一种开关电容变换器制造技术

本申请属于开关电源技术领域，具体涉及一种开关电容变换器，在两个支路之间增加了辅助电路，用于在全部主功率管都关闭的死区时间内，通过辅助电路将一个支路的电荷转移到另外一个支路，实现全部主功率管的零电压开通，降低开关损耗。低开关损耗。低开关损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种开关电容变换器


[0001]本申请属于开关电源
，具体的说是涉及一种开关电容变换器。

技术介绍

[0002]传统的电感型直流
‑
直流变换器，如buck，boost，buck
‑
boost等，广泛应用在5G基站、服务器电源和手机主板等场合，能够实现不同电压之间的转换。然而，由于电感型直流
‑
直流变换器存在较大的开关损耗以及电感损耗，通常转换效率不高。而诸如高能耗的5G通讯以及手机大功率快充等的应用场景，对电感型直流
‑
直流变换器的转换效率要求很高。传统的电感型直流
‑
直流变换器已经无法满足转换效率的要求。
[0003]相较于电感，电容的能量密度更高，所以采用电容实现能量传输的开关电容变换器的转换效率比电感型直流
‑
直流变换器的转换效率高很多，目前被广泛应用在各种高效率要求的场景下。Dickson型开关电容变换器凭借其低等效阻抗的优势被广泛采用。
[0004]如图1所示，是现有的Dickson型4:1开关电容变换器，包括8个功率管(Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7和Q8)、三个电容(C1、C2和C3)、输入电容CIN、输出电容COUT以及输出负载IOUT。在控制上，功率管Q1、Q3、Q5和Q7被同一个控制信号驱动，功率管Q2、Q4、Q6和Q8被同一个控制信号驱动。两个控制信号都是占空比为50％的方波信号，波形上互补。该Dickson型4:1开关电容变换器可以使输出电压VOUT是输入电压VIN的1/4，即VIN＝4*VOUT。而三个电容的电压差分别为VC1＝VOUT，VC2＝2*VOUT，VC3＝3*VOUT。
[0005]现有的Dickson型4:1开关电容变换器虽然没有关断损耗以及电感损耗，但是功率管导通的时候仍然需要克服Cds以及Cgd这两个寄生电容，存在一定的开通损耗。而对于高压小电流应用场景，Cds和Cgd这两个寄生电容的电压差越高，在开通损耗中的占比会更大，限制了4:1Dickson开关电容变换器的转换效率的进一步提高。

