【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電子電路，更具體地涉及用于多級電力轉換器的控制器。
技術介紹
1、許多電子產品，特別是移動計算和/或通信產品和部件(例如，筆記本計算機、超級本計算機、平板裝置、lcd和led顯示器)需要多個電壓級別。例如，射頻(rf)發射器功率放大器可能需要相對高的電壓(例如，12v或更高)，而邏輯電路系統可能需要低電壓級別(例如，1v至3v)。還有其他電路系統可能需要中間電壓級別(例如，5v至10v)。
2、直流電力轉換器通常用于從例如蓄電池、太陽能電池和整流ac源的公共電源生成較低或較高的電壓。從較高輸入電壓電源生成較低輸出電壓級別的電力轉換器通常被稱為降壓轉換器，之所以這樣稱呼是因為輸出電壓vout小于輸入電壓vin，因此轉換器使輸入電壓“降壓”。從較低輸入電壓電源生成較高輸出電壓級別的電力轉換器通常被稱為升壓轉換器，因為vout大于vin。一些電力轉換器可以是降壓轉換器或者升壓轉換器，這取決于哪些端子用于輸入和輸出。一些電力轉換器可以提供反相輸出。一些電力轉換器可以輸出作為從輸入電壓得出的生成電壓的函數的電流。
3、被稱為多級電力轉換器的一種類型的直流電力轉換器包括作為能量存儲元件的電荷轉移電容器，該電荷轉移電容器通過受控電力開關耦合，以將電荷從vin轉移到vout。這樣的電荷轉移電容器通常被稱為“飛跨電容器(fly?capacitor)”或“泵電容器”。每次使用(即，不旁路)飛跨電容器時，流經該飛跨電容器的電能通常會對該飛跨電容器充電或放電。這產生了控制問題：在保持飛跨電容器的平均電壓的情況下，可
4、隨著多級轉換器電路的復雜度的增加，確定合適的電荷平衡方法可能變得異常困難。特別地，由于優先級要求以及由于用于特定目標級別的電力開關配置的有限選項而存在的相互依賴和限制性的電容器電壓控制，用于飛跨電容器電壓平衡的算法的復雜度隨著飛跨電容器的數量增加而急劇增加。大多數常規控制方法依賴于大型且復雜的組合邏輯網絡來建立一系列關聯的狀態變化以試圖實現電荷平衡。基于長序列的電力開關狀態的控制系統通常假設所有系統變量——例如輸入電壓和輸出電流——在序列期間是恒定的。這對于真實世界環境來說是不現實的，在真實世界環境中所有系統變量往往都是動態的。此外，電荷平衡計算應當在逐周期的基礎上非常快速地完成，特別是當電力轉換器上的負載電流非常高時更是如此。高負載電流根據電容器值非常快速地改變飛跨電容器電壓。
5、因此，需要用于更有效和高效地平衡多級轉換器電路的每個飛跨電容器兩端的電壓的電路和方法。本專利技術解決了該需求和其他需求。
技術實現思路
1、本專利技術包括一種用于多級電力轉換器的控制器，該控制器利用查找表(lut)結合快速閃存模數轉換器(adc)電路來實現包括用于多級電力轉換器的一組復雜的控制狀態的算法。由于可以對算法進行預處理，lut非常適合于如此選擇這樣的控制狀態。這種技術能夠是快速的，因為延遲只是lut訪問時間，而不是通過復雜的組合邏輯網絡的傳播延遲。快速閃存adc被設計成實現以下所有性能：高轉換速度、高分辨率、小布局面積、低功率，以及滿足在多級轉換器單元中適當平衡飛跨電容器電壓的要求的能力。
2、用于平衡飛跨電容器電壓的算法可能需要適應條件和/或配置的變化——然而固定的組合邏輯不具有用于這種任務的靈活性。特別地，每個飛跨電容器兩端的電壓是動態變量，其值是確定多級轉換器電路的飛跨電容器兩端的電荷平衡的有用且通常是必要的因素。例如，某些飛跨電容器的電壓變化可能比其他飛跨電容器的電壓變化更快，并且這樣的快速變化的飛跨電容器可能需要更高的優先級來平衡其電壓。本專利技術能夠靈活地適應這種動態條件和/或配置。
3、一個實施方式包括一種用于m級電力轉換器單元的控制器，該m級電力轉換器單元具有耦合至一組電力開關的一個或更多個飛跨電容器，其中m≥3，該控制器包括：電壓級別選擇器，該電壓級別選擇器被配置成生成和輸出第一組地址位；一組一個或更多個模數轉換器，該組中的每個成員被配置成耦合至所述一個或更多個飛跨電容器中的相關聯的飛跨電容器，并且輸出指示相關聯的飛跨電容器上的電壓是在參考目標級別之上還是之下的第一位，以及指示相關聯的飛跨電容器上的電壓是在目標窗口內還是在目標窗口之外的第二位，其中，該組一個或更多個模數轉換器的第一位和第二位共同組成第二組地址位；查找表，該查找表耦合至電壓級別選擇器和該組一個或更多個模數轉換器，該查找表存儲一組開關狀態選擇器值并且響應于接收到包括第一組地址位和第二組地址位的級聯的地址而輸出所選擇的開關狀態選擇器值；以及m級開關狀態選擇器，該m級開關狀態選擇器被配置成耦合至m級電力轉換器單元，以從查找表接收所選擇的開關狀態選擇器值的至少一部分，并且根據所選擇的開關狀態選擇器值的接收到的部分生成一組電力開關狀態設置。
