本公開的實(shí)施例總體涉及混合轉(zhuǎn)換器，并且具體涉及動(dòng)態(tài)可縮放的線性可擴(kuò)展群組操作(lego)轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

1、在用于大轉(zhuǎn)換比應(yīng)用的典型混合轉(zhuǎn)換器中，一對(duì)“耦合”的電容器和電感器形成能量?jī)?chǔ)存庫(kù)向外輸送功率。電容儲(chǔ)能裝置的使用提供了高功率密度和效率。然而，這些轉(zhuǎn)換器通常具有有限的輸出功率可縮放性，使得它們不太適合用于許多應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開的一方面提供了一種轉(zhuǎn)換器，包括：開關(guān)電容(sc)級(jí)，包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)層疊的sc單元；降壓(buck)級(jí)，與sc級(jí)耦接并且包括一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)連接的m相buck單元，其中m是大于或等于1的整數(shù)；以及轉(zhuǎn)換器控制單元，被配置用于基于轉(zhuǎn)換器的輸入電壓或輸出電流控制buck單元中的一個(gè)或多個(gè)buck單元導(dǎo)通或關(guān)斷。

2、本公開的另一方面提供了一種用于轉(zhuǎn)換器的方法，其中轉(zhuǎn)換器包括：sc級(jí)，包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)層疊的sc單元；以及buck級(jí)，與sc級(jí)耦接并且包括一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)連接的m相buck單元，其中m是大于或等于1的整數(shù)，并且該方法包括：基于轉(zhuǎn)換器的輸入電壓或輸出電流控制buck單元中的一個(gè)或多個(gè)buck單元導(dǎo)通或關(guān)斷。

3、本公開的又一方面提供了一種用于轉(zhuǎn)換器的方法，其中轉(zhuǎn)換器包括：sc級(jí)，包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)層疊的sc單元；以及buck級(jí)，與sc級(jí)耦接并且包括一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)連接的m相buck單元，其中m是大于或等于1的整數(shù)，并且該方法包括：當(dāng)輸入電壓在轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)期間斜坡式增大時(shí)，控制轉(zhuǎn)換器經(jīng)歷多個(gè)狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，sc單元中的飛電容相繼被斷開與輸入電壓的連接，直到飛電容的電壓達(dá)到其穩(wěn)態(tài)電壓并且輸入電壓達(dá)到標(biāo)稱電壓為止；并且當(dāng)飛電容的電壓達(dá)到其穩(wěn)態(tài)電壓并且輸入電壓達(dá)到標(biāo)稱電壓時(shí)，生成使能信號(hào)，以指示轉(zhuǎn)換器開始電壓轉(zhuǎn)換操作。

技術(shù)特征：

1.一種轉(zhuǎn)換器，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其中，所述sc單元按一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系分別與所述buck單元耦接，并且一個(gè)sc單元和一個(gè)對(duì)應(yīng)的buck單元構(gòu)成所述轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)混合單元。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其中，所述sc單元按一對(duì)多的對(duì)應(yīng)關(guān)系分別與所述buck單元耦接，并且一個(gè)sc單元和多個(gè)對(duì)應(yīng)的buck單元構(gòu)成所述轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)混合單元。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換器，其中，所述轉(zhuǎn)換器控制單元被進(jìn)一步配置用于：響應(yīng)于所述輸出電流的增加而控制每個(gè)混合單元中的一部分buck單元導(dǎo)通或者響應(yīng)于所述輸出電流的減小而控制每個(gè)混合單元中的一部分buck單元關(guān)斷，以保持所述轉(zhuǎn)換器的最優(yōu)轉(zhuǎn)換效率。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其中，所述轉(zhuǎn)換器控制單元被進(jìn)一步配置用于：響應(yīng)于所述輸出電流的增加而控制所述轉(zhuǎn)換器中的每個(gè)激活buck單元中的預(yù)定數(shù)量的相導(dǎo)通或者響應(yīng)于所述輸出電流的減小而控制每個(gè)激活buck單元中的預(yù)定數(shù)量的相關(guān)斷，以保持所述轉(zhuǎn)換器的最優(yōu)轉(zhuǎn)換效率。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，其中，所述轉(zhuǎn)換器控制單元被進(jìn)一步配置用于：根據(jù)以下開關(guān)頻率等式來(lái)控制所述sc級(jí)和所述buck級(jí)進(jìn)行操作，以保持所述轉(zhuǎn)換器中的相電流平衡：

