不再赘述。

以上结合图2至图6详细描述了本发明实施例提供的电压转换器，下面结合图7详细介绍本发明实施例提供的电压转换器的控制方法。

图7示出了本发明实施例提供的电压转换器的控制方法400，其中，可选地，该电压转换器可以具体为上文所述的任意电压转换器200，但本发明实施例对此不做限定。该方法400包括：

S410，向第一开关元件发送第一驱动信号，并向该第二开关元件和该第三开关元件发送第二驱动信号，以使得耦合至该电压转换器的电压源在第一时间段为该第一储能元件和该第二储能元件充电，其中，该第一驱动信号用于控制该第一开关元件在该第一时间段处于导通状态，向该第二开关元件和该第三开关元件发送的该第二驱动信号分别用于控制该第二开关元件和该第三开关元件在该第一时间段处于断开状态；

S420，向第一开关元件发送第三驱动信号，并向该第二开关元件和该第三开关元件发送第四驱动信号，以使得该第一储能元件和该第二储能元件在位于该第一时间段之后的第二时间段分别向耦合至该电压转换器的负载放电，其中，该第三驱动信号用于控制该第一开关元件在该第二时间段处于断开状态，向该第二开关元件和该第三开关元件发送的该第四驱动信号分别用于控制该第二开关元件和该第三开关元件在该第二时间段处于导通状态。

可选地，在S410和S420中，控制器可以同时或以任意先后顺序向各个开关元件发送驱动信号。此外，S410和S420可以同时执行或者S410可以在S420之前执行，本发明实施例对此不做限定。

可选地，该第一驱动信号和第二驱动信号可以为相同或不同的信号，该第三驱动信号和该第四驱动信号可以为相同或不同的信号，本发明实施例对此不做限定。

可选地，该方法400还包括：控制器向第七开关元件发送第五控制信号，该第五控制信号用于控制该第七开关元件在该第一时间段和该第二时间段均处于断开状态。

可选地，该方法400还包括：

控制器向该第七开关元件发送第六控制信号，并向该第一开关元件、该第二开关元件和该第三开关元件发送第七开关信号，以使得该电压源在该第三时间段为该第二储能元件充电，其中，该第六控制信号用于控制该第七开关元件在该第三时间段处于导通状态，向该第一开关元件、该第二开关元件和该第三开关元件发送的该第七开关信号分别用于控制该第一开关元件、该第二开关元件和该第三开关元件在该第三时间段处于断开状态；

控制器向该第七开关元件、该第一开关元件和该第二开关元件发送第八控制信号，并向该第三开关元件发送第九控制信号，以使得该第二储能元件在位于该第三时间段之后的第四时间段向该负载放电，其中，向该第七开关元件、该第一开关元件和该第二开关元件发送的该第八控制信号分别用于控制该第七开关元件、该第一开关元件和该第二开关元件在该第四时间段处于断开状态，该第九控制信号用于控制该第三开关元件在该第四时间段处于导通状态。

作为另一个可选实施例，该控制方法400包括：向电压转换器中的开关电路发送第一驱动信号，以使得该开关电路在第一时间段导通第一充电回路，其中，在该第一充电回路中，由耦合至该电压转换器的电压源向该第一储能元件、该第二储能元件以及该负载提供能量；以及向该开关电路发送第二驱动信号，以使得该开关电路在位于该第一时间段之后的第二时间段断开该第一充电回路，并且导通第一放电回路和第二放电回路，其中，在该第一放电回路中，由该第一储能元件向该负载提供能量，在该第二放电回路中，由该第二储能元件向该负载提供能量。

可选地，该第一驱动信号和该第二驱动信号可以分别是在第一时间段和第二时间段发送的，也可以是同时发送或任意先后顺序发送，本发明实施例对此不做限定。

可选地，该第一驱动信号可以用于控制第一开关元件在第一时间段处于导通状态，该第二驱动信号可以用于控制该第一开关元件在第二时间段处于断开状态，但本发明实施例不限于此。

可选地，该第一驱动信号可以用于控制第二开关元件在第一时间段处于断开状态，该第二驱动信号可以用于控制该第二开关元件在第二时间段处于导通状态，但本发明实施例不限于此。

可选地，该第一驱动信号可以用于控制第三开关元件在第一时间段处于断开状态，该第二驱动信号可以用于控制该第三开关元件在第二时间段处于导通状态，但本发明实施例不限于此。

可选地，在向该开关电路发送第一驱动信号和第二驱动信号之前，该方法400还可以包括：

向第七开关元件发送第三驱动信号，以使得该第七开关元件处于断开状态。

可选地，该方法400还可以包括：向该第七开关元件发送第四驱动信号，以使得该第七开关元件将第一储能元件旁路。

可选地，该方法还可以包括：向该开关电路发送第五驱动信号，以使得该开关电路在第三时间段内导通第二充电回路，以及向该开关电路发送第六驱动信号，以使得该开关电路在位于该第三时间段之后的第四时间段断开该第二充电回路并导通该第二放电回路，其中，在该第二充电回路中，由电压源向该第二储能元件和该负载提供能量。

在一个可选例子中，本领域技术人员可以理解，方法400可以由上述实施例中的控制器执行，为避免重复，在此不再赘述。

应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

还应理解，在本发明实施例中，相同的元件对应于类似的附图标记。此外，上文对本发明实施例的描述着重于强调各个实施例之间的不同之处，未提到的相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，这里不再赘述。

还应理解，在本文中，A与B连接可以表示A与B直接连接，或者A与B间接连接，例如A通过一个或多个元件与B连接，本发明实施例对此不做限定。

此外，本文中术语“系统”和“网络”在本文中常被可互换使用。本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。