[发明专利]用于开关电容器调节器功率节省的技术

说明书

提供用于提高开关电容器电压调节器的效率的技术。在例子中，开关电容器电压调节器可包括：开关电容器网络，具有多种增益配置；时钟，被配置为在充电状态和放电状态之间切换所述开关电容器网络的电容器，以提供缩放的输出电压；和控制器，被配置为选择与多种增益配置的增益相关联的电容器配置，以在连续切换所述电容器配置的同时在所需的输出电压范围内提供缩放的输出电压，并且中断所述电容器配置的切换，以允许所述开关电容器电压调节器的输出电压降至所述缩放的输出电压以下但保持高于所需的输出电压范围的下限，以通过减少由于切换引起的损耗来节省功率。

技术领域

该文件一般地但不限于电压调节器，更具体地说，涉及开关电容器电压调节器功率节省技术。

背景技术

降压调节器通常用于依赖有限能源(如电池或电容器)的应用中，但其他应用也使用降压调节器。超低功率(ULP)系统通常包括降压调节器，因为降压调节器比例如线性调节器更有效。一些ULP系统可以比待机模式显着更多地处于待机模式，因此具有可以在待机模式下支持几微安的负载的高效功率转换器可以大大增加电池寿命。

附图说明

在不一定按比例绘制的附图中，相同的数字可以描述不同视图中的类似组件。具有不同字母后缀的相同数字可表示类似组件的不同实例。附图通过示例而非通过限制的方式示出了本文件中讨论的各种实施方案。

图1总体上描述用于在向负载供电时提高开关电容器调节器的效率的示例性电路。

图2总体上描述用于操作开关电容器电压调节器以节省能量的示例性方法的流程图。

图3总体上描述操作开关电容器调节器以节省能量的示例性方法的流程图。

图4A和4B根据本公开主旨的各个方面分别以图形方式描述开关电容器电压调节器的输出电压和输出电流。

图5A-5B根据本公开主旨的各个方面总体上描述开关电容器电压转换器的开关电容器网络的示例性配置。

图6依照一些例子是表示图5A-5B的转换器的等效电路的示意图。

具体实施方式

现有的ULP调节器可以变化很大。开关电容器调节器似乎是最常见的架构，其中电池供电的设备被设计为与主动操作相比产生大量的待机操作。开关电容器调节器的控制也可以变化。更常见的控制风味可包括滞后控制或输出电压控制。当输出电压达到下限时，通常启用对开关电容器调节器的迟滞控制，然后在输出电压达到上限时禁用。这种控制确保输出电压与上限和下限相关。在某些设计中，具有滞后控制的调节器可以包括电池监视器，以在电池电压改变时允许增益调节。如果增益选择受限，则效率可能会在可能的电池电压范围内发生显着变化。此外，迟滞控制的调节器通常不监控负载电流，导致轻负载时的显着功率损耗。

采用输出电压控制的ULP调节器可以根据输出电压调整调节器的增益。这种控制允许间接考虑电池电压和负载电流的增益选择。这样的控制器通常提供更多的增益来选择，从而有助于在宽范围的输出电压或电池电压上提高效率。

本发明人已经认识到一种改进的控制方法，其允许提高开关电容器降压调节器的效率。通常，发明人已经认识到，当使用开关电容器降压调节器时由电池提供的功率可以使用以下三个因素来最小化：

(1)为给定的电池电压和负载电流选择多个线性分布增益的最小增益，其可以在所需的上限和下限电压之间产生恒定的输出电压。这样的电压限制可以恰好在最大电压和最小电压内，这允许包括调节器的装置的稳健和可预测的操作。

(2)保持调节器的输出电压接近电压下限，并且

(3)减少调节器的损耗，例如仅在必要时切换调节器。