本公開涉及dc-dc功率轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

也被稱作dc-dc轉(zhuǎn)換器的dc-dc功率轉(zhuǎn)換器通常可以為電感式的或基于一個或多個開關(guān)電容器。在開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器(scpc)中，通過使用許多浮動電容器，電荷被從輸入節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到輸出節(jié)點(diǎn)。根據(jù)由控制回路生成的信號，在對準(zhǔn)于時鐘信號的兩個相位的時間離散事件中，電源開關(guān)被用于將電荷從一個電容器轉(zhuǎn)移到另一電容器，并最終轉(zhuǎn)移到該輸出節(jié)點(diǎn)。開關(guān)產(chǎn)生到輸出電壓的一定量波紋，該一定量波紋波紋取決于被轉(zhuǎn)移的電荷量和在該輸出節(jié)點(diǎn)的電容器的大小。為避免短路，在電容器之間的電荷轉(zhuǎn)移期間，在斷開第一電源開關(guān)與接通互補(bǔ)電源開關(guān)之間總是存在暫停。此暫?；驎r段被稱為非重疊時間，并且具有與開關(guān)時段的剩余時間相比不顯著的固定持續(xù)時間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

各種方面在所附權(quán)利要求書中定義。在第一方面中，定義一種dc-dc功率轉(zhuǎn)換器，包括：開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器，所述開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器耦合到功率轉(zhuǎn)換器輸入端和功率轉(zhuǎn)換器輸出端并包括至少一個可切換電容器；耦合到該開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器的控制器；并且其中，該控制器另外被配置成生成至少兩個非重疊時鐘信號，并且取決于該功率轉(zhuǎn)換器輸出端、參考值和該功率轉(zhuǎn)換器輸入端中的至少一者的電壓和/或電流值來改變非重疊持續(xù)時間。

在一個或多個實(shí)施例中，控制器可耦合到功率轉(zhuǎn)換器輸入端、功率轉(zhuǎn)換器輸出端和被布置成接收參考值的參考輸入端，并且開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器可通過至少兩個非重疊時鐘信號來控制。

在一個或多個實(shí)施例中，控制器可包括誤差檢測器、非重疊時鐘發(fā)生器和控制模塊，其中，該誤差檢測器包括被耦合成用于接收參考值的第一輸入端、耦合到功率轉(zhuǎn)換器輸出端的第二輸入端以及耦合到該非重疊時鐘發(fā)生器和該控制模塊的輸出端，并且其中，該控制模塊被配置成生成用于該非重疊時鐘發(fā)生器的調(diào)制控制信號，并且該非重疊時鐘發(fā)生器被配置成取決于輸出電壓與該參考值之間的差值來改變時鐘頻率。

在一個或多個實(shí)施例中，非重疊時鐘發(fā)生器包括多個選擇器，每個選擇器具有耦合到該非重疊時鐘發(fā)生器的相應(yīng)輸出端的第一輸入端、可操作地耦合到斷態(tài)電壓電平的第二輸入端，以及耦合到控制器的控制輸入端，其中，該控制器被配置成通過響應(yīng)于時間參考信號在第一輸入端與第二輸入端之間進(jìn)行選擇來調(diào)制非重疊持續(xù)時間。

在dc-dc功率轉(zhuǎn)換器的一個或多個實(shí)施例中，控制器包括定時參考發(fā)生器。定時參考發(fā)生器可被配置成生成等于標(biāo)稱開關(guān)時段的一半的時間參考信號。

在dc-dc功率轉(zhuǎn)換器的一個或多個實(shí)施例中，定時參考發(fā)生器可取決于可切換電容器的充電時間和放電時間中的至少一者生成時間參考信號。

在dc-dc功率轉(zhuǎn)換器的一個或多個實(shí)施例中，控制器可以可操作以響應(yīng)于減小由該dc-dc功率轉(zhuǎn)換器提供的輸出電流、減小參考設(shè)置值和增大該dc-dc轉(zhuǎn)換器的輸入電壓中的至少一者來增大非重疊持續(xù)時間。

在dc-dc功率轉(zhuǎn)換器的一個或多個實(shí)施例中，控制器可以可操作以響應(yīng)于增大由該dc-dc功率轉(zhuǎn)換器提供的輸出電流、增大參考設(shè)置和減小該dc-dc轉(zhuǎn)換器的輸入電壓中的至少一者來減小非重疊持續(xù)時間。

在一個或多個實(shí)施例中，dc-dc功率轉(zhuǎn)換器可另外包括耦合到開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器的輸出端的輸出電容器。

