特表 2022-525491 ＤＣ－ＤＣコンバータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-05-17

(54)【発明の名称】ＤＣ－ＤＣコンバータ

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20220510BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 H

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021533243

(86)(22)【出願日】2020-03-10

(85)【翻訳文提出日】2021-06-08

(86)【国際出願番号】 CN2020078510

(87)【国際公開番号】W WO2021147148

(87)【国際公開日】2021-07-29

(31)【優先権主張番号】202010077274.6

(32)【優先日】2020-01-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521250478

【氏名又は名称】上海韋孜美電子科技有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｗｉｚ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ

【住所又は居所原語表記】７Ｆ， Ｎｏ． ８８， ＳｈａｎｇＫｅ Ｒｏａｄ， Ｐｕｄｏｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１２１０， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】李 玉山

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA14

5H730AS04

5H730AS05

5H730BB02

5H730BB03

5H730BB57

5H730DD04

5H730EE59

5H730FD01

5H730FG05

5H730FG16

(57)【要約】

本願は、昇圧－降圧変換を実現可能なＤＣ－ＤＣコンバータを開示する。コンバータは、電源入力回路と、電源出力回路と、制御回路と、互いに並列に接続されている第１相チャージポンプ変換ブランチ及び第２相チャージポンプ変換ブランチと、を含み、第１相チャージポンプ変換ブランチの第１端及び第２相チャージポンプ変換ブランチの第１端は、それぞれ電源入力回路の出力端に接続され、第１相チャージポンプ変換ブランチの第２端及び第２相チャージポンプ変換ブランチの第２端は、それぞれ電源出力回路の入力端に接続され、第１相チャージポンプ変換ブランチ及び第２相チャージポンプ変換ブランチは、それぞれ制御回路に接続されているとともに互いに独立して制御回路により制御され、制御回路は、コンバータにより出力されたフィードバック信号に基づいて、第１相チャージポンプ変換ブランチ及び第２相チャージポンプ変換ブランチの制御信号を生成する。本発明に開示されている技術方案は、より高い電圧変換の効率及び作動モードの柔軟な切替を実現することができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源入力回路と、
電源出力回路と、
制御回路と、
互いに並列に接続されている第１相チャージポンプ変換ブランチ及び第２相チャージポンプ変換ブランチと、
を含むＤＣ－ＤＣコンバータであって、
第１相チャージポンプ変換ブランチの第１端及び第２相チャージポンプ変換ブランチの第１端は、それぞれ電源入力回路の出力端に接続され、第１相チャージポンプ変換ブランチの第２端及び第２相チャージポンプ変換ブランチの第２端は、それぞれ電源出力回路の入力端に接続され、第１相チャージポンプ変換ブランチ及び第２相チャージポンプ変換ブランチは、それぞれ制御回路に接続されているとともに互いに独立して制御回路により制御され、制御回路は、コンバータにより出力されたフィードバック信号に基づいて、第１相チャージポンプ変換ブランチ及び第２相チャージポンプ変換ブランチの制御信号を生成することを特徴とするＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項2】

第１相チャージポンプ変換ブランチは、第１キャパシタ、第１スイッチコンビネーション及び第２スイッチコンビネーションを含み、第１スイッチコンビネーション及び第２スイッチコンビネーションは、それぞれ第１キャパシタに接続され、第１スイッチコンビネーション及び第２スイッチコンビネーションは、それぞれ制御回路に接続されているとともに互いに独立して制御回路により制御され、第１キャパシタの充放電モードの切替を実現し、
第２相チャージポンプ変換ブランチは、第２キャパシタ、第３スイッチコンビネーションと第４スイッチコンビネーションを含み、第３スイッチコンビネーション及び第４スイッチコンビネーションは、それぞれ第２キャパシタに接続され、第３スイッチコンビネーション及び第４スイッチコンビネーションは、それぞれ制御回路に接続されているとともに互いに独立して制御回路により制御され、第２キャパシタの充放電モードの切替を実現することを特徴とする請求項１に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項3】

第１スイッチコンビネーションは第１スイッチと第４スイッチを含み、第２スイッチコンビネーションは第２スイッチと第３スイッチを含み、第１スイッチの第１端及び第３スイッチの第１端は、それぞれ電源入力回路の出力端に接続され、第１スイッチの第２端及び第２スイッチの第１端は、それぞれ第１ノードに接続され、第３スイッチの第２端及び第４スイッチの第１端は、それぞれ第２ノードに接続され、第２スイッチの第２端は固定電圧ノードに接続され、第１キャパシタは、第１ノードと第２ノードとの間に設けられ、第１スイッチの第３端、第２スイッチの第３端、第３スイッチの第３端及び第４スイッチの第３端は、それぞれ制御回路に接続されているとともに互いに独立して前記制御回路により制御され、
第３スイッチコンビネーションは第５スイッチと第８スイッチを含み、第４スイッチコンビネーションは第６スイッチと第７スイッチを含み、第５スイッチの第１端及び第７スイッチの第１端は、それぞれ電源入力回路の出力端に接続され、第５スイッチの第２端及び第６スイッチの第１端は、それぞれ第３ノードに接続され、第７スイッチの第２端及び第８スイッチの第１端は、それぞれ第４ノードに接続され、第６スイッチの第２端は固定電圧ノードに接続され、第２キャパシタは、第３ノードと第４ノードとの間に設けられ、第５スイッチの第３端、第６スイッチの第３端、第７スイッチの第３端及び第８スイッチの第３端は、それぞれ制御回路に接続されているとともに互いに独立して制御回路により制御される
ことを特徴とする請求項２に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項4】

第４スイッチの第２端及び第８スイッチの第２端は、それぞれ第５ノードに接続されていることを特徴とする請求項３に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項5】

第５ノードは、電源出力回路の入力端に接続されていることを特徴とする請求項４に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項6】

電源出力回路は、第９スイッチ、インダクタと第３キャパシタを含み、インダクタの第１端は、電圧出力回路の入力端によって第５ノードに接続され、インダクタの第２端は、電源出力回路の出力端に接続され、第３キャパシタの第１端は、インダクタの第２端と電源出力回路の出力端との間に形成されている第６ノードに接続され、第３キャパシタの第２端は固定電圧ノードに接続され、第９スイッチの第１端は、電圧出力回路の入力端によって第５ノードに接続され、第９スイッチの第２端は固定電圧ノードに接続され、第９スイッチの第３端は、制御回路に接続されているとともに制御回路により制御されることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項7】

制御回路は、互いに直列に接続されている電源変換レギュレータと駆動コントローラを含み、電源変換レギュレータの第１端は、第６ノードと電源出力回路の出力端との間に形成されている第７ノードに接続され、電源変換レギュレータの第２端は駆動コントローラに接続されていることを特徴とする請求項６に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載の第１相チャージポンプ変換ブランチ及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチを２つ以上含み、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチ及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチは、互いに並列に接続されていることを特徴とするＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項9】

２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチの第１端及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチの第１端は、それぞれ電源入力回路の出力端に接続され、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチの第２端及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチの第２端は、それぞれ電源出力回路の入力端に接続され、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチ及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチは、それぞれ制御回路に接続されているとともに互いに独立して制御回路により制御され、制御回路は、コンバータにより出力されたフィードバック信号に基づいて、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチ及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチの制御信号を生成することを特徴とする請求項８に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項10】

