开关电容功率转换器制造技术

本发明专利技术涉及一种开关电容功率转换器，包括串联连接在系统地和输入电压总线之间的多个开关，其中，位于所述输入电压总线和所述开关电容功率转换器的输出端之间、且与所述输出端相邻的高压侧开关被配置为隔离开关，包括两个背对背连接的二极管和体端子，所述体端子被配置为电压电位可调整。通过上述方式，能够提高开关电容功率转换器的功率转换效率。开关电容功率转换器的功率转换效率。开关电容功率转换器的功率转换效率。

【技术实现步骤摘要】
开关电容功率转换器
[0001]优先权主张和交叉引用
[0002]本申请主张2020年10月28日提交的标题为“开关电容功率转换器的栅极驱动设备和控制方法”的美国临时申请号63/106,730的权益，该申请由此以引用的方式并入到本文。


[0003]本专利技术涉及栅极驱动设备
，特别是涉及一种开关电容功率转换器的栅极驱动设备和控制方法。

技术介绍

[0004]随着技术进一步发展，诸如移动电话、平板PC、数码相机、MP3播放器和/或类似装置的各种便携式装置变得普及。每个便携式装置可采用多个可充电电池单元。多个可充电电池单元可串联或并联连接，以便形成用于存储电能的可充电电池组。
[0005]随着功耗变得越来越重要，可能需要缩短给电池充电的时间长度。快速充电一跃成为满足消费者不断变化的需求的一种切实可行的解决方案。在快速充电系统中，采用开关电容功率转换器来将高电流递送到电池，同时使输入电流(例如，USB电缆电流)保持较低。开关电容功率转换器具有诸如无需外接电感单片集成转换器、功率转换效率高等的各种优点。开关电容功率转换器能够实现大容量电池的安全、快速充电。
[0006]开关电容功率转换器包括串联连接在输入电源和地之间的多个开关。未接地的开关通常称为高压侧开关，并且接地的开关通常称为低压侧开关。分别采用低压侧驱动电路和多个高压侧驱动电路来控制低压侧开关和高压侧开关的栅极。从经过调节的偏置电压源提供低压侧驱动电路的偏置电源。高压侧驱动电路可能需要高于输入电源的电压的栅极电压。
专利技术内容
[0007]本专利技术实施例旨在提供一种开关电容功率转换器的栅极驱动设备和控制方法，能够提高开关电容功率转换器的功率转换效率。
[0008]为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种设备，包括：
[0009]串联连接的第一栅极驱动晶体管和第二栅极驱动晶体管，所述第一栅极驱动晶体管和所述第二栅极驱动晶体管的公共节点连接到电源开关的栅极，所述第二栅极驱动晶体管被配置为体端子与电源开关的体端子相连的独立体端子开关；
[0010]连接在所述电源开关的体端子与源极之间的第一辅助晶体管；
[0011]耦合在所述电源开关的栅极和系统地之间的第二辅助晶体管；以及
[0012]耦合在逻辑控制地和所述系统地之间的第三辅助晶体管，其中，所述第二辅助晶体管和所述第三辅助晶体管被配置成响应于所述设备的关断，以将所述电源开关的栅极和所述逻辑控制地下拉至所述系统地。
[0013]在一种可选的方式中，若接收到禁用信号或检测到故障，则关断所述设备。
[0014]在一种可选的方式中，所述电源开关为包括两个二极管的隔离开关；
[0015]其中，第一个二极管位于所述电源开关的体端子与源极之间，第二个二极管位于所述电源开关的体端子与漏极之间，并且，所述两个二极管背对背连接。
[0016]在一种可选的方式中，所述设备还包括：
[0017]耦合在所述电源开关的源极和所述逻辑控制地之间的第四辅助晶体管；
[0018]其中，所述第四辅助晶体管响应于所述设备的关断而关断，以将所述电源开关的源极与所述逻辑控制地隔开。
[0019]在一种可选的方式中，所述第一辅助晶体管响应于所述电源开关的关断而关断，以将所述电源开关的体端子与所述电源开关的源极隔开。
[0020]在一种可选的方式中，所述设备还包括：
[0021]连接在所述体端子和所述系统地之间的第五辅助晶体管；
[0022]其中，所述第五辅助晶体管响应于所述设备的关断而接通，以将所述电源开关的体端子下拉至所述系统地。
[0023]在一种可选的方式中，所述电源开关是开关电容功率转换器的第三开关；
[0024]所述电源开关连接在所述开关电容功率转换器的输出端子和飞跨电容之间。
[0025]在一种可选的方式中，所述开关电容功率转换器包括：
[0026]串联连接在所述系统地和输入电压总线之间的第一开关、第二开关、所述第三开关和第四开关；以及
[0027]连接在所述第一开关和所述第二开关的公共节点与所述第三开关和所述第四开关的公共节点之间的所述飞跨电容。
[0028]第二方面，本专利技术提供一种用于控制驱动器的方法，所述驱动器用于生成电源开关的栅极驱动信号，所述方法包括：
[0029]在启用所述驱动器之后，将所述电源开关的源极连接到所述驱动器的逻辑控制地，并将所述电源开关的体端子连接到所述电源开关的源极；以及
[0030]在禁用所述驱动器之后，将所述电源开关的源极与所述驱动器的逻辑控制地断开连接，并将所述电源开关的体端子与所述电源开关的源极断开连接。
[0031]在一种可选的方式中，所述方法还包括：
