谐振切换电容式电压转换器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种谐振切换电容式电压转换器及其控制方法，特别涉及一种可用于与至少另一个谐振切换电容式电压转换器耦接并同步操作的谐振切换电容式电压转换器及其控制方法。

背景技术

一种现有技术多功率转换器系统，将多个功率转换器并联以提供相对于单一个功率转换器更高的电源给负载。在这种现有技术中，需将多个功率转换器分别设定为主控功率转换器(master power converter)与从属功率转换器(slave power converter)，并且需先设定相移角度(phase-shift degrees)、同步信号(synchronous signal)、分流(current sharing)和开关频率(switching frequency)。

另外，美国专利9,793,804B2公开一种两个耦接的三电位降压型(three-levelbuck)变换器，根据四个时钟信号操作，且时钟信号相互相移90度。

上述的现有技术，都需要设定主控功率转换器与从属功率转换器以及其他的设定，使用上并不方便；且功率转换效率较低，切换能损较高，同步操作与电流平衡的控制较为复杂，以及电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)较为严重。

有鉴于此，本发明提出一种创新的谐振切换电容式电压转换器及其控制方法，可免除设定主控功率转换器与从属功率转换器以及其他相关的设定，具有较高的功率转换效率，较低的切换能损与EMI，较单纯的同步操作与电流平衡的控制。

发明内容

于一观点中，本发明提供一种谐振切换电容式电压转换器，用于与至少另一个谐振切换电容式电压转换器耦接并同步操作，以将一输入电压转换为一输出电压，该谐振切换电容式电压转换器包含：多个开关，形成一切换电路，接收该输入电压；一谐振电感，耦接于该切换电路；一谐振电容，耦接于该切换电路；以及一控制电路，用以产生多个切换信号以控制该切换电路的该多个开关，以于一切换周期中，使该谐振电容与该谐振电感串接而谐振操作，以将该输入电压转换为该输出电压；其中，该控制电路用以于流经该谐振电感的一谐振电感电流为零电流时，产生一零电流信号与一第一同步信号；其中该控制电路根据该零电流信号而关断对应的至少一该开关；其中该第一同步信号用以输入另一个谐振切换电容式电压转换器；其中该控制电路根据该零电流信号与一第二同步信号，导通对应的至少一该开关，以与至少另一个谐振切换电容式电压转换器进行同步操作。

于一实施例中，该控制电路根据该零电流信号而于该切换周期或一半切换周期，产生该第一同步信号，以与至少另一个谐振切换电容式电压转换器同步操作。

于一实施例中，该第二同步信号由另一个谐振切换电容式电压转换器产生，以与该谐振切换电容式电压转换器同步操作。

于一实施例中，该另一个谐振切换电容式电压转换器与该谐振切换电容式电压转换器根据该第一步信号与该第二同步信号，而以相移(phase-shift)180°同步操作。

于一实施例中，该控制电路根据该零电流信号与一第二谐振切换电容式电压转换器产生的该第二同步信号而导通对应的至少一该开关，而使该谐振切换电容式电压转换器以一预设相移与该第二谐振切换电容式电压转换器同步操作。

于一实施例中，该控制电路根据谐振操作的一谐振频率，产生该多个切换信号，其中该控制电路根据该谐振频率决定对应的该开关的关断期间，以使该谐振切换电容式电压转换器与另一个谐振切换电容式电压转换器进行同步操作。

于一实施例中，该控制电路根据该零电流信号而产生该切换信号，以操作对应的至少一该开关，而实现零电流切换；其中该控制电路根据该谐振电感两端的电压或该谐振电感电流，产生该零电流信号。

于一实施例中，该谐振切换电容式电压转换器与另一个谐振切换电容式电压转换器并联且同步操作，以提高一输出电流范围。

于一实施例中，该谐振切换电容式电压转换器与另一个谐振切换电容式电压转换器串联且同步操作，以提高一电压转换比范围。

于一实施例中，该谐振切换电容式电压转换器包括以下所列其中之一：二转一谐振切换电容式电压转换器(2-to-1RSCC)、串并联切换电容式电压转换器(Series-ParallelRSCC)、管线式谐振切换电容式电压转换器(Pipelined RSCC)、切换槽式转换器(SwitchedTank Converter)、交叉耦合切换电容式电压转换器(Cross Coupled Switched-CapacitorConverter)。

于另一观点中，本发明提供一种谐振切换电容式电压转换器控制方法，其中该谐振切换电容式电压转换器用于与至少另一个谐振切换电容式电压转换器耦接并同步操作，以将一输入电压转换为一输出电压，该谐振切换电容式电压转换器控制方法包含：产生多个切换信号以控制多个开关，以于一切换周期中，使一谐振电容与一谐振电感串接而谐振操作，以将该输入电压转换为该输出电压；于流经该谐振电感的一谐振电感电流为零电流时，产生一零电流信号与一第一同步信号；根据该零电流信号而关断对应的至少一该开关；以及根据该零电流信号与一第二同步信号，导通对应的至少一该开关，以与至少另一个谐振切换电容式电压转换器进行同步操作；其中该第一同步信号用以输入另一个谐振切换电容式电压转换器。