２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチにおける第４スイッチの第２端及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチにおける第８スイッチの第２端は、それぞれ第５ノードに接続されていることを特徴とする請求項９に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項11】

第５ノードは電源出力回路の入力端に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項12】

電源出力回路は、第９スイッチ、インダクタと第３キャパシタを含み、インダクタの第１端は、電圧出力回路の入力端によって第５ノードに接続され、インダクタの第２端は、電源出力回路の出力端に接続され、第３キャパシタの第１端は、インダクタの第２端と電源出力回路の出力端との間に形成されている第６ノードに接続され、第３キャパシタの第２端は固定電圧ノードに接続され、第９スイッチの第１端は、電圧出力回路の入力端によって第５ノードに接続され、第９スイッチの第２端は固定電圧ノードに接続され、第９スイッチの第３端は、制御回路に接続されているとともに制御回路により制御されることを特徴とする請求項９～１１のいずれか１項に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【請求項13】

制御回路は、互いに直列に接続されている電源変換レギュレータと駆動コントローラを含み、電源変換レギュレータの第１端は、第６ノードと電源出力回路の出力端との間に形成されている第７ノードに接続され、電源変換レギュレータの第２端は駆動コントローラに接続されていることを特徴とする請求項９～１１のいずれか１項に記載のＤＣ－ＤＣコンバータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、ＤＣ－ＤＣコンバータに係る技術分野に関し、特に、昇圧－降圧ＤＣ－ＤＣコンバータに関する。

【背景技術】

【0002】

ＤＣ－ＤＣコンバータは、その入力電圧より高くても低くてもよい定電圧出力を生成するために用いられる。従来技術において、一例としてＤＣ－ＤＣコンバータは、１つのインダクタと４つのスイッチから構成されているが、このようなＤＣ－ＤＣコンバータは、昇圧モードで、スイッチングノイズ及び過渡応答の点で好ましくない。

【0003】

上記問題を解決するために、単一インダクタの昇圧コンバータをインダクタベースの降圧コンバータに接続するか、あるいは、キャパシタベースのチャージポンプをインダクタベースの降圧コンバータに接続することで、上記技術問題を解決できることが提案された。このような２種類の方法では、多くのスイッチが設けられているので、変換効率が制限される。特許番号ＵＳ８８５４０１９には、昇圧－降圧コンバータの効率を高めるための、チャージポンプ及びＤＣ／ＤＣコンバータを有する混合回路が開示されているが、このような技術方案では、チャージポンプは常に運転状態にある必要があり、そうでなければ、キャパシタにより駆動される４つのスイッチが制御不能になり、また、低デューティ比の状態で、効率が低いとともに、二相電圧ダブラは、同期して作動し又は単独のチャージポンプとして作動することができず、柔軟性には制限がある。

【発明の概要】

【0004】

本発明の１つの目的は、従来の方案の欠点及び問題を緩和又は解決する概念を提供することである。

【0005】

本発明の別の目的は、給電システムにおける昇圧－降圧への応用のための新規なＤＣ－ＤＣコンバータを提供することである。

【0006】

本発明の第１側面によれば、
電源入力回路と、
電源出力回路と、
制御回路と、
互いに並列に接続されている第１相チャージポンプ変換ブランチ及び第２相チャージポンプ変換ブランチと、
を含むＤＣ－ＤＣコンバータであって、
第１相チャージポンプ変換ブランチの第１端及び第２相チャージポンプ変換ブランチの第１端は、それぞれ電源入力回路の出力端に接続され、第１相チャージポンプ変換ブランチの第２端及び第２相チャージポンプ変換ブランチの第２端は、それぞれ電源出力回路の入力端に接続され、第１相チャージポンプ変換ブランチ及び第２相チャージポンプ変換ブランチは、それぞれ制御回路に接続されているとともに互いに独立して制御回路により制御され、制御回路は、コンバータにより出力されたフィードバック信号に基づいて、第１相チャージポンプ変換ブランチ及び第２相チャージポンプ変換ブランチの制御信号を生成するＤＣ－ＤＣコンバータを用いて、上記目的と他の目的を実現する。

【0007】

本発明の実施例に係るＤＣ－ＤＣコンバータを用い、制御回路によって第１相チャージポンプ変換ブランチ及び第２相チャージポンプ変換ブランチを制御し、上記第１相チャージポンプ変換ブランチ及び上記第２相チャージポンプ変換ブランチが、同相又は逆相で作動してもよく、二相のうちの１つの相のみで作動してもよいことを実現した。

【0008】

本発明の第１側面に係る第１実施形態によれば、第１相チャージポンプ変換ブランチは、第１キャパシタ、第１スイッチコンビネーション及び第２スイッチコンビネーションを含み、第１スイッチコンビネーション及び第２スイッチコンビネーションは、それぞれ第１キャパシタに接続され、第１スイッチコンビネーション及び第２スイッチコンビネーションは、それぞれ制御回路に接続されているとともに互いに独立して制御回路により制御され、第１キャパシタの充放電モードの切替を実現し、
第２相チャージポンプ変換ブランチは、第２キャパシタ、第３スイッチコンビネーションと第４スイッチコンビネーションを含み、第３スイッチコンビネーション及び第４スイッチコンビネーションは、それぞれ第２キャパシタに接続され、第３スイッチコンビネーション及び第４スイッチコンビネーションは、それぞれ制御回路に接続されているとともに互いに独立して制御回路により制御され、第２キャパシタの充放電モードの切替を実現する。

【0009】

本発明の第１側面に係る第２実施形態によれば、第１スイッチコンビネーションは第１スイッチと第４スイッチを含み、第２スイッチコンビネーションは第２スイッチと第３スイッチを含み、第１スイッチの第１端及び第３スイッチの第１端は、それぞれ電源入力回路の出力端に接続され、第１スイッチの第２端及び第２スイッチの第１端は、それぞれ第１ノードに接続され、第３スイッチの第２端及び第４スイッチの第１端は、それぞれ第２ノードに接続され、第２スイッチの第２端は固定電圧ノードに接続され、第１キャパシタは、第１ノードと第２ノードとの間に設けられ、第１スイッチの第３端、第２スイッチの第３端、第３スイッチの第３端及び第４スイッチの第３端は、それぞれ制御回路に接続されているとともに互いに独立して制御回路により制御され、
第３スイッチコンビネーションは第５スイッチと第８スイッチを含み、第４スイッチコンビネーションは第６スイッチと第７スイッチを含み、第５スイッチの第１端及び第７スイッチの第１端は、それぞれ電源入力回路の出力端に接続され、第５スイッチの第２端及び第６スイッチの第１端は、それぞれ第３ノードに接続され、第７スイッチの第２端及び第８スイッチの第１端は、それぞれ第４ノードに接続され、第６スイッチの第２端は固定電圧ノードに接続され、第２キャパシタは、第３ノードと第４ノードとの間に設けられ、第５スイッチの第３端、第６スイッチの第３端、第７スイッチの第３端及び第８スイッチの第３端は、それぞれ制御回路に接続されているとともに互いに独立して制御回路により制御される。

