一種基於飛跨電容多步充放電的電荷泵多相交織技術的製作方法
2023-06-17 03:14:31
一種基於飛跨電容多步充放電的電荷泵多相交織技術的製作方法
【專利摘要】電荷泵型開關電源具有低EMI、高效率、體積小等優點，是電源管理系統的重要組成部分。本發明專利公開了一種使用三個飛跨電容實現的電荷泵型DC-DC轉換器多相交織技術，其中每個飛跨電容的充電和放電周期可根據需要分多步完成，目的是使用較少的飛跨電容實現多相位交織的效果。對於×1、×2/3、×1/2和×1/3等多種電壓轉換比，本技術都能使充放電過程多相交織，減小電流尖峰脈衝和毛刺，從而減小輸出紋波。
【專利說明】 —種基於飛跨電容多步充放電的電荷泵多相交織技術
【技術領域】
:
[0001]本發明專利涵蓋電荷泵DC-DC轉換器原理、紋波抑制技術、充放電多相交織技術。【背景技術】:
[0002]隨著集成電路技術的不斷發展，可攜式移動終端的大量出現，尤其是近幾年，智慧型手機、平板電腦、GPS等產品的普及，電子系統對供電電源也提出了更多的要求，例如:便攜性、低功耗、輸出穩定、高效率等，推動了可攜式電子設備電源技術的發展。電子系統通常不能由電池或電源適配器為其直接供電，而需要一個電壓調製器將不穩定的直流電壓轉換為穩定的系統供電電源。目前，DC-DC轉換器主要分為兩類:線性穩壓器和開關電源調製器。線性穩壓器具有低紋波、低噪聲、設計簡單等優點，廣泛應用於對噪聲敏感的場合，但其也有效率較低和只能實現降壓等缺點。開關電源又分為電感型和電容型。其中，電感型開關電源儲能元件為電感，優點是轉換效率高，缺點是在輸出端具有紋波幹擾，並且有電磁幹擾(EMI)問題；電容型(又稱電荷泵型)開關電源使用電容作為儲能元件，大大降低了 EMI，轉換效率也較高，缺點是輸出端紋波噪聲較大。
[0003]模擬和射頻電路對噪聲敏感，通常採用線性穩壓源供電，這雖然避免了電源的噪聲幹擾，但系統效率較低。傳統電荷泵型DC-DC轉換器效率較高、又沒有EMI幹擾，如果能解決其紋波噪聲較大的問題，則可將電荷泵型DC-DC轉換器應用於噪聲敏感的模擬和射頻電路，從而提高系統效率，這對便攜系統尤其重要。
[0004]為了降低紋波，一種方法是在電荷泵後串接一個線性穩壓源，在輸出穩壓的同時，減小了紋波。由於這種方案中應用了效率較低的線性穩壓源作為抑制紋波的濾波器，使整體效率較低。另一種常用的減小電荷泵輸出紋波的方法是輸出電壓的多相交織，即將基本電荷泵拓撲複製多份並將它們的充放電時序錯開一定相位，從而抵消紋波。然而，這種方法會導致飛跨電容的數量成倍增加。有些原本只需I個飛跨電容的轉換比，如X 1、X2、X 1/2等，只需要增加I個飛跨電容就可實現兩相；而對於本來需要2個飛跨電容的增益，如X 3/2、X 2/3、X 1/3，則需要增加2個飛跨電容；以此類推，如果用3相交織，則需要增加4個(共6個)飛跨電容，這將造成系統成本的增加，尤其是對集成化的實現還會額外增加的晶片引腳數量。本發明提出了一種使用三個飛跨電容實現的多相交織技術，其中每個飛跨電容的充電和放電周期可根據需要分多步完成，目的是使用較少的飛跨電容實現多相位交織的效果。該技術可以用於X1、父2/3、父1/2和X 1/3等多種電壓轉換比，在保證電荷泵開關電源效率的同時，減小了輸出的紋波噪聲，使開關電容型DC-DC轉換器為模擬和射頻電路供電成為可能。
【發明內容】
:
[0005]本發明針對傳統電荷泵型開關電源多相交織技術導致飛跨電容數量成倍增加的不足，提出了一種利用三個飛跨電容實現的，基於飛跨電容分步完成充電或放電周期的電荷泵充放電多相交織技術，該技術可應用於X 1、X 2/3、X 1/2和X 1/3等多個電壓轉換比，實現多相位交織的效果，抑制輸出紋波。此外通過控制驅動波形的上升和下降沿的斜率，連接飛跨電容和負載的開關可以實現緩導通和緩慢關斷，可以進一步平滑每一相的放電電流。
[0006]一個包含了新型多相交織技術的電荷泵系統原理圖如附圖1，其由開關電容陣列
(2)、誤差放大器、多相時鐘產生、波形發生器和模式控制等模塊組成。其中波形發生器產生上升沿和下降沿可調整的開關驅動波形，以實現開關的緩慢導通和緩慢關斷。雖然附圖1中的系統對輸出的調製採用了脈衝頻率調製(PFM)，但本發明也可應用於其它類型的輸出電壓調製方式。
[0007]附圖2中所示的開關電容陣列⑵中包含了三個飛跨電容(6-1、6_2和6_3)和十五個開關(5-1至5-15)。其中，連接飛跨電容和負載的六個開關(5-2，5-4，5-7, 5-9, 5-12和5-14)具有緩慢導通功能，並且可以根據需要實現快速關斷或緩慢關斷。附圖3至附圖6分別顯示了 X1、X2/3, X1/2和X1/3等四種降壓轉換比下開關陣列的拓撲狀態圖，每種轉換比都具有9個狀態。為簡化起見，狀態圖中沒有畫出開關，只畫出了三個飛跨電容(6-1、6-2和6-3)與電源(I)、輸出(3)及地線(4)之間的連接關係。
