本公开涉及开关电容器功率转换器以及用于操作开关电容器功率转换器的方法。
背景技术
开关电容器功率转换器(scpc)是包括可以提供不同于scpc的直流(dc)输入电压的dc输出电压的电容器和开关的组合的电路。
技术实现要素：
根据本公开的第一方面，提供了一种开关电容器功率转换器，包括：输入端；输出端；多个电容器；多个开关，用于将所述多个电容器选择性地连接至彼此、和/或至所述输入端、和/或至所述输出端、和/或参考端；以及控制器，被配置成基于所述输出电压来操作所述多个开关，从而使得所述多个电容器中的一个或多个电容器连接在所述输入端与所述输出端之间作为：第一拓扑，以提供第一转换比；或第二拓扑，以提供第二转换比，其中所述第二转换比不同于所述第一转换比。
在一个或多个实施例中，所述控制器可以被配置成基于所述输出电压与预定阈值电压条件之间的比较来操作所述多个开关。
在一个或多个实施例中，所述开关电容器功率转换器另外包括参考端。所述输入端可以被配置成接收输入电压。所述输出端可以被配置成提供输出电压。所述多个电容器中的每个电容器可以包括第一板和第二板。所述控制器可以耦合至：所述多个开关；和所述电压输出端。所述控制器可以包括时钟信号输入端，所述时钟信号输入端被配置成接收时钟信号，所述时钟信号具有第一相位和第二相位。所述控制器可以被配置成将所述输出电压与预定阈值电压条件进行比较。
在一个或多个实施例中，如果所述输出电压满足所述预定阈值电压条件，则所述控制器可以：根据所述第一相位期间的第一输入拓扑来配置第一选定组的所述多个开关，从而使得第一选定组的所述多个电容器中的每个电容器的所述第一板耦合至所述电压输入端，并且所述第一选定组的所述多个电容器中的每个电容器的所述第二板耦合至所述输出端；以及根据所述第二相位期间的第一输出拓扑来配置所述第一选定组的所述多个开关，从而使得第一选定组的所述多个电容器中的每个电容器的所述第一板耦合至所述电压输出端，并且所述第一选定组的所述多个电容器中的每个电容器的所述第二板耦合至所述参考端。
在一个或多个实施例中，如果所述输出电压不满足所述预定阈值电压条件，则所述控制器可以：根据所述第一相位期间的第二输入拓扑来配置第二选定组的所述多个开关，从而使得第二选定组的所述多个电容器中的每个电容器的所述第一板耦合至所述电压输入端，并且所述第二选定组的所述多个电容器中的每个电容器的所述第二板耦合至所述输出端；以及根据所述第二相位期间的第二输出拓扑来配置所述第二选定组的所述多个开关，从而使得第二选定组的所述多个电容器中的每个电容器的所述第一板耦合至所述电压输出端，并且所述第二选定组的所述多个电容器中的每个电容器的所述第二板耦合至所述参考端。
在一个或多个实施例中，所述第一输入拓扑可以不同于所述第二输入拓扑，并且所述第一输出拓扑可以不同于所述第二输出拓扑。
在一个或多个实施例中，所述第一输入拓扑和所述第一输出拓扑可以被配置成提供处于第一输出电压值的所述输出电压，所述第一输出电压值是基于第一比率值与所述输入电压的乘积；并且所述第二输入拓扑和所述第二输出拓扑可以被配置成提供处于第二输出电压值的所述输出电压，所述第二输出电压值是基于第二比率值与所述输入电压的乘积，其中所述第一比率值不同于所述第二比率值。
在一个或多个实施例中，可以选择所述第二输入拓扑和所述第二输出拓扑，从而使得所述第一比率值与所述第二比率值之差小于预定比率值。
在一个或多个实施例中，所述控制器可以被配置成基于以下各项中的一项或多项来设置所述预定比率值：所述预定阈值电压条件；和所述输入电压。
在一个或多个实施例中，所述预定阈值电压条件可以包括上电压值和下电压值；并且所述控制器可以被配置成基于所述上电压值和所述下电压值来设置所述预定比率值。
在一个或多个实施例中，所述控制器可以被配置成基于所述上电压值与所述下电压值之差除以所述输入电压的输入电压值来设置所述预定比率值。
在一个或多个实施例中，所述第二输入拓扑和所述第二输出拓扑可以被配置成提供所述输出电压，从而使得所述输出电压满足所述预定阈值电压条件。
