[发明专利]开关电容器功率转换器

说明书

技术领域

本发明涉及开关电容器功率转换器。还涉及至少部分地加入了开关电容器功率转换器的集成电路。此外，本发明涉及包括被布置为对有机发光二极管组件供电的开关电容器功率转换器的系统。还涉及操作开关电容器功率转换器的方法。

背景技术

开关电容器功率转换器(SCPC)能够用来将输入电压转换成不同的输出电压。SCPC可被布置为用来提供大于输入电压的输出电压的上转换器或用来提供低于输入电压的输出电压的下转换器。SCPC包括一个或多个电容器，该一个或多个电容器能使用开关在输出端和输出端之间被布置成不同的子电路配置。在一种已知布置中，控制器在充电阶段和放电阶段之间循环控制开关。在充电阶段中，开关被设置为将电容器布置成第一子电路配置并且对电容器进行充电。在放电阶段中，控制开关，以使得将电容器布置成不同于第一配置的第二子电路配置，并且对电容器进行放电。应该理解的是，其它配置也是可能的，其中一些电容器在第一阶段中充电，其它电容器在第二阶段中充电，和/或可在一个或两个阶段中将输入端和输出端连接到子电路布置。不同数量的电容器和不同的子电路布置使得这种SCPC能够提供大量不同的转换比，转换比包括输出电压与输入电压的比。

图1示出了已知SCPC 2的子电路布置1a和1b，包括充电和放电阶段。SCPC 2包括四个电容器C₁、C₂、C₃和C₄。子电路布置形成于输入端3和输出端4之间，其中输入端3接收电压V_in并将其提供给布置1a和1b，输出端4从布置1b接收输出电压V_o并将其提供给负载。连接到负载的输出电容器C₆被示为从输出端4接收输出电压。SCPC 2包括多个开关5，其中使用所述多个开关5将电容器C₁、C₂、C₃和C₄布置成如1a和1b所示的子电路布置。此外，电容器C_1p、C_2p、C_3p和C_4p被示为表示SCPC 2中的寄生电容。在充电阶段1a中，将电容器充电至与输入电压V_in相关的以下电压：C₁＝4V_in、C₂＝2V_in、C₃＝V_in和C₄＝V_in。这是在初始启动循环之后达到的电压，所述初始启动循环包括当首次施加了电压V_in时从布置1a到1b及回到1a的转变。在放电阶段中，输入电压以及C₁和C₃所达到的电压施加到输出端4，从而提供的输出电压为V_in+4V_in+V_in＝6V_in。

SCPC正在得到更广泛的使用，并且正在成为电感转换器的极具吸引力的替代品。SCPC的一个好处在于它们只使用开关和电容器，而电感转换器则需要线圈，线圈更大、更昂贵且难以在硅上集成。从而，SCPC在多种应用中是更吸引人的，尤其是对那些需要完全集成或小型化方案的应用来讲更是如此。SCPC的一个缺点在于可能的电压转换比是分离的且受到电容器数量的限制，而电感转换器中，转换比则是开关信号的占空比的连续函数。一般而言，可通过使用更多数量的电容器来改善SCPC的效率。如果转换器是完全集成(开关和电容器都在片上)的话，则电容器和开关的数量不再如此让人关注，这是因为在集成的区域中，部件的数量不如它们的尺寸重要。然而，所需的电容器的尺寸随着所需的输出功率而改变大小，这使得在一些应用中不能实现完全集成。在使用外部浮动(floating)电容器的情况下，封装尺寸以及外部电容器的数量都将成为限制因素。管脚的数量也会随外部浮动电容器的数量增加，从而增加方案的成本和面积。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种开关电容器功率转换器，包括：

具有至少两个电容器的集合；

输入端，用于接收输入电压；

输出端，用于输出与输入电压不同的输出电压；

多个开关，被配置为将电容器集合布置成输入端和输出端之间的多个不同的子电路布置，以用于将输入电压转换成输出电压；