两级电源转换器制造技术

一种两级电源转换器，包含：一谐振切换式电容转换器，用以接收输入电压而产生第一级电压；一电压调节器，用以接收该第一级电压而产生输出电压；及一通信接口及控制电路，用以产生一充电操作信号、至少一放电操作信号与一切换信号，其中该充电操作信号与该至少一放电操作信号用以控制该谐振切换式电容转换器以分别进行一充电程序及至少一放电程序，且该切换信号用以控制该电压调节器，以同步该谐振切换式电容转换器的一谐振频率与该电压调节器的一切换频率；其中该通信接口及控制电路于该至少一放电程序结束后调节一延迟时间，且于该延迟时间结束时点，起始该充电程序。起始该充电程序。起始该充电程序。

【技术实现步骤摘要】
两级电源转换器


[0001]本专利技术涉及一种两级电源转换器，特别涉及一种能够同步切换频率的两级电源转换器。

技术介绍

[0002]图1显示已知的电源转换器。于充电操作中，开关Q1、Q3、Q5、Q8、Q9导通，开关Q2、Q4、Q6、Q7、Q10不导通，使得电容C1串联电感L1于输入电压VIN及输出电压VOUT之间，且电容C2串联电容C3及电感L2于接地电位及输出电压VOUT之间。于放电操作中，开关Q2、Q4、Q6、Q7、Q10导通，开关Q1、Q3、Q5、Q8、Q9不导通，使得电感L1串联电容C1、电容C2于接地电位及输出电压VOUT之间，且电感L2串联电容C3于接地电位及输出电压VOUT之间。此已知的电源转换器的电容需要耐较高的额定电压，例如电容C1的直流偏压是输出电压的3倍Vc1＝3VOUT、电容C2的直流偏压是输出电压的2倍Vc2＝2VOUT、电容C3的直流偏压与输出电压相当Vc3＝VOUT，因为电容的直流偏压相对较高，故此已知电源转换器需要使用具有较大体积的电容。此外，电容的电容值通常会随着直流偏压的上升而降低，当输入电压的范围是在36V及76V之间时，电容C1的直流偏压范围会是在27V及57V之间，由于直流偏压的变化范围较广，故此已知电源转换器的电容值变化相当大，其谐振频率也会随着电容的变化而改变。如此会造成较大的切换电源损耗并且需要复杂的控制来改变电源转换效率。再者，此已知电源转换器的输入电压VIN与输出电压VOUT的电压转换比率仅可为4:1或2:1，并无法进行3:1的电压转换比率。
[0003]有鉴于此，本专利技术即针对上述现有技术的不足，提出一种创新的电源转换器。