在dc-dc功率轉(zhuǎn)換器的一個或多個實(shí)施例中，定時參考發(fā)生器耦合到振蕩器。

在第二方面中，描述了控制dc-dc功率轉(zhuǎn)換器的方法，該dc-dc功率轉(zhuǎn)換器包括具有可切換電容器的開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器，該方法包括：向該開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器提供至少兩個非重疊時鐘，并取決于該功率轉(zhuǎn)換器輸出端、該功率轉(zhuǎn)換器輸入端和參考值中的至少一者的電壓和/或電流來調(diào)制非重疊時間時鐘的非重疊持續(xù)時間。

在一個或多個實(shí)施例中，該方法可另外包括響應(yīng)于增大由dc-dc功率轉(zhuǎn)換器提供的輸出電流、增大參考值和減小輸入電壓中的至少一者來減小非重疊持續(xù)時間。

在一個或多個實(shí)施例中，該方法可另外包括響應(yīng)于減小由dc-dc功率轉(zhuǎn)換器提供的輸出電流、減小參考值和增大輸入電壓中的至少一者來增大非重疊持續(xù)時間。

在該方法的一個或多個實(shí)施例中，調(diào)制非重疊持續(xù)時間可包括取決于可切換電容器的充電時間和放電時間中的至少一者來生成時間參考信號。

附圖說明

在附圖和描述中，相似的附圖標(biāo)記指代相似特征。本發(fā)明的實(shí)施例現(xiàn)僅借助于通過附圖示出的例子來詳細(xì)地描述，在附圖中：

圖1a)示出包括具有脈沖頻率調(diào)制(pfm)控制回路的開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器的dc-dc轉(zhuǎn)換器的典型例子，b)示出圖1a的開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器的輸出波紋的曲線圖，c)兩相非重疊時鐘的例子波形，以及d)包括可切換電容器的例子實(shí)施方案的scpc的例子電路。

圖2示出a)根據(jù)實(shí)施例的dc-dc轉(zhuǎn)換器，以及b)調(diào)制時鐘波形的圖示。

圖3示出根據(jù)實(shí)施例的dc-dc轉(zhuǎn)換器。

圖4示出各種pfm控制回路的輸出電壓波紋對輸出電流的質(zhì)量演變的曲線圖。

圖5a示出根據(jù)實(shí)施例的dc-dc轉(zhuǎn)換器。

圖5b示出圖5a的實(shí)施例的例子時間參考電路。

圖6a示出圖5a的dc-dc轉(zhuǎn)換器針對0.6ma的輸出電流的行為的模擬。

圖6b示出圖5a的dc-dc轉(zhuǎn)換器針對6ma的輸出電流的行為的模擬。

圖7a示出說明針對2個不同的輸出電流值，在圖5a的dc-dc轉(zhuǎn)換器與圖1的dc-dc轉(zhuǎn)換器之間的輸出波紋的差值的曲線圖。

圖7b示出說明針對圖5a的dc-dc轉(zhuǎn)換器和圖1的dc-dc轉(zhuǎn)換器的浮動電容器的電壓擺幅的曲線圖。

圖7c示出說明針對圖5a的dc-dc轉(zhuǎn)換器和圖1的dc-dc轉(zhuǎn)換器的輸出波紋對輸出電流的變化的曲線圖。

圖8示出根據(jù)實(shí)施例的控制dc-dc轉(zhuǎn)換器的方法。

具體實(shí)施方式

圖1a示出包括使用脈沖頻率調(diào)制(pfm)控制的開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器(scpc)112的dc-dc轉(zhuǎn)換器100的典型例子。比較器102具有可操作地連接到電壓參考vref的第一輸入端以及用于監(jiān)測輸出電壓vo的連接到dc-dc轉(zhuǎn)換器100的輸出端114的第二輸入端。比較器102的輸出端被連接到振蕩器104。該振蕩器104的輸出端被連接到非重疊時鐘相位發(fā)生器106。該非重疊時鐘相位發(fā)生器106的兩個輸出端108、110被連接到開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器112，該開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器可將功率從vin116轉(zhuǎn)換為vo114。該非重疊時鐘相位發(fā)生器106的兩個輸出端108、110可分別生成表示為ph1和ph2的非重疊時鐘。scpc114的輸出端可連接到輸出電容器co的第一端。輸出電容器co的第二端可連接到接地電位。

