[發(fā)明專利]共享自舉電容器系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980069077.5
• 申請(qǐng)日: 2019-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN112868171B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李玉山
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華為數(shù)字能源技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H02M3/158
• 分類號(hào): H02M3/158
• 代理公司: 北京同立鈞成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11205
• 代理人: 王茜;臧建明

一種系統(tǒng)，包括開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器，該開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器包括：第一支路，包括四個(gè)串聯(lián)連接的開關(guān)；第二支路，包括四個(gè)串聯(lián)連接的開關(guān)；以及共享自舉電容器，被配置為向第一支路和第二支路的高端開關(guān)依次施加偏置功率。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及一種具有共享自舉電容器的功率轉(zhuǎn)換器，并且在特定實(shí)施例中，涉及一種在開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器中采用的共享自舉電容器。

背景技術(shù)

隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，諸如移動(dòng)電話、平板電腦、數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器等各種電子設(shè)備已經(jīng)變得流行。每個(gè)電子設(shè)備都需要處于基本恒定的電壓的直流電，即使電子設(shè)備汲取的電流可能在很寬的范圍內(nèi)變化，該直流電也可以在指定的公差內(nèi)調(diào)節(jié)。為了將電壓維持在指定的公差內(nèi)，耦合到電子設(shè)備的功率轉(zhuǎn)換器(例如，開關(guān)dc/dc轉(zhuǎn)換器)能夠提供非常快速的瞬態(tài)響應(yīng)，同時(shí)在各種負(fù)載瞬態(tài)下保持穩(wěn)定的輸出電壓。

許多功率轉(zhuǎn)換器(例如，開關(guān)dc/dc轉(zhuǎn)換器)包括兩個(gè)串聯(lián)在輸入電源和地之間的n型開關(guān)(例如，功率MOSFET)。連接到輸入電源的開關(guān)通常被稱為高端開關(guān)，接地的開關(guān)通常被稱為低端開關(guān)。低端驅(qū)動(dòng)電路和高端驅(qū)動(dòng)電路分別用于控制低端開關(guān)和高端開關(guān)的柵極。低端驅(qū)動(dòng)電路的偏置功率由穩(wěn)定的偏置電壓提供。為了接通高端開關(guān)(例如，n型高端開關(guān))，高端驅(qū)動(dòng)電路可能需要高于輸入電源的電壓的柵極電壓。

自舉電路可以產(chǎn)生高于輸入電源的電壓的柵極電壓。自舉電路包括開關(guān)、自舉電容器和自舉二極管。開關(guān)可以被實(shí)現(xiàn)為低端開關(guān)。自舉二極管連接在偏置電源和自舉電容器的正極端之間。更特別地，自舉二極管的陽極連接到偏置電源，而自舉二極管的陰極連接到自舉電容器。自舉電容器的負(fù)極端連接到高端開關(guān)和低端開關(guān)的公共節(jié)點(diǎn)。

在操作中，當(dāng)?shù)投碎_關(guān)接通之后，偏置電源通過由自舉二極管和低端開關(guān)形成的導(dǎo)電通道為自舉電容器充電。在低端開關(guān)關(guān)斷并且高端開關(guān)接通之后，自舉電容器的負(fù)極端被上拉至輸入電源的電壓。自舉二極管變?yōu)榉聪蚱茫耘e電容器用作浮動(dòng)電源，用于驅(qū)動(dòng)高端開關(guān)。更具體地，等于輸入電源的電壓加上偏置電源的電壓的電壓被用于驅(qū)動(dòng)高端開關(guān)的柵極。

隨著功率電子技術(shù)的發(fā)展，多電平功率轉(zhuǎn)換器已經(jīng)出現(xiàn)作為進(jìn)一步減小半導(dǎo)體器件的電壓應(yīng)力的有效替代方案。在多電平功率轉(zhuǎn)換器(例如，開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器)中，可以存在串聯(lián)連接的多個(gè)高端開關(guān)。每個(gè)高端開關(guān)都需要一個(gè)高端驅(qū)動(dòng)器。為了產(chǎn)生足以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的高端開關(guān)的電壓，每個(gè)高端驅(qū)動(dòng)器都需要一個(gè)自舉電容器。這樣，多電平功率轉(zhuǎn)換器可能需要多個(gè)自舉電容器。多個(gè)自舉電容器通常被實(shí)現(xiàn)為外部分立電容器。

在諸如蜂窩電話應(yīng)用之類的具有空間限制的應(yīng)用中，期望具有能夠在各種操作條件下驅(qū)動(dòng)多個(gè)高端開關(guān)的共享自舉電容器。

發(fā)明內(nèi)容

通過本公開的優(yōu)選實(shí)施例，通常可以解決或避免了這些和其他問題，并且總體上實(shí)現(xiàn)了技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，其提供了一種用于改善開關(guān)電容器功率轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的性能的共享自舉電容器。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種裝置包括第一高端柵極驅(qū)動(dòng)器，第二高端柵極驅(qū)動(dòng)器和自舉電容器。第一高端柵極驅(qū)動(dòng)器被配置為驅(qū)動(dòng)第一高端開關(guān)。第二高端柵極驅(qū)動(dòng)器被配置為驅(qū)動(dòng)第二高端開關(guān)。自舉電容器被配置為分別通過第一組隔離開關(guān)和第二組隔離開關(guān)為第一高端柵極驅(qū)動(dòng)器和第二高端柵極驅(qū)動(dòng)器提供偏置功率。

自舉電容器的第一端通過第一隔離開關(guān)連接到第一高端柵極驅(qū)動(dòng)器的第一偏置功率輸入。自舉電容器的第二端通過第二隔離開關(guān)連接到第一高端柵極驅(qū)動(dòng)器的第二偏置功率輸入。第一隔離開關(guān)包括彼此背對(duì)背連接的第一p型晶體管和第二p型晶體管。第二隔離開關(guān)包括彼此背對(duì)背連接的第一n型晶體管和第二n型晶體管。