用于连接电子系统中的两个节点的开关拓扑技术方案

一种用于在具有第一电压的第一节点与具有第二电压的第二节点之间提供连接的电路。所述电路具有：第一电感元件，所述第一电感元件具有耦合到第一节点的第一末端；第一开关元件，所述第一开关元件耦合在所述第一电感元件的第二末端和所述第二节点之间；第二电感元件，所述第二电感元件具有配置为用于从所述第一电感元件的第二末端接收电流的第一末端，并具有耦合到第三节点的第二末端；以及第二开关元件，所述第二开关元件耦合在所述第二电感元件的第一末端和所述第二节点之间。所述第一和第二开关元件配置为用于在所述第一节点和所述第二节点之间提供交替的电流路径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及电子系统，尤其涉及一种用于在具有不同电压的两个节点之间提供连 接的开关电路。
技术介绍
用于在具有不同电压的两个节点之间提供连接的电路包括：以可控方式在两个节 点之间转换功率的调节器、当初始电压不同时将两个节点连接在一起的热插拔电路、以及 可保护一个节点免受另一个节点上的电压浪涌损害的浪涌抑制电路。在任何实际电路中这 两个节点通常均具有很大的电容，如果两个节点被突然连接在一起，这可能会引起非常大 的电流迅速流动。这就需要确保当两个节点连接在一起时，两个节点上不会出现大的瞬态 电压扰动。 在节点之间提供连接的电路通常使用耗能元件。这通常需要大型开关装置以及调 节时间和转换速率的复杂控制器，以将开关功耗保持在安全范围内。在连接事件期间，这种 方法保持输入和输出节点处的连续电流传导，这使每个节点处和可能连接到这些节点的设 备处的电压扰动最小化。然而，在连接间隔期间，在开关装置上必须耗散很大的功率。这导 致在连接事件期间开关装置(例如可包括散热器的功率晶体管）的温度显著上升。开关装置 必须具有合适的尺寸来处理该温度上升。在较高的功率水平下，可能很难找到能可靠工作 的晶体管器件。 可替代地，连接电路可使用常规降压调节器开关拓扑，该开关拓扑通过调节开关 的占空比将电流限制在安全水平。这减少了连接间隔期间的功率损耗，但会导致输入节点 处的电流不连续，这将破坏或损坏親合到该节点的连接器和电路。 因此，需要一种能够使功率损耗最小化并能够提供连续电流传导的新的连接拓 扑。
技术实现思路
根据一方面，本公开提供了一种用于在具有第一电压的第一节点和具有第二电压 的第二节点之间提供连接的电路。所述电路具有:第一电感元件，所述第一电感元件具有耦 合到所述第一节点的第一末端;第一开关元件，所述第一开关元件耦合在所述第一电感元 件的第二末端和所述第二节点之间；第二电感元件，所述第二电感元件具有配置为用于从 所述第一电感元件的第二末端接收电流的第一末端，并具有耦合到第三节点的第二末端； 以及第二开关元件，所述第二开关元件耦合在所述第二电感元件的第一末端和所述第二节 点之间。所述第三节点可接地。所述第一开关元件配置为用于，当所述第一开关元件接通， 且所述第二开关元件断开时，为所述第一节点和所述第二节点之间的电流提供第一路径。 所述第二开关元件配置为用于，当所述第二开关元件接通，且所述第一开关元件断开时，为 所述第一节点和所述第二节点之间的电流提供第二路径。 此外，所述第一电感元件的第二末端和所述第二电感元件的第一末端之间可耦合 有电容元件。 所述电路还可包括配置为用于控制所述第一开关元件或两个开关元件的占空比 的控制器。 例如，所述第一开关元件和第二开关元件中的一个可为晶体管，另一个开关元件 可为二极管，所述二极管配置为当所述第一开关元件断开时传导电流。可替代地，两个开关 元件都可为晶体管。 在一个实施例中，所述第一电感元件和第二电感元件可以是磁性解耦和的。在另 一个实施例中，所述第一电感元件和第二电感元件可以是磁性耦和的。所述第一电感元件 和第二电感元件可具有相同的值，或者可具有不同的值。 所述电路还可包括配置为用于确定流过所述第一电感元件和第二电感元件的电 流的总和的电流检测电阻。 根据本公开的一方面，所述控制器可配置为控制所述第一开关元件的开关，以在 所述第二节点处提供根据所述第一节点的电压进行调节的电压。例如，可在所述第二节点 处提供期望水平的电压，该期望水平的电压低于所述第一节点的电压。 在一个实施例中，所述电路可配置作为电压模式开关调节器，所述电压模式开关 调节器具有反馈回路，所述反馈回路用于为控制器提供表示所述第二节点处的电压的值。 