用于将DC电压转换成AC电压的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于将DC电压转换成AC电压的方法和系统。一种设备包括被配置用于将直流(DC)电压转换成交流(AC)电压的全桥。全桥至少包括第一桥分段、第二桥分段、第三桥分段和第四桥分段。第一桥分段、第二桥分段、第三桥分段和第四桥分段中的每个桥分段包括被配置用于响应于第一电压电平切换的第一类型的开关和被配置用于响应于与第一电压电平不同的第二电压电平切换的第二类型的开关。第二类型的开关被配置用于使用负载的电感性电流来驱动，该负载耦合到全桥的输出。

【技术实现步骤摘要】
用于将DC电压转换成AC电压的方法和系统
本专利技术主要地涉及用于将DC电压转换成AC电压的方法和系统，并且在具体实施例中涉及使用在全桥配置中的转换器以将DC电压转换成高频AC电压的这样的方法和系统。
技术介绍
以上提到的DC到AC转换器也常称为逆变器或者逆变整流器，并且贯穿本申请可以可互换地使用这些表达。一般而言，转换器应当在将DC功率转换成AC功率时表现高效率程度。通常需要这种类型的转换器用于经由空气芯线圈的功率传送，即所谓的“无芯变压器”。这样的“无芯变压器”也可以实施于集成电路的金属层中，并且这样仅从数百兆赫兹的操作频率开始表现可接受的效率程度。一般而言，在高频率转换器的设计中，可以通过增加开关晶体管的沟道宽度来增加效率程度，增加开关晶体管的沟道宽度降低导通状态电阻。然而在这样做时，需要更多功率用于驱动切换晶体管的栅极。因此，总效率程度随着可变沟道宽度表现最大值，该最大值的量值对于使用的集成电路技术是特有的。常规地，用于切换晶体管的栅极的驱动器由可用DC电压供应，并且因此从DC电压源汲取功率。作为结果，减少DC到AC转换器的总效率程度。因此，用于增加在将DC电压转换成AC电压时的总效率程度的系统和方法将是期望的。出于这些或者其它原因，有对于本专利技术的需要。
技术实现思路
提供基本上如在图中的至少一幅图中示出和/或结合图中的至少一幅图描述的、如在权利要求中更完整阐述的用于将DC电压转换成AC电压并且用于同步对应全桥转换器的切换时刻的方法和系统。实施例涉及通过被配置为全桥的设备将DC电压转换成AC电压的系统和方法，这些系统和方法包括在全桥的第一、第二、第三和第四桥分段中的每个桥分段中使用与第二类的开关串联耦合的第一类的开关，其中第一类的每个开关适于使用比第二类的每个开关更少的每切换操作的切换能量，其中第四和第三桥分段的第二类的开关在设备的第一输出节点串联耦合，并且第一和第二桥分段的第二类的开关在设备的第二输出节点串联耦合，其中第一和第二桥分段的第二类的开关的控制端子耦合在一起并且耦合到第一输出节点，并且第四和第三桥分段的第二类的开关的控制端子耦合在一起并且耦合到第二输出节点，并且基于在第一与第二输出节点之间连接的负载的电感部件提供的无功功率驱动第二类的开关。实施例的更多特征和优点将从参照附图进行的以下具体描述中变得清楚。附图说明附图被包括用于提供进一步理解，并且在本说明书中被并入而且构成本说明书的部分。附图涉及示例和实施例并且与描述一起用于说明本专利技术的原理。其它实施例和实施例的预计优点中的许多优点将在它们通过参照以下具体描述而变得更好地理解时容易得到理解。