[发明专利]具有多个耦合线圈的多相降压转换器

说明书

相关申请

[0001]本申请基于2005年7月26日提交的，临时申请号为60/702,521，题目为“具有两相耦合线圈的多相降压转换器的设计”(MULTI-PHASE BUCKCONVERTER DESIGN WITH 2 PHASE COUPLED INDUCTOR)的美国专利，并要求它的权益，本申请要求其优先权并且本文援引其内容。

技术领域

[0002]本申请涉及电源电路，尤其涉及多相电源转换器。

背景技术

[0003]参见图1A，两相降压转换器(buck converter)包括两个并联连接的转换器，每个转换器包括第一控制开关S1，S2和在切换节点10相互连接的分路开关SH。每个线圈12的一个极连接到切换节点10，另一个极连接到输出节点14。图1A中的线圈12彼此是不磁耦合的，也就是说它们不同用一个共同的铁芯。

[0004]图1B示出了一个两相降压转换器，其中线圈12彼此耦合，这意味着线圈12是相反连接的，并且绕着一个共同的铁芯。

[0005]在诸如多相降压转换器的多相电压调节器中电流对消是公知的，可以减少输出电流的纹波。

[0006]多相降压转换器中的电流对消通过多相线圈耦合可以扩展到线圈和开关中。例如，如图1C中所示，在一个两相降压转换器中，采用耦合线圈(图1B)可以有效的降低流过线圈的电流峰-峰值。因此，当采用耦合线圈时，在不损失动态性能条件下，可以期望较小的稳态损失。此外，与线圈没有耦合的多相降压转换器(图1A)相比较，当线圈耦合时，线圈的尺寸可以减小而不会感应出更多的纹波电流。因此，在不牺牲转换器效率的条件下可以期望更快的瞬时反应特性。

[0007]根据现有技术的典型的多相转换器可以包括两个以上绕一共同的铁芯的线圈。这样一种不对称的设置意味着它的相表现出不一样的磁特性。磁特性上的变化可能带来次谐波输出波动。

[0008]期望降低多相转换器中的次谐波输出波动。

发明内容

[0009]本发明的一个目的是提供一个多相转换器，其可以减少输出电流中生成的次谐波波动。

[0010]根据本发明的电源转换器包括多个并联连接的转换器，其中每个转换器在其切换节点串联连接相应的线圈，其中转换器布置成使得每对转换器连接到绕一个共同的铁芯相反连接的两个线圈中相应的一个。因此，根据本发明的多相转换器，包括至少一对并联连接的转换器，该对转换器与一对耦合线圈相连接；或多对并联连接的转换器，每对转换器与一对耦合线圈相连接。

[0011]根据本发明的设置的优点是，因为一对耦合线圈是物理对称的并且可以构造成具有一样的磁特性，因此降低了由不对称引起的输出电流中的次谐波波动。

[0012]在一个电压调节器中，相的数量取决于效率、成本等等的优化方案的权衡。为了提高额定电流，优选的是增加更多的相。然而，相的数量不总是偶数。根据本发明的一个方面，所提供的奇数个并联的转换器中至少有一个线圈是没有与其它线圈耦合的，而其它的转换器设置成具有如上面所解释的对称的磁特性。

[0013]对于奇数相的转换器，合适的相移可以消除潜在的输出纹波电流。根据本发明的一个方面，可以通过相移的设计降低由于不耦合线圈存在而引起的波动。

[0014]本发明的其它的特征和优点将通过本发明下面参考附图的描述而变得显而易见。

附图说明

[0015]图1A示出了一个根据现有技术的多相转换器。

[0016]图1B示出了一个根据现有技术的多相转换器。

[0017]图1C图示了图1A中的转换器和图1B中的转换器的纹波电流的比较。

[0018]图2示出了一个根据本发明的多相降压转换器。

[0019]图3图示了一个用于启动根据本发明的转换器中的控制开关的控制设计。

[0020]图4示出了耦合线圈(K)的磁化电感与漏电感的比率对应于耦合线圈中的电流差值(ΔI)的曲线图。

[0021]图5A-6C示出了根据本发明的一个四相转换器和一个五相转换器各自的计算得到的波形。

[0022]图7A-8B示出了根据本发明的一个四相转换器和一个五相转换器各自的模拟得到的波形。

[0023]图9示出了根据本发明的转换器试验得到的波形。

具体实施方式