1.本发明涉及电子电路，并且更特别地涉及电力转换器电路，包括dc-dc转换器电路。
背景技术：
：：2.许多电子产品，特别是移动计算和/或通信产品和部件(例如，笔记本电脑、超级本电脑、平板设备、lcd和led显示器)需要多个电压水平。例如，无线电频率(rf)发射器功率放大器可能需要相对高的电压(例如，12v或更高)，而逻辑电路系统可能需要低的电压水平(例如，1v至2v)。还有其他电路系统可能需要中间电压水平(例如，5v至10v)3.电力转换器通常用于从诸如电池的公共电源生成较低或较高的电压。一种类型的电力转换器包括转换器电路(例如，基于开关电容器网络的电荷泵)、控制电路系统、以及在一些实施方式中的辅助电路系统(例如，偏置电压发生器、时钟发生器、电压调节器、电压控制电路等)。如在本公开内容中使用的，术语“电荷泵”是指被配置成将vin升压或降压至vout的开关电容器网络。这样的电荷泵的示例包括级联乘法器开关电容器网络、迪克森(dickson)开关电容器网络、阶梯(ladder)开关电容器网络、串并联开关电容器网络、斐波那契(fibonacci)开关电容器网络和倍压器(doubler)开关电容器网络，所有的这些电荷泵可以被配置为多相网络或单相网络。开关电容器网络dc-dc转换器通常是可以具有一些外部部件(例如电容器)的集成电路(ic)，并且在大多数情况下特征在于具有固定的vin与vout转换比率(例如，2分压或3分压)。如本领域中已知的，可以通过例如如下根据dc-dc电力转换器来构建ac-dc电力转换器：首先，将ac输入整流成dc电压；并且然后，将dc电压施加到dc-dc电力转换器。4.为了给系统设计人员提供更大的灵活性，并且为了处理其中电源可能需要不同转换比率(例如，当电池放电并输出较低电压时，或者当设备的电源在电池与ac-dc电力线源之间切换时)而变化的应用，利用具有可选择的转换比率的dc-dc电力转换器是有用的。例如，2019年4月16日公布的题为“selectableconversionratiodc-dcconverter”的转让给本发明的受让人并且通过此引用并入本文的美国专利第10,263,514b1号，描述了可以在2分压的操作模式与3分压的操作模式之间切换的迪克森(dickson)dc-dc电力转换器。作为另一示例，2015年12月1日公布的题为“controller-drivenreconfigurationofswitched-capacitorpowerconverter”的、现在转让给本发明的受让人并且通过此引用并入本文的美国专利第9,203,299b2号，描述了具有可重新配置的转换比率的其他dc-dc电力转换器架构。5.图1是dc-dc可选择转换比率电力转换器100的一个实施方式的框图。操作如美国专利第10,263,514b1号专利中描述的(例如，参见图5和特别是所附文本)。非交叠互补时钟信号p1、p2断开或闭合相关联的电力开关，使电荷从泵电容器c1a、c1b、c2a、c2b(也称为“飞电容器(flycapacitor)”)转移到cx电容器中，从而得到节点vin/x处的电压，其中x＝2或3。6.图1中示出的电力开关通常被实现为ic内的场效应晶体管(fet)，特别是mosfet。一般而言，dc-dc电力转换器内的被施加vin的fet是相对高电压的fet(例如，10v至15v的器件)，而其余的fet优选地是较小、较低电压的fet(例如，3v至5v的器件)。为了效率起见，fet优选地具有非常低的导通电阻(onresistance)ron(例如，大约1毫欧姆至10毫欧姆)以减少电阻性损耗和得到的热，尽管开关导通电阻可以根据所需的效率和电压而显著变化。注意，如果fet开关做的太大而无法降低ron，则开关损耗可能会开始降低效率。7.虽然时钟信号p1、p2控制相关联的基于fet的电力开关的断开或导通，但是该控制不是直接的。相反，p1和p2时钟信号的逻辑电平电压(例如，0v＝“0”，5v＝“1”)被电平移位成适于切换fet的状态的电压范围(例如，vgs≤0v为关断fet，vgs》vth为导通fet，其中vth是fet的阈值电压)。注意，vgs超过vth越多，fet的导通电阻越低，并且因此电力转换器100中的fet通常被过驱动成接近或处于fet所允许的最大程度，以便提供最低的导通电阻。然后，电平移位电压通过驱动电路被耦合至fet的栅极。例如，图2是耦接至电荷泵功率fetmcp的现有技术栅极控制电路200的框图。时钟信号p1或p2被施加到电平移位器电路202，电平移位器电路202将施加的信号转换或移位成适于切换功率fetmcp的状态的电压范围。电平移位器电路202的输出被施加到缓冲电路204的输入，这在保持电压水平的同时增加了低阻抗输入的可用电流。缓冲电路204的输出耦接至电荷泵功率fetmcp的栅极(注意，来自缓冲电路204的驱动电压可以通过未示出的其他部件，例如栅极电阻器或电阻器网络提供)。8.在示出的示例中，时钟信号p1或p2是vdd(例如，5v)至电路接地(0v)范围内的电压。低电压电力供应206向电平移位器202的端子vdd1提供vdd，而电路接地耦接至端子gnd1。