[發(fā)明專利]一種多模式的開關(guān)電容變換器及其電壓轉(zhuǎn)換方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011426401.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN112234816B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施耀輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海南芯半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號(hào): H02M3/07
• 分類號(hào): H02M3/07;H02J7/00
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種多模式的開關(guān)電容變換器及其電壓轉(zhuǎn)換方法，能在不調(diào)換輸入輸出端口的條件下同時(shí)實(shí)現(xiàn)直通、半壓和倍壓三種模式的電壓轉(zhuǎn)換，直通模式下將開關(guān)器件S1、S2、S3、S4、S7和S8導(dǎo)通，S5、S6、S9和S10斷開，實(shí)現(xiàn)輸入電源到輸出電壓的1:1電壓轉(zhuǎn)換；半壓模式下第一階段將開關(guān)器件S1、S4、S5、S7和S10導(dǎo)通，S2、S3、S6、S8和S9斷開，第二階段將開關(guān)器件S2、S3、S6、S8和S9導(dǎo)通，S1、S4、S5、S7和S10斷開，實(shí)現(xiàn)輸入電源到輸出電壓的2:1電壓轉(zhuǎn)換；倍壓模式下第一階段將開關(guān)器件S2、S3、S4、S5、S8和S10導(dǎo)通，開關(guān)器件S1、S6、S7和S9斷開，第二階段將開關(guān)器件S1、S3、S4、S6、S7和S9導(dǎo)通，開關(guān)器件S2、S5、S8和S10斷開，實(shí)現(xiàn)輸入電源到輸出電壓的1:2電壓轉(zhuǎn)換。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高效率變換器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多模式的開關(guān)電容變換器及其電壓轉(zhuǎn)換方法，能夠應(yīng)用于手機(jī)快充領(lǐng)域，在不改變輸入輸出端口的條件下，實(shí)現(xiàn)直通、半壓和倍壓的高效率電壓轉(zhuǎn)換。

背景技術(shù)

隨著5G時(shí)代的到來(lái)，為滿足5G高耗能的需求，手機(jī)電池容量越來(lái)越大。伴隨而來(lái)的快充技術(shù)讓人們可以利用碎片時(shí)間來(lái)使自己的手機(jī)電量迅速恢復(fù)，因此快充技術(shù)逐漸成為高端手機(jī)的標(biāo)配，開關(guān)電容變換器因?yàn)樾矢叨粡V泛應(yīng)用于手機(jī)快充。

現(xiàn)有的快充方案多種多樣，不同適配器也提供了5V、10V、20V等多種輸入電壓，這對(duì)后級(jí)電壓變換器提出了更高的要求：當(dāng)手機(jī)電池為兩節(jié)10V時(shí)，就要求變換器同時(shí)兼容倍壓、直通和半壓的電源轉(zhuǎn)換，但現(xiàn)有的開關(guān)電容變換器往往只能同時(shí)實(shí)現(xiàn)倍壓和直通、或同時(shí)直通和半壓，如果要同時(shí)兼顧倍壓、半壓和直通三者，往往需要將輸入輸出端口對(duì)調(diào)。

圖1是現(xiàn)有的一種同時(shí)兼容直通和半壓模式的開關(guān)電容變換器，包括8個(gè)開關(guān)器件SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8和兩個(gè)飛電容CFLY1、CFLY2，還包括輸入電源VIN，輸出電容以及輸出負(fù)載。這種開關(guān)電容變換器通過控制開關(guān)器件的不同開關(guān)狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓直通（如圖2所示）或者半壓（如圖3所示）的功能。

圖2 給出了上述變換器工作在直通模式下的等效電路圖，直通模式下，控制開關(guān)器件SW1、SW2、SW5、SW6導(dǎo)通，開關(guān)器件SW3、SW4、SW7、SW8關(guān)閉，輸入電源VIN直接給開關(guān)電容變換器的輸出VOUT充電，V_OUT=V_IN。

圖3 給出了上述變換器工作在半壓模式下的等效電路圖，半壓模式包括兩個(gè)階段：

在Phase1階段，控制開關(guān)器件SW1、SW3、SW6、SW8導(dǎo)通，開關(guān)器件SW2、SW4、SW5、SW7關(guān)斷，輸入電源VIN通過電容CFLY1給輸出VOUT充電，電容CFLY1充電；與此同時(shí)，電容CFLY2給輸出VOUT充電，電容CFLY2放電。

在Phase2階段，控制開關(guān)器件SW2、SW4、SW5、SW7導(dǎo)通，開關(guān)器件SW1、SW3、SW6、SW8關(guān)斷，輸入電源VIN通過電容CFLY2給輸出VOUT充電，電容CFLY2充電；與此同時(shí)，電容CFLY1給輸出VOUT充電，電容CFLY1放電。

半壓模式的兩個(gè)階段phase1和Phase2的占空比各為50%，半壓模式的兩個(gè)階段相互交替工作輸出功率，在穩(wěn)態(tài)時(shí)V_OUT=V_CFLY=V_IN/2，V_OUT是開關(guān)電容變換器輸出電壓的電壓值，V_IN是輸入電源的電壓值，V_CFLY是電容CFLY1上的電壓值也是電容CFLY2上的電壓值。

根據(jù)以上分析可知，現(xiàn)有的雙相開關(guān)電容變換器能夠同時(shí)兼容直通和半壓的電壓轉(zhuǎn)換，但不能實(shí)現(xiàn)倍壓的電壓轉(zhuǎn)換；如果將其輸入與輸出的端口對(duì)調(diào)，則能實(shí)現(xiàn)直通和倍壓的電壓轉(zhuǎn)換，但不能實(shí)現(xiàn)半壓的電壓轉(zhuǎn)換。即現(xiàn)有的方案無(wú)法在不調(diào)換輸入輸出端口的條件下，同時(shí)兼容直通、半壓和倍壓三種電壓轉(zhuǎn)換。

發(fā)明內(nèi)容