本发明的优点在于本发明可提供多个谐振切换电容式电压转换器的交错双相同步操作；高效率、高功率密度的谐振操作；由于零电流软切换开关，切换功率损耗较低；不需要特别设置主控/从属转换器；自动同步信号以补偿元件误差；能够处理谐振回路不匹配的转换器的同步操作；改善并联的两个RSCC之间的电流平衡；降低输入峰值电流对输入电容和输入电源的影响；以及改善EMI性能。

以下通过具体实施例详加说明，会更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的效果。

附图说明

图1是根据本发明的一实施例显示一谐振切换电容式电压转换器的电路示意图。

图2是根据本发明的一种谐振切换电容式电压转换器的电路方块示意图。

图3是根据本发明的控制电路一种实施例方块示意图。

图4是根据本发明的同步控制电路1012的一种较具体的实施例。

图5是根据本发明的切换信号产生电路1013的一种实施例方块示意图。

图6显示根据本发明的一实施例显示以相移180°操作的两个谐振切换电容式电压转换器10与20的单周期同步控制方法的波形示意图。

图7是根据本发明的一实施例显示一谐振切换电容式电压转换器应用于与另一个谐振切换电容式电压转换器耦接并同步操作的电路示意图。

图8是根据本发明的一种实施例，显示图7的谐振切换电容式电压转换器10及20的一种控制方式的相关信号的信号波形示意图。

图9是根据本发明的一种实施例，显示图7的谐振切换电容式电压转换器10及20的另一种控制方式的相关信号的信号波形示意图。

图10是根据本发明的一种实施例，显示图7的谐振切换电容式电压转换器10及20的又一种控制方式的相关信号的信号波形示意图。

图11是根据本发明的同步控制电路1012的一种较具体的实施例。

图12示出了根据本发明的一种实施例显示以同相或相移180°操作的两个谐振切换电容式电压转换器10与20的半周期(half-cycle)谐振切换电容式电压转换器同步控制方法的谐振切换电容式电压转换器10的信号波形示意图。

图13是根据本发明的一种实施例，显示图7的谐振切换电容式电压转换器10及20的一种控制方式的相关信号的信号波形示意图。

图14是根据本发明的一种实施例，显示图7的谐振切换电容式电压转换器10及20的另一种控制方式的相关信号的信号波形示意图。

图15是根据本发明的一种实施例，显示图7的谐振切换电容式电压转换器10及20的又一种控制方式的相关信号的信号波形示意图。

图16显示了根据本发明的并联连接的多个谐振切换电容式电压转换器的示意图。

图17显示根据本发明的两个串联连接的谐振切换电容式电压转换器的示意图。

图18到图22显示根据本发明的几种谐振切换电容式电压转换器的型态。

图中符号说明

10，20：谐振切换电容式电压转换器(RSCC)

101，201：控制电路

102，202：功率级电路

1011：零电流侦测电路

1012：同步控制电路

1013：切换信号产生电路

10131：第一切换信号产生电路

10132：第二切换信号产生电路

AND1，AND2：逻辑与门

BF1，BF2：缓冲器

Cin，Cin’：输入电容

C1，C2：谐振电容

Co，Co’：输出电容

D：输入引脚

FF1：第一正反器

FF2：第二正反器

FF3：第三正反器

FF4：第四正反器

IC1：谐振电容电流

Iin1：第一输入电流

Iin2：第二输入电流

IL，IL1，IL2：谐振电感电流

L，L1，L2：谐振电感

Lgc-H：逻辑高位准信号

PG：脉冲产生器

Q1，Q1’，Q2，Q2’，Q3，Q3’，Q4，Q4’：开关

RSCC-1、RSCC-2、RSCC-3与RSCC-4：谐振切换电容式电压转换器

Sf1：第一输出信号

Sf2：第二输出信号

S1，S2，S3，S4：切换信号

SINCI，SINCI’：第一同步信号

SINCO，SINCO’：第二同步信号

Sr1：重置信号

Syc：同步控制信号

Syc1：第一同步控制信号

Syc2：第二同步控制信号

Szc，Szc3：零电流信号

Szc1：第一零电流信号

Szc2：第二零电流信号

t1，t2，t3，t4，t5，t6，t7，t8，t9，t10，t11，t12，t13，t14，t15，t16，t17，t18：时点

td1，td2：停滞期间

Tsw：切换周期

Vc1，Vc2：谐振电容跨压

Vin：输入电压

Vout：输出电压

具体实施方式

本发明中的附图均属示意，主要意在表示各电路间的耦接关系，以及各信号波形之间的关系，至于电路、信号波形与频率则并未依照比例绘制。

图1是根据本发明的一实施例显示一谐振切换电容式电压转换器的电路示意图。如图1所示，谐振切换电容式电压转换器10用以与至少另一个谐振切换电容式电压转换器耦接并同步操作，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。谐振切换电容式电压转换器10包括控制电路101及功率级电路102。输出电容Co用以产生输出电压Vout。功率级电路102耦接于输入电压Vin与输出电压Vout之间，功率级电路102包括开关Q1、开关Q2、开关Q3、开关Q4、谐振电感L及谐振电容C1。开关Q1、开关Q2、开关Q3及开关Q4形成切换电路。开关Q1耦接至输入电压Vin且用以接收输入电压Vin。

