用于使飞跨电容器在多电平转换器中达到平衡的设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于使飞跨电容器在多电平转换器中达到平衡的设备。揭示用于使飞跨电容器(120)在多电平转换器(110)中达到平衡的方法及设备。实例飞跨电容器平衡电路(124)可包含电压差感测及控制电路(140)及工作循环时序调整电路(150)。所述电压差感测及控制电路(140)可为所述工作循环时序调整电路(150)生成补偿控制信号。

【技术实现步骤摘要】
用于使飞跨电容器在多电平转换器中达到平衡的设备
本技术大体上涉及多电平DC-DC转换器，且更特定来说，涉及用于使飞跨电容器在多电平DC-DC转换器中达到平衡的方法及设备。
技术介绍
正在积极缩放CMOS技术以减小物理尺寸及电源电压以满足例如便携式电子设备及其它应用中的低功率、低面积及高性能规格。而且，新的电池化学设法将装置使用扩展到较低电压。然而，某些负载需要调节较高电压才能适当地操作，且通常使用DC-DC转换器以将较低直流(DC)电源电压转换成所期望的较高DC电压而被供电。各种电路拓扑可用于DC-DC转换器中。一些电路拓扑使用飞跨电容器。虽然飞跨电容器提供一些优点，但仍存在一些挑战。
技术实现思路
在所描述的实例中，揭示用于使飞跨电容器在多电平DC-DC转换器中达到平衡的方法及设备。在所描述的某些实例中，飞跨电容器平衡电路可包含电压差感测及控制电路及工作循环时序调整电路。所述电压差感测及控制电路可为所述工作循环时序调整电路生成补偿控制信号。在所描述的其它实例中，一种以具有工作循环的操作模式操作多电平DC-DC转换器的方法包括：在所述操作模式的所述工作循环中驱动所述多电平DC-DC转换器的至少四个串联连接初级开关的相应控制栅极；感测所述飞跨电容器的电压与所述多电平DC-DC转换器的DC电压轨的一半之间何时存在差；及响应于飞跨电容器的所述电压与所述DC电压轨的一半之间的所述差生成补偿控制信号。所述方法可进一步包含响应于所述补偿控制信号生成工作循环调整信号，且可包含响应于所述工作循环调整信号调整所述多电平DC-DC转换器的所述操作模式的所述工作循环，且可包含将所述飞跨电容器的所述电压平衡到所述多电平DC-DC转换器的所述DC电压轨的一半。附图说明图1A是用于飞跨电容器的多电平DC-DC转换器电路拓扑的部分框图，包含本技术的飞跨电容器平衡电路。图1B是展示图1A的多电平DC-DC转换器的操作模式的实例工作循环的时序图。图2A是图1A所展示的DC-DC转换器的更详细电路图，但其中在图2A中出于说明目的而断开及使用象征性开关以将飞跨电容器平衡电路断开连接。图2B是展示在图2A中出于说明目的而断开及使用象征性开关以将飞跨电容器平衡电路断开连接时在图2A的多电平DC-DC转换器电路的操作期间飞跨电容器中的不平衡效应的说明性图解。图2C是展示在图2A中出于说明目的而断开及使用象征性开关以将飞跨电容器平衡电路断开连接时在图2A的多电平DC-DC转换器电路的操作期间飞跨电容器电压由于飞跨电容器中的不平衡的电压漂移的说明性图解。图3A是图1A所展示的DC-DC转换器的更详细电路图，但其中在图3中出于说明目的而闭合及使用象征性开关以连接来操作飞跨电容器平衡电路。图3B是展示在图3A中出于说明目的而闭合及使用象征性开关以连接来操作飞跨电容器平衡电路时在图3A的多电平DC-DC转换器电路的操作期间飞跨电容器中的平衡效应的说明性图解。图3C是展示在图3A中出于说明目的而闭合及使用象征性开关以连接来操作飞跨电容器平衡电路时由于在图3A的多电平DC-DC转换器电路的操作期间飞跨电容器中的平衡而不存在飞跨电容器电压中的电压漂移的说明性图解。图4是说明图3A的DC-DC转换器的延迟补偿电路的更详细电路图。图5展示表示实例机器可读指令的流程图，可执行实例机器可读指令以使用如图1A的实例中所展示的用于飞跨电容器的多电平DC-DC转换器电路拓扑实施飞跨电容器平衡电路的实例系统。图6是实例处理平台的框图，实例处理平台能够执行图5的机器可读指令以使用如图1A的实例中所展示的用于飞跨电容器的多电平DC-DC转换器电路拓扑实施本技术的飞跨电容器平衡电路的系统100。具体实施方式图1A是本技术的用于飞跨电容器120及飞跨电容器平衡电路124的多电平DC-DC转换器电路拓扑110的系统100的部分框图。在图1A的实例中，多电平DC-DC转换器110是三电平DC-DC转换器110。