功率转换相位和耦合电感制造技术

本公开涉及一种功率转换相位和耦合电感。一种诸如功率转换器等装置包括：操作性用以存储第一飞跨电容器电压的第一飞跨电容器；操作性用以存储第二飞跨电容器电压的第二飞跨电容器；提供第一飞跨电容器与第二飞跨电容器之间的耦合的电感器；以及操作性用以经由第一飞跨电容器电压和第二飞跨电容器电压产生输出电压的开关网络。电压的开关网络。电压的开关网络。

【技术实现步骤摘要】
功率转换相位和耦合电感


[0001]本公开涉及功率转换领域，特别地涉及功率转换相位和耦合电感。

技术介绍

[0002]诸如由Google
TM
、Facebook
TM
等运营的数据中心为我们的社会提供不可或缺的服务。全球所有数据中心的能耗约占总电能使用量的2％。因此，数据中心提供商不断寻求提高功率转换效率，以便节省能源或能够提高现有数据中心的服务器的CPU/GPU/ASIC等功率。机器学习和人工智能架构需要非常强大的GPU或定制设计的ASIC来满足所需要的计算能力。
[0003]使用40
‑
V至60
‑
V输入电压总线而不是12
‑
V总线来操作系统提供了一些优点。
[0004]第一级是将高输入电压向下转换为中间电压。第一级可以是一个无调节或有调节的、高效并且密集降压的转换器，称为中间总线转换器(IBC)。第二级基于具有非常好的瞬态响应和高效率的通用降压转换器。
[0005]用4:1的固定比率转换器覆盖从40V到60V的宽输入范围导致从约9
‑
V到15
‑
V的Vout变化，这提供了效率和动态性能的良好组合。
[0006]在40V输入时，4:1固定比率转换器在满载时产生约9.2V输出。这迫使转换器以比标称操作条件高20％的输出电流进行操作。经调节的IBC在整个输入电压范围内具有恒定的12V输出电压，因此固定负载功率的电流增加相当小，从而显著减少了传导损耗。另一益处是，在最大输入电压(60V)下，输出电压达到高电压，通常为14.5V，这使得以下PoL低效。
[0007]经调节的IBC的另一益处是，如PCiE、HD、FAN等外围设备需要经调节的12
‑
V导轨，而该导轨不能由未经调节的IBC转换器提供。图2报告了所讨论的电源架构的概述，从经典的12
‑
V总线导轨开始，48
‑
V总线导轨具有未经调节的IBC和经调节的DC/DC级，并且最后是具有单个48
‑
V至12
‑
V的经调节的IBC的系统。

