[发明专利]具有低电压应力的谐振开关电容变换器及其控制器

说明书

本发明公开了谐振开关电容变换器及其控制器和控制方法。该变换器包括：第一和第二变换单元，均包括耦接在第一端与第三端之间的钳位电容器、耦接在第一端与开关节点之间的上端开关管、耦接在开关节点与第二端之间的下端开关管、以及耦接在开关节点与第四端之间的谐振腔；以及整流单元，具有第一至第四整流开关管，其中第一与第四整流开关管的第一端耦接至第一变换单元的第二端，第二与第三整流开关管的第二端耦接至第二变换单元的第二端，第一整流开关管的第二端与第三整流开关管的第一端耦接至第一与第二变换单元的第四端，第四整流开关管的第二端与第二整流开关管的第一端耦接至第一与第二变换单元的第三端。

技术领域

本发明涉及电子电路，尤其涉及谐振开关电容变换器及其控制器和控制方法。

背景技术

谐振开关电容变换器与传统的开关电容变换器相比，其充放电电容均工作在谐振状态，因此不存在电流尖峰问题，可以应用于输出电流较大的场合。图1所示为现有谐振开关电容变换器的电路原理图，在这种电路结构中，各开关管需承受的电压应力由输入电压Vin、输出电压Vo以及储能电容器C22两端的电压决定，最高可达到与输入电压Vin相等。高电压应力会对变换器的成本和体积造成不利影响。

发明内容

根据本发明实施例的一种谐振开关电容变换器，包括：第一变换单元和第二变换单元，均具有第一端、第二端、第三端、第四端与开关节点，且均包括耦接在第一端与第三端之间的钳位电容器、耦接在第一端与开关节点之间的上端开关管、耦接在开关节点与第二端之间的下端开关管、以及耦接在开关节点与第四端之间的谐振腔，其中第一变换单元的第一端耦接至电源的第一端，第一变换单元的第二端耦接至负载的第一端，第二变换单元的第一端耦接至电源的第二端，第二变换单元的第二端耦接至负载的第二端；以及整流单元，具有第一整流开关管、第二整流开关管、第三整流开关管以及第四整流开关管，其中第一与第四整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至负载的第一端，第二与第三整流开关管的第二端耦接在一起并耦接至负载的第二端，第一整流开关管的第二端与第三整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至第一与第二变换单元的第四端，第四整流开关管的第二端与第二整流开关管的第一端耦接在一起并耦接至第一与第二变换单元的第三端。

根据本发明的实施例的一种用于如上所述谐振开关电容变换器的控制器，该控制器检测流过第一谐振腔与第二谐振腔的电流是否相等，以决定第一变换单元内的上端开关管、第二变换单元内的下端开关管、第一整流开关管和第二整流开关管的共同导通时刻，以及第一变换单元内的下端开关管、第二变换单元内的上端开关管、第三整流开关管和第四整流开关管的共同导通时刻，该控制器还分别检测流过第一至第四整流开关管的电流是否过零，并根据检测结果决定第二变换单元内的下端开关管和第一整流开关管的共同关断时刻、第一变换单元内的上端开关管和第二整流开关管的共同关断时刻、第一变换单元内的下端开关管和第三整流开关管的共同关断时刻、以及第二变换单元内的上端开关管和第四整流开关管的共同关断时刻。

根据本发明实施例的一种如上所述谐振开关电容变换器的控制方法，包括：检测流过第一谐振腔与第二谐振腔的电流是否相等，并根据检测结果决定第一变换单元内的上端开关管、第二变换单元内的下端开关管、第一整流开关管和第二整流开关管的共同导通时刻，以及第一变换单元内的下端开关管、第二变换单元内的上端开关管、第三整流开关管和第四整流开关管的共同导通时刻；以及分别检测流过第一至第四整流开关管的电流是否过零，并根据检测结果决定第二变换单元内的下端开关管和第一整流开关管的共同关断时刻、第一变换单元内的上端开关管和第二整流开关管的共同关断时刻、第一变换单元内的下端开关管和第三整流开关管的共同关断时刻、以及第二变换单元内的上端开关管和第四整流开关管的共同关断时刻。

附图说明

图1为现有谐振开关电容变换器的电路原理图与波形图；

图2A为根据本发明实施例的谐振开关电容变换器100的电路原理图；

图2B为根据本发明实施例的谐振开关电容变换器100中变换单元的电路结构图；