电荷平衡的电荷泵控制制造技术

用于耦合到电容器以形成电荷泵电路的装置，该装置包括第一和第二组开关元件以及控制器电路。第一组中的开关耦合电容器的端子，以允许它们之间的电荷转移。第二组中的开关将至少一些电容器的端子耦合到高电压或低电压端子。控制器通过状态序列使开关循环，每个状态定义开关元件的对应配置。其中至少三个状态定义不同配置，从而允许第一电容器和第二电容器之间或者第一电容器和其中一个端子之间的电荷转移。所配置的状态循环导致两个端子之间的电压转换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求2014年3月14日优先权日期的美国临时申请61/953,270的权益，该申请的内容通过引用被结合于此。
本专利技术涉及对电荷泵的控制，以平衡电荷。
技术介绍
于2012年11月8日公开并且通过引用被结合于此的专利出版物WO 2012/151466描述了也被称为开关电容器转换器的电荷泵的构造，其中源和/或负载包括调节/调节器电路。在一些例子中，负载可以有效地包括电流源和/或负载，而不是在称为电荷泵的“绝热”操作的例子中给出恒定电压。调节/调节器电路，诸如开关模式功率转换器，表现为电流负载/源。因此，电流负载/源和调节/调节器电路对于本公开内容的目的是可以互换的。虽然，与纯粹的或基本基于电压的负载(和/或源)相比而言，基于电流的负载(和/或源)的使用可以提高效率，但是内部能量损失会保留，例如，由于电荷在电荷泵中的再分配。
技术实现思路
对于电荷泵使用基于电流的负载(和/或源)的一个效果是可以存在其中与基于电压的负载和/或源一起使用的常规开关定时导致跨电容器的电荷不平衡的情况，这会导致效率的损失，例如，由于在电荷泵中的配置之间切换之后立即接着的电荷重新分配。在一方面，一般而言，提高使用绝热电荷转移的电荷泵的效率的做法使用三个或更多个状态，每个状态对应于将电容器彼此耦合的开关和/或电荷泵的输入和输出端子的配置。通过引入多于两个状态的适当序列，其中电荷在电容器之间来回转移，并且选择那些状态在电荷泵的每个操作循环中被占用的持续时间，出入每个电容器的电荷转移在操作循环期间被平衡，由此避免或大大减少在状态过渡的电荷重新分配及其关联的导致低效的电力损耗。在一方面，本专利技术特征在于耦合到电容器以形成电荷泵电路的装置。这种装置包括第一组和第二组开关元件以及控制器电路。第一组开关元件包括被配置为耦合电容器元件的端子以允许电容器之间的电荷转移的开关元件。第二组开关元件包括被配置为将至少一些电容器元件的端子耦合到第一端子的开关元件，其中第一端子可以是高电压端子或低电压端子。控制器电路耦合到开关元件，并被配置为通过状态序列循环开关元件。每个状态定义开关元件的对应配置。其中至少三个状态定义开关元件的允许一对元件之间的电荷转移的不同配置。这对元件或者是一对电容器，或者是电容器和端子。所配置的状态循环提供高电压端子和低电压端子之间的电压转换。在一些实施例中，存在用于将开关元件耦合到电容器的端子。其它实施例包括电容器自身。在这些实施例中，当电容器耦合到开关元件时，电容器定义电荷泵电路。一些实施例包括集成电路。在这些实施例中，至少部分该电荷泵电路和至少部分该控制器电路形成在单个集成电路中。在实施例中还有包括调节器电路的实施例。在这些实施例中，调节器电路耦合到电荷泵电路的高电压端子和低电压端子当中至少一个。在这些实施例中的一些当中，调节器电路被配置为在电荷泵电路的低电压端子处提供电流负载。在其它情况下，调节器电路被配置为在电荷泵电路的低电压端子处作为电流源操作。在还有其它情况下，调节器电路被配置为在电荷泵电路的高电压端子处提供电流负载，或者在电荷泵电路的高电压端子处作为电流源操作，或者使脉动电流在调节器电路和电荷泵电路之间通过。在后一种情况下，电荷泵在脉冲循环中操作，该脉冲循环具有期间脉动电流的量值是第一恒定电流的第一部分和期间脉动电流的量值大于第二恒定电流的第二部分。在许多情况下，第二恒定电流基本上为零甚至等于零。通常，第一恒定电流基本上大于第二恒定电流。在一些实施例中，调节器电路被配置为控制在调节器电路和电荷泵电路之间通过的平均电流。在那些以调节器为特征的实施例中，可以使用很多调节器类型。这些包括是开关模式功率转换器，或降压转换器，或甚至磁过滤器的调节器。