具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑及基于其的电源转换结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑，包括通过导线依次串联并接至输入电源两端的数量至少为k个的转换开关电容器以及一个输出开关电容器，当变压比N为偶数时，k＝N/2；当变压比N为非偶数时，k为大于N/2的最小整数；输出开关电容器的下端接地，输出开关电容器的两端连接有输出接口；还包括数量为k的开关谐振腔转换器，当变压比N为偶数时，k＝N/2；当变压比N为非偶数时，k为大于N/2的最小整数。本实用新型专利技术还公开了两种及基于其的电源转换结构。新型还公开了两种及基于其的电源转换结构。新型还公开了两种及基于其的电源转换结构。

【技术实现步骤摘要】
具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑及基于其的电源转换结构


[0001]本技术涉及一种电源转换结构，更具体地，涉及一种用于分布式电源系统和通用负载点应用的具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑及基于其的电源转换结构。

技术介绍

[0002]在数据中心和电动汽车中，越来越需要从分布式电源系统到负载点应用的更高效的电源转换拓扑。一种现有的实现上述功能的变压电路，如图1所示，包括谐振腔、开关、控制逻辑和一个或多个非谐振电容器。生成两组或多组控制信号输入的控制逻辑，这些控制信号输入应用于开关的输入，从而对于每组控制信号形成一个或多个子电路回路，并且其中一个或多个子电路回路用于第一组控制信号不同于第二组控制信号的一个或多个子电路回路，每个子电路回路包括一个或多个谐振回路，以及至少一个子电路回路包括一个非谐振电容器。但是这种变压器结构复杂，制造成本高。