[0032]在启用所述驱动器之后，将所述驱动器的电源电压总线连接到输入电压总线；以及
[0033]在禁用所述驱动器之后，将所述驱动器的电源电压总线与所述输入电压总线断开连接。
[0034]在一种可选的方式中，所述方法还包括：
[0035]在禁用所述驱动器之后，将所述电源开关的体端子、所述电源开关的栅极和所述逻辑控制地均连接到系统地。
[0036]在一种可选的方式中，所述电源开关是开关电容功率转换器的第三开关，所述开关电容功率转换器包括：
[0037]串联连接在系统地和输入电压总线之间的第一开关、第二开关、所述第三开关和第四开关；以及
[0038]连接在所述第一开关和所述第二开关的公共节点与所述第三开关和所述第四开
关的公共节点之间的飞跨电容。
[0039]在一种可选的方式中，所述方法还包括：
[0040]在禁用所述驱动器之后，激活第一电压钳位电路以限制横跨所述电源开关的漏极和所述体端子的电压，并激活第二电压钳位电路以限制横跨所述驱动器的两个电源总线的电压。
[0041]在一种可选的方式中，所述方法还包括：
[0042]若检测到故障或接收到禁用信号，则禁用所述驱动器。
[0043]第三方面，本专利技术提供一种系统，包括：
[0044]开关电容功率转换器；以及
[0045]配置成驱动所述开关电容功率转换器的第三开关的驱动器，其中，所述驱动器包括：
[0046]串联连接的第一栅极驱动晶体管和第二栅极驱动晶体管；
[0047]所述第一栅极驱动晶体管和所述第二栅极驱动晶体管的公共节点连接到所述第三开关的栅极，所述第二栅极驱动晶体管被配置为体端子与电源开关的体端子相连的独立体端子开关；
[0048]连接在所述第三开关的体端子与源极之间的第一辅助晶体管；
[0049]耦合在所述第三开关的栅极和系统地之间的第二辅助晶体管；以及
[0050]耦合在逻辑控制地和所述系统地之间的第三辅助晶体管，其中，所述第二辅助晶体管和所述第三辅助晶体管被配置成响应于所述设备的关断，以将所述电源开关的栅极和所述逻辑控制地下拉至所述系统地。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关电容功率转换器，包括：串联连接在系统地和输入电压总线之间的多个开关，其中，位于所述输入电压总线和所述开关电容功率转换器的输出端之间、且与所述输出端相邻的高压侧开关被配置为隔离开关，包括两个背对背连接的二极管和体端子，所述体端子被配置为电压电位可调整。2.根据权利要求1所述的开关电容功率转换器，其特征在于，所述多个开关包括依次连接的第一开关、第二开关和第三开关，其中，所述第三开关为所述高压侧开关，所述第一开关和所述第二开关位于所述输出端和所述系统地之间，所述第二开关和所述第三开关的公共节点被配置为所述开关电容功率转换器的输出端，所述第三开关具有连接到所述输出端的第一端子，以及耦合到所述输入电压总线的第二端子；所述开关电容功率转换器还包括：飞跨电容，所述飞跨电容连接在所述第一开关和所述第二开关的公共节点与所述第三开关的第二端子之间。3.根据权利要求2所述的开关电容功率转换器，其特征在于，所述多个开关还包括：第四开关；所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关和所述第四开关依次串联连接，所述第三开关和所述第四开关位于所述输入电压总线和所述输出端之间；所述飞跨电容连接在所述第一开关和所述第二开关的公共节点与所述第三开关和所述第四开关的公共节点之间。4.根据权利要求1
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3任意一项所述的开关电容功率转换器，其特征在于，所述体端子被配置为：连接到所述系统地，或者连接到所述高压侧开关的源极。5.根据权利要求1
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3任意一项所述的开关电容功率转换器，其特征在于，所述两个背对背连接的二极管中，第一个二极管位于所述高压侧开关的体端子与源极之间，第二个二极管位于所述高压侧开关的体端子与漏极之间。6.根据权利要求5所述的开关电容功率转换器，其特征在于，第一个二极管的阴极连接到所述高压侧开关的源极；第一个二极管的阳极连接到所述高压侧开关的体端子；第二个二极管的阴极连接到所述高压侧开关的漏极；和第二个二极管的阳极连接到所述高压侧开关的体端子。7.根据权利要求1
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3任意一项所述的开关电容功率转换器，其特征在于，所述开关电容功率转换器还包括体控制电路，所述高压侧开关的体端子连接所述体控制电路；其中，所述体控制电路被配置成当所述开关电容功率转换器处于关闭状态时，将所述高压侧开关的体端子下拉至地；和/或，当所述开关电容功率转换器准备好接通时，将所述高压侧开关的体端子通过开关连接到所述高压侧开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖苏明，郭仲贤，
申请(专利权)人：希荻微电子国际有限公司，
类型：发明
国别省市：