高电压电力供应208向电平移位器202的端子vdd2提供电压，该电压等于功率fetmcp的过驱动导通状态vgs(例如，高于功率fetmcp的源极处的电压的5v)。第二接地端子gnd2耦接至功率fetmcp的源极。高电压电力供应208还在端子vdd3处耦接至缓冲电路204，并且缓冲电路204的接地端子gnd3耦接至功率fetmcp的源极。9.许多基于fet的dc-dc电力转换器架构的普遍问题是，在电力转换器的启动期间需要避免过量的电流涌入。例如，在缺乏足够的保护电路系统的情况下，当vin第一次施加于图1中示出的类型的dc-dc电力转换器时，最初飞电容器没有一个将被充电，并且因此电流将涌入电路。例如，如果fet电力开关的ron是1毫欧姆(0.001欧姆)，并且vin是10v，则由于欧姆定律v＝i×r，涌入电流将是大约10000安培的尖峰。在集成电路实现方式中，存在寄生电感(例如，由于晶片上(on-die)的导体布线和印刷电路板导体布线)，这些寄生电感根据以下电感器理论将电流尖峰转化为电压尖峰：v＝l×di/dt。这样的电压尖峰使电荷泵电力开关受电应力过大，从而影响其可靠性，可能引起破坏。对于在电荷泵电力开关两端产生10v的1ns100a脉冲，寄生电感仅需要大约100ph。得到的10v尖峰可能会超过fet中的许多fet的击穿电压，并且当然，对于相同的寄生电感，更大的电流尖峰将导致更大的电压尖峰。各种附加电路已经用于提供“软启动”操作模式，该“软启动”操作模式控制dc-dc电力转换器的涌入电流，直到飞电容器被充分地充电以允许电力开关开始正常的电荷转移为止。10.当dc-dc电力转换器的飞电容器不平衡时出现相关问题，这意味着通过电力开关连接的飞电容器之间存在电荷差异。如果没有保持电荷平衡，则可能会出现电流尖峰和由此得到的破坏性电压尖峰。各种附加电路已经用于提供电荷重新平衡以避免这样的尖峰。11.因此，能够减轻或消除电力转换器中的可以被表征为“潜在破坏性事件”的事件(例如，可能由于各种原因发生的破坏性电流尖峰，这些原因包括涌入电流、电荷转移电流、短路、emi事件等)将是有用的。技术实现要素：12.本发明提供减轻或消除电力转换器中的潜在破坏性事件的电路和方法。实施方式使能够在负载下的同时动态地切换可重新配置的电力转换器中的转换比率，而无需关断电力转换器电路系统或暂停电荷泵电力开关的切换。另外，这样的电路和方法具有如下附加的益处：提供针对在动态电荷平衡期间和电力转换器的软启动期间潜在破坏性事件(例如电流尖峰)的保护，而无需涉及这些功能的附加电路系统。13.本发明的实施方式通过主动地控制功率fet的栅极的驱动电压来选择性地增加电力转换器中的功率fet的至少一些的导通电阻ron。在正常的电力转换器操作期间，功率fet驱动电压可以被设置成过驱动fet栅极以将ron降低到允许特定应用的高电流流动的期望水平。然而，对于其他情况，可以降低功率fet驱动电压以便增加ron，并且因此阻止电流流向期望水平。因此，可以将相关联的功率fetmcp置于(a)具有用于正常的电力转换器操作的低ron的过驱动的导通状态，或者(2)具有选择成提供针对例如在电力转换器的转换比率的动态重新配置期间、在电力转换器启动期间、当平衡电力转换器内的飞电容器之间的电荷时，或在故障事件(例如短路事件)期间潜在破坏性事件(例如，涌入或电荷转移电流)的保护的较高ron的降低的驱动导通状态。14.一个实施方式包括栅极控制电路，用于调节功率fet的导通电阻ron，该栅极控制电路耦接至功率fet的栅极并且被配置成选择性地将至少第一电压或第二电压施加到功率fet的栅极，使得当施加第一电压时处于导通状态的功率fet的ron较低，以及当施加第二电压时处于导通状态的功率fet的ron较高。15.另一实施方式包括栅极控制电路，用于控制电力转换器中的功率fet的导通电阻ron，该栅极控制电路耦接至功率fet的栅极并且被配置成在正常的电力转换器操作期间降低处于第一导通状态的功率fet的ron，以及如果潜在破坏性事件发生或将要发生则提升处于第二导通状态的功率fet的ron。16.本发明还包括一种保护电力转换器的方法，其包括控制电力转换器中的至少一个功率fet的导通电阻ron，以在正常的电力转换器操作期间降低处于导通状态的至少一个功率fet的ron，以及如果潜在破坏性事件发生或将要发生则提升处于导通状态的至少一个功率fet的ron。17.在附图和以下描述中阐述本发明的一个或更多个实施方式的细节。根据说明书和附图以及根据权利要求书，本发明的其他特征、目的和优点将变得明显。附图说明18.图1是dc-dc可选择转换比率电力转换器的一个实施方式的框图。19.图2是耦接至电荷泵功率fet的现有技术栅极控制电路的框图。20.图3a是耦接至电荷泵功率fet的栅极控制电路的一个实施方式的示意图。21.图3b是图3a的fetm2和最后一个反相器的电路的一个实施方式的更详细的示意图。22.图4是被示出为耦接至电荷泵功率fet的根据本发明的新型栅极控制电路的一个实施方式的示意图。23.图5是针对图3a中示出的类型的栅极控制电路的作为时间的函数的各种电压的时序图，图3a中示出的类型的栅极控制电路用于切换图1中示出的类型的电力转换器中的功率fet。