图1示出根据一个实施例的全桥DC到AC转换器(下文称为逆变整流器)的一个示例的示意图，该逆变整流器在逆变整流器的输出具有无芯变压器作为电感负载；图2a和2b是示出外部控制信号序列的一个示例的定时图，这些外部控制信号序列可以应用于外部控制在根据图1的实施例中的逆变整流器的操作；图2c是示出在如在图1的实施例中标明的节点处的所得信号序列的图、比如根据图1的逆变整流器的输出节点或者节点Q1和Q2以及其它节点；图3示出根据又一实施例的全桥逆变整流器的示意图，该示意图还示出用于外部控制逆变整流器的操作的两对驱动器以及用于控制两对驱动器的供应电压的两个电压控制器；图4是示出全桥逆变整流器的半桥部分的一个示例和被配置用于控制整流器的控制电路的一个示例的示意图；图5示出可以用来控制全桥逆变整流器的控制电路的一个实施例，该全桥逆变整流器例如在图1中描绘的全桥逆变整流器；图6示出根据一个实施例的用于控制全桥逆变整流器的方法的一个示例；以及图7示出根据一个实施例的用于控制全桥设备的方法的一个示例。具体实施方式在以下具体描述中，参照附图，附图形成具体描述的部分，并且在附图中通过示例示出具体实施例。将理解可以利用其它实施例，并且可以进行结构或者其它改变而未脱离本专利技术的范围。因此不会在限制意义上解读以下具体描述，并且本专利技术的范围由所附权利要求限定。在下文中，出于示例目的，将参照用于数百兆赫兹级的很高频率的转换器描述本专利技术。然而本专利技术不限于此并且可以发现它与将DC电压转换成较低或者甚至较高频率的AC电压结合的应用。图1示出根据一个实施例的全桥逆变整流器100的示意图。如图所示，逆变整流器100可以在逆变整流器的输出Q1和Q2处耦合到作为电感负载的无芯变压器10。另外，逆变整流器100可以包括如利用分别在第一半桥105和第二半桥106的部件周围布置的对应虚线框示意地标明的第一半桥105和第二半桥106。另外，第一半桥105可以包括全桥逆变整流器100的四个桥分段中的第一桥分段101和第二桥分段102，而第二半桥106可以包括全桥逆变整流器100的四个桥分段中的第三桥分段103和第四桥分段104。第一桥分段105可以包括第一类的第一p沟道晶体管111、第二类的第一p沟道晶体管121、第二类的第一n沟道晶体管122和第一类的第一n沟道晶体管112，该第一类可以是第一较低电压额定值，该第二类可以是第二较高电压额定值，所有晶体管串联耦合或者级联。对应地，第二半桥106可以包括第一类的第二p沟道晶体管114、第二类的第二p沟道晶体管124、第二类的第二n沟道晶体管123和第一类的第二n沟道晶体管113，所有晶体管串联耦合。如图1中所示，第一半桥105中的第二类的第一p沟道晶体管121和第二类的第一n沟道晶体管122的栅极可以在第一公共栅极节点125中耦合在一起。对应地，第二半桥106中的第二类的第二p沟道晶体管124和第二类的第二p沟道晶体管123的栅极也可以在第二公共栅极节点126中耦合在一起。另外，第一公共栅极节点125可以耦合到在第二半桥106中的第二类的第二p沟道晶体管124与第二类的第二n沟道晶体管123之间的串联耦合节点，以形成逆变整流器100的第一输出节点Q1。相应地，第二公共栅极节点126可以耦合到在第一半桥105中的第二类的第一p沟道晶体管121与第二类的第一n沟道晶体管122之间的串联耦合节点，以形成逆变整流器100的第二输出节点Q2。如提到的那样，第一类和第二类的逆变整流器100的晶体管可以包括不同电压额定值的晶体管、即晶体管112、112、113和114的第一类或者第一较低电压额定值以及晶体管121、122、123和124的第二类或者第二较高电压额定值。例如用于生产用于复杂数字电路的CMOS集成电路的半导体制造过程可以实施不同并且通常至少两个电压额定值的晶体管。例如第一较低电压额定值的晶体管用于复杂逻辑电路，并且第二较高电压额定值的晶体管用于与对应集成电路的输入/输出(I/O)端口进行接口。通常，较低电压额定值的晶体管具有比较高电压额定值的晶体管更小的尺寸。由于较低电压额定值的晶体管的更小尺寸，更小晶体管的所得较低寄生元件允许比较高电压额定值的晶体管的较高寄生元件更高的切换速度。换而言之，可以驱动较低电压额定值的晶体管以使用比用于驱动较高电压额定值的晶体管以完成切换操作的电荷和能量更少的电荷和能量来完成切换操作。