圖1d示出例子開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器112的另外細(xì)節(jié)。nmos晶體管s1和s2的第一串聯(lián)布置可被連接在輸入電壓源118與scpc輸出端114之間。nmos晶體管s3和s4的第二串聯(lián)布置可被連接在scpc輸出端114與接地電位之間。電容器cs的第一端可連接到在晶體管s1與s2之間的公共連接。電容器cs的第二端可連接到在晶體管s3與s4之間的公共連接。nmos晶體管s1和s4的柵極端可經(jīng)由連接108被連接到ph1非重疊時鐘。nmos晶體管s2和s3的柵極端可經(jīng)由連接110被連接到ph2非重疊時鐘。電容器cs可被視為浮動電容器，因?yàn)樵撾娙萜鱟s可以在操作期間與輸入電壓源118、scpc輸出端和接地電位隔離。與晶體管s1、s2、s3和s4組合的電容器cs可被視為形成可切換電容器116。

在此例子開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器112中，在操作期間，當(dāng)ph1為邏輯高值隨后nmos晶體管s1和s4被啟用或接通時，scpc輸出端114耦合到電容器cs的第二端，以及輸入電壓vin被提供給該電容器cs的第一端。當(dāng)ph2為邏輯高值隨后nmos晶體管s2和s3被啟用或接通時，scpc輸出端114耦合到電容器cs的第一端以及接地電位被提供給另一端。在第一操作階段期間(s1和s4接通)，電容器cs被充電到等于vin與vo之間的差值的電壓。在第二階段期間，在cs中累積的電荷被轉(zhuǎn)移到輸出電壓節(jié)點(diǎn)(s2和s3接通)。此交替操作產(chǎn)生在時間離散事件中的從scpc的輸入端到輸出端的電荷轉(zhuǎn)移。在非重疊時間期間，當(dāng)ph1和ph2兩者為邏輯低值時，那么所有nmos晶體管s1到s4被切斷且電容器cs為浮動的。應(yīng)了解，在其它實(shí)施方案中，多個電容器以及使用其它晶體管，例如pmos晶體管或其它元件以用于形成開關(guān)的開關(guān)布置可被用在開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器中。

在dc-dc轉(zhuǎn)換器100操作中，scpc112的輸出電壓vo可用電壓比較器或誤差放大器102連續(xù)監(jiān)測，該電壓比較器或誤差放大器102將輸出電壓vo與對應(yīng)于期望輸出電壓值的參考電壓vref進(jìn)行比較。電壓比較器或誤差放大器102可被視為充當(dāng)誤差檢測器。在其它典型例子中，比較器可為比較在離散時間間隔的輸出的鐘控比較器。在其它例子中，比較器可為用于連續(xù)控制振蕩器的頻率的誤差放大器或包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和另外數(shù)字電路系統(tǒng)的混合信號電路。比較器102的輸出端用于啟用和禁用振蕩器104，該振蕩器104可為被設(shè)置為以固定頻率操作，該固定頻率可例如為10mhz到20mhz。當(dāng)輸出電壓vo低于參考電壓vref時，振蕩器可被啟用，以及如果該輸出電壓vo高于vref，那么該振蕩器可被禁用。參考電壓vref可例如為1.2伏。振蕩器104的輸出端被連接到非重疊時鐘相位發(fā)生器106，該非重疊時鐘相位發(fā)生器106生成驅(qū)動電源開關(guān)s1、s2、s3、s4所需的兩個互補(bǔ)信號(ph1和ph2)，該兩個互補(bǔ)信號具有非重疊暫停以避免短路。在其它例子中，比較器輸出可為可變電壓，該可變電壓控制壓控振蕩器以取決于vo與vref之間的差值來調(diào)制頻率。圖1c示出兩相非重疊時鐘系統(tǒng)140的例子波形。波形142、144分別示出在第一操作模式中的在時鐘ph1與ph2之間的關(guān)系。非重疊持續(xù)時間由區(qū)域146指示。如果參考電壓vref變?yōu)榕c較低的所需輸出電壓對應(yīng)的較低值，那么時鐘ph1和ph2的時段如波形142′、144′中所示增大，這將引起輸出電壓vo減小。

圖1b示出2個不同輸出電流值120的輸出電壓的變化。x軸122指示以微秒為單位的在29us與30.7us之間的值的與約為1.7us的持續(xù)時間對應(yīng)的時間。y軸124指示在1.19伏與1.23伏之間的范圍內(nèi)改變的輸出電壓vo。在此例子中的1.2伏的電壓參考值被示為水平線130。曲線圖線126示出針對6ma的輸出電流的輸出電壓的變化。曲線圖線128示出針對0.6ma的輸出電流的輸出電壓的變化。從曲線圖120可以看出，與在6ma的電壓波紋為4mv峰-峰值相比，由線128示出的在0.6ma的較低輸出電流的電壓波紋約為25mv峰-峰值。

