[發明專利]一種多模式的開關電容變換器及其電壓轉換方法

有效

• 申請號: 202011426401.5
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112234816B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 施耀輝
• 申請（專利權）人: 上海南芯半導體科技有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02J7/00
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

1.一種多模式的開關電容變換器，其特征在于，包括第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第六開關器件、第七開關器件、第八開關器件、第九開關器件、第十開關器件、第一電容和第二電容，所述開關電容變換器的輸入正極端分別通過第一開關器件后連接第一電容的第一連接端和通過第二開關器件后連接第二電容的第一連接端，所述開關電容變換器的輸入負極端和輸出負極端都接地并分別通過第九開關器件后連接第一電容的第二連接端和通過第十開關器件后連接第二電容的第二連接端；所述開關電容變換器的輸出正極端分別通過第五開關器件和第七開關器件的串聯結構后連接第一電容的第二連接端以及通過第六開關器件和第八開關器件的串聯結構后連接第二電容的第二連接端；第三開關器件接在第六開關器件和第八開關器件的串聯點與第一電容的第一連接端之間，第四開關器件接在第五開關器件和第七開關器件的串聯點與第二電容的第一連接端之間；

輸入電源接在所述開關電容變換器的輸入正極端和輸入負極端之間，所述開關電容變換器的輸出正極端和輸出負極端之間輸出所述開關電容變換器的輸出電壓，所述開關電容變換器具有直通模式、半壓模式和倍壓模式；直通模式下，只有第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第七開關器件和第八開關器件導通，實現所述輸入電源到所述開關電容變換器輸出電壓的1:1電壓轉換；半壓模式下，第一階段只有第一開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第七開關器件和第十開關器件導通，第二階段只有第二開關器件、第三開關器件、第六開關器件、第八開關器件和第九開關器件導通，半壓模式的兩個階段占空比各為50%且相互交替工作，在穩態時實現所述輸入電源到所述開關電容變換器輸出電壓的2:1電壓轉換；倍壓模式下，第一階段只有第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第八開關器件和第十開關器件導通，第二階段只有第一開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第六開關器件、第七開關器件和第九開關器件導通，倍壓模式的兩個階段占空比各為50%且相互交替工作，在穩態時實現所述輸入電源到所述開關電容變換器輸出電壓的1:2電壓轉換。

2.根據權利要求1所述的多模式的開關電容變換器，其特征在于，所述第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第六開關器件、第七開關器件、第八開關器件、第九開關器件、第十開關器件的實現形式包括氮化鎵晶體管、雙極結型晶體管、絕緣柵雙極型晶體管、金屬-氧化物半導體場效應晶體管、場控晶閘管、門極可關斷晶閘管和傳輸門。

3.一種多模式開關電容變換器的電壓轉換方法，其特征在于，所述多模式開關電容變換器包括第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第六開關器件、第七開關器件、第八開關器件、第九開關器件、第十開關器件、第一電容和第二電容，所述開關電容變換器的輸入正極端分別通過第一開關器件后連接第一電容的第一連接端和通過第二開關器件后連接第二電容的第一連接端，所述開關電容變換器的輸入負極端和輸出負極端都接地并分別通過第九開關器件后連接第一電容的第二連接端和通過第十開關器件后連接第二電容的第二連接端；所述開關電容變換器的輸出正極端分別通過第五開關器件和第七開關器件的串聯結構后連接第一電容的第二連接端以及通過第六開關器件和第八開關器件的串聯結構后連接第二電容的第二連接端；第三開關器件接在第六開關器件和第八開關器件的串聯點與第一電容的第一連接端之間，第四開關器件接在第五開關器件和第七開關器件的串聯點與第二電容的第一連接端之間；所述開關電容變換器的輸入正極端和輸入負極端之間連接輸入電源，所述開關電容變換器的輸出正極端和輸出負極端之間輸出所述開關電容變換器的輸出電壓；

所述電壓轉換方法包括將所述輸入電源進行1:1電壓轉換、2:1電壓轉換和1: 2電壓轉換后得到所述開關電容變換器的輸出電壓，其中：

進行1:1電壓轉換時，只將第一開關器件、第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第七開關器件和第八開關器件導通，實現所述輸入電源到所述開關電容變換器輸出電壓的1:1電壓轉換；

進行2:1電壓轉換時，第一階段只將第一開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第七開關器件和第十開關器件導通，第二階段只將第二開關器件、第三開關器件、第六開關器件、第八開關器件和第九開關器件導通，進行2:1電壓轉換時的兩個階段占空比各為50%且相互交替工作，在穩態時實現所述輸入電源到所述開關電容變換器輸出電壓的2:1電壓轉換；

進行1: 2電壓轉換時，第一階段只將第二開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第五開關器件、第八開關器件和第十開關器件導通，第二階段只將第一開關器件、第三開關器件、第四開關器件、第六開關器件、第七開關器件和第九開關器件導通，進行1: 2電壓轉換時的兩個階段占空比各為50%且相互交替工作，在穩態時實現所述輸入電源到所述開關電容變換器輸出電壓的1:2電壓轉換。