谐振电感L耦接于切换电路与输出电容Co之间。谐振电容C1与切换电路耦接。控制电路101用以根据输出电压Vout而产生至少一操作信号(将详述于后)，且控制电路101用以于一切换周期中，产生多个切换信号S1～S4以控制切换电路的开关Q1、开关Q2、开关Q3及开关Q4，使谐振电容C1与谐振电感L串接而谐振操作，而将输入电压Vin转换为输出电压Vout。

其中，控制电路101用以于流经谐振电感L的谐振电感电流IL为零电流或流经谐振电容C1的谐振电容电流IC1为零电流时，产生零电流信号Szc与第一同步信号SYNCO。其中，控制电路101根据零电流信号Szc而关断开关Q1、开关Q2、开关Q3及开关Q4中对应的至少一开关。其中第一同步信号SYNCO用以输入另一个谐振切换电容式电压转换器。其中控制电路101根据零电流信号Szc与第二同步信号SYNCI，导通开关Q1、开关Q2、开关Q3及开关Q4中对应的至少一开关，以与至少另一个谐振切换电容式电压转换器进行同步操作。其中，第二同步信号SYNCI为另一个谐振切换电容式电压转换器根据其谐振电容电流为零电流时所产生的第一同步信号。

图2是根据本发明的一种谐振切换电容式电压转换器的电路方块示意图。谐振切换电容式电压转换器10包括控制电路101和功率级电路102。控制电路101用于控制功率级电路102中的多个开关以将输入电压Vin转换为输出电压Vout，并产生第一同步信号SYNCO及接收第二同步信号SYNCI，以与另一个谐振切换电容式电压转换器(谐振切换电容式电压转换器20)同步操作。在本实施例中，谐振切换电容式电压转换器10产生第一同步信号SYNCO作为谐振切换电容式电压转换器20的第二同步信号SYNCI’；且谐振切换电容式电压转换器10所接收的第二同步信号SYNCI为谐振切换电容式电压转换器20所产生的第一同步信号SYNCO’。

在图2所示的实施例中，谐振切换电容式电压转换器10用以与谐振切换电容式电压转换器20并联耦接，而将输入电压Vin转换为输出电压Vout。控制电路101产生多个切换信号以控制多个开关操作，以控制功率级电路102谐振操作，并使功率级电路102中的多个开关于其中的谐振电感电流为零电流时切换，并根据第一同步信号SYNCO和第二同步信号SYNCI以与另一个谐振切换电容式电压转换器(谐振切换电容式电压转换器20)同步操作。

同步操作的两个谐振切换电容式电压转换器10与20具有提高电源传输能力、减少次谐波问题、输出电流共享和改善EMI性能的好处。谐振切换电容式电压转换器10与20的谐振频率可能因各自的元件制造差异或不匹配的电路板布局而不同。因此，需要适当的同步控制方式使谐振切换电容式电压转换器10与20同步操作。

图3是根据本发明的控制电路一种实施例方块示意图。如图3所示，控制电路101包括零电流侦测电路1011、同步控制电路1012与切换信号产生电路1013。零电流侦测电路1011根据流经谐振电感的谐振电感电流或流经谐振电容的谐振电容电流达到零电流时，产生零电流信号Szc。同步控制电路1012根据零电流信号Szc和第二同步信号SYNCI，产生同步控制信号Syc和第一同步信号SYNCO，其中第一同步信号SYNCO用以输入另一个谐振切换电容式电压转换器。切换信号产生电路1013根据同步控制信号Syc，产生切换信号S1～S4以控制功率级电路中的开关Q1～Q4。

图4是根据本发明的同步控制电路1012的一种较具体的实施例，请同时参阅图2、图3与图5。第一正反器FF1根据第二同步信号SYNCI产生第一输出信号Sf1，第二正反器FF2根据第一零电流信号Szc1产生第二输出信号Sf2。逻辑与门AND1对第一输出信号Sf1与第二输出信号Sf2进行及逻辑运算，产生第一同步控制信号Syc1以使能第一切换信号产生电路1013产生切换信号S1和S2(如图5所示)。此外，脉冲产生器PG延迟并转换第一同步控制信号Syc1而产生具有脉冲的重置信号Sr1，以于第一同步控制信号Syc1切换为高位准时，重置第一正反器FF1和第二正反器FF2。其中，逻辑高位准信号Lgc-H为保持在高位准的信号，用以输入正反器FF1和第二正反器FF2的输入引脚D。