[0008]系統啟動後，模式控制模塊根據電源⑴電壓和輸出(3)電壓動態地選擇電壓轉換比，多相時鐘產生模塊和時鐘驅動模塊根據特定電壓轉換比產生所需要的驅動開關的時鐘信號。在選定的電壓轉換比下，開關電容陣列順序經過拓撲狀態I至狀態9，循環往復。由狀態圖可知，在各個電壓轉換比下，三個飛跨電容都經過相同的充放電時序，而三個飛跨電容的充放電時序又存在相同的相位差，從而實現了充放電的多相交織，減小了輸出的紋波。
[0009]此外，飛跨電容的充放電周期中，充放電不是一步完成的。例如，在Xl轉換比下(如附圖3所示)，飛跨電容(6-1)的放電周期包括了狀態(7-4)至(7-9)，其中狀態(7-4)、(7-6)和(7-8)開關緩慢導通，而狀態(7-5)、(7-7)和(7-9)開關緩慢關斷(附圖中的XZ代表通過控制驅動波形的下降沿斜率實現的開關緩慢關斷)，實現了放電周期內的分多步放電，從而減小了每一相放電的紋波。多相交織又使不同飛跨電容的放電周期交錯，例如，附圖3中，每個狀態下對應了兩個飛跨電容的放電周期，而且其中一個的放電開關在緩慢導通，而另一個在緩慢關斷，使得兩個飛跨電容的放電電流波峰與波谷對應，實現紋波抑制。
【專利附圖】
【附圖說明】
:
[0010]附圖1 一種包含新型多相交織技術的電荷泵DC-DC轉換器系統框圖；
[0011]附圖2開關電容陣列拓撲圖；
[0012]附圖3轉換比為X I時的拓撲狀態圖；
[0013]附圖4轉換比為X2/3時的拓撲狀態圖；
[0014]附圖5轉換比為X 1/2時的拓撲狀態圖；
[0015]附圖6轉換比為X 1/3時的比拓撲狀態圖。
【具體實施方式】
:
[0016]1.本發明中的電荷泵系統如附圖1所示，其由開關電容陣列(2)、誤差放大器、多相時鐘產生、以及模式控制等模塊組成，其對輸出電壓調製的方式沒有限制。
[0017]2.開關電容陣列⑵中包含了三個飛跨電容(6-1、6_2和6-3)和十五個開關(5-1至5-15)，如附圖2所示。其中，三個飛跨電容的上極板分別通過開關(5-1)、(5-6)和(5-11)與輸入電源⑴相連，同時通過開關(5-2)、(5-7)和(5-12)與輸出負載(3)相連；三個飛跨電容(6-1)、(6-2)和(6-3)的下極板分別通過開關(5-3)、(5-8)和(5-13)與地線(4)相連，同時通過開關(5-4)、(5-9)和(5-14)與輸出負載(3)相連；飛跨電容(6-1)、(6-2)和(6-3)通過開關(5-5)、(5-10)和(5-15)連接成環形拓撲。
[0018]3.系統啟動後，模式控制模塊根據電源⑴電壓和輸出⑶電壓動態地選擇電壓轉換比，多相時鐘產生模塊和時鐘驅動模塊根據特定電壓轉換比產生所需要的驅動開關的時鐘信號，使三個飛跨電容經過相同的充放電時序，而三個充放電時序又存在相同的相位差。
[0019]4.通過調整連接飛跨電容與負載的開關(5-2，5-4，5-7，5-9，5-12和5-14)的驅動波形的上升沿和下降沿的斜率，可以根據需要實現開關的緩慢導通、緩慢關斷和快速關斷，附圖3-6中用XZ表示開關的緩慢關斷。
[0020]5.如果電壓轉換比是XI，開關電容陣列拓撲時序(7)如附圖3所示，共有9個狀態(7-1 至 7-9):
[0021]I)第一個狀態(7-1)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與電源⑴和地線⑷相連，飛跨電容(6-2)和(6-3)的上下極板分別與輸出(3)與地線(4)相連，飛跨電容(6-2)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0022]2)第二個狀態(7-2)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與電源⑴和地線⑷相連，飛跨電容(6-2)和(6-3)的上下極板分別與輸出(3)與地線(4)相連，飛跨電容(6-3)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0023]3)第三個狀態(7-3)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與電源⑴和地線⑷相連，飛跨電容(6-2)和(6-3)的上下極板分別與輸出(3)與地線(4)相連，飛跨電容(6-2)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0024]4)第四個狀態(7-2)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