技术实现思路

[0008]实现清洁能源(或绿色技术)对于减少人类对环境的影响非常重要。通常，清洁能源包括任何不断发展的方法和材料，以减少能源消耗对环境的总体毒性。
[0009]本公开包括如下这样的观察：诸如从绿色能源或非绿色能源接收的原始能量通常需要转换为适当形式(诸如期望的AC电压、DC电压等)，然后才能用于为终端设备(诸如服务器、计算机、移动通信设备、无线基站等)供电。在某些情况下，能量存储在相应的一个或多个电池资源中。备选地，从电压发生器接收能量。无论是从绿色能源还是非绿色能源接收能量，都希望最有效地利用由这样的系统提供的原始能源(诸如储存和后续分配)，以减少我们对环境的影响。这一公开有助于减少我们的碳足迹，并且经由更高效的能源转换更好地利用能源。
[0010]本公开还包括可以提高常规电源的功率转换效率的观察。例如，为此，本公开包括经由实现多个飞跨电容器(flying capacitor)来提供改进的功率转换性能的新颖方式。
[0011]更具体地，本公开包括一种装置(诸如功率转换器、功率转换器级等)，该装置包括：操作性用以存储第一飞跨电容器电压的第一飞跨电容器；操作性用以存储第二飞跨电容器电压的第二飞跨电容器；提供第一飞跨电容器与第二飞跨电容器之间的耦合的电感器；以及操作性用以经由第一飞跨电容器电压和第二飞跨电容器电压产生输出电压的开关网络。
[0012]与实现耦合在开关电容器转换器的支路之间的零电压开关电感器的常规技术(其中开关电容器转换器仅仅生成用于零电压开关目的的AC电流)不同，如本文中讨论的本专利技术的功率转换器装置可以是非谐振功率转换器，其包括输出经调节的输出电压的输出电感器。诸如设置在相应的稳压功率转换器的两个支路(和相应飞跨电容器)之间的平衡电感器的存在，提供了存储在飞跨电容器中的飞跨电容器电压的有利的电压平衡。进一步注意，该调节可以由电感器启用。
[0013]电感器可以在第一飞跨电容器与第二飞跨电容器之间传送能量，以提供存储在飞跨电容器中的相应电压的电压平衡。
[0014]电感器可以基本均衡第一飞跨电容器电压的平均大小和第二飞跨电容器的平均大小。开关网络可以被操作以控制从输入电压接收的能量向第一飞跨电容器和第二飞跨电容器的传送，使得：i)第一飞跨电容器电压的平均大小等于输入电压的大小除以2，并且ii)第二飞跨电容器电压的平均大小等于输入电压的大小除以2。
[0015]电感器的第一端子可以直接连接到第一飞跨电容器的端子；并且电感器的第二端子可以直接连接到第二飞跨电容器的端子。
[0016]该装置可以包括控制器。控制器可以在第一模式下控制开关网络的操作，在该第一模式下：第一飞跨电容器充电，第二飞跨电容器放电，并且通过电感器的电流的大小随时间变化。控制器可以在第二模式下控制开关网络的操作，在该第二模式下：第一飞跨电容器既不充电也不放电，第二飞跨电容器既不充电也不放电，并且通过电感器的电流的大小是恒定的。
[0017]电感器可以是提供第一飞跨电容器与第二飞跨电容器之间的电压平衡的第一电感器。开关网络可以包括串联连接的第一开关序列和串联连接的第二开关序列。第一开关序列可以包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关。第二开关序列可以包括第五开关、第六开关、第七开关和第八开关。该装置还可以包括以下中的一项或多项：连接第一开关和第二开关的第一节点；连接第五开关和第六开关的第二节点，第一电感器连接在第一节点与第二节点之间；连接第二开关和第三开关的第三节点；连接第六开关和第七开关，第三节点经由导电路径连接到第四节点的第四节点；以及连接到导电路径的输出电感器，输出电感器操作性用以输出输出电压。
[0018]电感器可以是提供第一飞跨电容器与第二飞跨电容器之间的电压平衡的第一电感器。开关网络可以包括串联连接的第一开关序列和串联连接的第二开关序列。第一开关序列可以包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关。第二开关序列可以包括第五开关、第六开关、第七开关和第八开关。该装置还可以包括连接第一开关和第二开关的第一节点；连接第五开关和第六开关的第二节点，第一电感器连接在第一节点与第二节点之间；连接第二开关和第三开关的第三节点；连接第六开关和第七开关的第四节点，第三节点经由导电路径连接到第四节点；以及连接到导电路径的输出电感器，输出电感器操作性用以产
生输出电压。如本文中进一步讨论的，输出电压可以是经调节的电压。
[0019]电感器可以是提供第一飞跨电容器与第二飞跨电容器之间的电压平衡的第一电感器。开关网络可以包括串联连接的第一开关序列和串联连接的第二开关序列。第一开关序列可以包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关。第二开关序列可以包括第五开关、第六开关、第七开关和第八开关。该装置还可以包括：连接第一开关和第二开关的第一节点；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种装置，包括：第一飞跨电容器，操作性用以存储第一飞跨电容器电压；第二飞跨电容器，操作性用以存储第二飞跨电容器电压；电感器，提供所述第一飞跨电容器与所述第二飞跨电容器之间的耦合；以及开关网络，操作性用以经由所述第一飞跨电容器电压和所述第二飞跨电容器电压产生输出电压。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述电感器操作性用以在所述第一飞跨电容器与所述第二飞跨电容器之间传送能量。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述电感器操作性用以基本均衡所述第一飞跨电容器电压的平均大小和所述第二飞跨电容器电压的平均大小。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述开关网络操作性用以控制从输入电压接收的能量向所述第一飞跨电容器和所述第二飞跨电容器的传送；其中所述第一飞跨电容器电压的所述平均大小基本等于所述输入电压除以2；并且其中所述第二飞跨电容器电压的所述平均大小基本等于所述输入电压除以2。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述电感器的第一端子直接连接到所述第一飞跨电容器的端子；并且其中所述电感器的第二端子直接连接到所述第二飞跨电容器的端子。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置还包括：控制器，操作性用以在以下模式下控制所述开关网络的操作，在所述模式下，所述第一飞跨电容器充电，所述第二飞跨电容器放电，并且通过所述电感器的电流的大小随时间变化。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置还包括：控制器，操作性用以在以下模式下控制所述开关网络的操作，在所述模式下，所述第一飞跨电容器既不充电也不放电，所述第二飞跨电容器既不充电也不放电，并且通过所述电感器的电流的大小是恒定的。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述电感器是提供所述第一飞跨电容器与所述第二飞跨电容器之间的电压平衡的第一电感器；其中所述开关网络包括串联连接的第一开关序列和串联连接的第二开关序列；其中所述第一开关序列包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；其中所述第二开关序列包括第五开关、第六开关、第七开关和第八开关；所述装置还包括：第一节点，连接所述第一开关和所述第二开关；第二节点，连接所述第五开关和所述第六开关，所述第一电感器连接在所述第一节点与所述第二节点之间；第三节点，连接所述第二开关和所述第三开关；第四节点，连接所述第六开关和所述第七开关，所述第三节点经由导电路径连接到所述第四节点；以及
第二电感器，连接到所述导电路径，所述第二电感器操作性用以输出所述输出电压。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述电感器是提供所述第一飞跨电容器与所述第二飞跨电容器之间的电压平衡的第一电感器；其中所述开关网络包括串联连接的第一开关序列和串联连接的第二开关序列；其中所述第一开关序列包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；其中所述第二开关序列包括第五开关、第六开关、第七开关和第八开关；所述装置还包括：第一节点，连接所述第一开关和所述第二开关；第二节点，连接所述第五开关和所述第六开关，所述第一电感器连接在所述第一节点与所述第二节点之间；第三节点，连接所述第二开关和所述第三开关；第四节点，连接所述第六开关和所述第七开关，所述第三节点经由导电路径连接到所述第四节点；以及第二电感器，连接到所述导电路径，所述第二电感器操作性用以产生所述输出电压。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述电感器是提供所述第一飞跨电容器与所述第二飞跨电容器之间的电压平衡的第一电感器；其中所述开关网络包括串联连接的第一开关序列和串联连接的第二开关序列；其中所述第一开关序列包括第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；其中所述第二开关序列包括第五开关、第六开关、第七开关和第八开关；所述装置还包括：第一节点，连接所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：