开关型电容变换器制造技术

本公开涉及能够在高电压变换比

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】开关型电容变换器


[0001]本专利技术涉及一种开关型电容变换器
(switched
‑
capacitor converter)。

技术介绍

[0002]开关型电容变换器广泛用于移动系统
(
例如，智能手机或平板电脑
)
的超高速充电
。
[0003]大致而言，开关型电容变换器不使用电感，是由半导体开关元件
(
以下简称“开关”)
和电容组合而成的电路，可以理解为通过开关的开
/
关操作来变更电容的连接，从而变更输入电压与输出电压之间的关系的电路
。
但是，也正在研究包括小型电感的开关型电容变换器，由此来看，不需要认为开关型电容变换器不包括电感，尽管如此，大致而言，开关型电容变换器不使用大型电感，从而可以实现小尺寸和高效率
。
由于这种理由，开关型电容变换器主要用于移动系统中以
2:1
的电压变换比
(
输入电压与输出电压的比率
)
运转的变换器
。
[0004]但是，由于最近移动系统中的耗电增加和系统内部耗电装置
(
内核
、
外围电路等
)
的工作电压减小的趋势，对电压变换比超过
2:1
的变换器的需求正在增加
。
[0005]例如，由于
USB
电力供应
(USB PD)
和可编程电源供应部r/>(PPS)
的引进，即使使用电压变换比
2:1
的开关型电容变换器，也可以对智能手机使用的大容量电池进行高速充电
。
即，使用廉价的标准
3A USB type
‑
C
电缆和电压变换比
2:1
的开关型电容变换器便可实现
6A
的电池充电电流
。
但是，在无线充电系统中，磁芯对高速充电起阻碍作用，这是因为，由于安全上的理由，智能手机无线充电所使用的磁芯一般限制为
1.25A
以下电流
。
在这种情况下，当使用电压变换比
2:1
的开关型电容变换器时，充电电流被限制为
2.5A
以下
。
但是，消费者为了更快充电，要求更高的充电电流，这种要求延伸到要求具有超过
2:1
的电压变换比的变换器
。
例如，当使用电压变换比
4:1
的开关型电容器变换器时，可以使用廉价的标准
3A USB type
‑
C
电缆以实现
12A
的充电电流，在使用电流被限制为
1.25A
以下的磁芯的无线充电系统中，也可以实现
5A
充电电流
。
[0006]如上所述，对电压变换比
2:1
以上，例如
4:1
的开关型电容器变换器的需求正在增加，但高电压变换比的开关型电容变换器由于开关与电容的电压应力增加和元件数增加，带有诸如尺寸相对增大
、
效率减小的问题，因而需要对此进行改善
。
[0007]例如，已知有串联连接两个电压变换比
2:1
的开关型电容变换器以实现电压变换比
4:1
的方法，但从进行两次电力处理的角度而言，该方法存在更多功率损耗
。
作为另一示例，示出了
4:1
迪克森
(Dickson)
开关型电容变换器，其缺点是需要具有3倍于输出电压
Vo
的击穿电压的高击穿电压电容
。
高击穿电压电容由于尺寸增加
、
有效电容小及寄生电阻高而在尺寸和效率方面不利
。
因此，需要开发一种能够以高电压变换比运转且具有小尺寸和高效率的开关型电容变换器
。
[0008]另外，需要研究一种当开关型电容变换器以高电压变换比运转时减小开关型电容变换器的切换损耗的方法
。
开关型电容变换器通常以发生切换损耗的硬切换方式运转
。
切
换损耗与开关的开
/
关期间电压变更量的平方成正比，当电压变换比为
2:1
时，由于开关过程中电压变更量不大，因而切换损耗不占相对较大比率
。
相反，当电压变换比增加到
3:1
或
4:1
时，电压变更量增加，切换损耗对效率造成的影响增大，因而还需要研究减小切换损耗的方法
。

