[发明专利]开关电容变换器

说明书

一种开关电容变换器包括开关电容变换器，其包括多个栅极驱动器电路，其响应于相应输入切换信号向相应功率提供栅极电压信号。每个栅极驱动器电路包括第一栅极驱动器模块和第二栅极驱动器模块，栅极驱动器电路被配置成在以下模式中操作：第一模式，其中第一栅极驱动器模块响应于第一栅极驱动器模块的输入处的输入切换信号向相应功率FET提供所述栅极电压信号，从而通过操作连接在一对电压轨之间的第一开关和第二开关使得所述栅极电压信号在第一电压轨与第二电压轨之间切换；第二模式，其中响应于启用电流限制切换信号，第一栅极驱动器模块停用第一开关和第二开关中的一个开关的切换，并且第二栅极驱动器模块操作以限制提供给相应功率FET的电流。

技术领域

本公开涉及一种开关电容变换器，其具有用于限制通过切换场效应晶体管提供的电流的栅极驱动电路。

背景技术

开关电容变换器(SCC)可用于使用布置在输入DC电源和输出DC电源之间的电容器和半导体开关在不同的DC电压电源电平之间进行变换。SCC可以用作开关电感变换器(SIC)的替代品，并且由于改进的管芯上集成度、较低的电磁干扰、高变换效率、高电流和功率容量以及较低的成本而具有优势。在低成本、低功率应用中，尤其是在电池供电应用中，SCC可能是优选的。

在SCC中，需要快速切换栅极驱动器电路以在不同的操作模式下驱动呈梯形布置的功率FET，以实现所需的电压输出和效率。在高压操作中，电源电压可能高于FET的最大允许栅极电压，从而需要仔细控制每个FET的栅极电压，尤其是在SCC的启动阶段，以避免超过每个FET的最大栅极电压。

在US 10,826,482 B1中，通过在包括初始能量脉冲和连续调整脉冲的脉冲中向FET栅极施加能量直到每个栅极在标称操作范围内达到目标操作电压，来控制SCC电路中的FET浮动栅极的电压电平。

发明内容

根据第一方面，提供一种开关电容变换器SCC，其包括：

第一电容器；

多个功率场效应晶体管FET，其在输入电压节点与接地电压节点之间以梯形布置连接，所述多个功率FET可操作以对所述第一电容器进行充电和放电；以及

多个栅极驱动器电路，每个功率FET的栅极连接到相应栅极驱动器电路的输出，每个栅极驱动器电路连接到第一电源电压轨和第二电源电压轨并且被布置成响应于相应输入切换信号向相应功率FET提供栅极电压信号，

其中每个栅极驱动器电路包括第一栅极驱动器模块和第二栅极驱动器模块，所述栅极驱动器电路被配置成在以下模式中操作：

第一模式，其中所述第一栅极驱动器模块响应于所述第一栅极驱动器模块的输入处的输入切换信号向相应功率FET提供所述栅极电压信号，从而通过操作连接在一对电压轨之间的第一开关和第二开关使得所述栅极电压信号在所述第一电压轨与第二电压轨之间切换；以及

第二模式，其中响应于启用电流限制切换信号，所述第一栅极驱动器模块停用所述第一开关和第二开关中的一个开关的切换，并且所述第二栅极驱动器模块操作以限制提供到所述相应功率FET的电流。

SCC能够在正常操作期间，即当所述栅极驱动电路中的每个栅极驱动电路在全电压范围内驱动相应功率FET时，在第一模式下操作，并且能够在供应电流以对电容器进行充电的启动阶段期间在第二模式下操作。

所述第一栅极驱动器模块可以包括逻辑电路，所述逻辑电路被配置成将所述输入切换信号变换成一对切换信号，所述一对切换信号被提供到连接以分别驱动所述第一开关和第二开关的相应第一反相器和第二反相器。

所述第一开关可以是p沟道FET并且所述第二开关可以是n沟道FET，所述第一开关与第二开关之间的节点连接到所述相应功率FET的所述栅极。