技术实现思路

[0004]于一观点中，本专利技术提供一种两级电源转换器，用以将一输入电压转换为一输出电压，包含：一谐振切换式电容转换器(resonant switched
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capacitor converter,RSCC)，用以接收该输入电压，而产生一第一级电压；一电压调节器，用以接收该第一级电压，而产生该输出电压；以及一通信接口及控制电路，用以产生一充电操作信号、至少一放电操作信号与一切换信号，其中该充电操作信号与该至少一放电操作信号用以控制该RSCC，且该切换信号用以控制该电压调节器，以同步该RSCC的一谐振频率与该电压调节器的一切换频率；其中该RSCC包含：多个电容；多个开关，与该多个电容对应耦接，每一该开关根据所对应的该充电操作信号或该放电操作信号，以切换所对应的该电容的电连接关系；至少一充电电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；以及至少一放电电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；其中，该充电操作信号与该至少一放电操作信号，分别各自切换至一导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，以使一充电程序与至少一放电程序彼此不重叠；其中，在该充电程序中，通过该充电操作信号控制该多个开关的切换，使该多个电容与该至少一充电电感彼此串联于该输入电压与该第一级电压之间，以形成一充电路径；其中，在该至少一放电程序中，通过该至少一放电操作信号控制该多个开关的切
换，使每一该电容与对应的该放电电感串联于该第一级电压与一接地电位间，以同时形成或轮流形成多个放电路径；其中，该充电程序与该至少一放电程序彼此重复地交错排序，以将该输入电压转换为该第一级电压；其中该通信接口及控制电路于该至少一放电程序结束后调节一延迟时间，且于该延迟时间结束时点，起始该充电程序，并于该延迟时间中，保持该多个开关不导通。
[0005]于一实施例中，该通信接口及控制电路调整该延迟时间，以调整该RSCC的该谐振频率。
[0006]于一实施例中，上述两级电源转换器可还包含一电源供应单元，用以提供该输入电压。
[0007]于一实施例中，该输出电压用以供应电源给一中央处理单元(center processing unit,CPU)、一图形处理单元(graphic processing unit,GPU)或一记忆单元，且该通信接口及控制电路调整该充电操作信号、该至少一放电操作信号与该切换信号，以调节该输入电压与该第一级电压的比例。
[0008]于一实施例中，该至少一充电电感为单一个充电电感，该至少一放电电感为单一个放电电感。
[0009]于一实施例中，该单一个充电电感的电感值相等于该单一个放电电感的电感值。
[0010]于一实施例中，该至少一充电电感与该至少一放电电感为单一个相同电感。
[0011]于一实施例中，该单一个相同电感为可变电感。
[0012]于一实施例中，该充电程序具有一充电谐振频率，且该至少一放电程序具有一放电谐振频率，且该充电谐振频率与该放电谐振频率相同。
[0013]于一实施例中，该充电程序具有一充电谐振频率，且该至少一放电程序具有一放电谐振频率，且该充电谐振频率与该放电谐振频率不同。
[0014]于一实施例中，调整该充电程序的持续时间，以达到柔性切换(soft switching)的零电压切换。
[0015]于一实施例中，调整该至少一放电程序的持续时间，以达到柔性切换(soft switching)的零电压切换。
[0016]于一实施例中，该谐振切换式电容转换器为双向谐振切换式电容转换器。
[0017]于一实施例中，该谐振切换式电容转换器的该输入电压与该第一级电压的电压转换比率为4:1、3:1或2:1。
[0018]本专利技术的一优点在于本专利技术可调整延迟时间、可调整谐振切换式电容转换器的谐振频率及电压调节器的切换频率，且可降低谐振切换式电容转换器的谐振频率及电压调节器的切换频率以改善低负载时的效率。
[0019]本专利技术的另一优点在于本专利技术可同步谐振切换式电容转换器的谐振频率与电压调节器的切换频率以改善电磁干扰过滤的效能、可使谐振切换式电容转换器达到具有零电流切换(ZCS)或零电压切换(ZVS)的柔性切换以用于高电源效率、可通过设定开关而更具弹性地调变谐振切换式电容转换器的电压转换比率。
[0020]本专利技术的又一优点在于本专利技术可使谐振切换式电容转换器的所有谐振电容具有相同的额定电流及额定电压而能够使用较小体积的电容，且可降低谐振切换式电容转换器的电压应力。
[0021]以下通过具体实施例详加说明，会更容易了解本专利技术的目的、
技术实现思路
、特点及其所实现的功效。
附图说明
[0022]图1为已知的电源转换器。
[0023]图2是根据本专利技术的一实施例显示一两级电源转换器的方块示意图。
[0024]图3是根据本专利技术的另一实施例显示一两级电源转换器的方块示意图。
[0025]图4是根据本专利技术的一实施例显示一两级电源转换器中的谐振切换式电容转换器的电路示意图。
[0026]图5是根据本专利技术的另一实施例显示一两级电源转换器中的谐振切换式电容转换器的电路示意图。
[0027]图6是根据本专利技术的又一实施例显示一两级电源转换器中的谐振切换式电容转换器的电路示意图。
[0028]图7是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两级电源转换器，用以将一输入电压转换为一输出电压，包含：一谐振切换式电容转换器，用以接收该输入电压，而产生一第一级电压；一电压调节器，用以接收该第一级电压，而产生该输出电压；以及一通信接口及控制电路，用以产生一充电操作信号、至少一放电操作信号与一切换信号，其中，该充电操作信号与该至少一放电操作信号用以控制该谐振切换式电容转换器，且该切换信号用以控制该电压调节器，以同步该谐振切换式电容转换器的一谐振频率与该电压调节器的一切换频率；其中，该谐振切换式电容转换器包含：多个电容；多个开关，与该多个电容对应耦接，每一该开关根据所对应的该充电操作信号或该放电操作信号，以切换所对应的该电容的电连接关系；至少一充电电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；以及至少一放电电感，与该多个电容中的至少其中之一对应串联；其中，该充电操作信号与该至少一放电操作信号，分别各自切换至一导通位准一段导通期间，且该多个段导通期间彼此不重叠，以使一充电程序与至少一放电程序彼此不重叠；其中，在该充电程序中，通过该充电操作信号控制该多个开关的切换，使该多个电容与该至少一充电电感彼此串联于该输入电压与该第一级电压之间，以形成一充电路径；其中，在该至少一放电程序中，通过该至少一放电操作信号控制该多个开关的切换，使每一该电容与对应的该放电电感串联于该第一级电压与一接地电位间，以同时形成或轮流形成多个放电路径；其中，该充电程序与该至少一放电程序彼此重复地交错排序，以将该输入电压转换为该第一级电压；其中，该通信接口及控制电路于该至少一放电程序结束后调节一延迟时间，且于该延迟时间结束时点，起始该充电程序，并于该延迟时间中，保持该多个开关不导通。2.如权利要求1所述的两级电源转换器，其中，该通信接口及控制电路调整该延迟时间，以调整该谐振切换...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国基，杨大勇，白忠龙，
申请(专利权)人：立锜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：