24.图6是针对图4中示出的新型栅极控制电路的作为时间的函数的各种电压的时序图，图4中示出的新型栅极控制电路用于切换图1中示出的类型的电力转换器中的功率fet。25.图7是示出用于保护电力转换器免受潜在破坏性事件的一种方法的处理流程图。26.各种附图中的相似的附图标记和名称指示相似的元件。具体实施方式27.本发明提供减轻或消除电力转换器中的潜在破坏性事件的电路和方法。另外，这样的电路和方法具有以下附加的益处：提供针对在电力转换器的软启动期间和动态电荷平衡期间潜在破坏性事件(例如电流尖峰)的保护，而无需涉及这些功能的附加电路系统。28.如上所述，电力转换器中的破坏性电流尖峰可能由于各种原因而发生，这些原因包括涌入电流、电荷转移电流、短路等。例如，关于具有可选择转换比率的dc-dc电力转换器，从一个转换比率(例如，2分压，或“div2”)切换至另一转换比率(例如，3分压，或“div3”)可能会导致飞电容器两端的电荷不平衡，从而导致潜在破坏性涌入电流。因此，用于避免潜在破坏性事件的常见做法就是关断dc-dc电力转换器，允许飞电容器放电，改变转换比率配置(例如，通过改变电荷泵fet的时钟相位)，以及打开功率回退(powerback)，从而依赖于常规的启动电路系统来减轻涌入电流尖峰。这种做法的缺点是该过程可能需要几毫秒来完成并且无法在负载下完成。29.本发明的一个方面包括用于减轻或消除潜在破坏性事件的电路和方法，如果潜在破坏性事件发生或要发生(例如，预先已知的，像在转换比率要被动态地改变时)。减轻或消除潜在破坏性事件使得能够在负载下将可选择转换比率dc-dc电力转换器从一个转换比率切换至另一转换比率，而无需关断电力转换器电路系统或暂停电荷泵电力开关的切换。30.防止潜在破坏性事件31.在分析限制电力转换器中的潜在破坏性事件的问题时，人们认识到，电力转换器开关当被设置成导通(传导)状态时通常在“过驱动”状况下操作。过驱动的fet栅极创建更强的传导通道，从而有效地降低fet的导通电阻ron。有了该了解，还认识到，在潜在破坏性事件期间(例如，在启动期间或当动态地重新配置电力转换器的转换比率时)针对电力转换器中的功率fet增加ron将减少流经fet的电流并且因此防止过大的电流尖峰。32.针对电力转换器中的功率fet增加ron的一种方法是主动地控制功率fet栅极的驱动电压。在正常的电力转换器操作期间，驱动电压可以被设置成过驱动fet栅极以将ron降低到允许特定应用的高电流流动的期望水平。然而，在诸如启动或动态转换比率重新配置的潜在破坏性事件期间，可以降低驱动电压以便增加ron并且因此阻止电流流向期望水平。33.图3a是耦接至电荷泵功率fetmcp的栅极控制电路的一个实施方式的示意图。例如，图1中示出的fet开关中的一些可以各自是fetmcp的实例。34.栅极控制电路的输入，时钟信号p1或时钟信号p2，被施加到电平移位器300。如上面更详细地描述的，电平移位器300将来自一个电压域(例如，数字逻辑电压)的输入信号转换到另一电压域(晶体管控制电压)。电平移位器300的输出因此跟随输入信号但是在不同的电压范围内。35.电平移位器300的输出耦接至驱动电路302，驱动电路302的输出耦接至fetmcp的栅极。在示出的示例中，驱动电路302是一组四个串联地耦接的反相器304a至304d。在该特定实施方式中，反相器可以从反相器304a至反相器304d在物理尺寸上增加，以便提供足够的电流驱动能力来对fetmcp的栅极进行充电。例如，反相器304a可以具有“1”的相对尺寸，反相器304b可以是反相器304a的3倍大，反相器304c可以是反相器304a的9倍大，并且反相器304d可以是反相器304a的27倍大。在替选实施方式中，反相器级的数目可以更少或更多，并且可以使用非反相级(缓冲放大器)而不是反相级。此外，用于各级的乘数可以与示出的1×、3×、9×和27×比率不同，尽管通常每一级大于前一级以避免具有非常缓慢的上升沿和下降沿。示出的驱动电路302仅是示例性的，并且其他电路可以用于将电平移位器300的输出耦接至fetmcp的栅极。36.至电平移位器300的电力(即，至图2中示出的高电压端子vdd2的电力)和至驱动电路302的电力由高电压电源310提供。在示出的示例中，用于电平移位器300和驱动电路302的反相器304a至304d的电源由源极跟随器(公共漏极)放大器电路提供，该放大器电路包括其传导通道(漏极到源极)和供应电压vdd与电路接地之间的电阻器r串联地耦接的调节的fetm1。例如，供应电压vdd可以是包括fetmcp的电荷泵的一个阶段的vin，或者可以耦接至来自电荷泵的另一阶段的电压输出——基本上，任何电压就足够高并且具有针对电路的足够的驱动强度。电流源312与在vdd与电路接地之间的齐纳(zener)二极管d1串联地耦接。如本领域中已知的，电流源可以使用各种电路由晶体管和/或二极管构建。齐纳二极管d1之前的电流源312的输出向fetm1的栅极提供基本上恒定的偏置电压。偏置电流流经齐纳二极管d1并且确保其始终处于反向偏置。37.