电流倍增DC-DC转换器制造技术

本实用新型专利技术涉及电流倍增DC‑DC转换器。本实用新型专利技术涉及具有有效睡眠模式的电流倍增DC‑DC转换器。示例性实施方案包括：变压器；第一电感器和第二电感器，所述第一电感器和所述第二电感器在第一电压输出端子处耦接在一起；蓄能电容器，所述蓄能电容器耦接到第二输出电压端子；初级开关阵列；次级开关阵列；以及控制器。所述第一电感器和所述第二电感器各自具有耦接到变压器次级线圈的驱动端子。所述初级开关阵列在所述变压器初级线圈上提供正向电压脉冲和反向电压脉冲。所述次级开关阵列将所述第一电感器的驱动端子选择性地耦接到所述蓄能电容器的充电端子或耦接到所述第二电压输出端子。所述控制器在睡眠模式期间至少暂时暂停所述初级开关阵列的操作，并且使用所述蓄能电容器维持所述第一电压输出端子处的电压。

Current multiplier DC-DC converter

The utility model relates to a current multiplying DC \u2011 DC converter. The utility model relates to a current multiplying DC \u2011 DC converter with an effective sleep mode. Exemplary embodiments include: a transformer; a first inductor and a second inductor, the first inductor and the second inductor are coupled together at the first voltage output terminal; an energy storage capacitor, the energy storage capacitor is coupled to the second output voltage terminal; a primary on-off array; a secondary switch array; and a controller. The first inductor and the second inductor each have a drive terminal coupled to a transformer secondary coil. The primary switch array provides a forward voltage pulse and a reverse voltage pulse on the primary coil of the transformer. The secondary switch array selectively couples the driving terminal of the first inductor to the charging terminal of the energy storage capacitor or to the second voltage output terminal. The controller at least temporarily pauses the operation of the primary switch array during sleep mode, and uses the energy storage capacitor to maintain the voltage at the first voltage output terminal.

