阅读说明：本技术 使用开关电容器或电容器-电感器块的并联电压调节器 (Parallel voltage regulator using switched capacitors or capacitor-inductor blocks ) 是由 蒋帅 南辰浩 李昕 郑子宇 莫巴沙尔·亚兹达尼 于 2018-06-05 设计创作，主要内容包括：至少一个方面涉及一种电源。该电源包括一个或多个未调节电压转换器。每个未调节电压转换器包括跨其输出端子产生输出电压的开关块。该电源包括被耦合至未调节电压转换器中的至少一个的电压供给输入以及被耦合至未调节电压转换器中的至少一个的未调节电压总线。该电源包括电压调节器,该电压调节器被耦合至未调节电压总线并且跨电压调节器的输出端子产生调节电压。电压调节器的输出端子被并联连接至未调节电压转换器中的至少一个的输出端子。这可以跨一对电源输出端子产生调节输出电压。(At least one aspect relates to a power supply. The power supply includes one or more unregulated voltage converters. Each unregulated voltage converter includes a switch block that generates an output voltage across its output terminals. The power supply includes a voltage supply input coupled to at least one of the unregulated voltage converters and an unregulated voltage bus coupled to at least one of the unregulated voltage converters. The power supply includes a voltage regulator coupled to the unregulated voltage bus and producing a regulated voltage across output terminals of the voltage regulator. The output terminals of the voltage regulators are connected in parallel to the output terminal of at least one of the unregulated voltage converters. This may produce a regulated output voltage across a pair of power supply output terminals.)

使用开关电容器或电容器-电感器块的并联电压调节器

相关申请

本申请要求标题为“PARALLEL VOLTAGE REGULATOR WITH SWITCHED CAPACITOROR CAPACITOR-INDUCTOR BLOCKS”并且于2017年8月16日提交的美国专利申请第15/678,944号的优先权和权益，出于所有目的，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

许多电源应用需要调节(恒定)输出电压。未调节DC-DC电压转换器可以比调节电压转换器小得多且更便宜；然而，通过使未调节电压转换器的输出以两级或级联布置通过电压调节器来对该输出进行调节可能会抵消使用未调节电压转换器的成本和大小的优势。

发明内容

至少一个方面涉及一种电源。该电源包括一个或多个未调节电压转换器。每个未调节电压转换器包括跨第一转换器输出端子和第二转换器输出端子产生输出电压的开关块。该电源包括电压供给输入，该电压供给输入被耦合至未调节电压转换器中的至少一个。该电源包括未调节电压总线，该未调节电压总线被耦合至未调节电压转换器中的至少一个。该电源包括电压调节器，该电压调节器被耦合至未调节电压总线并且跨第一调节器输出端子和第二调节器输出端子产生调节电压。第一调节器输出端子被连接至未调节电压转换器中的至少一个未调节电压转换器的第一转换器输出端子，并且第二调节器输出端子被连接到至少一个未调节电压转换器的第二转换器输出端子，以跨第一电源输出端子和第二电源输出端子产出调节输出电压。

在一些实施方式中，每个开关块可以包括在开关块的第一输入端子与电容器的第一端子之间的第一固态开关。每个开关块可以包括在开关块的第二输入端子与电容器的第二端子之间的第二固态开关。每个开关块可以包括在电容器的第一端子与开关块的第一转换器输出端子之间的第三固态开关。每个开关块可以包括在电容器的第二端子与开关块的第二转换器输出端子之间的第四固态开关。

在一些实施方式中，每个开关块可以包括在开关块的第一输入端子与电容器的第一端子之间的第一固态开关。每个开关块可以包括在开关块的第二输入端子与电容器的第一端子之间的第二固态开关。每个开关块可以包括在电容器的第二端子与开关块的第一转换器输出端子之间的第三固态开关。每个开关块可以包括在电容器的第二端子与开关块的第二转换器输出端子之间的第四固态开关。在一些实施方式中，第三固态开关和第四固态开关可以具有额定电压，该额定电压小于电压供给输入的最大输入电压并且大于或等于调节输出电压。

在一些实施方式中，每个开关块可以包括储能电路，该储能电路包括被串联耦合至电感器的电容器，储能电路具有第一端子和第二端子。每个开关块可以包括在开关块的第一输入端子与储能电路的第一端子之间的第一固态开关。每个开关块可以包括在开关块的第二输入端子与储能电路的第二端子之间的第二固态开关。每个开关块可以包括在储能电路的第一端子与开关块的第一转换器输出端子之间的第三固态开关。每个开关块可以包括在储能电路的第二端子与开关块的第二转换器输出端子之间的第四固态开关。

在一些实施方式中，每个开关块可以包括储能电路，该储能电路包括被串联耦合至电感器的电容器，储能电路具有第一端子和第二端子。每个开关块可以包括在开关块的第一输入端子与储能电路的第一端子之间的第一固态开关。每个开关块可以包括在开关块的第二输入端子与储能电路的第一端子之间的第二固态开关。每个开关块可以包括在储能电路的第二端子与开关块的第一转换器输出端子之间的第三固态开关。每个开关块可以包括在储能电路的第二端子与开关块的第二转换器输出端子之间的第四固态开关。在一些实施方式中，第三固态开关和第四固态开关可以具有额定电压，该额定电压小于电压供给输入的最大输入电压并且大于或等于调节输出电压。