7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的轉(zhuǎn)換器，其中，每個(gè)混合單元具有預(yù)定的最優(yōu)電壓轉(zhuǎn)換比，并且所述轉(zhuǎn)換器中所包括的激活混合單元的數(shù)量基于所述轉(zhuǎn)換器的所述輸入電壓與輸出電壓的比值以及所述混合單元的最優(yōu)電壓轉(zhuǎn)換比而被確定。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)換器，其中，所述轉(zhuǎn)換器控制單元被進(jìn)一步配置用于：響應(yīng)于所述輸入電壓減小且所述輸出電壓保持不變而控制從頂層開始的混合單元中的buck單元關(guān)斷，以使得每個(gè)激活混合單元在所述最優(yōu)電壓轉(zhuǎn)換比下進(jìn)行操作。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)換器，其中，所述轉(zhuǎn)換器控制單元被進(jìn)一步配置用于：對(duì)與被控制關(guān)斷的所述buck單元相對(duì)應(yīng)的所述sc單元進(jìn)行重新配置，以將所述sc單元中的飛電容用作所述輸入電壓的去耦電容。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換器，其中，所述轉(zhuǎn)換器控制單元被進(jìn)一步配置用于：

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)換器，其中，在所述多個(gè)狀態(tài)中的第一狀態(tài)中，所述sc單元中的所有飛電容被短接到所述輸入電壓，直到最低層的飛電容的電壓達(dá)到該飛電容的穩(wěn)態(tài)電壓為止，之后所述最低層的飛電容被斷開與所述輸入電壓的連接；在所述多個(gè)狀態(tài)中的第二狀態(tài)中，除了所述最低層的飛電容以外的剩余飛電容保持短接到所述輸入電壓并且繼續(xù)被充電，直到從最底層開始數(shù)的第二個(gè)飛電容的電壓達(dá)到該飛電容的穩(wěn)態(tài)電壓為止，之后所述從最底層開始數(shù)的第二個(gè)飛電容被斷開與所述輸入電壓的連接；以此類推，直到所有飛電容的電壓達(dá)到所有飛電容的穩(wěn)態(tài)電壓并且所述輸入電壓達(dá)到所述標(biāo)稱電壓為止。

12.一種用于轉(zhuǎn)換器的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器包括：開關(guān)電容(sc)級(jí)，包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)層疊的sc單元；以及降壓(buck)級(jí)，與所述sc級(jí)耦接并且包括一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)連接的m相buck單元，其中m是大于或等于1的整數(shù)，并且所述方法包括：

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述sc單元按一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系分別與所述buck單元耦接，并且一個(gè)sc單元和一個(gè)對(duì)應(yīng)的buck單元構(gòu)成所述轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)混合單元。

14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述sc單元按一對(duì)多的對(duì)應(yīng)關(guān)系分別與所述buck單元耦接，并且一個(gè)sc單元和多個(gè)對(duì)應(yīng)的buck單元構(gòu)成所述轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)混合單元。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，基于所述轉(zhuǎn)換器的輸入電壓或輸出電流控制所述buck單元中的一個(gè)或多個(gè)buck單元導(dǎo)通或關(guān)斷包括：響應(yīng)于所述輸出電流的增加而控制每個(gè)混合單元中的一部分buck單元導(dǎo)通或者響應(yīng)于所述輸出電流的減小而控制每個(gè)混合單元中的一部分buck單元關(guān)斷，以保持所述轉(zhuǎn)換器的最優(yōu)轉(zhuǎn)換效率。

16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括：響應(yīng)于所述輸出電流的增加而控制所述轉(zhuǎn)換器中的每個(gè)激活buck單元中的預(yù)定數(shù)量的相導(dǎo)通或者響應(yīng)于所述輸出電流的減小而控制每個(gè)激活buck單元中的預(yù)定數(shù)量的相關(guān)斷，以保持所述轉(zhuǎn)換器的最優(yōu)轉(zhuǎn)換效率。

17.根據(jù)權(quán)利要求12至16中任一項(xiàng)所述的方法，還包括：根據(jù)以下開關(guān)頻率等式來(lái)控制所述sc級(jí)和所述buck級(jí)進(jìn)行操作，以保持所述轉(zhuǎn)換器中的相電流平衡：

18.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中，每個(gè)混合單元具有預(yù)定的最優(yōu)電壓轉(zhuǎn)換比，并且所述轉(zhuǎn)換器中所包括的激活混合單元的數(shù)量基于所述轉(zhuǎn)換器的所述輸入電壓與輸出電壓的比值以及所述混合單元的最優(yōu)電壓轉(zhuǎn)換比而被確定。

19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括：響應(yīng)于所述輸入電壓減小且所述輸出電壓保持不變而控制從頂層開始的混合單元中的buck單元關(guān)斷，以使得每個(gè)激活混合單元在所述最優(yōu)電壓轉(zhuǎn)換比下進(jìn)行操作。

20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括：對(duì)與被控制關(guān)斷的所述buck單元相對(duì)應(yīng)的所述sc單元進(jìn)行重新配置，以將所述sc單元中的飛電容用作所述輸入電壓的去耦電容。

21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括：

22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，在所述多個(gè)狀態(tài)中的第一狀態(tài)中，所述sc單元中的所有飛電容被短接到所述輸入電壓，直到最低層的飛電容的電壓達(dá)到該飛電容的穩(wěn)態(tài)電壓為止，之后所述最低層的飛電容被斷開與所述輸入電壓的連接；在所述多個(gè)狀態(tài)中的第二狀態(tài)中，除了所述最低層的飛電容以外的剩余飛電容保持短接到所述輸入電壓并且繼續(xù)被充電，直到從最底層開始數(shù)的第二個(gè)飛電容的電壓達(dá)到該飛電容的穩(wěn)態(tài)電壓為止，之后所述從最底層開始數(shù)的第二個(gè)飛電容被斷開與所述輸入電壓的連接；以此類推，直到所有飛電容的電壓達(dá)到所有飛電容的穩(wěn)態(tài)電壓并且所述輸入電壓達(dá)到所述標(biāo)稱電壓為止。

23.一種用于轉(zhuǎn)換器的方法，其中所述轉(zhuǎn)換器包括：開關(guān)電容(sc)級(jí)，包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)層疊的sc單元；以及降壓(buck)級(jí)，與所述sc級(jí)耦接并且包括一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)連接的m相buck單元，其中m是大于或等于1的整數(shù)，并且所述方法包括：

24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，在所述多個(gè)狀態(tài)中的第一狀態(tài)中，所述sc單元中的所有飛電容被短接到所述輸入電壓，直到最低層的飛電容的電壓達(dá)到該飛電容的穩(wěn)態(tài)電壓為止，之后所述最低層的飛電容被斷開與所述輸入電壓的連接；在所述多個(gè)狀態(tài)中的第二狀態(tài)中，除了所述最低層的飛電容以外的剩余飛電容保持短接到所述輸入電壓并且繼續(xù)被充電，直到從最底層開始數(shù)的第二個(gè)飛電容的電壓達(dá)到該飛電容的穩(wěn)態(tài)電壓為止，之后所述從最底層開始數(shù)的第二個(gè)飛電容被斷開與所述輸入電壓的連接；以此類推，直到所有飛電容的電壓達(dá)到所有飛電容的穩(wěn)態(tài)電壓并且所述輸入電壓達(dá)到所述標(biāo)稱電壓為止。

25.一種電路系統(tǒng)，包括處理器、用于所述處理器的電源接口、以及根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，其中所述電源接口與所述轉(zhuǎn)換器耦接以向所述處理器提供電源。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開了一種線性可擴(kuò)展群組操作轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器包括SC級(jí)，包括一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)層疊的SC單元；Buck級(jí)，與SC級(jí)耦接并且包括一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)連接的M相Buck單元，其中M是大于或等于1的整數(shù)；以及轉(zhuǎn)換器控制單元，被配置用于基于轉(zhuǎn)換器的輸入電壓或輸出電流控制Buck單元中的一個(gè)或多個(gè)Buck單元導(dǎo)通或關(guān)斷。

技術(shù)研發(fā)人員：陳博涵,納吉克特·德賽,哈里斯·克里希納穆爾蒂
受保護(hù)的技術(shù)使用者：英特爾公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2