與電源⑴和地線⑷相連，飛跨電容￠-1)和￠-3)的上下極板分別與輸出(3)與地線⑷相連，飛跨電容￠-3)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0025]5)第五個狀態(7-2)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與電源⑴和地線⑷相連，飛跨電容￠-1)和￠-3)的上下極板分別與輸出(3)與地線⑷相連，飛跨電容￠-1)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0026]6)第六個狀態(7-2)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與電源⑴和地線⑷相連，飛跨電容￠-1)和(6-3)的上下極板分別與輸出(3)與地線⑷相連，飛跨電容￠-3)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0027]7)第七個狀態(7-3)，飛跨電容(6-3)上下極板分別與電源⑴和地線⑷相連，飛跨電容￠-1)和￠-2)的上下極板分別與輸出(3)與地線⑷相連，飛跨電容￠-1)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0028]8)第八個狀態(7-3)，飛跨電容(6-3)上下極板分別與電源⑴和地線⑷相連，飛跨電容￠-1)和￠-2)的上下極板分別與輸出(3)與地線⑷相連，飛跨電容￠-2)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0029]9)第九個狀態(7-3)，飛跨電容(6-3)上下極板分別與電源⑴和地線⑷相連，飛跨電容￠-1)和￠-2)的上下極板分別與輸出(3)與地線⑷相連，飛跨電容￠-1)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0030]開關電容陣列順序經歷狀態7-1至狀態7-9，然後回到狀態7-1，循環往復。
[0031]6.如果電壓轉換比是X2/3，開關電容陣列拓撲時序⑶如圖4所示，其共有九個狀態(8-1至8-9):
[0032]I)第一個狀態(8-1)，飛跨電容￠-1)和￠-2)上下極板分別與電源⑴和輸出
(3)相連，飛跨電容(6-1)的下極板與輸出(3)緩慢斷開，飛跨電容(6-3)的上極板懸空，下極板與地線(4)相連或懸空；
[0033]2)第二個狀態(8-2)，保持飛跨電容(6-2)上極板與電源(I)相連，下極板與輸出
(3)緩慢斷開，飛跨電容(6-3)上極板與輸出(3)相連，下極板與飛跨電容(6-1)上極板相連，飛跨電容(6-1)下極板與地線(4)相連的；
[0034]3)第三個狀態(8-3)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與電源⑴和輸出(3)相連，飛跨電容(6-3)上極板與輸出(3)相連，下極板與飛跨電容(6-1)上極板相連，飛跨電容(6-1)下極板與地線(4)相連；
[0035]4)第四個狀態(8-4)，飛跨電容￠-2)和￠-3)上下極板分別與電源⑴和輸出
(3)相連，飛跨電容(62)的下極板與輸出(3)緩慢斷開，飛跨電容(6-1)的上極板懸空，下極板與地線(4)相連或懸空；
[0036]5)第五個狀態(8-5)，飛跨電容(6-3)上極板與電源⑴相連，下極板與輸出(3)緩慢斷開，飛跨電容(6-1)的上極板與輸出(3)相連，下極板與飛跨電容(6-2)上極板相連，飛跨電容(6-2)下極板與地線⑷相連；
[0037]6)第六個狀態(8-6)，飛跨電容(6-3)上極板與電源⑴相連，下極板與輸出(3)相連，飛跨電容(6-1)的上極板與輸出(3)相連，下極板與飛跨電容(6-2)上極板相連，飛跨電容(6-2)下極板與地線(4)相連；
[0038]7)第七個狀態(8-7)，飛跨電容￠-1)和￠-3)上下極板分別與電源⑴和輸出
(3)相連，飛跨電容(6-3)的下極板與輸出(3)緩慢斷開，飛跨電容(6-2)的上極板懸空，下極板與地線(4)相連或懸空；
[0039]8)第八個狀態(8-8)，飛跨電容(6-1)上極板與電源⑴相連，下極板與輸出(3)緩慢斷開，飛跨電容(6-2)上極板與輸出(3)相連，下極板與飛跨電容(6-3)上極板相連，飛跨電容(6-3)下極板與地線(4)相連；
[0040]9)第九個狀態(8-9)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與電源⑴和輸出(3)相連，飛跨電容(6-2)上極板與輸出(3)相連，下極板與飛跨電容(6-3)上極板相連，飛跨電容(6-3)下極板與地線(4)相連；