【0010】

本発明の第１側面に係る第１実施形態及び第２実施形態によれば、制御回路による第１スイッチコンビネーション及び第２スイッチコンビネーションにおけるスイッチの制御を実現でき、上記第１スイッチコンビネーション及び第２スイッチコンビネーションにおけるスイッチは、第１キャパシタ及び第２キャパシタによって制御駆動されることなく、制御回路によって制御駆動される。このように、チャージポンプは常に運転状態にある必要があり、そうでなければ、キャパシタにより駆動されるスイッチが制御不能になるという技術問題を解決することができる。

【0011】

本発明の第１側面に係る第３実施形態によれば、第４スイッチの第２端及び第８スイッチの第２端は、それぞれ第５ノードに接続されている。

【0012】

本発明の第１側面に係る第４実施形態によれば、第５ノードは電源出力回路の入力端に接続されている。

【0013】

本発明の第１側面又は第１側面に係るいずれかの実施形態によれば、電源出力回路は、第９スイッチ、インダクタと第３キャパシタを含み、インダクタの第１端は、電源出力回路の入力端によって第５ノードに接続され、インダクタの第２端は、電源出力回路の出力端に接続され、第３キャパシタの第１端は、インダクタの第２端と電源出力回路の出力端との間に形成されている第６ノードに接続され、第３キャパシタの第２端は固定電圧ノードに接続され、第９スイッチの第１端は、電源出力回路の入力端によって第５ノードに接続され、第９スイッチの第２端は固定電圧ノードに接続され、第９スイッチの第３端は、制御回路に接続されているとともに互いに独立して制御回路により制御される。

【0014】

本発明の第１側面又は第１側面に係るいずれかの実施形態によれば、制御回路は、互いに直列に接続されている電源変換レギュレータと駆動コントローラを含み、電源変換レギュレータの第１端は、第６ノードと電源出力回路の出力端との間に形成されている第７ノードに接続され、電源変換レギュレータの第２端は駆動コントローラに接続されている。

【0015】

本発明の第２側面によれば、前述した請求項のいずれか１項に記載の第１相チャージポンプ変換ブランチ及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチを２つ以上含み、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチ及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチは、互いに並列に接続されている、別のＤＣ－ＤＣコンバータを用いて、上記目的と他の目的を実現する。

【0016】

ハイパワーの応用について、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチ及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチからなるコンバータを並列して運転させることが好ましい。なお、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチ及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチからなるコンバータを並列して運転させることで、出力電圧の倍数を大きくすることができる。

【0017】

本発明の第２側面に係る第１実施形態によれば、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチの第１端及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチの第１端は、それぞれ電源入力回路の出力端に接続され、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチの第２端及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチの第２端は、それぞれ電源出力回路の入力端に接続され、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチ及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチは、それぞれ制御回路に接続されているとともに互いに独立して制御回路により制御され、制御回路は、コンバータにより出力されたフィードバック信号に基づいて、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチ及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチの制御信号を生成する。

【0018】

本発明の第２側面に係る第２実施形態によれば、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチにおける第４スイッチの第２端及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチにおける第８スイッチの第２端は、それぞれ第５ノードに接続されている。

【0019】

本発明の第２側面に係る第３実施形態によれば、第５ノードは、電源出力回路の入力端に接続されている。

【0020】

本発明の第２側面又は第２側面に係るいずれかの実施形態によれば、電源出力回路は、第９スイッチ、インダクタと第３キャパシタを含み、インダクタの第１端は、電圧出力回路の入力端によって第５ノードに接続され、インダクタの第２端は、電源出力回路の出力端に接続され、第３キャパシタの第１端は、インダクタの第２端と電源出力回路の出力端との間に形成されている第６ノードに接続され、第３キャパシタの第２端は固定電圧ノードに接続され、第９スイッチの第１端は、電圧出力回路の入力端によって第５ノードに接続され、第９スイッチの第２端は固定電圧ノードに接続され、第９スイッチの第３端は、制御回路に接続されているとともに制御回路により制御される。

【0021】

本発明の第２側面又は第２側面に係るいずれかの実施形態によれば、制御回路は、互いに直列に接続されている電源変換レギュレータと駆動コントローラを含み、電源変換レギュレータの第１端は、第６ノードと電源出力回路の出力端との間に形成されている第７ノードに接続され、電源変換レギュレータの第２端は駆動コントローラに接続されている。

【0022】

ここでのＤＣ－ＤＣコンバータのより多くの応用及びメリットは、以下の詳しい説明から明らかになることに注意すべきである。

【図面の簡単な説明】

【0023】

ここで説明される図面は、本願の更なる理解を提供するためのものであり、本願の一部を構成し、本願の模式的な実施例及びその説明は、本願に対する不適切な限定を構成せず、本願を解釈するためのものである。図面において、

【図1】従来技術に開示されたＤＣ－ＤＣコンバータの回路図である。

【図2】本発明の実施例により提供されるＤＣ－ＤＣコンバータの構造ブロック図である。

【図3】本発明の実施例により提供されるＤＣ－ＤＣコンバータの回路図である。

【図4】本発明の実施例により提供される二相ポンプのタイミングチャートである。

【図5】本発明の実施例により提供される単相ポンプのタイミングチャートである。

【図6】本発明の実施例により提供される降圧重負荷モードでのタイミングチャートである。

【図7】本発明の実施例により提供される降圧軽負荷モードでのタイミングチャートである。

【図8】本発明の実施例により提供される別のＤＣ－ＤＣコンバータの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本願の目的、技術方案及び利点をより明確にするために、以下、本願の具体的な実施例及び対応する図面に即して、本願の技術方案をより明確で、完全に説明する。当然ながら、説明される実施例は、本願のすべての実施例ではなく、一部の実施例に過ぎない。本願における実施例に基づいて、当業者が進歩性のある労働を費やせずに取得した他のすべての実施例は、いずれも本願の保護範囲に入る。

【0025】

注意すべきなのは、本願の明細書、特許請求の範囲及び上記図面における「第１」、「第２」といった用語は、類似した対象を区別するためのものであり、所定の順序又は前後の順番を説明するために用いられる必要がないことである。ここで説明される本願の実施例をここで図示又は説明される順序以外の順序で実施できるように、このように使用されるデータは適切な場合で入れ替えられることができることを理解すべきである。

【0026】

以下、図面によって、本願の各実施例により提供される技術方案を詳細に説明する。図１は、従来技術に開示されたＤＣ－ＤＣコンバータである。上記ＤＣ－ＤＣコンバータには、インダクタＬを含む降圧変換回路が追加されており、インダクタＬは、常に電圧出力回路の入力端と電圧出力回路の出力端とを連通し、チャージポンプスイッチＳ１～Ｓ８とスイッチＳ９との間のタイミングを調節することで、昇圧及び降圧の過程を実現し、単一のスイッチコントローラ１１３のみでスイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ８及びＳ９を制御し、スイッチＳ１、Ｓ２は対応する第２キャパシタ３４により制御され、スイッチＳ５、Ｓ６は対応する第１キャパシタ２４により制御され、スイッチＳ１～Ｓ８及びＳ９は、ＭＯＳスイッチが最も好ましく、スイッチＳ３、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ８及びＳ９は、好ましくはドライバによって駆動されるが、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ６は、ドライバによって制御駆動される必要がなく、この理由は、第１キャパシタ２４の正極端及び第２キャパシタ３４の正極端が高い電圧まで達してこれらのスイッチを駆動でき、例えば、スイッチＳ１及びスイッチＳ２は、第２キャパシタ３４の正極端の電圧により駆動され、駆動電圧は対応するジャンパにより伝送され、同様に、スイッチＳ５及びスイッチＳ６は、第１キャパシタ２４の正極端の電圧により駆動され、駆動電圧は対応するジャンパにより伝送されるためである。