圖2a示出根據(jù)實(shí)施例的dc-dc功率轉(zhuǎn)換器200。控制器206可具有可操作地連接到電壓參考的第一輸入端204、連接到dc-dc功率轉(zhuǎn)換器200的功率轉(zhuǎn)換器輸出端214的第二輸入端，以及連接到dc-dc功率轉(zhuǎn)換器輸入端216的第三輸入端?？刂破?06的時鐘輸出端210、212可連接到開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器(scpc)208。開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器208可具有連接到dc-dc轉(zhuǎn)換器輸入端216的輸入端。開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器208的輸出端可連接到dc-dc轉(zhuǎn)換器200的輸出端214。輸出電容器co可被連接在輸出端214與電源軌之間，該電源軌可操作地處于接地電位。

在操作中，控制器206可響應(yīng)于輸出電壓與參考電壓之間的差值改變時鐘發(fā)生器256的頻率。時鐘發(fā)生器可從第一時鐘輸出端210輸出非重疊時鐘ph1mod的第一相位以及從第二時鐘輸出端212輸出非重疊時鐘ph2mod的第二相位?？刂破?06也可改變phlmod與ph2mod之間的非重疊持續(xù)時間。通過直接測量io的電流值或間接檢測電壓輸出值vo中的任一者，控制器206可檢測由連接的負(fù)載(未示出)從dc-dc轉(zhuǎn)換器200汲取的輸出電流?？刂破?06也可檢測在dc-dc轉(zhuǎn)換器輸入端216上的輸入電壓的變化或設(shè)置在參考輸入端204上的參考值。在其它例子中，控制器可具有預(yù)定的參考值?？刂破?06可響應(yīng)于輸出電流io變化、輸入電壓變化變或參考設(shè)置變化來改變兩個時鐘相位的非重疊持續(xù)時間。例如，如果控制器206檢測到電流io增大，那么該控制器206可減小ph1mod與ph2mod之間的非重疊時段。

因此，當(dāng)輸出電流io減小并因此開關(guān)頻率減小時，scpc功率級208的操作被有效凍結(jié)在非重疊狀態(tài)中，也就是說，一旦經(jīng)過標(biāo)稱充電/放電時間或在經(jīng)過該標(biāo)稱充電/放電時間之后不久，此時所有浮動電容器斷開連接。

圖2b示出dc-dc轉(zhuǎn)換器200的非重疊調(diào)制時鐘220的例子波形。波形222、224分別示出在第一操作模式中在時鐘ph1mod與ph2mod之間的關(guān)系。非重疊持續(xù)時間由區(qū)域226、226′指示。如果需要較低的輸出電壓或電流，那么時鐘ph1mod和ph2mod的時段可增大，如波形222′和224′所示。通過增大非重疊時間區(qū)域226′，與時鐘相位222′和224′的接通時段對應(yīng)的時段228可對應(yīng)于在scpc208中的可切換電容器的放電/充電時間。

以此方式，在scpc208中的浮動電容器的充電/放電時間變?yōu)榕c輸出電流和操作開關(guān)頻率無關(guān)。dc-dc轉(zhuǎn)換器200的開關(guān)頻率也根據(jù)輸出電流、輸入電壓或參考設(shè)置被調(diào)制；但是控制器206調(diào)制非重疊時間的持續(xù)時間，而不是調(diào)制浮動電容器的充電/放電時間。這允許針對給定最大所需輸出電壓波紋使用比其它情況更小的輸出電容器co。dc-dc功率轉(zhuǎn)換器200可將電壓波紋的量減小50％。在常規(guī)的dc-dc轉(zhuǎn)換器中，為了實(shí)現(xiàn)相同結(jié)果，可能需要具有為該電容兩倍的輸出電容器。