尽管多电平DC-DC转换器电路拓扑110是结合飞跨电容器120而使用，但在许多实例中，多电平DC-DC转换器110封装于与飞跨电容器120分离的集成电路封装中。多电平DC-DC转换器110可通过飞跨电容器耦合器120A、120B而与集成电路封装外部的飞跨电容器120电耦合。在操作中，多电平DC-DC转换器110具有操作模式，操作模式具有工作循环。在图1A的实例中，多电平DC-DC转换器110包含延伸于DC电压轨VIN与接地参考之间的至少四个初级开关132、134、136、138的串联连接。至少四个初级开关132、134、136、138包含串联耦合于第一高侧初级开关132与中央低侧初级开关136之间的中央高侧初级开关134。中央低侧初级开关136串联耦合于中央高侧初级开关134与接地参考低侧初级开关138之间。多电平DC-DC转换器110包含输出节点VOUT，输出节点VOUT耦合于中央高侧初级开关134与中央低侧初级开关136之间以提供多电平DC-DC转换器110的输出电压。具有输出电感L的电感器122A可与输出节点VOUT串联耦合。具有输出电容C0的输出电容器122B可与输出节点VOUT的输出电压并联耦合。飞跨电容器耦合器包含到第一高侧初级开关132与中央高侧初级开关134的串联连接的第一耦合节点120A。飞跨电容器耦合器进一步包含到中央低侧初级开关136与接地参考低侧初级开关138的串联连接的第二耦合节点120B。在图1A的实例中，为了促进飞跨电容器120的电压(VCFLY)的平衡，电压差感测及控制电路140与DC电压轨(VIN)及飞跨电容器120的第一耦合节点耦合以感测飞跨电容器120的电压(VCFLY)与DC电压轨的一半(VIN/2)之间何时存在差。更特定来说，电压差感测及控制电路140包含延迟补偿电路148，延迟补偿电路148与DC电压轨(VIN)及飞跨电容器120的第一耦合节点耦合以感测飞跨电容器120的电压(VCFLY)与DC电压轨的一半(VIN/2)之间何时存在差，及促进飞跨电容器120的电压(VCFLY)的平衡。电压差感测及控制电路140响应于飞跨电容器120的电压(VCFLY)与DC电压轨的一半(VIN/2)之间的差生成补偿控制信号142以促进飞跨电容器120的电压(VCFLY)的平衡。如图1A的实例中所展示，工作循环时序调整电路150与电压差感测及控制电路140耦合以接收补偿控制信号142，及响应于补偿控制信号142生成工作循环调整信号(D0*、D180*、1-D180*、1-D0*)。工作循环控制电路160耦合于工作循环时序调整电路150与多电平DC-DC转换器110的四个初级开关132、134、136、138的控制栅极输入之间以响应于工作循环调整信号(D0*、D180*、1-D180*、1-D0*)调整多电平DC-DC转换器110的操作模式的工作循环，及将飞跨电容器120的电压平衡到DC电压轨的一半(VIN/2)。在图1A的实例中，工作循环控制电路160使用被理解为零相位参考工作循环控制信号D0的第一工作循环控制信号驱动第一高侧初级开关132的控制栅极。工作循环控制电路160使用被理解为D180的第二工作循环控制信号驱动中央高侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使飞跨电容器在多电平转换器中达到平衡的设备，其特征在于所述设备包括：多电平DC‑DC转换器，其具有操作模式，所述操作模式具有工作循环，且所述多电平DC‑DC转换器包含延伸于DC电压轨与接地参考之间的至少四个初级开关的串联连接，所述至少四个初级开关包含串联耦合于第一高侧初级开关与中央低侧初级开关之间的中央高侧初级开关，所述中央低侧初级开关串联耦合于所述中央高侧初级开关与接地参考低侧初级开关之间；飞跨电容器耦合器，其包含到所述第一高侧初级开关与所述中央高侧初级开关的串联连接的第一耦合节点，所述飞跨电容器耦合器进一步包含到所述中央低侧初级开关与所述接地参考低侧初级开关的串联连接的第二耦合节点；及电压差感测及控制电路，其与所述DC电压轨及所述飞跨电容器的所述第一耦合节点耦合，以感测飞跨电容器的电压与所述DC电压轨的一半之间何时存在差，及响应于飞跨电容器的所述电压与所述DC电压轨的一半之间的所述差生成补偿控制信号。

【技术特征摘要】