如本领域中已知的，与当反向偏置时阻止电流通过其自身的任何流动的常规二极管不同，一旦反向电压达到预定值，齐纳二极管就开始沿反向方向传导。只要电流保持在齐纳二极管的最小击穿电流与最大额定电流之间，即使电流有大的变化，该施加的反向电压也几乎保持恒定。齐纳二极管将继续调节其电压，直到二极管的保持电流降到反向击穿区域的最小电流值以下为止。38.最后一个反相器304d由共源共栅fetm2供电，该fetm2的传导通道(在漏极与源极之间)耦接在供应电压vdd与反相器304d之间。齐纳二极管d1之前的电流源312的输出向fetm2的栅极提供基本上恒定的偏置电压；因此，fetm1和fetm2具有相同的栅极偏置。39.图3b是图3a的fetm2和最后一个反相器304d的电路的一个实施方式的更详细的示意图。在内部，反相器304d具有带有耦接的漏极到漏极的传导通道的至少一个nmosfetni和一个pmosfetpi，其中每个fetni、fetpi具有由反相器304c驱动的栅极。最顶部的pmosfetpi的源极耦接至fetm2的源极，并且最底部的nmosfetni的源极耦接至fetmcp的源极。40.在示出的配置中，图3a中示出的电源310向驱动电路302中的所有反相器304a至304d提供恒定电压。允许流经fetm2的电流设置最后一个反相器304d的驱动能力，并且因此设置驱动电路302的驱动能力。41.图4是被示出为耦接至电荷泵功率fetmcp的根据本发明的新型栅极控制电路的一个实施方式的示意图。在许多方面类似于图3a的栅极控制电路，关键区别在于fetm2的栅极耦接至单独的栅极驱动电路402，并且因此独立于fetm1的栅极驱动电路系统。栅极驱动电路402的主要功能是使节点a处的至少两个不同的电压水平能够耦合至fetm2的栅极，这继而确定由驱动相关联的功率fetmcp的最后一个反相器304d提供的输出电压水平。因此，可以将相关联的功率fetmcp置于(a)具有用于正常的电力转换器操作的低ron的过驱动的导通状态，或者(2)具有选择成提供针对例如在电力转换器的转换比率的动态重新配置期间、在电力转换器启动期间、当平衡电力转换器内的飞电容器之间的电荷时，或在故障事件(例如短路事件)期间潜在破坏性事件(例如，涌入或电荷转移电流)的保护的较高ron的降低的驱动导通状态。42.栅极驱动电路402包括和vdd与电路接地之间的齐纳二极管d2串联地耦接的可调节电流源404。fetm2的栅极耦接至可调节电流源404与齐纳二极管d2之间的节点a。对于可调节电流源404的任何特定设置，齐纳二极管d2之前的可调节电流源404的输出向fetm2的栅极提供基本上恒定的偏置电压。与齐纳二极管d2并联的是电压控制电路406，其包括串联地耦接至第一二极管连接的fetmd0的开关sw和至少一个附加的二极管连接的fetmdn，其中n≥1。如示出的，开关sw的一个端子在节点a处耦接至齐纳二极管d2之前的可调节电流源404的输出，并且附加的二极管连接的fetmdn的一个端子耦接至fetmcp的源极(“相对接地”)。注意，开关sw可以定位于沿着电压控制电路406的任何位置以中断或启用流经该电路的电流。例如，开关sw以及fetmd0和fetmdn从节点a到相对接地的顺序可以是(1)sw、md0、mdn(如示出的)，(2)md0、sw、mdn或者(3)md0、mdn、sw。然而，如图4中所示定位开关sw可以减少由例如fetmd0和/或fetmdn的电容引起的对fetm2的寄生影响。43.二极管连接的fetmd0的功能是抵消fetm2，这是因为fetmd0与fetm2的阈值电压有效地抵消。附加的二极管连接的fetmdn的功能是当开关sw闭合并且电压控制电路406的电流镜功能启动时，将通过fetmcp的电流设置成跟fetmcp与fetmdn的尺寸的比率成比例。更特别地，通过fetmcp的电流与来自电流源404的电流以及fetmdn与fetmcp的比率成比例。例如，如果电流源404输出是1ma，并且fetmcp是fetmdn的尺寸的1000倍(w/lmcp＝1000×w/lmdn)，那么通过fetmcp的最大电流将是1000×1ma＝1a。这是通过确保fetmdn的栅极-源极电压与fetmcp的栅极-源极电压相同来实现的。fetmcp的最大栅极电压是节点a处的电压减去fetm2的阈值电压vth。因此，包括fetmd0使节点a处的电压增加阈值电压，因此节点a处的电压＝fetmdn的vgs+fetmd0的vth。如果fetm2与fetmd0匹配(比率计量地(ratiometrically))，则fetmcp的vgs可以达到的最大值与fetmdn的vgs相同，并且这种相等性将随工艺、温度等延续。44.如所述的，二极管连接的fetmdn相对于fetmcp在尺寸上成比例。fetm1、fetm2、fetmd0和fetmcp可以是分段fet，这意味着旨在用作大的fet的器件被制造为多个(例如，10000个)并联耦接的小的fet(各个小的fet可以称为“指粒(finger)”，反映了其在ic晶片上的物理布局的典型方面)。二极管连接的fetmd0、fetmdn可以使用相同的技术制造，但是可以用少得多的数目的fet指粒(例如，少至一个指粒)来制造。