圖3示出根據(jù)實(shí)施例的dc-dc轉(zhuǎn)換器250。控制器260可包括控制邏輯252、比較器254和時鐘發(fā)生器256。比較器254可具有可操作地連接到可為電壓參考的參考輸入端276的第一輸入端，以及連接到dc-dc轉(zhuǎn)換器250的輸出端274的第二輸入端。比較器254的輸出端可連接到時鐘發(fā)生器256。時鐘發(fā)生器256的調(diào)制時鐘輸出端260、272可連接到開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器268。開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器268的輸出端可連接到dc-dc轉(zhuǎn)換器250的輸出端274。輸出電容器co可被連接在輸出端274與可操作地處于接地電位的電源軌之間。dc-dc轉(zhuǎn)換器250的輸出端可連接到控制邏輯電路252?？刂七壿嬰娐?52可連接到時鐘發(fā)生器256。

在操作中，比較器254可響應(yīng)于輸出電壓與參考電壓之間的差值提供控制信號以改變時鐘發(fā)生器256的頻率。時鐘發(fā)生器可從第一時鐘發(fā)生器輸出端260輸出非重疊時鐘ph1mod的第一相位和從第二時鐘發(fā)生器輸出端272輸出非重疊時鐘ph2mod272的第二相位?？刂破?06可通過直接測量io的電流值或間接檢測電壓輸出值vo來檢測由連接的負(fù)載(未示出)從dc-dc轉(zhuǎn)換器250汲取的輸出電流?？刂破?60也可檢測dc-dc轉(zhuǎn)換器輸入端266上的輸入電壓或參考輸入端276上的參考設(shè)置的變化，該參考設(shè)置可為電壓參考。控制器260可通過響應(yīng)于輸出電流io、輸入電壓或參考設(shè)置的變化而更改時鐘相位的占空比來改變兩個時鐘相位的非重疊持續(xù)時間。

舉例來說，如果控制器260檢測到電流io增大，那么該控制器260可減小ph1mod與ph2mod之間的非重疊時段。當(dāng)輸出電流io減小時，開關(guān)頻率可減小，scpc功率級268的操作被有效凍結(jié)在非重疊狀態(tài)中，也就是說，一旦經(jīng)過標(biāo)稱充電/放電時間或在經(jīng)過該標(biāo)稱充電/放電時間之后不久，此時所有浮動電容器斷開連接。因此，非重疊時間增大。

以此方式，在scpc268中的浮動電容器的充電/放電時間變?yōu)榕c輸出電流和操作開關(guān)頻率無關(guān)。dc-dc轉(zhuǎn)換器250的開關(guān)頻率也根據(jù)輸出電流、輸入電壓或參考設(shè)置被調(diào)制；但是控制器調(diào)制非重疊時間的持續(xù)時間，而不是調(diào)制浮動電容器的充電/放電時間。這允許針對給定最大所需輸出電壓波紋使用比其它情況更小的輸出電容器co。

與其它dc-dc轉(zhuǎn)換器相比，本文中所描述的dc-dc轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例的輸出電壓波紋隨著輸出電流的變化關(guān)于圖4另外加以解釋和定性示出。曲線圖280具有示出輸出電流的x軸284和示出輸出電壓波紋的量的y軸282。線292示出具有以頻率fs進(jìn)行采樣的鐘控比較級的典型dc-dc轉(zhuǎn)換器(fs等于dc-dc轉(zhuǎn)換器的標(biāo)稱開關(guān)頻率)。線286示出具有以比fs更高的采樣頻率進(jìn)行采樣的鐘控比較級的典型dc-dc轉(zhuǎn)換器。線288示出具有類似于在圖1a中描述的連續(xù)比較級的典型dc-dc轉(zhuǎn)換器。線290示出本文中所描述的dc-dc轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例的輸出電壓波紋相對于輸出電流的定性變化。

具有在曲線圖280中示出的響應(yīng)的dc-dc轉(zhuǎn)換器使用脈沖頻率調(diào)制(pfm)來調(diào)節(jié)scpc的輸出電壓。當(dāng)輸出電流為最大值時，輸出電壓波紋可僅達(dá)到其最小值。一旦輸出電流減小，輸出波紋就增大。根據(jù)控制回路的實(shí)施方案，可以在輸出端觀察到不同的效果：

例如，如果dc-dc轉(zhuǎn)換器的控制回路例如通過使用鐘控電壓比較器對輸出端進(jìn)行采樣，那么由于如在線292、286中示出的輸出電壓的有限采樣頻率，輸出波紋的增大可能非常突然。此問題可以通過增大采樣頻率來最小化，從而產(chǎn)生當(dāng)與線292相比時在線286中示出的減小的電壓波紋。然而，這可由于更高采樣頻率而產(chǎn)生增加的功耗。