【0027】

従来技術に開示される技術方案において、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８及びＳ９のうち、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９のみがドライバにより駆動され、残りのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ５、Ｓ６がフライングキャパシタにより直接駆動される。このような特殊な駆動構造は、以下の制限性がある。チャージポンプは常に運転状態にある必要があり、そうでなければ、キャパシタにより駆動される４つのスイッチが制御不能になる。低デューティ比の状態で、効率が非常に低い。これは、出力電圧が入力電圧よりも小さい降圧条件下においても、チャージポンプ電圧ダブラを常に運転させる必要があるが、理想的な場合に、昇圧を必要としない時、電圧ダブラをオフにすべきであるからである。当該構造において、２つの電圧ダブラは、同期して作動し又は単独のチャージポンプとして作動することができない。

【0028】

図１に係るＤＣ－ＤＣコンバータの回路に対して、図２には、回路の複雑さ及び変換効率がより高い変換回路、即ち、本発明で提出するコンバータ回路が示されている。

【0029】

本発明の第１側面として、図２に示すように、本発明の実施例に係るＤＣ－ＤＣコンバータの簡略化ブロック図である。図２を参照し、ＤＣ－ＤＣコンバータは、電源入力回路１０１、電源出力回路１０９、制御回路１０７、並びに互いに並列に接続されている第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５を含む。ここで、電源入力回路１０１の入力端は、電源に接続されて入力電圧を受け取ることができ、電源入力回路１０１の出力端は、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３の第１端及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５の第１端に接続され、電源出力回路１０９の入力端は、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３の第２端及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５の第２端に接続され、制御回路１０７は、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５に接続され、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５は、互いに独立して制御回路１０７により制御され、制御回路１０７は、受信されたイネーブル信号に応じて第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５に制御信号を出力し、上記第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５の充放電過程の切替をさらに制御するために用いられ、出力電圧に対する調整を完成することができる。

【0030】

上記電源入力回路１０１の一端は、電源に接続され、他端は、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５に接続され、上記電源入力回路１０１は、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５の入力端として、ＤＣ－ＤＣコンバータ全体に電圧を入力するために用いられる。電源出力回路１０９の入力端は、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５の出力端に接続され、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５により出力された電圧を出力するために用いられる。

【0031】

図３は、本発明の実施例に係る第１相チャージポンプ変換ブランチ及び第２相チャージポンプ変換ブランチを有するＤＣ－ＤＣコンバータを示す。図２には、ＤＣ－ＤＣコンバータの実施可能な形態が示されている。

【0032】

図３には、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５のＤＣ－ＤＣコンバータでの具体的な構造が示されている。当該第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５は、制御回路１０７により充放電過程の切替を完成するように制御され、さらに出力電圧に対する調整を完成することができる。ある入力と出力の条件で、例えば、出力の目標が入力よりもやや高い場合、二相チャージポンプは同期して運転できれば、実効スイッチ抵抗が１／２減少し、２つの平行経路を構成するので、効率がより高くなり、これらの条件で、キャパシタを完全に充電するのに十分な時間（スイッチＳ９をオンにする時）があれば、これらを充電するために次の完全なサイクルを犠牲にする必要がない。

【0033】

図３において、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５は、それぞれ１つのキャパシタを含み、キャパシタは、エネルギー貯蔵素子として、入力電圧よりも大きい出力電圧を生成し、又は負の出力電圧を生成することができる。本実施例において、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５の両方を設けることで、ＤＣ－ＤＣコンバータの最大出力電圧を入力電圧の２倍にすることができる。

【0034】

第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３と第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５とは、構造が同様である。第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３は、第１キャパシタ２４、第１スイッチコンビネーションと第２スイッチコンビネーションを含み、第１スイッチコンビネーション及び第２スイッチコンビネーションは、それぞれ第１キャパシタ２４に接続され、第１スイッチコンビネーション及び第２スイッチコンビネーションは、それぞれ制御回路１０７に接続されているとともに互いに独立して制御回路１０７により制御され、第１キャパシタ２４の充放電モードの切替を実現し、第１スイッチコンビネーション及び第２スイッチコンビネーションにおけるスイッチは、制御回路１０７により入力されたイネーブルパルス信号により制御され、第１キャパシタ２４の充放電モードの切替を実現する。

【0035】

第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５は、第２キャパシタ３４、第３スイッチコンビネーションと第４スイッチコンビネーションを含み、第３スイッチコンビネーション及び第４スイッチコンビネーションは、それぞれ第２キャパシタ３４に接続され、第３スイッチコンビネーション及び第４スイッチコンビネーションは、それぞれ制御回路１０７に接続されているとともに互いに独立して制御回路１０７により制御され、第２キャパシタ３４の充放電モードの切替を実現し、第３スイッチコンビネーション及び第４スイッチコンビネーションにおけるスイッチは、制御回路１０７により入力されたイネーブルパルス信号により制御され、第２キャパシタ３４の充放電モードの切替を実現する。

【0036】

上記第１スイッチコンビネーション、第２スイッチコンビネーション及び第１キャパシタ２４からなる第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３と、第３スイッチコンビネーション、第４スイッチコンビネーション及び第２キャパシタ３４からなる第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５とは、制御回路１０７によりそれぞれ独立して制御されることによって、第１スイッチコンビネーション、第２スイッチコンビネーション、第３スイッチコンビネーション及び第４スイッチコンビネーションの独立した作動を実現し、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３と第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５との交互作動又は同時作動をさらに実現することができる。このようにして、ある入力と出力の条件で、例えば、出力の目標が入力よりもやや高い場合、２つのチャージポンプは同期して運転できれば、実効スイッチ抵抗が１／２減少し、２つの平行経路を構成するので、効率がより高くなる。これらの条件で、キャパシタを完全に充電するのに十分な時間（スイッチＳ９をオンにする時）があれば、これらを充電するために次の完全なサイクルを犠牲にする必要がない。