[0041]開關電容陣列順序經歷狀態8-1至狀態8-9，然後回到狀態8-1，循環往復。
[0042]7.如果電壓轉換比是X 1/2，開關電容陣列拓撲時序(9)如圖5所示，其共有九個狀態(9-1至9-9):
[0043]I)第一個狀態(9-1)，飛跨電容￠-1)和￠-2)上下極板分別與電源⑴和輸出
(3)相連，飛跨電容(6-1)的下極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-3)的上下極板分別與輸出(3)與地線(4)相連，飛跨電容(6-3)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0044]2)第二個狀態(9-2)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與電源(I)和輸出(3)相連，飛跨電容￠-2)的下極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容￠-1)和￠-3)上極板分別與輸出⑶和地線⑷相連，飛跨電容(6-3)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0045]3)第三個狀態(9-3)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與電源(I)和輸出(3)相連；飛跨電容(6-1)和(6-3)上極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，飛跨電容(6-1)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0046]4)第四個狀態(9-4)，飛跨電容￠-2)和￠-3)上下極板分別與電源⑴和輸出
(3)相連，飛跨電容(6-2)的下極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-1)的上下極板分別與輸出⑶和地線⑷相連，飛跨電容(6-1)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0047]5)第五個狀態(95)，飛跨電容(6-3)上下極板分別與電源⑴和輸出(3)相連，下極板與輸出⑶緩慢斷開；飛跨電容(6-1)和(6-2)的上下極板分別與輸出(3)和地線
(4)相連，飛跨電容(6-1)上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0048]6)第六個狀態(9-6)，飛跨電容(6-3)上下極板分別與電源(I)和輸出(3)相連；飛跨電容(6-1)和(6-2)的上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，飛跨電容(6-2)上極板與輸出(3)緩慢斷開；
[0049]7)第七個狀態(9-7)，飛跨電容￠-1)和￠-3)上下極板分別與電源⑴和輸出
(3)相連，飛跨電容(63)下極板與輸出(3)緩慢關斷；飛跨電容(6-2)的上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，其上極板與輸出緩慢關斷；
[0050]8)第八個狀態(9-8)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與電源⑴和輸出(3)相連，其下極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-2)和(6-3)上下極板分別與輸出(3)和地線
(4)相連，飛跨電容(6-2)上極板與輸出緩慢斷開；
[0051]9)第九個狀態(9-9)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與電源⑴和輸出(3)相連；飛跨電容(6-2)和(6-3)上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，飛跨電容(6-3)上極板與輸出緩慢斷開；
[0052]開關電容陣列順序經歷狀態9-1至狀態9-9，然後回到狀態9-1，循環往復。
[0053]8.如果電壓轉換比是X1/3，開關電容陣列拓撲時序(10)如圖6所示，其共有九個狀態(10-1至10-9):
[0054]I)第一個狀態(10-1)，飛跨電容(6-1)和(6-2)上下極板分別與輸出⑶和地線(4)相連，飛跨電容(6-1)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-3)的上下極板至少有一個是懸空的，上極板接電源(I)或懸空，下極板懸空或連接輸出(3)；
