[发明专利]切换式电容转换电路及其中的切换转换单元

说明书

一种切换式电容转换电路及其中的切换转换单元。该切换式电容转换电路包括多个电容器及多个开关，多个开关用以基于一切换周期而周期性地切换该多个电容器，于一第一时段，多个开关控制第一电容器电连接于第一电源与第二电源之间，且控制第二电容器与第三电容器串联而电连接于第二电源与一接地电位之间；于一第二时段，多个开关控制第一电容器与第二电容器串联而电连接于第二电源与接地电位之间，且控制第三电容器与第二电源并联而电连接；由此使得该第二电源的一第二电流与该第一电源的一第一电流的比值为4。

技术领域

本发明涉及一种切换式电容转换电路，特别涉及一种可选择不同转换倍率切换式电容转换电路。本发明还涉及一种用于切换式电容转换电路的切换转换单元。

背景技术

图1显示一种现有技术的充电系统1000，其中N倍切换式电容转换器100用以通过通过至少一电容器(如电容器CFLY)的切换，而进行第一电源(对应于第一电压V1与第一电流I1)与第二电源(对应于第二电压V2与第二电流I2)之间的转换，N倍切换式电容转换器100可设定其第一电压V1与第二电压V2之间的倍数N，N例如为第一电压V1与第二电压V2的比值，同时也是第二电流I2与第一电流I1的比值，可设定为2倍或4倍。

如图1所示，在一种典型的应用中，N倍切换式电容转换器100例如用以做为充电电路，将例如符合USB Type C规范的适配器30提供的第一电源转换为第二电源，而对电池20充电。请同时参阅图2，适配器30提供的第一电流I1的路径上具有诸多寄生电阻，例如连接器、连接在线的寄生电阻(Rcn、Rwr)，或者负载开关的导通电阻，因此，当第一电流I1愈高，则由寄生电阻所产生的能量损耗愈高，另一方面，如将第二电流I2与第一电流I1的比值N提高，则可以较低的第一电流I1转换为相同的第二电流I2(对应为充电电流)，因此，可有效降低寄生电阻所产生的能量损耗。

图3显示一种现有技术的切换式电容转换器300，其配置了前后级耦接的2个切换转换单元131与132，切换单元131与132例如各具有2倍的电流转换倍率，亦即，切换转换单元131的输出电流I12为第一电流I1的2倍，而切换转换单元132的输出电流(对应于第二电流I2)为切换转换单元131的输出电流I12的2倍。

图3的现有技术的切换式电容转换器300，其缺点在于，由于较高的电压转换倍率，使得切换转换单元131中的开关Q21～Q28，都需为可耐高电压的开关。就另一观点而言，对于切换转换单元131与132中，需要耐高电压的开关，占了开关总数量(Q21～Q28，Q31～Q38)的1/2，因而成本无法降低。

本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种新的切换式电容转换电路，可支持多种电流与电压转换倍数，且仅需少量的可耐高电压的开关，可有效降低成本与电路尺寸。

发明内容

于一观点中，本发明提供一种切换式电容转换电路，用以将一第一电源转换为一第二电源或将该第二电源转换为该第一电源，该切换式电容转换电路包含：至少一切换转换单元；以及一控制电路，用以控制该切换转换单元；该切换转换单元包括：多个电容器，包括第一电容器、第二电容器以及第三电容器；以及多个开关，用以基于一切换周期而周期性地切换该多个电容器；其中于一4倍转换模式下，于该切换周期中的一第一时段，该多个开关控制该第一电容器电连接于该第一电源与该第二电源之间，且控制该第二电容器与该第三电容器串联而电连接于该第二电源与一接地电位之间；其中于该切换周期中的一第二时段，该多个开关控制该第一电容器与该第二电容器串联而电连接于该第二电源与该接地电位之间，且控制该第三电容器与该第二电源并联而电连接；由此周期性操作而进行该第一电源与该第二电源之间的电源转换，使得于该4倍转换模式下，该第一电源的一第一电压与该第二电源的一第二电压的比值为4，且该第二电源的一第二电流与该第一电源的一第一电流的比值为4。