[發明專利]交錯的開關電容器轉換器

在審

• 申請號: 202010079153.5
• 申請日: 2020-02-03
• 公開（公告）號: CN111509972A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: C·S·雷納;M·A·亨特
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技奧地利有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 張昊

本公開涉及交錯的開關電容器轉換器。例如，供電系統包括：多個開關電容器轉換器和控制器。多個開關電容器轉換器至少包含與第二開關電容器轉換器交錯的第一開關電容器轉換器。在操作期間，控制器產生控制信號。控制信號控制交錯的第一開關電容器轉換器和第二開關電容器轉換器，以產生為負載供電的輸出電壓。

技術領域

本公開總體上涉及電子電路領域，更具體地，涉及交錯的開關電容器轉換器。

背景技術

顧名思義，常規的開關電容器DC-DC轉換器用于將接收到的DC輸入電壓轉換為DC輸出電壓。

在這種技術的傳統應用中，常規的開關電容器轉換器的輸入電壓落入在40VDC至60VDC之間的范圍。在這樣的情況下，開關電容器轉換器中的開關被控制以轉移儲存在電容器中的電荷，對于所謂的4：1開關電容器轉換器，導致諸如48VDC的輸入電壓轉換為諸如12VDC的輸出電壓。換言之，常規的開關電容器轉換器可以被配置為將48VDC電壓轉換為12VDC電壓。

為了避免開關電容器轉換器中所謂的硬開關，當開關電容器轉換器中的開關兩端存在有近似為零的電壓并且穿過這些開關流動的電流近似為零時，開關電容器轉換器中的這些開關優選地被開關。

常規的開關電容器轉換器中不被期望的硬開關可以通過與開關電容器轉換器的每一級中的相應電容器串聯地放置單獨的電感器來得到緩解。這就產生了諧振(或半諧振)開關轉換器。這樣的開關電容器轉換器有時被稱為開關回路轉換器(Switched TankConverter，STC)。由串聯連接的電感器和電容器形成的諧振回路電路具有基于這些組件的電感和電容的關聯諧振頻率。

常規的開關電容器轉換器中的開關在相應的諧振頻率的開關導致所謂的零電流開關(ZCS)，其減輕了開關損耗并且提供了相當良好的功率轉換效率。

發明內容

本公開還包含，常規的開關電容器轉換器的功率轉換效率可以如本文所述被改善。為此，本文的實施例包含使用多個開關電容器轉換器(例如唯一并行)以向負載供電，從而提供更高效的功率轉換的創新方式。

更具體地，與常規的技術相比，本文的實施例包含操作相對于彼此異相的任意數目的多個開關電容器轉換器。在一個實施例中，每個轉換器被調整以向負載供應合當部分的電源。因為輸入功率消耗是異相的(即，ON的時刻為對準)，所以峰值需求和電源上的對應壓力被顯著地減輕。

根據更具體的實施例，裝置(例如電源)包括：多個開關電容器轉換器和控制器。多個開關電容器轉換器至少包含第一開關電容器轉換器和第二開關電容器轉換器。在一個實施例中，多個開關電容器轉換器中的每一個均被交錯以使第一開關電容器轉換器與第二開關電容器轉換器交錯。在操作期間，例如生成輸出電壓以向負載供電，控制器產生控制信號，其控制交錯的第一開關電容器轉換器和第二開關電容器轉換器以產生輸出電壓。

根據其他實施例，控制器還可操作以在開關電容器切換周期期間，在激活每個開關電容器轉換器(例如第一開關電容器轉換器和第二開關電容器轉換器)之間進行切換，以產生輸出電壓。例如，在一個實施例中，控制器產生多個控制信號，至少例如第一控制信號和第二控制信號。第一控制信號控制交錯的開關電容器轉換器中的第一開關電容器轉換器的激活，第二控制信號控制交錯的開關電容器轉換器中的第二開關電容器轉換器的激活。

根據其他實施例，第二控制信號相對于第一控制信號是相位延遲的，以使：i)在第一模式或階段期間，當第二開關電容器轉換器被耦合在第二電壓源(提供諸如地的第二參考電壓)和輸出節點之間時，第一開關電容器轉換器被連接在第一電壓源(提供諸如V_in的第一參考電壓源)和產生輸出電壓的輸出節點之間，ii)在第二模式或階段期間，在第二開關電容器轉換器被耦合在第一電壓源(提供輸入電壓)和產生輸出電壓的輸出節點之間時，第一開關電容器轉換器被連接在第二電壓源(提供諸如地的第二參考電壓源)和輸出節點之間。