[发明专利]开关转换器和方法

说明书

一种实施例的开关转换器包括：输入级；输出级，用于提供输出电压；电容耦合级，用于将输入级和输出级耦合；第一切换级，被配置为在第一状态和第二状态之间切换，在第一状态输入电压被提供到输入级，在第二状态输入电压不被提供到输入级；第二切换级，被配置为在第一状态和第二状态之间切换，在第一状态中参考电压被提供到输出级，在第二状态中参考电压不被提供到输出级；和电压调节级，被配置为在第二切换级从第一状态切换到第二状态之后且在第一切换级从第二状态切换到第一状态之前，设置跨输入级的目标电压。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年3月20日提交的意大利申请No.102020000005971的权益，该申请在此通过引用并入本文。

技术领域

本发明的实施例总体上涉及开关转换器和方法的领域。具体地，本发明的实施例涉及用于将直流输入电压转换成与该输入电压不同的直流输出电压的DC-DC开关转换器和方法。更具体地，本发明的实施例涉及一种诸如zeta转换器的开关转换器和方法，其中，取决于振荡信号的占空比，输出电压低于或高于输入电压。

背景技术

直流电-直流电(DC-DC)开关转换器可以用在任何电子系统中，该电子系统包括电源(诸如电池)和一个或多个电子/机电部件，每个部件都以各自的电压工作：在这样的电子系统中，DC-DC开关转换器可以被配置为从由电源提供的(单个)输入电压生成多个受控输出电压。

这可以节省空间，因为避免了在电子系统内使用多个电源为其不同部件供电。

最近，zeta转换器已被开发，其中，取决于振荡信号(通常为方波信号)的占空比，输出电压低于或高于输入电压。

常规的zeta转换器包括用于接收输入电压的电感(或电感-电容)输入级、用于提供输出电压的电感(或电感-电容)输出级、用于将输入级和输出级彼此耦合的电容耦合级、高侧开关和低侧开关。

在振荡信号的控制下，高侧开关被配置为在输入电压被输送到输入级的第一状态(或导通状态)和输入电压被阻止输送到输入级的第二状态(或断开状态)之间切换，且低侧开关被配置为在参考电压被输送至输出级的第一状态(或导通状态)和参考电压被阻止输送至输出级的第二状态(或断开状态)之间切换。

发明内容

申请人已理解，传统的zeta转换器对于现代技术需求来说是不令人满意的，特别是对于需要高效率的应用。

实际上，申请人已认识到，与传递到与zeta转换器(的输出级)耦合的电负载的输出电流相比，流经高侧开关和低侧开关的最大工作电流极高，跨输出级的最大工作电压明显高于输出电压，以及跨输入级的最小工作电压与输出电压相差甚远：这会导致非常高的换向损耗，尤其是在Zeta转换器的高切换频率下。

申请人已理解，当振荡信号的占空比高于0.5(升压条件)，以及当低侧开关从导通状态被切换到断开状态且随后高侧开关从断开状态被切换到导通状态，换向损失上升：在这种情况下，高侧开关会经历基于当前的电气标准可以高于30V和高于10A的初始电压降和电流，这会导致初始功耗高于300W。

此外，当在实际情况中高侧开关通过金属氧化物半导体(MOS)晶体管来实现，至少在最初，在MOS晶体管的漏极端子和源极端子之间的本征二极管处于直接传导：因此，由于反向恢复时间，流过高侧开关的电流甚至可以更高，从而导致可以甚至高于500W的初始功耗。

申请人已经遇到上述问题，并且设计了一种开关转换器，该开关转换器包括电压调节级，该电压调节级被配置为在低侧开关级从导通状态切换到断开状态之后且在高侧开关级从断开状态切换到导通状态之前，设置跨输入级的目标电压，而且基本上没有功耗(即，通过电压调节级的一个或多个部件没有或基本上没有功耗)。