2016.12.15 US 15/379,7461.一种用于使飞跨电容器在多电平转换器中达到平衡的设备，其特征在于所述设备包括：多电平DC-DC转换器，其具有操作模式，所述操作模式具有工作循环，且所述多电平DC-DC转换器包含延伸于DC电压轨与接地参考之间的至少四个初级开关的串联连接，所述至少四个初级开关包含串联耦合于第一高侧初级开关与中央低侧初级开关之间的中央高侧初级开关，所述中央低侧初级开关串联耦合于所述中央高侧初级开关与接地参考低侧初级开关之间；飞跨电容器耦合器，其包含到所述第一高侧初级开关与所述中央高侧初级开关的串联连接的第一耦合节点，所述飞跨电容器耦合器进一步包含到所述中央低侧初级开关与所述接地参考低侧初级开关的串联连接的第二耦合节点；及电压差感测及控制电路，其与所述DC电压轨及所述飞跨电容器的所述第一耦合节点耦合，以感测飞跨电容器的电压与所述DC电压轨的一半之间何时存在差，及响应于飞跨电容器的所述电压与所述DC电压轨的一半之间的所述差生成补偿控制信号。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述设备包含工作循环时序调整电路，所述工作循环时序调整电路与所述电压差感测及控制电路耦合以响应于由所述电压差感测及控制电路生成的所述补偿控制信号生成工作循环调整信号。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于所述设备包含工作循环控制电路，所述工作循环控制电路耦合于所述工作循环时序调整电路与所述多电平DC-DC转换器的所述四个初级开关的控制栅极输入之间，以响应于所述工作循环调整信号调整所述多电平DC-DC转换器的所述操作模式的工作循环，及将所述飞跨电容器的所述电压平衡到所述DC电压轨的一半。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于所述电压差感测及控制电路包含峰值电流模式控制环路电路，所述峰值电流模式控制环路电路操作以在所述DC电压轨的一半下控制所述飞跨电容器的所述电压的平衡。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于所述电压差感测及控制电路包含电压模式控制环路电路，所述电压模式控制环路电路操作以在所述DC电压轨的一半下进一步控制所述飞跨电容器的所述电压的平衡。6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于所述峰值电流模式控制环路电路包含生成第一峰值电流斜坡输出的第一峰值电流斜坡生成器，且进一步包含生成第二峰值电流斜坡输出的第二峰值电流斜坡生成器，所述第一及第二峰值电流斜坡生成器彼此反相。7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述多电平DC-DC转换器包含耦合于所述中央高侧初级开关与所述中央低侧初级开关之间的输出节点；且所述峰值电流模式控制环路电路包含输入，所述输入与所述多电平DC-DC转换器的所述输出节点耦合以在所述多电平DC-DC转换器正以所述多电平DC-DC转换器的所述操作模式操作时感测所述多电平DC-DC转换器的所述输出节点处的峰值电流。8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述多电平DC-DC转换器包含输出节点，所述输出节点耦合于所述中央高侧初级开关与所述中央低侧初级开关之间；且所述电压模式控制环路电路包含输入，所述输入与所述多电平DC-DC转换器的所述输出节点耦合以在所述多电平DC-DC转换器正以所述多电平DC-DC转换器的所述操作模式操作时感测所述多电平DC-DC转换器的所述输出节点处的电压。9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于：所述电压模式控制环路电路包含分压器电路，所述分压器电路用于将在所述多电平DC-DC转换器的所述输出节点处感测到的所述电压划分成经划分电压；且所述电压模式控制环路电路包含第一差分放大器，所述第一差分放大器用于比较电压参考与所述经划分电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·S·艾斯阿德，D·W·埃文斯，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：新型
国别省市：美国,US