在一些实施方式中，电压调节器可以具有非反相降压-升压配置。

在一些实施方式中，电压调节器可以具有反相降压-升压配置。

在一些实施方式中，电源可以包括编号为B_l至B_N的N个开关块。每个开关块可以具有第一转换器输入端子和第二转换器输入端子。电压供给输入可以被耦合至B_l开关块的第一转换器输入端子。未调节电压总线可以被耦合至B_N开关块的第二转换器输入端子。针对编号为B₂至B_N的每个开关块，B_i开关块的第一转换器输入端子可以被耦合至B_i-1开关块的第二转换器输入端子。

在一些实施方式中，其中，电源可以包括至少三个开关块。开关块B_l可以包括在开关块的第一转换器输入端子与电容器的第一端子之间的第一固态开关。针对编号为B_l至B_N-1的开关块，每个开关块B_i可以包括在电容器的第一端子与B_i+1电容器的第一端子之间的第二固态开关。开关块B_N可以包括在电容器的第一端子与开关块的第二转换器输入端子之间的第三固态开关。

在一些实施方式中，电源可以包括至少三个开关块。针对奇数值的i，B_i开关块可以包括储能电路，该储能电路具有串联耦合的电容器和电感器。针对偶数值的i，B_i开关块可以包括电容器。在一些实施方式中，开关块B_l可以包括在开关块的第一转换器输入端子与电容器或储能电路的第一端子之间的第一固态开关。针对编号为B_l至B_N-1的开关块，每个开关块B_i可以包括在电容器或储能电路的第一端子与B_i+1电容器或储能电路的第一端子之间的第二固态开关。开关块B_N可以包括在开关块的第二转换器输入端子与电容器或储能电路的第一端子之间的第三固态开关。

在一些实施方式中，第一调节器输出端子被连接至未调节电压转换器中的至少第二未调节电压转换器的第一转换器输出端子，并且第二调节器输出端子被连接至第二未调节电压转换器的第二转换器输出端子。

在一些实施方式中，电压调节器可以是第一电压调节器。电源可以包括第二电压调节器，该第二电压调节器被耦合至未调节电压总线并且跨第三调节器输出端子和第四调节器输出端子产生第二调节电压。第三调节器输出端子可以被连接至未调节电压转换器中的至少第二未调节电压转换器的第一转换器输出端子，并且第四调节器输出端子可以被连接至第二未调节电压转换器的第二转换器输出端子，以跨第三电源输出端子和第四电源输出端子产出第二调节输出电压。

在一些实施方式中，每个开关块可以包括在开关块的第一转换器输入端子与电容器的第一端子之间的第一固态开关。每个开关块可以包括在开关块的第二转换器输入端子与电容器的第一端子之间的第二固态开关。每个开关块可以包括在电容器的第二端子与开关块的第一转换器输出端子之间的第三固态开关。每个开关块可以包括在电容器的第二端子与开关块的第二转换器输出端子之间的第四固态开关。编号为B₂至B_N的每个开关块的第一输入端子可以被耦合至分路电容器。

在一些实施方式中，每个开关块可以包括在开关块的第一转换器输入端子与电容器的第一端子之间的第一固态开关。每个开关块可以包括在开关块的第二转换器输入端子与电容器的第一端子之间的第二固态开关。每个开关块可以包括在电容器的第二端子与开关块的第一转换器输出端子之间的第三固态开关。每个开关块可以包括在电容器的第二端子与开关块的第二转换器输出端子之间的第四固态开关。针对偶数值的

开关块的第一转换器输出端子可以被耦合到至少一个奇数编号的B_j开关块的第二转换器输出端子，并且B_i开关块的第二转换器输出端子可以被耦合到至少一个奇数编号的B_j开关块的第一转换器输出端子。

至少一个方面涉及一种方法。该方法包括：在一个或多个未调节电压转换器中的至少一个处接收电压供给输入，每个未调节电压转换器包括具有第一转换器输出端子和第二转换器输出端子的开关块。该方法包括：利用未调节电压转换器中的每一个，跨第一转换器输出端子和第二转换器输出端子产生输出电压。该方法包括：从未调节电压转换器中的至少一个取得未调节电压总线。该方法包括：向电压调节器提供未调节电压总线。该方法包括：利用电压调节器，跨第一调节器输出端子和第二调节器输出端子产生调节电压。该方法包括：跨第一电源输出端子第二电源输出端子产出调节输出电压。第一电源输出端子被连接至第一调节器输出端子和未调节电压转换器中的至少一个未调节电压转换器的第一转换器输出端子。第二电源输出端子被连接至第二调节器输出端子和至少一个未调节电压转换器的第二转换器输出端子。

在一些实施方式中，该方法可以包括：向第二电压调节器提供未调节电压总线。该方法可以包括：利用第二电压调节器，跨第三调节器输出端子和第四调节器输出端子产生第二调节电压。该方法可以包括：跨第三电源输出端子和第四电源输出端子产出第二调节输出电压。第三电源输出端子被连接至第三调节器输出端子和未调节电压转换器中的至少第二未调节电压转换器的第一转换器输出端子。第四电源输出端子被连接至第四调节器输出端子和第二未调节电压转换器的第二转换器输出端子。

在一些实施方式中，第一电源输出端子被连接到至少两个未调节电压转换器的第一转换器输出端子，并且第二电源输出端子被连接到至少两个未调节电压转换器的第二转换器输出端子。

下面详细讨论了这些和其他的方面以及实施方式。前述信息和以下详细描述包括各个方面和实施方式的说明性示例，并且提供了用于理解所要求保护的方面和实施方式的性质和特性的概述或者框架。附图提供了对各个方面和实施方式的说明和进一步理解，并且被并入本说明书并构成其一部分。