在一个或多个实施例中，所述预定阈值电压条件可以包括上电压值和下电压值，并且：如果所述输出电压在所述上电压值与所述下电压值之间，所述输出电压满足所述预定阈值电压条件；或者如果所述输出电压不在所述上电压值与所述下电压值之间，所述输出电压不满足所述预定阈值电压条件。
在一个或多个实施例中，所述控制器可以被配置成根据以下各项中的一项或多项来设置所述预定阈值电压条件：所述输出电压；所述输入电压；输出电流；以及开关频率。
在一个或多个实施例中，所述预定阈值电压条件可以包括上电压值和下电压值，并且如果所述第一输入拓扑和所述第一输出拓扑所提供的所述输出电压具有第一输出电压值，所述第一输出电压值：大于所述上电压值；或小于所述下电压值，则所述控制器可以被配置成设置所述第二输入拓扑和所述第二输出拓扑，从而使得所述输出电压具有第二输出电压值，所述第二输出电压值在所述上电压值与所述下电压值之间。
在一个或多个实施例中，所述时钟信号可以具有在上频率与下频率之间的频率。
在一个或多个实施例中，所述频率可以具有常数值。
在一个或多个实施例中，所述多个电容器可以包括一个或多个可变电容器，并且其中所述控制器可以被配置成基于所述输出电压来设置所述一个或多个可变电容器的一个或多个对应的电容值。所述多个电容器中的一个或多个电容器可被实现为可以选择性地与彼此并联连接或与彼此断开连接以提供可变的电容值的多个电容器。
在一个或多个实施例中，所述多个电容器可以包括一个或多个可变电容器，并且其中所述控制器可以被配置成基于所述输出电压来设置所述一个或多个可变电容器的一个或多个对应的电容值。
在一个或多个实施例中，所述开关电容器功率转换器可以另外包括：多个附加开关；以及一个或多个附加电容器，每个附加电容器具有第一板和第二板，其中所述控制器可以被配置成将所述输出电压与附加预定阈值电压条件进行比较，并且如果所述输出电压不满足所述附加预定阈值电压条件，则：根据所述第一相位期间的第一附加输入拓扑来配置第一选定组的所述多个附加开关，从而使得第一选定组的所述一个或多个附加电容器中的每个附加电容器的所述第一板耦合至所述电压输入端，并且所述第一选定组的所述一个或多个附加电容器中的每个附加电容器的所述第二板耦合至所述输出端；以及根据所述第二相位期间的第一附加输出拓扑来配置所述第一选定组的所述多个附加开关，从而使得所述第一选定组的所述一个或多个附加电容器中的每个附加电容器的所述第一板耦合至所述电压输出端，并且所述第一选定组的所述一个或多个附加电容器中的每个附加电容器的所述第二板耦合至所述参考端。
在一个或多个实施例中，所述附加预定阈值电压条件可以包括附加上电压值和附加下电压值，并且其中：所述附加上电压值可以小于或等于所述上电压值；和/或所述附加下电压值可以大于或等于所述下电压值。
在一个或多个实施例中，可以提供一种集成电路或一种电子装置，包括根据本公开所述的任何开关电容器功率转换器。
附图说明
虽然本公开可采用各种修改和替代形式，但是本公开的细节已通过举例的方式示出在附图中并且将更加详细地进行描述。然而，应理解的是，除了所描述的特定实施例之外，其它实施例也是可能的。落入所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等效物以及替代性实施例也被涵盖。
以上讨论并不旨在表示当前或未来权利要求组的范围内的每个实例实施例或每种实施方式。随后的附图和具体实施方式也例证了各个实例实施例。在结合附图考虑以下具体实施方式时，可以更加完整地理解各个实例实施例。
现在将参考附图仅通过举例的方式对一个或多个实施例进行描述，在附图中：
图1示出了相当于开关电容器功率转换器的连续时间的电路的例子；
图2示出了开关电容器功率转换器的等效输出阻抗相对于开关频率的图表的例子；
图3示出了具有闭环反馈控制的开关电容器功率转换器的示意图的实例实施例；
图4示出了示出图3的开关电容器功率转换器的输入电压、输出电压和转换比的图表的实例实施例；
图5示出了处于第一开关相位和处于第二开关相位的开关电容器功率转换器的第一实例实施例；