4、本專利技術的一個或更多個實施方式的細節在以下附圖和描述中進行闡述。根據說明書和附圖以及根據權利要求書，本專利技術的其他特征、目的和優點將變得明顯。
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1.一種用于M級電力轉換器單元的控制器，所述M級電力轉換器單元具有耦合至一組電力開關的一個或更多個飛跨電容器，其中M≥3，所述控制器包括：
2.根據權利要求1所述的控制器，其中，所述第一位指示所述相關聯飛跨電容器上的電壓在參考目標級別之上還是之下，并且所述第二位指示所述相關聯飛跨電容器上的電壓是在目標窗口內還是在目標窗口之外。
3.根據權利要求1所述的控制器，還包括M級開關狀態選擇器，所述M級開關狀態選擇器耦合至所述查找表并且被配置成耦合至所述M級電力轉換器單元，以從所述查找表接收所選擇的開關狀態選擇器值的至少一部分，并且至少部分地基于所選擇的開關狀態選擇器值的接收到的部分來生成一組電力開關狀態設置。
4.根據權利要求1所述的控制器，其中，存儲在所述查找表中的所述開關狀態選擇器值是可動態改變的。
5.根據權利要求1所述的控制器，還包括微控制器，所述微控制器耦合至所述查找表并且被配置成將改變的開關狀態選擇器值動態地加載至所述查找表中。
6.根據權利要求1所述的控制器，其中，所述M級電力轉換器單元包括輸出電感器，并且所述開關
7.根據權利要求6所述的控制器，還包括多路復用器，所述多路復用器連接在所述查找表與所述M級電力轉換器單元之間，并且被配置成向所述M級電力轉換器單元提供所述第一開關狀態選擇器值或所述第二開關狀態選擇器值中的一個。
8.根據權利要求1所述的控制器，其中，所述一個或更多個模數轉換器中的每一個模數轉換器是2位模數轉換器，所述2位模數轉換器包括：
9.根據權利要求8所述的控制器，其中，來自所述相關聯飛跨電容器的電壓在被耦合至所述電壓輸入之前被縮放。
10.根據權利要求8所述的控制器，其中，所述第一參考電壓輸入、所述第二參考電壓輸入和所述第三參考電壓輸入分別接收第一參考電壓、第二參考電壓和第三參考電壓，其中，所述第二參考電壓大于所述第一參考電壓并且所述第三參考電壓小于所述第一參考電壓。
11.根據權利要求10所述的控制器，還包括電阻分壓器，所述電阻分壓器被配置成耦合至參考電壓源并且被配置成提供：
12.根據權利要求11所述的控制器，其中，所述電阻分壓器包括至少一個可調整電阻元件，所述至少一個可調整電阻元件被配置成調整所述第一參考電壓、所述第二參考電壓和/或所述第三參考電壓中的至少一個。
13.一種M級電力轉換器，包括：
14.根據權利要求13所述的M級電力轉換器，其中，所述第一位指示所述相關聯飛跨電容器上的電壓在參考目標級別之上還是之下，并且所述第二位指示所述相關聯飛跨電容器上的電壓是在目標窗口內還是在目標窗口之外。
15.根據權利要求13所述的M級電力轉換器，還包括M級開關狀態選擇器，所述M級開關狀態選擇器耦合至所述查找表并且被配置成耦合至所述M級電力轉換器單元，以從所述查找表接收所選擇的開關狀態選擇器值的至少一部分，并且至少部分地基于所選擇的開關狀態選擇器值的接收到的部分來生成一組電力開關狀態設置。
16.根據權利要求13所述的M級電力轉換器，其中，存儲在所述查找表中的所述開關狀態選擇器值是可動態改變的。
17.根據權利要求13所述的M級電力轉換器，還包括微控制器，所述微控制器耦合至所述查找表并且被配置成將改變的開關狀態選擇器值動態地加載至所述查找表中。
18.根據權利要求13所述的M級電力轉換器，其中，所述M級電力轉換器單元包括輸出電感器，并且所述開關狀態選擇器值各自包括與通過所述電感器的正電流相對應的第一開關狀態選擇器值和與通過所述電感器的負電流相對應的第二開關狀態選擇器值的級聯。
19.根據權利要求18所述的M級電力轉換器，還包括多路復用器，所述多路復用器連接在所述查找表與所述M級開關狀態選擇器之間，并且被配置成向所述M級開關狀態選擇器提供所述第一開關狀態選擇器值或所述第二開關狀態選擇器值中的一個。
20.根據權利要求13所述的M級電力轉換器，其中，所述一個或更多個模數轉換器中的每一個模數轉換器是2位模數轉換器，所述2位模數轉換器包括：
21.根據權利要求20所述的M級電力轉換器，其中，來自所述相關聯飛跨電容器的電壓在被耦合至所述電壓輸入之前被縮放。
22.根據權利要求20所述的M級電力轉換器，其中，所述第一參考電壓輸入、所述第二參考電壓輸入和所述第三參考電壓輸入分別接收第一參考電壓、第二參考電壓和第三參考電壓，其中，所述第二...