【技术实现步骤摘要】
电流倍增DC-DC转换器
本公开整体涉及电压转换器，并更具体地讲，涉及具有有效睡眠模式的电流倍增DC-DC转换器。
技术介绍
功率转换器提供在不同形式的电功率之间进行转换的能力，包括从据称48V的直流(DC)电压到适于集成电子器件的DC电压，例如1.8V。各种功率转换器设计是已知的并被使用，包括图1A中所示的“电流倍增器”设计，其提供具有相对高的操作效率的经济实施方式。图1A的设计包括呈半桥形式的初级开关阵列101，其交替地闭合(“接通”)n沟道功率MOSFETP1和P2，以将输入DC电压Vin转换成跨变压器初级线圈的交流电压Vp。电容器C1和电容器C2提供电荷存储并关闭通过变压器初级线圈的电流路径。(寄生电感Lm和寄生电感Lp在这里被示为分别表示变压器芯的磁化电感和漏电感，并且为了设计评估目的包括在这里。然而，关于本文以下公开的技术实施方案，能够设想，这些电感值可以经由定制变压器设计而有意地调整和/或用离散电感器增强以扩展操作范围并改善转换器的效率性能特性。)变压器T是降压变压器，这意味着变压器次级线圈中的电流是变压器初级线圈中的电流的放大版本，即使在次级电压Vs被减小了相同倍数时也是如此。次级电流方向响应于初级电压Vp的交替而交替。在次级开关阵列中，n沟道功率MOSFETS1和MOSFETS2默认“接通”，从而将电感器Ls1和Ls2的驱动端子连接到地并由此使得通过电感器的任何持续电流能够经由电感器和输出电容器的公共连接端子继续对输出电容器Co充电。当次级电压Vs为正时，晶体管S1打开(“关断”)，使得Vs能够使通过电感器Ls1的驱动端子的电流升压。类似地，当Vs为负时，晶体管S2打开，使得通过电感器Ls2的驱动端子的电流升压。通过电感器Ls1和电感器Ls2的电流能够由此交替地升压，从而将输出电容器充电到输出电压Vout(Voutp与Voutn之间的差值)。电流传感器生成电流感测信号Is1和Is2，它们分别指示通过电感器Ls1和电感器Ls2的电流。该设计包括控制器102，该控制器生成开关控制信号PWM_P1、PWM_P2、PWM_S1、PWM_S2，它们可以具有数字逻辑电平。栅极驱动器104分别将开关控制信号PWM_P1、PWM_P2转换成晶体管P1和晶体管P2的栅极信号，并且栅极驱动器106分别将开关控制信号PWM_S1、PWM_S2转换成晶体管S1和晶体管S2的栅极信号。(晶体管可能需要栅极电压远远超过数字逻辑电平。)控制器102响应于Vin、Vout(或如图所示，Voutp和Voutn)、Is1和Is2的测量而生成开关控制信号。控制器包括脉冲宽度调制(PWM)信号发生器107，其以固定频率生成PWM_P1和PWM_P2开关控制信号的交替脉冲，但是根据需要调整脉冲的宽度来调节输出DC电压Vout。(然而，应注意，脉冲宽度被限制为周期的至多50％，因为P1和P2不允许被同时闭合。)因为电流感测信号Is1和电流感测信号Is2表示已路由到输出电容器的电感器存储的能量，所以发生器107可以采用它们来增加反馈回路的稳定性和鲁棒性。当PWM_P1和PWM_P2分别被断言时，反相器108致使PWM_S1和PWM_S2开关控制信号解除断言，使得施加到变压器初级线圈的能量分别适当地输送到电感器Ls1或电感器Ls2。延迟元件Ds将来自PWM_P1和PWM_P2的转变的小延迟引入到PWM_S1和PWM_S2的转变。(根据设计，延迟元件Ds可能仅使向上转变、向下转变或两种类型的转变延迟。)如果正确地设定(例如，通过自适应训练)，那么延迟元件实现晶体管S1和S2的软切换(例如，零电压切换(ZVS)或零电流切换(ZCS))，从而减少转换器中的切换相关的功率损耗。软切换技术是本领域的技术人员所熟知的，并且这里不需要详细地讨论。图1B示出了电流倍增器设计，其包括呈全桥形式的初级开关阵列111，以将输入电压Vin从DC电压转换成交流电压Vp。图1A的电容器C1、电容器C2由n沟道功率MOSFETP3、MOSFETP0代替。晶体管P1和晶体管P0闭合在一起以提供通过变压器初级线圈的正向电流流动路径，并且在交替时间，晶体管P2和晶体管P3闭合在一起以提供通过初级线圈的反向电流流动路径。栅极驱动器114将开关控制信号转换成晶体管P0至晶体管P3的栅极信号，任选地包括相移(即，延迟元件)，以提供这些晶体管的软切换并由此进一步减少转换器中的切换相关的功率损耗。转换器的次级级保持相同。在半桥电流倍增器设计和全桥电流倍增器设计中，电感器电流交替地升压，并且升压速率受到50％最大脉冲宽度限制。这种特性限制转换器对负载瞬态的响应性。此外，在可发生反向功率传送条件的系统中(例如，负载释放瞬态或快速控制斜降)，晶体管S1和晶体管S2可能必须维持升高电压，从而需要使用更昂贵并且可能效率更低的部件。期望的是，在不折损电流倍增器设计的效率和经济优势的情况下解决这些缺点。
技术实现思路
为了解决现有电流倍增器设计的睡眠模式低效问题，本文中公开了具有有效睡眠模式的电流倍增DC-DC转换器。根据本申请的一个方面，提供了一种电流倍增DC-DC转换器，其特征在于包括：变压器，所述变压器具有初级线圈和次级线圈；第一电感器和第二电感器，该第一电感器和该第二电感器在第一电压输出端子处耦接在一起，该第一电感器和该第二电感器各自具有耦接到变压器的次级线圈的相应端子的驱动端子；蓄能电容器，该蓄能电容器耦接到第二电压输出端子，该蓄能电容器具有充电端子；初级开关阵列，该初级开关阵列操作以将输入电压转换成变压器的初级线圈上的正向电压脉冲和反向电压脉冲；次级开关阵列，该次级开关阵列将第一电感器的驱动端子选择性地耦接到充电端子或第二电压输出端子；以及控制器，所述控制器在睡眠模式期间至少暂时暂停初级开关阵列的操作，致使蓄能电容器维持第一电压输出端子处的电压。在一个实施方案中，该电流倍增DC-DC转换器的特征在于，次级开关阵列还将第二电感器的驱动端子选择性地耦接到充电端子或第二电压输出端子。在一个实施方案中，该电流倍增DC-DC转换器的特征在于，次级开关阵列包括耦接到第一电感器的驱动端子的第一组开关和耦接到第二电感器的驱动端子的第二组开关，其中在睡眠模式期间，控制器至少暂时暂停第二组开关的操作，而继续驱动第一组开关的操作。在一个实施方案中，该电流倍频DC-DC转换器的特征在于，在睡眠模式期间，控制器周期性地驱动初级开关阵列和第二组开关的操作以对蓄能电容器再充电。在一个实施方案中，该电流倍频DC-DC转换器的特征在于，次级开关阵列包括耦接到第一电感器的驱动端子的第一组开关和耦接到第二电感器的驱动端子的第二组开关，其中在睡眠模式期间，控制器暂停第二组开关的操作，而继续驱动第一组开关的操作，并且其中该转换器还包括辅助转换器，该辅助转换器在睡眠模式期间周期性地对蓄能电容器再充电。在一个实施方案中，该电流倍增DC-DC转换器的特征在于，在睡眠模式期间，控制器暂停次级开关阵列的操作，其中该转换器还包括第一辅助转换器，该第一辅助转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电流倍增DC-DC转换器，其特征在于，包括：/n变压器，所述变压器具有初级线圈和次级线圈；/n第一电感器和第二电感器，所述第一电感器和所述第二电感器在第一电压输出端子处耦接在一起，所述第一电感器和所述第二电感器各自具有耦接到所述变压器的次级线圈的相应端子的驱动端子；/n蓄能电容器，所述蓄能电容器耦接到第二电压输出端子，所述蓄能电容器具有充电端子；/n初级开关阵列，所述初级开关阵列操作以将输入电压转换成所述变压器的初级线圈上的正向电压脉冲和反向电压脉冲；/n次级开关阵列，所述次级开关阵列将所述第一电感器的驱动端子选择性地耦接到所述充电端子或所述第二电压输出端子；以及/n控制器，所述控制器在睡眠模式期间至少暂时暂停所述初级开关阵列的操作，致使所述蓄能电容器维持所述第一电压输出端子处的电压。/n