在另一个实施例中，所述电路可配置作为电流模式开关调节器，所述电流模式开 关调节器具有反馈回路和电流检测电阻，该反馈回路用于为控制器提供表示所述第二节点 处的电压的值，该电流检测电阻用于使所述控制器能够确定所述第二节点处的电流。 在进一步的实施例中，所述控制器可配置为在固定频率模式下运行。 在另一实施例中，所述控制器可配置为在磁滞模式下运行。 此外，所述电路可配置作为用于将负载连接到所述第二节点以从所述第一节点接 收电压的热插拔电路。 并且，所述电路可配置作为过压保护电路，所述过压保护电路用于保护耦合到所 述第二节点的负载免受所述第一节点处的电压尖峰损坏。 根据本公开的方法，可执行以下步骤，以在具有第一电压的第一节点和具有第二 电压的第二节点之间提供连接： -在所述第一节点和第三节点之间串联耦合第一电感元件、电容元件和第二电感 元件，其中，所述第三节点可接地， -在所述第二节点与连接所述第一电感元件和所述电容元件的节点之间耦合第一 开关元件， -在所述第二节点与连接所述第二电感元件和所述电容元件的节点之间耦合第二 开关元件，以及 -切换所述第一开关元件和所述第二开关元件，以提供流经所述第一开关元件和 第二开关元件的交替的第一电流和第二电流。 当所述第一开关元件接通时，所述第二开关元件可断开，当所述第一开关元件断 开时，所述第二开关元件可接通。 通过以下详细描述，本公开的其他优点和方面对于本领域技术人员而言将变得显 而易见，其中，仅通过示出预期实现本公开的最好模式来示出及描述本公开的实施例。还要 说明，本公开具有其他的和不同的实施例，且本公开的若干细节在各种明显的方面容许被 修改，但所有修改均不会脱离本公开的精神。因此，附图和说明书被认为本质上是说明性 的，而不是限制性的。【附图说明】 当参照以下附图进行阅读时，可更好地理解以下本公开实施例的详细描述，在附 图中，不一定按照比例来绘制特征，而是根据最好地对相关特征进行说明来进行绘制，其 中： 图1A-1C示出了根据本公开的用于连接两个节点的示例性开关拓扑； 图2示出了图1中的拓扑的示例性实现；图3A-3E为示出图2电路中的电流的时序图； 图4示出了具有本公开的拓扑的示例性电压模式开关调节器； 图5示出了具有本公开的拓扑的示例性电流模式开关调节器； 图6示出了具有本公开的拓扑的示例性固定频率模式开关调节器； 图7示出了具有本公开的拓扑的示例性磁滞模式开关调节器； 图8示出了具有本公开的拓扑的示例性热插拔电路； 图9示出了具有本公开的拓扑的示例性过压保护电路。【具体实施方式】 本公开将使用开关拓扑的具体示例实现，该开关拓扑用于连接具有不同电压的两 个节点。然而，本领域技术人员将认识到，本公开的概念适用于各种其他的连接电路变型。 图1A示出了用于在电子系统中的输入节点"输入（INPUT)"和输出节点"输出 (OUTPUT) "之间提供连接的示例性开关电路10。输出节点的输出电压可不同于施加到输入 节点的输入电压。电路10包括串联连接在输入当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在具有第一电压的第一节点与具有第二电压的第二节点之间提供连接的电路，所述电路包括：第一电感元件，所述第一电感元件具有耦合到所述第一节点的第一末端，第一开关元件，所述第一开关元件耦合在所述第一电感元件的第二末端和所述第二节点之间，第二电感元件，所述第二电感元件具有配置为用于从所述第一电感元件的第二末端接收电流的第一末端，并具有耦合到第三节点的第二末端，以及第二开关元件，所述第二开关元件耦合在所述第二电感元件的第一末端和所述第二节点之间，所述第一开关元件配置为用于，当所述第一开关元件接通，且所述第二开关元件断开时，为所述第一节点和所述第二节点之间的电流提供第一路径，并且所述第二开关元件配置为用于，当所述第二开关元件接通，且所述第一开关元件断开时，为所述第一节点和所述第二节点之间的电流提供第二路径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈永国，戴维·麦克莱恩·杜维利，
申请(专利权)人：凌力尔特有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US