技术实现思路

[0006]本申请针对上述问题，提出了一种开关电容变换器，通过增加辅助电路，可以实现所有主功率管的零电压开通，减小开关损耗。进一步，该开关电容变换器可以N:1Dickson开关电容变换器，N为大于或等于3的整数。
[0007]一方面，本申请提供一种开关电容变换器，包括第一支路、第二支路、辅助电路、N个共用功率管和N
‑
1个电容，其中，N为大于或等于3的整数；第一支路包括第一功率管和第二功率管，第二支路包括第三功率管和第四功率管，第二功率管的第一端和第三功率管的第一端连接开关电容变换器的输出端，第二功率管的第二端和第一功率管的第一端通过第一节点连接，第三功率管的第二端和第四功率管的第一端通过第二节点连接，第一功率管的第二端和第四功率管的第二端接地。
[0008]开关电容变换器的输入端通过依次连接的N个共用功率管连接开关电容变换器的输出端，N
‑
1个电容中每个电容分别对应各自的相邻的两个共用功率管，且每个电容连接其对应的相邻的两个共用功率管之间，与N个共用功率管相连的任意相邻的两个电容中，其中
一个电容连接第一节点，另一个电容连接第二节点。
[0009]辅助电路的两端分别连接于第一节点与第二节点，第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管和N个共用功率管为主功率管，辅助电路用于在全部主功率管都关闭的死区时间内，将第一节点和第二节点中其中一个节点的电荷转移到另一个节点，各主功率管两端的电压差变为零，使各主功率管零电压开通。
[0010]在一些实施例中，当N＝4时，N个共用功率管包括第五功率管、第六功率管、第七功率管和第八功率管，N
‑
1个电容包括第一电容、第二电容和第三电容；第八功率管的第一端为开关电容变换器的输入端，与外部输入电压连接，第八功率管的第二端分别与第三电容的第一端和第七功率管的第一端连接；第七功率管的第二端分别与第二电容的第一端和第六功率管的第一端连接；第六功率管的第二端分别与第一电容的第一端和第五功率管的第一端连接；第五功率管的第二端分别与第二功率管的第一端和第三功率管的第一端连接，第五功率管的第二端也连接开关电容变换器的输出端；第一电容的第二端和第三电容的第二端连接第一节点，第二电容的第二端连接第二节点。
[0011]在一些实施例中，当N为大于或等于5的整数时，N个共用功率管包括依次连接的第一共用功率管、第二共用功率管、
…
、第N
‑
3共用功率管、第N
‑
2共用功率管、第N
‑
1共用功率管和第N共用功率管，N
‑
1个电容包括第一电容、第二电容、第三电容、
…
、第N
‑
1电容。
[0012]开关电容变换器的输入端依次通过第N共用功率管、第N
‑
1共用功率管、第N
‑
2共用功率管、第N
‑
3共用功率管、
…
、第二共用功率管和第一共用功率管连接开关电容变换器的输出端。
[0013]第一电容的第一端连接第一共用功率管和第二共用功率管之间，第一电容的第二端连接第一节点，以使得N
‑
1个电容中的M个电容连接第一节点，N
‑
1个电容中的N
‑
M
‑
1个电容连接第二节点，其中，当N为偶数时，M＝N/2，当N为奇数时，M＝(N
‑
1)/2。
[0014]在一些实施例中，当N为偶数时，第N
‑
1电容为第2M
‑
1电容，第2M
‑
1电容的第一端连接在第N
‑
1共用功率管和第N共用功率管之间，第一电容、第三电容、
…
、和第2M
‑
1电容的第二端连接第一节点；当N为奇数时，第N
‑
1电容为第2(N
‑
M
‑
1)电容，第2(N
‑
M
‑
1)电容的第一端连接在第N
‑
1共用功率管和第N共用功率管之间，第二电容、
…
、和第2(N
‑
M
‑
1)电容的第二端连接第二节点。
[0015]在一些实施例中，辅助电路包括第九功率管、第十功率管、第十一功率管、第十二功率管和电感；第九功率管的第一端与第一支路的第一节点连接，第九功率管的第二端分别与第十功率管的第一端和电感的第一端连接，第十功率管的第二端接地；电感的第二端分别与第十一功率管的第一端和第十二功率管的第一端连接，第十一功率管的第二端接地，第十二功率管的第二端与第二支路的第二节点连接。
[0016]在一些实施例中，开关电容变换器的工作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关电容变换器，其特征在于，所述开关电容变换器包括第一支路、第二支路、辅助电路、N个共用功率管和N
‑
1个电容，其中，N为大于或等于3的整数；所述第一支路包括第一功率管和第二功率管，所述第二支路包括第三功率管和第四功率管，所述第二功率管的第一端和所述第三功率管的第一端连接所述开关电容变换器的输出端，所述第二功率管的第二端和所述第一功率管的第一端通过第一节点连接，所述第三功率管的第二端和所述第四功率管的第一端通过第二节点连接，所述第一功率管的第二端和所述第四功率管的第二端接地；所述开关电容变换器的输入端通过依次连接的所述N个共用功率管连接所述开关电容变换器的所述输出端，所述N
‑
1个电容中每个电容分别对应各自的相邻的两个共用功率管，且每个电容连接其对应的相邻的两个共用功率管之间，与所述N个共用功率管相连的任意相邻的两个电容中，其中一个电容连接所述第一节点，另一个电容连接所述第二节点；所述辅助电路的两端分别连接于所述第一节点与所述第二节点，所述第一功率管、所述第二功率管、所述第三功率管、所述第四功率管和所述N个共用功率管为主功率管，所述辅助电路用于在全部所述主功率管都关闭的死区时间内，将所述第一节点和所述第二节点中其中一个节点的电荷转移到另一个节点，各所述主功率管两端的电压差变为零，使各所述主功率管零电压开通。2.根据权利要求1所述的开关电容变换器，其特征在于，当N＝4时，所述N个共用功率管包括第五功率管、第六功率管、第七功率管和第八功率管，所述N
‑
1个电容包括第一电容、第二电容和第三电容；所述第八功率管的第一端为所述开关电容变换器的所述输入端，与外部输入电压连接，所述第八功率管的第二端分别与所述第三电容的第一端和所述第七功率管的第一端连接；所述第七功率管的第二端分别与所述第二电容的第一端和所述第六功率管的第一端连接；所述第六功率管的第二端分别与所述第一电容的第一端和所述第五功率管的第一端连接；所述第五功率管的第二端分别与所述第二功率管的第一端和所述第三功率管的第一端连接，所述第五功率管的第二端也连接所述开关电容变换器的所述输出端；所述第一电容的第二端和所述第三电容的第二端连接所述第一节点，所述第二电容的第二端连接所述第二节点。3.根据权利要求1所述的开关电容变换器，其特征在于，当N为大于或等于5的整数时，所述N个共用功率管包括依次连接的第一共用功率管、第二共用功率管、
…
、第N
‑
3共用功率管、第N
‑
2共用功率管、第N
‑
1共用功率管和第N共用功率管，所述N
‑
1个电容包括第一电容、第二电容、第三电容、
…
、第N
‑
1电容；所述开关电容变换器的所述输入端依次通过所述第N共用功率管、所述第N
‑
1共用功率管、所述第N
‑
2共用功率管、所述第N
‑
3共用功率管、
…
、所述第二共用功率管和所述第一共用功率管连接所述开关电容变换器的所述输出端；所述第一电容的第一端连接所述第一共用功率管和所述第二共用功率管之间，所述第一电容的第二端连接所述第一节点，以使得所述N
‑
1个电容中的M个电容连接所述第一节点，所述N
‑
1个电容中的N
‑
M
‑
1个电容连接所述第二节点，其中，当N为偶数时，M＝N/2，当N为奇数时，M＝(N
‑
1)/2。4.根据权利要求3所述的开关电容变换器，其特征在于，当N为偶数时，所述第N
‑
1电容
为第2M
‑
1电容，所述第2M
‑
1电容的第一端连接在所述第N
‑
1共用功率管和所述第N共用功率管之间，所述第一电容、所述第三电容、
…
、和所述第2M
‑
1电容的第二端连接所述第一节点；当N为奇数时，所述第N
‑
1电容为第2(N
‑
M
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：梁星，赵炜，
申请(专利权)人：上海南芯半导体科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：