[0055]2)第二個狀態(10-2)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與輸出(3)和地線⑷相連，其上極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-3)上極板與電源(I)相連，下極板與飛跨電容(6-1)上極板相連，飛跨電容(6-1)下極板與輸出(3)相連；
[0056]3)第三個狀態(10-3)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與輸出(3)和地線⑷相連；飛跨電容(6-3)上極板與電源⑴相連，下極板與飛跨電容(6-1)上極板相連，飛跨電容(6-1)下極板與輸出(3)相連；
[0057]4)第四個狀態(10-4)，飛跨電容(6-2)和(6_3)上下極板分別與輸出⑶和地線
(4)相連，飛跨電容(6-2)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-1)的上下極板至少有一個是懸空的，上極板接電源(I)或懸空，下極板懸空或連接輸出(3)；
[0058]5)第五個狀態(10-5)，飛跨電容(6-3)上下極板分別與輸出(3)和地線⑷相連，其上極板與輸出⑶緩慢斷開；飛跨電容(6-1)的上極板與電源⑴相連，下極板與飛跨電容(6-2)上極板相連，飛跨電容(6-2)下極板與輸出(3)相連；
[0059]6)第六個狀態(10-6)，飛跨電容(6-3)上下極板分別與輸出(3)和地線⑷相連，飛跨電容(6-1)的上極板與電源⑴相連，下極板與飛跨電容(6-2)上極板相連，飛跨電容(6-2)下極板與輸出(3)相連；
[0060]7)第七個狀態(10-7)，飛跨電容￠-1)和(6-3)上下極板分別與輸出⑶和地線
(4)相連，飛跨電容(6-3)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-2)的上下極板至少有一個是懸空的，上極板接電源(I)或懸空，下極板懸空或連接輸出(3)；
[0061]8)第八個狀態(10-8)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與輸出(3)和地線⑷相連，其上極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-2)的上極板與電源(I)相連，下極板與飛跨電容(63)上極板相連，飛跨電容(6-3)下極板與輸出(3)相連；
[0062]9)第九個狀態(10-9)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與輸出(3)和地線⑷相連；飛跨電容(6-2)的上極板與電源⑴相連，下極板與飛跨電容(6-3)上極板相連，飛跨電容(6-3)下極板與輸出(3)相連；
[0063]開關電容陣列順序經歷狀態10-1至狀態10-9，然後回到狀態10-1，循環往復。
[0064]附圖標記列表:
[0065]Vin輸入電源電壓
[0066]Vout 輸出電壓
[0067]Vf反饋電壓
[0068]Vref 參考電壓
[0069]Vcon誤差放大器輸出電壓
[0070]Vbat輸入電源
[0071]R1輸出分壓電阻I
[0072]R2輸出分壓電阻2
[0073]Rl負載電阻
[0074]Cl負載電容
[0075]I輸入電源
[0076]2開關電容陣列
[0077]3輸出端
[0078]4地線
[0079]5-1 ?5-15 開關 I ?15
[0080]6-1?6-3 飛跨電容I?3
[0081]7轉換比為Xl時的拓撲狀態圖
[0082]8轉換比為X2/3時的拓撲狀態圖
[0083]9轉換比為X 1/2時的拓撲狀態圖
[0084]10轉換比為X 1/3時的拓撲狀態圖
[0085]7-1?7-9 轉換比為X I時的狀態I?9
[0086]8-1?8-9 轉換比為X 2/3時的狀態I?9
[0087]9-1?9-9 轉換比為X 1/2時的狀態I?9
[0088]10-1?10-9轉換比為X 1/3時的狀態I?9。
【權利要求】
1.一種使用了三個飛跨電容(6-1)、(6-2)和(6-3)實現的電荷泵充放電多相交織技術，其特徵在於每個飛跨電容的充電和放電周期分多步完成。