如果控制回路連續(xù)監(jiān)測在dc-dc轉(zhuǎn)換器100中描述并在線288中示出的輸出電壓，那么在輸出電流減小時仍然可發(fā)生輸出電壓波紋的增大，但是呈比先前情況更平滑的形狀。

當(dāng)輸出電流變得更小時，可引起輸出電壓波紋的增大，因?yàn)榈捷敵龉?jié)點(diǎn)的電荷的注入在有限時間量中發(fā)生。在此時間期間，如果輸出電流為高，那么大量電荷直接流動到輸出端并從不到達(dá)輸出電容器；這意味著該大量電荷并不增大輸出電壓。在低輸出電流，在電荷注入事件期間直接流動到輸出端的電荷變得不顯著，從而產(chǎn)生幾乎所有電荷被累積在輸出節(jié)點(diǎn)(這增大輸出波紋)。

當(dāng)輸出電流變得更小時輸出電壓波紋的增大可能由于dc-dc轉(zhuǎn)換器的減小的開關(guān)頻率。這可產(chǎn)生電容器的充電/放電時間的增大，以及隨之而來的存儲在scpc中的浮動電容器中的電荷變化的增大，這產(chǎn)生更高的輸出波紋。dc-dc轉(zhuǎn)換器250將電容器充電-放電時間從dc-dc轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率解耦，從而產(chǎn)生由線290定性指示的減小的輸出電壓波紋。

圖5a示出根據(jù)實(shí)施例的包括使用脈沖頻率調(diào)制(pfm)控制的開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器(scpc)326的dc-dc轉(zhuǎn)換器300。

控制器330可包括控制電路310和時鐘發(fā)生器318。

控制電路310可包括比較器302、時間參考306和數(shù)字控制器308。時鐘發(fā)生器318可包括振蕩器304、非重疊時鐘相位發(fā)生器316和多路復(fù)用器312、314。

比較器302具有可操作地連接到電壓參考的第一輸入端以及用于監(jiān)測輸出電壓vo的連接到dc-dc轉(zhuǎn)換器300的輸出端324的第二輸入端。比較器或誤差放大器302的輸出端可連接到振蕩器304，例如壓控振蕩器。振蕩器304的輸出端被連接到非重疊時鐘相位發(fā)生器316。非重疊時鐘相位發(fā)生器316的兩個輸出端中的每者被連接到相應(yīng)多路復(fù)用器312、314的相應(yīng)第一輸入端。多路復(fù)用器312、314中的每者的第二輸入端被連接到參考節(jié)點(diǎn)，該參考節(jié)點(diǎn)可以可操作地處于接地電位或斷開開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器326的對應(yīng)電源開關(guān)所需的任何其它斷態(tài)電壓值。多路復(fù)用器312的輸出端320、多路復(fù)用器314的輸出端322可連接到開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器326。多路復(fù)用器312、314的控制輸入端可連接到數(shù)字控制電路308。如將了解，多路復(fù)用器充當(dāng)選擇電路，在其它例子中，該選擇電路可使用其它邏輯電路系統(tǒng)或其它類型的信號選擇器來實(shí)施。數(shù)字控制電路308可連接到時間參考306。時間參考306可生成持續(xù)時間為標(biāo)稱開關(guān)時段的一半的信號。標(biāo)稱開關(guān)時段可等于開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器可以提供其所設(shè)計(jì)的最大輸出功率的開關(guān)時段。

開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器326的輸出端324可連接到輸出電容器co的第一端。輸出電容器co的第二端可連接到接地電位。時間參考306和數(shù)字控制電路308可被包括在控制器310中。振蕩器304、非重疊時鐘相位發(fā)生器316、第一多路復(fù)用器312和第二多路復(fù)用器314可被包括在時鐘發(fā)生器318中。

圖5b示出例子定時參考電路306。通?？赏ㄟ^晶體管實(shí)施的開關(guān)332可被布置在接地電位與比較器336的非反相輸入端之間。當(dāng)在操作中時比較器336的反相輸入端可連接到參考電壓，例如電源電壓值的一半。電流源334可連接到比較器336的非反相輸入端338。電容器c可被連接在非反相輸入端338與接地電位之間。

參考圖6a和圖6b描述dc-dc轉(zhuǎn)換器300的操作，圖6a和圖6b分別具有針對0.6ma和6ma的輸出電流的模擬結(jié)果400、400′。y軸404、404′示出各種信號的電壓值，且x軸424、424′指示時間。

