共享自举电容器系统和方法技术方案

一种系统，包括开关电容器功率转换器，该开关电容器功率转换器包括：第一支路，包括四个串联连接的开关；第二支路，包括四个串联连接的开关；以及共享自举电容器，被配置为向第一支路和第二支路的高端开关依次施加偏置功率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】共享自举电容器系统和方法
本公开涉及一种具有共享自举电容器的功率转换器，并且在特定实施例中，涉及一种在开关电容器功率转换器中采用的共享自举电容器。
技术介绍
随着技术的进一步发展，诸如移动电话、平板电脑、数码相机、MP3播放器等各种电子设备已经变得流行。每个电子设备都需要处于基本恒定的电压的直流电，即使电子设备汲取的电流可能在很宽的范围内变化，该直流电也可以在指定的公差内调节。为了将电压维持在指定的公差内，耦合到电子设备的功率转换器(例如，开关dc/dc转换器)能够提供非常快速的瞬态响应，同时在各种负载瞬态下保持稳定的输出电压。许多功率转换器(例如，开关dc/dc转换器)包括两个串联在输入电源和地之间的n型开关(例如，功率MOSFET)。连接到输入电源的开关通常被称为高端开关，接地的开关通常被称为低端开关。低端驱动电路和高端驱动电路分别用于控制低端开关和高端开关的栅极。低端驱动电路的偏置功率由稳定的偏置电压提供。为了接通高端开关(例如，n型高端开关)，高端驱动电路可能需要高于输入电源的电压的栅极电压。自举电路可以产生高于输入电源的电压的栅极电压。自举电路包括开关、自举电容器和自举二极管。开关可以被实现为低端开关。自举二极管连接在偏置电源和自举电容器的正极端之间。更特别地，自举二极管的阳极连接到偏置电源，而自举二极管的阴极连接到自举电容器。自举电容器的负极端连接到高端开关和低端开关的公共节点。在操作中，当低端开关接通之后，偏置电源通过由自举二极管和低端开关形成的导电通道为自举电容器充电。在低端开关关断并且高端开关接通之后，自举电容器的负极端被上拉至输入电源的电压。自举二极管变为反向偏置，自举电容器用作浮动电源，用于驱动高端开关。更具体地，等于输入电源的电压加上偏置电源的电压的电压被用于驱动高端开关的栅极。随着功率电子技术的发展，多电平功率转换器已经出现作为进一步减小半导体器件的电压应力的有效替代方案。在多电平功率转换器(例如，开关电容器功率转换器)中，可以存在串联连接的多个高端开关。每个高端开关都需要一个高端驱动器。为了产生足以驱动相应的高端开关的电压，每个高端驱动器都需要一个自举电容器。这样，多电平功率转换器可能需要多个自举电容器。多个自举电容器通常被实现为外部分立电容器。在诸如蜂窝电话应用之类的具有空间限制的应用中，期望具有能够在各种操作条件下驱动多个高端开关的共享自举电容器。
技术实现思路
通过本公开的优选实施例，通常可以解决或避免了这些和其他问题，并且总体上实现了技术优点，其提供了一种用于改善开关电容器功率转换器系统的性能的共享自举电容器。根据一个实施例，一种装置包括第一高端栅极驱动器，第二高端栅极驱动器和自举电容器。第一高端栅极驱动器被配置为驱动第一高端开关。第二高端栅极驱动器被配置为驱动第二高端开关。自举电容器被配置为分别通过第一组隔离开关和第二组隔离开关为第一高端栅极驱动器和第二高端栅极驱动器提供偏置功率。自举电容器的第一端通过第一隔离开关连接到第一高端栅极驱动器的第一偏置功率输入。自举电容器的第二端通过第二隔离开关连接到第一高端栅极驱动器的第二偏置功率输入。第一隔离开关包括彼此背对背连接的第一p型晶体管和第二p型晶体管。第二隔离开关包括彼此背对背连接的第一n型晶体管和第二n型晶体管。可替代地，自举电容器的第一端通过两个背对背连接的第一晶体管和两个背对背连接的第一二极管连接到第一高端栅极驱动器的第一偏置功率输入。两个背对背连接的第一晶体管和两个背对背连接的第一二极管并联连接。自举电容器的第二端通过两个背对背连接的第二晶体管和两个背对背连接的第二二极管连接到第一高端栅极驱动器的第二偏置功率输入。两个背对背连接的第二晶体管和两个背对背连接的第二二极管并联连接。根据另一实施例，一种方法包括：通过接通自举电容器与第一高端驱动器之间的第一隔离开关，将自举电容器连接到第一高端驱动器。该方法还包括：接通第一高端开关，并在接通第一高端开关之后，通过关断第一隔离开关，将自举电容器与第一高端驱动器断开连接。该方法进一步包括通过接通自举电容器和第二高端驱动器之间的第二隔离开关，将自举电容器连接到第二高端驱动器，接通第二高端开关，并在接通第二高端开关之后，通过关断第二隔离开关，将自举电容器与第二高端驱动器断开连接。该方法还包括：通过接通偏置电压源和自举电容器之间的开关为自举电容器充电，并在第一高端开关和第二高端开关都完全接通之后为自举电容器充电。自举电容器由开关电容器功率转换器的多个高端开关共享。将自举电容器顺序地连接到开关电容器功率转换器的多个高端开关。根据又一个实施例，一种系统，包括开关电容器功率转换器，该开关电容器功率转换器包括：第一支路，其包括四个串联连接的开关；第二支路，其包括四个串联连接的开关；以及共享自举电容器，被配置为向第一支路和第二支路的高端开关依次施加偏置功率。第一支路包括串联连接在电源和地之间的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关。第二支路包括串联连接在电源和地之间的第五开关、第六开关、第七开关和第八开关。第一电容器连接在第一开关和第二开关的公共节点与第三开关和第四开关的公共节点之间。第二电容器连接在第五开关和第六开关的公共节点与第七开关和第八开关的公共节点之间。第一驱动器被配置为驱动第一开关，并且其中共享自举电容器通过第一隔离开关和第二隔离开关连接到第一驱动器。第一隔离开关和第二隔离开关被配置为在接通第一开关之前同时接通。共享自举电容器通过第一偏置开关和第二偏置开关连接到偏置电源。第一偏置开关和第二偏置开关被配置为在第一开关接通之后接通。第一偏置开关、第二偏置开关和第一开关被配置为同时关断。本公开的实施例的优点是在开关电容器功率转换器中采用共享自举电容器，从而提高开关电容器功率转换器的效率、可靠性和成本。前述内容已经相当广泛地概述了本公开的特征和技术优点，以便可以更好地理解以下本公开的详细描述。在下文中将描述形成本公开的权利要求的主题的本公开的附加特征和优点。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和特定实施例可以容易地用作修改或设计用于实现本公开的相同目的的其他结构或过程的基础。本领域技术人员还应该认识到，这样的等同构造不脱离所附权利要求书中阐述的本公开的精神和范围。附图说明为了更完整地理解本公开及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，其中：图1示出了根据本公开的各种实施例的共享自举电容器功率转换器系统的框图。图2示出了根据本公开的各种实施例的图1所示的功率转换器的第一实施方式的示意图。图3示出了根据本公开的各种实施例的共享自举电容器和相关的控制电路的示意图。图4示出了根据本公开的各种实施例的应用于共享自举电容器功率转换器系统的控制机制的时序图。图5示出了根据本公开的各种实施例的图1所示的驱动器的第一实施方式的示意图。图6示出了根据本公开的各种实施例的具有共享自举电容器的开关电容器功率转换器的框图。图7示出了根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，包括：/n第一高端栅极驱动器，被配置为驱动第一高端开关；/n第二高端栅极驱动器，被配置为驱动第二高端开关；以及/n自举电容器，被配置为分别通过第一组隔离开关和第二组隔离开关为所述第一高端栅极驱动器和所述第二高端栅极驱动器提供偏置功率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181214 US 62/779,951;20181221 US 62/783,2901.一种装置，包括：
第一高端栅极驱动器，被配置为驱动第一高端开关；
第二高端栅极驱动器，被配置为驱动第二高端开关；以及
自举电容器，被配置为分别通过第一组隔离开关和第二组隔离开关为所述第一高端栅极驱动器和所述第二高端栅极驱动器提供偏置功率。


