[实用新型]功率域隔离系统、功率域开关模块以及集成电路

说明书

本公开涉及功率域隔离系统、功率域开关模块以及集成电路。一种例如不需要变压器的功率域隔离系统可以包括电抗电路、具有通过相应的第一电流控制电路和第二电流控制电路与电抗电路并联耦合的第一输入节点和第二输入节点的输入网络、以及具有通过相应的第三电流控制电路和第四电流控制电路与电抗电路并联耦合的第一输出节点和第二输出节点的输出网络。当第三和第四电流控制电路被配置为将电抗电路与输出节点电隔离时，第一和第二电流控制电路可以被配置为将电抗电路耦合到输入节点，并且当第三和第四电流控制电路被配置为将电抗电路耦合到输出节点时，第一和第二电流控制电路可以被配置为将电抗电路与输入节点电隔离。

相关申请的交叉引用

本申请涉及并要求2019年7月19日提交的、题为“用于电源接地分离的开关电容转换器”的美国临时申请第62/876,366号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

DC-DC功率转换器是一类用于将直流(DC)信号从一个电压电平转换到另一个电压电平或者将输入信号反相的功率转换器。此类功率转换器通常用在由调节的DC电压供电的电子设备中。DC-DC转换器在具有不同子系统的应用中特别有用，这些子系统可能需要或使用不同的电压输入电平。

一些DC-DC转换器可以包括或使用磁能存储机制，例如电感器或变压器。此类转换器中的输出电压可以通过调制用于对电感元件充电的信号的占空比来控制。降压和升压转换器是包括或使用磁能存储元件的DC-DC转换器的示例。

与升压和降压转换器相关的至少一个挑战是在高开关频率下效率降低，以及相对较高的功率损耗。与升压和降压转换器相关联的至少另一个挑战是与例如电感器或变压器的磁能存储元件相关联的物理大尺寸和费用。

在一些示例中，开关电容转换器电路可用于升压、降压或将电源电压信号反向。典型开关电容转换器的输入和输出信号可以有一个公共参考，例如地面。开关电容转换器在物理尺寸上可以相对较小，并且通常具有低功率处理能力，例如，小于大约5瓦特。

实用新型内容

除其它以外，本发明人已经认识到要解决的问题包括提供一种功率转换器电路，其可以用于提供不同功率域之间的隔离。不同的功率域可以包括具有不同参考电平或接地信号电平的功率信号。本发明人已经认识到该问题可能包括提供不需要变压器的接地隔离电路。在一个示例中，该问题包括使用最少数量的标准电路元件为转换器提供非反相输出，并且进一步包括提供具有低纹波和最小输出滤波的连续输出信号。

在一个示例中，上述问题的解决方案可以包括或使用具有能量存储部件的开关转换器系统。该解决方案可以包括被配置为在第一功率域中接收或提供信号的输入网络和被配置为在不同的第二功率域中接收或提供其它信号的输出网络。在一个示例中，能量存储部件可以包括耦合在输入网络和输出网络之间的电抗部件。在操作的各个不同阶段，输入网络或输出网络中的至少一个可以与能量存储部件电隔离。也就是说，在任何给定时间，不管转换器的操作阶段如何，第一功率域和第二功率域中的至少一个可以与另一个功率域电隔离。在一个示例中，在任何给定时间，只有一个功率域可以电耦合到能量存储部件。在一个示例中，输入网络和输出网络可以包括各自的电流阻断电路，以促进来自能量存储部件的双向电流信号阻断。

在一个示例中，上述问题的解决方案可以包括无变压器功率域切换模块，用于将具有第一参考电平的输入功率信号与具有第二参考电平的输出功率信号去耦，其中第一参考电平和第二参考电平之间的差在大约1伏特至10伏特之间。该解决方案可以包括信号侧隔离路径和参考侧隔离路径，其中信号侧隔离路径包括串联耦合在信号侧输入节点和信号侧输出节点之间的至少第一背对背FET组件和第二背对背FET组件，并且参考侧隔离路径包括串联耦合在参考侧输入节点和参考侧输出节点之间的至少第三背对背FET组件和第四背对背FET组件。该解决方案可以包括或使用能量存储电路或电抗组件，其耦合到第一FET组件和第二FET组件之间的信号侧隔离路径中的第一中间节点，并且耦合到第三FET组件和第四FET组件之间的参考侧隔离路径中的第二中间节点。