缓冲器BF1根据第一零电流信号Szc1或第二零电流信号Szc2，产生第二同步控制信号Syc2，以使能第二切换信号产生电路10132产生切换信号S3和S4。在本实施例中，同步控制信号Syc包括第一同步控制信号Syc1与第二同步控制信号Syc2；零电流信号Szc包括第一零电流信号Szc1与第二零电流信号Szc2。其中，第一零电流信号Szc1示意于切换周期结束前谐振电容电流为零电流的时点，也就是谐振电容电流在切换周期中第二次(相位360°)为零电流的时点。第二零电流信号Szc2示意于切换周期中第一次谐振电容电流为零电流的时点，也就是在相位180°时谐振电容电流为零电流的时点。

第二同步控制信号Syc2也用以作为第一同步信号SYNCO。在本实施例中，当第二零电流信号Szc2被选择以作为缓冲器BF1的输入信号时，两个谐振切换电容式电压转换器10与20以彼此相移180°操作；当第一零电流信号Szc1被选择以作为缓冲器BF1的输入信号时，两个谐振切换电容式电压转换器10与20以彼此相同的相位操作。选择第一零电流信号Szc1或第二零电流信号Szc2作为缓冲器BF1的输入信号，例如可以由用户视需求而决定。

图5是根据本发明的切换信号产生电路1013的一种实施例方块示意图。如图5所示，切换信号产生电路10131包括第一切换信号产生电路10131及第二切换信号产生电路10132。第一切换信号产生电路10131根据第一同步控制信号Syc1产生切换信号S1与S2；第二切换信号产生电路10132根据第二同步控制信号Syc2产生切换信号S3与S4。

图6显示根据本发明的一种实施例显示以同相或相移180°操作的两个谐振切换电容式电压转换器10与20的单周期(one-cycle)谐振切换电容式电压转换器同步控制方法的谐振切换电容式电压转换器10的信号波形示意图。举例而言，与提供第二同步信号SYNCI的另一个谐振切换电容式电压转换器20相比，谐振切换电容式电压转换器10具有较高的谐振频率，因此第一零电流信号Szc1的上升缘早于第二同步信号SYNCI信号的上升缘，且谐振切换电容式电压转换器10与20每操作一个切换周期Tsw就同步一次。需说明的是，谐振切换电容式电压转换器10与20以相移180°操作，也可称为交错相位(interleaved phase)，即在一个切换周期Tsw中，在相位0°到180°间，例如由谐振切换电容式电压转换器10提供电流至输出端，而在相位180°到360°间，例如由谐振切换电容式电压转换器20提供电流至输出端，而使两个谐振切换电容式电压转换器10与20以交错相位的操作方式提供电流给输出端。

因此，在图6所示的实施例中，当流经谐振电容C1的谐振电容电流IC1于时点t1为零电流时，产生零电流信号Szc1，且控制电路101根据零电流信号Szc1而将切换信号S3和S4由高电位切换为低电位，以关断开关Q3及开关Q4；其中，在时点t1第二同步信号SYNCI信号的上升缘尚未产生，谐振切换电容式电压转换器10中的开关Q1、开关Q2、开关Q3及开关Q4都为关断的状态，等待与谐振切换电容式电压转换器20同步操作。在第一零电流信号Szc1的上升缘到切换信号S1和S2由低电位切换为高电位期间，实时点t1到t2的期间为停滞期间td1。

于时点t1与t2之间，来自谐振切换电容式电压转换器20的第二同步信号SYNCI信号的上升缘发生，控制电路101根据第一零电流信号Szc1与第二同步信号SYNCI，产生同步控制信号Syc1，用以将切换信号S1和S2由低电位切换为高电位，以导通开关Q1及开关Q2，以与至少另一个谐振切换电容式电压转换器20进行同步操作。

当流经谐振电容C1的谐振电容电流IC1于时点t3再次为零电流时，产生第二零电流信号Szc2，且控制电路101根据第二零电流信号Szc2而将切换信号S1和S2由高电位切换为低电位，以关断开关Q1及开关Q2；此外，控制电路101将第二零电流信号Szc2作为第一同步信号SYNCO而输入至少另一个谐振切换电容式电压转换器20，以相差180°同步操作至少另一个谐振切换电容式电压转换器20。控制电路101在第二零电流信号Szc2上升缘发生后延迟一段停滞期间td2后的时点t4，将切换信号S3和S4由低电位切换为高电位，以导通开关Q3及开关Q4。

当流经谐振电容C1的谐振电容电流IC1于切换周期Tsw中再次为零电流时，再次重复时点t1时的操作，于时点t5将切换信号S1和S2由低电位切换为高电位，以导通开关Q1及开关Q2。自时点t2到时点t5的期间，定义为一个操作周期Tsw。在本实施例中，相对于至少另一个谐振切换电容式电压转换器20，具有较高的谐振频率的谐振切换电容式电压转换器10在完成一个操作周期Tsw后，等待至少另一个谐振切换电容式电压转换器20于其操作周期的相位180°(半切换周期)，而开始下一个操作周期Tsw，而使得谐振切换电容式电压转换器10与至少另一个谐振切换电容式电压转换器20以相移180°的单周期(one-cycle)同步操作。

