具有选择的共用休息状态之降压及升压切换电容器增益级

摘要

本发明系提供一种作为直流对直流电压转换之结构及程序，使用一个单一切换电容器阵列以允许降压及升压两种转换。在本发明之一个实施例中，切换电容器阵列包含复合之增益区块，其中增益区块为完全相同且互相在其上面堆积。开关及电容器配置成电容器可形成为串联及并联之不同的组合，因此以一个切换电容器阵列即可达成降压及升压两种转换。在本发明之另一个实施例中使用复合之增益区块，其配置成每一个增益区块内的电容器能接地。其结果是，在所欲增益倍数之区域的单一电荷状态能被配置以作为共享或共同休息状态之用，亦即，无论所欲增益为何其电容器配置皆为相同。在充电状态中，对所欲之增益设定串联配置所选择之电容器，而在共享休息状态时，所有的电容器为并联配置从输出端接至输入端。因为使用共享休息状态，藉着一个单一切换电容器阵列，总是能够在所欲之增益倍数转换正确的电荷量。

主权项

1.一种提供降压及升压转换之用之切换电容器阵列,其包含:N个电容器及复数个开关,该复数个开关连接以允许该N个电容器之被选择出之电容器配置成提供降压及升压两种转换。2.如申请专利范围第1项之阵列,其中,该N个电容器及该复数个开关形成N个增益区块,每个该之N个增益区块包括该N个电容器其中之一个。3.如申请专利范围第2项之阵列,其中,每个上述之N个增益区块皆为完全相同。4.如申请专利范围第3项之阵列,其中上述N个电容器及上述复数个开关连接以允许在增益区域N/(N+1)、1及(N+1)/N内之增益。5.如申请专利范围第3项之阵列,其中,每个上述之N个增益区块包括:一个第一开关,其连接电容器之第一板至输入端;一个第二开关,其连接上述第一板至输出端;一个第三开关,其连接上述电容器之第二板至上述输入端;一个第四开关,其连接上述第二板至上述输出端;以及一个第五开关,其连接上述第二板至次一级增益区块,其中最后一个增益区块之上述第五开关将上述最后一个增益区块之上述电容器之上述第二板接地。6.如申请专利范围第1项之阵列,其中,上述N个电容器及上述复数个开关连接,以允许在增益区域间之共享休息状态。7.如申请专利范围第6项之阵列,其中,上述N个电容器及上述复数个开关形成N个增益区块,每个上述之N个增益区块包含上述N个电容器其中之一个。8.如申请专利范围第7项之阵列,其中,每个上述之N个增益区块皆为完全相同。9.如申请专利范围第7项之阵列,其中,上述N个电容器及上述复数个开关连接以允许在增益区域1/(N+1)、1/N、N/(N+1)、1.(N+1)/N、N及(N+1)内之增益。10.如申请专利范围第6项之阵列,其中,上述N个电容器从输出端并联连接至输入端以形成上述共享休息状态。11.如申请专利范围第10项之阵列,其中,上述共享休息状态为增益区域N/(N+1)、1及(N+1)/N内之增益所用。12.如申请专利范围第8项之阵列,其中,每个上述之N个增益区块包含:一个第一开关,其连接电容器之第一板至输入端;一个第二开关,其连接上述第一板至前一级增益区块;一个第三开关,其将上述第一板接地;一个第四开关,其连接上述第一板至输出端;一个第五开关,其连接上述电容器之第二板至上述输入端;一个第六开关,其将上述第二板接地;以及一个第七开关,其连接上述第二板至上述输出端。13.如申请专利范围第11项之阵列,其中,上述N个电容器及上述复数个开关形成一个第一增益区块,N-2个中间增益区块及一个终端增益区块,其中,每个增益区块包含上述N个电容器其中之一个。14.如申请专利范围第13项之阵列,其中,每个上述之N-2个中间增益区块皆为完全相同。15.如申请专利范围第13项之阵列,其中,每个上述第一增益区块包含:一个第一开关,其连接第一电容器之第一板至输入端;一个第二开关,其连接上述第一电容器之上述第一板至输出端;一个第三开关,其将上述第一电容器之上述第一板接地;以及一个第四开关,其连接上述第一电容器之第二板至上述输入端;其中,每个上述中间增益区块包含:一个第五开关,其连接中间电容器之第一板至前一级增益区块;一个第六开关,其将上述中间电容器之上述第一板接地;一个第七开关,其连接上述中间电容器之上述第一板至上述输出端;一个第八开关,其连接上述中间电容器之第二板至上述输入端;以及一个第九开关,其将上述中间电容器之上述第二板接地;其中,上述终端增益区块包含:一个第十开关,其连接终端电容器之第一板至上述输入端;一个第十一开关,其连接上述终端电容器之上述第一板至上述输出端;一个第十二开关,其连接上述终端电容器之上述第一板至最后一个上述中间增益区块;一个第十三开关,其连接上述终端电容器之第二板至上述输入端;一个第十四开关,其连接上述终端电容器之上述第二板至上述输出端;以及一个第十五开关,其将上述终端电容器之上述第二板接地。16.如申请专利范围第1项之阵列,其中,每个上述N个电容器之电容値皆相等。17.一种使用N个电容器及复数个开关之阵列以提供降压及升压转换之方法,该方法包含:配置上述N个电容器之第一组电容器,以对电容器之上述第一组电容器充电;配置N个电容器之上述第一组电容器,以对电容器之上述第一组电容器放电以提供在第一增益区域内之第一增益倍数;配置上述N个电容器之第二组电容器,以对电容器之上述第二组电容器充电;以及配置N个电容器之上述第二组电容器,以对电容器之上述第二组电容器放电,以提供在第二增益区域内之第二增益倍数,其中,上述第一及第二增益区域系不相同的。18.如申请专利范围第17项之方法,其中,上述第一增益倍数为升压转换之用,而上述第二增益倍数为降压转换之用。19.如申请专利范围第17项之方法,更包含配置电容器之第三组电容器,以提供在上述第二增益倍数上述配置之前的第三增益倍数,其中,上述第三增益倍数与第一及第二增益倍数为共同之增益区域。20.一种使用N个电容器及复数个开关之阵列以提供降压及升压转换之方法,该方法包含:配置上述N个电容器之第一组电容器,以提供在第一增益区域内之第一增益倍数;配置上述N个电容器,以形成共享休息状态;以及配置上述N个电容器之第二组电容器,以提供在第二增益区域内之第二增益倍数,其中,上述第一及第二增益区域系不相同的。21.如申请专利范围第20项之方法,其中,上述第一增益倍数为升压转换之用,而上述第二增益倍数为降压转换之用。22.如申请专利范围第20项之方法,其中,上述配置上述N个电容器以形成共享休息状态包含连接上述N个电容器从输出端并联至输入端。图式简单说明:第一图系根据本发明的一个实施例之N个电容器切换阵列的范围图;第二图系第一图中阵列当N=3时的范围图;第二图A及第二图B显示第二图中为获得3/2倍增益的阵列之结构;第二图C及第二图D显示第二图中为获得2/3倍增益的阵列之结构;第三图根据本发明的另一个实施例之具有共享休息状态的N个电容器切换阵列的范围图;第四图A至第四图D显示为从4/3倍切换至3/4倍增益之电容器结构;第五图系第三图中阵列当N=3时的范围图;第五图A至第五图D显示根据第五图的阵列为从4/3倍切换至3/4倍增益之电容器结构;第六图A至第六图E显示增益设定分别为2/3.3/2.1/2.2及1之电容器结构;以及第七图系根据本发明的另一个实施例之N个电容器切换阵列的范围图。