在一些实施例中，控制器被配置为维持电荷泵循环时间的部分的对应持续时间的每个状态。这些状态的持续时间被选择为通过每个循环的状态序列，维持每个电容器的平衡的充电和放电。在其它实施例中，控制器被配置为选择状态的持续时间，以减少在状态过渡时电容器之间电荷的重新分配。当耦合到电容器元件的端子时，开关元件定义各种电荷泵电路中任意一种。例子包括多相电荷泵、单相电荷泵、多级电荷泵和级联倍增器。在实施例中还有那些实施例，其中控制器被配置为从第一和第二组开关元件中的至少一个，接收传感器信号，并至少部分地基于传感器信号，自适应地通过状态序列调整开关元件的循环。在一些实施例中，有两个调节器电路。一个调节器电路耦合到电荷泵电路的高电压端子。与此同时，第二个调节器电路耦合到电荷泵电路的低电压端子。第一或第二调节器可以是磁过滤器。在这些实施例中存在那些实施例，其中控制器被配置为从第一和第二组开关元件中的至少一个，接收传感器信号，并至少部分地基于传感器信号，自适应地通过状态序列的循环调整开关元件。在另一方面，本专利技术的特征在于操作电荷泵的方法，其中来自第一组开关元件的开关元件被配置为耦合电容器元件的端子，以允许电容器之间的电荷转移，并且其中来自第二组开关元件的开关元件被配置为将电容器元件的端子耦合到高电压端子或低电压端子。这种方法包括引起高电压端子和低电压端子之间的电压转换。引起这种电压转换包括通过状态序列循环开关元件通过状态序列。每个状态定义开关元件的对应配置。其中至少三个状态定义开关元件的允许一对元件之间的电荷转移的不同配置，从而允许一对元件之间的电荷转移。这对元件是或者一对电容器或者一个电容器和其中一个端子。本专利技术的一些实践包括维持在调节器电路和电荷泵电路之间通过的平均电流。其它实践包括调节在第一端子处的电流，由此维持在调节器电路和电荷泵电路之间通过的平均电流。在其它实践中，通过状态序列循环开关元件包括维持电荷泵循环时间的部分的对应持续时间的每个状态。这还可以包括状态的持续时间被选择为通过每个循环的状态序列维持每个电容器的平衡的充电和放电。本专利技术的一些实践包括控制调节器电路和电荷泵电路之间的平均电流。其它实践包括将调节器电路耦合到第一端子。在这些实践中存在这样的实践，包括使调节器电路在电荷泵电路的低电压端子提供电流负载，使调节器电路在电荷泵电路的高电压端子提供电流负载，使调节器电路在电荷泵电路的低电压端子作为电流源操作，使调节器电路在电荷泵电路的高电压端子作为电流源操作，以及使脉动电流在调节器电路和电荷泵电路之间通过。一些实践包括将来自第一和第二组开关元件的开关元件耦合到电容器元件的端子。这会导致形成多相电荷泵、单相电荷泵、多级电荷泵，或级联倍增器。涉及调节器的那些实践包括选择调节器的类型。这可以包括选择调节器是开关模式功率转换器，选择调节器是降压转换器，或选择调节器是磁过滤器。一些实践还包括从第一和第二组开关元件中至少一个中，接收传感器信号，并至少部分地基于传感器信号，自适应地通过状态序列调整开关元件的循环。一些实践涉及两个调节器的使用。这些实践还包括将第一调节器耦合到高电压端子，并且将第二调节器耦合到低电压端子。其中一个调节器可以是磁过滤器，而另一个是转换器。在这些实践中存在那些实践，还包括控制第一和第二组开关元件中至少一个，并至少部分地基于从所述第一和第二组开关元件中至少一个接收到的传感器信号，自适应地通过状态序列调整开关元件的循环。从以下描述并从权利要求书本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于耦合到电容器以形成电荷泵电路的装置，所述装置包括：第一组开关元件、第二组开关元件，以及控制器电路，其中所述第一组开关元件包括被配置为耦合电容器元件的端子以允许电容器之间的电荷转移的开关元件，其中第二组开关元件包括被配置为将至少一些电容器元件的端子耦合到第一端子的开关元件，其中第一端子选自包括高电压端子和低电压端子组合的组中，其中控制器电路耦合到开关元件，并被配置为通过状态序列循环开关元件，其中每个状态定义所述开关元件的对应配置，其中至少三个状态定义开关元件的允许一对元件之间的电荷转移的不同配置，其中这对元件选自包括第一电容器和第二电容器，以及第一电容器和所述第一端子组成的组中，并且其中所配置的状态循环提供高电压端子和低电压端子之间的电压转换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.14 US 61/953，2701.