在操作中，比較器302可提供控制信號以響應(yīng)于在線406、406′上示出的輸出電壓vo的電平低于在線408、408′上示出的參考電壓vref而啟用振蕩器304。在線410、410′上示出的比較器302的輸出可通過閉合開關(guān)332來觸發(fā)時間參考電路306。時間參考電路306為單穩(wěn)態(tài)電路并生成通過電容c和由電流源334提供的電流的值確定的持續(xù)時間的脈沖。非重疊時鐘相位發(fā)生器316可輸出在線416、416′上示出的非重疊時鐘ph1的第一相位和在線420、420′上示出的非重疊時鐘ph2的第二相位。數(shù)字控制電路308可響應(yīng)于定時參考306來控制多路復(fù)用器312、314以輸出非重疊時鐘信號ph1、ph2或參考電位中的任一者，該參考電位可為接地電位或斷開開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器326中的對應(yīng)電源開關(guān)的任何其它斷態(tài)電壓值。在多路復(fù)用器輸出端320、322處的信號為在線418、418′上示出的非重疊時鐘相位ph1mod和在線422、422′上示出的ph2mod，該ph1mod和ph2mod可具有取決于時鐘頻率的變化的非重疊時間。因?yàn)槎〞r參考306可具有可為固定的或可編程的預(yù)定持續(xù)時間428、428′，所以在可對應(yīng)于較低輸出電流的較低開關(guān)頻率下，時鐘ph1mod與ph2mod之間的非重疊時間426可增大。在更高開關(guān)頻率下，ph1mod與ph2mod之間的非重疊時間426′可減小。

在ph1mod和ph2mod的非重疊時間期間，在scpc308中的nmosfet開關(guān)將被切斷，因此，電容器將在經(jīng)過標(biāo)稱充電/放電時間之后處于浮動狀態(tài)。應(yīng)了解，在其它例子中，可使用所使用的其它晶體管，例如pmosfet開關(guān)，在此情況下，將需要電源電位或電壓(或任何其它所需的電位)以切斷該pmosfet開關(guān)，并因此，保持scpc326中的浮動電容器與scpc326的輸入端和輸出端斷開連接或隔離。

在其它例子中，時間參考可連接到振蕩器并從該振蕩器導(dǎo)出信號(或相反)?？商鎿Q的是，定時參考可包括耦合到比較器的輔助振蕩器(未示出)。其它例子可在單個電路中組合振蕩器和時間參考。

因此，當(dāng)輸出電流io減小并因此開關(guān)頻率減小時，scpc功率級326的操作被有效凍結(jié)在非重疊狀態(tài)中，并因此，一旦經(jīng)過標(biāo)稱充電/放電時間或在經(jīng)過該標(biāo)稱充電/放電時間之后不久，在scpc中的所有浮動電容器與scpc輸入端和輸出端以及接地電位二者斷開連接。

dc-dc轉(zhuǎn)換器300允許針對給定最大所需輸出電壓波紋使用比其它情況更小的輸出電容器co。與用于輸出電容器co的相同值的常規(guī)dc-dc轉(zhuǎn)換器相比，dc-dc轉(zhuǎn)換器300可將輸出電壓波紋的量減小50％。在低輸出電流的電壓波紋的改善另外在圖7a到圖7c中示出。

圖7a示出針對dc-dc轉(zhuǎn)換器300和dc-dc轉(zhuǎn)換器100的兩個不同輸出電流值500的輸出電壓的變化。x軸502、502′指示以微秒為單位的在約27us與28us的值之間的時間，即約1us的持續(xù)時間。y軸504、504′中的每者指示在1.19伏與1.23伏之間的范圍內(nèi)的電壓變化。曲線圖線506示出針對dc-dc轉(zhuǎn)換器100的0.6ma的輸出電流的輸出電壓的變化。曲線圖線508示出針對dc-dc轉(zhuǎn)換器300的0.6ma的輸出電流的輸出電壓波紋的變化。與dc-dc轉(zhuǎn)換器100的約27mv的峰峰值電壓波紋相比，dc-dc轉(zhuǎn)換器300的峰峰值電壓波紋約為15mv。

曲線圖線510示出針對dc-dc轉(zhuǎn)換器100的6ma的輸出電流的輸出電壓的變化。曲線圖線512示出針對dc-dc轉(zhuǎn)換器300的6ma的輸出電流的輸出電壓的變化。在此更高電流電平，在每種情況下的峰峰值電壓電平是類似的。