附图说明

附图不旨在按比例绘制。在各个附图中，相同的附图标记和名称指示相同的元件。为了清晰起见，可以不在每个附图中标记每个组件。

在附图中：

图1A至图1D示出了根据说明性实施方式的示例未调节电压转换器开关块的简化示意图；

图2A至图2D示出了根据说明性实施方式的示例未调节电压转换器开关块的示意图；

图3示出了根据说明性实施方式的未调节电压转换器开关块的符号表示；

图4示出了根据说明性实施方式的具有多个独立的调节输出的电源架构的简化示意图；

图5示出了根据说明性实施方式的具有组合的调节输出的电源架构的简化示意图；

图6示出了根据说明性实施方式的具有组合的调节输出的电源架构的简化示意图；

图7示出了根据说明性实施方式的具有与电压总线并联的输出的电源架构的简化示意图；

图8示出了根据说明性实施方式的具有单个调节输出的电源架构的示意图；

图9示出了根据说明性实施方式的具有单个调节输出的电源架构的示意图；

图10示出了根据说明性实施方式的具有两个独立的调节输出的电源架构的示意图；以及

图11示出了根据说明性实施方式的描述了生成调节电源的示例方法的流程图。

具体实施方式

以下是对与使用使用开关电容器或电容器-电感器块的并联电压调节器来供电的系统和方法有关的各种概念及其实施方式的描述。因为描述的概念并不限于任何特定方式的实施方式，所以上面介绍的和下面更详细讨论的各种概念可以用多种方式中的任何方式来实施。主要出于说明性目的而提供了特定实施方式和应用的示例。

本公开大体上涉及使用开关电容器或电容器-电感器(“LC”或“储能”)块的并联电压调节器架构。某些电源应用可以受益于高密度和高效的直流到直流(DC-DC)功率转换。然而，当应用需要调节输出电压时，实现期望的密度和效率变得具有挑战性。

例如，调节DC-DC转换器相对大且昂贵。尽管未调节电压转换器可以更小且更便宜，但是传统上调节其输出要求整个输出流过电压调节器。这种两级、级联配置具有至少两个缺点。第一，必须针对电源的全部输出功率对电压调节器进行额定，从而使其相对大且昂贵。第二，级联配置对通过未调节电压转换器和电压调节器的功率损耗产生累积影响。例如，如果未调节电压转换器的效率为95％并且电压调节器的效率为90％，则电源的整体效率将为0.95*0.90＝86％。

本公开提出了一种基于未调节电压转换器和电压调节器的并联而不是级联的布置的电源。例如，本公开的电源可以具有与未调节电压转换器以及电压调节器的输出并联布置的相对小且高效的未调节电压转换器以及电压调节器。在该布置中，电压调节器仅需要处理调节未调节电压转换器的输出所必需的功率。而且，系统的整体效率将基于由电源的每个部分所供应的功率来估计相应效率的加权平均值。例如，如果未调节电压转换器以95％的效率提供输出功率的70％，并且电压调节器以90％的效率提供输出功率的30％，那么电源的整体效率将为0.95*0.70+0.90*0.30＝0.67+0.27＝94％的效率。所产生的电源比级联布置更小并且更便宜，并且表现出更少的散热。

图1A至图1D示出了根据说明性实施方式的示例未调节电压转换器开关块100a-100d(统称为“开关块100”)的简化示意图。开关块100可以处于串联配置(例如，开关块100a和100b)或并联配置(例如，开关块100c和100d)。开关块100a和100c分别包括电容器110a或110c。开关块100b和100d包括分别由与电感器120b或120d串联的电容器110b或100d组成的电容器-电感器(“LC”或“储能”)电路。每个开关块100包括两个单刀双掷(SPDT)开关130a-130d和140a-140d(统称为“开关130和140”)。每个开关块100包括输入端子150a-150d和160a-160d(统称为“输入端子150和160”)以及输出端子170a-170d和180a-180d(统称为“输出端子170和180”)。开关130和140分别由脉宽调制器(PWM)132a-132d和142a-140d(统称为“PWM 132和142”)控制。

图1A示出了开关块100a，其包括串联配置中的电容器110a。SPDT开关130a将第一输入端子150a或第二输入端子160a电耦合至电容器110a的第一端子。SPDT开关140a将电容器110a的第二端子电耦合至第一输出端子170a或第二输出端子180a。开关130a可以在PWM132a的控制下操作，并且开关140a可以在PWM 142a的控制下操作。在一些实施方式中，PWM132a和142a的功能可以由单个PWM执行。输入参考地和输出参考地(即，分别在端子160a和180a上的电势)可以具有偏移的电压电平。开关块100a可以包括附加电压源190a以在端子160a和180a的参考地之间形成完整的电路回路并且设置两者之间的电压偏差。

图1B示出了开关块100b，其包括串联配置中的“LC”或“储能”电路。储能电路包括串联连接的电容器110b和电感器120b。SPDT开关130b将第一输入端子150b或第二输入端子160b电耦合至储能电路的第一端子。SPDT开关140b将储能电路的第二端子电耦合至第一输出端子170b或第二输出端子180b。开关130b可以在PWM 132b的控制下操作，并且开关140b可以在PWM 142b的控制下操作。在一些实施方式中，PWM 132b和142b的功能可以由单个PWM执行。输入参考地和输出参考地(即，分别在端子160b和180b上的电势)可以具有偏移的电压电平。开关块100b可以包括附加电压源190b以在端子160b和180b的参考地之间形成完整的电路回路并且设置两者之间的电压偏差。

图1C示出了开关块100c，其包括并联配置中的电容器110c。SPDT开关130c将第一输入端子150c或第一输出端子170c电耦合至电容器110c的第一端子。SPDT开关140c将电容器110c的第二端子电耦合至第二输入端子160c或第二输出端子180c。开关130c可以在PWM132c的控制下操作，并且开关140c可以在PWM 142c的控制下操作。在一些实施方式中，PWM132c和142c的功能可以由单个PWM执行。