2.對於權利要求1所述電荷泵充放電多相交織技術，其開關電容陣列的特徵為:三個飛跨電容(6-1)、(6-2)和(6-3)的上極板分別通過開關(5-1)、(5-6)和(5-11)與輸入電源⑴相連，同時通過開關(5-2)、(5-7)和(5-12)與輸出負載(3)相連；三個飛跨電容(6-1)、(6-2)和(6-3)的下極板分別通過開關(5-3)、(5-8)和(5-13)與地線(4)相連，同時通過開關(5-4)、(5-9)和(5-14)與輸出負載(3)相連;飛跨電容(6-1)、(6-2)和(6-3)通過開關(5-5)、(5-10)和(5-15)連接成環形拓撲。
3.對於權利要求2所述的電荷泵開關電容陣列，其特徵為連接飛跨電容和負載的六個開關(5-2，5-4，5-7，5-9，5-12和5_14)具有緩慢導通功能，並且可以根據需要實現快速關斷或緩慢關斷。
4.對於權利要求1所述電荷泵充放電多相交織技術，其特徵在於利用開關電容陣列拓撲時序(7，8，9，10)實現對於XI，X2/3，X 1/2和X 1/3等多種不同電壓轉換比的充放電多相交織。
5.對於權利要求4所述電荷泵充放電多相交織技術，對於實現Xl電壓轉換比的開關電容陣列拓撲時序(7)，特徵為其共有九個狀態(7-1至7-9): a)第一個狀態(7-1)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與電源(I)和地線(4)相連，飛跨電容(6-2)和(6-3)的上下極板分別與輸出(3)與地線(4)相連，飛跨電容(6-2)的上極板與輸出(3)緩慢斷開； b)第二個狀態(7-2)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與電源(I)和地線(4)相連，飛跨電容(6-2)和(6-3)的上下極板分別與輸出(3)與地線(4)相連，飛跨電容(6-3)的上極板與輸出(3)緩慢斷開； c)第三個狀態(7-3)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與電源(I)和地線(4)相連，飛跨電容(6-2)和(6-3)的上下極板分別與輸出(3)與地線(4)相連，飛跨電容(6-2)的上極板與輸出(3)緩慢斷開； d)第四個狀態(7-2)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與電源(I)和地線(4)相連，飛跨電容(6-1)和(6-3)的上下極板分別與輸出(3)與地線(4)相連，飛跨電容(6-3)的上極板與輸出(3)緩慢斷開； e)第五個狀態(7-2)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與電源(I)和地線(4)相連，飛跨電容￠-1)和￠-3)的上下極板分別與輸出(3)與地線⑷相連，飛跨電容￠-1)的上極板與輸出(3)緩慢斷開； f)第六個狀態(7-2)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與電源⑴和地線⑷相連，飛跨電容(6-1)和(6-3)的上下極板分別與輸出(3)與地線⑷相連，飛跨電容(6-3)的上極板與輸出(3)緩慢斷開； g)第七個狀態(7-3)，飛跨電容(6-3)上下極板分別與電源⑴和地線⑷相連，飛跨電容￠-1)和￠-2)的上下極板分別與輸出(3)與地線⑷相連，飛跨電容￠-1)的上極板與輸出(3)緩慢斷開； h)第八個狀態(7-3)，飛跨電容(6-3)上下極板分別與電源⑴和地線⑷相連，飛跨電容(6-1)和(6-2)的上下極板分別與輸出(3)與地線(4)相連，飛跨電容(6-2)的上極板與輸出(3)緩慢斷開； i)第九個狀態(7-3)，飛跨電容(6-3)上下極板分別與電源⑴和地線⑷相連，飛跨電容￠-1)和￠-2)的上下極板分別與輸出(3)與地線⑷相連，飛跨電容￠-1)的上極板與輸出(3)緩慢斷開； 開關電容陣列順序經歷狀態7-1至狀態7-9，然後回到狀態7-1，循環往復。
6.對於權利要求4所述電荷泵充放電多相交織技術，對於實現X2/3電壓轉換比的開關電容陣列拓撲時序(8)，特徵為其共有九個狀態(8-1至8-9): a)第一個狀態(8-1)，飛跨電容(6-1)和(6-2)上下極板分別與電源(I)和輸出(3)相連，飛跨電容(6-1)的下極板與輸出(3)緩慢斷開，飛跨電容(6-3)的上極板懸空，下極板與地線(4)相連或懸空； b)第二個狀態(8-2)，保持飛跨電容(6-2)上極板與電源(I)相連，下極板與輸出(3)緩慢斷開，飛跨電容(6-3)上極板與輸出(3)相連，下極板與飛跨電容(6-1)上極板相連，飛跨電容(6-1)下極板與地線(4)相連的； c)第三個狀態(8-3)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與電源⑴和輸出(3)相連，飛跨電容(6-3)上極板與輸出(3)相連，下極板與飛跨電容(6-1)上極板相連，飛跨電容(6-1)下極板與地線(4)相連； d)第四個狀態(8-4)，飛跨電容(6-2)和(6-3)上下極板分別與電源(I)和輸出(3)相連，飛跨電容(6-2)的下極板與輸出(3)緩慢斷開，飛跨電容(6-1)的上極板懸空，下極板與地線(4)相連或懸空； e)第五個狀態(8-5)，飛跨電容(6-3)上極板與電源⑴相連，下極板與輸出(3)緩慢斷開，飛跨電容(6-1)的上極板與輸出(3)相連，下極板與飛跨電容(6-2)上極板相連，飛跨電容(6-2)下極板與地線(4)相連； f)第六個狀態(8-6)，飛跨電容(6-3)上極板與電源(I)相連，下極板與輸出(3)相連，飛跨電容(6-1)的上極板與輸出(3)相連，下極板與飛跨電容(6-2)上極板相連，飛跨電容(6-2)下極板與地線(4)相連； g)第七個狀態(8-7)，飛跨電容(6-1)和(6-3)上下極板分別與電源(I)和輸出(3)相連，飛跨電容(6-3)的下極板與輸出(3)緩慢斷開，飛跨電容(6-2)的上極板懸空，下極板與地線(4)相連或懸空； h)第八個狀態(8-8)，飛跨電容(6-1)上極板與電源⑴相連，下極板與輸出(3)緩慢斷開，飛跨電容(6-2)上極板與輸出(3)相連，下極板與飛跨電容(6-3)上極板相連，飛跨電容(6-3)下極板與地線(4)相連； i)第九個狀態(8-9)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與電源(I)和輸出(3)相連，飛跨電容￠-2)上極板與輸出(3)相連，下極板與飛跨電容￠-3)上極板相連，飛跨電容(6-3)下極板與地線(4)相連； 開關電容陣列順序經歷狀態8-1至狀態8-9，然後回到狀態8-1，循環往復。
7.對於權利要求4所述電荷泵充放電多相交織技術，對於實現X1/2電壓轉換比的開關電容陣列拓撲時序(9)，特徵為其共有九個狀態(9-1至9-9): a)第一個狀態(9-1)，飛跨電容(6-1)和(6-2)上下極板分別與電源(I)和輸出(3)相連，飛跨電容(6-1)的下極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-3)的上下極板分別與輸出(3)與地線(4)相連，飛跨電容(6-3)的上極板與輸出(3)緩慢斷開； b)第二個狀態(9-2)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與電源(I)和輸出(3)相連，飛跨電容(6-2)的下極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-1)和(6-3)上極板分別與輸出(3)和地線⑷相連，飛跨電容(6-3)的上極板與輸出(3)緩慢斷開； c)第三個狀態(9-3)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與電源⑴和輸出(3)相連；飛跨電容(6-1)和(6-3)上極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，飛跨電容(6-1)的上極板與輸出⑶緩慢斷開； d)第四個狀態(9-4)，飛跨電容(6-2)和(6-3)上下極板分別與電源(I)和輸出(3)相連，飛跨電容(6-2)的下極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-1)的上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，飛跨電容(6-1)的上極板與輸出(3)緩慢斷開； e)第五個狀態(9-5)，飛跨電容(6-3)上下極板分別與電源(I)和輸出(3)相連，下極板與輸出⑶緩慢斷開；飛跨電容(6-1)和(6-2)的上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，飛跨電容(6-1)上極板與輸出(3)緩慢斷開； f)第六個狀態(9-6)，飛跨電容(6-3)上下極板分別與電源⑴和輸出(3)相連；飛跨電容(6-1)和(6-2)的上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，飛跨電容(6-2)上極板與輸出⑶緩慢斷開； g)第七個狀態(9-7)，飛跨電容(6-1)和(6-3)上下極板分別與電源(I)和輸出(3)相連，飛跨電容(6-3)下極板與輸出(3)緩慢關斷；飛跨電容(6-2)的上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，其上極板與輸出緩慢關斷； h)第八個狀態(9-8)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與電源⑴和輸出(3)相連，其下極板與輸出⑶緩慢斷開；飛跨電容(6-2)和(6-3)上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，飛跨電容(6-2)上極板與輸出緩慢斷開； i)第九個狀態(9-9)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與電源(I)和輸出(3)相連；飛跨電容(6-2)和(6-3)上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，飛跨電容(6-3)上極板與輸出緩慢斷開； 