图7是根据本发明的一实施例显示一谐振切换电容式电压转换器应用于与另一个谐振切换电容式电压转换器耦接并同步操作的电路示意图。如图7所示，谐振切换电容式电压转换器10与谐振切换电容式电压转换器20耦接并同步操作，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。谐振切换电容式电压转换器10包括控制电路101及功率级电路102。输出电容Co用以产生输出电压Vout。输入电容Cin用以稳定输入电压Vin。功率级电路102耦接于输入电压Vin与输出电压Vout之间，功率级电路102包括开关Q1、开关Q2、开关Q3、开关Q4、谐振电感L1及谐振电容C1。开关Q1、开关Q2、开关Q3及开关Q4形成切换电路。开关Q1耦接至输入电压Vin且用以接收输入电压Vin。

谐振切换电容式电压转换器20包括控制电路201及功率级电路202。输出电容Co’用以产生输出电压Vout。输入电容Cin’用以稳定输入电压Vin。功率级电路202耦接于输入电压Vin与输出电压Vout之间，功率级电路202包括开关Q1’、开关Q2’、开关Q3’、开关Q4’、谐振电感L2及谐振电容C2。开关Q1’、开关Q2’、开关Q3’及开关Q4’形成切换电路。开关Q1’耦接至输入电压Vin且用以接收输入电压Vin。

其中，于操作时流经谐振电感L1的电流为谐振电感电流IL1；流经谐振电感L2的电流为谐振电感电流IL2；谐振电容C1两端的跨压为谐振电容跨压Vc1；谐振电容C2两端的跨压为谐振电容跨压Vc2；流入功率级电路102的电流为第一输入电流Iin1；流入功率级电路202的电流为第二输入电流Iin2。图7所示的电路在操作上与图1及图2相同，请参阅前述图1及图2的说明，在此不予赘述。

图8是根据本发明的一种实施例，显示图7的谐振切换电容式电压转换器10及20的一种控制方式的相关信号的信号波形示意图。请同时参照图8、图7及图6，本实施例显示两个谐振切换电容式电压转换器10与20以交错相位操作的单周期(one-cycle)谐振切换电容式电压转换器同步控制方法的相关波形示意图。在本实施例中，谐振切换电容式电压转换器10与20的谐振频率例如相同，谐振操作时，谐振电容跨压Vc1与Vc2的振幅也相同且彼此相差180°。由第一输入电流Iin1与第二输入电流Iin2可以看出，第一输入电流Iin1与第二输入电流Iin2彼此相差180°错开而以交错的方式提供电流。而谐振电感电流IL1在谐振操作中，因为切换电路的开关Q1、开关Q2、开关Q3及开关Q4的操作，在对谐振电容C1充电与放电的程序中，使得谐振电感电流IL1形成全波整流弦波；且谐振电感电流IL2在谐振操作中，也因为切换电路的开关Q1’、开关Q2’、开关Q3’及开关Q4’的操作，在对谐振电容C2充电与放电的程序中，使得谐振电感电流IL2形成全波整流弦波。其中，谐振电感电流IL1与谐振电感电流IL2其各自的频率为切换周期Tsw对应的切换频率的两倍，也使得输出电压Vout的频率也是切换频率的两倍。

图9是根据本发明的一种实施例，显示图7的谐振切换电容式电压转换器10及20的另一种控制方式的相关信号的信号波形示意图。请同时参照图9、图7及图6，与图8所示的实施例相似，本实施例也是一种以交错相位操作的两个谐振切换电容式电压转换器10与20的单周期(one-cycle)谐振切换电容式电压转换器同步控制方法的相关波形示意图。与图8所示的实施例不同之处，在于本实施例中，谐振切换电容式电压转换器10与20的谐振频率不相同，例如谐振切换电容式电压转换器10及20中的元件在制造过程中有变异，造成谐振切换电容式电压转换器10与20的谐振频率不同；例如谐振电容C1与C2的电容值有20％的差异。其中，谐振切换电容式电压转换器20的谐振频率高于谐振切换电容式电压转换器10的谐振频率。因此，谐振操作时，谐振电感电流IL2比谐振电感电流IL1先达到零电流。如图9所示，在一个切换周期Tsw中，谐振电感电流IL2在时点t6达到零电流，谐振切换电容式电压转换器20会关断开关Q1’～Q4’(其中开关Q1’与Q2’已经是关断的状态，根据谐振电感电流IL2为零电流时还关断开关Q3’与Q4’)，并等到谐振电感电流IL1于时点t7达到零电流，谐振切换电容式电压转换器10产生第一同步信号SYNCO作为第二同步信号SYNCI’以输入谐振切换电容式电压转换器20，以使谐振切换电容式电压转换器10与20以相差180°同步操作。根据本发明，不需要特别设置主控/从属的谐振切换电容式电压转换器即可自动实现同步操作的功能。