技术实现思路

技术问题
[0009]本专利技术目的是提供一种能够在高电压变换比
(
例如，
4:1)
下高效率运转的开关型电容变换器
。
[0010]本专利技术另一目的是提供一种能够减小切换损耗的开关型电容变换器
。
[0011]本专利技术要解决的课题不限于上述目的，本申请中未提及的多样课题可以包括于本说明书中
。
技术方案
[0012]根据本专利技术一种实施形态，提供一种包括第一电路和第二电路的开关型电容变换器，第一电路包括至少一个电容和至少一个开关，第二电路具有与第一电路实质上相同的构成；其中，第一电路和第二电路的相互对应位置的对应开关彼此互补地开
/
关，第一电路和第二电路的相互对应位置的对应节点中的至少一部分具有彼此互补的电压状态，在对应节点中的至少一部分上配置有充电共享开关
。
[0013]在开关型电容变换器中，对应开关彼此变更开
/
关状态时，存在对应开关均可关断的死区区间，在死区区间中，充电共享开关可以导通
。
[0014]在开关型电容变换器中，对应节点可以借助在死区区间导通的充电共享开关而具有彼此实质上相同的电压值
。
[0015]在开关型电容变换器中，对应开关变更开
/
关状态时的切换损耗，可通过使用充电共享开关，在死区区间借助具有彼此实质上相同的电压值的对应节点而减小
。
[0016]在开关型电容变换器中，第一电路的开关可以属于在第一相位导通的第一开关组和在第二相位导通的第二开关组中任一个，第二电路的开关可以属于与第一电路的对应开关组不同的开关组
。
[0017]在开关型电容变换器中，第一相位和第二相位可以具有实质上相同的时段，在第一相位与第二相位之间可以存在死区区间
。
[0018]根据本专利技术一种实施形态，提供一种开关型电容变换器，开关型电容包括：第一电路，所述第一电路包括至少一个电容和至少一个开关；及第二电路，所述第二电路具有与所述第一电路实质上相同的电路构成；其中，第一电路和第二电路分别包括：第一开关，所述第一开关具有连接于输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种开关型电容变换器，包括：第一电路，所述第一电路包括至少一个电容和至少一个开关；及第二电路，所述第二电路具有与所述第一电路实质上相同的构成；其中，所述第一电路和所述第二电路的相互对应位置的对应开关彼此互补地开
/
关，所述第一电路和所述第二电路的相互对应位置的对应节点中的至少一部分具有彼此互补的电压状态，在所述对应节点中的至少一部分上配置有充电共享开关
。2.
根据权利要求1所述的开关型电容变换器，其中，对应开关彼此变换开
/
关状态时，存在对应开关均能关断的死区区间，在所述死区区间中，所述充电共享开关导通
。3.
根据权利要求2所述的开关型电容变换器，其中，对应节点借助在死区区间导通的所述充电共享开关而具有彼此实质上相同的电压值
。4.
根据权利要求3所述的开关型电容变换器，其中，对应开关变更开
/
关状态时，通过使用所述充电共享开关，开关损耗在死区区间借助具有彼此实质上相同的电压值的对应节点而减小
。5.
根据权利要求1所述的开关型电容变换器，其中，所述第一电路的开关属于在第一相位导通的第一开关组和在第二相位导通的第二开关组中任一组，所述第二电路的开关属于与所述第一电路的对应开关组不同的开关组
。6.
根据权利要求5所述的开关型电容变换器，其中，第一相位和第二相位具有实质上相同的时段，在第一相位与第二相位之间存在死区区间
。7.
一种开关型电容变换器，包括：第一电路，所述第一电路包括至少一个电容和至少一个开关；及第二电路，所述第二电路具有与所述第一电路实质上相同的构成；其中，所述第一电路和第二电路分别包括：第一开关，所述第一开关具有连接于输入电压的漏极端子；第一电容，所述第一电容具有连接于所述第一开关之源极端子的一端部；第二开关，所述第二开关具有连接于所述第一电容之另一端部的漏极端子和连接于基准电位的源极端子；第三开关，所述第三开关具有连接于所述第一电容之另一端部的源极端子；第四开关，所述第四开关具有连接于所述第三开关之漏极端子的漏极端子；第五开关，所述第五开关具有连接于所述第四开关之源极端子的漏极端子；第六开关，所述第六开关具有连接于所述第五开关之源极端子的漏极端子和连接于所述基准电位的源极端子；第七开关，所述第七开关具有连接于所述第四开关之漏极端子的源极端子；及第二电容，所述第二电容具有连接于所述第四开关之漏极端子的一端部和连接于所述第六开关的漏极端子的另一端部；其中，所述第一电路的第七开关的漏极端子连接于所述第二电路的第一电容的一端部，所述第二电路的第七开关的漏极端子连接于所述第一电路的第一电容的一端部
。
8.
根据权利要求7所述的开关型电容变换器，其中，所述第四开关的源极端子的连接节点和所述第五开关的漏极端子连接于输出电压
。9.
根据权利要求7所述的开关型电容变换器，其中，还包括第一充电共享开关和第二充电共享开关中至少一个，所述第一充电共享开关连接于所述第一电路的第一电容的一端部与所述第二电路的第一电容的一端部之间，且
/
或连接于所述第一电路的第一电容的另一端部与所述第二电路的第一电容的另一端部之间，所述第二充电共享开关连接于所述第一电路的第二电容的一端部与所述第二电路的第二电容的一端部之间，且
/
或连接于所述第一电路的第二电容的另一端部与所述第二电路的第二电容的另一端部之间
。10.
根据权利要求9所述的开关型电容变换器，其中，所述第一充电共享开关和
/
或所述第二充电共享开关为能双向开
/
关控制的半导体开关装置
。11.
根据权利要求9所述的开关型电容变换器，其中，所述第一电路的第一
、
第三
、
第五及第七开关和所述第二电路的第二
、
第四及第六开关属于在第一相位导通的第一开关组，所述第二电路的第一
、
第三
、
第五及第七开关和所述第一电路的第二
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔載淳，崔碩文，白仁国，
申请(专利权)人：杭州芯迈半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：