[发明专利]一种串联-并联型开关电容电压变换器

说明书

本申请涉及一种串联‑并联型开关电容电压变换器，本申请在传统的串联‑并联型开关电容变换器结构的两支路间加入电感和若干开关管，通过控制这些开关管的导通和关断，在主开关管都关断后的一段时间内，将一支路寄生电容上的电荷通过电感完全转移到另一支路，主开关管两端的电压差变为零，如此，在打开各主开关管的瞬间，各主开关管两端的电压差为零，从而减小开关管切换时的开关损耗，提高串联‑并联型开关电容电压变换器的转换效率。

技术领域

本申请属于开关电源技术领域，具体的说是涉及一种串联-并联型开关电容电压变换器。

背景技术

串联-并联型开关电容电压变换器作为一种基本的电源转换结构被广泛应用于各种电源管理场合，开关电容电压变换器可以将一个输入的直流(Direct Current，DC)电压转换成另一个DC电压输出。

如图1所示是一个传统的双支路串联-并联型3:1开关电容电压变换器，该电路的支路A在相位1时第一开关管Q1A、第四开关管Q4A和第七开关管Q7A均导通，第二开关管Q2A、第三开关管Q3A、第五开关管Q5A和第六开关管Q6A均关断，第一电容CF1A和第二电容CF2A串联，且连接于输入电压VIN和输出电压VOUT之间；在相位2时第一开关管Q1A、第四开关管Q4A和第七开关管Q7A均关断，第二开关管Q2A、第三开关管Q3A、第五开关管Q5A和第六开关管Q6A均导通，第一电容CF1A和第二电容CF2A并联，且连接于输出电压VOUT和地GND之间。同样的，支路B在相位1时第八开关管Q1B、第十一开关管Q4B和第十四开关管Q7B均关断，第九开关管Q2B、第十开关管Q3B、第十二开关管Q5B和第十三开关管Q6B均导通，第三电容CF1B和第四电容CF2B并联，且连接于输出电压VOUT和地GND之间；在相位2时第八开关管Q1B、第十一开关管Q4B和第十四开关管Q7B导通，第九开关管Q2B、第十开关管Q3B、第十二开关管Q5B和第十三开关管Q6B关断，第三电容CF1B和第四电容CF2B串联，且连接于输入电压VIN和输出电压VOUT之间。相位1和相位2交替工作，实现输出电压VOUT＝VIN/3，输出电流IOUT＝3*IIN。

转换效率是开关电容电压变换器的一个重要指标，它决定电压变换器的带载能力与温升状况。转换效率越高，电压变换器的带载能力越大，同时温升也越低。开关电容电压变换器的主要损耗来自于：1)电路中各个开关管的导通损耗；2)各个开关管切换时候的开关损耗；3)各个开关管的驱动损耗。提高转换效率的关键就是如何减小上述的各项损耗，开关损耗和各个开关管在切换时候两端的电压差成正比，电压差越大，损耗越大。因此目前的串联-并联型开关电容变换器存在转换效率较低，开关管切换的开关损耗大的问题，限制开关电容变换器的转换效率。

发明内容

本申请针对上述问题，特别是针对开关损耗，提出一种串联-并联型开关电容电压变换器，将各个开关管在切换时候两端的电压差几乎减小为零，从而减小开关损耗，提高转换效率。

为解决上述为问题，本申请在传统的串联-并联型开关电容变换器结构的两支路间加入电感和若干开关管，通过控制这些开关管的导通和关断，在主开关管关断后的一段时间内，将一支路寄生电容上的电荷通过电感完全转移到另一支路，主开关管两端的电压差变为零，如此，在打开各主开关管的瞬间，各主开关管两端的电压差为零，从而减小开关管切换时的开关损耗，提高串联-并联型开关电容变换器的转换效率。

本申请提供一种串联-并联型开关电容电压变换器，为双支路串联-并联型N:1开关电容电压变换器，包括电感支路和两条支路，N为大于或等于3的整数，两条支路包括第一支路和第二支路，输入电压经过两条支路后转换为另外的电压输出，电感支路连接第一支路和第二支路，第一支路和第二支路中的开关管为主开关管，电感支路用于，在主开关管都关断后，将一条支路寄生电容上的电荷转移到另外一条支路，主开关管两端的电压差变为零，以使打开各主开关管的瞬间，各主开关管两端的电压差为零。