【0037】

当該実施例において、第１スイッチコンビネーションは、第１スイッチＳ１と第４スイッチＳ４を含み、第２スイッチコンビネーションは、第２スイッチＳ２と第３スイッチＳ３を含み、第１スイッチＳ１の第１端及び第３スイッチＳ３の第１端は、いずれも電源入力回路１０１の出力端に接続され、スイッチに接続されている回路に電圧を入力するために用いられ、第１スイッチＳ１の第２端及び第２スイッチＳ２の第１端は、それぞれ第１ノード１３に接続される。ここで、第１ノード１３は、第１スイッチＳ１の第２端と第２スイッチＳ２の第１端との間に設けられ、第３スイッチＳ３の第２端及び第４スイッチＳ４の第１端は、それぞれ第２ノード１５に接続される。ここで、第２ノード１５は、第３スイッチＳ３の第２端と第４スイッチＳ４の第１端との間に設けられ、第２スイッチＳ２の第２端は固定電圧ノード２９に接続される。ここで、固定電圧ノード２９は、接地短絡に用いられ、第１キャパシタ２４は、第１ノード１３と第２ノード１５との間に設けられ、第１キャパシタ２４は、第１ノード１３及び第２ノード１５が位置するジャンパにより電圧を伝達し、第１スイッチＳ１の第３端、第２スイッチＳ２の第３端、第３スイッチＳ３の第３端及び第４スイッチＳ４の第３端は、それぞれ制御回路１０７に接続されているとともに互いに独立して制御回路１０７により制御される。

【0038】

第３スイッチコンビネーションは、第５スイッチＳ５と第８スイッチＳ８を含み、第４スイッチコンビネーションは、第６スイッチＳ６と第７スイッチＳ７を含み、第５スイッチＳ５の第１端及び第７スイッチＳ７の第１端は、いずれも電源入力回路１０１の出力端に接続され、スイッチに接続されている回路に電圧を入力するために用いられ、第５スイッチＳ５の第２端及び第６スイッチＳ６の第１端は、それぞれ第３ノード１７に接続される。ここで、第３ノード１７は、第５スイッチＳ５の第２端と第６スイッチＳ６の第１端との間に設けられ、第７スイッチＳ７の第２端及び第８スイッチＳ８の第１端は、それぞれ第４ノード１９に接続される。ここで、第４ノード１９は、第７スイッチＳ７の第２端と第８スイッチＳ８の第１端との間に設けられ、第６スイッチＳ６の第２端は固定電圧ノード２９に接続される。ここで、固定電圧ノード２９は、接地短絡に用いられ、第２キャパシタ３４は、第３ノード１７と第４ノード１９との間に設けられ、第２キャパシタ３４は、第３ノード１７及び第４ノード１９が位置するジャンパにより電圧を伝達し、第５スイッチＳ５の第３端、第６スイッチＳ６の第３端、第７スイッチＳ７の第３端及び第８スイッチＳ８の第３端は、それぞれ制御回路１０７に接続されているとともに互いに独立して制御回路１０７により制御される。

【0039】

図３において、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ及びｈは、それぞれ制御回路１０７がコンバータにより出力されたフィードバック信号に基づいて生成するスイッチＳ１～Ｓ９へのタイミング制御信号を表す。

【0040】

本発明の実施例において、第１キャパシタ２４及び第２キャパシタ３４は、正極と負極を区別してもしなくてもよい。ここで、第１キャパシタ２４及び第２キャパシタ３４は正極と負極を区別しないことを例として、本発明の実施例を説明する。第１キャパシタ２４は、第１ノード１３と第２ノード１５との間に設けられ、制御回路１０７により第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２が制御され、第１ノード１３は、電源入力回路１０１と固定電圧ノード２９との間で切替を行い、制御回路１０７により第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４が制御され、第２ノード１５は、電源入力回路１０１と電源出力回路１０９との間で切替を行う。第２キャパシタ３４は、第３ノード１７と第４ノード１９との間に設けられ、制御回路１０７により第５スイッチＳ５及び第６スイッチＳ６が制御され、第３ノード１７は、電源入力回路１０１と固定電圧ノード２９との間で切替を行い、制御回路１０７により第７スイッチＳ７及び第８スイッチＳ８が制御され、第４ノード１９は、電源入力回路１０１と電源出力回路１０９との間で切替を行う。本発明の実施例において、第１キャパシタ２４が負荷に電荷を転送する過程中、第２キャパシタ３４を再充電することができ、逆も同様である。ポンピングと充電を同時に行うことにより、第１キャパシタ２４及び第２キャパシタ３４は、常に電源の２倍に近い安定した電圧を維持する。

【0041】

上記スイッチＳ１～Ｓ９は、Ｎ型又はＰ型ＭＯＳスイッチであってもよい。本発明の実施例において、スイッチＳ２、Ｓ６、Ｓ９が面積の小さいＮ型ＭＯＳスイッチを採用することは、同じオン抵抗の状態に対してより有利である。異なる駆動回路の設計に基づいて、スイッチＳ１、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８は、Ｎ型又はＰ型ＭＯＳスイッチであってもよい。従来技術に提出された、単一の操作モードのみがある構造と異なり、本発明の実施例に開示される技術方案では、本発明に開示される構造は、スイッチ調節によって多種の操作モードを実現することができる。

【0042】

制御回路１０７により第３スイッチＳ３及び第７スイッチＳ７が制御され、第１キャパシタ２４及び／又は第２キャパシタ３４の第１端は、電源入力回路１０１の出力端に選択的に接続され、制御回路１０７により第２スイッチＳ２及び第６スイッチＳ６が制御され、第１キャパシタ２４及び／又は第２キャパシタ３４の第２端は、固定電圧ノード２９に選択的に接続され、第１キャパシタ２４及び／又は第２キャパシタ３４を充電する段階に、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３における第１スイッチＳ１及び第４スイッチＳ４がオフされ、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３における第３スイッチＳ３及び第２スイッチＳ２がオンされて第１キャパシタ２４の第１端が電源入力回路１０１の出力端に接続され、第１キャパシタ２４の第２端は固定電圧ノード２９に接続されるようになり、及び／又は、第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５における第５スイッチＳ５及び第８スイッチＳ８がオフされ、第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５における第７スイッチＳ７及び第６スイッチＳ６がオンされて第２キャパシタ３４の第１端が電源入力回路１０１の出力端に接続され、第２キャパシタ３４の第２端は固定電圧ノード２９に接続されるようになる。本発明の実施例において、第１キャパシタ２４及び第２キャパシタ３４を同時に又は個別に充電することが実現され、第１キャパシタ２４及び／又は第２キャパシタ３４の充電時間が十分に長いと、第１キャパシタ２４及び／又は第２キャパシタ３４の充電電圧は、電源の電圧レベルに達する。

【0043】

放電段階に、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３における第１スイッチＳ１及び第４スイッチＳ４がオンされ、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３における第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３がオフされ、第１キャパシタ２４の第１端は、電源出力回路１０９の入力端に接続され、第１キャパシタ２４の第２端は、電源入力回路１０１の出力端に接続されるようになり、第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５における第５スイッチＳ５及び第８スイッチＳ８がオンされ、第６スイッチＳ６及び第７スイッチＳ７がオフされ、第２キャパシタ３４の第１端は、電源出力回路１０９の入力端に接続され、第２キャパシタ３４の第２端は、電源入力回路１０１の出力端に接続されるようになる。放電段階に、満充電状態の第１キャパシタ２４及び／又は第２キャパシタ３４は、それぞれ電源に直列に接続されて負荷に電源電圧よりも高い初期電圧を提供し、出力電圧における脈動電圧量を制限するために、制御回路１０７は比較的少量の電荷変換によって、第１キャパシタ２４及び／又は第２キャパシタ３４を充電段階に切り替える。ＤＣ－ＤＣコンバータが電荷を負荷に転送するニーズを満たすために、制御回路は、上記過程に従って開閉の切替を行う。

【0044】

上記制御過程から分かるように、本発明の実施例に開示されるＤＣ－ＤＣコンバータにおけるスイッチＳ１～Ｓ９は、直接制御回路１０７により制御駆動され、第１キャパシタ２４及び／又は第２キャパシタ３４により直接駆動されるスイッチが存在しない。本発明に開示される技術方案によれば、チャージポンプは常に運転状態にある必要がなく、低デューティ比の状態で、効率が高くなる。これは、出力電圧が入力電圧よりも小さい降圧条件下においても、チャージポンプ電圧ダブラは常に運転する必要がなく、本発明に開示される実施例において、第１相チャージポンプ変換ブランチ及び第２相チャージポンプ変換ブランチは、同期して作動し又は単独に作動することができ、換言すれば、第１相チャージポンプ変換ブランチ及び第２相チャージポンプ変換ブランチは、２つの電圧ダブラである。

【0045】

本発明の１つの実施例として、第１キャパシタ２４及び第２キャパシタ３４は、正極と負極を区別すると、第３スイッチＳ３の第２端と第４スイッチＳ４の第１端との間の第２ノード１５は、第１キャパシタ２４の正極端に接続され、第１スイッチＳ１の第２端と第２スイッチＳ２の第１端との間に設けられている第１ノード１３は、第１キャパシタ２４の負極端に接続され、第５スイッチＳ５の第２端と第６スイッチＳ６の第１端との間に設けられている第３ノード１７は、第２キャパシタ３４の負極端に接続され、第７スイッチＳ７の第２端と第８スイッチＳ８の第１端との間に設けられている第４ノード１９は、第２キャパシタ３４の正極端に接続されている。

【0046】

本発明の１つの実施例として、上記第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３における第４スイッチＳ４の第２端及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５における第８スイッチＳ８の第２端は、それぞれ第５ノード３１に接続される。ここで、第５ノード３１は、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３における第４スイッチＳ４の第２端と第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５における第８スイッチＳ８の第２端との間に設けられ、上記第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５において電圧が第５ノード３１が設けられたジャンパによって、電源出力回路１０９に伝達され、つまり、第５ノード３１は電源出力回路１０９の入力端に接続されている。

【0047】

本発明の１つの実施例として、上記電源出力回路１０９は、第９スイッチＳ９、インダクタＬ及び第３キャパシタ４４を含み、インダクタＬの第１端は、電源出力回路の入力端２１によって第５ノード３１に接続され、インダクタＬの第２端は、電源出力回路の出力端２７に接続され、第３キャパシタ４４の第１端は、インダクタＬの第２端と電源出力回路の出力端２７との間に形成されている第６ノード２３に接続され、第３キャパシタ４４の第２端は固定電圧ノード２９に接続され、第９スイッチＳ９の第１端は、電源出力回路の入力端２１によって第５ノード３１に接続され、第９スイッチＳ９の第２端は固定電圧ノード２９に接続され、第９スイッチＳ９の第３端は制御回路１０７に接続されて制御回路１０７により制御され、第９スイッチＳ９のオンとオフによってチャージポンプのスイッチと協働し、降圧作用を果たす。上述した制御回路１０７による制御で、第９スイッチＳ９がオンされて電源出力回路の入力端２１が固定電圧ノード２９に接続されるようになり、制御回路１０７は、第９スイッチＳ９を開閉することで第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５と協働して降圧効果を果たし、インダクタＬ及び第３キャパシタ４４は、ローパスフィルタとして機能し、変換後の電圧を負荷に伝送し、出力電圧における脈動電圧の大きさは、主にインダクタＬのインダクタンスの大きさ及び第３キャパシタ４４の容量値に依存する。

【0048】

要するに、電源出力回路１０９は、整流フィルタリング部分及びフリーホイーリングスイッチから構成され、フリーホイーリングスイッチとチャージポンプとの協働によって、コンバータ全体は、昇降圧の目的を実現することができる。

【0049】

本発明の１つの実施例として、制御回路１０７は、互いに直列に接続されている電源変換レギュレータ１１１及び駆動コントローラ１１３を含み、電源変換レギュレータ１１１の第１端は、第６ノード２３と電源出力回路の出力端２７との間に形成されている第７ノード２５に接続され、電源変換レギュレータ１１１の第２端は駆動コントローラ１１３に接続されている。本発明に開示される実施例において、出力電圧を調節する必要がある時、電源変換レギュレータ１１１によって出力対象の電圧信号が取得され、そして駆動コントローラ１１３に伝送され、駆動コントローラ１１３によって、受信されたイネーブル信号に応じて第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５に制御信号が出力され、さらに第１スイッチコンビネーション、第２スイッチコンビネーション、第３スイッチコンビネーション及び第４スイッチコンビネーションが独立して制御され、負荷への所要の電圧の出力を実現する。

【0050】

本発明に開示されるＤＣ－ＤＣコンバータ構造は、スイッチ調節によって多種の操作モードを実現することができる。下図に示すとおりである。

【0051】

図４は、本発明に開示される二相ポンプの異なる段階における切替タイミング図である。図４に示すように、タイミング図は、１サイクルを示し、このサイクルにおける放電段階に、制御回路は、スイッチタイミング信号を送信して、第１スイッチコンビネーション及び第３スイッチコンビネーションを、２クロックサイクル内に交互に切り替えるように駆動し、従来技術と同様に、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３と第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５との交互作動を実現した。制御回路１０７は、第１キャパシタ２４及び第２キャパシタ３４が交互に放電するように、スイッチタイミング信号を送信して第１スイッチコンビネーション及び第３スイッチコンビネーションを駆動する。電荷は電源出力回路の入力端２１に伝送され、第１キャパシタ２４又は第２キャパシタ３４はバッテリ電源に直列に接続され、この時、入力電圧の２倍となる出力電圧を出力することができる。第１スイッチコンビネーションと第３スイッチコンビネーションとを切り替える時、第９スイッチＳ９は、第１スイッチコンビネーション及び第３スイッチコンビネーションにおける開閉状態に一致しない。ＶＬＸは、電源出力回路１０９により入力された電圧であり、インダクタＬの電流ＩＬは、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３と第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５との交互切替に応じて変化する。図４は、第１スイッチＳ１と第４スイッチＳ４、又は第５スイッチＳ５と第８スイッチＳ８を同時に開閉して二相ポンプの異なる段階における切替タイミング図を示すが、第１スイッチＳ１と第４スイッチＳ４、又は第５スイッチＳ５と第８スイッチＳ８を完全に同時に開閉する必要がなく、ゲーティング信号の間に遅延Ｔｄがあるが、操作に影響を与えない。