图1D示出了开关块100d，其包括并联配置中的储能电路。储能电路包括串联连接的电容器110d和电感器120d。SPDT开关130d将第一输入端子150d或第一输出端子170d电耦合至储能电路的第一端子。SPDT开关140d将储能电路的第二端子电耦合至第二输入端子160d或第二输出端子180d。开关130d可以在PWM 132d的控制下操作，并且开关140d可以在PWM 142d的控制下操作。在一些实施方式中，PWM132d和142d的功能可以由单个PWM执行。

开关块100可以将跨输入端子150和160的DC电压转换为跨输出端子170和180的DC电压。在一些实施方式中，DC输入电压可以以1:1的比率被转换为DC输出电压。在一些实施方式中，比率可以更高或更低。在一些实施方式中，PWM 132和142操作而无需反馈或控制，使得比率在开关块的操作期间保持恒定。因此，输出电压——即，跨输出端子170和180的电压——将保持与输入电压——即，跨输入端子150和160的电压——成比例，并且输出电压将随输入电压而变化。因此，开关块100作为未调节DC-DC电压转换器操作。

图2A至2D示出了根据说明性实施方式的示例未调节电压转换器开关块200a至200d(统称为“开关块200”)的示意图。开关块200在结构和功能上与先前描述的开关块100类似。然而，按照构成SPDT开关130和140的固态开关来描述开关块200。固态开关包括固态开关230a-230d、235a-235d、240a-240d和245a-245d(分别统称为“固态开关230”、“固态开关235”、“固态开关240”、“固态开关245”)。固态开关230、235、240和245可以分别是晶体管、场效应晶体管(FET)、金属氧化物半导体FET(MOSFET)、固态继电器、绝缘栅双极晶体管(IGBT)或任何可控的半导体开关组件。固态开关230、235、240和245可以被成对设置以执行先前描述的SPDT开关130和140的功能。固态开关230、235、240和245可以由两个脉宽调制器(PWM)控制信号驱动。PWM 232a-232d和242a-242d(统称为“PWM 232”和“PWM 242”)可以分别将PWM控制信号提供给固态开关230和235以及固态开关240和245。在一些实施方式中，PWM 232和242的功能可以被组合成单个PWM。在一些实施方式中，诸如缓冲器和/或反相器等附加组件可以用于基于由PWM提供的一个或多个信号向固态开关230、235、240和245中的每一个提供PWM控制信号。去往一对固态开关230和235或固态开关240和245的PWM控制信号可以是具有约为50％占空比的互补信号(即，一个为逻辑高，而另一个为逻辑低)。在一些实施方式中，PWM控制信号的频率可以从几百赫兹到几十兆赫兹。在一些实施方式中，PWM控制信号的频率可以从几十千赫兹到几兆赫兹。在一些实施方式中，PWM控制信号的频率可以从大约100千赫兹到1兆赫兹。

图2A示出了示例未调节电压转换器开关块200a的示意图。开关块200a包括第一输入端子250a和第二输入端子260a。固态开关230a可控制地将第一输入端子250a耦合至电容器210a的第一端子。固态开关235a可控制地将第二输入端子260a耦合至电容器210a的第一端子。PWM 232a分别向固态开关230a和235a提供PWM控制信号和互补PWM控制信号。开关块200a包括第一输出端子270a和第二输出端子280a。固态开关240a可控制地将第一输出端子270a耦合至电容器210a的第二端子。固态开关245a可控制地将第二输出端子280a耦合至电容器210a的第二端子。PWM 242a分别向固态开关240a和245a提供PWM控制信号和互补PWM控制信号。在一些实施方式中，PWM 232a和242a的功能可以被组合成单个PWM。

图2B示出了示例未调节电压转换器开关块200b的示意图。开关块200b包括第一输入端子250b和第二输入端子260b。固态开关230b可控制地将第一输入端子250b耦合至储能电路的第一端子，该储能电路包括串联连接至电感器220b的电容器210b。固态开关235b可控制地将第二输入端子260b耦合至该储能电路的第一端子。PWM 232b分别向固态开关230b和235b提供PWM控制信号和互补PWM控制信号。开关块200b包括第一输出端子270b和第二输出端子280b。固态开关240b可控制地将第一输出端子270b耦合至该储能电路的第二端子。固态开关235b可控制地将第二输出端子280b耦合至该储能电路的第二端子。PWM 242b分别向固态开关240b和245b提供PWM控制信号和互补PWM控制信号。在一些实施方式中，PWM232b和242b的功能可以被组合成单个PWM。

在使用开关块200a和200b的电源的实施方式中，固态开关不需要处理电源的全部输入电压。相反，它们可能仅需要针对期望的调节输出电压进行额定。因此，这种电源可以使用标准的低压部件。例如，如果调节输出电压为12V，则固态开关可以是标准的12VMOSFET。

图2C示出了示例未调节电压转换器开关块200c的示意图。开关块200c包括第一输入端子250c和第二输入端子260c。固态开关230c可控制地将第一输入端子250c耦合至电容器210c的第一端子。固态开关240c可控制地将第二输入端子260c耦合至电容器210c的第二端子。开关块200c包括第一输出端子270c和第二输出端子280c。固态开关235c可控制地将第一输出端子270c耦合至电容器210c的第一端子。固态开关245c可控制地将第二输出端子280a耦合至电容器210c的第二端子。PWM 232c分别向固态开关230c和235c提供PWM控制信号和互补PWM控制信号。PWM 242c分别向固态开关240c和245c提供PWM控制信号和互补PWM控制信号。在一些实施方式中，PWM 232c和242c的功能可以被组合成单个PWM。