图10是根据本发明的一种实施例，显示图7的谐振切换电容式电压转换器10及20的又一种控制方式的相关信号的信号波形示意图。请同时参照图10、图7及图6，与图8所示的实施例相似，本实施例也是一种以交错相位操作的两个谐振切换电容式电压转换器10与20的单周期(one-cycle)谐振切换电容式电压转换器同步控制方法的相关波形示意图。与图8所示的实施例不同之处，在于本实施例中，谐振切换电容式电压转换器10与20的谐振频率不相同，例如因为谐振切换电容式电压转换器10及20中的元件在制造过程中有变异，造成谐振切换电容式电压转换器10与20的谐振频率不同；例如谐振电容C1与C2的电容值有20％的差异。其中，谐振切换电容式电压转换器10的谐振频率高于谐振切换电容式电压转换器20的谐振频率。因此，谐振操作时，谐振电感电流IL1比谐振电感电流IL2先达到零电流。如图10所示，在一个切换周期Tsw中，谐振电感电流IL1在时点t8达到零电流，谐振切换电容式电压转换器10会关断开关Q1～Q4(其中开关Q1与Q2已经是关断的状态，根据谐振电感电流IL1为零电流时关断开关Q3与Q4)，并等到谐振电感电流IL2于时点t9达到零电流，谐振切换电容式电压转换器20产生第一同步信号SYNCO’作为第二同步信号SYNCI以输入谐振切换电容式电压转换器10，以使谐振切换电容式电压转换器10与20以相差180°同步操作。根据本发明，以本实施例来说，不需要特别设置主控/从属的谐振切换电容式电压转换器即可自动实现同步操作的功能。

图11是根据本发明的同步控制电路1012的一种较具体的实施例，请同时参阅图2、图3与图5。本实施例的同步控制电路1012使谐振切换电容式电压转换器10与20每操作半周期(half-cycle)就同步一次。第一正反器FF1根据第二同步信号SYNCI的反相信号以产生第一输出信号Sf1，第二正反器FF2根据零电流信号Szc3以产生第二输出信号Sf2。逻辑与门AND1对第一输出信号Sf1与第二输出信号Sf2进行及逻辑运算，产生第一同步控制信号Syc1以使能第一切换信号产生电路10131产生切换信号S1和S2(如图5所示)。此外，脉冲产生器PG1延迟并转换第一同步控制信号Syc1而产生具有脉冲的重置信号Sr1，以于第一同步控制信号Syc1切换为高位准时，重置第一正反器FF1和第二正反器FF2。其中，逻辑高位准信号Lgc-H为保持在高位准的信号，用以输入正反器FF1和第二正反器FF2的输入引脚D。

第三正反器FF3根据第二同步信号SYNCI以产生第三输出信号Sf3，第四正反器FF4根据零电流信号Szc3的反相以产生第四输出信号Sf4。逻辑与门AND2对第三输出信号Sf3与第四输出信号Sf4进行及逻辑运算，产生第二同步控制信号Syc2以使能第二切换信号产生电路10132产生切换信号S3和S4(如图5所示)。此外，脉冲产生器PG2延迟并转换第二同步控制信号Syc2而产生具有脉冲的重置信号Sr2，以于第二同步控制信号Syc2切换为高位准时，重置第三正反器FF3和第四正反器FF4。缓冲器BF2根据零电流信号Szc3产生第一同步信号SYNCO，用于同步另一个相移180°的谐振切换电容式电压转换器。其中，逻辑高位准信号Lgc-H为保持在高位准的信号，用以输入第三正反器FF3和第四正反器FF4的输入引脚D。其中，零电流信号Szc3示意于切换周期中，谐振电容电流为零电流的时点，例如在切换周期开始时，零电流信号Szc3为高电位，接下来当第一次为零电流的时点(相位180°)，零电流信号Szc3切换为低电位；接着在相位360°时谐振电容电流为零电流的时点，零电流信号Szc3切换为高电位。

图12示出了根据本发明的一种实施例显示以同相或相移180°操作的两个谐振切换电容式电压转换器10与20的半周期(half-cycle)谐振切换电容式电压转换器同步控制方法的谐振切换电容式电压转换器10的信号波形示意图。举例而言，与提供第二同步信号SYNCI的另一个谐振切换电容式电压转换器20相比，谐振切换电容式电压转换器10具有较高的谐振频率，因此零电流信号Szc3的上升缘与下降缘分别早于第二同步信号SYNCI信号的下降缘与上升缘，且谐振切换电容式电压转换器10与20每操作半个切换周期Tsw就同步一次。其中，零电流信号Szc3用以作为第一同步信号SYNCO以输入谐振切换电容式电压转换器20。

因此，在图12所示的实施例中，当流经谐振电容C1的谐振电容电流IC1于时点t10为零电流时，零电流信号Szc3自低电位切换为高电位，且控制电路101根据零电流信号Szc3而将切换信号S3和S4由高电位切换为低电位，以关断开关Q3及开关Q4；其中，在时点t10，第二同步信号SYNCI信号尚未切换(下降缘尚未产生)，谐振切换电容式电压转换器10中的开关Q1、开关Q2、开关Q3及开关Q4都为关断的状态，等待与谐振切换电容式电压转换器20同步操作。在零电流信号Szc3的切换时点(上升缘时点)到切换信号S1和S2由低电位切换为高电位期间，实时点t10到t11的期间为第一停滞期间td1。