如在图1的逆变整流器100的实施例中那样，逆变整流器100的第一、第二、第三和第四桥分段101、102、103和104中的每个桥分段可以包括与较高电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：全桥，被配置用于将直流(DC)电压转换成交流(AC)电压，其中所述全桥至少包括第一桥分段、第二桥分段、第三桥分段和第四桥分段，并且其中所述第一桥分段、所述第二桥分段、所述第三桥分段和所述第四桥分段中的每个桥分段包括：被配置用于响应于第一电压电平切换的第一类型的开关和被配置用于响应于与所述第一电压电平不同的第二电压电平切换的第二类型的开关；并且其中所述第二类型的所述开关被配置用于使用负载的电感性电流来驱动，所述负载耦合到所述全桥的输出。

【技术特征摘要】
2013.06.03 US 13/908,8831.一种用于将直流电压转换成交流电压的设备，包括：全桥，被配置用于将直流(DC)电压转换成交流(AC)电压，其中所述全桥至少包括第一桥分段、第二桥分段、第三桥分段和第四桥分段，并且其中所述第一桥分段、所述第二桥分段、所述第三桥分段和所述第四桥分段中的每个桥分段包括：被配置用于响应于第一电压电平切换的第一类型的开关和被配置用于响应于与所述第一电压电平不同的第二电压电平切换的第二类型的开关；并且其中所述第二类型的所述开关被配置用于使用负载的电感性电流来在控制端子处驱动，所述负载耦合到所述全桥的输出。2.根据权利要求1所述的设备，还包括被配置用于驱动所述第一类型的每个开关的至少一个驱动器。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一类型的所述开关与所述第二类型的所述开关串联耦合。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二电压电平包括所述全桥的DC供应电压，并且其中所述第一电压电平小于所述全桥的DC供应电压。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一类型的所述开关中的每个开关由相应切换信号驱动，所述相应切换信号外部控制所述第一桥分段、所述第二桥分段、所述第三桥分段和所述第四桥分段中的相应桥分段的切换操作。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一类型的所述开关包括第一较低电压等级的晶体管，并且其中所述第二类型的所述开关包括第二较高电压等级的晶体管。7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第一较低电压等级的所述晶体管包括集成电路技术的逻辑晶体管，并且其中所述第二较高电压等级的所述晶体管包括所述集成电路技术的I/O晶体管。8.根据权利要求1所述的设备，其中：所述第一类型的所述开关包括第一尺寸的晶体管和/或第一切换速度的晶体管和/或第一栅极电荷的晶体管和/或第一栅极能量的晶体管；并且所述第二类型的所述开关包括第二尺寸的晶体管和/或第二切换速度的晶体管和/或第二栅极电荷的晶体管和/或第二栅极能量的晶体管。9.根据权利要求1所述的设备，其中：所述第一桥分段和所述第四桥分段的所述第一类型的所述开关各自均包括p沟道晶体管，并且所述第一桥分段和所述第四桥分段的所述第二类型的所述开关各自均包括p沟道晶体管；并且所述第二桥分段和所述第三桥分段的所述第一类型的所述开关各自均包括n沟道晶体管，并且所述第二桥分段和所述第三桥分段的所述第二类型的所述开关各自均包括n沟道晶体管。10.