【0052】

図５は、本発明に開示される単相ポンプの異なる段階における切替タイミング図である。図５に示すように、タイミング図は、１サイクルを示し、このサイクルにおける放電段階に、制御回路は、スイッチタイミング信号を送信して、第１スイッチコンビネーション及び第３スイッチコンビネーションを、２クロックサイクル内に同時に切り替えるように駆動し、従来技術と異なり、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３と第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５との同時作動を実現した。制御回路１０７は、第１キャパシタ２４及び第２キャパシタ３４が同時に放電するように、スイッチタイミング信号を送信して第１スイッチコンビネーション及び第３スイッチコンビネーションを駆動する。電荷は電源出力回路の入力端２１に伝送され、第１キャパシタ２４及び第２キャパシタ３４は、それぞれバッテリ電源に直列に接続され、この時、入力電圧の２倍となる出力電圧を出力することができる。インダクタＬの電流ＩＬは、第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３と第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５との同時切替に応じて変化する。図５は、第１スイッチＳ１と第４スイッチＳ４、及び第５スイッチＳ５と第８スイッチＳ８を同時に開閉して単相ポンプの異なる段階における切替タイミング図を示すが、第１スイッチＳ１と第４スイッチＳ４、及び第５スイッチＳ５と第８スイッチＳ８を完全に同時に開閉する必要がなく、ゲーティング信号の間に遅延Ｔｄがあるが、操作に影響を与えない。図５において、第９スイッチＳ９は、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第６スイッチＳ６、第７スイッチＳ７の開閉状態に一致する。本発明に係るコンバータが高デューティ比のサイクルにある場合、出力電圧が高い時、多くの電荷が、第１キャパシタ２４及び第２キャパシタ３４に対して出し入れされる。その結果、本発明に係るコンバータが低デューティ比のサイクルで作動する時、負荷を流れる電流が少なく、あるいは、スイッチ駆動は、高い負荷電流又は電荷の低出力電圧での伝送を許容するように再構成される。

【0053】

図６は、本発明の降圧重負荷モードでのコンバータの運転タイミング図である。本発明の実施例において、コンバータは降圧重負荷モードで、電圧ダブラがオフされ、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第５スイッチＳ５、第６スイッチＳ６及び第７スイッチＳ７は、開閉の切替を停止し、つまり、第３スイッチＳ３、第７スイッチＳ７、第２スイッチＳ２、第６スイッチＳ６は、静的なオン状態にあり、第１スイッチＳ１及び第５スイッチＳ５は、静的なオフ状態にある。ここで、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４のうちの一方は、静的なオン状態にあり、例えば、第３スイッチＳ３は静的なオン状態にあり、第４スイッチＳ４は開閉の切替を行う。同様に、第７スイッチＳ７及び第８スイッチＳ８のうちの一方は、静的なオン状態にあり、例えば、第７スイッチＳ７は静的なオン状態にあり、第８スイッチＳ８は開閉の切替を行う。２つの位相のスイッチは、時間に応じて並行して駆動し、同時開閉を実現し、効率を高めることができる。本発明の実施例において、コンバータは、降圧重負荷モードで、一例として、図６に示すように、第４スイッチＳ４及び第８スイッチＳ８は、開閉の切替を行い、第３スイッチＳ３及び第７スイッチＳ７は、静的なオン状態にあり、第９スイッチＳ９は、第４スイッチＳ４及び第８スイッチＳ８の開閉状態に一致しない。また、第４スイッチＳ４及び第８スイッチＳ８は、静的なオン状態にあり、第３スイッチＳ３及び第７スイッチＳ７は、開閉の切替を行い、第９スイッチＳ９は、第３スイッチＳ３及び第７スイッチＳ７の開閉状態に一致しないようにしてもよく、この例では、第１スイッチＳ１及び第５スイッチＳ５は、静的なオフ状態にあり、第２スイッチＳ２及び第６スイッチＳ６は、オンされて第１キャパシタ２４及び第２キャパシタ３４を充電することができるが、これは必須ではない。

【0054】

図７は、本発明の降圧軽負荷モードでのコンバータの運転タイミング図である。本発明の実施例において、コンバータは降圧軽負荷モードで、電圧ダブラがオフされ、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２、第３スイッチＳ３、第５スイッチＳ５、第６スイッチＳ６、第７スイッチＳ７及び第８スイッチＳ８は、開閉の切替を停止し、つまり、第３スイッチＳ３、第７スイッチＳ７、第２スイッチＳ２、第６スイッチＳ６は、静的なオン状態にあり、第１スイッチＳ１、第５スイッチＳ５及び第８スイッチＳ８は、静的なオフ状態にある。本発明の実施例において、コンバータは降圧軽負荷モードで、第３スイッチＳ３及び第４スイッチＳ４のうちの一方が、静的なオン状態にある。一定の時間内に、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第７スイッチＳ７及び第８スイッチＳ８のうち、１つのみが降圧コンバータのスイッチとして開閉の切替を行い、残りのスイッチが静的にオンされ又はオフされることで、コンバータの降圧軽負荷モードでの電圧出力を実現することができる。例えば、第４スイッチＳ４で開閉の切替を行うようにすると、第４スイッチＳ４が切替を行う時、第３スイッチＳ３は、静的なオン状態にあり、第７スイッチＳ７及び第８スイッチＳ８のうちの一方が静的にオンされてもよく、あるいは、両者が静的にオンされてもよい。なお、この例において、第１スイッチＳ１及び第５スイッチＳ５をオンにし、第２スイッチＳ２及び第６スイッチＳ６をオフにすることで、第１キャパシタ２４及び第２キャパシタ３４を完全に充電することができるが、充電は必須ではない。

【0055】

降圧軽負荷モードで、面積の大きいスイッチをセグメント化して、スイッチ損失をさらに低減させることもできる。図７において、第４スイッチＳ４の一部のみを開閉の切替に用いるように取り、第４スイッチＳ４の残りの部分が静的にオンされる。これは、第４スイッチＳ４をセグメント化して駆動制御することによって実現することができる。

【0056】

操作モードの選択は、入力電圧Ｖｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔの電圧目標値、軽負荷条件及び異なるモードでの効率による。重負荷時に高い電圧Ｖｏｕｔを出力し、例えば、電圧Ｖｏｕｔが入力電圧Ｖｉｎ電圧の２倍に近いとされる時、二相ポンプの効率がより高くなる。重負荷でＶｉｎ＜Ｖｏｕｔ≦２Ｖｉｎの場合に、単相ポンプの効率がより高い。あるいは、Ｖｏｕｔ＜Ｖｉｎに対して、電圧ダブラをオフする時、降圧モードのみを起動することがより有効である。降圧モードで、軽負荷時に１つの位相のみに対して開閉の切替を行うことができ、重負荷条件で、２つの位相を並列接続して効率を高めることができる。

【0057】

本発明に開示される技術方案は、全体コントローラによりすべてのスイッチを制御し、チャージポンプが常に運転状態にあることを回避し、低デューティ比の状態で、効率を非常に向上させ、２つの電圧ダブラは、同期して作動し又は単独のチャージポンプとして作動することができ、電圧変換の効率が向上した。

【0058】

本発明の第２側面として、別のＤＣ－ＤＣコンバータ構造をさらに開示し、前述した実施例のいずれか１つに記載の第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５を２つ以上含み、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５は、互いに並列に接続されている。