2.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述自举电容器的第一端通过第一隔离开关连接到所述第一高端栅极驱动器的第一偏置功率输入；以及
所述自举电容器的第二端通过第二隔离开关连接到所述第一高端栅极驱动器的第二偏置功率输入。


3.根据权利要求2所述的装置，其中：
所述第一隔离开关包括彼此背对背连接的第一p型晶体管和第二p型晶体管；以及
所述第二隔离开关包括彼此背对背连接的第一n型晶体管和第二n型晶体管。


4.根据权利要求2或3所述的装置，其中：
第一驱动器被配置为驱动所述第一p型晶体管和所述第一n型晶体管；以及
第二驱动器被配置为驱动所述第二p型晶体管和所述第二n型晶体管，其中所述第一驱动器和所述第二驱动器被配置为接收相同的控制信号。


5.根据权利要求3或4所述的装置，其中：
所述第一驱动器的偏置电压端分别连接到所述第一p型晶体管的源极和所述第一n型晶体管的源极；以及
所述第二驱动器的偏置电压端分别连接到所述第二p型晶体管的源极和所述第二n型晶体管的源极。


6.根据权利要求4或5所述的装置，其中：
所述第一p型晶体管的源极和所述第一n型晶体管的源极直接连接到所述自举电容器；以及
所述第二p型晶体管的源极和所述第二n型晶体管的源极直接连接到所述第一高端栅极驱动器。


7.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述自举电容器的第一端通过两个背对背连接的第一晶体管和两个背对背连接的第一二极管连接到所述第一高端栅极驱动器的第一偏置功率输入，其中两个背对背连接的所述第一晶体管和两个背对背连接的所述第一二极管并联连接；以及
所述自举电容器的第二端通过两个背对背连接的第二晶体管和两个背对背连接的第二二极管连接到所述第一高端栅极驱动器的第二偏置功率输入，其中两个背对背连接的所述第二晶体管和两个背对背连接的所述第二二极管并联连接。


8.根据权利要求7所述的装置，其中：
第一驱动器被配置为驱动两个背对背连接的所述第一晶体管；以及
第二驱动器被配置为驱动两个背对背连接的所述第二晶体管，其中所述第一驱动器和所述第二驱动器被配置为接收相同的控制信号。


9.根据权利要求7或8所述的装置，其中：
所述第一驱动器的偏置端连接到两个背对背连接的所述第一晶体管的公共节点和两个背对背连接的所述第二二极管的公共节点；以及
所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉山，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44