[發(fā)明專利]一種開關(guān)電容變換器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211413108.4
• 申請(qǐng)日: 2022-11-11
• 公開（公告）號(hào): CN116131610A
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁星;趙煒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海南芯半導(dǎo)體科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H02M3/158
• 分類號(hào): H02M3/158;H02M3/07;H02M1/088
• 代理公司: 上海君立衡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31389
• 代理人: 閆雪薇

本申請(qǐng)屬于開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種開關(guān)電容變換器，在兩個(gè)支路之間增加了輔助電路，用于在全部主功率管都關(guān)閉的死區(qū)時(shí)間內(nèi)，通過輔助電路將一個(gè)支路的電荷轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)支路，實(shí)現(xiàn)全部主功率管的零電壓開通，降低開關(guān)損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是涉及一種開關(guān)電容變換器。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的電感型直流-直流變換器，如buck，boost，buck-boost等，廣泛應(yīng)用在5G基站、服務(wù)器電源和手機(jī)主板等場(chǎng)合，能夠?qū)崿F(xiàn)不同電壓之間的轉(zhuǎn)換。然而，由于電感型直流-直流變換器存在較大的開關(guān)損耗以及電感損耗，通常轉(zhuǎn)換效率不高。而諸如高能耗的5G通訊以及手機(jī)大功率快充等的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)電感型直流-直流變換器的轉(zhuǎn)換效率要求很高。傳統(tǒng)的電感型直流-直流變換器已經(jīng)無法滿足轉(zhuǎn)換效率的要求。

相較于電感，電容的能量密度更高，所以采用電容實(shí)現(xiàn)能量傳輸?shù)拈_關(guān)電容變換器的轉(zhuǎn)換效率比電感型直流-直流變換器的轉(zhuǎn)換效率高很多，目前被廣泛應(yīng)用在各種高效率要求的場(chǎng)景下。Dickson型開關(guān)電容變換器憑借其低等效阻抗的優(yōu)勢(shì)被廣泛采用。

如圖1所示，是現(xiàn)有的Dickson型4:1開關(guān)電容變換器，包括8個(gè)功率管(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7和Q8)、三個(gè)電容(C1、C2和C3)、輸入電容CIN、輸出電容COUT以及輸出負(fù)載IOUT。在控制上，功率管Q1、Q3、Q5和Q7被同一個(gè)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)，功率管Q2、Q4、Q6和Q8被同一個(gè)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)。兩個(gè)控制信號(hào)都是占空比為50％的方波信號(hào)，波形上互補(bǔ)。該Dickson型4:1開關(guān)電容變換器可以使輸出電壓VOUT是輸入電壓VIN的1/4，即VIN＝4*VOUT。而三個(gè)電容的電壓差分別為VC1＝VOUT，VC2＝2*VOUT，VC3＝3*VOUT。

現(xiàn)有的Dickson型4:1開關(guān)電容變換器雖然沒有關(guān)斷損耗以及電感損耗，但是功率管導(dǎo)通的時(shí)候仍然需要克服Cds以及Cgd這兩個(gè)寄生電容，存在一定的開通損耗。而對(duì)于高壓小電流應(yīng)用場(chǎng)景，Cds和Cgd這兩個(gè)寄生電容的電壓差越高，在開通損耗中的占比會(huì)更大，限制了4:1Dickson開關(guān)電容變換器的轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)針對(duì)上述問題，提出了一種開關(guān)電容變換器，通過增加輔助電路，可以實(shí)現(xiàn)所有主功率管的零電壓開通，減小開關(guān)損耗。進(jìn)一步，該開關(guān)電容變換器可以N:1Dickson開關(guān)電容變換器，N為大于或等于3的整數(shù)。

一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N開關(guān)電容變換器，包括第一支路、第二支路、輔助電路、N個(gè)共用功率管和N-1個(gè)電容，其中，N為大于或等于3的整數(shù)；第一支路包括第一功率管和第二功率管，第二支路包括第三功率管和第四功率管，第二功率管的第一端和第三功率管的第一端連接開關(guān)電容變換器的輸出端，第二功率管的第二端和第一功率管的第一端通過第一節(jié)點(diǎn)連接，第三功率管的第二端和第四功率管的第一端通過第二節(jié)點(diǎn)連接，第一功率管的第二端和第四功率管的第二端接地。

開關(guān)電容變換器的輸入端通過依次連接的N個(gè)共用功率管連接開關(guān)電容變換器的輸出端，N-1個(gè)電容中每個(gè)電容分別對(duì)應(yīng)各自的相鄰的兩個(gè)共用功率管，且每個(gè)電容連接其對(duì)應(yīng)的相鄰的兩個(gè)共用功率管之間，與N個(gè)共用功率管相連的任意相鄰的兩個(gè)電容中，其中一個(gè)電容連接第一節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)電容連接第二節(jié)點(diǎn)。

輔助電路的兩端分別連接于第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)，第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管和N個(gè)共用功率管為主功率管，輔助電路用于在全部主功率管都關(guān)閉的死區(qū)時(shí)間內(nèi)，將第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)中其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電荷轉(zhuǎn)移到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，各主功率管兩端的電壓差變?yōu)榱悖垢髦鞴β使芰汶妷洪_通。