于时点t10到t11之间，来自谐振切换电容式电压转换器20的第二同步信号SYNCI信号切换为低电位(下降缘发生)，控制电路101根据零电流信号Szc3与第二同步信号SYNCI，产生同步控制信号Syc1，进而将切换信号S1和S2由低电位切换为高电位，以导通开关Q1及开关Q2，以与至少另一个谐振切换电容式电压转换器20进行同步操作。

当流经谐振电容C1的谐振电容电流IC1于时点t12再次为零电流时，零电流信号Szc3自高电位切换为低电位，且控制电路101根据零电流信号Szc3而将切换信号S1和S2由高电位切换为低电位，以关断开关Q1及开关Q2；其中，在时点t12，第二同步信号SYNCI信号尚未切换(上升缘尚未产生)，谐振切换电容式电压转换器10中的开关Q1、开关Q2、开关Q3及开关Q4都为关断的状态，等待与谐振切换电容式电压转换器20同步操作。此外，控制电路101将零电流信号Szc3作为第一同步信号SYNCO而输入至少另一个谐振切换电容式电压转换器20，以同步操作至少另一个谐振切换电容式电压转换器20。在时点t12与t13之间，第二同步信号SYNCI信号自低电位切换为高电位(上升缘产生)控制电路101根据零电流信号Szc3与第二同步信号SYNCI，产生同步控制信号Syc2，用以于时点t13将切换信号S3和S4由低电位切换为高电位，以导通开关Q3及开关Q4，以使谐振切换电容式电压转换器10与20进行同步操作。在时点t12与t13之间，为第二停滞期间td2。

当流经谐振电容C1的谐振电容电流IC1再次为零电流时，再次重复时点t10时的操作，而于时点t14切换信号S1和S2由低电位切换为高电位。自时点t11到时点t14的期间，定义为一个操作周期Tsw。在本实施例中，相对于至少另一个谐振切换电容式电压转换器20，具有较高的谐振频率的谐振切换电容式电压转换器10在每完成半个操作周期Tsw后，都会等待至少另一个谐振切换电容式电压转换器20的谐振电容电流IC1再次为零电流时，而同步开始下一个半操作周期，而使得谐振切换电容式电压转换器10与至少另一个谐振切换电容式电压转换器20以同相或相移180°的半周期(one-cycle)同步操作。

图13是根据本发明的一种实施例，显示图7的谐振切换电容式电压转换器10及20的一种控制方式的相关信号的信号波形示意图。请同时参照图7、图12及图13，本实施例显示两个谐振切换电容式电压转换器10与20以交错相位操作的半周期(half-cycle)谐振切换电容式电压转换器同步控制方法的相关波形示意图。在本实施例中，谐振切换电容式电压转换器10与20的谐振频率例如相同，谐振操作时，谐振电容跨压Vc1与Vc2的振幅也相同且彼此相差180°。由第一输入电流Iin1与第二输入电流Iin2可以看出，第一输入电流Iin1与第二输入电流Iin2彼此相差180°错开而以交错的方式提供电流。而谐振电感电流IL1在谐振操作中，因为切换电路的开关Q1、开关Q2、开关Q3及开关Q4的操作，在对谐振电容C1充电与放电的程序中，使得谐振电感电流IL1形成全波整流弦波；且谐振电感电流IL2在谐振操作中，也因为切换电路的开关Q1’、开关Q2’、开关Q3’及开关Q4’的操作，在对谐振电容C2充电与放电的程序中，使得谐振电感电流IL2形成全波整流弦波。其中，谐振电感电流IL1与谐振电感电流IL2其各自的频率为切换周期Tsw对应的切换频率的两倍，也使得输出电压Vout的频率也是切换频率的两倍。

图14是根据本发明的一种实施例，显示图7的谐振切换电容式电压转换器10及20的另一种控制方式的相关信号的信号波形示意图。请同时参照图7、图12及图14，与图13所示的实施例相似，本实施例也是一种以交错相位操作的两个谐振切换电容式电压转换器10与20的半周期(half-cycle)谐振切换电容式电压转换器同步控制方法的相关波形示意图。与图13所示的实施例不同之处，在于本实施例中，谐振切换电容式电压转换器10与20的谐振频率不相同，例如谐振切换电容式电压转换器10及20中的元件在制造过程中有变异，造成谐振切换电容式电压转换器10与20的谐振频率不同；例如谐振电容C1与C2的电容值有20％的差异。其中，谐振切换电容式电压转换器20的谐振频率高于谐振切换电容式电压转换器10的谐振频率。因此，谐振操作时，谐振电感电流IL2比谐振电感电流IL1先达到零电流。如图14所示，在一个切换周期Tsw中，谐振电感电流IL2在时点t15达到零电流，谐振切换电容式电压转换器20会关断开关Q1’～Q4’(其中开关Q1’与Q2’已经是关断的状态，根据谐振电感电流IL2为零电流时还关断开关Q3’与Q4’)，并等到谐振电感电流IL1于时点t16达到零电流，谐振切换电容式电压转换器10产生第一同步信号SYNCO作为第二同步信号SYNCI’以输入谐振切换电容式电压转换器20，以使谐振切换电容式电压转换器10与20以相差180°同步操作。根据本发明，不需要特别设置主控/从属的谐振切换电容式电压转换器即可自动实现同步操作的功能。