根据权利要求9所述的设备，其中：所述第一桥分段和所述第四桥分段的第一类型的所述p沟道晶体管的栅极各自均耦合到相应p沟道驱动器；所述第二桥分段和所述第三桥分段的所述第一类型的n沟道晶体管的栅极各自均耦合到相应n沟道驱动器；并且所述p沟道驱动器和所述n沟道驱动器中的每个驱动器由基于外部时钟信号的相应切换信号驱动。11.根据权利要求10所述的设备，还包括：在所述p沟道驱动器与所述n沟道驱动器之间耦合的用于所述n沟道驱动器的电压控制器，以向所述p沟道驱动器部分地供电。12.根据权利要求1所述的设备，其中所述直流(DC)电压呈现在第一输入端子和第二输入端子之间；所述全桥的所述输出包括第一输出端子和第二输出端子；所述第一桥分段具有通过所述第一类型的所述开关和所述第二类型的所述开关从所述第一输入端子到所述第二输出端子的导通路径；所述第二桥分段具有通过所述第一类型的所述开关和所述第二类型的所述开关从所述第二输入端子到所述第二输出端子的导通路径；所述第三桥分段具有通过所述第一类型的所述开关和所述第二类型的所述开关从所述第二输入端子到所述第一输出端子的导通路径；所述第四桥分段具有通过所述第一类型的所述开关和所述第二类型的所述开关从所述第一输入端子到所述第一输出端子的导通路径；所述第一桥分段的所述第二类型的所述开关的所述控制端子耦合至所述第一输出端子；所述第二桥分段的所述第二类型的所述开关的所述控制端子耦合至所述第一输出端子；所述第三桥分段的所述第二类型的所述开关的所述控制端子耦合至所述第二输出端子；所述第四桥分段的所述第二类型的所述开关的所述控制端子耦合至所述第二输出端子。13.一种用于将直流(DC)电压切换成交流(AC)电压的方法，所述方法包括：驱动至少包括第一桥分段、第二桥分段、第三桥分段和第四桥分段的全桥，并且其中所述第一桥分段、所述第二桥分段、所述第三桥分段和所述第四桥分段中的每个桥分段包括：被配置用于响应于第一电压电平切换的第一类型的开关；以及被配置用于响应于与所述第一电压电平不同的第二电压电平切换的第二类型的开关；以及其中驱动所述全桥包括使用负载的电感性电流来驱动所述第一桥分段、所述第二桥分段、所述第三桥分段和所述第四桥分段中的每个桥分段的所述第二类型的所述开关的控制端子，所述负载耦合到所述全桥的输出。14.根据权利要求13所述的方法，还包括通过使用用于所述第一桥分段、所述第二桥分段、所述第三桥分段和所述第四桥分段中的每个桥分段的电压检测器以分别检测在所述第一桥分段、所述第二桥分段、所述第三桥分段和所述第四桥分段中的每个桥分段两端的电压来同步所述全桥的切换时刻，其中控制所述第一桥分段、所述第二桥分段、所述第三桥分段和所述第四桥分段中的每个桥分段以仅在所述第一桥分段、所述第二桥分段、所述第三桥分段和所述第四桥分段中的每个桥分段两端的所述电压已经下降至预定阈值以下之后接通。15.根据权利要求14所述的方法，其中：所述第一桥分段和所述第四桥分段的所述第一类型的所述开关各自均包括p沟道晶体管，并且所述第一桥分段和所述第四桥分段的所述第二类型的所述开关各自均包括p沟道晶体管；并且所述第二桥分段和所述第三桥分段的所述第一类型的所述开关各自均包括n沟道晶体管，并且所述第二桥分段和所述第三桥分段的所述第二类型的所述开关各自均包括n沟道晶体管。16.根据权利要求15所述的方法，还包括：用基于外部时钟信号的相应切换信号驱动所述第一类型的所述p沟道晶体管和所述n沟道晶体管中的每个晶体管，其中所述相应切换信号外部控制所述第一桥分段、所述第二桥分段、所述第三桥分段和所述第四桥分段中的相应桥分段的切换操作；并且使用第一电平移位器以将所述外部时钟信号转换成在位于相对于所述全桥的供应电压电平对称的电压电平的转换的时钟信号；其中用于将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·费尔特克勒，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT