[實用新型]電流倍增DC-DC轉換器

有效

• 申請號: 201920201051.9
• 申請日: 2019-02-14
• 公開（公告）號: CN209593297U
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 陳剛;M·A·斯坦普萊頓
• 申請（專利權）人: 半導體元件工業有限責任公司
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 王琳;姚開麗

本實用新型涉及電流倍增DC?DC轉換器。根據本申請的一個方面，提供了一種電流倍增DC?DC轉換器，其特征在于包括：變壓器，所述變壓器具有初級線圈和次級線圈；第一電感器和第二電感器，所述第一電感器和所述第二電感器在第一電壓輸出端子處連接在一起，所述第一電感器和所述第二電感器各自具有連接到所述變壓器次級線圈的相應端子的驅動端子；蓄能電容器，所述蓄能電容器連接到第二電壓輸出端子，所述蓄能電容器具有充電端子；初級開關陣列，所述初級開關陣列將輸入電壓轉換成所述變壓器初級線圈上的正向電壓脈沖和反向電壓脈沖；以及次級開關陣列，所述次級開關陣列將每個驅動端子選擇性耦接到所述充電端子或所述第二電壓輸出端子。

技術領域

本公開整體涉及功率電子器件，并更具體地講，涉及具有快速瞬態響應的電流倍增DC-DC轉換器。

背景技術

功率轉換器提供在不同形式的電功率之間進行轉換的能力，包括從據稱48V的直流(DC)電壓到適于集成電子器件的DC電壓，例如1.8V。各種功率轉換器設計是已知的并被使用，包括圖1A中所示的“電流倍增器”設計，其提供具有相對高的操作效率的經濟實施方式。

圖1A的設計包括呈半橋形式的初級開關陣列101，其交替地閉合(“接通”)n溝道功率MOSFET P1和P2，以將輸入DC電壓Vin轉換成跨變壓器初級線圈的交流電壓Vp。電容器C1和電容器C2提供電荷存儲并關閉通過變壓器初級線圈的電流路徑。(寄生電感Lm和寄生電感Lp在這里被示為分別表示變壓器芯的磁化電感和漏電感，并且為了設計評估目的包括在這里。然而，關于本文以下公開的實用新型實施方案，能夠設想，這些電感值可以經由定制變壓器設計而有意地調整和/或用離散電感器增強以擴展操作范圍并改善轉換器的效率性能特性。)

變壓器T是降壓變壓器，這意味著變壓器次級線圈中的電流是變壓器初級線圈中的電流的放大版本，即使在次級電壓Vs被減小了相同倍數時也是如此。次級電流方向響應于初級電壓Vp的交替而交替。在次級開關陣列中，n溝道功率MOSFET S1和MOSFET S2默認“接通”，從而將電感器Ls1和Ls2的驅動端子連接到地并由此使得通過電感器的任何持續電流能夠經由電感器和輸出電容器的公共連接端子繼續對輸出電容器Co充電。當次級電壓Vs為正時，晶體管S1打開(“關斷”)，使得Vs能夠使通過電感器Ls1的驅動端子的電流升壓。類似地，當Vs為負時，晶體管S2打開，使得通過電感器Ls2的驅動端子的電流升壓。通過電感器Ls1和電感器Ls2的電流能夠由此交替地升壓，從而將輸出電容器充電到輸出電壓Vout(Voutp與Voutn之間的差值)。電流傳感器生成電流感測信號Is1和Is2，它們分別指示通過電感器Ls1和電感器Ls2的電流。

該設計包括控制器102，該控制器生成開關控制信號PWM_P1、PWM_P2、PWM_S1、PWM_S2，它們可以具有數字邏輯電平。柵極驅動器104分別將開關控制信號PWM_P1、PWM_P2轉換成晶體管P1和晶體管P2的柵極信號，并且柵極驅動器106分別將開關控制信號PWM_S1、PWM_S2轉換成晶體管S1和晶體管S2的柵極信號。(晶體管可能需要柵極電壓遠遠超過數字邏輯電平。)控制器102響應于Vin、Vout(或如圖所示，Voutp和Voutn)、Is1和Is2的測量而生成開關控制信號。控制器包括脈沖寬度調制(PWM)信號發生器107，其以固定頻率生成PWM_P1和PWM_P2開關控制信號的交替脈沖，但是根據需要調整脈沖的寬度來調節輸出DC電壓Vout。(然而，應注意，脈沖寬度被限制為周期的至多50％，因為P1和P2不允許被同時閉合。)因為電流感測信號Is1和電流感測信號Is2表示已路由到輸出電容器的電感器存儲的能量，所以發生器107可以采用它們來增加反饋回路的穩定性和魯棒性。