【技術特征摘要】
1.一種用于m級電力轉換器單元的控制器，所述m級電力轉換器單元具有耦合至一組電力開關的一個或更多個飛跨電容器，其中m≥3，所述控制器包括：
2.根據權利要求1所述的控制器，其中，所述第一位指示所述相關聯飛跨電容器上的電壓在參考目標級別之上還是之下，并且所述第二位指示所述相關聯飛跨電容器上的電壓是在目標窗口內還是在目標窗口之外。
3.根據權利要求1所述的控制器，還包括m級開關狀態選擇器，所述m級開關狀態選擇器耦合至所述查找表并且被配置成耦合至所述m級電力轉換器單元，以從所述查找表接收所選擇的開關狀態選擇器值的至少一部分，并且至少部分地基于所選擇的開關狀態選擇器值的接收到的部分來生成一組電力開關狀態設置。
4.根據權利要求1所述的控制器，其中，存儲在所述查找表中的所述開關狀態選擇器值是可動態改變的。
5.根據權利要求1所述的控制器，還包括微控制器，所述微控制器耦合至所述查找表并且被配置成將改變的開關狀態選擇器值動態地加載至所述查找表中。
6.根據權利要求1所述的控制器，其中，所述m級電力轉換器單元包括輸出電感器，并且所述開關狀態選擇器值各自包括與通過所述電感器的正電流相對應的第一開關狀態選擇器值和與通過所述電感器的負電流相對應的第二開關狀態選擇器值的級聯。
7.根據權利要求6所述的控制器，還包括多路復用器，所述多路復用器連接在所述查找表與所述m級電力轉換器單元之間，并且被配置成向所述m級電力轉換器單元提供所述第一開關狀態選擇器值或所述第二開關狀態選擇器值中的一個。
8.根據權利要求1所述的控制器，其中，所述一個或更多個模數轉換器中的每一個模數轉換器是2位模數轉換器，所述2位模數轉換器包括：
9.根據權利要求8所述的控制器，其中，來自所述相關聯飛跨電容器的電壓在被耦合至所述電壓輸入之前被縮放。
10.根據權利要求8所述的控制器，其中，所述第一參考電壓輸入、所述第二參考電壓輸入和所述第三參考電壓輸入分別接收第一參考電壓、第二參考電壓和第三參考電壓，其中，所述第二參考電壓大于所述第一參考電壓并且所述第三參考電壓小于所述第一參考電壓。
11.根據權利要求10所述的控制器，還包括電阻分壓器，所述電阻分壓器被配置成耦合至參考電壓源并且被配置成提供：
12.根據權利要求11所述的控制器，其中，所述電阻分壓器包括至少一個可調整電阻元件，所述至少一個可調整電阻元件被配置成調整所述第一參考電壓、所述第二參考電壓和/或所述第三參考電壓中的至少一個。
13.一種m級電力轉換器，包括：
14.根據權利要求13所述的m級電力轉換器，其中，所述第一位指示所述相關聯飛跨電容器上的電壓在參考目標級別之上還是之下，并且所述第二位指示所述相關聯飛跨電容器上的電壓是在目標窗口內還是在目標窗口之外。
15.根據權利要求13所述的m級電力轉換器，還包括m級開關狀態選擇器，所述m級...
【專利技術屬性】
技術研發人員：加里·春賢·吳，格雷戈里·什琴斯欽斯基，
申請(專利權)人：株式會社村田制作所，
類型：發明
國別省市：
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