由于fetm2和最后一个反相器304d的共源共栅配置，流经电压控制电路406的电流的小的变化影响fetm2的栅极处的电压，导致由fetmcp与fetmdn的比率确定的流经功率fetmcp的电流成比例地增大。45.添加多于一个二极管连接的fetmdn允许fetmcp与fetmdn的比率的调节。例如，如果fetmcp具有100的宽度和1000个指粒，则第一fetmdn也应该具有100的宽度以匹配，但是可以仅有1个指粒。因此，fetmdn与fetmcp的比率是1000比1，并且来自电流源404的1ma意味着通过fetmcp的1a。为了将比率改变成2000比1，两个二极管连接的fetmdn可以串联地耦接(源极到漏极)。如果fet宽度仍然是100，两个二极管连接的fetmdn的指粒的有效数目是二分之一，从而给予相对于fetmcp的2000比1的比率。46.如上所述，栅极驱动电路402的重要功能是其向fetm2提供可选择量的调节驱动电压，fetm2继而控制到最后一个反相器304d的电力供应和最后一个反相器304d的电压输出。当开关sw断开时，然后电压控制电路406与节点a断开，——并且因此与fetm2的栅极断开——并且因此对fetm2的输出基本上没有影响；因此，最后一个反相器304d可以将fetmcp的栅极过驱动至由齐纳二极管d2确定的选择的水平。另外，当开关sw断开时，来自电流源404的电流可以被选择成限制fetm2上的噪声。电流源404可选择的事实也允许通过fetmcp的最大电流的控制。47.当开关sw闭合时——例如在电力转换器的启动期间或当动态地切换转换比率或重新平衡飞电容器的电荷量时——然后电压控制电路406用作旁路以转移二极管d1周围的电流并且降低节点a处的电压，从而降低到fetm2的驱动电压。到fetm2的降低的栅极驱动电压继而降低了到最后一个反相器304d的电力，并且因此降低了到功率fetmcp的栅极驱动电压。因此，fetmcp将具有如下降低的栅极驱动电压：导致与当处于正常的过驱动状态下的ron相比时增加的ron。通过电力转换器的功率fet中的至少一些的增加的电阻将抑制过大的电流尖峰，从而保护功率fet(以及其他耦接的电路系统)免受大电压尖峰影响。48.在一些实施方式中，根据测量参数(例如vin的值、vout的值、泵电容器电压的值或负载电流的值)，和/或作为感测事件(例如，短路事件和/或泵电容器上的电荷不平衡)的结果，可以由控制电路(未示出)启用(触发)在潜在破坏性事件期间限制电流尖峰的导通状态下的功率fet的降低的驱动操作。在一些实施方式中，可以基于在即将到来的事件(例如转换比率的动态切换)之前被断言的用于开关sw的外部控制信号来启用(触发)在潜在破坏性事件期间限制电流尖峰的导通状态下的功率fet的降低的驱动操作。49.针对功率fet的降低的驱动操作的持续时间可以被设置为适于特定应用的固定时间，或者可以基于某些标准来确定。例如，针对功率fet的降低的驱动操作可以是输出负载的函数，或者是输出负载和选择的最大持续时间(即超时参数)的函数，或者是已经达到期望目标水平的某个百分比(例如，95％)的飞电容器两端的电压的函数，或者这些和/或其他参数的某种组合。50.使用通过使用与功率fetmcp(例如，nmosfet)相同的技术制造的电压控制电路406中的二极管连接的fet的优点在于器件将基本上具有关于工艺/电压/温度(pvt)变化的匹配特性。51.如上所述，栅极驱动电路402的主要功能是使节点a处的至少两个不同电压水平能够耦合至fetm2的栅极。电压控制电路406的主要功能是可选择地将节点a处的电压在其中电压控制电路406未接合(开关sw断开)的第一电压水平与其中电压控制电路406接合(开关sw闭合)的第二电压水平之间移位。应该理解，虽然图4中示出的栅极驱动电路402和电压控制电路406优选为易于实现，仅需要小的电力和电路面积，但在其他实施方式中可以使用提供相同或类似功能的其他器件或电路。例如，节点a可以通过开关sw耦接至具有作为输入的电平移位参考电压的放大器；fetm2的栅极电压将更准确，但是以复杂性、电路面积和电力(并且因此效率)为代价。52.图5是针对图3a中示出的类型的栅极控制电路的作为时间的函数的各种电压的时序图500，图3a中示出的类型的栅极控制电路用于切换图1中示出的类型的电力转换器中的功率fet。曲线502示出了施加到图3a中的电平移位器300的时钟信号(p1或p2，如果适用的话)的转换(transition)。曲线504示出了施加在飞电容器(通常为cf)两端并呈现在节点vin/n处的得到的电平移位电压。53.图6是针对图4中示出的新型栅极控制电路的作为时间的函数的各种电压的时序图600，图4中示出的新型栅极控制电路用于切换图1中示出的类型的电力转换器中的功率fet。曲线602示出了施加到图4中的电平移位器300的时钟信号(p1或p2，如果适用的话)的转换。曲线604示出了施加在飞电容器cf两端并且当电压控制电路406的开关sw断开时呈现在节点vin/n处的得到的电平移位电压，从而得到过驱动的功率fet(因此，曲线504和604示出相同的情况)。曲线606示出了施加在飞电容器cf两端并且当电压控制电路406的开关sw闭合时呈现在节点vin/n处的得到的降低的电平移位电压，从而导致对功率fet的降低的栅极驱动。值得注意的是，与正常的过驱动栅极驱动操作相比，电力转换器的时序模式在降低的栅极驱动事件(例如，电力转换器的启动或当动态地切换转换比率时)期间保持不变。54.虽然图6示出了两个水平的ron对功率fet的影响，但是可以使用多于两个水平。例如，第二电压控制电路可以与图4中示出的第一电压控制电路406并联地耦接，从而允许4个水平的ron：(1)无旁路(即，对功率fetmcp进行完全过驱动)，(2)仅第一电压控制电路激活，(3)仅第二电压控制电路激活，或者(4)第一电压控制电路和第二电压控制电路二者激活。替选地，可调节电流源404可以与仅激活单个电压控制电路406结合而在两个或更多个输出水平之间切换。作为又一选择，二极管连接的fetmdn的串联堆叠中的一个或更多个可以包括允许要旁路的堆叠中的特定fet的相关联的并联旁路开关，从而改变堆叠高度并且因此改变有源二极管连接的fetmdn的组合的数目。应该清楚的是，其他变体可以用于允许针对功率fet设置多个水平的ron。55.针对功率fet在多于两个水平的ron中选择的能力可能是有用的，例如，因为当vout在负载下上升时，对于阻抗较高的电荷泵达到自然的输出电流限制。在这样的情况下，可能有用的是，使通过栅极驱动电路402中的节点a的电流步进(step)以缓慢地增加功率fet的栅极电压，从而降低ron并且增加电流流动。例如，栅极驱动电路402可以在第一数目的时钟周期(例如，10)中将功率fet的ron设置成最高电阻水平，然后在第二数目的时钟周期(例如，15)中设置成下一个较低电阻水平，并且然后在第三数目的时钟周期(例如，12)中设置成下一个甚至更低的电阻水平，或者直到已经达到某些标准(例如，飞电容器两端的电压已经达到期望目标水平的95％)为止，此时功率fet的ron可以被设置成最低电阻水平并且开始正常操作。可以使用更多或更少的ron步进来满足特定应用的需要。56.当针对电力转换器动态地切换转换比率时，通常有用的是仅当vin在两个转换比率的范围内时进行切换。例如，当在div2配置和div3配置之间进行切换时，电力转换器的控制器可能会限制重新配置，除非vin在特定电压范围内。例如，如果在其中vin＝15v的div3模式下，输出是5v。如果配置然后改变成div2模式，则输出将更大，在大约7.5v，这将破坏电力转换器中的一些低电压电力开关。因此需要确保当动态地切换转换比率时不破坏器件。此外，在许多实施方式中，最底部的fet(在一侧上耦接至电路接地的fet)应该被设置成非传导(断开)状态。另外，由于当动态地切换转换比率时输出电压和电流可能会相对快速地变化，因此在一些实施方式中禁用或限制设计成改变电荷泵的操作行为的保护电路系统直到电力转换器电路系统达到稳定状态可能是有用的。57.在电力转换器的一些实施方式中，当从较高的vout水平(例如，具有5v输出的div2配置)改变成较低的vout水平(例如，具有3.3v输出的div3配置)时，电力转换器可以将cout上的电荷放电返回vin节点中，这在某些情况下可能是不期望的。如果是这种情况，则可以简单地暂停电力转换器的时钟(例如，p1和p2)直到电力转换器上的负载将输出拉低至所需的水平，之后可以恢复计时。注意，虽然使用这种放电方法不将电荷泵回输入中，但是由于电力转换器电容器将不平衡，因此功率fet仍然应该被设置成高电阻模式(即，降低的驱动电压)。在其他情况下，放电电路可以耦接至vout端子以主动地对vout放电直到已经达到某些标准(例如，vout端子处的电压已经达到期望目标水平的95％)。58.电荷泵启动和电荷重新分配59.如上所述，除了当动态地切换转换比率时控制电流尖峰之外，能够针对电力转换器中的功率fet选择多个ron值的能力使得能够在启动(“软启动”)期间实现受控电流。因此，本发明的实施方式可以用于替代用于避免在电力转换器的启动时对飞电容器进行预充电的同时避免过量的涌入电流的其他保护电路系统，从而节省ic晶片面积。无论电力转换器是否可在转换比率之间动态地切换，该益处都适用。60.另外，本发明的实施方式可以使用在平衡电力转换器的飞电容器和输出电容器两端的电荷的同时针对功率fet选择多个ron值的能力。例如，如果检测到任何飞电容器两端的电压小于“触发”水平(例如，小于期望目标水平的大约95％)，则控制电路(未示出)可以闭合图4中的开关sw，因此减少了功率fet的栅极驱动，并且因此使其ron增加某个时间段以及/或者直到满足某些标准(例如“低”飞电容器两端的电压达到期望目标水平的至少指定百分比，其可以大于例如用于降低的栅极驱动的触发水平，以便为电路引入一些滞后)。功率fet的增加的ron防止过大的电荷转移速率(其类似于启动时过量的涌入电流)。在设置的持续时间过去或指定的标准出现之后，开关sw将再次断开，从而降低功率fet的ron以改善正常操作期间的效率。重要的是，与正常的过驱动栅极驱动操作相比，在这样的减少的栅极驱动事件期间，电力转换器的时序模式保持不变。无论电力转换器是否可在转换比率之间动态地切换，该保护性电流限制益处都适用，并且也适用于其他情况，像诸如输出短路或过电流状况的故障事件。61.一般而言，确保将电力转换器中vin被耦接至的功率fet——也就是说，电路中的电流限制或阻断fet——配置成具有比电路中的其他fet更高的电阻是非常有利的。因此，通常有利的是，为这样的“阻断”fet配备像图4中示出的栅极控制电路的栅极控制电路并且因此具有多个可选择的ron值，使得在启动(软启动)、转换比率的动态切换和故障模式期间可以选择高电阻(大ron)的导通模式。虽然在一些实施方式中，对于这样的事件或模式优选最高电阻模式可能是最有益的，但在其他实施方式中，ron的水平可以改变。例如，ron的电阻可以基于vin进行缩放——vin的值越高，可能需要越大的电阻来保持电流恒定。设置ron的值时可以考虑其他参数，例如vout。62.另外，取决于应用，并非电力转换器中的所有其他功率fet都需要被配置成具有可选择的ron。一些一般指导如下：63.·对于可以在转换比率之间动态地切换的电力转换器，所有中间开关fet(电感器l与耦接至vin的开关之间的开关)和连接至电感器l的所有功率fet器件应该具有可选择的ron能力；64.·对于电荷平衡，所有功率fet器件都应该具有可选择的ron能力，并且最底部的fet(在一侧上耦接至电路接地的fet)应该首先被设置成传导(闭合)状态；65.·对于其他应用，分析应用的需求以决定哪些功率fet器件需要具有可选择的ron能力可能会有用。66.可能有用的是如下实施方式：为电力转换器中的所有功率fet提供图4中示出的栅极驱动电路402，但是仅启用特定ic部分中的栅极驱动电路402中的一些中的电压控制电路406(例如，通过使用诸如熔断器的一次性可编程器件)。最后，存在暂时地增加某些电流路径中的电阻以帮助处理暂时的不平衡的设计决定。在电流路径中添加多少电阻取决于期望多少电流限制以及可以容忍多少功率耗散。如果仅将一些开关投入处于使用降低的驱动电压的任一时刻的高电阻模式，以及/或者如果降低的栅极驱动从较低水平(较高ron)步进至较高水平(较低ron)，则可以限制功率耗散。67.如果电力转换器中的所有功率fet都由图4中示出的栅极控制电路系统控制，则附加的益处在于：在增加的ron操作模式期间，跨越整个电力转换器的热耗散相当均匀。68.应该理解，图4中的新型栅极控制电路可以应用于在除了电力转换器之外的应用中控制相关联的fet的ron，其中选择性地提供降低的驱动操作模式的能力可能是有益的。69.方法70.本发明的另一方面包括保护电力转换器免受潜在破坏性事件(例如启动涌入电流事件)影响的方法。例如，图7是示出用于保护电力转换器免受潜在破坏性事件影响的一种方法的处理流程图700。该方法包括通过以下方式控制电力转换器中的至少一个功率fet的导通电阻ron(框702)：在正常的电力转换器操作期间降低处于导通状态的至少一个功率fet的ron(框704)，以及提升处于导通状态的至少一个功率fet的ron(例如，如果潜在破坏性事件发生或将要发生)(框706)。71.以上方法的附加方面可以包括以下一个或更多个：其中，潜在破坏性事件可能由电力转换器的转换比率的动态重新配置引起；其中，潜在破坏性事件可能由电力转换器的启动引起；以及/或者其中，潜在破坏性事件可能由电力转换器内的两个或更多个电容器之间的电荷重新平衡引起。72.制造技术和选项73.本发明的实施方式的另一用途是emi控制。例如，可能遭受emi事件的至少一个功率fet的导通电阻ron可以在每个周期在第一时刻(例如，一微秒或几微秒)增加，以保护fet和耦接的电路系统免受这样的emi事件影响，并且然后ron可能会在周期的剩余部分降低。74.如本公开内容中使用的，术语“mosfet”包括具有其电压确定晶体管的导电性的绝缘栅极的任何场效应晶体管(fet)，并且包括具有金属或类金属、绝缘体和/或半导体结构的绝缘栅极。术语“金属”或“类金属”包括至少一种导电材料(例如铝、铜或其他金属，或高掺杂的多晶硅、石墨烯或其他电导体)，“绝缘体”包括至少一种绝缘材料(例如硅氧化物或其他介电材料)，并且“半导体”包括至少一种半导体材料。75.如本公开内容中使用的，术语“无线电频率”(rf)是指在约3khz至约300ghz的范围内的振荡速率。该术语还包括无线通信系统中使用的频率。rf频率可以是电磁波的频率或者电路中的交流电压或电流的频率。76.可以实现本发明的各种实施方式以满足各种规范。除非以上另有说明，否则对合适的部件值的选择是设计选择的问题。本发明的各种实施方式可以以任何合适的集成电路(ic)技术(包括但不限于mosfet结构)或者以混合或分立电路形式来实现。可以使用任何合适的基板和工艺来制造集成电路实施方式，包括但不限于标准体硅、高电阻率体cmos、绝缘体上硅(soi)和蓝宝石上硅(sos)。除非以上另有说明，否则本发明的实施方式可以以其他晶体管技术例如双极、bicmos、ldmos、bcd、gaashbt、ganhemt、gaasphemt和mesfet技术来实现。然而，本发明的实施方式在使用基于soi或sos的工艺来制造时或者在使用具有类似特性的工艺来制造时特别有用。使用soi或sos工艺在cmos中进行的制造使得电路能够具有低功耗、由于fet堆叠而在操作期间承受高电力信号的能力、良好的线性度以及高频操作(即，高达并超过300ghz的无线电频率)。由于通常可以通过精心设计而使寄生电容保持小(或处于最小，在所有单元上保持均匀，从而允许对其进行补偿)，因此单片ic实现方式特别有用。77.根据特定规范和/或实现技术(例如，nmos、pmos或cmos，以及增强模式或耗尽模式晶体管器件)，可以调节电压水平和/或使电压和/或逻辑信号极性反转。部件电压、电流和功率处理能力可以根据需要进行调整，例如通过调节器件尺寸、串行“堆叠”部件(特别是fet)以承受更大的电压以及/或者使用多个并行部件来处理更大的电流。可以添加附加的电路部件以增强所公开的电路的性能以及/或者在不显著改变所公开的电路的功能的情况下提供附加的功能。78.一般来说，电荷泵并且更特别地根据本发明的电荷泵，在许多应用中特别有益。例如，电荷泵与经调节的系统相比可以更有效，并且电荷泵可以提供固定的分压/倍增比(division/multiplicationratios)。改变分压/倍增比以便保持正确的输出电压的能力对于电池操作的应用尤其有用，在电池操作的应用中，电池电压(电荷泵的输入电压)经常发生变化，例如当插入新电池时或当电池电压随着使用下降时。79.作为另一示例，电荷泵也可以用于移动设备和连接系统。在某些连接系统(例如usb-c)的情况下，由于电线的尺寸，电流会受到限制，因此为了递送期望量的电力，增加了输入电压。电荷泵可以用于根据各种电路或子电路的需要对电压进行分割。80.作为又一示例，电荷泵可以在计算机服务器中使用。输入电压可以是例如12v或48v(更高的输入电压降低系统中的i2*r损耗)。电荷泵对将系统输入电压分割成例如微处理器下游的较低负载点输入电压是有利的。81.根据本发明的电路和器件可以单独使用或与其他部件、电路和器件组合使用。本发明的实施方式可以被制造为集成电路(ic)，集成电路(ic)可以被封装在ic封装和/或模块中以易于处理、制造和/或改善性能。特别地，本发明的ic实施方式通常用于其中这样的ic中的一个或更多个与其他电路块(例如，滤波器、无源部件和可能的附加ic)组合成一个封装件的模块中。然后，通常将ic和/或模块与通常在印刷电路板上的其他部件组合，以形成诸如蜂窝电话、膝上型计算机或电子平板的最终产品，或形成可以用于诸如车辆、测试设备、医疗装置等的各种产品的较高级别模块。通过模块和组件的各种配置，这样的ic通常使得能够进行通常为无线通信的通信模式。82.在电力转换器的各种实施方式中，特别地对于飞电容器使用特定类型的电容器可能是有益的。例如，对于这样的电容器具有低等效串联电阻(esr)、低dc偏置退化、高电容和小体积通常是有用的。低esr对于包含附加的开关和飞电容器以增加电压水平的数目的电力转换器尤其重要。特定电容器的选择应该在考虑功率水平、效率、尺寸等规格后进行。可以使用各种类型的电容器技术，包括陶瓷(包括多层陶瓷电容器)、电解电容器、薄膜电容器(包括电力薄膜电容器)以及基于ic的电容器。电容器电介质可以随特定应用的需要而变化，并且可以包括顺电性的电介质，例如二氧化硅(sio2)、二氧化铪(hfo2)或氧化铝al2o3。另外，电力转换器设计可以结合或替代设计的电容器受益地利用固有寄生电容(例如，功率fet固有的)以减小电路尺寸和/或提高电路性能。用于电力转换器的电容器的选择还可以考虑这样的因素，如电容器部件变化、具有dc偏置的降低的有效电容和陶瓷电容器温度系数(最小和最大温度操作限制，以及随温度的电容变化)。83.类似地，在电力转换器的各种实施方式中，使用特定类型的电感器可能是有益的。例如，对于电感器具有低dc等效电阻、高电感和小体积通常是有用的。84.用于控制电力转换器的启动和操作的控制器可以实现为微处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、寄存器传输级(rtl)电路系统和/或组合的逻辑。85.结论86.已经描述了本发明的多个实施方式。应当理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改。例如，上述步骤中的一些可以与顺序无关，并且因此可以以与所描述的顺序不同的顺序来执行。此外，上述步骤中的一些可以是可选的。可以以重复、串行或并行的方式来执行关于以上标识的方法所描述的各种活动。87.应当理解，前面的描述旨在说明而不是限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求的范围限定，并且其他实施方式在权利要求的范围内。特别地，本发明的范围包括所附权利要求书中阐述的一种或更多种处理、机器、制造或物质组成的任何和所有可行的组合。(注意，用于权利要求元素的括号标记是为了便于引用这样的元素，并且其本身并不指示元素的特定所需的顺序或枚举；此外，这样的标记可以在从属权利要求中重复使用作为对附加元素的引用，而不被认为是开始有冲突的标记序列)。当前第1页12当前第1页12