一种用于耦合到电容器以形成电荷泵电路的装置，所述装置包括：第一组开关元件、第二组开关元件，以及控制器电路，其中所述第一组开关元件包括被配置为耦合电容器元件的端子以允许电容器之间的电荷转移的开关元件，其中第二组开关元件包括被配置为将至少一些电容器元件的端子耦合到第一端子的开关元件，其中第一端子选自包括高电压端子和低电压端子组合的组中，其中控制器电路耦合到开关元件，并被配置为通过状态序列循环开关元件，其中每个状态定义所述开关元件的对应配置，其中至少三个状态定义开关元件的允许一对元件之间的电荷转移的不同配置，其中这对元件选自包括第一电容器和第二电容器，以及第一电容器和所述第一端子组成的组中，并且其中所配置的状态循环提供高电压端子和低电压端子之间的电压转换。2.如权利要求1所述的装置，还包括用于将开关元件耦合到电容器的端子。3.如权利要求1或2所述的装置，还包括所述电容器，其中，当所述电容器耦合到开关元件时，所述电容器定义电荷泵电路。4.如权利要求1、2或3所述的装置，还包括集成电路，其中至少部分所述电荷泵电路和至少部分所述控制器电路形成在单个集成电路中。5.如前面任何一项权利要求所述的装置，还包括调节器电路，其中所述调节器电路耦合到所述电荷泵电路的高电压端子和低电压端子当中至少一个。6.如权利要求5所述的装置，其中所述调节器电路被配置为在所述电荷泵电路的低电压端子处提供电流负载。7.如权利要求5所述的装置，其中所述调节器电路被配置为在所述电荷泵电路的低电压端子处作为电流源操作。8.如权利要求5所述的装置，其中所述调节器电路被配置为在所述电荷泵电路的高电压端子处提供电流负载。9.如权利要求5所述的装置，其中所述调节器电路被配置为在所述电荷泵电路的高电压端子处作为电流源操作。10.如权利要求5所述的装置，其中所述调节器电路被配置为使脉动电流在所述调节器电路和所述电荷泵电路之间通过。11.如权利要求10所述的装置，其中电荷泵在具有第一部分和第二部分的脉冲循环中操作，其中所述脉动的电流包括在第一部分期间的第一恒定电流和在第二部分中的第二恒定电流，其中所述第一恒定电流在量值上大于所述第二恒定电流。12.如前面任何一项权利要求所述的装置，还包括调节器电路，其中所述调节器电路被配置为控制在所述调节器电路和所述电荷泵电路之间通过的平均电流。13.如权利要求5-12中任何一项所述的装置，其中所述调节器是开关模式功率转换器。14.如权利要求5-12中任何一项所述的装置，其中所述调节器是降压转换器。15.如前面任何一项权利要求所述的装置，其中所述控制器被配置为维持电荷泵循环时间的部分的对应持续时间的每个状态，其中所述状态的持续时间被选择为通过每个循环的状态序列，维持每个所述电容器的平衡的充电和放电。16.如前面任何一项权利要求所述的装置，其中所述控制器被配置为选择所述状态的持续时间，以减少在状态过渡时所述电容器之间电荷的重新分配。17.如前面任何一项权利要求所述的装置，其中，当耦合到所述电容器元件的端子时，所述开关元件定义所述电荷泵电路。18.如权利要求17所述的装置，其中所述电荷泵电路包括多相电荷泵。19.如权利要求17所述的装置，其中所述电荷泵电路包括单相电荷泵。20.如权利要求17所述的装置，其中所述电荷泵电路包括级联倍增器。21.如前面任何一项权利要求所述的装置，其中所述控制器被配置为从第一和第二组开关元件中的至少一个中，接收传感器信号，并至少部分地基于所述传感器信号，自适应地通过所述状态序列调整所述开关元件的循环。22.如权利要求1所述的装置，还包括第一调节器电路和第二调节器电路，其中所述调节器电路耦合到所述电荷泵电路的高电压端子，并且其中所述第二调节器电路耦合到所述电荷泵电路的低电压端子。23.如权利要求22所述的装置，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾晨·洛，格雷戈里·什塞辛斯基，大卫·朱利亚诺，
申请(专利权)人：北极砂技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US