【技术特征摘要】
20180329 US 15/940,3621.一种电流倍增DC-DC转换器，其特征在于，包括：
变压器，所述变压器具有初级线圈和次级线圈；
第一电感器和第二电感器，所述第一电感器和所述第二电感器在第一电压输出端子处耦接在一起，所述第一电感器和所述第二电感器各自具有耦接到所述变压器的次级线圈的相应端子的驱动端子；
蓄能电容器，所述蓄能电容器耦接到第二电压输出端子，所述蓄能电容器具有充电端子；
初级开关阵列，所述初级开关阵列操作以将输入电压转换成所述变压器的初级线圈上的正向电压脉冲和反向电压脉冲；
次级开关阵列，所述次级开关阵列将所述第一电感器的驱动端子选择性地耦接到所述充电端子或所述第二电压输出端子；以及
控制器，所述控制器在睡眠模式期间至少暂时暂停所述初级开关阵列的操作，致使所述蓄能电容器维持所述第一电压输出端子处的电压。


2.根据权利要求1所述的电流倍增DC-DC转换器，其特征在于，所述次级开关阵列还将所述第二电感器的驱动端子选择性地耦接到所述充电端子或所述第二电压输出端子。


3.根据权利要求2所述的电流倍增DC-DC转换器，其特征在于，所述次级开关阵列包括耦接到所述第一电感器的驱动端子的第一组开关和耦接到所述第二电感器的驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，M·A·斯坦普莱顿，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国;US