图6示出了处于第一开关相位和处于第二开关相位的开关电容器功率转换器的第二实例实施例；
图7示出了处于第一开关相位和处于第二开关相位的开关电容器功率转换器的第三实例实施例；
图8示出了处于第一开关相位和处于第二开关相位的开关电容器功率转换器的第四实例实施例；
图9示出了具有可开关浮动电容器的开关电容器功率转换器的实例实施例；并且
图10示出了示出图9的开关电容器功率转换器的输入电压、输出电压和转换比的图表的实例实施例，其中输出阻抗经由浮动电容调制进行调制。
具体实施方式
图1示出了压控电压源100。scpc可被建模为图1的压控电压源100的例子。压控电压源100具有转换比m。即，压控电压源100的输出侧104处所提供的电压vo是压控电压源100的输入侧102处所提供的电压vin的m倍。通常，scpc的转换比是scpc100的输入电压与输出电压之比。将了解，转换比可以大于或小于一。
压控电压源100具有当从输出节点108处获取(或注入)电流时可引起电压降的等效输出阻抗106(rout)。在输出电流(io)不同于零时，等效输出阻抗106的存在是vo为何可能不恰好等于转换比与输入电压的乘积(m*vin)的原因。
图2示出了展示scpc的性能的图表200的例子。图表200示出了绘制在竖直轴202上的等效输出阻抗和绘制在水平轴204上的开关频率。实线210描绘了scpc的性能的理想化渐近限制，同时虚线212示出了scpc的真实性能。电力可由scpc通过改变scpc的开关频率、在特定输出电压下、在不同输出阻抗的范围内供应。scpc的输出电压取决于外部参数，如提供到scpc的输入电压和由scpc提供到外部负载的输出电流。输出电压还取决于内部参数，如转换比(m)或等效输出阻抗(rout)。
scpc可以操作的最高等效输出阻抗(rssl)与scpc的缓慢开关限制相对应。rssl是开关频率(fs)和电容(c)两者的函数：rssl＝f(fs，c)。scpc可以操作的最低等效输出阻抗(rfsl)与scpc的快速开关限制相对应。rfsl是开关在“打开”时的电阻(ron)的函数：rfsl＝f(ron)。
外部参数可能超出scpc的设计者的控制、但可以在设计规范范围内变化。为了提供处于期望值或值的范围的输出电压，可能可以的是采用转换比或输出阻抗。
在一些例子中，可以通过前馈控制系统来修改转换比，所述前馈控制系统观察输入电压并且响应于输入电压的变化来改变转换比。可以通过调谐开关频率来修改等效输出阻抗。对开关频率的适当调谐可使开关损耗最小化(由此提高scpc的功率效率)。然而，修改开关频率的一个重要缺点在于，所生成的噪声的频谱变得依赖于输入电压和/或输出电流和/或电容器的精确值和/或开关的导通电阻(ron)，因为开关频率可以基于输入电压和/或输出电流的变化而改变。输入电压和/或输出电流的变化(在特定范围内)难以预测。因此，开关频率以及因此scpc的所生成的开关噪声的频谱也难以预测。缺乏对开关噪声的频谱的控制可能造成不想要的干扰，这在scpc与噪声敏感系统一起使用时可能尤其成问题。
图3示出了scpc300的实例实施例，所述实例实施例包括用于设置scpc300的转换比(m)的反馈控制。有利的是，这可以在不需要改变scpc300的开关频率的情况下使能提供输出电压的期望范围，以用于改变输入电压或输出电流水平。
scpc300具有被配置成接收输入电压的电路输入端302和被配置成提供输出电压的电压输出端304。在此例子中，输入电压可以在3.6v与2v之间变化，同时输出电压应被限制到在1.7v与1.8v之间的值，其中输出电流为5.55μa。scpc300具有参考端306或浮动参考端，参考端306可以是接地端。scpc300具有连接在输出端304与参考端306之间的可选的平滑电容器308。
scpc300包括可以被配置成提供11个不同的转换比中的任何一个转换比的八个25pf电容器和73个开关。将了解，本公开的scpc可以具有任何数量的电容器和开关。每个电容器具有第一板和第二板。每个开关可以是打开的且因此非导电的、或者闭合的且因此导电的。例如，在一些例子中，开关可以是晶体管。下文中关于图5至图7描述了提供不同转换比的电容器和开关的不同构型的特定例子。
通常，scpc300可以具有多个电容器和多个开关，所述多个电容器和所述多个开关被安排成使得所述多个开关被配置成将所述多个电容器选择性地连接至彼此、和/或至电压输入端302、和/或至电压输出端304。电压输入端302是输入端的例子并且电压输出端304是输出端的例子。
scpc300具有耦合至开关和电压输出端304的控制器310。以此方式，控制器310将能够感测输出电压、并且将控制信号提供到开关以便选择性地连接电容器中的一个或多个电容器，从而提供在1.7v到1.8v的期望范围内的输出电压。即，控制器310可以基于感测到的输出电压来控制scpc300的转换比(m)。
控制器310具有被配置成接收时钟信号的时钟信号输入端(未示出)。在一些例子中，时钟信号可由控制器310内的组件生成，而在其它例子中，时钟信号可在外部生成。
时钟信号具有第一相位和第二相位。第一相位可被视为输入相位(因为在此相位期间，能量可以从电压输入端302提供到电容器)。第二相位可被视为输出相位(因为在此相位期间，能量可以从电容器提供到电压输出端304)。时钟信号是周期性的并且由与第二相位穿插的多个第一相位组成。在一些例子中，时钟信号可以是正弦波信号或方波信号。
控制器310被配置成将输出电压与预定阈值电压条件进行比较。在此例子中，预定阈值电压条件包括上电压值(vh)和下电压值(vl)。控制器310具有被配置成接收第一高输入端314处的上电压值和第二高输入端316处的输出电压的上比较器312。如果输出电压高于上电压值，则上比较器312发送高信号到比率控制模块320。类似地，控制器310具有被配置成接收第一低输入端324处的下电压值和第二低输入端326处的输出电压的下比较器322。如果输出电压低于下电压值，则下比较器322发送低信号到比率控制模块320。高信号还可被描述为向下信号(因为其指示转换比太‘高’且需要‘向下’调整)。低信号还可被描述为向上信号(因为转换比太‘低’且需要‘向上’调整)。
如果输出电压在上电压值(vh)与下电压值(vl)之间，输出电压可以满足预定阈值电压条件。相反地，如果输出电压不在上电压值(vh)与下电压值(vl)之间，输出电压不满足预定阈值电压条件。
在一些例子中，控制器310可以可选地被配置成根据以下各项中的一项或多项来设置预定阈值电压条件(如vh和vl中的一者或两者)：输出电压；输入电压；输出电流；以及开关频率。这可以提供优势，由此可以例如在输入电压或输出电流低时提供较窄范围的输出电压。
在输出电压满足预定阈值电压条件时，因为输出电压在上电压值与下电压值之间，因此高信号和低信号均未在比率控制模块320处被接收。因此，比率控制模块320提供控制信令以根据第一相位期间的第一输入拓扑来配置第一选定组的开关，从而使得第一选定组的电容器中的每个电容器的第一板耦合至电压输入端302，并且第一选定组的电容器中的每个电容器的第二板耦合至输出端304。然后，比率控制模块320提供控制信令以根据第二相位期间的第一输出拓扑来配置第一选定组的开关，从而使得第一选定组的电容器中的每个电容器的第一板耦合至电压输出端304，并且第一选定组的电容器中的每个电容器的第二板耦合至参考端306。以此方式，控制第一选定组的开关，从而使得scpc300维持转换比(m)的当前水平并且供应到电压输出端304的输出电压保持在期望的电压范围内。
在此例子中，比率控制模块320将比率控制信号330提供到包含scpc300的开关和电容器的主模块340。比率控制信号330表示期望的转换比(m)。主模块340内的电路系统接收比率控制信号330并且相应地通过发送开关控制信号到相关开关来配置开关。将了解，在其它例子中，比率控制模块320可以将开关控制信号直接提供到主模块340内的开关。
可替代地，在输出电压不满足预定阈值电压条件时，比率控制模块320接收高信号或低信号，所述高信号或所述低信号分别指示必须减小或增大提供期望范围内的输出电压所需要的所需转换比。因此，比率控制模块320提供控制信令以根据第一相位期间的第二输入拓扑来配置第二选定组的开关，从而使得第二选定组的电容器中的每个电容器的第一板耦合至电压输入端302，并且第二选定组的电容器中的每个电容器的第二板耦合至输出端304。比率控制模块320还提供控制信令以根据第二相位期间的第二输出拓扑来配置第二选定组的开关，从而使得第二选定组的电容器中的每个电容器的第一板耦合至电压输出端304，并且第二选定组的电容器中的每个电容器的第二板耦合至参考端306。由于第一输入拓扑不同于第二输入拓扑并且第一输出拓扑不同于第二输出拓扑，因此转换比(m)也不同。以此方式，控制第二选定组的开关，从而使得scpc300应用较高或较低的转换比，从而使得输出电压增大或减小，使得所述输出电压接近期望的范围。
第一输入拓扑和第一输出拓扑均是第一拓扑的例子。第二输入拓扑和第二输出拓扑均是第二拓扑的例子。
在此例子中，scpc300使用频率为393khz的时钟信号。通常，时钟信号可以具有在上频率与不同的下频率之间的频率。当上频率与下频率之差足够小时，频率可被视为具有常数值。
通过将常数开关频率应用到scpc300并由反馈环路来控制转换比，有利地是，scpc300可以具有：在期望的范围内的输出电压；以及还有并不显著地干扰其它噪声敏感电路系统的明确限定且恒定的噪声频谱。
可能的转换比是离散集合，因为每个比率取决于电容器的连接的拓扑，如开关所限定的。考虑到有限组的电容器，可能的拓扑的总数也会是有限的。在这种情况下，输出电压无法不断地变化从而使得输出电压可以一直等于任何不断可变的输入电压或输出电流的特定值。然而，通过选择适合的电容器网络拓扑，可以提供在限定的范围内的输出电压。在输出电流和/或输入电压改变时，控制器310所提供的反馈控制环路将会响应于输出电压的变化来调整scpc300的转换比。
通常，第一输入拓扑和第一输出拓扑可以一起被配置成提供处于第一输出电压值的输出电压，所述第一输出电压值是基于第一比率值与输入电压的乘积。类似地，第二输入拓扑和第二输出拓扑可以一起被配置成提供处于第二输出电压值的输出电压，所述第二输出电压值是基于第二比率值与输入电压的乘积。为了提供在期望范围内的输出电压，尽管输入电压或输出电流发生了变化，但第一比率值将会不同于第二比率值。这里将了解，当电流取自(或注入)输出节点时(如上文中关于图1所讨论的)，由于等效输出阻抗的影响，输出电压可以不等于转换比与输入电压的乘积。
如果第一输入拓扑和第一输出拓扑所提供的输出电压具有大于上电压值或小于下电压值的第一输出电压值，则控制器310可以设置第二输入拓扑和第二输出拓扑，从而使得转换比(m)减小或增大并且输出电压具有在上电压值与下电压值之间的第二输出电压值。因此，第二输入拓扑和第二输出拓扑被配置成提供输出电压，从而使得输出电压满足预定阈值电压条件。
在一些例子中，如果输入电压或输出电压突然发生特别大的变化，通过假设太高或太低的值，输出电压可能暂时无法满足预定阈值电压条件。然后，在第一迭代中，控制器310可以调整/设置转换比(m)，所述转换比将输出电压改变至更接近满足预定阈值电压条件但仍未满足预定阈值电压条件的值。如果输出电压仍无法满足预定阈值电压条件，则控制器可以在时钟信号的下一相位期间设置新的转换比(m)。控制器可以在时钟信号的相继相位中迭代地设置一系列转换比，直到输出电压满足预定阈值电压条件。
在此例子中，scpc300具有十一个不同的转换比：1/2、5/9、4/7、3/5、5/8、2/3、5/7、3/4、7/9、4/5、以及1。然而，将了解，根据本公开的scpc可以具有任何数量的多个不同的转换比。
由于转换比的值的离散变化，可能的是，在转换比改变之后，新的转换比太大(或太小)，并且因此输出电压已超出输出电压的期望范围。此类情形可能导致输出电压在给定输出电流的期望电压范围的限制之间跳动。
不同转换比之间的不期望的开关可以通过以下方式避免：要求选择第二输入拓扑和第二输出拓扑从而使得第一输入拓扑和第一输出拓扑的转换比(第一比率值)与第二输入拓扑和第二输出拓扑的(相邻)转换比(第二比率值)之差小于预定比率值。
在一些例子中，预定比率值可以是固定的常数值。然而，在其它例子中，控制器310可以被配置成基于以下各项中的一项或多项来设置预定比率值：预定阈值电压条件；和输入电压。如果预定阈值电压条件涉及大范围的可接受电压或者如果输入电压较小，则容许的转换比变化也可以较大。
在一些例子中，由于输出电压可以大致上等于输入电压与转换比的乘积，因此对于转换比的相同比例跳转，较高的输入电压会导致较大的输出电压变化。因此，输入电压越高，可接受的转换比变化(或跳转)可能越小。类似地，较低的输入电压可以允许不同转换比之间较大的跳转，因为考虑到较低的输入电压值，所产生的输出电压变化将会较小。
在预定阈值电压条件包括上电压值和下电压值的情况中，控制器310可以被配置成基于上电压值和下电压值中的一者或两者来设置预定比率值。
在一些例子中，控制器310可以被配置成基于上电压值与下电压值之差除以输入电压的输入电压值来设置预定比率值。以此方式，连续的转换比可被限制到在安全限制范围内的转换比变化。
在其它例子中，控制器310可以被配置成基于两个可获得的转换比之差来设置上电压值和下电压值中的一者或两者。以此方式，如果输入电压的范围以及期望的输出电压为使得具有相互接近的转换比的两个或更多个拓扑可被用于提供输出电压，则上电压值和下电压值可被设置成相互接近。相反地，如果与针对给定的输入电压范围提供期望输出电压有关的可获得拓扑离得很远，则上电压值和下电压值也可以设置成离得相对较远。
避免输出电压可以在输出电压范围的两个限制之间跳动的可能性对于避免减小scpc的功率效率而言可能很重要。功率效率的此类减小可能由于转换比的变化而发生。防止输出电压跳动也可以防止输出电压的低频率变化生成。此类低频率变化可由与scpc300的输出端处的等效rc电路相对应的动态特性来确定。
图4示出了包含图3所示的scpc的性能数据的图表400。第一子图表402示出了作为时间(在水平轴412上)的函数的输出电压(在竖直轴410上)。第二子图表404示出了作为时间(在水平轴422上)的函数的输入电压(在竖直轴420上)。第三子图表406示出了作为时间(在水平轴432上)的函数的转换比(在竖直轴430上)。对准时间轴412、422、432，从而使得其涉及相同的时间段。
在此例子中，输出电流是常数，并且如第二子图表404所示，输入电压在16秒的时间段内从3.6v减小到2v。scpc所使用的控制环路能够通过修改scpc的转换比(如第三子图表404所示)来保持输出电压在1.7v到1.8v的范围内(如第二子图表402所示)。如图4所示，每当输出电压(第一子图表402中)降到1.7v时，转换比(第三子图表406中所示出的)增大，这进而使输出电压增大到小于1.8v的水平。针对每个转换比，输出电压与输入电压的变化成比例地、线性地斜变。然而，在有足够数量的不同转换比供选择的情况下，有利地是，可以提供在可接受的期望范围内的输出电压。
图5、图6和图7示出了具有不同转换比的开关电容器功率转换器的不同例子。这些电容器拓扑中的每个电容器拓扑可由具有适合的多个电容器和开关的单个电路提供，如果适当地操作开关的话。即，相同的电容器可被用于提供不同拓扑。为了提高本公开的清晰度，未用于特定拓扑的电容器和开关并未示出在这些附图中。
图5示出了在第一相位期间的第一输入拓扑500的例子，在第一输入拓扑500中，能量从输入端502提供到第一电容器504。图5还示出了第一输出拓扑510，在第一输出拓扑510中，能量从第一电容器514提供到输出端516。严格来说，如果并未获取(或注入)输出电流，第一输入拓扑500和第一输出拓扑510在以常数开关频率被操作时提供是输入电压的一半的输出电压。否则，将会有由于输出阻抗和电流而产生的电压降(或增大)。即，操作选定组的开关，从而使得转换比为1/2。
图6示出了在第一相位期间的第二输入拓扑600的例子，在第二输入拓扑600中，能量从输入端602提供到第一电容器604和第二电容器606。图6还示出了第二输出拓扑610，在第二输出拓扑610中，能量从第一电容器614和第二电容器616提供到输出端618。严格来说，如果并未获取(或注入)输出电流，第二输入拓扑600和第二输出拓扑610在以常数开关频率被操作时提供是输入电压的三分之一的输出电压。否则，将会有由于输出阻抗和电流而产生的电压降(或增大)。即，操作选定组的开关，从而使得转换比为1/3。
图7示出了在第一相位期间的第三输入拓扑700的例子，在第三输入拓扑700中，能量从输入端702提供到第一电容器704、第二电容器706和第三电容器708。图7还示出了第三输出拓扑710，在第三输出拓扑710中，能量从第一电容器714、第二电容器716和第三电容器718提供到输出端720。严格来说，如果并未获取(或注入)输出电流，第三输入拓扑700和第三输出拓扑710在以常数开关频率被操作时提供是输入电压的四分之三的输出电压。否则，将会有由于输出阻抗和电流而产生的电压降(或增大)。即，操作选定组的开关，从而使得转换比为3/4。
图8示出了在第一相位期间的第四输入拓扑800的例子，在第四输入拓扑800中，能量从输入端802提供到第一电容器804。图8还示出了第二相位期间的第四输出拓扑810，在第四输出拓扑810中，能量从第一电容器814提供到输出端820。严格来说，如果并未获取(或注入)输出电流，第四输入拓扑800和第四输出拓扑810在以常数开关频率被操作时提供是输入电压的两倍的输出电压。否则，将会有由于输出阻抗和电流而产生的电压降(或增大)。即，操作选定组的开关，从而使得转换比为2。
图9示出了具有可选的可开关浮动电容器的scpc的例子。与图6的特征类似的图9的特征被赋予了类似的附图标号并且可能不一定在这里另外进行描述。
scpc具有与第一电容器904、914并联的第三电容器924、934和第五电容器944、954。scpc具有与第一电容器906、916并联连接的第四电容器926、936和第六电容器946、956。第三电容器924、934、第四电容器926、936、第五电容器944、954和第六电容器946、956各自是附加电容器的例子。
scpc具有第一输入拓扑900和第一输出拓扑910，如果并未获取(或注入)输出电流，第一输入拓扑900和第一输出拓扑910在以常数开关频率被操作时提供是输入电压的三分之一的输出电压。因此，对于零输出电流，scpc900以相同的方式用作图6所示的scpc，即，具有转换比m＝1/3。
然而，对于诸如图9的scpc的电路，控制器(未示出)可以选择哪个(以及多少个)电容器连接在第一和第二相位中，从而可以在同一转换比的情况下获得输出阻抗的不同值。这是输出阻抗如何用离散值(针对同一转换比)调制以将更细的粒度添加到scpc的设置并且从而将输出电压调谐到在可变输入电压的期望范围内的值的例子。
为了实现此更细的粒度，scpc具有多个附加开关。控制器将输出电压与附加预定阈值电压条件进行比较。附加预定阈值电压条件可以与上文中所讨论的预定阈值电压条件相同或者可以涉及更窄、更严格范围的电压。在后一种情况中，附加预定阈值电压条件可以具有附加上电压值和附加下电压值。附加上电压值可以小于上电压值。附加下电压值可以大于下电压值。
如果输出电压不满足附加预定阈值电压条件，如当输出电压大于附加上电压值或小于附加下电压值时，则控制器可以配置所述多个附加开关中的一些或所有开关。
例如，控制器可以根据第一相位期间的第一附加输入拓扑900来配置第一选定组的所述多个附加开关，从而使得第一选定组的所述一个或多个电容器924、944、926、946中的每个电容器的第一板耦合至电压输入端902，并且第一选定组的所述一个或多个电容器924、944、926、946中的每个电容器的第二板耦合至输出端908。在此例子中，存在四个附加电容器924、944、926、946，然而，将了解，可以使用大于或小于四的任何数。