图15是根据本发明的一种实施例，显示图7的谐振切换电容式电压转换器10及20的又一种控制方式的相关信号的信号波形示意图。请同时参照图15、图7及图6，与图13所示的实施例相似，本实施例也是一种以交错相位操作的两个谐振切换电容式电压转换器10与20的半周期(half-cycle)谐振切换电容式电压转换器同步控制方法的相关波形示意图。与图13所示的实施例不同之处，在于本实施例中，谐振切换电容式电压转换器10与20的谐振频率不相同，例如因为谐振切换电容式电压转换器10及20中的元件在制造过程中有变异，造成谐振切换电容式电压转换器10与20的谐振频率不同；例如谐振电容C1与C2的电容值有20％的差异。其中，谐振切换电容式电压转换器10的谐振频率高于谐振切换电容式电压转换器20的谐振频率。因此，谐振操作时，谐振电感电流IL1比谐振电感电流IL2先达到零电流。如图15所示，在一个切换周期Tsw中，谐振电感电流IL1在时点t17达到零电流，谐振切换电容式电压转换器10会关断开关Q1～Q4(其中开关Q1与Q2已经是关断的状态，根据谐振电感电流IL1为零电流时关断开关Q3与Q4)，并等到谐振电感电流IL2于时点t18达到零电流，谐振切换电容式电压转换器20产生第一同步信号SYNCO’作为第二同步信号SYNCI以输入谐振切换电容式电压转换器10，以使谐振切换电容式电压转换器10与20以相差180°同步操作。根据本发明，以本实施例来说，不需要特别设置主控/从属的谐振切换电容式电压转换器即可自动实现同步操作的功能。

图16显示了根据本发明的并联连接的多个谐振切换电容式电压转换器的示意图。如图16所示，多个谐振切换电容式电压转换器RSCC-1、RSCC-2、RSCC-3与RSCC-4并联连接，用于增加输入和输出之间的功率传输范围。根据本发明，这些谐振切换电容式电压转换器RSCC-1、RSCC-2、RSCC-3与RSCC-4可以以预定相移同步操作，其中，各自的第一同步信号SYNCO可作为另一个谐振切换电容式电压转换器的第二同步信号SYNCI。并连连接的控制方式有不同的组合，举例而言，四个谐振切换电容式电压转换器RSCC-1、RSCC-2、RSCC-3与RSCC-4依序彼此相移90°谐振操作；另外，以四个谐振切换电容式电压转换器RSCC-1、RSCC-2、RSCC-3与RSCC-4的其中三个并联操作，且彼此相移120°等。根据本发明，这些谐振切换电容式电压转换器RSCC-1、RSCC-2、RSCC-3与RSCC-4的总输入电流的峰值可以降低，以减轻对输入电容器和输入电源的影响。

图17显示根据本发明的两个串联连接的谐振切换电容式电压转换器的示意图。用于增加输入电压Vin和输出电压Vout之间的电压转换比范围。这两个串联连接的谐振切换电容式电压转换器RSCC-1与RSCC-2可以根据本发明以预定的相移同步操作以改善电磁干扰(electro-magnetic interference，EMI)性能。

图18到图22显示根据本发明的几种谐振切换电容式电压转换器的型态。根据本发明，谐振切换电容式电压转换器可包括如图18到图22所示的不同的形式。

图18显示根据本发明的谐振切换电容式电压转换器的型态为二转一谐振切换电容式电压转换器(2-to-1RSCC)。图19显示根据本发明的谐振切换电容式电压转换器的型态为串并联切换电容式电压转换器(Series-Parallel RSCC)。图20显示根据本发明的谐振切换电容式电压转换器的型态为管线式谐振切换电容式电压转换器(Pipelined RSCC)。图21显示根据本发明的谐振切换电容式电压转换器的型态为切换槽式转换器(Switched TankConverter)。图22显示根据本发明的谐振切换电容式电压转换器的型态为交叉耦合切换电容式电压转换器(Cross Coupled Switched-Capacitor Converter)。

以上已针对较佳实施例来说明本发明，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的最广的权利范围。所说明的各个实施例，并不限于单独应用，也可以组合应用，举例而言，两个或以上的实施例可以组合运用，而一实施例中的部分组成也可用以取代另一实施例中对应的组成部件。此外，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，举例而言，本发明所称“根据某信号进行处理或运算或产生某输出结果”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行电压电流转换、电流电压转换、及/或比例转换等，之后根据转换后的信号进行处理或运算产生某输出结果。由此可知，在本发明的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化以及各种组合，其组合方式甚多，在此不一一列举说明。因此，本发明的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。