技术实现思路

[0003]本技术所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、制造成本低的具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑。
[0004]为解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案为：具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑，包括通过导线依次串联并接至输入电源两端的数量至少为k个的转换开关电容器以及一个输出开关电容器，当变压比N为偶数时，k＝N/2；当变压比N为非偶数时，k为大于N/2的最小整数；输出开关电容器的下端接地，输出开关电容器的两端连接有输出接口；还包括数量为k的开关谐振腔转换器，当变压比N为偶数时，k＝N/2；当变压比N为非偶数时，k为大于N/2的最小整数；
[0005]开关谐振腔转换器包括输入组件、输出组件、以及连接两者的连接组件，输入组件包括通过导线串联的第一MOSFET开关和第二MOSFET开关，输出组件包括通过导线串联的第三MOSFET开关和第四MOSFET开关，连接组件包括通过导线串联的谐振电容和谐振电感，连接组件靠近谐振电容的一端连接在第一MOSFET开关和第二MOSFET开关之间的导线上，连接组件另一端连接在第三MOSFET开关和第四MOSFET开关之间的导线上；第一MOSFET开关和第三MOSFET开关上分别设有第一信号输入端；第二MOSFET开关、和第四MOSFET开关上分别设有第二信号输入端；第一MOSFET开关和第四MOSFET以相同的时间开启和关闭，第二MOSFET开关和第三MOSFET以相同的时间开启和关闭；且开关谐振腔转换器的品质因素Q满足：0.1≤Q≤10；
[0006]开关谐振腔转换器的输入组件的第一MOSFET开关和第二MOSFET开关分别连接在相对应的各个转换开关电容器的两端，开关谐振腔转换器的输出组件的第四MOSFET开关连接在输出开关电容器的下端，开关谐振腔转换器的输出组件的第三MOSFET开关连接在输出
开关电容器的上端或该开关谐振腔转换器对应的转换开关电容器靠近输出开关电容器一侧的任意其余转换开关电容器的上端。
[0007]作为一种优选的方案，所述开关谐振腔转换器中在各个开关事件之间存在死区时间，即第一信号输入端和第二信号输入端都关闭，且第一MOSFET开关、第二MOSFET开关、第三MOSFET开关和第四MOSFET开关都处于打开状态的时间。
[0008]作为一种优选的方案，所述第一MOSFET开关、第二MOSFET开关、第三MOSFET开关和第四MOSFET开关都为零电流开关。
[0009]作为一种优选的方案，所述转换开关电容器的电容值比谐振电容的电容值高一个数量级。
[0010]作为一种优选的方案，所述输出开关电容器的电容值比谐振电容的电容值高一个数量级。
[0011]本技术所要解决的另一个技术问题是：提供一种结构简单、制造成本低的电源转换拓扑。
[0012]为解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案为：一种电源转换结构，包括至少两个并联设置的如上任意项所述的具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑。
[0013]为解决上述技术问题，本技术所采用的另一个技术方案为：一种电源转换结构，包括串联的至少两个变压组件，每个变压组件包括一个或两个以上并联设置的如上任意项所述的具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑。
[0014]为解决上述技术问题，本技术所采用的另一个技术方案为：一种电源转换结构，包含串联在一起的电源转换组件以及负载点转换组件，电源转换组件包括并联设置的多个如上任意项所述的具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑，负载点转换组件包括并联设置的若干负载点转换器。
[0015]本技术的有益效果是：该电源转换拓扑是基于电路承载结构构建的，例如印刷电路板、硅基板或任何其他电路承载结构。本电源转换拓扑可以广泛适用于不需要电流隔离的高比率DC
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DC总线转换。例如，数据中心、电动汽车、机器人和安防系统。与现有技术解决方案相比，它的优势在于用更少的器件，通过谐振转换器和转换开关电容之间不同的组合方式，实现所需要的电压转换比例。同时由于电子器件的总量减少，BoM的成本将显著降低，更有利于产品的大规模量产。
[0016]该电源转换拓扑中的每个单独的能量转换子电路回路都有一个感性阻抗，并且由于感性阻抗的di/dt限制，飞跨电容器在正常操作期间被软充电和放电。这克服了传统SCC(开关电容转换器)的固有弱点，其中会产生大的浪涌电流，瞬间导致电荷重新分配损耗，并导致高开关损耗和高RMS电流损耗。当该电源转换拓扑的开关在关断状态期间钳位其漏源电压(Vds)时，谐振电感器和开关结电容器之间的寄生振铃将被消除，从而降低每个开关上的应力。此外，受益于谐振腔的谐振操作，可以实现零电流开关的方式控制该电源转换拓扑的开关，从而导致非常低或可忽略不计的开关损耗和非常高的效率，相对于没有零电流开关。实现了更便宜和紧凑的解决方案，并提供了简单性、模块化和可扩展性。
[0017]由于电源转换结构包含串联在一起的电源转换组件以及负载点转换组件，电源转换组件包括并联设置的多个具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转
换拓扑，负载点转换组件包括并联设置的若干负载点转换器；实现对微处理器(CPU、GPU、ASIC等)核心轨、内存轨等采用了两阶段转换的方式。第一级总线转换器使用SCTC将输入48V总线降压到中间总线12V。之后单相或多相PoL用于第二级负载点功率转换。
附图说明
[0018]图1是双变压器电源设计框图
[0019]图2是开关谐振腔转换器示意图
[0020]图3为4
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1电源转换拓扑图
[0021]图4为图3中电源转换拓扑图的开关控制输入信号的时序图和电路的电流波形
[0022]图5为8
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1电源转换拓扑图
[0023]图6为另一种8
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1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有全波输出整流的多相开关电容谐振腔转换电路的电源转换拓扑，其特征在于：包括通过导线依次串联并接至输入电源两端的数量至少为k个的转换开关电容器以及一个输出开关电容器，当变压比N为偶数时，k＝N/2；当变压比N为非偶数时，k为大于N/2的最小整数；输出开关电容器的下端接地，输出开关电容器的两端连接有输出接口；还包括数量为k的开关谐振腔转换器，当变压比N为偶数时，k＝N/2；当变压比N为非偶数时，k为大于N/2的最小整数；开关谐振腔转换器包括输入组件、输出组件、以及连接两者的连接组件，输入组件包括通过导线串联的第一MOSFET开关和第二MOSFET开关，输出组件包括通过导线串联的第三MOSFET开关和第四MOSFET开关，连接组件包括通过导线串联的谐振电容和谐振电感，连接组件靠近谐振电容的一端连接在第一MOSFET开关和第二MOSFET开关之间的导线上，连接组件另一端连接在第三MOSFET开关和第四MOSFET开关之间的导线上；第一MOSFET开关和第三MOSFET开关上分别设有第一信号输入端；第二MOSFET开关、和第四MOSFET开关上分别设有第二信号输入端；第一MOSFET开关和第四MOSFET以相同的时间开启和关闭，第二MOSFET开关和第三MOSFET以相同的时间开启和关闭；且开关谐振腔转换器的品质因素Q满足：0.1≤Q≤10；开关谐振腔转换器的输入组件的第一MOSFET开关和第二MOSFET开关分别连接在相对应的各个转换开关电容器的两端，开关谐振腔转换器的输出组件的第四MOSFET开关连接在输出开关电容器的下端，开关谐振腔转换器的输出组件的第三MOSFET开关连接在输出开关电容器的上端或该开关谐振腔转换器对应的转换开关电容器靠近输出开关电容器一侧的任意其余转换开关电容器的上端。2.如权利要求1所述的具有全波...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晖，陈屹然，
申请(专利权)人：南京能利芯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：