圖7b示出針對0.6ma的輸出電流io的在dc-dc轉(zhuǎn)換器100和dc-dc轉(zhuǎn)換器300中的浮動電容器上的電壓擺幅的曲線圖520。x軸374指示以微秒為單位的在25us與29us的值之間的時間，即約4us的持續(xù)時間。y軸522中的每者指示在1.1伏與1.9伏之間的范圍內(nèi)的電壓變化。曲線圖線526示出針對dc-dc轉(zhuǎn)換器100的0.6ma的輸出電流的在scpc中的浮動電容器上的電壓的變化。曲線圖線528示出針對dc-dc轉(zhuǎn)換器300的0.6ma的輸出電流的在scpc中的輸出電壓浮動電容器的變化。與dc-dc轉(zhuǎn)換器100的約0.6v相比，在dc-dc轉(zhuǎn)換器300的浮動電容器上的峰峰值電壓約為0.28v。

圖7c示出指示針對dc-dc轉(zhuǎn)換器100和dc-dc轉(zhuǎn)換器300的輸出電壓波紋對輸出電流的比較的曲線圖540。x軸544指示在0與6ma的值之間的輸出電流。y軸542指示在0與35mv之間的電壓波紋值。線546示出針對dc-dc轉(zhuǎn)換器100，波紋電壓從在0.1ma輸出電流的32mv的值減小到在6ma輸出電流的約4mv。線548示出針對dc-dc轉(zhuǎn)換器300，波紋電壓從在0.1ma輸出電流的16mv的值減小到在6ma輸出電流的約4mv。

圖8示出根據(jù)實(shí)施例的操作dc-dc轉(zhuǎn)換器的方法600。在步驟602中，兩個非重疊時鐘可被提供給具有可切換電容器的開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器。在步驟604中，從dc-dc轉(zhuǎn)換器汲取的輸出電流或輸入電壓或與所需輸出電壓對應(yīng)的參考設(shè)置的變化可被直接檢測或經(jīng)由監(jiān)測輸出電壓來間接檢測。在步驟606中，非重疊時鐘的非重疊持續(xù)時間可被調(diào)制。通過響應(yīng)于輸出電流、輸入電壓或參考設(shè)置的變化來調(diào)制非重疊時鐘的非重疊持續(xù)時間，輸出電壓可在將dc-dc轉(zhuǎn)換器的輸出電壓波紋的電位增大最小化時進(jìn)行調(diào)整。因此，波紋更低的輸出電容值可用于相同的輸出電壓波紋規(guī)格。

描述了一種dc-dc功率轉(zhuǎn)換器，該dc-dc功率轉(zhuǎn)換器具有：功率轉(zhuǎn)換器輸入端，其用于接收電源電壓；功率轉(zhuǎn)換器輸出端，其用于輸出所轉(zhuǎn)換的電源電壓；參考輸入端，其用于提供參考值；開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器，其耦合到該功率轉(zhuǎn)換器輸入端和該功率轉(zhuǎn)換器輸出端，并且包括可通過至少兩個非重疊時鐘信號來控制的至少一個可切換電容器；控制器，其耦合到該開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器和該功率轉(zhuǎn)換器輸出端?？刂破鞅慌渲贸缮芍辽賰蓚€非重疊時鐘信號，并取決于功率轉(zhuǎn)換器輸出端、參考輸入端和功率轉(zhuǎn)換器輸入端中的至少一者的電壓和/或電流值來改變非重疊持續(xù)時間。

盡管所附權(quán)利要求是針對特定特征組合，但應(yīng)理解，本發(fā)明的公開內(nèi)容的范圍還包括本文中明確地或隱含地公開的任何新穎特征或任何新穎特征組合或其任何一般化，而不管其是否涉及與當(dāng)前在任何權(quán)利要求中主張的本發(fā)明相同的發(fā)明或其是否緩解與本發(fā)明所緩解的任一或全部技術(shù)問題相同的技術(shù)問題。

在單獨(dú)實(shí)施例的上下文中描述的特征也可以在單個實(shí)施例中組合提供。相反，為了簡潔起見，在單個實(shí)施例的上下文中描述的多種特征也可以分開提供或在任何合適的子組合中提供。

申請人特此提醒，在審查本申請或由此衍生的任何另外的申請期間，可以根據(jù)此類特征和/或此類特征的組合而制訂新的權(quán)利要求。

為完整性起見，還規(guī)定術(shù)語“包括”不排除其它元件或步驟，術(shù)語“一”不排除復(fù)數(shù)個，單個處理器或其它單元可滿足在權(quán)利要求中敘述的若干裝置的功能，且權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋為限制權(quán)利要求的范圍。