【0059】

２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３の第１端及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５の第１端は、それぞれ電源入力回路１０１の出力端に接続され、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３の第２端及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５の第２端は、それぞれ電源出力回路の入力端２１に接続され、２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５は、それぞれ制御回路１０７に接続されているとともに互いに独立して制御回路により制御され、制御回路は、受信されたイネーブル信号に応じて２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチ１０７に制御信号を出力するために用いられる。

【0060】

上述した２つ以上の第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３におけるＳ４の第２端及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５におけるＳ８の第２端は、それぞれ第５ノード３１に接続されている。

【0061】

図８に示すように、ＤＣ－ＤＣコンバータに１つの第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５が追加されることが示されている。第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５は、第４キャパシタ５４、第５スイッチコンビネーション及び第６スイッチコンビネーションを含み、第５スイッチコンビネーション及び第６スイッチコンビネーションは、それぞれ第４キャパシタ５４に接続され、第５スイッチコンビネーション及び第６スイッチコンビネーションは、それぞれ制御回路１０７に接続されているとともに互いに独立して制御回路１０７により制御され、第４キャパシタ５４の充放電モードの切替を実現し、第５スイッチコンビネーション及び第６スイッチコンビネーションは、制御回路１０７によって、コンバータにより出力されたフィードバック信号に基づいて追加された第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５に対する制御信号を生成することにより、第４キャパシタ５４の充放電モードの切替を実現する。

【0062】

第５スイッチコンビネーションは、第１０スイッチＳ１０及び第１３スイッチＳ１３を含み、第６スイッチコンビネーションは、第１２スイッチＳ１２及び第１１スイッチＳ１１を含み、第１０スイッチＳ１０の第１端及び第１２スイッチＳ１２の第１端は、電源入力回路１０１の出力端に接続され、電圧を入力するために用いられ、第１０スイッチＳ１０の第２端及び第１１スイッチＳ１１の第１端は、それぞれ第８ノード３３に接続される。ここで、第８ノード３３は、第１０スイッチＳ１０の第２端と第１１スイッチＳ１１の第１端との間に設けられ、第１２スイッチＳ１２の第２端及び第１３スイッチＳ１３の第１端は、それぞれ第９ノード３５に接続される。ここで、第９ノード３５は、第１２スイッチＳ１２の第２端と第１３スイッチＳ１３の第１端との間に設けられ、第１１スイッチＳ１１の第２端は固定電圧ノード２９に接続される。ここで、固定電圧ノード２９は、接地短絡に用いられ、第４キャパシタ５４は、第８ノード３３と第９ノード３５との間に設けられ、第４キャパシタ５４は、第８ノード３３及び第９ノード３５が位置するジャンパにより電圧を伝達し、第１０スイッチＳ１０の第３端、第１１スイッチＳ１１の第３端、第１２スイッチＳ１２の第３端及び第１３スイッチＳ１３の第３端は、それぞれ制御回路１０７に接続されているとともに互いに独立して制御回路１０７により制御され、第１３スイッチＳ１３の第２端は第５ノード３１に接続されている。第５ノード３１は電源出力回路の入力端２１に接続されている。

【0063】

図８において、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ及びｍは、それぞれ制御回路１０７がコンバータにより出力されたフィードバック信号に基づいて生成するスイッチＳ１～Ｓ９へのタイミング制御信号を表す。

【0064】

上記電源出力回路１０９は、第９スイッチＳ９、インダクタＬ及び第３キャパシタ４４を含み、インダクタＬの第１端は、電源出力回路の入力端２１によって第５ノード３１に接続され、インダクタＬの第２端は、電源出力回路の出力端２７に接続され、第３キャパシタ４４の第１端は、インダクタＬの第２端と電源出力回路の出力端２７との間に形成されている第６ノード２３に接続され、第３キャパシタ４４の第２端は固定電圧ノード２９に接続され、第９スイッチＳ９の第１端は、電源出力回路の入力端２１によって第５ノード３１に接続され、第９スイッチＳ９の第２端は固定電圧ノード２９に接続され、第９スイッチＳ９の第３端は制御回路１０７に接続されて制御回路１０７により制御され、第９スイッチＳ９のオンとオフによってチャージポンプのスイッチと協働し、降圧作用を果たす。上述した制御回路１０７による制御で、第９スイッチＳ９がオンされて電源出力回路の入力端２１が固定電圧ノード２９に接続されるようになり、制御回路１０７は、第９スイッチＳ９を開閉することで第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び／又は第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５と協働して降圧効果を果たし、インダクタＬ及び第３キャパシタ４４は、ローパスフィルタとして機能し、変換後の電圧を負荷に伝送し、出力電圧における脈動電圧の大きさは、主にインダクタＬのインダクタンスの大きさ及び第３キャパシタ４４の容量値に依存する。

【0065】

要するに、電源出力回路１０９は、整流フィルタリング部分及びフリーホイーリングスイッチから構成され、フリーホイーリングスイッチとチャージポンプとの協働によって、コンバータ全体は、昇降圧の目的を実現することができる。

【0066】

制御回路１０７は、互いに直列に接続されている電源変換レギュレータ１１１及び駆動コントローラ１１３を含み、電源変換レギュレータ１１１の第１端は、第６ノード２３と電源出力回路の出力端２７との間に形成されている第７ノード２５に接続され、電源変換レギュレータ１１１の第２端は駆動コントローラ１１３に接続されている。本発明に開示される実施例において、出力電圧を調節する必要がある時、電源変換レギュレータ１１１によって出力対象の電圧信号が取得され、そして駆動コントローラ１１３に伝送され、駆動コントローラ１１３によって、受信されたイネーブル信号に応じて第１相チャージポンプ変換ブランチ１０３及び第２相チャージポンプ変換ブランチ１０５に制御信号が出力され、さらに第１スイッチコンビネーション、第２スイッチコンビネーション、第３スイッチコンビネーション及び第４スイッチコンビネーションが独立して制御され、負荷への所要の電圧の出力を実現する。

【0067】

図８に示す実施例の具体的な作動原理は、上記第１側面と一致しているので、ここで説明を重複しない。

【0068】

本発明に開示される技術方案は、全体コントローラによりすべてのスイッチを制御し、チャージポンプが常に運転状態にあることを回避し、低デューティ比の状態で、効率を非常に向上させ、複数の電圧ダブラは、同期して作動し又は単独のチャージポンプとして作動することができ、電圧変換の効率が向上した。

【0069】

以上の説明は、本願の実施例に過ぎず、本願を制限するためのものではない。当業者にとって、本願は、様々な変更及び変形が可能である。本願の精神及び原理の範囲内で行われる修飾、等価の置換、改良などは、本願の特許請求の範囲に含まれるべきである。

【符号の説明】

【0070】

Ｓ１：第１スイッチ
Ｓ２：第２スイッチ
Ｓ３：第３スイッチ
Ｓ４：第４スイッチ
Ｓ５：第５スイッチ
Ｓ６：第６スイッチ
Ｓ７：第７スイッチ
Ｓ８：第８スイッチ
Ｓ９：第９スイッチ
Ｓ１０：第１０スイッチ
Ｓ１１：第１１スイッチ
Ｓ１２：第１２スイッチ
Ｓ１３：第１３スイッチ
２４：第１キャパシタ
３４：第２キャパシタ
４４：第３キャパシタ
５４：第４キャパシタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】