图2D示出了示例未调节电压转换器开关块200d的示意图。开关块200d包括第一输入端子250d和第二输入端子260d。固态开关230d可控制地将第一输入端子250d耦合至储能电路的第一端子，该储能电路包括串联连接至电感器220d的电容器210d。固态开关240d可控制地将第二输入端子260d耦合至该储能电路的第二端子。开关块200d包括第一输出端子270d和第二输出端子280d。固态开关235d可控制地将第一输出端子270d耦合至该储能电路的第一端子。固态开关245d可控制地将第二输出端子280d耦合至该储能电路的第二端子。PWM232d分别向固态开关230d和235d提供PWM控制信号和互补PWM控制信号。PWM 242d分别向固态开关240d和245d提供PWM控制信号和互补PWM控制信号。在一些实施方式中，PWM232d和242d的功能可以被组合成单个PWM。

图3示出了根据说明性实施方式的未调节电压转换器开关块300的符号表示。参照图1和图2描述的每个开关块100或200可以由开关块300符号表示。该符号类似于变压器；然而，开关块300意在转换直流电压(包括可能存在的交流波纹)。当先前描述的开关块100或200中的任一个可以执行其为组件的较宽电路的期望功能时，开关块300可以用于表示通用开关块。根据本公开的电源可以包括多个开关块100和/或200，包括不同类型的开关块100和/或200的组合。与开关块100和200一样，在一些实施方式中，输入和输出参考电压可以偏移或偏差；即，它们不需要共享共同接地。

开关块300包括第一输入端子350、第二输入端子360、第一输出端子370和第二输出端子380。每个可以分别表示以下中的一个：第一输入端子150或250、第二输入端子160或260、第一输出端子170或270或者第二输出端子180或280。

图4示出了根据说明性实施方式的具有多个独立的调节输出450a-450n的电源400架构的简化示意图。电源400接收输入电压410，该输入电压410通过开关块440a至440n(统称为“开关块440”)中的每一个被串联馈送。即，输入电压连接至第一开关块440a的第一输入端子。第一开关块440a的第二输入端子连接至第二开关块440b的第一输入端子，第二开关块440b的第二输入端子连接至下一开关块440的第一输入端子，以此类推。最后一个开关块440n的第二输入端子连接至未调节电压总线420。未调节电压总线420连接至一个或多个电压调节器460a-460n(统称为“电压调节器460”)，其调节开关块440的输出电压。

在示例电源400中，每个开关块440的第二输出端子连接至接地430。因此，每个输出450a-450n(统称为“输出450”)可以分别参考接地电势在每个开关块440的每个第一输出端子处提供输出电压V_1-V_N。

每个电压调节器460的输入连接至未调节电压总线420。每个电压调节器460可以提供不同的输出电压450。例如但不限于，在一些实施方式中，电压调节器460a可以具有12V的输出电压V_l，电压调节器460b可以具有18V的输出电压V_2并且电压调节器460n可以具有24V的输出电压V_N。在一些实施方式中，每个电压调节器460可以具有12伏的输出电压。在一些实施方式中，输出450可以并联连接。

在一些实施方式中，每个输出电压可以具有不同的值(即，V_1≠V_2≠V_N等)。在一些实施方式中，每个开关块440的输出可以由相应的电压调节器460调节。例如，电压调节器460a可以将开关块450a的输出调节为V_l的电压值，电压调节器460b可以将开关块450b的输出调节为V_2的电压值，依此类推。

在一些实施方式中，每个输出电压可以具有相同的值(即，V_1＝V_2＝V_N等)。在一些实施方式中，所有开关块440的输出可以并联连接，并且它们的输出电压可以由单个电压调节器460调节。

在一些实施方式中，输出电压450中的一些但不是全部可以具有相同的值(例如，V_1＝V_2≠V_N等)。如上所述，具有相等或基本相等的调节输出电压电平的开关块440可以并联连接。在一些实施方式中，电源400可以包括用于每个期望的输出电压值的电压调节器460。

通常，电源400的电压之间存在关系。具体地，V_1、V_2、...V_N的和可以等于VIN和VBUS之差。即：VIN-VBUS＝SUM{V_1，V_2，...V_N}。VIN可以基于到电源400的电源变化，并且调节输出V_1、V_2、...V_N可以通过电压调节器460保持基本恒定，因此VBUS可以根据公式VBUS＝VIN-SUM{V_1，V_2，...V_N}而随VIN变化。因此，基于上述公式，被选择用作电压调节器460的电压调节器的类型可以取决于期望的调节电压和VBUS的预期范围。例如但不限于，如果预期在正常操作期间VBUS相对于调节电压始终具有相同极性的较高电压，则电压转换器460可以具有降压或步降转换器设计。如果预期在正常操作期间VBUS相对于调节电压始终具有相同极性的较低电压，则电压转换器460可以具有升压转换器设计。如果预期在正常操作期间VBUS可以相对于调节电压在相同极性的较高和较低电压之间变化，则电压转换器460可以具有非反相降压-升压转换器设计。如果预期在正常操作期间VBUS可以相对于调节电压在较高和较低电压幅度之间变化但是具有相反的极性，则电压转换器460可以具有反相降压-升压转换器设计。取决于期望的输出电压460和未调节电压总线420上的电压的预期范围，可以使用其他DC-DC转换器设计。每个电压调节器460可以包括其自己的反馈回路和控制器，通过其调节自己的输出电压。在调节开关块440的输出电压时，电压调节器460可以与开关块440并联地将功率输送到每个输出负载。相对于电压调节器460，开关块440可以以更高的效率和密度操作。尽管电压调节器460可以以相对较低的效率和密度操作，但是电压调节器460仅向负载提供功率的一部分，而开关块440提供其余的功率。因此，总的转换器效率和密度可以高于在其中输送到负载的所有功率都必须通过电压调节器的两级转换器架构。

在一些实施方式中，开关块440的输入侧串联连接在电压输入410与未调节电压总线420之间。因此，跨每个转换器的输入端子的电压将等于VIN和VBUS之差除以开关块的数量。另外，开关块440中的每一个可以具有1:1的电压转换比(尽管精确的输出电压将由电压调节器460调节)。因此，每个开关块440的输入电压将是VIN的一部分，并且每个开关块440的输出电压将接近输入电压。在诸如先前描述的开关块220a和220b的开关块440具有串联配置的实施方式中，固态开关仅需要针对期望的调节输出电压进行额定。因此，开关块440可以包括标准的低压固态开关。例如，如果调节输出电压为12V，则固态开关可以是标准的12V MOSFET。针对低压进行额定的固态开关可能比针对可以达到或超过60V的全部输入电压VIN进行额定的部件更小且更便宜。因此，在采用其输入端子在电压输入410与未调节电压总线420之间被串联连接布置的开关块220a和220b的实施方式中，电源400可以比需要针对全部VIN进行额定的固态开关更小且更便宜。

图5示出了根据说明性实施方式的具有组合的调节输出550a的电源500架构的简化示意图。电源500与先前描述的电源400类似；然而，电源500使其并联连接的两个开关块540a和540b的输出作为单个输出550a。电源500接收输入电压510，该输入电压510通过开关块540a-540n(统称为“开关块540”)中的每一个被串联馈送。即，输入电压连接至第一开关块540a的第一输入端子。第一开关块540a的第二输入端子连接至第二开关块540b的第一输入端子，第二开关块540b的第二输入端子连接至下一开关块540的第一输入端子，以此类推。最后一个开关块540n的第二输入端子连接至未调节电压总线520。未调节电压总线520连接至一个或多个电压调节器560a-560n(统称为“电压调节器560”)，其调节开关块540的输出电压。

在示例电源500中，每个开关块540的第二输出端子连接至接地530。因此，每个输出550a-550n(统称为“输出550”)可以分别参考接地电势在每个开关块540的每个第一输出端子处提供输出电压V_1-V_N。

在示例电源500中，开关块540a和540b的输出并联连接。即，开关块540a的第一输出端子连接至开关块540b的第一输出端子，并且开关块540a的第二输出端子连接至开关块540b的第二输出端子以及接地530。开关块540a和540b的并联输出可以由单个电压调节器560a调节为V_l的输出电压。在一些实施方式中，附加开关块540可以并联连接，每个开关块向输出550a贡献附加功率。由连接至输出550a的开关块540输出的功率都可以由单个电压调节器560a调节。尽管电压调节器560a的功率处理组件可能需要更大以调节附加的输出功率，但是电压调节器560a的反馈和开关电子器件不需要扩展。因此，增大的开关块540与电压调节器560的比可以增加电源500的密度。

与电源400类似，电源500的电压之间存在关系。具体地，输出电压V_l至V_N的和可以等于VIN和VBUS之差。即：VIN-VBUS＝SUM{V_1，...V_N}。因此，在电源500中，根据公式VBUS＝VIN-SUM{2*V_1，V_2，...V_N}可以获得VBUS。可以基于以上针对电源400的电压调节器460所描述的相同约束来选择一种类型的电压调节器560。

图6示出了根据说明性实施方式的具有组合的调节输出的电源600架构的简化示意图。电源600与先前描述的电源400类似；然而，在电源600中，开关块640a的输出650a连接至开关块640b的输入。

电源600接收输入电压610，该输入电压610通过开关块640a-640n(统称为“开关块640”)中的每一个被串联馈送。即，输入电压连接至第一开关块640a的第一输入端子。第一开关块640a的第二输入端子连接至第二开关块640b的第一输入端子，第二开关块640b的第二输入端子连接至下一开关块640的第一输入端子，以此类推。最后一个开关块640n的第二输入端子连接至未调节电压总线620。未调节电压总线620可以连接至一个或多个电压调节器的输入，该一个或多个电压调节器以先前针对电源400和500所描述的相同方式来调节开关块640的输出电压。

电源600的每个开关块640具有输出650a-650n(统称为“输出650”)。在示例电源600中，每个开关块640b-640n的第二输出端子连接至接地630。因此，在开关块640的每个第一输出端子处提供的每个输出650b-650n可以提供参考接地电势的输出电压。

在示例电源600中，第一开关块640a的输出650a连接至第二开关块650b的输入。即，输出650a的第一输出端子连接至第二开关块640b的第一输入端子，并且输出650a的第二输出端子连接至第二开关块640b的第二输入端子。在该配置中，与电源500的配置一样，V_1＝V_2。因此，未调节电压总线的电压将是：VBUS＝VIN-SUM{2*V_1，V_2，...V_N}。

图7示出了根据说明性实施方式的具有与未调节电压总线720并联的输出750a的电源700架构的简化示意图。在电源700中，第一开关块740a的输出750a与未调节电压总线720并联连接。

电源700接收输入电压710，该输入电压710通过开关块740a-740n(统称为“开关块740”)中的每一个被串联馈送。即，输入电压连接至第一开关块740a的第一输入端子，第一开关块740a的第二输入端子连接至第二开关块740b的第一输入端子，第二开关块740b的第二输入端子连接至下一开关块640的第一输入端子，以此类推。最后一个开关块740n的第二输入端子连接至未调节电压总线720。未调节电压总线720连接至一个或多个电压调节器(未示出)，该一个或多个电压调节器以先前针对电源400和500所描述的相同方式来调节开关块740的输出电压。

电源700的每个开关块740具有输出750a-750n(统称为“输出750”)。在示例电源700中，每个开关块740a-740n的第二输出端子连接至接地730。因此，在开关块740的每个第一输出端子处提供的每个输出电压V_l至V_N参考接地电势。

另外，未调节电压总线720连接至第一开关块740a的第一输出750a的第一输出端子。其余输出750b-750n可以连接至独立的电压源(电压调节器)。因此，VBUS＝V_1＝0.5*(VIN-SUM{V_2...V_N})。

图8示出了根据说明性实施方式的具有单个调节输出850的电源800架构的简化示意图。电源800包括三个开关块840a、840b和840c(统称为“开关块840”)。开关块840的输入串联连接在输入电压810与未调节电压总线820之间。开关块840的输出并联连接以相对于接地830产出单个输出850。输出电压VOUT由电压调节器860调节。

在电源800中，每个开关块840包括电容器。当以相同方式控制开关块840的单独的固态开关时，每个开关块840可以产生与其他开关块840同相的输出电压。在一些实施方式中，可以根据期望添加滤波电容器870a和870b(统称为“滤波电容器870”)以进行能量缓冲并且用于保持固态开关上的电压。

在一些实施方式中，输入电压810VIN可以具有54V的标称值和大约40-60V的范围。输出850电压VOUT可以被调节为12V。未调节电压总线820因此可以在18V的标称值VBUS、范围大约为4V-24V下操作。因此，非反相降压-升压转换器可以被用作电压调节器860。

在示例电源800中并且在上述的示例操作参数下，在标称条件下的稳态下，电压调节器860仅需要承载总功率的1/3。如果每个开关块840具有98％的效率并且电压调节器具有96％的效率，则总效率可以是97.3％。相反，使用在其中未调节电压转换器的整个输出通过电压调节器的两级配置，电压调节器将必须处理两倍的功率并且效率将为98％*96％＝94.1％。

图9示出了根据说明性实施方式的具有单个调节输出950的电源900架构的简化示意图。电源900与电源800类似；然而，在电源900中，中间的开关块940b(或者，在具有四个或更多个开关块的实施方式中，偶数编号的开关块)具有从其他开关块偏移180度的脉宽调制器(PWM)逻辑。这允许将一些固态开关的功能合并为单个固态开关，诸如固态开关980a和980b(统称为“固态开关”)。

电源900包括三个开关块940a、940b和940c(统称为“开关块940”)。开关块940的输入串联连接在输入电压910与未调节电压总线920之间。开关块940的输出并联连接以相对于接地930产出单个输出950。输出电压VOUT由电压调节器960调节。

开关块940a和940c包括串联连接的电容器和电感器(“LC”或“储能”电路)。开关块940b包括电容器。在具有四个或更多个开关块940的实施方式中，交替的开关块将具有电容器，并且其他开关块将具有储能电路。每个开关块940可以产生与其他开关块940同相的输出电压。然而，与电源800不同，不以相同方式控制各个固态开关，而是交替的开关块具有从其他开关块偏移180度的PWM逻辑。在该配置中，开关块940的第二输入端子处的固态开关将与下一开关块940的第一输入端子处的固态开关同步地打开和关闭。因此，两个固态开关可以由执行两者的功能的单个固态开关——例如，固态开关980a和980b——代替。通过这种方式合并固态开关可以进一步减小大小并且增加电源900的密度。

电源900的附加优点是电容器和储能电路开关块940的组合。电容器和储能开关块940的这种混合可以允许谐振操作，这可以实现更高的效率。例如，开关块的PWM控制器可以与储能电路的谐振频率同步，使得在电流过零时进行切换，从而减少开关损耗。即，PWM可以定时为在很少或没有电流流过它们时切换固态开关。当从关闭过渡到开启并且再返回时，这可以减少固态开关消散的功率。储能电路的谐振频率将至少部分地取决于储能电路的电容器和电感器的值。仅电容器的开关块(即，开关块940b)将包括非谐振电容器。非谐振电容器的值可以比开关块940a和940c中的谐振电容器的数值大一个数量级或更大。因此，当固态开关980连接非谐振电容器时，非谐振电容器将对储能电路的谐振频率几乎没有影响。

图10示出了根据说明性实施方式的具有两个独立的调节输出1050a和1050b(统称为“输出1050”)的电源1000架构的简化示意图。电源1000包括三个开关块1040a、1040b和1040c(统称为“开关块1040”)。开关块1040的输入串联连接在输入电压1010与未调节电压总线1020之间。与电源900类似，中间的开关块1040b(或者，在具有四个或更多个开关块的实施方式中，交替的开关块)具有从其他开关块偏移180度的脉宽调制器(PWM)逻辑。这允许将一些固态开关的功能合并为单个固态开关，诸如固态开关1080a和1080b(统称为“固态开关”)。

开关块1040b的输出并联连接至开关块1040a的输出以相对于接地1030产出单个输出1050a。输出1050a也与电压调节器1060a的输出并联连接，该电压调节器1060a调节输出1050a处的电压VOUT_l。开关块1040c的输出1050b与电压调节器1060b的输出并联连接，该电压调节器1060b调节输出1050b处的电压VOUT_2。

在一些实施方式中，输入电压1010VIN可以具有54V的标称值和大约40至60V的范围。输出1050a电压VOUT_l可以被调节为12V，并且输出1050b电压VOUT_2可以被调节为5V。因此，未调节电压总线将以标称电压VBUS＝VIN-2*VOUT_1-VOUT_2＝54-2*12V-5V＝25V标称、范围大约为11至31V运行。因此，在一些实施方式中，电压调节器1060a可以使用非反相降压-升压转换器，并且电压调节器1060b可以使用降压转换器。

图11示出了根据说明性实施方式的流程图，其描述了生成调节电源的示例方法1100。可以使用先前描述的电源400、500、600、700、800、900或1000中的一个或多个来执行方法1100。方法1100包括将电压供给输入耦合至一个或多个未调节电压转换器中的至少一个(阶段1110)。方法1100包括利用未调节电压转换器中的每一个跨第一转换器输出端子和第二转换器输出端子产生输出电压(阶段1120)。方法1100包括从未调节电压转换器中的至少一个取得未调节电压总线(阶段1130)。方法1100包括向电压调节器提供未调节电压总线(阶段1140)。方法1100包括利用电压调节器跨第一调节器输出端子和第二调节器输出端子产生调节电压(阶段1150)。方法1100包括跨第一电源输出端子第二电源输出端子产出调节输出电压(阶段1160)。

方法1100包括在一个或多个未调节电压转换器中的至少一个处接收电压供给输入(阶段1110)。电压供给输入可以接收输入电压，诸如输入电压410、510、610、710、810、910或1010。输入电压可以耦合至未调节电压转换器的开关块，诸如开关块440、540、640、740、840、940或1040。开关块可以包括电容器或储能电路。每个开关块可以具有第一转换器输出端子和第二转换器输出端子。

方法1100包括利用未调节电压转换器中的每一个跨第一转换器输出端子和第二转换器输出端子产生输出电压(阶段1120)。诸如PWM132、142、232或242的脉宽调制器(PWM)可以控制开关块中的开关以将跨第一转换器输入端子和第二转换器输入端子的电压转换为跨第一转换器输出端子和第二转换器输出端子的电压。输出电压可以随输入电压变化。

方法1100包括从未调节电压转换器中的至少一个取得未调节电压总线(阶段1130)。输入电压和诸如未调节电压总线420、520、620、720、820、920或1020的未调节电压总线可以通过开关块的输入侧串联连接。即，输入电压可以被耦合至第一开关块的第一转换器输入端子。第一开关块的第二转换器输入端子可以连接至第二开关块的第一转换器输入端子，以此类推。最后一个开关块的第二转换器输入端子可以连接至未调节电压总线。

方法1100包括向电压调节器提供未调节电压总线(阶段1140)。未调节电压总线可以连接至一个或多个诸如电压调节器460、560、860、960或1060的电压调节器的输入。

方法1100包括利用电压调节器跨第一调节器输出端子和第二调节器输出端子产生调节电压(阶段1150)。由电压调节器产生的调节电压可以用于调节未调节电压转换器中的一个或多个的输出。所使用的电压调节器的类型可以取决于标称调节电压以及将在未调节电压总线上出现的预期电压范围。

方法1100包括跨第一电源输出端子第二电源输出端子产出调节输出电压(阶段1160)。电压调节器的输出端子和一个或多个未调节电压转换器的输出端子可以并联连接以将处于调节电压的功率提供给负载。即，第一电源输出端子连接至第一调节器输出端子和未调节电压转换器中的至少一个的第一转换器输出端子，并且第二电源输出端子连接至第二调节器输出端子和至少一个未调节电压转换器的第二转换器输出端子。通过将这些输出并联连接，电压调节器仅需要提供足够的功率来调节未调节电压转换器的输出，并且不必须提供电源的全部输出功率。因此，很多功率可以由比电压调节器相比更小，更高效且更便宜的未调节转换器提供。因此，电源可以比具有未调节电压转换器和电压调节器的两级级联配置的电源更小，更便宜且更高效。

在一些实施方式中，该方法可以包括将电压调节器输出端子与至少两个未调节电压转换器的输出端子并联连接。即，第一电源输出端子可以连接到至少两个未调节电压转换器的第一转换器输出端子，并且第二电源输出端子可以连接到至少两个未调节电压转换器的第二转换器输出端子。

在一些实施方式中，该方法可以包括向第二电压调节器提供未调节电压总线，并且产生第二调节电压。该方法可以包括将第二电压调节器的输出端子与一个或多个附加的未调节电压转换器并联连接。该电源因此可以产出两个不同的调节输出电压。

虽然本说明书包含了许多具体实施细节，但是不应该将这些细节视为对任何发明或者可能被要求保护的内容的范围的限制，而是作为针对特定发明的特定实施方式的特征的描述。在本说明书中在单独实施方式的上下文中描述的某些特征还可以组合地实施在单个实施方式中。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或者按照任何合适的子组合实施在多个实施方式中。而且，虽然上文可能将特征描述为以某些组合来起作用并且甚至最初这样进行要求保护，但是在一些情况下可以从组合中删除来自所要求保护的组合的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以指向子组合或者子组合的变型。

对“或者”的引用可以被解释为包含性的，使得使用“或者”描述的任何术语可以指示单个术语、多于一个术语和所有描述的术语中的任何一个。标签“第一”、“第二”、“第三”等不一定意在表示顺序，并且通常仅用于区分相同或类似的项或元素。

对本公开中描述的实施方式的各种修改对于本领域技术人员来说可能是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实施方式。因此，权利要求不旨在限于本文所示的实施方式，而是应该符合与本文公开的本发明、原理和新颖特征一致的最广范围。