[发明专利]一种开关电容-差分开关电源复合DC-DC变换器

说明书

本发明涉及电力电子、集成电路设计技术领域，公开了一种开关电容‑差分开关电源复合DC‑DC变换器，包括电源模块、前端开关电容变换器以及后端差分开关电源变换器，所述电源模块与所述前端开关电容变换器连接，所述前端开关电容变换器输出端与所述后端差分开关电源变换器输入端连接，所述前端开关电容变换器、后端差分开关电源变换器均设有n路输出，n为大于等于1的正整数。与现有技术相比，本发明将开关电容和开关电源变换器结合，利用SC变换器进行高功率密度的电压初调，降低感性元件需求；利用DSMPS变换器的差分结构进一步降低感性元件工作电压，并实现可变调压比，将动态离散电压转换为连续稳压输出。

技术领域

本发明涉及电力电子、集成电路设计技术领域，具体涉及一种开关电容-差分开关电源复合DC-DC变换器。

背景技术

伴随着便携移动设备的小型化和轻量化发展，系统对电能变换器的功率密度不断提出了更高要求。从蓄电池到负载的DC-DC电能变换，主要可采用的技术路径包括：低压差（Low Drop Out，LDO）、开关电容（Switched Capacitor，SC）和开关电源（Switched ModePower Supply，SMPS）技术。而相比LDO和SC技术，SMPS变换器具有较好的效率、纹波、动态响应和稳压输出能力，是进行高质量电能变换的首选。在因特尔的第四代酷睿处理器中，集成化的SMPS变换器为移动PC产品提升了一倍的续航，并延长了50%的电池寿命。然而SMPS变换器需要较大的感性储能元件来实现高效率、低纹波的电能变换，这些元件一般会占据整个系统40%左右的体积和重量。SMPS变换器较大的感性储能元件需求将不利于DC-DC变换器的小型化和集成化发展。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种开关电容-差分开关电源复合DC-DC变换器拓扑结构，将开关电容和开关电源变换器结合，利用SC变换器进行高功率密度的电压初调，降低感性元件需求；利用DSMPS变换器的差分结构进一步降低感性元件工作电压，并实现可变调压比，将动态离散电压转换为连续稳压输出。

技术方案：本发明提供了一种开关电容-差分开关电源复合DC-DC变换器，包括电源模块、前端开关电容变换器以及后端差分开关电源变换器，所述电源模块与所述前端开关电容变换器连接，所述前端开关电容变换器输出端与所述后端差分开关电源变换器输入端连接，所述前端开关电容变换器、后端差分开关电源变换器均设有n路输出，n为大于等于1的正整数。

进一步地，所述前端开关电容变换器包括2n-1个电容与2n个开关，其输出电压分别为V_bat/n，2V_bat/n，3V_bat/n，···，（n-1）V_bat/n，V_bat ，V_bat为电源模块的电压输出。

进一步地，所述2n个开关交替导通，其开关的占空比均为50%。

进一步地，所述后端差分开关电源变换器包括n个差分SMPS，其两输入端分为高压输入与低压输入，分别与所述前端开关电容变换器的n路输出的两个输出端相连，其电压差为V_bat/n。

进一步地，所述后端差分开关电源变换器的n个差分SMPS均采用同步整流。

进一步地，所述差分SMPS包括一对MOSFET和一个电感，一对所述MOSFET分别为主功率管与辅助管，所述主功率管与辅助管交替导通。

有益效果：