開關電容陣列順序經歷狀態9-1至狀態9-9，然後回到狀態9-1，循環往復。
8.對於權利要求4所述電荷泵充放電多相交織技術，對於實現X 1/3電壓轉換比的開關電容陣列拓撲時序(10)，特徵為其共有九個狀態(10-1至10-9): a)第一個狀態(10-1)，飛跨電容(6-1)和(6-2)上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，飛跨電容(6-1)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-3)的上下極板至少有一個是懸空的，上極板接電源(I)或懸空，下極板懸空或連接輸出(3)； b)第二個狀態(10-2)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，其上極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-3)上極板與電源(I)相連，下極板與飛跨電容(6-1)上極板相連，飛跨電容(6-1)下極板與輸出(3)相連； c)第三個狀態(10-3)，飛跨電容(6-2)上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連；飛跨電容(6-3)上極板與電源⑴相連，下極板與飛跨電容(6-1)上極板相連，飛跨電容(6-1)下極板與輸出(3)相連； d)第四個狀態(10-4)，飛跨電容(6-2)和(6-3)上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，飛跨電容(6-2)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-1)的上下極板至少有一個是懸空的，上極板接電源(I)或懸空，下極板懸空或連接輸出(3)； e)第五個狀態(10-5)，飛跨電容(6-3)上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，其上極板與輸出⑶緩慢斷開；飛跨電容(6-1)的上極板與電源⑴相連，下極板與飛跨電容(6-2)上極板相連，飛跨電容(6-2)下極板與輸出(3)相連； f)第六個狀態(10-6)，飛跨電容(6-3)上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，飛跨電容(6-1)的上極板與電源(I)相連，下極板與飛跨電容(6-2)上極板相連，飛跨電容(6-2)下極板與輸出(3)相連； g)第七個狀態(10-7)，飛跨電容(6-1)和(6-3)上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，飛跨電容(6-3)的上極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-2)的上下極板至少有一個是懸空的，上極板接電源(I)或懸空，下極板懸空或連接輸出(3)； h)第八個狀態(10-8)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連，其上極板與輸出(3)緩慢斷開；飛跨電容(6-2)的上極板與電源(I)相連，下極板與飛跨電容(6-3)上極板相連，飛跨電容(6-3)下極板與輸出(3)相連； i)第九個狀態(10-9)，飛跨電容(6-1)上下極板分別與輸出(3)和地線(4)相連；飛跨電容(6-2)的上極板與電源⑴相連，下極板與飛跨電容(6-3)上極板相連，飛跨電容(6-3)下極板與輸出(3)相連； 開關電容陣列順序經歷狀態10-1至狀態10-9，然後回到狀態10-1，循環往復。
【文檔編號】H02M3/07GK104410259SQ201410796153
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月17日 優先權日:2014年12月17日
【發明者】卜剛, 鄒志鵬 申請人:南京航空航天大學