控制器可以根据第二相位期间的第一附加输出拓扑910来配置第一选定组的所述多个附加开关，从而使得第一选定组的所述一个或多个附加电容器934、936、954、956中的每个附加电容器的第一板耦合至电压输出端908，并且第一选定组的所述一个或多个附加电容器934、936、954、956中的每个附加电容器的第二板耦合至参考端960。
以此方式，通过改变转换比和浮动电容值的组合，实际上可能提供更多“档位(gears)”或设置scpc的位置，这可能导致输出电压的更细控制。
图10示出了包含图9所示的scpc的性能数据的图表1000。与图4的特征类似的图10的特征被赋予了类似的附图标号并且可能不一定在这里另外进行讨论。
第一图表1002的右手边的部分涉及转换比一，如第三图表1006的相应部分1042所示。然而，在此情况下，示出了输出电压的多个离散电压变化1040。通过同一拓扑中不同数量的附加电容器的选择性开关来使能这些变化1040。有利的是，这扩大了可用于提供期望范围内的输出电压的输入电压的范围。可替代地，附加电容器可用于提供在更窄、更精确的输出电压范围内的输出电压。
在一些例子(未示出)中，scpc可以具有包括一个或多个可变电容器的多个电容器，并且控制器可以被配置成基于输出电压来设置所述一个或多个可变电容器的一个或多个对应的电容值。此类安排可以使能电容值的连续变化、而非离散变化，如利用上文中关于图9和图10所讨论的电路可能的离散变化。在一些例子中，变容器可用于提供此类可变电容器。在此类情况下，scpc控制器可以基于scpc的输出电压来使变容器配置有期望的电容值。结合改变电容网络的拓扑，调谐电容值可以使scpc能够针对宽范围的输入电压提供在有利的、窄的期望范围内的输出电压。
将了解，根据本公开的scpc可被提供为集成电路或可被提供为电子装置的组件。
以上附图中的指令和/或流程图步骤可以以任何顺序执行，除非明确规定特定顺序。而且，本领域技术人员将意识到，虽然已经讨论了一个实例指令集/方法，但是本说明书中的材料也可以以各种方式组合以产生其它例子并且将在本详细说明提供的上下文内进行理解。
在一些实例实施例中，上述指令集/方法步骤被实现为被具体化为一组可执行指令的功能和软件指令，所述功能和软件指令在使用所述可执行指令来编程并且受其控制的计算机或机器上实现。这种指令被加载以供在处理器(比如，一个或多个cpu)上执行。术语处理器包括微处理器、微控制器、处理器模块或子系统(包括一个或多个微处理器或微控制器)或者其它控制或计算装置。处理器可以指单个部件或多个部件。
在其它例子中，本文所示的指令集/方法以及预期相关联的数据和指令存储在对应存储装置上，所述存储装置被实现为一个或多个非暂态机器或计算机可读或计算机可用存储介质。一个或多个这种计算机可读或计算机可用存储介质被视为物品(或制品)的一部分。物品或制品可以指经制造的任何单个部件或多个部件。如本文限定的非暂态机器或一个或多个计算机可用介质排除信号，但是一个或多个这种介质可以能够接收和处理来自信号和/或其它暂态介质的信息。
本说明书中讨论的材料的实例实施例可以全部或部分地通过网络、计算机或基于数据的装置和/或服务实现。这些可以包括云、互联网、内联网、移动装置、台式计算机、处理器、查找表、微控制器、消费性设备、基础设施或者其它使能装置和服务。如本文中且在权利要求书中所使用的，提供了以下非排他性定义。
在一个例子中，本文所述的一个或多个指令或步骤是自动化的。术语自动化或自动地(及其类似变化)意指在不需要人工干预、观察、努力和/或决策的情况下使用计算机和/或机械/电气装置对设备、系统和/或过程进行的受控操作。
将理解的是，被称为被联接的任何部件可以直接地或者间接地联接或连接。在间接联接的情况下，附加部件可以定位在被称为被联接的两个部件之间。
在本说明书中，已经就所选一组细节呈现了实例实施例。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以实践包括这些细节的不同的所选一组的许多其它实例实施例。以下权利要求书旨在涵盖所有可能的实例实施例。